一種用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于有機半導(dǎo)體薄膜通常都具有較大的體電導(dǎo)，如果集成電路中薄膜晶體管器件的有機半導(dǎo)體薄膜互相連接，一方面容易在相鄰器件之間產(chǎn)生串?dāng)_，另一方面也會使器件的漏電流大大增加，導(dǎo)致開關(guān)電流比降低。這些問題的存在嚴重阻礙了 OTFT器件在大面積陣列及集成電路中的應(yīng)用，因此有源層的圖案化格外重要。
[0003]噴墨打印圖案化法在所有圖案化方法中有著不可比擬的優(yōu)勢。首先它可以實現(xiàn)自寫入圖案化。只需要對打印墨頭在基片上的坐標進行控制，設(shè)定好兩個打印點之間的間隔距離，就可以不依賴其他因素(如模版，圖案設(shè)計等)進行圖案化的薄膜制備。而且噴墨打印法還可以制備圖案化的絕緣層材料和電極材料。噴墨打印設(shè)備的機械化和智能化程度是極其先進的，尤其是當(dāng)制備大面積的有機薄膜晶體管陣列時，多個墨頭配合工作可以在很短的時間內(nèi)完成圖案化薄膜的制備。但噴墨打印法存在致命的缺陷，其方法制備的有機薄膜晶體管器件性能也較差。主要因為噴墨打印設(shè)備打印出的薄膜不均勻，尤其是單點打印，墨滴在干燥過程中容易出現(xiàn)咖啡環(huán)效應(yīng)，形成四周厚，中間薄的薄膜，薄膜的界面形貌不佳，很大的影響載流子的傳輸。單墨滴體積小，鋪展在基片表面后會形成一層非常薄的液體薄膜，其干燥過程和干燥后的半導(dǎo)體層形貌與結(jié)晶形態(tài)很大程度上受基片的表面性質(zhì)影響。為了改善單點薄膜形貌與結(jié)晶形態(tài)，目前運用較多有通過調(diào)控基片表面能、在基片表面生長有機單分子修飾層、旋涂聚合物層等方法來改變界面性質(zhì)，從而實現(xiàn)對薄膜形態(tài)以及結(jié)晶的調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，用以調(diào)控打印的半導(dǎo)體薄膜的形貌和結(jié)晶形態(tài)，以調(diào)控器件的電學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)合成原子轉(zhuǎn)移自由基聚合ATRP硅烷末端引發(fā)劑，所述的硅烷末端引發(fā)劑的合成包括以下步驟:
分別取干燥的三乙胺7.2ml和80ml的四氫呋喃混合，為a液；2_溴-2-甲基-丙酰溴5.92ml和40ml四氫呋喃混合，為b液；緩慢滴加b液在a液中，室溫攪拌3.8-4.1h后濾去反應(yīng)液中的沉淀物，將四氫呋喃蒸干后倒入10ml的二氯甲烷中，混合液用鹽酸水溶液萃取，并用無水硫酸鎂干燥，最后抽真空干燥得油狀液體，即硅烷末端引發(fā)劑(3-氨丙基)-三乙氧基硅烷；
(2 )用溶液法將以上ATRP硅烷末端引發(fā)劑生長在基片的絕緣層上，形成ATRP引發(fā)劑單分子層，所述的溶液法包括以下步驟:取0.3ml上述硅烷末端引發(fā)劑溶于60-62ml的無水甲苯中，將硅片浸于上述溶液中加熱至50°C，加熱3.9-4.lh，攪拌后移至室溫下，將硅片浸于溶液中保持12-12.5h，取出硅片后放入25-26ml的甲苯中超聲9_10min，再依次用丙酮和甲醇各超聲4-5min，最后用氮氣吹干娃片；
(3)將ATRP引發(fā)劑單分子層引發(fā)單體在基片表面發(fā)生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，通過聚合反應(yīng)在基片表面形成一層聚合物分子刷作為噴墨打印有機薄膜晶體管柵絕緣層的修飾層；具體工藝步驟為:將上述通過溶液法制備表面ATRP (原子轉(zhuǎn)移自由基聚合)引發(fā)劑單分子層的硅片放入帶有橡膠隔膜的燒瓶中，抽放氮氣3次，氮氣氣氛保護；各取54ml的苯乙烯，220mg溴化銅和66ml無水苯甲醚于另一帶橡膠隔膜的燒瓶中，并充氮氣Ih ;取628 41^的PMDETA加入該混合體系中，混合液在100 0C下攪拌直至變均勻，用注射器將混合液注入前一放有引發(fā)劑硅片的燒瓶中，100°C下聚合12h，并加入92 yL自由基引發(fā)劑乙基-2-溴代異丁酸酯，聚合結(jié)束后用二氯甲烷沖洗硅片和ATRP晶粒，再將硅片用四氫呋喃索氏提取24H ；
(4)通過控制聚合時間，不同程度的改變聚合物分子刷修飾層的膜厚，以調(diào)控噴墨打印的半導(dǎo)體墨滴單點薄膜的尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控噴墨打印單點器件的電學(xué)性能。
[0006]2、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的基片為硅基片和玻璃基片。
[0007]3、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的聚合方法為ATRP聚合。
[0008]4、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，聚合物絕緣層的膜厚可由聚合時間控制，所述的聚合時間為6-24h，所述的聚合物絕緣層膜厚為4_16nm0
