有机半导体器件和其制造方法

专利名称：有机半导体器件和其制造方法
技术领域：
本发明涉及带有机半导体薄膜的有机半导体元件和其制造方法。此外，本发明涉 及一种装备有机半导体元件的半导体器件和其制造方法。
背景技术：
近年来，已对装背带薄膜半导体的薄膜晶体管(此后写为TFT)的显示器进行了研 究，并使之投入了实际应用。由于在装备有TFT的显示器中可形成许多象素，故可获得一种 高分辨率显示器器件。此外，也已知装备有TFT的显示器可以低电耗运转，因为与CRT(示 波管)相比它可以运转在低电压下。此外，该装备有TFT的显示器占据空间小，因为它可不 用如CRT的大规模显像管形成显示。因此，这种装备有TFT的显示设备被广泛用于个人电 脑、PDA、TV等的显示器部分。今后需要的是制造成更薄、更轻又更灵活的显示器件，而且更 期望使用诸如塑料的树脂基片。但是，大部分常规TFT是利用无机半导体材料诸如无定形 硅或晶体硅作为半导体薄膜制造的。因此，用树脂基片等诸如塑料是受限制的，因为用无机 半导体材料制造TFT时，形成半导体薄膜需要进行温度在350°C以上的处理。另一方面，已对用有机半导体作为半导体薄膜的有机TFT进行了研究。有机TFT 因用有机材料而具有高的柔性。此外，可以采用诸如塑料的树脂材料作为有机TFT的基片 材料，因为可以在比使用无机半导体器件更低的温度下形成有机TFT。因此，可以获得轻而 柔性的器件。此外，对于有机TFT，人们期望的是，不仅可以简化工艺诸如印模(printing) 法、喷墨法和汽相沉积法，而且也可因采用便宜的基片材料而缩减器件制造费用，而从成本 观点来看是有利的。但是，有机半导体因暴露于水、光或氧中会被氧化或分解。因此，有机半导体存在 其电性能因放置于大气中而被劣化的缺点。

发明内容
因此，对于带有有机半导体的器件，其电性能评价是在真空下或在缺氧状态下 (也称为负压下)完成的。为维持以上真空或缺氧的条件，对测量器件等提出了各种限制， 因为需要有专用器件，而且评价要在真空室或干燥箱中完成。此外，维持这种环境是昂贵 的，而且也不便于实际应用。为了在大气中使用带有机半导体的器件，最基本的是要防止所 有器件中的有机半导体暴露于大气中。因此，本发明的一个目的在于提供一种制造便宜有 机TFT的方法，而不依赖于昂贵的专用器件，也不使有机半导体暴露于大气中。此外，本发 明另一目的在于提供一种在低温下制造有机TFT的方法，而不引起材料热分解的问题。鉴于上述问题，本发明的一个特征是，在有机半导体薄膜上形成一层薄膜状保护 层，起保护膜的作用。这样，就可保护有机半导体薄膜免受水、光或氧的影响。
可以用粘接剂等通过将其固定至薄膜状支撑体上的方法，形成这种薄膜状保护 层。该薄膜状支撑体厚度为0.05-0. 5毫米，而且优选具有柔性。该薄膜状支撑体优选具有 密封性能、耐湿性、绝缘性能和耐化学腐蚀性。具体地说，可以列举出聚酰亚胺、聚酯、聚乙 烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯萘酸酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)等。本发明的一个特征在于有机半导体器件包括一层具有有机材料的半导体薄膜、一 种具有该半导体薄膜的半导体元件、一种包括该半导体元件的电路、和一层薄膜状保护层， 其中粘合该薄膜状保护层以使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于有机半导体器 件包括一层有绝缘表面的基片、一层具有有机材料且在第一基片上形成的半导体薄膜、一 种具有该半导体薄膜的半导体元件、一种包括该半导体元件的电路、和一种薄膜状的保护 层，其中粘合该薄膜状保护层以使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于有机半导体器件包括一个带有绝缘表面的基片、一层具有 有机材料的半导体薄膜、一种具有该半导体薄膜的半导体元件、一种包括该半导体元件的 电路、和一组薄膜状的保护层，其中粘合该组薄膜状保护层以使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于有机薄膜晶体管包括在绝缘表面上形成的第一导电薄膜、 在第一导电薄膜上形成的绝缘膜、在该绝缘膜上形成的第二导电薄膜、在第二导电薄膜上 形成的有机半导体薄膜、和在该有机半导体薄膜上形成的薄膜状保护层。本发明的一个特征在于有机薄膜晶体管包括在绝缘表面上形成的第一导电薄膜、 在第一导电薄膜上形成的绝缘膜、在该绝缘膜上形成的有机半导体薄膜、在该有机半导体 薄膜上形成的第二导电薄膜、和在该有机半导体薄膜上形成的薄膜状保护层。