【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子器件中有机薄膜半导体介电层的制备领域，具体涉及一种晶圆级纳米介电层高张力可堆叠聚合物的制备方法。
技术介绍
1、人工智能和大数据时代的到来使得计算机一直朝着运算速度更快、可靠性更高、体积更小、价格更低的方向发展。随着电子器件不断地小型化，器件尺寸已经由微米量级进入纳米量级，但是由于超薄氧化层的介电性能较差以及光刻工艺触及光学衍射极限的限制，传统电子设备中的互补金属氧化物半导体(cmos)元件的固有尺寸下限为几纳米，使得难以继续推动大规模集成电路的进一步发展。幸运的是，尺寸约为几纳米的有机分子可以组装和排列成有序的结构，作为cmos电路元件的替代品执行各种电子任务，包括导电线、整流、记忆和开关等等。这种在分子尺度上自下而上构建纳米器件的策略已成为材料科学和纳米技术的主流思想，同传统的固体电子器件相比，其有着如下优势：
2、(1)体积小，集成度高，响应快；
3、(2)功耗小，节约能源；
4、(3)有机分子种类繁多，可选对象丰富；
5、(4)结构简单，可批量合成，生产成本小。
6、此外，将电子学中潜在的构建模块扩展到包括分子实体，不仅将促进集成电路的进一步小型化，而且还将为利用分子的独特特性开辟广阔的前景。分子纳米器件的实现依赖于各种作为构建模块的功能分子单层的制备。近年来，导电层和半导体层相对应的分子单层受到了极大关注。相比之下，作为介电层的分子单层却鲜有研究，然而分子绝缘体是电子产品的核心元件，不仅可以显著降低晶体管的工作电压，并且可以在存储器件中作为隧
7、常见的金属氧化物作为纳米尺度的介电层不仅制备工艺复杂，成本较高，而且不具有柔性，不适用于柔性/可拉伸电子器件当中。具有较好的柔性和生物相容性的大多数有机化合物虽然本质上具有电惰性，但制造分子纳米电介质的主要困难是在组装过程中实现高度的均匀性、致密性和稳定性。例如，任何结构缺陷，如分子层上的针孔，在几平方厘米或更大的面积上，都会破坏金属-绝缘体-金属和金属-绝缘体-半导体结的介电性能。
8、传统的薄膜制备方法，如旋涂、化学气相沉积等无法精确调节分子薄膜的张力。因此，为避免泄漏电流过大，通常需要至少10纳米或更厚的薄膜。通过控制表面张力制备分子单层膜的langmuir-blodgett(lb)膜制备技术是一种很有前景的方法，可以通过表面压力平衡来微调分子单层张力。然而，由于需要特殊的、往往昂贵的设备，它的广泛实施受到阻碍。此外，由于层间的范德华间隙，通过lb技术制备的堆叠介电层多层通常表现出不理想的绝缘性能，并且在垂直方向上存在大量泄漏电流。事实上，目前报道的介电性能较好的lb膜都需要至少十层以上的单层堆叠。
9、为了解决lb方法制备的分子纳米电介质的局限性，自组装技术成为一种有前途的替代方案。例如，具有高度有序脂肪链的密集排列的有机小分子单层，以及被称为自组装纳米电介质被开发出来。两者都利用了与无机底物或氧化物插层的交联反应来提高绝缘性能。由于具有良好的电阻隔性能，sam介电层和sand的厚度以分别减小到仅2nm和4.7nm。然而，这些自组装分子层的一个显著缺点是它们只与具有特定锚定基团的衬底兼容，这使得它们不适合直接应用于任意半导体表面，特别是有机表面。这一限制主要限制了它们在有机电子学中的底栅晶体管结构中的应用。此外，自组装方法普遍存在的长脂肪链赋予了介电层一定程度的脆弱性，破坏了半导体和电极沉积的稳定性，可能部分穿透分子层并破坏介电性能。
10、例如中国专利cn117542656a(公开日期2024年2月9日)公开了一种多层复合电介质及其制备方法，通过化学键合将无机层与有机层结合起来，提高了介电常数、击穿场强与工作温度，但是牺牲了器件柔性，并且增加了工艺复杂性和成本。此外，由于有机溶剂或高温等工艺限制无法在有机半导体薄膜上制备，因而只适用于底栅器件构型，限制了器件构型的多样性。
11、因此，制备通用的多功能大面积无缺陷可堆叠可转移的分子作为介电层仍是一项严峻的挑战。
技术实现思路
1、为了解决上述存在的技术问题，本申请设计了一种晶圆级纳米介电层高张力可堆叠聚合物的制备方法。
