高性能柔性有机场效应晶体管和电路发布于《自然·通讯》

柔性有机电子学因其具有独特的机械柔韧性、轻质、可溶液加工等特性，被认为非常适应用于电子皮肤、可折叠显示器、能量存储、医疗诊断和生物电子学等领域。在实现柔性有机电子器件制备的过程中，具有良好的溶解性和相容可加工性的聚合物绝缘层是必不可少的一部分。而如何平衡聚合物绝缘层的介电性能和与有机半导体分子生长的兼容性是制备高性能柔性器件的基础，也面临着巨大挑战。

近日，德国明斯特大学Harald Fuchs教授、上海交通大学李涛研究员、天津大学胡文平教授团队通过简单的退火温度的改变，将聚酰胺酸部分亚胺化成一种共聚物（聚酰亚胺的一种）。这种共聚物中亚胺化的部分通过苯环和脂环之间的相互作用可以很好的保证其介电性能；未亚胺化的部分含有极性强的官能团（-COOH/-CONH），通过与半导体之间的相互作用，从而使得半导体更加有序、结晶性更好地生长。

图1. 共聚物绝缘材料的合成路线

基于共聚物制备的柔性器件性能在以聚酰亚胺作为绝缘层的器件中不管从操作电压（3 V）还是器件迁移率（5.6 cm2 V-1 s-1）都达到了最优值。柔性晶体管表现出良好的柔韧性。在曲率半径5 mm的物体表面沿着水平和垂直方向弯曲次数达到1000次的情况下，器件的平均迁移率仅仅下降了5%。

图2.（a）以聚酰亚胺作为绝缘层的器件迁移率对比。（b）以聚酰亚胺作为绝缘层的器件操作电压对比。

图3. （a）晶体管的转移曲线。（b）柔性晶体管阵列图。（c）晶体管的弯曲测试。

在此基础上基于共聚物绝缘层制备的柔性电路(反相器和振荡器)也展现出了很好的逻辑功能和柔韧性能。反相器的增益可以达到15，振荡器信号传播延迟可以做到100 μs。柔性电路沿着图示方向弯曲（弯曲半径5 mm）达到500次的时候，反相器和振荡器的性能几乎没有发生衰减。

图4.（a）反相器性能曲线图。（b）振荡器性能曲线图。（c）柔性电路照片。（d）柔性电路弯曲测试。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是纪德洋博士。