本发明的一个特征在于一种用于制造有机半导体器件的方法，包括步骤形成具 有有机材料的半导体薄膜、形成具有该半导体薄膜的半导体元件、和固定一层薄膜状保护 层，使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于一种用于制造有机半导体器件的方法，包括步骤在带有 绝缘表面的基片上形成具有有机材料的半导体薄膜、形成具有该半导体薄膜的半导体元 件、和固定一层薄膜状保护层使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于一种用于制造有机半导体器件的方法，包括步骤在带有 绝缘表面的基片上形成具有有机材料的半导体薄膜、形成具有该半导体薄膜的半导体元 件、和固定一组薄膜状保护层使之覆盖该半导体薄膜。本发明的一个特征在于一种用于制造有机薄膜晶体管的方法，包括步骤形成第 一导电薄膜、在第一导电薄膜上形成绝缘膜、在该绝缘膜上形成第二导电薄膜、在第二导电 薄膜上形成一层有机半导体薄膜、和固定一层薄膜状保护层使之覆盖有机半导体薄膜。本发明的一个特征在于一种用于制造有机薄膜晶体管的方法，包括步骤形成第 一导电薄膜、在第一导电薄膜上形成绝缘膜、在该绝缘膜上形成有机半导体薄膜、在该有机 半导体薄膜上形成第二导电薄膜、和固定一层薄膜状保护层使之覆盖该有机半导体薄膜。根据用于制造按照本发明的有机半导体器件和有机薄膜晶体管的方法，通过沉积 或涂布有机半导体薄膜材料的方法，形成一种有机半导体薄膜材料。根据用于制造按照本发明的有机半导体器件和有机薄膜晶体管的方法，可以由一 种导电浆料形成第一导电薄膜或第二导电薄膜。此外，可以通过丝网印刷法、卷筒式涂布机 法或喷墨法形成第一导电薄膜或第二导电薄膜。
根据用于制造按照本发明的有机半导体器件和有机薄膜晶体管的方法，可以用环 氧为基础的粘接剂、氨基甲酸乙酯为基础的粘接剂、乳剂为基础的粘接剂、合成橡胶为基础 的粘接剂，弹性粘接剂或变性丙烯酸酯为基础的粘接剂，通过粘合薄膜状支撑体使覆盖半 导体薄膜的方法，固定保护层或保护层组。根据用于制造按照本发明的有机半导体器件和有机薄膜晶体管的方法，可以薄膜 状带卷提供保护层或保护层组，可以从该薄膜状带卷牵拉出需要覆盖半导体薄膜的带子， 可通过处于拉伸方向张力状态下的卷筒，直接将该带子粘合(bonded)至半导体薄膜上，并 可将此带子切成预定尺寸。可容易地和在低温下保护按照本发明上述有机半导体器件和有机薄膜晶体管中 的有机半导体薄膜。因此，可降低总成本，因为不需要昂贵的专用器件。从而可提供装备有 便宜有机TFT的半导体器件。按照上述本发明，可以防止有机半导体受到因暴露于大气中的水、光和氧而造成 的氧化或分解。此外，本发明可在大气中和常压下实施，因为它必须用一层薄膜至少覆盖该有机 半导体薄膜。因此，不必加热或增压样品，为此也可防止有机材料的分解。另外，由于它可 以在低温进行，对基片可以采用塑料材料，而且，由于该薄膜本身重量轻和是柔性的，可以 制造保护膜而不会失去有机半导体的优点。此外，还可在负压下将该薄膜粘合在有机半导体薄膜上。因此，除可进一步缩短在 空气等中暴露时间的优点外，还可消除粘合时产生的气泡和避免由于气泡扰动造成的对可 靠性的不利影响。而且，本发明不需庞大的设备，因为它必须用薄膜至少覆盖该有机半导体薄膜。因 此，由于可低成本地形成保护膜，可降低总成本。从而，器件的生产成本能定得很低。阅读以下详细说明及附图后，本发明的这些及其它目的、特征和优点均会变得更 为清楚。


图1是表明按照本发明的一种有机薄膜晶体管的横断面图；图2是表明按照本发明的一种薄膜状保护层的制造步骤图；图3是表明按照本发明的一种有机薄膜晶体管的横断面图；图4是表明按照本发明的一种光发射器的横断面图；图5是表明按照本发明的一种有机薄膜晶体管的顶视图；图6是表明按照本发明的试验结果图；图7是表明按照本发明的试验结果图；图8是按照本发明的光发射器面板全图；图9是包括在按照本发明光发射器中象素的等效电路图；图10是表明按照本发明的薄膜状保护层的制造步骤图；和图11A-11C是其上应用本发明的电器图。
具体实施方式
此后，参考附图详细描述按照本发明的实施方案方式。但本发明可以许多不同方 式完成，而且易于被本领域技术人员所理解的是，这里披露的实施方案和细节也可以各种 方式加以改进，而不致偏离本发明的目标和范围。因此，应当注意的是，不应把如下举出的 对实施方案方式的描述解释为是对本发明的限制。另外，在所有描述实施方案方式的视图 中，对同一部分或具有同样功能的部分是用同一参考号标明的，为此将省略对其的重复说 明。「实施方案方式11在此实施方案方式中，描述了用于有机半导体器件中作半导体元件的有机薄膜晶 体管的制造方法。如图1所示，制备的是元件基片110，它装配有一层起栅电极作用并在基 片绝缘表面上形成的导电薄膜(此后称为栅电极)101，一层为覆盖该栅电极并起栅极绝缘 膜(gate insulating film)作用而形成的绝缘膜(此后称为栅极绝缘膜)102，和一层经栅 极绝缘膜提供的并起源电极及漏极(drain electrode)作用的导电薄膜(此后称为源电极 及漏极)103。