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  金屬氧化物（MO）半導(dǎo)體薄膜晶體管憑借其出色的性能成為先進(jìn)電子設(shè)備的優(yōu)選材料。如重要的非晶態(tài)的MO半導(dǎo)體氧化銦鎵鋅（IGZO）已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。但I(xiàn)GZO的載流子遷移率低于In₂O₃機(jī)制的遷移率，且溶液處理的IGZO需要相對(duì)較高的處理溫度（通常大于300 ℃）。這樣的加工條件對(duì)于常見的塑料基材是不適合的。因此，選擇合適的方法來降低溶液加工溫度來制備非晶態(tài)MO至關(guān)重要。

  基于Tobin J Marks和Antonio Facchetti課題組提出的通過電絕緣聚合物化學(xué)“摻雜”MO機(jī)制來制造無定型金屬氧化物薄膜的新策略，王智教授通過聚合物分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分子結(jié)構(gòu)選擇與復(fù)配，制備了N含量系列變化的聚合物體系（圖1），系統(tǒng)研究了不同N含量的聚合物對(duì)In₂O₃的摻雜作用，深入討論了聚合物N、C含量對(duì)相應(yīng)薄膜晶體管的作用機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果表明，聚合物的摻雜能力和共混物的TFT遷移率不僅與體系中N含量和聚合物含量有關(guān)（圖2），還與聚合物的熱穩(wěn)定性和碳污染有關(guān)。

圖1. 不同聚合物結(jié)構(gòu)式及溶液法制備器件示意圖

圖2. 不同體系摻雜In₂O₃性能表征

  此外，進(jìn)一步將相關(guān)聚合物摻雜體系應(yīng)用于柔性器件的制備中（圖3），發(fā)現(xiàn)聚合物含量為0.5%摻雜的In₂O₃薄膜在以2 mm半徑彎曲后都表現(xiàn)出無裂紋的薄膜狀態(tài)，這表明所有聚合物都具有足夠的韌性，可以在保持遷移率的同時(shí)保持氧化物薄膜優(yōu)異的機(jī)械性能。這項(xiàng)研究工作為進(jìn)一步理解聚合物摻雜In₂O₃提供了有益的支撐。

圖3. 基于不同聚合物摻雜In₂O₃的柔性器件及其性能

  以上成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。論文的第一作者為中北大學(xué)材料學(xué)院王智教授，共同第一作者為山東大學(xué)材料學(xué)院莊昕明博士后，并受到了東南大學(xué)王丙昊研究員的幫助，通訊作者為王智教授，共同通訊作者為電子科技大學(xué)黃偉研究員與美國(guó)西北大學(xué)三院院士Tobin J Marks和Antonio Facchetti教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202100451