專利名稱：基于4,4’-聯吡啶的有機-無機復合材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料及其制備方法和應用，屬于復合半導體材料和器件技術領域。
背景技術：
場效應晶體管(Field Effect Transistor，FET)是現代微電子技術中很重要的一類器件，它是靠改變電場來影響半導體材料的導電性能的有源器件。現有的用來做場效應管溝道材料的有關有機-無機復合材料主要選用鹵化氫將脂肪族一元胺和二元胺、芳香族一元胺陽離子化，其作為平衡離子與相應陰離子形成，其穩定性較差，反應過程污染大，有關報道參見Kagan，C. R. ；Mitzi, D. B. ；Dimitrakopoulos,C.D. Science,1999,286, 945 ；Sebastien Sourisseau, Nicolas Louvain, Inorg. Chem.,2007，46 (15)，6148-61M。基于4，4’-聯吡啶與金屬鹵化物形成的復合物，可能既具有金屬鹵化物高遷移率的特點，又具備有機物共面性好、堆積作用強的優勢，因此在制備高遷移率的場效應晶體管方面具有潛在的應用價值。目前基于4，4’ -聯吡啶和金屬鹵化物合成的有機-無機復合材料合成通常采用水熱法，其目標性較差，副產物較多，產率低，可控性差，有關報道參見Guo Hong-Xu, etal.J. Struct. Chem. 2010,29，181 ；Y. Chen, etal. CrystEngComm, 2011,13,243。

發明內容
針對現有合成技術上的不足，本發明旨在提供一種基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料，本發明還提供該復合材料的制備方法和應用。本發明通過以下技術方案實現1、基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料本發明的一種基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料，具有以下式I或式II所
示的結構
權利要求
1.一種基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料，具有以下式I或式II所示的結構
2.如權利要求1所述的基于4，4’-聯吡啶的有機-無機復合材料，其特征在于，R1-R4各自獨立的為H原子；R5為乙基、丁基；X為I原子，M為Ge、Sn、Pb原子。
3.如權利要求1所述的基于4，4’-聯吡啶的有機-無機復合材料，其特征在于，式I所示的基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料是下列之一.1,1' 二丁基_4，4'-聯吡啶陽離子鹽(I a)
4.如權利要求1所述的基于4，4’-聯吡啶的有機-無機復合材料的制備方法，其特征在于，本發明是在惰性氣氛保護下，利用4，4’ -聯吡啶和鹵代烷烴于有機溶劑中在加熱條件下反應獲得的式I所示的復合材料，然后將上述所得復合材料繼續與鍺、錫、鉛的鹵化物反應，得到式II所示的復合材料；其具體反應路線如下路線一路線:
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，式I所示的復合材料的具體制備方法如下(1)將有機溶劑A用蒸餾法純化，放入試劑瓶中，在惰性氣氛下保存待用；(2)將4，4'-聯吡啶溶于有機溶劑A中，得到溶液A，將溶液A過濾好待用，對密封管進行抽氣，然后通氬氣的操作，重復3-5次之后，將過濾好的聯吡啶的溶液A快速加入密封管中，聯吡啶溶液濃度是0. 1-2. Omol/L，反應溫度為50-80°C ；(3)在50-80°C持續加熱攪拌的情況下，將化學計量比的鹵代烷烴快速加入步驟(2)的密封管中，加熱回流3- 后，反應結束；(4)將溶液過濾，所得固體提純干燥，得到式I所示的復合材料。
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中有機溶劑A選自甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮或三氯甲烷中的一種。
7.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，式II所示的復合材料的具體制備方法如下(1)對密封管進行抽氣，然后通氬氣的操作，重復3-5次之后，取鹵化鈉于密封管中，然后加入有機溶劑B，得到溶液B，濃度為0. 15-1. 5mol/L，然后向溶液B中加入金屬鹵化物，振蕩至完全溶解，得到溶液C，濃度為0. 1-1. Omol/L ；(2)將上述所得的式I所示的復合材料溶于有機溶劑C中，得溶液D，濃度為0. 05-1. Omol/L,將溶液A和溶液D在20-30°C下混合，產生沉淀后，將其過濾、干燥得沉淀物；(3)用有機溶劑D溶解步驟( 得到的沉淀物得溶液E，將溶液E放入盛有有機溶劑E的廣口瓶中，密封，將廣口瓶放入氬氣保護的干燥器中，兩周后之后有晶體產生，將其過濾、干燥，得式II所示的復合材料。
8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的有機溶劑B為甲醇或乙醇中的一種；所述的金屬鹵化物為碘化鉛、四碘化錫或四碘化鍺；步驟O)中的有機溶劑C為甲醇、乙醇或三氯甲烷中的一種；步驟C3)中的有機溶劑D為二甲基椏楓或四氫呋喃中的一種；有機溶劑E為無水乙醚、石油醚、己烷或環己烷中的一種。
9.一種有機-無機復合場效應晶體管的溝道材料，包括權利要求1所述的基于4，4’_聯吡啶的有機-無機復合材料，其特征在于，選用帶有一層二氧化硅的高參雜硅做為襯底，同時高參雜硅作為器件的柵極，其上是權利要求1所述的基于4，4’_聯吡啶的有機-無機復合材料，最上層是源極、漏極兩電極。
10.如權利要求9所述的有機-無機復合場效應晶體管的溝道材料的制備方法，步驟如下(1)基片的清洗選用帶有一層二氧化硅的高參雜硅做為襯底，同時高參雜硅作為器件的柵極；處理硅片常用的方法為將硅片放入體積比為2 1過氧化氫(MOS)與濃硫酸(MOS)的混合溶液中煮沸1-1. 5h，然后依次用超純水、乙醇、三氯甲烷、丙酮各超聲15-20min洗滌，用氮氣槍吹干，后將其放入真空干燥箱中在80-85°C干燥1-1. 5h ；(2)旋涂法制備薄膜將權利要求1制備的基于4，4’ -聯吡啶的有機-無機復合材料溶于甲醇中，溶液濃度20mg/ml，采用旋涂法在步驟(1)的襯底上制備薄膜，旋涂時首先慢速旋涂，時速為450-500rpm,時間 10_15s，然后快速旋涂，時速 1100_1200rpm，時間 30_40s ；然后于 60_70°C下退火1-1.釙，后90-100°C退火1-1.釙提高結晶度，得到均勻連續的薄膜；(3)在制備的薄膜上蒸鍍上源極和漏極兩個電極，寬長比為60/1。
全文摘要
本發明公開了一種基于4，4’-聯吡啶的有機-無機復合材料及其制備方法和應用，屬于復合半導體材料和器件技術領域。基于4，4’-聯吡啶的有機-無機復合材料的制備方法是利用聯吡啶與鹵代烷烴反應獲得聯吡啶的陽離子鹽，然后將上述所得陽離子鹽與金屬鹵化物復合制得。制備方法包括在惰性氣氛保護下，將聯吡啶溶于有機溶劑中，經過過濾膜過濾，然后加入化學計量比的鹵代烷烴在加熱條件下反應，反應結束后將溶液過濾，所得固體經提純干燥，將所得物質與金屬在各種條件下與鹵化物陰離子復合，得到有機-無機復合場效應管溝道材料，其所制作的器件有望在場效應晶體管、有源驅動顯示方面、傳感器方面、大規模集成電路方面具有潛在的應用價值。
文檔編號H01L51/40GK102558033SQ20121000457
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者劉陟, 崔得良, 石龍強, 趙丹, 陶緒堂 申請人:山東大學