[发明专利]用于聚合物半导体高纯化的区域熔炼装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物半导体材料的高纯化装置与方法，可以大幅度降低聚合物半导体材料纯化的成本，因而也就大幅度降低相关材料的价格，从而促进聚合物电子学领域的发展，相关技术也可以用于光电聚合物材料的高纯化。 

技术背景

近几十年来，无机半导体器件的腾飞，极大地推动了整个电子信息技术的快速发展。在莫尔定律的推动下，半导体工业不断用缩小器件尺寸的办法以提高集成度来满足芯片性能的提高和成本的下降，但芯片尺寸不可能无限小下去，现有的半导体器件如晶体管技术已临近极限。另外，无机半导体器件的制备需要在1000℃左右的高温下，将磷、硼等元素的气体引入扩散炉，从而形成n型或p型半导体，工艺复杂，成本昂贵，并且在制备大面积器件方面存在较大的困难。在这种背景下，聚合物薄膜半导体器件一出现显示出极大的发展和应用前景，近年来越来越受到人们的重视，聚合物半导体器件的优点大致包括两点，一点是可以通过分子设计合成方便地获得聚合物半导体材料，并且材料的各种性能都可以方便地调节，另外一点是制备成本低廉，通过旋涂等工艺手段，因此在制造成本上远低于基于无机材料和有机小分子的半导体器件(黄维等，有机电子学，科学出版社，北京，2011)。 

聚合物半导体器件的性能很大程度上确定于材料本身的纯度。聚合物半导体的纯化现在通常采用的方法是制备色谱的方法，由于受到方法本身的限制，制备色谱处理的量较小，同时需要大量高纯溶剂和色谱柱，因而成本极高，这导致国际市场上聚合物半导体材料的价格也极为高昂。以常用的半导体电致发光材料聚(9，9-二正辛基芴基-2，7-二基)为例(Aldrich公司，纯度并未标明，按其公司惯例，纯度应为99％左右)，国际市场上的价格为每克800美元左右。纯度高于99％的材料价格将为成几何级数增加，且市场上很难购买，高昂的价格在很大程度上抑制了相关技术的研发工作，直接导致目前聚合物半导体器件的性能普遍低于有机小分子半导体器 件的性能，未能体现聚合物半导体材料本身的优越性。本发明基于固液相变纯化的原理，设计出适用于聚合物半导体材料高纯化的区域熔炼装置，实现了公斤级材料的纯化，其纯度达到99.9～99.99％。整个发明装置包括带金属棒的熔炼炉、电磁感应加热线圈、原料保护系统、加热装置移动控制系统。熔炼炉以玻璃为基本原料制造，成本低廉，加工方便，同时可以观察熔炼炉中材料的变化。考虑到聚合物半导体本身的导电率较低，本发明在熔炼炉中设计了金属棒，这样可以运用方便易控的电磁感应线圈作为加热系统。电磁感应线圈和加热装置移动控制系统由单片机实现自动控制。本发明的纯化系统可实现公斤级聚合物半导体的高纯化，同时控制系统简便，制造成本低廉。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种聚合物半导体的高纯化装置和方法，这种装置和方法可以用在精细功能高分子的高纯化技术上。 

技术方案：本发明的用于聚合物半导体高纯化的区域熔炼装置包括： 

该装置包括带金属棒的熔炼炉和加热部分；熔炼炉的顶部设有原料进出口塞，在原料进出口塞的中间设有抽真空管道；在熔炼炉的上部的侧面设有保护气出入口，在熔炼炉的中间沿轴向设有加热用金属棒，在熔炼炉的旁边与熔炼炉平行设有电磁线圈移动轨道，电磁线圈加热环设置在电磁线圈移动轨道上，电磁线圈加热环的线圈环绕在熔炼炉的外侧；熔炼炉和电磁线圈移动轨道都固定在基座上。 

用于聚合物半导体高纯化的区域熔炼装置的熔炼方法如下： 

1)将聚合物半导体样品加入熔炼炉中，压实，密封后，然后抽真空，通保护气体，循环三次以上； 

2)由控制电磁线圈加热环的单片机输入加热循环的次数、电磁线圈加热环的移动的速度、加热的温度参数； 

3)熔炼装置开始进行区域加热，直到循环加热结束； 

4)取出聚合物样品，将头尾去除，中间段即为高纯的聚合物半导体样品； 

5)根据需要，可以分为两次或更多次数的以上熔炼过程以获得高纯度的聚合物半导体材料。 

有益效果：采用玻璃作为熔炼炉的制造原料，加工方便，成本低廉；在熔炼炉中设计金属棒，可以利用易于控制的电磁感应线圈；装置是透明的，可以实时观察 材料本身的变化；设计有原料的惰性气体保护系统，避免有机材料被氧化；整个系统通过单片机实现自动控制，操作便利。 

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。 

图中有：原料进出口塞1、保护气出入口2、电磁线圈加热环3、基座4、加热用金属棒5、电磁线圈移动轨道6、抽真空管道7、熔炼炉8。 

具体实施方式