探针辅助转移及器件制备专题3：探针辅助实现柔性衬底上有机晶体半导体的干法转移

探针辅助转移及器件制备专题1：探针法制备高质量、超洁净的图案化二维材料器件

探针辅助转移及器件制备专题2：探针辅助实现二维材料电极转移的方法

大尺寸转移技术专题：二维（2D）材料的晶圆级转移和2D材料异质结构的制备

迈塔光电ScanPro系列产品在光电探测器件研究的最新进展

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早在2009年，中国科学院化学研究所胡文平教授在期刊Advanced Materials上发表了名为“Assembly of Nanoscale Organic Single-Crystal Cross-Wire Circuit”的文章，首次实现了使用探针转移法，将细长纳米线形式的有机单晶机械地放置在纳米线中来实现交叉线几何形状的高性能有机电路。

电极制造的传统方法是通过真空蒸发或溅射在有机单晶或/和电介质上沉积金属。在这些沉积过程中，由于有机晶体的脆性，高温和高能金属原子很容易损坏晶体表面，从而降低器件性能。此外，金属原子会在沉积过程中填充介电层中的针孔，导致器件的高漏电流。这些缺点可能掩盖了分子晶体的特性，甚至使它们的器件失效，特别是小尺寸的分子晶体器件。胡文平教授的工作有效地克服了这一挑战，通过探针机械转移法为制造基于小分子晶体的器件提供了一种可行的方法。

该探针机械法制作具有纳米线的器件的具体步骤分为下面几个阶段：

i） 旋涂PMMA在柔性ITO表面（图1a1）；

ii） 将F₁₆CuPc单晶纳米线转移到聚合物栅极绝缘体上（图1a2）；

iii） 将两条SnO₂: Sb纳米线通过探针沿着纳米线转移，作为晶体管的源极和漏极（图1a3）,通过通过范德华力堆叠在F₁₆CuPc纳米线上；

iv） 将薄金垫转移并粘在SnO₂:Sb纳米线上进行测量（图1a4）;

v） 类似的，通过这种探针机械转移方法可以获得交叉纳米线的器件（图1b1-b7）。

图1 有机单晶器件组装工艺

图2a和2b展示了F₁₆CuPc 晶体管的典型输出和传输特性，说明用该方法制备得到的器件，有机半导体与无机电极之间的接触电阻较低，具有极低的工作电压和良好的空气稳定性。图2c和2d展示了用该技术组装的单个CuPc纳米线晶体管表现出的良好性能，空穴迁移率为0.1-0.61 cm²V^-1s^-1，开/关比>104。 

图 2. 使用 SnO₂:Sb 纳米线作为电极的基于 CuPc 和 F₁₆CuPc 单个纳米线的器件的输出和传输特性。a,b）F₁₆CuPc, c,d）CuPc。

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但由于探针针尖的尖锐性，操作过程中会对柔性衬底造成划伤等损害，从而影响后期制备的器件性能。

中国科学院化学研究所胡文平教授又于2016年在期刊Advanced Materials上发表了名为“Unveiling the Switching Riddle of Silver Tetracyanoquino-dimethane Towards Novel Planar Single-Crystalline Electrochemical Metallization Memories”的文章，首次揭示了银醌二甲烷（AgTCNQ）的转换机制，其中转移部分采用探针辅助转移，转移过程中成功避免了探针划伤衬底的问题。

与其它探针辅助转移不同之处在于：该工作在探针上缠绕了一层微米尺寸的金线。由于AgTCNQ纳米线与微米尺寸的金线之间有良好的粘附性，可以在电极的顶部轻松移动，而不损伤底部电极，因此可以很容易制备出排列整齐的有机纳米线阵列而不会破坏底层的衬底，具体器件示意图如图3（a）所示；图3（b）为使用该方法制备好的器件阵列。

图3（c）展示了平面几何形状的Au/AgTCNQ/AlO_x/Al存储器件的电流电压特性，插图为对应的典型存储器件的SEM图，器件最初处于高电阻状态，漏电流小。当外加电压从0 V增加到10 V的过程中，从高电阻状态过渡到低电阻状态时，电流水平在5 V时突然增加；当随后的电压从10到0 V变化时，器件保持在低电阻状态中，并在3 V的读电压下显示出显著的高开关比（＞10⁴）。图2（d）显示了高可靠性和保真度的四电平电阻状态。

图3（a）缠绕着微米大小金丝的机械探针转移有机纳米线的示意图；（b）缠绕金丝的机械探针制备的器件阵列；（c）Au/AgTCNQ/AlO_x/Al器件经15次扫描后的I-V特性图，插图是典型的器件存储器件的SEM图像；（d）使用脉冲模式Au/AgTCNQ/AlO_x/Al器件的多级数据存储能力，读数电压为5v

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