专利名称：用于电子器件的夹层的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚环烯烃在电子器件中的用途且更特别涉及降冰片烯类聚合物在电子器件制造中作为施用于氟聚合物层的夹层的用途、包含降冰片烯类聚合物夹层的电子器件、以及用于制备这种夹层和包含这种夹层的电子器件的方法。
背景技术：
和现有技术电子器件，例如场效应晶体管(FET)用于显示器件和具有逻辑能力的电路。常规的FET典型的包括源电极、漏电极和栅电极，由半导体(SC)材料制成的半导体层和绝缘体层(也称为“电介质”或“栅电介质”)，其由介电材料制成并且位于SC层和栅电极之间。半导体例如为有机半导体(OSC)、且电子器件例如为有机电子(OE)器件。W003/052841A1 公开了有机场效应晶体管(OFET)的实施方案，其中栅绝缘体层由具有小于3.0的介电常数(e )(还已知为相对介电常数或电容率(k))的介电材料制成。不管有机半导体层是否是无序的或准有序的，据报道通常指的是“低k材料”的这种材料提供了良好的迁移性。W003/052841A1还进一步报道了可商购获得的氟聚合物，例如Cytop (来自Asahi Glass)或Teflon AF (来自DuPont)是示例性的低k材料。在W005/055248中公开了氟聚合物例如Cytop 因其有利于溶液处理的OFET器件而用作栅绝缘体材料，其中OSC材料选自可溶的、取代的低聚并苯，例如并五苯、并四苯或蒽，或它们的杂环衍生物。这些OSC材料在大多数普通的有机溶剂中是可溶的。因此，当制备顶栅FET时，用于栅绝缘体组合物的溶剂必须小心的加以选择以避免OSC材料通过栅介电组合物的溶剂而溶解。这种溶剂通常指的是与OSC层的材料正交的(orthogonal)溶齐U。类似的，当制备底栅器件时，选择用于在之前形成的栅绝缘体层上承载OSC材料的溶剂使其与栅介电材料是正交的。但是，上述氟聚合物具有与OFET器件的量产相关的某些缺点，特别是差的加工集成性和有限的结构完整性。对于可加工性，氟聚合物通常并不能与其他层良好的粘附，例如基底和OSC层，除此之外，其通常表现出差的可润湿性。对于结构完整性，许多氟聚合物，例如Cytop 系列的那些具有低的玻璃化转变温度Tg ( 100-130° C)，当通过物理沉积法例如溅射法将金属化的栅电极层施用于该层上时，这就可能存在着问题。如果在这种溅射加工过程中将氟聚合物加热到或高于其Tg，将会发生由于内在应力产生的聚合物开裂并且如果避免了这种开裂，则氟聚合物和任何相邻层之间不均匀的膨胀会导致聚合物的皱缩。另一方面，具有较高Tg的氟聚合物，例如Teflon AF 系列的那些(例如Tg=240°C的TeflonAF2400)可以克服皱缩或开裂问题，但是通常其并不能很好的涂覆基底并且表现出与附加层差的粘附性。本发明的一个目的在于提供用于改进场效应晶体管中介电层、特别是栅介电层的表面能和粘附力，但是保留了介电层与有机半导体材料相关的正交溶解性，并且对晶体管的性能没有负面影响的手段和方法。另一个目的在于提供改进的场效应晶体管，其中栅电介质具有良好的粘附性、与有机半导体材料相关的正交溶解性(orthogonal solubility)和对器件性能没有明显的负面影响中的一种或多种性质。
附图概述以下参考下列附图描述本发明的实施方案。
