專利名稱：由無電鍍形成有機薄膜晶體管的源電極和漏電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面的涉及有機薄膜晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
晶體管能夠劃分成兩種主要類型雙極結(jié)晶體管和場效應(yīng)晶體管。這兩種類型享有共同的結(jié)構(gòu)，該共同結(jié)構(gòu)包括三個電極，在它們之間溝道區(qū)中布置有半導(dǎo)電材料。雙極結(jié)晶體管的三個電極被稱為發(fā)射極、集電極和基極，而在場效應(yīng)晶體管中這三個電極被稱為源極、漏極和柵極。雙極結(jié)晶體管可以被描述為電流操作型器件因為在發(fā)射極和集電極之間的電流由在基極和發(fā)射極之間流過的電流所控制。對比地，場效應(yīng)晶體管可以被描述為電壓操作型器件因為在源極和漏極之間流過的電流由在柵極和源極之間的電壓所控制。晶體管還能夠分別根據(jù)它們包含究竟是傳導(dǎo)正電荷載流子(空穴)還是負電荷載流子(電子)的半導(dǎo)電材料來劃分為P型和η型。半導(dǎo)電材料可以根據(jù)其接受、傳導(dǎo)和施供電荷的能力來選擇。半導(dǎo)電材料接受、傳導(dǎo)和施供空穴或電子的能力能夠通過摻雜材料來提高。用于源電極和漏電極的材料同樣能夠根據(jù)其接受和注入空穴或電子的能力來選擇。 例如，P型晶體管器件能夠通過選擇在接受、傳導(dǎo)和施供空穴方面高效的半導(dǎo)電材料，以及選擇在注入和接受來自該半導(dǎo)電材料的空穴方面高效的材料用于源電極和漏電極而形成。 電極內(nèi)的費米能級與半導(dǎo)電材料的HOMO能級的良好的能級匹配能夠提高空穴的注入和接受。相反，η型晶體管器件能夠通過選擇在接受、傳導(dǎo)和施供電子方面高效的半導(dǎo)電材料， 以及選擇在注入電子到該半導(dǎo)電材料之內(nèi)以及從該半導(dǎo)電材料接受電子方面高效的材料用于源電極和漏電極而形成。電極的費米能級與半導(dǎo)電材料的LUMO能級的良好的能級匹配能夠提高電子的注入和接受。晶體管能夠通過將組成部分沉積成薄膜而形成以形成薄膜晶體管。當將有機材料用作該器件內(nèi)的半導(dǎo)電材料時，該器件被稱為有機薄膜晶體管。有機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效應(yīng)晶體管，絕緣柵極場效應(yīng)晶體管包括源電極和漏電極(在它們之間溝道區(qū)中布置有半導(dǎo)電材料)、相鄰于半導(dǎo)電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)電材料之間的絕緣材料層。在圖1中示出了該有機薄膜晶體管的一個實例。所示出的結(jié)構(gòu)可以沉積于襯底 (沒有示出)上并且包括源電極和漏電極2、4，由位于它們之間的溝道區(qū)6所間隔開。有機半導(dǎo)體(OSC)S被沉積于溝道區(qū)6之內(nèi)并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。電介質(zhì)材料的絕緣層10被沉積于有機半導(dǎo)體8之上并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。最后，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之上并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。以上所描述的結(jié)構(gòu)稱為頂柵有機薄膜晶體管，因為柵極位于器件的頂面。作為選擇，同樣已知的是將柵極設(shè)置于器件的底面之上以形成所謂底柵有機薄膜晶體管。在圖2中示出了該底柵有機薄膜晶體管的一個實例。為了更清楚地示出圖1和2所示的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，相同的參考數(shù)字已經(jīng)被使用于相應(yīng)的部件。圖2所示的底柵結(jié)構(gòu)包括沉積于襯底1之上的柵電極12，在其之上沉積有電介質(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以位于它們之間的在柵電極之上的溝道區(qū)6來間隔開。有機半導(dǎo)體(OSC)S沉積于溝道區(qū)6中并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。對所有有機薄膜晶體管的挑戰(zhàn)之一是保證在源電極和漏電極與有機半導(dǎo)體(OSC) 之間的良好的歐姆接觸。在薄膜晶體管導(dǎo)通時需要良好的歐姆接觸來使接觸電阻最小化。 對于P溝道器件，使提取和注入勢壘最小化的典型方法是為源電極和漏電極選擇具有與 OSC的HOMO能級良好地匹配的功函數(shù)的材料。