低功耗有机场效应晶体管电荷传输性能和光电探测集成阵列的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51903186
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0309.光电磁功能有机高分子材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Organic field effect transistors are key building blocks for future wearable devices. In view of the high temperature deterioration of organic materials and the limited power supply of wearable devices, it is of great significance to prepare low-power, high-performance organic field-effect transistors. However, due to the strong interaction between the dielectric polarization of high permittivity (high-k) materials and the charge transport of organic semiconductor molecules, low power consumption and high performance are difficult to achieve simultaneously in organic transistor devices. Specifically, it appears that the mobility properties obtained using a high-k dielectric layer are generally much lower than using a low-k dielectric layer. In response to this scientific challenge, the project focuses on the improvement of the charge transport performance of low-power organic field effect transistors. By combining the optimized dielectric layer and the semiconductor transport layer, the objective is to prepare an organic transistor device with excellent comprehensive performance. Further, it is applied to the field of photodetectors to prepare phototransistors and their flexible integrated arrays. Emphasis is placed on optimizing performance parameters, understanding the working mechanisms, and demonstrating imaging applications. This work will have important guiding significance for promoting the application of organic transistors in the field of flexible wearable sensing devices.
有机场效应晶体管是未来可穿戴设备的关键构筑单元,鉴于有机材料自身的不耐高温性和可穿戴设备携带电源的有限性,制备低功耗、高性能的有机场效应晶体管将具有重要的意义。但是,由于高介电常数(高-k)材料介电极化与有机半导体分子电荷传输的强相互作用,低功耗和高性能很难在有机晶体管器件中同时实现,具体表现为基于高-k介电层得到的迁移率性能通常远低于使用低-k介电层。针对这一关键科学问题,本项目聚焦于低功耗有机场效应晶体管的电荷传输性能的提升,采用优化介电层和半导体传输层相结合的办法,目标制备出综合性能十分优异的有机晶体管器件。并进一步将其应用于光电探测领域,制备光晶体管器件及其柔性集成阵列,重点关注于优化性能参数、深入理解工作机理、以及实现成像功能等应用展示。该工作对推动有机晶体管在柔性可穿戴传感设备领域的应用将具有重要的指导意义。

结项摘要

有机场效应晶体管是柔性电子领域的核心电子元器件,但其应用之路仍面临巨大挑战。其中关键问题之一为高迁移率和低功耗性能难以兼顾,因为高介电常数(高-k)的强偶极性将造成有机半导体的态密度展宽,导致电荷传输的局域性增加,降低迁移率性能。针对这一科学难题,该项目优化了半导体层的制备策略,实现了二维分子晶体的层数可控生长和大面积制备,解决了二维分子晶体的高效电荷注入和柔性阵列集成的难题;提出了高k二维柔性介电层的新型制备策略,获得了两种新的高k介电层材料,为低功耗柔性电子器件的介电层铺平了道路;开发了二维分子晶体与高介电常数(高-k) 介电层相结合的制备工艺,满足了原位生长和任意基底转移的不同需求,实现了兼具高迁移率和低功耗的有机场效应晶体管;提出了厚度可控的高质量的p-n异质结构的制备策略,实现了高性能双极性晶体管的构筑,为逻辑互补电路提供了新方案;发展了新型分子晶体异质结构,独辟蹊径利用栅场放大沟道电流、光场耗尽沟道电流策略,构筑超灵敏负响应光探测器件;发展了栅极电压辅助驻极体捕获电荷的策略构筑多模式集成器件,制备了低功耗柔性光电传感集成阵列器件。我们的研究结果主要以科研论文的形式发表,项目负责人以第一/通讯作者身份在Advanced Materials(2篇), Journal of Materials Chemistry C(3篇), Science China-Materials(1篇)等国内外高水平期刊上发表论文9篇;申请国家发明专利1项;培养毕业研究生2名;应邀参加国内外学术会议并作邀请报告5次。项目的顺利实施可为高性能低功耗的光电器件的发展提供理论和技术支持,促进有机电子学的进一步发展和应用。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
2D molecular crystal templated organic p-n heterojunctions for high-performance ambipolar organic field-effect transistors
用于高性能双极有机场效应晶体管的二维分子晶体模板有机pn异质结
  • DOI:
    10.1039/d1tc00715g
  • 发表时间:
    2021-04-13
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Guo, Siyu;Yao, Jiarong;Hu, Wenping
  • 通讯作者:
    Hu, Wenping
p-n Heterojunctions Composed of Two-Dimensional Molecular Crystals for High-Performance Ambipolar Organic Field-Effect Transistors
二维分子晶体构成的P-n异质结用于高性能双极有机场效应晶体管
  • DOI:
    10.1063/5.0048790
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    APL Materials
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Yao Jiarong;Tian Xinzi;Yang Shuyuan;Yang Fangxu;Li Rongjin;Hu Wenping
  • 通讯作者:
    Hu Wenping
Challenging Bendable Organic Single Crystal and Transistor Arrays with High Mobility and Durability toward Flexible Electronics
向柔性电子产品挑战具有高移动性和耐用性的可弯曲有机单晶和晶体管阵列
  • DOI:
    10.1002/adma.202203330
  • 发表时间:
    2022-08-26
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Fu, Beibei;Yang, Fangxu;Hu, Wenping
  • 通讯作者:
    Hu, Wenping
Negative Phototransistors with Ultrahigh Sensitivity and Weak‐Light Detection Based on 1D/2D Molecular Crystal p–n Heterojunctions and their Application in Light Encoders
基于一维/二维分子晶体异质结的超高灵敏度弱光检测负光电晶体管及其在光编码器中的应用
  • DOI:
    10.1002/adma.202201364
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Xiaoting Zhu;Yujie Yan;Lingjie Sun;Yiwen Ren;Yihan Zhang;Yang Liu;Xiaotao Zhang;Rongjin Li;Huipeng Chen;Jishan Wu;Fangxu Yang;Wenping Hu
  • 通讯作者:
    Wenping Hu
Soft Template-Assisted Self-Assembly: A General Strategy Toward Two-Dimensional Molecular Crystals for High-Performance Organic Field-Effect Transistors
软模板辅助自组装:高性能有机场效应晶体管二维分子晶体的通用策略
  • DOI:
    10.1039/d1tc04307b
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Xinzi Tian;Jiarong Yao;Siyu Guo;Zhaofeng Wang;Yanling Xiao;Heng Zhang;Yiyu Feng;Wei Feng;Jiansheng Jie;Fangxu Yang;Rongjin Li;Wenping Hu
  • 通讯作者:
    Wenping Hu

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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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