[发明专利]一种基于非对称结构的有机半导体薄膜取向制备方法和表征方法

摘要

本发明公开了一种基于非对称结构的有机半导体薄膜取向制备方法和表征方法，其特征在于：基于微纳喷墨打印技术，采用按需喷射的皮升级液滴和数字化直写图案化技术，通过非接触式材料输送的方式，把半导体前驱液输送到衬底的指定位置，然后基于溶剂在衬底上受到的不对称的表面张力作用和在其表面形成的表面能梯度，实现对半导体生长的导向作用，获得取向生长的半导体薄膜。本发明的方法实现了小尺度内薄膜的取向生长，这种生长取向及其连续性得到有效控制的薄膜，兼有各向异性的光学特性和长程有序的相干性信息，有望应用于高频有机薄膜晶体管及阵列光场传感器。

主权项

1.一种基于非对称结构的有机半导体薄膜取向制备方法，其特征在于：所述非对称结构为非对称平面结构和/或非对称立体结构；利用非对称平面结构取向制备有机半导体薄膜的方法为：取材料A和材料B，两者之间存在表面能差，且材料A与待打印的有机半导体前驱体溶液的接触角大于材料B与待打印的有机半导体前驱体溶液的接触角；在基底上分别形成材料A和材料B的图案化薄膜，分别为薄膜A和薄膜B，薄膜A和薄膜B中间存在一个沟道，定义沟道长度L为薄膜A和薄膜B之间的最短距离，沟道长度对应的方向为沟道长度方向；通过喷墨打印的方式将有机半导体前驱体溶液沿垂直于沟道长度方向的水平方向打印在水平的基底上，形成有机半导体薄膜，所述有机半导体薄膜完全覆盖薄膜A和薄膜B之间的沟道且与薄膜A、薄膜B存在重合区域，并且不超出薄膜A和薄膜B所在的区域；利用薄膜A和薄膜B因接触角的差异而对前驱体溶液所存在的不对称的表面张力作用和在其表面形成的表面能梯度，同时利用前驱体溶液中有机半导体分子之间的取向自组装作用，使有机半导体从接触角较大的一侧向接触角较小的一侧取向生长，从而实现有机半导体薄膜从薄膜A一侧向薄膜B一侧沿沟道长度方向的取向生长；利用非对称立体结构取向制备有机半导体薄膜的方法为：在基底上间隔设置薄膜C和薄膜D，且薄膜C和薄膜D之间通过薄膜E弧形过渡连接，薄膜C的厚度大于薄膜E的厚度，薄膜D的厚度大于等于薄膜E的厚度，薄膜C与薄膜E连接处的最小曲率半径小于薄膜D与薄膜E连接处的最小曲率半径；定义从薄膜C到薄膜D的间隔方向为薄膜E宽度方向或沟道长度方向，通过喷墨打印的方式将有机半导体前驱体溶液沿垂直于薄膜E宽度方向的水平方向打印在水平基底上，打印图案的一侧完全覆盖薄膜C与薄膜E的连接处，另一侧不超出薄膜D的边界，溶剂挥发后，形成有机半导体薄膜；利用空间位置上的不同曲率的轮廓对前驱体溶液产生的不对称的表面张力作用和在其表面形成的表面能梯度，同时利用有机半导体分子之间的取向自组装作用，使有机半导体从最小曲率半径较小的一侧向最小曲率半径较大的一侧取向生长，实现有机半导体薄膜从薄膜C所在的一侧向薄膜D所在的一侧、沿薄膜E宽度方向的取向生长。