例如，許多常見的OSC材料具有與金的功函數(shù)的良好的HOMO能級匹配，使得金是用作源電極和漏電極材料的相對好的材料。類似地，對于η溝道器件，使提取和注入勢壘最小化的典型方法是為源電極和漏電極選擇具有與OSC 的LUMO能級良好地匹配的功函數(shù)的材料。上述配置的一個問題是相對少量的材料會具有與OSC的H0M0/LUM0擁有良好的能級匹配的功函數(shù)。這些材料中有許多可能是昂貴的(例如金)和/或可能難以沉積以形成源電極和漏電極。需要諸如真空設(shè)備那樣的復(fù)雜裝置的氣相沉積或濺射技術(shù)通常用于此類材料。而且，即使可獲得適合的材料，該材料也可能不與所期望的OSC完美地匹配，并且OSC 的改變可能需要改變用于源電極和漏電極的材料。與使用氣相沉積或濺射技術(shù)來沉積有機薄膜晶體管中的源、漏或柵電極不同，WO 2005/0791 提出了溶液處理技術(shù)，特別是無電鍍(electroless plating)技術(shù)。雖然WO 2005/0791 提示該技術(shù)能夠用于源、漏或柵電極中的任何一個，但是在WO 2005/079126 所描述的實例中無電鍍技術(shù)僅使用于柵電極，而源極和漏極被描述為包括通過溶液處理技術(shù)(例如旋涂、浸涂、刮涂、棒涂、槽模涂或噴涂，噴墨印刷、凹版印刷、膠版印刷或絲網(wǎng)印刷)或者通過蒸發(fā)和光刻技術(shù)來沉積的導(dǎo)電的聚合物或金屬材料。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)溶液處理技術(shù)，包括無電印刷(electroless printing)以及以上直接列出的涂布和印刷技術(shù)，不產(chǎn)生與上覆的有機半導(dǎo)體(OSC)具有良好的歐姆接觸的源電極和漏電極。EP 1508924也公開了用于形成有機薄膜晶體管的源電極和漏電極的無電鍍技術(shù)的使用并且通過將氧化層形成于源電極和漏電極之上來解決上述不良的歐姆接觸的問題。 文中描述了用于形成氧化層的兩種實施例。在第一實施例中，氧化層通過激光消融、濺射、 化學氣相沉積或氣相沉積來沉積。在第二實施例中，氧化層通過使用氧等離子體處理、熱氧化或陽極氧化來氧化源極和漏極的表面而形成。雖然這些技術(shù)可以改進在源電極和漏電極與有機半導(dǎo)體之間的歐姆接觸，但是它們導(dǎo)致了之前的問題，即此類技術(shù)通常需要諸如真空設(shè)備那樣的復(fù)雜裝置。WO 01/01502通過提供在源電極和漏電極之上形成自組裝層的電荷傳輸材料來解決在有機薄膜晶體管的源電極和漏電極與有機半導(dǎo)體之間的不良歐姆接觸的問題。文中沒有給出關(guān)于用于沉積有機薄膜晶體管的各種組成部分的技術(shù)的細節(jié)。假定在WO 01/01502 中描述了標準的金電極和并五苯有機半導(dǎo)體，則可以假定標準的真空沉積技術(shù)被用于所有的組成部分。US 2005/133782通過由熱蒸發(fā)、電子束氣相沉積或濺射來沉積源極/漏極鈀金屬，并且然后使用苯基腈或取代的苯基腈(例如四氰基醌二甲烷(TCNQ))來摻雜源極/漏極鈀金屬來解決在有機薄膜晶體管的源電極和漏電極與有機半導(dǎo)體之間的不良的歐姆接觸的問題，。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人已經(jīng)認識到，現(xiàn)有技術(shù)的配置中沒有一個提供結(jié)合了對不需要復(fù)雜的制造設(shè)備的與產(chǎn)生具有良好的功能性質(zhì)的器件的簡單、快速及廉價的制造工藝的要求的方法或器件。因此，本發(fā)明的實施例的目的是提供這樣的有利特征的結(jié)合并且特別地提供容易、 快速、廉價的，不需要復(fù)雜的制造設(shè)備的并且產(chǎn)生具有良好的功能性質(zhì)的器件的制造有機薄膜晶體管的方法。鑒于以上情況，以及根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種制造有機薄膜晶體管的方法，該方法包括使用溶液處理技術(shù)將源電極和漏電極沉積于襯底之上；使用溶液處理技術(shù)將功函數(shù)改性層形成于源電極和漏電極之上；以及使用溶液處理技術(shù)將有機半導(dǎo)電材料沉積于源電極和漏電極之間的溝道區(qū)中。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述方法使同樣具有良好的功能性質(zhì)的完全溶液處理的有機薄膜晶體管能夠得以制成。雖然不受理論所束縛，不過仍假定源電極和漏電極的溶液處理產(chǎn)生在微觀層面上具有大的表面面積的源電極和漏電極，其中當與例如源電極及漏電極和 /或功函數(shù)改性層的氣相沉積或濺射比較時，使用進一步的溶液處理技術(shù)能夠使量更大的功函數(shù)改性材料粘附于該表面面積上。