專利名稱：紅熒烯弱外延生長薄膜及其在有機薄膜晶體管中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紅熒烯的弱外延生長薄膜以及這種薄膜在有機薄膜晶體管中的應用。
背景技術：
5,6,11,12-四苯基并四苯(俗稱紅熒烯)，作為一種高遷移率的有機半導體材料， 近來得到人們廣泛關注。其單晶遷移率可以達到15 40Cm2/VS(J. Takeya, Μ. Yamagishi, Y. Tominari,R. Hirahara,Y. Nakazawa,Τ. Nishikawa,Τ. Kawase,Τ. Shimoda,S. Ogawa,Appl. Phys. Lett. 2007，90，102120)，是目前報道的有機半導體的最高值。此外，紅熒烯的帶隙較大，光吸收系數(shù)較低，其薄膜在可見光范圍內(nèi)可以近似為透明材料，因此在顯示驅動方面具有潛在的應用前景。但是采用傳統(tǒng)真空沉積制備該材料的薄膜通常為非晶態(tài)，采用該薄膜的薄膜晶體管性能較低，這就限制了它的應用。為解決上述問題，在真空沉積過程中輔以特殊的方法如“熱墻”沉積(Y. Chen, I Shih, Appl. Phys. Lett. 2009，94，083304)，原位真空退火(S. W. Park, S. H Jeong, J. Μ. Choi, J. Μ. Hwang, J. H Kim, S. Im, Appl. Phys. Lett. 2007, 91，033506)，以及在沉積過程中緩慢蔓延襯底溫度(C. H Hsu, J. Deng, C. R. Staddon，P. H Beton, Appl. Phys. Lett. 2007，91，193505)，或者采用溶液析出(N. Stingelin-Stutzmann, E. Smits, H Wondergem, C. Tanase, P. Blom, P. Smith, D. de Leeuw, Nat. Mater. 2005,4,601) 等方法能夠獲得部分結晶的紅熒烯薄膜。這些方法制備過程復雜，薄膜晶體管的遷移率通常很低，只有10_3 KTcmVVs。為提高紅熒烯薄膜的結晶性，出現(xiàn)采用異質外延的方法， 即采用并四苯或并五苯的單晶或者多晶薄膜作為襯底誘導生長紅熒烯薄膜(M. Campione, J. Phys. Chem. C. 2008，112，16178 J. -H. Seo, D. -S. Park, S. -ff. Cho, C. -Y. Kim, W. -C. Jang, C. -N. Whang, K. -H. Yoo, G. -S. Chang, Τ. Pedersen, Α. Mo ewes, K. -H. Chae, S. -J. Cho, Appl. Phys. Lett. 2006，89，163505)，但在實際器件中，由于并四苯或并五苯直接與晶體管的絕緣柵接觸，器件表現(xiàn)的是并四苯或者并五苯的性能，無法發(fā)揮紅熒烯高遷移率的優(yōu)勢。 2010 年，Z. F. Li 等人(Z. F. Li, J. Du, Q. Tang, F. Wang, J. B. Xu, J. C. Yu and Q. Miao, Adv. Mater. 2010，22，3242)報道了采用并五苯醌作為絕緣的材料誘導紅熒烯結晶，獲得了遷移率為0. 35cm2/Vs的薄膜晶體管，但與其單晶性能相比還有兩個量級的差距。2007(Haibo Wang, Feng Zhu, Junliang Yang, Yanhou Geng, DonghangYan，Adv. Mater. 2007，19，2168)報道了采用弱外延生長方法制備的金屬酞菁薄膜的遷移率達到類單晶的水平。弱外延生長是利用誘導層材料和在誘導層上生長的材料兩者晶格之間存在的外延關系，獲得高質量、大尺寸連續(xù)的結晶性薄膜。該方法為制備高遷移率的紅熒烯薄膜提供了可能。但是迄今為止還沒有關于采用紅熒烯弱外延生長薄膜制備晶體管的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有紅熒烯多晶薄膜制備過程中工藝復雜和多晶薄膜品質差的問題，本發(fā)明提供一種紅熒烯弱外延生長薄膜。本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的有機薄膜晶體管。本發(fā)明的優(yōu)點是采用常規(guī)真空沉積技術，利用弱外延生長方法制備紅熒烯多晶薄膜，工藝簡單，所得薄膜晶體管遷移率達到2. 0cm2/Vs，性能超過非晶硅(0. 7cm2/Vs)。本發(fā)明的原理是利用誘導層材料的晶體和紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系，紅熒烯分子在大面積連續(xù)的有序誘導層表面進行外延生長，從而獲得高品質的多晶薄膜。I、如圖1所示，本發(fā)明涉及的紅熒烯弱外延生長薄膜包括誘導層3與紅熒烯薄膜 4，所述誘導層3的材料和紅熒烯薄膜4的紅熒烯之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層3的材料分子與紅熒烯薄膜4的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層3的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜4的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層3的材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4_聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2， 7-二(4-聯(lián)苯基)-硫芴(BPBTB)、2，6_ 二(4-聯(lián)苯基)-苯并[l，2_b :4，5_b' ] 二噻吩(BPTBT)、2，5-二 (4-聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(BPTT)、5，5' -二(4-聯(lián)苯基)-2， 2' -二噻吩(BP2T)、5，5〃 -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(BP3T)、5，5〃 ‘ -二 (4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(BP4T)、1，Γ 4'，1〃 :4〃，1"‘ 4〃 ‘，1〃 “ 4〃 〃，1〃 〃 ‘ 4〃 “ ‘，1〃 “ “ 4〃 “ “，1〃 ““‘-八聯(lián)苯(ρ8Ρ)、2， 5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3ΡΤ)、5，5' -二(4_1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(3Ρ2Τ)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2_b]并二噻吩 (3PTT)、2，7- 二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2-BPPh)、2，7- 二(4_4 ‘-氟代聯(lián)苯基)-硫芴 (F2-BPBTB)、2，6-二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_ 苯并[l，2_b :4，5_b' ] 二噻吩(F2-BPTBT)、 2，5_ 二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-BPTT)、5，5' -二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F2-BP2T)、5，5" -二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F2-BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F2-BP4T)、4，4〃 “ ‘ -二(4-氟苯基)-1，1' 4'，1〃 :4"，1〃 ‘ :4" ‘，1〃 “ 4" “，1〃 “‘-六聯(lián)苯(F2-p8P)、2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2，5- 二 (4-4 “-氟代 _1，1 ‘ 4 ‘，1 〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2， 5-二(4-4〃 -氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-3PTT)、2，7-二 (4-3' ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ 菲(F4-BPPh)、2，7-二(4-3' ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ 硫芴(F4-BPBTB)、2，6-二(4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b ‘ ] 二噻吩 (F4-BPTBT)、2，5-二(4-3'，5' -二氟代聯(lián)苯基)-[3，2_b]并二噻吩(F4-BPTT)、5，5‘ -二 (4-3'，5' -二氟代聯(lián)苯基)_2，2' -二噻吩(F4-BP2T)、5，5〃 -二(4-3‘，5' -二氟代聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F4-BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4_3'，5' _ 二氟代聯(lián)苯基)_2， 2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F4-BP4T)、4，4〃 “ ‘ -二(3，5-二氟代苯基)-1，1 ‘ 4'，1〃 :4〃，1" ‘ :4" ‘，1〃 “ :4" "，1"“‘-六聯(lián)苯(F4-p8P)、2，5-二(4-3〃， 5" _ 二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F4-3PT)、5，5' -二(4_3〃，5" -二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F4-3P2T)和 2，5_ 二(4-3〃，5〃 -二氟代-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F4-3PTT)中一種;所述的誘導層3的厚度不小于2納米，不大于12納米；紅熒烯薄膜4的厚度不小于5納 米，不大于50納米。II、本發(fā)明涉及的第一種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，如圖6所
本發(fā)明涉及的第一種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于， 其是由柵電極1、絕緣柵2、誘導層3、紅熒烯薄膜4和源/漏電極6順次連接構成；所述誘導層3和紅熒烯薄膜4之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層3 的材料分子與紅熒烯薄膜4的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層3的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜4的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層3的材料及厚度、紅熒烯薄膜4的厚度均同I。III、本發(fā)明涉及的第二種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，如圖8所本發(fā)明涉及的第二種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于， 其是由柵電極1、絕緣柵2，誘導層3、紅熒烯薄膜4順次連接，源/漏電極6與誘導層3、紅瑩烯薄膜4直接接觸構成；所述誘導層3的材料和厚度、紅熒烯薄膜4的厚度以及二者之間的組合原則同II。IV、本發(fā)明涉及的第三種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，如圖10所
