溶液沉积法制备有机单晶线性阵列及其场效应晶体管应用制造技术

本发明专利技术公开了一种溶液沉积法制备有机单晶线性阵列及其场效应晶体管应用，线性阵列包括多条平行且间隔设置的条形结构，每条所述条形结构包括有机半导体单晶和聚苯乙烯，利用聚苯乙烯作为锚定剂可以控制线阵墨水刮涂中弯月面前沿的位置，在刮涂过程中会出现聚苯乙烯和有机半导体相分离的情况，聚苯乙烯会在弯月面前沿进行锚定，随后弯月面在刮刀的拖动下进行钉扎与解钉扎的往复过程，达到控制线阵墨水中有机半导体结晶位置的目的，从而通过粘滑运动实现大面积线性阵列的制备，同时通过控制线阵墨水的沉积条件，达到控制线性阵列物理参数的目的

【技术实现步骤摘要】
溶液沉积法制备有机单晶线性阵列及其场效应晶体管应用


[0001]本专利技术属于有机单晶生长
，具体来说涉及一种线性阵列的制备方法及其在有机场效应晶体管中的应用
。

技术介绍

[0002]半导体纳
/
微米线作为一维
(1D)
器件的组件，广泛应用于电子
、
光子和磁性器件，成为纳米电路中不可或缺的一部分
。
源于其自下而上的组装策略特性，使其既可以作为器件组件，也可以作为纳米电路互连的基础
。
有机半导体单晶
(OSSCs)
具有长程有序性
、
无晶界和低缺陷密度以及溶液可加工性的优势，使其成为具有竞争性的低维器件的制备原材料
。
[0003]近年来，构建高集成度
、
高结晶度的一维
(1D)
有机半导体线性阵列已成为纳米电路领域的研究重点
。
然而，目前制备这种
1D
线性阵列，往往需要使用光刻技术，导致技术难度高和经济成本巨大
。
有机半导体分子之间通过范德华力相互作用排列，而光刻有机小分子半导体通常需要使用特殊的光刻胶和显影液，使其加工工艺与有机半导体制备过程不能兼容
。
此外，由于有机小分子半导体通常需要在较低温度下进行加工，因此利用光刻技术制备
1D
有机小分子半导体阵列存在很大的局限性
。。
[0004]如何构筑
1D
有机小分子半导体的稳定器件成为了一项在纳米电子电路领域和有机电子领域亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种制备大面积线性阵列的方法，该方法利用聚苯乙烯
(PS)
作为锚定剂可以控制线阵墨水刮涂中弯月面前沿的位置，在刮涂过程中会出现聚苯乙烯和有机半导体相分离的情况，聚苯乙烯会在弯月面前沿进行锚定，随后弯月面在刮刀的拖动下进行钉扎与解钉扎的往复过程，达到控制线阵墨水中有机半导体结晶位置的目的，从而通过粘滑运动实现大面积线性阵列的制备，同时通过控制线阵墨水的沉积条件
(
衬底温度
、
刮涂速度
、
线阵墨水配比
)
，达到控制线性阵列物理参数的目的
。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种线性阵列
。
[0007]本专利技术的另一目的是提供一种
1D
线阵晶体管
。
[0008]本专利技术的另一目的是提供制备
1D
线阵晶体管的方法
。
[0009]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的
。
[0010]一种线性阵列，包括多条平行且间隔设置的条形结构，每条所述条形结构包括有机半导体单晶和聚苯乙烯，按质量份数计，所述有机半导体单晶和聚苯乙烯的比为
1:(1
～
5)。
[0011]在上述技术方案中，相邻所述条形结构的距离为
10
～
100
μ
m
，每条所述条形结构的宽度为2～
15
μ
m
，所述条形结构的厚度为
30
～
80nm。
[0012]一种制备大面积线性阵列的方法，包括：用刮刀将线阵墨水刮涂在
40
～
65℃
的衬
底上，再于
90
～
120℃
退火8～
10min
，在衬底上得到线性阵列，其中，所述刮刀经过
OTS
修饰，所述线阵墨水为氯苯
、
聚苯乙烯
(PS)
和有机半导体的混合物，所述线阵墨水中聚苯乙烯的浓度为5～
10mg/mL
，所述线阵墨水中有机半导体的浓度为1～
