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新型超薄电子膜

时间:2018-05-03  来源:国防科技信息网   发布:高端装备网 
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  日本研究人员已经开发出一种方法,用于建造仅有两层分子、总厚度为4.4纳米的大面积半导体薄膜材料。这些薄膜材料可用于制备薄膜晶体管,在柔性电子器件或化学探测器中的具有潜在应用价值。这些薄膜晶体管是半导体单分子双层薄膜制备的首个样品,采用液体溶液工艺—成本最小化的标准制造工艺。

  “我们想要电子器件具有真实细胞膜的特性:柔性、强大、敏感、超薄。我们发现了一个新方法可设计半导体单分子双层薄膜,可以让我们制造表面积高达100平方厘米(39平方英寸)的薄膜。它们可以制备高性能薄膜晶体管,并有望在未来很多应用。”最近发表的研究论文第一作者、助理教授Shunto

  Arai说。

  东京大学应用物理系教授Tatsuo

  Hasegawa领导该研究小组制备该薄膜材料。他们获取成功的突破是一个称为“几何阻挫”的概念,它采用其使用分子形状,使分子难以在彼此顶部多层沉降。

  通过显微镜观察薄膜时会发现,该薄膜是透明的,分子之间的吸引力和排斥力使之构成组织有序的、不断重复的人字形图案结构。双层膜的整体分子结构非常稳定。研究人员认为应该有可能用不同功能的不同分子构建相同的结构。

  目前薄膜使用的单个分子分为两个区域:头部和尾部。一个分子的头部叠在另一个分子的顶部,两个分子尾部指向相反的方向构成一个垂直结构。这两个分子被相同的头对头分子对包围,它们一起形成称为分子双层的三明治。

  研究人员发现,他们可以采用尾部长度不同的分子制备双层膜,防止额外的双层堆叠在顶部,这种双层的表面粗糙,自然会阻碍堆叠。这种不同长度的影响被称为几何阻挫。

  制备半导体分子双层膜的标准方法不能控制厚度而不引起裂缝或不规则表面。尾部长度不同的几何阻挫使研究人员可以克服困难,使用常见的工业解决方案处理方法,制备出10平方厘米(3.9英寸×3.9英寸)方形薄膜。

  双层的半导体特性可以使薄膜应用在柔性电子或化学检测中。半导体能够在允许电流流动的状态(导体)和阻止电流流动的状态(绝缘体)之间切换。此开关切换特性使晶体管快速变换显示图像,如LCD屏幕上显示图像。由东京大学研究团队创建的单分子双层薄膜比目前应用于电子半导体的常见类型非晶硅薄膜晶体管快得多。

  该小组希望继续研究几何阻挫的单分子双层膜的特性,及在化学检测领域的潜在应用。该研究的合作者还有日本国家先进工业科学和技术研究所、日本化药株式会社、凝聚态物质研究中心和高能加速器研究组织。

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