界面是發(fā)展碳基半導(dǎo)體器件關(guān)鍵
2011/2/17 9:08:25
硅材料在20世紀(jì)迅猛發(fā)展不僅得益于人們對(duì)界面科學(xué)與工程的深入研究，而且更是將廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體微電子學(xué)帶入千家萬(wàn)戶(hù)。出席日前在蘇州舉行的以“碳基半導(dǎo)體界面科學(xué)與工程”為主題的第386次香山科學(xué)會(huì)議的專(zhuān)家指出，碳基半導(dǎo)體界面科學(xué)與工程方面是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，還有許多重大的科學(xué)問(wèn)題亟待解決。
以碳材料為主的半導(dǎo)體器件是以共軛小分子/聚合物、石墨烯、富勒烯和碳納米管材料作為主要工作物質(zhì)的功能器件，包括有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)光伏電池等。
會(huì)議執(zhí)行主席、蘇州大學(xué)/香港城市大學(xué)教授、中科院院士李述湯在主題評(píng)述報(bào)告中介紹說(shuō)，與硅基半導(dǎo)體材料相比，碳基半導(dǎo)體材料具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，如其結(jié)構(gòu)的多樣性和可裁剪性，來(lái)源的廣泛性、良好的加工性、可大面積制備等。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，碳基半導(dǎo)體材料的研究及應(yīng)用一直受到科學(xué)界的高度關(guān)注，并不斷取得突破，極大地促進(jìn)了碳基半導(dǎo)體在基礎(chǔ)研究和商業(yè)開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展，特別是在能源的高效轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和利用等方面展現(xiàn)出越來(lái)越重要的應(yīng)用前景。
專(zhuān)家介紹，作為與硅基半導(dǎo)體器件互補(bǔ)的新型器件，碳基半導(dǎo)體器件目前已形成一個(gè)由化學(xué)、物理科學(xué)、信息電子科學(xué)和材料科學(xué)等諸多學(xué)科相互交叉的新興研究領(lǐng)域，正在信息顯示、固體照明、自動(dòng)控制、太陽(yáng)能利用、信息存儲(chǔ)等多方面展現(xiàn)出越來(lái)越重要的應(yīng)用前景。特別是以有機(jī)發(fā)光二極管為基礎(chǔ)的新型平板顯示和固態(tài)光源，已經(jīng)率先或即將進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的這一事實(shí)，更是向人們展示了碳基半導(dǎo)體器件廣闊的發(fā)展前景。
碳基半導(dǎo)體器件的研究正在全球范圍受到日益重視，是目前國(guó)際上極具挑戰(zhàn)性和迫切性的重要研究方向。美、日、歐等西方國(guó)家和地區(qū)紛紛將有機(jī)半導(dǎo)體器件的研究列入高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中，先后啟動(dòng)了一系列科研計(jì)劃來(lái)應(yīng)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體器件的研究。
碳基半導(dǎo)體器件的性能主要取決于器件中關(guān)鍵界面的結(jié)構(gòu)和特性，特別是界面的電荷過(guò)程、光電轉(zhuǎn)換過(guò)程及化學(xué)行為。縱觀過(guò)去數(shù)十年的歷史，人們不難看到，每一次在界面特性研究中所取得的進(jìn)展，都給其器件應(yīng)用帶來(lái)新的突破和機(jī)遇。如美國(guó)Tang博士研究組在有機(jī)發(fā)光二極管中引入一個(gè)有機(jī)層界面，極大地提高了載流子的復(fù)合效率，從而開(kāi)創(chuàng)了有機(jī)發(fā)光二極管的新篇章；美國(guó)Forrest教授和Thompson教授研究組合作，在有機(jī)發(fā)光二極管中引入磷光發(fā)光體，實(shí)現(xiàn)了主體材料向客體材料完全的能量轉(zhuǎn)移，激子的內(nèi)量子效率從原有的25%提高到100%，由此使得有機(jī)二極管的高效發(fā)光成為現(xiàn)實(shí)。
在碳基半導(dǎo)體器件研究取得快速進(jìn)步的同時(shí)，目前碳基半導(dǎo)體器件面臨性能偏低、壽命偏短、成本偏高三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，其性能的進(jìn)一步改善受到嚴(yán)重制約。
“在碳基半導(dǎo)體器件的主要應(yīng)用中，金屬/碳基半導(dǎo)體、碳基半導(dǎo)體/碳基半導(dǎo)體、無(wú)機(jī)/碳基半導(dǎo)體和碳基半導(dǎo)體/空氣這四類(lèi)關(guān)鍵界面對(duì)器件的載流子輸運(yùn)特性和光電轉(zhuǎn)換過(guò)程等有著非常重要的影響。”李述湯說(shuō)。 從界面科學(xué)與工程的角度，圍繞碳基分子界面的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題、各種碳基半導(dǎo)體器件中的實(shí)際界面問(wèn)題以及分子界面調(diào)控等進(jìn)行研究，將會(huì)有助于碳基半導(dǎo)體器件的完善，加速實(shí)現(xiàn)多種碳基半導(dǎo)體器件的實(shí)際應(yīng)用，其意義是難以估量的。
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