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

1、最近有機小分子微納晶體受到越來越廣泛的關(guān)注。相比于無機材料，有機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，對于構(gòu)筑下一代價格低廉、高性能、可穿戴的器件具有很大的潛力。在實際的器件應(yīng)用中例如構(gòu)筑集成器件或邏輯電路時，要求有機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)計不同的光刻膠模板，能實現(xiàn)不

4、同周期性和復(fù)雜圖案的TIPS-PEN微米線。同時這種方法還適用于其他有機小分子材料?；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，最高遷移率達到3.5 cm2 V-1 s-1，同時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小分子單晶陣列，這在未來的集成電路等實際應(yīng)用中具有很大的潛力。⑵有機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p-n結(jié)微納晶體的方法只能獲得單個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 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，最高電子遷移率達到0.43 cm2 V-1 s-1，最高空穴遷移率達到0.32 cm2 V-1 s-1。同時該方法還能實現(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p-n結(jié)微米線陣列，這將有望在未來的有機發(fā)光晶體管和互補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)無機絕緣層和親水的有機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