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判定晶体材料“电子前途”有新标准
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科学人 网站
2005-04-13
科学家发现：单分子有机晶体电荷迁移率越高应用前景越广
本报讯
能叠起来装入口袋的显示器，更加灵敏的生化传感器，以及更具生物适应性的电子元件，都是人们向往已久的电子产品。一名来自美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家，在日前召开的美国物理学会大会上，公布了一种有机分子晶体的内在电子特性，将帮助人们判定在未来各种各样的电子应用中，哪种材料的前途堪称“最佳”。
布鲁克海文国家实验室的材料科学家Vladimir Butko，在大会上描述了相关的实验技术和重要发现。Butko说，有机材料在未来应用中具有很大的开发潜力——如用来制造称作“电子纸”的可变形显示设备等，因为它们“生性”柔韧、容易弯曲。“你可以想像：将有一种电脑显示屏，能像塑料薄膜一样随意地褶皱或者折叠。”然而，不管是这样的“可折屏”还是其它电子设备，电流传递能力都将是其所用材料必需的一项属性。
“这些有机材料本身几乎没有电荷载体——既没有能自由移动的电子，也没有电子缺位造成的‘空穴’——因此自然无法传递电流。”Butko说，“它们都是绝缘体。但是如果我们向其中注入电荷载体，就能不断形成和场效应晶体管（FETs）一样的有机结构，通过它们传递电流。”
为了寻找哪种材料具备传递电流的最佳潜能，Butko一直以来对并五苯（pentacene）、红荧烯(Rubrene)等单晶有机分子材料进行研究。这些晶体本身也许无法直接应用，但是它们提供了研究此类材料内在电子特性的最简单的形式——排除了在多晶薄膜等更大范围样本中起作用的因素的影响。参与这一研究的科学家，还有贝尔实验室的Arthur
Ramirez、David Lang、Xiaoliu Chi和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Jason Lashley，同时部分得到了美国能源部科学办公室下属基础能源科学办公室的资助。
Butko说，这项研究的关键，在于了解注入的电荷载体是具有高度的迁移率，还是驻留原地。而测试其原地驻留性最为严格的测试，是将器件降到相当低的温度——越接近－273℃（绝对零度）越好。在这样低的温度条件下测得的电荷迁移率，才能完全排除热激发作用等其它因素的影响。在进行此项研究的过程中，研究人员向美国洛斯阿拉莫斯国家实验室寻求帮助，使用了其“物理性质测量系统（PPMS）”和静电计等设备。
Butko提供的证据显示，有机水晶制成的场效应晶体管在低温条件下，注入电荷的传输基本上不受温度变化的影响。他说：“这些材料制成的有机场效应晶体管，在室温下拥有越高的电荷迁移率，该材料就越适合用来制作电子设备。”
一旦科学家识别出最好的晶体，他们将把它制成薄膜，以检验其作为各种电子设备的适用性——从最小的‘电子纸’，到面积惊人的巨幅显示屏。
[科学时报]
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