科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)法以高分辨率和高速度繪制了用于光電和光子應(yīng)用的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的局部圖案。這種新方法可以對(duì)材料特性和隨之而來(lái)的最終特性進(jìn)行構(gòu)圖，包括分子構(gòu)象，取向，結(jié)晶度和組成。該技術(shù)在《自然通訊》中以開(kāi)放獲取的方式發(fā)布，也已獲得專(zhuān)利，并尋求工業(yè)合作伙伴進(jìn)行進(jìn)一步的共同開(kāi)發(fā)。

縮小有機(jī)電子產(chǎn)品和全球部署的硅電子產(chǎn)品之間的差距需要新的低成本和低能耗的制造方法和技術(shù)。這項(xiàng)工作是一項(xiàng)關(guān)鍵的使能技術(shù)，可加快將柔性輕質(zhì)有機(jī)電子產(chǎn)品和光子學(xué)的使用提高到基于硅的設(shè)備的水平。

有機(jī)半導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)和組成需要進(jìn)行局部調(diào)整，以?xún)?yōu)化其性能，例如載流子遷移率，電導(dǎo)率和發(fā)光。并擴(kuò)展其功能，以實(shí)用地?cái)U(kuò)展應(yīng)用，例如有機(jī)晶體管(OFET)和發(fā)光二極管(OLED)，有機(jī)光伏(OPV)，有機(jī)熱電發(fā)生器(OTEG)和有機(jī)光子結(jié)構(gòu)。

將半導(dǎo)體聚合物薄膜圖案化成功能性結(jié)構(gòu)化有源層的當(dāng)前方法包括諸如光刻，激光誘導(dǎo)的正向轉(zhuǎn)移(LIFT)或噴墨印刷等技術(shù)，僅舉幾例。其中一些方法速度很快，但空間分辨率較低。其他人則可以通過(guò)費(fèi)力的多步驟過(guò)程來(lái)生成精細(xì)的結(jié)構(gòu)。這種速度/分辨率的權(quán)衡仍然是該領(lǐng)域的瓶頸，同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的方法也普遍無(wú)法同時(shí)對(duì)所有可能的特征類(lèi)型進(jìn)行圖案化。

巴塞羅那材料科學(xué)研究所(ICMAB-CSIC)的科學(xué)家馬里亞諾·坎波伊·奎爾斯(Mariano Campoy-Quiles)和亞歷山大·佩維登采夫(Aleksandr Perevedentsev)由光電子和能量收集納米結(jié)構(gòu)材料(Nanopto)組開(kāi)發(fā)的新方法涉及小功能分子通過(guò)到達(dá)半導(dǎo)體層之前的“分子門(mén)”中間層，它們?cè)谄渲幸鹚璧淖兓?，例如方向性聚合物鏈取向，增?qiáng)的結(jié)晶度，通過(guò)摻雜或改變的發(fā)光特性產(chǎn)生的電導(dǎo)率。

“該方法基于分子擴(kuò)散這一事實(shí)，使得可以一次在一個(gè)分子上局部修飾組成，從而具有極高的組成準(zhǔn)確性，這就是為什么我們說(shuō)我們的方法將'按需分子'的概念引入了這一事實(shí)。低成本，基于解決方案的處理方案”，Campoy-Quiles說(shuō)。

小分子通過(guò)分子門(mén)中間層的擴(kuò)散被諸如熱，光或蒸氣射流的刺激激活。當(dāng)使用聚焦激光作為刺激時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)薄膜微觀結(jié)構(gòu)和成分的高分辨率局部圖案化;因此，該方法可以看作是印刷和光刻之間的橋梁。

此外，該方法本質(zhì)上是快速的，并且與用于所有類(lèi)型的有機(jī)電子和光子設(shè)備的串行(例如卷對(duì)卷)和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的處理兼容。Campoy說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特之處在于，它可以在一個(gè)步驟中對(duì)多個(gè)功能進(jìn)行圖案化。一個(gè)例子是，通過(guò)在目標(biāo)中控制多個(gè)小分子的擴(kuò)散而獲得具有三種不同發(fā)射顏色的像素聚合物基質(zhì)。”

“它的美麗，” Perevedentsev補(bǔ)充說(shuō)，“多功能性植根于該概念的根基。我們渴望將其帶入新的領(lǐng)域。我們是否應(yīng)建立電力和熱能的微型賽道?電子束呢?生物分子呢?這篇論文可能是地圖上的第一個(gè)點(diǎn)，但距離邊緣還很長(zhǎng)!”

該方法用于半導(dǎo)體聚合物薄膜的制造和構(gòu)圖已獲得專(zhuān)利申請(qǐng)的保護(hù)，可以將有機(jī)電子技術(shù)推向新的高度，從而使柔性和輕型有機(jī)光伏，光子學(xué)，晶體管和其他電子設(shè)備可以相對(duì)于基于硅的電子產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)力。