LAMMPS实现小分子有机半导体的沉积-研究背景

有机电子学的快速发展在电子工业中显示出了巨大的潜力，引起了学术界的极大关注。有机半导体在有机光伏器件(OPV)、有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机生物电子学等领域的各种新应用，使有机半导体成为有机电子器件中最重要的功能元件。有机薄膜晶体管(OTFT)是一种用有机半导体制备的有机电子器件，广泛应用于有机传感器、存储器件和柔性电路等领域。在OTFT中（图1），有机半导体分子（DNTT）需要站在基底上，这就保证了有机半导体之间的p键方向垂直于表面。因此载流子（图1b中蓝色箭头）在有机半导体薄膜中水平传输，以获得最大载流子迁移率。由于有机半导体中载流子的输运具有高度的各向异性，因此有机半导体薄膜的分子堆积结构对有机电子学至关重要，我们可以理解为：较差的薄膜质量会导致载流子传输受阻（类比为路况极差的公路上汽车始终无法高速行驶）。

图1 （a）有机薄膜晶体管（OTFT）示意图；（b）有序的DNTT层状薄膜示意图。

而实验中有机半导体薄膜的制备通常无法达到理想的情况，如图2所示，沉积在纯金（bare Au）上的并五苯（pentacene）分子会呈现细长的绳岛状，而不是我们希望得到的平铺在整个基底表面的均匀层状，研究人员发现在金表面加入自组装单分子层（SAMs）后，有机半导体分子会自发的站立在基底表面，这是我们理想的分子沉积结构，因此，我们使用分子动力学模拟了有机半导体在不同基底上沉积的情况。

图2 （a）并五苯分子在纯金表面的绳岛状生长结构；（b）并五苯在SAMs修饰的金表面以直立形态的层状生长。