利用界面调控制备二维有机半导体晶体及其机制研究

二维有机半导体晶体是利用分子间的范德瓦耳斯力进行自组装生长的单晶材料。本质上的单晶属性使其具备优异的电学特性。更重要的是,二维极限下增强的界面特性能够大幅调控器件行为,为构建多功能界面器件提供可能。此外,充分暴露的电荷输运沟道和极少的晶面内缺陷能够为研究本征的有机电子输运特性创造可能。目前,对于二维有机半导体晶体的生长工艺研究已经取得了较大的进展,但是从理论层面上研究二维晶体生长的自组装过程仍然十分匮乏。本工作利用添加剂辅助结晶技术成功制备出二维有机半导体晶体,并通过偏光显微镜和原子力显微镜对二维晶体进行了全面的表面形貌和结构表征。通过SEM结合EDS技术对关键的形核界面进行了结构和组成的表征以研究晶体生长的机制。研究结果表明:在添加剂界面上,生长材料能够稳定形核,并计算出添加剂构建的有利界面能够将形核势垒降低为SiO_(2)界面上的1/5。这项工作充分展现了生长界面对于晶体生长的关键作用,并从理论上揭示了界面的调控行为,为二维有机半导体晶体的生长工艺设计提供了可靠的思路。

“薄膜即是界面,界面即是薄膜”:二维有机半导体晶体的研究进展

自首次于聚乙炔发现导电现象以来,具有共轭结构的有机半导体材料赖其种类丰富多样、制备工艺简捷低耗、以及优异的机械柔性等特点,在“后硅时代”中有望以先进光电子设备展现其广阔前景,因而多年来备受学界和产业界的瞩目。如何进一步阐明有机半导体中结构和性能之间的关系,探索电荷载流子微观动力学行为,构筑高性能、新功能的有机光电子器件,是当下有机电子学领域的前沿核心问题,也是保证其持续发展的基石。近年来,二维有机半导体晶体材料在秉持高度有序的分子排列与极低的杂质缺陷浓度等优点的同时,更是以“薄膜即是界面、界面即是薄膜”为一帜,克服传统体材料在研究与应用中的瓶颈,为揭示材料构性关系及其中基本物理过程提供了良好的平台,也是实现多样化的新型有机光电子器件的理想材料,有望为微纳电子领域带来新一轮变革。本文从二维有机半导体晶体的制备工艺、电荷载流子微观动力学行为,再到新型器件的光电功能应用等方面,综述了最新研究进展,做出总结和展望,并提出目前面临的挑战及未来研究方向,旨在为进一步深入理论研究,结合有机材料与先进技术,推动有机电子学的发展提供有益帮助。