有機(jī)半導(dǎo)體圖案化成膜中的馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用

王子昂，郭航，榮欣，董桂芳,2,＊

1清華大學(xué)化學(xué)系，有機(jī)光電子與分子工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084

2清華大學(xué)柔性電子技術(shù)研究中心，北京 100084

1 引言

近年來，有機(jī)半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于晶體管的研究之中，這是因?yàn)橛袡C(jī)半導(dǎo)體材料在濕法制備、有源矩陣顯示和傳感器等方面顯示出很大的應(yīng)用潛力1–4。目前，雖然有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的遷移率、電流開關(guān)比和亞閾值斜率等特性都有較大的提高，但仍然難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求5–7。在大面積基底上可控生長(zhǎng)均勻且有序的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜、提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性的研究仍然具有重要意義。

研究人員采用了多種新的方法來生長(zhǎng)有序的有機(jī)半導(dǎo)體晶態(tài)薄膜，例如，剪切拉膜和浸潤(rùn)提拉等外力誘導(dǎo)方法8,9。本實(shí)驗(yàn)室曾報(bào)道采用馬蘭戈尼(Marangoni)-咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用生長(zhǎng)6,13-二(三異丙基硅乙烷)-并五苯(TIPS-PEN)晶態(tài)薄膜，其具有很好的膜厚均勻性和取向性8–10。2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)等二維有機(jī)半導(dǎo)體材料在近期報(bào)道的溶液法制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中顯示出了極高的性能11–15。所以，我們計(jì)劃采用馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用來生長(zhǎng)圖案化的C8-BTBT晶態(tài)薄膜。

在薄膜的大面積、圖案化生長(zhǎng)方面，研究人員普遍采用對(duì)生長(zhǎng)基片進(jìn)行圖案化預(yù)處理的方式來降低相鄰位置的串聯(lián)干擾作用，例如采用粗糙的邊緣、設(shè)置晶格匹配點(diǎn)或不同表面能等圖案化方式來進(jìn)行自組裝16–18。其中，因工藝簡(jiǎn)單、高效，并且能夠獲得高質(zhì)量的晶態(tài)薄膜，改變基片表面能進(jìn)行大面積圖案化生長(zhǎng)方法被更廣泛地采用19。在先前的報(bào)道中得知，CYTOP (cyclic transparent amorphous fluoropolymers)作為一種疏水性的氟化物，可以通過等離子體處理等方式進(jìn)行改性20。因此，我們計(jì)劃采用等離子體處理CYTOP實(shí)現(xiàn)圖案化生長(zhǎng)C8-BTBT晶態(tài)薄膜。

本文中，我們?cè)谝呀?jīng)制備了氧化鋯和氧化鋁絕緣層的5 cm × 5 cm的基片上旋涂CYTOP作為疏水層；通過等離子體在指定的位置進(jìn)行處理后將其改變成親水層，然后采用馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用圖案化生長(zhǎng)C8-BTBT晶態(tài)薄膜；通過采用C8-BTBT作為半導(dǎo)體層，氧化鋯、氧化鋁和處理后的CYTOP作為絕緣層和金薄膜作為源漏電極制作了晶體管陣列，器件閾值電壓都低于-2 V，開關(guān)比為(1.9 ± 0.7) × 104，平均遷移率為7.9 cm2·V-1·s-1，且器件性能的一致性比較好。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料與試劑

C8-BTBT，九水硝酸鋁、尿素、氯化鋯和氯化鋁均購買于美國(guó)的Sigma Aldrich公司，以上藥品除C8-BTBT為色譜純，其余藥品純度≥ 98%。溶劑乙二醇單甲醚、乙二醇、乙腈、甲苯和四氯化碳均購買于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，純度為分析純。氟化物CYTOP (CTL-809A，濃度為9%)和其溶劑CT-SOLV180購買于日本的旭硝子公司。5 cm × 5 cm圖案化的ITO基片購買于維信諾公司。

