一种金属-SAM-有机半导体复合结构及制备方法和电子器件中的应用技术

本发明专利技术属涉及一种金属‑SAM‑有机半导体复合结构及制备方法和电子器件中的应用。包括金属层、自组装单分子层、有机半导体层，SAM位于金属层和有机半导体层之间，SAM由端部基团为硫基的物质组成，分子式为HS(CH

【技术实现步骤摘要】
一种金属-SAM-有机半导体复合结构及制备方法和电子器件中的应用
本专利技术属于电子器件散热
，具体涉及一种金属-SAM-有机半导体复合结构及制备方法和电子器件中的应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。有机半导体作为一种具有极好应用前景的半导体材料，因为其具有机械灵活性、容易制造、生物相容性、质量轻、材料便宜等特点，有机半导体已经被广泛用于制造有机光伏电板、有机发光二极管、柔性显示器、柔性传感器、有机生物传感器、有机场效晶体管等有机电子器件。与传统无机半导体相比，有机半导体制造的电子器件具有较低的制造温度、更低的成本、更高的产量等优点。同时随着消费电子领域向轻、薄、大面积、柔性可折叠、节能环保等方向发展，有机半导体材料与器件研究受到世界范围内的重视。然而有机半导体又因为其自身特性在实际生产应用时又拥有诸多的缺点和限制，在工业生产应用时有必要针对这些缺点和限制发展相应技术来提高有机半导体器件的性能。在有机电子器件中，金属往往作为电极，电极与有机半导体直接相接触，这样的金属-有机半导体界面极大地影响着有机电子器件的性能，有机电子器件的电学性能和热学性能直接受到金属-有机半导体界面的影响。对于有机电子器件而言，器件的工作寿命和效率与器件的热学性质密切相关。特别是当有机电子器件被进一步制造到更小的微纳尺度时，电子器件对热效应的耗散能力更是一个至关重要的因素。然而有机半导体材料具有更低的电子迁移率，更低的热导率，这使得有机半导体器件的热效应问题比无机半导体更难以解决，使得界面处的问题更加突出。金属-有机半导体界面是有机半导体器件研究的一个重要方向。在这样的直接接触的界面上存在很大的热阻，这种热阻由两方面的因素造成。首先，对于金属-有机半导体界面，界面处金属与有机半导体处于一种弱连接的状态，这种连接在微观下表现是通过分子间作用连接在一起的，没有其他更强烈的界面键接作用。其次，这两种直接接触的材料具有完全不同的化学性质，金属元素和有机半导体元素化学成分完全不同，热量传播时在界面处声子振动模式有很大的区别，这使得热量在界面处传递时存在界面处声子振动失配的问题。声子振动失配导致在界面处有较大的温差，形成了很大的热阻。现有的对金属-有机半导体界面进行改性的方法有化学处理金属表面、通过聚合物修饰平滑表面、利用空穴传输缓冲层等方法。但是现有的方法中有的并没有发挥提高散热性能。有的提高散热性能的效果并不是很好。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种金属-有机半导体金属-SAM-有机半导体复合结构及制备方法和电子器件中的应用。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，一种金属-SAM-有机半导体复合结构，包括金属层、自组装单分子层(SAM)、有机半导体层，SAM位于金属层和有机半导体层之间，SAM由端部基团为硫基(-SH)的物质组成，分子式为HS(CH2)nR，n为SAM分子碳链长度，R为官能团，SAM的硫元素与金属层在界面处通过化学键连接。这种分子层的能够与金属紧密结合，在界面处形成强烈的化学键连接，有利于界面处的热能传递和电荷传输。同时这种SAM分子在金属和有机半导体之间起到了声子桥的作用，连接金属和有机半导体的声子模式，使得界面处的声子透射系数增加，有利于界面的热量传递，提高界面传热。解决了有机器件散热性能差的问题。解决了现有的电子器件中金属和有机半导体之间由于处于弱连接状态，导致热阻较大，并且由于金属和有机半导体之间的化学性质相差较大，导致热量传播时在金属-有机半导体的连接界面处声子振动模式有很大的区别，导致热阻较大的问题。本专利技术的金属-SAM-有机半导体复合结构使金属与有机半导体的界面处散热效果更好。在本专利技术的一些实施方式中，R为烷烃基、烯烃基、硝基、胺基、醛基、酰胺基、羟基、羧基等；优选为-CH3、-NH2、-OH、-COH、-COOH、-CF3等。R基的不同会有不同的界面传热效果，专利技术人发现极性强的基团会造成更大的界面相互作用，进而有更强的强化效果。在本专利技术的一些实施方式中，SAM中的n为1-16；优选为1、4、9、14。n的值不同，碳链的长度不同，碳链的长度影响金属-有机半导体之间的界面传热效果，在一定的碳链长度下(n≤4时)，强化传热效果随着碳链长度的增加而增加，而碳链长度达到一定的长度后这种增强趋势趋于平缓。所以本专利技术可以同时通过改变R基和n的大小来控制散热效果。在本专利技术的一些实施方式中，金属层为金属电极材料；优选为Pd、Pt、Au、Ag。金属层为可以适合作为金属电极的材料，在电子器件中，有机半导体与金属配合，金属作为电极。金属层的组成不同，电子器件中的电极不同。在本专利技术的一些实施方式中，适合气相沉积的小分子有机半导体材料均在本专利技术的选择之列；优选的如并苯类、噻吩、并噻吩、全氟酞腈铜、全氟并五苯、DCMT等；进一步优选的，稠环芳香烃及其衍生物、硫杂稠环及其衍生物、氮杂稠环及其衍生物、氮杂并五苯衍生物、吲哚咔唑衍生物、酞腈衍生物、醌式双硒吩的衍生物、萘二酰亚胺衍生物、苝二酰亚胺衍生物等。第二方面，金属-SAM-有机半导体复合结构的制备方法，所述方法为制备金属层，将金属层浸入SAM的溶液中，得到表面组装SAM膜的金属层；然后在SAM膜的表面形成有机半导体层。在制备的过程中，溶液中SAM分子会在金属表面自组装为单分子层，硫基与金属元素发生相互作用，形成紧密结合的化学键。本专利技术的一些实施方式中，金属层的制备方法为物理气相沉积法，在硅基底上溅射沉积金属层，然后利用环氧树脂粘附硅基底，机械剥离金属层。硅基底含有一定厚度的氧化层，氧化层的存在可以使得溅射的金属层表面光滑。硅基底在沉积金属层之间用丙酮、异丙醇和水进行清洗，然后干燥。本专利技术的一些实施方式中，SAM的溶液的溶剂为乙醇。起到充分溶解和分散SAM的作用。本专利技术的一些实施方式中，SAM的溶液的浓度为0.05-0.15毫摩尔每升；优选为0.1毫摩尔每升。本专利技术的一些实施方式中，金属层在SAM的溶液中浸泡的时间为20-30h；优选为22-26h。本专利技术的一些实施方式中，金属层浸入SAM的溶液中的同时，向溶液中加入二硫苏糖醇。二硫苏糖醇具有抑制SAM氧化，并且保证SAM不会在金属表面聚合的作用。本专利技术的一些实施方式中，有机半导体层的制备方法为物理气相沉积法或硅基底沉积转印法。优选的，物理气相沉积法为在真空条件下的真空蒸镀法。进一步优选的，真空蒸镀法的沉积温度为室温，沉积速率为真空腔压强维持在1×10-5Torr以下。沉积法的好处在于SAM修饰能够改变界面处的结合能，使得沉积的小分子有机半导体表现出与裸露的金属表面不一样的分子取向。对于棒状小分子有机半导体而言，在SAM修饰的金属表面沉积的有机半导体层，有机半导体分子表现出统一的直立取向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：包括金属层、自组装单分子层、有机半导体层，SAM位于金属层和有机半导体层之间，SAM由端部基团为硫基的物质组成，分子式为HS(CH

