本发明专利技术公开了一种制备有机小分子半导体单晶的方法，本发明专利技术基于溶剂蒸汽退火进行：在一定的溶剂蒸汽氛围下，有机半导体薄膜吸收溶剂，部分溶解活化，薄膜的聚集态结构由原来多晶状态转变为运动性更强的半溶解态，分子的扩散和传质运动增强。半导体分子通过扩散和自组装过程重新排列结晶，获得具有更高规整性的凝聚态结构。该方法是一个有机溶剂与有机半导体分子、有机溶剂与基底、有机半导体分子与基底的多重作用的复杂过程，它包括有机半导体分子溶解、活化、迁移、自组装重排结晶。本发明专利技术通过调控溶液浓度、有机溶剂种类，蒸汽压以及退火温度，可以在基片表面上形成大面积、尺寸均一的有机小分子半导体单晶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。更具体的说，本专利技术提供了一种控制小分子有机半导体单晶薄膜生长的方法。
技术介绍
有机光电材料光电性能优异、生产成本低廉，加工工艺简单，选材范围宽广，性质调节方便，与柔性基片兼容性好。当前，一大批基于有机半导体电学器件纷纷出现，有机场效应晶体管(organic field effect transistor, OFET)、有机发光二极管(organiclight-emitting d1des，OLED)、有机光伏电池(organic photovoltaic, OPV)和有机薄膜晶体管(organic thin film transistor，OTFT)等技术已在许多领域的开发和利用，引起了人们对有机半导体广泛的研宄兴趣。虽然发展前景光明，但是有机半导体材料的发展也面临着很多挑战。有机材料主要通过分子间较弱的范德华力结合，这样，材料中很容易产生大量的结构缺陷和晶界，缺陷的产生会大大降低载流子的迀移率，器件的开关速度将受到影响，从而限制了实际应用。通过对小分子有机半导体或聚合物半导体的形貌和晶体结构进行调控可以提高载流子迀移率，这成为了实现各种高性能有机光电子器件的关键。单晶状态下的有机半导体因为不存在晶界，分子排列有序，缺陷少，可以大大降低材料内电荷陷阱的浓度，大幅提高有机半导体的迀移率。有报道显示部分有机半导体单晶器件的性能已经超过了非晶硅的迀移率。因此，如何获得大面积、大尺寸的有机半导体单晶成为很多研宄者共同的课题。与无机单晶的结合方式为共价键或离子键不同，有机半导体材料是通过分子间作用力(包括范德华力和氢键)构成的晶体，因此有机单晶的生长方法也与无机单晶的获得方法有所不同。目前，制备有机半导体单晶的方法主要有气相沉积生长法和液相自组装法。但是这些方法通常得到针状形貌单晶，且尺寸较小，这使得制备有机单晶器件的难度要比薄膜多晶器件高出许多。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种方便高效的小分子有机半导体单晶薄膜的方法。本专利技术通过溶剂蒸汽退火法(Solvent Vapor Annealing，SVA)来处理有机半导体薄膜，制备高结晶度的有机半导体单晶。该方法是一个有机溶剂与有机半导体分子、有机溶剂与基片、有机半导体分子与基片的多重作用的复杂过程，它包括有机半导体分子溶解、活化、自组装重排结晶。通过缓慢吸收饱和的溶剂蒸汽，有机半导体多晶薄膜表面的分子达到半溶化状态，其中部分半导体分子脱离晶格发生活化。旋涂获得的有机半导体的多晶薄膜晶粒尺寸不均一，部分较小尺寸的晶粒，因表面曲率较大，自由能较高，会逐渐溶解到周围溶剂薄层中形成自由半导体分子，当溶剂中的自由分子的浓度不断升高达到过饱和状态时，将表现出凝结到大尺寸结晶体表面的趋势。所以在溶剂蒸汽退火过程中，小晶粒不断萎缩，而相对较大的晶粒不断长大，使得有机半导体晶体的晶粒平均尺寸不断增加。最后形成人眼可见的宏观有机半导体单晶。所述的制备小分子有机半导体单晶的方法，包括下列步骤:第一步，基片的清洗。所述的基片选择玻璃基片，硅/ 二氧化硅(Si/Si02)基片或者硅基片。第二步，配置小分子有机半导体溶液，通过旋涂、滴涂或者吹涂的方式在基片上形成薄膜。所述的小分子有机半导体具有一定的结晶性能并且在有机溶剂中是可溶的。所述的有机溶剂选择较低沸点的溶剂如氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷等为宜，以方便成膜。所述的小分子有机半导体溶剂浓度不宜过大或过小，浓度较大时薄膜较厚，SVA过程更加困难，浓度较小时得到的晶体尺寸较小，一般选取浓度范围是质量百分比为I %?6%。