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幾十年以前，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)分子可以制成高導電性，甚至是金屬性。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)大家對這些材料的興趣，并標志著有機電子學領(lǐng)域新的轉(zhuǎn)折點。從此化學摻雜在科學研究和應(yīng)用中開始發(fā)揮核心作用。p型和n型有機半導體薄膜已經(jīng)廣泛用于降低有機發(fā)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(xié)議、機制以及摻雜后的電子特性的研究都不如對傳統(tǒng)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(yōu)異的導電性。摻雜晶體組成的場效應(yīng)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(shè)計的摻雜方法?；瘜W方法摻雜對晶體的電子傳輸?shù)挠绊懯蔷薮蟮?，F(xiàn)ET中電子遷移率增加了多達10倍，并且其與溫度相關(guān)的行為從熱激活轉(zhuǎn)變?yōu)閹?。研究結(jié)果表明新的位點摻雜有機半導體的策略與傳統(tǒng)的隨機分布取代的氧化還原化學不同， 這個有趣的結(jié)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(yīng)用前景。

本文報告了兩項與有機半導體化學摻雜有關(guān)的發(fā)現(xiàn)。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(yǎng)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(jīng)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(tǒng)中的微觀摻雜效應(yīng)。圖 2b，2d 中的 SKPM 圖像，對應(yīng)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(cè)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。

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注：本文轉(zhuǎn)載自布魯克納米表面儀器部

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