基于有機(jī)高分子半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有柔性、價(jià)廉、質(zhì)輕、可大面積制備等優(yōu)勢(shì),可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)智能電子器件及生物可穿戴器件等領(lǐng)域,近年來(lái)得到了廣泛的研究與關(guān)注。為此,人們研究了一系列高性能的p-型,n-型和雙極性有機(jī)高分子半導(dǎo)體。與此同時(shí),具有多種功能以及性能可調(diào)的有機(jī)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件也得到了越來(lái)越多的重視。這些多功能場(chǎng)效應(yīng)器件通常使用對(duì)特定外場(chǎng)刺激具有響應(yīng)的有機(jī)小分子及聚合物材料,從而在特定外場(chǎng)刺激下實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)性能的調(diào)控。
光作為清潔、易得的遠(yuǎn)程調(diào)控手段,受到了研究者的青睞。光調(diào)控場(chǎng)效應(yīng)晶體管是指使用光作為外場(chǎng)刺激手段,構(gòu)建器件性能可調(diào)控的晶體管,通常通過(guò)引入光致變色分子的策略來(lái)實(shí)現(xiàn),大多采用物理?yè)诫s方法,存在著相分離、穩(wěn)定性等問(wèn)題。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下,中科院化學(xué)所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室張德清課題組首次將偶氮苯基團(tuán)引入有機(jī)高分子半導(dǎo)體的側(cè)鏈,發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)紫外、可見(jiàn)光照可逆調(diào)控半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性,進(jìn)而可逆調(diào)控其半導(dǎo)體性能,并表現(xiàn)出光響應(yīng)速度快和器件穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)(Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1807176.)。在此基礎(chǔ)上,他們進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成了側(cè)鏈含有吡唑偶氮苯單元(pAzo)的共軛給受體聚合物 PDPYA,協(xié)同使用納米粒子 NaYF4:Yb,Tm 的上轉(zhuǎn)換效應(yīng)和共軛骨架的光熱效應(yīng),成功構(gòu)建了近紅外光(980/808 nm)可逆調(diào)控的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,并表現(xiàn)出更優(yōu)異的光穩(wěn)定性,器件電流在經(jīng)過(guò)100次循環(huán)光照后,無(wú)明顯衰減。除此之外,由于順式構(gòu)型的吡唑偶氮苯具有較高穩(wěn)定性,該器件在 980 nm 光照射后,器件性能可以在暗處穩(wěn)定保持長(zhǎng)達(dá)120天。這些優(yōu)點(diǎn)使得該體系在記憶器件等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 13844-13851.)。
他們進(jìn)一步在有機(jī)高分子半導(dǎo)體側(cè)鏈中引入了兩種不同結(jié)構(gòu)的偶氮苯基團(tuán),即吡唑偶氮苯(pAzo)和tetra-ortho-methoxy-substituted azobenzene (mAzo),設(shè)計(jì)合成了有機(jī)高分子半導(dǎo)體POMPYA,成功實(shí)現(xiàn)了通過(guò)560 nm、365 nm、470 nm三種波長(zhǎng)光照對(duì)基于POMPYA薄膜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件性能的可逆調(diào)控,并可依次達(dá)到三重穩(wěn)定的電導(dǎo)態(tài)。其原理如下:mAzo的可逆順?lè)串悩?gòu)化可以通過(guò)560nm、365 nm、470 nm的光照進(jìn)行;pAzo的反式到順式的轉(zhuǎn)化可以通過(guò)365 nm光照進(jìn)行,而560 nm光照不能驅(qū)動(dòng)順?lè)串悩?gòu)化反應(yīng)。因此,兩種偶氮苯基團(tuán)(mAzo和pAzo)的反式到順式異構(gòu)化可以通過(guò)560 nm和365 nm的光照依次引發(fā)。GIWAXS數(shù)據(jù)分析表明mAzo及pAzo的順?lè)串悩?gòu)可以調(diào)節(jié)POMPYA薄膜的結(jié)晶性。最終,基于POMPYA薄膜的場(chǎng)效應(yīng)器件的性能可通過(guò)560 nm、365 nm和470 nm光照下的mAzo及pAzo依次順?lè)串悩?gòu)化來(lái)進(jìn)行可逆調(diào)控,從而依次達(dá)到三重穩(wěn)定的導(dǎo)電狀態(tài),而且三種狀態(tài)間可以通過(guò)特定波長(zhǎng)的光照進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換。通過(guò)使用560 nm、365 nm 和470 nm光照作為輸入信號(hào),器件電流IDS作為輸出信號(hào),器件電流IDS隨光照的變化可以模擬三值邏輯門(mén)的功能,為構(gòu)建光調(diào)控的多重穩(wěn)態(tài)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供了新的思路 (Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202005613)。
聲明:化學(xué)加刊發(fā)或者轉(zhuǎn)載此文只是出于傳遞、分享更多信息之目的,并不意味認(rèn)同其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其描述。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益,請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系,我們將及時(shí)更正、刪除,謝謝。 電話(huà):18676881059,郵箱:gongjian@huaxuejia.cn