本发明涉及显示器相关技术领域，特别是指一种有机晶体管、阵列基板、显示装置及相关制备方法。
背景技术：
在传统平板显示领域，玻璃基板是基础原材料，然而超薄玻璃易碎且成本高昂，不利于制造大面积柔性显示器，采用有机柔性基底是一个很好的替代方案，然而有机基底往往不能承受高温(>200℃)，这就使得硅基的等离子化学气相蒸镀法(PECVD，温度范围接近300℃)不能在有机基底上进行，因此传统的a-Si、LTPS、SiNx等很难在有机基底上得到高质量薄膜。同时，以非结晶氧化物半导体(IGZO：In-Ga-Zn-O)为代表的氧化物半导体材料虽然磁控溅射工艺不需要高温，但要得到高质量薄膜，必不可少的退火工序也需要300℃以上的高温。
如果要实现完全的柔性显示，得到诸如电子纸、电子皮肤、可打印显示器等功能器件，那么就必须抛弃传统的硅基工艺，采用柔性且可低温沉积的有机材料来构筑器件，目前有机绝缘层和封装层使用有机材料来制作难度已经不大，核心问题在于半导体层的构筑，传统的有机薄膜晶体管虽然已经研究超过30年(1986年首次报道)，但较低的迁移率和不稳定的阈值电压仍然是难以克服的问题，有机单晶成为了一种替代方案，虽然单晶制备起来较为复杂，但控制好工艺条件也并非不能做到，而且单晶先天具有很低的载流子陷阱和晶格缺陷，使得构筑的TFT器件性能要优秀很多。
如今，有机薄膜晶体管在电子纸中已经有高分辨率产品问世，并取得不错的效果，但该产品由于采用有机聚合物半导体制作晶体管，半导体迁移率低使得响应时间太长，故只能用于电子纸阅读。目前，有机单晶尚未有相关的工艺产品，虽然有人提出了制备单晶的方案，但是实际生产的效率还是较低，无法满足大批量制备。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种有机晶体管、阵列基板、显示装置及相关制备方法，不仅能够提供一种高效可靠的有机单晶层的制备方法，而且能够在柔性显示设备中低温制备有机单晶层并作为有源层，得到迁移率和稳定性更高的有机晶体管。
基于上述目的，在本申请的第一方面，提供了一种有机单晶层的制备方法，包括：在预设形状的限制阱中依次加入有机半导体溶液和正交溶剂；
通过退火使得所述正交溶剂挥发，诱导有机单晶在所述限制阱中定向生长并得到有机单晶层。
在本申请的第二方面，提供了一种有机晶体管的制备方法，包括：
在有机绝缘层上制备光刻胶并显影形成用于容纳有机单晶的限制阱；
在所述光刻胶形成的所述限制阱中，依次加入有机半导体溶液和正交溶剂；
通过退火使得所述正交溶剂挥发，诱导有机单晶在所述限制阱中定向生长；
清除所述光刻胶并将得到的有机单晶层作为有源层。
可选的，所述制备光刻胶之前还包括在所述有机绝缘层上制备有机聚合物。
可选的，所述在所述有机绝缘层上制备有机聚合物的步骤还包括：
依次对所述有机聚合物表面进行亲水处理和疏水处理。
可选的，在所述显影形成用于容纳有机单晶的限制阱之后且在所述加入有机半导体溶液之前还包括：
若所述有机半导体溶液具有亲水性，则对未被所述光刻胶覆盖的所述有机聚合物的表面进行亲水处理；
若所述有机半导体溶液具有疏水性，则对未被所述光刻胶覆盖的所述有机聚合物的表面依次进行亲水处理和疏水处理。
可选的，所述制备有机聚合物包括：采用基于聚硅氧烷的有机聚合材料制备得到所述有机聚合物。
可选的，所述有机绝缘层采用聚丙烯氰、聚丙烯氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种材料制备。
在本申请的第三方面，提供了一种有机晶体管，所述有机晶体管包括有机绝缘层以及设置于所述有机绝缘层上的有机单晶层；其中，所述有机单晶层为有源层；所述有机单晶层与所述有机绝缘层之间还包括有机聚合物；所述有机单晶层根据上述任一项所述制备方法制备得到。
可选的，所述有机聚合物为基于聚硅氧烷的有机聚合物。
可选的，所述有机绝缘层包括：聚丙烯氰、聚丙烯氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
在本申请的第四方面，提供了一种阵列基板，所述阵列基板包括上述任一项所述有机晶体管。
