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浅析基于四噻吩诱导生长酞菁氧钒形貌研究

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  酞菁氧化钒(IV),英文名称为oxo[29H,31H-phthalocyaninato(2-)-N29,N30,N31,N32]vanadium,中文别名为氧钒酞菁,CAS号为13930-88-6,分子式为C32H16N8OV,带有刺激性的化工中间体,避免直接接触。

  摘 要:四噻吩为聚噻吩类化合物,为平面结构,非常适合作为有机薄膜晶体管的诱导层。酞菁类化合物具有良好的光学特性,是重要的有机光学材料,尤其以酞菁氧钒为代表,酞菁氧钒具有较高的迁移率和开关比。真空蒸镀为现阶段比较常用用的薄膜蒸镀方法。本实验采用真空蒸镀的方法对四噻吩及酞菁氧钒实现镀膜。之后采用原子力显微镜对其形貌进行观测。

  关键词:四噻吩;真空蒸镀;酞菁氧钒

  一、研究方案

  有机薄膜晶体管的硅片衬底需分别经丙酮、乙醇、蒸馏水擦拭及冲洗,清洗干净后,用氮气吹干,放入烘箱中30min,进行烘干处理。首先,蒸镀α-4T作为诱导层,衬底温度为室温,以更改其蒸镀速度及厚度,在真空度10-4pa下蒸镀有机诱导薄膜。然后蒸镀厚度10nm的VOPc,蒸镀速度为0.4nm/min的有机半导体层。通过原子力图观测蒸镀速度及厚度对其薄膜形貌的影响。薄膜的形貌表征采用日本精工株式会社的SPA300HV原子力显微镜(AFM),SPI3800控制器,扫描方式为敲击模式(Tapping mode)。

  二、实验过程及分析

  2.1 α-4T蒸镀速度对α-4T/VOPc薄膜形貌的影响

  图1-图3为衬底温度30℃下在SiO2衬底上基于不同蒸镀速度的α-4T薄膜生长的蒸镀厚度10nm的VOPc,蒸镀速度为0.4nm/min薄膜的AFM形貌。随着蒸镀速度的增加,VOPc薄膜出现不同的生长机理。当α-4T薄膜的蒸镀速度为0.1nm/min时,VOPc薄膜形貌点粒状,分布及其分散。当α-4T薄膜的蒸镀速度为0.3nm/min时,VOPc薄膜形貌仍然为点状,密集程度稍有增加,还未能达到最佳状态。当α-4T薄膜的蒸镀速度为0.5nm/min时,VOPc薄膜形貌薄膜形貌由点粒成团状,出现融合变大,分布及其平均,没有重叠现象并且十分致密。此时为VOPc薄膜最佳状态。

  2.2 α-4T蒸镀厚度对α-4T/VOPc薄膜形貌的影响

  蒸镀α-4T作为诱导层,衬底温度为30℃,以定其蒸镀速度为0.5nm/min在真空度10-4~10-5pa下蒸镀有机诱导薄膜。然后蒸镀厚度10nm的VOPc,蒸镀速度为0.4nm/min的有机半导体层。通过原子力图观测蒸镀速度对其薄膜形貌的影响。

  图4-图6为衬底温度30℃下在SiO2衬底上基于不同厚度的α-4T薄膜生长的蒸镀厚度10nm的VOPc,蒸镀速度为0.4nm/min薄膜的AFM形貌。随着蒸镀厚度的增加,VOPc薄膜出现不同的生长机理。当α-4T薄膜的蒸镀厚度为3nm时,VOPc薄膜形貌点粒状,分布及其分散。当α-4T薄膜的蒸镀厚度为5nm时,VOPc薄膜形貌由点粒成团状,出现融合变大,分布及其平均,没有重叠现象并且十分致密。此时为VOPc薄膜最佳状态。当α-4T薄膜的蒸镀厚度为10nm时,VOPc薄膜形貌成大团状,由于分子团逐渐变大开始出现重叠现象。

  三、结束语

  在SiO2衬底采用α-4T薄膜诱导生长VOPc薄膜,制作了α-4T/VOPc有机薄膜晶体管。通过薄膜原子力图发现:基于不同蒸镀速度,不同厚度的α-4T薄膜生长的蒸镀VOPc薄膜时,α-4T薄膜的蒸镀速度为0.5nm/min,厚度为5nm时,薄膜形貌成团状,出现融合变大,分布及其平均,没有重叠现象并且十分致密。α-4T/VOPc薄膜呈现最佳状态。

  参考文献

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