CN114213258A - 一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，所述平面共轭分子化合物，共轭性好，平面性好，能够实现面对面堆积，有利于载流子的传输；所述单分子场效应晶体管中，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用具有原子级平整且原子层厚度可控的新型二维材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，能够实现单分子场效应晶体管器件制备的精准控制和测量的稳定性，使单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性。
Description
技术领域
本申请涉及场效应晶体管技术领域，特别是涉及一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管。
背景技术
纳米科技研究的快速增长为计算设备、太阳能收集、化学传感、光子学和光电子学、生物医学电子学(例如细胞-芯片连接、电子细胞、电子疗法和修复学)以及生物燃料电池的发展带来很大启示。开发基于可控的分子传导的电子器件一方面满足了进一步的设备小型化的迫切需求，另一方面满足了用于生物医学和纳米电子应用的有机和无机材料的需要。其中，有机分子场效应晶体管具备分子级尺寸，在分子异质结中施加栅压可以调控分子的能级位置，从而改变分子能级与电极费米能级的相对位置，进而调控分子的导电特性。
目前，单分子场效应晶体管器件的调控策略中最成熟的体系是基于传统固态栅极产生的静电场，但这种调控方法的调控效率较低，单分子场效应晶体管器件的稳定性和集成性差，器件对介电层厚度敏感，特别是目前的介电层多是二氧化硅、二氧化铪等材料，想要制备出与分子尺寸匹配的厚度的固态介电层在工艺实施上是极为困难的，并且二氧化硅较低的介电常数也限制了其在先进制造工艺中的应用。因此有必要开发一种具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性的单分子场效应晶体管。
发明内容
本申请的目的在于提供一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，以获得具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性的单分子场效应晶体管。具体技术方案如下：
本申请第一方面提供了一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：
H2N-R2-R1-R2-NH2
式A；
其中，R1选自式I-式III中的任一种；
R2选自—(CH2)n—、n为1-6的整数，或
本申请第二方面提供了一种单分子场效应晶体管，其包含本申请第一方面提供的平面共轭分子化合物中的任一种。
本申请第三方面提供了本申请第二方面提供的单分子场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
1)在衬底上制备石墨烯栅电极层；
2)在石墨烯栅电极层上表面制备Bi2SeO5介质底层；
3)在Bi2SeO5介质底层上表面制备h-BN介质顶层；
4)在h-BN介质顶层上表面制备石墨烯电极层；
5)将石墨烯电极层构建纳米间隙得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极；
6)将石墨烯点电极与分子异质结通过酰胺键连接；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成；
7)在石墨烯点电极和分子异质结的上表面覆盖h-BN保护层，得到单分子场效应晶体管。
本申请提供了一种平面共轭分子化合物及包含其的单分子场效应晶体管，所述平面共轭分子化合物，共轭性好，平面性好，能够实现面对面堆积，有利于载流子的传输；所述单分子场效应晶体管中，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用具有原子级平整且原子层厚度可控的新型二维材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，能够实现单分子场效应晶体管器件制备的精准控制和测量的稳定性，使单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为实施例1的单分子场效应晶体管的立体结构图；附图标记为：1.石墨烯栅电极层，2.Bi2SeO5介质底层，3.h-BN介质顶层，4.石墨烯源端电极，5.石墨烯漏端电极，6.化合物A1构成的分子异质结，7.h-BN保护层。
图2为实施例1的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图3为实施例1的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
图4为实施例2的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图5为实施例2的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
图6为实施例3的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图7为实施例3的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
图8为实施例4的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图9为实施例4的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
图10为实施例5的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图11为实施例5的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
图12为实施例6的单分子场效应晶体管在栅电压为0V时的电流-偏压特性曲线图。
图13为实施例6的单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请第一方面提供了一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：
H2N-R2-R1-R2-NH2
式A；
其中，R1选自式I-式III中的任一种；
R2选自-(CH2)n-、n为1-6的整数，或
在本申请第一方面的一些实施方式中，所述平面共轭分子化合物选自A1-A6中的任一种：
本申请第二方面提供了一种单分子场效应晶体管，其包含本申请第一方面提供的平面共轭分子化合物中的任一种。