在本申请的第五方面，提供了一种显示装置，所述显示装置包括所述阵列基板。
从上面所述可以看出，本发明提供的有机晶体管、阵列基板、显示装置及相关制备方法，通过正交溶剂与半导体溶液在预制的限制阱中制备得到定向生长的有机单晶层，进而提供了一种高效稳定的有机单晶层制备方法，通过在光刻胶中构筑限制阱，使得上述有机单晶能够在光刻胶构建的限制阱中定向生长，进而制备得到准确的有机单晶层并且作为有源层，而基于单晶具有更好的迁移率和稳定性，因而使得制备得到的有机晶体管具有更好的显示质量。因此，本申请所述有机晶体管、阵列基板、显示装置及相关制备方法不仅能够提供一种高效可靠的有机单晶层的制备方法，而且能够在柔性显示设备中低温制备有机单晶层并作为有源层，得到迁移率和稳定性更高的有机晶体管。
附图说明
图1为本发明提供的一种有机单晶层制备方法一个实施例的流程图；
图2为本发明提供的一种有机晶体管的制备方法一个实施例的流程图；
图3a为本发明提供的在基板上制备栅极并图案化的结构截面图；
图3b为本发明提供的在基板上制备栅极并图案化的结构俯视图；
图4a为本发明提供的在栅极上涂布绝缘层和有机聚合物的结构截面图；
图4b为本发明提供的在栅极上涂布绝缘层和有机聚合物的结构俯视图；
图5a为本发明提供的在有机聚合物上涂布光刻胶并形成限制阱的结构截面图；
图5b为本发明提供的在有机聚合物上涂布光刻胶并形成限制阱的结构俯视图；
图6a为本发明提供的在限制阱中制备有机单晶层的结构截面图；
图6b为本发明提供的在限制阱中制备有机单晶层的结构俯视图；
图7a为本发明提供的制备源漏电极层并进行封装的结构截面图；
图7b为本发明提供的制备源漏电极层并进行封装的结构俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本申请针对于当前半导体层结构迁移率及稳定性均不高的问题，提出采用有机单晶作为有源层的设计，同时考虑到当前缺乏相应的制备有机单晶层，尤其是在柔性显示器相关设备中制备有机单晶的工艺，因此提出了一种改进的有机单晶层制备方法，不仅能够高效稳定的实现有机单晶层的制备，而且能够应用到有机晶体管中，进而得到更好显示效果的柔性显示设备。因此，本申请首先需要对有机单晶层的制备进行改进。基于目前有源层通常采用真空蒸镀或涂布的方式制备，均会形成无定形薄膜，性能远不如相应的单晶。因此需要考虑如何形成定向单晶层。
实施例一
考虑到单晶生长特性，本实施例提出一种利用正交溶剂实现对有机单晶层的制备方法，参照图1所示，为本发明提供的一种有机单晶层制备方法一个实施例的流程图。由图可知，所述有机单晶层的制备方法包括：
步骤S1，在预设形状的限制阱中依次加入有机半导体溶液和正交溶剂；其中，所述限制阱为具有预设形状的沟槽结构，用于使得在限制阱中形成的有机单晶形成预设的形状，进而得到所想要的有机单晶层形状。所述有机半导体溶液为制备有机单晶的原材料，只需要根据所要的单晶相应的配比有机半导体溶液即可。所述正交溶剂为不溶有机半导体材料的溶剂，用于帮助有机半导体溶液快速析出有机单晶，进而提高制备效率。
步骤S2，通过退火使得所述正交溶剂挥发，诱导有机单晶在所述限制阱中定向生长并得到有机单晶层。通过将所述正交溶剂挥发，使得所述限制阱中只保留有机单晶层，进而得到高质量的有机单晶层。
由上述实施例可知，本申请通过正交溶剂使得有机半导体溶液通过正交溶液法制备得到有机单晶层，不仅能够制备得到定向有序的有机单晶层结构，而且大大提高了有机单晶层的制备效率。
实施例二
考虑到上述实施例一中的有机单晶层能够作为有机晶体管中的有源层，进而得到迁移率更高、性能更加稳定的有机晶体管。本申请进一步提出了一种采用有机单晶作为有源层的机晶体管制备方法。参照图2所示，为本发明提供的一种有机晶体管的制备方法一个实施例的流程图。所述有机晶体管的制备方法包括：