2.2 溶液的配制

絕緣層前驅(qū)體溶液的配制和制備方法為將0.05 mol·L-1的氯化鋯和0.45 mol·L-1的氯化鋁溶于7 mL的乙二醇和13 mL乙腈中21，0.5 mol·L-1的九水硝酸鋁和1.25 mol·L-1的尿素溶于乙二醇單甲醚中22，前驅(qū)體溶液在旋涂前通過0.22 μm的尼龍濾頭進(jìn)行過濾，C8-BTBT溶解于甲苯和四氯化碳的混合溶劑中，CYTOP和溶劑以1 : 2的質(zhì)量比進(jìn)行配制。

2.3 器件的制備方法

首先，在圖案化的ITO基片表面以3500 r?min-1旋涂氯化鋁和氯化鋯混合溶液，退火溫度為350 °C，重復(fù)3次。然后以2000 r?min-1旋涂九水硝酸鋁溶液，退火溫度350 °C，重復(fù)3次。以1500 r?min-1旋涂CYTOP溶液，退火溫度100 °C。采用氬氣與氧氣體積比例為20 : 5的等離子體并通過掩膜版來做處理，處理的面積為2 mm × 1 mm。將處理后的基片在C8-BTBT的甲苯和四氯化碳混合溶液中浸潤(rùn)30 s (圖1a)，然后快速從溶液中提拉出來(圖1b)。待溶劑完全蒸發(fā)后，將基片通過掩膜版真空蒸鍍45 nm的金作為源漏電極。晶體管溝道長(zhǎng)度和寬度分別為140和1000 μm。

2.4 樣品的表征

光學(xué)顯微鏡采用日本的奧林巴斯BX51M進(jìn)行表征，晶體管的電學(xué)特性曲線在空氣中用美國(guó)生產(chǎn)的Keithley SCS 4200進(jìn)行測(cè)試，X射線掠入射(GIXRD)測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所同步輻射中心測(cè)試，輻射源為CuKα(波長(zhǎng)0.15480 nm)，絕緣層的電容采用金/處理后的CYTOP/氧化鋁/氧化鋁和氧化鋯/ITO結(jié)構(gòu)測(cè)試從40 Hz – 1 MHz的電容值，然后通過擬合外推得到在1 Hz時(shí)的電容值為21.2 nF·cm-2。測(cè)試電容的儀器為美國(guó)的安捷倫公司的4294A，水接觸角通過德國(guó)Dataphysics公司生產(chǎn)的OCA 20進(jìn)行測(cè)量，膜厚采用原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量，測(cè)量?jī)x器為日本Seiko公司的SPA 400。

2.5 晶體管遷移率的計(jì)算和校準(zhǔn)

晶體管遷移率利用下面的公式在轉(zhuǎn)移特性曲線的飽和區(qū)獲得

圖1 (a)基片浸潤(rùn)在溶液中，(b)基片從溶液中提拉Fig. 1 (a) Substrate dipped into solution,(b) Substrate lifted out from solution.

其中L為溝道長(zhǎng)度，W為溝道寬度。Ci為絕緣層單位面積的電容。IDS為源漏電極之間的電流，VG為柵極的電壓。同時(shí)，我們采用Choi等人23提出的可靠因子的方法對(duì)遷移率進(jìn)行校準(zhǔn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同時(shí)長(zhǎng)等離子處理對(duì)表面接觸角的影響

接觸角測(cè)試是一種表征表面親水和疏水性質(zhì)的簡(jiǎn)單方法。當(dāng)CYTOP作為疏水層時(shí)，我們選擇CYTOP和溶劑為1 : 2的比例進(jìn)行旋涂，是由于CYTOP在不同厚度下水接觸角性質(zhì)不同24。通過測(cè)試在相同轉(zhuǎn)速下不同比例值的厚度，選擇比例在1 : 2的條件下可獲得60 nm的厚度和較高的水接觸角(107.3°)。然后，測(cè)試CYTOP經(jīng)過不同時(shí)長(zhǎng)的等離子體處理后水接觸角。結(jié)果表明，當(dāng)處理時(shí)間小于1 min時(shí)，隨著處理時(shí)間的增加，表面接觸角從未處理的107.3°快速減小到12.3°，然后當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到3 min時(shí)，接觸角緩慢下降到10.1° (圖2)。此后，隨著處理時(shí)間的增加，接觸角又緩慢增加，當(dāng)處理時(shí)間為5 min時(shí)，接觸角增加到11.5°，當(dāng)處理時(shí)間為10 min時(shí)，接觸角增加到了20.2°。我們認(rèn)為隨著處理時(shí)間的增加，接觸角迅速下降，然后緩慢增加的原因可能是表面羥基化和粗糙度改變兩種作用相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。在等離子體處理的前3 min時(shí)間里，由于表面羥基化在兩種作用中起主導(dǎo)作用，所以接觸角隨時(shí)間增加而下降。但此后，隨著等離子體處理時(shí)間的增加，表面粗糙度隨處理時(shí)間的增加而增加(圖2)，造成了在等離子處理時(shí)間3 min以后接觸角的緩慢增加。