10mg/mL。
[0013]在上述技术方案中，所述衬底用于刮涂的一面的水接触角为3～5°
。
[0014]在上述技术方案中，通过对衬底进行等离子体清洗实现其用于刮涂一面的水接触角为3～5°
。(
等离子体清洗用于降低所述衬底的表面能，未经等离子体清洗的水接触角约为
33.5
～
36.5
°
，等离子体清洗的功率为
80
～
90W
，等离子体清洗的时间为
10
～
15min)。
[0015]在上述技术方案中，制备所述线阵墨水的方法为：将聚苯乙烯和氯苯混合，于
70
～
90℃
搅拌1～
2h
，再加入有机半导体，于
40
～
60℃
搅拌1～
2h。
[0016]在上述技术方案中，所述搅拌的转速为
500
～
1000r/min。
[0017]在上述技术方案中，获得经过
OTS
修饰的所述刮刀的方法为：将刮刀进行
OTS
修饰，干燥
。
[0018]在上述技术方案中，所述刮刀和衬底之间的距离为5～
10
μ
m
，所述刮刀朝向刮涂进行方向倾斜，所述刮刀与所述衬底之间的夹角为5～
15
°
。
[0019]在上述技术方案中，所述线阵墨水的体积为
1.5
～4μ
L。
[0020]在上述技术方案中，所述刮刀刮涂的速度为
0.6
～
2.0mm/s
，优选为
0.8
～
2.0mm/s。
[0021]一种
1D
线阵晶体管，包括：衬底
、
线性阵列
、
源极和漏极，线性阵列位于衬底上，源极和漏极在线性阵列上平行设置，线性阵列中条形结构的长度方向和源极的长度方向垂直形成交叉结构
。
[0022]在上述技术方案中，所述源极和漏极的厚度大于等于
40nm。
[0023]制备
1D
线阵晶体管的方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1，按照制备大面积线性阵列的方法在衬底上设置线性阵列；
[0025]在所述步骤1中，所述衬底为硅片，所述硅片上覆盖有二氧化硅层，二氧化硅层用于与线性阵列连接
。
[0026]步骤2，在线性阵列上设置源极和漏极，得到
1D
线阵晶体管
。
[0027]本专利技术开发了一种利用咖啡环效应驱动的接触线沉积大面积阵列的方法，可以简单
、
快速的制备大面积线性阵列，并且可以实现对阵列间距
(D)、
宽度
(W)、
高度<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种线性阵列，其特征在于，包括多条平行且间隔设置的条形结构，每条所述条形结构包括有机半导体单晶和聚苯乙烯，按质量份数计，所述有机半导体单晶和聚苯乙烯的比为
1:(1
～
5)。2.
根据权利要求1所述的线性阵列，其特征在于，相邻所述条形结构的距离为
10
～
100
μ
m
，每条所述条形结构的宽度为2～
15
μ
m
，所述条形结构的厚度为
30
～
80nm。3.
一种制备大面积权利要求1所述线性阵列的方法，其特征在于，包括：用刮刀将线阵墨水刮涂在
40
～
65℃
的衬底上，再于
90
～
120℃
退火8～
10min
，在衬底上得到线性阵列，其中，所述刮刀经过
OTS
修饰，所述线阵墨水为氯苯
、
聚苯乙烯和有机半导体的混合物，所述线阵墨水中聚苯乙烯的浓度为5～
10mg/mL
，所述线阵墨水中有机半导体的浓度为1～
10mg/mL。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述衬底用于刮涂的一面的水接触角为3～5°
，所述刮刀和衬底之间的距离为5～
10
μ
m
，所述刮刀朝向刮涂进行方向倾斜，所述刮刀与所述衬底之间的夹角为5～
15
°
，所述刮刀刮涂的速度为
0.6
～
2.0mm/s
，优选为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方旭，解一迪，任诒文，胡文平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：