專利名稱：有機(jī)薄膜晶體管、有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)薄膜晶體管、有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
晶體管可以劃分為兩種主要類型雙極結(jié)晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這兩種類型都 有包括在其間溝道區(qū)內(nèi)布置有半導(dǎo)體材料的三個(gè)電極的共同的結(jié)構(gòu)。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)晶體管中這三個(gè)電極則稱為源極、漏極和柵 極。雙極結(jié)晶體管可以描述為電流動(dòng)作器件，因?yàn)榘l(fā)射極和集電極之間的電流由在基極和 發(fā)射極之間流過(guò)的電流控制。相反，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以描述為電壓動(dòng)作器件，因?yàn)樵谠礃O和 漏極之間流過(guò)的電流由柵極和源極之間的電壓控制。晶體管還能夠根據(jù)它們是包含傳導(dǎo)正電荷載流子(空穴)的半導(dǎo)體材料還是包含 傳導(dǎo)負(fù)電荷載流子(電子)的半導(dǎo)體材料分別分類為P型和η型。半導(dǎo)體材料可以根據(jù)其 接受、傳導(dǎo)、及供予電荷的能力來(lái)選擇。半導(dǎo)體材料接受、傳導(dǎo)、及供予空穴或電子的能力能 夠通過(guò)對(duì)材料摻雜得以改善。用于源電極和漏電極的材料還能夠根據(jù)其接受及注入空穴或 電子的能力來(lái)選擇。例如，ρ型晶體管器件能夠通過(guò)選擇其在接受、傳導(dǎo)、及供予空穴方面有效的半導(dǎo) 體材料，以及選擇其在注入及接受來(lái)自半導(dǎo)體材料的空穴方面有效的材料用于源電極和漏 電極來(lái)形成。電極內(nèi)的費(fèi)米能級(jí)與半導(dǎo)體材料的HOMO能級(jí)良好的能級(jí)匹配能夠改善空穴 注入及接受。相反，η型晶體管器件能夠通過(guò)以下方式形成選擇在接受、傳導(dǎo)、及供予電子 方面有效的半導(dǎo)體材料，并且選擇在將電子注入半導(dǎo)體材料內(nèi)以及接受來(lái)自半導(dǎo)體材料的 電子方面有效的材料用于源電極和漏電極。電極內(nèi)的費(fèi)米能級(jí)與半導(dǎo)體材料的LUMO能級(jí) 良好的能級(jí)匹配能夠改善電子的注入及接受。能夠起著η或P型的作用的雙極性器件也是 已知的。晶體管能夠通過(guò)將元件沉積于薄膜內(nèi)以形成薄膜晶體管(TFT)的方式來(lái)形成。當(dāng) 將有機(jī)材料用作這樣的器件內(nèi)的半導(dǎo)體材料時(shí)，則它稱為有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。有機(jī)薄膜晶體管的各種配置是已知的。一種這樣的器件是絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體 管，該絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在其間溝道區(qū)中布置有半導(dǎo)體材料的源電極和漏電極， 鄰近半導(dǎo)體材料布置的柵電極以及布置于柵電極與溝道區(qū)中的半導(dǎo)體材料之間的絕緣材 料層。OTFT可以通過(guò)低成本、低溫的方法(例如溶液處理)來(lái)制造。而且，OTFT可兼容 于柔性塑料基板，從而提供了在成卷工藝(roll-to-roll process)中于柔性基板上大規(guī)模 制造OTFT的前景。在圖1中示出了此類有機(jī)薄膜晶體管的實(shí)例。所示出的結(jié)構(gòu)可以沉積于基板1上 并且包括源電極和漏電極2、4，源電極和漏電極2、4由位于它們之間的溝道區(qū)6隔開(kāi)。有 機(jī)半導(dǎo)體(OSC)S被沉積于溝道區(qū)6中并且能夠在源電極和漏電極2、4的至少一部分之上 延伸。電介質(zhì)材料的絕緣層10被沉積于有機(jī)半導(dǎo)體8之上并且可以在源電極和漏電極2、4的至少一部分之上延伸。最終，柵電極12被沉積于絕緣層10之上。柵電極12位于溝道 區(qū)6之上并且可以在源電極和漏電極2、4的至少一部分之上延伸。以上所描述的結(jié)構(gòu)稱為頂柵有機(jī)薄膜晶體管，因?yàn)闁艠O位于器件的頂側(cè)。作為選 擇，同樣已知的是將柵極設(shè)置于器件的底側(cè)以形成所謂的底柵有機(jī)薄膜晶體管。在圖2中示出了此類底柵有機(jī)薄膜晶體管的實(shí)例。為了更清晰地示出在圖1和2 中所示的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，已經(jīng)將相似的參考數(shù)字用于對(duì)應(yīng)的部件。在圖2中示出的底柵 結(jié)構(gòu)包括沉積于基板1上的柵電極12，在該柵電極12之上沉積電介質(zhì)材料的絕緣層10。源 電極和漏電極2、4沉積于電介質(zhì)材料的絕緣層10之上。源電極和漏電極2、4由位于它們 之間的在柵電極之上的溝道區(qū)6隔開(kāi)。有機(jī)半導(dǎo)體(OSC)S沉積于溝道區(qū)6中并且可以在 源電極和漏電極2、4的至少一部分之上延伸。上述配置的一個(gè)問(wèn)題是在沉積OSC時(shí)如何將OSC容納于溝道區(qū)之內(nèi)。該問(wèn)題的一 個(gè)解決方案是設(shè)置限定阱(well)的絕緣提壩材料14的圖形化層，在該阱中OSC 8能夠通 過(guò)例如噴墨印刷(inkjet printing)由溶液中沉積。在圖3和圖4中分別示出了用于底柵 和頂柵有機(jī)薄膜晶體管的此類配置。再次，為了更清晰地示出圖1和2中所示的結(jié)構(gòu)之間， 以及在圖3和4中所示出的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，已經(jīng)將相似的參考數(shù)字用于對(duì)應(yīng)的部件。具體地，由絕緣材料的圖形化層14所限定的阱的外圍包圍限定于源電極和漏電 極2、4之間的部分或整個(gè)溝道6以便使OSC 8容易通過(guò)例如噴墨印刷來(lái)沉積。而且，由于 絕緣層14在OSC 8沉積之前沉積，因而它可以在不破壞OSC的情況下沉積及圖形化。絕緣 層14的結(jié)構(gòu)能夠使用已知的沉積及圖形化技術(shù)(例如正性或負(fù)性抗蝕劑的光刻、濕法刻 蝕、干法刻蝕等)以可再生產(chǎn)的方式來(lái)形成。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使設(shè)置了限定阱的提壩材料的圖形化層，問(wèn)題仍然存在于將 OSC容納于溝道區(qū)之內(nèi)以及使用沉積OSC的溶液處理技術(shù)在溝道區(qū)內(nèi)提供OSC的良好的膜 形成當(dāng)中。由于OSC典型地沉積在其中的有機(jī)溶劑的接觸角是小的，因而發(fā)生限定阱的提 壩材料的不可控的潤(rùn)濕。在最壞的情況下OSC可能會(huì)溢出該阱。已知潤(rùn)濕性能夠通過(guò)應(yīng)用表面處理步驟(例如等離子體處理)來(lái)控制。但是，同 樣已知的是此類表面處理能夠破壞暴露于阱內(nèi)的OTFT的有源層。例如，已知使柵極電介質(zhì) 受到等離子體處理能夠破壞電介質(zhì)。實(shí)際上，本申請(qǐng)人已經(jīng)進(jìn)行過(guò)他們自己的實(shí)驗(yàn)以通過(guò) 形成如圖2所示的其中在使用旋涂技術(shù)從溶液中沉積有機(jī)半導(dǎo)體材料之前使電介質(zhì)層受 到等離子體處理的底柵OTFT器件來(lái)證實(shí)了這種情況。將這些器件的性能與在制造期間沒(méi) 有將等離子體處理應(yīng)用于電介質(zhì)的對(duì)應(yīng)的器件相比。結(jié)果清晰地指出了其中在制造期間使 電介質(zhì)受到等離子體處理的OTFT器件的性能被嚴(yán)重降低。類似地，本申請(qǐng)人開(kāi)發(fā)了其中在 等離子體處理之前將保護(hù)性的“栓塞”沉積于電介質(zhì)之上以便保護(hù)電介質(zhì)層免受破壞的技 術(shù)。上述配置的另一個(gè)問(wèn)題是如何在有機(jī)半導(dǎo)體材料中提供良好的電荷載流子遷移 率。溝道的電導(dǎo)率能夠通過(guò)在柵極施加電壓來(lái)改變。通過(guò)這種方式能夠使用所施加的柵極 電壓來(lái)接通和切斷晶體管。給定的電壓可獲得的漏極電流取決于在器件的有源區(qū)(源電極 和漏電極之間的溝道)內(nèi)的有機(jī)半導(dǎo)體中的電荷載流子的遷移率。因而，為了以低工作電 壓來(lái)獲得高漏極電流，有機(jī)薄膜晶體管必須在溝道區(qū)內(nèi)具有電荷載流子流動(dòng)性高的有機(jī)半 導(dǎo)體。
有機(jī)薄膜晶體管的應(yīng)用當(dāng)前受到了有機(jī)半導(dǎo)體材料相對(duì)低的遷移率的制約。已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)改善遷移率最有效的方法之一是激勵(lì)有機(jī)材料使其有序并對(duì)準(zhǔn)。這最小化了分子間距 并且激勵(lì)了作為有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)主要傳導(dǎo)機(jī)制的鏈間跳躍。在薄膜晶體管中遷移率最高的有 機(jī)半導(dǎo)體材料顯示出了實(shí)質(zhì)上的有序化及結(jié)晶化，這從光學(xué)顯微照相和X射線光譜學(xué)中可 明顯看出。本發(fā)明的實(shí)施例的目的是解決以上所概述的問(wèn)題。特別地，某些實(shí)施例的目的是 改善OTFT的有機(jī)半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷遷移率，以及還改善有機(jī)半導(dǎo)體材料在從溶液沉積時(shí) 的約束及膜形成。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人自然地假定不論用來(lái)沉積有機(jī)半導(dǎo)體材料的是什么技術(shù)在背景技術(shù)部 分所討論的表面處理(例如等離子體處理)對(duì)OTFT的有源元件都具有同樣的有害作用。照 此，當(dāng)本申請(qǐng)人將用于有機(jī)半導(dǎo)體材料的在背景技術(shù)部分所描述的旋涂技術(shù)更改成噴墨沉 積技術(shù)時(shí)，他們繼續(xù)使用保護(hù)性的栓塞以便在等離子體處理期間保護(hù)下臥的電介質(zhì)層。但 是，本申請(qǐng)人現(xiàn)在已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴墨印刷技術(shù)用于沉積有機(jī)半導(dǎo)體材料時(shí)，通過(guò)在將 有機(jī)半導(dǎo)體材料噴墨印刷于下臥層上之前使下臥層受到清洗處理(cleaning treatment) 步驟(例如等離子體處理)使OTFT器件的性能實(shí)際上得到了顯著提高。也就是，與旋涂的 器件相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)與其中溝道區(qū)內(nèi)的下臥表面并沒(méi)有同樣暴露的噴墨印刷的器件比較 時(shí)，在有機(jī)半導(dǎo)體的噴墨印刷之前將清洗處理步驟(例如等離子體處理)應(yīng)用于OTFT的溝 道區(qū)實(shí)際上顯著地提高了器件性能。按照上文，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例其中提供了制造有機(jī)薄膜晶體管的方法，包 括提供包括限定溝道區(qū)的源電極和漏電極的基板；使至少溝道區(qū)經(jīng)受清洗處理步驟；以 及通過(guò)噴墨印刷使有機(jī)半導(dǎo)體材料由溶液沉積至溝道區(qū)內(nèi)。公知的是噴墨印刷層的膜形成特性明顯不同于通過(guò)其它技術(shù)(例如旋涂)沉積的 層的膜形成特性。先前，使用噴墨印刷技術(shù)沉積有機(jī)半導(dǎo)體材料而制造的OTFT器件在與使 用有機(jī)半導(dǎo)體材料的其它沉積技術(shù)(例如旋涂)制造的器件比較時(shí)已經(jīng)顯示出了不良的性 能。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)噴墨印刷的有機(jī)半導(dǎo)體膜具有較低的電荷遷移率。在不希望受任何 理論約束的情況下，據(jù)信本發(fā)明的清洗處理步驟影響溝道區(qū)內(nèi)的表面能以致使噴墨印刷的 有機(jī)半導(dǎo)體材料的潤(rùn)濕改善至足以抵消對(duì)溝道區(qū)表面的破壞的這樣的程度。實(shí)際上，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)電荷遷移率在與其中溝道區(qū)的表面沒(méi)有在有機(jī)半導(dǎo)體材料的噴墨沉積之前受到清洗 處理步驟的噴墨印刷的OTFT器件的電荷遷移率比較時(shí)能夠增加至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在旋涂 的器件上沒(méi)有觀察到這樣的效果，大概是由于旋涂層不同的膜形成特性。優(yōu)選地，使至少部分的源電極和漏電極也經(jīng)受清洗處理步驟。該清洗處理步驟去 除了污染電極表面的任何材料，否則污染材料會(huì)抑制電荷的注入/拉出。如果希望改善電 荷的注入/拉出，則該清洗處理步驟同樣有助于在電極上的上覆的自組裝單層的后續(xù)形 成。這類層的形成受到污染電極表面的材料的存在的抑制。清理處理步驟優(yōu)選為等離子體處理步驟，最優(yōu)選為O2等離子體處理步驟。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)等離子體處理，尤其是O2等離子體處理，在增加隨后沉積的噴墨印刷的有機(jī)半導(dǎo)體層的 電荷遷移率方面特別有效。等離子體可以包括O2和基團(tuán)促進(jìn)物質(zhì)(例如含鹵素的物質(zhì)，優(yōu)選為含氟的物質(zhì)，例如CF4)兩者。等離子體處理優(yōu)選應(yīng)當(dāng)是能量足夠高的以去除任何污染但是優(yōu)選是足夠低的使 得所暴露的表面不被過(guò)度地破壞。實(shí)際上，所暴露的表面的某些破壞可能正好是所希望的 以給有機(jī)的半導(dǎo)體材料提供結(jié)晶點(diǎn)。但是，對(duì)所暴露表面的過(guò)度破壞并不是所希望的。類 似地，暴露時(shí)間將同樣決定所暴露的表面被清洗/破壞的程度。優(yōu)選地，等離子體處理應(yīng)當(dāng) 持續(xù)至少60秒。清洗處理步驟優(yōu)選在有機(jī)半導(dǎo)體材料的噴墨印刷之前繼之以去潤(rùn)濕處理。優(yōu)選 地，去潤(rùn)濕處理是等離子體處理，例如含鹵素的等離子體，優(yōu)選為含氟的等離子體，例如CF4 等離子體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該附加的處理步驟的提供進(jìn)一步提高了噴墨印刷的OTFT器件的性能。 假定除了將抗?jié)櫇竦男再|(zhì)恢復(fù)至所暴露的表面之外，去潤(rùn)濕處理還可以起至少部分修復(fù)由 清洗處理步驟引起的對(duì)溝道區(qū)的任何破壞的作用。等離子體去潤(rùn)濕處理優(yōu)選持續(xù)至少10 秒，更優(yōu)選為至少30秒。對(duì)于頂柵0TFT，柵極電介質(zhì)被沉積于OSC之上并且柵電極被沉積于柵極電介質(zhì)之 上。但是，OTFT優(yōu)選為底柵OTFT并且提供基板的步驟包括沉積柵電極，將柵極電介質(zhì)沉積 于柵電極之上，以及將源電極和漏電極沉積于柵極電介質(zhì)之上以形成溝道區(qū)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)清 洗處理步驟對(duì)于在將有機(jī)半導(dǎo)體材料噴墨印刷于電介質(zhì)材料上之前處理在底柵OTFT的溝 道區(qū)內(nèi)暴露的電介質(zhì)材料是特別有效的。電介質(zhì)材料可以是無(wú)機(jī)的或有機(jī)的但優(yōu)選是有機(jī) 的。再次，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)清洗處理步驟對(duì)處理溝道區(qū)內(nèi)所暴露的有機(jī)電介質(zhì)材料是特別有效的。 據(jù)信清洗處理步驟可以去除有機(jī)電介質(zhì)材料的受污染的頂表面。對(duì)于噴墨印刷的器件，優(yōu)選是提供能夠?qū)⒂袡C(jī)半導(dǎo)體材料沉積于其中的阱。因此， 在提供基板之后，并且在清洗處理步驟之前，形成限定包圍溝道區(qū)的阱的絕緣材料的圖形 化層是有利的。這種阱形成步驟應(yīng)當(dāng)在清洗處理步驟之前執(zhí)行，以便避免溝道區(qū)在清洗步 驟之后的污染，并且在有機(jī)半導(dǎo)體材料的噴墨印刷之前。實(shí)際上，本發(fā)明的清洗處理步驟特 別對(duì)其中設(shè)置有限定阱的材料的圖形化層的器件有用，因?yàn)樾纬稍搱D形化層的工藝會(huì)導(dǎo)致 不利地影響到此類器件的性能的溝道區(qū)和/或源電極和漏電極的污染。清洗處理步驟去除 了在阱形成工藝之后遺留于溝道區(qū)內(nèi)以及電極上的致污材料。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，其中提供了根據(jù)先前所描述的方法制造的有機(jī)薄膜晶體 管器件，該器件具有至少10_4cm7Vs的電荷遷移率，更優(yōu)選為至少10_3cm2/Vs，以及最優(yōu)選為 至少10_2cm2/Vs。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有本發(fā)明的清洗處理步驟的情況下使用噴墨印刷制造的以外 器件具有小于10_4cm2/Vs的電荷遷移率。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，其中提供了有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件及其制造方法，在該 有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件中并入了根據(jù)先前所描述的方法制造的有機(jī)薄膜晶體管。


本發(fā)明在此將參考附圖僅以實(shí)例的方式更詳細(xì)地描述，在附圖中圖1示出了已知的頂柵有機(jī)薄膜晶體管配置；圖2示出了已知的底柵有機(jī)薄膜晶體管配置；圖3示出了具有用于容納有機(jī)半導(dǎo)體的阱的底柵有機(jī)薄膜晶體管配置；圖4示出了具有用于容納有機(jī)半導(dǎo)體的阱的頂柵有機(jī)薄膜晶體管配置；
圖5示出了涉及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成底柵有機(jī)薄膜晶體管的方法步驟；圖6示出了涉及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成頂柵有機(jī)薄膜晶體管的方法步驟；圖7示出了包含有機(jī)薄膜晶體管及有機(jī)發(fā)光器件的有源矩陣有機(jī)發(fā)光顯示器的 一部分；以及圖8示出了包含有機(jī)薄膜晶體管及有機(jī)發(fā)光器件的另一有源矩陣有機(jī)發(fā)光顯示 器配置的一部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)通過(guò)噴墨印刷來(lái)沉積OSC的器件將附加的清洗處理步驟引入 OTFT工藝流程中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這會(huì)使噴墨印刷的器件產(chǎn)生良好的OTFT性能，包括噴墨沉積 的OSC溶液的好的潤(rùn)濕和膜形成特性以及生成的OSC膜的高結(jié)晶度，以及從而產(chǎn)生的高電 荷遷移率。圖5示出了涉及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成底柵有機(jī)薄膜晶體管的方法步驟。與在 圖1到4中使用的參考數(shù)字相似的參考數(shù)字已經(jīng)被使用于對(duì)應(yīng)的部件。圖5(A)描繪了在 OSC沉積之前的處于顯影(development)的器件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)以下方式形成將柵電極 12沉積于基板1上，將柵極電介質(zhì)10沉積于柵電極12之上，將源電極和漏電極2、4沉積于 柵極電介質(zhì)10之上，限定其中柵極電介質(zhì)10被暴露的溝道區(qū)6，以及形成限定包圍溝道區(qū) 6的阱的絕緣提壩材料的圖形化層14。在圖5(A)所示的配置中限定阱的提壩14具有能夠 有利于在OSC由溶液沉積于阱內(nèi)時(shí)形成良好的OSC膜的底切剖面(undercut profile)。但 是，限定阱的提壩作為選擇可以具有正性的剖面(positive profile) 0如圖5(B)到5(C)所示，暴露于阱內(nèi)的電介質(zhì)10及源電極和漏電極2、4經(jīng)受了 O2 等離子體處理并且然后經(jīng)受了 CF4等離子體處理。OSC 8然后噴墨印刷至阱內(nèi)以形成如圖 5(D)所示的結(jié)構(gòu)。圖6示出了涉及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成頂柵有機(jī)薄膜晶體管的對(duì)應(yīng)的方法步 驟。與在圖1到5中使用的參考數(shù)字相似的參考數(shù)字已經(jīng)被使用于對(duì)應(yīng)的部件。該方法步驟與圖5所示出的用于底柵配置的方法步驟相似，除了如圖6(A)所示的 那樣使用不同的起始結(jié)構(gòu)。在此，在基板1上提供了限定溝道區(qū)6的源電極和漏電極2、4， 提供了形成于源電極和漏電極之上的限定阱的提壩層。然后使這種結(jié)構(gòu)受到O2等離子體 處理并且然后是CF4等離子體處理，如圖6(B)到6(C)所示。OSC 8然后噴墨印刷至阱內(nèi)， 如圖6(D)所示，繼之以如圖6(E)所示的柵極電介質(zhì)10以及柵電極12以形成如圖6(F)所 示的結(jié)構(gòu)。以下將更詳細(xì)地討論適合于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成OTFT的材料和工藝?；蹇梢允莿傂缘幕蛉嵝缘?。剛性的基板可以選自玻璃或硅而柔性的基板可以包 括薄的玻璃或塑料例如聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)PEN、聚碳 酸酯及聚酰亞胺。有機(jī)半導(dǎo)體材料可以通過(guò)使用適合的溶劑制成可溶液處理的。示例性的溶劑包 括單或多烷基苯(例如甲苯和二甲苯)；四氫萘；及氯仿。優(yōu)選的溶液沉積技術(shù)包括旋涂 和噴墨印刷。其它溶液沉積技術(shù)包括浸涂、滾涂和絲網(wǎng)印刷。
有機(jī)半導(dǎo)體材料優(yōu)選的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括小分子，例如可選地取代的并五笨；可選地取代的 聚合物，例如聚芳醚，特別是聚芴和聚噻吩；以及低聚物?？梢允褂貌牧系幕旌衔?，包括不同 材料類型的混合物(例如聚合物和小分子混合物)。源電極和漏電極對(duì)于ρ溝道0TFT，源電極和漏電極優(yōu)選包括高功函數(shù)的材料，優(yōu)選為具有大于 3. 5eV的功函數(shù)的金屬，例如金、鉬、鈀、鉬、鎢、或鉻。更優(yōu)選地，金屬具有在4. 5 5. 5eV 的范圍內(nèi)的功函數(shù)。還可以使用其它適合的化合物、合金和氧化物，例如三氧化鉬和氧化銦 錫。源電極和漏電極可以通過(guò)熱蒸發(fā)來(lái)沉積并且使用本領(lǐng)域所已知的標(biāo)準(zhǔn)的光刻及剝離技 術(shù)來(lái)圖形化。作為選擇，可以將導(dǎo)電的聚合物沉積為源電極和漏電極。這類導(dǎo)電聚合物的實(shí)例 是聚(乙撐二氧噻吩)(PEDOT)，雖然其它導(dǎo)電聚合物是本領(lǐng)域中所已知的?？梢允褂美?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)將此類導(dǎo)電聚合物由溶液沉積。對(duì)于η溝道0TFT，源電極和漏電極優(yōu)選包括例如為具有小于3. 5eV的功函數(shù)的金 屬(例如鈣或鋇)或者金屬化合物(特別是堿金屬或堿土金屬的氧化物或氟化物，例如氟 化鋰、氟化鋇和氧化鋇)薄層的材料。作為選擇，可以將導(dǎo)電聚合物沉積為源電極和漏電 極。為了制造方便，源電極和漏電極優(yōu)選由相同的材料形成。