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化学所在有机固体单晶微纳材料与微纳器件研究领域取得系列进展
2006-12-25 | 编辑:lidan | 【 】【打印】【关闭

单晶不仅能揭示材料的本征性能,同时也是构筑高性能器件的最佳选择之一,因此近年来受到人们的广泛关注。如果能在微纳晶的基础上直接构筑器件,就能实现对材料的高效表征,同时也将促使有机晶体与器件的融合,推动其应用。

在中国科学院、国家自然科学基金委、国家科技部的支持下,化学所有机固体院重点实验室在此前CuTCNQ单晶纳米材料控制合成(J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 1120-1121; Adv. Mater. 2005, 17, 29532957)的基础上,结合物理气相传输生长高质量有机单晶的经验Adv. Mater. 2006, 18, 6568),以物理气相传输和原位化学反应相结合的方法,大面积生长了CuTCNQ的单晶纳米带。并以此为契机,与微电子所刘明研究员等合作,发展了一种构筑有机纳米器件和纳米器件阵列的方法。器件的测试结果证明:隶属于相I的这种CuTCNQ单晶纳米带表现出半导体的特性,这为CuTCNQ开关和存储机理的进一步研究打下了基础。有关研究结果发表在近期《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. (2006, 128, 12917-12922)上。

     

 

   CuTCNQ单晶纳米带与纳米器件阵列

     在有机固体材料的研究中,p-型有机半导体得到了广泛的研究,n-型有机半导体因为在空气中稳定性较差而研究较少。化学所有机固体院重点实验室在此前p-CuPc单晶纳米带和单晶晶体管研究的基础上 Adv. Mater. 2006, 18, 6568),采用空气中稳定的n-型有机半导体,F16CuPc作为研究对象,开展了其纳米化、纳米晶体管的研究。他们采用物理气相传输法,控制得到了F16CuPc的单晶纳米带,通过选区电子衍射和粉末XRD相结合的方法确认F16CuPc单晶纳米带并非象传统认为的沿着b轴生长,而是沿着与b轴成一定的夹角生长,这些结果,为F16CuPc单晶的进一步解析打下了基础。进一步,他们打破传统的采用对称电极构筑晶体管的结构(源漏电极都是同一种金属),采用非对称的电极结构(Au/Ag),构筑了基于单根F16CuPc亚微米/纳米带的晶体管。这一结果为n-型有机单晶纳米器件的研究开拓了新的思路。有关研究结果发表在近期《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. (2006, 128, 14634-14639)上。

   F16CuPc单晶纳米带与单晶晶体管

     随着纳米科学的发展,对一维纳米材料进行有效的排布成为一个研究热点,也是是纳米电路的核心。国际上对纳米碳管的大量研究,有力地推动了纳米电子学的发展。化学所有机固体院重点实验室在此前有机单晶纳米带控制生长的经验基础上,采用晶核原位外延的方法得到了紧贴SiO2基板生长的有机半导体单晶纳米带。通过控制原始晶核的取向控制纳米带的外延生长方向,最终得到平行的、交叉的等各种基于有机半导体单晶的纳米复杂结构。单晶的完美结构也为进一步开展有机半导体单晶纳米电路的研究打下了基础。有关研究成果已经发表在近期的《先进材料》上(Adv. Mater. 2006, 18, 30103014)。

  

 

 紧贴SiO2基板生长的有机半导体单晶纳米带、单晶纳米带的复杂结构与单晶晶体管

 

 

                                                                    有机固体院重点实验室

                                                                       2006年12月25

 

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