近日，國家納米科學中心孫向南團隊在器件內彈道電子發射能譜原位探測金屬-有機半導體界面能級對準方面取得新進展。該成果以In-device Ballistic-Electron-Emission Spectroscopy for Accurately in-situ Mapping Energy Level Alignment at Metal-Organic Semiconductors Interface為題，發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。
 

　　在有機發光二極管、有機光伏器件和有機場效應晶體管等有機電子學器件中，金屬/有機半導體界面廣泛存在，其界面能級排列決定了器件中的電子轉移過程。精確探測這些界面能級信息對于理解載流子輸運過程和優化器件性能至關重要。然而，由于現有檢測技術的限制，準確、原位地表征金屬-有機半導體的界面能量勢壘一直是一個難以攻克的難題。
 

　　針對這一挑戰，研究團隊提出了一種基于熱電子晶體管結構的器件內彈道電子發射能譜技術，能夠原位、精確地檢測金屬/有機半導體界面處的能量勢壘。通過優化熱電子晶體管器件結構實現電子的穩定發射和收集，并結合微分輔助數據處理手段，該技術顯著提高了能量勢壘的測量精度，可達±0.03 eV。在此基礎上，該技術揭示了金屬/電子傳輸型聚合物界面的能量勢壘在不同的薄膜處理工藝(包括溶劑調節，添加劑摻入和熱退火)中的變化規律，這是傳統光譜方法難以準確捕捉的。此外，這一技術適用于包括電子傳輸型、空穴傳輸型和雙極性有機半導體組成的多種金屬/有機半導體界面體系，展現了其應用的廣泛適用性。上述研究不僅展示了該能級探測技術在推進有機電子學理論探索和技術應用方面的巨大潛力，還為新型半導體材料能級檢測設備的研發奠定了理論基礎。
 

　　國家納米科學中心博士生孟珂、鄭睿恒與特別研究助理谷現榮為論文共同第一作者，孫向南研究員為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金原創項目、面上項目、青年項目，中國科學院戰略性先導專項、北京市自然科學基金、北京市科技新星計劃、中國博士后科學基金會和中國科學院引才計劃的資助。
 

圖：熱電子晶體管器件結構、工作原理及電學特性