新的稠合多环芳香族化合物及其用图_3

文档序号:8926512阅读:来源:国知局
lOOOnm,优选为1至500nm,更优选为5至200nm。电极1、3和5各自用导线连接,所述导线 由与电极基本上相同的材料制造。
[0115] 作为绝缘体层4,使用具有绝缘特性的材料。可以使用的材料的实例包括聚合物 例如聚对二甲苯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯酚、聚酰胺、聚酰亚胺、 聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚砜、氟树脂、环氧树脂和酚树脂以及由 它们组合的共聚物,金属氧化物例如二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化钽,铁电金属氧化物 例如SrTiOjPBaTiO3,电介质例如氮化物如氮化硅和氮化铝、硫化物和氟化物,或其中分散 有这些电介质的粒子的聚合物。该绝缘体层优选地具有高的电绝缘特性,以便降低漏电流。 这可以降低膜厚度,由此提高绝缘能力、增加将会获得的电流的量。此外,为了提高半导体 中的迀移率,优选地降低绝缘体层表面上的表面能并使膜光滑而不粗糙。因此,在某些情况 下,可能形成自组装单层和双绝缘体层。绝缘体层4的膜厚度,尽管取决于材料,但通常为 0?lnm至100ym,优选为0? 5nm至50ym,更优选为lnm至10ym。
[0116] 本发明的由通式(1)或(2)表示的稠合多环芳香族化合物可以用作半导体层2的 材料。使用前面示出的方法将这种化合物作为薄膜形成为半导体层2。出于改进薄膜晶体 管特性、赋予其他特性等的目的,在需要时可以混合其他有机半导体材料和各种添加剂。
[0117] 在薄膜晶体管中,可以使用由上述通式(1)或(2)表示的稠合多环芳香族化合物 中的至少一种化合物作为有机半导体材料。在其中由通式(1)或(2)表示的化合物的薄膜 通过溶液法来形成的情形中,也就是说在其中使用溶剂的情形中,优选地在溶剂被基本上 蒸发后使用薄膜。在作为干法的沉积方法中,优选地从有机半导体材料形成薄膜。
[0118] 出于改进晶体管的特性等的目的,可以包含添加剂例如掺杂剂。添加剂通常以有 机半导体材料的总量计0. 01至10重量%、优选地0. 05至5重量%、更优选地0. 1至3重 量%的范围添加。
[0119] 半导体层可以形成为多层,但更优选为单层结构。半导体层2的膜厚度优选地在 不消除必需功能的程度内尽可能地薄。在如A、B和D中所示的横向薄膜晶体管中,这是由 于较大的膜厚度通常增加漏电流,尽管如果膜的厚度大于规定值,器件的特性不依赖于膜 厚度。为了表现出必需功能,半导体层的膜厚度通常为lnm至1ym,优选为5nm至500nm, 更优选为l〇nm至300nm。
[0120] 在需要时,在薄膜晶体管上可以提供其他层,例如在基材层与绝缘膜层之间,在绝 缘膜层与半导体层之间,或在器件的外部上。例如,在有机半导体层上直接形成保护层或通 过其他层形成保护层,可以消除外部空气影响例如湿度。此外,还存在使电特性稳定的优 点,例如提高薄膜晶体管器件的开/关比的能力。
[0121] 作为上述的保护层,尽管没有特别限制,但优选地使用例如由各种不同树脂例如 环氧树脂、丙烯酸树脂例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、氟树脂和聚烯 烃制成的膜,无机氧化物膜例如氧化硅、氧化铝和氮化硅,以及由电介质制成的膜例如氮化 物膜。尤其是具有小的氧和湿气透过率和小的吸水率的树脂(聚合物)。可以使用为有机 EL显示器开发的气体阻挡性保护材料。保护层的膜厚度通常为100nm至1mm,尽管取决于 目的可以选择任何膜厚度。
