專利名稱：具有改進的柵電介質(zhì)表面的有機薄膜晶體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及性能改進的有機薄膜晶體管。更具體地說，本發(fā)明涉及具有取代并苯半導體和在半導體與柵電介質(zhì)間具有自組裝單層的有機薄膜晶體管。
背景技術：
對于各種應用如低成本電子設備而言，有機半導體是非常引人關注的。可合成有機物以具有大量器件所必需的電子性能，并且有機物還能被構造以允許低成本軋制處理，這是目前晶體硅微電子器件不能進行的。
有機電子器件的一個關注領域是在有機半導體和另一個器件層之間形成的界面的質(zhì)量?？刂瓢雽w/介質(zhì)界面的已有努力包括在氧化硅表面上使用六甲基二硅氮烷(HMDS)和硅烷偶聯(lián)劑。已利用真空中長時間的復合沉積處理，將十八烷基三氯硅烷(OTS)涂覆到熱生長的二氧化硅柵電介質(zhì)材料上，從而影響晶體管性能。在這種處理中使用的材料具有幾個缺點，它們包括對氣氛中和介質(zhì)層表面上的水敏感性、由于材料內(nèi)部的交聯(lián)與對介質(zhì)層的鍵合反應競爭導致的不穩(wěn)定性，和難于獲得可再現(xiàn)的膜性能。EP 1041652 A2描述了利用幾種表面處理為薄膜晶體管(TFT)提高溶液澆注的低聚噻吩在SiOx上的晶體區(qū)域大小，但測得的遷移率值一般低于未處理的對照物。
發(fā)明概述簡而言之，本發(fā)明提供了一種有機薄膜晶體管(OTFT)，該晶體管包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層，單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，母體包括具有下式的組分
X-Y-Zn其中X為H或CH3；Y為直鏈或支鏈C5-C50脂族或環(huán)脂族連接基團，或包括芳族基團和C3-C44脂族或環(huán)脂族連接基團的直鏈或支鏈C8-C50基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(-C6H4N3)、苯并三唑基羰基氧(-OC(＝O)C6H4N3)、苯并三唑基氧(-O-C6H4N3)、苯并三唑基氨基(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、-NC、-SiCl(CH3)2、-SiCl2CH3、氨基和氧膦基；n為1、2或3，條件是當Z為-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n＝1；并且其中有機半導體層包括選自被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的并苯，或任選地被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的苯并-稠合的并苯或聚苯并-稠合的并苯中的材料。
本發(fā)明還提供了一種有機薄膜晶體管，該晶體管包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層，單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，母體包括具有下式的組分X-Y-Zn其中X為H或CH3；Y為直鏈或支鏈C5-C50脂族或環(huán)脂族連接基團，或包括芳族基團和C3-C44脂族或環(huán)脂族連接基團的直鏈或支鏈C8-C50基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(-C6H4N3)、苯并三唑基羰基氧(-OC(＝O)C6H4N3)、苯并三唑基氧(-O-C6H4N3)、苯并三唑基氨基(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、-NC、-SiCl(CH3)2、-SiCl2CH3、氨基和氧膦基；n為1、2或3，條件是當Z為-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n＝1；和其中有機半導體層包括具有下式的半導體
