有机半导体

随着半导体技术的进步，设备微型化和集成化程度不断提高，对制造环境的要求也越来越高。特别是在先进工艺节点（如7nm、5nm及更小节点）中，高TOC（总有机碳）水平可能导致晶圆表面污染，从而引发缺陷，影响最终产品的性能和良品率。因此，加强TOC监控已成为半导体制造过程中的重要环节。在半导体制作工艺中,80%以上的工序要经过化学处理，而每一道化学处理都离不开超纯水，用于半导体工艺的超纯水，根据美国ASTM D5127-2013（2018）标准，一级电子级别水的TOC通常要求低于5ppb，GB/T 11446.1-2013要求一级电子级水低于20ppb。同时，生产工艺过程中电镀液有机污染物的控制也很重要，不能超过一定的限值（3000-5000ppm）从而保证PCB（印制电路板）的品质。半导体行业TOC分析难点：超纯水中低TOC浓度的准确测定电镀液中高TOC浓度高盐样品的准确测定不同数量级浓度样品不能一次测定维护成本高、耗材贵德国耶拿解决方案：难点突破1：VITA流量管理系统氧化过程中会引起气体流速波动，德国耶拿采用VITA流量控制系统，集成式高性能气体控制盒确保稳定的气体流速，通过电子控制实时调整气体流量计数，有效的补偿流速波动。可以实现高达20ml的大体积进样，显著提高痕量分析范围内测定结果的精密度和灵敏度，检出限低至ppb级别。案例一：超水TOC测定对超纯水样品进行直接测定，SD为0.272 μg/L ,检出限为3SD=0.816 μg/L，远低于国家对一级电子水的限值要求，可以满足超纯水中低TOC含量的准确测定。难点突破2：可靠高效的样品消解系统+高聚焦NDIR检测器高能长效紫外消解系统，采用高能双波长紫外氧化254+185nm波长，更高能量，保证样品完全消解为 CO2。德国耶拿首创的高聚焦NDIR检测器，改变了传统光源需要通过管壁折射后到达检测器的设计，平行光源无机械移动、能量无损失、量程宽，测量范围0-30000mg/L，满足高TOC浓度高盐样品等多种类型样品的测试需求。案例二：电镀液中TOC测定对3个电镀液样品进行直接测定，同时电镀液2#和电镀液3#做100ppm和1000ppm的加标回收率实验，从实验结果可以看出，结果重复性佳，电镀液2#和电镀液3的加标回收率为103%和101%，说明仪器对于高浓度的电镀液能准确测定，耐盐性好。难点突破3：一个测试方法同时连接3条标准曲线为了解决不同梯度样品只能连接一条曲线，或是需要对样品进行稀释和富集的前处理繁琐工作，我们设计了一个测试方法可以同时连接低中高浓度的标准曲线的功能，仪器会自动匹配合适的曲线，使测试结果更加准确可靠；同时，我们也提供同个样品盘选择不同方法的功能，满足您测试的需求，大大减少前处理的时间。难点突破4：少耗材+开放性试剂高能长效紫外灯和高聚焦NDIR检测器，寿命长，低故障，低损耗，低维护。采用半导体物理制冷模块去除水分，无耗材；电路和液体完全分开，客户可以放心自己更换耗材，无需专业工程师上门。测试用到的试剂均为开放试剂，可以自行购买，成本低，经济实惠。综上，德国耶拿multi N/C 总有机碳分析仪是半导体行业品控好帮手，可以有效控制半导体生产过程中TOC水平，维持化学工艺的稳定性，降低因缺陷造成的返工和材料浪费，提高最终产品的性能和良品率。更多精彩敬请期待～

