取向生长的有机分层结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及分层的有机结构，在该结构中，各向异性晶种层控制后续的取向生长有机层的晶体结构。该结构依次包括基片、球形有序的且分子间距为３．４±０．３＊的晶种层、以及有机化合物的至少一个取向生长层。该晶种层由至少为一种带ｐ共轭体系的多环有机化合物的盘形分子构成。至少一层有机化合物取向沉积在所述晶种层之上。本发明专利技术还提供一种用于获得分层的有机结构的方法。该方法包括借助于层叠结晶法在基片上形成球形有序的各向异性晶种层。该晶种层具有３．４±０．３＊的分子间距，并通过由盘形分子构成的棒状超分子形成，该盘形分子至少为一种具有π共轭体系的多环有机化合物。由蒸汽相或液相在晶种层上外延沉积一个取向生长的有机层以获得分层的有机结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有机分层结构，在该结构中，各向异性晶种层控制着后续的取向生长(外延)有机层的晶体结构。本专利技术的另一方面，披露了用于获得这样的分层的有机结构的方法。
技术介绍
膜制造工艺的现状是熟知的外延(取向)生长，外延(取向epitaxy)(来自希腊语，epi的含义是“延续”，而“taxis”的含义是“有序排列”)是指给定材料在基片表面上的有序生长，进而给定层的晶体结构和生长层的取向会复制基片的那些晶体结构和生长层。无机材料在无机基片上的单一晶体层的外延取向生长在现代半导体技术中被广泛应用。它具有两种基本不同的方法(i)气相或蒸汽相外延取向生长(VPE)，由此薄层由气态或汽态混合物沉积在基片上，以及(ii)液相外延取向生长(LPE)，由此生长由液体溶液或熔融物进行。在第一种方法(VPE)中，要被沉积的无机材料原子在真空或缓冲气氛下蒸发，通过由存在于较高温度的液体源与较冷的基片之间的温度梯度所驱动的扩散和对流而传质，并以薄层的形式沉积在基片上。无机沉积物的原子在基片表面上迁移，直到在活性表面中心占据特征为能量最小的位置。这样的活性中心的作用可以，特别是，通过各种表面结构的不规则而实现。在外延取向层生长过程中，会出现新的不规则，并因此而出现活性中心。作为选择，当过饱和超过临界水平时，原子即在基片上温度较低的区域冷凝成液相，或者在气相中变成晶体。在此情况下，以液滴或固体微晶形式的原子聚集体沉积到基片表面上。足够小的微晶能够在表面上定位，而大的晶体则以任意取向沉积下来。在后一情况下，体系表现出非定向多晶层的生长。必须注意到外延取向生长需要使用这样的结晶基片，其晶体的单位晶胞参数与生长中的晶体薄层的参数相匹配。在这种情况下，生长中的晶体结构重复着基片的结构。外延取向层的基片引导的有序化可以由任何体系都具有最小自由能的趋势来解释。该趋势被证明，这是因为当在相邻晶面中的原子排列之间具有某种对应性时，外延取向层的核可以得到对应于最小自由能的定位。有一些已知的方法用于由大的各向异性有机分子构成的薄层在无机基片上外延取向生长。Zimmermann，G.Schnitzler等人披露了一种有机薄膜(苝四羧酸二酐和苝)在无机半导体表面(例如，Si(111)晶片)上外延取向生长的方法(Epitaxial Growth andCharacterization of Organic Thin Films on Silicon，Thin Solid Films174，85-88(1989))。L.Chkoda，M.Schneider等人证实了这样的实例当这样的有机材料(3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA))蒸发到Ag(111)基片上时，形成高度有序的薄膜(Temperature-DependentMorphology and Structure of Ordered 3，4，9，10-Perylenetetracarboxylic Acid Dianhydride Thin Films on Ag(111)，Chem.Phys.Lett.371，548-552(2003))。C.Kendrick和A.Kahn报导了有机分子的半导体PTCDA膜在铟封端的InAs(001)上的初始生长阶段的研究结果(Epitaxial Growth and Phase Transition inMultilayers of the Organic Semiconductor PTCDA on InAs(001)，J.Crystal Growth 181，181-192(1977))。