2、一种晶圆级纳米介电层高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：
3、步骤s1：将溶质为聚对乙烯基苯酚、溶剂为乙酸乙酯的溶液，溶液浓度为10-200μg/ml，将溶液缓慢的滴加到水表面，实现聚合物分子在空气和水界面的预组装；
4、步骤s2：通过将低表面张力的有机溶剂滴到水面上来压缩自由漂浮的分子，从而将游离的分子单层聚合物转化为紧密的单层聚合物；
5、步骤s3：将致密的单层聚合物以主链朝上的方式转移到亲水基底，或以侧链朝上的方式转移到非亲水基底；
6、步骤s4：可根据前一层单层转移后的亲疏水性不同选择合适方式通过迭代的方法重复步骤s3制备多层聚合物；
7、步骤s5：获得的单层或多层聚合物可通过甲醛和四氯化硅交联进一步提高介电能力。
8、优选的，所述步骤s2中的压缩由有机溶剂和水的表面张力差来驱动，通过挑选铺展系数合适的溶剂来调节压缩力的大小。
9、优选的，所述步骤s3中单层转移的方法，通过在亲水性基底上转移主链朝上的单分子层时，将其从水中向上提起，使亲水基团与基底保持接触；所述在非亲水基底上转移侧链朝上的单层时，将其从空气中压到水中，从而保持疏水基团与基底接触。
10、优选的，所述步骤s4中的单层聚合物厚度为1.15-1.25nm；所述单层聚合物利用范德华相互作用通过逐层组装制备聚合物多层；多层厚度以单层厚度成倍增加。
11、优选的，所述步骤s5中聚合物单层或多层通过引入hcho进行酸催化的酚醛树脂类反应实现交联反应；所述交联反应发生在聚对乙烯基苯酚分子的水面组装的过程中，在水相中加入少量盐酸以创造酸性环境，通过气相引入hcho并在80℃下加热，实现单层聚合物的交联反应，增强介电性能。
12、优选的，所述步骤s5中聚合物单层或多层通过与sicl4交联，在层间获得硅酸酯，在多层薄膜转移到硅晶片后通过气相引入sicl4完成交联反应；所述交联反应后纳米电介质的粗糙度基本保持不变，厚度也与交联前相同。
13、优选的，所述多层聚合物表面平整，即使厚度只有3.5-3.7nm的三层聚合物，在晶圆尺度上也显示出高电容值和低漏电；所述多层聚合物可以使用聚二甲基硅氧烷进行软印章干法转移到目标基底上，使其多层聚合物在顶栅器件、底栅器件中的制备，可以无损转移到有机半导体上，并适用于各种器件构型。
14、优选的，所述多层聚合物制备顶栅器件的方法，多层聚合物采用水面辅助剥离方法制备了平坦的au作为源漏电极，热蒸镀方法沉积30n本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种晶圆级纳米介电层高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中单层转移的方法，通过在亲水性基底上转移主链朝上的单分子层时，将其从水中向上提起，使亲水基团与基底保持接触；所述在非亲水基底上转移侧链朝上的单层时，将其从空气中压到水中，从而保持疏水基团与基底接触。
3.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的压缩由有机溶剂和水的表面张力差来驱动，通过挑选铺展系数合适的溶剂来调节压缩力的大小。
4.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的单层聚合物厚度为1.15-1.25nm；所述单层聚合物利用范德华相互作用通过逐层组装制备聚合物多层；所述聚合物单层和多层可通过HCHO和SiCl4进行交联，以进一步提高介电强度。
5.根据权利要求4所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电
6.根据权利要求4所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述多层聚合物通过与SiCl4交联，在层间获得硅酸酯，在多层薄膜转移到硅晶片后通过气相引入SiCl4完成交联反应；所述交联反应后纳米电介质的粗糙度基本保持不变，厚度也与交联前相同。
