一種有機金屬配合物p?n結(jié)納米晶制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的有機金屬配合物p?n結(jié)納米晶制備方法，包括以下具體步驟：用真空蒸鍍的方法在基底上沉積一層厚度為50?2000nm的經(jīng)式有機金屬配合物無定形膜層；將得到的上述膜層向上放置，用潔凈玻璃片覆蓋膜層上，并將其安放在玻璃試管中，在300?400℃的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)8?24min；停止加熱，冷卻至室溫，控制加熱條件不同，即可得到不同結(jié)構(gòu)的有機金屬配合物納米晶；在有機金屬配合物納米晶的制樣管中通入有機溶劑四氫呋喃以及氫氣混合氣體10min，即可得到p?n金屬配合物晶體。通過上述，本發(fā)明在不同的構(gòu)象下表現(xiàn)為p型和n型半導(dǎo)體導(dǎo)線特性，同時可用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機紫外探測器、太陽能電池領(lǐng)域，本發(fā)明是關(guān)于一類具有兩種異構(gòu)體的六配位金屬配合物的共晶及其摻雜方法，通過真空蒸鍍制備有機金屬配合物無定形膜，再通過正火處理，制得不同比例摻雜的有機金屬配合物納米晶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機半導(dǎo)體(organic semiconductor)是具有半導(dǎo)體特性的有機材料，人們普遍認為，有機物的半導(dǎo)體特性源于其分子中存在的大的共軛結(jié)構(gòu)，具有低能量的軌道(HOMO)看作價帶，具有高能量的31*軌道(LUMO)看作導(dǎo)帶，兩軌道間能量差即為帶隙。大多有機半導(dǎo)體帶隙為1.5ev_3.0ev，處于理想的可見光范圍。
[0003]有機半導(dǎo)體材料種類繁多，大致可分為聚合物、低聚物兩類。低聚物又主要分為金屬螯合物(Alq3，Gaq3，Znq2等)，紅焚稀，金屬酞菁(ZnPc等)，低聚噻吩(T4等)以及其他材料。由于有機半導(dǎo)體材料具有環(huán)境友好，價格低廉，制備簡單，以及可制備柔性器件等優(yōu)點，有機半導(dǎo)體材料具有廣闊的應(yīng)用前景。(J.Physics: Condensed Matter, 2005 , 17，6271—6283，Paramagnetic defect centres in crystal line Alq3; AdvancedFunct1nal Materials, 2003, 13，108-112，Preparat1n and characterizat1n ofblue-luminescent tris(8-hydroxyquinaline)aluminum (Alq3))但是，由于有機半導(dǎo)體材料的載流子迀移率低，很大程度上限制了其應(yīng)用，所以，通常采用摻雜的方法對其進行改性處理。通過摻雜不僅可以大大提高載流子濃度和迀移率，還可以改變器件的發(fā)光顏色。例如，有機發(fā)光或者太陽能電池等器件可以通過摻雜提高器件的發(fā)光量子效率;在有機發(fā)光器件領(lǐng)域，也可以通過摻雜改變發(fā)光波長。(Advanced Funct1nal Materials，2006，16，1985-199 I，Pho toluminescence and electroluminescence from tr i s(8-hydroxyquinoline)aluminum nanowires prepared by adsorbent-assisted physicalvapor deposit1n;Advaneed Funct1nal Materia Is，2006，16，8 I 9 — 823，Crystallizat1n of amorphous tris(8-hydroxyquinoline)aluminum nanoparticlesand transformat1n to nanowires; Advanced Materials, 2008, 20，2747-2750，Alq3 nanorods: Promising building blocks for optical devices.)
