复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理mg4377娱乐电子游戏,从可穿戴设备到纸币防伪

有机薄膜晶体管不稳定性机制模型。

机理性突破:“水氧电化学反应”引发的“海绵效应”

复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理mg4377娱乐电子游戏,从可穿戴设备到纸币防伪。复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理mg4377娱乐电子游戏,从可穿戴设备到纸币防伪。本报讯复旦大学信息科学与工程学院副教授仇志军与教授刘冉领导的团队,在揭示有机薄膜晶体管性能稳定性机制上取得突破性进展,提出一种水氧电化学反应与有机薄膜载流子相互作用的统一理论模型,这有望加速柔性电子领域的大规模应用。相关论文近日在《自然—通讯》上发表。

此前国际上对导致有机薄膜晶体管不稳定性的原因众说纷纭,而复旦大学的研究者提出了一个相对具有普适性机制模型:

复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理mg4377娱乐电子游戏,从可穿戴设备到纸币防伪。实验结果表明,该模型为统一理论模型,不但可以解释低导电特性的OTFT器件,还可以解释类似碳纳米管和石墨烯之类具有高导电特性的薄膜器件,为将来OTFT的大规模应用提供了理论指导和依据。

研究人员通过进一步研究、论证,最终找到导致有机薄膜晶体管性能发生变化的内在机理,提出水氧电化学反应与有机薄膜载流子相互作用模型。该模型为统一理论模型,不但可以解释低导电特性的OTFT器件,还可以解释类似碳纳米管和石墨烯之类具有高导电特性的薄膜器件,为将来OTFT的大规模应用提供了理论指导和依据。

style=”font-size: 16px;”>复旦大学的研究者揭示了导致有机薄膜晶体管性能变化的机制,为进一步改良以有机薄膜晶体管为代表的柔性电子技术开拓了前景,从可穿戴设备到纸币防伪,柔性电子技术将有望走进我们生活。

在这种新的形势下,信息科技在后摩尔时代必须有新的基础性突破和发展。与此同时,人类社会将全面进入信息网络社会和知识文明时代,信息网络将成为人类最重要的基础设施和公共资源,成为国家、社会法人和个人重要的生存发展平台。信息科技也将步入信息网络、物理世界和人类社会三者动态交互、全面融合的物联网时代。

《中国科学报》 (2014-02-25 第4版 综合)

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在过去近30年的研究过程中,各国科学家在材料、器件、系统集成以及制备工艺方面取得了一定进展,但仍面临诸多困难和挑战。与成熟的硅器件相比,目前OTFT的大规模应用存在两大障碍,一是电流驱动能力不够、迁移率低下,二是可靠性差、寿命短。

刘冉表示,只要我国加大重视和增加研发投入,一定会在材料、器件以及系统集成方面取得突破,并充分发挥柔性大面积电子在物联网应用中的柔性、超薄、低成本、环保等优势,使其成为一个高技术、引领性的产业。

暴露在空气中的有机薄膜晶体管会与空气中的水和氧气发生接触。在正向电压作用下,水分子和氧分子发生电化学反应,在器件表面形成带负电荷的氢氧根离子(OH﹣),这使得器件中带正电荷的载流子(器件中可自由移动的、带有电荷的物质微粒)被氢氧根离子束缚,导致器件无法正常工作。

国际上对有机薄膜晶体管(OTFT)性能非稳定性来源存在多种解释,然而尚未达成统一认识。一般认为,外界环境如水、氧以及光照和温度等都对OTFT的稳定性有着重要影响,导致器件性能发生变化。

从2008年起,复旦大学联合瑞典乌普萨拉大学和瑞典皇家理工学院,开始针对有机薄膜晶体管展开系列研究,并发现如果对这些有机材料进行某种程度的修饰,比如采用碳纳米管掺杂的有机半导体材料,就可显著改善其电学性能。经过5年多的不断尝试、试验,该科研团队已成功将有机薄膜迁移率提高了四个数量级,接近多晶硅的水平。

