[发明专利]金属有机材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属有机材料的制备方法，在真空条件下，分别将原子级平整的金属基底、碱基金属盐和有机材料放入热蒸发器中，进行除气、加热，沉积生长均匀的碱金属薄膜和有机材料薄膜；将金属基底上沉积的碱基金属盐薄膜和有机材料薄膜进行退火处理，完成制备。本发明提供的制备方法，使用碱基金属盐替代碱基金属作为碱基离子、原子的供体，解决了现有技术方案的强金属性碱基原子不容易分离以及碱金属原子在空气中不稳定的技术难题，能够将碱基金属原子均匀扩散在基底上，减小有机碱基元素的掺杂难度，制备具有精准掺杂比例的碱基金属‑有机材料的薄膜材料，同时有效提高碱基元素掺杂的安全性、可控性。

技术领域

本发明涉及有机半导体材料制备技术领域，具体涉及一种金属有机材料的制备方法。

背景技术

有机半导体材料具有许多不同于无机半导体材料的新特点，有机半导体材料具有质量轻、柔韧易加工性、可低温大面积成膜等特点，将低成本的有机半导体材料用于微电子及光电子器件，及可穿戴设备的研究近年来受到高度重视。近几年来建立起来的超快光谱技术和超微结构表征方法为研究有机半导体的激发态提供了手段，使有机半导体激发态性质、激发态结构的基础研究和应用研究迅速发展，成为目前国际上最活跃的研究领域之一。

苝四甲酸二酐(PTCDA)作为一种常见的具有共辄电子体系和良好光电性能的有机半导体材料，对其半导体薄膜生长工艺，电子学，光学性能的测试已有广泛报道。特别地，有机材料本身是具有带隙的半导体，这使其能够很容易通过施主掺杂调控半导体本征的P-N特性。例如，经作为电荷施主碱基金属离子掺杂后，通过其P-N特性的改变可以调控其光电学性能。同时由于施主电荷密度的增加使其电导率也显著提升，甚至实现超导性能。此外，不同比例碱基金属掺杂，还可以影响薄膜的晶体结构，进而影响其光-电-磁特性。这无疑有助于扩大材料本身潜在的实际应用领域和范围。诸如可穿戴光电器件、传感器、储钠电池，量子通讯技术中所需的单光子光源等。

目前有机半导体薄膜制备工艺中对于碱基金属掺杂比较成熟的方法是通常采用碱金属吸附剂作为碱金属供体，对有机薄膜进行掺杂，从而制备得到具有金属有机共价结构的掺杂后薄膜。现有技术中碱基金属普遍具有较低的熔点(如Na＝97.72℃，K＝63.38℃)，对于沉积在基底上的碱基金属原子而言，在样品高温退火处理时原子更容易离开生长基底而不是在基底上均匀扩散，这样就使在有机膜制备过程中，先沉积碱基金属，后沉积如PTCDA等分子材料再后续退火处理的技术路线难以进行。而且碱金属作为元素周期表中的1族元素，异常活拨，因此材料制备过程中以及材料制备后的安全性也是其重要考量。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，本发明提供一种金属有机材料的制备方法。

金属有机材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、在真空条件下，分别将原子级平整的金属基底、碱基金属盐和有机材料放入热蒸发器中，进行除气、加热，依次将碱基金属盐和有机材料分别均匀的扩散在所述金属基底上，沉积生长均匀的薄膜；

S2、将所述金属基底上沉积的碱基金属盐薄膜和有机材料薄膜进行退火处理，完成制备金属有机材料。

进一步地，步骤S1中，通过对金属基底先溅射后退火处理，获得原子级平整金属基底；溅射过程中，离子枪与所述金属基底保持垂直，距离为80mm，离子枪高压3000V，激发电流3mA，基底电流为7μA；退火过程中，退火温度为300～60℃，升温速率为1℃/s，降温速率为0.5℃/s。

进一步地，步骤S3中退火温度为：50～350℃。

进一步地，原料的剂量≥在退火过程中沉积生长速率×在退火过程中沉积生长时间。

进一步地，碱基金属盐剂量的覆盖率≤50％，即碱基金属盐剂量≤0.5ML；有机材料剂量的覆盖率≤80％，即有机材料剂量≤0.8ML。