这里，优选形成源电极及漏极，使之经栅极绝缘膜102与栅电极边缘部分重 叠。作为有绝缘表面的基片，可采用玻璃基片诸如钡硼硅酸盐玻璃和铝硼硅酸盐玻璃 等、石英基片，不锈钢基片等。此外，还可优选采用合成树脂形成的基片，诸如以聚对苯二甲 酸乙二酯(PET)、聚乙烯萘酸酯(PEN)、聚醚砜(PES)为典型的塑料或丙烯酰基树脂。由这 种合成树脂形成的基片是柔性和轻质的。此外，优选采用其表面经化学或机械抛光法抛光(所谓CMP (化学机械抛光))后 的基片，以提高基片的平面度。作为CMP抛光剂(淤浆)，可以采用其中把由氯化硅气体热 分解所得的煅制氧化硅微粒分散至KOH溶液中的抛光剂。如有必要，可在这种基片上形成基膜。此基膜起防止基质内所包括的碱金属如Na 或碱土金属分散进入半导体薄膜内的作用，从而阻止对半导体元件特征不利影响。因此，此 基膜可以由绝缘膜诸如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛、和氮化钛形成，它们可防止 碱金属或碱土金属分散进入该半导体薄膜内。此外，导电薄膜可由导电浆料等通过利用丝网印刷法、卷筒式涂布法或微滴排出 法形成。微滴排出法是一种可选择性地形成图案的方法，和一种为形成导电薄膜的方法，通 过选择性排放出(喷射出)一种与导电薄膜、绝缘膜或其它等材料混合的组合物微滴(也 称为粒点(dot))。微滴排出法也称为与体系相关的喷墨方法。对于由微滴排出法形成的导电薄膜，可以采用与此后所述溶液相混合的一种电导 体金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钼(Pt)、钯(Pd)、钨(W)、镍(Ni)、钽(Ta)、铋(Bi)、铅(Pb)、 铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、钛(Ti)、或铝(Al)、其合金或分散纳米微粒；或卤化银细粒。此外，还可采用导电碳浆料、导电银浆料、导电铜浆料、导电镍等作为导电浆料。在 用导电浆料使导电薄膜形成预定图案之后、进行平整和干燥，然后可在100-200°C温度下使 之硬化。另外，可通过溅射法、旋涂法、汽相沉积法等形成导电薄膜。此外，还可由选自Ta、 W、Ti、Mo、Al和Cu的元素、或合金材料、或其中至少一种元素用作为主要组分的复合材料形 成导电薄膜。此外，可通过CVD法、溅射法、旋涂法或汽相沉积法形成绝缘膜。可以采用有机化
8合物等作为栅极绝缘膜的材料，诸如采用氮氧化硅(SiON)、二氧化硅薄膜(SiO2)、氮化硅薄 膜(SiN)、聚乙烯醇、硅氧烷、或聚硅氮烷。硅氧烷是一种具有由硅(Si)和氧(0)键形成骨 架的材料，和由聚合物材料作为原材料形成的材料，它包括至少氢作为取代基，或包括至少 一种选自氟、烷基、或芳香族烃作为取代基。此外，聚硅氮烷是由一种液体材料形成的，它包 括一种具有硅(Si)和氮化物(N)键的聚合物材料，所谓聚硅氮烷，作为起始材料。可以采 用氧化硅或氮化硅作为无机材料。另外。对于用作为栅极绝缘膜的绝缘膜，可以采用通过阳极化栅电极方法获得的 绝缘膜。其次，在此元件基片上形成一层有机半导体薄膜104。可用有机分子晶体或有机高 分子量化合物作为有机半导体材料。作为具体有机分子晶体，可以列举出多环芳香烃化合 物、共轭双键体系化合物、胡萝卜素、大环化合物或其络合物、酞菁、电荷转移型络合物(CT 络合物)等。例如，可列举出蒽、并四苯、并五苯、6T(六噻吩)、TCNQ(四氰代二甲基苯醌)、 TTF(tetrathiafulvalene(四硫富瓦烯))=TCNQ (四氰代二甲基苯醌)络合物、DPPH( 二苯 基苦基偕腙胼)、颜料、蛋白质、二苯嵌苯四羧衍生物诸如PTCDA(3，4，9，10-二苯嵌苯四羧 二酐)、萘四羧衍生物诸如NTCDA(1，4，5，8-萘四羧二酐)等。另一方面，作为具体有机高分 子量化合物可以列举出共轭聚合物、碳纳管、聚乙烯吡啶(polyvinilpyridine)、酞菁 金属络合物、碘化物络合物等。尤其，优选的是采用具有由共轭双键形成骨架的η-共轭聚 合物，诸如polyacetyrene、聚苯胺、聚吡咯、polythienylene、聚噻吩衍生物、聚(3_烷基噻 吩)、聚对亚苯基衍生物、或聚对亚苯基亚乙烯基衍生物。此外，作为形成此有机半导体薄膜的方法，可以采用通过它在此元件基片上能形 成具有均勻膜厚薄膜的方法。作为具体方法，可以采用汽相沉积法、涂刷法、旋涂法、条码 (bar-code)法、溶液铸塑法，或浸涂法。另外，作为形成有机半导体薄膜的预处理，可实行等 离子体处理所要形成的表面或薄膜，例如，自组合单层薄膜(SAM)和asnalignment薄膜，以 提高界面的粘接性或条件。可以在形成此有机半导体薄膜之后，施行热处理。例如，可在温 度100-200°C和大气压或负压下加热此有机半导体薄膜。此外，可在形成有机半导体薄膜之后施加高频。另外，还可进行热处理。