一种有机半导体材料的阵列制备方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种有机半导体材料的阵列制备方法。


背景技术：

2.目前，液相微纳加工技术已经取得了很大技术突破，尤其毛细液桥诱导法在可控阵列、图案化方面有很大建树。但是，对于部分高迁移率、高稳定性的有机半导体材料，由于化学性质稳定，不能实现液相加工。因此，如何利用这些有机半导体材料进行阵列化加工，以制备高质量有机半导体器件是急需解决的问题。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的有机半导体材料的阵列制备方法。
4.一方面，本技术通过本技术的一实施例提供如下技术方案：
5.一种有机半导体材料的阵列制备方法，所述制备方法包括：
6.根据预设阵列形式，制备获得包括硅柱阵列的硅片；
7.对所述硅柱的表面进行化学修饰，使所述硅柱的表面达到超疏水状态；
8.在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品；
9.将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。
10.可选的，所述对所述硅柱的表面进行化学修饰，具体包括：
11.在真空条件下，使疏水处理剂附着在所述硅柱的表面；
12.对已附着所述疏水处理剂的所述硅柱加热至80-120℃并保持2-4h。
13.可选的，所述疏水处理剂为氟硅烷或十八烷基三氯硅烷。
14.可选的，所述在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，具体包括：
15.根据所述有机半导体材料的性质，通过调节热蒸发的温度，控制所述有机半导体材料的热蒸发速率。
16.可选的，所述在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品，具体包括：
17.基于所述有机半导体材料的热蒸发速率和热蒸发时间，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品。
18.可选的，所述基底为柔性基底。
19.可选的，所述基底包括聚二甲基硅氧烷；
20.在所述将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合之前，所述方法还包括：
21.将聚二甲基硅氧烷与硬化剂按10：1比例混合，获得混合物；
22.将所述混合物加热至60-100℃并保持2-4h，使所述基底软化。
23.可选的，所述将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列，具体包括：
24.在所述基底处于未凝固状态时，将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，施加预设压力并保持预设时间；
25.在所述基底凝固后，将所述硅柱与所述基底分离，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。
26.可选的，所述有机半导体材料为不能液相加工的有机半导体材料。
27.另一方面，本技术通过本技术的另一实施例提供一种有机半导体材料阵列，所述有机半导体材料阵列根据上述的方法制备获得。
28.可选的，所述铝掺杂氧化镓膜的禁带宽度为4.9-8.8ev。
29.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
30.为了获得在基片上具有预设阵列形式的有机半导体材料，首先，根据预设阵列形式，制备获得包括硅柱阵列的硅片；对所述硅柱的表面进行化学修饰，使所述硅柱的表面达到超疏水状态，便于后续对附着在硅柱上的半导体材料进行分离；采用热蒸镀的方法，在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品；将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。一方面，由于采用热蒸镀的方法，因此，特别适用于化学性质稳定的难以液相微纳加工的有机半导体材料；另一方面，采用超疏水处理的硅柱表面结晶并平行转移的方式，保证阵列的微纳加工质量；从而提供一种新的制备有机半导体材料阵列的方法，可制备高质量有机半导体器件。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1是本发明一种实施例的有机半导体材料的阵列制备方法的流程示意图；
33.图2是图1中的有机半导体材料热蒸发在硅柱表面的过程示意图；
34.图3是图1中的硅柱表面的有机半导体材料样品向基底上转移的过程示意图；
35.图4是图1中的硅柱表面的有机半导体材料样品与基底贴合的示意图；
36.图5是图1中的有机半导体材料样品转移到基底上后的示意图。
