2022年CAIA獎一等獎：有機半導體場調控綜合電物性測量及應用
完成單位：中國科學院化學研究所
完成人：狄重安、鄒業、張鳳嬌、臧亞萍、劉力瑤、賀紫晗、朱道本
成果簡介：有機半導體可為柔性電子工業提供關鍵物質基礎，是化學、材料、信息和能源等多學科交叉的世界科技前沿，也是我國戰略必爭的高技術研究領域。精確表征有機半導體在電場調控和光、熱、壓力等刺激響應下的電物性是多功能有機半導體領域的關鍵挑戰。項目團隊針對上述問題，搭建了有機半導體場調控綜合電物性測試平臺，融合多通道、弱信號測量技術和晶體管的電場調控原理，成功利用電場在器件中實現電荷密度的動態和可控調控，實現有機半導體在光、熱、壓力等刺激信號下的電物性響應特征與演化規律的原位精準表征，成功揭示有機半導體的光適應、壓力傳感與熱電轉換等多種新功能，并基于此發展了一系列智能感知與綠色能源器件。
創新點及科學價值：圍繞有機半導體場調控綜合電物性測量的重大技術需求，推動多功能有機半導體研究領域的快速發展，本成果創新點包括以下三個方面：（1）建立場調控器件的適應性能測試方案并提出有機光控主動適應晶體管新概念，為有機半導體的視覺感知應用提供了新思路；（2）搭建了多路弱信號快速采集系統并創新懸浮柵極器件結構，開發了超靈敏力、磁、聲波傳感器；（3）建立了有機半導體在電場調控下的熱導率和電性能同步測試技術，發展了兩類具有創紀錄性能指標的有機熱電材料與多功能傳感器件。
本成果針對多功能有機半導體研究中的構效關系和器件功能化研究需求，以分子材料在電場調控下的光、熱、壓力相關的電學性能表征為切入點，建立了有機半導體薄膜的場調控綜合電物性研究的系統測試分析方案；基于此，在國際上首創性構筑了有機半導體光控主動適應器件和觸覺感知功能器件，高效發展了兩類具有創紀錄性能指標的有機半導體熱電材料，為有機半導體的多功能應用和實現新科學內涵奠定了技術基礎。
社會經濟效益：項目團隊基于搭建的有機半導體場調控綜合電物性測試分析平臺，開展了高遷移率有機半導體的視覺感知、觸覺感知和熱電轉換等前沿研究，并與國內多個高校和科研機構的課題組開展合作研究，發表和支撐發表了一系列高水平學術論文。依托本成果發展的系統表征技術方案形成自主知識產權，其中子系統“薄膜熱電參數表征技術”已實現專利成果轉化，基于該技術研發的商品化熱電薄膜測試儀器已經在天津大學、西安交通大學、中國科學院大學等多所高校和研究機構得到應用。
應用前景：基于本成果發展的有機半導體場調控綜合電物性測試分析平臺，將進一步推動有機半導體器件原位電荷密度相關的仿生和動態調控研究，推動有機半導體智能感知和綠色能源等高性能或新功能器件應用；形成的系統表征測試技術方案進一步實現成果轉化，支撐跨團隊和跨機構的合作研究，加速推動實現有機半導體領域新興增長點的關鍵突破。
