[发明专利]基于蚕丝纤维的图案化半导体聚合物薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明公开一种聚合物图案化制备方法，具体地说是一种基于蚕丝纤维的图案化半导体聚合物薄膜制备方法。

背景技术

半导体聚合物被发现以来，由于其特殊的电学和光学方面的性能，加上本身又具有高分子的轻柔、透明、易于加工和成本低等一系列优点，有关导电聚合物的研究越来越受到人们的重视。随着人们对有机半导体器件小型化、低成本的持续性需求，有机半导体器件的发展已经越来越离不开半导体聚合物材料的图案化。例如在有机发光二极管(OLED)技术中，需要把三种基色的发光材料集成在一个像素中，且每一像素的尺寸已由微米向纳米量级发展。

有机半导体聚合物材料的图案化过程可以分为两种类型，即自下而上和自上而下，且图案化方法多种多样(例如辐照法、自组装法、模板法等)，尺寸范围涵盖微米到纳米的一系列尺度，但是这些方法都具有各自的优点和不足之处，例如尽管相对成熟的光刻技术在微电子器件中已广泛应用，但其并不能够像类似光刻胶材料一样直接用于共轭聚合物的图案化。在此，由美国普林斯顿大学的Chou教授提出纳米平板压印方法被广泛应用，由于该方法具有高分辨、高产量和低成本的优点，因此纳米压印方法是构筑有机半导体聚合物图案化比较理想和最具有应用前景的技术之一。纳米压印方法提供的图案化过程是一个复杂的复制过程，而制备图案的模板是整个过程中的重要和关键步骤。随着纳米压印技术研究的深入，纳米压印所用的模板有硬模板和软模板之分。硬模板在构筑纳米图案时具有较高的结构尺寸稳定性和保真性，但是硬模板制备工艺流程复杂、制备整体价格昂贵，且在构筑微纳图案的过程中操作条件比较苛刻，稍有不慎就会产生不可逆的模板损坏。为了弥补硬模板的不足，软模板技术应运而生，软模板在制备图案的过程中不易发生不可逆的损坏，但是软模板的图案结构尺寸稳定性和制备图案工艺条件也成为问题，例如软模板容易受有机溶剂的作用，软模板的刚性强度还是很有限等。因此，压印模板的制备成为纳米压印技术大面积推广和应用的关键步骤，也是如何构建有机半导体聚合物微纳图案化的关键因素。这样一来模板制备方法迫切需要制备步骤简单、成本较低、大面积可用和操作条件要求低，对纳米技术的应用和有机半导体聚合物的图案化有着重要的意义。

发明内容

本发明为了解决上述技术中的关键问题，同时考虑软硬模板的优点和不足之处，提供一种基于蚕丝纤维的图案化半导体聚合物薄膜制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

基于蚕丝纤维的图案化半导体聚合物薄膜制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)将光刻胶溶液均匀旋涂在硬基底S1上，形成光刻胶薄膜，利用曝光技术在光刻胶薄膜的表面加工制备预先设计的特定结构的微纳图案，将加工制备的具有微纳图案的光刻胶薄膜作为制备具有微纳结构蚕丝纤维模板的原始模板；

2)将未交联的PDMS溶液均匀涂覆在具有微纳图案的光刻胶薄膜的表面，整体放置于真空干燥箱内，进行加热交联，所述交联条件为：真空度0.09MPa，加热温度65摄氏度，交联时间30分钟；交联后，将PDMS所形成的软模板从光刻胶表面整体均匀的取下，得到表面具有光刻胶表面图案结构互补微纳图案的PDMS软模板；所述原始模板表面的微纳图案仍然完整有序存在并且可以继续用于制备图案化的PDMS软模板；

3)将具有一定浓度的蚕丝纤维水溶液均匀滴膜在硅片基底上，硅片基底起支撑作用，然后立即将具有微纳图案的PDMS软模板平放在蚕丝纤维滴膜上，室温静置干燥，待水分完全蒸发后取下PDMS软模板，然后将蚕丝纤维薄膜放入真空干燥箱干燥，得到具有图案化的蚕丝纤维模板，所述PDMS软模板仍然可以继续制备图案化的蚕丝纤维模板；将蚕丝纤维模板放入甲醇水溶液中处理一定时间后，放入真空干燥箱干燥待用。

4)配置一定浓度的半导体聚合物溶液，采用旋涂的方法制备具有一定厚度的聚合物薄膜于硬基底S2上形成半导体聚合物薄膜，将步骤3)制备的蚕丝纤维模板具有微纳图案的一面与平放在半导体聚合物薄膜表面，整体置入纳米压印系统中，利用纳米压印方法选择合适的温度、时间和压力后，释放压力，取出蚕丝纤维模板，得到图案化的半导体聚合物模板；所述蚕丝纤维模板可以继续使用制备具有图案化的半导体聚合物模板。

作为优选，所述光刻胶指常用的电子束曝光机光刻胶PMMA。