专利名称：酞菁类材料的多晶薄膜的新用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及酞菁类材料的多晶薄膜的新用途，特别是涉及酞菁类材料的多晶薄膜 在场效应晶体管中的用途。
背景技术：
有机薄膜场效应晶体管由于其具有制备简单，成本低廉，可与柔性衬底兼容等优点而倍受人们的关注。自1986年报道第一个有机场效应晶体管以来，有机场效应晶 体管得到了快速的发展，并取得了重大突破。但是，在有机场效应晶体管实用化的道 路上仍然存在一系列关键性的问题有待解决，其中两方面的问题是目前迫切需要解决 的，首先是大部分材料的场效应迁移率较低(普遍低于l cra7Vs);第二是器件工作 的稳定性，因为大部分用于场效应晶体管的有机半导体材料对空气和辐照都很敏感， 在空气中或光照下保存或操作时容易造成器件性能的下降甚至完全失效。虽然人们已 经开发出了一些稳定的高性能有机场效应材料，但这些材料基本是实验室合成的，复 杂的制备工艺以及有限的数量制约着这些材料在场效应方面的广泛研究和实用化进 程。因此，在商品化的材料中寻找到稳定的、具有优异场效应性能的材料将是推进有 机场效应晶体管实用化的重要一步。在有机薄膜场效应晶体管领域，理论模型和实验结果业已证明薄膜的有序程度对 器件性能起着至关重要的作用。因此如何制备高度有序的薄膜一直是人们关注的热 点。文献(Yonehara,H.， Ogawa， K., Etori, H., Pac, C.丄a"gww/r 18, 7557-7563 (2002). Yonehara, H. "a/. 13， 1015-1022 (2001). Brinkmann, M.， Wittmann, J,C. Barthel, M., Hanack，M.， Chaumont， C. Oie附.Ma^r 14， 904-914 (2002).)报道了酞菁类材料的多晶薄膜，目前 该类材料主要在有机光导体及非线性光学方面有着广泛的应用。发明内容本发明的目的是提供酞菁类材料的多晶薄膜的用途。本发明发明人通过实验证实，酞菁类材料的多晶薄膜具有良好的场效应性能，所 制备出的场效应晶体管，具有非常优异的性能，场效应迁移率可达IO cm7Vs，开关 比大于107，而且性能稳定，可以广泛应用于制备有机薄膜场效应晶体管。这里，常用的酞菁类材料是具有非平面结构的酞菁类材料，例如，酞菁氧钛、酞 菁氧钒、氯代酞菁铝、氯代酞菁镓、氯代酞菁铟、酞菁铅等。本发明以非平面酞箐类材料的多晶薄膜为材料制备高性能的薄膜场效应晶体管，这类器件具有非常优异的性能，场效应迁移率可达IO cm7Vs，开关比大于107，而且 性能稳定，比现己报道的场效应材料(如并五苯)具有更加优异的性能，应用前景十 分广阔。
图1中(a)为非平面酞菁类材料的分子结构；(b)为顶接触薄膜晶体管器件结 构示意图；图2为在垸基三氯硅烷或烷基三烷氧基硅烷修饰的石英片上制备的代表性的非平 面酞菁类材料(酞菁氧钛)薄膜的紫外可见近红外吸收光谱图；图3为在垸基三氯硅垸或垸基三烷氧基硅垸修饰的硅片上制备的代表性的非平 面酞菁类材料(酞菁氧钛)薄膜的XRD数据图；图4在烷基三氯硅烷或烷基三烷氧基硅烷修饰的石英片上制备的代表性的非平面酞菁类材料(酞菁氧钛)薄膜的原子力显微镜照片；图5为代表性的非平面酞菁类材料(酞菁氧钛)薄膜晶体管的(a)输出特性曲 线和(b)转移特性曲线。
具体实施方式