本申请所述平面共轭分子化合物，共轭性好，平面性好，能够实现面对面堆积，有利于载流子的传输。本申请包含所述平面共轭分子化合物的单分子场效应晶体管中，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用具有原子级可控平整度和厚度的二维材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，使得所述单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力，具有较好的稳定性和集成性。
在本申请第二方面的一些实施方式中，所述单分子场效应晶体管还包含石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极、分子异质结和h-BN保护层；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成。
本申请采用二维材料亚硒酸氧铋(Bi2SeO5)和二维材料六方氮化硼(h-BN)层叠作为复合介质层，其中Bi2SeO5具备高介电常数(κ＝21)和良好的绝缘性能，可以提供更强的栅电场调控能力；h-BN具有与石墨烯相似的六方结构，二者晶格匹配，将由式A所示的平面共轭分子化合物单分子平整的夹在两层h-BN之间，通过范德华作用减少分子的结构变化，使得单分子场效应晶体管的性能稳定；此外h-BN还可以作为保护层用于封装，能够大大减小外界环境的干扰，进一步提高单分子场效应晶体管的稳定性；同时本申请将所述平面共轭分子化合物通过范德华作用力夹在二维材料复合介质层与二维材料保护层之间，能够排除分子化学键旋转带来的电学测试的波动影响，使单分子场效应晶体管器件的测试数据更为精准。
本申请所采用的二维材料，具有强平面内共价键的层状晶体结构，表面无悬键，因此即使在单原子厚度的极限下也能表现出优异的电子和光学性能；同时二维材料层间通过弱范德华力(vdW)耦合在一起，形成范德华异质结构，可保持层与层之间的紧密接触，使单分子场效应晶体管的稳定性提高；而二维材料自身的平面可加工性，有利于提高单分子场效应晶体管的集成性。
本申请提供的包含式A所示的平面共轭分子化合物的单分子场效应晶体管，所述平面共轭分子化合物能够通过酰胺共价键稳定连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成分子异质结，并采用新型二维材料替代传统场效应晶体管中的栅极和介质层材料，通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构，单分子场效应晶体管的介质层和栅极达到原子级平整且原子层厚度可控，实现单分子场效应晶体管器件制备的精准控制和测量的稳定性，使单分子场效应晶体管具有较强的栅电场调控能力、较好的稳定性和集成性。
在本申请中，各二维材料层的厚度需与所述平面共轭分子化合物的分子尺寸相匹配，本申请对各二维材料层具体的厚度没有特别的限定，只要能够实现本申请的目的即可，在本申请第二方面的一些实施方式中，所述石墨烯栅电极层的厚度可以为0.7-10nm；所述Bi2SeO5介质底层的厚度可以为1-20nm；所述h-BN介质顶层的厚度可以为1-20nm；所述h-BN保护层的厚度可以为0.7-20nm；所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极厚度可以为0.7-3nm；分子异质结厚度可以为0.7-3nm；其中所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极的厚度和分子异质结的厚度，可以相同，也可以不同。其中，所述Bi2SeO5与h-BN复合介质层中Bi2SeO5介质底层厚度为1-20nm，h-BN介质顶层厚度为1-20nm，对应可施加的栅压大小为0.1-10V。
在本申请第二方面的一些实施方式中，所述单分子场效应晶体管还包含衬底；本申请对所述衬底的种类没有特别的限制，只要能实现本申请的目的即可，例如所述衬底可以为原子级平整的硅片、云母或蓝宝石。
在本申请第二方面的一些实施方式中，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5-100nm，位于分子异质结的垂直正下方。
本申请所述石墨烯栅电极层可实现精准图形化，即所述石墨烯栅电极层能够制备成与所述平面共轭分子化合物的分子尺度相匹配的宽度可控条带，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5-100nm，位于分子异质结的垂直正下方，并位于所述复合介质层与所述衬底之间，从而实现栅极对分子的精准调控，在降低栅极与石墨烯源/漏端电极接触面积的同时降低漏电流的产生。
在本申请中，所述“原子级平整”是指材料表面的粗糙程度在原子级别。
本申请第三方面提供了本申请第二方面提供的单分子场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
1)在衬底上制备石墨烯栅电极层；
2)在石墨烯栅电极层上表面制备Bi2SeO5介质底层；
3)在Bi2SeO5介质底层上表面制备h-BN介质顶层；
4)在h-BN介质顶层上表面制备石墨烯电极层；
5)将石墨烯电极层构建纳米间隙得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极；
6)将石墨烯点电极与分子异质结通过酰胺键连接；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成；
7)在石墨烯点电极和分子异质结的上表面覆盖h-BN保护层，得到单分子场效应晶体管。
本申请所述单分子场效应晶体管为二维层叠组装。各二维材料之间以范德华作用力方式接触，例如所述Bi2SeO5介质底层与所述石墨烯栅电极层之间为范德华接触，所述h-BN介质顶层与所述石墨烯源/漏端电极之间也是范德华接触。所述h-BN保护层，覆盖在石墨烯源/漏端电极和分子异质结顶部，一方面通过范德华接触增加分子稳定性，另一方面隔绝外界环境干扰，对单分子场效应晶体管器件进行保护。
采用本申请的制备方法，能够制备出重现性好的单分子场效应晶体管器件；基于本申请的单分子场效应晶体管，还可以制备得到具有高开关比的分子开关器件。
在本申请第三方面的一些实施方式中，所述衬底可以为原子级平整的硅片、云母或蓝宝石。
在步骤5)中，本申请对所述石墨烯点电极的获取方式没有特别的限定，只要能够实现本申请的目的即可，例如将石墨烯电极层通过电子束曝光(EBL)和反应离子刻蚀(RIE)构建1-3nm的间隙，得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极。