[0122] 此外,在其上将要堆叠有机半导体层的基材或绝缘体层上进行初步表面修饰或表 面处理,能够改进作为薄膜晶体管器件的特性。例如,基材表面的亲水性/疏水性程度的调 整可以提高将要沉积在基材上的膜的品质和膜沉积能力。具体来说,取决于膜条件例如分 子取向,有机半导体材料的特性可能大大改变。因此,可以想象,对基材、绝缘体层等的表面 处理,控制基材与随后将要沉积的有机半导体层之间的界面部分中的分子取向,或减少基 材和绝缘体层上的阱位点,引起特性例如载流子迀移率的改进。
[0123] 阱位点是指未处理的基材上存在的官能团,例如羟基。如果存在这样的官能团,电 子被吸引到所述官能团,并且作为结果,载流子迀移率降低。因此,减少阱位点对于改进特 性例如载流子迀移率来说可能通常是有效的。
[0124]如上所述改进特性的表面处理的实例包括选自下列的一种处理或两种或更多种 处理的组合:使用六甲基二硅氮烷、辛基三氯甲硅烷和十八烷基三氯甲硅烷的自组装单 层处理,使用聚合物的表面处理,使用盐酸、硫酸和乙酸的酸处理,使用氢氧化钠、氢氧化 钾、氢氧化钙和氨的碱处理,臭氧处理,氟化处理,使用氧和氩的等离子体处理,用于形成 Langmuir-Blodgett膜的处理,用于形成其他绝缘体和半导体的薄膜的处理,机械处理,电 处理例如电晕放电,以及使用纤维的摩擦处理。
[0125] 随后,在下面根据图2描述本发明的用于生产薄膜晶体管器件的方法,使用图1的 示例性情况B中示出的顶部接触-底部栅极类型的薄膜晶体管为例。这种生产方法可以以 同样方式适用于上面描述的其他情况的薄膜晶体管。
[0126](薄膜晶体管基材和基材处理)
[0127] 本发明的薄膜晶体管通过将所需的各个层和电极安装在基材6上来制造(参见图 2(1))。作为基材,可以使用上面描述的材料。可以对该基材进行前述的表面处理等。基材 6的厚度优选地薄至不损害必需功能的程度。尽管取决于材料,但所述厚度通常为1ym至 10mm,优选为5ym至5mm。此外,在需要时,可以允许基材具有电极的功能。
[0128](栅极形成)
[0129] 栅极5形成在基材6上(参见图2(2))。作为电极材料,可以使用上面描述的材 料。作为沉积电极膜的方法,可以使用各种不同方法。例如,可以采用真空沉积法、溅射法、 涂覆法、热转移法、印刷法和溶胶-凝胶法。在膜沉积期间或之后,在需要时优选地进行图 案化以便获得所需构造。作为用于图案化的方法,也可以使用各种不同方法。所述方法的 实例包括光刻法,其中将使用光致抗蚀剂的图案化与蚀刻相组合。此外,还可以利用使用荫 罩掩模的沉积方法、溅射法、印刷法例如喷墨印刷、丝网印刷、胶印和凸版印刷、软光刻技术 例如微接触印刷法及其多种相组合的技术来进行图案化。尽管取决于材料,但栅极5的膜 厚度通常为〇?lnm至10ym,优选为0? 5nm至5ym,更优选为lnm至3ym。此外,如果栅极 也用作基材,则膜厚度可以大于上述膜厚度。
[0130](绝缘体层形成)
[0131] 绝缘体层4形成在栅极5上(参见图2(3))。作为绝缘体材料,可以使用上面描述 的材料。对于形成绝缘体层4来说,可以使用各种不同方法。所述方法的实例包括涂覆法 例如旋涂、喷涂、浸涂、浇铸、棒式涂布和刮涂,印刷法例如丝网印刷、胶印和喷墨,以及干式 方法例如真空沉积法、分子束外延法、离子簇束法、离子镀法、溅射法、大气压等离子体法和 CVD法。另外,可以采用溶胶-凝胶法和用于在例如金属上形成氧化物膜,例如铝上的防蚀 铝和硅上的二氧化硅的方法,以及热氧化方法等。应该指出,在绝缘体层与半导体层发生接 触的部分处,可以对绝缘体层进行预定的表面处理,以便允许构成半导体的分子例如由上 述式(1)表示的化合物的分子在两层之间的界面上良好地取向。可以使用与用于基材的表 面处理相同的表面处理技术。由于电容量的升高可以增加将要获得的电力的量,因此绝缘 体层4的膜厚度优选尽可能薄。就此而言,在较薄的膜中漏电流增加,因此所述膜优选地在 功能不受损的范围内尽可能薄。所述厚度通常为〇?lnm至100ym,优选为0? 5nm至50ym, 更优选为5nm至10ym〇
[0132](有机半导体层形成)
