中科院化學所在有機半導體晶相調控方面取得系列進展

中科院化學所有機固體實驗室研究人員利用溶液過飽和度、氣相擴散溫度梯度、表面納米溝槽等誘導效應，對有機半導體晶相生長的熱力學和動力學過程進行調控，獲得了堆積結構緊密的單晶或晶態膜，表現出非常高的載流子遷移率。通過選擇不同的溶液濃度控制其過飽和度，首次可控地製備了硫雜並苯衍生物的不同晶相的單晶。β晶體（HOMO-1）能級之間的電子耦合作用明顯高於α晶體，並對電荷傳輸性能起主導作用，導致β單晶載流子遷移率高達18.9 cm2 V-1 s-1，證實了不同的堆積結構能造成非簡併（HOMO-1）能級電子耦合作用的顯著差異，從而對電荷傳輸產生重要的影響，為有機半導體堆積結構的調控提供了一種新的理念和思路（Adv. Mater. 2015, 27, 825）。 

進一步採用物理氣相傳輸的方法，通過控制溫度梯度，第一次選擇性地得到了酞菁氧鈦的α和β兩個晶相的單晶，構築了單晶場效應電晶體。α晶相具有典型的二維電荷傳輸通道，最高載流子遷移率為26.8 cm2 V-1 s-1，是酞氰類有機半導體的最高值。β晶相具有三維電荷傳輸通道，層與層之間具有較強的電子耦合作用，其方向與電荷傳輸方向垂直，幹擾了電荷傳輸行為，只獲得了最高0.1 cm2 V-1 s-1的遷移率。這一發現突破了「三維電荷傳輸半導體優於低維半導體」的傳統看法，說明了分子層間的電子耦合作用對於電荷輸運具有重要的影響（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5206）。