在最近发表在《Advanced Functional Materials》的文章中,来自香港大学的Paddy Kwok Leung Chan和他的同事报道了表面张力梯度对有机半导体晶体溶液剪切的影响。使用马兰戈尼效应辅助的线棒涂布方法,可以得到超薄的,大限域尺寸的,均匀晶体层的大面积均一的,性能优异的有机场效应晶体管。

利用“马兰戈尼效应”进行半导体制造

表面张力使昆虫可以在水面上行走,也能让肥皂泡保持完整。如果将表面张力较低的肥皂加入到表面张力较高的水分散系中,就会产生更加有趣的情况。咖啡渍证明了这种所谓的咖啡渍演示了这种所谓的“马兰戈尼效应”,而在线棒涂布(一种常见的应用于半导体制造的溶液相沉积方法)的过程中,为了提高均匀性,需要对这一效应进行有效地控制。 在最近发表在《Advanced Functional Materials》的文章中,来自香港大学的Paddy Kwok Leung Chan和他的同事报道了表面张力梯度对有机半导体晶体溶液剪切的影响。使用马兰戈尼效应辅助的线棒涂布方法,可以得到超薄的,大限域尺寸的,均匀晶体层的大面积均一的,性能优异的有机场效应晶体管。 研究人员使用一个加热的线棒涂布设备并将C8-BTBT(一种苯并噻吩衍生物)的间二甲苯溶液用于线棒与基板的间隙。当基板以适中的恒定速度移动时,就可以实现高质量的晶体沉积。然而,更大的剪切速度会产生较薄的涂覆层,并且缺陷也会增多(速度从100 µm/s增加到400 µm/s,导致覆盖率从100%减少为73%)。当涂覆速度超过 200 µm/s时,应用这些薄膜制备底部栅极、顶接触电极的有机场效应晶体管会出现性能劣化。 加热基板会在表面上产生马兰戈尼流体,使液体远离低表面张力区域,从而导致接触线上的半导体分子浓度降低,最终引起涂覆的缺陷。模拟仿真结果显示,间二甲苯溶液中的马兰戈尼流动速度可达 300 mm/s,是涂布速率的几千倍。 波动较小的邻二氯苯在接触线上富集,产生较高表面张力的区域,最终使有机分子逐渐增多。 想要获得更多的关于这种可以快速、低成本、大规模制作高性能场效应晶体管的沉积方法的信息,请访问《Advanced Functional Materials》的主页。