在步骤6)中，所述平面共轭分子化合物与步骤5)所得半成品器件接触进行自组装，所述平面共轭分子化合物与所述石墨烯点电极(石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极)之间通过酰胺键连接(具体可参见Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,8666)。
在本申请第三方面的一些实施方式中，步骤6)自组装包括：将所述平面共轭分子化合物和脱水活化剂溶解于溶剂中，得到混合液；然后将步骤5)得到的半成品器件浸入到所述混合液中，黑暗条件下，在惰性气体中反应24-48h，取出，洗涤，干燥。
在本申请第三方面的一些实施方式中，所述脱水活化剂选自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸(EDCI)、二环己基碳二亚胺或N,N’-二异丙基碳二亚胺中的至少一种；所述溶剂选自吡啶、二甲基亚砜或三氯苯中的至少一种；所述惰性气体为氩气或氮气；
所述平面共轭分子化合物与所述脱水活化剂的摩尔比为1:(20-40)；
所述脱水活化剂的浓度为2×10-3-4×10-3mol/L。
在本申请第三方面的一些实施方式中，所述石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯电极层通过干法转移或湿法转移的方式获得。
本申请对干法转移或湿法转移的具体方式没有特别的限定，只要能够实现本申请的目的即可，例如本申请所述石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯电极层均可以通过机械剥离-干法转移或化学气相沉积(CVD)合成-湿法转移等方法制备获得。
本申请所述干法转移，可采用机械剥离方式获取二维材料。示例性地，首先用胶带从二维材料晶体a上撕下一小块，再用新的胶带不停对撕，获得单层或少层的二维材料a；将粘有二维材料a的胶带粘在衬底上，再将胶带撕开，获得衬底上的二维材料a薄层；再用相同的机械剥离方法，用胶带获得单层或少层的二维材料b，接着用载玻片顶部的聚二甲基硅氧烷(PDMS)接触胶带上的二维材料b，再次分离的时候，二维材料b薄层会留在PDMS上；接着在显微镜下寻找PDMS上的超薄二维材料b，通过显微镜分辨两种二维材料的空间位置，通过三维平移台调整a和b在空间位置上达到完全一致从而重叠和接触，此时，让b所在的载玻片轻微施力，a和b就粘附在一起，接着缓慢地分离PDMS和a-b异质结，使PDMS脱离b，在衬底上只留下a-b异质结，以此实现二维材料层的进一步组装。
本申请所述湿法转移，以石墨烯栅电极层和Bi2SeO5介质底层为例：(1)首先在铜箔上利用化学气相沉积(CVD)方法生长大面积石墨烯薄膜；(2)在石墨烯上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶，形成PMMA-石墨烯-铜箔三明治结构，将该结构放入浓度为3％的过硫酸铵溶液中进行刻蚀，待铜箔溶解完毕后，转移到干净的去离子水中，以除去石墨烯中残留的过硫酸铵；(3)然后将石墨烯-PMMA结构转移到硅衬底上，利用丙酮溶液的浸泡去除PMMA胶，得到石墨烯栅电极层；(4)在云母上利用CVD方法生长层状二维半导体硒氧化铋(Bi2O2Se)；(5)对云母上层状的二维半导体Bi2O2Se进行高温下热氧化操作(参见Nat Electron,2020,3,473-478)，使得更多的氧原子嵌入二维结构中，Bi2O2Se层层可控地转换成Bi2SeO5；(6)接着采用聚苯乙烯(PS)辅助无腐蚀性转移方法，将Bi2SeO5转移至步骤(3)得到的石墨烯栅电极层上，具体地：在Bi2SeO5上旋涂PS，形成PS-Bi2SeO5-云母三明治结构，然后在80℃下烘烤15min；再在去离子水(DI)的帮助下将PS膜与Bi2SeO5一起从云母上剥离，然后将PS-Bi2SeO5放在步骤(3)得到的石墨烯栅电极层上，在70℃下烘烤1小时，最后用甲苯洗去PS，在石墨烯栅电极层上留下Bi2SeO5，得到Bi2SeO5介质底层；(6)再进行200-500℃退火处理，使二维材料间层叠更加紧密。
在本申请第三方面的一些实施方式中，所述石墨烯栅电极层的厚度为0.7-10nm；所述Bi2SeO5介质底层的厚度为1-20nm；所述h-BN介质顶层的厚度为1-20nm；所述h-BN保护层的厚度为0.7-20nm；所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极厚度为0.7-3nm；分子异质结厚度为0.7-3nm。
在本申请第三方面的一些实施方式中，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5-100nm，位于分子异质结的垂直正下方。
需要说明的是，本文中所引用的文献，通过引用其全文并入本文中，本文不再进行赘述。
以下，基于实施例对本申请进行具体地说明，但本申请并不限于这些实施例。下述实施例中所用实验材料和方法，如无特别说明，均为常规材料和方法。
本申请在Variance Mercury plus 300MHz和Bruker ARX 500NMR分光仪上记录化合物的1H和13CNMR光谱；1H的所有化学位移参考四甲基硅烷(TMS，δ＝0.00ppm)或氘代氯仿(Chloroform-d，CDCl3，δ＝7.26ppm)，13C NMR化学位移参考CDCl3(δ＝77.00ppm)。在BrukerAPEX IV质谱仪上记录质谱。
本申请涉及到的电学测试是在真空条件下(<1×10-4Pa)进行的。测试仪器：Agilent 4155C半导体测试仪，ST-500-探针台(Janis Research Company)，综合物性测试系统(PPMS)。测试温度用液氮、液氦和一个加热平台联合精确调控。
电学测试：在2K-300K的温度区间的任何温度下，固定石墨烯栅电极条带阵列上施加的电压为0V，施加源漏电压，范围：-1V～1V，间隔5mV，测得单分子场效应晶体管随偏压变化的电流-偏压特性曲线；固定偏压为0.1V，改变石墨烯栅电极条带阵列上施加的电压，范围：-2V～2V，间隔10mV，测得单分子场效应晶体管受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线。
本申请所有的反应都使用标准希莱克技术(Schlenk技术)在干燥的溶剂和氩气惰性气氛中进行。
实施例1基于化合物A1的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A1的合成：