7J\ ο本發(fā)明涉及的第三種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極1、絕緣柵2、誘導層3、紅熒烯薄膜4、有機半導體層5和源/漏電極6順次連接構成；所述的誘導層3的材料和厚度、紅熒烯薄膜4的厚度以及二者之間的組合原則同 II ；所述有機半導體層5的厚度不小于2納米，不大于20納米；材料為無金屬酞菁 (H2Pc)、含金屬的酞菁及其官能化變體；所述的含金屬酞菁優(yōu)選酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁鎳 (NiPc)、酞菁亞鐵(FePc)、酞菁錫(SnPc)和酞菁鉛(PbPc)中一種；所述的含金屬的酞菁的官能化變體優(yōu)選酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁氧錫(SnOPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)、全氟代酞菁鈷(F16CoPc)、全氟代酞菁鎳(F16NiPc)和全氟代酞菁亞鐵 (F16CuPc)中一種。V、本發(fā)明涉及的第四種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，如圖12所
7J\ ο(D)本發(fā)明涉及的第四種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極1、絕緣柵2，誘導層3、紅熒烯薄膜4、有機半導體層5順次連接，源/漏電極6與紅熒烯薄膜4、有機半導體層5直接接觸構成；所述的誘導層3的材料和厚度、紅熒烯薄膜4的厚度以及二者之間的組合原則同II ；所述有機半導體層5的材料和厚度同IV。VI、本發(fā)明涉及的紅熒烯弱外延生長薄膜的制備方法如下(1)在基板表面真空沉積誘導層3 ；所述誘導層3的材料及厚度同I ；(2)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度同I ；其中，本底真空度不低于IX 10_3帕斯卡(Pa)，沉積速率1納米/分鐘。VII、本發(fā)明涉及的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的制備方法如下
a、本發(fā)明涉及的第一種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的制備方法如下(1)在晶體管絕緣柵2的表面真空沉積誘導層3，所述的誘導層3的材料及厚度同 I ；(2)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度厚度同I ；(3)在紅熒烯薄膜4表面采用漏板掩模方法真空沉積金屬電極6 ；其中，本底真空度不低于1 X IO-3Pa,沉積速率1納米/分鐘，金屬電極的沉積速率為20納米/分鐘。b、本發(fā)明涉及的第二種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的制備方法如下(1)在晶體管絕緣柵2的表面真空沉積誘導層3，所述誘導層3的材料和厚度同I ；(2)在誘導層3表面采用漏板掩模方法真空沉積金屬電極6 ；(3)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度同I ；其中，本底真空度不低于1 X IO-3Pa,沉積速率1納米/分鐘，金屬電極的沉積速率為20納米/分鐘，由于金屬電極6先于紅熒烯薄膜4沉積，因此沉積紅熒烯薄膜4時有部分紅熒烯薄膜沉積在金屬電極上，這對晶體管的器件性能的影響可以忽略。C、本發(fā)明涉及的第三種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的制備方法如下(1)在晶體管絕緣柵2的表面真空沉積誘導層3，所述誘導層3的材料和厚度同I ；(2)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度同I ；(3)在紅熒烯薄膜4表面真空沉積有機半導體層5，所述有機半導體層5的材料和厚度同IV;(4)在有機半導體層5表面采用漏板掩模方法真空沉積金屬電極6 ；其中，本底真空度不低于1 X IO-3Pa,沉積速率1納米/分鐘，金屬電極的沉積速率為20納米/分鐘。d、本發(fā)明涉及的第四種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的制備方法如下(1)在晶體管絕緣柵2的表面真空沉積誘導層3，所述誘導層3的材料和厚度同I ；(2)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度同I ；(3)在紅熒烯薄膜4表面采用漏板掩模方法真空沉積金屬電極6。(4)在紅熒烯薄膜4表面真空沉積有機半導體層5，所述有機半導體層5的材料和厚度同IV;其中，本底真空度不低于1 X IO-3Pa,沉積速率1納米/分鐘，金屬電極的沉積速率為20納米/分鐘，由于金屬電極6先于有機半導體層5沉積，因此沉積有機半導體層5時有部分有機半導體層5的材料沉積在金屬電極上，這對晶體管的器件性能的影響可以忽略。有益效果本發(fā)明涉及紅熒烯的弱外延生長薄膜以及這種薄膜在有機薄膜晶體管中的應用。本發(fā)明的利用誘導層材料的晶體和紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系，紅熒烯分子在大面積連續(xù)的有序誘導層表面進行外延生長，從而獲得高品質的多晶薄膜。本發(fā)明采用常規(guī)真空沉積技術，利用弱外延生長方法制備紅熒烯多晶薄膜，工藝簡單，采用弱外延生長的紅熒烯薄膜的的晶體尺寸較大，薄膜連續(xù)性好。30納米紅熒烯弱外延生長薄膜的透射光譜，在可見光區(qū)域，紅熒烯的透光率大于90%，可以作為透明材料使用。所得薄膜晶體管遷移率性能超過非晶硅(0. 7cm2/Vs)，是非晶硅的2_5. 2倍本發(fā)明涉及的第一種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的遷移率為 2. 0-3. 2平方厘米伏特―1秒―1，閾值電壓為20-36伏特，開關電流比為105_107。本發(fā)明涉及的第二種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的構成及器件性能，遷移率為1. 93-3. 6平方厘米伏特―1秒―1，閾值電壓為20-36伏特，開關電流比為
105-IO70本發(fā)明涉及的第三種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的構成及器件性能，遷移率為2. 0-3. 6平方厘米伏特―1秒―1，閾值電壓為21-36伏特，開關電流比為 104-106。本發(fā)明涉及的第四種結構的采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管的構成及器件性能，遷移率為1. 4-3. 5平方厘米伏特―1秒―1，閾值電壓為21-47伏特，開關電流比為
106-IO70


圖1是本發(fā)明涉及的紅熒烯弱外延生長薄膜的結構示意圖。其中，(3)是誘導層， (4)是紅熒烯薄膜，(3)和(4)順次連接構成本發(fā)明的涉及的紅熒烯弱外延生長薄膜。圖2是紅熒烯非外延生長薄膜的原子力形貌圖。圖3是紅熒烯弱外延生長薄膜的原子力形貌圖。圖4是紅熒烯弱外延生長薄膜的選區(qū)電子衍射。圖5是30納米紅熒烯弱外延生長薄膜的透射光譜。圖6是本發(fā)明涉及的第一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的結構示意圖。其中，1是柵電極，2是絕緣柵，3是誘導層，4是紅熒烯薄膜，6是源/漏電極。圖7是采用圖6構型的本發(fā)明涉及的第一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的轉移特性曲線，其中柵電極1是重摻雜的Si，絕緣柵2是熱氧化的SiO2,誘導層3是P-6P， 厚度4納米，紅熒烯薄膜4的厚度20納米，源/漏電極采用金電極。圖8是本發(fā)明涉及的第二種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的結構示意圖。其中，1是柵電極，2是絕緣柵，3是誘導層，4是紅熒烯薄膜，6是源/漏電極。圖9是采用圖8構型的本發(fā)明涉及的第二種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的轉移特性曲線，其中柵電極1是重摻雜的Si，絕緣柵2是熱氧化的SiO2,誘導層3是BPPh， 厚度6納米，紅熒烯薄膜4的厚度25納米，源/漏電極采用金電極。圖10是本發(fā)明涉及的第三種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的結構示意圖。 其中，1是柵電極，2是絕緣柵，3是誘導層，4是紅熒烯薄膜，5是有機半導體層，6是源/漏電極。圖11是采用圖10構型的本發(fā)明涉及的第三種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的轉移特性曲線，其中柵電極ι是重摻雜的Si，絕緣柵2是熱氧化的SiO2,誘導層3是3PT， 厚度8納米，紅熒烯薄膜4的厚度15納米，有機半導體層5是CuPc，厚度10納米，源/漏電極采用金電極。圖12是本發(fā)明涉及的第四種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的結構示意圖。 其中，1是柵電極，2是絕緣柵，3是誘導層，4是紅熒烯薄膜，5是有機半導體，6是源/漏電極。圖13是采用圖12構型的本發(fā)明涉及的第四種采用紅熒烯弱外延生長薄膜晶體管的轉移特性曲線，其中柵電極1是重摻雜的Si，絕緣柵2是熱氧化的SiO2,誘導層3是 F2-BPTT,厚度10納米，紅熒烯薄膜4的厚度是30納米，有機半導體層5是VOPc，厚度5納米，源/漏電極采用金電極。。
具體實施例方式以下所有實施例中采用紅熒烯，無金屬的酞菁(H2Pc),酞菁鋅(ZnPc)、酞菁銅 (CuPc)，酞菁鈷(CoPc)，酞菁亞鐵(FePc)，酞菁鎳(NiPc)，酞菁錫(SnPc)，酞菁鉛(PbPc)、 酞菁氧鈦(TiOPc)，酞菁氧釩(VOPc)，酞菁氯鋁(AlClPc)，酞菁氧錫(SnOPc)，酞菁二氯錫 (SnCl2Pc),全氟代酞菁銅(F16CuPc),全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)，全氟代酞菁鈷(F16CoPc), 全氟代酞菁鎳(F16NiPc)，全氟代酞菁亞鐵(F16FePc)，六聯(lián)苯(p_6P) ,5,5' -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(BP2T)，均為商業(yè)產(chǎn)品，購買后經(jīng)真空升華提純二次后使用。表面熱生長形成一層SiO2的重摻雜的硅片，金屬金(Au)均為商業(yè)化產(chǎn)品，購買后直接使用。

