有機場效應晶體管（OFETs）是有機電路的基本構筑單元，是實現(xiàn)下一代變革性柔性顯示技術、新型光電子集成系統(tǒng)、大規(guī)；パa集成電路的器件基元。有機半導體的有序分子堆積可以使有機共軛分子沿電極方向最大程度的重疊，從而提高載流子的傳輸效率，提升有機場效應晶體管器件性能。但是，如何實現(xiàn)有機半導體的高擇優(yōu)取向加工以及有機場效應晶體管的高質(zhì)量、高效率制造仍然面臨挑戰(zhàn)。
近期，大連理工大學王大志教授團隊與中科院化學所劉云圻院士、郭云龍教授團隊合作，發(fā)展出鞘液聚焦電流體噴印技術，實現(xiàn)了PDVT-10、N2200、IDT-BT、F8BT等系列有機聚合物半導體微納陣列結構的大面積高效率噴印制造，獲得了有機聚合物半導體線性陣列、蜿蜒陣列等結構，特征尺寸達90nm，并在PDMS、PI等柔性襯底上實現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠制造（圖1）。這項技術為加快柔性電子、有機器件的應用進程開辟了創(chuàng)新可行加工途徑。
采用二維掠入式寬角X 射線衍射（2D-GIWAXS），對比分析了旋涂薄膜和噴印亞微米線的分子結構，結果表明：通過傳統(tǒng)旋涂方式制備的PDVT-10薄膜在面內(nèi)和面外方向均存在（010）衍射峰，說明其內(nèi)部為face-on和edge-on的兩種排列方式并存的混合堆積模式；采用鞘液聚焦電流體噴印的亞微米線僅在qy = 1.7~ 1.8 ?處有一個（010）衍射峰，可以推斷出亞微米線內(nèi)部主要是以edge-on模式排列，且排列方向和亞微米線長軸平行，這種排列方式可以使聚合物分子更垂直地站立于基底上，減少載流子俘獲進而大幅提升有機場效應晶體管的遷移率，面內(nèi)和面外的一維積分結果同樣證實了以上結論（圖2）。電學測試結果表明：基于噴印制造的有機半導體亞微米線場效應管，在空氣中表現(xiàn)出1.9 cm2 V-1 s-1平均遷移率，是相同條件下薄膜有機場效應管的5倍。此外，通過控制噴印亞微米線的數(shù)量，可以實現(xiàn)器件開態(tài)電流峰值的按需調(diào)控（圖3）。這項工作展示了鞘液聚焦電流體噴印技術在有機半導體材料及其高端器件的高性能制造能力和廣闊應用前景。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34015-z
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