柔性电子材料与智能系统团队在有机半导体器件领域取得重要进展-郑州大学材料科学与工程学院

柔性电子材料与智能系统团队在有机半导体器件领域取得重要进展

2025年09月01日点击：[]

有机小分子半导体因结构明确、可设计性强、结构多样等优势，在柔性电子设备、有机光电子技术和传感器技术领域展现出巨大应用潜力。半导体薄膜的图案化加工对抑制相邻器件间的信号串扰与漏电流并实现功能集成至关重要。然而，小分子半导体晶体的图案化与加工仍面临巨大挑战。传统有机半导体光刻图案化方法通常需要引入额外的交联剂或光刻胶，其会影响晶体有序性和电学性能。

近日，郑州大学材料科学与工程学院柔性电子材料与智能系统团队在国际综合性TOP学术期刊Advanced Science在线发表题为“Intrinsic Photo-Crosslinkable Semiconductive Small-Molecule Crystals (i-PSSCs) for Patterning Electronic Devices”的研究论文，提出一种本征光交联的策略图案化小分子半导体晶体，该策略无需外部化学物质，且图案化后半导体仍能保持晶体有序性和电学性能。郑州大学为论文第一作者单位和唯一通讯单位，博士研究生李华清为论文第一作者，刘旭影教授和胡晓光副教授为论文共同通讯作者。

该研究工作将具有光交联特性的二乙炔基团引入到具有良好堆积的半导体核 BTBT 的两端，设计合成了系列具有自交联能力的小分子半导体。这几个分子堆积的方式深受二乙炔单元上烷基链和末端取代基的影响。结果表明，只有末端具有甲基的分子能够通过刮涂法形成晶体薄膜，且相邻分子的二乙炔基团重叠排列，在254 nm 紫外光照射下发生自交联反应。晶体薄膜通过掩模版光照交联以及溶剂冲洗图案化后得到的晶体薄膜阵列的有序性能够保持。并且基于图案化晶态薄膜制备的有机场效应晶体管（OTFTs）的电学性能与原始晶态薄膜器件相当，最高迁移率分别达到0.25和0.46 cm² V⁻¹ s⁻¹。此外，在 365 nm 紫外光照射下，图案化的 OTFT 阵列能够精确再现掩模版图案并生成可视化图像，为紫外选择性、仿生神经形态视觉电子器件开辟了新途径。本研究提出的本征光交联图案化小分子半导体晶体薄膜的策略为有机半导体晶体或单晶薄膜的图案化加工提供了一种新颖、有效的方法。

此外，该团队围绕有机半导体材料设计、制备和图形化，开展了系统性研究。利用高介电常数聚合物，有效降低了有机半导体器件的驱动电压，并应用于柔性集成电路（Nano Letters, 2025, 25, 11308）和柔性仿生电路(Materials Horizons, 2024, 11, 5650)。相关研究成果受到国家自然科学基金、河南省优势学科培育项目等支持。