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西安交大科研人员在有机绝缘驻极体薄膜研究领域取得重要进展

场效应晶体管（Field Effect Transistor, FET）是芯片与集成电路的基本单元，由金属电极、半导体电荷传输层和绝缘电介质层三部分组成。近年来，电气设备和电子产品小型化、轻量化、智能化的发展趋势对FET等基础电学元器件提出了向高性能、微型化、高频化和柔性化发展的需求。进入21世纪后，随着多种具有共轭π键体系聚合物和小分子的合成，有机半导体材料的优良电荷传输特性已被较为充分地发掘，分子结构创新的匮乏导致半导体材料电荷传输性能难有跨越式的提升。基于这种现状，西安交通大学鲁广昊教授课题组将研究重点转向绝缘电介质层，通过充分挖掘绝缘介质带电特性形成可控的栅极补偿电场，实现FET半导体层电荷传输的调控并提高器件性能。近日，前沿院鲁广昊教授课题组与电气学院李盛涛教授课题组、理学院张志成教授课题组、中科院长春应用化学研究所崔冬梅研究员课题组开展合作，通过自由基聚合合成了一种新型绝缘聚合物分子：无规4-氟代聚苯乙烯（Poly(4-fluorostyrene)，FPS）。该聚合物具有较高的深电荷陷阱密度、高击穿场强、高热稳定性和疏水性，可实现高度稳定的驻极体。以FPS薄膜作为栅极介电层，并以C12-BTBT作为半导体层制备的有机场效应晶体管具有高达11.2 cm2·V-1·s-1的场效应迁移率，高达107的开/关比和较小的阈值电压。与广泛使用的聚苯乙烯相比，FPS的电子和空穴陷阱密度及陷阱能级均有所上升，带来6.8×1012cm-2的高带电量。利用FPS制备的OFET存储器件可在大于100 V的宽存储窗口下工作，并具有在空气环境中大于一个月的存储稳定性。该研究成果以“Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories”为题发表在国际材料领域权威期刊Materials Horizons上（影响因子：14.356）。该文第一作者为西安交大前沿院助理教授朱远惟博士，通信作者为前沿院鲁广昊教授、电气学院李盛涛教授和中科院长春应化所刘波副研究员。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、国家博士后基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室中青年基金及校基本科研业务费的资助。论文链接为：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00203h/unauth#!divAbstract课题组网站：http://gr.xjtu.edu.cn/web/guanghaolu/home

西安交通大学 2021-04-11