圖2 水接觸角和均方根表面粗糙度隨等離子體處理時(shí)間的變化Fig. 2 The change of water contact angle and surface roughness root mean square with time.

從實(shí)驗(yàn)曲線看，為達(dá)到接觸角小的目的，等離子體處理的時(shí)間可以選在1–5 min之間，再考慮到在1 min附近，角度變化對(duì)處理時(shí)間太敏感，實(shí)際工藝不易控制，我們認(rèn)為3–5 min比較合適。此后，我們又比較了等離子體分別處理3和5 min時(shí)，基片上不同位置(從中間到邊緣)的接觸角分散性，發(fā)現(xiàn)接觸角的標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.52和0.69，即處理5 min的基片上的接觸角分布更趨于一致，因此，我們選擇將基片用等離子處理5 min，兼顧了接觸角小和一致性好兩個(gè)方面。

通過氧氣等離子體處理后，基片上形成了表面能不同的區(qū)域。因此，可以控制晶體在指定的位置成核。當(dāng)基片從溶液中提拉出來，在疏水的表面液體流動(dòng)速度快，溶劑在向下流動(dòng)的過程中還沒有發(fā)生蒸發(fā)就已經(jīng)流到底部(圖1b)。而在親水的表面，因?yàn)槿芤毫鲃?dòng)緩慢，液體在向下流動(dòng)的過程中，有足夠的時(shí)間讓溶液發(fā)生了蒸發(fā)而產(chǎn)生成核的過程。由此，通過控制基片在不同位置表面能的差異性，實(shí)現(xiàn)在指定的位置進(jìn)行成核結(jié)晶。而且，還可以將不同的結(jié)晶位置隔離開，避免大面積生長(zhǎng)晶態(tài)薄膜后，在薄膜內(nèi)部出現(xiàn)晶界影響電荷傳輸。

圖3 馬蘭戈尼-咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用原理圖Fig. 3 Marangoni and Coffee-ring synergy effects principle.

3.2 馬蘭戈尼與咖啡環(huán)協(xié)同效應(yīng)生長(zhǎng)C8-BTBT薄膜

咖啡環(huán)效應(yīng)是一種在日常生活中經(jīng)常會(huì)看到的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)是將一滴咖啡滴在桌子上，待液滴揮發(fā)完全以后，桌子上會(huì)留下環(huán)形的咖啡漬。Deegan等人對(duì)此現(xiàn)象做出了解釋，他們認(rèn)為是由于在液滴的邊緣由于“扎釘效應(yīng)”而導(dǎo)致在邊緣相對(duì)于液滴內(nèi)部產(chǎn)生快速的蒸發(fā)，由此誘導(dǎo)溶液攜帶溶質(zhì)由中間向邊緣流動(dòng)25。當(dāng)溶劑完全蒸發(fā)以后，最終產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形的沉淀物。雖然，咖啡環(huán)效應(yīng)會(huì)在滴涂法中生長(zhǎng)不均勻的薄膜，但咖啡環(huán)效應(yīng)可以使溶液在接觸線位置快速蒸發(fā)產(chǎn)生結(jié)晶。將接觸線通過外力進(jìn)行移動(dòng)的方式被廣泛應(yīng)用于溶液法生長(zhǎng)單晶有機(jī)薄膜8。Block等人對(duì)馬蘭戈尼效應(yīng)的原理做出了解釋，是由于溶液內(nèi)部表面張力不同而產(chǎn)生了對(duì)流26，此效應(yīng)主要被用在噴墨打印中來避免因?yàn)榭Х拳h(huán)效應(yīng)導(dǎo)致薄膜均勻性下降27。