【技术特征摘要】
1.一种金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：包括金属层、自组装单分子层、有机半导体层，SAM位于金属层和有机半导体层之间，SAM由端部基团为硫基的物质组成，分子式为HS(CH2)nR，n为SAM分子碳链长度，R为极性官能团，SAM的硫元素与金属层在界面处通过化学键连接。


2.根据权利要求1所述的金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：R为烷烃基、烯烃基、硝基、胺基、醛基、酰胺基、羟基、羧基；优选为-CH3、-NH2、-OH、-COOH、-CF3。


3.根据权利要求1所述的金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：SAM中的n为1-16；优选的，n为1、4、9、14。


4.根据权利要求1所述的金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：金属层为金属电极材料；优选为Pd、Pt、Au、Ag。


5.根据权利要求1所述的金属-SAM-有机半导体复合结构，其特征在于：有机半导体为适合气相沉积的小分子有机半导体材料；优选的，并苯类、噻吩、并噻吩、全氟酞腈铜、全氟并五苯、DCMT；进一步优选的，稠环芳香烃及其衍生物、硫杂稠环及其衍生物、氮杂稠环及其衍生物、氮杂并五苯衍生物、吲哚咔唑衍生物、酞腈衍生物、醌式双硒吩的衍生物、萘二酰亚胺衍生物、苝二酰亚胺衍生物。


6.权利要求1-5任一所述的金属-SAM-有机半导体复合结构的制备方法，其特征在于：所述方法为制备金属层，将金属层浸入SAM的溶液中，得到表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫煜，樊弘昭，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37