專利名稱：：有機半導(dǎo)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉及有機半導(dǎo)體，特別是涉及用于形成薄膜晶體管的一部分的有機半導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
：晶體管可分為兩種主要類型雙極結(jié)晶體管和場效應(yīng)晶體管。兩種類型均具有包括三個電極的共同結(jié)構(gòu)，其具有在溝道區(qū)域中設(shè)置于其間的半導(dǎo)體材料。雙極結(jié)晶體管的三個電極稱為發(fā)射極、集電極和基極，而在場效應(yīng)晶體管中，三個電極稱為源極、漏極和柵極。由于在發(fā)射極和集電極之間的電流通過在基極和發(fā)射極之間流動的電流進行控制，因此雙極結(jié)晶體管可描述為電流操作器件。相反，由于源極和漏極之間流動的電流通過柵極和源極之間的電壓進行控制，因此場效應(yīng)晶體管可描述為電壓操作器件。根據(jù)是否包括分別傳導(dǎo)正電荷載流子(空穴)或負電荷載流子(電子)的半導(dǎo)體材料，晶體管也可分成ρ型和η型。半導(dǎo)體材料可根據(jù)其接收、傳導(dǎo)和給予電荷的能力進行選擇。半導(dǎo)體材料接收、傳導(dǎo)和給予空穴或電子的能力可通過將材料摻雜而增強。例如，ρ型晶體管器件可通過選擇在接收、傳導(dǎo)和給予空穴方面有效的半導(dǎo)體材料，以及選擇在從該半導(dǎo)體材料注入和接收空穴方面有效的源極和漏極材料而形成。電極中費米能級與半導(dǎo)體材料的HOMO能級的良好能級匹配能增強空穴注入和接收。相反，η型晶體管器件可通過選擇在接收、傳導(dǎo)和給予電子方面有效的半導(dǎo)體材料，和選擇在向該半導(dǎo)體材料注入電子和自該半導(dǎo)體材料接收電子方面有效的源極和漏極材料而形成。電極中費米能級與半導(dǎo)體材料的LUMO能級的良好能級匹配能增強電子注入和接收。晶體管可通過沉積薄膜部件以形成薄膜晶體管(TFT)來形成。當(dāng)有機材料用作這種器件中的半導(dǎo)體材料時，其稱為有機薄膜晶體管(OTFT)。OTFTs可以通過低成本、低溫方法如溶液加工進行制造。而且，OTFTs與柔性塑料基板兼容，提供了在卷對卷工藝中在柔性基板上大規(guī)模制造OTFTs的前景。參見圖2，底柵有機薄膜晶體管(OTFT)的一般結(jié)構(gòu)包括沉積于基板10上的柵極12。介電材料的絕緣層11沉積在柵極12的上方，并且源極和漏極13、14沉積于介電材料的絕緣層11的上方。源極和漏極13、14間隔開以限定其間的位于柵極12上方的溝道區(qū)。有機半導(dǎo)體(OSC)材料15沉積于溝道區(qū)中，用于連接源極和漏極13、14。OSC材料15可以至少部分地在源極和漏極13、14上方延伸?；蛘?，已知的是在有機薄膜晶體管的頂部提供柵極以形成所謂的頂柵有機薄膜晶體管。在這樣的結(jié)構(gòu)中，源極和漏極沉積于基板上并間隔開以限定其間的溝道區(qū)。有機半導(dǎo)體材料層沉積于溝道區(qū)中以連接源極和漏極，并且可以至少部分地在源極和漏極上方延伸。介電材料的絕緣層沉積于有機半導(dǎo)體材料上方，并且也可以至少部分地在源極和漏極上方延伸。柵極沉積于絕緣層上方并且位于溝道區(qū)上方。有機薄膜晶體管可以制造于剛性或柔性基板上。剛性基板可選自玻璃或硅，并且柔性基板可包括薄的玻璃或塑料，如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)、聚碳酸酯和聚酰亞胺。有機半導(dǎo)體材料可通過使用合適的溶劑而變得可溶液加工。示例性的溶劑包括單烷基苯或多烷基苯，例如甲苯和二甲苯；四氫化萘和氯仿。優(yōu)選的溶液沉積技術(shù)包括旋涂和噴墨印刷。其他溶液沉積技術(shù)包括浸漬涂布、輥印和絲網(wǎng)印刷。限定在源極和漏極之間的溝道的長度可最高達500微米，但是優(yōu)選該長度小于200微米，更優(yōu)選小于100微米，最優(yōu)選小于20微米。柵極可選自寬范圍的導(dǎo)電材料，例如金屬(例如金)或金屬化合物(例如氧化銦錫)?；蛘?，導(dǎo)電聚合物可沉積為柵極。這種導(dǎo)電聚合物可使用例如旋涂或噴墨印刷技術(shù)以及上述其他溶液沉積技術(shù)從溶液沉積。