具体实施方式
37.本技术实施例通过提供一种有机半导体材料的阵列制备方法，利用不能实现液相加工的有机半导体材料实现阵列化加工。
38.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
39.一种有机半导体材料的阵列制备方法，根据预设阵列形式，制备获得包括硅柱阵列的硅片；对所述硅柱的表面进行化学修饰，使所述硅柱的表面达到超疏水状态；在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品；将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。
40.一方面，由于采用热蒸镀的方法，因此，特别适用于化学性质稳定的难以液相微纳加工的有机半导体材料；另一方面，采用超疏水处理的硅柱表面结晶并平行转移的方式，保证阵列的微纳加工质量；从而提供一种新的制备有机半导体材料阵列的方法，可制备高质量有机半导体器件。
41.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
42.首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
43.另外，文本中出现的“内”和“外”是常规意义的内和外，是为了便于描述清楚，并不是任何限定。
44.实施例一
45.参见图1所示，本实施例提供一种有机半导体材料的阵列制备方法，所述制备方法包括：
46.s200、根据预设阵列形式，制备获得包括硅柱阵列的硅片；
47.s400、对所述硅柱的表面进行化学修饰，使所述硅柱的表面达到超疏水状态；
48.s600、在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品；
49.s800、将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。
50.在现有技术中，传统的加工方法，对于可液相加工的有机半导体材料，一般采用传统的液相微纳加工方法，例如毛细液桥诱导法、印刷、喷墨打印等，但这种方法对不能实现液相加工的高迁移率、高稳定性的有机半导体材料的加工，例如，c
60
、红荧烯、dntt等。
51.使用热蒸镀，虽然可以解决不能实现液相加工的问题，但是基于热蒸镀的阵列加工方法获得的阵列质量差，例如采用掩模板，多次重复使用之后会使掩模版上长有有机材料且不易清洗，导致掩模版精度下降；除此之外，加工新的掩模版成本过高。
52.本实施例提供了一种新的有机半导体材料的阵列制备方法，可利用不能实现液相
加工的高迁移率、高稳定性的有机半导体材料，制备获得高质量的有机半导体阵列。
53.首先，执行s200，根据预设阵列形式，制备获得包括硅柱阵列的硅片。
54.需要说明的是，在半导体领域，由于功能的需要，经常会涉及有机半导体材料在基底上的阵列加工，或是图案化加工的情况。因此，本实施例中的阵列不仅包括传统定义的规则排布的图形，还包括利用阵列形成的规则或不规则图案，甚至包括非阵列形成的图案。
55.具体的，在s200中，制备获得包括硅柱阵列的硅片，是为了后续在硅柱表面附着有机半导体材料，并实现转移。因此，需要根据设计的最终要加工的预设阵列形式，来制备获得与该预设阵列形式匹配的包括硅柱阵列的硅片。其中，硅柱的数量、尺寸、间距，都需要根据预设阵列形式进行加工。
56.示例性的，采用单晶硅片，4英寸，n掺杂，<100>，525μm厚，每版硅片上切割为尺寸1cm
×
1cm小硅片，每片上有预设阵列形式的硅柱阵列。其中：每列硅柱间间距5μm，每列硅柱宽2μm，纵深20μm。
57.接下来，执行s400，对所述硅柱的表面进行化学修饰，使所述硅柱的表面达到超疏水状态。
58.超疏水状态具有自清洁、低粘结的特点，使硅柱的表面既可附着结晶有机分子，形成有机半导体材料样品，后续又利于有机半导体材料样品转移。
59.作为一种可选的实施方式，对所述硅柱的表面进行化学修饰，具体包括：
60.在真空条件下，使疏水处理剂附着在所述硅柱的表面；
61.对已附着所述疏水处理剂的所述硅柱加热至80-120℃并保持2-4h。
62.具体的，疏水处理剂为氟硅烷或十八烷基三氯硅烷，示例性的，对密闭空间抽真空30min后，将硅柱放入该真空的密闭空间，并通入中氟硅烷1-2μl，使氟硅烷在真空环境下附着在硅柱表面，然后加热至80-120℃并保持2-4h，则硅柱的表面达到超疏水状态。
63.接下来，执行s600，在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品。
64.在具体实施过程中，可以借助真空蒸镀设备完成s600。具体的，在硅片背面用高温胶带粘贴在同样品台尺寸大小的玻璃片上，硅柱面朝下放入样品台中。当样品台尺寸与硅片的尺寸不匹配时，可以借助玻璃片进行过渡，以提高硅片的固定效果。在本实施例中，由于真空蒸镀腔内每个样品台尺寸为2cm
