论文部分内容阅读
弱外延生长是一种可实现高有序有机薄膜制备的方法,在有机电子学领域显示出巨大的应用潜力。利用六联苯(p-6P)弱外延平面酞菁可以获得高有序的取向薄膜,并可有公度外延在单畴内形成单一取向薄膜,然而弱外延非平面酞菁体系只能获得无公度外延,难以获得高有序的薄膜。原因在于非平面酞菁结构的复杂性和p-6P薄膜晶格的局限性。因此,为了获得高有序有机半导体薄膜和拓展弱外延生长技术,本论文首先引入了一系列具有不同晶格参数的分子作为诱导层,重点分析了非平面酞菁薄膜的弱外延生长规律,然后利用弱外延生长规律构建新型诱导层实现了非平面酞菁薄膜形态以及器件性能的调控:另外初步探索了弱外延生长的普遍适用规律。
1,引入了一类以联苯封端,中间基团分别为联噻吩(BP2T)、并噻吩(BPTT)、菲(BPPh)的棒状分子作为弱外延生长的诱导层,分析了新型诱导层薄膜生长和薄膜结构。系列薄膜初期都表现出层状生长,可获得大尺寸平整薄膜,满足作为诱导层的前提条件。BP2T、BPTT和BPPh的层状生长均可延续到双层,均优于仅单层层状生长的p-6P,利于弱外延生长技术的调控。BP2T薄膜XRD结果和ZnPc在不同层数BP2T上的外延形态变化,表明随着层数增加,薄膜晶格参数发生从薄膜相到体相的转变,有序性也逐渐增强,从而对弱外延生长产生影响。系列棒状分子薄膜结构因中间基团不同表现出多样的晶体结构参数,为弱外延非平面酞菁提供了基础。
2,采用上述分子为诱导层,研究了非平面酞菁弱外延生长规律以及诱导层晶胞结构和参数对弱外延薄膜形态的影响。弱外延非平面酞菁VOPc表现为金字塔层状晶体,存在五类取向。取向种类、晶畴尺寸和晶畴连续性因诱导层分子不同而有差异。诱导层表面H原子沟道规整性和沟道间距决定VOPc取向的种类;而诱导层与VOPc的晶格失配程度影响薄膜晶畴的大小和晶畴的连续性。在BP2T与BPTT诱导层上获得了高有序、大尺寸、连续、近似层状生长的VOPc薄膜。
3,然而,基于高质量薄膜的BP2T/VOPc和BPTT/VOPc薄膜晶体管器件却表现出远低于p-6P和BPPh外延的VOPc晶体管迁移率。这一反常现象源于诱导层和VOPc能级相对位置差异。BP2T和BPTr与VOPc的HOMO能级位置接近,导致BP2T和BPTT在晶体管器件中起了传输层作用,不能表现出高有序VOPc薄膜的传输性能。因此,诱导层的电子结构也需要调节到合适位置以利于高有序薄膜性质的输出。
4,为克服上述单质诱导层的局限,我们采用共沉积方法构建出晶胞参数和电子结构同时可调的BPTT:BPPh共晶诱导层,实现了对非平面酞菁薄膜形态和器件性能的调控。结合电子结构的调节以及晶胞参数可调的共沉积诱导层对弱外延VOPc形态的调控,得到了迁移率随诱导层组分比例变化的 VOPc薄膜晶体管。在(1:1)的共沉积诱导层上,获得了迁移率高于3 cm2V-1s-1的VOPc薄膜晶体管。
5,采用弱外延生长得到了高有序的花系衍生物薄膜,薄膜电子迁移率达到0.1cm2V-1S-1。根据苝系衍生物和酞菁外延生长行为对比,表明弱外延生长对于有机半导体材料可能具有普遍适用的外延规律。