在器件中的有機層大多都采用無定形膜層，但是非晶膜層中存在大量的雜質(zhì)和缺陷，很大程度地影響載流子的迀移率，為了降低雜志和缺陷對有幾層中載流子運輸?shù)挠绊懀梢圆捎糜袡C半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)代替無定形膜層。這是由于晶體的均一性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特性，具有優(yōu)異的載流子傳輸效率和熱穩(wěn)定性，可以提升器件的性能。
[0004]納米晶體是納米尺寸上的多晶，晶體在納米量級的尺寸時，其聲、光、電、熱、磁等性能會發(fā)生改變。納米晶體分為三維納米結(jié)構(gòu)，二維納米結(jié)構(gòu)，一維納米結(jié)構(gòu)和零維納米結(jié)構(gòu)，其中，一維納米結(jié)構(gòu)因為其在納米器件應(yīng)用的廣闊前景而受到廣泛關(guān)注。一般的無機材料的制備方法不適用于有機材料，有機一維納米材料的制備方法主要有:物理氣相傳輸法、模板法和溶液法。
[0005]—維納米材料具有獨特的光電性質(zhì)，可以用于有機場效應(yīng)晶體管器件(0FET)、有機半導(dǎo)體發(fā)光器件(OLED)，有機太陽能電池(0PV)等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，采用退火處理得到不同比例經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的納米晶，得到的納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，在不同的構(gòu)象下表現(xiàn)為P型和η型半導(dǎo)體導(dǎo)線特性，同時該納米晶可用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等領(lǐng)域。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供了一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，包括以下具體步驟:
包括以下具體步驟:
步驟I:用真空蒸鍍的方法在基底上沉積一層厚度為50-2000nm的經(jīng)式有機金屬配合物無定形膜層；
步驟2:將得到的上述膜層向上放置，用潔凈玻璃片覆蓋膜層上，并將其安放在玻璃試管中，在300-400 0C的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)8-24min ；
步驟3:停止加熱，冷卻至室溫，控制加熱條件不同，即可得到不同結(jié)構(gòu)的有機金屬配合物納米晶；
步驟4:在有機金屬配合物納米晶的制樣管中通入有機溶劑四氫呋喃以及氫氣混合氣體lOmin，即可得到p-n金屬配合物晶體。
[0008]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的真空蒸鍍采用10-2-10_5Pa的真空壓強。
[0009]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的有機金屬配合物納米晶包括P型和η型半導(dǎo)體摻雜的納米棒。
[0010]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的有機金屬配合物納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為
0.2-1μ??，長度 2-60μηι。
[0011]在本發(fā)明一個較佳實施例中，通過所述的有機金屬配合物納米晶在基底表面形成高效電子傳輸及電子轉(zhuǎn)移層。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，通過簡單的摻雜方法形成有機半導(dǎo)體共晶和有機半導(dǎo)體Pn結(jié)，采用退火處理得到不同比例經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的納米晶，得到的納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，在不同的構(gòu)象下表現(xiàn)為P型和η型半導(dǎo)體導(dǎo)線特性，同時該納米晶可用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是Alq3有機半導(dǎo)體p-n結(jié)焚光顯微鏡圖片； 圖2是Alq3有機半導(dǎo)體共晶熒光顯微鏡圖片；
圖3是經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的Alq3納米晶的PL譜圖；
圖4是基于PN結(jié)的有機電致發(fā)光器件示意圖；
圖5是基于PN結(jié)的有機場效應(yīng)晶體管示意圖；