步骤S11，在有机绝缘层上制备有机聚合物；其中，为了能够在有机晶体管中制备有机单晶并且作为有源层，需要采用上述实施例中的正交溶剂，而通常有机绝缘层与有源层是接触的，也即正交溶剂将会对有机绝缘层进行破坏，针对于此，本申请提出在有机绝缘层上制备有机聚合物来隔绝后续正交溶剂对有机绝缘层的损伤，保护有机绝缘层不受破坏。所述有机绝缘层可选为聚丙烯氰(PAN)、聚丙烯氧化物(PPO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或多种组合。所述有机聚合物可选为基于聚硅氧烷的有机聚合材料，优选为聚甲基硅倍半环氧乙烷(PMSQ)。需要说明的是，上述步骤中增加有机聚合物为一种可选的方案，也可以根据有机绝缘层对正交溶剂的抗性选择不增加有机聚合物而直接在有机绝缘层上制备光刻胶。
在本申请一些可选的实施例中，所述制备有机聚合物的步骤之前还包括：
在衬底基板上制备栅极层并且对所述栅极层进行图案化处理；参照图3a和3b所示，分别为本发明提供的在基板1上制备栅极2并图案化的结构截面图和俯视图。优选的，所述图案化处理工艺包括光刻、纳米压印、喷墨打印中的一种或多种组合。当然，本申请并不限制采用哪一种图案化处理工艺。
进一步，所述栅极层采用磁控溅射金属材料、有机导电材料或者金属纳米材料中的一种或多种组合。
然后在图案化处理后的栅极层上制备有机绝缘层。
优选的，为了进一步提高上述晶体管及相应器件对水氧的抗干扰特性，本申请所述有机晶体管的制备方法还包括在所述栅极层的两侧分别增加水氧阻挡层。这样，能够避免外部的水氧对栅极造成破坏，提高整个器件的稳定性。
在本申请一些可选的实施例中，所述在有机绝缘层上制备有机聚合物的步骤S11之后还包括：
步骤S12，对所述有机绝缘层和所述有机聚合物进行退火处理；这样，通过退火能够使得有机绝缘层和有机聚合物分别形成稳定的化学薄膜，提高薄膜对后续工艺的抗蚀性。需要说明的是，本申请并不限制退火处理的时间和顺序，例如既可以是在制备得到有机聚合物之后一起对有机绝缘层和有机聚合物进行退火处理，也可以是先对有机绝缘层进行退火处理，然后制备得到有机聚合物后再对有机聚合物进行退火处理。
步骤S13，依次对所述有机聚合物表面进行亲水处理和疏水处理。优选的采用等离子体亲水处理和等离子体疏水处理。参照图4a所示，为本发明提供的在栅极2上涂布有机绝缘层3和有机聚合物4的结构截面图；图4b为相应俯视图，由图可知，有机聚合物4位于有机绝缘层3上方并且作为与光刻胶接触的层级，通过对所述有机聚合物4表面进行亲疏水处理，使得能够增强所述有机聚合物4表面的化学修饰效果，以利于后续光刻胶的粘附。进而提高制备工序的稳定性和产品质量。需要说明的是，基于为了提高光刻胶的粘附效果，需要进行疏水处理，但直接对有机聚合物进行疏水处理效果不佳，因此，本申请提出先对有机聚合物进行亲水处理，然后在疏水处理得到有利于光刻胶粘附的表面。
步骤S14，在所述有机聚合物上制备光刻胶(PR)并显影形成用于容纳有机单晶的限制阱；
参照图5a所示，为本发明提供的在有机聚合物上涂布光刻胶并形成限制阱的结构截面图；图5b为图5a对应俯视图。由图可知，通过光刻胶5制备限制阱51使得下层的有机聚合物4与光刻胶5形成一个预定形状的沟槽结构，进而能够使得后续制备得到的有机单晶限定于限制阱51中，得到预定结构的有机单晶层，且能够直接作为有源层使用。
参照图6a所示，为本发明提供的在限制阱51中制备有机单晶层6的结构截面图；图6b为图6a对应的结构俯视图。由图可知，有机半导体溶液形成的有机单晶定向生长于限制阱51中，进而能够得到预定形状的有机单晶，也即得到可替换有源层的有机单晶层6。
可选的，在所述显影形成用于容纳有机单晶的限制阱的步骤之后且在所述加入有机半导体溶液之前还包括：
步骤S15，对未被光刻胶保护的所述有机聚合物的表面进行亲水处理；这样能够除去显影过程中可能残留的有机物，使得露在外面的有机聚合物表面重新形成高羟基密度的亲水性表面。
步骤S16，依据所述半导体溶液的亲疏水性，相应的确定是否需要对有机聚合物进行疏水处理；具体的，包括如下判断过程：