其中每個R基團獨立地選自給電子基團、鹵原子、氫原子和它們的組合，條件是不是全部的R基團都為氫；m為1、2、3或4；每個R9和R10獨立地為H或任何R基團；并且任何兩個相鄰R基團的結合可共同形成五或六碳環(huán)脂族基團或芳族基團；條件是R2與R3以及R6與R7都不形成六元芳環(huán)的一部分；且條件是當m為1時，R9和R10都不形成六元芳環(huán)的一部分。
本文使用的“給電子基團”是指C1-C24烷基、烷氧基、硫代烷氧基或它們的組合，它們可為取代的或未取代的，對于化學物種而言，“取代的”是指被不會妨礙所需產(chǎn)品或過程的基團取代，例如取代基可為烷基、烷氧基、芳基、苯基、鹵(F、Cl、Br、I)等。
各種薄膜晶體管構造方案都是可能的。例如，源極和漏極可靠近柵電介質(zhì)，有機半導體層在源極和漏極上面，或有機半導體層插入到源極和漏極與柵電介質(zhì)之間。
另一方面，本發(fā)明提供了制造薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟提供襯底，在襯底上提供柵極材料，在柵極材料上提供柵電介質(zhì)，提供靠近柵電介質(zhì)的自組裝單層(SAM)，單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，在單層上涂敷有機半導體層，并提供靠近有機半導體層的源極和漏極。母體同如上關于有機薄膜晶體管制品所述。有機半導體層也同如上關于有機薄膜晶體管制品所述。還提供了包括有機薄膜晶體管制品的集成電路。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供具有優(yōu)于缺乏本發(fā)明特征的已知器件的一種或多種改進的有機薄膜晶體管。利用本發(fā)明，能獲得性能如閾電壓、亞閾值斜率、開/關比和載流子遷移率的改進。由本發(fā)明提供的器件性能的改進使生產(chǎn)具有更快轉換速度和更簡單處理條件的更復雜電路成為可能。本發(fā)明還使生產(chǎn)其性能類似于具有非常小特征的器件的更大電路元件成為可能。具有較大特征尺寸的器件可較便宜，因為它們不需要昂貴的精密構圖過程。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在下面的發(fā)明詳述和權利要求中變得顯而易見。上述公開內(nèi)容的原理概述不是企圖描述每個示例性實施方案或本公開內(nèi)容的每一種實施。下面的詳述更具體地說明了利用本文公開的原理的特定優(yōu)選實施方案。
發(fā)明詳述通常，薄膜晶體管包括柵極、柵極上的柵電介質(zhì)、靠近柵電介質(zhì)的源極和漏極，和靠近柵電介質(zhì)并靠近源極與漏極的半導體層。更具體地，有機薄膜晶體管(OTFT)具有有機半導體層。這種OTFT為本領域中已知的，如例如于2001年9月6日提交的共同未決申請USSN09/947,845、檔案號56999US002中所示。
本發(fā)明的有機薄膜晶體管還包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層(SAM)，其中有機半導體包括取代的并苯。
襯底可使用襯底支撐OTFT，如在制造、測試、貯存、使用或其組合過程中。柵極和/或柵電介質(zhì)可為得到的OTFT的目的用途提供足夠的支撐，從而不需要另外的襯底。例如，摻雜硅可用作柵極并支撐OTFT。再例如，可選擇一種襯底用于測試或篩選各種實施方案，而選擇另一種襯底用于商業(yè)實施方案。在另一個實施方案中，支撐物可以可分離地粘附或機械地固定到襯底上，例如當需要支撐物用于臨時目的時。例如，柔性聚合物襯底可粘附到硬質(zhì)玻璃支撐物上，該支撐物能被移除。在一些實施方案中，襯底不為OTFT提供任何必需的電功能。這類襯底在本文中被稱為“非參與襯底”。
