基于溶液剪切模板层的有机异质外延薄膜及传感应用

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyuzxcv123
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以有机半导体为敏感层的传感器由于分子结构可调、本征柔性等优势而广受关注。然而有机半导体传感器的性能目前尚较低,难以和商业化的无机传感相比,如何提高有机传感器响应性能依然是一大挑战。为了获得高响应的传感性能,除材料设计以外,有机敏感薄膜的高效电荷传输及合适的薄膜微结构十分重要。因此,本论文针对有机半导体响应薄膜的需求,引入溶液剪切法制备的结构性高取向晶体作为模板层,异质外延生长具有高取向和高迁移率的有机活性层薄膜,进而实现对光、气体等信息的高响应性能传感。主要包括以下两个方面的研究内容:1.溶液剪切晶体模板诱导的有机异质外延薄膜及传感性质利用溶液剪切法生长得到的具有高度取向的一维有机分子晶体薄膜作为模板,在其上采用真空气相法外延生长有机活性层薄膜,实现了高取向高迁移率有机活性层薄膜的异质外延制备。选取了两个并五苯分子衍生物TIPS-TAP和TIPS-PEN分别作为模板层和活性层,研究了在不同剪切速率下TIPS-TAP模板层的生长形貌演变及其对随后真空异质外延的TIPE-PEN薄膜形貌的影响规律。真空气相沉积的有机活性层薄膜可以延续模板层的高取向特征,同时具有得到更为紧密堆积高质量结晶薄膜。结合模板层钝化基底表面缺陷的作用,异质外延薄膜的场效应迁移率显著提升,平均值达2.5 cm~2V-1s-1,最大值达2.9 cm~2V-1s-1。基于该一维、取向的晶体薄膜构筑出的薄膜器件对365 nm的光和NO2气体表现出高响应性能。光响应度达到2760A/W,对NO2的灵敏度高达1300%/ppm,说明该方法为构筑高灵敏传感器件提供了有效途径。2.溶液剪切模板选区生长及其诱导的异质外延薄膜和传感在上述基础上,进一步开发了有机异质外延薄膜的选区生长。引入具有亲疏水周期图案化的基底,实现了一维取向晶体模板层的选区定向生长。通过图案宽度、混合溶剂等条件调控优化选区定位生长,实现了大面积长程有序模板层的制备,进而异质外延得到具有周期高取向有机活性层形貌特征的薄膜,其迁移率保持在2 cm~2V-1s-1以上。利用选区生长模板构筑的异质外延薄膜在光探测方面同样表现出较高的响应。该工作为进一步构筑异质外延生长薄膜传感阵列器件及其集成化制备提供了可能。
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