[发明专利]一种取向化气液界面聚合物半导体薄膜及其构筑方法和应用

说明书

本发明属于有机电子领域，具体为一种取向化气液界面聚合物半导体薄膜及其构筑方法和应用。本发明是在长方形的气液界面处，滴加聚合物半导体溶液，聚合物半导体溶液所用的溶剂与去离子水不互溶，并在气液界面上迅速铺展开；经过溶剂挥发过程，快速形成聚合物半导体薄膜；聚合物半导体为主链骨架刚性较强，其主链骨架由给体和受体构成；本发明成膜速度快（40 s内），制备的薄膜厚度可低于10 nm，具有良好的分子取向性，同时能够转移于多种介电材料表面上，用于制备有机场效应晶体管。本发明的给体‑受体型共轭聚合物在柔性电子领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机电子领域，具体涉及一种取向化气液界面聚合物半导体薄膜及其构筑方法和应用。

背景技术

有机电子领域的蓬勃发展得益于有机半导体性能的不断提高。近年来，有机半导体的载流子迁移率获得了较大提升，已超过非晶硅并可与多晶硅的迁移率相媲美。有机半导体可分为小分子半导体和聚合物半导体两类，其中聚合物半导体因具有一定的可拉伸性和良好的可溶液加工性，并且其迁移率数值从最初的10⁻⁶~10⁻⁵cm² V⁻¹ s⁻¹提升到近年来的10⁰~10¹cm² V⁻¹ s⁻¹，在柔性电子器件中具有广阔的应用前景。有机场效应晶体管是有机电子中重要的核心元件，是有机电路系统实现多种功能的基础。相比于小分子半导体，以聚合物半导体作为导电沟道的材料，可制备柔性和可拉伸更好的晶体管器件。

聚合物半导体通常以微晶和无定形态共存的形式存在，其电学性能显著受到自身多层级结构的影响。理论上，载流子在聚合物平直的主链内可以实现较快的传输，迁移率可超过10²cm² V⁻¹ s⁻¹。然而，实际场效应晶体管中，某一聚合物半导体的载流子迁移率远远小于其链内的理论值，当前通常认为受到以下几种因素影响：1)聚合物半导体的某些主链位置发生较大弯折阻碍载流子链内传输；2)载流子在聚合物半导体分子链与分子链间传输受到分子链堆积情况的限制；3)聚合物半导体结晶区和无定形区形成的能量势垒阻碍了载流子在晶体边界处的传输；4)分子所处的热力学状态影响载流子的传输。从以上影响因素出发，通过调控聚合物半导体的多层级结构，可以优化其链内及链间的载流子输运，进而改善其电学性能。

载流子可在聚合物半导体的链内实现高效传输，对其进行取向化加工，可在分子取向的方向上实现较高的载流子迁移率，有利于晶体管性能的提升。现今，对聚合物取向化的加工方法主要有偏心旋涂、刮涂及溶液剪切力制备等几种方法。其中，偏心旋涂对于分子量较高的聚合物半导体作用微弱，不能形成有效的分子取向；刮涂和溶液剪切法对衬底表面的性质要求较高，只能制备在特定的基底材质上。因此，寻找一种高效、适用范围广的取向化聚合物半导体薄膜的制备方法，对聚合物有机晶体管电学性能的提高及未来功能化的应用有着重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便、适用性强的取向化聚合物半导体薄膜的构筑方法，并将其应用于有机场效应晶体管器件中。

本发明提供的取向化聚合物半导体薄膜的构筑方法，是一种基于气液界面扩散成膜的方法，加工方法简单快捷，操作简便，可适用于多种硬质和柔性衬底，能够广泛应用于有机电子器件中半导体薄膜的制备中。

本发明提供的取向化聚合物半导体薄膜的构筑方法，具体是在长方形的气液界面处，滴加聚合物半导体溶液，聚合物半导体溶液所用的溶剂与去离子水不互溶，并在气液界面上迅速铺展开；经过溶剂挥发过程，快速形成聚合物半导体薄膜；然后从气液界面处把聚合物半导体薄膜转移至衬底。

该转移的聚合物半导体薄膜，可用于制备有机场效应晶体管器件，包括制作源漏电极，进行退火处理。制成有机场效应晶体管器件具有良好电学性能。

其中：