進而，為功函數(shù)改性層實現(xiàn)了在微觀層面上較大的接觸表面面積，使得當有機半導(dǎo)體被溶液處理于其上時，在功函數(shù)改性層與有機半導(dǎo)體之間更好的電荷遷移通過例如在源電極和漏電極的表面周圍對有機半導(dǎo)體進行較高水平的摻雜來實現(xiàn)。同時，將溶液處理技術(shù)使用于全部的源電極和漏電極、功函數(shù)改性層及OSC顯然產(chǎn)生了粘結(jié)層，每個層完全覆蓋下面的層，沒有間隙或孔洞。將氣相沉積或氧化技術(shù)使用于一個或多個層的一個可能的問題是功函數(shù)改性層可能不完全覆蓋電極表面并且在有機半導(dǎo)體直接接觸源極和漏極的地方可能有空隙或孔洞，導(dǎo)致器件性能的劣化。例如，如果功函數(shù)改性層通過氣相沉積來沉積于由溶液處理技術(shù)形成的高表面面積的源電極和漏電極之上，則在微觀層面上源電極和漏電極的部分表面將保持為未覆蓋的。此外，如果使用高能量的工藝來沉積有機半導(dǎo)體那么這可能破壞下面的功函數(shù)改性層，再次使源極和漏極裸露而在多個微觀區(qū)域內(nèi)與有機半導(dǎo)體直接接觸。通過將溫和的、低能量的溶液處理技術(shù)用于所有的層，缺陷很少的高表面面積的層被形成，使所形成的器件產(chǎn)生了良好的功能性質(zhì)。此外，這些有利的器件特征在制造工藝中不需要復(fù)雜的氣相沉積裝置等來實現(xiàn)?？梢詫⒉煌娜芤禾幚砑夹g(shù)使用于每個層，包括選自無電鍍、電鍍、旋涂、浸涂、刮涂、棒涂、槽模涂或噴涂，以及噴墨印刷、凹版印刷、膠版印刷或絲網(wǎng)印刷的技術(shù)。在一種優(yōu)選的實施例中使用無電鍍來形成源電極和漏電極。這是低成本的且相對快速的用于形成源電極和漏電極的方法。有幾種無電鍍技術(shù)是本領(lǐng)域所已知的，其中任意一種都可以使用。一般地，它們涉及將圖形化的種子層形成于襯底之上并且然后使圖形化的種子層暴露于含有要沉積于圖形化的種子層之上金屬的無電鍍?nèi)芤骸Ｔ搱D形化的種子層可以通過將前體/催化劑沉積于襯底上并且然后圖形化來形
6成。作為選擇，前體/催化劑可以使用直接圖形化技術(shù)(例如噴墨印刷)或者另外的直接印刷技術(shù)(例如絲網(wǎng)印刷、柔版印刷、凹版印刷等)來沉積。優(yōu)選的是在無電鍍之后種子層中沒有一部分保留為裸露的，至少在器件的有源區(qū)域。也就是，在圖形化之后，優(yōu)選的是沒有種子層的材料保留于圖形之間使得在涂鍍之后全部種子層都沉積于電極之下。如果任何種子層在電鍍之后保留于電極之外，例如在源極和漏極之間的溝道區(qū)中，那么這能夠不利地影響到對布置于電極的表面附近以及在器件的電極之間的溝道區(qū)中的材料很敏感的所形成器件的功能性質(zhì)。各種金屬能夠通過無電鍍來沉積，包括銅、鎳、鉬、鈀、鈷和金。根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，銅被使用于源電極和漏電極因為它是廉價的并且可使用無電鍍技術(shù)容易地沉積。 雖然本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)無電鍍的銅在單獨使用時形成與有機半導(dǎo)體的不良的歐姆接觸，但是在結(jié)合溶液處理的功函數(shù)改性劑來使用時已經(jīng)實現(xiàn)了良好的性能。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，銅與溶液可處理的功函數(shù)改性劑絡(luò)合，允許在功函數(shù)改性層的溶液處理期間功函數(shù)改性劑與源電極和漏電極的選擇性接合。優(yōu)選地，源電極和漏電極在形成功函數(shù)改性層之前清洗。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，稀釋的酸，例如稀釋的HC1，用于清洗無電鍍的金屬(例如銅)是特別有效的從而使具有很少的微觀缺陷或空穴的完整的功函數(shù)改性層形成于它們之上。功函數(shù)改性層可以包括改進與上覆的有機半導(dǎo)體的歐姆接觸的任何溶液可處理的材料。在一種配置中，功函數(shù)改性層是另一金屬層。這可以通過無電鍍或電鍍來沉積。 例如，源電極和漏電極的主體能夠通過無電鍍相對廉價的、高電導(dǎo)率的金屬(例如銅)來形成，以及然后在它們之上能夠沉積與OSC材料形成了較好的歐姆接觸的金屬(例如金或鈀) 的表面層。在另一種配置中，功函數(shù)改性層由用于通過接受或施供電荷對有機半導(dǎo)電材料進行化學摻雜的有機摻雜劑形成。摻雜劑可以用于接受來自有機半導(dǎo)電材料的電子的電子接受型的，由此有機半導(dǎo)電材料是P摻雜的。優(yōu)選地，P摻雜劑具有小于-4. 3eV的LUMO能級以便容易地接受電子。 與P摻雜劑一起使用的有機半導(dǎo)電材料可以具有大于或等于-5. 5eV的HOMO能級以便施供電子。更優(yōu)選地，對于P溝道器件，摻雜劑具有小于-4. 3eV的LUMO能級以及有機半導(dǎo)電材料具有大于或等于-5. 5eV的HOMO能級。為了避免有關(guān)這些負值的任何誤解，范圍“大于或等于-5. kV”包括-5. 