图1是根据现有技术的典型的顶栅FET器件的示意图；图2是根据现有技术的典型的底栅FET器件的示意图；图3、4和5是根据本发明实施方案的顶栅FET器件的示意图；图6是根据本发明实施方案的底栅FET器件的示意图；图7和8是根据实施例Dl和D2 (a=加应力前，b=加应力后)的顶栅FET器件的转换曲线。发明概述本发明涉及聚环烯烃聚合物、或包含这种聚环烯烃聚合物的聚合物组合物以形成与电子器件中的有机介电层接触的夹层的用途。本发明还进一步涉及与电子器件中的有机介电层接触并且包含聚环烯烃聚合物或包含聚环烯烃聚合物的聚合物组合物的夹层。该聚环烯烃聚合物优选为降冰片烯类加成聚合物。电子器件优选为有机电子器件，且其例如为具有无机半导体材料的场效应电子管(FET)或具有有机半 导体材料的有机场效应晶体管(OFET)。介电层优选为栅介电层，且其优选包含氟聚合物。有利的是，这种聚环烯烃或降冰片烯类加成聚合物是可裁制的以克服其缺点，例如在前述已知器件中已观察到的差的粘附性和皱缩。因此这些实施方案可以允许大规模地进行时间、成本和材料有效地使用有机半导体材料和有机介电材料制造0FET，并且还允许使用无机半导体材料和有机介电材料的FET的制造。此外，正如将要进行讨论的，这种聚环烯烃或降冰片烯类聚合物与有机介电层结合可以相比于已经用于这种OFET和FET中的单独使用的有机介电层，提供这种结合层的改进的表面能、粘附性和结构完整性。本发明进一步涉及将这种降冰片烯类聚合物或聚合物组合物用于电子器件的制造中的方法，并且还涉及通过这种方法制备的和/或包含这种聚合物或聚合物组合物的电子和光电器件。正如上下文中描述的，本发明还涉及新颖的聚环烯烃或降冰片烯类聚合物、或包含它们的聚合物共混物或聚合物组合物。发明详述本发明中使用的术语FET和OFET将理解为包括已知为薄层晶体管(TFTs)和有机薄层晶体管(OTFTs)的这些器件的子集，其中本发明中描述的FET或TFT包括有机介电材料且OFET或OTFT包括有机半导体材料和前述有机介电材料。本发明中使用的术语“夹层”将理解为表示电子或有机电子器件中的层，其提供在器件的两个其他层或组件之间，例如在诸如栅电介质的介电层和诸如栅电极的电极层之间。此外，还将理解的是术语“介电的”和“绝缘的”在本发明中可互换使用。因此所提及的绝缘层包括介电层。此外，本发明中使用的术语“有机电子器件”将理解为包括术语“有机半导体器件”和这种器件的多种特定的实施方式例如如以上定义的FET和0FET。当用于描述某些侧基时，本发明中使用的短语“光反应性和/或可交联的”将理解为表示对光化学辐射有反应性且结果是该反应性进入交联反应的基团，或者理解为对光化学辐射没有反应性但是却能够在交联活化剂的存在下进入交联反应的基团。本发明中使用的术语“聚合物”将理解为表示包括一种或多种确切类型重复单元(分子的最小构成单元)的主链的分子，并且其包括通常已知的术语“低聚物”、“共聚物”、“均聚物”以及类似的物质。此外，还将理解的是，除了聚合物本身，术语聚合物还包括来自引发剂、催化剂和伴随着这种聚合物的合成出现的其他元素的残余，其中理解这些残余并不会共价结合到其中。此外，这些残余和其他元素虽然通常在聚合后的纯化处理中除去，但是当其在容器之间或溶剂或分散介质之间传递时，其典型地与聚合物混合或共混以至于它们通常与聚合物一起保留下来。本发明中使用的术语“聚合物组合物”表示至少一种聚合物和添加到至少一种聚合物中以提供、或改性聚合物组合物和/或其中的至少一种聚合物的特定性质的一种或多种其他材料。可以理解的是聚合物组合物是用于将聚合物运送到基底以便能够在其上形成层或结构的介质。示例性的材料包括但不限于溶剂、抗氧化剂、光引发剂、光敏剂、交联结构部分或交联剂、反应性稀释剂、酸清除剂、均化剂和粘合促进剂。此外，还应理解的是除了前述示例性材料之外，聚合物组合物还可以包括两种或更多种的共混物。本发明中限定的术语“聚环烯烃”、“聚环烯烃”和“降冰片烯类”可互换使用并且指的是可加成聚合的单体，或者所得的重复单元，其包括至少一种例如以下结构Al或A2显示的降冰片烯结构部分。最简单的降冰片烯类或聚环烯烃单体双环[2.2.1]庚-2-烯(Al)通常指的就是降冰片烯。
权利要求
1.电子器件中的介电层接触的夹层，所述夹层包括聚环烯烃聚合物或包含聚环烯烃聚合物的聚合物组合物。
2.据权利要求1的夹层，其中聚环烯烃聚合物是降冰片烯类聚合物。
3.据权利要求1或2的的夹层，其中聚环烯烃聚合物包含具有可交联侧基的第一类重复单元。
4.据权利要求3的夹层，其中可交联侧基是潜在可交联基团。
