单晶是现代微电子学、固体电子学，以及光电子学发展的基石。和无机单晶半导体材料（如硅）类似，有机半导体单晶具有近乎完美的空间排列和极高的化学纯度，比其对应的多晶与非晶材料具有更优异的物理性质。因此，近年来在有机电子器件领域所取得的关键性突破，大都与有机单晶材料的发展息息相关。尽管如此，有机单晶器件的规模应用仍面临诸多挑战，其中最大的障碍之一是如何实现大面积有机单晶薄膜的可控制备。根据经典的晶体生长理论，控制晶体生长初期成核点结晶取向一致是制备有机单晶薄膜的必要条件。然而，由于有机单晶中分子主要依靠弱的范德华作用力相结合（<10 kcal mol-1），外部的干扰因素如衬底表面的缺陷和流体的不稳定等，都会导致多重、无序的形核，因此传统溶液法生长中通常只能得到由不同结晶取向晶粒组成的有机多晶薄膜。考虑到有机晶体电学性质的各向异性，其迁移率在不同晶向上往往有数倍的差异，因此有机薄膜内晶体取向的不同将严重影响器件性能的均一性。
针对上述挑战，近日我院揭建胜教授团队在《Advanced Materials》发表题为“Scalable Growth of Organic Single-Crystal Films via an Orientation Filter Funnel for High-Performance Transistors with Excellent Uniformity”的论文。创新性提出了晶体取向“漏斗”过滤的概念，利用在生长基底上设计的“漏斗”形状亲/疏溶剂表面微结构，实现了对晶种取向的选择性过滤，进而首次实现了厘米级以上有机单晶薄膜的制备。基于有机单晶薄膜的场效应晶体管阵列表现出非常优异的迁移率均一性，迁移率的变异系数仅为9.8%，是目前有机场效应晶体管中的最好结果之一，从而为大面积有机单晶薄膜的可控生长及集成器件应用提供了一种新的思路。
该论文发表以来被“DeepTech深科技”、半导体产业网、微电子制造、搜狐网、新浪网、网易新闻等多家媒体报道。
作者信息：Wei Deng, Hemeng Lei, Xiujuan Zhang, Fangming Sheng, Jialin Shi, Xiali Zhang, Xinyue Liu, Souren Grigorian, Xiaohong Zhang, Jiansheng Jie*
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109818
责任编辑：向丹婷