我們將基片從C8-BTBT的甲苯和四氯化碳混合溶液中進(jìn)行提拉，由于甲苯和四氯化碳物理性質(zhì)不同，其中甲苯具有較高的沸點(diǎn)和較低的表面張力，四氯化碳的性質(zhì)正好相反，其沸點(diǎn)較低而表面張力較高。當(dāng)基片從C8-BTBT的甲苯和四氯化碳的溶液中提拉出來時(shí)，由于咖啡環(huán)效應(yīng)導(dǎo)致在溶液的接觸線快速的蒸發(fā)，從而產(chǎn)生過飽和導(dǎo)致結(jié)晶過程(圖3)。隨著重力的作用，接觸線開始不斷向下移動(dòng)，C8-BTBT也開始在基片上從上向下生長(zhǎng)晶態(tài)薄膜。但是，由于咖啡環(huán)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致薄膜成膜不均勻，因而采用兩種不同溶劑甲苯和四氯化碳來產(chǎn)生馬蘭戈尼效應(yīng)。馬蘭戈尼效應(yīng)具體表現(xiàn)為當(dāng)溶液在接觸線蒸發(fā)的時(shí)候，低沸點(diǎn)的四氯化碳首先進(jìn)行蒸發(fā)，在接觸線的位置表面張力降低。由于溶液的表面能趨向于降低，從而導(dǎo)致表面液體從表面張力低的位置向表面張力高的中心位置產(chǎn)生回流。通過馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)的協(xié)同作用產(chǎn)生循環(huán)對(duì)流，溶液中的溶質(zhì)能夠在液體的中心和邊緣循環(huán)流動(dòng)。由此，在溶劑完全揮發(fā)后可以形成均勻的薄膜。

3.3 不同比例溶劑對(duì)成膜的影響

我們首先選擇在甲苯和四氯化碳的體積比例為1 : 1的濃度為1 g·L-1的混合溶劑中提拉基片，通過顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)，在1 : 1體積比例的條件下，薄膜存在很多不連續(xù)的部分(圖4a)。這些不連續(xù)的位置會(huì)阻礙電荷的傳輸。我們分析產(chǎn)生不連續(xù)的原因可能是溶劑蒸發(fā)速度過于快，溶液內(nèi)部的溶質(zhì)還沒有來得及到達(dá)接觸線溶劑就已經(jīng)完全蒸發(fā)，因而導(dǎo)致出現(xiàn)不連續(xù)的薄膜。

因此，我們提升了高沸點(diǎn)的甲苯的比例來提升溶液的整體沸點(diǎn)。當(dāng)甲苯和四氯化碳的體積比例增加為7 : 3或3 : 2的時(shí)候，通過光學(xué)顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)，薄膜的連續(xù)性開始變好(圖4b和c)。隨著我們將顯微鏡的放大比例從50倍提升到500倍，可以發(fā)現(xiàn)，在7 : 3的體積比例的條件下生長(zhǎng)的薄膜中已經(jīng)出現(xiàn)枝晶(圖4f)，原因可能是結(jié)晶時(shí)間過長(zhǎng)。而觀察圖4d和4e可以發(fā)現(xiàn)基片上形成條狀的晶態(tài)薄膜。枝晶的不規(guī)則取向會(huì)影響其電荷傳輸。所以，我們選擇甲苯和四氯化碳的體積比例為3 : 2來進(jìn)行薄膜制備。

3.4 濃度對(duì)于成膜的影響

前期研究表明，當(dāng)生長(zhǎng)薄膜的溶液濃度較低時(shí)，薄膜往往很難覆蓋完全。而當(dāng)濃度超過一定值的時(shí)候，生長(zhǎng)的薄膜趨向于無序生長(zhǎng)28。所以，我們對(duì)生長(zhǎng)薄膜的溶液濃度進(jìn)行了優(yōu)化，通過選取甲苯和四氯化碳在3 : 2的體積比例溶液濃度分別為0.6、0.8和1 g·L-1條件下，采用馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)協(xié)同作用來提拉生長(zhǎng)薄膜。

圖4 甲苯和四氯化碳在不同體積比例下((a, d) 5 : 5, (b, e) 3 : 2, (c, f) 7 : 3)生長(zhǎng)的薄膜在50倍放大(a, b, c)及500倍放大(d, e, f)的光學(xué)顯微鏡圖像Fig. 4 Optical microscope images of 50 times (a, b, c) and 500 times (d, e, f) magnification of films of toluene and carbon tetrachloride grown at different volume ratios: (a, d) 5 : 5, (b, e) 3 : 2, (c, f) 7 : 3.