称量化合物1-1(12.5g，0.07mol)和化合物1-2(27.1g，0.05mol)于干燥的75mLSchlenk管中，在充满氮气的氛围中加入30mL二苯醚(Ph2O)，在250℃下反应10h，直到紫色消失，反应结束后停止加热，加水，然后用二氯甲烷萃取，用无水硫酸钠对萃取液进行干燥，最后通过柱层析对产物进行提纯，得到化合物1-3。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ7.72-7.65(m,2H),7.59(d,J＝7.6Hz,1H),7.57-7.51(m,1H),7.45(dd,J＝8.3,6.6Hz,2H),7.37-7.29(m,1H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ143.49,141.77,139.63,133.86,131.25,130.98,130.73,127.68,127.11,123.92。正离子模式下的高分辨质谱(电喷雾飞行时间质谱)(质子数/电荷数)(HRMS(TOF-ESI+)(m/z)):m/z:692.05。
称量化合物1-3(3.46g，0.005mol)于250mL光反应器中，加入200mL甲苯(PhMe)作为溶剂，置于磁力搅拌器上搅拌将其溶解，随后加入20mL环氧丙烷，通氮气10min将反应体系中的氧气排光，此时快速加入碘(I2，5.08g，0.02mol)，用封口膜将玻璃塞接口处密封，然后将-15℃的乙醇通入光反应器的夹层中作为冷却液，最后用500W的高压汞灯照射反应3h，反应结束后先关闭汞灯，待装置冷却到室温，用甲醇重结晶得到化合物1-4。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.88(d,J＝1.5Hz,1H),8.71(d,J＝1.5Hz,1H),8.65(d,J＝1.3Hz,1H),8.44-8.34(m,2H),8.20(dd,J＝7.3,1.6Hz,4H),7.96(t,J＝7.5Hz,1H),7.79(t,J＝7.5Hz,1H),7.74-7.65(m,5H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ132.55,132.33,131.89,128.45,128.26,126.44,126.03,124.42,122.78,122.60,122.39,122.20。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:679.96。
称量化合物1-4(13.6g，0.02mol)和化合物1-5(4.69g，0.04mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，随后加入醋酸钯(Pd(OAc)2，0.45g，0.002mol)、50mL二异丙胺(i-Pr2NH)和碘化铜(CuI，0.38g，0.002mol)，通氮气20分钟，加入250mL四氢呋喃(THF)，置于磁力搅拌器搅拌且回流20小时，反应结束后，向混合液中加水，然后用二氯甲烷萃取，最后通过柱层析分离得到化合物A1。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.78-8.67(m,5H),8.61(d,J＝1.5Hz,1H),8.55(d,J＝7.5Hz,2H),8.29-8.16(m,7H),7.92(t,J＝7.5Hz,1H),7.85(s,2H),7.72-7.64(m,5H),7.21(d,J＝7.5Hz,2H),6.84(t,J＝7.5Hz,1H),6.73(d,J＝7.6Hz,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ150.20,132.98,132.33,131.89,131.57,128.45,126.85,126.46,125.71,124.42,122.78,122.33,122.21,120.69,113.55,108.77,90.67,88.95。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:752.23。
(2)包含化合物A1的单分子场效应晶体管的制备：
首先，利用机械剥离的方式获得厚度为5nm的石墨烯，即用胶带进行反复对撕；然后利用聚二甲基硅氧烷/聚甲基丙烯酸甲酯(PDMS/PMMA)作为转移介质，将石墨烯转移至硅衬底上，用作底栅电极；具体地：用载玻片顶部的PDMS/PMMA接触胶带上的石墨烯，分离时，石墨烯薄层会留在PMMA表面上；通过显微镜系统中的三维平移台调整石墨烯与硅衬底对准，此时，对载玻片轻微施力，令PMMA/石墨烯粘附在硅衬底上，接着缓慢地分离PDMS，用丙酮除去PMMA，成功将石墨烯转移至硅衬底，得到厚度为5nm的石墨烯栅电极层；
接着利用聚碳酸酯(PC)胶作为转移介质，采用干法转移方法，将Bi2SeO5薄层转移至石墨烯栅电极层上；具体地：通过机械剥离法，首先在载玻片1顶部的PC表面上制备出合适的Bi2SeO5；再取一块顶部放有PDMS的载玻片2，用透明胶带从载玻片1上取下PC-Bi2SeO5，放在PDMS上，Bi2SeO5朝上，形成PDMS-PC-Bi2SeO5的结构；通过光学显微镜操纵让Bi2SeO5和硅衬底上的石墨烯几乎要接触，同时加热到60-90℃，此时PC胶会受热伸展，PC与硅的接触面积会变大，在逐渐移动的过程中，Bi2SeO5和石墨烯会完全接触，再停止加热，这时候PC胶会逐渐冷却，收缩，与硅分离，而Bi2SeO5则结合在石墨烯上；最后缓慢分离PC胶和Bi2SeO5，就可以获得Bi2SeO5-石墨烯范德华异质结构，得到厚度为10nm的Bi2SeO5介质底层；
接着采用与制备Bi2SeO5介质底层相同的干法转移方法转移单层h-BN到Bi2SeO5薄层表面，得到厚度为10nm的h-BN介质顶层(h-BN采用机械剥离的方式获得)，形成复合介质层；
再利用等离子体增强化学气相沉积法(PE-CVD)生长，在复合介质层表面生长一层石墨烯，得到厚度为0.7nm的石墨烯电极层；
将石墨烯电极层通过电子束曝光和反应离子刻蚀形成2nm的间隙，得到石墨烯纳米间隙点电极，石墨烯纳米间隙点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极；
将石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极与分子异质结通过酰胺键连接，具体地：
将化合物A1和脱水活化剂1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸(EDCI)溶于吡啶中，得到混合液，A1浓度为1×10-4mol/L，EDCI浓度为3×10-3mol/L；然后将包含石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极的半成品器件浸入到上述混合液中，黑暗条件下，氩气氛围中反应48h，之后，从溶液中取出器件，分别用丙酮和超纯水洗涤三次，用氮气流干燥；
最后在上述器件顶部覆盖10nm厚度的h-BN保护层，得到包含化合物A1的单分子场效应晶体管；其中，石墨烯栅电极层为条带状，宽度为50nm，位于由化合物A1构成的分子异质结的垂直正下方。
