專利名稱：一種提高pedot:pss薄膜物理性能的方法
技術領域：
本發明屬于有機光電子領域，涉及提高有機高分子聚合物PED0T:PSS物理性能的方法，具體涉及一種提高有機高分子聚合物PEDD0T:PSS薄膜的功函數及導電性的方法。
背景技術：
功函數在固體物理中被定義成把一個電子從固體內部剛剛移到此物體表面所需要的最少的能量。功函數的大小通常大 概是金屬自由原子電離能的二分之一。金屬的功函數表示為一個起始能量等于費米能級的電子，由金屬內部逸出到真空中所需要的最小能量。功函數的大小標志著電子在金屬中束縛的強弱，功函數越大，電子越不容易離開金屬。一般將功函數按照電子能量的來源，或者說是電子受激發的方式將功函數分為“熱功函數”和“光電功函數”。當電子從熱能中吸收能量，激發到達表面我們稱之為熱功函數。當電子從光子中吸收能量，激發到達表面時我們稱之為光電功函數。在電子工程里面，功函數對設計“肖特基二極管”或“發光二極管”中“金屬-半導體結”以及“真空管”非常重要。功函數的具體作用I)當金屬與半導體接觸，金屬與半導體之間功函數差相對很小時(同時半導體有高濃度的雜質)，也就是說接觸面勢壘很窄的情況下，形成歐姆接觸。2)當半導體與金屬功函數相差較多，形成勢壘，在金屬-半導體接觸面形成勢壘結，形成肖特基二極管的結構基礎。3)金半接觸金屬電子激發到達半導體晶體，激發半導體可發出各種可見光，根據此原理可以制成各種發光二極管，而這里面的激發原理也是與功函數分不開的。4)在MOS晶體管中調節閾值電壓，也就是說若要改變MOS晶體管的閾值電壓，可以通過改變柵極金屬-半導體功函數實現。目前有機高分子聚合物電子器件由于可能在有機發光二極管、場效應晶體管、太陽能電池中得到應用而受到廣泛關注。而其中最有希望得到廣泛應用的高分子聚合物是PEDOT: PSS，它作為PN結的P型材料，其多數載流子為空穴。如果它的功函數及導電性能可以調節，那么該導電聚合物會得到更多的應用。

發明內容
本發明的目的是提高有機高分子聚合物PED0T:PSS的功函數及導電性，便于有機高分子聚合物PED0T:PSS在二極管和其他一些器件的設計中得到更多的應用。為了達到上述目的，本發明所提供的技術方案包括以下步驟I)在基底上附著一層PED0T:PSS薄膜；2)烘烤沾有PEDOT: PSS薄膜的基底；3)將烘烤后的基底置于真空腔室中；4)用紫外線持續照射基底上的PED0T:PSS薄膜。步驟I)中，所述基底包括ITO玻璃及單晶硅片，其中ITO玻璃代表的是一類導電且不與PEDOT:PSS發生反應的材料；單晶硅片上有一層氧化物，它代表的是一類絕緣物質，表面光滑，具有這類性質的物質都可以作為基底。步驟I)中，可通過甩制、脈沖激光沉積和磁控濺射等方法將PED0T:PSS薄膜附著到基底材料上。采用甩制法時，勻膠機的轉速設為3000 5000r/min，保持時間15 25s。步驟I)中，PEDOT: PSS薄膜的厚度為35nm 55nm。步驟2)中，烘烤PEDOT:PSS薄膜的溫度為140°C 180°C，烘烤時間為15 25min。步驟3)中，所述真空腔室的真空度至少為3X 10_4Pa。步驟4)中，所述紫外線波長為250nm 260nm，持續照射時間至少為21h。對紫外線持續照射的PED0T:PSS薄膜進行光電發射光譜學(PES)測量，以檢測 紫外線持續照射對PED0T:PSS薄膜功函數的影響，測量結果顯示，與未經任何處理的有機高分子聚合物PEDPT:PSS薄膜相比，用波長為250 260nm的紫外線持續照射處于真空度至少為3X10_4Pa的真空腔室中的PED0T:PSS薄膜至少21h，能夠提高有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的功函數。對紫外線持續照射的PED0T:PSS薄膜利用雙通道數字源表設備進行水平測量及垂直測量，以檢測紫外線持續照射對PED0T:PSS薄膜導電性的影響，測量結果顯示，無論是水平測量還是垂直測量，用波長為250 260nm的紫外線持續照射處于真空度至少為3X10_4Pa的真空腔室中的PED0T:PSS薄膜至少21h，均能夠提高有機高分子聚合物PEDOT: PSS的導電性。由此可見，利用波長為250nm 260nm紫外線照射這種方法能同時提高PEDOT: PSS薄膜的功函數和導電性能。


圖1是水平測量電路示意圖。圖2是未作任何處理時，通過水平測量得出的1-V曲線。圖3是用波長為254nm的紫外線在真空中持續照射21h后，通過水平測量得出的1-V曲線。圖4是垂直測量的電路示意圖。圖5是未作任何處理時，通過垂直測量得出的1-V曲線。圖6是用波長為260nm的紫外線在真空中持續照射23h后，通過垂直測量得出的1-V曲線。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述基于提高有機高分子聚合物PED0T:PSS的功函數的目的，設計了一組實驗，本發明基于該組實驗成果。本發明所涉及的實驗方案如下實施例1 :I)利用勻膠機在兩塊依次經過丙酮和酒精超聲清潔處理的IcmX Icm的單晶硅片上甩制一層有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜。勻膠機的轉速設為3000r/min，保持時間25s02)經步驟I)甩制完成后，將沾有液態薄膜的硅片放在熱板上進行烘烤，烘烤25min，烘烤溫度設為140°C。3)利用臺階儀測試其中一硅片上的PED0T:PSS薄膜厚度，測試結果為35nm，由于兩塊硅片上的薄膜甩制條件和烘烤條件完全一樣，故可以推測另一塊硅片上的薄膜厚度也是 35nm。4)將兩塊烘烤后沾有PED0T:PSS薄膜的硅片置于真空腔中，真空腔的真空度保持在3X10_4Pa 更高真空度。5)用波長為250nm的紫外燈從真空腔的觀察窗(該觀察窗不能吸收紫外線) 照射其中一塊硅片上的PED0T:PSS薄膜，并保持持續照射至少21h ;對另一塊硅片上的PEDOT: PSS薄膜不做任何處理。6)從真空腔室中取出兩塊沾附有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的硅片，對于其上沾附的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜進行光電發射光譜學(PES)測量。測量結果在真空中沒有做其他任何處理的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的功函數為5. 06ev，而在真空中經過波長為250nm的紫外線照射至少21h后的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的功函數為5. 35ev，功函數提高了 O. 21ev。以上測量結果顯示用波長為250nm的紫外線持續照射處于真空度至少為3X IO^4Pa的真空腔室中的PED0T:PSS薄膜至少21h后，能夠提高有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的功函數。基于提高有機高分子聚合物PED0T:PSS的導電性的目的，設計了兩組實驗，本發明基于兩組實驗成果。本發明所涉及的實驗方案如下實施例2 (水平測量)I)將兩塊依次經過丙酮和酒精超聲清潔處理的、大小為6cmX6cm的單晶硅片置于熱蒸發鍍膜儀中通過熱蒸發在兩塊硅片邊緣處均蒸鍍上兩個面積為O. 5mmX O. 5_、厚度為50nm的金電極。2)將兩塊硅片上的金電極均用帶有一定粘性的膠膜遮住。3)在上述兩塊硅片上滴上按一定比例混合而成的PED0T:PSS溶液，將兩塊硅片先后置于勻膠機上，勻膠機上的參數設置為轉速4000r/min、保持時間20s，利用勻膠機的高速旋轉使PED0T:PSS溶液均勻分布在單晶硅片上。(此過程中被膠膜遮住的金電極上是不會沾有PED0T:PSS溶液的。)勻膠機設置的轉速、時間保持不變。4)將步驟3)制作完成的兩塊硅片置于熱板上，溫度設置為160°C，烘烤20min，這樣便在清潔的單晶硅片表面形成了一層均勻的pedot:pss薄膜。5)利用臺階儀測試其中一硅片上的PED0T:PSS薄膜厚度，測試結果為45nm，由于兩塊硅片上的薄膜甩制和烘烤條件完全一樣，故可以推測另一塊硅片上的薄膜厚度也是45nm。6)將另一塊硅片上遮擋金電極的膠膜除去，露出兩個潔凈的金電極。7)將硅片的兩個金電極連上導線置于真空腔內(該步制作完成的電路示意圖見圖1)，利用分子泵和離子泵獲得真空，并使真空腔內的真空度保持在3 X KT4Pa 更高真空度。8)利用雙通道數字源表設備在兩電極上加上電壓，測量1-V曲線。結果如圖2所示，該1-V曲線即可表明在未做任何處理情況下，長7mmX寬O. 5mm的兩金電極在水平距離為5mm時，兩金電極之間的PED0T:PSS薄膜的導電性能。9)將可以發射254nm波長紫外線的紫外燈置于真空腔觀察窗(該觀察窗不能吸收紫外線)處，開啟紫外燈電源，使波長為254nm的紫外線照射在硅片上的PED0T:PSS薄膜上，持續照射保持21h，然后停止照射。10)停止照射波長為254nm的紫外線 后，再次在硅片的兩金電極上加上電壓，測量1-V曲線，結果如圖3所示。如圖2所示，未做任何處理時，電壓為4V時，通過有機高分子聚合物PED0T:PSS電流大小為7.1XlO-8A ;如圖3所示，用波長為254nm的紫外線照射硅片上的PED0T:PSS薄膜21h后，當電壓為4V時，通過PED0T:PSS薄膜的電流大小為4. 81X 10_5A。與未照射波長為254nm的紫外線的PEDOT: PSS薄膜相比，可以看出在電壓為4V下通過有機高分子聚合物PEDOT: PSS電流大小明顯增強數個量級。結果顯示用波長為254nm的紫外線持續照射處于真空度為3X10_4Pa 更高真空度的真空腔室中的PEDOT: PSS薄膜2 Ih，能夠有效提高有機高分子聚合物PEDOT: PSS薄膜的橫向導電性。實施例3 (垂直測量):I)在兩塊依次經過丙酮和酒精超聲清潔處理的、大小為3cmX3cm的ITO玻璃的導電面上任一邊緣處用鹽酸溶液分別腐蝕出長3cmX寬O. 5cm的不導電長方塊。2)利用勻膠機在上述ITO玻璃的導電面上分別甩制一層有機高分子聚合物PEDOT:PSS薄膜。勻膠機設置的參數是轉速5000r/min、保持時間15s。3)用濾紙輕輕擦掉步驟I)制成的腐蝕面上的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜。4)用濾紙輕輕擦掉上述腐蝕面對應邊緣處與其大小相同且平行的長方塊上的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜。5)將上述步驟制作完成的兩塊ITO玻璃置于熱板上，溫度設置為180°C，烘烤15min，這樣便在清潔的ITO玻璃導電表面(除擦去部分)形成了一層均勻的PEDOT: PSS薄膜。6)利用臺階儀測試出其中一塊ITO玻璃上的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的膜厚范圍是55nm，由于薄膜甩制和烘烤的條件都一樣，故可以推斷另一塊ITO玻璃導電面上膜層的厚度都為55nm。7)在經步驟5)制作完成薄膜上蒸鍍上大小為2mmX2mm的金電極，連上導線置于真空腔室中(具體器件俯視圖如圖4所示)，真空腔室的真空度保持在3X KT4Pa 更高真空度。8)在未作任何處理時，利用雙通道數字源表在上述電極上加上電壓，測量并記錄電流大小，獲得1-V曲線，如圖5所示。該1-V曲線表明未作任何處理時，電極大小為2mmX 2mm，通過膜厚為55nm的PEDOT: PSS薄膜中的電流與電壓關系。9)用波長為260nm的紫外線照射該ITO玻璃的導電面上的有機高分子聚合物PEDOT:PSS薄膜，保持持續照射23h，然后停止照射。
10)停止持續照射后，利用雙通道數字源表再次在上述電極上加上電壓，測量并記錄電流大小，獲得1-V曲線，如圖6所示。該1-V曲線表明在用波長為260nm的紫外線持續照射該ITO玻璃的導電面上的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜23h后，在電極大小仍為2mm X 2mm時，通過膜厚為55nm的PEDOT: PSS薄膜中的電流與電壓關系。通過圖5和圖6所示的1-V曲線對比可得出結論在用波長為260nm的紫外線持續照射該ITO玻璃的導電面上的有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜23h后，相同電壓下，通過PED0T:PSS薄膜中的電流與未作任何處理情況下通過PED0T:PSS薄膜中的電流相比，水平測量電流大小提高三個量級左右，垂直測量電流大小提高2 3倍。即此方法能夠有效提高有機高分子聚合物PED0T:PSS薄膜的縱向導電性。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，本領域的普通技術人員可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍，本 發明的保護范圍應以權利要求所述為準。
權利要求
1.一種提高PEDOT:PSS薄膜物理性能的方法，其包括以下步驟 1)在基底上附著一層PEDOT:PSS薄膜； 2)烘烤沾有PED0T:PSS薄膜的基底； 3)將烘烤后的基底置于真空腔室中； 4)用紫外線照射持續照射基底上的PED0T:PSS薄膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括ITO玻璃及單晶硅片。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述附著方法包括甩制、脈沖激光沉積和磁控濺射。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，烘烤的溫度為140°C 180°C，時間為15 25min。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述PED0T:PSS薄膜的厚度為35nm 55nm。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，真空腔室中的真空度至少為3X10_4Pa。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，紫外線波長為250nm 260nm。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，紫外線持續照射的時間至少為21h。
9.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述ITO玻璃的大小為3cmX3cm ； 所述單晶娃片的大小為IcmX Icm 6cmX6cm。
10.如權利要求3所述的方法，其特征在于，甩制時，勻膠機的轉速設為3000 5000r/min，保持時間15 25s。
全文摘要
本發明提供了一種提高有機高分子聚合物PEDOT:PSS的物理性能的方法，通過在基底上附著一層PEDOT:PSS薄膜，將沾附有機高分子聚合物PEDOT:PSS薄膜的基底置于真空度至少為3×10-4Pa的真空腔室中，用紫外線持續照射有機高分子聚合物PEDOT:PSS薄膜至少21h，經測量，有機高分子聚合物PEDOT:PSS的功函數及導電性均得到提高，該導電聚合物PEDOT:PSS將會在二極管和其他一些器件的設計中得到更多的應用。
文檔編號C23C14/58GK103022362SQ20121054019
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者邢英杰, 錢旻昉 申請人:北京大學