專利名稱：有機(jī)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(jī)半導(dǎo)體，并且具體地涉及用于形成薄膜晶體管的一部分的有機(jī)半導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
晶體管可分為兩個(gè)主要類型雙極結(jié)晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。兩種類型均具有包括三個(gè)電極的共同結(jié)構(gòu)，其具有在溝道區(qū)中設(shè)置于其間的半導(dǎo)體材料。雙極結(jié)晶體管的三個(gè)電極稱為發(fā)射極、集電極和基極，而在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，三個(gè)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(dòng)的電流進(jìn)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(dòng)的電流通過柵極和源極之間的電壓進(jìn)行控制，因此場(chǎng)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(fù)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(jìn)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(qiáng)。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)體材料接收和注入空穴方面有效的源極和漏極材料而形成。電極中費(fèi)米能級(jí)與半導(dǎo)體材料的HOMO能級(jí)的良好能級(jí)匹配能增強(qiáng)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(fèi)米能級(jí)與半導(dǎo)體材料的LUMO能級(jí)的良好能級(jí)匹配能增強(qiáng)電子注入和接收。晶體管可通過將組分沉積成薄膜以形成薄膜晶體管(TFT)來形成。當(dāng)有機(jī)材料用作這種器件中的半導(dǎo)體材料時(shí)，其稱為有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。OTFT可以通過低成本、低溫方法如溶液處理進(jìn)行制造。而且，OTFT與柔性塑料基片兼容，提供了在卷對(duì)卷(roll-to-roll)工藝中在柔性基片上大規(guī)模制造OTFT的前景。參見

圖1，底柵有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)的一般結(jié)構(gòu)包括沉積于基片10上的柵極 12。介電材料的絕緣層11沉積于柵極12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，以在其間限定位于柵極12上方的溝道區(qū)。有機(jī)半導(dǎo)體(OSC)材料15沉積于溝道區(qū)中以連接源極和漏極13、14。OSC材料15可以至少部分地在源極和漏極13、14的上方延伸?；蛘?，已知在有機(jī)薄膜晶體管的頂部上提供柵極以形成所謂的頂柵有機(jī)薄膜晶體管。在這樣的結(jié)構(gòu)中，源極和漏極沉積于基片上并間隔開，以在其間限定溝道區(qū)。有機(jī)半導(dǎo)體材料層沉積于溝道區(qū)中以連接源極和漏極，并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(jī)半導(dǎo)體材料上方，并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位于溝道區(qū)上方?？稍趧傂曰蛉嵝曰现圃煊袡C(jī)薄膜晶體管。剛性基片可選自玻璃或硅，柔性基片可包括薄的玻璃或塑料，如聚(對(duì)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。用于本發(fā)明化合物的示例性溶劑包括被一個(gè)或多個(gè)烷基或鹵素基團(tuán)取代的苯，例如甲苯、二甲苯；以及萘滿。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)包括浸涂、輥印和絲網(wǎng)印刷。限定在源極和漏極之間的溝道長度可最高達(dá)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。絕緣層包含介電材料，該介電材料選自具有高電阻率的絕緣材料。電介質(zhì)的介電常數(shù)k典型為大約2-3，盡管具有高k值的材料是所希望的，因?yàn)镺TFT可獲得的電容與k成正比，并且漏極電流、與電容成正比。因而，為了以低工作電壓來獲得高漏極電流，具有在溝道區(qū)內(nèi)的薄電介質(zhì)層的OTFT是優(yōu)選的。介電材料可以是有機(jī)的或無機(jī)的。優(yōu)選的無機(jī)材料包括Si02、SiNx和旋涂玻璃 (SOG)。優(yōu)選的有機(jī)材料一般為聚合物并且包括絕緣聚合物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、丙烯酸酯類例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及苯并環(huán)丁烷(BCB)(可從Dow Corning公司購得)。絕緣層可以由材料的混合物形成或者包括多層結(jié)構(gòu)。介電材料可以通過本領(lǐng)域已知的熱蒸發(fā)、真空處理或?qū)雍霞夹g(shù)來沉積?；蛘?，可以使用例如旋涂或噴墨印刷技術(shù)以及以上所討論的其它溶液沉積技術(shù)將介電材料從溶液沉積。如果將介電材料由溶液沉積到有機(jī)半導(dǎo)體上，則不應(yīng)當(dāng)引起有機(jī)半導(dǎo)體的溶解。 