苝酰亚胺纳米带的可控自组装及其传感器的制作

苝酰亚胺纳米器件的制作中，苝酰亚胺纳米带在基底上随机杂乱地分布，无法控制纳米带的位置和取向。无论从器件制作还是器件性能提高的角度来说，都要求苝酰亚胺纳米带的位置和取向在最大程度上有序。如何解决有苝酰亚胺纳米带在基底上分布位置和取向的无序和与纳米器件对纳米结构排布有序的要求这两者之间的矛盾，就成为苝酰亚胺纳米器件的制作和性能研究方面亟需解决的一个挑战性问题。本项目利用微纳米加工技术与自组装技术这两种纳米技术的结合，通过对基底进行图案化的表面改性、控制自组装动力学参数实现苝酰亚胺纳米带的定位、取向和晶体质量的可控自组装。利用阴影掩膜和对准技术完成苝酰亚胺纳米器件的制作。以苝酰亚胺场效应晶体管型传感器并联的方式，实现对检测信号的放大，提高传感器的灵敏度和抗干扰能力。本项目的开展加深了苝酰亚胺纳米带的可控自组装机理的认识，有助于纳米器件的制作新方法的开发，促进苝酰亚胺纳米传感器向实用化方向发展。

以苝酰亚胺为代表的有机小分子半导体材料具有质量轻、价格低和柔性等特点，能够弥补无机半导体材料在某些方面的不足，在多领域展现出广阔的应用前景。溶液法制备有机半导体纳米结构易导致有机半导体纳米结构在基底上随机杂乱分布。有机半导体纳米材料的无序、位置和取向不可控，不利于器件尺寸缩小和器件密度提高，还导致器件性能的降低。因此，如何解决有机半导体纳米结构在基底上分布位置和取向的无序和与纳米器件对纳米结构排布有序的要求这两者之间的矛盾，成为有机半导体纳米器件的制作和性能研究方面亟需解决的一个挑战性问题。依照项目申请书，本项目的主要目的是利用微纳米加工技术中图形化技术与材料学中分子自组装技术，将自上而下的图形定义技术、表面改性技术和自下而上的自组装技术有机地结合起来，让苝酰亚胺分子自组装过程在指定的微纳米尺度空间定位可控地进行，然后，利用阴影掩膜蒸镀和对准技术，为有序排布的苝酰亚胺纳米结构进行电极制作，形成具有一定功能的纳米器件。通过图案化亲疏水表面改性的基底使得苝酰亚胺分子溶液能定位分散且初步完成自组装过程获得纳米结构，并且通过饱和溶剂蒸汽退火的方案增强分子的扩散性能，保证苝酰亚胺分子具有足够的能量来组装有序的单晶有机纳米线阵列。由于苝酰亚胺纳米线对环境的敏感性，其器件电极的制作工艺不能与传统的半导体器件制作工艺相兼容。在镂空掩膜制作过程中，探索了氮化硅薄膜的制备工艺，获得了超低应力氮化硅薄膜，最终制备出高质量的镂空阴影掩膜。在最后的器件制作环节，我们以镂空阴影掩膜蒸镀方法为可控自组装制备的苝酰亚胺纳米线制作电极，一次性地获得器件阵列。本项目中有机分子的精确定位和生长方向的可控对于以后的有机小分子器件的大面积、高度集成和阵列化的研究和实际应用提供了一个很好的参考。