注意，在此 实施方案方式中，对有机材料并五苯是通过真空汽相沉积法蒸发的，以便在栅极绝缘膜102 和源电极及漏极103上形成有机半导体薄膜104。如上所述，可以形成具有有机半导体薄膜的半导体元件。尤其，如实施方案方式1 中在源电极及漏极上形成有机半导体薄膜的结构被认为是一种底部触点型的结构。然后，在有机半导体上至少覆盖一层薄膜状保护层105。可通过用粘接剂等将其固 定到薄膜状支撑体上的方法形成该薄膜状保护层。该薄膜状支撑体厚度为0. 05-0. 5毫米，并优选具有柔性。该薄膜状支撑体优选具 有密封性能、耐湿性、绝缘性能和耐化学腐蚀性。具体地，可以列举出聚酰亚胺、聚酯、聚乙 烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯萘酸酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)等。此外，可以在至少该薄膜状支撑体的一个表面或背面上形成具有诸如氮化硅、氮 硅、金刚石状碳(DLC)，或氮化铝的无机材料薄膜，以提高其密封性能、耐湿性、绝缘性能和 耐化学腐蚀性。此外，可以使具有诸如丙烯酰基，聚酰亚胺，硅氧烷，聚硅氮烷或碳氮化物体 系的有机材料薄膜和具有上述无机材料的薄膜彼此层压一起。
9选采用具有粘接性、密封性能、耐湿性、绝缘 性能和耐化学腐蚀性的粘接剂。具体地可以列举出环氧为基础的粘接剂、氨基甲酸乙酯为 基础的粘接剂、乳剂为基础的粘接剂、合成橡胶为基础的粘接剂、弹性粘接剂、变性丙烯酸 酯为基础的粘接剂等。可以将这种粘接剂涂布到部分该薄膜状支撑体上，使之至少粘合在 该有机半导体薄膜上，或可至少涂布在该有机半导体薄膜上，使之与薄膜状支撑体粘合。此 外，可将粘接剂涂布在整个半导体元件上粘合该薄膜状支撑体。通过所谓密封处理形成该 薄膜状保护层。此外，可以在形成该薄膜状保护层后在等于或低于粘接剂和有机半导体薄 膜的熔点温度下施行在基片上的热处理。作为具有这种薄膜状支撑体的薄膜状保护层，具体地，可以采用带状保护层或薄 片状保护层，其中对由聚酰亚胺形成的薄膜涂上硅聚合物粘接剂。这种薄膜状保护层在密 封性能、绝缘性能和耐化学腐蚀性方面均是优异的，此时，由该薄膜状保护层所覆盖的区域可以至少是在该有机半导体薄膜上的；但 是，也可扩大此区域至栅电极、源电极及漏极。然而，为施加电压或检测电流，上述各电极均 配有一层极板(pad)。因此必须注意不要完全盖住了极板。此外，可以把该薄膜状保护层固定在多层有机半导体薄膜上。换句话说，可以固定 一组薄膜状保护层，使覆盖在元件基片上的有机半导体薄膜。具体地，可把涂有粘接剂的带 子粘合至该薄膜状保护层的多个部分上，以覆盖在元件基片上所形成的多层有机半导体薄膜。此外，可以形成一层具有有机材料或无机材料的绝缘膜作为该薄膜状保护层。可 以采用聚酰亚胺、丙烯酰、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、聚乙烯醇、防锈剂(resist)、苯并环丁烯、 硅氧烷、或聚硅氮烷，作为用于该绝缘膜的有机材料。作为无机材料，可以采用二氧化硅或 氮化硅。可以通过等离子体CVD法、低压CYD法、微滴排出法、旋涂法或浸染法形成该绝缘 膜。对于由高粘度原材料形成绝缘膜，优选采用微滴排出法、旋涂法、或浸染法。图2表明用涂有粘接剂的并用其作为薄膜状保护层的带子，在有机半导体薄膜上 进行覆盖的方法。从带卷201拉出带子202，用卷筒203在沿带卷和带子边缘方向施加张力 状态下，覆盖有机半导体薄膜204。此外，在有机半导体薄膜上覆盖薄膜状保护层的方法，并不局限于图2的方式，也 可以各种不同方式完成。图10表明一种按照不同于图2的方式形成保护层的方法。图10表明在有机半导体薄膜上覆盖涂有粘接剂的薄片1002作为在层压体系中薄 膜状保护层的方法。将涂有粘接剂的薄片1002放在基片1001上。利用一种层压设备，其 上装有用于进行粘合的卷筒1003，通过卷筒1003使基片1001和薄片1002彼此粘合一起。通过上述层压器件的方法，借助卷筒1003的旋转，基片沿图10所示箭头的方向移 动。从而，可使基片1001和薄片1002由于其彼此粘接而首尾彼此粘合。此外，卷筒1003 内有一热源，该热源可使基片1001和薄片1002粘合一起，同时进行加热。此时，对于涂有粘接剂和起薄膜状保护层作用的薄片1002的形状，采用仅覆盖半 导体薄膜的形状或覆盖整个基片的形状均可。此外，可以在负压下完成层压，这样可防止粘接时产生气泡。此外，可在施加压力 的同时用卷筒粘接薄片。施加压力，可以进一步增强基片和保护膜间的粘接性。利用上述具有底部触点型结构的半导体元件，可以形成开关元件或电路。例如，可
