[發明專利]一種有序有機半導體單晶陣列薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410013952.7
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103757692A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 陽軍亮;周聰華;張翼;楊兵初;高永立;黃文龍;劉方梅;李正元
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/54;C30B29/60
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及一種有序有機半導體單晶陣列薄膜的制備方法，屬于有機光電子領域。

背景技術

有機電子具有諸多優點，如柔韌性、半透明性、重量輕、價格便宜、可大面積印刷加工等，使得有機電子表現出巨大的應用前景。有機單晶為研究為有機半導體材料和器件本質特性以及制備高性能的有機電子器件提供了可能性。斯坦福大學Zhenan?Bao和中科院化學所Wengping?Hu等分別采用溶液法和氣相法制備出一系列的單晶和單晶器件（J.Am.Chem.Soc.2012,134,2760-2765;Adv.Mater.2006,18,65–68;Mater.Today,2007,10,20-27）。但是對于難溶性有機分子，如酞菁染料等，難以采用溶液法制備大尺寸的單晶，一般是通過氣相傳輸沉積制備出線狀或棒狀單晶，而這些大量的線狀或棒狀單晶之間隨意排列，只能通過挑選單根晶體來做器件，限制其應用范圍。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種制備大尺寸和大高長寬比的棒狀單晶有序排列的大面積有機半導體單晶薄膜的方法。

本發明提供了一種有序有機半導體單晶陣列薄膜的制備方法，該制備方法是將酞菁染料或卟啉先通過溫度梯度法氣相沉積或氣相傳輸沉積進行可控生長得到長度不低于50微米，且長寬比不低于50的酞菁染料或卟啉棒狀單晶；將所得酞菁染料或卟啉棒狀單晶超聲分散在非良性溶劑中得到懸浮液，所述懸浮液緩慢傾倒到水面上，待非良性溶劑揮發后，酞菁染料或卟啉棒狀單晶漂浮分散在水表面；在水表面設置兩根平行塑料棒將漂浮分散于水表面的棒狀單晶夾在兩塑料棒之間，對兩塑料棒分別施加一個大小為5～25mN/m的壓力，且兩壓力相向，對漂浮于溶劑表面的晶體進行擠壓使它們取向排列，再通過垂直或平行拉模，即得。

所述的對稱擠壓優選在長方體容器中實現；將兩根塑料棒平行于長方形容器的寬設置，所述塑料棒的長度與長方體容器的寬度相同，其中，兩根塑料棒大小、長度相同、外表平整。

所述的酞菁染料為自由酞菁、酞菁銅、酞菁鋅、酞菁鐵、酞菁鎳、酞菁鉑、酞菁鉻、酞菁氯鋁、酞菁氧釩、酞菁氧鈦、酞菁鉛、全氟酞菁銅、全氟酞菁鋅、全氟酞菁鐵或全氟酞菁鎳。

所述的平行拉模是將基底浸入水中，沿水表面不大于15°的夾角方向以0.2～2mm/s的速度拉膜，使取向排列的棒狀單晶負載于基底上成膜。

所述的垂直拉模是將基底垂直浸入水中，沿水表面垂直方向以0.2～2mm/s的速度拉膜，使取向排列的棒狀單晶負載于基底上成膜。

所述的溫度梯度法氣相沉積的條件控制為：蒸發源的溫度為酞菁染料或卟啉的升華溫度；酞菁染料或卟啉的沉積生長溫度為300℃～常溫，所述沉積生長溫度隨著離蒸發源距離的增大而逐漸降低；生長腔體內壓強為10^-5～10^-3Pa。

所述的氣相傳輸沉積的條件控制為：蒸發源的溫度為酞菁染料或卟啉的升華溫度；酞菁染料或卟啉的沉積生長溫度為300℃～常溫，所述沉積生長溫度隨著離蒸發源距離的增大而逐漸降低；升華的分子在載氣的作用下運動并沉積生長，載氣的流量為50～300ccm，生長腔體內壓強為10^-1～10Pa。

所述的非良性溶劑為乙醇、異丙醇或丙酮。

所述的非良性溶劑的用量優選為5～10mg/mL。

所述懸浮液經過1～10次離心分離除去微小晶體，留下大尺寸晶體，再進行下一步操作。

本發明的有益效果：本發明首次采用酞菁染料或卟啉有機化合物通過溫度梯度法氣相沉積或氣相傳輸沉積進行可控生長制備出大尺寸、高長寬比的棒狀單晶；再結合漂浮分散、擠壓排列、拉模等工藝，制備出有序排列的大面積有機半導體單晶陣列薄膜；通過本發明方法制得的酞菁染料或卟啉棒狀單晶長度不低于50微米，長寬比不低于50，進一步得到的有序排列的有機半導體單晶陣列薄膜面積不少于1cm²，可應用于制備高性能的有機光電子器件。

附圖說明

【圖1】為實施例1對漂浮分散于水面上CuPc單晶進行對稱壓力擠壓的示意圖。

【圖2】為實施例1制得的有序有機半導體單晶陣列薄膜放大4倍的光學顯微鏡形貌圖。

【圖3】是圖2選擇區域放大10倍的光學顯微鏡形貌圖。

【圖4】是圖3選擇區域放大20倍的光學顯微鏡形貌圖。

具體實施方式

以下實施例是對本發明內容的進一步說明，而不是限制本發明的保護范圍。實施例1