有机本征半导体晶相调整方面获得相关进展,中

2019-10-28 05:04栏目:分类浏览
TAG:

12月6日下午,应我校物理与材料科学学院邀请,中国科学院化学研究所博士生导师江浪研究员到我校在物理南楼学术报告厅进行讲学。江浪围绕有机半导体微纳晶材料制备、器件构筑以及有机单晶电荷传输机理等热点问题,作了一场题为“高性能有机晶态材料与器件”的学术报告。学院相关专业教师和学生参加了报告会。

大多有机分子是通过极弱的范德华力相互作用而形成晶体,因此多晶相是有机半导体材料中非常普遍的一种现象。不同堆积结构的晶相具有不同的电子耦合作用,从而导致不同的电荷传输行为。如何可控组装生长高迁移率的晶相一直以来都是分子电子学中一个极具有挑战性的课题,涉及到分子结构、晶体工程和超分子自组装等多方面的内容。

江浪详细介绍了其课题组通过分子设计、外加诱导力和温度调控等策略,实现了有机微纳晶材料的可控制备;针对目前有机单晶尺寸小、熔点低,从而难以构筑光电器件的问题,创造性地提出了“有机微米线掩膜”技术和“分子晶体刻蚀”技术,解决了有机小尺度单晶光电器件构筑的难题,获取了高迁移率的有机半导体材料,发现分子紧密堆积方向的迁移率更高;同时,采用上述技术实现了溶液法制备大面积高性能有机场效应晶体管与阵列以及振荡器电路;通过制备高质量单晶有机半导体、消除焦耳热效应和接触电阻影响,获得了有机半导体材料中迁移率与温度的依赖关系,加深了对有机单晶电荷传输机理的理解。

中国科学院化学研究所有机固体实验室研究人员利用溶液过饱和度、气相扩散温度梯度、表面纳米沟槽等诱导效应,对有机半导体晶相生长的热力学和动力学过程进行调控,获得了堆积结构紧密的单晶或晶态膜,表现出非常高的载流子迁移率。通过选择不同的溶液浓度控制其过饱和度,第一次可控地制备了硫杂并苯衍生物的不同晶相的单晶。β晶体能级之间的电子耦合作用明显高于α晶体,并对电荷传输性能起主导作用,导致β单晶载流子迁移率高达18.9 cm2 V-1 s-1,证实了不同的堆积结构能造成非简并能级电子耦合作用的明显差异,从而对电荷传输产生重要的影响,为有机半导体堆积结构的调控提供了一种新的理念和思路。

报告结束后,与会师生就报告的内容提出了一系列问题,江浪研究员进行了详细解答。

进一步采用物理气相传输的方法,通过控制温度梯度,第一次选择性地得到了酞菁氧钛的α和β两个晶相的单晶,构筑了单晶场效应晶体管。α晶相具有典型的二维电荷传输通道,最高载流子迁移率为26.8 cm2 V-1 s-1,是酞氰类有机半导体的最高值。β晶相具有三维电荷传输通道,层与层之间具有较强的电子耦合作用,其方向与电荷传输方向垂直,干扰了电荷传输行为,只获得了最高0.1 cm2 V-1 s-1的迁移率。这一发现突破了“三维电荷传输半导体优于低维半导体”的传统看法,说明了分子层间的电子耦合作用对于电荷输运具有重要的影响。

江浪,中科院化学所研究员、博士生导师,2004年在湖南大学应用物理系获得学士学位,2011年在中科院化学所获得博士学位,2013年获得英国皇家学会中英奖学金进入剑桥大学卡文迪许实验室从事博士后研究,2016年5月入选中科院“百人计划”。主要以有机晶态半导体材料为研究基础,发明了新的方法解决有机单晶器件构筑难题,表征了众多有机半导体材料的本征性能,揭示了结构与其电学性能关系;发现了单分子层分子晶体晶体管,推动了超薄有机晶态半导体材料的发展;发展了系列方法制备大面积有机超柔超薄器件阵列与电路。发表SCI期刊论文90余篇,其中发表Journal of the American Chemical Society 8篇、Advanced Materials 18篇、Nature Communication 3篇、PNAS 1篇以及Nano Letters 1篇。

最近研究人员发现聚酰亚胺PI的热前驱体聚酰胺酸PAA薄膜表面强极性和纳米沟槽结构能选择性诱导并五苯分子站立生长,聚集形成有利于电荷传输的正交相,并且能进一步形成尺寸大、晶界少的高晶态薄膜,迁移率高达30.6 cm2 V-1 s-1,是目前为止并五苯薄膜器件的最高值,也是有机半导体最高迁移率的少数例子之一。进一步发现PAA能诱导结晶度更高的并四苯、酞菁铜等有机半导体晶态膜的生长,验证了表面纳米沟槽诱导作用的普适性,为构筑高性能的有机半导体器件提供一种新的方法。

(物理与材料科学学院 宋孝辉 刘 宁)

版权声明:本文由澳门新葡新京官网发布于分类浏览,转载请注明出处:有机本征半导体晶相调整方面获得相关进展,中