Adv. Mater. 半导体MOFs-未来的低能带隙材料

【引言】

硅和一些III–V族的金属由于具备诸如优良的机械强度、高的热稳定性、与基质及其它材料的良好的兼容性等独特的性质，在最初的半导体产业中大量应用。然而随着超大规模集成化科技的快速发展。这些传统材料（例如， S、 Ge、 III–V 化合物、 SiC、GaAs 和 GaN等）达到了功能上的局限性。为了与这种超前技术并驾齐驱，集成电路的性能可以通过增加传导速率或将更多的晶体管缩小尺寸集成到一个芯片上。而伴随晶体管缩小，其连接部件的尺寸也会缩小。因此这就需要开发用于产业的新型半导体材料。研究表明有机聚合物可以作为新型材料，一些将石墨烯置于无机六角氮化硼顶端成为非零能带隙的半导体的技术也应运而生。在MOFs中有机配体也会将无机金属节点分割成类似的半导体性。

【成果简介】

近日，我国台湾省中央研究院的吕光烈研究组在Advanced Materials上发表了一篇题为“Semiconductor Metal–Organic Frameworks: Future Low-Bandgap Materials”的文章。该研究组介绍了关于MOF的半导体性、能带理论和微型电子器件的潜在应用等方面的研究进展。

【图文导读】

图1：MOFs作为n型或p型半导体用于金属氧化物半导体场效应晶体管体系的图示

图示表明用于各种集成电路的晶体管将MOFs作为活性成分

图2：基于3D Sr-MOF的结构和用于器件的原理图

(a) 通过柱形配体连接的基于Sr-MOF的层状结构；

(b) 用于器件后随温度变化的直流导电率；

图3：3D Sr-MOF的半导体的研究数据

(a) Sr-MOF的单晶结构；

(b) 总态密度（蓝色区）和分波态密度（其它颜色区）；

图4：3D 半导体Sr-MOF与已报道的半导体MOF的能带隙比较

IRMOF-10 = {M4O(L)3}，L = 4,4′-联苯二甲酸二甲酯；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.

图5：在MOF-5型半导体中通过调整能级降低能带隙的示意图

半导体MOF的现行研究表明，为实现MOF高效的半导体性,能带隙的降低可通过: i)增加配体的共轭性 ii)选择富电子金属节点和有机分子iii)在配体上修饰硝基或氨基官能团

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

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