【塑料机械网 科技创新】佐治亚理工学院的研究科学家Canek fuentes和Bernard Kippelen教授研究了一种用新型纳米栅介电材料制造的有机薄膜晶体管的样品。它给设备带来了的稳定性。
纳米结构的门电介质已经基本解决了扩大有机半导体使用薄膜晶体管重要的障碍。该结构由一种含氟聚合物层和两种金属氧化物材料制成的纳米层压材料构成，用作栅极电介质，可以保护有机半导体，此前有机半导体很容易受到周围环境的破坏。
这种新结构使薄膜晶体管的稳定性与无机材料相媲美，它们能够在各种环境条件下正常工作——甚至在水下。有机薄膜晶体管可以使用诸如喷墨印刷之类的技术低温条件下在各种柔性基板上进行低成本地生产制造，从而有可能开辟利用简单的附加制造工艺的新应用。
Bernard Kippelen说：“我们已经证明了一种能够产生终身性能的几何结构，并确定有机电路可以像使用传统无机技术生产的器件一样稳定。” ,乔治亚理工学院电气与计算机工程学院(ECE)和乔治亚理工学院有机光子学和电子学中心(COPE)主任Joseph M. Pettit教授说：“这可能是有机薄膜晶体管的一个转折点，解决了*以来人们对有机可打印设备稳定性的担忧。”
这项研究将于1月12日在Science Advances杂志上发表。 这项研究是COPE 15年来发展的高潮，得到了海军研究办公室，空军科学研究办公室和核*等发起人的支持。
晶体管包括三个电极。只有当电压施加到栅电极时，源电极和漏电极才可以通过电流以形成“导通”状态，栅电极通过薄介电层与有机半导体材料分开。佐治亚理工学院开发的结构的独特之处是，这种介电层含有两种成分，一种是氟聚合物，另一种是金属氧化物层。
研究员、该论文的合著者Canek Fuentes-Hernandez说“当我们次开发这种结构时，使用的金属氧化物层是氧化铝层，它容易受到湿度的影响，在与佐治亚理工学院教授 Samuel Graham合作，我们开发了可以在摄氏110度以下的温度下生产的复杂纳米层状结构，当将其用作栅极电介质时，晶体管能够在浸入沸点附近的水中时保持性能稳定。”
乔治亚理工学院研发的结构使用的是氧化铝和氧化铪的交替层 —一种物质铺装五层，然后五层另一种物质，在含氟聚合物上面重复30次，后制成电介质。氧化层是用原子层沉积(ALD)方法制造的。终产物厚度大约为50纳米的纳米层，几乎不会受湿度的影响。
“虽然我们知道这种结构产生了良好的势垒特性，但我们被新结构晶体管工作的稳定性所震惊，”Fuentes-Hernandez说。他说：“即使我们操作它们数百小时，并在75摄氏度的高温下运行，这些晶体管的性能几乎没有变化。这是迄今为止我们制造的稳定的有机晶体管。”
为了进行实验室演示，研究人员使用了一种玻璃基板，但许多其他柔性材料--包括聚合物，甚至纸张--也可以使用。
在实验室里，研究人员使用标准的ALD生长技术来制造纳米酸盐。但是，被称为“空间ALD”的新工艺——利用多头喷嘴来输送前体细胞——可以加速生产，并使设备的规模扩大。Kippelen说:“ALD技术现在已经达到了成熟的水平，它已经成为了一个可扩展的工业过程，这将使有机薄膜晶体管的发展进入一个新阶段。”
iPhone X和三星手机等设备中使用的有机发光显示器(OLED)中的控制像素的晶体管是一个引人瞩目的应用。这些设备的像素现在由用传统的无机半导体制造的晶体管控制，但是由于新的纳米层压板提供了极高的稳定性，所以它们或许可以用可印刷的有机薄膜晶体管来代替。
物联网(IoT)设备也可以从新技术衍发的的新制造工艺中获益，新技术将使生产喷墨打印机和其他低成本的印刷和涂层工艺成为可能。纳米层压板技术还可以开发便宜的纸质设备，如智能票，可以通过低成本的工艺，使用在纸上制造的天线、显示器和储存器。
但引人注目的应用是柔性非常大的可以在不使用时卷起来放置的显示器。
Kippelen说:“我们将获得图像质量更好的、尺寸更大的和分辨率更高的显示器。随着这些屏幕变得越来越大，传统显示器的刚性形式将会限制显示器的发展。低加工温度的碳基技术将使屏幕可以卷起来，便于携带并且不易受到损坏。
在他们的演示中，Kippelen的团队——Xiaojia Jia、Cheng-Yin Wang 和Youngrak Park——使用了一种模型有机半导体。这种材料的特性*，但它的载流率为1.6厘米/v，并不是快的。作为下一步，他们的研究人员想要在过程中测试新的有机半导体，这些有机半导体能提供更高的充电能力。他们还计划在不同的弯曲条件下，在更长的时间段内，以及在光电探测器等其他设备平台上继续测试纳米管。
尽管碳基电子产品正在扩大其设备的功能，但像硅这样的传统材料却没有什么可担心的。
Kippelen说:“当谈到高速运转时，像硅或氮化镓这样的结晶性材料肯定会有一个光明和漫长的未来。但对于许多未来的印刷应用来说，有更高的电荷移动速率的新的有机半导体和纳米结构栅介质的结合将提供一种非常强大的设备技术。”
文章来自sciencedaily网站，原文题目为Nanostructure boosts stability of organic thin-film transistors，由材料科技在线汇总整理。
原标题：佐治亚理工学院：借助纳米结构有效增强有机薄膜晶体管稳定性！