该单分子场效应晶体管由石墨烯栅电极层、复合介质层(包含Bi2SeO5介质底层和h-BN介质顶层)、石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极、化合物A1构成的分子异质结以及h-BN保护层构成，其立体结构图如图1所示。利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图2所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图3所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图2和图3，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得200nA电流，开关比可达1000，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
实施例2基于化合物A2的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A2的合成：
称量化合物2-1(3.4g，0.005mol)和镁(Mg，0.243g，0.01mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后加入1粒碘粒，在氮气氛围下用烘枪局部加热反应体系至碘粒消失，反应自行放热，保持微沸状态回流反应1小时，生成化合物2-2；将10mL环氧乙烷与20mL四氢呋喃的混合溶液在氮气氛围下滴加至包含化合物2-2的反应体系中，室温下回流反应2小时，反应结束后的体系进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物2-3。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.46(dd,J＝11.9,1.5Hz,2H),8.37(t,J＝7.5Hz,1H),8.23-8.15(m,5H),7.95(t,J＝7.5Hz,1H),7.78(t,J＝7.4Hz,1H),7.74-7.65(m,5H),3.76-3.68(m,4H),2.69(s,2H),2.69(dd,J＝12.0,3.0Hz,2H),2.61(t,J＝5.0Hz,2H)。13CNMR(125MHz,CDCl3):δ139.58,133.60,132.33,131.89,128.45,126.59,126.43,124.42,122.78,122.38,122.22,121.98,63.67,39.52。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:610.19。
称量化合物2-3(3.05g，0.005mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后在氮气氛围下向圆底烧瓶内滴入邻苯二甲酰亚胺(Phthalimide，1.47g，0.01mol)、偶氮二甲酸二乙酯(DEAD，0.87g，0.005mol)和三苯基膦(PPh3，1.31g，0.005mol)溶于25mL四氢呋喃的混合液，室温下回流反应2小时，然后再向圆底烧瓶内加入10mL肼与5mL四氢呋喃的混合液，于0-20℃下反应12小时，反应结束后用饱和氯化钠溶液洗涤反应液三次，将有机相进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物A2。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.47(d,J＝1.6Hz,1H),8.43-8.34(m,2H),8.23-8.17(m,5H),7.95(t,J＝7.5Hz,1H),7.78(t,J＝7.5Hz,1H),7.74-7.65(m,5H),2.62(s,2H),2.66-2.59(m,2H),2.56-2.49(m,4H),1.48(s,2H),1.40(s,2H).。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ138.91,135.71,132.33,131.89,128.45,126.59,126.43,124.42,122.78,122.38,121.98,120.67,41.43,34.62。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:608.23。
(2)包含化合物A2的单分子场效应晶体管的制备：
除了将化合物A2替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图4所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图5所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图4和图5，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得20nA电流，开关比可达10，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
实施例3基于化合物A3的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A3的合成：
称量化合物3-1(0.44g，0.003mol)和化合物3-2(0.56g，0.003mol)于干燥的250mL圆底烧瓶中，随后加入150mL二氯甲烷搅拌将其溶解，连续通氮气20min，随后在氮气氛围中加入0.126mL三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)，在室温下将整个混合物避光搅拌3h，氮气氛围中加入二氯二氰苯醌(DDQ，2.04g，0.009mmol)混合并在室温下搅拌1h，反应停止后去除溶剂，用柱层析分离得到化合物3-3。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ9.21(d,J＝8.4Hz,2H),7.57-7.50(m,4H),7.21-7.14(m,4H),7.06(d,J＝7.9Hz,2H),6.93(d,J＝7.5Hz,1H),6.65(d,J＝11.0Hz,1H),6.50(d,J＝10.8Hz,1H),6.33(d,J＝7.5Hz,1H),5.10(dd,J＝10.9,1.0Hz,2H),4.76(dd,J＝12.0,10.9Hz,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.33,151.82,146.92,145.49,144.18,142.78,138.23,132.73,132.10,131.69,131.00,130.92,130.45,129.88,129.54,125.53,123.92,119.60,119.54,118.53,105.56。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:620。
