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厦门大学团队发表论文报道导电通道仅为单原子层厚度的单分子电子器件

      材料来源:半导体制造

化学化工学院洪文晶教授课题组在石墨烯基单分子电子器件的尺寸极限研究取得新进展,相关研究成果以“Cross-plane transport in a single-molecule two-dimensional van der Waals heterojunction”为题发表于Science Advances(Sci. Adv. 2020, 6, eaba6714)。

在集成电路和芯片的发展进程中,电子器件的小型化一方面使器件的性能不断提升,是驱动信息技术发展的重要动力。另一方面,也带来诸如热耗散、量子隧穿效应等一系列技术挑战。采用自下而上的方式构筑单分子电子器件,是推动半导体器件进一步小型化的重要潜在技术路线之一。因此,探索电子器件小型化的尺寸极限具有重要的科学意义和技术价值。

洪文晶教授实验室通过自主发展能够精准构筑和表征单分子器件的科学仪器技术,实现了两片单层石墨烯电极间距的精确调控,以此将单个平面有机分子连接在两片单层石墨烯电极之间,从而构筑了具有三明治结构、导电通道长度仅为单原子层厚度的单分子范德华异质结器件。进一步选用9种多环芳烃化合物构筑出了一系列单分子二维范德华异质结,并实现了对该类器件的电输运性质的系统电学表征。与传统的单分子电子器件所通过面内输运(in-plane)不同的是,单分子二维范德华异质结的电输运是采用层间输运(cross-plane transport)。虽然导电通道仅有单原子层厚度,但是通过对分子共轭程度乃至拓扑结构的精细调节仍然可以显著改变单分子电子器件的电子输运能力。该工作所发展的构筑技术,还可以拓展到其他二维材料和分子体系,从而为新型单分子二维材料范德华异质结器件的设计、构筑和表征,提供了独特的表征技术和研究方法。

该研究工作是在化学化工学院洪文晶教授、萨本栋微纳米研究院杨扬副教授和英国兰卡斯特大学Colin J.Lambert教授的共同指导下完成的。化学化工学院博士生赵世强、硕士生皮九婵(已毕业)、刘俊扬副研究员和英国兰卡斯特大学博士后Qingqing Wu为共同第一作者。化学化工学院师佳副教授、陈招斌高级工程师、肖宗源副教授和博士生郑珏婷、李瑞豪、萨本栋微纳米研究院硕士生魏珺颖(已毕业)也参与了本项研究工作。该工作得到国家重点研发计划项目(2017YFA0204902)、国家自然科学基金委(21722305, 21973079, 21673195, 21933012, 21703188)、福建省自然科学基金杰出青年基金项目和厦门大学校长基金的资助,以及固体表面物理化学国家重点实验室、能源材料化学协同创新中心及嘉庚创新实验室的支持。


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