有用的襯底材料可包括有機和/或無機材料。例如，襯底可包括無機玻璃、陶瓷箔、聚合物材料、填充聚合物材料、涂層的金屬箔、丙烯酸樹脂、環(huán)氧化合物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚酮、聚(氧-1，4-亞苯基氧-1，4-亞苯基羰基-1，4-亞苯基)(有時稱為聚(醚醚酮)或PEEK)、聚降冰片烯、聚亞苯基氧化物、聚(萘二羧酸亞乙酯)(PEN)、聚(對苯二酸亞乙酯)(PET)、聚(亞苯基硫化物)(PPS)和纖維增強塑料(FRP)，以及它們的組合。
在本發(fā)明的一些實施方案中使用柔性襯底。這允許可連續(xù)的軋制處理，從而提供優(yōu)于平板和/或硬質(zhì)襯底的規(guī)模經(jīng)濟性和制造經(jīng)濟性。所選的柔性襯底優(yōu)選能環(huán)繞直徑小于約50cm的圓筒的圓周而不會變形或斷裂。選擇的襯底更優(yōu)選能環(huán)繞直徑小于約25cm的圓筒的圓周而不會使襯底變形或斷裂。在一些實施方案中，選擇的襯底最優(yōu)選能環(huán)繞直徑小于約10cm、或甚至約Scm的圓筒的圓周而不會使襯底變形或斷裂。用于使本發(fā)明的柔性襯底環(huán)繞特定圓筒的力一般很低，例如通過空手，即不借助杠桿、機器、液壓裝置等。柔性襯底可自身卷起。
柵極柵極可為任何有用的導電材料。例如，柵極可包括摻雜硅或金屬如鋁、鉻、銅、金、銀、鎳、鈀、鉑、鉭和鈦。也可使用導電聚合物，例如聚苯胺、聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT∶PSS)。另外，還可使用這些材料的合金、組合物和多層。
在本發(fā)明的一些實施方案中，同一材料可提供柵極功能，并且還提供襯底支撐功能。例如，摻雜硅可用作柵極并支撐OTFT。
柵電介質(zhì)在柵極上提供柵電介質(zhì)，例如通過沉積方法。該柵電介質(zhì)在OTFT器件操作條件下出于器件平衡使柵極電絕緣。因此，柵電介質(zhì)包括電絕緣材料。柵電介質(zhì)應具有高于約2、更優(yōu)選高于約5的介電常數(shù)。柵電介質(zhì)的介電常數(shù)也可非常高，例如為80至100或更高。有用的柵電介質(zhì)材料可包括例如有機或無機電絕緣材料，或它們的組合。
柵電介質(zhì)可包括聚合物材料，如聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、氰基纖維素、聚酰亞胺、環(huán)氧化合物等。在一些實施方案中，無機物覆蓋的層構成了另外的聚合物柵電介質(zhì)的外層。
用于柵電介質(zhì)的無機材料的一些具體例子包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、氧化硅、氧化鉭、氧化鈦、氮化硅、鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鋇、硒化鋅和硫化鋅。另外，可使用這些材料的合金、組合物和多層用于柵電介質(zhì)。在這些材料中，氧化鋁、氧化硅、氮化硅和硒化鋅是優(yōu)選的。
柵電介質(zhì)可沉積到OTFT中作為隔離層，或形成到柵極上，如通過氧化包括陽極氧化柵極材料形成柵電介質(zhì)。
源極和漏極源極和漏極通過柵電介質(zhì)同柵極分開，而有機半導體層可在源極和漏極的上面或下面。源極和漏極可為任何有用的導電材料。有用的材料包括上述用于柵極的那些以及鋇和鈣。