10以对具有光发射元件(光发射器)的液晶器件或显示器件的象素部分提供开关元件。作为 电路，可列举出控制开关元件的线路等。另外，具有有机半导体元件的液晶显示器或光发射 器被称为有机半导体器件。「实施方案方式21在不同于实施方案方式1的此实施方案方式中，参考图3说明具有顶触点型结构 的有机晶体管，其中源电极及漏极是在形成有机半导体薄膜之后形成的。首先，按实施方案方式1的方法制备元件基片310，使其具备在绝缘表面上形成的 栅电极301和为覆盖该栅电极而形成的栅极绝缘膜302。栅电极和栅极绝缘膜的材料或制 造方法，可参考实施方案方式1。然后，在该元件基片上形成有机半导体薄膜303。作为有机半导体材料，可以采 用有机分子晶体或有机高分子量化合物。作为具体有机分子晶体，可以列举出多环芳香烃 化合物、共轭双键体系化合物、胡萝卜素、大环化合物或其络合物、酞菁、电荷转移型络合物 (CT络合物)等。例如，可以列举出蒽、并四苯、并五苯、6T(六噻吩)、TCNQ(四氰代二甲基 苯醌)、TTF (四硫富瓦烯)TCNQ (四氰代二甲基苯醌)络合物、DPPH(二苯基苦基偕腙胼)、 颜料、蛋白质、二苯嵌苯四羧衍生物诸如PTCDA(3，4，9，10- 二苯嵌苯四羧二酐)、萘四羧衍 生物诸如NTCDA(1，4，5，8-萘四羧二酐)等。另一方面，作为具体有机高分子量化合物可以 列举出W-共轭聚合物、碳纳管、聚乙烯吡啶(polyvinilpyridine)、酞菁金属络合物、碘 化物络合物等。具体地，优选的是采用具有由共轭双键形成骨架的η-共轭聚合物，诸如 polyacetyrene、聚苯胺、聚吡咯、polythienylene、聚噻吩衍生物、聚(3_烷基噻吩)、聚对 亚苯基衍生物、或聚对亚苯基亚乙烯基衍生物。此外，作为形成薄膜的一种方法，可以应用一种通过它在元件基片上能形成均勻 膜厚度的薄膜的方法。作为具体方法，可以采用汽相沉积法、涂刷法、旋涂法、条码法、溶液 铸塑法，或浸涂法。此外，形成起源电极及漏极作用的导电薄膜304。作为导电薄膜的材料，对用于有 机半导体的P型半导体，优选采用功函数高的材料形成与该半导体薄膜的欧姆接点。另一 方面，对用于有机半导体的N型半导体，优选采用低功函数的材料。此外，作为形成薄膜的 方法，可以利用一种在元件基片上能形成膜厚均勻的薄膜的方法。对于该导电薄膜的材料 或制造方法，可参考实施方案方式1。然后，用薄膜状保护层305覆盖该有机半导体薄膜。 对于该薄膜状保护层的结构和制造方法，可参考实施方案方式1。利用有上述顶触点型结构的半导体元件，可以形成开关元件或电路。例如，可以形 成开关元件用于具有光发射元件(光发射器)的液晶器件或显示器件的象素部分。可以按 电路给出控制开关元件的线路等。另外，具有有机半导体元件的液晶显示器或光发射器被 称为是一种有机半导体器件。「实施方案方式31在此实施方案方式中，描述了一种用上述实施方案方式1所示底部触点型的晶体 管形成的有机半导体器件。注意，它是通过利用光发射器作为有机半导体器件来描述的。图8表明一种其中包括光发射器的整个面板。该面板包括象素部分，另外还可包 括外围驱动器线路或其一部分。象素部分包括许多象素区801，图9表明部分象素区的等效 电路图。象素区包括开关晶体管902、驱动晶体管(driving transistor)903和连接到该驱动晶体管的光发射元件904。另外，该象素区包括用于保持驱动晶体管栅电极和源电极之间 电压的电容器元件905。在驱动晶体管的栅电容能补偿电容器元件的情况下，不需提供电容 器元件。此外，在此实施方案方式中还描述了一种在象素区内有2个晶体管的方式，但是， 也可采纳有三个或更多个晶体管的方式。例如，也可使清除晶体管(erasing transistor) 释放电容器元件所存储的电压。可以在书写周期启动之时或刚启动之后，同时启动闪电周期(lightning period)，而不等待信号由清除晶体管书写所有象素。因此，可以增强负荷比(duty ratio) 0此外，图4表明虚线区901的横断面图，即驱动晶体管和光发射元件的横断面图。首先，制备元件基片400，使它配有在基片绝缘表面上的底层411、栅电极401、为 覆盖栅电极形成的栅极绝缘膜402、和经由栅极绝缘膜提供的源电极及漏极403。对于该 栅电极、栅极绝缘膜和源电极及漏极的材料或制造方法，可参考实施方案方式1。形成象素 电极404，使之成为与上述漏极403电连接的。在此实施方案方式中，象素电极是光透射 的，因为采用光发射元件作为显示元件，而从光发射元件发射的光线在象素电极侧被吸取 (extracted) 0例如，可通过利用ITO(氧化铟锡)、其中掺合了 2_20%氧化锌(ZnO)进入氧 化铟的IZO(氧化铟锌)、或其中掺合了 2-20%二氧化硅(SiO2)进入氧化铟的ITO-SiOx (简 称为ITSO或ΝΙΤ0)的方法，形成象素电极。然后，形成覆盖象素电极404边缘部分的绝缘体(绝缘层)405(称为提岸(bank)， 分隔墙，屏障，提防(embankment)等)。作为绝缘体405，可以采用具有感光灵敏性的有机 材料(丙烯酰基，聚酰亚胺等)、硅氧烷等。接着，形成一层电致发光层406，覆盖象素电极404，并在电致发光层406上形成一 种普通电极407。