酞菁類材料的多晶薄膜的新用途的製作方法

2023-10-18 00:45:04 3

專利名稱：酞菁類材料的多晶薄膜的新用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及酞菁類材料的多晶薄膜的新用途，特別是涉及酞菁類材料的多晶薄膜 在場效應電晶體中的用途。
背景技術：
有機薄膜場效應電晶體由於其具有製備簡單，成本低廉，可與柔性襯底兼容等優點而倍受人們的關注。自1986年報導第一個有機場效應電晶體以來，有機場效應晶 體管得到了快速的發展，並取得了重大突破。但是，在有機場效應電晶體實用化的道 路上仍然存在一系列關鍵性的問題有待解決，其中兩方面的問題是目前迫切需要解決 的，首先是大部分材料的場效應遷移率較低(普遍低於l cra7Vs);第二是器件工作 的穩定性，因為大部分用於場效應電晶體的有機半導體材料對空氣和輻照都很敏感， 在空氣中或光照下保存或操作時容易造成器件性能的下降甚至完全失效。雖然人們已 經開發出了一些穩定的高性能有機場效應材料，但這些材料基本是實驗室合成的，復 雜的製備工藝以及有限的數量制約著這些材料在場效應方面的廣泛研究和實用化進 程。因此，在商品化的材料中尋找到穩定的、具有優異場效應性能的材料將是推進有 機場效應電晶體實用化的重要一步。在有機薄膜場效應電晶體領域，理論模型和實驗結果業已證明薄膜的有序程度對 器件性能起著至關重要的作用。因此如何製備高度有序的薄膜一直是人們關注的熱 點。文獻(Yonehara,H.， Ogawa， K., Etori, H., Pac, C.丄a"gww/r 18, 7557-7563 (2002). Yonehara, H. "a/. 13， 1015-1022 (2001). Brinkmann, M.， Wittmann, J,C. Barthel, M., Hanack，M.， Chaumont， C. Oie附.Ma^r 14， 904-914 (2002).)報導了酞菁類材料的多晶薄膜，目前 該類材料主要在有機光導體及非線性光學方面有著廣泛的應用。發明內容本發明的目的是提供酞菁類材料的多晶薄膜的用途。本發明發明人通過實驗證實，酞菁類材料的多晶薄膜具有良好的場效應性能，所 製備出的場效應電晶體，具有非常優異的性能，場效應遷移率可達IO cm7Vs，開關 比大於107，而且性能穩定，可以廣泛應用於製備有機薄膜場效應電晶體。這裡，常用的酞菁類材料是具有非平面結構的酞菁類材料，例如，酞菁氧鈦、酞 菁氧釩、氯代酞菁鋁、氯代酞菁鎵、氯代酞菁銦、酞菁鉛等。本發明以非平面酞箐類材料的多晶薄膜為材料製備高性能的薄膜場效應電晶體，這類器件具有非常優異的性能，場效應遷移率可達IO cm7Vs，開關比大於107，而且 性能穩定，比現己報導的場效應材料(如並五苯)具有更加優異的性能，應用前景十 分廣闊。