7.根据权利要求6所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述多层聚合物表面平整，即使厚度仅为3.5-3.7nm的三层聚合物，在晶圆尺度上仍能显示出高电容值和低漏电；所述多层聚合物可以使用聚二甲基硅氧烷进行软印章干法转移到目标基底上，使其多层聚合物在顶栅器件、底栅器件中的制备，可以无损转移到有机半导体上，并适用于各种器件构型。
8.根据权利要求7所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述多层聚合物制备顶栅器件的方法，多层聚合物采用水面辅助剥离方法制备了平坦的Au作为源漏电极，热蒸镀方法沉积30nm并五苯作为半导体层，之后转移SiCl4交联过的9层PVP作为纳米介电层，顶部使用热蒸镀方法沉积30nm铝电极作为栅极，得到顶栅器件。
9.根据权利要求7所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述多层聚合物制备底栅器件的方法，使用掺杂的裸硅衬底作为栅极，转移多层聚合物并使用SiCl4交联作为介电层，使用十八烷基氯硅烷作为修饰层，通过热蒸镀小分子半导体作为沟道层，使用掩模版热蒸镀方法沉积30nm金作为源电极和漏电极，制备得到底栅器件。
10.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法，用于制作聚对乙烯基苯酚、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯；所述聚对乙烯基苯酚、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的单层厚度分别为1.15nm-1.25nm、0.95nm-1.05nm、0.45nm-0.55nm；制备聚对乙烯基苯酚单层使用的压缩溶液的溶剂为甲苯和乙酸乙酯混合溶剂，体积比1：1，溶质为聚苯乙烯，浓度为50mg/ml-100mg/ml；所述制备聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯单层使用的压缩溶液为溶质为石蜡，溶剂为正庚烷，浓度为10mg/ml-20mg/ml。
...【技术特征摘要】
1.一种晶圆级纳米介电层高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中单层转移的方法，通过在亲水性基底上转移主链朝上的单分子层时，将其从水中向上提起，使亲水基团与基底保持接触；所述在非亲水基底上转移侧链朝上的单层时，将其从空气中压到水中，从而保持疏水基团与基底接触。
3.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的压缩由有机溶剂和水的表面张力差来驱动，通过挑选铺展系数合适的溶剂来调节压缩力的大小。
4.根据权利要求1所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的单层聚合物厚度为1.15-1.25nm；所述单层聚合物利用范德华相互作用通过逐层组装制备聚合物多层；所述聚合物单层和多层可通过hcho和sicl4进行交联，以进一步提高介电强度。
5.根据权利要求4所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述单层聚合物通过引入hcho进行酸催化的酚醛树脂类反应实现交联反应；所述交联反应发生在聚对乙烯基苯酚分子的水面组装的过程中，在水相中加入少量盐酸以创造酸性环境，通过气相引入hcho并在80℃下加热，实现单层聚合物的交联反应，增强介电性能。
6.根据权利要求4所述的一种作为可转移的晶圆级纳米介电层的高张力可堆叠聚合物的制备方法，其特征在于，所述多层聚合物通过与sicl4交联，在层间获得硅酸酯，在多层薄膜转移到硅晶片后通过气相引入sicl4完成交联反应；所述交联反应后纳米电介质的粗糙度基本保持不变，厚度也与交联前相同。
7.根据权利要求6所述的一种作为可转移的晶圆...
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