可光固化聚合材料及相关电子装置制造方法
【专利摘要】本申请公开了可以用作不同的电子、光学和光电装置中的活性和/或钝性有机材料的可光固化的聚合物。在某些实施方案中，该装置可以包括从这些可光固化的聚合物制备的介电层。在某些实施方案中，该装置可以包括从本文描述的这些聚合物制备的钝化层。
【专利说明】可光固化聚合材料及相关电子装置
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2012年2月7日提交的美国临时专利申请序号61/596, 217的优先权 和利益，以其全部公开内容在此引作参考。
【背景技术】
[0003] 在过去的十年中，对于使用有机或（无定形）金属氧化物材料作为半导体部件来 开发电子装置具有日益增长的兴趣。这些装置可以提供如结构柔性、可能低得多的制造成 本以及在大面积上进行低温周围环境的制造方法的可能性的优点。举例来说，有机和（无 定形）金属氧化物材料都可以用于使能实现新的装置，如电子纸、柔性液晶显示面板、柔性 有机发光二极管（0LED)以及射频识别（RFID)技术。
[0004] 使用有机和（无定形）金属氧化物材料的主要益处之一是能够通过溶液相沉积技 术来沉积相对应的膜，尽管两种材料可以使用各种气相方法来沉积。然而，为了充分实现有 机或（无定形）金属氧化物半导体的加工优点，该装置的所有有源元件都应该在机械上是 柔性的，并且优选的是，该装置的大部分部件应该与溶液相沉积方法兼容（如果不可通过 溶液相沉积方法加工的话）。
[0005] 举例来说，已经开发了基于不同的经过溶液加工的有机半导体以及经过溶液加工 的或气相沉积的金属氧化物半导体的薄膜晶体管（TFT)。然而，TFT中的一关键部件是介电 层，它作为栅极电绝缘材料。具体地，这些半导体晶体管进行成功商业化的挑战之一与所谓 的栅偏应力效应有关。栅偏应力效应可以如下理解。在一晶体管中，典型地存在三个电极， 这些电极用作栅极、源极以及漏极。该栅极电极将控制电压供应到该晶体管，并且该晶体管 的半导体沟道响应栅极电压而将电流从该源极传导到该漏极。TFT的栅极介电使该栅极与 该半导体沟道电绝缘。TFT中的卓越性能要求高沟道电导；对所施加的栅极电压的"开"和 "关"响应迅速；源极到漏极电流的增加和降低非常快，因为栅极电压升高和下降通过一个 阈转换值；在施加的栅极电压缺乏下从源极到漏极的电流泄漏最少；以及从沟道到栅极的 电流泄漏可以忽略。这些操作特征应该是稳定的，并且在长时间施加栅极电压后不应该改 变或偏移。实际上，转换TFT-段时间通常引起电流在给定的栅极电压下降低（迁移性降 低）、电流-电压滞后和/或开启特征变化（阈电压偏移）。因此，栅偏应力通常通过长时 间施加固定的栅极电压，接着测量传递曲线特征来研究。虽然栅偏应力效应的原因还未被 完全弄明白，但相信影响因素是载荷子在与测量时间相当的时间尺度上的捕集和释放。此 夕卜，相信介电质-半导体接口可以引起栅偏应力效应。
[0006] 因此，栅极介电材料在确定TFT的性能上起着关键的作用。通常，栅极介电层越 薄，导致跨越栅极介电层的电压梯度越大，并且这又引起半导体中更多的载荷子更迅速的 产生，以及允许驱动电压降低。然而，栅极介电材料的性质对于此层可以多薄设定了限制。 举例来说，该材料在电压梯度的影响下不得击穿和导电；它必须良好地黏附到半导体沟道 材料上；它必须在物理上足够坚固以能够在不使它所黏结的各种材料破碎或与它所黏结的 各种材料分开下经受热循环；以及它在阈值电压（gating voltage)的长期施加下必须显 示稳定的特性。此外，为了在商业上可行，介电材料应该可以使用与现有的微制造技术兼容 的方法，并且优选的是，通过如上所述的溶液相工艺加工。对于依赖于背光所发射出的光的 逐像素调节的显示器应用，栅极介电材料也优选为柔性和透明的。
[0007] 因此，本领域中希望有新的介电材料，这些介电材料可以达到一个或多个以上要 求。
[0008] 发明概沭
