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复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理,并

文章作者:巴黎人-软件应用 上传时间:2019-09-22

目前有机薄膜晶体管的发展主要面临两大难题。“一个是迁移率的问题,有机薄膜晶体管导电能力差,因此应用起来就比较困难。另外一个问题在于可靠性,有机薄膜晶体管在应用时可能不稳定。”刘冉教授介绍道:“这些年在提高迁移率方面获得不少进展。近两年我们开始研究第二个问题。”

在过去的半个多世纪里,以集成电路为基础的信息技术突飞猛进,引发了人类生产和生活方式的深刻变革。随着半导体器件尺寸走向量子极限,传统的硅集成电路技术在未来10~15年可能走到尽头,支撑了集成电路半个多世纪发展的摩尔定律开始走向终结。

据介绍,目前复旦大学联合瑞典皇家理工学院研发出的一种柔性可穿戴医疗器件Bio-Patch,已经可以像创可贴一样贴在皮肤表面,并实时测量人体的心电以及体温信息。

众所周知,全球的集成电路产业一直在摩尔定律的“照耀”下沿着硅基的路线前行,但当主流的CMOS技术发展到10纳米技术节点之后,后续发展越来越受到来自物理规律和制造成本的限制,摩尔定律有可能面临终结。20多年来,科学界和产业界一直在探索各种新材料和新原理的晶体管技术,期望替代硅基CMOS技术,但到目前为止,并没有机构能够实现10纳米的新型器件,并且也没有新型器件能够在性能上真正超过最好的硅基CMOS器件。

中国化工仪器网 技术前沿】近日,中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员团队与深圳大学教授张晗、武汉大学教授廖蕾团队合作,在二维黑磷领域取得新进展,通过金属离子修饰的方法制备出高稳定性高性能黑磷晶体管。相关成果发表于材料学领域刊物《先进材料》上。论文作者是博士郭志男,单位是中科院深圳先进院。 近年来,与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷展现出的电学和光学特性,被视为新的超级材料,其在晶体管、光电器件、催化和生物医学领域拥有巨大应用潜力。然而,黑磷的不稳定性限制了其在很多领域深入的研究和应用。为解决黑磷的这一难题,喻学锋团队曾先后基于配位化学和共价化学原理,有效提高了黑磷的稳定性。然而,如何在增强稳定性的同时,保持甚至提高黑磷的电学性能是当前该领域所面临的一个关键难题。 在本项研究中,研究团队发明了一种金属离子修饰黑磷的方法,通过阳离子-π相互作用,在溶剂中自由分散的金属阳离子可以自发的吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而极大提高了黑磷片层的稳定性。与此同时,金属离子的修饰过程相当于在黑磷中引入了更多的空穴,可调控本来双极性偏p型的黑磷的半导体特性,其空穴传导侧的输运性质得到进一步提升。如银离子修饰后,黑磷的载流子迁移率提高了一倍,开关比提高两个数量级。由于金属离子和黑磷之间是一种较弱的超分子相互作用,金属离子对黑磷的修饰过程较之前开发的化学方法更加可控,而且普适性更高,除银离子外,镁离子、铁离子、汞离子都可以实现对黑磷稳定性的增强和半导体特性的调控。 这种技术为制备高稳定性、高性能黑磷晶体管提供了一种简单有效的新方法,并可极大拓展黑磷在各种电子和光电器件领域的应用。 本项工作得到了国家自然科学基金、中科院前沿科学研究重点计划、深圳市孔雀团队、深圳市基础研究布局等项目的资助。 金属离子修饰黑磷示意图; 黑磷晶体管显微照片和结构示意图; 银离子修饰黑磷晶体管的载流子迁移率和开关比。 编辑点评 近年来,黑磷被视为新的超级材料,其在晶体管、光电器件、催化和生物医学领域拥有巨大应用潜力。深圳先进院等制备出离子增强型黑磷晶体管,为制备高稳定性、高性能黑磷晶体管提供了一种简单有效的新方法,并可极大拓展黑磷在各种电子和光电器件领域的应用,成功突破该新领域的一大难题。 (原标题:深圳先进院等制备出离子增强型黑磷晶体管)