5.据权利要求3或4的夹层，其中可交联侧基是马来酰亚胺、3-单烷基马来酰亚胺、3，4-二烷基马来酰亚胺、环氧基团、乙烯基、乙酰基、茚基、肉桂酸酯或香豆素基团，或者可交联侧基包含取代的或未取代的马来酰亚胺部分、环氧化物部分、乙烯基部分、肉桂酸酯部分或香豆素部分。
6.据权利要求3的一项或多项的夹层，其中具有可交联侧基的第一类重复单元衍生自以下单体:
7.据权利要求1到6中的一项或多项的夹层，其中聚环烯烃聚合物包含与第一类不同的第二类重复单元。
8.据权利要求1到7中的一项或多项的夹层，其中聚环烯烃聚合物包含一种或多种类型的式I的重复单元:
9.据权利要求1到8中的一项或多项的夹层，其中聚环烯烃聚合物包含一种或多种式I的重复单元和一种或多种式II的重复单元:
10.据权利要求1到9中的一项或多项的夹层，其中聚环烯烃聚合物包含选自式I和II的两种、三种或多于三种的不同类型的重复单元:
11.据权利要求8到10中的一项或多项的夹层，其中式I和式II的重复单元各自独立地通过选自由以下子式组成的组的降冰片烯类单体形成:
12.据权利要求1到11中的一项或多项的夹层，其中聚合物组合物包含第一聚环烯烃聚合物和第二聚环烯烃聚合物的共混物。
13.据权利要求12的夹层，其中第一聚环烯烃聚合物包括一种或多种类型的式I的重复单元，且第二聚环烯烃聚合物包括一种或多种类型的式II的重复单元。
14.据权利要求1到13中的一项或多项的夹层，其中聚合物或聚合物组合物进一步包括溶剂、交联剂、任选的反应性溶剂、稳定剂、UV敏化剂和热敏剂的一种或多种。
15.据权利要求1到14中的一项或多项的夹层，其中聚合物或聚合物组合物包含一种或多种具有可交联基团的重复单元，且夹层还进一步包括粘合促进剂，其为包括表面活性官能团和能够与聚合物或聚合物组合物的重复单元的所述可交联基团反应的可交联官能团的化合物。
16.据权利要求15的夹层，其中所述粘合促进剂是式III的化合物:G-A' -P III其中G是表面活性基团，A’是单键或间隔基团、连接基团或桥基，且P是可交联基团。
17.据权利要求15或16的夹层，其中所述粘合促进剂的表面活性基团是硅烷基团，优选为式SiR12R13R14的，或硅氮烷基团，优选为—NH-SiR12R13R14的，其中R12、R13和R14各自独立地选自齒素、娃氮烧、C1-C12-烧氧基，C1-C12-烧基氨基，任选取代的C5-C2tl-芳氧基和任选取代的C2-C2tl-杂芳氧基，且其中R12、R13和R14中的一个或两个还可以表示C1-C12-烷基，任选取代的C5-C2tl-芳基或任选取代的C2-C2tl-杂芳基。
18.据权利要求15到17中的一项或多项的夹层，其中所述粘合促进剂的可交联基团选自马来酰亚胺、3_单烧基马来酰亚胺、3，4- 二烧基马来酰亚胺、环氧基团、乙烯基、乙酰基、茚基、肉桂酸酯或香豆素基团，或者可交联基团包括取代的或未取代的马来酰亚胺部分、环氧化物部分、乙烯基部分、肉桂酸酯部分或香豆素部分。
19.据权利要求15到18中的一项或多项的夹层，其中所述粘合促进剂是具有以下结构的化合物:
20.据权利要求1到19中的一项或多项的夹层，其中聚合物或聚合物组合物包含一种或多种具有可交联基团的重复单元，且夹层进一步包含作为具有两种或更多种可交联官能团的化合物的交联剂，该可交联官能团能够与聚合物或聚合物组合物的所述重复单元的可交联基团反应。
21.据权利要求20的夹层，其中交联剂是式IVl或IV2的化合物: P-X-PIVl H4_fflC (A^-P)ffl IV2 其中X是A〃-X’ -A〃，X’是O、S、NH或单键，A"是单键或间隔基团、连接基团或桥基，P具有权利要求16的含义，且m为2、3或4。
22.据权利要求20或21的夹层，其中所述交联剂的可交联基团选自马来酰亚胺、3-单烷基马来酰亚胺、3，4-二烷基马来酰亚胺、环氧基团、乙烯基、乙酰基、茚基、肉桂酸酯或香豆素基团，或者可交联基团包括取代的或未取代的马来酰亚胺部分、环氧化物部分、乙烯基部分、肉桂酸酯部分或香豆素部分。