可通過任何有用的方式如物理汽相沉積(如熱蒸發(fā)、濺射)或噴墨印刷提供薄膜電極(如柵極、源極和漏極)?？赏ㄟ^已知的方法如網(wǎng)板法、加成(additive)光刻法、減色(subtractive)光刻法、印刷、微接觸印刷和模型涂布完成這些電極的構圖。
有機半導體在本發(fā)明的一個實施方案中，有機半導體層包括選自被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的并苯，或任選地被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的苯并-稠合的并苯或聚苯并-稠合的并苯中的材料。給電子基團選自具有1至24個碳原子的烷基、烷氧基或硫代烷氧基。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，有機半導體層包括具有下式的半導體 其中每個R基團獨立地選自給電子基團、鹵原子、氫原子和它們的組合，條件是不是全部的R基團都為氫；m為1、2、3或4；每個R9和R10獨立地為H或任何R基團；并且任何兩個相鄰R基團的結合可共同形成五或六碳環(huán)脂族基團或芳族基團；條件是R2與R3以及R6與R7都不形成六元芳環(huán)的一部分；且條件是當m為1時，R9和R10都不形成六元芳環(huán)的一部分。
烷基或聚烷基取代的并苯為本發(fā)明中使用的優(yōu)選種類的有機半導體材料。本文中使用的“聚烷基”、“聚烷氧基”和“聚苯并基”是指多于一個的烷基、烷氧基或苯并基。
苯并-稠合的并苯和聚苯并-稠合的并苯的非限制性例子包括1，2-苯并蒽(苯并[a]蒽或四苯)、1，23，4-二苯并蒽(二苯并[a，c]蒽)、1，25，6-二苯并蒽(二苯并[a，h]蒽)、1，27，8-二苯并蒽(二苯并[a，j]蒽)、1，23，45，6-三苯并蒽(三苯并[a，c，h]蒽)、1，23，45，67，8-四苯并蒽(四苯并[a，c，h，j]蒽)、1，2-苯并并四苯(苯并[a]并四苯)、1，23，4-二苯并并四苯(二苯并[a，c]并四苯)、1，27，8-二苯并并四苯(二苯并[a，j]并四苯)、1，29，10-二苯并并四苯(二苯并[a，1]并四苯)、1，23，47，8-三苯并并四苯(三苯并[a，c，j]并四苯)、1，23，47，89，10-四苯并并四苯(四苯并[a，c，j，l]并四苯)、1，2-苯并并五苯(苯并[a]并五苯)、1，23，4-二苯并并五苯(二苯并[a，c]并五苯)、1，28，9-二苯并并五苯(二苯并[a，l]并五苯)、1，210，11-二苯并并五苯(二苯并[a，n]并五苯)、1，23，48，910，11-四苯并并五苯(四苯并[a，c，l，n]并五苯)、1，2-苯并并六苯(苯并[a]并六苯)，和它們的取代衍生物。其它例子包括苯并基團與并苯的兩個環(huán)連接的苯并并苯，如二苯并[de，qr]并四苯(二苯并[de，qr]并四苯或萘并[2，3-e]芘)、zethrene(二苯并[de，mn]并四苯)、二苯并[de，st]并五苯和二苯并[de，uv]并五苯。在上述羅列中，在給出常用名后在括號內(nèi)給出替換名或化學文摘服務社(CAS)名。
這類并苯可被如至少一個烷基取代。烷基的優(yōu)選但非限制性例子為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基、2-甲基己基、2-乙基己基、正辛基、正壬基、正癸基、正十二烷基、正十八烷基和3，5，5-三甲基己基。
本發(fā)明中使用的烷基取代的并苯的例子包括但不限于下面這些1-甲基蒽、2-甲基蒽、1，2-二甲基蒽、2，3-二甲基蒽、2，3，6，7-四甲基蒽、1，2，3，4-四甲基蒽、2-乙基蒽、2，6-二乙基蒽、2-己基蒽、2，6-二己基蒽、1-甲基并四苯、2-甲基并四苯、2，3-二甲基并四苯、2，8-二甲基并四苯、2，3，9，10-四甲基并五苯、2-乙基并四苯、2，8-二乙基并五苯、2，9-二乙基并五苯、2-己基并四苯、2-壬基并四苯、1-甲基并五苯、2-甲基并五苯、2，3-二烷基并五苯、2，9-二烷基并五苯和2，10-二烷基并五苯(如2，3-二甲基并五苯、2，9-二甲基并五苯、2，10-二甲基并五苯)、2-乙基并五苯、2，10-二烷氧基并五苯、2，3，9，10-四烷基并五苯、1，4，8，11-四烷氧基并五苯和1，2，3，4，8，9，10，11-八烷基并五苯，其中上述每個式中的烷基或烷氧基具有1至24個碳原子。優(yōu)選的二烷基并苯包括2，6-二烷基蒽、2，8-二烷基并四苯和2，9-二烷基并五苯。
