我校物理学院紫外光发射材料与技术教育部重点实验室汤庆鑫教授及其研究团队多年来一直从事可穿戴电子学研究，设计和构建了多种新奇的半导体功能界面，提高了界面对载流子传输的调控效率，获得了系列高性能电学器件。相关研究工作受到国内外同行的关注和引用。
该研究团队提出了“利用半导体-空气绝缘层界面增强载流子与气体分子相互作用”的新思想，破解了传统场效应器件导电沟道被固体绝缘层遮蔽而导致灵敏度低的难题，实现了CuPc对SO2的室温高灵敏探测，探测下限达0.5 ppm（为当时有机半导体传感器的最高水平）。被评价是“新奇的”、“获得最高灵敏度最有效的策略之一”，为高质量气体传感器研究“开拓了新思路”。
图1 空气构筑新奇绝缘层-半导体界面用于超高灵敏探测：A.与传统界面对比示意图 B.与传统固体绝缘层器件的性能对比；C、D.距离探测器原理以及对20nm原子力针尖的超灵敏探测
该团队创建了“利用范德华力构筑有机半导体-贴膜电极界面”的新方法，突破了传统蒸镀电极热辐射损伤有机半导体而导致载流子注入效率低的难题。该方法被评价为“彻底消除了热辐射损伤和金属原子扩散”，“能在半导体和电极间形成更好的接触”，被国内外27个研究组采用。相关研究，为发展“高性能器件和电路”开辟了新途径。
图2 利用范德华力构筑新奇半导体-贴膜电极界面：A.与传统蒸镀电极界面对比示意图；B.基于金膜界面的双极性有机场效应器件；C.基于导电纳米线贴膜界面的有机微纳单晶电路
此外，该团队提出了“利用半导体-碳纳米纤维(CNFs)一维异质界面提升载流子传输效率”的新策略，解决了半导体界面转移电阻高的难题。设计了PANI-CNFs等超级电容器电极，实现了材料和器件电化学储能性能的显著提升。被评价是“吸引人的”、“有效的”、“非常可行的”方法，获得了“完美的电化学性能”。
图3PANI-CNFs电极及超级电容器：A.与传统单一电极对比的电荷转移传输示意图B.电镜图C.器件性能D.柔性器件点亮LED。
该团队在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Mater. Horizons.等刊物上发表研究论文70余篇，这些工作加深了界面对载流子传输调控规律的认识，推进了高性能半导体电学器件的应用研究，促进了可穿戴电子学研究的发展。系列研究成果荣获2020年度吉林省科学技术奖自然科学一等奖。
科学技术处
2020年11月26日