利用毛筆制備有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣列的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域，涉及一種利用毛筆制備有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣 列的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)單晶微納線陣列不僅具有單晶的優(yōu)勢，無晶界和高密度的結(jié)構(gòu)缺 陷，利于獲得高性能的器件（Advanced Functional Materials2013, 23,4776; AIP Conference Proceedings2014, 1576, 42 Scientific Reports 2013,3,3248； Nanotechnology2013, 24, 355201 ;Journal ofMaterials Chemistry C, 2014, 2, 1314);更 重要的是可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的圖案化，可與圖案化電極相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效的、高集成度的有機(jī) 電子器件的制備（Science Bulletin 2015,60, 1122 ;Nanoscale 2014,6, 1323 ;ACSApplied Materials&Interfaces 2013,5,5757)。并且在場效應(yīng)晶體管（Nature Nanotechnology 2013, 8, 329 ；Nano Research2013, 6, 381 ；Journal ofMaterials Chemistry2012, 22, 3192 ； Nature Communications 2013, 4, 1773)、光電探測器（Nanotechnology 2013, 24, 355201 ; ACSApplied Materials&Interfaces 2013,5, 12288)、邏輯電路（Advanced Functional Materials2013, 23, 4776)、傳感器（Scientific R印orts 2013,3,3248)等方面有廣泛的 應(yīng)用前景。液相法制備有機(jī)單晶微納線陣列，具有生產(chǎn)成本低、生長周期短、材料利用率高 等特點(diǎn)，成為目前有機(jī)電子學(xué)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)大面積制備可植入、可穿戴的柔 性電子器件提供了廣闊的應(yīng)用前景（Israel Journal of Chemistry 2013, 53,1 ;Nature Communications 2012, 3, 1259 ；ACS Applied Mateials&Interfaces 2013,5,10696)〇
[0003] 液相法制備有機(jī)單晶微納線陣列主要有三種方法：提拉法、區(qū)域澆鑄法和滴注法。 提拉法（Langmuir 2010, 26, 1130 ;Advanced Functional Materials 2012,22,1005)和 區(qū)域饒鑄法（Physical Chemistry Chemical Physics 2013, 15, 14396)這兩種方法都需 要昂貴的精密儀器，才可精確的控制提拉速度和澆鑄量，進(jìn)而獲得大面積的微納線陣列。 這兩種方法不僅對儀器設(shè)備要求極高，而且晶體的質(zhì)量很容易受周圍環(huán)境濕度、蒸汽壓等 影響，進(jìn)而影響陣列的質(zhì)量。滴注法是最常見的方法，不需要昂貴的儀器。這種方法是將 有機(jī)材料溶入易揮發(fā)的有機(jī)溶劑中，然后將配好的溶液滴在目標(biāo)襯底上即可（Nanoscale 2014, 6, 1323 ;Synthetic Metals 2014, 198, 248)。由于溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)的液滴收縮與由溶 液與襯底的界面相互作用所引起的接觸線釘扎形成競爭，使得晶體在溶劑蒸發(fā)的方向形成 (Langmuir 2005, 21，3972)。雖然這種方法簡單易行，但是目前報道的滴注法生長的微納 線陣列的成功率低；覆蓋面積?。晃⒓{線的方向和位置不可控（Langmuir 2010, 26, 1130 ; Nanoscale 2014, 6, 1323 ;Synthetic Metals 2014, 198, 248)。除此之外，由于溶液鋪開面 積較小，單位面積的襯底上溶液的重力作用較大，不容易在任意形狀的柔性或曲面襯底上 生長微納線陣列等，限制其在可植入、可穿戴的柔性電子方面的應(yīng)用。因此需要對傳統(tǒng)的滴 注法進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明一種新的液相法，既簡單易操作、成功率高、覆蓋面積大，還可以控制微 納線的位置和方向，同時可在任意形狀的柔性或曲面襯底上生長有機(jī)單晶微納線陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種利用毛筆制備有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣列的方法。
[0005] 本發(fā)明提供的制備單晶陣列的方法，包括如下步驟：
[0006] 1)將有機(jī)半導(dǎo)體材料溶于溶劑中，得到有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液；