4eV但不包括-5. 6eV，以及范圍“小于-4. 3eV，，包括-4. 4eV但不包括-4. 2eV。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有大于或等于-5. 5eV的HOMO能級的半導(dǎo)電有機材料與具有小于-4. 3eV的LUMO能級的摻雜劑的結(jié)合在源極和漏極接觸的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了導(dǎo)電的組合物。 雖然不受理論所束縛，但假定具有大于或等于-5. 5eV的HOMO能級的有機半導(dǎo)電材料提供優(yōu)良的空穴傳輸和注入的性質(zhì)，而具有小于-4. 3eV的LUMO能級的摻雜劑容易接受來自該有機半導(dǎo)電材料的電子以便在有機半導(dǎo)電材料中產(chǎn)生自由的空穴。在ρ摻雜劑的情形中，有機半導(dǎo)電材料的HOMO優(yōu)選比摻雜劑的LUMO高(即負得較少)。這提供了從有機半導(dǎo)電材料的HOMO到摻雜劑的LUMO更好的電子遷移。但是，如果有機半導(dǎo)電材料的HOMO只是稍微低于摻雜劑的LUM0，則電荷遷移仍然觀察得到。
優(yōu)選地，用于ρ型器件的有機半導(dǎo)電材料具有4. 6-5. 5eV的HOMO。這允許從電極以及穿過有機半導(dǎo)電材料的良好的空穴注入和傳輸。優(yōu)選地，摻雜劑是電荷中性的摻雜劑，更優(yōu)選地是任選地取代的四氰基醌二甲烷 (TCNQ)，而不是諸如質(zhì)子酸摻雜劑那樣的離子種類。在電極附近提供高濃度酸可能導(dǎo)致電極被蝕刻，釋放出可能使上覆的有機半導(dǎo)電材料劣化的電極材料。而且，酸可以與有機半導(dǎo)電材料反應(yīng)，導(dǎo)致有害于器件性能的電荷分離。由此，電荷中性的摻雜劑(例如TCNQ)是優(yōu)選的。優(yōu)選地，任選地取代的TCNQ是氟化衍生物，例如，四氟四氰基醌二甲烷 (F4-TCNQ)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種衍生物特別善于接受電子。有機半導(dǎo)體的電導(dǎo)率在電極附近優(yōu)選為10_6S/cm 10_2S/cm。但是，組合物的電導(dǎo)率能夠根據(jù)特定用途所需的特定的電導(dǎo)率值通過改變摻雜劑的濃度，或者通過使用不同的有機半導(dǎo)電材料和/或摻雜劑容易地改變。作為上述ρ溝道器件的替代，摻雜劑可以是用于給有機半導(dǎo)電材料施供電子的電子施供型的，由此有機半導(dǎo)電材料是η摻雜的。有機摻雜劑可以包括用于通過接受或施供電荷對有機半導(dǎo)電材料進行化學摻雜的摻雜劑部分(moiety)以及用于選擇性地接合于源電極和漏電極的與摻雜劑部分接合的分開的附接部分。附接部分可以包括離去基團使得附接部分在所述的基團離去時與源極和漏極的材料反應(yīng)以形成與它們的接合。例如，附接部分可以包括甲硅烷基、巰基、胺基和磷酸基中的至少一個。間隔基團可以被設(shè)置于附接部分和摻雜劑部分之間。間隔基團能夠用來使摻雜劑部分更好地置于OSC之內(nèi)，產(chǎn)生更好的摻雜。而且，間隔基團能夠在OSC將要沉積于其上的表面內(nèi)提供一定的撓性，這能夠使得OSC更好地成膜于該表面上。間隔基團可以是亞烷基鏈，例如C1-C2tl亞烷基鏈。間隔基團可以是長度不同的從而形成隨著接近源電極和漏電極而增加的摻雜劑部分的濃度梯度。有機摻雜劑可以形成諸如自組裝單層(SAM)那樣的薄自組裝層，例如，諸如五氟苯基硫醇那樣的硫醇。有機半導(dǎo)電材料可以是溶液可處理的聚合物、樹枝狀聚合物和小分子。對于底柵器件，可以利用有機電介質(zhì)材料來提供電介質(zhì)層與源電極和漏電極在化學性質(zhì)方面大的差異從而促進了附接部分與源電極和漏電極的選擇性接合。類似地，對于頂柵器件，可以利用有機襯底來提供電介質(zhì)層與源電極和漏電極在化學性質(zhì)方面大的差異從而促進附接部分與源電極和漏電極的選擇性接合。在另一種配置中，電介質(zhì)層或襯底可以被處理以增強附接部分與對著電介質(zhì)層或襯底的源電極和漏電極的選擇性接合。優(yōu)選地，電介質(zhì)層通過前面所提到的溶液處理技術(shù)中的一種來沉積。此外，柵極電介質(zhì)也可以使用前面所提到的溶液處理技術(shù)中的一種來沉積。因此，有可能形成完全溶液處理的具有良好的功能性質(zhì)的有機薄膜晶體管。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了根據(jù)前面所描述的方法形成的有機薄膜晶體管。該有機薄膜晶體管包括溶液處理的源電極和漏電極；布置于源電極和漏電極之上的溶液處理的功函數(shù)改性材料；以及布置于溝道區(qū)中源電極和漏電極之間的溶液處理的有機半導(dǎo)電材料。如果源電極和漏電極使用優(yōu)選的無電鍍技術(shù)來沉積那么它們將包括布置于電極金屬內(nèi)的種子材料。


