制備有機(jī)晶體管的方法、有極晶體管、制備半導(dǎo)體器件的方法、半導(dǎo)體器件和電子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可以獲得充分高的載流子遷移率的有機(jī)晶體管以及其制造方法。包括通過(guò)在布置在基板上的柵極上施涂溶液統(tǒng)一形成柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜，所述溶液包含聚合物和通式1所表示的化合物，柵絕緣膜含有所述聚合物，以及所述有機(jī)半導(dǎo)體膜包括所述化合物(其中R為氫或烷基)。
【專利說(shuō)明】制備有機(jī)晶體管的方法、有極晶體管、制備半導(dǎo)體器件的方法、半導(dǎo)體器件和電子裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備有機(jī)晶體管的方法、一種有機(jī)晶體管、一種制備半導(dǎo)體器件的方法、一種半導(dǎo)體器件和一種電子裝置。更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使用二氧雜蒽嵌蒽基化合物(dioxaanthanthrene-based compound)制備有機(jī)晶體管的方法、一種有機(jī)晶體管、一種制備半導(dǎo)體器件的方法、一種半導(dǎo)體器件和一種使用有機(jī)晶體管或半導(dǎo)體器件的電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在相關(guān)技術(shù)中，作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件中的活化層(半導(dǎo)體膜)，使用硅為代表的無(wú)機(jī)基半導(dǎo)體材料。
[0003]然而，所述使用由無(wú)機(jī)基半導(dǎo)體材料例如硅形成的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件具有以下缺點(diǎn)。首先，由于真空處理、高溫加熱處理等是必須的，因此消耗了大量的能量。第二，由于高溫加熱處理是必須的，因此所使用的基板類型受到限制。第三，需要投資昂貴的制造設(shè)備。第四，由于該無(wú)機(jī)基半導(dǎo)體材料是硬的和脆的，因此對(duì)于彎曲或者拉伸應(yīng)力的耐性較低。
[0004]近年來(lái)，包含由有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件已經(jīng)被人們所注意。該半導(dǎo)體器件與使用由無(wú)機(jī)基半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件相比具有下述優(yōu)點(diǎn)。首先，該半導(dǎo)體膜能在低溫下形成。第二，由于有機(jī)半導(dǎo)體材料可溶于溶劑，因此所述半導(dǎo)體膜能通過(guò)涂敷形成。第三，由于所述有機(jī)半導(dǎo)體材料可溶于溶劑，因此該半導(dǎo)體膜能通過(guò)印刷法形成。第四，由于所述半導(dǎo)體膜能容易地通過(guò)涂敷或印刷法形成，因此其利于半導(dǎo)體膜面積的增加。第五，由于該半導(dǎo)體膜能夠在低溫下形成，因此該半導(dǎo)體膜能在低耐熱性但是具有柔韌性的柔性基板上形成，該柔性基板由塑料或類似物形成，并且因此可以制造出柔性半導(dǎo)體器件。第六，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)控制該有機(jī)半導(dǎo)體材料的取代基來(lái)控制半導(dǎo)體膜的性能，所以能夠嘗試多功能和高性能的半導(dǎo)體器件。第七，可以嘗試低成本的半導(dǎo)體器件。
[0005]到目前為止，作為適合于涂敷或印刷的有機(jī)半導(dǎo)體材料，已使用的有并五苯衍生物、聚(烷基噻吩)等，并且通過(guò)濕法使用有機(jī)半導(dǎo)體材料制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管已經(jīng)表現(xiàn)出進(jìn)展。然而，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率等于或低于0.1cm2V-1S-1,并且使用相關(guān)技術(shù)中的無(wú)定形硅的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(膜晶體管)的遷移率小于Icm2I1s'
[0006]進(jìn)一步地，與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相比較，該有機(jī)半導(dǎo)體材料存在載流子注射相關(guān)的問(wèn)題。也就是，通常，在有機(jī)分子中，分子具有不穩(wěn)定的淺的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)。實(shí)際上，在多并苯化合物中，因?yàn)榫哂卸汰h(huán)長(zhǎng)度的蒽具有比長(zhǎng)環(huán)長(zhǎng)度的并五苯更深的Η0Μ0，所以蒽是穩(wěn)定的。然而在具有深HOMO的穩(wěn)定的有機(jī)分子中，當(dāng)通常的金屬作為電極材料時(shí)，因?yàn)樵谟袡C(jī)分子的HOMO和金屬的有效官能團(tuán)之間發(fā)生大量能量差異，有效地載流子注入預(yù)期的被肖特基勢(shì)魚(yú)(Schottky barrier)所抑制。[0007]進(jìn)一步地，與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相比，有機(jī)半導(dǎo)體材料在大氣壓或者在高溫下是不穩(wěn)定的。也就是，如上所述，能夠令人滿意的在電極上進(jìn)行載流子注入的有機(jī)分子，具有淺的Η0Μ0，但是該有機(jī)分子很可能在大氣壓或者高溫下不穩(wěn)定。進(jìn)一步地，眾所周知有機(jī)半導(dǎo)體材料是通過(guò)其自身與氧的反應(yīng)進(jìn)行分解?；谶@些原因，使用由有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件的性能會(huì)產(chǎn)生惡化。
[0008]此外，在半導(dǎo)體器件中使用由旋轉(zhuǎn)-涂敷有機(jī)半導(dǎo)體材料溶于溶劑中的溶液得到的半導(dǎo)體膜中，確保平面性能的均勻性是困難的。這被認(rèn)為是由于當(dāng)旋轉(zhuǎn)涂敷含有有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液時(shí)的涂敷不均勻所引起的。
[0009]近年來(lái)，為了解決使用由有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件的問(wèn)題，本發(fā)明人建議使用二氧雜蒽嵌蒽基化合物，例如6，12-二氧雜蒽嵌蒽(亦稱為perixanthenoxanthene、6, 12-二氧雜蒽嵌蒽(可縮寫(xiě)為“PXX”))作為有機(jī)半導(dǎo)體材料(參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)I)。當(dāng)使用二氧雜蒽嵌蒽基化合物時(shí)，可以解決因使用有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體膜的情況而導(dǎo)致的上述問(wèn)題。例如PXX在大氣壓下是穩(wěn)定的并且具有優(yōu)異的抗熱性(見(jiàn)非專利文獻(xiàn)I)。
[0010]引用列表
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)I JP2010-006794A
[0013]非專利文獻(xiàn)
[0014]非專利文獻(xiàn)1:N.Kobayashi, M.Sasaki and K.Nomoto: Chem.Mater.21 (2009) 552