誘導層3的材料2，7_ 二(4-聯(lián)苯基)_菲(BPPh)，2，7_ 二(4_聯(lián)苯基)-硫芴 (BPBTB)，2，6-二 (4-聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b ‘ ] 二噻吩(BPTBT)，2，5-二 (4-聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(BPTT)，5，5〃 -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(BP3T)， 5,5" ‘ -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(BP4T)，1，Γ 4'，1〃
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苯(p8P)，2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)，5，5‘ -二(4_1，1' 4'， 1"-三聯(lián)苯基)_2，2' - 二噻吩(3P2T)，2，5-二(4-1，Γ -A'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3， 2-b]并二噻吩(3ΡΤΤ)，2，7-二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2_BPPh)，2，7-二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)-硫芴(F2-BPBTB)，2，6-二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b ‘ ]二噻吩(F2-BPTBT)，2，5-二(4-4‘-氟代聯(lián)苯基)_[3，2_b]并二噻吩(F2-BPTT)，5，5 ‘ -二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_2，2' -二噻吩(F2-BP2T)，5，5" -二(4-4‘-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F2-BP3T)，5，5〃 ‘ -二(4-4‘-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 5〃， 2"‘-四噻吩(F2-BP4T)，4，4〃 “ ‘ -二(4-氟苯基)-1，1 ‘ 4'，1〃 :4"，1〃 ‘ :4"‘， 1" “ A" “，1〃 “‘-六聯(lián)苯(F2-p8P)，2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)，2，5- 二 (4-4“-氟代 _1，1 ‘ 4'，1 〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)， 2,5-二(4-4〃 -氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-3PTT)，2， 7-二(4-3' ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ 菲(F4-BPPh)，2，7-二(4-3' ,5' -二氟代聯(lián)苯基)-硫芴(F4-BPBTB)，2，6-二(4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b‘ ]二噻吩(F4-BPTBT)，2，5- 二 (4-3 ‘ ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ [3，2_b]并二噻吩(F4-BPTT)， 5,5' -二(4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)_2，2' - 二噻吩(F4-BP2T)，5，5 〃 -二(4-3 ‘， 5' - 二氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F4-BP3T)，5，5〃 ‘ -二(4_3'，5' -二氟代聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F4-BP4T)，4，4〃 “ ‘ -二(3，5_二氟代苯基)-1，1' 4'，1〃 :4"，1〃 ‘ :4" ‘，1〃 “ :4" "，1"“‘-六聯(lián)苯(F4_p8P)，2，5-二 (4-3" ,5" - 二氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F4-3PT)，5，5' -二(4-3 〃， 5" _ 二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F4-3P2T)和 2，5_ 二(4-3〃， 5" _ 二氟代_1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F4-3PTT)按中國專利，申請?zhí)?00910200459所描述的方法合成后真空升華提純兩次后使用。實施例1 本發(fā)明涉及的紅熒烯弱外延生長薄膜的制備方法如下(1)在表面熱生長形成一層SiO2的重摻雜的硅片表面真空沉積誘導層3 ；所述誘導層3的材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，7-二 (4-聯(lián)苯基)-硫芴(BPBTB)、2，6_二 (4-聯(lián)苯基)-苯并[l，2_b :4，5_b' ] 二噻吩(BPTBT)、2，5-二 (4-聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(BPTT)、5，5' -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(BP2T)、5，5〃 -二 (4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4-聯(lián)苯基)-2，2‘ 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(BP4T)、1，1' 