[发明专利]富勒烯单晶纳米线阵列的制备方法及有机场效应晶体管

说明书

本发明提供了一种富勒烯单晶纳米线阵列的制备方法及有机场效应晶体管，制备方法包括以下步骤：提供一氧化硅片作为基底；在基底上设置绝缘层；在绝缘层上沉积光刻胶，并通过光刻技术在光刻胶上进行光刻，以在基底上构筑三维立体通道；配置C60溶液，将构筑有三维立体通道的基底浸没在C60溶液中，并通过提拉法将基底从C60溶液中匀速提拉出来，以在三维立体通道上自组装得到连续且表面光滑的富勒烯单晶纳米线阵列。本发明的制备方法，可以使C60分子在三维立体通道上自组装得到大面积、连续且表面光滑的富勒烯单晶纳米线阵列。该制备方法操作简单，有利于富勒烯单晶纳米线阵列的大面积生长，适合大面积推广应用。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种富勒烯单晶纳米线阵列的制备方法和具有该富勒烯单晶纳米线阵列的有机场效应晶体管。

背景技术

有机场效应晶体管在柔性和轻巧的电子应用(如互补电路、显示器和传感器)中有巨大的应用前景。有机场效应晶体管以p型或者n型半导体作为器件中最重要的活性层。有机纳米线有众多的优点，如低成本、柔性、可用溶液法制备，极高的纵横比和比表面积。有机纳米线还有助于提高器件性能由于增强的π-π共轭形貌和电荷通道的建立。由共轭小分子自组装成的单晶纳米线有大量的应用，它可以作为光伏器件，纳米级激光器，有机发光二极管以及有机场效应晶体管等的半导体活性层。

富勒烯(C60)是一种重要的光电材料，它拥有一整个分子大的π共轭体系、分子间存在强的π-π相互作用力和在芳香的溶剂中有较好的溶解性，这些优点使得C60分子适于用溶液法制备传输电子的有机单晶，但是因为C60简单立方的晶格允许晶体在其每个面上相对均匀地生长，它容易形成0维的纳米颗粒，难以实现多数的器件应用。

并且在现有技术中，缺乏快速制备大面积C60单晶纳米线的方法，也很难直接在目标基底上定位生长C60单晶纳米线，无法制备出高电子迁移率的有机场效应晶体管。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是要在目标基底上制备出大面积、高迁移率的富勒烯单晶纳米线阵列。

本发明第一方面的一个进一步的目的是要在提拉的过程中，通过控制提拉速度接近溶剂蒸发速度时匀速提拉，保证提拉引起的溶质补充与纳米线的形成所消耗的溶质量相同，从而使得C60晶体在三维通道角落成核，并沿着三维通道边缘均匀生长而实现自组装，进一步保证纳米线富勒烯单晶纳米线阵列具有优异的结晶性。

本发明第二方面的一个的目的是要提供一种有机场效应晶体管，通过采用大面积、高迁移率的富勒烯单晶纳米线阵列，能够显著提升有机场效应晶体管的器件性能。

特别地，本发明提供了一种富勒烯单晶纳米线阵列的制备方法，包括以下步骤：

提供一氧化硅片作为基底；

在所述基底上设置绝缘层；

在所述绝缘层上沉积光刻胶，并通过光刻技术在所述光刻胶上进行光刻，以在所述基底上构筑三维立体通道；

配置C60溶液，将构筑有所述三维立体通道的所述基底浸没在所述C60溶液中，并通过提拉法将所述基底从所述C60溶液中匀速提拉出来，以在所述三维立体通道上自组装得到连续且表面光滑的富勒烯单晶纳米线阵列。

进一步地，所述基底为掺杂的氧化硅/硅晶圆，所述绝缘层为BCB绝缘层、SU8绝缘层或PVP绝缘层中的一种。

进一步地，提供一氧化硅片作为基底的步骤包括：

将所述基底在85℃-95℃条件下浸泡在浓硫酸中1h-3h；

浸泡后的所述基底在丙酮、异丙醇和去离子水中各超声清洗8min-15min，待超声清洗结束后取出所述基底并用氮气流吹干；

将清洗吹干后的所述基底放入到氧等离子清洁器中，并在80W-120W的功率下对所述基底处理200s-400s。