圖6是基于PN結(jié)的太陽能電池器件示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0015]本發(fā)明實施例包括:
一種有機金屬配合物P-n結(jié)納米晶制備方法，包括以下具體步驟:
步驟I:用真空蒸鍍的方法在基底上沉積一層厚度為50-2000nm的經(jīng)式有機金屬配合物無定形膜層；
步驟2:將得到的上述膜層向上放置，用潔凈玻璃片覆蓋膜層上，并將其安放在玻璃試管中，在300-400 0C的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)8-24min ；
步驟3:停止加熱，冷卻至室溫，控制加熱條件不同，即可得到不同結(jié)構(gòu)的有機金屬配合物納米晶；
步驟4:在有機金屬配合物納米晶的制樣管中通入有機溶劑四氫呋喃以及氫氣混合氣體lOmin，即可得到p-n金屬配合物晶體。
[0016]上述中，所述的真空蒸鍍采用10-2-10_5Pa的真空壓強;所述的有機金屬配合物納米晶包括P型和η型半導(dǎo)體摻雜的納米棒，所述的有機金屬配合物納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為 0.2-1μηι，長度 2-60μηι。
[0017]其中，通過所述的有機金屬配合物納米晶，利用該金屬配合物納米棒狀結(jié)構(gòu)，在基底表面形成高效電子傳輸及電子轉(zhuǎn)移層，實現(xiàn)高效有機電致發(fā)光器件的制備;利用該金屬配合物納米棒狀結(jié)構(gòu)，在基底表面形成高效電子傳輸及電子轉(zhuǎn)移層由該納米線制備有機太陽能電池具有極高得光電轉(zhuǎn)化效率。
[0018]本發(fā)明是關(guān)于一類具有異構(gòu)體的金屬配合物的共晶及其摻雜方法，在之前的報道中，金屬有機配合物大多通過配體修飾的方法進行改性。而本方法采用退火處理得到不同比例經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的納米晶。本方法得到的納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，在不同的構(gòu)象下表現(xiàn)為P型和η型半導(dǎo)體導(dǎo)線特性。本發(fā)明涉及有機半導(dǎo)體晶象摻雜PN結(jié)的制備方法，同時該納米晶可用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等領(lǐng)域。
[0019]本發(fā)明的目的在于通過有機半導(dǎo)體摻雜得到的有機半導(dǎo)體共晶。本發(fā)明的又一目的在于形成經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)兩種異構(gòu)體組成的有機半導(dǎo)體Pn結(jié)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的制備方法為:通過真空蒸鍍，再進行熱處理(退火)的方法來制備有機金屬配合物納米晶，通過改變熱處理溫度和時間，來控制得到不同比例經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的有機金屬配合物納米晶。
[0020]該納米晶可在石英玻璃，ITO玻璃和硅片上形成納微米薄膜，形成的膜層厚度在200-5000nm之間，可用作制備和組裝有機半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0021]本發(fā)明方法可用于制備Alq3及其衍生物、Ir(PPy)3及其衍生物、Gaq3及其衍生物等金屬有機配合物。
[0022]實施例1:制備Alq3有機半導(dǎo)體共晶 I.制備經(jīng)式Alq3無定形膜
以石英玻璃為基底，用真空蒸鍍的方法將固體Alq3固體原料加熱(225±10°C)升華，在基底上沉積一層厚度為100nm的經(jīng)式Alq3無定形膜層，真空度為10-2-10-5Pa。
[0023]2.制備Alq3有機半導(dǎo)體共晶
將得到的上述膜層向上放置，用多片潔凈玻璃片覆蓋其上，安放在玻璃試管中，在3900C的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)14min。停止加熱，從爐中取出，冷卻至室溫，熒光顯微鏡照片證明在得到Alq3有機半導(dǎo)體共晶。
[0024]實施例2:制備Alq3有機半導(dǎo)體p-n結(jié) I.制備經(jīng)式Alq3無定形膜如例I所述；
2.制備Alq3有機半導(dǎo)體pn結(jié)
將得到的上述膜層向上放置，用多片潔凈玻璃片覆蓋其上，安放在玻璃試管中，在380°(:的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)15min。停止加熱，從爐中取出，冷卻至室溫，如圖1和圖2所示，熒光顯微鏡照片證明在得到Alq3有機半導(dǎo)體pn結(jié)。如圖3所示，本發(fā)明所得到的PN結(jié)發(fā)光光譜峰位分別位于470納米和500納米。