[0133] 含有本发明的由上述通式(1)或(2)表示的稠合多环芳香族化合物的有机半导体 材料被用于形成有机半导体层(参见图2 (4))。在沉积有机半导体层时,可以使用各种不同 方法。所述方法的实例具体包括通过真空过程的真空过程形成方法例如溅射法、CVD法、分 子束外延法和真空沉积法,涂覆法例如浸涂法、模具涂布机法、辊式涂布机法、棒式涂布机 法和旋涂法,通过溶液过程的形成方法例如喷墨法、丝网印刷法、胶印法和微接触印刷法。
[0134]首先将描述通过真空过程沉积有机半导体材料,由此获得有机半导体层的方法。 作为通过真空过程的膜沉积方法,优选地采用将上述有机半导体材料在真空下在坩埚或金 属盘中加热,从而将蒸发的有机半导体材料附着(沉积)在靶(基材、绝缘体层、源极、漏 极等)上的方法,即真空沉积法。在这种情况下,真空度通常为1. 〇XK^Pa以下,优选为 1.OXKT3Pa以下。此外,由于有机半导体膜的特性以及因此薄膜晶体管的特性可能随着沉 积期间基材的温度而变,因此优选谨慎地选择基材温度。沉积期间的基材温度通常为〇至 200°C,优选为5至180°C,更优选为10至150°C,甚至更优选为15至120°C,特别优选为20 至 100。。。
[0135] 此外,沉积速率通常为0.OOlnm/秒至10nm/秒,优选为0.Olnm/秒至lnm/秒。将要 从有机半导体材料形成的有机半导体层的膜厚度通常为lnm至1ym,优选为5nm至500nm, 更优选为l〇nm至300nm。
[0136] 应该指出,可以使用某些其他技术来代替沉积方法,其中将用于形成有机半导体 层的有机半导体材料加热、蒸发并附着到靶上。
[0137] 随后将描述通过溶液过程沉积膜从而获得有机半导体层的方法。将本发明的由通 式(1)或(2)表示的稠合多环芳香族化合物溶解在溶剂等中,如果需要,向其中加入添加剂 等。将由此获得的组合物涂覆到靶(绝缘体层、源极和漏极的暴露的部分)。涂覆方法的实 例包括涂布法例如浇铸、旋涂、浸涂、刮涂、金属丝棒涂布和喷涂,印刷法例如喷墨印刷、丝 网印刷、胶印,柔版印刷和凸版印刷,或软光刻技术例如微接触印刷法,或将多种这些技术 相组合的方法。
[0138] 此外,作为与涂覆方法类似的方法,可以采用其中将上述组合物逐滴添加到水表 面上以制造有机半导体单层并将单层转移到基材进行堆叠的Langmuir抛射法,以及利用 毛细管作用将处于液晶或熔化状态的材料引入到两个基材之间的方法。
[0139] 沉积期间的环境例如基材和组合物的温度是重要的。由于晶体管的特性可能随着 基材和组合物的温度而变,因此优选谨慎地选择基材和组合物的温度。基材的温度通常为 0至200°C,优选为10至120°C,更优选为15至100°C。此外,由于晶体管的特性极大地依 赖于使用的组合物中的溶剂等,因此必须予以注意。
[0140] 通过这种方法制造的有机半导体层的膜厚度优选地小至不损害功能的程度。存在 的顾虑是较大的膜厚度提高漏电流。有机半导体层的膜厚度通常为lnm至1ym,优选为5nm 至500nm,更优选为10nm至300nm。
[0141]可以通过后处理进一步改进由此形成的有机半导体层的特性(参见图2(4))。例 如,由于热处理可以减少在沉积期间产生的膜的扭曲、减少针孔等并控制膜中的排列和取 向,因此可能促进有机半导体的特性的改进和稳定。在制造本发明的薄膜晶体管时有效地 进行这种热处理,以改进所述特性。在有机半导体层形成后,通过加热基材来进行热处理。 热处理的温度尽管没有特别限制,但通常为室温至150°C量级的温度,优选为40至120°C, 更优选为45至100°C。热处理时间尽管没有特别限制,但通常为10秒至24小时,优选为30 秒至3小时量级的时间。热处理可以在空气气氛下或在惰性气氛例如氮气和氩气下进行。 另外,溶剂蒸汽可以控制膜的构造。
[0142]有机半导体层的其他后处理的实例包括通过使用氧化或还原性气体例如氧气和 氢气以及氧化或还原性液体处理有机半导体层,经氧化或还原来诱
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