称量化合物3-3(12.4g，0.02mol)和化合物3-4(4.69g，0.04mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，随后加入醋酸钯(0.45g，0.002mol)、50mL二异丙胺和碘化铜(0.38g，0.002mol)，通氮气20分钟，加入250mL四氢呋喃，置于磁力搅拌器搅拌且回流20小时，反应结束后，向混合液中加水，然后用二氯甲烷萃取，最后通过柱层析分离得到化合物A3。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ9.22(d,J＝8.4Hz,2H),7.67-7.60(m,4H),7.49-7.43(m,4H),7.29-7.22(m,4H),7.07(d,J＝8.4Hz,2H),6.93(d,J＝7.5Hz,1H),6.68-6.57(m,5H),6.52(d,J＝11.0Hz,1H),6.35(d,J＝7.5Hz,1H),5.11(dd,J＝10.9,1.0Hz,2H),4.79(t,J＝11.2Hz,2H),4.58(s,3H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.33,151.82,150.20,146.92,145.49,144.18,142.78,137.17,132.98,132.73,132.64,132.10,130.92,130.45,129.88,129.12,125.77,125.53,124.57,119.60,119.54,118.53,113.55,106.91,105.56,94.75,88.44。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:692.27。
(2)包含化合物A3的单分子场效应晶体管的制备：
除了将化合物A3替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图6所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图7所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图6和图7，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得100nA电流，开关比可达10，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
实施例4基于化合物A4的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A4的合成：
称量化合物4-1(3.1g，0.005mol)和镁(0.243g，0.01mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后加入1粒碘粒，在氮气氛围下用烘枪局部加热反应体系至碘粒消失，反应自行放热，保持微沸状态回流反应1小时，生成化合物4-2；将10mL环氧乙烷与20mL四氢呋喃的混合溶液在氮气氛围下滴加至包含化合物4-2的反应体系中，室温下回流反应2小时，反应结束后的体系进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物4-3。1HNMR(500MHz,Chloroform-d):δ9.22(d,J＝8.0Hz,2H),7.33-7.22(m,8H),7.05(d,J＝8.0Hz,2H),6.92(d,J＝7.5Hz,1H),6.65(d,J＝11.0Hz,1H),6.51(d,J＝10.8Hz,1H),6.35(d,J＝7.5Hz,1H),5.10(dd,J＝11.0,1.3Hz,2H),4.79(t,J＝11.1Hz,2H),3.63(td,J＝7.6,5.0Hz,4H),2.91-2.83(m,4H),2.61(t,J＝5.0Hz,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.33,151.82,146.92,145.49,144.18,142.78,138.13,136.30,132.73,132.10,131.00,130.92,130.45,129.88,128.38,128.16,125.53,119.60,119.54,118.53,105.56,63.85,39.18。
HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:550.24。
称量化合物4-3(2.75g，0.005mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后在氮气氛围下向圆底烧瓶内滴入邻苯二甲酰亚胺(1.47g，0.01mol)、偶氮二甲酸二乙酯(0.87g，0.005mol)和三苯基膦(1.31g，0.005mol)溶于25mL四氢呋喃的混合液，室温下回流反应2小时，然后再向圆底烧瓶内加入10mL肼与5mL四氢呋喃的混合液，于0-20℃下反应12小时，反应结束后用饱和氯化钠溶液洗涤反应液三次，将有机相进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物A4。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ9.22(d,J＝8.0Hz,2H),7.33-7.22(m,8H),7.05(d,J＝8.2Hz,2H),6.92(d,J＝7.5Hz,1H),6.65(d,J＝11.0Hz,1H),6.52(d,J＝10.8Hz,1H),6.35(d,J＝7.5Hz,1H),5.10(d,J＝10.9Hz,2H),4.79(dd,J＝14.0,10.9Hz,2H),2.57-2.47(m,8H),1.21(s,2H),1.12(s,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.33,151.82,146.92,145.49,144.18,142.78,137.95,135.38,132.73,132.10,131.00,130.92,130.45,129.88,128.62,128.08,125.53,119.60,119.54,118.53,105.56,42.84,38.87。
HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:548.27。
(2)包含化合物A4的单分子场效应晶体管的制备：
