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单分子电子学:分子电子器件的尺寸极限研究取得新进展

        厦门大学化学化工学院洪文晶教授课题组在有机分子电子器件的尺寸极限研究取得重要进展。相关研究成果以“Transition from tunneling leakage current to molecular tunneling in single-molecule junctions”为题发表于CellPress旗下的Chem(DOI:10.1016/j.chempr.2018.11.002)。

        数十年来,半导体工业一直遵循基于“摩尔定律”所设定的发展蓝图,逐步提升集成电路芯片上晶体管的集成度和运行速度,减小器件尺寸。随着器件特征尺寸缩小至亚十纳米尺度,电极之间由隧穿效应所导致的漏电流将成为制约器件进一步小型化的关键技术挑战,而分子电子器件作为未来器件小型化的可能技术路线,其由隧穿漏电流所制约的尺寸极限也就成为了该技术未来发展所需要探索的关键问题之一。

        为探索这一尺寸极限,课题组基于机械可控裂结技术自主开发了具有飞安级电学测量和亚纳米级位移控制灵敏度的科学仪器,在国际上首次获取了一系列具有不同重复单元的寡聚苯乙炔类分子电导随电极间距的演变关系,并发现随着电极间距的缩小,器件电输运由通过分子器件电流占主导逐步转变到由隧穿漏电流占主导。对于本研究中具有最小尺寸的寡聚苯乙炔分子器件,其由于隧穿漏电流所制约的尺寸极限可小至0.66 nm,预示了有机分子器件在未来电子器件小型化方面具有重要的应用潜力。

        这一研究工作是在洪文晶教授、萨本栋微纳研究院杨扬助理教授以及英国Durham University的MartinR. Bryce教授共同指导下完成的。能源材料化学协同创新中心iChEM Fellow刘俊扬博士为论文第一作者,博士研究生郑珏婷、李瑞豪和硕士研究生黄晓艳、唐永翔、皮九婵、本科生王飞等参与了研究工作。田中群教授、毛秉伟教授和师佳副教授为论文工作提供了重要指导。该工作获得科技部国家重点研发计划课题(2017YFA0204902),国家自然科学基金委(21673195、21703188、21503179)以及中国博士后科学基金(2017M622060)等项目的资助,也得到了固体表面物理化学国家重点实验室、能源材料化学协同创新中心的支持。

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