光刻輔助圖案化精確定位有機(jī)單晶微米線陣列的制備及其器件應(yīng)用研究.pdf

1、最近有機(jī)小分子微納晶體受到越來越廣泛的關(guān)注。相比于無機(jī)材料，有機(jī)微納晶體具有制備簡單、良好的光電性能、適用于柔性器件等特點(diǎn)，對(duì)于構(gòu)筑下一代價(jià)格低廉、高性能、可穿戴的器件具有很大的潛力。在實(shí)際的器件應(yīng)用中例如構(gòu)筑集成器件或邏輯電路時(shí)，要求有機(jī)微納晶體能選擇性地精確定位在特定的區(qū)域，這有利于減少材料的消耗、降低成本，同時(shí)能降低器件之間的干擾以提高器件性能。然而傳統(tǒng)制備有機(jī)微納晶體的方法大多數(shù)只能獲得懸浮于溶液中的微納米線或附在基底上具有一定

2、方向性的晶體陣列，而不能圖案化精確定位晶體的生長位置。而目前精確定位有機(jī)微納晶體的方法大多面臨工藝復(fù)雜，分辨率小或晶體質(zhì)量不高等問題。因此隨著器件應(yīng)用的發(fā)展，如何簡單高效地制備圖案化精確定位的有機(jī)微納晶體顯得至關(guān)重要。本文研究了用光刻輔助制備精確定位圖案化有機(jī)單晶微米線陣列及其在相應(yīng)器件中的應(yīng)用。此外發(fā)展了金屬輔助光刻法實(shí)現(xiàn)在不浸潤光刻膠的疏水絕緣層表面制備空氣穩(wěn)定的高集成度有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：

3、⑴用光刻膠模板輔助結(jié)合提拉法來制備精確定位生長的 TIPS-PEN單晶微米線陣列。首先在SiO2/Si基底上通過光刻得到周期性排布的光刻膠條紋，然后將基底浸入TIPS-PEN/CH2Cl2溶液中并勻速向上提拉，提拉過程結(jié)束后獲得沿光刻膠條紋邊緣精確定位生長的 TIPS-PEN微米線。微米線的形貌以及結(jié)晶性受到提拉速度的影響，優(yōu)化提拉速度可以得到表面光滑，寬度和厚度均勻的 TIPS-PEN單晶微米線陣列。通過設(shè)計(jì)不同的光刻膠模板，能實(shí)現(xiàn)不

4、同周期性和復(fù)雜圖案的TIPS-PEN微米線。同時(shí)這種方法還適用于其他有機(jī)小分子材料?；赥IPS-PEN單晶微米線陣列的OFET器件表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，器件具有低閾值電壓和高遷移率，最高遷移率達(dá)到3.5 cm2 V-1 s-1，同時(shí)器件具有高的工作穩(wěn)定性。光刻膠模板輔助提拉法能獲得大面積均勻的精確定位生長的有機(jī)小分子單晶陣列，這在未來的集成電路等實(shí)際應(yīng)用中具有很大的潛力。⑵有機(jī)p-n結(jié)微納晶體被廣泛應(yīng)用于制備雙極性O(shè)FET。然而傳統(tǒng)制備

5、有機(jī)p-n結(jié)微納晶體的方法只能獲得單個(gè)p-n結(jié)微納米線或沿一定生長方向的p-n結(jié)陣列，無法精確定位 p-n結(jié)的生長，這不利于有機(jī) p-n結(jié)在大規(guī)模器件中的應(yīng)用。用光刻膠模板輔助以 p型dif-TES-ADT和 n型 BPE-PTCDI為原料可以制備單晶p-n結(jié)微米線陣列。將p型和n型材料配成混合溶液，滴在模板上在飽和蒸汽環(huán)境緩慢結(jié)晶。獲得的p型微米線沿光刻膠邊緣生長，n型微米線緊貼p型微米線生長，從而構(gòu)成定位生長的p-n結(jié)微米線陣列。p

6、-n結(jié)微米線陣列具有單晶性質(zhì)，基于此構(gòu)筑的雙極性O(shè)FET器件表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，最高電子遷移率達(dá)到0.43 cm2 V-1 s-1，最高空穴遷移率達(dá)到0.32 cm2 V-1 s-1。同時(shí)該方法還能實(shí)現(xiàn)在柔性PEN基底上制備p-n結(jié)微米線陣列，并構(gòu)筑柔性雙極性O(shè)FET器件。另外基于p-n結(jié)微米線陣列的高性能反相器也成功制備。該方法能大面積精確定位生長有機(jī)p-n結(jié)微米線陣列，這將有望在未來的有機(jī)發(fā)光晶體管和互補(bǔ)邏輯電路等中得到重要的應(yīng)用。

7、⑶環(huán)境穩(wěn)定性是高性能OFET最重要的參數(shù)之一。疏水絕緣層通常比傳統(tǒng)無機(jī)絕緣層和親水的有機(jī)絕緣層具有更高的空氣穩(wěn)定性，適合用來制備環(huán)境穩(wěn)定的OFET器件。然而由于很多疏水絕緣層表面不浸潤光刻膠，導(dǎo)致無法通過光刻技術(shù)在不浸潤光刻膠的疏水絕緣層的表面制備高集成度的器件。本工作發(fā)展了一種簡單的金屬輔助光刻法可實(shí)現(xiàn)在不浸潤光刻膠的絕緣層表面制備大規(guī)模高集成度OFET器件。在不浸潤光刻膠的絕緣層上蒸鍍一層銅做犧牲層，然后在銅層上進(jìn)行光刻，分辨率和均

8、勻性近似于傳統(tǒng)光刻。這種方法具有很強(qiáng)的可靠性和普適性，在CYTOP，PDMS和OTS/SiO2這三種不浸潤光刻膠的疏水絕緣層上均可構(gòu)筑得到高集成度的OFET器件。另外在CYTOP表面構(gòu)筑了基于DCP微米線的性能良好的OFET器件。同時(shí)器件具有顯著的空氣穩(wěn)定性，經(jīng)過24天之后，以CYTOP為絕緣層的器件遷移率僅有微弱的衰減，而以 PVP和 SiO2為絕緣層的器件遷移率均有很明顯的衰減。另外，金屬輔助光刻法還能用于制備柔性器件，在PEN基底