有机/无机纳米复合材料及其制备方法和用途及tft的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种有机/无机纳米复合材料及其制备方法 和用途及一种TFT。
【背景技术】
[0002] TFT (Thin Film Transistor)是薄膜晶体管的缩写，TFT中的绝缘层材料是影响 TFT性能的重要材料之一。目前许多研究发现，TFT的载流子主要在半导体层与绝缘层界 面之间2-6个单分子层传输，送表明绝缘层的性能会对半导体层的结构产生直接影响，并 进一步影响器件的阔值电压，开关电流比及器件的迁移率等，最终影响TFT的综合性能。
[0003] 衡量TFT优劣的主要性能参数如迁移率和阔值电压都受绝缘层表面的成膜质 量、绝缘层的介电常数W及绝缘层/有源层界面的性质影响。因此选用不同参数的绝缘材 料就可能得到不同大小的载流子迁移率和阔值电压。绝缘材料的一个最基本参数要求是要 具有较高的介电常数，送是因为较高的介电常数一方面有利于感应出更大的沟道载流子浓 度，另一方面还可提高载流子迁移率，从而可降低器件的阔值电压。绝缘材料的另外一个要 求是要有较好的绝缘层膜质量及具有尽可能少的缺陷和陷阱。
[0004] 目前用在TFT中的绝缘层材料主要是无机材料，例如Si化、Ti化或者Zr化，送些无 机材料不仅具有较高的介电常数，使其能够降低晶体管的阔值电压和漏电流，而且送些材 料容易获得，因此被广泛应用在TFTs上。但是，送些材料即使在真空的条件下也需要较高 的加工温度，而送就与在柔性基底上制作薄膜晶体管（TFTs)相矛盾，送也导致利用上述材 料进行TFT加工的成本相对较高。后来，人们逐渐把焦点转移到聚合物绝缘层材料上。因 为他们与柔性基底相容性好，而且能在室温下用旋涂和打印等简单的方式进行加工，大大 降低了生产成本。然而，由于聚合物材料的介电常数相对较低，送就使得晶体管的阔值电压 比较高，从而影响聚合物材料作为绝缘层在晶体管上的应用。
[0005] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机/无机纳米复合材料 及其制备方法和用途及一种TFT,旨在解决目前TFT绝缘层材料无法同时实现具有高介电 常数性能和降低加工成本的问题。
[0007] 本发明的技术方案如下： 一种有机/无机纳米复合材料，其中，所述有机/无机纳米复合材料由高介电常数 纳米粒子与聚醜亚胺基体复合而成，其中，复合材料中高介电常数纳米粒子的质量分数为 5-20%O
[0008] 所述的有机/无机纳米复合材料，其中，所述高介电常数纳米粒子为纳米Ti〇2或 纳米Zr化，高介电常数纳米粒子的平均粒径为100 nm。
[0009]所述的有机/无机纳米复合材料，其中所述高介电常数纳米粒子分散到通过溶 胶-凝胶技术制备的聚醜亚胺基体中实现复合。
[0010] 一种如上所述的有机/无机纳米复合材料的制备方法，其中，所述方法为： A、 称取物质的量比为1:1的4,4-二氨基二苯離和均苯四甲酸二酢，将4,4-二氨基二 苯離全部溶解在N，N'-二甲基己醜胺溶剂中后，将均苯四甲酸二酢分成多份并逐一加入 反应体系中溶解，制成前驱体聚醜胺酸胶体溶液； B、 将高介电常数纳米粒子粉末分多次加入到前驱体聚醜胺酸胶体溶液中充分反应，得 到无机纳米聚醜胺酸复合溶液； C、 对无机纳米聚醜胺酸复合溶液形成的薄膜进行热亚胺化处理得到有机/无机纳米 复合材料。
[0011] 所述的有机/无机纳米复合材料的制备方法，其中，所述步骤A中均苯四甲酸二酢 分成多份并逐一加入反应体系中溶解，制成前驱体聚醜胺酸胶体溶液具体为： 将均苯四甲酸二酢分成4份逐次加入到反应体系中，每15分钟加一次均苯四甲酸二酢 并通过超声波揽拌使其完全溶解，当均苯四甲酸二酢全部加完，反应体系出现爬杆现象时， 连续揽拌12h W上，制得前驱体聚醜胺酸胶体溶液。
[0012] 所述的有机/无机纳米复合材料的制备方法，其中，所述前驱体聚醜胺酸胶体溶 液的固含量为9-11%。
[0013] 所述的有机/无机纳米复合材料的制备方法，其中，所述步骤B具体为：将高介电 常数纳米粒子粉末分多次加入到前驱体聚醜胺酸胶体溶液中反应化，得到黄色粘稠液体， 并继续揽拌15 min,得到无机纳米聚醜胺酸复合溶液。
