[發明專利]一種α相酞菁氧鈦多晶薄膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201310152832.0
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103258959A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 胡文平;張宗鵬;江浪
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/30;H01L51/05
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種α相酞菁氧鈦多晶薄膜及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，有機半導體材料由于其低成本、溶解性好以及可通過分子設計調節材料性能等優點受到了廣泛的關注和深入的研究，利用有機半導體構筑的場效應晶體管等器件具備如下優點：低成本、柔性好、可大面積利用溶液法在低溫條件下制備、能耗低。基于有機半導體材料的電子產品，如柔性顯示器、有機OLED、傳感器等已經進入人們的生活。

酞菁氧鈦作為優良的光導材料，早已經廣泛應用與激光打印機中。同時，研究人員通過對酞菁氧鈦薄膜的研究發現，α相酞菁氧鈦由于其緊密的分子堆積和較強的分子間作用力具有優異的場效應性能，是構筑場效應晶體管的理想材料。上述研究在基板加熱120～150℃時，在十八烷基三氯硅烷（OTS）修飾的二氧化硅（SiO₂）基底上，利用真空蒸鍍方法得到α相的酞菁氧鈦薄膜。然而，通過傳統真空蒸鍍法制備的薄膜存在如下問題：（1）結晶度低，（2）蒸鍍過程中基板溫度很難控制。因此，如果能有一種方法得到高結晶度的多晶態酞菁氧鈦薄膜，并有效控制材料的沉積溫度，將大力推進酞菁氧鈦由科學研究走向實際應用的速度。

發明內容

本發明的目的是提供一種α相酞菁氧鈦多晶薄膜及其制備方法與應用，本發明的方法具體應用一種新的對基底進行預處理與物理氣相傳輸相結合的方法：先通過真空蒸鍍對基底進行預處理，然后將經過預處理的基底放入物理氣相傳輸系統中，以預處理在基底上的“種子”為誘導，生長α相酞菁氧鈦多晶薄膜,并利用該薄膜制備了場效應晶體管。

本發明所提供的一種α相酞菁氧鈦多晶薄膜的制備方法，包括如下步驟：

（1）在二氧化硅基底上制備十八烷基三氯硅烷單分子層得到修飾的基底；

（2）將所述修飾的基底進行真空蒸鍍，被蒸鍍材料為酞菁氧鈦，則在所述十八烷基三氯硅烷單分子層上得到酞菁氧鈦層；

（3）通過物理氣相傳輸法在所述酞菁氧鈦層上制備酞菁氧鈦薄膜，則在所述基底上即得到所述α相酞菁氧鈦多晶薄膜。

上述的制備方法中，步驟（1）中，在真空條件下，十八烷基三氯硅烷蒸汽在所述基底上反應即得到所述十八烷基三氯硅烷單分子層。

上述的制備方法中，步驟（2）中，所述真空蒸鍍的真空鍍可為6×10^-4Pa～4×10^-4Pa，如4×10^-4Pa；

所述真空蒸鍍的蒸鍍速度可為如

上述的制備方法中，步驟（2）中，所述酞菁氧鈦層的厚度可為1～3nm。

上述的制備方法中，步驟（3）中，所述物理氣相傳輸法的過程如下：

將酞菁氧鈦置于物理氣相傳輸系統的加熱區，將經步驟（2）處理后的所述基底置于所述物理氣相傳輸系統的低溫沉積區，原料酞菁氧鈦優選擇為粉末狀；

所述酞菁氧鈦在所述加熱區內進行升華得到酞菁氧鈦蒸汽，所述酞菁氧鈦蒸汽在載氣的作用下傳輸至所述低溫沉積區內，在所述酞菁氧鈦層上進行沉積和進行生長即得到所述α相酞菁氧鈦多晶薄膜。

上述的制備方法中，所述加熱區的溫度可為320℃～370℃，如360℃；

所述低溫沉積區的溫度可為200～210℃，所述低溫沉積和生長的時間可為1～2小時，如1小時；

所述物理氣相傳輸系統的真空度可為3～5Pa。

本發明還進一步提供了由上述方法制備得到的α相酞菁氧鈦多晶薄膜，其厚度為30～60nm。

本發明提供的α相酞菁氧鈦多晶薄膜可用構筑場效應晶體管，具體作為其中的半導體層，用本發明的α相酞菁氧鈦多晶薄膜構筑的場效應晶體管具有良好的性能。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的制備方法可以得到大面積（取決于物理氣相傳輸系統腔體的大小）的、連續的（光學顯微鏡和原子力顯微鏡圖片）α相的酞菁氧鈦多晶薄膜。

2、本發明提供的制備方法中，低溫沉積區溫度穩定，可重復性強。

3、本發明提供的α相酞菁氧鈦多晶薄膜的結晶性好，具體可以得到單一的的α相的酞菁氧鈦薄膜；如果僅僅通過現有方法如真空蒸鍍得到的薄膜結晶性比較差，這一點可以從XRD圖上的衍射峰強度得到證明。

4、本發明提供的α相酞菁氧鈦多晶薄膜良好的半導體場效應性能，這一性能可從其構筑的場效應晶體管的輸出曲線和轉移曲線圖中得到印證。

5、本發明提供的α相酞菁氧鈦多晶薄膜具有很好的空氣穩定性，連續測量180天，性能較前一周有30%左右的衰減，但是隨后直到180天都沒有衰減。

附圖說明