Band-like Transport of Charge Carriers in Oriented Two-Dimensional Conjugated Covalent Organic Frameworks

共轭体系 半导体 有机半导体 材料科学 载流子 光电子学 电导率 带隙 纳米技术 化学 聚合物 复合材料 物理化学
作者
Samrat Ghosh,Yusuke Tsutsui,Takahiro Kawaguchi,Wakana Matsuda,Shusaku Nagano,Katsuaki Suzuki,Hironori Kaji,Shu Seki
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (2): 736-745 被引量:78
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c03533
摘要

A tunable topology and a porous network make π-conjugated covalent organic frameworks (COFs) a new class of organic semiconductors for optoelectronic, smart sensing, and catalytic applications. Although some of the COFs exhibit enhanced electric conductivity with a high charge carrier mobility, the nature and pathways of charge transport still remain elusive. In order to unveil the transport mechanism, herein, we have developed crystalline π-conjugated COFs using planar building blocks, and a wafer-scale self-supporting thin film was grown, which could be transferred onto any of the desired substrates. The COF film was found to be highly oriented and exhibited a high in-plane electronic conductivity. The conductivity was almost independent of temperature with an ultra-low activation energy of 14.3 meV, approaching a band-like transport of charge carriers within the crystalline domains. The COF films also showed a high photoresponsivity in electronic conduction against a complete visible range, demonstrated as a flexible photodetector device. This work represents a thorough investigation of the mechanism and direction of charge transport in crystalline π-conjugated COF semiconductors, which suggests their feasibility as key active materials in multi-functional organic electronics.
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