[发明专利]有机半导体单晶膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种有机半导体单晶膜的制备方法，用喷墨打印机在基底上进行喷墨打印，干燥，得到有机半导体单晶膜，其中，基底为Si/SiO₂硅片，基底用于喷墨打印一面的疏水性能为纯水接触角为10～20°，喷墨打印采用喷墨打印墨水，喷墨打印墨水由邻二氯苯、异佛尔酮、有机半导体和表面活性剂混合而成，喷墨打印墨水中邻二氯苯和异佛尔酮的体积比为3:1，喷墨打印墨水中有机半导体的浓度为2～3mg/ml，喷墨打印墨水中表面活性剂的浓度为0.1～0.3mg/ml，表面活性剂为全氟辛基磺酸钾。有机半导体单晶膜无晶界，缺陷少，制备而成的场效应晶体管性能得到了提高，发现最高迁移率达1.57cm²V^‑1s^‑1。

技术领域

本发明属于喷墨打印技术领域，具体来说涉及一种有机半导体单晶膜的制备方法。

背景技术

有机半导体单晶是电荷传输的理想结构，由于其长程有序、更少的结构缺陷和更高的迁移率，能够制造高性能光电器件。滴铸、旋涂和浸涂等生长有机半导体单晶的传统方法在实际生产中不能大规模使用。而喷墨打印是一种以液体为材料、数字化、非接触式直接图案化技术，按需喷墨模式更是具有低成本和高效利用材料的优势。过去十年，喷墨打印在应用方面已经有了很大的成就，包括有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、生物传感器和钙钛矿太阳能电池。然而，在通过喷墨打印得到大规模高度有序的有机单晶阵列方面仍然存在一些问题，例如：在液滴挥发过程中，由于咖啡环效应溶质形成环状堆积，形成不连续的环状多晶薄膜，存在晶界和大量的缺陷，不利于载流子的传输，降低器件的性能，例如迁移率、接触电阻等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机半导体单晶膜的制备方法，该制备方法同时调整喷墨打印所采用墨水以及基底的亲水性能，获得性能较好的有机半导体单晶膜，从而提高场效应晶体管的迁移率。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种有机半导体单晶膜的制备方法，用喷墨打印机在基底上进行喷墨打印，干燥，得到有机半导体单晶膜，其中，所述基底为Si/SiO₂硅片，所述基底用于喷墨打印一面的亲水性能为纯水接触角为10～20°，喷墨打印采用喷墨打印墨水，所述喷墨打印墨水由邻二氯苯、异佛尔酮、有机半导体和表面活性剂混合而成，所述喷墨打印墨水中邻二氯苯和异佛尔酮的体积比为3:1，所述喷墨打印墨水中有机半导体的浓度为2～3mg/ml，所述喷墨打印墨水中表面活性剂的浓度为0.1～0.3mg/ml，所述表面活性剂为全氟辛基磺酸钾。

在上述技术方案中，所述有机半导体为C8-BTBT。

在上述技术方案中，所述有机半导体单晶膜的厚度为10～20nm。

在上述技术方案中，所述Si/SiO₂硅片在使用前先后依次用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗。

本发明的喷墨打印墨水通过加入表面活性剂控制液滴挥发过程中的表面张力，诱导马拉格尼流动，促使溶质在液滴中心结晶，形成有机半导体单晶膜，有机半导体单晶膜无晶界，缺陷少，制备而成的场效应晶体管性能得到了提高，发现最高迁移率达1.57cm²V^-1s^-1(平均迁移率0.65cm² V^-1s^-1)。该喷墨打印墨水使得通过喷墨打印制造高性能柔性集成电路提供了可能。

附图说明

图1为光学显微镜照片，其中，图1a为实施例1所得有机半导体膜的光学显微镜照片；图1b为实施例7所得有机半导体膜的光学显微镜照片；图1c为实施例8所得有机半导体膜的光学显微镜照片；图1d为实施例9所得有机半导体膜的光学显微镜照片；图1e为实施例12所得有机半导体膜的光学显微镜照片；图1f为实施例14所得有机半导体膜的光学显微镜照片；