本發(fā)明現(xiàn)在將僅借助于實例參考附圖進行更詳細的描述，在附圖中圖1示出了已知的頂柵有機薄膜晶體管的配置；圖2示出了已知的底柵有機薄膜晶體管的配置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的有機薄膜晶體管；圖4示出了無電鍍技術(shù)；圖5示出了涉及形成根據(jù)圖3所示的實施例的有機薄膜晶體管的方法步驟；圖6示出了包括制作于公共襯底之上的有機薄膜晶體管和相鄰的有機發(fā)光器件的像素；以及圖7示出了包括按照與有機發(fā)光器件堆疊的關(guān)系制作的有機薄膜晶體管的像素。
具體實施例方式圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的頂柵有機薄膜晶體管。器件包括襯底1，在該襯底1上源電極和漏電極2、4由位于它們之間的溝道區(qū)6間隔開。有機半導(dǎo)體0)SC)8 被沉積于溝道區(qū)6中并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。電介質(zhì)材料的絕緣層10被沉積于有機半導(dǎo)體8之上并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。最后，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之上并且可以延伸至源電極和漏電極2、4的至少一部分之上。結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的配置以及為了清晰起見相同的參考數(shù)字已經(jīng)被使用于相同的部件。圖3所示的配置的一個關(guān)鍵的差別是源電極和漏電極2、4已經(jīng)在其上布置了功函數(shù)改性層14。另一差別是源電極和漏電極2、4，功函數(shù)改性層14以及有機半導(dǎo)體8全都已經(jīng)被溶液處理了。這可以通過對層的顯微分析來確認。例如，在源電極和漏電極通過優(yōu)選的無電鍍技術(shù)來沉積的情形中，則它們包括布置于電極之內(nèi)的種子材料16。在圖4中示出了一種用于為了無電鍍源電極和漏電極而形成圖形化的種子層的方法。無電鍍催化劑與可溶成分40的混合物通過例如旋涂沉積于襯底41上。所沉積的混合物使用例如掩模42進行選擇性的UV曝光，如步驟1所示，然后被顯影并且可溶的成分被去除以留下圖形化的種子層44，如步驟2所示。具有圖形化的種子層的襯底然后可以布置于具有無電鍍?nèi)芤旱馁A槽內(nèi)使得來自溶液中的金屬生長于圖形化的種子層之上以形成其中布置有種子材料的電極46。在無電鍍以形成源電極和漏電極之后，OTFT的剩余層被制成。在圖5中示出了 OTFT的制作工藝。在步驟1中，源電極和漏電極2、4使用如前面所描述的圖形化的種子層16來形成于襯底1之上。襯底優(yōu)選以稀釋的HCl來清洗以去除任何原生的氧化物。在步驟2中， F4TCNQ層14從鄰氯苯溶液施加并且該溶液然后被漂洗掉。F4TCNQ 14與源電極和漏電極 2、4絡(luò)合。在步驟3中，OSC 8通過旋涂來沉積并且被干燥。在步驟4中，電介質(zhì)10被旋涂并且被干燥。最后，在步驟5中，柵電極12被形成。
這種技術(shù)同樣適用于底柵器件。在這種情況下，柵電極首先被沉積并且用柵極電介質(zhì)來覆蓋。源電極和漏電極然后沉積于柵極電介質(zhì)之上并且用功函數(shù)改性層來涂布。最后，OSC被沉積。處理可以施加于特定的位置以防止功函數(shù)改性材料的附著。如果選擇性不能直接地實現(xiàn)，則這可能是有必要的以防止對溝道區(qū)的附著。在源-漏金屬需要露出(例如用于與隨后的導(dǎo)電層的電連接)的地方，功函數(shù)改性層可能需要被去除(例如通過對光反應(yīng)附接基團的直接的光圖形化、激光消融等)或者在表面圖形化之前可能需要限定需要功函數(shù)改性層的地方。作為選擇，如果功函數(shù)改性層是足夠薄的和充分導(dǎo)電的，則它能夠留在原處，不阻礙導(dǎo)電通孔形成。下面討論根據(jù)本發(fā)明的實施例的有機薄膜晶體管的其它特征。IM襯底可以是剛性的或撓性的。剛性襯底可以選自玻璃或硅而撓性襯底可以包括薄的玻璃或塑料，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯PEN、聚碳酸酯和聚酰亞胺?？梢酝ㄟ^使用適合的溶劑來使有機半導(dǎo)電材料變成溶液可處理的。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。其它溶液沉積技術(shù)包括浸涂、滾筒印刷和絲網(wǎng)印刷。有機半導(dǎo)體材料優(yōu)選的有機半導(dǎo)體材料包括小分子(例如任選地取代的并五苯)、任選地取代的聚合物(例如聚亞芳基，特別是聚芴和聚噻吩)及低聚物?？梢允褂貌牧系幕旌衔?，包括不同的材料類型的混合物(例如聚合物和小分子的混合物)。源電極和漏電極源電極和漏電極包括形式可以是金屬或?qū)щ娋酆衔锏娜芤嚎商幚淼牟牧?。