中科院新成果:为有机高分子半导体的高效图案化提供新策略

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发布时间:2021-09-23 18:29

近日,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室研究员张德清课题组设计合成了一种新的双吖丙啶类交联剂 4CNN,实现了有机高分子半导体的高效图案化,为全溶液加工柔性电路提供了新思路。

中科院消息显示,这种“四臂”型交联剂 4CNN 具有以下优点:双吖丙啶类化合物在紫外光照射或加热条件下能够高效产生活性卡宾中间体,并能迅速与其邻近的 C (sp3)-H 键高效地发生插入反应,从而实现化学交联,在无紫外光照和常温条件下该类化合物具有较好的稳定性;4CNN 分子构型呈四面体型,四个活性双吖丙啶基团均匀分布在四面体的顶点上,同时该分子本身不含 C (sp3)-H 键,这些结构特点赋予其高效的交联能力,降低了交联剂的用量;不同于已报道的叠氮类交联剂,4CNN 通过卡宾的插入反应实现高分子侧链交联不会引入氮等杂原子。

据介绍,研究以四种高性能聚合物半导体为例,细致优化条件,发现在交联剂添加量不大于 3%(w/w)时,通过 365 nm 紫外光(30 mW/cm2)照射交联剂和聚合物的共混薄膜仅 40 秒便可实现 p-型、n-型和双极性共轭聚合物的高效交联,交联后的薄膜在氯仿溶液中不溶解。具体图案化过程为:将交联剂和聚合物半导体溶液共混,通过旋涂-掩膜-紫外光照-氯仿清洗四个步骤,可以实现一种材料的高精度图案化,并可以实现不同材料的多层图案化集成。

研究进一步通过 AFM 和 GIWAXS 图发现四种聚合物薄膜交联前后的形貌和链间排列并未发生明显变化,并通过场效应晶体管器件对以上四种聚合物的矩形图案阵列的电荷传输性能进行表征。与未加交联剂的半导体薄膜相比,图案化薄膜的迁移率保留率可达 60%-91%,同时四种聚合物交联前后的迁移率、阈值电压的分布并未明显变化。此外,两步图案化可以构筑基于 PDPP4T 和 N2200 的反相器。

该研究为有机高分子半导体的高效图案化提供了新策略。

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