近日，复旦大学材料科学系刘云圻、赵岩团队的AMR述评文章“Toward Efficient Charge Transport of Polymer-based Organic Field-effect Transistors: Molecular Design, Processing, and Functional Utilization”在线发表，从有机场效应晶体管中载流子有效输运的影响因素出发，梳理了高性能聚合物半导体在分子设计、加工工艺及功能化应用方面的研究进展，并对聚合物基有机场效应晶体管的发展进行了展望。
聚合物半导体具有优异的本征柔性特征，可在未来柔性电子中扮演重要角色。在过去的三十多年中，聚合物半导体的载流子迁移率获得的大幅提升，从最初的~10−5 cm2 V−1 s−1提高到如今的>10 cm2 V−1 s−1，促进了聚合物半导体在基础研究和应用领域的发展。近年来，聚合物半导体已被广泛应用于有机发光二极管、有机光伏以及有机场效应晶体管(OFET)中。在聚合物基OFET方面，沟道内的半导体性能决定了其应用范围，高性能聚合物半导体是其在实现许多基于OFET器件应用的基础。例如，在逻辑电路或驱动电路中，需要沟道内的半导体具有较高的载流子迁移(一般需大于非晶硅的载流子迁移率)和良好的稳定性。当前，对聚合物基OFET性能的优化研究有助于其多种功能化应用的实现，受到研究者们的广泛关注。
一个工作中的OFET器件，载流子先从电极上连续注入进导电沟道，然后在导电沟道内受电场作用进行传输形成电流。因此，载流子注入和传输两方面过程决定了载流子的输运行为，进而影响OFET的宏观电学性质。在载流子注入方面，通过构建能级匹配的电极与聚合物半导体，可实现载流子的有效注入；在载流子传输方面，对OFET沟道内导电通道性质的优化，可实现载流子的有效传输。如今对聚合物基OFET性能优化的研究，基本上都从载流子的注入和传输两方面优化入手。近年来，施主–受主(D–A)型共轭聚合物分子设计多样灵活，且可有效进行能级调控，已逐渐成为高性能聚合物半导体的主流材料体系。然而，对聚合物基OFET性能的优化面临以下挑战：OFET器件的空气稳定性仍存在不足，特别是对于n型和双极型性能而言；聚合物半导体的输运机制复杂，并且其多层级凝聚态结构难以调控。
在这篇Account中，我们梳理了近年来课题组基于OFET器件，在高性能D–A型共轭聚合物的分子设计、制造工艺和功能化应用方面的研究进展。对D–A型共轭聚合物主链和侧链进行的适当分子设计，可显著促进载流子的注入和器件在空气中的稳定性，并有利于传输路径的建立以及缺陷密度的降低，从而实现高效载流子传输。对OFET器件制备工艺的优化可调控聚合物半导体的多层级凝聚态结构，进一步提高其载流子迁移率和稳定性。所制备的高性能OFET器件不仅可以应用在小规模逻辑电路中，还能够应用于模拟人类复杂的感知系统，在未来柔性电子领域具有广阔的应用前景。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.1c00149