除了将化合物A4替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图8所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图9所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图8和图9，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得0.5nA电流，开关比可达10，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
实施例5基于化合物A5的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A5的合成：
称量化合物5-1(19.6g，0.05mol)和化合物5-2(17.2g，0.1mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，随后加入350mL间甲酚(m-cresol)和35.5mL异喹啉(isoquinoline)，在50℃下搅拌回流过夜，然后在氮气的氛围中将温度升到130℃，关闭氮气，让混合物在130℃下搅拌反应5h，随后再将温度升到150℃反应4h，最后将温度升到200℃反应过夜，反应结束后停止加热，将混合溶液倒入200mL丙酮中，抽滤得到滤饼，将滤饼真空干燥，然后用5％NaOH洗涤，边洗涤边用TLC监测直到绿色荧光点的化合物消失，最后通过柱层析来提纯，得到化合物5-3。1HNMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.87-8.77(m,2H),8.69(dd,J＝10.3,7.5Hz,1H),8.55(t,J＝7.6Hz,1H),7.61-7.54(m,2H),7.49-7.43(m,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.78,135.98,134.57,132.37,131.21,129.86,129.69,125.20,124.75,124.18,120.97。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:699.95。
称量化合物5-3(14g，0.02mol)和化合物5-4(4.69g，0.04mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，随后加入醋酸钯(0.45g，0.002mol)、50mL二异丙胺和碘化铜(0.38g，0.002mol)，通氮气20分钟，加入250mL四氢呋喃，置于磁力搅拌器搅拌且回流20小时，反应结束后，向混合液中加水，然后用二氯甲烷萃取，最后通过柱层析分离得到化合物A5。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.87-8.71(m,3H),8.66(t,J＝7.1Hz,2H),8.55-8.46(m,3H),8.19(d,J＝7.5Hz,1H),7.98-7.92(m,2H),7.83-7.77(m,2H),7.65(d,J＝7.5Hz,1H),7.55-7.44(m,6H),6.83-6.78(m,2H),6.64-6.58(m,2H),4.73(s,2H),4.57(s,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.78,150.20,136.57,134.57,132.98,132.40,129.86,129.69,125.42,125.19,124.75,124.18,113.55,110.97,106.91,94.75。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:772.21。
(2)包含化合物A5的单分子场效应晶体管的制备：
除了将化合物A5替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图10所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图11所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图10和图11，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得60nA电流，开关比可达10，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
实施例6基于化合物A6的单分子场效应晶体管的制备
(1)化合物A6的合成：
称量化合物6-1(3.5g，0.005mol)和镁(0.243g，0.01mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后加入1粒碘粒，在氮气氛围下用烘枪局部加热反应体系至碘粒消失，反应自行放热，保持微沸状态回流反应1小时，生成化合物6-2；将10mL环氧乙烷与20mL四氢呋喃的混合溶液在氮气氛围下滴加至包含化合物6-2的反应体系中，室温下回流反应2小时，反应结束后的体系进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物6-3。1HNMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.87-8.77(m,2H),8.70(dd,J＝10.2,7.5Hz,1H),8.55(t,J＝7.4Hz,1H),7.44-7.38(m,2H),7.32(dq,J＝7.4,1.2Hz,2H),3.67-3.59(m,2H),2.75(s,1H),2.79-2.72(m,1H),2.61(t,J＝5.0Hz,1H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.78,136.89,134.57,130.02,129.86,129.69,129.36,128.29,125.20,124.75,124.18,63.85,39.23。
HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:630.18。
