有机半导体材料因为其本征柔性、低成本、可大面积制备等优势，在有机光电器件、生物电子、可穿戴设备等领域具有广阔的应用潜力。但是低的迁移率和稳定性一直是制约有机半导体应用的关键因素。与通过共价键结合的无机半导体相比，有机半导体是通过较弱的范德华力结合在一起的。分子间的作用力的大小直接影响着有机半导体的迁移率和稳定性，因此，开发一种减小有机半导体相邻分子之间的π-π堆积距离、增强电子轨道耦合的策略，有希望同时增强有机半导体及相应有机器件的迁移率和稳定性。
应变工程策略被广泛用于调控无机半导体的物理和化学特性，比如采用应变硅技术可以调控半导体硅的迁移率。有鉴于此，天津大学|新莆京·7906app李立强-陈小松团队开发了一种氧诱导晶格应变的策略，在有机半导体中引入了晶格压应变，成功制备了同时具有高迁移率和高稳定性的有机半导体。
图1. 氧诱导晶格应变策略示意图及应变有机单晶的结构表征。图片来源：Adv. Mater.
基于该策略制备的DNTT 有机场效应晶体管的最大迁移率提高到了15.3 cm2V−1s−1，并且器件的接触电阻降低到了25.5 Ω·cm。值得一提的是，DNTT单晶的热稳定性也大大提高，能够在160°C下依然保持良好的形貌以及稳定的迁移率，并获得了迄今报道的基于有机半导体的最高的饱和功率密度（约3.4×104 W cm−2）。实验和理论计算都表明，氧诱导引起的晶格压应变是实现有机半导体高迁移率和高稳定性的原因。此外，该策略对n型和p型有机半导体都具有很好的普适性。这项工作提供了一种新的策略同时提高了有机半导体的迁移率和稳定性，为有机器件的实际应用奠定了基础。
图2. 氧诱导晶格应变和无应变DNTT单晶的形貌及电学稳定性测试。图片来源：Adv. Mater.
以上工作，以题为“Oxygen-induced Lattice Strain for High-performance Organic Transistors with Enhanced Stability”的文章在线发表于《Advanced Materials》期刊（DOI: 10.1002/adma.202306975）。天津大学|新莆京·7906app分子聚集态科学研究院李立强教授和陈小松副教授主持该研究，为论文通讯作者，天津大学|新莆京·7906app理学院|新莆京·7906app孙雅静副教授主持了理论计算，为共同通讯作者。天津大学|新莆京·7906app分子聚集态科学研究院博士生孙首港，天津大学|新莆京·7906app理学院|新莆京·7906app硕士生朱杰为该文章的共同第一作者。天津大学|新莆京·7906app有机集成电路教育部重点实验室、天津大学|新莆京·7906app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和指导。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，国家超级计算天津中心，先进计算与关键软件（信创）海河实验室，海河可持续化学转化实验室的资助。
论文信息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202306975
Oxygen-Induced Lattice Strain for High-Performance Organic Transistors with Enhanced Stability
Shougang Sun, Jie Zhu, Zhongwu Wang, Yinan Huang, Yongxu Hu, Xiaosong Chen*, Yajing Sun*, Liqiang Li*, Wenping Hu
Adv. Mater. 2023, 2306975. DOI: 10.1002/adma.202306975.
