半導(dǎo)體/絕緣高分子復(fù)合材料研究取得突破

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所楊小牛研究員課題組在半導(dǎo)體/絕緣體高分子復(fù)合材料研究取得突破，其研究結(jié)果被國際著名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials 2010, 20, 1714）以“卷首插畫”(Frontispiece)的形式予以重點(diǎn)報(bào)道。

在人們的傳統(tǒng)觀念中，絕緣體會(huì)阻礙電荷的傳輸。因此，一般來講，在半導(dǎo)體/絕緣體復(fù)合材料中，絕緣相往往扮演著降低材料電學(xué)性能的角色。然而，近年來人們發(fā)現(xiàn)，在特定外場條件下復(fù)合材料二維表面處的載流子遷移率并不比預(yù)想的差。楊小牛研究員課題組首次在體相半導(dǎo)體/絕緣高分子復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了絕緣基質(zhì)增強(qiáng)的半導(dǎo)體電荷傳輸現(xiàn)象(Macromolecules 2007, 40, 6579), s隨后他們將這一規(guī)律推廣到無特定外場條件下的三維體系，并用更普適性的物理量—電導(dǎo)率來論證這一點(diǎn)，獲得以上研究成果。

通過控制聚噻吩/絕緣聚合物共混物制備過程中結(jié)晶和相分離的競爭關(guān)系，可抑制大尺度的兩相分離，由此得到均勻的半導(dǎo)體/絕緣體復(fù)合材料。這種材料表現(xiàn)出了絕緣基質(zhì)增強(qiáng)的半導(dǎo)體電荷傳輸現(xiàn)象。我們認(rèn)為，載流子以極化子形式在復(fù)合材料中進(jìn)行傳導(dǎo)，由于絕緣基質(zhì)極化率較低，極化子在半導(dǎo)體/絕緣體界面處傳輸時(shí)受到周圍極化環(huán)境的影響較小，這有助于降低界面處的電荷傳輸活化能，由此提高了兩相界面處的載流子遷移率。從這個(gè)意義上講，對(duì)于兩相共混體系，增強(qiáng)的體相電荷傳輸性質(zhì)需要滿足下列三個(gè)條件：首先，鑒于電荷主要在共混兩相界面?zhèn)鬏敚^緣聚合物的介電常數(shù)必須足夠低才可能降低電荷傳輸活化能，從而有效提高半導(dǎo)體相的載流子遷移率；其次，半導(dǎo)體/絕緣體兩相相分離尺度需要足夠小，才能大幅提高兩相接觸界面；最后，要求半導(dǎo)體相要有較好的連續(xù)性，有利于減小電荷傳輸?shù)淖枇Α?/font>