在仅部分高分子半导体材料中观测到的“极性转换（polarity inversion）”现象，其成因已被查明。高分子半导体虽是以碳为基础的有机化合物（高分子），但却是一种像硅一样能够导电的特殊材料。人们期待，此次对极性转换成因的阐明，将成为今后进行半导体设计时制订分子设计策略的重要指引。
韩国研究财团表示，由Sungkyunkwan大学教授 Kang Boseok 研究团队，与Gyeongsang National University教授 Kim Yunhui、Gachon University教授 Lee Hansol 研究团队共同组成的联合研究组，已经查明了高分子半导体中出现的极性转换现象的发生原因。相关消息于19日发布。
高分子半导体重量轻、柔性好，并且还可以采用溶液工艺（Solution Process），因此被视为下一代电子器件的核心材料。
与需要高温、真空等复杂工艺的硅半导体不同，高分子半导体可在液体状态下熔解，通过喷墨打印或涂布方式成膜，这在大幅降低生产成本方面发挥着重要作用。
近期，随着高分子半导体的掺杂浓度不断提高，电荷传输极性发生翻转的“极性转换”现象被接连报道，利用这一现象实现器件结构简化和提高制造工艺效率，正受到广泛关注。业界看重的是：仅用一种高分子半导体材料，即可同时实现n型和p型半导体的优势。
然而，“极性转换”仅在部分高分子中有限出现，其根本成因一直未被揭示。在相同掺杂条件下，是否发生极性转换却因高分子材料不同而异，这一问题长期悬而未解。
为查明笼罩在迷雾中的“极性转换”成因，联合研究团队比较分析了具有不同分子结构的高分子半导体，考察了“极性转换”现象的发生条件。
研究结果表明，要发生“极性转换”，高分子薄膜内部所吸收的掺杂剂（dopant）数量必须达到或超过某一特定标准（临界值）。
掺杂剂是在掺杂过程中加入半导体的一类物质。研究过程中确认，当掺杂剂浓度超过临界值时，由掺杂剂产生的阴离子会与高分子发生相互作用，从而改变电荷传输特性，使其由p型转变为n型。相反，当吸收的掺杂剂量不足时，则不会发生“极性转换”。
换言之，联合研究团队解释称，“极性转换”是否发生，并非由掺杂工艺本身决定，而是由高分子分子结构所决定的掺杂剂吸收能力，以及高分子与掺杂剂之间的相互作用所决定。
本次研究阐明了为何极性转换仅出现在特定高分子半导体材料中，预计今后将在一类高分子材料中选择性实现p型和n型特性，或在设计稳定的n型高分子半导体时，为制订所需的分子设计策略提供重要指引。
但报道也指出，为了验证在多种掺杂剂体系和真实器件条件下的适用性，仍需开展后续研究。
Kang 教授表示：“目前所实现器件的性能仍处于研究初期水平，今后需要通过分子结构设计和器件结构优化来进一步提升性能。”
另一方面，本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的核心研究项目及青年科研项目资助下完成。研究成果已于上月15日发表在材料领域国际学术期刊《Advanced Functional Materials》在线版上。
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