4'，1〃 4〃，1〃 ‘ :4〃 ‘，1〃 “ 4〃 “，1〃 “‘ 4" 〃‘，1" “ :4" “ “，1〃 ““‘-八聯(lián)苯(ρ8Ρ)、2，5-二 (4-1,1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3ΡΤ)、5，5' -二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)_2，2' - 二噻吩(3Ρ2Τ)、 2，5_ 二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(3ΡΤΤ)、2，7-二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2-BPPh)、2，7- 二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)_ 硫芴(F2-BPBTB)、2，6- 二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_ 苯并[l，2-b :4，5-b' ] 二噻吩(F2-BPTBT)、2，5-二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-BPTT)、5，5' -二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)_2，2' -二噻吩(F2-BP2T)、5，5〃 -二(4-4‘-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F2-BP3T)、 5,5" ‘ -二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F2-BP4T)、4， 4" “ ‘ -二(4-氟苯基)-1，1' 4'，1〃 :4"，1〃 ‘ :4" ‘，1〃 “ :4" “，1〃 “‘-六聯(lián)苯(F2-p8P)、2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2，
5-二(4-4〃-氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-3PTT)、2，7-二(4-3' ,5' -二氟代聯(lián)苯基)-菲(F4-BPPh)、2，7-二(4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)-硫芴(F4-BPBTB)、2，
6-二(4-3'，5'- 二氟代聯(lián)苯基)_ 苯并[l，2-b :4，5-b' ] 二噻吩(F4-BPTBT)、2，5-二 (4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F4-BPTT)、5，5' -二(4_3'，5' -二氟代聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F4-BP2T)、5，5" -二(4-3 ‘，5' _ 二氟代聯(lián)苯基)_2，2 ‘ 5'，2〃 -三噻吩(F4-BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4_3'，5' _ 二氟代聯(lián)苯基)_2，2‘ 5'，2〃 5"，2〃 ‘-四噻吩(F4-BP4T)、4，4〃 “ ‘ -二(3，5-二氟代苯基)-1，1 ‘ 4'，1〃 :4"， 1" ‘ :4" ‘，1〃 “ :4" 〃，1〃 〃 ‘-六聯(lián)苯(F4-p8P)、2，5-二 (4-3"，5〃 _ 二氟代 _1， 1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F4-3PT)、5，5' -二(4_3〃，5" _ 二氟代 _1，1' 4'， 1"-三聯(lián)苯基)_2，2' -二噻吩爾4-3卩210和2，5-二(4-3〃，5〃 _ 二氟代 _1，1' 4'， 1"-三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F4-3PTT)中一種；所述的誘導層3的厚度不小于2納米，不大于12納米；(2)在誘導層3表面真空沉積紅熒烯薄膜4，所述紅熒烯薄膜4的厚度不小于5納米，不大于50納米。其中，本底真空度不低于IX 10_3帕斯卡(Pa)，沉積速率1納米/分鐘。
圖2是在表面熱生長形成一層SiO2的重摻雜的硅片表面直接真空沉積紅熒烯薄膜的原子力形貌圖。圖3是紅熒烯弱外延生長薄膜的原子力形貌圖。其中誘導層是P-6P，厚度5納米。對比以上兩圖可以明顯看到，非弱外延生長的紅熒烯薄膜晶體尺寸小，薄膜連續(xù)性差，采用弱外延生長的紅熒烯薄膜的的晶體尺寸較大，薄膜連續(xù)性好。圖4是在p-6P表面弱外延生長紅熒烯的典型電子衍射圖。由指標化可知，除了 P-6P的
晶帶軸衍射外，還包含紅熒烯的
晶帶軸衍射，且兩者衍射點存在取向關系，其外 延關系為紅熒烯的a*軸//p-6P的b*軸，紅熒烯的b*軸//p-6P的a*軸，兩者之間為有公度外延。圖5是30納米紅熒烯弱外延生長薄膜的透射光譜，在可見光區(qū)域，紅熒烯的透光率大于90%，可以作為透明材料使用。表1給出本發(fā)明涉及的一系列紅熒烯弱外延生長薄膜的組成。表 權利要求