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，源電極和漏電極通過金屬的無電鍍來形成。為了方便制造，源電極和漏電極優(yōu)選由相同的材料來形成。但是，應(yīng)當意識到，源電極和漏電極可以分別由不同的材料形成和/或形成不同的厚度以優(yōu)化電荷的注入及提取。限定在源電極和漏電極之間的溝道的長度可以達500微米，但是優(yōu)選地，該長度小于200微米，更優(yōu)選地小于100微米，最優(yōu)選地小于20微米。柵電極柵電極4可以選自廣泛范圍的導(dǎo)電材料，例如金屬(例如金)或金屬化合物(例如氧化銦錫)。作為選擇，導(dǎo)電聚合物可以被沉積為柵電極4。此類導(dǎo)電聚合物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)從溶液中沉積出。柵電極、源電極和漏電極的厚度可以為5-200nm，然而由例如原子力顯微鏡(AFM) 所測得的典型為50nm。絕緣層絕緣層包括選自具有高電阻率的絕緣材料的電介質(zhì)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為可實現(xiàn)用于OTFT的電容是直接與k 成比例，并且漏電流Id直接與電容成比例。因而，為了以低操作電壓實現(xiàn)高漏電流，在溝道區(qū)中具有電介質(zhì)薄層的OTFT是優(yōu)選的。電介質(zhì)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)選的有機材料一般是聚合物并且包括絕緣聚合物，例如可從Dow Corning公司購得的聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡絡(luò)烷酮(PVP)、諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸鹽和苯并環(huán)丁烷(BCB)。絕緣層可以由材料的混合物形成或者包括多層型結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)材料可以通過本領(lǐng)域內(nèi)所已知的熱蒸發(fā)、真空處理或?qū)雍霞夹g(shù)來沉積。作為選擇，電介質(zhì)材料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)從溶液中沉積出。如果電介質(zhì)材料從溶液中沉積于有機半導(dǎo)體之上，則電介質(zhì)材料不應(yīng)導(dǎo)致有機半導(dǎo)體的溶解。類似地，如果有機半導(dǎo)體從溶液中沉積于電介質(zhì)材料之上則電介質(zhì)材料不應(yīng)被溶解。避免這樣的溶解的技術(shù)包括正交溶劑的使用(也就是使用不溶解下面層的用于沉積最上層的溶劑)；以及下面層的交聯(lián)。絕緣層的厚度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選地小于500nm。另外的層其它層可以包含于器件的體系結(jié)構(gòu)中。例如，自組裝單層(SAM)可以沉積于柵電極、源電極或漏電極、襯底、絕緣層和有機半導(dǎo)體材料上以促進結(jié)晶，降低接觸電阻，修復(fù)表面特性以及在需要的地方促進粘附。特別地，可以給在溝道區(qū)中的電介質(zhì)表面設(shè)置包括接合區(qū)和有機區(qū)的單層以通過例如提高有機半導(dǎo)體的形態(tài)(特別是聚合物取向和結(jié)晶度)以及覆蓋電荷陷阱來提高器件的性能，特別是對于高k值的電介質(zhì)表面。用于該單層的示例性材料包括具有長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，可以給源電極和漏電極設(shè)置SAM以改善有機半導(dǎo)體與電極之間的接觸。例如，可以給金SD電極設(shè)置包括硫醇接合基團以及可以是具有高偶極矩、摻雜劑或共軛部分的基團的用于改進接觸的基團的SAM。OTFT 應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的OTFT具有廣泛范圍的可能應(yīng)用。一種這樣的應(yīng)用是驅(qū)動光學器件內(nèi)的像素，優(yōu)選為有機光學器件。此類光學器件的實例包括感光器件，特別是光電檢測器，以及發(fā)光器件，特別是有機發(fā)光器件。OTFT特別適合與有源矩陣有機發(fā)光器件一起使用，例如使用于顯示應(yīng)用中。圖6示出了像素包括制作于公共襯底20之上的有機薄膜晶體管和相鄰的有機發(fā)光器件。OTFT包括柵電極22、電介質(zhì)層24、分別為23s和23d的源電極和漏電極、以及OSC 層25。OLED包括陽極27、陰極四、以及設(shè)置于陽極和陰極之間的電致發(fā)光層觀。另外的層可以位于陽極和陰極之間，例如電荷傳輸層、電荷注入層或電荷阻擋層。