[发明专利]一种有机半导体化合物的单晶薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机半导体化合物的单晶薄膜及其制备方法与应用，属于有机半导体技术领域。

背景技术

近年来，有机半导体材料作为新的低成本电子材料获得了广泛关注。基于有机半导体材料制备的光电器件、半导体器件、发光器件等具有材料来源广泛、低成本、可与柔性基底兼容、湿法加工及适合大批量生产的突出特点，在有机太阳能电池、全有机主动显示、大规模和超大面积柔性平板显示阵列、传感器、有机激光、逻辑电路等方面具有很大的应用前景。此外，有机半导体材料在新兴太阳能电池中的应用也日益取得进步，由于其比重小，可用于柔性衬底等特点，在太空动力提供中具有独特的优势。

然而有机半导体材料的性能与传统无机材料相比仍有差距，比如有机场效应晶体管器件的迁移率和开关电流比无机场效应晶体管低，但是伴随近年来研究的进展，有机场效应晶体管器件的性能参数已经逐步达到了多晶硅器件的水平。同时，在研究中发现，以结晶状态或非结晶状态使用有机半导体的性能是存在差异的。通常情况下，结晶状态尤其是单晶状态的有机半导体化合物具有高半导体电学特性，例如有较高的迁移率，而单晶状态的有机半导体性能又高于多晶状态的有机半导体，但目前很难制备大面积且没有任何缺陷的单晶。所以，目前有机半导体材料更多的是以非结晶状态和多晶状态的薄膜出现在器件中。

制备高度结晶的薄膜态有机半导体化合物十分有必要。

迄今为止，制备薄膜也有一些较为成熟的技术，例如：脉冲激光气相沉积法或分子束外延法代表的真空气相沉积法。用上述方法制备单晶薄膜的成本较高，同时对于一些高温下不稳定的分子如聚合物分子等并不适用。溶液法常用的有旋涂法和滴注法。在旋涂法中，制备不同浓度的有机半导体的溶液加到基板上，通过退火等过程得到薄膜，该方法往往得不到单晶薄膜。滴注法是将一定体积的液体滴在基片表面，通过其在空气或者溶剂气氛中自然挥发成膜，该方法得到的薄膜质量通常较低，即使得到单晶，往往因厚度较大而无法用于器件制备。喷墨法是新兴的湿法薄膜制备手段，在该方法中，通过喷墨方式施加这种溶液。另外，还有通过缓慢冷却使得熔化物变为薄膜的技术等。

然而，无论是上述的常规气相沉积方法还是常规的溶液制备技术，都受到成本高、操作条件复杂，制备薄膜质量较差等问题的制约。即使是近年来研究越来越深入的喷墨法，在降低晶膜缺陷，提高溶液结晶性等方面也仍有很多工作要做。而通过熔化物或者原位溶剂挥发的方法难以控制薄膜的厚度。更重要的是，通过上述方法均难以得到有取向的单晶薄膜。

近年来，有一些新的制备方法出现：如用溶剂蒸气喷涂置于真空条件中的基板上的前体材料，然后对前体材料进行蒸发和结晶。还有一种方法近年来吸引了人们的注意：将所制备的薄膜的前体材料粘附在基板上，把可以溶解上述前体材料的溶剂雾化，使之与前体材料接触，从而使得前体材料结晶。这种方法可以通过溶剂的浓度控制前体材料的结晶。

此外，还有一种方法是将有机溶剂加在基板上形成液膜，通过溅射或者气相沉积使有机半导体化合物粘附在液膜上，通过蒸发溶剂制备得到有机半导体薄膜。

然而，按照这些方法，都难以制备大面积和均匀的有机半导体化合物的单晶薄膜。

此外，还有一种较新的方法，将可溶解目标有机半导体化合物的有机溶剂施加在基板上形成液膜，通过气相沉积或者溅射的方法来粘附目标有机半导体化合物，使得有机半导体化合物在有机溶剂液膜中生长，从而制备目标有机化合物的单晶薄膜。在该过程中，优选介电常数为4.5或者更大的有机溶剂。通过该方法可以得到大面积单晶薄膜，然而由于缺少诱导过程，单晶薄膜生长没有取向性。在通过气相沉积和溅射的方法溶解有机化合物时，需要较高的温度，并非常温制备，操作也较为复杂。该方法得到的薄膜的厚度往往较大，最大的厚度甚至接近1mm，不利于器件制备组装。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机半导体化合物的单晶薄膜及其制备方法与应用，本发明将溶有有机半导体化合物的溶液通过抽真空的方法调节溶剂挥发的速度，可以实现对于单晶薄膜生长的调控。

本发明所提供的一种有机半导体化合物的单晶薄膜的制备方法，包括如下步骤：

腔室中装入有机半导体化合物的溶液或者将装有所述有机半导体化合物的溶液容器放入腔室中，将基片插入所述有机半导体化合物的溶液中并固定；

控制所述腔室内的真空度使所述有机半导体化合物的溶液的有机溶剂挥发，则在所述基片上形成所述有机半导体化合物的单晶薄膜。