[0025]實施例3:有機金屬配合物納米晶在用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件方面的應(yīng)用器件結(jié)構(gòu)為:[ITO/ Alq3有機半導(dǎo)體共晶薄膜/LiF/Al]。
[0026]如圖4所示，將ITO玻璃依次用洗滌劑、丙酮、去離子水、乙醇超聲lOmin，在潔凈環(huán)境下用紅外燈烘烤，再放入處理腔對基片離子轟擊。在ITO玻璃表面制備Alq3(100nm)有機半導(dǎo)體共晶薄膜(如實施例1所述)，再用真空蒸鍍LiF(15nm)和Al(2000nm)作為復(fù)合陰極。
[0027]實施例4:有機金屬配合物納米晶在用于有機場效應(yīng)晶體管器件結(jié)構(gòu)為:[Si/聚亞酰胺/ Alq3有機半導(dǎo)體共晶薄膜/Au]。
[0028]如圖5所示，在硅片表面旋涂一層聚亞酰胺(轉(zhuǎn)速4000r/s)，加熱烘烤，再制備Alq3(I OOOnm )有機半導(dǎo)體共晶薄膜(如實施例1所述)，最后用掩膜法鍍Au層。
[0029]實施例5:有機金屬配合物納米晶在用于有機太陽能電池的制備器件結(jié)構(gòu)為:[FT0/Ti02/ Alq3有機半導(dǎo)體共晶薄膜/Ag]。
[0030]如圖6所示，將ITO玻璃依次用洗滌劑、丙酮、去離子水、乙醇超聲lOmin，在潔凈環(huán)境下用紅外燈烘烤，再放入處理腔對基片離子轟擊。在ITO上依次真空蒸鍍Ti02(20nm)、Alq3(250nm)，再將Alq3制備成共晶薄膜，隨后制備空穴傳輸層和蒸鍍Ag(10nm)膜層。
[0031]綜上所述，本發(fā)明的一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，通過簡單的摻雜方法形成有機半導(dǎo)體共晶和有機半導(dǎo)體pn結(jié)，采用退火處理得到不同比例經(jīng)式結(jié)構(gòu)和面式結(jié)構(gòu)摻雜的納米晶，得到的納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，在不同的構(gòu)象下表現(xiàn)為P型和η型半導(dǎo)體導(dǎo)線特性，同時該納米晶可用于有機半導(dǎo)體發(fā)光器件、有機場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等領(lǐng)域。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟: 步驟I:用真空蒸鍍的方法在基底上沉積一層厚度為50-2000nm的經(jīng)式有機金屬配合物無定形膜層； 步驟2:將得到的上述膜層向上放置，用潔凈玻璃片覆蓋膜層上，并將其安放在玻璃試管中，在300-400 0C的空氣環(huán)境下正火燒結(jié)8-24min ； 步驟3:停止加熱，冷卻至室溫，控制加熱條件不同，即可得到不同結(jié)構(gòu)的有機金屬配合物納米晶； 步驟4:在有機金屬配合物納米晶的制樣管中通入有機溶劑四氫呋喃以及氫氣混合氣體lOmin，即可得到p-n金屬配合物晶體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，其特征在于，所述的真空蒸鍍采用10-2-10-5Pa的真空壓強。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，其特征在于，所述的有機金屬配合物納米晶包括P型和n型半導(dǎo)體摻雜的納米棒。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，其特征在于，所述的有機金屬配合物納米晶為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為0.2-1um，長度2-60um。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機金屬配合物p-n結(jié)納米晶制備方法，其特征在于，通過所述的有機金屬配合物納米晶在基底表面形成高效電子傳輸及電子轉(zhuǎn)移層。
【文檔編號】H01L51/00GK106058046SQ201610644074
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月9日 公開號201610644074.8, CN 106058046 A, CN 106058046A, CN 201610644074, CN-A-106058046, CN106058046 A, CN106058046A, CN201610644074, CN201610644074.8
【發(fā)明人】畢海
【申請人】蘇州華萊德電子科技有限公司