柔性透明封装层增强全有机印刷晶体管的热稳定性和辐射硬度：面向近地轨道应用

这篇研究探讨了有机场效应晶体管（OFET）在模拟近地轨道（LEO）环境下的可靠性问题，通过引入柔性透明封装层（PDMS/Parylene C）显著提升了器件在极端温度（-20至120°C）和紫外辐射（250-360 nm）下的性能稳定性。研究证实封装层可降低电学参数（如阈值电压VTH和载流子迁移率μ）的变异度，为低成本、轻量化的立方星（CubeSat）应用提供了可行性依据。

　　

引言

柔性有机电子技术因其低成本、大面积加工和基板适应性成为新太空经济（NSE）的潜在解决方案，尤其适用于立方星（CubeSat）等轻量化航天器。然而，有机材料在近地轨道极端环境（如温度循环、紫外辐射）下的可靠性尚未充分验证。本研究首次系统评估了全有机印刷OFET在模拟LEO条件下的性能退化机制，重点分析了柔性封装层对器件稳定性的影响。

材料与结构

器件采用底栅底接触结构，以聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）为基底，喷墨打印PEDOT:PSS电极，化学气相沉积（CVD）法制备Parylene C介电层，并滴铸6,13-双（三异丙基硅乙炔基）并五苯（TIPS pentacene）作为半导体。关键创新在于封装设计：实验组覆盖40 μm聚二甲基硅氧烷（PDMS）和2 μm Parylene C双层结构，对照组无封装。原子力显微镜（AFM）显示TIPS pentacene形成典型100 nm厚晶域，证实材料兼容性。

电学性能与温度应力测试

初始电学表征显示，封装器件载流子迁移率达0.19 cm² V^-1 s^-1，阈值电压1.9 V，优于未封装器件。温度阶跃应力测试（-20至125°C）表明：

1. 1.

   未封装器件在低温下V_TH显著负漂（-0.5 V），高温下正漂（+1.2 V），迁移率波动超20%；

2. 2.

   封装器件在100°C以下表现稳定，V_TH漂移<400 mV且24小时内恢复，但125°C时因PDMS脱气导致迁移率骤降80%。

紫外辐射响应

单色光测试（250/310/360 nm）揭示：

• •

  250 nm紫外光（UV-C）使未封装器件V_TH漂移6.7 V，迁移率损失90%，而封装器件仅漂移1.2 V；

• •

  宽谱紫外辐照下，封装器件参数变异度降低50%，证实其抗电离辐射优势。瞬态效应分析显示封装可抑制紫外诱导的阈值电压瞬时波动。

结论与展望

PDMS/Parylene C封装将OFET的工作温度上限提升至100°C，并有效阻隔UV-C辐射损伤，但需进一步优化材料热稳定性以应对卫星外部环境。未来需评估真空、原子氧等LEO综合因素影响，并探索对X射线等高能粒子的防护策略。该研究为有机电子在航天传感器和电路中的应用奠定了可靠性基础。

（注：全文数据均来自原文实验部分，未添加主观推断；专业术语如PEDOT:PSS、TIPS pentacene等均按原文格式标注；温度单位°C和电学符号V_TH等严格遵循原文规范。）