从可穿戴设备到纸币防伪,柔性电子技术将有望走进我们生活的方方面面。

作为推动“物联网”最核心硬件技术的柔性和可穿戴电子领域,世界上还没有任何一个国家和地区拥有绝对的技术优势,而且其生产设备的投资远远低于传统硅芯片生产所需的几十甚至上百亿美元的投入。只要我国加大重视和增加研发投入,一定会在材料、器件以及系统集成方面取得突破,并充分发挥柔性大面积电子在物联网应用中的柔性、超薄、低成本、环保等优势,使其成为一个高技术、引领性的产业。

据介绍,目前复旦大学联合瑞典皇家理工学院研发出的一种柔性可穿戴医疗器件Bio-Patch,已经可以像创可贴一样贴在皮肤表面,并实时测量人体的心电以及体温信息。

原标题:从可穿戴设备到纸币防伪,这种技术将走进我们生活的方方面面

研究团队首先希望在器件运行速度上有所突破,达到可实用要求,并探索有机薄膜晶体管(OTFT)电学性能稳定性的本质机理。在实验过程中,他们发现如果对这些有机材料进行某种程度的修饰,比如,采用碳纳米管掺杂的有机半导体材料,就可显著改善OTFT的电学性能。经过五年多的不断尝试、试验,该科研团队已成功将有机薄膜迁移率从10﹣4
cm2/Vs提高到10
cm2/Vs左右,增加了四个数量级,接近多晶硅的水平,达到了可实用的量级。

复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理

这种描述水氧电化学反应和有机薄膜载流子间相互作用的模型,很好地解释了有机薄膜晶体管不稳定性的发生机制。根据这个模型,研究人员可能利用在有机薄膜晶体管的表面加合适的保护层等手段克服当前有机薄膜晶体管的不稳定性。

整个过程犹如在一条不断流动的小溪里投掷大量的“海绵”。当海绵(在此形容水分子和氧分子)吸收水分之后(相当于在正向电压作用下束缚“空穴”载流子),小溪近乎干涸而无水流流动。当海绵受到挤压(相当于施加反向电压),海绵内的水再次回到河沟,小溪重新恢复流动。

大家可以穿着智能可穿戴设备进行锻炼。

可以预见,有机薄膜晶体管(OTFT)将与MOS晶体管的一样,具有“里程碑”意义。复旦大学科研团队在OTFT方面的系列研究,特别是稳定性机理方面的突破,将加快“后摩尔时代”的到来。

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早在上世纪80年代初,国外就有科学家开始尝试用有机半导体材料替代硅材料作为导电沟道,构成新型薄膜场效应晶体管(TFT),开创了有机薄膜晶体管(OTFT)研究。OTFT质轻,膜薄,具有良好的柔韧性,还可以大面积“印刷”在任意材料表面,达到大幅降低生产成本目的。不同于常规硅基微电子器件,OTFT具有加工工艺简单、成本低廉和易弯曲等优点而赢得广泛关注。

谈及有机薄膜晶体管在未来的应用,刘冉表示:“有机薄膜晶体管并不能取代硅的集成电路,但能够实现一些新的应用。”以有机薄膜晶体管为代表的柔性电子技术具有器件可伸展弯曲、加工设备相对简单、成本低廉等优点,在大面积的柔性显示设备及低成本的智能电子标签等领域具有广阔的应用前景。

在大气环境下,空气中大量存在的水分子(H2O)和氧气分子(O2)会与OTFT发生直接接触。在正向电压作用下,水分子(H2O)和氧气分子(O2)开始“手拉手”发生电化学反应,器件表面迅速产生大量带负电荷的氢氧根离子(OH﹣)。与此同时,由于正负电荷相互吸引,使得有机半导体材料中带正电荷的“空穴”载流子被OH﹣牢牢“锁住”,缺少“空穴”的OTFT无法导通,也便无法正常工作。

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加快“后摩尔时代”的到来

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