化学试剂所在分子材料和器件研究方面取得系列进展

2016-07-08

        在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,化学试剂研究所有机固体院重点实验室的相关研究人员致力于分子材料和器件的研究,取得了一些新进展,引起了化学试剂国际学术界的关注,并分别在Chem.Rev. 和Chem. Soc. Rev.上发表了综述。

        在有机场效应晶体管中,介电层/半导体层界面状态对器件性能有重要影响。在目前OFET的界面研中,诸多界面参数的计算和测量都是基于统计平均的方法。表面能作为一个重要的介电层/半导体界面影响因素,其均匀程度对器件性能的影响在此前的界面研究中长期被忽视,而对表面能非均性这一关键因素考量的缺失,也正是界面研究中众多争议产生的主要根源之一。

        该课题组在对介电层表面能非均匀性引起的一系列实验现象进行充分研究的基础上,通过实验证明了表面能非均匀性对有机场效应晶体管性能影响的广泛性,并且发现了表面能非均匀程度和有机场效应晶体管迁移率之间存在一种线性反比关系。相关研究成果发表在《先进材料》上,并被选为插页。

        随后,该课题组的研究人员又在上述工作基础上,通过利用介电层表面能非均匀性对有机半导体层生长形貌进行控制和优化,制备出空穴迁移率高达3.6cm2/Vs的并五苯场效应晶体管,这是国际上已报道的并五苯柔性薄膜器件的最优结果之一。同时,研究人员又在这一高性能晶体管基础上,制备了高性能柔性环形振荡器,振荡频率超过1 kHz。相关研究成果在《先进材料》上发表。

        基于石墨烯的新结构的探索是石墨烯研究领域的一个重要研究内容。课题组在液氮的条件下通过微波火花法剥离天然石墨,获得了高质量、高纯度的碳纳米卷。这种石纳米卷是由少数层或单层石墨烯卷曲而成,并有紧密的结构。该碳纳米卷的场效应器件在空气和氮气中都具有稳定的双极性行为,在氮气中最高的空穴迁移率可以达到3117 cm2/Vs,电子迁移率可以达到4595 cm2/Vs。碳纳米卷的还具有着稳定的线性电流/电压曲线,最高电流密度可达7 × 107 A/cm2。

        作为潜在的大面积,低成本,柔性的电子器件,有机场效应晶体管的研究在过去十年取得了重要的发展,正在走向应用。有机场效应晶体管主要为薄膜型器件,因此薄膜的制备技术、表征技术对薄膜的质量和器件性能具有重要的影响。该课题组不但重视分子材料的化学结构与器件性能之间的关系,还在薄膜的凝聚态结构与器件性能之间的关系的研究方面取得一些成果。应Chem. Rev.杂志的邀请,就“应用于场效应晶体管的有机薄膜的制备与表征的实验技术”撰写了综述。

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