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三维随形贴合迭片内嵌电极及其在有机微纳单晶场效应器件中的应用研究

批准号:
61574032
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
童艳红
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈茜、赵志远、崔楠、王海婷、张鹏、勾贺、张冰

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
三维随形贴合电子学是最近几年刚刚出现的一个柔性电子学分支。与传统刚性平面硅基电子学相比,三维随形贴合电子学能够非常舒适地契合在人体或者其他物体表面,在医疗,生物,能源,军事,航空、信息技术等领域有着巨大应用前景。受限于制备技术,目前国际上仅有少数几个课题组开展了相关研究。申请人设计了一种新型电极构型:迭片内嵌电极,不仅能满足三维贴合器件和电路的需求,还具有如下突出优势:1)源漏极、栅极、半导体层独立制备,可对各层分别优化,有利于获得最高性能器件;2)迭片过程为全干过程,避免溶液对半导体损伤;3)内嵌结构消除了电极台阶对单晶半导体器件和多层迭合的负面影响,使分子长程有序的柔性有机微纳单晶能被用作半导体材料;4)制备方法简单;5)电极制备与传统光刻技术相容,可制备大规模复杂电路。在迭片内嵌电极基础上,申请人将结合有机半导体微纳单晶,制备三维贴合场效应晶体管,为高性能三维贴合器件研究提供新思路。
英文摘要
3D conformal electronics is one important reasearch poject in flexible electronics. Different from the conventional rigid planar Si-based devices, 3D conformal devices enable intimate adherence on the arbitrary-shaped objects, and have shown a big potential for multifaceted applications in therapeutics, biotechnology, energy, military, and communication. The realization of 3D conformal circuit remains challenging due to the lack of fabrication technique for mechanically elastic and flexible electrodes, which could eliminate strain-introduced wrinkles through the adherence of a planar electrode onto a 3D surface. Here we propose an laminated embedded electrode design, which not only can realize 3D conformal devices and circuits, but also shows advantages as follows: .(1)The separated fabrication processes for source/drain electrodes, gate electrodes, and semiconductor, provide the chance to optimize each part for improved performance..(2)The peeling, transferring, and adherence are all-dry process. No solvent or water is introduced..(3)The embedded electrode configuration eliminates the step effect of bottom-contact single crystal transistor. .(4)The fabrication method is much simpler than the reported methods for comformal electrodes..(5)Gate and source/drain electrode patterns are compatible with the traditional photolightography technique, which shows the promising potential in complicated large-scale circuits..Based on the laminated embeded electrodes, the 3D conformal organic semiconductor micro/nanocrystal field-effect transistors will be fabricated, which provides a new idea for high-performance 3D conformal devices and circuits.
随形可贴合器件其便携性、舒适度和高端智能化将开启一系列新型应用,例如曲面显示、电子皮肤、实时医疗监测等。发展与之兼容的电极技术,实现大规模场效应器件,是国际公认的科学难题,也是柔性器件走向应用的关键。针对上述科学问题,本项目发明了多种新型贴合电极,提出了可贴合器件制备新方法和新功能,开辟了实现大规模可贴合器件阵列的新途径。.项目授权美国专利2项,论文在Adv. Funct. Mater. 、Mater. Horiz. 等国际权威杂志发表,共发表相关SCI论文20篇,其中影响因子大于3的19篇,封面文章9篇。内容如下:.1.发明了Au膜、Au栅网、PEDOT:PSS/SWCNTs新型光刻柔弹性贴合电极(授权美国专利:US 10,135,016 B2;J. Mater. Chem C 2019,7, 5385; Nanoscale 2018, 10, 2785; Adv. Electron Mater. 2015, 1, 1500239).2.首次报道了全透明贴合有机器件(Nanoscale 2018, 10, 2785),首次基于体单晶实现规模化有机器件阵列(IEEE Electr. Dev. Lett. 2019,40,788),制备了超薄超轻器件阵列(small, 2019, 14, 181020),构建了15 µm金丝上可贴合器件(IEEE Electr. Dev. Lett. 2016, 37, 774).3.解决了溶液法半导体生长与弹性绝缘层兼容难题(Sci. Rep. 2017, 7, 15367),以及弹性绝缘层上沉积有机半导体的难题(J. Mater. Chem C 2019,3, 3199; IEEE Electr. Dev. Lett. 2018, 38, 1031).4.首次实现有机可贴合场效应器件在LED前置驱动、器官损伤模拟、人工突触方面功能应用(Mater. Hortz. 2019, 6,717;Adv. Funct. Mater. 2019, 1901107;Nanoscale 2018, 10, 2785);实现光探测功能(Sci. Rep. 2018, 8, 16612;IEEE Electr. Dev. Lett. 2018, 39, 1604; IEEE Ellectr. Dev. Lett. 2018, 39, 1183)
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A Single Nanobelt Transistor for Gas Identification: Using a Gas-Dielectric Strategy.
用于气体识别的单纳米带晶体管:使用气体电介质策略
DOI: 10.3390/s16060917
发表时间: 2016-06-21
期刊: Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子: --
作者: [Cai B, Song Z, Tong Y, Tang Q, Shaymurat T, Liu Y]
通讯作者: Liu Y
DOI: 10.1038/s41598-018-35062-7
发表时间: 2018-11-09
期刊: Scientific reports
影响因子: 4.6
作者: [Liu M, Wang H, Tang Q, Zhao X, Tong Y, Liu Y]
通讯作者: Liu Y
Brush-controlled oriented growth of TCNQ microwire arrays for field-effect transistors
用于场效应晶体管的 TCNQ 微线阵列的电刷控制定向生长
DOI: 10.1039/c5tc03362d
发表时间: 2016-01
期刊: Journal of Materials Chemistry C
影响因子: 6.4
作者: [Tong, Yanhong, Zhao, Xiaoli, Wang, Guorui, Liu, Yichun]
通讯作者: Liu, Yichun
DOI: 10.1109/led.2017.2714845
发表时间: 2017-06
期刊: IEEE Electron Device Letters
影响因子: 4.9
作者: [Shujun Zhou;Mingxuan Li;Q. Tang;Zhiqi Song;Y. Tong;Yichun Liu]
通讯作者: Shujun Zhou;Mingxuan Li;Q. Tang;Zhiqi Song;Y. Tong;Yichun Liu
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    基于光增强新型类皮肤有机半导体复合器件的接近探测研究
    • 批准号:
      62375046
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      49万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      童艳红
    • 依托单位:
    基于纳米带场效应晶体管的ppb量级高灵敏SO2半导体传感器研究
    • 批准号:
      61376074
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      80.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      童艳红
    • 依托单位:
    四硫富瓦烯类有机小分子超长微纳线的图案化原位组装
    • 批准号:
      51103018
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      童艳红
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金