本申请提供了一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，所述平面共轭分子化合物，共轭性好，平面性好，能够实现面对面堆积，有利于载流子的传输；所述单分子场效应晶体管中，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用具有原子级平整且原子层厚度可控的新型二维材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，能够实现单分子场效应晶体管器件制备的精准控制和测量的稳定性，使单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性。定性和集成性。定性和集成性。
【技术实现步骤摘要】
一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管
[0001]本申请涉及场效应晶体管
，特别是涉及一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管。
技术介绍
[0002]纳米科技研究的快速增长为计算设备、太阳能收集、化学传感、光子学和光电子学、生物医学电子学(例如细胞
‑
芯片连接、电子细胞、电子疗法和修复学)以及生物燃料电池的发展带来很大启示。开发基于可控的分子传导的电子器件一方面满足了进一步的设备小型化的迫切需求，另一方面满足了用于生物医学和纳米电子应用的有机和无机材料的需要。其中，有机分子场效应晶体管具备分子级尺寸，在分子异质结中施加栅压可以调控分子的能级位置，从而改变分子能级与电极费米能级的相对位置，进而调控分子的导电特性。
[0003]目前，单分子场效应晶体管器件的调控策略中最成熟的体系是基于传统固态栅极产生的静电场，但这种调控方法的调控效率较低，单分子场效应晶体管器件的稳定性和集成性差，器件对介电层厚度敏感，特别是目前的介电层多是二氧化硅、二氧化铪等材料，想要制备出与分子尺寸匹配的厚度的固态介电层在工艺实施上是极为困难的，并且二氧化硅较低的介电常数也限制了其在先进制造工艺中的应用。因此有必要开发一种具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性的单分子场效应晶体管。
技术实现思路
[0004]本申请的目的在于提供一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，以获得具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性的单分子场效应晶体管。具体技术方案如下：
[0005]本申请第一方面提供了一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：
[0006]H2N
‑
R2‑
R1‑
R2‑
NH2[0007]式A；
[0008]其中，R1选自式I
‑
式III中的任一种；
[0009][0010]R2选自—(CH2)
n
—、n为1
‑
6的整数，或
[0011]本申请第二方面提供了一种单分子场效应晶体管，其包含本申请第一方面提供的平面共轭分子化合物中的任一种。
[0012]本申请第三方面提供了本申请第二方面提供的单分子场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
[0013]1)在衬底上制备石墨烯栅电极层；
[0014]2)在石墨烯栅电极层上表面制备Bi2SeO5介质底层；
[0015]3)在Bi2SeO5介质底层上表面制备h
‑
BN介质顶层；
[0016]4)在h
‑
BN介质顶层上表面制备石墨烯电极层；
[0017]5)将石墨烯电极层构建纳米间隙得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极；
[0018]6)将石墨烯点电极与分子异质结通过酰胺键连接；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成；
[0019]7)在石墨烯点电极和分子异质结的上表面覆盖h
‑
BN保护层，得到单分子场效应晶体管。
[0020]本申请提供了一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，所述平面共轭分子化合物，共轭性好，平面性好，能够实现面对面堆积，有利于载流子的传输；所述单分子场效应晶体管中，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用具有原子级平整且原子层厚度可控的新型二维材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，能够实现单分子场效应晶体管器件制备的精准控制和测量的稳定性，使单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0022]图1为实施例1的单分子场效应晶体管的立体结构图；附图标记为：1.石墨烯栅电极层，2.Bi2SeO5介质底层，3.h
‑
BN介质顶层，4.石墨烯源端电极，5.石墨烯漏端电极，6.化合物A1构成的分子异质结，7.h
‑
BN保护层。
[0023]图2为实施例1的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0024]图3为实施例1的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
[0025]图4为实施例2的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0026]图5为实施例2的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
[0027]图6为实施例3的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0028]图7为实施例3的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
[0029]图8为实施例4的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0030]图9为实施例4的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性
曲线图。
[0031]图10为实施例5的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0032]图11为实施例5的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
[0033]图12为实施例6的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流
‑
偏压特性曲线图。
[0034]图13为实施例6的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]本申请第一方面提供了一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：
[0037]H2N
‑
R2‑
R1‑
R2‑
NH2[0038]式A；
[0039]其中，R1选自式I
‑
式III中的任一种；
[0040][0041]R2选自
‑
(CH2)
n
‑
、n为1
‑
6的整数，或
[0042]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述平面共轭分子化合物选自A1
‑
A6中的任一种：
[0043][004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：H2N
‑
R2‑
R1‑
R2‑
NH2式A；其中，R1选自式I
‑
式III中的任一种；R2选自
‑
(CH2)
n
‑
、n为1
‑
6的整数，或2.根据权利要求1所述的平面共轭分子化合物，其中，所述平面共轭分子化合物选自A1
‑
A6中的任一种：A6中的任一种：3.一种单分子场效应晶体管，其包含权利要求1所述的平面共轭分子化合物中的任一种。4.根据权利要求3的单分子场效应晶体管，其中，所述单分子场效应晶体管还包含石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h
‑
BN介质顶层、石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极、分子异质结和h
‑
BN保护层；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成。5.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述石墨烯栅电极层的厚度为
0.7
‑
10nm；所述Bi2SeO5介质底层的厚度为1
‑
20nm；所述h
‑
BN介质顶层的厚度为1
‑
20nm；所述h
‑
BN保护层的厚度为0.7
‑
20nm；所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极厚度为0.7
‑
3nm；分子异质结厚度为0.7
‑
3nm。6.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述单分子场效应晶体管还包含衬底；所述衬底为原子级平整的硅片、云母或蓝宝石。7.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5
‑
100nm，位于分子异质结的垂直正下方。8.根据权利要求3
‑
7中任一项所述的单分子场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：1)在衬底上制备石墨烯栅电极层；2)在石墨烯栅电极层上表面制备Bi2SeO5介质底层；3)在Bi2SeO5介质底层上表面制备h
‑
BN介质顶层；4)在h
‑
BN介质顶层上表面制备石墨烯电极层；5)将石墨烯电极层构建纳米间隙得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雪峰，李佩慧，张苗，贾传成，常新月，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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