但是，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到源電極 和漏電極分別為了優(yōu)化電荷注入和拉出可以由不同的材料形成。限定于源電極和漏電極之間的溝道的長(zhǎng)度可以高達(dá)500微米，但是該長(zhǎng)度優(yōu)選小 于200微米，更優(yōu)選為小于100微米，最優(yōu)選為小于20微米。柵電極柵電極能夠選自范圍廣泛的導(dǎo)電材料，例如金屬(例如金)或金屬化合物(例如 氧化銦錫)。作為選擇，可以將導(dǎo)電聚合物沉積為柵電極?？梢允褂美缧炕驀娔∷⒓?術(shù)以及以上所討論的其它溶液沉積技術(shù)將此類導(dǎo)電聚合物由溶液沉積出。由例如原子力顯微鏡(AFM)所測(cè)量的柵電極、源電極和漏電極的厚度可以處于 5 200nm的范圍內(nèi)，盡管典型為50nm。柵極電介質(zhì)柵極電介質(zhì)包括電介質(zhì)材料，電介質(zhì)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直接成正比，并且漏極電流Id與電容直接成正比。因而，為了以低工作電壓來(lái)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。電介質(zhì)材料可以是有機(jī)的或無(wú)機(jī)的。優(yōu)選的無(wú)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(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(gòu)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)。電介質(zhì)材料可以通過(guò)本領(lǐng)域所已知的熱蒸發(fā)、真空處理或?qū)訅杭夹g(shù)來(lái)沉積。作為 選擇，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)將電介質(zhì)材 料從溶液沉積。
如果將電介質(zhì)材料由溶液沉積到有機(jī)半導(dǎo)體上，則電介質(zhì)材料不應(yīng)該引起有機(jī)半 導(dǎo)體的溶解。類似地，如果將有機(jī)半導(dǎo)體由溶液沉積到電介質(zhì)材料上，則電介質(zhì)材料不應(yīng)該 被溶解。避免該溶解的技術(shù)包括使用正交溶劑，即使用用于沉積不溶解下臥層的最上層的 熔劑；以及交聯(lián)下臥層。柵極電介質(zhì)層的厚度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選為小于500nm。另外的層其它層可以包含于器件架構(gòu)中。例如，自組裝單層(SAM)可以沉積于柵極、源電極 或漏電極、基板、絕緣層及有機(jī)半導(dǎo)體材料上以促進(jìn)結(jié)晶(crystallity)，減小接觸電阻率， 修復(fù)表面特性以及在有需要的地方促進(jìn)粘附。特別地，在溝道區(qū)內(nèi)的電介質(zhì)表面可以設(shè)置 有包括結(jié)合區(qū)和有機(jī)區(qū)的單層以通過(guò)例如改善有機(jī)半導(dǎo)體的形態(tài)(特別是聚合物對(duì)準(zhǔn)和 結(jié)晶度)以及覆蓋電荷陷阱來(lái)提高器件性能，特別是對(duì)于高k值的電介質(zhì)表面。該單層的 示例性材料包括具有長(zhǎng)的烷基鏈的氯代硅烷或烷氧基硅烷，例如十八烷基三氯硅烷。類似 地，源電極和漏電極可以設(shè)置有SAM以改善有機(jī)半導(dǎo)體與電極之間的接觸。例如，金的SD 電極可以設(shè)置有SAM，其中該SAM包含硫醇結(jié)合基團(tuán)以及用于改善接觸的基團(tuán)(可以為具有 高偶極矩的基團(tuán))；摻雜劑；或共軛部分。OTFT 應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的OTFT具有范圍廣泛的可能應(yīng)用。一種此類應(yīng)用是 驅(qū)動(dòng)光學(xué)器件中的像素，優(yōu)選為有機(jī)光學(xué)器件。該光學(xué)器件的實(shí)例包括感光器件 (photoresponsive device)，特別是光電探測(cè)器，和發(fā)光器件，特別是有機(jī)發(fā)光器件。OTFT 特別適合使用于有源矩陣有機(jī)發(fā)光器件，例如使用于顯示應(yīng)用中。圖7示出了包括制作于公共基板21上的有機(jī)薄膜晶體管和相鄰的有機(jī)發(fā)光器件 的像素。OTFT包括柵電極22、電介質(zhì)層24、分別標(biāo)示為23s和23d的源電極和漏電極、以及 OSC層25。OLED包括陽(yáng)極27、陰極29以及設(shè)置于陽(yáng)極和陰極之間的電致發(fā)光層28。另外 的層可以位于陽(yáng)極和陰極之間，例如電荷傳輸層、電荷注入層或電荷阻擋層。在圖7的實(shí)施 例中，陰極材料層延伸橫過(guò)OTFT和OLED兩者，并且設(shè)置絕緣層26以使陰極層29與OSC層 25電隔離。