有機半導體：為碳電子時代繪美景

文/王云立

在不久的將來，我們生活中會增加這樣一個場景：只要將一層薄薄的有機材料涂在墻面、玻璃或者衣服上，當有電流通過時，就能夠顯示比液晶和等離子更清晰的畫面。這是有機半導體技術普遍應用的結果。中科院院士、南京工業大學校長（原南郵副校長）黃維及其團隊承擔的有機半導體的設計原理、高效制備與光電器件項目，在有機半導體高性能化和多功能化新理論、新方法及相關應用研究方面取得突破，為有機半導體的研究建立了指導原則，使其從經驗摸索階段上升到理性設計階段，并帶動了相關產業的發展。該項目因此獲得了國家自然科學二等獎。

20世紀是硅電子時代，21世紀則是碳電子時代?；谔荚氐挠袡C半導體具有獨特的光電性能，尤其是在柔性化、大面積、低成本以及節能環保等方面具有顯著優勢，這一國際前沿科學研究已成為電子信息科學與技術發展的重要趨勢。

據黃維介紹，有機半導體是信息領域的一門“新興與交叉學科”。稱其“新興”，是因為從有機半導體的研究登堂入室到如今總共也不過20多年。過去人們曾普遍認為以塑料為代表的有機材料是絕緣材料。直到20世紀70年代導電塑料的發現，才打破了人們的慣性思維，也拉開了有機半導體研究的序幕。導電塑料的發明人、美國物理學家艾倫·黑格教授也因此獲得2000年諾貝爾獎。稱其“交叉”，是因為它融合了信息、材料、化學、物理、電子等多個學科。有機半導體不僅可以實現傳統的硅基半導體所稟賦的各種功能，而且基于其獨特的光電性能，可應用于顯示、傳感、存儲和光電轉換等各個方面，在柔性化、大面積、低成本以及節能環保等方面亦有獨到之處，充分體現了學科“交叉”之優勢。

黃維認為，盡管有機光電子學被寄予厚望，但較之于我們已經熟悉并且相對成熟的硅基電子學，其探索還停留在“盲人摸象”的感性認識階段，缺乏系統認識。如何進行科學規劃、理性設計，實現從感性認識到理性認識的飛躍，實現“按圖索驥”、“量體裁衣”，在很長一段時間內成為困擾學術界的一大難題。

在此背景下，黃維團隊聚焦有機半導體材料與器件的研究，圍繞有機光電子的基本物理過程，有機半導體的分子設計、性能和功能，有機半導體器件的穩定性等關鍵科學問題開展研究與創新探索；取得了一系列重要的理論創新成果：揭示了有機半導體凝聚態調控機理，提出并論證了有機半導體設計原理，形成了有機半導體高性能化和多功能化的新理論、新方法，拓展了有機半導體在激光、存儲、傳感等領域的應用，為有機半導體的研究建立了指導原則。連艾倫·黑格教授都稱贊黃維“在有機電子發光領域取得了突破性進展，是有機電子領域國際領軍人物之一”。

黃維表示，該成果不僅推動了有機半導體理論的發展，構建了有機光電子學學科框架，使有機半導體研究工作從經驗摸索上升到理性設計階段；同時推動了有機半導體在光電子信息技術的廣泛應用，帶動了相關產業的蓬勃發展。

目前，全球對新興材料與器件的需求日益迫切，這不僅為有機半導體材料與器件研發提供了用武之地，也為實際運用領域打開了廣闊空間。目前有機光電子技術正日趨成熟，并逐漸進入社會經濟生活。其中，有機半導體技術應用在顯示屏技術上，就是為人們所熟知的OLED，即有機電子發光器件，這是繼CRT和LCD之后的第三代顯示技術。

目前全球百余家跨國公司活躍于有機半導體的研發制造中，包括三星、索尼、杜邦、西門子、菲利普、巴斯夫等。1月7日，在美國拉斯維加斯國際會展中心開幕的全球最具前瞻性的國際消費電子展(CES)上，無論是海信、海爾等中國廠商，還是三星、LG等國外廠商，都不約而同地聚焦于OLED技術的產業化推廣和應用。