四硫富瓦烯(TTF)類有機單晶微納器件的研究.pdf

1、有機單晶微納器件的研究對于探索材料電子傳輸?shù)谋菊魈匦跃哂惺种匾囊饬x。我們在制備高性能有機單晶場效應(yīng)晶體管的同時，分析有機單晶的分子結(jié)構(gòu)、生長方向、堆積形式等有助于我們認識電子傳輸與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，理解電子沿有機晶體各個方向傳輸?shù)谋菊魈匦?，并獲得具有高性能參數(shù)的理想分子形態(tài)，將提高有機功能分子可控合成的成功概率。作為研究最為廣泛的雜環(huán)系統(tǒng)，四硫富瓦烯（TTF）以及衍生物以其優(yōu)異的物理與化學(xué)性質(zhì)受到廣泛研究。本文主要以TTF以及衍生

2、物為代表研究其有機單晶場效應(yīng)晶體管和光晶體管，主要研究內(nèi)容如下： ⑴TTF單晶存在兩種相態(tài)，采用不同溶劑分別可控合成兩種相態(tài)的TTF單晶。實驗中采用正庚烷溶劑能夠可控生成TTF的一維α相，而氯苯溶劑能夠可控生成TTF的一維β相，通過控制單晶生長的過程參數(shù)能控制單晶尺寸的大小；采用溶液法原位制備TTF單晶場效應(yīng)晶體管。對大量器件數(shù)據(jù)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，不同相的遷移率有所不同，α相的最大遷移率能達到1.2 c㎡V-1S-1，而β相的最大遷移

3、率僅為0.23 c㎡V1S-1；將TTF分子之間的電荷傳輸過程模擬為一種Brownian遷移過程，理論結(jié)果顯示與實驗結(jié)果完全吻合。 ⑵合成了TTF的一種衍生物TCTT-TTF，主要在TTF兩邊四個不穩(wěn)定位置上引入四個氰乙硫基。采用溶液法自組裝生成各種形貌與尺寸的TCTT-TTF單晶；對比TCTT-TTF與α相TTF的電化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、真空穩(wěn)定性等，分析兩種晶體的分子結(jié)構(gòu)與堆積。結(jié)果表明，TCTT-TTF的穩(wěn)定性遠遠好于α相

4、TTF；采用溶液法原位制備TCTT-TTF單晶場效應(yīng)晶體管，其中絕緣層為聚乙烯醇（PVA）與十八烷基三氯硅烷（OTS）雙層修飾；采用三氯甲烷溶劑獲得器件的遷移率、開關(guān)比和閾值電壓分別為0.01 c㎡V-1S-1、1.1×103和26.7V。 ⑶p相TTF單晶與TCNQ單晶對光都具有響應(yīng)性。其中β相TTF單晶對光的響應(yīng)時間超過60 s，光開關(guān)比較低；而TCNQ單晶對光的響應(yīng)時間則低于0.5 s，光開關(guān)比超過100；柵壓的引入對兩種