高迁移率有机/无机复合半导体晶体材料研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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高迁移率有机/无机复合半导体晶体材料研究

项目名称：高迁移率有机/无机复合半导体晶体材料研究
项目类别：重大项目
批准号：50990061
申请代码：E0309
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：崔得良
负责人职称：教授
依托单位：山东大学
批准年度：2009

中文摘要：

纯无机或有机材料已无法满足现代信息和能源技术对材料的苛刻要求，只有通过二者复合才能获得综合性能优良的材料；载流子迁移率是决定半导体器件诸多重要性能（工作频率、速度、信噪比以及电池的功率密度、效率等）的最关键参数。因此，通过探索新方法研制具有高载流子迁移率的有机/无机复合半导体材料，是具有重大意义的研究课题。本课题将从三个方面开展探索研究（1）合成系列高载流子迁移率的有机材料，并利用我们独有的选相原位方法，生长在分子水平上复合的高迁移率有机/无机复合半导体晶体；（2）将有机材料与无机半导体纳米晶复合，利用我们首创的恒压反应方法增强和改善有机分子之间以及有机/无机界面的键合状态，为载流子迁移提供便捷的通道；（3）构建三维无机纳米晶网络与有机网络相互穿插的复合结构，利用无机组分为有机组分提供高迁移率的"过剩"载流子，并通过有机/无机网络的相互连通为载流子迁移提供更多的自由通道。

中文主题词：有机/无机复合；复合半导体晶体；迁移率；阶梯加压方法；互穿网络结构

英文摘要：

organic/inorganic composite；composite semiconductor；mobility；step-wise pressing method；interpenetrating network

英文主题词： organic/inorganic composite；composite semiconductor；mobility；step-wise pressing method；interpenetrating network

结论摘要：

本项目主要目标是通过分子设计和探索新调控方法，合成和生长高迁移率有机/无机复合半导体晶体材料。为此，我们从以下几个方面进行了系统研究（1）通过在多种有机基团上引入不同取代基，合成了稠环结构Eilatin、多种联苯乙烯衍生物和金属酞菁配合物等半导体材料，并制成薄膜场效应（FET）器件，测试了它们的载流子输运性能；通过系统优化实验参数生长了BNVBP单晶并制成FET器件，获得了2.49cm2/Vs的迁移率，首次从实验上观测到载流子输运的三维各向异性。（2）在合成有机-金属配合物复合半导体时，我们首次在CuQ2-TCNQ共晶化合物中发现新晶相Form II，它在压力诱发下经过十几秒完全变成Form I。晶体外形尺寸大幅度变化的同时，三维有序结构得以保持。结构测试表明，相变时Form II的（001）面变成Form I的（11-1）面，同时分子堆积方式发生变化。（3）为了探讨分子堆积方式对材料光电性能的影响，我们设计合成了基于Tr？ger’s Base和BODIPY的DFDEB、DFTMB以及四取代乙烯齐聚物2ADFE、2TDFE等，发现它们具有很好的AIE效应，是研制电致发光器件的合适候选材料。（4）以减少载流子散射和提高迁移率为目标，我们在4,4’-联吡啶上引入乙基、丁基等合成了多种有机配体，并与I2、I3、PbI4等复合生长了二十余种复合半导体晶体。其中，(C4H9C5H4N)2 (I3)2薄膜FET器件具有最高的迁移率0.56cm2/Vs。（5）作为提高复合半导体迁移率的另一途径，我们研制了互穿网络结构的有机/无机复合半导体。利用恒压合成和阶梯加压等新方法，实现了对氮化硼和氧化物半导体纳米结构的调控，获得了三维连通多孔结构的半导体网络；制备了高迁移率SnO2多孔网络，并研制了P3HT-SnO2复合半导体。在这种复合半导体中，我们首次观察到有机和无机组份间的“正复合效应”，获得了高达15.6cm2/Vs的迁移率。据我们所知，这是目前有机/无机复合半导体迁移率的最高记录。（6）为配合复合半导体的研制和测试分析需要，我们设计了独特的原位监测设备，实现了在高压、加热、光辐照和特种气氛中半导体材料和器件性能的原位监测；我们首次观察到高压导致有机-无机半导体界面亲和性能明显改善现象，并实现了高阻半导体样品的HALL参数测试。

成果综合统计