[发明专利]红荧烯弱外延生长薄膜及其在有机薄膜晶体管中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及红荧烯的弱外延生长薄膜以及这种薄膜在有机薄膜晶体管中的应用。

技术背景

5，6，11，12-四苯基并四苯(俗称红荧烯)，作为一种高迁移率的有机半导体材料，近来得到人们广泛关注。其单晶迁移率可以达到15～40cm²/Vs(J.Takeya，M.Yamagishi，Y.Tominari，R.Hirahara，Y.Nakazawa，T.Nishikawa，T.Kawase，T.Shimoda，S.Ogawa，Appl.Phys.Lett.2007，90，102120)，是目前报道的有机半导体的最高值。此外，红荧烯的带隙较大，光吸收系数较低，其薄膜在可见光范围内可以近似为透明材料，因此在显示驱动方面具有潜在的应用前景。但是采用传统真空沉积制备该材料的薄膜通常为非晶态，采用该薄膜的薄膜晶体管性能较低，这就限制了它的应用。为解决上述问题，在真空沉积过程中辅以特殊的方法如“热墙”沉积(Y.Chen，I Shih，Appl.Phys.Lett.2009，94，083304)，原位真空退火(S.W.Park，S.H Jeong，J.M.Choi，J.M.Hwang，J.H Kim，S.Im，Appl.Phys.Lett.2007，91，033506)，以及在沉积过程中缓慢蔓延衬底温度(C.H Hsu，J.Deng，C.R.Staddon，P.H Beton，Appl.Phys.Lett.2007，91，193505)，或者采用溶液析出(N.Stingelin-Stutzmann，E.Smits，H Wondergem，C.Tanase，P.Blom，P.Smith，D.de Leeuw，Nat.Mater.2005，4，601)等方法能够获得部分结晶的红荧烯薄膜。这些方法制备过程复杂，薄膜晶体管的迁移率通常很低，只有10^-3～10^-1cm²/Vs。为提高红荧烯薄膜的结晶性，出现采用异质外延的方法，即采用并四苯或并五苯的单晶或者多晶薄膜作为衬底诱导生长红荧烯薄膜(M.Campione，J.Phys.Chem.C.2008，112，16178；J.-H.Seo，D.-S.Park，S.-W.Cho，C.-Y.Kim，W.-C.Jang，C.-N.Whang，K.-H.Yoo，G.-S.Chang，T.Pedersen，A.Moewes，K.-H.Chae，S.-J.Cho，Appl.Phys.Lett.2006，89，163505)，但在实际器件中，由于并四苯或并五苯直接与晶体管的绝缘栅接触，器件表现的是并四苯或者并五苯的性能，无法发挥红荧烯高迁移率的优势。2010年，Z.F.Li等人(Z.F.Li，J.Du，Q.Tang，F.Wang，J.B.Xu，J.C.Yu and Q.Miao，Adv.Mater.2010，22，3242)报道了采用并五苯醌作为绝缘的材料诱导红荧烯结晶，获得了迁移率为0.35cm²/Vs的薄膜晶体管，但与其单晶性能相比还有两个量级的差距。

2007年德国先进材料(Haibo Wang，Feng Zhu，Junliang Yang，Yanhou Geng，DonghangYan，Adv.Mater.2007，19，2168)报道了采用弱外延生长方法制备的金属酞菁薄膜的迁移率达到类单晶的水平。弱外延生长是利用诱导层材料和在诱导层上生长的材料两者晶格之间存在的外延关系，获得高质量、大尺寸连续的结晶性薄膜。该方法为制备高迁移率的红荧烯薄膜提供了可能。但是迄今为止还没有关于采用红荧烯弱外延生长薄膜制备晶体管的报道。

发明内容

为克服现有红荧烯多晶薄膜制备过程中工艺复杂和多晶薄膜品质差的问题，本发明提供一种红荧烯弱外延生长薄膜。本发明的另一个目的是提供一种采用红荧烯弱外延生长薄膜的有机薄膜晶体管。

本发明的优点是采用常规真空沉积技术，利用弱外延生长方法制备红荧烯多晶薄膜，工艺简单，所得薄膜晶体管迁移率达到2.0cm²/Vs，性能超过非晶硅(0.7cm²/Vs)。

本发明的原理是利用诱导层材料的晶体和红荧烯晶体晶格之间存在外延关系，红荧烯分子在大面积连续的有序诱导层表面进行外延生长，从而获得高品质的多晶薄膜。