实施例l、制备酞菁类材料多晶薄膜1) 原料的纯化将购买的酞菁类材料粗品用梯度升华方法纯化三次。2) 带有二氧化硅绝缘层的低阻硅片的表面自组装修饰方法一，将清洗干净的表面带有二氧化硅绝缘层的低阻硅片在IO(TC真空干燥 0.5小时以消除水汽对后续自组装过程的影响，待温度降至室温时，在硅片附近放入 一滴烷基三氯硅烷或烷基三烷氧基硅烷，然后将体系在真空条件下升温至12(TC，并 保温2小时。方法二，将清洗干净的表面带有二氧化硅绝缘层的低阻硅片浸在含经垸基三氯硅 垸或垸基三烷氧基硅烷O. lmM的无水甲苯、正己烷或乙醇溶液中，放置过夜。其中，带有二氧化硅绝缘层的低阻硅片在清洗过程如下用纯水，丙酮，浓硫酸 和双氧水的混合液，纯水以及乙醇依次进行清洗，以氮气吹干后置于等离子体清洗仪
中，在50W功率下用氧等离子体处理5分钟。经垸基三氯硅垸或烷基三烷氧基硅垸修饰的硅片依次用正己烷，氯仿，乙醇超声 清洗，再用氮气吹干。3)酞菁类材料多晶薄膜的制备方法将清洗干净的经烷基三氯硅垸或烷基三烷氧基硅烷修饰的低阻硅片放置于真空 镀膜仪的基板上作为沉积衬底，将纯化的酞菁类材料置于蒸发源内。然后将体系抽真 空，同时将基板升温，控制温度在15(TC。待体系真空降至10'4帕以下时，开始蒸镀， 控制蒸发速率0.5A/s，膜厚50 60nm。蒸镀结束后，使基底在真空条件下缓慢降至 室温，得到酞菁类材料的有序多晶薄膜。以酞菁氧钛薄膜为例，从薄膜的紫外可见近红外吸收光谱中可以发现由本发明制 备的薄膜属于单一晶相，XRD数据中两个特征峰分别归属于酞菁氧酞晶体中(010) 和(020)晶面的衍射峰，由此可以推断出此薄膜中酞菁氧酞形成了有序的晶态结构。在本发明中，有多种酞菁类材料可以应用，如酞菁氧钛、酞菁氧钒、氯代酞菁铝、 氯代酞菁镓、氯代酞菁铟、酞菁铅等非平面酞菁类材料，这些材料的分子结构如图la。图2 —图4分别为所得酞菁氧钛薄膜的XRD数据图、紫外可见近红外吸收光谱 图、原子力显微镜照片，结果表明，酞菁氧钛薄膜具有高度有序且均匀的特性，这种 结构利于获得优异的场效应性能。实施例2、酞養类材料薄膜晶体管的制备将酞菁类材料多晶薄膜移至金属镀膜仪中，用掩模板掩膜，真空蒸镀金作为源、 漏电极，即可以得到酞菁类材料薄膜晶体管，其结构如图lb所示，该制备过程可以 参考文献进行(Dimitrapoulos, C. D. & Malenfant, P. R. L. JaTv. Ma,er. 14， 99-117 (2002))。酞菁类材料薄膜晶体管的电学性能表征图5为酞菁氧钛薄膜所制备的酞菁类材料薄膜晶体管的输出特性曲线和转移特性 曲线，结果表明，该晶体管具有非常优异的场效应性能，场效应迁移率10cm2/Vs，开 关比10乙108，阈值电压-11.7V。由于本发明所涉及的几种酞菁类材料(酞菁氧钛、酞菁氧钒、氯代酞菁铝、氯代 酞菁镓、氯代酞菁铟、酞菁铅等)均具有很好的n堆积结构，在这种结构中分子间具 有很好的轨道重叠，分子间作用力比较强，因而利于载流子(电子或空穴)在分子间 的传输，进而获得好的场效应性能。
权利要求
1. 酞菁类材料的多晶薄膜在制备有机薄膜场效应晶体管中的应用。
2、 根据权利要求l所述的应用，其特征在于所述酞菁类材料为非平面酞菁类 材料。
3、 根据权利要求2所述的应用，其特征在于所述非平面酞菁类材料选自酞菁 氧钛、酞菁氧钒、氯代酞菁铝、氯代酞菁镓、氯代酞菁铟、酞菁铅。
全文摘要
本发明公开了一种酞菁类材料的多晶薄膜的新用途。本发明以非平面酞菁类材料的多晶薄膜为材料制备出高性能的薄膜场效应晶体管，这类器件具有非常优异的性能，场效应迁移率可达10cm<sup>2</sup>/Vs，开关比大于10<sup>7</sup>，而且性能稳定，比现已报道的场效应材料(如并五苯)具有更加优异的性能，应用前景十分广阔。
文档编号H01L51/30GK101212022SQ20061016987
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者李洪祥, 李立强, 胡文平 申请人:中国科学院化学研究所