一种图案化有机电极PEDOT:PSS的方法与流程

本发明主要属于有机电极 领域，具体涉及一种图案化有机电极PEDOT:PSS的方法。

背景技术：

地球的资源是有限的，其中金属电极资源更是少之又少。但是随着优异的电子产品的应用广泛深入人心，半导体行业的金属电极需求量与日俱增，最终金属电极的短缺必然会制约电子产品的进一步发展。同时现在电子产品正朝着柔性、透明、可穿戴趋势发展，金属电极显然无法担此重任。金属电极因为其良好的热导率，过高的熔沸点使得沉积金属电极时，金属蒸汽易灼伤样品。同时不同比例的PEDOT与PSS的混合物具有不同的功函数，对应着不同金属电极，故而可以代替很多种金属而不是其中某一种金属电极。而有机电极PEDOT:PSS凭借着的导电强，柔性、透明的性能故而引起了广泛的研究，但是其图案化技术一直都制约着其发展。

现存的有机电极PEDOT:PSS的图案化技术主要是通过传统的掩膜版光刻工艺实现。其主要原理为:首先把有机电极PEDOT:PSS旋涂到一个干净的基底上后加热，接着旋涂光刻胶后，在掩膜版的帮助下使用紫外曝光仪，曝出相应的图形，显影定影后使用反应离子刻蚀（RIE）刻蚀暴露出来的PEDOT:PSS薄膜，最后使用去胶剂去除剩余的光刻胶。这个图案化技术首先局限于复杂的工艺：需要单独制作掩膜版和使用到反应离子刻蚀（RIE），如果使用后旋涂PEDOT:PSS上去，那么现存紫外光刻胶无法忍受干燥PEDOT:PSS所需的温度烘烤；其次、如果沟道材料与有机电极的接触为沟道在上，有机电极在下，那么技术人员很难非常精准把握好反应离子刻蚀（RIE）的工艺，必然会刻蚀基底或者留下有机电极PEDOT:PSS在导电沟道正下方，而且有机电极因为光刻胶无法彻底清除存在残留问题，绝缘的光刻胶增大电极接触电阻；最后、如果有机电极在上，导电沟道在下，那么反应离子刻蚀（RIE）也会刻蚀到导电沟道材料，或者还是会留下光刻胶残留。这个光刻的工艺的精度也限于光刻胶的精度约为1μm，源高于其他的图案化工艺的精度。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种图案化有机电极PEDOT:PSS的方法，使精度可以达到10nm，同时摆脱了光刻胶残留缺陷和反应离子刻蚀（RIE）损伤问题。这个图案化有机电极PEDOT:PSS技术为有机电极的图案化道路探索了一条新思路，同时为有机电极的大规模应用奠定了广泛的基础。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种图案化有机电极PEDOT:PSS的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）在基底上旋涂电子束光刻胶，烘干后得在基底上的电子束光刻胶层；

（2）用电子束曝光方法将所述基底上的电子束光刻胶层图案化，得带有图案化的电子束光刻胶层的基底；

（3）在所述带有图案化的电子束光刻胶层的基底上沉积PEDOT:PSS，一定温度下干燥得中间物；

（4）用有机溶剂浸泡所述中间物除去电子束光刻胶，用大量去离子水冲洗后得在基底上图案化的有机电极PEDOT:PSS，实现图案化有机电极PEDOT:PSS。

进一步地，所述电子束光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯的混合酯;所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为495K或950k。

进一步地，步骤（3）中一定温度下干燥为在120℃-220℃下干燥5-30min，此温度和时间保证PEDOT:PSS不变性，且干燥后的PEDOT:PSS最终能够不溶于水。