[0009] 鉴于上述，本专利的教导提供了具有一种或多种所希望的特性和特征的有机材 料，如对栅偏应力的耐受性、高击穿电压强度以及低泄漏特性，这些特性和特征使这些材料 适合作为晶体管装置中的栅极介电材料。本发明有机材料的某些所希望的特性和特征（如 对空气和水的稳定性以及在低剂量和提高的速度下的可光交联性）也使它们适合作为屏 障/钝化或光致抗蚀剂材料。
[0010] 更具体地，本发明的有机材料系基于聚合物的交联基质，所述聚合物具有式（la) 的第一重复单元和任选地式（lb)的第二重复单元：
[0011]
【权利要求】
1. 一种电子装置，其包括场效应晶体管，所述场效应晶体管具有包含半导电的电子材 料的半导体层、包含绝缘电子材料的介电层以及各自包含导电的电子材料的源极、漏极与 栅极电极，其中所述场效应晶体管包含：
有机材料，包含聚合物的交联基质，所述聚合物包含式（la)的第一重复单元和任选的 式（lb)的第二重复单元，所述式（lb)的第二重复单元不同于所述式（la)的第一重复单 元： 其中： L和L'独立地为不存在或是二价连接基团； W 系 _(CRa' = CRc')p-(CRb' = CRd')p，-Z，， z选自：&_1(|烷基、（ν1(ι卤代烷基、被取代或未被取代的C6_ 14芳基以及被取代或未被取 代的5-14元杂芳基； Z'选自：Η、(ν?(ι烷基、&_1(|卤代烷基、被取代或未被取代的(：6_ 14芳基以及被取代或未被 取代的5-14元杂芳基； R1和R2独立地为Η或CH3 ; Ra、Ra'、Rb以及Rb'系独立地选自：H、F、Cl、CN、CH 3以及CF3 ; 、Rd以及Rd'系独立地选自烷基、(ν?(ι卤代烷基、被取代或未被取代的C 6_14 芳基以及被取代或未被取代的5-14元杂芳基； P和P'独立地为0或1 ;并且 q和q'独立地为〇或1 ; 其中所述介电层包含所述有机材料作为所述绝缘电子材料或者所述有机材料与这些 电子材料的至少一种接触。
2. 如权利要求1所述的电子装置，其中L不存在或选自：-C6H5-、-Y-以及-C(0)0-Y-， 其中y选自：二价(ν 1(ι烷基和二价卤代烷基。
3. 如权利要求1所述的电子装置，其中所述式（la)的第一重复单元选自：
其中Ra、Rb、Re、Rd、Z以及q如权利要求1中所定义。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的电子装置，其中Z为未被取代的C6_14芳基。
5. 如权利要求1到3中任一项所述的电子装置，其中Z为被1-5个基团取代的C6_14芳 基，所述1-5个基团独立地选自：卤素、CN、R%-0-R%-S-R%-C(0)-Re以及-C(0)-0-R%其中 Re在每次出现时都选自烷基、Ch。卤代烷基、C2_1Q烯基以及C 2_1Q炔基。
6. 如权利要求1到3中任一项所述的电子装置，其中Z为未被取代的5-14元杂芳基。
7. 如权利要求1到3中任一项所述的电子装置，其中Z为被1-5个基团取代的5-14 元杂芳基，所述1-5个基团独立地选自：卤素、CN、氧代、R% -0-R% -S-R% -C(0)-IT以 及-C(0)-0-Re，其中Re在每次出现时选自烷基、卤代烷基、C 2_1Q烯基以及C2_1Q炔 基。
8. 如权利要求3所述的电子装置，其中所述式（la)的第一重复单元选自：
9. 如权利要求1到8中任一项所述的装置，其中所述聚合物为所述式（la)的第一重复 单元的均聚物。
10. 如权利要求1到8中任一项所述的装置，其中所述聚合物为所述式（la)的第一重 复单元与所述式（lb)的第二重复单元的共聚物。
11. 如权利要求10所述的装置，其中L'不存在或选自：-c6h5-、-y-以及-C(0)0-Y-，其 中Y选自：二价(^ 1(|烷基和二价卤代烷基。
12. 如权利要求10或11所述的装置，其中该式（lb)的第二重复单元选自：
其中Z'为个(^1(|烷基或卤代烷基。
13. 如权利要求10或11所述的装置，其中所述式（lb)的第二重复单元选自：
