溶液相自组织沉积有机小分子晶体实现高性能场效应管研究
批准号:
61306021
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
李昀
依托单位:
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱敏、何道伟、孙华斌、邱浩、王宇
中文摘要
随着有机电子学及其电子器件研究的不断发展,为进一步提高器件性能、降低制备成本,基于溶液相有机小分子晶体的场效应管因其显著的优势而受到广泛关注。微溶液自组织沉积工艺可使有机半导体晶体在衬底上的位置和晶向有序可控,大幅提升迁移率,有望在器件制备得到实际应用和推广。本项目将采用半导体性有机小分子与绝缘性聚合物混合溶液体系,利用溶剂气相退火方法,以微溶液流动控制为切入点,系统研究微溶液中有机小分子的晶体生长过程、机制;通过对衬底表面构建亲疏水微区域的预处理,利用马拉高尼效应、液桥力在微溶液中的作用,实现有机晶体沉积位置与取向的高度有序可控的自组织沉积;研究微溶液流动控制在晶体内分子排列、电荷传输上的作用,揭示有机小分子在溶液相晶体生长过程中微溶液流动控制对其物理性质(分子排列、晶体生长动力学机制)及输运现象(电荷传输)的影响,获得迁移率达到10cm2/Vs的高性能场效应管及阵列。
英文摘要
Organic fiel-effect transistors based on solution-processed small-molecule crystals have been the subject of intensive interest because of their possessions of great advantages and potentials. They allow for high-performance and low-cost devices that are beneficial for the future development of organic electronics. Moreover, self-organizing depostion technique in microsolutions that can lead to the organic semiconducting crystals exhibiting high field-effect mobility and controllable crystal orientation in designated substrate regions is highly attractive, because it acts as a great importance for the applications in commercial electronics. In this project, we will apply the solvent-vapor annealing process to the blends of organic semiconducting small molecules and insulating polymers in microsolutions. We will systematically investigate the mechanism of organic small-molecule crystal growth in microsolutions. We will develop a highly advanced technology for solution-processed, self-organized organic crystals arrays deposited with controlled orientation in well-defined geometric position by using pre-treatments of substrates, capillary effects (such as Marangoni effect and liquid bridge force) in microsolution. Furthermore, we will reveal the influences of microsolution effects on the properties of organic crsytals (such as their molecular packing, dynamic mechanism of crystal growth, and charge transport), in order to reach the achievement of high-performance organic field-effect transistors with the mobility up to 10 cm2/Vs.
随着有机电子学及其电子器件研究的不断发展,为进一步提高器件性能、降低制备成本,基于溶液相有机小分子晶体的场效应管因其显著的优势而受到广泛关注。微溶液自组织沉积工艺可使有机半导体晶体在衬底上的位置和晶向有序可控,大幅提升迁移率,有望在器件制备得到实际应用和推广。..本项目主要开展了溶液相制备有机小分子晶体及其高性能有机场效应晶体管器件应用的研究。1. 我们首次使用滚珠笔作为简单的和有效的工具,通过液相法沉积有机半导体晶体,制备的有机场效应晶体管具有良好的器件性能,通过理论模拟发现沉积过程中微溶液行为有利于大面积有机晶体的形成,该研究结果开辟了“笔写”有机电子器件的新方法。2.采用溶剂气相退火方法,成功制备大尺寸的PCBM单晶体,研究发现PCBM晶体的大小和形态受不同衬底和退火溶剂的影响,该研究结果表明溶剂退火方法是具有普适性的生长高质量有机单晶的方法。3.创新性的提出“漂浮的咖啡环效应”,成功制备出高质量的有机二维分子晶体,该方法可以精确的调控二维分子晶体的分子层数,并且得到同类器件中迄今最高的电学性能,该研究结果被证明是生长二维分子晶体极具潜力的方法,通过生长机制的研究探索了二维分子单晶在溶液相生长过程中的几个根本问题,进一步推动这一新材料体系的研究进展。4.系统研究了有机场效应晶体管各功能层及界面对器件性能的影响,通过材料选择、界面优化、制备方法调控等方法,实现了低工作电压、低阈值电压的高性能器件。该研究结果对于有机场效应晶体管器件物理的研究起到了积极作用。..此外,基于以上在有机小分子晶体溶液相制备、器件性能优化等方面的研究结果,我们实现了高性能铁电有机场效应晶体管存储器,从而有效拓展了项目研究成果在其它功能性器件中的应用。我们通过界面钝化、界面电荷转移效应等方法,实现了同类器件中最高性能的场效应晶体管存储器,并且首次有效的降低了该器件中的接触电阻。该研究是我们在铁电有机场效应晶体管存储器研究上取得了一系列成果,是有机电子器件物理在应用拓展上的有效利用,推动这一研究领域的进展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
登录
查看更多内容
Influence of lithium fluoride thickness on electrical switching behavior in a cross-point structure using self-assembly molecules
氟化锂厚度对使用自组装分子的交叉点结构中电开关行为的影响
DOI:
10.7567/jjap.53.030304
发表时间:
2014-02
期刊:
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子:
1.5
作者:
[Huabin Sun, Mingxiao Zhang, Yi Shi, Yun Li]
通讯作者:
Yun Li
High-PerformanceNon-volatile Field-Effect Transistor Memories Using Amorphous OxideSemiconductor and Ferroelectric Polymer
使用非晶氧化物半导体和铁电聚合物的高性能非易失性场效应晶体管存储器
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
Journal of Materials Chemistry C
影响因子:
6.4
作者:
[Youdou Zheng, Toshihide Nabatame, Kazuhito Tsukagoshi, 李昀]
通讯作者:
李昀
Reducing contact resistance in ferroelectric organic transistors by buffering the semiconductor/dielectric interface
通过缓冲半导体/电介质界面来降低铁电有机晶体管的接触电阻
DOI:
10.1063/1.4928534
发表时间:
2015-08
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Lijia Pan, Youdou Zheng, Yi Shi, Yun Li]
通讯作者:
Yun Li
Remarkable reduction in the threshold voltage of pentacene-based thin film transistors with pentacene/CuPc sandwich configuration
并五苯/CuPc 夹层结构的并五苯基薄膜晶体管的阈值电压显着降低
DOI:
10.1063/1.4884175
发表时间:
2014-06
期刊:
AIP Advances
影响因子:
1.6
作者:
[Yun Li, Yi Shi, Xizhang Wang, Zheng Hu]
通讯作者:
Zheng Hu
Large [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl (PCBM) hexagonal crystals grown by solvent-vapor annealing
通过溶剂蒸汽退火生长的大[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)六方晶体
DOI:
10.1016/j.matchemphys.2014.02.017
发表时间:
2014-06
期刊:
Materials Chemistry and Physics
影响因子:
4.6
作者:
[Peng Wang, Yi Zhao, Kazuhito Tsukagoshi, Yi Shi]
通讯作者:
Yi Shi
共 14 条
超低功耗有机MESFET器件大面积制备与功能集成研究
-
批准号:62374081
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:55万元
-
批准年份:2023
-
负责人:李昀
-
依托单位:
二维有机晶体的量子电容效应及相关材料特性与器件物理研究
-
批准号:61774080
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:63.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:李昀
-
依托单位:
二维有机半导体晶体液相生长及高性能场效应晶体管研究
-
批准号:61574074
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:66.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:李昀
-
依托单位:
国内基金
海外基金