冠乾科技（上海）有限公司
特定位點的化學摻雜在有機半導體晶體表面的電子分布表征解決方案
檢測樣品：有機半導體
檢測項目：電子分布表征
方案概述：本文描述了一種特定位點的n型摻雜機制，用兩種有機半導體的單晶做實驗，用特定位點的消除電子陷阱并增加背景電子濃度，使晶體擁有更優異的導電性。摻雜晶體組成的場效應晶體管（FET）的電子傳輸特性得到顯著改善。增強了FET的電特性。表面化學摻雜是專門針對晶體層間邊界，即已知的電子陷阱，鈍化陷阱并釋放流動電子設計的摻雜方法。
幾十年以前，發現晶體和薄膜的π共軛的科學家通過化學摻雜（例如導電聚合物）發現分子可以制成高導電性，甚至是金屬性。這一發現引發大家對這些材料的興趣，并標志著有機電子學領域新的轉折點。從此化學摻雜在科學研究和應用中開始發揮核心作用。p型和n型有機半導體薄膜已經廣泛用于降低有機發光二極管顯示器的工作電壓， 但是到目前為止對化學摻雜有機半導體的摻雜協議、機制以及摻雜后的電子特性的研究都不如對傳統半導體的研究。
本文作者描述了一種特定位點的n型摻雜機制，用兩種有機半導體的單晶做實驗，用特定位點的消除電子陷阱并增加背景電子濃度，使晶體擁有更優異的導電性。摻雜晶體組成的場效應晶體管（FET）的電子傳輸特性得到顯著改善。增強了FET的電特性。表面化學摻雜是專門針對晶體層間邊界，即已知的電子陷阱，鈍化陷阱并釋放流動電子設計的摻雜方法?；瘜W方法摻雜對晶體的電子傳輸的影響是巨大的，FET中電子遷移率增加了多達10倍，并且其與溫度相關的行為從熱激活轉變為帶狀。研究結果表明新的位點摻雜有機半導體的策略與傳統的隨機分布取代的氧化還原化學不同， 這個有趣的結果表明針對特定位點的摻雜可能是一種富有成效的新的有機半導體材料摻雜的策略，拓展了有機半導體材料在電子學方面的應用前景。
本文報告了兩項與有機半導體化學摻雜有關的發現。第一項是對特定有機半導體晶體表面的臺階邊緣可以選擇性地刑場n型摻雜。作者利用兩種半導體晶體材料“Cl2-NDI和PDIF-CN2”形成n溝道FET。將Cl2-NDI和 PDIF-CN2培養成板條狀晶體，物理厚度范圍為 1 至 50 μm，并將晶體層壓到鍍金涂層上，通過將兩種晶體的（001）表面暴露于正硅烷蒸汽形成n型摻雜 （ 圖1a），不同厚度的晶體經過摻雜后臺階密度由AFM高分辨圖形給出。（圖1d）。作者對摻雜前和摻雜后的FET進行了電特性分析。
第二項是摻雜誘導的在臺階邊緣的電子分布可以通過掃描開爾文探針顯微鏡（SKPM）進行可視化 。SKPM圖像直觀的解釋了有機半導體晶體中的化學摻雜引起的電荷分布， 并驗證了有機半導體材料系統中的微觀摻雜效應。圖 2b，2d 中的 SKPM 圖像，對應于形貌圖2a，2c，電勢分布與兩個摻雜晶體的每個臺階邊緣重合， 正電位條紋和負電位條紋清晰可見。特別每個臺階邊緣的正條紋，兩側的是負電位條紋。圖3a顯示的插圖是原子力顯微鏡探針在階臺階邊緣進行線掃描。
Dimension ICON系統是一款性能強大的綜合性實驗平臺，集形貌、力學、電學、磁學、熱學、電化學和納米操縱等眾多微納表征技術與一體。Dimension Icon系統是世界上應用廣泛的大樣品臺原子力顯微鏡。上至300 mm直徑的超大樣品臺設計，可以滿足各類尺寸樣品的測試需求。布魯克的掃描電勢顯微鏡（ SKPM）擁有低噪聲的AM-KPFM以及高靈敏度的FM-KPFM兩種模式， 集高分辨表面掃描、高靈敏的電勢掃描、量化的力學性能與一體，成為在半導體材料的研究、器件失效分析領域越來越重要的一種應用。
該文章中使用Bruker Dimension® Icon™和Multimode原子力顯微鏡來表征h-BN和GNR樣品。Bruker Dimension® Icon™原子力顯微鏡為工業界和科研界納米領域的研究者帶來了全新的應用體驗，具有高水平的性能、功能和配件選擇，其測試功能強大, 操作簡便易行。融合Dimension系統數十年的技術經驗，廣大客戶反饋，結合工業領域的設備需求，Dimension Icon進行了全面革新。全新的系統設計，實現了低漂移和低噪音水平。現在用戶只需要幾分鐘就可獲得真實準確的掃描圖像。MultiMode® 測試平臺作為歷史悠久的經典機型，由于其分辨率與性能享譽至今。Multimode 8-HR 原子力顯微鏡通過高速PeakForce Tapping ®、增強的 PeakForce QNM®、全新的 FASTForce Volume和布魯克探針技術，在成像速度、分辨率和納米機械性能方面有了進一步的改進，使得綜合性能顯著提升。
注：本文轉載自布魯克納米表面儀器部
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