1.一種紅熒烯弱外延生長薄膜，其特征在于，包括誘導層(3)和紅熒烯薄膜(4)；所述誘導層⑶的材料和紅熒烯薄膜⑷的材料紅熒烯之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層(3)的材料分子與紅熒烯薄膜(4)的材料紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層(3)的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系； 所述誘導層3的材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)_ 硫芴(BPBTB)、2，6-二(4-聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b ‘ ] 二噻吩(BPTBT)、 2，5_ 二(4-聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(BPTT)、5，5' -二(4-聯(lián)苯基)-2，2 ‘ -二噻吩(BP2T)、5，5〃 -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(BP3T)、5，5 〃 ‘ -二(4-聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(BP4T)、1，1' 4'，1〃 :4"，1〃 ‘ :4"‘， 1" “ :4" "，1" “ ‘ :4" “ ‘，1〃 “ “ :4" “ “，1〃 ““‘-八聯(lián)苯(ρ8Ρ)、2，5-二 (4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3ΡΤ)、5，5' -二(4-1，1' -A'，1〃 -三聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(3Ρ2Τ)、2，5-二(4-1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2_b]并二噻吩 (3PTT)、2，7- 二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2-BPPh)、2，7- 二(4_4 ‘-氟代聯(lián)苯基)-硫芴 (F2-BPBTB)、2，6-二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_ 苯并[l，2_b :4，5_b' ] 二噻吩(F2-BPTBT)、 2，5_ 二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-BPTT)、5，5' -二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F2-BP2T)、5，5" -二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F2-BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4_4'-氟代聯(lián)苯基)_2，2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F2-BP4T)、4，4〃 “ ‘ -二(4-氟苯基)-1，1' 4'，1〃 -Λ"，1〃 ‘ :4" ‘，1〃 “ 4" “，1〃 “‘-六聯(lián)苯(F2-p8P)、2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2，5-二(4-4〃 -氟代 _1，1' 4 ‘，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F2-3PT)、2， 5-二(4-4〃 -氟代 _1，Γ 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F2-3PTT)、2，7-二 (4-3' ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ 菲(F4-BPPh)、2，7-二(4-3' ,5' - 二氟代聯(lián)苯基)_ 硫芴(F4-BPBTB)、2，6-二(4-3'，5' - 二氟代聯(lián)苯基)-苯并[1，2_b :4，5_b ‘ ] 二噻吩 (F4-BPTBT)、2，5-二(4-3'，5' -二氟代聯(lián)苯基)-[3，2_b]并二噻吩(F4-BPTT)、5，5‘ -二 (4-3'，5' _二氟代聯(lián)苯基)_2，2' -二噻吩(F4-BP2T)、5，5" -二(4-3‘，5' -二氟代聯(lián)苯基)-2，2' 5'，2〃 -三噻吩(F4-BP3T)、5，5〃 ‘ -二(4_3'，5' _ 二氟代聯(lián)苯基)_2， 2' 5'，2〃 5〃，2〃 ‘-四噻吩(F4-BP4T)、4，4〃 “ ‘ -二(3，5-二氟代苯基)-1，1 ‘ 4'，1〃 4〃，1〃 ‘ 4" ‘ ,1" “ -Λ" “ Λ" “ ‘ _ 六聯(lián)苯(F4_p8P)、2，5-二 (4-3 “， 5" _ 二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(F4-3PT)、5，5' -二(4_3〃，5" -二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-2，2' - 二噻吩(F4-3P2T)和 2，5_ 二(4-3〃，5〃 -二氟代 _1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-[3，2-b]并二噻吩(F4-3PTT)中一種。
2.按權利要求1所述的一種紅熒烯弱外延生長薄膜，其特征在于，所述的誘導層(3)的厚度不小于2納米，不大于12納米；所述紅瑩烯薄膜(4)的厚度不小于5納米，不大于50 納米。
3.一種采用權利要求1所述的紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極⑴、絕緣柵⑵、誘導層(3)、紅熒烯薄膜(4)和源/漏電極(6)順次連接構成；所述誘導層(3)和紅熒烯薄膜(4)之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層(3)的材料分子與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層(3)的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層(3)的材料同權利要求1。