23.据权利要求20到22中的一项或多项的夹层，其中所述交联剂是下式的化合物:
24.据权利要求1到23中的一项或多项的夹层，其中介电层包括氟聚合物。
25.据权利要求1到24中的一项或多项的夹层，其中所述介电层是栅介电层或栅介电层的一部分。
26.据权利要求1到24中的一项或多项的夹层，其中介电层是钝化层。
27.据权利要求1到26中的一项或多项的夹层，其中电子器件是进一步包含有机半导体材料的有机电子器件，且聚环烯烃聚合物组合物进一步包括具有与有机半导体材料相关的正交溶解性性质的溶剂。
28.环烯烃聚合物或聚合物组合物，其包括聚环烯烃聚合物，还包括权利要求15到19中的一项或多项限定的粘合促进剂，其中所述聚合物包含一种或多种具有可交联基团的重复单元。
29.环烯烃聚合物或聚合物组合物，其包括聚环烯烃聚合物，还包括权利要求20到23中的一项或多项限定的交联剂，其中所述聚合物包含一种或多种具有可交联基团的重复单元。
30.据权利要求28或29的聚环烯烃聚合物或聚合物组合物，其中聚环烯烃聚合物如权利要求3到6中的一项或多项限定。
31.据权利要求1到30中的一项或多项的夹层、聚合物或聚合物组合物，其包括含有选自氟化重复单元的第一类重复单元和选自可交联重复单元的第二类重复单元的聚环烯烃聚合物。
32.据权利要求31的夹层或聚合物组合物，其包括含有衍生自选自NBCH2C6F5、NBC6F5,NBCH2C6F2,NBCH2C6H4CF3和NB烷基C6F5的降冰片烯类单体的重复单元，和衍生自选自DMMIMeNB, DMMIEtNB, DMMIPrNB, DMMIBuNB和DMMIHxNB的降冰片烯类单体的重复单元的聚环烯烃聚合物。
33.括如权利要求1到32中的一项或多项限定的聚环烯烃聚合物的聚环烯烃聚合物或聚合物组合物的用途，其用于形成与电子器件中的介电层接触的夹层。
34.含与介电层接触的夹层的电子器件，其中该夹层由如权利要求1到32中的一项或多项限定的聚环烯烃聚合物或聚合物组合物形成。
35.据权利要求34 的电子器件，其为场效应晶体管(FET)、薄层晶体管(TFT)、集成电路(IC)或射频识别(RFID)标签。
36.据权利要求34或35的电子器件，其为顶栅或底栅FET。
37.种用于制备根据权利要求34到36中的一项或多项的电子器件的方法，其包括以下步骤:a)将源电极和漏电极(20)沉积在基底(10)上，b)将半导体材料层(30)沉积在基底(10)以及源电极和漏电极(20)上，c)将介电材料层(40)沉积在半导体层(30)上，d)将夹层(70)沉积在介电层(40)上，该夹层包括聚环烯烃聚合物或者包括包含聚环烯烃聚合物的聚合物组合物，该聚合物或聚合物组合物如权利要求1到32中的一项或多项限定，e)将栅电极(50)沉积在夹层(70)的至少一部分上，f)任选沉积另一层￠0)在栅电极(50)和夹层(70)上，所述另一层例如为绝缘和/或保护和/或稳定和/或粘合的层。
38.据权利要求37的方法，其中栅电极(50)在夹层(70)之前沉积在介电层(40)上。
全文摘要
本发明涉及聚环烯烃在电子器件中的用途且特别涉及这种聚环烯烃作为施用于用于电子器件中的绝缘层的夹层的用途，包含这种聚环烯烃夹层的电子器件以及用于制备这种聚环烯烃夹层和电子器件的方法。
文档编号H01L51/00GK103097420SQ201180042209
公开日2013年5月8日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年9月2日
发明者D·C·穆勒, P·米斯基韦茨, T·库尔, P·维尔兹乔维克, A·贝尔, E·埃尔斯, L·F·罗迪斯, 藤田一義, H·恩格, P·坎达纳拉什希, S·史密斯 申请人:默克专利股份有限公司, 普罗米鲁斯有限责任公司