圖1中(a)為非平面酞菁類材料的分子結構；(b)為頂接觸薄膜電晶體器件結 構示意圖；圖2為在垸基三氯矽烷或烷基三烷氧基矽烷修飾的石英片上製備的代表性的非平 面酞菁類材料(酞菁氧鈦)薄膜的紫外可見近紅外吸收光譜圖；圖3為在垸基三氯矽垸或垸基三烷氧基矽垸修飾的矽片上製備的代表性的非平 面酞菁類材料(酞菁氧鈦)薄膜的XRD數據圖；圖4在烷基三氯矽烷或烷基三烷氧基矽烷修飾的石英片上製備的代表性的非平面酞菁類材料(酞菁氧鈦)薄膜的原子力顯微鏡照片；圖5為代表性的非平面酞菁類材料(酞菁氧鈦)薄膜電晶體的(a)輸出特性曲 線和(b)轉移特性曲線。
具體實施方式
實施例l、製備酞菁類材料多晶薄膜1) 原料的純化將購買的酞菁類材料粗品用梯度升華方法純化三次。2) 帶有二氧化矽絕緣層的低阻矽片的表面自組裝修飾方法一，將清洗乾淨的表面帶有二氧化矽絕緣層的低阻矽片在IO(TC真空乾燥 0.5小時以消除水汽對後續自組裝過程的影響，待溫度降至室溫時，在矽片附近放入 一滴烷基三氯矽烷或烷基三烷氧基矽烷，然後將體系在真空條件下升溫至12(TC，並 保溫2小時。方法二，將清洗乾淨的表面帶有二氧化矽絕緣層的低阻矽片浸在含經垸基三氯矽 垸或垸基三烷氧基矽烷O. lmM的無水甲苯、正己烷或乙醇溶液中，放置過夜。其中，帶有二氧化矽絕緣層的低阻矽片在清洗過程如下用純水，丙酮，濃硫酸 和雙氧水的混合液，純水以及乙醇依次進行清洗，以氮氣吹乾後置於等離子體清洗儀
中，在50W功率下用氧等離子體處理5分鐘。經垸基三氯矽垸或烷基三烷氧基矽垸修飾的矽片依次用正己烷，氯仿，乙醇超聲 清洗，再用氮氣吹乾。3)酞菁類材料多晶薄膜的製備方法將清洗乾淨的經烷基三氯矽垸或烷基三烷氧基矽烷修飾的低阻矽片放置於真空 鍍膜儀的基板上作為沉積襯底，將純化的酞菁類材料置於蒸發源內。然後將體系抽真 空，同時將基板升溫，控制溫度在15(TC。待體系真空降至10'4帕以下時，開始蒸鍍， 控制蒸發速率0.5A/s，膜厚50 60nm。蒸鍍結束後，使基底在真空條件下緩慢降至 室溫，得到酞菁類材料的有序多晶薄膜。以酞菁氧鈦薄膜為例，從薄膜的紫外可見近紅外吸收光譜中可以發現由本發明制 備的薄膜屬於單一晶相，XRD數據中兩個特徵峰分別歸屬於酞菁氧酞晶體中(010) 和(020)晶面的衍射峰，由此可以推斷出此薄膜中酞菁氧酞形成了有序的晶態結構。在本發明中，有多種酞菁類材料可以應用，如酞菁氧鈦、酞菁氧釩、氯代酞菁鋁、 氯代酞菁鎵、氯代酞菁銦、酞菁鉛等非平面酞菁類材料，這些材料的分子結構如圖la。圖2 —圖4分別為所得酞菁氧鈦薄膜的XRD數據圖、紫外可見近紅外吸收光譜 圖、原子力顯微鏡照片，結果表明，酞菁氧鈦薄膜具有高度有序且均勻的特性，這種 結構利於獲得優異的場效應性能。實施例2、酞養類材料薄膜電晶體的製備將酞菁類材料多晶薄膜移至金屬鍍膜儀中，用掩模板掩膜，真空蒸鍍金作為源、 漏電極，即可以得到酞菁類材料薄膜電晶體，其結構如圖lb所示，該製備過程可以 參考文獻進行(Dimitrapoulos, C. D. & Malenfant, P. R. L. JaTv. Ma,er. 14， 99-117 (2002))。酞菁類材料薄膜電晶體的電學性能表徵圖5為酞菁氧鈦薄膜所製備的酞菁類材料薄膜電晶體的輸出特性曲線和轉移特性 曲線，結果表明，該電晶體具有非常優異的場效應性能，場效應遷移率10cm2/Vs，開 關比10乙108，閾值電壓-11.7V。由於本發明所涉及的幾種酞菁類材料(酞菁氧鈦、酞菁氧釩、氯代酞菁鋁、氯代 酞菁鎵、氯代酞菁銦、酞菁鉛等)均具有很好的n堆積結構，在這種結構中分子間具 有很好的軌道重疊，分子間作用力比較強，因而利於載流子(電子或空穴)在分子間 的傳輸，進而獲得好的場效應性能。
權利要求
1. 酞菁類材料的多晶薄膜在製備有機薄膜場效應電晶體中的應用。
2、 根據權利要求l所述的應用，其特徵在於所述酞菁類材料為非平面酞菁類 材料。
3、 根據權利要求2所述的應用，其特徵在於所述非平面酞菁類材料選自酞菁 氧鈦、酞菁氧釩、氯代酞菁鋁、氯代酞菁鎵、氯代酞菁銦、酞菁鉛。
全文摘要
本發明公開了一種酞菁類材料的多晶薄膜的新用途。本發明以非平面酞菁類材料的多晶薄膜為材料製備出高性能的薄膜場效應電晶體，這類器件具有非常優異的性能，場效應遷移率可達10cm2/Vs，開關比大於107，而且性能穩定，比現已報導的場效應材料(如並五苯)具有更加優異的性能，應用前景十分廣闊。
文檔編號H01L51/30GK101212022SQ20061016987
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月29日 優先權日2006年12月29日
發明者李洪祥, 李立強, 胡文平 申請人:中國科學院化學研究所