專利名稱：位于具有可由溶液低溫加工的電介質(zhì)的機械柔性聚合物襯底上的金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的制作方法
位于具有可由溶液低溫加工的電介質(zhì)的機械柔性聚合物襯底上的金屬氧化物場效應(yīng)晶體管本發(fā)明涉及一種制備包含至少ー個襯底、至少ー種電介質(zhì)和至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物的電子組件，尤其是場效應(yīng)晶體管(FET)的方法，其中基于有機改性ニ氧化硅化合物，尤其是基于倍半硅氧烷和/或硅氧烷的電介質(zhì)或其前體化合物可由溶液加工且在室溫至350°的低溫下熱處理，并且所述半導(dǎo)體金屬氧化物，尤其是ZnO，或其前體化合物同樣可在室溫至350°的低溫下由溶液加工。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的電子組件，以及有機改性ニ氧化硅化合物在制備電子組件中的用途。制備電子組件，尤其是場效應(yīng)晶體管(FET)的方法已由現(xiàn)有技術(shù)已知。 US2005/0148129A1公開了ー種制備具有包含倍半硅氧烷的活性介電層的有機半導(dǎo)體組件的方法。為此，通過將倍半硅氧烷前體化合物溶液施加至合適襯底上而獲得介電膜。然而，所述引用文獻沒有公開由溶液施加的作為電介質(zhì)的倍半硅氧烷與無機半導(dǎo)體材料，尤其是金屬氧化物的組合，因為該引用文獻僅公開了有機半導(dǎo)體材料。US6, 891，237B1公開了具有源自倍半硅氧烷的活性介電層的有機半導(dǎo)體組件。然而，該文獻僅公開了由任選娃燒處理的倍半娃氧燒構(gòu)成的介電層與有機半導(dǎo)體材料如十六氟銅酞菁、α -六噻吩、ニ己基-α -五噻吩和并五苯的組合，但沒有公開這些電介質(zhì)與無機半導(dǎo)體材料的組合。Kwon 等，J. Phys. D Appl. Phys.，42 (2009)，065105 公開了ー種薄膜晶體管，其包含通過RF濺射施加的氧化鋅作為半導(dǎo)體材料，以及通過旋涂且隨后在450° C下熱處理而 獲得的甲基娃氧燒基電介質(zhì)。Salim 等，Thin solid films，518 (2009)，第 362-365 頁公開了 ZnO 作為電介質(zhì)用于光學(xué)透明非揮發(fā)性儲存材料。主要儲存元件為由包封于兩層甲基倍半硅氧烷之間的ZnO薄膜構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。所述ZnO膜同樣通過濺射技術(shù)施加，所述甲基倍半硅氧烷在400° C的溫度下熱處理。因此，就所引用的現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的目的是提供一種制備電子組件，尤其是FET (場效應(yīng)晶體管)的方法，其特征在于特別簡單、廉價且應(yīng)用廣泛的加工方案。更特別地，這包括選擇電介質(zhì)和半導(dǎo)體材料的溶液加工性，其例如能使用印刷技術(shù)，以及使用合成極其簡單且廉價且光學(xué)透明的大多無毒且對氧化不敏感的金屬氧化物，尤其是ZnO代替有機材料作為半導(dǎo)體材料，尤其是作為η型半導(dǎo)體材料。此外，本發(fā)明的特征在于特別適于電子組件，尤其是FET操作性的電介質(zhì)和半導(dǎo)體材料的選擇和組合。此外，低加工溫度應(yīng)確保即使是熱敏襯底，例如聚合物膜，也可相應(yīng)地涂覆。這應(yīng)提供基于柔性襯底的電子組件。根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過ー種制備電子組件的方法實現(xiàn)，所述電子組件包含至少ー個襯底、至少ー種電介質(zhì)和至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物，所述方法包括如下步驟(A)單次或反復(fù)施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液，或者單次或反復(fù)施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底，
(B)在室溫至350° C的溫度下熱處理獲自步驟(A)的涂覆襯底，從而獲得涂覆有電介質(zhì)或半導(dǎo)體金屬氧化物的襯底，(C)如果在步驟(A)中施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液，則單次或反復(fù)施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至獲自步驟(B)的襯底上，或者如果在步驟(A)中施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或前體化合物的溶液或分散體，則單次或反復(fù)施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液至獲自步驟(B)的襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底，和(D)在室溫至350° C的溫度下熱處理獲自步驟(C)的涂覆襯底，從而獲得涂覆有所述電介質(zhì)和半導(dǎo)體金屬氧化物的襯底。 下文詳細描述本發(fā)明方法的各步驟步驟⑷本發(fā)明方法的步驟(A)包括單次或反復(fù)施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液，或者單次或反復(fù)施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底。