有機半導體(ti) 由於(yu) 其在發光二極管（LEDs）、場效應晶體(ti) 管（FETs）以及光伏電池方麵的應用而受到廣泛關(guan) 注。由於(yu) 有機半導體(ti) 可以通過溶液法製備，對於(yu) 矽基器件是一種更具成本效益的升級替代品。然而，其性能的不均勻性是一個(ge) 長期存在的問題。科學家們(men) 知道性能問題源於(yu) 有機半導體(ti) 薄膜內(nei) 部的界麵，但卻不清楚其具體(ti) 原因，現在這個(ge) 迷題似乎被解決(jue) 了。

　　美國能源部勞倫(lun) 斯·伯克利國家實驗室、加州大學伯克利分校化學家娜奧美·金斯伯格（Naomi Ginsberg）領導的團隊采用特殊顯微鏡研究了液相合成的名為(wei) TIPS-並五苯（TIPS-pentacene）的特殊高性能有機半導體(ti) 內(nei) 部的界麵。該團隊發現溶液澆鑄過程中界麵處形成許多隨機排列的雜亂(luan) 納米晶；好比高速公路上的碎片，納米晶阻礙了載流子的遷移。

　　Ginsberg表示：“如果界麵整潔幹淨，可能不會(hui) 對性能造成這麽(me) 大的影響，但是納米晶的存在降低了載流子的遷移率。界麵的納米晶模型可以為(wei) 改進液相合成方法從(cong) 而優(you) 化器件性能提供關(guan) 鍵信息。”

　　該研究以“Exciton dynamics reveals aggregates with intermolecular order at hidden interfaces in solution-cast organic semiconducting films”為(wei) 題於(yu) 1月12日發表在《自然·通訊》（Nat. Commun.， DOI： 10.1038/ncomms6946）上。

　　有機半導體(ti) 是基於(yu) 碳而形成的更大分子，例如苯和並五苯，其導電性介於(yu) 絕緣體(ti) 和金屬之間。與(yu) 矽或其他無機半導體(ti) 不同，通過液相合成的有機材料通常不需要高溫退火。即使早已清楚有機半導體(ti) 薄膜結晶疇晶界麵是其器件性能的關(guan) 鍵所在，但至今仍無法獲知這些界麵形態的具體(ti) 信息。

　　“有機半導體(ti) 薄膜因其界麵疇比原子力顯微鏡這樣的表麵探針技術的衍射極限還要小而無法被觀察，其納米級異質性也使得其通常不能使用X-射線的方法解析。” Ginsberg 說，“而且，我們(men) 所研究的TIPS-並五苯幾乎是零發光，意味著不能采用光致發光顯微鏡來研究。”

　　Ginsberg團隊利用瞬態吸收（TA）顯微鏡克服了這一難題。TA是一種利用飛秒激光脈衝(chong) 激活瞬態能量狀態，使得探測器可以測量吸收光譜變化的技術。研究小組在他們(men) 自己搭建的光學顯微鏡上結合了瞬態吸收光譜顯微鏡學，使得其能夠產(chan) 生比傳(chuan) 統TA顯微鏡小1000倍的聚焦體(ti) 積。她們(men) 還部署了多種不同的光偏振，從(cong) 而將相鄰區域中無法觀察到的獨立界麵信號分離開。

　　“包括非常好的探測器在內(nei) 的儀(yi) 器設備、為(wei) 確保良好信噪比而進行的艱苦的數據收集、以及我們(men) 實驗和分析的方法是我們(men) 成功的關(guan) 鍵，” Ginsberg說道，“空間分辨率和光偏振敏感度也是能夠清晰觀察界麵信號而不被體(ti) 相所淹沒所必不可少的，遠比通過焦距的原始觀察的貢獻更大。”

　　目前，研究人員基本上采用的是試錯法，在不同的溶液澆鑄條件下進行測試從(cong) 而了解最終器件的性能。Ginsberg及其團隊發展的方法表明有機半導體(ti) 薄膜中隱藏界麵的結構圖像可以為(wei) 這些材料的可擴展、經濟的液相合成增加一個(ge) 預測因子。這種預測有助於(yu) 減小不連續性和最大限度提高載流子遷移率。

　　“我們(men) 的方法通過表征薄膜的微觀細節，推測溶液澆鑄中界麵處結構如何創建，在器件優(you) 化反饋回路中扮演重要的媒介作用，”Ginsberg表示，“因此，我們(men) 可以建議如何改變溶液澆鑄參數間的微妙平衡，獲得功能性更強的薄膜。”