该普通电极可由光透射或非光透射电极材料形成。对于光透射的情况，可 形成一种顶发射型的光发射器，其中使由电致发光层发射光指向普通电极部分侧，或形成 一种双发射型的光发射器，其中使由该电致发光层发射光另外指向普通电极部分侧及向象 素部分侧。作为用于电致发光层的材料，可以采用有机材料(包括低分子量或高分子量的材 料)或有机材料与无机材料的复合材料。另外，可通过微滴排出法、涂刷法，或汽相沉积法， 形成该电致发光层。对高分子量材料优选采用微滴排出法或涂刷法，对于低分子量材料优 选采用汽相沉积方法，尤其真空蒸发沉积法。在此实施方案方式中，作为电致发光层的低分 子量材料是采用真空汽相沉积法形成的。注意，按电致发光层形成的分子激子类型，可以是单一受激态或三重受激态。基态 通常是单一受激态，来自单一受激态的光发射被认为是荧光。而来自三重激态的光发射被 认为是磷光。有时来自电致发光层的光发射包括荧光及磷光两种。此外，荧光可以结合磷 光应用，它们任何一种均可根据各RGB的发光特性(诸如光发射率或寿命)加以选择。在细节上，电致发光层是顺序通过来自象素电极404侧的HIL(空穴注入层)、 HTL (空穴传送层)、EML (发射层)、ETL(电子传送层)、EIL(电子注射层)层压的。注意， 除层压结构外，电致发光层还可利用单层结构或混合结构。具体地，各自分别采用CuPc或PEDOT作为HIL、α -NPD作为HTL、BCP或Alq3作 为ETL及BCP:Li或CaF2作为EIL。例如，可以采用掺有相当于RGB (对R为DCM等、对G为 DMQD等)各自发光色的添加剂的Alq3作为EML。
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注意，该电致发光层不局限于上述材料。例如，空穴注入能力可通过共蒸发氧化物 诸如氧化钼(MoOx ；χ = 2 3)禾口 α -NFD或红荧烯而增强，而不利用CuPc或PEDOT。此外， 苯并恶唑衍生物(称为BzOS)可以用于电子注入层。因此，在元件基片上形成有机半导体薄膜408。作为此有机半导体材料，可采用有 机分子晶体或有机高分子量化合物。作为具体有机分子晶体，可以列举出多环芳香烃化合 物、共轭双键体系化合物、胡萝卜素、大环化合物或其络合物、酞菁、电荷转移型络合物(CT 络合物)等。例如可以举出蒽、并四苯、并五苯、6Τ(六噻吩)、TCNQ(四氰代二甲基苯醌)、 TTF(四硫富瓦烯)TCNQ(四氰代二甲基苯醌)络合物、DPPH( 二苯基苦基偕腙胼)、颜料、 蛋白质、二苯嵌苯四羧衍生物诸如PTCDA(3，4，9，10- 二苯嵌苯四羧二酐)、萘四羧衍生物 诸如NTCDA(1，4，5，8-萘四羧二酐)等。另一方面，作为具体有机高分子量化合物，可以列 举出η-共轭聚合物、碳纳管子、聚乙烯吡啶(polyvinilpyridine)、酞菁金属络合物、碘 化物络合物等。具体地，优选的是采用具有由共轭双键形成骨架的η-共轭聚合物，诸如 polyacetyrene、聚苯胺、聚吡咯、polythienylene、聚噻吩衍生物、聚(3_烷基噻吩)、聚对 亚苯基衍生物、或聚对亚苯基亚乙烯基衍生物。此外，作为形成薄膜的方法，可采用一种通过在元件基片上能形成膜厚均勻的薄 膜的方法。作为具体方法，可以采用汽相沉积法、涂刷法、旋涂法、条码法、溶液铸塑法，或浸 涂法。这里，在电致发光层、普通电极及有机半导体薄膜是用汽相沉积法形成的场合下， 可利用各自金属掩模形成该电致发光层、普通电极及有机半导体薄膜。因此，可首先形成电 致发光层、普通电极、或有机半导体薄膜中的任何一种。然后，至少用由薄膜状支撑体409及粘接剂410形成的薄膜状保护层，覆盖该有机 半导体薄膜。形成这种薄膜状保护层至少要覆盖在有机半导体薄膜上，只要形成的薄膜状 保护层不影响光发射的范围，采用哪种方式均可。例如，可以形成薄膜状保护层，使之覆盖 象素区的整个表面，或形成薄膜状保护层，使之覆盖整个象素部分。对于制造薄膜状保护层 的结构或方法，可参考实施方案方式1。一般，由电致发光层形成的光发射元件包括约0. 5-2 μ m的节距(step)。但是，薄 膜状支撑体409的厚度范围在50-500 μ m,而粘接剂410厚度在2-100 μ m范围。由于薄膜状 支撑体409及粘接剂410厚度大于光发射元件节距(st印)和粘接剂起缓冲(cushioning) 材料的作用，该薄膜状保护层能均勻覆盖象素部分的整个表面。就耐湿性来看，暴露于基片边缘部分的粘接剂的总区域优选要小，所以粘接剂厚 度较薄有利。因此，必须考虑在估计粘接剂厚度下光发射元件的节距(st印)及缓冲剂性 能。这里使用20微米厚的粘接剂。可以由上述半导体元件形成光发射器。尤其，可以形成 其中由象素部分侧发射光的底部发射型光发射器。[实施方案1]在此实施方案中，测定其中用按照本发明保护方法保护有机半导体薄膜的有机 TFT的Vg-Id特征。在此实施方案中，按照实施方案方式1，采用其中以涂有粘接剂的带子覆 盖有机半导体薄膜的方法，在该有机半导体薄膜上形成薄膜状保护层。注意，如图2所示， 用作为试样的有机TFT具有处于大气中的一种结构，其中在石英基片上形成的由钨形成的 栅电极，在该栅电极上形成的栅极绝缘膜，在栅极绝缘膜上形成的由钨形成的源电极502
