[发明专利]一种微米尺度有机小分子单晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微米尺度有机小分子单晶材料的制备方法，以及由该方法制得的微米尺度有机小分子单晶材料。

背景技术

目前，对有机单晶场效应晶体管的研究已经受到了广泛的关注，这不仅是因为有机单晶能够反映有机半导体最基本的材料特征，有利于对电子本质特性的研究；还因为单晶的晶界、电荷陷阱密度被减少到了最小，从而有可能达到比有机薄膜场效应晶体管更高的迁移率。另外，在实际应用中，有机单晶场效应晶体管具有突出的性能，与有机薄膜器件相比，有机单晶场效应晶体管具有更高的器件性能。

现有技术中，生长有机单晶的方法有溶液法和物理气相沉积法等。但是这些方法制备的单晶用于器件制备均有着各自的局限性。溶液法制得的有机单晶不易分离，且晶体内存在大量缺陷；现有技术中物理气相沉积法的操作步骤是：将衬底和蒸发源置于水平反应器(石英管)中，在流动载气存在的条件下，通过利用管式炉加热蒸发源而在衬底上得到有机单晶，这样制得的有机单晶需要进行单晶转移步骤并使单晶附着于介电材料后才能用于器件，因此与介电材料的接触不好，界面质量差，而且操作较繁琐，单晶表面粗糙。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种直接在介电材料表面制备微米尺度有机小分子单晶材料的方法，从而制得高质量的微米尺度有机小分子单晶材料。

为了实现上述目的，本发明提供一种微米尺度有机小分子单晶材料及其制备方法，该方法包括利用有机半导体材料在介电材料表面形成有机半导体纳米薄膜，并在无水无氧条件下将表面形成有有机半导体纳米薄膜的介电材料进行退火，使所述纳米薄膜转化为有机单晶纳米材料，再利用气相生长法使所述有机单晶纳米材料生长，以在介电材料表面形成微米尺度有机小分子单晶材料，其中，所述纳米薄膜的厚度为0.1-10nm。

优选地，所述纳米薄膜的制备方法为真空蒸发镀膜法，所述有机半导体材料为并五苯。

通过上述技术方案，在介电材料表面上直接得到了微米尺度有机小分子单晶材料，从而在很大程度上解决了有机单晶尺度偏小和与介电材料表面的接触问题，即有可能提高了单晶尺寸和与介电材料表面之间的界面质量，这些将有利于高性能器件的制备及器件传输性能的研究。本发明制备的微米尺度有机小分子单晶材料具有极好的晶体完整性、丰富的宏观形貌及一定分布范围的二维尺度等特性，如具有二维尺度在0.1-10μm的块状或片状结构，或长度在1-20μm的棒状或带状结构。另外，通过延长气相生长时间，可以进一步增大微米尺度有机小分子单晶材料的尺寸，从而为器件制备和材料分析表征提供高质量的单晶材料。

而且，本发明提供的微米尺度有机小分子单晶材料的制备方法可以在较低温度、常压的条件下进行，制备条件简单；所得产物在介电材料的原位生成，无需晶体转移步骤；在单晶生长过程中晶粒不会受到污染或损坏；可以通过控制晶体生长的温度和时间来控制和调整单晶材料的形状和最终尺寸，具有制备工艺简单、易于控制的特点；且本发明的方法具有一定的普适性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为管式炉的结构示意图；

图2为并五苯纳米薄膜原子力显微镜(AFM)形貌图；

图3为并五苯单晶纳米材料扫描电镜(SEM)形貌图；

图4为微米尺度并五苯单晶材料扫描电镜(SEM)形貌图；

图5为微米尺度并五苯单晶材料电子透射电镜(TEM)形貌图；

图6为微米尺度并五苯单晶材料电子衍射花样(SAED)图。

附图标记说明

A表示退火后的产物放置的位置；

B表示蒸发源放置的位置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种微米尺度有机小分子单晶材料的制备方法，其特征在于，该方法包括利用有机半导体材料在介电材料表面形成有机半导体纳米薄膜，并在无水无氧条件下将表面形成有有机半导体纳米薄膜的介电材料进行退火，使所述纳米薄膜转化为有机单晶纳米材料，再利用气相生长法使所述有机单晶纳米材料生长，以在介电材料表面形成微米尺度有机小分子单晶材料，其中，所述纳米薄膜的厚度为0.1-10nm，优选为0.8-3.2nm。