液态镓表面合成超平滑导电金属有机框架薄膜
应用物理
2024-04-25 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
导电金属有机框架（MOF）是用于（光）电子学的新兴电活性材料。然而，通过兼容互补金属氧化物半导体技术的现有合成方法来实现可靠的基于 MOF 的器件仍然是一个巨大挑战，因为目前合成的 MOF 薄膜或薄片表面粗糙度相当高，难以实现有效的电极接触。在此，我们开发了一种化学气相沉积（CVD）条件下的液态镓表面合成（OLGSS）策略，用于可控生长二维共轭 MOF（2D c-MOF）薄膜，与传统方法生长的 MOF 薄膜相比，其表面平整度提高了十倍（表面粗糙度可低至 ~2 {\AA}）。在理论建模的支持下，我们揭示了一种逐层 CVD 生长模式以构建平整表面，该模式由镓与平面芳香配体之间的高粘附能触发。我们通过在九种不同 2D c-MOF 薄膜上重现这种平坦表面（可变厚度约 2 至 208 nm，横向尺寸超过 1 cm2），进一步证明了所提 OLGSS 策略的普适性。所得的超平滑 2D c-MOF 薄膜能够与金电极形成高质量电接触，与传统不平整 MOF 薄膜相比，接触电阻降低了十多个数量级。此外，由于高质量接触带来的有效界面相互作用，所制备的 OLGSS c-MOF 与 MoS2 的范德华异质结构（vdWH）表现出引人注目的光致发光（PL）增强、PL 峰移位和功函数大范围调制。可靠的 OLGSS 方法的建立为推动 MOF 电子学发展和构建多组分基于 MOF 的异质结构材料提供了机遇。
引用
@article{arxiv.2404.15357,
title = {On-liquid-gallium surface synthesis of ultra-smooth conductive metal-organic framework thin films},
author = {Jinxin Liu and Yunxu Chen and Xing Huang and Yanhan Ren and Mike Hambsch and David Bodesheim and Darius Pohl and Xiaodong Li and Marielle Deconinck and Bowen Zhang and Markus Löffler and Zhongquan Liao and Fengxiang Zhao and Arezoo Dianat and Gianaurelio Cuniberti and Yana Vaynzof and Junfeng Gao and Jingcheng Hao and Stefan C. B. Mannsfeld and Xinliang Feng and Renhao Dong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.15357},
year = {2024}
}