[发明专利]用于使材料定向结晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料结晶领域，尤其是其目的在于提供用于对材料在衬底表面上形成晶体沉积进行控制和定向的方法。

本发明还涉及器件，例如电子器件或光电子器件，其包括根据该方法获得的晶体材料，尤其是薄膜形式的晶体材料。

背景技术

现今，像例如专业化学、药学或微电子学的许多活跃领域会使用晶体形式的材料。有机半导体在电子和信息技术领域中正经历着重要的发展。实际上，它们可以在例如有机电致发光器件、有机光伏器件和有机晶体管的电子或光电子器件的制造中代替硅。

工业上为获得这种晶体而实施的晶化过程是非常重要的，因为该过程调整了它们的结构（习性、尺寸等）和它们的纯度，并因此对它们最终的物理、化学和/或电性能方面有巨大的影响。

在电子领域，通常也从有机材料或无机材料寻求获得晶体，尤其是薄膜形式的晶体，其中结晶是均匀的并优选为受控的。

实际上，晶体的品质，特别是晶体沉积的结构次序，是至关重要的。因此，对于采用晶体材料的有机晶体管，可取的是，在称为“导电沟道”的区域内避免晶体的非均相定向，诸如晶界、晶粒尺寸不同等缺陷。由于它们带来的结构破坏，这些不规则会大大降低电荷载子的迁移率，并因此降低晶体材料内的导电性。

遗憾的是，用于在衬底表面上沉积结晶薄膜的常规技术，诸如溶液沉积、气相沉积、旋转涂覆、蒸发沉积和类似常规印刷技术比如喷墨的辊式涂覆，无法获得尺寸合适并且足够均匀以给予有机半导体良好电性能的晶体结构。

应注意的是，这个问题也会发生在除有机半导体外的材料中，尤其是其他用于电子设备的材料，例如有机电介质（特别是聚苯乙烯）或无机合金（特别是用于光伏器件的In Cu Ga Se型合金）。

因此，鉴于有机半导体的低导电率，其应用现在仍然很有限，这是有机半导体在形成的晶体沉积层面的非优化结构组织的直接结果。

目前主要考虑两种替代方法，用于改进有机半导体的结构次序，尤其是在薄膜中。

第一种替代方法涉及通常在沉积有机半导体的步骤之前加热衬底，以促进有机半导体晶体的有序生长。

然而，这样的加热步骤会对目标器件的一些构件造成不可逆转的损害。它也必然增加制造的能源成本，还有制造时间。

第二种替代方法涉及由已知的分子设计新有机半导体分子，从而为这些新有机半导体分子提供更好的结晶能力。

然而，新分子的设计通常是非常昂贵的。而且，有机半导体分子结构的修饰，可能不利于最终获得的器件中材料的电性能和/或机械性能。此外，有机半导体分子结构的改变也会影响它的理化性质，例如溶解性。

为克服这些缺陷，已提出了其他结晶技术。

例如，文献US 2007/0243658描述了一种在衬底上生产晶体有机半导体薄膜的方法，其包括第一步用有机半导体的溶液涂覆衬底，随后从涂覆的端部引发使所述有机半导体结晶的步骤。

近期，文献US2009/0101893描述了一种用于制造薄膜有机晶体管的方法，其涉及使用用于引发有机半导体连续沉积结晶的结晶位点对待晶化表面进行“播种”。

发明内容

因此，有利的是提供一种使待晶化半导体有序并定向生长从而消除沟道中对电传导阻碍的新方法，目的在于改善最终获得的晶体管的电性能水平。

本发明更确切的目的在于，提供一种用于使材料在衬底的至少一面的表面上定向结晶的新方法。

本发明的目的尤其在于，允许产生晶体沉积，特别是薄膜形式的晶体沉积，其中结晶的均一性和定向性在至少一个被称为“目标区域”的预设区域中得到优化。

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于使材料在衬底的至少一个面的表面区域上方定向结晶的方法，至少包括以下步骤：

i.在所述面上，确定上方应形成晶体沉积的表面，所述表面被称作目标区域，

ii.在所述面上以及所述目标区域的边缘沉积用于形成结晶核的颗至少一个粒，

iii.使所述颗粒至少与待晶化材料接触，

iv.将所述颗粒与所述待晶化材料之间的至少接触点暴露于有利于所述材料结晶的条件中，

所述方法的特征在于，所述颗粒的表面被至少一个对所述待晶化材料有亲和性的基团部分地功能化(functionalized)，所述基团具有至少一个单元，所述单元具有与所述待晶化材料的化学结构的至少一部分相同或相似的化学性质，

并且所述颗粒在步骤ii.中沉积，以使所述基团暴露于目标区域的相对面。

出人意料的是，发明人注意到可以通过在其上方可形成晶体沉积的表面处沉积的功能化颗粒的方式进行定向结晶。