具有精確控制取向的有機(jī)半導(dǎo)體單晶陣列圖案在高性能光電器件的制備與集成中具有重要意義。有機(jī)半導(dǎo)體單晶具有固有的長程有序、無晶界和低缺陷密度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光電器件構(gòu)建。由于有機(jī)單晶中載流子的輸運(yùn)具有各向異性，可控取向有利于實(shí)現(xiàn)最佳的電荷輸運(yùn)性能，同時(shí)取向一致的單晶陣列有利于減少器件集成串?dāng)_與性能差異。然而，有機(jī)半導(dǎo)體晶體的成核和生長過程復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)取向一致的有機(jī)半導(dǎo)體單晶陣列的圖案化制備頗具挑戰(zhàn)性。
近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組提出了利用微觀彎液面形變及沉積操控實(shí)現(xiàn)單一取向晶體薄膜可設(shè)計(jì)圖案化陣列的直寫打印新方法。該方法利用微米尺度彎液面與晶核尺寸匹配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)晶體成核與生長過程的精準(zhǔn)調(diào)控。研究通過結(jié)合異質(zhì)浸潤性基材的圖案化設(shè)計(jì)及墨水粘附力特性調(diào)控，誘導(dǎo)微米彎液面流體三相線（Three-phase Contact Line，TCL）前端微區(qū)形變，精準(zhǔn)調(diào)控分子的成核位置與生長方向，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)功能分子的區(qū)域選擇與取向純化沉積，可在不同基材上印刷制備可控取向的有機(jī)半導(dǎo)體晶體陣列。研究表明，彎液面TCL形變與流體濃度不對(duì)稱分布是取向純化的關(guān)鍵因素。通過與雙取向晶體薄膜的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，單一取向晶體薄膜的遷移率顯著提高，并表現(xiàn)出電荷傳輸?shù)母飨虍愋浴；诖耍芯恐苽淞擞袡C(jī)偏振光電探測(cè)器件，在線性偏振光的照射下表現(xiàn)出偏振響應(yīng)特性，器件光電流的二向色性比為1.42。該微觀彎液面操控策略具有很好的普適性，可實(shí)現(xiàn)單一取向晶體陣列的大面積圖案化印刷制備，為構(gòu)筑新型多功能光電器件陣列提供了新的方法和思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金、北京分子科學(xué)國家研究中心的支持。
圖1.單一取向有機(jī)半導(dǎo)體單晶圖案的直寫打印新方法