類似地，如果將有機(jī)半導(dǎo)體由溶液沉積到介電材料上，則介電材料不應(yīng)當(dāng)被溶解。避免該溶解的技術(shù)包括使用正交溶劑，例如使用不溶解在下層的溶劑用于沉積最上層；以及將在下層交聯(lián)。絕緣層的厚度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選為小于500nm。有機(jī)半導(dǎo)體是一類具有大范圍共軛的π體系的有機(jī)分子，該π體系允許電子的移動(dòng)。有機(jī)半導(dǎo)體的性能通常通過其“電荷遷移率”(Cm2V-1S-1)的測(cè)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，該遷移率可以涉及空穴或電子的遷移率。該測(cè)量涉及載荷子對(duì)跨材料施加的電場(chǎng)的漂移速度。具有相對(duì)較高的遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體往往是包含下述化合物的有機(jī)半導(dǎo)體該化合物能夠固態(tài)下形成η-η疊置。然而，使化合物形成這樣的η-η疊置所需的提高的共軛水平也導(dǎo)致半導(dǎo)體的帶隙以及穩(wěn)定性的降低，導(dǎo)致差的性能差的穩(wěn)定性。此外，這些化合物高度不溶，這對(duì)合成造成特別的問題，并使得其在有效的晶體管生產(chǎn)方法例如噴墨印刷中的使用變得不可能-參見例如 San Miguel 等，Org. Lett. 2007，Vol. 9No. 6p. 10051008。本發(fā)明旨在通過提供有機(jī)半導(dǎo)體材料而解決這些問題，所述有機(jī)半導(dǎo)體材料將改善的遷移率和穩(wěn)定性(例如對(duì)大氣氧化的穩(wěn)定性)與實(shí)現(xiàn)有效的晶體管生產(chǎn)所需的溶解性相結(jié)合
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及用于形成有機(jī)薄膜晶體管的可溶的低聚化合物，該化合物具有包含兩個(gè)或更多個(gè)稠合噻吩殘基的重復(fù)單元。該重復(fù)單元可以例如包含以下結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.用于形成有機(jī)薄膜晶體管的可溶的低聚化合物，該化合物具有包含兩個(gè)或更多個(gè)稠合噻吩殘基的重復(fù)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的低聚化合物，其中該重復(fù)單元包含以下結(jié)構(gòu)
3.根據(jù)權(quán)利要求1的低聚化合物，其中該重復(fù)單元包含以下結(jié)構(gòu)
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3任一項(xiàng)的低聚化合物，其中該化合物包含兩個(gè)或更多個(gè)末端基團(tuán)，該末端基團(tuán)包含溶劑化基團(tuán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的低聚化合物，其中該溶劑化基團(tuán)選自具有1至20個(gè)碳原子的任選取代的直鏈、支化或環(huán)狀烷基鏈，烷氧基，氨基，酰氨基，甲硅烷基，烯基，烷基和烷基甲硅烷基，優(yōu)選烷基或烷基甲硅烷基，各個(gè)溶劑化基團(tuán)可以進(jìn)一步任選地被取代。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)的低聚化合物，其中一個(gè)或多個(gè)稠合噻吩殘基可以被平面溶劑化基團(tuán)取代。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)的低聚化合物，其中該化合物在選自單烷基苯或多烷基苯例如甲苯、二甲苯、萘滿和/或氯仿的溶劑中具有超過0. OSmolL-1的溶解度。
8.可印刷溶液，其包含根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)的低聚化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的可印刷溶液，其中該低聚化合物具有大于或等于1.Omol L—1的濃度。
10.有機(jī)半導(dǎo)體材料，其包含根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的低聚化合物，該化合物包含選自以下的結(jié)構(gòu)
11.根據(jù)權(quán)利要求10的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其具有至少lOln^fiT1的遷移率。
12.薄膜晶體管，其包含根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體材料。
13.電子器件，其包含根據(jù)權(quán)利要求12的薄膜晶體管。
14.薄膜晶體管的制造方法，其包括將根據(jù)權(quán)利要求8或9的溶液施加到基片上，并使該溶液固化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該施加步驟包括將該溶液噴墨印刷到基片上。
全文摘要
用于形成有機(jī)薄膜晶體管的可溶的低聚化合物具有包含兩個(gè)或更多個(gè)稠合噻吩殘基的重復(fù)單元。該重復(fù)單元包含式(I)或(II)的結(jié)構(gòu)。該化合物可以包括兩個(gè)或更多個(gè)包含溶劑化基團(tuán)的末端基團(tuán)。該材料的溶液可以用于通過噴墨印刷形成薄膜晶體管。
文檔編號(hào)C08G75/00GK102227483SQ200980147410
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者S·朱貝里, T·朱貝里 申請(qǐng)人:劍橋顯示技術(shù)有限公司