13502漏极503之间形成的有机半导体薄膜。此外，源电极502，漏 极503，和栅电极501各形成有一量测极板(measuring pad)(源电极的极板504，漏极的极 板505，栅电极的极板506)，以施加测定电压或检测电流。另外，有机TFT的通道(channel)长度相当于在源电极及漏极(图5中称为L)之 间的总长度，L值为100 μ m。另一方面，该有机TFT的通道宽度相当于其中源电极与漏极 (图5中称为W)重叠区域的总长度，W值为8000μπι。此外，采用并五苯作为有机半导体材 料。形成该有机半导体，使之薄膜厚度为50nm。采用汽相沉积法作为形成薄膜的方法。沉 积后条件如下(1)用薄膜状保护层覆盖前有机TFT的电性能(2)用薄膜状保护层覆盖后有机TFT的电性能图6表明，按(1)和⑵条件中Vd，施加电压-IOV时，检测漏极电流和栅电极电 压，其Vg-Id特征结果。图6表明，在用汽相沉积后的薄膜状保护层覆盖该有机半导体薄膜 之前和之后，其Vg-Id特征没有变化。因此，可以认为，用薄膜状保护层覆盖有机半导体薄 膜，有机TFT的特征没有恶化。[实施方案2]在此实施方案中，测定了其中按照实施方案方式1用薄膜状保护层覆盖有机半导 体薄膜的有机TFT电性能由于时间通道的恶化。在此实施方案中，按照实施方案方式1， 用涂布粘接剂的带子覆盖有机半导体薄膜的方法，在有机半导体薄膜上形成该薄膜状保护 层。此后，说明其结果。注意，除用薄膜状保护层覆盖有机TFT作为试样的条件外，制造作 为试样的有机TFT的条件与实施方案1中的条件相同。汽相沉积条件如下(1)用薄膜状 保护层覆盖有机半导体薄膜并在大气中保持168小时后的有机TFT电性能，(2)在沉积并 在大气中保持168小时后的有机TFT电性能图7表明按(1)和⑵条件中的Vd，施加电压-IOV时，检测漏极电流和栅电极电 压。其Vg-Id特征结果。通过比较条件(1)和(2)，图7表明，用薄膜状保护层覆盖该有机 半导体薄膜，Vg-Id特征的接通(ON)电流减小，或防止阈值移向正号方向。因此，显然，通 过用薄膜状保护层覆盖有机半导体，可以防止该有机半导体因暴露于大气水、光和氧中的 氧化或分解。可以采用本发明的有机半导体器件作为装在如图11A-11C所示的移动电话、TV接 收机等上作为显示器。此外，该显示器也可装在卡等上，例如装在起管理人员信息作用的ID 卡(身份证)上，。图IlA表明一种移动电话的视图。主体1102包括显示器部分1101、声频输出部分 1104、声频输入部分1105、操作键1106和1107、天线1103等。这种移动电话工作特性高， 可靠性高。将本发明有机半导体器件插入显示器部分1101中，可完善这种移动电话。图IlB表明一种应用本发明制造的TV(电视)接收机的视图。这种TV接收机包 括显示器部分1111、机架1112、扬声器1113等。这种TV接收机工作特性高，可靠性高。将 按照本发明的这种有机半导体器件插入显示器部分1111中，可以完善这种TV接收机。图IlC表明一种应用本发明方法制造的ID卡。这种ID卡包括支撑体1121、显示 器部分1122、插入这种支撑体1121中的集成电路芯片1123等。注意，也可将用于驱动显 示器部分1122的集成电路1124和1125插入支撑体1121中。这种ID卡可靠性高。此外，
14例如在显示器部分1122中，这种ID卡可显示集成电路芯片1123中输入与输出的信息；因 此，可以确认输入和输出的那类信息。可以将本发明的有机半导体器件插入显示部分1122 中，完善这种ID卡。 本申请基于2003年12月26日在日本专利局登记的日本专利，其申请序列号 2003-434646，其内容在此结合弓丨以参考。
权利要求
一种半导体器件，所述半导体器件包括在绝缘膜上形成的有机半导体薄膜；和在所述有机半导体薄膜上形成的保护膜，其中所述保护膜具有绝缘性质。
2.一种半导体器件，所述半导体器件包括 基片；在该基片上形成的栅电极；在该栅电极上形成的栅极绝缘膜；在该栅极绝缘膜上形成的源电极及漏极；在该栅极绝缘膜、源电极及漏极上形成的有机半导体薄膜；和在所述有机半导体薄膜上形成的保护膜，其中所述保护膜具有绝缘性质。
3.一种半导体器件，所述半导体器件包括 基片；在该基片上形成的栅电极；在该栅电极上形成的栅极绝缘膜；在该栅极绝缘膜上形成的有机半导体薄膜；在部分有机半导体薄膜上形成的源电极及漏极；和在该有机半导体薄膜、源电极及漏极上形成的保护膜，其中所述保护膜具有绝缘性质。
4.一种半导体器件，所述半导体器件包括 基片；在该基片上形成的开关晶体管，驱动晶体管及光发射元件； 在该开关晶体管、驱动晶体管及光发射元件上形成的保护膜， 其中所述驱动晶体管包含有机半导体薄膜，并且 其中所述保护膜具有绝缘性质。
