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JACS封面：半导体金属有机框架构筑全新类型晶体管
金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一类由有机配体和无机金属离子/金属簇自组装形成的新型晶态多孔材料，在气体吸附与分离、催化、分子识别等领域具有巨大的潜在应用价值。最近，具有电子导电性质的MOFs获得极大的关注和发展。不同于常规的有机半导体和无机半导体，导电MOFs是新出现的一类无机-有机杂化分子基半导体材料，集多孔性与半导体特性于一体。其丰富可设计的晶体结构和可调节的电子能带结构等优势使得导电MOFs在新型半导体器件领域具有很高的研究价值和应用潜力。作为一类重要的半导体器件，场效应晶体管（Field-Effect Transistors, FETs）是众多电子产品的基本单元器件，不仅在逻辑电路、平板显示、存储器等传统微电子领域具有举足轻重的作用，在可穿戴式电子产品、仿生电子器件、柔性/透明电子器件等新兴领域也极具重要的应用潜力。利用半导体MOF构筑FET器件，不仅可以把MOF材料所具有的晶态结构和骨架结构丰富、孔道的大小和形状可调、孔道内部可修饰等结构上的优势赋予FET器件，实现FET器件更广泛的功能；还可以通过丰富的晶态结构设计和精确的能带调控促使我们从分子水平去理解、设计和优化材料的半导体特性，从而构筑高性能新型分子基FET器件。然而目前为止，利用半导体MOF构筑多孔MOF-FET器件却未见报道。
近日，中科院福建物构所的徐刚（点击查看介绍）团队与广东工业大学的何军教授（点击查看介绍）合作，成功研制出高性能多孔MOF-FET器件。由于FET器件对界面具有较高的要求，如何制备高质量的半导体MOF薄膜是成功研制多孔MOF-FET器件的关键。该研究团队巧妙地利用界面限域效应在液-气界面处自组装获得平整连续的晶态半导体MOF, Ni3(HITP)2薄膜。由于自组装Ni3(HITP)2薄膜的上表面非常光滑（平均粗糙度仅为1 nm左右），为了充分利用其光滑的上表面与Si/SiO2基底接触形成高质量的半导体/栅介质界面，该团队采用此前发展的“印章法”（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 16524；J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 7438）可方便地把Ni3(HITP)2薄膜高质量地转移到Si/SiO2衬底上，并成功制作出多孔MOF-FET器件。器件的电学测试结果表明，益于界面自组装高质量的Ni3(HITP)2薄膜，Ni3(HITP)2与介电层间的界面缺陷浓度仅为8.2×1012cm-2。该类多孔MOF-FET器件是典型的P型FET，全部器件的空穴迁移率都在30 cm2V-1·s-1以上，最高达48.6 cm2V-1·s-1，这一数值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。由于Ni3(HITP)2薄膜是二维类石墨烯结构的半导体MOF，其存在面内Ni与配体间σ-π共轭和面间分子的π-π共轭两种导电通道，其两者协同作用可能是其高迁移的原因所在。该MOF-FET器件的成功研制为MOF材料在电学器件方面的研究开拓了新方向，同时为传统半导体器件注入新的材料和功能，也为研究MOFs电学性能提供了有效的新工具。
这一成果发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1360-1363）, 论文第一作者是副研究员吴国栋与硕士研究生黄家鸿，被选为封面，并被JACS以题为“Electrifying New Application for Metal–Organic Frameworks”进行Spotlights亮点报道。
该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、福建省杰出青年基金等项目经费的支持。
该论文作者为：Guodong Wu, Jiahong Huang, Ying Zang, Jun He, Gang Xu
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Porous Field-Effect Transistors Based on a Semiconductive Metal–Organic Framework
J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1360-1363, DOI: 10.1021/jacs.6b08511
Spotlights亮点报道链接：
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b00784
导师介绍
徐刚
http://www.x-mol.com/university/faculty/22986
课题组简介
http://www.fjirsm.ac.cn/xugang/
何军
http://www.x-mol.com/university/faculty/27522