[0009]6、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的絕緣聚合物分子刷材料為聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯類、聚丙烯腈、聚二烯烴類橡膠、以及以上聚合物的嵌段共聚物，優(yōu)選聚苯乙烯。
[0010]7、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體墨滴溶液的溶劑為二氯苯、四氫化萘或苯甲醚。
[0011]8、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，包括依次排列的柵電極、柵絕緣層、聚合物分子刷修飾層、源漏電極和有機半導(dǎo)體層，其中，所述聚合物分子刷修飾層即通過權(quán)利要求1所述方法制備，有機半導(dǎo)體層通過噴墨打印制得。
[0012]9、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的有機半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料為小分子型半導(dǎo)體，優(yōu)選6，13-雙(三異丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)、2，7- 二癸基-[I]苯并噻吩[3，2-b] [I]-苯并噻吩(BTBT)。
[0013]10、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的源漏電極由金、銀、鋁或者石墨烯制得。
[0014]11、所述的用于噴墨打印有機薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，半導(dǎo)體小分子/墨滴溶劑的溶液質(zhì)量百分濃度為2%。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:
采用本發(fā)明技術(shù)方案，聚合物絕緣層表面均勻平整，內(nèi)部為鏈長不同的聚合物鏈段結(jié)構(gòu)，用接枝了 PS絕緣層的基片制備有機薄膜晶體管器件在一定范圍內(nèi)改善了襯底與有機半導(dǎo)體層的界面性質(zhì)以及半導(dǎo)體單點和薄膜的尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，提高了有機薄膜晶體管器件的電學(xué)性能。
【附圖說明】
[0016]圖1為ATRP硅烷末端引發(fā)劑的合成方程式。
[0017]圖2為基片表面引發(fā)劑單分子層的合成方程式。
[0018]圖3為基片表面聚苯乙烯分子刷修飾層的合成方程式。
[0019]圖4中(a)為硅片表面ATRP引發(fā)劑單分子層XPS圖，(b)為接枝PS后XPS圖。
[0020]圖5中(a)為硅片表面引發(fā)劑單分子層水的接觸角變化，(b)為接枝PS后水的接觸角變化。
[0021]圖6為硅片表面PS分子刷修飾層上打印的TIPS-BEN單點與UV/03 (紫外臭氧清洗儀)，HMDS (六甲基二硅氮烷)，ODTS (十八烷基三氯硅烷)處理表面上打印的TIPS-BEN單點的偏光顯微鏡圖，其中a) b)為UV/03處理下打印的單點陣列和單點，c) d)分別為HMDS處理下打印的單點陣列和單點，e) f)分別為ODTS處理下打印的單點陣列和單點，g)h) i)分別為PS膜厚4nm，1nm, 16nm下打印的單點。
[0022]圖7為硅片表面PS分子刷修飾層上打印的TIPS-BEN單點陣列與UV/03，HMDS, ODTS處理表面上打印的TIPS-BEN單點陣列的XRD表征對比圖。
[0023]圖8為在硅片表面PS分子刷修飾層與UV/03，HMDS, ODTS處理表面上打印的TIPS-BEN單點機薄膜晶體管器件光學(xué)及偏光顯微鏡圖，其中a)為UV/03處理，b)為HMDS處理，c)為ODTS處理，d)為PS膜厚16nm。
[0024]圖9為在硅片表面不同膜厚4_16nm的PS分子刷修飾層與UV/03處理表面上打印的TIPS-BEN單點機薄膜晶體管器件性能圖，其中a)為UV/03處理下的器件性能圖，b)為PS膜厚4nm的器件性能圖，c)為PS膜厚1nm的器件性能圖，d)為PS膜厚16nm的器件性能圖。
【具體實施方式】
[0025](I)合成原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)硅烷末端引發(fā)劑；
(2)溶液法將以上ATRP硅烷末端引發(fā)劑生長在基片的絕緣層上，形成ATRP引發(fā)劑單分子層。
[0026](3) ATRP引發(fā)劑單分子層引發(fā)單體在基片表面發(fā)生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，通過聚合反應(yīng)在基片表面形成一層聚合物分子刷作為噴墨打印有機薄膜晶體管柵絕緣層的修飾層；
(4)通過控制聚合時間，不同程度的改變聚合物分子刷修飾層的膜厚，以調(diào)控噴墨打印的半導(dǎo)體墨滴單點薄膜的尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控噴墨打印單點器件的電學(xué)性能。
實施例
[0027]1.硅烷末端引發(fā)劑的合成分別取干燥的三乙胺(7.2ml, 52mmol)和80ml四氫呋喃混