5.一种半导体器件，所述半导体器件包括 基片；在该基片上形成的第一导电薄膜；在该第一导电薄膜上形成的绝缘膜；在该绝缘膜上形成的第二导电薄膜；在该绝缘膜和第二导电薄膜上形成的有机半导体薄膜；及在该有机半导体薄膜上形成的保护膜，其中所述保护膜具有绝缘性质。
6.一种半导体器件，所述半导体器件包括 基片；在该基片上形成的第一导电薄膜； 在该第一导电薄膜上形成的绝缘膜； 在该绝缘膜上形成的有机半导体薄膜；在部分所述有机半导体薄膜上形成的第二导电薄膜；及 在该有机半导体薄膜及第二导电薄膜上形成的保护膜， 其中所述保护膜具有绝缘性质。
7.权利要求5或6的半导体器件，其中第一导电薄膜起栅电极作用。
8.权利要求5或6的半导体器件，其中第二导电薄膜起源电极及漏极的作用。
9.权利要求5或6的半导体器件，其中该绝缘膜起栅极绝缘膜作用。
10.权利要求2-6中任一项的半导体器件，其中该基片为一种硼硅酸盐玻璃或石英玻璃 ο
11.权利要求1-6中任一项的半导体器件，其中该保护膜是聚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)或聚碳酸酯(PC)。
12.权利要求1-6中任一项的半导体器件，所述半导体器件还包括在所述有机半导体 薄膜和所述保护膜之间的粘结剂层，其中所述粘结剂层包括环氧基粘结剂、聚氨酯基粘结 剂、乳剂基粘结剂、合成橡胶基粘结剂、弹性体粘结剂或变性丙烯酸酯基粘结剂。
13.权利要求1-6中任一项的半导体器件，其中所述保护膜的厚度为0.05-0. 5毫米。
14.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤 在绝缘膜上形成有机半导体薄膜；和经粘结剂层将具有绝缘性质的保护膜与所述有机半导体薄膜粘接，使得所述粘结剂层 与所述有机半导体薄膜和所述保护膜接触。
15.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤 在具有绝缘表面的基片上形成栅电极；在该栅电极上形成栅极绝缘膜； 在该栅极绝缘膜上形成源电极及漏极；形成有机半导体薄膜，使之与部分所述栅极绝缘膜并至少与部分所述源电极及漏极相 接触；和经粘结剂层将具有绝缘性质的保护膜与所述有机半导体薄膜粘接，使得所述粘结剂层 与所述有机半导体薄膜和所述保护膜接触。
16.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤 在具有绝缘表面的基片上形成栅电极；在该栅电极上形成栅极绝缘膜； 在该栅极绝缘膜上形成有机半导体薄膜； 形成源电极及漏极，使至少覆盖部分所述有机半导体薄膜；和 经粘结剂层将具有绝缘性质的保护膜与所述有机半导体薄膜粘接，使得所述粘结剂层 与所述有机半导体薄膜和所述保护膜接触。
17.权利要求15或16的用于制造半导体器件的方法，其中该栅电极或源电极及漏极由 导电浆料形成。
18.权利要求15或16的用于制造半导体器件的方法，其中该栅电极或源电极及漏极通 过丝网印刷法、卷筒式涂布机法或喷墨法形成。
19.权利要求14-16中任一项的用于制造半导体器件方法，其中该保护膜为聚酰亚胺、 聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)或聚碳酸酯(PC)。
20.权利要求14-16中任一项的用于制造半导体器件的方法，其中该粘结剂层包括环 氧基粘结剂、聚氨酯基粘结剂、乳剂基粘结剂、合成橡胶基粘结剂、弹性体粘结剂或变性丙 烯酸酯基粘结剂。
21.权利要求14-16中任一项的用于制造半导体器件的方法，其中该保护膜在负压下 与该有机半导体薄膜粘接。
22.权利要求14-16中任一项的用于制造半导体器件的方法、其中该有机半导体薄膜 通过沉积或涂布半导体薄膜材料形成。
23.权利要求1-6中任一项的半导体器件，其中该半导体器件被插入选自移动电话、TV 接收机和ID卡的至少一种中。
24.权利要求14-16中任一项的用于制造半导体器件的方法，其中该半导体器件是被 插入选自移动电话、TV接收机和ID卡的至少一种中。
全文摘要
本发明的一个目的在于提供用于制造便宜有机TFT的一种方法，而不依赖昂贵专用设备，也不使有机半导体暴露于大气中。此外，本发明另一目的在于提供一种在低温下制造有机TFT的方法，而不引起材料热分解的问题。鉴于上述问题，本发明的一个特征在于在有机半导体薄膜形成一层起保护膜作用的薄膜状保护层。该薄膜状保护层可通过用粘接剂等将其固定在薄膜状支撑体上的方法形成。
文档编号H01L51/30GK101916826SQ20101025193
公开日2010年12月15日 申请日期2004年12月27日 优先权日2003年12月26日
发明者今林良太, 平形吉晴, 深井修次, 石谷哲二 申请人:株式会社半导体能源研究所