[发明专利]一种纳米线状有机单晶晶畴的制备方法

说明书

一种纳米线状有机单晶晶畴的制备方法，属于石墨烯技术领域。本发明的核心是调控基于石墨烯电极的有机半导体薄膜的形貌和晶体结构，该技术适用于有机场效应器件等具有横向器件结构的有机半导体器件。利用本技术可实现具有一维纳米线状构型的并五苯分子薄膜的可控制备。该纳米线状有机单晶晶畴的宽度为30纳米，长度为3‑5微米。晶畴中并五苯分子呈“站立”式、“面对面”有序排列，形成具有单一晶体结构的有机分子薄膜。此类单晶薄膜对载流子的横向传输有利，适用于高性能有机场效应器件。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体是涉及一种纳米线状有机单晶晶畴的制备方法。

背景技术

有机光电器件通常由电极和具有分层结构的有机半导体薄膜构成。电极的作用主要是提供载流子或收集载流子(通常以电流的形式)。半导体薄膜层是有机半导体器件的工作物质层，通常由一种或几种不同的有机薄膜构成，其作用主要是传输载流子或激子。影响有机半导体器件性能的因素有很多，比如有机/电极(以及有机/有机)界面能级匹配、有机薄膜结构、形貌以及结晶度等，其中有机层的薄膜结构对相应器件性能尤为重要。以有机场效应器件为例，基于有机单晶薄膜的场效应器件其载流子传输率最高。

并五苯属于芳香族有机半导体分子，具有平面盘状分子结构。作为空穴传输材料，并五苯分子薄膜在有机场效应管、有机光伏器件以及有机发光二极管等有机光电器件领域应用广泛。石墨烯具有优异的导电性、透光性及柔韧性等属性，是一种理想的电极材料。近年来，石墨烯作为透明电极材料，在有机光电子器件领域得以广泛应用，从而促进了基于石墨烯电极的有机半导体薄膜研究。由于并五苯分子与石墨烯之间的π-π耦合作用，并五苯分子通常以“平躺”式结构吸附于干净的石墨烯表面，并在石墨烯表面形成分子单层。后续沉积的并五苯分子同样以“平躺”式取向沉积在预先形成的分子单层上，从而在垂直于石墨烯基底表面的方向上形成π-π堆栈结构。具有这种堆栈结构的薄膜利于载流子在垂直电极方向上传输，但不利于载流子在平行于基底的方向上传输，即不利于有机场效应器件为代表的具有横向器件结构的有机半导体器件。对于有机场效应器件而言，有机分子形成平行与基底方向的堆栈形式，将有利于器件性能的改善。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种纳米线状有机单晶晶畴的制备方法，利用PMMA修饰石墨烯材料，实现并五苯分子平行于基底方向上的π-π堆栈结构。在PMMA修饰作用下，并五苯分子以“站立”式取向有序排列，且聚集形成一维纳米线状有机单晶晶畴。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种纳米线状有机单晶晶畴的制备方法，所述方法为：

步骤(1)，将铜基石墨烯裁剪成所需尺寸，然后通过旋涂仪在铜基石墨烯的表面旋涂 2-5毫米厚的PMMA，利用传统的湿法转移方法将铜基石墨烯上的石墨烯转移到硅片基底，所述铜基石墨烯为利用化学气相沉积法在铜箔基底上制备的单层石墨烯，所述硅片基底为有氧化层的单晶硅基片；

步骤(2)，将硅片基底置于丙酮中浸泡5分钟后，捞出晾干，得到有PMMA残留的石墨烯基底；

步骤(3)，将有PMMA残留的石墨烯基底置于管式加热炉中进行高温退火处理，把有PMMA残留的石墨烯基底加热至500℃，并在500℃保持1小时，然后在管式加热炉中冷却至室温，得到干净的石墨烯基底；

步骤(4)，将干净的石墨烯基底装载到高真空腔体中，利用热沉积法制备并五苯分子薄膜，将并五苯分子薄膜沉积到干净的石墨烯基底的表面。

作为优选，在步骤(2)，所述丙酮的温度为室温，硅片基底的表面积与丙酮的使用量之比为1×1cm²∶25ml。

作为优选，在步骤(3)，所述管式加热炉中充有氩气和氢气，氩气为600sccm，氢气为50sccm。