制备有机晶体管的方法、有极晶体管、制备半导体器件的方法、半导体器件和电子装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种可以获得充分高的载流子迁移率的有机晶体管以及其制造方法。包括通过在布置在基板上的栅极上施涂溶液统一形成栅绝缘膜和有机半导体膜，所述溶液包含聚合物和通式1所表示的化合物，栅绝缘膜含有所述聚合物，以及所述有机半导体膜包括所述化合物(其中R为氢或烷基)。
【专利说明】制备有机晶体管的方法、有极晶体管、制备半导体器件的方法、半导体器件和电子装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制备有机晶体管的方法、一种有机晶体管、一种制备半导体器件的方法、一种半导体器件和一种电子装置。更具体的说，本发明涉及一种使用二氧杂蒽嵌蒽基化合物(dioxaanthanthrene-based compound)制备有机晶体管的方法、一种有机晶体管、一种制备半导体器件的方法、一种半导体器件和一种使用有机晶体管或半导体器件的电子装置。
【背景技术】
[0002]在相关技术中，作为场效应晶体管的半导体器件中的活化层(半导体膜)，使用硅为代表的无机基半导体材料。
[0003]然而，所述使用由无机基半导体材料例如硅形成的半导体膜的半导体器件具有以下缺点。首先，由于真空处理、高温加热处理等是必须的，因此消耗了大量的能量。第二，由于高温加热处理是必须的，因此所使用的基板类型受到限制。第三，需要投资昂贵的制造设备。第四，由于该无机基半导体材料是硬的和脆的，因此对于弯曲或者拉伸应力的耐性较低。
[0004]近年来，包含由有机半导体材料形成的半导体膜的半导体器件已经被人们所注意。该半导体器件与使用由无机基半导体材料形成的半导体膜的半导体器件相比具有下述优点。首先，该半导体膜能在低温下形成。第二，由于有机半导体材料可溶于溶剂，因此所述半导体膜能通过涂敷形成。第三，由于所述有机半导体材料可溶于溶剂，因此该半导体膜能通过印刷法形成。第四，由于所述半导体膜能容易地通过涂敷或印刷法形成，因此其利于半导体膜面积的增加。第五，由于该半导体膜能够在低温下形成，因此该半导体膜能在低耐热性但是具有柔韧性的柔性基板上形成，该柔性基板由塑料或类似物形成，并且因此可以制造出柔性半导体器件。第六，因为可以通过控制该有机半导体材料的取代基来控制半导体膜的性能，所以能够尝试多功能和高性能的半导体器件。第七，可以尝试低成本的半导体器件。
[0005]到目前为止，作为适合于涂敷或印刷的有机半导体材料，已使用的有并五苯衍生物、聚(烷基噻吩)等，并且通过湿法使用有机半导体材料制备场效应晶体管已经表现出进展。然而，场效应晶体管的载流子迁移率等于或低于0.1cm2V-1S-1,并且使用相关技术中的无定形硅的场效应晶体管(膜晶体管)的迁移率小于Icm2I1s'
[0006]进一步地，与无机半导体材料相比较，该有机半导体材料存在载流子注射相关的问题。也就是，通常，在有机分子中，分子具有不稳定的浅的HOMO(最高占据分子轨道)。实际上，在多并苯化合物中，因为具有短环长度的蒽具有比长环长度的并五苯更深的Η0Μ0，所以蒽是稳定的。然而在具有深HOMO的稳定的有机分子中，当通常的金属作为电极材料时，因为在有机分子的HOMO和金属的有效官能团之间发生大量能量差异，有效地载流子注入预期的被肖特基势鱼(Schottky barrier)所抑制。[0007]进一步地，与无机半导体材料相比，有机半导体材料在大气压或者在高温下是不稳定的。也就是，如上所述，能够令人满意的在电极上进行载流子注入的有机分子，具有浅的Η0Μ0，但是该有机分子很可能在大气压或者高温下不稳定。进一步地，众所周知有机半导体材料是通过其自身与氧的反应进行分解。基于这些原因，使用由有机半导体材料形成的半导体膜的半导体器件的性能会产生恶化。
[0008]此外，在半导体器件中使用由旋转-涂敷有机半导体材料溶于溶剂中的溶液得到的半导体膜中，确保平面性能的均匀性是困难的。这被认为是由于当旋转涂敷含有有机半导体材料的溶液时的涂敷不均匀所引起的。
[0009]近年来，为了解决使用由有机半导体材料形成的半导体膜的半导体器件的问题，本发明人建议使用二氧杂蒽嵌蒽基化合物，例如6，12-二氧杂蒽嵌蒽(亦称为perixanthenoxanthene、6, 12-二氧杂蒽嵌蒽(可缩写为“PXX”))作为有机半导体材料(参见非专利文献I和专利文献I)。当使用二氧杂蒽嵌蒽基化合物时，可以解决因使用有机半导体材料形成的半导体膜的情况而导致的上述问题。例如PXX在大气压下是稳定的并且具有优异的抗热性(见非专利文献I)。
[0010]引用列表
[0011]专利文献
[0012]专利文献I JP2010-006794A
[0013]非专利文献
[0014]非专利文献1:N.Kobayashi, M.Sasaki and K.Nomoto: Chem.Mater.21 (2009) 552
【发明内容】
[0015]技术问题
[0016]然而，当有机半导体膜使用上述的二氧杂蒽嵌蒽基化合物形成时，由于有机半导体膜是在栅绝缘膜(gate insulating film)形成后在栅绝缘膜上形成的,或者栅绝缘膜是在使用二氧杂蒽嵌蒽基化合物形成有机半导体膜后，在有机半导体膜上形成的，因此很难在有机半导体膜和栅绝缘膜之间形成令人满意的界面。因此难以在有机晶体管中获得足够高的载流子迁移率(carrier mobility)。
[0017]因此，期望提供一种能够获得足够高的载流子迁移率的有机晶体管和其制备方法。
[0018]进一步地，期望提供一种能够获得足够高载流子迁移率的半导体器件，例如有机晶体管，和其制备方法。
[0019]进一步期望提供一种使用优异的有机晶体管或半导体器件的电子装置(electronic apparatus)。
[0020]从下述说明书的描述中明显的看出所述的目的和其它目的。解决问题的方法
