Adv. Mater. 半導體MOFs-未來的低能帶隙材料

【引言】

硅和一些III–V族的金屬由于具備諸如優良的機械強度、高的熱穩定性、與基質及其它材料的良好的兼容性等獨特的性質，在最初的半導體產業中大量應用。然而隨著超大規模集成化科技的快速發展。這些傳統材料（例如， S、 Ge、 III–V 化合物、 SiC、GaAs 和 GaN等）達到了功能上的局限性。為了與這種超前技術并駕齊驅，集成電路的性能可以通過增加傳導速率或將更多的晶體管縮小尺寸集成到一個芯片上。而伴隨晶體管縮小，其連接部件的尺寸也會縮小。因此這就需要開發用于產業的新型半導體材料。研究表明有機聚合物可以作為新型材料，一些將石墨烯置于無機六角氮化硼頂端成為非零能帶隙的半導體的技術也應運而生。在MOFs中有機配體也會將無機金屬節點分割成類似的半導體性。

【成果簡介】

近日，我國臺灣省中央研究院的呂光烈研究組在Advanced Materials上發表了一篇題為“Semiconductor Metal–Organic Frameworks: Future Low-Bandgap Materials”的文章。該研究組介紹了關于MOF的半導體性、能帶理論和微型電子器件的潛在應用等方面的研究進展。

【圖文導讀】

圖1：MOFs作為n型或p型半導體用于金屬氧化物半導體場效應晶體管體系的圖示

圖示表明用于各種集成電路的晶體管將MOFs作為活性成分

圖2：基于3D Sr-MOF的結構和用于器件的原理圖

(a) 通過柱形配體連接的基于Sr-MOF的層狀結構；

(b) 用于器件后隨溫度變化的直流導電率；

圖3：3D Sr-MOF的半導體的研究數據

(a) Sr-MOF的單晶結構；

(b) 總態密度（藍色區）和分波態密度（其它顏色區）；

圖4：3D 半導體Sr-MOF與已報道的半導體MOF的能帶隙比較

IRMOF-10 = {M4O(L)3}，L = 4,4′-聯苯二甲酸二甲酯；MIL-125 = {Ti8O8(OH)4(L)6}，L = 1,4-苯二甲酸二甲酯 (bdc)；MOF-5 = {Zn4O(1，4-苯二甲酸二甲酯)3}；MFU-4 = {MZn4(L)4(L′)6}，(M = Co(II) or Zn； L = 氯化物或乙酰丙酮; L′ = 1,2,3-苯并三唑)；Zr-UiO-66 = {Zr6O6(OH)4(L)}，L = 1,4-苯二甲酸二甲酯； Sr-MOF ={Sr(L)(H2O)}n,，L = 1,2,4-苯三羧酸二乙酯.

圖5：在MOF-5型半導體中通過調整能級降低能帶隙的示意圖

半導體MOF的現行研究表明，為實現MOF高效的半導體性,能帶隙的降低可通過: i)增加配體的共軛性 ii)選擇富電子金屬節點和有機分子iii)在配體上修飾硝基或氨基官能團

文獻連接：Semiconductor Metal–Organic Frameworks: FutureLow-Bandgap Materials(Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201605071, IF=18.96)

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