大面积有机一维微米线阵列与二维单晶薄膜的制备及其光电器件研究

摘要

近十年来，由有机小分子半导体材料制备的微纳晶体越来越受到研究者的关注。因为相比于无机半导体材料，有机材料在具有低成本、机械柔韧性、低的生长温度等优势的同时，还可以通过改变分子结构灵活的调控其电学性能。而有机晶体结构相较于非晶结构，在提高所构建器件的光电性能方面更具优势。但通过常规方法制备大面积一维单晶纳米线和二维单晶纳米薄膜还面临着很大的挑战。材料尺寸的局限性，使对其光电性能的研究仍停留在单个器件的阶段，阻碍了其集成化应用。大面积一维单晶微米线和二维单晶纳米薄膜的成功制备，可以把性能研究从单个器件阶段提升到集成器件阶段，这大大促进微纳米晶体结构的大规模集成化应用。
　　本研究主要内容包括：⑴把光刻胶辅助挥发法与提拉技术相结合，可以在极短的时间里制备大面积超长富勒烯微米线（C60 MWs）阵列。所得C60微米线截面为标准的正六边形是完美的单晶结构，阵列面积可达到1×1cm2。基于模板作用，新方法通过改变模板图案来调控阵列密度，同时实现了不同根数的C60微米线阵列在金电极对上精确定点定位生长。这一优势很好的应用到器件构建上，避免了在有机纳米材料上直接光刻，一步法完成光电探测集成器件的制备。基于C60微米线阵列制备的光电探测器显示了优异而稳定的光响应性能。同时，高晶体质量的C60微米线阵列不但可以在硬的SiO2/Si基底上生长，还可以在柔性的PET基底上直接生长。本工作所提出的新方法具有简便性、普适性，在构建大面积高性能功能化的有机晶体集成器件方面具有巨大潜能。⑵提出一种新的方法r-LB（reverse-Langmuir–Blodgett）技术辅助挥发法，来直接一步法生长二维大面积有机C10-BTBT单晶薄膜。结合液面张力和外部施加的驱动力以形成扩展力。在扩展力的作用下有机小分子溶液缓慢平铺在水面上，同时随着有机溶剂的挥发，在有机溶液/水/空气三相接触线处有机小分子自组装生长成单晶薄膜。单晶薄膜可以从水面上转移到任意基底上（硬基底 SiO2/Si、柔性PEN基底）。所得到的C10-BTBT二维单晶薄膜厚度可以在几纳米到几十纳米之间进行调控，面积达到厘米尺度。由该方法所得到的有机单晶薄膜应用到OFETs上，器件具有极高的迁移率（>10 cm2V-1s-1）和极大的开关比（>107），同时超大面积的优势为其在以后的集成器件应用中提供了可能。

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第一章 绪论

1.1 有机微纳半导体材料概述

1.2 大面积有机微纳晶体材料的制备

1.3 课题的提出与意义

参考文献：

第二章 光刻胶辅助提拉法原位快速生长大面积高度有序的一维C60微米线阵列及其光电探测性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献:

第三章 利用三相界面法制备二维大面积C10-BTBT单晶薄膜及其有机场效应晶体管（OFETs）的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献:

结论

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