在本實(shí)施例中，漏電極23d直接連接至有機(jī)發(fā)光器件的陽(yáng)極以使有機(jī)發(fā)光器件 在發(fā)光狀態(tài)和非發(fā)光狀態(tài)之間切換。OTFT和OLED的有源區(qū)域由公共的提壩材料限定，公共的提壩材料通過(guò)將光致抗 蝕劑層沉積于基板21上并且對(duì)它進(jìn)行圖形化以在基板上限定OTFT和OLED的區(qū)域來(lái)形成。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在制造期間可以以與涉及圖5和6所描述的方式類似的方式在OSC 和有機(jī)電致發(fā)光材料沉積于阱之前使限定OTFT和OLED兩者的阱經(jīng)歷清洗處理步驟。然后 可以將OTFT和OLED的剩余層沉積于阱內(nèi)。在圖8所示的替代配置中，有機(jī)薄膜晶體管可以按與有機(jī)發(fā)光器件成堆疊的關(guān)系 來(lái)制作。在該實(shí)施例中，有機(jī)薄膜晶體管如同上文所描述的那樣按頂柵或底柵的配置來(lái)組 建。如同圖7的實(shí)施例那樣，OTFT和OLED的有源區(qū)域由光致抗蝕劑的圖形化層33所限定， 但是在這種堆疊配置中存在兩個(gè)分離的提壩層33- —個(gè)用于OLED而一個(gè)用于0TFT。根據(jù) 本發(fā)明的實(shí)施例，這兩個(gè)分離的層在制造期間可以以與涉及圖5、6和7所描述的方式相似 的方式來(lái)處理。使平面化層31 (也稱為鈍化層)沉積于OTFT之上。示例性的鈍化層包括BCB和聚對(duì)二甲苯。有機(jī)發(fā)光器件被制作于鈍化層之上。有機(jī)發(fā)光器件的陽(yáng)極34由穿過(guò)鈍化層 31和提壩層33的導(dǎo)電通孔32電連接至有機(jī)薄膜晶體管的漏電極。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到包含OTFT和光學(xué)有源區(qū)域(例如發(fā)光區(qū)域或感光區(qū)域)的像素電路 可以包括更多的元件。特別地，圖7和8的OLED像素電路將典型地包括除所示的驅(qū)動(dòng)晶體 管外的至少另一晶體管以及至少一個(gè)電容器。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在此所描述的有機(jī)發(fā)光器件可以是頂發(fā)光器件或底發(fā)光器件。也就 是，器件可以通過(guò)器件的陽(yáng)極側(cè)或陰極側(cè)發(fā)光。在透明器件中，陽(yáng)極和陰極兩者都是透明 的。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到透明陰極器件不必具有透明的陽(yáng)極(當(dāng)然，除非想要完全透明的器件)，因 此用于底發(fā)光器件的透明陽(yáng)極可以以反射材料層(例如鋁層)來(lái)代替或補(bǔ)充。透明的陰極特別有利于有源矩陣的器件，因?yàn)樵谠撈骷写┻^(guò)透明陽(yáng)極的發(fā)光可 能如同能夠從圖8所示的實(shí)施例中看出的那樣至少部分地由位于發(fā)光像素之下的OTFT驅(qū) 動(dòng)電路所阻擋。實(shí)例OTFT根據(jù)圖5所示的工藝來(lái)制造。該器件的遷移率比在沒(méi)有氧氣等離子體處理的 情況下形成的對(duì)應(yīng)的器件高至至少2個(gè)數(shù)量級(jí)。相反地，旋涂器件的遷移率在經(jīng)受氧氣和/或CF4等離子體處理時(shí)下降達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然本發(fā)明已經(jīng)部分示出并參考其優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，在沒(méi)有脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下這里可以進(jìn)行形式及細(xì) 節(jié)的各種改變。
權(quán)利要求
一種制造有機(jī)薄膜晶體管的方法，包括以下步驟提供包含限定溝道區(qū)的源電極和漏電極的基板；使至少所述溝道區(qū)經(jīng)歷清洗處理步驟；以及通過(guò)噴墨印刷將有機(jī)半導(dǎo)體材料由溶液沉積到所述溝道區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中還使所述源電極和漏電極的至少部分經(jīng)受所述清洗處理步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述清洗處理步驟是等離子體處理步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述等離子體處理步驟是O2等離子體處理步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中所述等離子體包括基團(tuán)促進(jìn)物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述基團(tuán)促進(jìn)物質(zhì)是含鹵素的物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述含鹵素的物質(zhì)是含氟的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述含氟的物質(zhì)是CF4。