圖5 (a)在不同濃度下成膜的GIXRD面外測(cè)試圖；(b)隨著濃度的增加出現(xiàn)新的分子取向圖Fig. 5 (a) The out of plane GIXRD measurement of film fabricated at different concentration;(b) Emergence of new oriented molecular with fabricating concentration increasing.

C8-BTBT分子在不同基底生長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)不同的取向。當(dāng)以二氧化硅為基底時(shí)，C8-BTBT的長(zhǎng)軸垂直于基片表面5。然而，當(dāng)以氮化硼為基底的時(shí)候，C8-BTBT表現(xiàn)出在第一層長(zhǎng)軸平行于基片表面。在第二層以后，分子長(zhǎng)軸垂直于基片表面29。

通過AFM測(cè)試，CYTOP在等離子體處理后的膜厚為27 nm，表明C8-BTBT是在CYTOP上生長(zhǎng)。GIXRD圖中峰的指認(rèn)參考了單晶C8-BTBT的XRD測(cè)試結(jié)果30。GIXRD譜圖中從13°–18°的峰為背景峰。通過GIXRD對(duì)薄膜進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)在不同濃度下均可以觀察到(00L)的擇優(yōu)取向峰(圖5a)。以上結(jié)果表明在不同濃度條件下，薄膜中都存在長(zhǎng)軸垂直于基片表面的分子(圖5b)。而當(dāng)溶液濃度增加到0.8 g·L-1時(shí)，GIXRD圖中不僅出現(xiàn)(00L)的峰還出現(xiàn)(11-4)的峰，表明在薄膜中的分子取向不僅存在于長(zhǎng)軸垂直于基片的分子，還出現(xiàn)長(zhǎng)軸以一定角度向基片傾斜的分子。在濃度增加到1 g·L-1時(shí)，GIXRD圖中除了(00L)和(11-4)的峰之外，又出現(xiàn)(114)的峰。表明薄膜中的分子同時(shí)出現(xiàn)了三種取向，除了有長(zhǎng)軸垂直于基片的分子，還有兩種不同角度傾斜角度的分子。因此，通過GIXRD測(cè)試表明用馬蘭戈尼與咖啡環(huán)協(xié)同效應(yīng)生長(zhǎng)C8-BTBT的溶液濃度從0.6 g·L-1向1 g·L-1增加時(shí)，在CYTOP上的C8-BTBT分子會(huì)出現(xiàn)新的取向。

3.5 不同濃度條件下的電學(xué)性能測(cè)試

基于濃度分別為0.6、0.8和1 g·L-1生長(zhǎng)的薄膜，在其表面真空蒸鍍上45 nm的金薄膜作為源漏電極來制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管。對(duì)應(yīng)器件在飽和區(qū)的最高遷移率分別為10.8、45.9和9.7 cm2·V-1·s-1，采用可靠因子法校準(zhǔn)之后的遷移率分別為1.2、8.53和3.4 cm2·V-1·s-1(圖6a–c)。通過測(cè)試0.6和0.8 g·L-1條件下晶體管的輸出特性曲線，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)柵電壓值較高(-5 V)時(shí)，隨著源漏電壓增加，電流值仍然會(huì)出現(xiàn)飽和，且有一定程度的下降(圖6d和6e)。我們認(rèn)為這是因?yàn)榘雽?dǎo)體薄膜比較薄，晶體管很容易夾斷，而且夾斷點(diǎn)與漏極間電阻比較大，使電荷傳輸受阻，飽和電流有些下降。而當(dāng)濃度增加到1 g·L-1后，較高柵電壓下器件沒有出現(xiàn)飽和，這可能是由于半導(dǎo)體層C8-BTBT薄膜太厚，在-5 V的柵極電壓下導(dǎo)電溝道沒有出現(xiàn)夾斷(圖6f)。GIXRD的分析表明在0.8 g·L-1制備條件下，薄膜中會(huì)出現(xiàn)一定角度傾斜的分子。C8-BTBT分子間的水平距離可能會(huì)因此而降低，從而有利于分子間電荷的傳輸并獲得更高的器件遷移率。

