原子力显微镜有机晶体形貌与结构表征解决方案

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（G-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。2 AFM对单层C8-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 C8-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。Nucleation sites2LILILNucleation sites图1 C 8-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C8-BTBT分子晶体的晶体结构原子分辨率表牛津仪器图2 石墨烯衬底上生长双层（图 C）二维分子晶体（C8-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040.8nm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（C8-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