[发明专利]基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法及应用

说明书

本发明公开了基于n‑型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法及应用。其修复方法为：采用掺杂剂对将n‑型有机半导体晶体进行化学掺杂，所述掺杂剂为有机胺，所述有机胺的化学结构式如下：其中，n＝0、1或2。本发明通过有机胺将n‑型有机半导体晶体表面的台阶边缘选择性地n‑掺杂，消除了台阶边缘处的电子陷阱，提高了晶体电导率，同时显著恢复了能带传输特性。

技术领域

本发明属于有机半导体晶体材料领域，涉及基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

21世纪信息时代，半导体集成电路是各行各业实现信息化和智能化的基础，手机、电脑、高铁、工业控制以及尖端军事武器系统等各种电子元件都离不开半导体集成电路。有机半导体由于低成本、易大面积加工、环境友好，以及“轻、薄、小、软”的优势使其在显示和传感器等诸多领域展现出巨大的应用前景而备受学术界和工业界的关注。

有机材料电荷传输层作为有机光电器件的核心组成部分，是器件性能的决定因素。其中，有机半导体材料结构缺陷一直是困扰有机电子学发展和制约器件性能的重要因素，高度有序堆积的晶体也不例外。即使是极微量的、区域性的点/线缺陷都会对器件性能产生决定性的影响，不仅阻碍材料本征性能和电荷传输机理的探索，打断堆积结构和器件性能之间的联系，误导新颖分子的设计，还造成整体器件性能的良莠不齐并限制产业化的进程。

萘酰亚胺(Cl₂-NDI)、苝酰氩胺(PDIF-CN₂)和2,5-二氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(F₂-TCNQ)是目前除了C₆₀分子外，为数不多、最具代表性、能够展现本征能带电荷传输性能且空气稳定的n-型有机半导体材料。本发明的发明人通过对n-型有机半导体材料的研究发现，晶体表面台阶电势缺陷普遍存在于n-型有机半导体材料。

发明内容

本发明的发明人研究表明晶体表面台阶电势缺陷使得n-型有机半导体材料的电子传输通过热激活的方式跃迁到最近邻的分子，电荷传输不是特别有效，并伴随着高的驱动电压和大的能量损耗。此外，晶体表面缺陷区域伴随着附加能量，很容易造成分子重组和外界环境(水和氧气)无意掺杂，导致器件性能快速衰减，即环境稳定性差。

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法及应用，实现单晶器件优异性能的可重复性、整体均一性和稳定性，最终实现产业化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法，采用掺杂剂对将n-型有机半导体晶体进行化学掺杂，所述掺杂剂为有机胺，所述有机胺的化学结构式如下：

其中，n为0、1或2。

本发明通过实验发现，n-型有机半导体晶体表面的台阶边缘可以被选择性地n-掺杂。这种选择性掺杂消除了台阶边缘处的电子陷阱，导致了晶体电导率的提高和能带传输特性的显著恢复。而该晶体在掺杂之前具有台阶缺陷电子陷阱制约的低场效应电子迁移率和强热激活电荷传输。

另一方面，一种上述基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法在制备n-型有机半导体晶体作为传输层的有机光电器件中的应用。

第三方面，一种有机光电器件，传输层为n-型有机半导体晶体，采用上述修复方法改性获得。

第四方面，一种扫描开尔文探针显微镜(SKPM)在检测上述基于n-型有机半导体晶体表面台阶缺陷的修复方法中的应用。