可通過任何已知方法制備烷基取代的并苯。例如，在E.Clar，Polycyclic Hydrocarbons，Volumel，Academic Press(London and NewYork)and Springer-Verlag(Berlin，Gottingen and Heidelberg)，1964，第298-299頁的表XXIV中描述了多種甲基取代的蒽。可利用同一參考文獻中表XXIV中描述的類似方法制備其它烷基蒽。
也可通過任何已知的方法制備取代的并四苯，包括例如下面的反應順序1)萘-2，3-二羧酸酐和苯衍生物的縮合，2)脫水形成相應的并四苯-5，12-醌，3)還原醌得到相應的并四苯衍生物。這類方法在例如Waldmann，H.和Mathiowetz，H.，Ber.Dtsch.Chem.Ges.64，1713(1931)、Weizmann，C.，Haskelberg，L.和Berlin，T.，J.Chem.Soc.398(1939)；Waldemann，H.和Plak，G.，J.Prakt.Chem.(2)150，113，121(1938)中有描述。合成并四苯的烷基同系物的其它例子包括2-甲基并四苯(Coulson，E.A.，J.Chem.Soc.1406(1934))、5-甲基并四苯(Clar，E.和Wright，J.W.，Nature，Lond.63，921(1949))、2-異丙基并四苯(Cook，J.W.，J.Chem.Soc.1412(1934))、1，6-二甲基并四苯(Fieser，L.F.和Hershberg，E.B.J.Amer.Chem.Soc.62，49(1940))、2，8-二甲基并四苯(Fieser，L.F.和Hershberg，E.B.J.Amer.Chem.Soc.62，49(1940)和Coulson，E.A.，J.Chem.Soc.1406(1934))、2，9-二甲基并四苯(Coulson，E.A.，J.Chem.Soc.1406(1934))以及5，12-二甲基并四苯(Wolf，J.，J.Chem.Soc.75，2673(1953))。
在本發(fā)明中用作有機半導體的取代并五苯化合物包括具有選自給電子取代基(如烷基、烷氧基、硫代烷氧基)、鹵取代基和它們的組合中的至少一個取代基的化合物。有用的取代并五苯包括但不限于2，9-二烷基并五苯和2，10-二烷基并五苯、2，10-二烷氧基并五苯、2，3，9，10-四烷基并五苯和1，4，8，11-四烷氧基并五苯，其中上述分子式中的每個烷基或烷氧基都具有1至24個碳原子。這類取代并五苯在2001年9月26日提交的共同未決申請USSN 09/966,954，檔案號57087US002和USSN 09/966,961，檔案號57088US002中有描述。
苯并稠合的和聚苯并稠合的并苯的更多細節(jié)可在現(xiàn)有技術例如在Sander和Wise的NIST Special Publication 922“Polycyclic AromaticHydrocarbon Structure Index”，U.S.Govt.Printing Office(1997)中找到。
本文使用的用于并五苯的編號順序用下面所示結構說明 在這類化合物上取代基的位置通常參考取代基鍵合的碳原子的編號來指定。如果顯示沒有取代基，則每個編號的碳原子上鍵合有一個氫原子。
