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我院施毅教授、李昀副教授课题组在液相制备二维分子晶体研究中取得系列成果
        以石墨烯为代表的二维原子晶体材料及应用研究持续发展的同时,近年来通过以分子间弱范德华力结合的二维有机晶体材料日益受到关注。近期,我校云顶娱乐、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心的施毅教授、李昀副教授课题组在液相制备的二维分子晶体及其功能电子器件应用研究中取得系列成果。
 

图1. (a) 圆珠笔写二维分子晶体,并实现高性能场效应晶体管器件。(b) 采用AlOx实现基于二维分子晶体的高性能、低工作电压晶体管器件。(c) 基于二维分子晶体实现高速有机铁电晶体管存储器。
 
        承继前期提出的“漂浮的咖啡环效应”(Advanced Functional Materials, 2016, 26, 3191),课题组与日本物质材料研究所(NIMS)的塚越一仁研究员小组合作,实现更为简易、高效的二维分子晶体的制备方法。采用日常书写工具,即圆珠笔写出大面积、超薄二维半导体分子单晶,相关场效应晶体管器件中得到载流子迁移率达到5.9 cm2/Vs,为迄今“笔写”有机晶体管器件的最高性能。论文的第一、第二编辑分别为2014级本科生张钰嘉和2015级本科生国玉。相关成果发表在Journal of Materials Chemistry C上(DOI: 10.1039/C7TC02348K)。
        此外,课题组将二维分子晶体与高介电常数绝缘材料相结合,成功实现低电压、高性能的二维有机半导体晶体管。在高介电常数的氧化铝上通过液相方法制备高质量二维有机薄膜,实现了低工作电压(4V)的高性能场效应晶体管器件;深入研究了不同介电层上基于二维有机薄膜场效应晶体管的性能、半导体/介电层界面的缺陷态,以及活化能之间的关系。相关研究工作中获得低电压有机晶体管器件中迄今最高性能。论文的第一编辑分别为博士生王启晶。相关成果发表在Scientific Reports(DOI: 10.1038/s41598-017-08280-8)上。
        近年来,有机场效应晶体管在非易失性存储器方面的应用前景受到了广泛的关注。课题组利用二维分子晶体的超薄特性,加快导电沟道中载流子的聚集与耗尽,从而实现电学存储状态的高速转换。研究团队成功在粗糙的铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜上沉积大面积、高质量的二维分子晶体。在铁电晶体管器存储器结构下,载流子迁移率高达5.6 cm2/Vs,状态转换时间最快可达2.9 ms,为迄今有机铁电晶体管存储器的最高性能。论文的第一编辑分别为硕士生宋磊。相关成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上(DOI: 10.1021/acsami.7b03785)。
这一系列工作是在电子学院李昀副教授和施毅教授的引导下完成的,研究工作得到国家自然科学基金面上及青年项目,江苏省自然科学基金青年项目与优秀青年项目,以及NSFC-JSPS中日交流项目的资助。
 
论文链接:
1.“圆珠笔笔写二维分子晶体”:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c7tc02348k
2. “高性能低电压晶体管器件”:
https://www.nature.com/articles/s41598-017-08280-8
3. “高速有机铁电晶体管存储器”
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b03785
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