[发明专利]单层有机半导体薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种单层有机半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：将具有烷基支链的小分子有机化合物与所述小分子有机化合物的长链同系物溶解并配置成混合溶液；将所述混合溶液旋涂在第一衬底上，并将旋涂有所述混合溶液的所述第一衬底覆盖在第二衬底上；然后将其放置在真空加热系统中加热处理，以在所述第二衬底上制备出单层有机薄膜。本发明的单层有机半导体薄膜的制备方法，通过在有机分子中引入其相应的长链同系物，利用不同长度分子层间的几何失配以及衬底之间的限域作用可以实现有机半导体薄膜的单层大面积生长。并且在该单层有机半导体薄膜的制备方法中，通过在第二衬底上构筑亲疏水区域可以实现单层有机半导体薄膜的图案化生长。

技术领域

本发明涉及有机半导体薄膜技术领域，特别是涉及一种单层有机半导体薄膜的制备方法。

背景技术

在二维材料具有纳米级的厚度时，其应用领域非常广阔，例如柔性器件、透明器件、高效晶体管、新型传感器、超级电容、半导体制造、医疗、航天能源技术、分子电子等。作为二维材料中的新兴一族，有机二维材料具有廉价、透明、柔性等特点。更重要的是，由于有机分子的多样性，有机二维材料为实际的科学研究提供了更多的选择。

在现有技术中，有机二维材料主要通过刮涂法，溶液结晶法，溶液外延法，气象外延法等方法制备。刮涂法是通过使用刮刀将低浓度溶液在衬底表面进行定向的刮动，从而得到薄膜。这种方法难以控制层数以及相应层数的覆盖率。溶液结晶法利用界面张力的平衡促使有机半导体在溶剂液滴表面结晶。这种方法可控性差，耗时长，普适性差。溶液外延法指的是将有机分子滴于溶液表面，在表面张力的作用下铺展，而后在π-π共轭作用下结晶。这种方法制备的薄膜尺寸小，而且厚度较大。气相外延法指的是在石墨烯或氮化硼等基板上通过范德华外延法气相生长单层有机材料。气相外延法需要用机械剥离的二维材料作为衬底，而且制备的薄膜尺寸小，难以应用于实际器件当中。

此外，为了实现二维有机半导体在集成器件中的应用，精确定位有机半导体，薄膜的生长以形成特定图案化结构为先决条件。良好图案化的半导体薄膜不仅可以减少相邻器件之间的漏电流和串扰，还可以轻松地与其他器件元件相互集成。

现有的有机薄膜图案化的方法主要有定向组装法，光栅辅助法，模板印刷法，喷墨打印法等方法。其中，定向组装法是指利用模板或刮刀的定向引导作用，使得有机半导体沿着特定的方向蒸发结晶，从而形成条带状的图案。光栅辅助法是在光刻胶或其他特殊衬底制备的光栅结构的辅助下，有机材料在光栅中的定向生长。这两种方法只能制备条带状的图案而且其图案的厚度难以控制。模板辅助印刷方法通常需要基板上生长结晶膜，然后通过PDMS模板将膜压印成所需的图案。这种方法所需要的模板制备过程复杂，而且在压印过程中模板会对材料产生破坏。利用喷墨印刷技术，能够实现有机薄膜的大面积图案化制备。但是喷墨打印得到的薄膜厚度不均匀，而且质量不高。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种大面积、连续的单层有机薄膜的制备方法，利用在限域生长中引入长链同系物的方法在衬底上生长大面积单层有机半导体薄膜。同时还可以通过构筑亲疏水区域实现有机半导体薄膜的图案化生长，为二维单层有机晶体的图案化制备提供了方向，为小尺寸集成器件，气体传感器，光电探测器等器件的制备奠定了基础。

特别地，本发明提供了一种单层有机半导体薄膜的制备方法，用于制备大面积、连续的单层有机半导体薄膜，所述制备方法包括以下步骤：

将具有烷基支链的小分子有机化合物与所述小分子有机化合物的长链同系物溶解并配置成混合溶液；

采用限域法，将所述混合溶液旋涂在第一衬底上，并将旋涂有所述混合溶液的所述第一衬底覆盖在第二衬底上；

将覆盖好的所述第一衬底和所述第二衬底放置在真空加热系统中加热处理，以在所述第二衬底上制备出单层有机薄膜。

进一步地，所述小分子有机化合物为C8-BTBT，所述长链同系物为C10-BTBT。