异质核诱导生长高质量超薄红荧烯薄膜

Small-chilifeng有机薄膜场效应晶体管作为新一代逻辑电路的元件,将会在未来的柔性显示与照明、人造皮肤、有害气体检测和射频标签等领域扮演重要角色。一般来说,具有高结晶性、高取向性以及高连续性的有机半导体薄膜将提高电荷传输能力及降低陷阱密度,基于这种高质量结晶薄膜的有机晶体管会具有更高的电荷载流子迁移率和开关态电流比以及更低的阈值电压。红荧烯分子(Rubrene)具有很高的单晶空穴迁移率(~40 cm2/Vs),受到研究人员的广泛关注。然而这种分子在惰性衬底上仅能形成非晶薄膜,电学性能低下。在若干层晶态分子模板上生长的红荧烯分子虽然可部分获得高质量结晶薄膜,但其结晶过程需经历非晶到晶态的复杂转变过程,整体薄膜的结晶均一性和重复性较低,从而限制其性能和应用。

苏州大学迟力峰教授研究团队在实现具有高均一性和重复性的高性能红荧烯薄膜有机场效应晶体管上取得重要进展。他们在双分子层的晶态六联苯分子(p-6P)薄膜上,引入高度为10 nm左右的球状纳米团簇(可由富勒烯等分子实现)作为红荧烯分子的异质成核位点。当红荧烯分子沉积时,会围绕这种异质核直接结晶,避免了复杂的非晶到结晶的转变过程,从而得到高质量的红荧烯晶态薄膜,并保证了薄膜结晶质量的均一性和重复性。基于这种薄膜制备的有机场效应晶体管,不仅具有较高的平均空穴迁移率(2.95 cm2/Vs),并且迁移率的分布范围大大变窄,其性能的均一性和可重复性远强于经历非晶到结晶转变的红荧烯晶态薄膜。相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201601130)。

该工作不仅实现了高性能可靠的红荧烯场效应晶体管,其引入异质核诱导有机分子直接结晶的方法也为实现高质量有机分子的结晶提供了新的思路和方案。