絕緣層包括從具有高電阻率的絕緣材料中選擇的介電材料。盡管需要具有高k值的材料，但是電介質(zhì)的介電常數(shù)k通常約為2-3，因為對于OTFT可獲得的電容與k成正比，且漏電流ID與電容成正比。因而，為了以低的工作電壓獲得高的漏電流，在溝道區(qū)中具有薄的介電層的OTFTs是優(yōu)選的。介電材料可以是有機的或無機的。優(yōu)選的無機材料包括Si02、SiNx和旋涂玻璃(SOG)。優(yōu)選的有機材料通常是聚合物，包括絕緣聚合物例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，丙烯酸酯例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟化聚合物和苯并環(huán)丁烷類(BCBs)，它們可從DowCorning獲得。絕緣層可以由材料的混合物形成或者包含多層結(jié)構(gòu)。介電材料可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的熱蒸發(fā)、真空處理或者層積技術(shù)進行沉積?；蛘?，介電材料可以使用例如旋涂或噴墨印刷技術(shù)以及以上討論的其它溶液沉積技術(shù)從溶液沉積。如果介電材料從溶液沉積到有機半導(dǎo)體上，它不應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致有機半導(dǎo)體的溶解。類似地，如果有機半導(dǎo)體從溶液沉積到介電材料上，介電材料不應(yīng)當(dāng)溶解。避免這種溶解的技術(shù)包括使用正交溶劑，例如使用用于沉積最上層、不溶解下層的溶劑；以及使下層交聯(lián)。絕緣層的厚度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選小于500nm。有機半導(dǎo)體是一類具有大范圍共軛的π體系的有機分子，該體系允許電子的移動。用于制備這些分子的優(yōu)選方法為記載于例如WO2000/53656中的Suzuki反應(yīng)(偶聯(lián)或聚合反應(yīng))以及記載于例如T.Yamamoto，“ElectricallyConductingAndThermallyStableπ-ConjugatedPoly(arylene)sPreparedbyOrganometallicProcesses，，,ProgressinPolymerScience1993,17,1153-1205中的Yamamoto聚合。這些技術(shù)均通過“金屬插入”來進行，其中金屬配合物催化劑的金屬原子插入單體的離去基團和芳基之間。在Yamatomo聚合的情況下，使用鎳配合物催化劑；在Suzuki反應(yīng)的情況下，使用鈀配合物催化劑。例如，在通過Yamatomo聚合的線性聚合物的合成中，使用具有兩個反應(yīng)性鹵素基團的單體。類似地，根據(jù)Suzuki反應(yīng)方法，至少一個反應(yīng)性基團是硼衍生物基團例如硼酸或硼酸酯，另一個反應(yīng)性基團是鹵素。優(yōu)選的鹵素是氯、溴和碘，最優(yōu)選溴?；蛘撸梢栽诰酆匣蚺悸?lián)反應(yīng)(Stille反應(yīng))中使用甲錫烷基作為反應(yīng)性基團。有機半導(dǎo)體的性能通常通過測量其“電荷遷移率”(Cm2V-1S-1)而進行評價，所述電荷遷移率可以涉及空穴或電子的遷移率。該測量涉及載荷子向跨材料施加的電場的漂移速度。具有相對較高的遷移率的有機半導(dǎo)體往往是包含具有剛性平面結(jié)構(gòu)的化合物的那些，所述剛性平面結(jié)構(gòu)具有大范圍共軛，該共軛允許固態(tài)下的有效的n-n疊置。WO2007/068618記載了多種有機半導(dǎo)體，其各自包含稠合芳環(huán)的陣列，所述稠合芳環(huán)具有被乙炔基團取代的中心苯環(huán)。JP2007/088222和WO2007/116660記載了小分子、低聚物和聚合物形式的苯并二噻吩類及其衍生物作為有機半導(dǎo)體的用途。Scherf^A^JournalofPolymerScienceA=PolymerChemistry46(22)7342至7353頁記載了具有以下結(jié)構(gòu)的聚合物權(quán)利要求1.