9.根據(jù)權(quán)利要求3到8中的任一權(quán)利要求的方法，其中所述等離子體處理步驟至少執(zhí) 行60秒。
10.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，其中在所述有機(jī)半導(dǎo)體材料的噴墨印刷之前在所 述清洗處理步驟之后繼之以去潤(rùn)濕處理步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述去潤(rùn)濕處理步驟是等離子體處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述去潤(rùn)濕等離子體處理包括含鹵素的等離子體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述含鹵素的等離子體是含氟的等離子體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述含氟的等離子體是CF4。
15.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，其中所述有機(jī)薄膜晶體管是頂柵器件，所述方法還 包括將柵極電介質(zhì)沉積于所述有機(jī)半導(dǎo)體材料之上以及將柵電極沉積于所述柵極電介質(zhì) 之上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其中所述有機(jī)薄膜晶體管是底柵器件，提供 所述基板的步驟包括沉積柵電極，將柵極電介質(zhì)沉積于所述柵電極之上，以及將所述源電 極和漏電極沉積于所述柵極電介質(zhì)之上以形成所述溝道區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述電介質(zhì)材料是有機(jī)電介質(zhì)。
18.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，還包括在提供基板的步驟之后并且在清洗處理步 驟之前形成限定包圍所述溝道區(qū)的阱的絕緣材料的圖形化層。
19.一種根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法制造的有機(jī)薄膜晶體管器件，所述器件具有至 少10_4cm2/VS的電荷遷移率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的有機(jī)薄膜晶體管器件，其中所述器件具有至少l(T3Cm2/VS的電 荷遷移率。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的有機(jī)薄膜晶體管器件，其中所述器件具有至少10_2cm2/Vs的電 荷遷移率。
22.一種制造有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件的方法，包括以下步驟在包含圖形化電極層的基板上形成限定多個(gè)阱的至少一個(gè)提壩層；使所述多個(gè)阱經(jīng)歷清理處理步驟；以及通過(guò)噴墨印刷將有機(jī)半導(dǎo)體材料沉積到所述阱中的一些阱中以在其中形成有機(jī)薄膜 晶體管并且將有機(jī)光學(xué)有源材料沉積至所述阱中的其它阱中以在其中形成發(fā)光像素。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中形成步驟包括在公共基板上形成為所述有機(jī)薄膜 晶體管和所述像素兩者提供的公共的提壩層，并且其中經(jīng)歷步驟包括使所述有機(jī)薄膜晶 體管的所述阱和所述像素的所述阱兩者同時(shí)經(jīng)歷所述清洗處理步驟。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求22或23的所述方法制造的有源矩陣有機(jī)光學(xué)器件，其中所述有 機(jī)薄膜晶體管具有至少l(T4Cm2/VS的電荷遷移率。
全文摘要
一種制造有機(jī)薄膜晶體管的方法，包括提供包含限定溝道區(qū)的源電極和漏電極的基板；使至少溝道區(qū)經(jīng)歷清洗處理步驟；以及通過(guò)噴墨印刷將有機(jī)半導(dǎo)體材料由溶液沉積到溝道區(qū)中。
文檔編號(hào)H01L51/05GK101926016SQ200880125795
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者C·墨菲, M·貝爾 申請(qǐng)人:劍橋顯示技術(shù)有限公司