[发明专利]一种有机半导体单晶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机半导体单晶及其制备方法和应用，属于有机电子器件技术领域。所述制备方法包括步骤如下：选取两种具有苯环共轭结构的有机半导体材料，混入有机溶剂后制成混合溶液，再将上述混合溶液滴加在基底上，待有机溶剂完全挥发后即得到所述有机半导体单晶，所述具有苯环共轭结构的有机半导体材料选自TrNa、TIPS、C8‑BTBT或C6‑DBTDT。本发明实现了高质量的有机半导体单晶制备及其优化，从而实现了场效应晶体管器件的低成本、高迁移率的制备。

技术领域

本发明属于有机电子器件技术领域，具体涉及一种有机半导体单晶及其制备方法和应用。

背景技术

有机半导体单晶是相邻分子之间规则紧密堆积的结果，具有相对较弱的非共价键，如氢键、范德华力、电荷转移相互作用等。有机单晶能够反映材料最基本的特征，有利于对载流子传输通道的研究，为探索分子间的基本作用力、分子的堆积模式等对器件性能的影响提供了理想的模型体系，被认为是揭示有机半导体的内在性质和分析结构-性能关系的最佳载体。但是，在有机单晶中准确控制分子堆积排列以实现特定性能仍存在较大的挑战。一方面，分子构象和堆积对有机微晶的内部结构和对称性有显著的影响。另一方面，有机微晶通过弱的分子间相互作用结合在一起，这使得有机微晶的结晶过程强烈依赖于外部环境条件，包括溶剂的种类、温度、溶液浓度和表面活性剂。目前为止，对不同有机半导体单晶的生长进行动力学控制以优化光电性能仍然是一项艰巨的任务。因而，发展一种简单、便捷和低成本的制备高质量单晶的方法用以提高场效应晶体管器件的性能是十分重要的。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种有机半导体单晶及其制备方法和应用，实现了高质量的有机半导体单晶制备及其优化，从而实现了场效应晶体管器件的低成本、高迁移率的制备。

技术方案：一种有机半导体单晶的制备方法，所述制备方法包括步骤如下：选取两种具有苯环共轭结构的有机半导体材料，混入有机溶剂后制成混合溶液，再将上述混合溶液滴加在基底上，待有机溶剂完全挥发后即得到所述有机半导体单晶，所述具有苯环共轭结构的有机半导体材料选自TrNa、TIPS、C8-BTBT或C6-DBTDT；

所述TrNa的结构式如下式所示：

优选的，所述两种具有苯环共轭结构的有机半导体材料的质量比为1:1。

优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷和甲醇的混合物。

优选的，所述二氯甲烷和甲醇的体积比为1:(1～4)。

优选的，所述基底为经过有机硅烷处理的硅片，所述有机硅烷为OTS或PMMA。

优选的，所述有机溶剂挥发的温度为10℃～40℃。

优选的，所述混合溶液的浓度为0.05mg/mL～10mg/mL。

由上述制备方法制得的有机半导体单晶。

上述有机半导体单晶在制备有机单晶场效应晶体管中的应用。

一种有机单晶场效应晶体管，包含所述的有机半导体单晶。

有益效果：本发明将两种具备π-π相互作用的有机半导体材料按特定比例共混，筛选合适的有机溶剂配置成溶液，采用溶剂缓慢挥发法，使两种有机半导体材料在保留原结晶形态的基础上进一步优化，从而获得高质量的有机单晶，最终获得高性能有机单晶场效应晶体管。

本发明的操作步骤均可在大气环境下进行，制作方法简单便捷，原材料也较容易获取，成本低。

本发明两种有机半导体材料会各自结晶，也会因为π-π相互作用而促进各组分的结晶，得到比两种有机半导体材料单独结晶时更高质量的单晶，器件迁移率达到1左右。

附图说明