有机场效应晶体管是柔性电子器件的重要组成部分，具有柔性、低成本、大面积、批量生产等优点，可用于多种潜在的应用领域。随着有机场效应晶体管的发展，电极与有机半导体之间的接触电阻成为阻碍有机场效应晶体管应用的瓶颈。接触电阻的大小决定了电荷注入效率，极大地影响了器件的性能。因此，开发一种降低接触电阻的策略从而实现高性能有机场效应晶体管具有重要意义。
近日，天津大学|新莆京·7906app李立强-陈小松团队在ACS Nano期刊上发表题为“Oxygen-Induced Barrier Lowering for High Performance Organic Field-Effect Transistors”的文章(DOI: 10.1021/acsnano.3c04177)。该研究通过将制备好的器件放置于氧气氛围下进行退火，从而在金属与有机半导体界面处引入氧，成功降低了接触势垒。该研究发现，在进行氧处理后，器件性能有着显著的提升，实现了89.8 Ω·cm的低接触电阻，11.32 cm2 V–1 s–1的高迁移率，并且开关比达到108。
图1：氧吸附过程的示意图与电学数据。
为了了解氧处理后提高器件性能的机理，通过热电子发射理论计算了接触势垒，与新制备器件的势垒高度（0.15 eV）相比，氧处理器件的势垒降低至0.05eV。同时，在氧吸附前，热损伤位点提供了大量的陷阱，导致强的费米能级钉扎作用，从而导致金属与半导体界面形成一个较大的肖特基势垒。然而，在氧处理后，氧被吸附在金属与半导体界面处。被吸附的氧捕获电子并在半导体中提供空穴，从而降低接触势垒。势垒高度的显著降低，提高了载体的注入/提取效率，获得了优异的器件性能。该文章提出的氧诱导势垒降低策略，为高性能有机场效应晶体管的构建提供了新思路。
图2：氧处理提高器件性能的机理。
天津大学|新莆京·7906app分子聚集态科学研究院李立强教授、陈小松副教授和黄忆男博士后共同主持了该研究，为论文通讯作者。天津大学|新莆京·7906app分子聚集态科学研究院硕士研究生付瑶为该文章的第一作者。天津大学|新莆京·7906app有机集成电路教育部重点实验室，天津市分子光电科学重点实验室胡文平教授对本研究提供了支持。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、天津市自然科学基金、海河可持续化学转化实验室、天津国家超级计算机中心和海河实验室项目的资金支持