可通過包括以下步驟的方法制備本發(fā)明中使用的取代并五苯半導體(1)在路易斯酸(如AlCl3)存在的情況下，混合至少一種取代苯(更具體地說，具有與氫鍵合的至少兩個相鄰環(huán)碳原子的至少一種一、二、三或四取代苯)和苯均四酸二酐(或其衍生物)，通過弗瑞德-克來福特(Friedel-Crafts)反應形成取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸；(2)還原取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸，得到相應的取代的雙(芐基)苯二甲酸；(3)環(huán)化取代的雙(芐基)苯二甲酸，得到相應的取代并五苯二酮；(4)還原取代的并五苯二酮，得到相應的取代并五苯二醇；和(5)使取代并五苯二醇脫水形成相應的取代并五苯。本文使用的術語“苯二甲酸”是指對苯二酸(1，4-苯二羧酸)、間苯二酸(1，3-苯二羧酸)和它們的混合物。
混合至少一種取代苯與苯均四酸二酐(苯-1，2，4，5-四羧酸二酐)或其衍生物(如2，5-雙(氯代羰基)對苯二酸二甲酯)形成取代雙(苯甲酰)苯二甲酸的步驟可用下面的總示意圖來表示反應示意圖A 其中每個R(也就是基團R1到R8中的每一個)獨立地選自給電子基團、鹵原子、氫原子和它們的組合。優(yōu)選地，每個R獨立地選自烷基、烷氧基、硫代烷氧基、鹵原子、氫原子和它們的組合。更優(yōu)選地，每個R獨立地選自烷基、烷氧基、氫原子和它們的組合。甚至更優(yōu)選地，每個R獨立地選自烷基或氫原子。最優(yōu)選地，每個R獨立地為甲基、正己基、正壬基、正十二烷基、正十八烷基、仲丁基、3，5，5-三甲基己基、2-乙基己基或氫原子。優(yōu)選地，R2和R6(或R2和R7)為不同于氫的部分，而氫構成了R基團的剩余部分。另外，對于取代雙(苯甲酰)對苯二酸，R2和R6優(yōu)選為不同于氫的部分，對于取代雙(苯甲酰)間苯二酸，R2和R7優(yōu)選為不同于氫的部分。
這種類型的反應(親電子芳族取代反應)是已知的，并在例如以下文獻中有描述Diesbach和Schmidt的Helv.Chim.Acta7，648(1924)；Mills和Mills的J.Chem.Soc.101，2200(1912)；Philippi的Monatshefte fuerChemie32，634(1911)；Philippi和Seka的Monatshefte fuer Chemie43，615(1922)；Philippi和Auslaender的Monatshefte fuer Chemie42，1(1921)；Machek的Monatshefte fuer Chemie56，130(1930)。優(yōu)選地，在惰性溶劑和胺堿存在的情況下進行反應，以便保持反應混合物流動性，并降低反應過程中芳環(huán)上的取代基重排數(shù)量。有用的惰性溶劑的例子包括1，2-二氯乙烷、二氯苯、二氯甲烷、二硫化碳、硝基苯和硝基甲烷。有用的胺堿的例子包括叔胺如三乙胺、二異丙基乙胺和1，4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)。如果需要，可攪拌和/或加熱反應混合物。
可用于制備取代雙(苯甲酰)苯二甲酸的取代苯的代表性例子包括一和二烷氧基苯；一和二硫代烷氧基苯；一和二鹵苯；和一、二、三和四烷基苯(例如甲苯、己苯、壬苯、十二苯、仲丁苯、對二甲苯、1，2，3，4-四氫萘、3，5，5-三甲基己苯、2-乙基己苯和1，2，3，4-四甲基苯)。
或者，可通過苯均四酸二酐或其衍生物與取代的芳族有機金屬反應物(例如芳基鹵化鎂或芳基鋰化合物)反應制備取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸。