[0007] 2)將襯底進(jìn)行等離子處理后，用毛筆蘸取步驟1)所得有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液，涂 覆在等離子處理后的襯底上的待涂覆處，再抬起毛筆離開所述待涂覆處，待所述溶劑揮發(fā) 后，得到所述單晶陣列。
[0008] 上述方法的步驟1)中，有機(jī)半導(dǎo)體材料為TCNQ或DBTTF ;
[0009] 所述溶劑為乙腈或二氯甲烷；
[0010] 所述有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液中，有機(jī)半導(dǎo)體材料的濃度為0. 2g/L-3g/L，具體為 0.8g/L〇
[0011] 所述步驟2)等離子處理步驟中，時間為0. 5min-2min，具體為2min ;
[0012] 功率為10-40W，具體為40W ;
[0013] 處理氣氛為氧氣氣氛；
[0014] 真空度為30_40pa，具體為36pa ;
[0015] 氧氣的流速為5-10sccm，具體為8sccm。
[0016] 襯底為剛性襯底或柔性襯底。
[0017] 所述剛性襯底為硅片、硅/二氧化硅片、玻璃片和三維玻璃半球中的任意一種；
[0018] 所述柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜或隱形眼鏡。
[0019] 所述單晶陣列為微納陣列，具體為微納線陣列。所述微納線陣列中，單根線的寬度 具體可為〇? 5 y m-2 y m，更具體可為1 y m。
[0020] 所述方法還可包括如下步驟：在所述步驟1)之后，所述步驟2)之后，先將所述襯 底進(jìn)行清洗；
[0021] 對于剛性襯底，可按照如下步驟進(jìn)行清洗：先在丙酮溶液中超聲，在濾紙上晾干 后，放入鉻酸洗液中浸泡，再用去離子水沖洗，接著用普氮吹干；
[0022] 對于聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜，可按照如下步驟進(jìn)行清洗：先依次用丙酮和乙 醇超聲，再用普氮吹干即可；
[0023] 對于隱形眼鏡，可按照如下步驟進(jìn)行清洗：將隱形眼鏡洗液清洗干凈，然后用普氮 將其上表面吹干。
[0024] 另外，按照上述方法制備得到的單晶陣列及該單晶陣列作為半導(dǎo)體層在制備場效 應(yīng)晶體管中的應(yīng)用及以該單晶陣列作為半導(dǎo)體層的場效應(yīng)晶體管，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。其中，所述單晶陣列為微納陣列，具體為微納線陣列。所述微納線陣列中，單根線的寬 度具體可為〇? 5 y m-2 y m，更具體可為1 y m。
[0025] 本發(fā)明利用一只小毛筆蘸取足夠的有機(jī)半導(dǎo)體溶液，然后將其壓在目標(biāo)襯底上使 得溶液鋪開，最后慢慢抬起毛筆，如圖1所示。隨著溶劑的蒸發(fā)，就會在襯底上形成高成功 率、大面積的、有序的有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣列，如圖2-4所示。筆毛誘導(dǎo)的毛細(xì)作用改 變了溶液的流動方向，使溶液的濃度梯度減小。與傳統(tǒng)的滴注法相比，這種方法使得溶液鋪 開面積更大，進(jìn)而使溶液變薄，濃度梯度變小，且在單位面積的襯底上溶液的重力作用相對 較小，更有利于在任意形狀的柔性或曲面襯底上實(shí)現(xiàn)大面積的微納線陣列制備，如圖5。因 此，這種方法得到的大面積微納線陣列不僅可以生長在平面的剛性襯底上，如：硅片、硅/ 二氧化硅片和玻璃片等，而且還可以在柔性或曲面的襯底上生長，如：柔性聚對苯二甲酸乙 二酯薄膜（PET)，三維的玻璃半球和商業(yè)化的隱形眼鏡等。
[0026] 本發(fā)明提供的有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣列，可以結(jié)合絕緣層和源漏柵電極，構(gòu)成 場效應(yīng)晶體管，從而得到實(shí)際應(yīng)用。
[0027] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1、本發(fā)明是典型的液相法，具有成本低、條件溫和（對濕度、溫度和真空度等要求 不高）、工藝和設(shè)備簡單、易于大面積制備這些優(yōu)點(diǎn)。
[0029] 2、毛筆的筆毛誘導(dǎo)的毛細(xì)作用改變了溶液的流動方向，使溶液的濃度梯度減小， 減弱了環(huán)境對微納線陣列生長過程中的影響。
[0030] 3、與傳統(tǒng)的滴注法相比，本發(fā)明中毛筆將溶液鋪開的面積更大，進(jìn)而溶液變薄，濃 度梯度變小，且在單位面積的襯底上溶液的重力作用相對較小，更有利于在任意形狀的柔 性或曲面襯底上有機(jī)半導(dǎo)體微納線陣列的制備，還可以控制微納線的位置和方向特別適用 于大面積制備可植入、可穿戴的柔性有機(jī)電子器件和電路。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明在硅片上制備有機(jī)半導(dǎo)體單晶微納線陣列的方法操作流程圖的照 片。
[0032] 圖2為本發(fā)明在硅片上得到的以有機(jī)半導(dǎo)體TCNQ為例的微納線陣列的光學(xué)顯微 鏡圖。
[0033] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1以硅片為基底所得以有機(jī)半導(dǎo)體TCNQ為例的微納線陣列， 在同一放大倍數(shù)不同偏振角度下的光學(xué)顯微鏡圖。
[0034] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1在硅