在圖6的實施例中，陰極材料層延伸橫過OTFT和OLED兩者之上，并且絕緣層沈被設(shè)置以使陰極層四與 OSC層25電隔離。OTFT和OLED的有源區(qū)域由公共岸提材料限定，該公共岸提材料通過將光刻膠層沉積于襯底21上并且對它進行圖形化以在襯底上界定OTFT和OLED區(qū)域來形成。在該實施例中，漏電極23d直接連接至有機發(fā)光器件的陽極以使有機發(fā)光器件在發(fā)光和不發(fā)光狀態(tài)之間切換。在圖7所示的可替代配置中，有機薄膜晶體管可以按照與有源發(fā)光器件的堆疊關(guān)系來制作。在該實施例中，有機薄膜晶體管如以上所描述的那樣構(gòu)建成頂柵或底柵結(jié)構(gòu)。如同圖6的實施例，OTFT和OLED的有源區(qū)域由光刻膠33的圖形化層來限定，但是在這種堆疊配置中，存在兩個分離的岸提層33——一個用于OLED —個用于0TFT。平面化層31 (也稱為鈍化層)被沉積于OTFT之上。示例性的鈍化層包括BCB和聚對二甲苯。有機發(fā)光器件被制作于鈍化層之上。有機發(fā)光器件的陽極34通過穿過鈍化層31和岸提層33的導(dǎo)電通孔32與有機薄膜晶體管的漏電極電連接。應(yīng)當意識到，包括OTFT和光學有源區(qū)域(例如發(fā)光或感光區(qū)域)的像素電路可以包括另外的元件。特別地，圖6和7的OLED像素電路將典型地包括除了所示的驅(qū)動晶體管之外的至少一個另外的晶體管，以及至少一個電容器。應(yīng)當意識到，在此所描述的有機發(fā)光器件可以是頂發(fā)光或底發(fā)光器件。也就是，器件可以通過器件的陽極或陰極側(cè)來發(fā)射光。在透明的器件中，陽極和陰極兩者都是透明的。 應(yīng)當理解，陰極透明的器件不需要具有透明的陽極(當然，除非完全透明的器件是所希望的)，以及用于底發(fā)光器件的透明陽極可以用反射材料層(例如鋁層)來代替或補充。透明的陰極特別有利于有源矩陣器件，因為在此類器件中穿過透明陽極的發(fā)光可能由位于發(fā)光像素之下的OTFT驅(qū)動電路至少部分地阻擋，如同能夠從圖7所示的實施例中看到的。雖然本發(fā)明已經(jīng)特別參考其優(yōu)選的實施例進行示出和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進行形式和細節(jié)上的各種改變。
1權(quán)利要求
1.一種制造有機薄膜晶體管的方法，所述方法包括使用溶液處理技術(shù)將源電極和漏電極沉積于襯底之上；使用溶液處理技術(shù)將功函數(shù)改性層形成于所述源電極和漏電極之上；以及使用溶液處理技術(shù)將有機半導(dǎo)電材料沉積于所述源電極和漏電極之間的溝道區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于各個層中的每個層的所述溶液處理技術(shù)獨立地選自無電鍍、電鍍、旋涂、浸涂、刮涂、棒涂、槽模涂或噴涂，以及噴墨印刷、凹版印刷、膠版印刷或絲網(wǎng)印刷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中無電鍍技術(shù)被用來形成所述源電極和漏電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述無電鍍技術(shù)包括形成含有圖形的種子層，在所述圖形之間沒有留下所述種子層的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述圖形化的種子層通過將前體材料的層沉積于所述襯底上并且然后通過從所述圖形之間的區(qū)域去除所述前體材料來圖形化而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述圖形化的種子層通過使用直接圖形化技術(shù)將前體材料的層沉積于所述襯底上來形成。
7.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述源電極和漏電極由銅、鎳、鉬、鈀、鈷和金之一形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述源電極和漏電極由銅形成。
9.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述源電極和漏電極在形成所述功函數(shù)改性層之前經(jīng)歷清理步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述清理步驟包括以稀釋的酸來清洗。
