基于电荷诱导光吸收谱技术的有机体异质结-电解质溶液界面处载流子传输动力学研究

项目名称： 基于电荷诱导光吸收谱技术的有机体异质结-电解质溶液界面处载流子传输动力学研究

项目编号： No.61505110

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 无线电电子学、电信技术

项目作者： 徐海华

作者单位： 深圳大学

项目金额： 20万元

中文摘要： 有机体异质结是一种极具应用前景的有机电子器件材料体系。近年来，基于该体系的生物传感研究引起国内外广泛关注。我们首次研制出基于有机体异质结的超高灵敏度光晶体管，实现了对人体脉搏信号的无创检测。然而，在诸多生物传感应用中，有机体异质结须与生物电解质溶液直接接触，溶液中水偶极子、离子及生物分子等会对有机体异质结中载流子的传输造成复杂的影响，而这些影响的物理机理目前尚未清楚。为此，本项目将设计电解质门控有机体异质结晶体管，采用电荷诱导光吸收谱技术在微观尺度研究有机体异质结中电子、空穴在固液界面处的不同定域特性，通过调控栅极电压的极性及幅值，在原位探测静电耦合、电化学掺杂效应对电子、空穴输运特性的影响。我们将提出频域电荷诱导光吸收谱测试与极化弛豫模型计算相结合的方法，研究溶液中水偶极子、离子如何影响电子、空穴的极化弛豫过程。本项目的研究成果将为设计新型的有机生物电子器件提供重要的理论指导。

中文关键词： 有机半导体；场效应晶体管；场效应传感器；迁移率

英文摘要： Organic bulk heterojunction (OBHJ) is a promising material system for organic electronic devices. Recently, researchers pay much attention to biosensing applications based on OBHJs. We firstly demonstrated an ultra-high-sensitivity phototransistor based OBHJ and applied it for non-invasive radial artery pulse wave monitoring. However, in most of these applications, OBHJs should be directly exposed to biological electrolyte solution, and it is still unclear how water dipole, ion and biological molecule in solution influence charge transport in OBHJs. In this work, we will design electrolyte-gated organic bulk heterojunction transistors and carry out charge modulation spectroscopy measurements to microscopically present a systematic study comparing hole and electron charge transports at the solid-liquid interface. Through modulating polarity and amplitude of gate voltage, we will in-situ study how the electrostatic coupling and electrochemical doping effect influences electron and hole transports in OBHJ. We will propose a method which combines frequency-domain charge modulation spectroscopy and polaronic relaxation model calculations to study how water dipole and ions influence the electron and hole polaronic relaxation process in OBHJs. Our research achievement will provide a significant theoretical guidance for designing new organic bioelectronics devices.

英文关键词： Organic semiconductor;Field-effect transistor;Field-effect sensor;Mobility