中北大学王智教授和美国西北大学Marks院士、Facchetti教授AFM：在聚合物掺杂In2O3方面取得新进展
2021年6月28日 16:28金属氧化物（MO）半导体薄膜晶体管凭借其出色的性能成为先进电子设备的优选材料。如重要的非晶态的MO半导体氧化铟镓锌（IGZO）已实现商业化。但IGZO的载流子迁移率低于In2O3机制的迁移率，且溶液处理的IGZO需要相对较高的处理温度（通常大于300 ℃）。这样的加工条件对于常见的塑料基材是不适合的。因此，选择合适的方法来降低溶液加工温度来制备非晶态MO至关重要。
基于Tobin J Marks和Antonio Facchetti课题组提出的通过电绝缘聚合物化学“掺杂”MO机制来制造无定型金属氧化物薄膜的新策略，王智教授通过聚合物分子结构设计、分子结构选择与复配，制备了N含量系列变化的聚合物体系（图1），系统研究了不同N含量的聚合物对In2O3的掺杂作用，深入讨论了聚合物N、C含量对相应薄膜晶体管的作用机制。相关研究结果表明，聚合物的掺杂能力和共混物的TFT迁移率不仅与体系中N含量和聚合物含量有关（图2），还与聚合物的热稳定性和碳污染有关。
图1. 不同聚合物结构式及溶液法制备器件示意图
图2. 不同体系掺杂In2O3性能表征
此外，进一步将相关聚合物掺杂体系应用于柔性器件的制备中（图3），发现聚合物含量为0.5%掺杂的In2O3薄膜在以2 mm半径弯曲后都表现出无裂纹的薄膜状态，这表明所有聚合物都具有足够的韧性，可以在保持迁移率的同时保持氧化物薄膜优异的机械性能。这项研究工作为进一步理解聚合物掺杂In2O3提供了有益的支撑。
图3. 基于不同聚合物掺杂In2O3的柔性器件及其性能
以上成果发表在Advanced Functional Materials上。论文的第一作者为中北大学材料学院王智教授，共同第一作者为山东大学材料学院庄昕明博士后，并受到了东南大学王丙昊研究员的帮助，通讯作者为王智教授，共同通讯作者为电子科技大学黄伟研究员与美国西北大学三院院士Tobin J Marks和Antonio Facchetti教授。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202100451
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