其中Ra'选自：H、F以及CH3 ;Re'选自：H、CH3以及苯基；并且Z'选自：Η、(ν?(ι烷基、Ch。 卤代烷基、被取代或未被取代的C6_14芳基以及被取代或未被取代的5-14元杂芳基。
14. 如权利要求13所述的电子装置，其中Z'为未被取代的C6_14芳基。
15. 如权利要求13所述的电子装置，其中Z'为被1-5个基团取代的C6_14芳基，所述1-5 个基团独立地选自：卤素、0队1?%-0-1^、-5-1?%-(：(0)-1^以及-(：(0)-0-1^，其中1^在每次出 现时都选自：Ch。烧基、Ch。齒代烧基、C 2_1(l稀基以及C2_1(l块基。
16. 如权利要求13所述的电子装置，其中Z'为未被取代的5-14元杂芳基。
17. 如权利要求13所述的电子装置，其中Z'为被1-5个基团取代的5-14元杂芳基， 所述1-5个基团独立地选自：卤素、0队1^、-0-1?%-5-1?%-(：(0)-1^以及-(：(0)-0-1?%其中1^ 在每次出现时选自：Ch。烧基、Ch。齒代烧基、C 2_1(l稀基以及C2_1(l块基。
18. 如权利要求10所述的电子装置，其中所述共聚物具有选自下述的式：
其中： Ra和Rb独立地选自：H、F以及CN ; Re和Rd独立地选自：H、CH3以及苯基； Z为任选地被1-5个基团取代的C6_14芳基或5-14元杂芳基，所述1-5个基团独立地选 自：卤素、CN、Re、-0-Re、-S-Re、-C(0)-R e 以及-C(0)-0-Re，其中 Re 在每次出现时选自： 烧基、1?代烧基、C2_1(l稀基以及C2_ 1(l块基；并且 m和η独立地为实数，其中0〈m〈l，0〈n〈l，并且m+n = 1。
19.如权利要求18所述的电子装置，其中所述共聚物具有选自下述的式：
其中m和η独立地为实数，其中0〈m〈l，0〈η〈1，并且m+n = 1。
20. 如权利要求19所述的电子装置，其中m和η独立地为实数，其中0. 50 < m < 0. 99， 0.01<]1<0.50，并且111+11 = 1。
21. 如权利要求1到20中任一项所述的电子装置，其中所述有机材料存在于连接到所 述半导体层、所述栅极电极或该源极和漏极电极的有机层中，所述有机层充当钝化层或表 面改性层。
22. 如权利要求1到20中任一项所述的电子装置，其中所述场效应晶体管包括在一侧 上连接到所述半导体层并且在另一侧上连接到所述栅极电极的介电层，其中所述介电层包 含所述有机材料。
23. 如权利要求22所述的电子装置，其中所述介电层为多层层压板的形式，并且其中 所述多层层压板的至少一个层包含所述有机材料。
24. 如权利要求23所述的电子装置，其中所述多层层压板包括至少一个包含线性介电 聚合物的层，所述线性介电聚合物不同于所述有机材料中存在的所述线性聚合物。
25. 如权利要求1到24中任一项所述的电子装置，其中所述聚合物的所述交联基质通 过光化学固化来获得。
26. 如权利要求1到24中任一项所述的电子装置，其中所述聚合物的所述交联基质通 过光化学固化和热固化来获得。
27. 如权利要求1到26中任一项所述的电子装置，其中所述半导体层包含有机半导电 的电子材料。
28. 如权利要求1到26中任一项所述的电子装置，其中所述半导体层包含金属氧化物 半导电的电子材料。
29. 如权利要求28所述的电子装置，其中所述金属氧化物半导体材料包含氧化铟镓 锌。
30. 如权利要求1到29中任一项所述的电子装置，其中所述场效应晶体管包括柔性基 板。
【文档编号】H01L51/05GK104221177SQ201380006972
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年2月6日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】H·乌斯塔, 陈慧钻, 夏禹, 陈志华, 郑焱, 安东尼欧·菲奇提 申请人:破立纪元有限公司