【科学背景】在有机半导体（OSCs）领域，随着对柔性、可穿戴和大面积电子器件实际应用的不断探索，n型OSC作为基础电子元件的重要材料日益引起关注。然而，n型OSC长期以来面临着稳定性差、性能低和候选材料匮乏等多重挑战。这些问题的根源在于电子传输的不稳定性，主要由于化学退化和外源氧化物种引起的电子捕获。尽管通过提高n型OSC的电子亲和力来改善其抗氧化性能，但在设备运行期间产生的有机自由基阴离子却因热力学不稳定而易于与氧气和水反应，导致器件稳定性不佳。直到最近，天津大学胡文平-李立强课题组等人合作在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Improving both performance and stability of n-type organic semiconductors by vitamin C”的最新论文。他们提出了一种创新的通用策略，利用维生素C（VC）的抗氧化性质来稳定n型OSC及其器件性能。维生素C通过清除反应性氧物种（ROS），如超氧阴离子、单线态氧和羟基自由基，显著减少了这些物种对n型OSC的破坏作用。具体而言，VC通过牺牲性氧化和非牺牲性三重态猝灭的级联过程，不仅持久地防止了分子结构的氧化损伤，还钝化了潜在的电子陷阱，从而稳定了电子传输。本研究不仅仅是在实验室条件下取得了成功，还展示了在实际应用中，即使是空气不稳定的n型OSC也能够得到稳定。此外，考虑到维生素C的低成本和广泛可获取性，这种策略具有显著的工业化潜力。例如，VC-PU复合材料的成本仅占整个器件成本的0.3%，这使得大规模生产和商业化应用变得可行。【科学亮点】1. 作者开发了一种基于维生素C的通用策略，利用其抗氧化性能清除ROS，显著提升了n型OSC及其器件的稳定性和性能。通过维生素C的介入，作者成功抑制了活性氧物种（ROS），如超氧阴离子（O2&minus ）、单线态氧（1O2）和羟基自由基（OH&bull ）对n型OSC的损害。2. 进一步分析显示，维生素C不仅提高了器件的初始稳定性，还显著延长了其使用寿命，尤其是在环境条件不稳定的情况下。3. 此外，维生素C作为一种廉价且商业化程度高的物质，其在设备制造中的成本较低，对大规模工业化具有重要意义。4. 这种策略不仅适用于n型OSC，还能推广到更广泛的有机材料，包括p型半导体、导电聚合物和发光分子，以及其他新兴材料如二维材料和钙钛矿，向太阳能电池、发光二极管等电子器件的发展方向。【科学图文】图1：VC提升n型有机半导体的抗氧化性能。图2. VC提升n型有机半导体器件性能。图3. VC提升n型有机半导体器件稳定性。图4. VC抗氧化策略在OFET阵列及逻辑电路元件中的应用。【科学结论】传统上，n型OSC由于其电子传输的不稳定性而受到限制，主要由于外源性氧化物种引起的化学退化和电子捕获。本研究首次采用维生素C作为一种新颖的策略，通过清除活性氧物种（ROS），如超氧阴离子、单线态氧和羟基自由基，有效防止了这些有害物质对n型OSC的破坏。这不仅在实验中得到了验证，也为解决n型OSC长期以来的稳定性问题提供了创新的思路。此外，维生素C的广泛应用性和商业可行性进一步加强了这一策略的科学启迪。作为一种廉价且易获取的化合物，维生素C在现代医药和食品工业中已有广泛应用，其在有机电子领域的应用潜力显而易见。本研究不仅展示了维生素C在改善n型OSC稳定性方面的独特效果，还为未来探索其他抗氧化剂或ROS清除剂在有机电子材料中的应用奠定了基础。综上所述，本研究不仅为有机半导体领域的研究提供了新的技术进展，还深化了对抗氧化剂在电子器件中应用的理解。未来的工作将集中于进一步优化和开发新型ROS清除剂，以推动n型OSC及其他有机材料向更广泛应用的转化，为可持续发展和高效能电子器件的实现做出贡献。文献信息：Yuan, L., Huang, Y., Chen, X. et al. Improving both performance and stability of n-type organic semiconductors by vitamin C. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01933-w

p 　　SERS(表面增强拉曼光谱)作为一种超高灵敏度、超快速的无损检测光谱技术，在食品安全、环境监测等痕量有毒有害物质检测领域发挥越来越多的作用。 /p p 　　众所周知，SERS增强机理主要分为两种。一种是电磁场增强机理，依靠纳米结构的金、银、铜等金属的局域表面等离子共振实现拉曼信号的增强。另一种是化学增强机理，依靠增强基底与分子间的电荷转移实现拉曼信号的增强。 /p p style=" text-align: center " img title=" 01.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/5fae9991-8b2d-4115-90fa-84a8fcb42e77.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1. 增强机理 /p p 　　Zhongqun Tian et al. Nanostructure-based plasmonenhanced Raman spectroscopy for surface analysis of materials. Nature Reviews Materials 2016. /p p 　　目前而言，大部分SERS检测体系还是以电磁场增强机理为主，需要设计具有不同形貌和尺寸的币族金属纳米结构。如何开发不需要金属的高活性SERS基底材料，则成了一项更为艰巨的任务。 /p p 　　有鉴于此，George C. Schatz, Antonio Facchetti, Hakan Usta, Gokhan Demirel等人合作开发了一种具有高SERS活性的有机半导体材料。 /p p style=" text-align: center " img title=" 02.jpg" style=" width: 600px height: 345px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/fa6d37dd-fc18-4425-8f31-6513a0bdd7a2.jpg" width=" 600" hspace=" 0" height=" 345" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图2. 纳米结构的DFH-4T薄膜 /p p 　　研究人员通过气相沉积技术，利用一种π-共轭的有机半导体α,ω-diperfluorohexylquaterthiophene (DFH-4T),设计制备了一种类似常春藤的超疏水纳米结构薄膜。这种不含金属的有机半导体分子薄膜对亚甲基蓝可以实现3.4× 103的拉满信号增强。 /p p style=" text-align: center " img title=" 03.jpg" style=" width: 600px height: 462px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/46ed5791-4e79-4850-8de9-a6c1abe0a135.jpg" width=" 600" hspace=" 0" height=" 462" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图3. 纳米结构DFH-4T薄膜的SERS增强 /p p style=" text-align: center " img title=" 04.jpg" style=" width: 600px height: 357px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/1677d0dd-2708-4812-b535-377d04ae7285.jpg" width=" 600" hspace=" 0" height=" 357" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图4. 纳米结构DH-4T薄膜的SERS增强 /p p 　　量子力学计算和对比实验表明，π-共轭的核心氟碳取代以及独特的DFH-4T薄膜形貌对SERS增强起到主导作用。 /p p 　　进一步，研究人员在DFH-4T薄膜表面涂覆一层金膜，实现了1010左右的增强系数，可以检测到& lt 10-21摩尔级别的待测物。 /p p style=" text-align: center " img title=" 05.jpg" style=" width: 600px height: 359px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/418a2811-2d12-4a28-8177-ebb617a97fc6.jpg" width=" 600" hspace=" 0" height=" 359" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图5. Au@ DFH-4T薄膜的SERS增强 /p p 　　总之，这项研究为SERS基底材料的设计以及痕量物质的超灵敏无损检测带来了新的方向! /p p style=" text-align: right " （来源：纳米人 路漫& nbsp ） /p