原子力显微镜有机晶体形貌与结构表征高分辨率解析解决方案

牛津仪器 原子力显微镜有机晶体形貌与结构表征高分辨率解析解决方案 摘要：本文用牛津仪器 Asylum Research 首次实现以原子力显微镜对二维分子晶体(Cg-BTBT)材料形貌与结构进行了纳米级表征，并将成果发表于 Nature 期刊上。 关键词：有机晶体； 二维材料； 形貌； 原子分辨率；原子力显微镜 1介绍 有机晶体是半导体材料领域的一个重要分支，已经广泛应用于太阳能电池、显示器等领域。晶体内部原子或分子有规则的排列，引起了晶体各向不同的物理性质。而其中的原子或分子若是有机分子，例如几乎所有的酸、绝大多数有机化合物，如：苯、乙酸、乙醇、葡萄糖等，这些都是分子间通过分子间作用力(包括范德华力和氢键)构成的晶体，称之为有机晶体。有机分子晶体是由有机分子组成，，可以是极性有机分子，也可以是非极性有机分子。 2AFM 对单层 Cg-BTBT 分子晶体生长过程的表征 南京大学王欣然教授课题组将有机晶体与二维材料的概念相结合，在国际上首次利用范德华外延制备出大面积、高质量的单层分子晶体(图1)。在石墨烯衬底上制备出“石墨烯-分子晶体-金”三明治结构的高开关比场效应晶体管，并实现了“与门”“或门”逻辑运算功能。进一步，在氮化硼衬底制备的单层Cg-BTBT分子晶体场效应晶体管，室温下迁移率能到达10cm²/Vs， 比之前报道的结果提高了两个数量级以上。 牛津仪器 图1Cg-BTBT在95分钟的生长过程中， AFM 对样品不同生长阶段的形貌表征 3 石墨烯上生长单层 Cg-BTBT分子晶体的晶体结构原子分辨率表征 牛津仪器 图2石墨烯衬底上生长双层(图c)二维分子晶体(Cg-BTBT)的AFM高分辨图像 牛津仪器与南京大学合作，对生长的各种不同层数的分子晶体进行了原子分辨率的解析。分子晶体的晶格常数在 0.4-0.8nm之间，对其实行高分辨率的解析对 AFM 有极高的要求。牛津仪器 Asylum Research 的 Cypher 作为目前世界上最高分辨率的快速扫描AFM，空气环境中，在轻敲模式下首次实现了这种常规材料的原子分辨率成像。对生长在石墨烯或者氮化硼基体上的不同层数的C8-BTBT的晶体结构进行了系统的表征。 图 3 氮化硼衬底上生长单层(c)和双层(d)二维分子晶体(Cg-BTBT) 的 AFM高分辨图像，图e是基体氮化硼的原子分辨率图像 更多细节可参考 NATURE COMMUNICATIONS|DOI：10.1038/ncomms6162