有机-无机杂化注入层提升四烯基有机薄膜晶体管电荷注入效率的研究

这篇研究通过系统比较金电极(Au)、三氧化钼(MoO3)、并五苯(P5)及P5/MoO3杂化双层等不同注入层结构，揭示了有机-无机杂化双层在优化有机薄膜晶体管(OTFT)性能中的协同机制。采用P5/MoO3杂化注入层的器件表现出最优性能：空穴迁移率达2.5×10?2 cm2V?1s?1，接触电阻(Rc)降至1.2×103 kΩ，同时实现能级对齐与界面形貌双重优化，为高性能有机电子器件开发提供了新思路。

　　

Highlight

本研究首次系统阐明了有机、无机及有机-无机杂化注入层对四烯基有机薄膜晶体管(OTracene-OTFTs)电荷注入特性的差异化影响。通过构建P5/MoO₃杂化双层结构，实现了"金属氧化物能级调控+有机半导体界面相容"的协同效应：MoO₃通过其高功函数优化空穴注入势垒，而超薄P5层既作为金属扩散阻挡层，又通过与四烯活性层形成连贯的有机/有机界面，显著提升器件性能。

Results and discussion

图1展示了金(Au)、MoO₃的费米能级，以及并五苯(P5)和四烯的最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占分子轨道(LUMO)能级。MoO₃因其高功函数特性，能有效降低有机半导体与电极间的空穴注入势垒；而P5的HOMO能级(-5.0 eV)与四烯(-5.3 eV)形成梯度能级排列，这种"能级阶梯"结构使载流子注入更为顺畅。值得注意的是，杂化双层结构使器件获得2.5×10^?2 cm²V^?1s^?1的空穴迁移率，较裸金电极器件提升近3个数量级。

Conclusions

本研究证实P5/MoO₃杂化注入层能同时解决有机电子器件的两大核心问题：通过MoO₃实现能级对齐降低接触电阻(R_c)，借助P5层改善界面形貌相容性。该策略为开发兼具高性能与稳定性的下一代有机电子器件提供了普适性方案，特别适用于柔性电子和可穿戴设备等前沿领域。