General Strategy for Self-Assembly of Highly Oriented Nanocrystalline Semiconducting Polymers with High Mobility

纳米晶材料 材料科学 自组装 纳米技术 聚合物 纳米晶 复合材料
作者
Chan Luo,Aung Ko Ko Kyaw,Louis A. Pérez,Shrayesh N. Patel,Ming Wang,Bruno Grimm,Guillermo C. Bazan,Edward J. Krämer,Alan J. Heeger
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 2764-2771 被引量:433
标识
DOI:10.1021/nl500758w
摘要

Solution processable semiconducting polymers with excellent film forming capacity and mechanical flexibility are considered among the most progressive alternatives to conventional inorganic semiconductors. However, the random packing of polymer chains and the disorder of the polymer matrix typically result in low charge transport mobilities (10–5–10–2 cm2 V–1 s–1). These low mobilities compromise their performance and development. Here, we present a strategy, by utilizing capillary action, to mediate polymer chain self-assembly and unidirectional alignment on nanogrooved substrates. We designed a sandwich tunnel system separated by functionalized glass spacers to induce capillary action for controlling the polymer nanostructure, crystallinity, and charge transport. Using capillary action, we demonstrate saturation mobilities with average values of 21.3 and 18.5 cm2 V–1 s–1 on two different semiconducting polymers at a transistor channel length of 80 μm. These values are limited by the source-drain contact resistance, Rc. Using a longer channel length of 140 μm where the contact resistance is less important, we measured μh = 36.3 cm2 v–1 s–1. Extrapolating to infinite channel length where Rc is unimportant, the intrinsic mobility for poly[4-(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[1,2-b:5,4-b′]dithiophen-2-yl)-alt-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine] (Mn = 140 kDa) at this degree of chain alignment and structural order is μh ≈ 47 cm2 v–1 s–1. Our results create a promising pathway toward high performance, solution processable, and low-cost organic electronics.
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