第三步，将成膜后的基片置于饱和有机溶剂蒸汽环境中处理1h?24h，处理温度可以优选为20°C?70 °C。所述的饱和的有机蒸汽是将有机溶剂预先放在恒温的密闭容器中4h以上，使密闭容器内蒸汽压稳定。选择的有机溶剂蒸汽需要对小分子有机半导体有一定的溶解度，四氢呋喃，氯仿，二氯甲烷和甲苯等都是较好的反应溶剂。本专利技术还提供一种所述的小分子有机半导体单晶应用，应用所述的小分子有机半导体单晶制备有机场效应晶体管，具体方法步骤如下:当选用硅/ 二氧化硅(Si/Si02)基片时，以S12作为绝缘层，重掺杂Si为栅极，在单晶上方通过漏网蒸镀一层金膜作为源电极和漏电极；当以玻璃为基片时，首先通过漏网在干净的玻璃基片上蒸镀一层金膜作为源电极和漏电极，然后通过所述的小分子有机半导体单晶制备方法在该基片上制备得到单晶，再通过漏网在上述单晶上蒸镀一层金膜作为栅极。本专利技术的优点在于:1.实现了大面积的制备小分子有机半导体片状单晶。2.定点沉积，直接在基地上获得单晶，方便器件的制备。3.方法简单，制备周期短，适用于多种小分子有机半导体。【附图说明】图1是溶剂蒸汽法制备小分子有机半导体的原理图；图2a?图2d是通过本专利技术提供的方法在玻璃基片上获得的蒽单晶的偏光显微镜照片，2a?2d是偏光显微镜载物台旋转0°，45°，90°和135°得到的照片。图3是是通过本专利技术提供的方法在硅片上获得的蒽单晶的偏光显微镜照片。图4a和图4b分别是通过本专利技术提供的方法在硅片上获得的6，13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)和红荧烯单晶的偏光显微镜图片；图5a?5c是在不同温度下获得的蒽单晶的偏光显微镜照片，通过温度的设定来控制晶体的尺寸。图中:1-小分子有机半导体膜；2_基片；3_密闭容器；4_溶剂蒸汽；5_小分子有机半导体单晶。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。本专利技术提供，如图1所示，首先在基片2上制备一层小分子有机半导体薄膜1，然后将所述的薄膜I置于密闭容器3中，所述密闭容器3中具有饱和有机蒸汽4，一定温度下处理一段时间后，即可在基片上获得小分子有机半导体的单晶5。下面通过实施例具体说明本专利技术提供的制备方法。实施例1:在玻璃基片上大面积制备蒽的片状单晶，步骤如下:第一步，玻璃基片的清洗。基片上的污染物会影响在它上面形成的薄膜的性质以及膜的质量，因此，基片的清洗不容忽视。基片清洗过程如下:在二氯甲烷中煮冲2min(45°C的浴锅中煮沸)，用丙酮和二次水依次冲洗，在lmol/L的氢氧化钠溶液中超声5min，再用二次水与丙酮依次冲洗，然后用镊子取出，放入干燥箱迅速烘干，如果不迅速烘干，空气中的污染物就会附着在基片上。这样得到亲水的石英片。该清洗方法还应注意几点:1.基片清洗过程中可以相切，但不能重叠；2.二氯甲烷将基片浸没即可；3.氢氧化钠溶液要用超纯水配制；4.超声时，氢氧化钠溶液要达到烧杯的1/3。第二步，配置3% (质量百分比)的蒽的四氢呋喃溶液，放置24h使溶液溶解充分。在玻璃基片上以第一转速500rpm勾胶2s，第二转速2000rpm旋涂30s得到蒽的薄膜。用氮气小心吹干样品，除去残余溶剂。第三步，在35°C环境下将盛有氯仿的试剂瓶置于密闭容器中，放置4小时，使溶剂充分扩散，获得氯仿的饱和蒸汽。第四步，将得到的薄膜样品置于上述密当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备小分子有机半导体单晶的方法，其特征在于：包括下列步骤，第一步，基片的清洗；所述基片为玻璃基片、硅片或者硅/二氧化硅(Si/SiO2)基片，必须保证基片清洁无污染，并且具有一定的亲水性；第二步，配置小分子有机半导体溶液，通过旋涂、滴涂或者吹涂的方式在基片上形成薄膜膜；第三步，配置饱和有机蒸汽环境，将薄膜置于饱和有机蒸汽中处理10h～24h；所述的饱和的有机蒸汽是将有机溶剂预先放在密闭容器中4h以上，使密闭容器内蒸汽压稳定；第四步，取出上述基片，在基片上得到大面积的小分子有机半导体单晶。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，吴君辉，袁艺，付婷婷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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