中科院新成果：為有機高分子半導體的高效圖案化提供新策略

　　近日，中國科學院化學研究所有機固體重點實驗室研究員張德清課題組設計合成了一種新的雙吖丙啶類交聯劑 4CNN，實現了有機高分子半導體的高效圖案化，為全溶液加工柔性電路提供了新思路。

　　中科院消息顯示，這種“四臂”型交聯劑 4CNN 具有以下優點：雙吖丙啶類化合物在紫外光照射或加熱條件下能夠高效産生活性卡賓中間體，并能迅速與其鄰近的 C (sp3)-H 鍵高效地發生插入反應，從而實現化學交聯，在無紫外光照和常溫條件下該類化合物具有較好的穩定性;4CNN 分子構型呈四面體型，四個活性雙吖丙啶基團均勻分布在四面體的頂點上，同時該分子本身不含 C (sp3)-H 鍵，這些結構特點賦予其高效的交聯能力，降低了交聯劑的用量;不同于已報道的疊氮類交聯劑，4CNN 通過卡賓的插入反應實現高分子側鍊交聯不會引入氮等雜原子。

　　據介紹，研究以四種高性能聚合物半導體為例，細緻優化條件，發現在交聯劑添加量不大于 3%(w/w)時，通過 365 nm 紫外光(30 mW/cm2)照射交聯劑和聚合物的共混薄膜僅 40 秒便可實現 p-型、n-型和雙極性共轭聚合物的高效交聯，交聯後的薄膜在氯仿溶液中不溶解。具體圖案化過程為：将交聯劑和聚合物半導體溶液共混，通過旋塗-掩膜-紫外光照-氯仿清洗四個步驟，可以實現一種材料的高精度圖案化，并可以實現不同材料的多層圖案化集成。

　　研究進一步通過 AFM 和 GIWAXS 圖發現四種聚合物薄膜交聯前後的形貌和鍊間排列并未發生明顯變化，并通過場效應晶體管器件對以上四種聚合物的矩形圖案陣列的電荷傳輸性能進行表征。與未加交聯劑的半導體薄膜相比，圖案化薄膜的遷移率保留率可達 60%-91%，同時四種聚合物交聯前後的遷移率、阈值電壓的分布并未明顯變化。此外，兩步圖案化可以構築基于 PDPP4T 和 N2200 的反相器。

　　該研究為有機高分子半導體的高效圖案化提供了新策略。