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本文转自：新华日报
交汇点讯 苏州大学纳米科学技术学院教授揭建胜团队的研究成果“大面积有机微纳单晶结构及其高性能光电器件”荣获2020年度江苏省科学技术奖一等奖。
有机半导体材料区别于传统硅基无机半导体材料，具有成本低、易制造、轻量柔性、环境友好等优势，是半导体领域的前沿研究方向之一。揭建胜介绍，有机单晶材料对发展以场效应晶体管为代表的新一代高性能、低成本的有机半导体光电器件具有十分重要的意义，但有机单晶器件的规模集成与应用仍面临诸多挑战，“这是由于有机分子主要依靠弱的范德华和氢键等作用力相结合，很难制备大面积的单晶晶圆，主要得到是有机微纳单晶。” 揭建胜打了个比方，由于有机微纳单晶尺寸小、生长无序，因此晶体在生长后通常像毛线团一样杂乱无序堆积在一起，而如果想制备大面积单晶集成器件的话，则需把线团中的线一根根排布好，并高度有序地编织起来。
“我们团队开始是研究控制微纳单晶的可控合成，逐步聚焦到解决晶体有序生长的问题。”揭建胜告诉记者，从在国际上较早地提出用微纳单晶构筑高性能有机半导体器件开始，他带领多学科背景的交叉团队，围绕这个关键科学问题已探索了10多年。他带领团队，率先发展了利用表面微结构限域单晶外延生长的新策略，通过利用生长基底表面的微结构引导单晶定点定位成核，并利用其限域效应稳定流体传质，使得单晶可以有序外延生长。在此策略的指导下，他们在国际上首次实现了4英寸晶圆级有机单晶图案化阵列的有序生长，并且实现了对单晶晶轴取向的调控。单晶阵列的大面积有序生长，使材料性能均一性得到极大提高，这些工作为构筑基于有机微纳单晶的高性能光电器件奠定了材料基础。
解决了有机单晶大面积有序生长的难题后，团队又进一步研究如何通过表界面调控来提高所制备有机单晶器件的性能，并发展高性能集成有机单晶器件的构筑技术，“由于有机单晶材料表界面缺陷的存在，使得单晶器件还面临稳定性差，功耗高的难题。并且有机半导体材料容易受到破坏，不能使用传统无机材料使用的光刻等微加工技术进行器件集成。” 揭建胜说。通过对表界面缺陷的钝化，他们成功实现了高稳定性、低功耗有机单晶器件的构筑，并发展了电极转移印刷等高效单晶器件集成技术。
在基础研究外，团队也一直在瞄准有机半导体单晶材料的最终应用在逐步发力，他希望发展基于有机微纳单晶的高性能集成器件，并在未来实现大规模、高性能的集成有机单晶电路，进而拓展有机单晶场效应晶体管在柔性电子和可穿戴电子等诸多重要领域的应用，“比如说我们手机的折叠屏，目前它的驱动背板用的还是无机半导体材料，因此弯折角度受限，未来如果用上有机微纳单晶的背板，完全可以将手机屏幕卷起来。”揭建胜说，目前实验室的相关研究，已经可以做到弯曲至几毫米，折叠上万次，有机微纳单晶器件前景广阔。
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