[发明专利]用于非平面酞菁薄膜弱外延生长的固熔体诱导层

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备非平面酞菁弱外延薄膜的固熔体诱导层以及基于此外延薄膜的电子器件。

背景技术

有机半导体具有质量轻，容易加工，柔性等特点在信息显示，集成电路，光伏电池和传感器表现出巨大的应用价值。近年来，由于有机电子的迅速发展，对于高载流子迁移率有机半导体材料以及薄膜的需求越来越明显。Haibo Wang等(先进材料杂志，Adv.Mater.，2007，19，2168-2171)首次报道了一种制备有机半导体多晶薄膜的方法——弱外延生长(Weak Epitaxy growth)，所制备出的多晶薄膜表现出单晶水平的载流子迁移率。弱外延生长是指采用具有绝缘性质的结晶性有机诱导层(inducing layer)作为衬底，生长有机半导体晶体薄膜的方法。有机半导体晶体的晶格与诱导层晶体的晶格之间存在外延关系，实现有机半导体晶体的取向生长；同时，采用有机诱导层，诱导层分子和有机半导体分子之间存在比较弱的范德华力，半导体分子“站立”在诱导层上生长，使有机半导体的导电优势方向在薄膜平面内，弱外延的有机半导体薄膜具有类单晶的导电性质。非平面酞菁是一类具有高迁移率性质的材料，其晶体堆积通常表现出二维堆积。Haibo Wang等(应用物理快报，Appl.Phys.Lett.，2007，90，253510)采用p-6P为诱导层外延的酞菁氧钒(VOPc)场效应迁移率达到1.5cm²/Vs。然而酞菁氧钒薄膜在六联苯诱导层上的弱外延生长表现出无公度外延关系，这是由于两者晶格失配引起的。非平面金属酞菁的晶胞参数和晶胞类型与平面金属酞菁之间存在显著差异，其对外延诱导层的晶胞的要求也不一样。中国专利(“用于非平面酞菁弱外延生长薄膜的诱导层材料”，中国专利申请号：200910200459.5)中利用化学合成的方法，通过改变棒状分子的基团，提供了一系列新型诱导层材料。通过多种诱导层材料的晶胞参数差异来匹配有机半导体外延材料需要大量的筛选工作，同时微调晶胞参数不容易控制。Norbert Koch等(物理化学杂志B辑，J.Phys.Chem.B，2007，111，14097-14101)指出有机半导体分子共混薄膜的晶格参数表现出随共混比例变化而变化的现象，这种物理共混形成固熔体的方法方便晶胞参数的微调。本发明采用共蒸镀的物理方法制备具有均一结构的固熔体诱导层，用于弱外延生长非平面酞菁薄膜。在一定的衬底温度下共蒸镀形成固熔体诱导层，诱导层薄膜均匀一致无相分离出现，单畴表现出单晶结构，畴间融合形成大尺寸平整薄膜，其晶格常数随组分比例连续变化，并且电子结构随组分比例而变化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种固熔体诱导层，其由以下通式I和II所示中的任意两种诱导层分子：

(通式I)

(通式II)

在一定衬底温度下采用共蒸镀方法制备。

本发明的另一个目的是提供一种由上述固熔体诱导层弱外延生长形成的非平面酞菁薄膜。

本发明的又一个目的是提供一种以固熔体诱导层弱外延生长的非平面酞菁薄膜为有机半导体层的有机薄膜晶体管。

本发明的原理是采用共蒸镀的分子气相沉积方法制备固熔体诱导层。两种单质诱导层分子在一定衬底温度下共蒸镀后形成具有类单晶结构的大尺寸均匀平整固熔体薄膜，通过组分比例调控固熔体薄膜的晶胞参数，同时固熔体薄膜的电子结构不同于各单组分的电子结构。

本发明的优点在于其一是诱导层薄膜晶胞参数可通过组分比例调控，从而调控诱导层与非平面酞菁之间的晶格匹配，利于生长高质量的非平面酞菁薄膜。

另一方面固熔体诱导层薄膜的电子结构通过组分比例可调控。由于诱导层与非平面酞菁之间常常具有异质结效应，电子结构的变化导致诱导层与非平面酞菁之间的异质结效应变化，有利于调节非平面酞菁薄膜晶体管器件性能。

本发明中用于构成固熔体薄膜的诱导层分子为中国专利(“用于非平面酞菁弱外延生长薄膜的诱导层材料”，中国专利申请号：200910200459.5)中提供的分子，其具有以下通式：

(通式I)

(通式II)

通式I中的Ar为芳香共轭基团或以下结构之一：

n＝2(5)，3(6)，4(7)，

通式I和II中的R₁为氢原子(H)或氟原子(F)，R₂为氢原子(H)或氟原子(F)。

通式I中的Ar为芳香共轭基团时，可以包括以下结构：