金属酞氰分子薄膜/金属氧化物薄膜异质界面的纳米结构、能级状态及载流子输运研究

金属酞氰分子/金属氧化物异质器件有望获得较高并且稳定的性能。研制高性能异质界面器件需要深入理解界面的物性并且实现对界面物性的调控。目前对金属酞氰分子在金属氧化物半导体表面的生长以及两者之间的界面特性还缺乏系统的实验和理论研究。.本项目研究将以扫描探针显微镜作为主要研究手段，通过观察金属酞氰分子/金属氧化物界面处的结构形态，以及相应场效应器件工作状态下界面的电势分布变化，结合器件特性，从微纳尺度上对金属酞氰分子/金属氧化物界面结构形态（分子构型、晶界、粒径等）、界面能级状态（界面能级对准、缺陷能态、界面极性、电荷转移等）与界面载流子输运进行研究，着重阐明界面处结构形态、能级状态与载流子传输之间的相互关系，建立器件在不同工作状态下的界面载流子输运的物理图像，为进一步制作高性能有机/无机异质场效应器件提供思路和理论依据。

本项目重点研究场效应器件界面的结构、能带及载流子输运特性，在此基础上提炼规律用以开发高性能的新型场效应器件。以此为核心，本项目在开展过程中对研究对象进行了一些调整，获得以下三个方面的重要进展。.1. 我们开发了high-k的ATO（Al2O3-x/TiOx复合薄膜, k ~ 13）栅极绝缘薄膜，优化了有机小分子材料在绝缘介质表面的生长，将界面的缺陷态密度控制在1018 cm-3以下，获得了迁移率高达0.16 cm2/Vs的CuPc薄膜场效应器件，仅低于CuPc的单晶器件的迁移率。在此基础上我们分别开发了基于p型并五苯场效应器件和基于n型C60的场效应器件。通过进一步的界面修饰，器件均可以在2-3V的工作电压下稳定工作，迁移率均达到> 3 cm2/Vs，开关比达到104，亚阈值摆幅约200mV/dec。我们成功制备了相应的柔性器件并阐明了器件在应力作用下失效机理。.2. 在研究中期我们开拓了新的石墨烯场效应器件。我们通过表、界面的分子修饰来改善石墨烯的器件性能。我们发现采用OTMS分子对SiO2表面进行修饰后，可以大幅度降低界面的缺陷态密度，从而可以在PVD法生长的石墨烯上获得10,000 cm2/Vs的迁移率，我们通计算阐明了器件载流子输运的机理。利用这一修饰技术，我们通过非对称电极来调制石墨烯的费米面，获得了基于场效应器件的石墨烯非挥发性存储器件。同时我们通过F16CuPc分子的非对称表面修饰，在石墨烯的单/双层台阶边缘获得了石墨烯p-n结，并阐明了其形成机理。.3. 在研究后期，我们尝试制备了少层的alfa-MoO3，并且对材料的光电特性及离子注入过程进行了研究。我们对alfa-MoO3中离子注入过程所引起的结构、特性改变的起源给出了初步的实验结果，相应的成果正在整理分析中。.本项目实施过程中我们先后开发了新型介电材料及表界面修饰技术；另一方面我们也成功发展了微纳尺度的表界面分析技术用于原位揭示器件界面的物理图像。通过本项目资助，我们在国际著名杂志上发表了八篇SCI论文，影响因子大于3的共六篇，其中大于10的一篇，5-10的三篇。这些成果将为进一步优化和研制高性能场效应器件提供思路和技术手段。