成均馆大学姜宝锡教授领导的研究团队近日报告称，已厘清聚合物半导体中长期存在、且仅在部分材料中出现的“极性反转”现象的起源。该研究由成均馆大学与庆尚国立大学金允熙教授、加川大学李汉硕教授团队合作完成，成果发表于期刊《先进功能材料》。

聚合物半导体因具备轻质、柔性以及可溶液加工等特性，被视为下一代电子产品的重要材料之一，可通过印刷或涂布等工艺实现相对低成本制造。

此前研究曾指出，提高聚合物半导体的掺杂水平可能诱导极性反转，即电荷传输类型从空穴型（p型）转变为电子型（n型）。在单一材料中实现p型与n型行为，被认为有助于简化器件结构并提升制造效率。

不过，极性反转现象仅在少数聚合物体系中被观察到；在相似掺杂条件下，为何部分材料会发生而其他材料不会发生，原因一直未得到明确解释。

为探明相关机制，研究团队对不同分子结构的聚合物半导体进行系统比较，并评估极性反转所需条件。研究结果显示，极性反转仅在掺杂剂吸附量超过某一临界阈值时出现。

研究团队进一步指出，当吸附量超过阈值后，掺杂剂衍生的阴离子与聚合物之间会产生强相互作用，从而改变电荷传输行为并诱导由p型向n型的转变；相反，当掺杂剂吸收不足时，极性反转不会发生。

研究认为，极性反转并非仅由掺杂过程本身决定，聚合物的分子结构会影响掺杂剂的吸收以及聚合物与掺杂剂之间的相互作用，从而决定是否发生极性反转。

研究团队表示，该工作为解释极性反转为何仅出现在特定聚合物中提供了系统性依据，并为实现聚合物半导体中可控极性切换或稳定n型行为提供了设计参考。研究人员同时指出，后续仍需在更广泛的掺杂剂体系及实际器件条件下开展进一步研究。姜宝锡表示，目前器件性能仍处于早期阶段，后续提升需要分子设计与器件结构的双重优化。