在一個實施方案(第一實施方案)中，在本發(fā)明方法的步驟(A)中可首先施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液，或者在另ー實施方案(第二實施方案)中，施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底。所述兩個實施方案可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)待制備的電子組件所具有的幾何結(jié)構(gòu)選擇。在步驟㈧中涂覆的襯底可額外已具有ー個或多個層，例如柵極、源極和/或漏扱。本發(fā)明方法可獲得所有可能的幾何結(jié)構(gòu)，尤其是如下那些I :襯底、電介質(zhì)、半導(dǎo)體；優(yōu)選襯底、柵極、電介質(zhì)、半導(dǎo)體、源極和漏極，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為底柵頂接觸結(jié)構(gòu)；2 :襯底、電介質(zhì)、半導(dǎo)體；優(yōu)選襯底、柵極、電介質(zhì)、源極和漏極、半導(dǎo)體，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為底柵底接觸結(jié)構(gòu)；3 :襯底、半導(dǎo)體、電介質(zhì)；優(yōu)選襯底、源極和漏極、半導(dǎo)體、電介質(zhì)、柵極，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為頂柵底接觸結(jié)構(gòu)；4 :襯底、半導(dǎo)體、電介質(zhì)；優(yōu)選襯底、半導(dǎo)體、源極和漏極、電介質(zhì)、柵極，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為頂柵頂接觸結(jié)構(gòu)。所述襯底優(yōu)選總是在該襯底的同一側(cè)涂覆有單層，即該單層連續(xù)沉積且彼此疊加地位于該襯底上。該單層可任選結(jié)構(gòu)化。本發(fā)明方法的必要特征為以溶液形式施加基于有機改性ニ氧化硅化合物，尤其是基于倍半硅氧烷和/或硅氧烷的電介質(zhì)或其前體化合物。此處，倍半硅氧烷和硅氧烷以本身為本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的低聚-或聚倍半硅氧烷或者低聚-或聚硅氧烷形式使用。在本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案中，所述有機改性ニ氧化硅化合物包含至少ー種選自通式(I)-(V)単元的単元，其中硅原子之間存在單氧橋
權(quán)利要求
1.一種制備包含至少ー個襯底、至少ー種電介質(zhì)和至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物的電子組件的方法，所述方法包括如下步驟 (A)單次或反復(fù)施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液， 或者 單次或反復(fù)施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底， (B)在室溫至350°C的溫度下熱處理獲自步驟(A)的涂覆襯底，從而獲得涂覆有電介質(zhì)或半導(dǎo)體金屬氧化物的襯底， (C)如果在步驟(A)中施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液，則單次或反復(fù)施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體至獲自步驟(B)的襯底上， 或者 如果在步驟(A)中施加包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或前體化合物的溶液或分散體，則單次或反復(fù)施加包含至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)或其前體化合物的溶液至獲自步驟(B)的襯底上，從而獲得涂覆有相應(yīng)溶液或分散體的襯底，和 (D)在室溫至350°C的溫度下熱處理獲自步驟(C)的涂覆襯底，從而獲得涂覆有所述電介質(zhì)和半導(dǎo)體金屬氧化物的襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述有機改性ニ氧化硅化合物包含至少ー種選自通式(I)-(V)單元的單元，其中硅原子間存在單氧橋
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中所述至少一種半導(dǎo)體金屬氧化物為ΖηΟ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任ー項的方法，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物以處于分散體中的金屬氧化物形式或者作為前體化合物用于步驟(A)或(C)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任ー項的方法，其中所用半導(dǎo)體金屬氧化物的所述至少ー種前體化合物為無機配合物[(OH)x (NH3) yZn]z，其中x、y和z各自獨立地為O. 