若所述半导体溶液具有亲水性，则对未被所述光刻胶覆盖的所述有机聚合物的表面进行亲水处理，不进行疏水处理；若所述半导体溶液具有疏水性，则对未被光刻胶覆盖的所述有机聚合物的表面依次进行亲水处理和疏水处理。这样，使得所述限制阱的表面有利于后续添加的半导体溶液的粘附，最终提高有机单晶的生长效率。其中，由于上述显影过程之后，有机聚合物表面会吸附显影液中的有机分子，并在清洗过程中形成各处亲疏水性不均一的表面，这样在后续加入半导体溶液后，由于各处的表面吸附力不同，将会影响最后整体的工艺均一性，本申请在显影步骤之后增加亲疏水处理过程还能够与限制阱实现协同作用，提高整体工艺的可靠性和稳定性。
步骤S17，在所述光刻胶形成的所述限制阱中，依次加入有机半导体溶液和正交溶剂；优选的，所述有机半导体溶液和正交溶剂通过喷墨打印工艺依次加入到限制阱中。
步骤S18，通过退火使得所述正交溶剂挥发，诱导有机单晶在所述限制阱中定向生长；
优选的，所述通过退火使得正交溶剂挥发，诱导有机单晶在限制阱中定向生长的步骤还包括：多次重复上述制备有机单晶的过程，直到得到预设尺寸的有机单晶层。也即，通过多次实现有机单晶的制备过程可以得到所要厚度的有机单晶层。
步骤S19，清除所述光刻胶并将得到的有机单晶层作为有源层。这样，能够得到有机单晶层作为有源层的有机晶体管，使得得到的有机晶体管具有更好的迁移率和稳定性。
此外，可以理解的是，上述制备有机晶体管还包括步骤S20，制备源漏电极层并封装得到完整有机晶体管。参照图7a所示，为本发明提供的制备源漏电极层并进行封装的结构截面图；图7b为图7a对应的结构俯视图。其中，源漏电极层7与有机单晶层6局部接触并且在上层形成一定的形状，最后通过封装层8实现封装。这样，通过正交溶剂能够在有机晶体管的制备过程中制备得到定向生长的有机单晶作为有源层，大大提高了有机晶体管的性能。
由上述实施例可知，本申请提供的有机晶体管的制备方法，通过正交溶剂与半导体溶液在预制的限制阱中制备得到定向生长的单晶层，进而提供了一种高效稳定的有机单晶层制备方法，通过在光刻胶中构筑限制阱并且在有机绝缘层上制备用于隔绝保护的有机聚合物，使得上述有机单晶能够在光刻胶构建的限制阱中定向生长，进而制备得到准确的有机单晶层并且作为有源层，而基于单晶具有更好的迁移率和稳定性，因而使得制备得到的有机晶体管具有更好的显示质量。因此，本申请不仅能够提供一种高效可靠的有机单晶层制备方法，而且能够在柔性显示设备中低温制备有机单晶并作为有源层，提高产品相应的迁移率和稳定性。另一方面，由于上述过程利用溶液的亲疏水性，反复对界面进行处理，可降低正交溶液法工艺实现的难度。
此外，由于上述整个工艺过程可在不高于150摄氏度的环境下进行，使得本申请方案可应用于有机基板上，以具有高迁移率的有机单晶半导体为工艺基础，在柔性显示领域有巨大的潜在应用价值。
实施例三
在本申请一些可选的实施例中，提供了一种有机晶体管。参照图6a所示，所述有机晶体管包括有机绝缘层3以及设置于所述有机绝缘层3上的有机单晶层6；其中，所述有机单晶层6为有源层。所述有机单晶层6与所述有机绝缘层3之间还包括有机聚合物4。这样，在通过正交溶剂法制备所述有机单晶层6的过程中，所述有机聚合物4能够保护有机绝缘层3不受到正交溶剂的侵蚀。进而提高制备过程的稳定性和可靠性。可选的，所述有机单晶层通过上述任一项实施例所述制备方法制备得到。这样，通过将有机单晶层6作为有源层，使得有机晶体管具有更高的迁移率和稳定性。
在本申请一些可选的实施例中，所述有机聚合物为基于聚硅氧烷的有机聚合物。优选为聚甲基硅倍半环氧乙烷。
在本申请一些可选的实施例中，所述有机绝缘层包括：聚丙烯氰、聚丙烯氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种组合。
在本申请一些可选的实施例中，还提供了一种阵列基板，所述阵列基板包括所述有机晶体管。
在本申请一些可选的实施例中，还提供了一种显示装置，所述显示装置包括所述阵列基板。
其中，由于所述有机晶体管、阵列基板以及显示装置均包含通过上述制备有机晶体管的制备方法得到的有机晶体管，因此具有同样的技术效果，本实施例对称不再重复赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。