称量化合物6-3(3.15g，0.005mol)于干燥的500mL圆底烧瓶中，加入200mL四氢呋喃将其溶解，随后在氮气氛围下向圆底烧瓶内滴入邻苯二甲酰亚胺(1.47g，0.01mol)、偶氮二甲酸二乙酯(0.87g，0.005mol)和三苯基膦(1.31g，0.005mol)溶于25mL四氢呋喃的混合液，室温下回流反应2小时，然后再向圆底烧瓶内加入10mL肼与5mL四氢呋喃的混合液，于0-20℃下反应12小时，反应结束后用饱和氯化钠溶液洗涤反应液三次，将有机相进行旋蒸，最后通过柱层析分离提纯得到化合物A6。1H NMR(500MHz,Chloroform-d):δ8.87-8.77(m,2H),8.70(dd,J＝10.4,7.5Hz,1H),8.55(t,J＝7.6Hz,1H),7.44-7.38(m,2H),7.32(dd,J＝7.6,1.4Hz,2H),2.57-2.50(m,2H),2.42-2.35(m,2H),1.26(d,J＝4.9Hz,2H)。13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.78,136.61,134.57,130.74,129.86,129.69,128.87,128.75,125.20,124.75,124.18,42.84,39.20。HRMS(TOF-ESI+)(m/z):m/z:628.21。
(2)包含化合物A6的单分子场效应晶体管的制备：
除了将化合物A6替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在栅电压为0V时随偏压变化的电流-偏压特性曲线，结果如图12所示；利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时受栅电压调控的电流-栅电压特性曲线，结果如图13所示；利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在2-300K的范围内结果一致，根据图12和图13，可知单分子场效应晶体管在1V偏压下可获得400nA电流，开关比可达100，表明所得单分子场效应晶体管对分子电导特性有很强的调控能力，并且可以在空气环境中长期稳定存在。
本申请所述“开关比”，是在单分子场效应晶体管在偏压为0.1V时电流随栅电压变化的特性曲线结果中，由电流的最大值与电流的最小值的比值计算得到。以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。
Claims (14)
1.一种平面共轭分子化合物，其结构式如式A所示：
H2N-R2-R1-R2-NH2
式A；
其中，R1选自式I-式III中的任一种；
R2选自-(CH2)n-、n为1-6的整数，或
2.根据权利要求1所述的平面共轭分子化合物，其中，所述平面共轭分子化合物选自A1-A6中的任一种：
3.一种单分子场效应晶体管，其包含权利要求1所述的平面共轭分子化合物中的任一种。
4.根据权利要求3的单分子场效应晶体管，其中，所述单分子场效应晶体管还包含石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极、分子异质结和h-BN保护层；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成。
5.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述石墨烯栅电极层的厚度为0.7-10nm；所述Bi2SeO5介质底层的厚度为1-20nm；所述h-BN介质顶层的厚度为1-20nm；所述h-BN保护层的厚度为0.7-20nm；所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极厚度为0.7-3nm；分子异质结厚度为0.7-3nm。
6.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述单分子场效应晶体管还包含衬底；所述衬底为原子级平整的硅片、云母或蓝宝石。
7.根据权利要求4所述的单分子场效应晶体管，其中，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5-100nm，位于分子异质结的垂直正下方。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的单分子场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤：
1)在衬底上制备石墨烯栅电极层；
2)在石墨烯栅电极层上表面制备Bi2SeO5介质底层；
3)在Bi2SeO5介质底层上表面制备h-BN介质顶层；
4)在h-BN介质顶层上表面制备石墨烯电极层；
5)将石墨烯电极层构建纳米间隙得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极；
6)将石墨烯点电极与分子异质结通过酰胺键连接；所述分子异质结由所述平面共轭分子化合物构成；
7)在石墨烯点电极和分子异质结的上表面覆盖h-BN保护层，得到单分子场效应晶体管。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤5)包括：将石墨烯电极层通过电子束曝光和反应离子刻蚀构建1-3nm的间隙，得到石墨烯点电极，所述石墨烯点电极包括石墨烯源端电极和石墨烯漏端电极。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤6)包括：将所述平面共轭分子化合物和脱水活化剂溶解于溶剂中，得到混合液；然后将步骤5)得到的半成品器件浸入到所述混合液中，黑暗条件下，在惰性气体中反应24-48h，取出，洗涤，干燥。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述脱水活化剂选自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸、二环己基碳二亚胺或N,N’-二异丙基碳二亚胺中的至少一种；所述溶剂选自吡啶、二甲基亚砜或三氯苯中的至少一种；所述惰性气体为氩气或氮气；
所述平面共轭分子化合物与所述脱水活化剂的摩尔比为1:(20-40)；
所述脱水活化剂的浓度为2×10-3-4×10-3mol/L。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述石墨烯栅电极层、Bi2SeO5介质底层、h-BN介质顶层、石墨烯电极层通过干法转移或湿法转移的方式获得。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述石墨烯栅电极层的厚度为0.7-10nm；所述Bi2SeO5介质底层的厚度为1-20nm；所述h-BN介质顶层的厚度为1-20nm；所述h-BN保护层的厚度为0.7-20nm；所述石墨烯源端电极、石墨烯漏端电极厚度为0.7-3nm；分子异质结厚度为0.7-3nm。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述石墨烯栅电极层为条带状，宽度为5-100nm，位于分子异质结的垂直正下方。
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