有机半导体的发现

有机半导体的研究始于半个多世纪前。曾经普遍认为，所有有机化合物都是绝缘体。直到年，当人们发现电可以流过有机物质时，才打破了这一观念。

年，日本有机化学家赤松秀夫发现的导电有机化合物中，载流子沿着π键而不是σ键移动。年，有研究发现苝-溴配合物表现出异常高的顺磁性和导电性。因此得出结论：如果有机化合物具有π-共轭体系的结构，本质上也可以称为导体。年，诺贝尔化学奖获得者HidekiShirakawa发现卤素掺杂的聚乙炔薄膜具有高导电性。

有机半导体的分类

有机半导体按其分子大小可分为低分子量半导体和高分子量半导体。

低分子量有机半导体很容易通过重结晶或升华提纯，易获得优质晶体，但很难制成分子排列均匀的晶体或薄膜。高分子有机半导体（聚合物体系）易于制备均匀的晶体和薄膜，具有优异的耐热性，但存在结晶度低、分子量控制困难、催化剂去除困难等缺点。

截至年，低分子量有机半导体在载流子迁移率等物理性能方面普遍优越。载流子迁移率表示每单位电场中载流子的速度，载流子迁移率越高，潜在应用的范围就越广。最近，已经开发出新技术来增加高分子量有机半导体的结晶度，迁移率也有所提高。

有机半导体材料相对于无机半导体材料的优点在于它可以通过将半导体材料溶解在溶液中来应用。虽然低分子有机半导体具有更高的性能，但其性能远不及无机半导体。

有机半导体与无机半导体对比

有机半导体的优点：

1.制作过程

精细加工是制造高性能集成电路的必要技术。在无机半导体中，精细加工技术取得了显著的进步，并且已经创造了能够以数百个原子的精细度进行加工的技术。然而，无机半导体的加工工艺要求高，工序多。大量的步骤不仅延长了工作时间，而且导致成品率下降并且需要大量的设备，这在工业上是不利的。

另一方面，有机半导体可以溶解在液体中，因此只需像喷墨打印机一样喷洒就可以轻松绘制复杂的图案。无机半导体的制造工序需要℃以上的高温工序，但对于有机半导体来说，℃以下，有时℃以下就足够了。

2.分子设计的自由度

如果是有机化合物，可以根据目的添加取代基，改变苯环的长度。通过合成设计有不同的有机半导体，并比较工艺条件（例如易溶解性和易成膜性）与作为半导体的性能，也可以制造出最好的半导体。

3.无机半导体不具备的灵活性。

在有机半导体中，每个分子都通过看似“预先形成”的弱π键连接，有机半导体的薄膜也可以卷曲和弯曲，有机会制造出全新的柔性设备。

有机半导体的缺陷：

1.性能压倒性地不如无机半导体。

在半导体领域，性能用术语—载流子迁移率来表示。无机半导体的迁移率约为到13,cm2/Vs，而对于有机半导体载流子迁移率最大值不到cm2/Vs。由于显示器、电子标签、IC卡等可以以10cm2/Vs或更小的迁移率工作，因此有机器件开始在这些领域中投入实际应用。

除了性能之外，有机半导体在稳定性方面仍然存在问题。一些分子对光、水和空气敏感，使其难以处理，而一些有机化合物具有致癌性。

有机半导体的应用及前景

近年来有机半导体得到了使用，例如“可弯曲的智能手机”和“具有弯曲侧面的显示器”。与无机半导体不同，这是只有使用柔软且可弯曲的有机半导体才能实现的功能。例如，有机半导体本身具有光的特性，不需要滤色片和背光，所以有机EL显示器比传统液晶显示器更薄。

屏幕折叠手机（图片来源：tech+）

未来技术发展还将继续，直接附着在皮肤上的设备有望出现。如果投入实际使用，佩戴该设备将可以像在皮肤上贴创可贴一样简单，并且可以24小时不间断地测量血压、血氧水平、心电图等生命数据。有报道称，它已经在日本的研发阶段取得了成功。

附着在皮肤上检测生命数据的有机半导体器件（图片来源：tech+）

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