[0014] 所述的有机/无机纳米复合材料的制备方法，其中，所述步骤C具体为： 利用无机纳米聚醜胺酸复合溶液形成薄膜，对无机纳米聚醜胺酸复合溶液所形成的 薄膜采用阶梯升温方法进行热亚胺化处理，从而得到有机/无机纳米复合材料薄膜，其 中，阶梯升温条件为 70°c，60min ;90°C，20min ;110°C，20min ;130°C，20min ;150°C，20min ; 170°C，20min ;180°C，20min ;190°C，20min ;200°C，20min。
[0015] 一种如上所述有机/无机纳米复合材料的用途，其中，所述有机/无机纳米复合材 料用于作为TFT中的绝缘层材料。
[0016] 一种TFT,其中，所述TFT的绝缘层采用如上所述的有机/无机纳米复合材料在图 案化的栅极上形成薄膜得到。
[0017] 本发明提供一种有机/无机纳米复合材料及其制备方法和用途及一种TFT,本发 明将纳米粒子分散在采用溶胶-凝胶法制备的聚醜亚胺材料中，该复合材料制备的绝缘层 的介电常数和TFT的载流子迁移率大大提高，从而降低了 TFT的阔值电压，减小了漏电流， 使得器件性能更稳定，并且本发明有机/无机纳米复合材料的制备工艺简单，加工成本低， 重复性好，可与现有的TFT制备工艺相兼容，从而能够制备高性能的TFT。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明具体实施例中均苯四甲酸二酢与4,4-二氨基二苯離进行缩聚反应 生成聚醜胺酸的化学反应方程式图。
[0019] 图2为本发明具体实施例中聚醜胺酸脱水生成聚醜亚胺的亚胺化反应式示意图。
[0020] 图3为利用本发明的有机/无机纳米复合材料制备TFT的制备过程示意图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提供一种有机/无机纳米复合材料及其制备方法和用途及一种TFT,为使 本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，W下对本发明进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022] 本发明所提供的有机/无机纳米复合材料，是由高介电常数纳米粒子与聚醜亚胺 基体复合而成，复合材料中高介电常数纳米粒子的质量分数为5-20%。其中，所述高介电常 数纳米粒子为纳米Ti化或纳米Zr化，高介电常数纳米粒子的平均粒径优选为100 nm。
[0023] 本发明的有机/无机纳米复合材料是有机相和纳米尺度的无机相结合形成的多 功能复合材料。在两相界面间存在着多种次级化学键（范德华力、氨键等）。纳米尺度的分 散相大大增强了有机/无机纳米复合材料界面间的相互作用，聚合物的网络结构则可W帮 助解决纳米颗粒的分散和稳定的问题。因此，本发明的有机/无机纳米复合材料是集无机 物（刚性、尺寸稳定性和热稳定性）、有机物（初性、加工性及介电性能）和纳米粒子的诸多 特性于一身的，具有良好的机械、光和电和磁等许多特异性质的新材料。
[0024] 聚醜亚胺（PI )是一类W醜亚胺环为特征结构的半梯型结构聚合物，相对介电常 数一般在3. 5左右。送类高聚物具有突出的耐热性、优良的机械性能、电学性能及稳定性能 等，并且它优异的热稳定性W及超高的分解温度和玻璃化转变温度有利于本发明的有机/ 无机纳米复合材料中纳米粒子分散的稳定性，不易出现二次团聚。
[0025] 高介电常数纳米粒子的引入解决了聚醜亚胺基体材料介电常数低的问题，本发明 较佳实施例中高介电常数纳米粒子采用纳米Ti化或纳米Zr化，两者的介电常数分别为48和 27左右，并且具有较好的热稳定性、化学稳定性和优良的光学、电学及力学特性，另外热膨 胀因数与聚醜亚胺匹配，从而使其加入到聚醜亚胺能够使复合材料具有优异的综合性能， 并且在有机/无机纳米复合材料中Ti化或ZiOz的质量分数为5-20%，粒子粒径为IOOnm时， 复合材料的综合性能最好。
[0026] 本发明最优选Ti〇2作为无机纳米粒子加入到聚醜亚胺基体材料中，Ti〇2具有强极 性，引入Ti化增加了复合薄膜中高介电微区，随着Ti化含量增加，高介电微区增多。在电场 作用下，送些高介电微区使薄膜材料极化加强，使薄膜介电常数增加，因此在聚醜亚胺中添 加纳米Ti化形成的有机/无机纳米复合材料的各种性能比纯聚醜亚胺材料有很大程度地 改善。从而使该有机/无机纳米复合材料非常适合作为TFT绝缘层材料。
[0027] 进一步的，所述高介电常数纳米粒子是通过分散到溶胶-凝胶技术制备的聚醜亚 胺基体中实现复合。溶胶-凝胶法可W在低温条件下反应，操作相对简单，而且制备的有机 /无机纳米复合材料的无机相分散性好，热稳定性好，热膨胀系数小。
[0028] 本发明还提供针对如上所述的有机/无机纳米复合