进一步地，所述步骤（2）中图案化的精度为0.01微米至100微米。

进一步地，所述步骤（4）用有机溶剂浸泡为在丙酮中50℃-100℃温度浸泡0.5-12h。

进一步地，步骤（3）中PEDOT：PSS沉积方法为旋涂法，所用旋涂液为PEDOT:PSS与异丙醇按体积比1：1的混合溶液。

进一步地，步骤（1）中所述烘干的条件为：170℃-190℃温度下保持1-2min。

进一步地，所述基底为任意表面光滑的衬底。

基底可为清洗后的二氧化硅、沉积有单层二硫化钼的二氧化硅、柔性透明的PET或PEI等。

进一步地，所述步骤（3）中一定温度下干燥为在180℃温度下干燥15-30min。

本发明的有益技术效果：

（1）本发明提供的方法摆脱掩膜版和反应离子刻蚀（RIE）的使用，解决光刻胶残留和等离子体辐射损伤；

（2）本发明使用电子束曝光技术，提高了图案化的精度；

（3）本发明制备的图案化有机电极代替金属电极实现低成本绿色的图案化有机电极，特别是对于新型二维材料的电极制备有着金属电极无法替代的作用。

附图说明

图1、本发明图案化有机电极PEDOT:PSS的流程示意图；

图2、本发明实施例1中PEDOT:PSS图案化的SEM图；

图3、本发明实施例2 PEDOT:PSS图案化的SEM图；

图4、本发明实施例3中二硫化钼晶体管的结构示意图；

图5、本发明实施例3中二硫化钼晶体管的电流-电压曲线；

图中：1、 PEDOT：PSS有机电极，2 、二硫化钼纳米片， 3 、二氧化硅基底，4、电子束光刻胶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

图案化PEDOT:PSS有机电极的流程图如图1所示，

（1）清洗二氧化硅基底：将2.5*2.5cm的二氧化硅基底先后放入丙酮、乙醇、去离子水，在每个溶液中经过各10 分钟的超声清洗后，取出，氮气吹干；

（2）在3000转每分钟，一分钟的参数下旋涂PMMA胶（950K），后180℃烘干；

（3）电子束曝光技术制备“梳”状图形，其中“梳”枝的宽度为50纳米，与“梳”枝垂直的“梳”干的宽度约为80纳米，如图2，显影定影氮气吹干；

（4）旋涂PEDOT:PSS有机电极，在热板上180℃烘烤15-30分钟，最后放入丙酮溶液浸泡12h；

实施例2

（1）清洗二氧化硅基底：将2.5*2.5cm的二氧化硅基底先后放入丙酮、乙醇、去离子水，在每个溶液中经过各10 分钟的超声清洗后，取出，氮气吹干。；

（2）在3000转每分钟，一分钟的参数下旋涂PMMA胶（495K），后180℃烘干；

（3）电子束曝光技术制备PEDOT:PSS条纹，其中条纹宽度约为10微米，如图3，显影定影氮气吹干；

（4）旋涂PEDOT:PSS有机电极，在热板上180℃烘烤15-30分钟，最后放入丙酮溶液浸泡12h；

实施例3

可在基底上预先沉积单层二硫化钼，再进行图案化PEDOT:PSS有机电极，制备得到二硫化钼晶体管，本方法制备的二硫化钼晶体管结构示意图如图4所示。具体步骤如下：

（1）清洗二氧化硅基底：将2.5*2.5cm的二氧化硅基底先后放入丙酮、乙醇、去离子水，在每个溶液中经过各10 分钟的超声清洗后，取出，氮气吹干。；

（2）化学气相沉积生长单层二硫化钼，以硫粉和三氧化钼为反应物，在860℃制备沉积到二氧化硅表面，单层二硫化钼为正三角形，其中边长约为100微米；

（3）在3000转每分钟，一分钟的参数下旋涂PMMA胶（495K），后180℃烘干；

（4）电子束曝光技术曝光所需要的图形；

（5）旋涂PEDOT:PSS有机电极，在热板上180℃烘烤15-30分钟，最后放入丙酮溶液浸泡12h。

测量制备得到的二硫化钼晶体管的电流-电压曲线如图5所示，测量时，其中一个电极接地，另一个电极施加电压。