[发明专利]二维有机半导体单晶薄膜、有机场效应晶体管的制备方法

说明书

本发明提供了二维有机半导体单晶薄膜、有机场效应晶体管的制备方法。该制备方法包括：在n型SiO₂/Si基底上制备形成绝缘层，以得到基材；将基材放置在刮涂机的基板上，且使得基材与位于基板上方的刮刀之间的间距为预设间距；向基材和刮刀之间的间隙施加预设混合溶液，预设混合溶液为预设溶液与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液，预设溶液为C8‑BTBT溶解在预设有机溶剂中的溶液；控制刮刀以预设速度运动，以使间隙附近形成的弯液面在刮刀的引导下快速结晶，从而形成二维C8‑BTBT有机半导体单晶薄膜。制备获得的二维C8‑BTBT有机半导体单晶薄膜晶界和缺陷少，迁移率较高，足够实现很多应用，如有源矩阵、有机发光二极管、传感器和放大电路等的应用。

技术领域

本发明涉及有机半导体薄膜的制备技术领域，尤其涉及一种二维有机半导体单晶薄膜、有机场效应晶体管以及与非门电路的制备方法。

背景技术

二维有机半导体薄膜是指在叠层上主要以单层或少层为特征，横向尺寸上通过弱范德华作用实现分子间的组装而超过毫米尺度。因此，二维有机半导体薄膜具有较好的厚度均匀性，完美的横向连续性以及分子排列长程有序等优点。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，尤其是作为有机场效应晶体管的活性层具有非常广泛的应用，如平板显示驱动器、射频标签识别、传感器和集成电路等。

目前用于二维有机半导体薄膜的制备方法主要有以下几种：模板诱导自组装法、喷墨打印法、水面拖涂法以及刮涂法。模板诱导自组装法和喷墨打印法主要依赖于晶体的自组装，而有机晶体中分子间是通过弱的范德华力相互作用的，难以实现大面积的自组装，因此生长出来的晶体大多是尺寸较小，仅在毫米级，难以实现大面积二维有机半导体薄膜的制备。而水面拖涂法是以水面作为基底，利用水面上有机溶液自发铺展的马兰戈尼(Marangoni)效应增强了有机晶体的横向生长，从而显著地增加了单晶晶域的尺寸，实现了二维有机半导体薄膜的大面积制备，但这种方法工艺相对复杂，制备效率较低。刮涂法由于与连续的高通量制造技术相兼容，具有更好的应用前景来获得大规模有机半导体薄膜，而目前报道的刮涂法由于单向的诱导作用导致有机半导体往往呈现出一维带状生长，含有大量的晶界和缺陷，非常不利于电荷传输。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种工艺简单、晶界和缺陷少，且能大规模生产的二维有机半导体薄膜。

本发明的一个进一步的目的在于提高刮涂速度，且进一步提高二维有机半导体薄膜的迁移率。

特别地，本发明提供了一种二维有机半导体单晶薄膜的制备方法，包括如下步骤：

在n型SiO₂/Si基底上制备形成绝缘层，以得到基材；

将所述基材放置在刮涂机的基板上，且使得所述基材与位于所述基板上方的刮刀之间的间距为预设间距；

向所述基材和所述刮刀之间的间隙施加预设混合溶液，所述预设混合溶液为预设溶液与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液，所述预设溶液为C8-BTBT溶解在预设有机溶剂中的溶液；

控制所述刮刀以预设速度运动，以使所述间隙附近形成的弯液面在所述刮刀的引导下快速结晶，从而形成二维C8-BTBT有机半导体单晶薄膜。

可选地，所述将所述基材放置在刮涂机的基板上，且使得所述基材与位于所述基板上方的刮刀之间的间距为预设间距的步骤中，所述预设间距为范围在0.3-0.7mm中任一值；

可选地，所述基板的温度为20-30℃。

可选地，所述向所述基材和所述刮刀之间的间隙施加预设混合溶液，所述预设混合溶液为预设溶液与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液，所述预设溶液为C8-BTBT溶解在预设有机溶剂中的溶液的步骤中，所述预设有机溶剂选择为不与所述聚乙二醇辛基苯基醚发生反应，且沸点为范围在105-115℃中的有机溶剂。