文档介绍：分子电子学的材料基础
主要内容
背景简介
研究内容及拟解决的关键科学问题
项目研究方案及目标
可行性分析及基础
时间安排
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主要内容
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背景简介
研究内容及拟解决的关键科学问题
项目研究方案及目标
可行性分析及基础
时间安排
分子电子学: 以有机分子为基础材料,在分子的尺度上进行组装加工电学、光学器件,即分子电子器件,并对分子电子器件运行机理进行阐明。
名词解释
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单分子场效应晶体管:利用单个分子制作的场效应晶体管,其意味着更高的集成度和更快的运行速度,是未来计算机的发展方向。
Iijima S., Nature, 1991, 354, 56~58.
1998年,荷兰Delft大学的Cees Dekker领导的课题组采用单根纳米管首次成功的制作了第一个纳米晶体管,但晶体管的性能很不理想[2]。2001年,美国IBM公司研发出了迄今为止性能最优异的碳纳米晶体管,它的某些性能指标甚至比目前最先进的硅晶体管还要好
Philip G. Collins et al. Science 292, 706 (2001);
单个原子或单分子的晶体管受到了广泛地关注。尽管这种单分子/单原子的晶体管离实用还很遥远,但是这些成果表明以单个分子充当活动单元的纳米晶体管是可以制造出来的
Nature, 2000, 407, 57~60.
Phys. Rev. Lett., 2004, 93, 140408
Nature, 2002, 417, 722~725.
Sergey Kubatkin, Nature, 2005, 425, 698-701
材料分类
满足条件
材料举例
P型
迁移率可以达到40 cm2/()左右
较浅的HOMO能级,高的空穴迁移率以及较高的稳定性
稠环芳香烃及其衍生物
杂环小分子及其衍生物
含氮杂稠环及含氮共轭大环分子
n型
迁移率能够到5 cm2/()左右
较深的LUMO能级,高的空穴迁移率以及较高的稳定性
含***化合物,含酸酐、酰亚***基团化合物,含***基化合物以及C60及其衍生物等
双极性
电子空穴最高在1 cm2/()左右
较浅的HOMO能级以及较深的LUMO能级,能级带隙要小。高的空穴迁移率以及较高的稳定性
双极性的晶体管可以在同一个器件中同时提供n型和p型的传输,因此单个器件即可实现互补的集成电路
HOMO能级需要低于- eV来实现空穴的传输,而对于电子的传输,LUMO能级需要低于或者接近- eV。考虑到器件的源极和漏极用的是同一种金属,为了避免注入势垒,半导体材料的HOMO与LUMO能极差不能太大
Adv. Mater. 2013, DOI:
J. Am. Chem. Soc. 2011 , 133 , 20799.
Adv. Mater. 2012 , 24 , 647.