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]技術(shù)問(wèn)題
[0016]然而，當(dāng)有機(jī)半導(dǎo)體膜使用上述的二氧雜蒽嵌蒽基化合物形成時(shí)，由于有機(jī)半導(dǎo)體膜是在柵絕緣膜(gate insulating film)形成后在柵絕緣膜上形成的,或者柵絕緣膜是在使用二氧雜蒽嵌蒽基化合物形成有機(jī)半導(dǎo)體膜后，在有機(jī)半導(dǎo)體膜上形成的，因此很難在有機(jī)半導(dǎo)體膜和柵絕緣膜之間形成令人滿意的界面。因此難以在有機(jī)晶體管中獲得足夠高的載流子遷移率(carrier mobility)。
[0017]因此，期望提供一種能夠獲得足夠高的載流子遷移率的有機(jī)晶體管和其制備方法。
[0018]進(jìn)一步地，期望提供一種能夠獲得足夠高載流子遷移率的半導(dǎo)體器件，例如有機(jī)晶體管，和其制備方法。
[0019]進(jìn)一步期望提供一種使用優(yōu)異的有機(jī)晶體管或半導(dǎo)體器件的電子裝置(electronic apparatus)。
[0020]從下述說(shuō)明書(shū)的描述中明顯的看出所述的目的和其它目的。解決問(wèn)題的方法
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供一種制備有機(jī)晶體管的方法，所述方法包括通過(guò)在布置在基底(base substrate)上的柵極上施涂溶液統(tǒng)一形成(collectively forming)柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜，以及在該有機(jī)半導(dǎo)體膜上形成源極和漏極，該溶液包含聚合物和通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，和通式7所表示的化合物中的至少一種化合物，該柵絕緣膜含有上述聚合物，該有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在柵絕緣膜上并含有上述至少一種化合物。
[0022][化學(xué)式I]
[0023]
【權(quán)利要求】
1.制備有機(jī)晶體管的方法，所述方法包括: 通過(guò)在布置在基底上的柵極上施涂溶液統(tǒng)一形成柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜，以及 在所述有機(jī)半導(dǎo)體膜上形成源極和漏極， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述柵絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在柵絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式I]
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種化合物是由下述通式9?17所表示的化合物: [化學(xué)式9]
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液的溶劑是二甲苯、對(duì)二甲苯、甲苯、1，3，5-三甲基苯、1，2，3，4-四氫化萘、苯甲醚、苯、1，2- 二氯苯、鄰二氯苯、環(huán)己烷和乙基環(huán)己烷中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜是通過(guò)在所述柵極上形成構(gòu)成柵絕緣膜的一部分的有機(jī)絕緣膜，并在所述有機(jī)絕緣膜上施涂所述溶液來(lái)形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物為聚(α-甲基苯乙烯)和環(huán)烯烴共聚物中的至少一種。
6.有機(jī)晶體管，其包括: 通過(guò)在布置在基底上的柵極上施涂溶液統(tǒng)一形成的柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜，以及 在所述有機(jī)半導(dǎo)體膜上布置的源極和漏極， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合 物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述柵絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在柵絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式18]
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)晶體管，其中所述柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜是通過(guò)在所述柵極上形成構(gòu)成柵絕緣膜的一部分的有機(jī)絕緣膜，并在所述有機(jī)絕緣膜上施涂所述溶液來(lái)形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)晶體管，其中所述聚合物為聚(α-甲基苯乙烯)和環(huán)烯烴共聚物中的至少一種。
9.電子裝置，其包括:有機(jī)晶體管， 所述有極晶體管包括: 通過(guò)在布置在基底上的柵極上施涂溶液統(tǒng)一形成的柵絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜，以及 在所述有機(jī)半導(dǎo)體膜上布置的源極和漏極， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述柵絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在柵絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式26]

10.制備半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 通過(guò)在基底上施涂溶液統(tǒng)一形成絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式34]
11.半導(dǎo)體器件，其包括: 通過(guò)在基底上施涂溶液統(tǒng)一形成的絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式42]
12.電子裝置，其包括:半導(dǎo)體器件， 所述半導(dǎo)體器件包括: 通過(guò)在基底上施涂溶液統(tǒng)一形成的絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜， 所述溶液包含聚合物和下述化合物中的至少一種化合物，所述化合物為:通式I所表示的化合物，通式2所表示的化合物，通式3所表示的化合物，通式4所表示的化合物，具有通式4所表示的結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除烷基外的取代基，通式5所表示的化合物，通式6所表示的化合物，具有通式5或6所示結(jié)構(gòu)的化合物，其中R為除了烷基以外的取代基，和通式7所表示的化合物，所述絕緣膜含有所述聚合物，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜形成在絕緣膜上并含有所述至少一種化合物， [化學(xué)式50]
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103430293SQ201280014498
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】小林典仁 申請(qǐng)人:索尼公司