×
2cm，硅片的尺寸1cm
×
1cm，因此，需要将硅片背面粘贴在玻璃片上，玻璃片固定在样品台上。接下来，保持样品台的水平将其放入真空蒸镀腔室内。需要注意的是，在放入真空蒸镀腔室时，避免碰到用于检测热蒸发速率的探针台。接下来，在真空蒸镀腔室的石英皿中放入需要加工的有机半导体材料，加热。其中，硅片在石英皿上方，样品台转动由机器控制，样品台下方由挡板控制。对有机半导体材料加热使温度达到该有机半导体材料的蒸发温度，控制稳定速率，打开挡板，热蒸发的有机分子在硅柱表面结晶。参见图2所示，有机半导体材料热蒸发在硅柱表面的过程示意图，有机分子在热蒸发后热运动到硅柱表面并依附、结晶。由于有机半导体材料垂直向上蒸发，而硅柱顶部垂直向下，因此，有机半导体材料的有机分子刚好结晶在硅柱顶部表面，而硅柱的侧壁留有的有机分子极少，这就使得形成清晰的有机半导体材料阵列，在转移后在基底上获得高质量的有机半导体材料阵列。
65.其中，不同有机半导体材料有不同的蒸发温度，可以根据有机半导体材料的性质进行温度选择。但无论哪种有机半导体材料，都需要对蒸发速率进行控制，通过控制温度控制蒸发的速率，以控制在硅柱表面的结晶程度。以在硅柱顶部获得精确的预设厚度的有机半导体材料样品，且结晶的质量好。
66.为此，作为一种可选的实施方式，所述在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，具体包括：
67.根据所述有机半导体材料的性质，通过调节热蒸发的温度，控制所述有机半导体材料的热蒸发速率。
68.进一步的，所述在真空条件下对有机半导体材料进行热蒸发，使所述有机半导体材料的有机分子在处于超疏水状态的所述硅柱顶部表面结晶，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品，具体包括：
69.基于所述有机半导体材料的热蒸发速率和热蒸发时间，在所述硅柱顶部表面形成预设厚度的有机半导体材料样品。
70.接下来，执行s800，将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，使所述有机半导体材料样品转移到所述基底上，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。
71.在具体实施过程中，基底可以为普通基底，也可以是用于可穿戴的柔性基底。
72.作为一种可选的实施方式，所述基底为柔性基底。由于硅柱表面经过化学修饰后，更容易将附着的有机半导体材料的转移，尤其是转移到韧性好的聚合物上。因此，柔性基底更利于有机半导体材料的转移，且在柔性基底上进行半导体阵列加工，为可穿戴电子设备领域提供重要的进步思路。
73.作为一种可选的实施方式，所述基底包括聚二甲基硅氧烷；
74.则在所述将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合之前，所述方法还包括：
75.将聚二甲基硅氧烷与硬化剂按10：1比例混合，获得混合物；
76.将所述混合物加热至60-100℃并保持2-4h，使所述基底软化。
77.具体的，聚二甲基硅氧烷(pdms)，是有机硅的一种，具有良好的粘附性,而且具有良好的化学惰性。在将聚二甲基硅氧烷与硬化剂按10：1比例混合，获得混合物，加热至60-100℃并保持2-4h，使所述基底软化，在基底处于未凝固状态时，将所述硅片上形成所述有机半导体材料样品的表面与基底贴合，施加预设压力并保持预设时间；在所述基底凝固后，有机半导体材料样品刚好与基底粘附，此时，将所述硅柱与所述基底分离，硅柱表面和基底分离可以从四周分离，以防扯断阵列，则在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列。具体过程参见图3和4，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列参见图5。
78.其中，转移过程可以在真空或者大气环境下进行；在判断处于未凝固状态时，可以用镊子判断压痕、粘度；预设压力为40n-80n，具体可以通过在硅片背面上放适当玻璃片来实现，持续时间为30分钟左右。
79.此外，在所述基底上获得具有所述预设阵列形式的有机半导体材料阵列之后，对得到的样品进行观测及电镜测试，具体的，利用光学显微镜观察阵列情况，afm测厚以及阵
列结晶情况，sem测表面形貌。
80.实施例二
81.本实施例提供一种有机半导体材料阵列，该有机半导体材料阵列根据实施例一的方法制备获得。具体的实施方式请参见实施例一，这里不再赘述。
82.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
83.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。