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日本电力中央研究所与大阪大学开发出采用离子液体的高性能有机FET

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  日本电力中央研究所与大阪大学联手开发出了采用离子液体的高性能有机单晶体FET(field effect transistor:场效应晶体管)。可在约0.2V的极低电压下工作,电荷迁移率高达10cm2 /Vs。另外,在0.1~1MHz的宽频率下具有高电解电容,并具备高速开关性能。

  以往要使有机FET工作,须施加20~100V的高电压。这是因为与有机单晶体结合的栅极绝缘体采用SiO2材料,其厚度为数百nm。即使从外部向栅极绝缘体施加电压,因离子与有机单晶体电极间存在距离,致使电场降低。如果为了减少距离而减小SiO2的厚度,又有产生绝缘破坏等问题。

  此次,在有机单晶体(红荧烯,Rubrene)与栅极间夹入了离子液体(emimTFSI)作为栅极绝缘体。外加栅极电压,离子就会发生迁移,在栅极与离子液体之间的界面和离子液体与有机单晶体之间的界面上,由离子蓄积而形成双电荷层。此时,由于离子液体中的离子与有机单晶体电极的距离只有1nm,外加微弱电压就实现了高电场。

  开发品的工作电压,为现有有机FET的约1/500~1/100。电荷迁移率达到了采用双电荷层的有机FET中的最大值。超过了非晶硅的电荷迁移率(1.0cm2/Vs左右),可满足有机柔性显示器所需的性能。

  采用此次开发的技术,将来可制造出在低电压下工作的有机晶体管。例如,将可以低成本大量生产节能型无线标签(RFID)及有机柔性显示器等。今后,日本电力中央研究所等机构将力争开发出可在更低电压下工作、电荷迁移率提高至100cm2/Vs左右的高性能有机晶体管。

  此项研究是作为日本科学技术振兴机构的战略性创造研究推进事业个人型研究(孵化器)“界面结构及控制”项目而进行的。


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