圖 6 C8-BTBT 在不同濃度下((a, d) 0.6 g?L-1，(b, e) 0.8 g?L-1，(c, f) 1 g?L-1)制備晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(a, b, c)和輸出特性曲線(d, e, f)；不同濃度條件下6個(gè)器件性能分布的箱線圖：(g)遷移率，(h)電流開關(guān)比，(i)閾值電壓Fig. 6 Transfer character (a, b, c) and output character (d, e, f) curves of C8-BTBT transistors fabricated at different concentrations: (a, d) 0.6 g?L-1, (b, e) 0.8 g?L-1, (c, f) 1 g?L-1; Box charts of 6 devices performance distribution at different concentration: (g) Mobilities, (h) Current On/Off radio, (i) Threshold voltage.

然而，考慮到在實(shí)際應(yīng)用中要求器件性能有很好的一致性。對(duì)比圖6g中不同位置的6個(gè)器件的遷移率可以發(fā)現(xiàn)0.6和0.8 g·L-1的遷移率分布不集中。在1 g·L-1的濃度條件下制備的晶體管遷移率分布更集中一些。GIXRD測(cè)試表明在1 g·L-1的薄膜內(nèi)部存在3種不同的分子取向，這雖然降低了薄膜內(nèi)部的分子朝一個(gè)方向的取向性，但在一定程度上增加了電荷傳輸?shù)耐ǖ馈Ｍ瑫r(shí)，也降低對(duì)薄膜和器件電極方向制備誤差的敏感程度。

我們又對(duì)比了不同濃度條件下晶體管電流開關(guān)比，也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度從0.6 g·L-1向1 g·L-1增加時(shí)，器件的電流開關(guān)比分布也更趨集中(圖6h)。這可能與C8-BTBT薄膜中分子取向隨濃度提升而增加有關(guān)。圖6i所示的不同濃度下的同一基片上的6個(gè)器件的閾值電壓幾乎都保持一致。

通過對(duì)比6個(gè)器件的遷移率、電流開關(guān)比和閾值電壓，目前我們認(rèn)為在1 g·L-1的濃度條件相比另外兩種濃度更適合實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)橄啾?.6和0.8 g·L-1條件下生長(zhǎng)出的薄膜器件，在1 g·L-1條件下生長(zhǎng)的薄膜器件電學(xué)特性更趨于一致。

4 結(jié)論

通過在面積為5 cm × 5 cm的基片上進(jìn)行疏水修飾，然后采用等離子體處理指定位置進(jìn)行親水改性，再利用馬蘭戈尼與咖啡環(huán)效應(yīng)的協(xié)同作用，在基片上實(shí)現(xiàn)了圖案化晶態(tài)薄膜生長(zhǎng)。通過對(duì)混合溶劑比例進(jìn)行優(yōu)化，提高了晶態(tài)薄膜覆蓋度。使用GIXRD對(duì)不同溶液濃度下生長(zhǎng)的薄膜進(jìn)行表征，結(jié)果表明隨著濃度的增加，表面會(huì)出現(xiàn)新的分子排列取向，且對(duì)應(yīng)的薄膜晶體管器件電學(xué)特性分布趨于一致。經(jīng)過優(yōu)化，選擇出最合適實(shí)際應(yīng)用的薄膜生長(zhǎng)溶液濃度為1 g·L-1?；诖朔椒ǎ苽涑鲂阅芊植驾^為一致的6個(gè)陣列器件，器件遷移率平均值為7.9 cm2·V-1·s-1，開關(guān)比為(1.9 ± 0.7) ×104，而且器件的整體閾值電壓低于-2 V。綜上所述，該方法簡(jiǎn)單有效，在大面積制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管方面有應(yīng)用潛力。

致謝：本文同步輻射掠入射X射線衍射的數(shù)據(jù)在北京高能物理研究所同步輻射裝置1W1A衍射光束線站獲得，感謝工作站人員在實(shí)驗(yàn)中給予的幫助。