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人工晶体学报 ›› 2021, Vol. 50 ›› Issue (1): 1-6.

• 专论 •    下一篇

“微距升华”晶体生长方法

叶欣, 刘阳, 陶绪堂   

  1. 山东大学,晶体材料国家重点实验室,晶体材料研究所,济南 250100
  • 收稿日期:2020-12-30 出版日期:2021-01-15 发布日期:2021-03-01
  • 通讯作者: 刘 阳,教授。E-mail:liuyangicm@sdu.edu.cn
    陶绪堂,教授。E-mail:txt@sdu.edu.cn
  • 作者简介:叶 欣(1990—),女,山东省人,博士。E-mail:yexin@sdu.edu.cn。
    刘阳(1979—),男,山东大学教授、博士生导师。2003年毕业于山东大学材料学院,获工学学士学位,2008年于山东大学晶体所获工学博士学位,2008年至2011年于香港科技大学唐本忠院士组从事博士后研究, 2011年入职山东大学。齐鲁青年学者、仲英学者,山东省杰出青年基金获得者。主要研究方向为有机功能晶体及新型晶体生长方法。近五年主持多项国家基金委、山东省及国家重点实验室课题,获教育部自然科学二等奖(排名第2)。在Nature Communications,J Am Chem Soc,Angew Chem Int Ed等期刊发表论文50余篇,引用4 500余次, H 因子27,授权美国专利2项,任《人工晶体学报》 青年编委。多项研究成果被美国化学会Noteworthy Chemistry、Nature-Asia Material、美国化学会C&EN、 ACS Editors′Choice、Cutting-Edge Chemistry、香港信报等专题报道。开发的多种材料已实现商业化和装备预研应用。
    陶绪堂(1962—),男,江西省人,山东大学讲席教授、博士生导师。1995 年获日本东京农工大学工学博士学位。2002 年被聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,获2003年度国家杰出青年基金,作为学术带头人获2007年基金委创新研究群体基金并获得二次延续资助。曾任山东大学晶体材料研究所所长,晶体材料国家重点实验室主任。兼任中国硅酸盐学会理事,中国晶体学会理事,中国硅酸盐学会晶体生长专业委员会副主任,《人工晶体学报》副主编,中国物理学会固体缺陷专业委员会副主任,第六、七届教育部科学技术委员会交叉学部委员。浙江大学硅材料国家重点实验室、中科院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室学术委员。发表学术论文400余篇,研究成果曾被美国的Chem & Eng News,英国的Chemistry & Industry,美国化学会,Nature Asia等报道。连续四年(2014—2017)入选爱思唯尔中国高被引学者(Most Cited Chinese Researchers)榜单。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51973106, 21772115); 山东省杰出青年基金(ZR2019JQ03); 科技部国家重点研发项目(2016YFB1102201, 2018YFB0406502)

A Crystal Growth Method: Microspacing In-Air Sublimation

YE Xin, LIU Yang, TAO Xutang   

  1. Institute of Crystal Materials, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
  • Received:2020-12-30 Online:2021-01-15 Published:2021-03-01

摘要: 随着功能器件向微型化发展,微纳米尺度的低维晶体成为构建新一代功能器件的材料基础。传统的体块单晶生长方法不适用于低维晶体。长久以来,对新型低维材料的研究依赖于机械剥离、溶液法和化学/物理气相沉积等方法,这些方法在效率、可控性和适用性等方面存在诸多限制,因此发展高效可控的低维晶体新型生长方法成为实现这些低维材料器件实用化的前提。山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂、刘阳团队基于多年来在分子材料结晶基础方面的研究成果,发明了新的“微距升华”低维晶体生长方法。“微距升华”法利用原料与生长衬底之间的微小间距,可以在常压下实现常规物理气相传输中需要高真空才能够达到的分子流传输模式,使生长过程不再受传质限制,因此微距升华法无须真空和载气,速度快,原料利用率接近100%。该方法适用于大部分的有机半导体、金属配合物,甚至含有大量羧基、羟基的药物分子及熔点在一定范围内的无机物晶体,生长的微纳米晶体与电子器件制程匹配,屡次创新器件迁移率记录。新方法受到业界广泛关注,已被多国科学家采用。

关键词: 微距升华法, 晶体生长方法, 有机晶体, 无机晶体, 微纳米晶体

Abstract: Along with the newly emerging of functional materials such as organic semiconducting crystals and two-dimensional or layered crystals, traditional crystal growth methods for bulk crystals are no more applicable to them. And on the other hand, the invasive procedures like etching in the traditional top-down photolithography are harsh task for these new materials to survive while maintaining integrity to build miniaturized devices. Yang Liu, Xutang Tao, and their colleagues at State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University have invented a microspacing in-air sublimation (MAS) growth method for such new materials. By creating a gap of a few hundred micrometers between the reservoir of material and the substrate on which the crystals will deposit, it was able to mimic the conditions used in traditional vacuum-based processes, but without any special equipment. The MAS growth is practicable for a wide range of organic and inorganic crystals; besides, it possesses advantages in many aspects such as short growth time, high materials utilization ratio, and applicability for real time observation, etc. Electrical devices based on the micro-crystals grown on the substrate exhibited higher performances than the best record ever reported. The method has aroused much attention in the related fields; and currently it has been adopted by many research groups all around the world.

Key words: microspacing in-air sublimation, crystal growth method, organic crystal, inorganic crystal, micro-crystal

中图分类号: