一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法及其应用。这种Alq3纳米线水平阵列的制备方法包括以下步骤：S1.将M面蓝宝石于1600℃，恒温10h进行退火处理；S2.以PDMS(聚二甲基硅氧烷)对步骤S1所得M面蓝宝石进行表面处理；S3.利用PVD设备，以Alq3粉末为原料在步骤S2所得M面蓝宝石表面进行物理气相沉积。本发明专利技术提出的制备方法能够直接制备Alq3纳米线水平阵列，这种纳米线阵列在有序度、均匀性、密度以及结晶性等方面均具有显著优势。结晶性等方面均具有显著优势。结晶性等方面均具有显著优势。

【技术实现步骤摘要】
一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于微纳材料制备
，具体涉及一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]自1977年Shirakawa等人发现了导电高分子聚合物之后，由π
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π共轭键组成的有机半导体迅速成为基础科学领域的研究热点之一。与传统无机半导体相比，有机半导体的电子布局有着明显的差别。例如：通常可以通过改变有机半导体中的分子结构实现功能调控。目前，科研人员先后合成了大量性质各异的有机半导体并将它们成功地应用于不同领域，如：有机半导体场效应晶体管，有机太阳能电池，有机发光二极管，有机光电探测器等。Alq3(8
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Hydroxyquinoline aluminum，三(8
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羟基喹啉)铝)是有机半导体中的典型代表，现已成功应用于商用性能稳定的有机发光二极管。
[0003]纳米线作为一种一维结构，由于其优异的材料质量和出色的电学、光学及光电性能，成为了近二十年来的研究热点。若纳米线具有准直的生长方向，不但可以让纳米线器件性能相比于随机分布的纳米线有质的飞跃，还可以大大简化纳米线器件的加工工艺并有助于实现规模化器件集成。
[0004]传统的自上而下制备有机半导体纳米线的方法主要有模板辅助化学气相沉积法(Template
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Assisted Chemical Vapor Deposition，TA
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CVD)、蒸发诱导自组装(Evaporvation
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Induced Self
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Assembly)和通过硅烷偶联剂对衬底表面修饰的物理气相运输法等几种。其中模板辅助化学气相沉积法最为常用，包括模板(通常为Anodic Aluminum Oxide，AAO，制备方法为两步阳极氧化法)的制备、化学气相沉积生长(Chemical Vapor Deposition，CVD)、离子束刻蚀(Ion
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Beam Etching)和抛光模板刻蚀(Polishing Template Etching)四道工艺，该方法工艺繁多复杂，生产成本较高；此外，由于模板(常为氧化铝)的孔径和孔间距受诸多因素的制约，而纳米线参数又受由模板孔径决定，所以制备得到的纳米线阵列质量波动大，且所得垂直纳米线阵列与当前商用的半导体器件的微纳加工工艺并不兼容，因此难以利用这种垂直纳米线阵列实现微纳器件的批量制作和片上集成。蒸发诱导自组装是一种在固体基底或者液
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液界面一步实现纳米线的制备和对准的方法，常用于大面积纳米线的制备，该方法可控性差(包括杂质的可控性)、图案形状及周期性间距难以预测，此外需用到有毒性溶剂，影响操作人员身体健康。通过硅烷偶联剂对衬底表面修饰的物理气相运输通常采用的硅烷偶联剂为正十八烷基三氯硅烷(OTS)，OTS溶液不稳定，且储存环境较为苛刻，进而会影响所生成纳米线的性能，OTS溶液还会采用有毒有机溶剂，也会影响操作人员的身体健康，且上述方法若要实现限域生长，则还需经过光刻等程序，较为复杂。然而，有机半导体与传统微纳加工工艺通常互不兼容，同时现有的制备方法也难以获得准直排列的Alq3纳米线，这就导致无法经“自上而下”策略制备准直的Alq3纳米线，阻碍了有机半导体纳米线的规模化制作与片上集成。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法，通过各步骤的协同作用，制备出有序度、均匀性、密度以及结晶性等方面均非常优异的Alq3纳米线水平阵列。
[0006]本专利技术还提出一种上述制备方法所得的Alq3纳米线水平阵列在半导体领域的应用。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提出了一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将M面蓝宝石于1400℃
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1600℃进行退火处理；
[0009]S2.以有机硅对步骤S1所得M面蓝宝石进行表面处理；
[0010]S3.以Alq3粉末为原料在步骤S2所得M面蓝宝石表面进行物理气相沉积。
[0011]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0012](1)本专利技术提供的制备方法，与模板辅助化学气相沉积法相比，无需制备额外的生长模板，直接在M面蓝宝石上生长Alq3纳米线水平阵列；另外，还避免了机械抛光和离子束刻蚀等复杂技术，大大降低了生产成本和生产周期，有利于Alq3纳米线水平阵列的大规模和批量化制备；且能生成水平阵列；
[0013](2)本专利技术提供的制备方法，与蒸发诱导自组装方法相比，由于步骤S1中对蓝宝石的处理，因此可获得具有高度的有序性、可控性好的面内Alq3纳米线水平阵列，且生长过程中避免了引入其他杂质；
[0014](3)本专利技术提供的制备方法，步骤S1的退火处理，在M面蓝宝石衬底表面形成“V”字型平行沟道，为后续Alq3纳米线水平阵列的生长提供了图形，同时降低了M面蓝宝石表面的缺陷密度和油脂性杂质，因此所得Alq3纳米线水平阵列在有序度、均匀性、密度以及结晶性等方面均优于上述三种方法；
[0015](4)本专利技术提供的制备方法，步骤S2中的表面处理，可以在M面蓝宝石衬底表面形成Si
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O
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Al键，进而提升其与Alq3纳米线水平阵列中Alq3纳米线的亲和力；同时，使得M面蓝宝石的纳米沟道底部形成能低于沟道顶部，Alq3分子优先在M面蓝宝石表面沟道位置形核并沿沟道生长；为Alq3分子优先在沟道处形核并最终沿沟道方向有序生长提供了关键基础。
[0016](5)本专利技术提供的制备方法，属于物理气相沉积法，但是步骤S1中对M面蓝宝石的退火处理，步骤S2中的表面处理，使其获得了导向生长Alq3纳米线的作用，所得Alq3纳米线会跟随M面蓝宝石表面的图案方向自发成线(图形外延生长)，无需后造工艺即可形成整齐排列的有序微纳结构，是一种通过简单工艺就能制备出高质量有序纳米线阵列的生长方法。因此，这种方法虽也属于物理气相沉积法，但是在解决有机半导体纳米线器件的规模化集成等技术难题方面具有极大潜能，而且能科学地研究有机半导体导向生长的过程和普遍规律。
[0017](6)综上，本专利技术可同步实现纳米线生长和水平有序排列组装，提供了一种操作安全、工艺简单、经济实用的面内纳米线阵列生长技术；利用本专利技术提供的制备方法生长得到的纳米线面内阵列具有长度均一性高、分布均匀性好、取向性好、稳定性高和晶体质量高等优点，而且图形外延法生长的面内纳米线阵列与现有的微纳加工工艺兼容，有利于半导体
微纳器件的规模化生产和片上集成，同时还简化了工艺参数，降低了制备成本。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，骤S3中，所得Alq3纳米线水平阵列中Alq3纳米线长度的分布范围在200～400μm之间。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述Alq3纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将M面蓝宝石于1400℃～1600℃进行退火处理；S2.以有机硅对步骤S1所得M面蓝宝石进行表面处理；S3.以Alq3粉末为原料在步骤S2所得M面蓝宝石表面进行物理气相沉积。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述M面蓝宝石，晶面指数为3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述退火处理，时长为5h～15h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述有机硅，为PDMS和硅烷偶联剂中的至少一种；优选的所述表面处理，具体方法为，将所述有机硅形成的凝胶，与步骤S1所得M面蓝宝石贴附放置；优选的，所述贴附放置，时长为24h～96h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述物理气相沉积，包括以下步骤：S3a.将Alq3粉末，置于双温区管式炉石英管上游；步骤S2所得M面蓝宝石放置在石英管下游；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：许金友，廖记辉，王兴宇，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：