[发明专利]一种基于离子液体栅的单分子场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种基于离子液体栅的单分子场效应晶体管。本发明要求保护式A所示化合物中的至少一种在制备分子异质结中的应用以及式A所示化合物中的至少一种在制备单分子场效应晶体管中的应用及由式A所示化合物中的至少一种自组装而得的分子异质结和含有式A所示化合物中的至少一种的单分子场效应晶体管。该单分子场效应晶体管通过施加栅压形成强的离子双电层电场，可以有效地调控分子轨道的能级，从而在单分子器件中实现场效应功能，因而可以在超低温下实现有效的分子轨道能级调控，从而构建出基于新奇的量子输运效应的量子电子器件。

技术领域

本发明属于场效应晶体管领域，特别涉及一种基于离子液体栅的单分子场效应晶体管。

背景技术

在目前的半导体工业中，晶体管构成了电子电路的核心组成，是当代数字革命的基石。自1947年第一个关于晶体管的模型提出以来，科研工作者们发展出了多种形式的晶体管，其基本原理：即通过在栅极施加适当的电压，由于介电层的电容作用可以改变绝缘层和半导体层界面处的载流子浓度，从而可以调控源漏电极之间的电流。因而，一方面，可以实现开关的逻辑功能；另一方面，由于输出功率高于输入功率，因而晶体管有放大器的功能。同样地，在单分子电子学领域，单分子场效应晶体管也引起了科研工作者们极大的兴趣。区别于传统的场效应晶体管，在单分子异质结中，施加栅压可以调控分子的静电势，从而改变分子的能级，一方面可以调控分子的导电特性，另一方面可以得到分子的振动模式、激发态以及和振动相关的一些信息。

目前，单分子场效应晶体管的调控策略，主要有基于传统宏观场效应晶体管的静电栅压，以及基于单分子异质结自身特点而发展的广义栅调控方式。但其原理都是通过调控分子的能级，进而改变其导电特性。其中报道较多的是底栅、电化学栅以及分子异质结间距调控这三种策略，三种方法各有优缺点。传统底栅调控干扰因素少，理论体系成熟，但调控效率较低，对介电层厚度敏感，一般用于低温测试。电化学栅极以及改变分子异质结间距的调控效率都比较高，但因为其中影响调控效率的因素较多，理论体系不够成熟，有待发展。并且电化学栅因其涉及到溶液体系，相关的溶液凝固点导致其适应的温度区间很窄，限制了其对分子本征信息以及其他低温物理效应研究的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子液体栅的单分子场效应晶体管。

本发明要求保护式A所示化合物中的至少一种在制备分子异质结中的应用以及式A所示化合物中的至少一种在制备单分子场效应晶体管中的应用及由式A所示化合物中的至少一种自组装而得的分子异质结和含有式A所示化合物中的至少一种的单分子场效应晶体管；

所述式A中，R₁和R₃选自单键和-CH₂-中的任意一种；

a为0或1；

a为0时，R₂为所述中，n＝1～6的整数；

a为1时，R₂为

所述中，n＝1～3的整数；

具体的，所述式A所示化合物为式I-式IV所示化合物中的任意一种：

所述式I中，n＝1～6的整数；

所述式II中，n＝1～3的整数；

上述单分子场效应晶体管还含有离子液体，所述离子液体具体可为二乙基甲基-(2-甲氧乙基)铵基双(三氟甲磺酰基)酰亚胺，其英文名称为N,N-diethyl-N-(2-methoxyethyl)-N-methylammoniumbis(trifluoromethylsulfonyl)-imide，简称DEME-TFSI。