11.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述功函數(shù)改性層包括金屬層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬層通過無電鍍或電鍍來沉積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述功函數(shù)改性層包括用于通過接受或施供電荷來對所述有機半導(dǎo)電材料進行化學摻雜的有機摻雜劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述有機摻雜劑是電荷中性的摻雜劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述有機摻雜劑是用于接受來自所述有機半導(dǎo)電材料的電子的電子接受型，由此所述有機半導(dǎo)電材料是P摻雜的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述有機摻雜劑具有小于-4.3eV的LUMO能級。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中所述有機半導(dǎo)電材料具有大于或等于-5. 5eV的HOMO能級。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機半導(dǎo)電材料的 HOMO高于所述摻雜劑的LUMO。
19.根據(jù)權(quán)利要求15到18中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機半導(dǎo)電材料具有-4. 6 -5. 5eV 的 HOMO。
20.根據(jù)權(quán)利要求15到19中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機摻雜劑是任選地取代的四氰基醌二甲烷(TCNQ)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述任選地取代的TCNQ是它的氟化衍生物。
22.根據(jù)權(quán)利要求13到21中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機摻雜劑包括摻雜劑部分和與所述摻雜劑部分接合的分開的附接部分，所述摻雜劑部分用于通過接受或施供電荷對有機半導(dǎo)電材料進行化學摻雜，所述分開的附接部分用于選擇性地接合于所述源電極和漏電極。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中間隔基團被設(shè)置于所述附接部分和所述摻雜劑部分之間。
24.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述功函數(shù)改性層包括自組裝層。
25.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機薄膜晶體管是包括布置于所述襯底上的柵電極以及布置于所述柵電極之上的電介質(zhì)材料的層的底柵器件，所述源電極和漏電極被布置于所述電介質(zhì)材料之上。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到M中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機薄膜晶體管是頂柵器件，在所述頂柵器件中所述源電極和漏電極被布置于所述襯底之上，所述有機半導(dǎo)電材料被布置于所述源電極和漏電極之上以及它們之間的所述溝道區(qū)中，電介質(zhì)材料被布置于所述有機半導(dǎo)電材料之上且柵電極被布置于所述電介質(zhì)材料之上。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其中所述電介質(zhì)材料通過溶液處理技術(shù)來沉積。
28.根據(jù)權(quán)利要求25到27中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述柵電極通過溶液處理技術(shù)來沉積。
29.一種有機薄膜晶體管，包括 溶液處理的源電極和漏電極；布置于所述源電極和漏電極之上的溶液處理的功函數(shù)改性材料；以及布置于所述源電極和漏電極之間溝道區(qū)中的溶液處理的有機半導(dǎo)電材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的有機薄膜晶體管，其中無電鍍的種子材料被布置于所述源電極和漏電極之內(nèi)。
全文摘要
一種制造有機薄膜晶體管的方法，該方法包括使用溶液處理技術(shù)將源電極和漏電極沉積于襯底之上；使用溶液處理技術(shù)將功函數(shù)改性層形成于源電極和漏電極之上；以及使用溶液處理技術(shù)將有機半導(dǎo)電材料沉積于源電極和漏電極之間的溝道區(qū)中。
文檔編號H01L51/10GK102388476SQ201080005844
公開日2012年3月21日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者G·懷廷, J·J·M·哈爾斯, J·卡特, J·波羅格斯, K·韋伯 申請人:劍橋顯示技術(shù)有限公司