[發(fā)明專利]一種可控溫旋涂制備有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合阻變薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410099004.X
• 申請(qǐng)日: 2014-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103943777A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱國(guó)棟;胡靜航;張劍馳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/00
• 分類號(hào): H01L51/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可控溫旋涂制備有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的方法。采用四氫呋喃溶劑將鐵電聚合物和有機(jī)半導(dǎo)體溶解并配置成混合溶液，采用控溫旋涂工藝將混合溶液旋涂于襯底表面，制備有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合阻變薄膜。

背景技術(shù)

阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀寫速度快、制造成本低、器件等比例縮小性能優(yōu)、與半導(dǎo)體工藝兼容性佳等特點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，有望成為未來(lái)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的方向。有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合結(jié)構(gòu)因其具有電雙穩(wěn)和整流特性，是目前制備阻變存儲(chǔ)器的一種簡(jiǎn)單工藝。然而，由于半導(dǎo)體相和鐵電相在溶液法成膜過(guò)程中形成相分離結(jié)構(gòu)，因而采用普通旋涂工藝制得的復(fù)合薄膜表面極為粗糙，其表面粗糙度與薄膜的厚度相當(dāng)，從而導(dǎo)致器件漏電增加，削弱了器件的阻變特性，造成該復(fù)合阻變存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)率下降。因此，尋求一種簡(jiǎn)單易行的降低有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合結(jié)構(gòu)表面粗糙度的制備方法成為制備該類阻變存儲(chǔ)器件的必然要求。本發(fā)明將旋涂?jī)x和溫控系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了旋涂過(guò)程中溫度環(huán)境可控，使混合溶液能在特定環(huán)境溫度下旋涂成膜，實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)良阻變特性的低粗糙度有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單易行的可控溫旋涂制備有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合阻變薄膜的方法，從而實(shí)現(xiàn)具有阻變特性的低表面粗糙度有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的高效制備。

本發(fā)明提出的可控溫旋涂制備有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的方法，采用可控溫旋涂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述可控溫旋涂系統(tǒng)包括溫控裝置和溫控儀，所述溫控裝置為一密封空腔，腔壁四周環(huán)繞電阻絲，電阻絲經(jīng)220V電源通電加熱，溫控裝置內(nèi)溫度由Pt100溫度探頭測(cè)量，所述Pt100溫度探頭由溫控儀測(cè)控，溫控裝置內(nèi)底部放置有旋涂機(jī)，所述旋涂機(jī)上部設(shè)有旋涂臺(tái)，旋涂臺(tái)上放置襯底；溫控裝置頂部開(kāi)孔，設(shè)有滴液口，混合溶液從滴液口滴入溫控裝置內(nèi)；具體步驟如下：

(1)?將鐵電聚合物偏二氟乙烯與三氟乙烯的共聚物（P(VDF-TrFE)）溶于溶劑四氫呋喃中，配制質(zhì)量濃度為1%－4%的溶液；

(2)?將有機(jī)半導(dǎo)體P3HT材料溶于步驟(1)得到的已溶有P(VDF-TrFE)的四氫呋喃溶液中，配制成混合溶液，其中：有機(jī)半導(dǎo)體P3HT材料與P(VDF-TrFE)的質(zhì)量比為1:100-1:10；

(3)?將步驟(2)得到的混合溶液涂布于可控溫旋涂系統(tǒng)的潔凈襯底表面，采用旋涂工藝，經(jīng)旋涂成膜，待溶劑四氫呋喃完全揮發(fā)后，即可獲得有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜。

本發(fā)明中，步驟(3)中通過(guò)改變環(huán)境溫度，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜粗糙度的調(diào)控。一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合薄膜表面粗糙度隨旋涂環(huán)境溫度呈先減小后增加的趨勢(shì)，基片溫度為50℃時(shí)，薄膜粗糙度最小。

本發(fā)明中，溫控裝置內(nèi)的控溫精度為1℃，可控溫度范圍為室溫至150℃。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明鐵電聚合物和有機(jī)半導(dǎo)體溶于四氫呋喃溶劑中并制備成混合溶液，在特定旋涂環(huán)境溫度下，將混合溶液滴涂于干凈基片表面，并旋涂成膜。通過(guò)對(duì)旋涂時(shí)環(huán)境溫度的精確調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)低表面粗糙度、高阻變性能的有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的制備。

附圖說(shuō)明

圖?1：可控溫旋涂系統(tǒng)示意圖。

圖2：不同環(huán)境溫度下獲得的有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的表面形貌及粗糙度分析。圖像掃描面積均為20μm×20μm。混合溶液中P(VDF-TrFE)質(zhì)量濃度為3.2%，P3HT:P(VDF-TrFE)質(zhì)量比為1:10。圖a、b、c為復(fù)合薄膜的原子力顯微鏡形貌圖，其所對(duì)應(yīng)的旋涂環(huán)境溫度分別為20℃、50℃和70℃。圖a’、b’和c’分別為由形貌圖a、b和c中獲得的表面起伏數(shù)據(jù)。

圖3：不同旋涂環(huán)境溫度下獲得的有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合薄膜的阻變特性。其中圖3a為在20℃下旋涂獲得；圖3b為在50℃下旋涂獲得。

圖中標(biāo)號(hào)：1為旋涂臺(tái)，2為襯底，3為旋涂機(jī)，4為滴液口，5為混合溶液，6為溫控儀，7為Pt100溫度探頭，8為220V電源，9為溫控腔。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例，闡述有機(jī)半導(dǎo)體/鐵電復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜的制備方法及旋涂溫度對(duì)薄膜粗糙度的調(diào)控。

實(shí)施例1

本實(shí)施例闡述通過(guò)對(duì)旋涂環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜粗糙度的調(diào)控。步驟如下：

1)?配制P(VDF-TrFE)鐵電聚合物的四氫呋喃溶液10ml，質(zhì)量濃度為3.2%。

2)?在上述溶液中加入P3HT，配制成P3HT與P(VDF-TrFE)的比例為1:10的混合溶液。