福建物构所在MOF薄膜的多孔场效应晶体管研究中取得进展

场效应晶体管（Field-Effect Transistor, FET）是一类非常重要的半导体器件，其原理是通过栅极电压来调控源极和漏极之间半导体沟道的电流。FET作为计算机中央处理器（CPU）和大规模集成电路（LSI）的基本单元器件，一直在现代电子工业中具有举足轻重的作用。除此之外，FET的应用已经延伸到广泛的领域，如平板显示、射频标签、存储器、仿生人造突触、化学/生物传感器等。此外，FET器件还是研究半导体材料的基本电学特性以及载流子输运机制的有效工具。近年来，研究发现在FET的半导体沟道中引入孔道，一方面可增加与气体/离子相互作用的活性位点，从而提高FET传感器的灵敏度；另一方面多孔沟道可以提供生物离子运动的通道，结合FET器件门电压的调控原理可以有效地控制孔道中离子的运动，建立起电子器件与生命活动信息之间的联系，实现电子-离子关联型生物器件。导电的金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）作为新出现的一类半导体材料，集多孔性与半导体特性于一体。其所具有的规整有序孔道、丰富可设计的晶体结构以及可调节的电子能带结构等优势使得导电MOFs非常适合作为沟道材料应用于多孔FET。然而，缺少高质量的导电MOF薄膜制约着多孔MOF-FET的成功研制。 iN
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在国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、福建省杰出青年基金等项目资助下，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室徐刚研究团队与广东工业大学教授何军合作，在基于高质量导电MOF薄膜的多孔FET研究方面取得进展。该课题组提出利用平整的液-气界面自组装可以获得连续光滑（平均粗糙度仅为1 nm左右）的晶态导电MOF薄膜，随后通过此前发展的“印章法”（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16524； J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7438）可方便地把MOF薄膜高质量地转移到Si/SiO2衬底上，并成功研制出多孔MOF-FET器件。测试结果表明，该器件是典型的P型FET，其亚阈值斜率为2.4 V/decade。得益于界面自组装高质量的MOF薄膜，MOF与介电层间的界面缺陷浓度仅为8.2 * 1012 cm-2。同时，该多孔FET的空穴迁移率高达48.6 cm2 V-1·s-1，高于绝大多数基于溶液法制备的有机或无机FET器件的场效应迁移率。MOF-FET的成功研制可极大地拓展MOF材料在半导体器件方面的应用，并为研究MOFs电学性能提供了有效的新工具。相关研究结果以通讯形式发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b08511）上。 o\X|\nUk  
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近年来，徐刚课题组专注于多孔导电材料的结构设计及其薄膜电学器件的研究。该团队已成功地将MOF薄膜外延生长在ZnO纳米线表面形成新颖的壳鞘纳米结构阵列材料。利用MOFs和金属氧化物之间的功能互补和协同作用，极大地优化了化学电阻型气敏传感器的选择性、工作温度、响应速度等性能参数（Adv. Mater. 2016, 28, 5229-5234）。 *d:$vaL  
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论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b08511