二维有机晶体的液相制备方法、晶体管应用及物理

近年来,二维有机晶体为有机电子学发展注入了新的活力。作为一类新兴功能材料,二维有机晶体在薄膜制备、器件应用及物性研究等方面都独具特色。由于分子结构易于化学剪裁,且材料性质的高度可调控性(如溶解性、结晶性等),可以通过简易高效的液相工艺得到二维有机晶体;以范德华力结合的二维有机晶体在结晶过程中易受外界环境与制备条件的影响,因此其薄膜性质(如薄膜形貌、分子排列等)可通过制备参数的调整而实现有效的调控;在晶体管器件结构下,具有高度分子有序排列特性的二维有机晶体可以有效避免分子无序堆积、晶界及缺陷对器件性能的影响,从而能够揭示有机半导体材料的本征性质;更为重要的是,二维有机晶体突破了有机体晶体/薄膜的结构限制,有利于直接探究器件中的界面科学问题,并以分子层精度对构性关系进行调控,从而为发展高性能、功能性有机电子器件提供可靠的科学指导与技术支持。

在该综述论文中,南京大学李昀研究团队结合课题组近年来的工作基础,系统总结了二维有机晶体的液相制备方法、晶体管应用及物理的最新研究进展。文章首先系统地归纳总结了二维有机晶体的液相生长方法,反映了液相制备工艺在实现二维有机晶体的精确可控生长方面的独特优势,并比较了二维有机晶体液相生长过程的特征及机制。其次,阐述了基于二维有机晶体管的功能器件应用,包括气体传感器、光电探测器以及铁电存储器,从器件的高性能、可靠与稳定的工作特性反映出二维有机晶体在器件应用方面的绝佳潜力与优势。此外,文章介绍了二维有机晶体管中的界面及器件物理,揭示了通过分子排列、界面优化对于晶体管电学输运性质(如载流子传输与注入等)的调控规律,为进一步理解有机半导体材料电子过程的内禀特性奠定了坚实的科学基础。文章最后对于二维有机晶体的未来发展方向作了展望,实现基于二维有机晶体的异质结和超晶格结构、有机自旋电子器件、柔性及图案化功能器件阵列应用等均是在未来需要大力发展的重要方向。

 

该综述文章“Solution-Processed 2D Molecular Crystals: Fabrication Techniques, Transistor Applications, and Physics”发表在Advanced Materials Technologies上(https://doi.org/10.1002/admt.201800182)。论文的共同第一作者是来自南京大学电子科学与工程学院的博士研究生钱君与姜赛,通讯作者是李昀教授。

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