高k栅极介电层用于有机场效应晶体管：界面工程、性能优化与可规模化柔性电子

《ACS Applied Materials & Interfaces》：High-k Gate Dielectrics for Organic Field-Effect Transistors: Interfacial Engineering, Performance Optimization, and Scalable Flexible Electronics

　　

摘要

有机场效应晶体管（OFETs）因其机械柔顺性、溶液可加工性、低温制造和分子可调性，成为柔性、可穿戴、生物集成和大面积电子器件的有前景平台。然而，其实际应用需要低电压操作、低功耗、高运行稳定性和可扩展制造，这些在很大程度上受栅介质及其与有机半导体界面的影响。高k栅介质可以增加栅电容并增强静电控制，从而实现低电压操作。然而，较高的介电常数并不一定带来更好的器件性能，因为强极化、表面极性、界面陷阱、偶极无序、远程声子散射、漏电流、离子迁移以及介质-半导体不相容性会损害电荷传输和器件可靠性。本综述以性能为导向、以界面为中心，对用于OFETs的高k栅介质进行了概述。我们首先将高k介质体系分类为无机氧化物、分子工程聚合物、有机-无机杂化物和复合材料，以及全有机复合/多层结构，重点介绍它们的极化机制、优势、局限性和结构-性能关系。接着讨论介质特性和界面如何影响载流子迁移率、阈值电压、开关特性、电荷注入、漏电流、迟滞和运行稳定性。特别关注界面工程策略，包括表面改性、缓冲层、多层结构、分子设计、复合构建以及缺陷/钝化控制。我们进一步讨论了在电、热、机械和环境应力下的长期可靠性，以及新兴介质体系、低温和可扩展制造、大面积均匀性、工艺集成和商业化挑战。最后，我们总结了在平衡高电容、低漏电流、界面相容性、机械稳健性、环境稳定性和可扩展加工性方面的关键设计考量。通过整合介质设计、界面工程、器件物理、可靠性和制造，本综述为开发下一代柔性电子器件的低电压、稳定且可扩展的OFETs提供了指导方针。

? 2026 美国化学会