Cross-Scale Synthesis of Organic High-k Semiconductors Based on Spiro-Gridized Nanopolymers

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作者
Dongqing Lin,Wenhua Zhang,Hang Yin,Haixia Hu,Yang Li,He Zhang,Le Wang,Xinmiao Xie,Hongkai Hu,Yongxia Yan,Haifeng Ling,Jin’an Liu,Yue Qian,Lei Tang,Yongxia Wang,Chaoyang Dong,Linghai Xie,Hao Zhang,Shasha Wang,Ying Wei
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2022: 9820585-9820585 被引量:25
标识
DOI:10.34133/2022/9820585
摘要

High dielectric constants in organic semiconductors have been identified as a central challenge for the improvement in not only piezoelectric, pyroelectric, and ferroelectric effects but also photoelectric conversion efficiency in OPVs, carrier mobility in OFETs, and charge density in charge-trapping memories. Herein, we report an ultralong persistence length (l p ≈ 41 nm) effect of spiro-fused organic nanopolymers on dielectric properties, together with excitonic and charge carrier behaviors. The state-of-the-art nanopolymers, namely, nanopolyspirogrids (NPSGs), are synthesized via the simple cross-scale Friedel-Crafts polygridization of A2B2-type nanomonomers. The high dielectric constant (k = 8.43) of NPSG is firstly achieved by locking spiro-polygridization effect that results in the enhancement of dipole polarization. When doping into a polystyrene-based dielectric layer, such a high-k feature of NPSG increases the field-effect carrier mobility from 0.20 to 0.90 cm2 V-1 s-1 in pentacene OFET devices. Meanwhile, amorphous NPSG film exhibits an ultralow energy disorder (<50 meV) for an excellent zero-field hole mobility of 3.94 × 10-3 cm2 V-1 s-1, surpassing most of the amorphous π-conjugated polymers. Organic nanopolymers with high dielectric constants open a new way to break through the bottleneck of efficiency and multifunctionality in the blueprint of the fourth-generation semiconductors.
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