暴露在空气中的有机薄膜晶体管会与空气中的水和氧气发生接触。在正向电压作用下,水分子和氧分子发生电化学反应,在器件表面形成带负电荷的氢氧根离子(OH﹣),这使得器件中带正电荷的载流子(器件中可自由移动的、带有电荷的物质微粒)被氢氧根离子束缚,导致器件无法正常工作。

把握技术发展主动权

本报讯复旦大学信息科学与工程学院副教授仇志军与教授刘冉领导的团队,在揭示有机薄膜晶体管性能稳定性机制上取得突破性进展,提出一种水氧电化学反应与有机薄膜载流子相互作用的统一理论模型,这有望加速柔性电子领域的大规模应用。相关论文近日在《自然—通讯》上发表。

硅基的微计算机处理器在室温条件下每秒钟只能执行一定数量的操作,然而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力,所产生的热量也非常少。此外,石墨烯本身就是一个良好的导热体,可以很快地散发热量。由于具有优异的性能,由石墨烯制造的电子产品运行的速度要快得多。

大家可以穿着智能可穿戴设备进行锻炼。

随着对硅表面特性的彻底掌握,人们已经可以制备近乎完美的二氧化硅介质。“只有到MOS晶体管的功能设计完美时,才会永久地开启它的时代。”如今,MOS晶体管在集成电路器件中占据主导地位,每年生产的MOS晶体管的数量已远远超过世界上蚂蚁的数量,据统计,半导体制造商每年为世界上每个人生产大约十亿个晶体管。

《中国科学报》 (2014-02-25 第4版 综合)

石墨烯是一种二维碳结构材料,因为其具有零禁带特性,即使在室温下载流子在石墨烯中的平均自由程和相干长度也可为微米级,所以是一种性能优异的导电材料。石墨烯场效应器件最重要的挑战之一是如何增加带隙,而又不降低它非常高的迁移率。

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2013年,科研团队在原有的工作基础上,通过进一步研究、论证,最终找到导致OTFT性能发生变化的内在机理,提出水氧电化学反应与有机薄膜载流子相互作用模型(见图1)。

研究人员通过进一步研究、论证,最终找到导致有机薄膜晶体管性能发生变化的内在机理,提出水氧电化学反应与有机薄膜载流子相互作用模型。该模型为统一理论模型,不但可以解释低导电特性的OTFT器件,还可以解释类似碳纳米管和石墨烯之类具有高导电特性的薄膜器件,为将来OTFT的大规模应用提供了理论指导和依据。

结论:硅材料鹿死谁手还未可知

原标题:从可穿戴设备到纸币防伪,这种技术将走进我们生活的方方面面

整个过程犹如在一条不断流动的小溪里投掷大量的“海绵”。当海绵(在此形容水分子和氧分子)吸收水分之后(相当于在正向电压作用下束缚“空穴”载流子),小溪近乎干涸而无水流流动。当海绵受到挤压(相当于施加反向电压),海绵内的水再次回到河沟,小溪重新恢复流动。

从2008年起,复旦大学联合瑞典乌普萨拉大学和瑞典皇家理工学院,开始针对有机薄膜晶体管展开系列研究,并发现如果对这些有机材料进行某种程度的修饰,比如采用碳纳米管掺杂的有机半导体材料,就可显著改善其电学性能。经过5年多的不断尝试、试验,该科研团队已成功将有机薄膜迁移率提高了四个数量级,接近多晶硅的水平。

1991年,日本NEC公司的饭岛澄男在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由碳分子组成的管状同轴纳米管,也就是现在被称作的碳纳米管CNT,又名巴基管。

此前国际上对导致有机薄膜晶体管不稳定性的原因众说纷纭,而复旦大学的研究者提出了一个相对具有普适性机制模型:

作为推动“物联网”最核心硬件技术的柔性和可穿戴电子领域,世界上还没有任何一个国家和地区拥有绝对的技术优势,而且其生产设备的投资远远低于传统硅芯片生产所需的几十甚至上百亿美元的投入。只要我国加大重视和增加研发投入,一定会在材料、器件以及系统集成方面取得突破,并充分发挥柔性大面积电子在物联网应用中的柔性、超薄、低成本、环保等优势,使其成为一个高技术、引领性的产业。

刘冉表示,只要我国加大重视和增加研发投入,一定会在材料、器件以及系统集成方面取得突破,并充分发挥柔性大面积电子在物联网应用中的柔性、超薄、低成本、环保等优势,使其成为一个高技术、引领性的产业。

斯坦福大学研究组采用如(a)所示的碳纳米管阵列制备出了如(b)所示的世界上第一个碳纳米管计算机;(c)主要功能单元的扫描电子显微镜像

题图来源:图虫创意

研究团队首先希望在器件运行速度上有所突破,达到可实用要求,并探索有机薄膜晶体管(OTFT)电学性能稳定性的本质机理。在实验过程中,他们发现如果对这些有机材料进行某种程度的修饰,比如,采用碳纳米管掺杂的有机半导体材料,就可显著改善OTFT的电学性能。经过五年多的不断尝试、试验,该科研团队已成功将有机薄膜迁移率从10﹣4 cm2/Vs提高到10 cm2/Vs左右,增加了四个数量级,接近多晶硅的水平,达到了可实用的量级。

复旦大学等揭示有机薄膜晶体管稳定性机理

2月27日,央视新闻频道播出了专题节目《神奇的石墨烯》,(石墨烯上CCTV啦!新闻频道专题节目《石墨烯到底有多神奇?》(附视频)),节目中提到,石墨烯有望替代硅,成为下一代芯片的主要材料。利用石墨烯制造新一代器件,也有望让我国的芯片制造业实现弯道超车,达到国际先进水平。

排版:小石头

传感器是实现物联网不可缺少的基本组成部分之一。要将世界的万事万物联系在一起,必须通过功能各异的传感器感知并传递周围环境信息,而物联网技术的发展和成熟也对传感器提出了新的要求。低成本,低功耗,可印刷的柔性薄膜传感器的市场需求将在未来十年中急剧增加。

彭练矛教授在接受采访时透露,目前IBM在碳纳米管研究方向上采用的是掺杂制备方法,而彭练矛与张志勇课题组采用的是无掺杂制备方法,这是全球首创的,他们课题组经过10多年的研究,开发出无掺杂制备方法,研制的10纳米碳纳米管顶栅CMOS场效应晶体管,其p型和n型器件在更低工作电压(0.4V)下,性能均超过了目前最好的、在更高工作电压(0.7V)下工作的硅基CMOS晶体管。现在,他们又克服了尺寸缩小的工艺限制,成功开发出5纳米栅长碳纳米晶体管,其性能接近了由量子力学原理决定的理论极限。

1965年,英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon E. Moore)提出,集成电路上可容纳的晶体管数目约每两年便会增加一倍。半导体技术已经以符合这种“摩尔定律”的趋势发展了数十年。然而,根据国际半导体技术发展蓝图组织(ITRS)的评估,这种发展势头将会减慢。而另一方面,有机薄膜晶体管(OTFT)作为印制电子关键技术,则在几年间获得了长足进展。

国际前沿的领跑者

但是,碳纳米管也有限制,人工制造的碳纳米管是金属特性和半导体特性的混合体.这2种属性的碳纳米管相互“粘连”成绳索状或束状,使得碳纳米管的用途大打折扣,因为只有半导体特性的纳米管才有晶体管性能。现有的制备方法生产出的碳纳米管均为各种手性和不同管径的混合,手性和管径的不同,直接导致导电性质的不同,这使得碳纳米管在大部分实际应用存在许多困难。

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