通过在真空下的分子束沉积来生产在石墨上有序化的铜酞菁(CuPc)膜的方法是已知的(Wataru Mizutani，Youichi Sakakibara etal.，″Measurements of Copper Phthalocyanine Ultrathin Films byScanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy″，Japanese Journalof Applied Physics，Vol.28，No.8，August，1989，pp.L 1460-L 1463)。在该方法中，在沉积之前和沉积过程中，真空室的压力分别被保持在10-10托和2×10-8托的水平。膜生长的速率保持在大约0.5nm/min。沉积过程中基片的温度保持在15℃。分子在石墨上的取向通过X-射线衍射来测量。CuPc分子主要以分子平面几乎与基片平行的方式排列，但有弱的衍射峰表明存在着与基片垂直的分子。CuPc膜的平均厚度从0.4nm(大约一层)至20nm变化。在厚度大约等于20nm的膜中发现了颗粒结构。在酞菁单层沉积在石墨上的情况下，分子在室温下被热力学活化并且在稳定位置处形成岛。当多于一层覆盖基片时，热力学活化的运动被相邻分子之间的相互作用所抑制，以致在膜的表面形成岛。在形成膜的过程中，灰尘、基片的缺陷等可能引起沉积的不均匀。这些不均匀体可以成为岛或颗粒的核。当膜厚度增加时，这些不均匀体也会增长，以致出现分子在基片上的垂直排列。因此，已知方法不能够制成球形取向的各向异性膜。在无机单晶中有一些固有的不足，它们限制了使用这样的晶体作为外延取向生长的基片的可能性。特别是因为晶体表面可以与氧化物反应、和/或被其覆盖、和/或含有被吸收的水分子，因此适于外延生长的单晶材料的数量相当有限。这样的基片可能不透明，不具有期望的电和/或热性能等等。主要的限制是基于对相匹配的(一致或同尺寸)基片晶格和生长晶体层的需要。有很多光学应用需要具有各向异性光学性能的外延层。这意味着基片也必须具备各向异性。本专利技术的目的在于提供克服前述现有技术的形成外延取向生长层方法的缺陷的方法和结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于获得分层的有机结构的方法。根据本方法的操作包括几个步骤。第一步是制备基片。第二步是通过层叠结晶法(Cascade Crystallization Process)在所述基片上形成球形排序的各向异性晶种层。该晶种层具有3.4±0.3的分子间距。该晶种层通过由盘形分子构成的棒状超分子形成，该盘形分子至少为一种具有π共轭体系的多环有机化合物。第三步是在晶种层上外延地沉积至少一个取向生长的有机层，以便获得有机分层结构，其中至少一个附加层是通过在晶种层上的外延取向生长获得的。本专利技术的另一目的是提供分层的有机结构。该分层的有机结构依次包括基片，球形有序的晶种层，以及至少一个包括外延沉积在所述晶种层上的有机化合物层。该晶种层具有3.4±0.3的分子间距，并且通过由盘形分子构成的棒状超分子形成，该盘形分子至少为一种带π共轭体系的多环有机化合物。本专利技术旨在消除上述已知的外延取向生长方法的一些缺点。本申请披露的方法能够形成基于有机化合物的各向异性球形有序的取向生长分层结构。本申请披露的方法对于在基片晶格与生长膜之间匹配的要求方面没有局限性。因此本专利技术不限于少数种类的基片材料和适于沉积的化合物。在一优选的实施方式中，本专利技术提供了分层的有机结构，其依次包括基片，具有3.4±0.3分子间距的球形有序的晶种层，以及至少一个有机化合物的外延层。该晶种层通过由盘形分子构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获得分层的有机结构的方法，包括以下步骤：（ａ）提供基片，（ｂ）通过层叠结晶法在所述基片上形成球形有序的各向异性晶种层，其中所述晶种层具有３．４±０．３＊的分子间距，并且所述晶种层通过由盘形分子构成的棒状超分子形成，所述盘形分子至少为一种具有π共轭体系的多环有机化合物，以及（ｃ）在所述晶种层上外延地沉积至少一个取向生长的有机层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕维尔I拉扎列夫，
申请(专利权)人：日东电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]