在过去几十年里，有机/聚合物半导体和场效应晶体管的研究飞速发展。除了合成新的共轭分子/聚合物、提出新的器件制备方法以改善传输性能外，发展具有外场调控特性的多功能器件越来越受到人们的关注。由于可以通过电压或者其它刺激响应来独立控制电流，从而可以在单个器件中集成多种复杂功能，如存储、转换器以及复杂逻辑输出等，有利于打破摩尔定律的瓶颈，实现有机晶体管的多功能化。目前研究中最多的是利用光作为刺激信号制备光调控场效应晶体管，而对其它外场因素（如热、磁、化学介质等）的研究很少。

近期，中国科学院化学研究所张德清课题组提出了构建多外场调控有机场效应晶体管的新策略。他们将螺吡喃基团引入共轭聚合物的侧链，拟利用螺吡喃基团在多种外界刺激（如光、热、 pH 值、金属离子以及机械压力等）下发生的构象转换，调控晶体管内部的电荷传输。基于此，他们设计合成了含螺吡喃基团侧链的吡咯并吡咯二酮-联噻吩共轭聚合物（图1）。

 图1

研究结果表明：两种共轭聚合物在紫外光照和酸处理下引发螺吡喃基团开环，其沟道电流及载流子迁移率降低；而经可见光及加热处理后，处于开环态的螺吡喃基团发生关环，进而器件沟道电流及载流子迁移率得到可逆恢复，因而实现了基于聚合物的场效应晶体管的多重外场调控特性（图2）。

图2

进一步的机理研究表明：螺吡喃基团不同构象之间具有明显的偶极差异，处于关环态的螺吡喃分子偶极矩~4.3 D，但其开环态的偶极矩增加到~17.7 D。螺吡喃在开环态下的强偶极会导致电荷载流子在导电沟道发生散射，从而降低器件电流；而在其关环后，器件的电流得到恢复。因此，他们利用螺吡喃基团在开关环状态下的偶极变化，实现了对有机高分子半导体的电荷传输调控。

综上所述，该研究工作提出了构建多外场调控有机场效应晶体管的新策略，为制备多功能晶体管器件打下了基础。该工作以research article的形式发表在CCS Chemistry，并于近期在CCS Chemistry官网“Just Published”栏目上线。