4.如權利要求3所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的誘導層(3)的厚度不小于2納米，不大于12納米；所述紅瑩烯薄膜(4)的厚度不小于5 納米，不大于50納米。
5.一種采用權利要求1所述的紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極(1)、絕緣柵(2)，誘導層(3)紅熒烯薄膜⑷順次連接，源/漏電極(6)與誘導層 (3)、紅瑩烯薄膜(4)直接接觸構成；所述誘導層(3)和紅熒烯薄膜(4)之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層(3)的材料分子與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層(3)的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層(3)的材料同權利要求1。
6.如權利要求5所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的誘導層(3)的厚度不小于2納米，不大于12納米；所述紅瑩烯薄膜(4)的厚度不小于5 納米，不大于50納米。
7.一種采用權利要求1所述的紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極(1)、絕緣柵(2)、誘導層(3)、紅熒烯薄膜(4)、有機半導體層(5)和源/漏電極(6) 順次連接構成；所述誘導層(3)和紅熒烯薄膜(4)之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層(3)的材料分子與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層(3)的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層(3)的材料同權利要求1 ；所述有機半導體層(5)的材料為無金屬酞菁、含金屬的酞菁及其官能化變體。
8.如權利要求7所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的含金屬酞菁為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁鈷、酞菁鎳、酞菁亞鐵、酞菁錫和酞菁鉛中一種；所述的含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧鈦、酞菁氧釩、酞菁氯鋁、酞菁氧錫、酞菁二氯錫、全氟代酞菁銅、全氟代酞菁鋅、全氟代酞菁鈷、全氟代酞菁鎳和全氟代酞菁亞鐵中一種。
9.如權利要求7或8所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的誘導層(3)的厚度不小于2納米，不大于12納米；所述紅瑩烯薄膜(4)的厚度不小于 5納米，不大于50納米；所述有機半導體層5的厚度不小于2納米，不大于20納米。
10.一種采用權利要求1所述的紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，其是由柵電極1、絕緣柵2，誘導層3、紅熒烯薄膜4、有機半導體層5順次連接，源/漏電極6與紅熒烯薄膜4、有機半導體層5直接接觸構成；所述誘導層(3)和紅熒烯薄膜(4)之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層(3)的材料分子與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯分子之間是范德華力相互作用，誘導層(3)的材料晶體晶格與紅熒烯薄膜(4)的紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系；所述誘導層⑶的材料同權利要求1 ；所述有機半導體層(5)的材料為無金屬酞菁、含金屬的酞菁及其官能化變體。
11.如權利要求10所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的含金屬酞菁為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁鈷、酞菁鎳、酞菁亞鐵、酞菁錫和酞菁鉛中一種；所述的含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧鈦、酞菁氧釩、酞菁氯鋁、酞菁氧錫、酞菁二氯錫、 全氟代酞菁銅、全氟代酞菁鋅、全氟代酞菁鈷、全氟代酞菁鎳和全氟代酞菁亞鐵中一種。
12.如權利要求10或11所述的一種采用紅熒烯弱外延生長薄膜的晶體管，其特征在于，所述的誘導層(3)的厚度不小于2納米，不大于12納米；所述紅瑩烯薄膜(4)的厚度不小于5納米，不大于50納米； 所述有機半導體層5的厚度不小于2納米，不大于20納米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紅熒烯的弱外延生長薄膜以及這種薄膜在有機薄膜晶體管中的應用，利用誘導層材料的晶體和紅熒烯晶體晶格之間存在外延關系，紅熒烯分子在大面積連續(xù)的有序誘導層表面進行外延生長，從而獲得高品質的多晶薄膜。本發(fā)明采用常規(guī)真空沉積技術，利用弱外延生長方法制備紅熒烯多晶薄膜，工藝簡單，采用弱外延生長的紅熒烯薄膜的晶體尺寸較大，薄膜連續(xù)性好。30納米紅熒烯弱外延生長薄膜的透射光譜，在可見光區(qū)域，紅熒烯的透光率大于90％，可以作為透明材料使用。所制得的薄膜晶體管遷移率達到1.4-3.6cm2/Vs，超過非晶硅的薄膜晶體管遷移率達到的0.7cm2/Vs，其是非晶硅的2-5.2倍。
文檔編號H01L51/05GK102154688SQ201110073179
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者王彤, 黃麗珍 申請人:長春圣卓龍電子材料有限公司