[0021]根据本发明的一个实施方案提供一种制备有机晶体管的方法，所述方法包括通过在布置在基底(base substrate)上的栅极上施涂溶液统一形成(collectively forming)栅绝缘膜和有机半导体膜，以及在该有机半导体膜上形成源极和漏极，该溶液包含聚合物和通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，和通式7所表示的化合物中的至少一种化合物，该栅绝缘膜含有上述聚合物，该有机半导体膜形成在栅绝缘膜上并含有上述至少一种化合物。
[0022][化学式I]
[0023]
【权利要求】
1.制备有机晶体管的方法，所述方法包括: 通过在布置在基底上的栅极上施涂溶液统一形成栅绝缘膜和有机半导体膜，以及 在所述有机半导体膜上形成源极和漏极， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述栅绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在栅绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式I]
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种化合物是由下述通式9?17所表示的化合物: [化学式9]
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶液的溶剂是二甲苯、对二甲苯、甲苯、1，3，5-三甲基苯、1，2，3，4-四氢化萘、苯甲醚、苯、1，2- 二氯苯、邻二氯苯、环己烷和乙基环己烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述栅绝缘膜和有机半导体膜是通过在所述栅极上形成构成栅绝缘膜的一部分的有机绝缘膜，并在所述有机绝缘膜上施涂所述溶液来形成的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物为聚(α-甲基苯乙烯)和环烯烃共聚物中的至少一种。
6.有机晶体管，其包括: 通过在布置在基底上的栅极上施涂溶液统一形成的栅绝缘膜和有机半导体膜，以及 在所述有机半导体膜上布置的源极和漏极， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合 物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示结构的化合物，其中R为除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述栅绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在栅绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式18]
7.根据权利要求6所述的有机晶体管，其中所述栅绝缘膜和有机半导体膜是通过在所述栅极上形成构成栅绝缘膜的一部分的有机绝缘膜，并在所述有机绝缘膜上施涂所述溶液来形成的。
8.根据权利要求6所述的有机晶体管，其中所述聚合物为聚(α-甲基苯乙烯)和环烯烃共聚物中的至少一种。
9.电子装置，其包括:有机晶体管， 所述有极晶体管包括: 通过在布置在基底上的栅极上施涂溶液统一形成的栅绝缘膜和有机半导体膜，以及 在所述有机半导体膜上布置的源极和漏极， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示结构的化合物，其中R为除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述栅绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在栅绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式26]
10.制备半导体器件的方法，所述方法包括: 通过在基底上施涂溶液统一形成绝缘膜和有机半导体膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示结构的化合物，其中R为除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式34]
11.半导体器件，其包括: 通过在基底上施涂溶液统一形成的绝缘膜和有机半导体膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示结构的化合物，其中R为除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式42]
12.电子装置，其包括:半导体器件， 所述半导体器件包括: 通过在基底上施涂溶液统一形成的绝缘膜和有机半导体膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一种化合物，所述化合物为:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的结构的化合物，其中R为除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示结构的化合物，其中R为除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述绝缘膜含有所述聚合物，所述有机半导体膜形成在绝缘膜上并含有所述至少一种化合物， [化学式50]
【文档编号】H01L21/336GK103430293SQ201280014498
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年2月23日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】小林典仁 申请人:索尼公司