2-D molekylære krystaller, der modulerer elektroniske egenskaber af organiske halvledere

Organiske felteffekttransistorer (OFET'er) er hjertet i plastikelektronik. Doping har vist sig at forbedre ydeevnen af ​​OFET'er effektivt. Der er to hovedmåder til doping af OSC'er.

Den første strategi er bulk-doping. Bulk-doping involverer opløsningsfase-blanding eller dampfase-co-deposition af dopingstofferne med værtens OSC'er. Imidlertid, bulk-doping introducerer strukturelle defekter og energetiske forstyrrelser i værtsmaterialet, hvilket reducerer mobiliteten af ​​organiske halvledere.

Den anden strategi er overfladedoping. Overfladedoping opnås ved aflejring af dopingmidler på overflader af værtens OSC'er. Sammenlignet med bulk-doping, dopingstofferne er ikke inkorporeret i værtens gitter, og dermed elimineres induktionen af ​​strukturelle defekter og energetiske lidelser ved almindelig bulk-doping.

Som resultat, overfladedoping betragtes som en nyttig strategi til ikke-destruktiv doping af OSC'er. Indtil nu, dopingmidler med forskellige strukturer er blevet anvendt i overfladedoping. Imidlertid, de fleste af dopingstofferne er polykrystallinske tynde film, og deres tykkelse er ikke godt kontrolleret, Derfor, præstationsforbedringer af OSC'er er begrænset. Todimensionelle molekylære krystaller (2DMC'er) er periodisk arrangerede monolag eller få-lags organiske molekyler holdt sammen af ​​svage interaktioner (f.eks. hydrogenbindinger, π-π interaktioner, van der Waals-kræfter) i et 2-D-plan. De er kontinuerlige ultratynde film med lang rækkefølge.

I øvrigt, tykkelsen af ​​2DMC'erne kan indstilles på et enkeltlagsniveau, muliggør meget kontrollerbar doping af OSC'er ved mono-lags præcision. Som resultat, 2DMC'er er potentielt gunstige materialer som dopingmidler til overfladedoping.

For ganske nylig, Dr. Rongjin Li og kolleger fra Tianjin University rapporterede om en yderst effektiv og meget kontrollerbar overfladedopingstrategi baseret på 1-D/2-D sammensat enkeltkrystal for at øge mobiliteten og for at modulere tærskelspændingen af ​​OFET'er.

Ved at drage fordel af 2DMC-doteringsmidlernes molekylære skalatykkelse, tæt vedhæftning til overfladen af ​​værtens OSC'er sikres, og effektiv doping opnås. Vigtigere, den molekylære skalatykkelse af 2DMC med kontrollerbare lag sikrer præcis doping af værtsmaterialet med monolags præcision.

I deres undersøgelse, 1-D organiske enkeltkrystallinske mikrobånd af TIPS-pentacen blev vedtaget som et eksempel på OSC. Sammenlignet med de uberørte materialer, den gennemsnitlige mobilitet af OFET'er baseret på 1-D/2-D sammensatte enkeltkrystaller steg fra 1,31 cm ² /V* s til 4,71 cm ² /V* s, svarende til en stigning på 260 %. I mellemtiden en væsentlig reduktion af tærskelspændingen fra -18,5 V til -1,8 V blev opnået. Den maksimale mobilitet på 5,63 cm ² /V* s var højere end langt de fleste rapporterede mobiliteter for TIPS-pentacen, så vidt vi ved. I øvrigt, høje tænd/sluk-forhold på op til 10 ⁸ blev bibeholdt. Overfladedoping af 2DMC'er giver en yderst effektiv og meget kontrollerbar strategi til at modulere de optoelektroniske egenskaber af OSC'er til forskellige applikationer.