01-10，其中x、y和z以使得所述配合物不帶電荷的方式選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任ー項的方法，其中步驟⑶和/或(C)在100-170°C的溫度下進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任ー項的方法，其中㈧和/或(C)的涂覆通過旋涂、噴涂、浸涂、液滴流延和/或印刷進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任ー項的方法，其中所述襯底為柔性襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述柔性襯底選自聚酯如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)，聚酰亞胺、聚碳酸酷、聚砜及其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任ー項的方法,其中包含至少ー種基于有機改性ニ氧化娃化合物或其前體化合物的電解質(zhì)的溶液的溶劑選自醇、水、酷、羧酸、胺、酰胺、醚、醛、酮、芳族化合物及其混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任ー項的方法，其中包含至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物或其前體化合物的溶液或分散體的溶劑或分散劑選自醇、水、酷、羧酸、胺、酰胺、醚、醛、酮、芳族化合物及其混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任ー項的方法，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物摻雜有選自Al3+、In3+、Sn4+、Ga3+及其混合物的金屬陽離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任ー項的方法，其中在步驟(B)和/或(D)之后，進行等離子體處理。
14.可通過根據(jù)權(quán)利要求1-13中任ー項的方法制備的電子組件。
15.電子組件，其包含至少ー個選自聚酯如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)，聚酰亞胺、聚碳酸酷、聚砜及其混合物的柔性襯底，至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)和至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物。
16.電子組件，其包含至少ー個襯底，至少ー種基于有機改性ニ氧化硅化合物且由溶液加工的電介質(zhì)和至少ー種由溶液加工的半導(dǎo)體金屬氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任ー項的電子組件，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物為由無機配合物[(OH)x (NH3) yZn]z制備的ZnO，其中x、y和z彼此獨立地為O. 01-10，其中x、y和z以使得所述配合物不帶電荷的方式選擇。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任ー項的電子組件，其為FET。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任ー項的電子組件，優(yōu)選FET，其包含聚萘ニ甲酸こニ醇酯襯底或聚對苯ニ甲酸こニ醇酯襯底，優(yōu)選聚萘ニ甲酸こニ醇酯膜襯底或聚對苯ニ甲酸こニ醇酯膜襯底，其具有柵極觸點；由
x(NH3)yZn]z溶液加工的ZnO半導(dǎo)體材料，其中x、y和z各自獨立地為O. 01-10，其中x、y和z以使得所述配合物不帶電荷的方式選擇，優(yōu)選由[(OH)2(NH3)4Zn]溶液加工；由包含甲基-和苯基倍半硅氧烷単元的玻璃樹脂的乳酸こ酯溶液加工的倍半硅氧烷電介質(zhì)；以及源扱-漏極觸點，其優(yōu)選由鋁制成。
20.有機改性ニ氧化硅化合物在制備電子組件中的用途，所述電子組件包含至少ー個選自聚酯如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)，聚酰亞胺、聚碳酸酷、聚砜及其混合物的柔性襯底，至少ー種基于這些有機改性ニ氧化硅化合物的電介質(zhì)和至少ー種半導(dǎo)體金屬氧化物。
21.有機改性ニ氧化硅化合物在制備電子組件中的用途，所述電子組件包含至少ー個襯底、基于這些有機改性ニ氧化硅化合物且由溶液加工的電介質(zhì)和至少ー種由溶液加工的半導(dǎo)體金屬氧化物。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21的用途，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物為由無機配合物[(OH)x (NH3)yZn]z制備的ZnO，其中x、y和z各自獨立地為0.0ト10，其中x，y和z以使得所述配合物不帶電荷的方式選擇。
23.根據(jù)權(quán)利要求20-22中任ー項的用途，其中所述電子組件為FET。
全文摘要
本發(fā)明一種制備包含至少一個襯底、至少一種電介質(zhì)和至少一種半導(dǎo)體金屬氧化物的電子組件，尤其是場效應(yīng)晶體管(FET)的方法，其中基于有機改性二氧化硅化合物，尤其是基于倍半硅氧烷和/或硅氧烷的電介質(zhì)或其前體化合物可由溶液加工且在室溫至350°的低溫下熱處理，并且所述半導(dǎo)體金屬氧化物，尤其是ZnO，或其前體化合物也可在室溫至350°的低溫下由溶液加工。
文檔編號H01L29/49GK102668086SQ201080057432
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者F·弗萊施哈克爾, T·凱澤, V·弗洛卡 申請人:巴斯夫歐洲公司