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本文轉自：新華日報
交匯點訊 蘇州大學納米科學技術學院教授揭建勝團隊的研究成果大面積有機微納單晶結構及其高性能光電器件榮獲2020年度江蘇省科學技術獎一等獎。
有機半導體材料區別于傳統硅基無機半導體材料，具有成本低、易制造、輕量柔性、環境友好等優勢，是半導體領域的前沿研究方向之一。揭建勝介紹，有機單晶材料對發展以場效應晶體管為代表的新一代高性能、低成本的有機半導體光電器件具有十分重要的意義，但有機單晶器件的規模集成與應用仍面臨諸多挑戰，這是由于有機分子主要依靠弱的范德華和氫鍵等作用力相結合，很難制備大面積的單晶晶圓，主要得到是有機微納單晶。 揭建勝打了個比方，由于有機微納單晶尺寸小、生長無序，因此晶體在生長后通常像毛線團一樣雜亂無序堆積在一起，而如果想制備大面積單晶集成器件的話，則需把線團中的線一根根排布好，并高度有序地編織起來。
我們團隊開始是研究控制微納單晶的可控合成，逐步聚焦到解決晶體有序生長的問題。揭建勝告訴記者，從在國際上較早地提出用微納單晶構筑高性能有機半導體器件開始，他帶領多學科背景的交叉團隊，圍繞這個關鍵科學問題已探索了10多年。他帶領團隊，率先發展了利用表面微結構限域單晶外延生長的新策略，通過利用生長基底表面的微結構引導單晶定點定位成核，并利用其限域效應穩定流體傳質，使得單晶可以有序外延生長。在此策略的指導下，他們在國際上首次實現了4英寸晶圓級有機單晶圖案化陣列的有序生長，并且實現了對單晶晶軸取向的調控。單晶陣列的大面積有序生長，使材料性能均一性得到極大提高，這些工作為構筑基于有機微納單晶的高性能光電器件奠定了材料基礎。
解決了有機單晶大面積有序生長的難題后，團隊又進一步研究如何通過表界面調控來提高所制備有機單晶器件的性能，并發展高性能集成有機單晶器件的構筑技術，由于有機單晶材料表界面缺陷的存在，使得單晶器件還面臨穩定性差，功耗高的難題。并且有機半導體材料容易受到破壞，不能使用傳統無機材料使用的光刻等微加工技術進行器件集成。 揭建勝說。通過對表界面缺陷的鈍化，他們成功實現了高穩定性、低功耗有機單晶器件的構筑，并發展了電極轉移印刷等高效單晶器件集成技術。
在基礎研究外，團隊也一直在瞄準有機半導體單晶材料的最終應用在逐步發力，他希望發展基于有機微納單晶的高性能集成器件，并在未來實現大規模、高性能的集成有機單晶電路，進而拓展有機單晶場效應晶體管在柔性電子和可穿戴電子等諸多重要領域的應用，比如說我們手機的折疊屏，目前它的驅動背板用的還是無機半導體材料，因此彎折角度受限，未來如果用上有機微納單晶的背板，完全可以將手機屏幕卷起來。揭建勝說，目前實驗室的相關研究，已經可以做到彎曲至幾毫米，折疊上萬次，有機微納單晶器件前景廣闊。