半導(dǎo)體化合物，該化合物包含以下結(jié)構(gòu)2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體化合物，其包含以下結(jié)構(gòu)3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體化合物，其中Ar2是雜芳環(huán)，它優(yōu)選包含選自S、0、NR5或SiR6R7的至少一個雜原子。4.根據(jù)以上權(quán)利要求任意一項的半導(dǎo)體化合物，其中該化合物包含串聯(lián)地稠合于Ar1和/或存在時的Ar2上的一個或多個其它芳基。5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體化合物，其中所述其它芳基中的一個、一些或全部包含優(yōu)選地含有選自S、0、NR5或SiR6R7的至少一個雜原子的雜環(huán)基團。6.根據(jù)以上權(quán)利要求任意一項的半導(dǎo)體化合物，其中該化合物的末端芳基基團之一或兩者被一個或多個取代基τ取代，該基團的至少之一包含任選取代的具有1至20個(例如1至12個)碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈、烷氧基、氨基、酰氨基、甲硅烷基、烷基、烯基、芳基或雜芳基；其余基團獨立地包含氫或任選取代的具有1至20個(例如1至12個)碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈、烷氧基、氨基、氨基、酰氨基、甲硅烷基、烷基或烯基。7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體化合物，其中該化合物包含選自以下的結(jié)構(gòu)8.包含以下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體化合物9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體化合物，其中末端芳基之一或兩者包含同素環(huán)。10.以上權(quán)利要求任意一項中所述的半導(dǎo)體化合物，其中R1至R4相同或不同，并獨立地包含任選取代的具有2至12個碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈。11.權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體化合物，其中R1至R4相同或不同，并獨立地包含任選取代的具有2至6個碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈。12.包含半導(dǎo)電部分的電子器件，該半導(dǎo)電部分包含根據(jù)以上權(quán)利要求任意一項的半導(dǎo)體化合物。13.用于施加于基板表面以在基板上形成半導(dǎo)電部分的溶液，該溶液包含根據(jù)權(quán)利要求1至11任意一項的半導(dǎo)體化合物。14.電子器件的制造方法，其包含將根據(jù)權(quán)利要求13的溶液施加于基板。全文摘要半導(dǎo)體化合物，該化合物包含以下結(jié)構(gòu)(I)其中R1至R4獨立地包含但不限于任選取代的具有2至20個(例如2至12個)碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈、烷氧基、氨基、酰氨基、甲硅烷基、烷基、烯基、芳基或雜芳基；其中X1和X2獨立地包含S、O、NR5或SiR6R7，其中R5至R7獨立地包含C1至C5的支化、直鏈或環(huán)狀烷基鏈；并且其中Ar1包含雜環(huán)，并且其中n是1至4的整數(shù)。文檔編號C07D495/14GK102482291SQ201080039449公開日2012年5月30日申請日期2010年8月5日優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日發(fā)明者S·祖貝里,T·祖貝里申請人:劍橋顯示技術(shù)有限公司