可通過現(xiàn)有技術中已知的還原方法將得到的取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸還原成相應的取代的雙(芐基)苯二甲酸。例如，可在例如約2至3個大氣壓下，通過使用鋅和含水氫氧化銨(優(yōu)選借助攪拌)或使用例如鈀/碳或鉑/碳進行催化氫化來實現(xiàn)還原(優(yōu)選通過催化氫化；更優(yōu)選通過使用鈀/碳的催化氫化)，例如下面所示反應示意圖B 其中每個R(也就是基團R1到R8中的每一個)如上述示意圖A所定義。如果需要，可在進行還原反應前通過現(xiàn)有技術中常用的方法(例如通過重結晶、研磨或色譜法)從取代的雙(苯甲酰)間苯二酸中分離出取代的雙(苯甲酰)對苯二酸(或者，可在以后分離得到的取代雙(芐基)苯二甲酸異構體)。
可通過取代的雙(芐基)苯二甲酸的分子內(nèi)弗瑞德-克來福特結晶實現(xiàn)該方法的結晶步驟，以形成相應的取代并五苯二酮(取代的7，14-二氫并五苯-5，12-二酮和取代的并五苯-5，7(12H，14H)-二酮；后文中稱為“5，12-二酮”和“5，7-二酮”)。
利用酸催化的弗瑞德-克來福特結晶形成環(huán)酮，這是文獻中所熟知的，并在例如Premasagar等人的J.Org.Chem.，46(14)，2974(1981)、Allen等人的Tetrahedron，33(16)，2083(1977)和Hulin等人的J.Org.Chem.，49，207(1984)中有描述。通常在強酸如濃硫酸、發(fā)煙硫酸、多磷酸或無水氫氟酸的存在下于約0℃至100℃下進行這些反應。例如，未取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸與濃硫酸一起被加熱至100℃幾小時后，會形成相應的四酮。
但是，取代的雙(苯甲酰)苯二甲酸和取代的雙(芐基)苯二甲酸在這些條件下通常都不起反應。通常似乎用這類反應一般使用的強酸不能容易地實現(xiàn)這些取代化合物的分子內(nèi)弗瑞德-克來福特結晶。但是，已發(fā)現(xiàn)可使用包括三氟甲磺酸的酸組合物實現(xiàn)取代雙(芐基)苯二甲酸的弗瑞德-克來福特結晶以形成相應的取代并五苯二酮，例如下面所示反應示意圖C
其中每個R(也就是基團R1到R8中的每一個)如上述分子式II所定義，需要說明的是，對于取代的5，12-二酮，優(yōu)選R2和R6為不同于氫的部分(對于取代的5，7-二酮，R2和R7為不同于氫的部分)。
可在室溫下進行結晶反應，或任選地在高溫(例如在約20℃至60℃范圍內(nèi)的溫度)下進行，并優(yōu)選攪拌反應混合物?？蓡为毷褂萌谆撬?，或將其與例如三氟乙酸或分子量比三氟甲磺酸高的全氟鏈烷磺酸、或不與三氟甲磺酸反應的中性溶劑(例如烴類溶劑、氯化溶劑如二氯甲烷或氟化溶劑)或路易斯酸(例如五氟化銻)組合使用。
可將得到的取代并五苯二酮還原并脫水，得到相應的取代并五苯。通?？赏ㄟ^例如硼氫化鈉還原過程得到良好的產(chǎn)率，例如下面所示反應示意圖D 其中每個R(也就是基團R1到R8中的每一個)如上述反應示意圖C所定義。
用硼氫化鈉在溶劑如醇或醚(優(yōu)選二甘醇二甲醚)或其組合中處理二酮，優(yōu)選接著加入甲醇然后用另外的硼氫化鈉處理，得到相應的取代二酮。然后可通過用酸(例如鹽酸)使二酮脫水成取代的并五苯，優(yōu)選應用加熱(例如加熱至約50℃至60℃)并攪拌。合適的酸包括例如乙酸、磷酸、鹽酸、硫酸、氫碘酸、氫溴酸、三氟乙酸和三氟甲磺酸。任選地，可首先用弱酸如乙酸處理二酮，然后用強酸如鹽酸處理。
可通過任何已知的方法制備苯并并苯，例如E.Clar，PolycyclicHydrocarbons，Vol.1，Academic Press(London and New York)和Springer-Verlag(Berlin，Gottingen and Heidelberg)，1964中描述的，其在第436-446頁描述了1，2-苯并并五苯和1，23，4-二苯并并五苯。
如果需要，可通過標準方法如重結晶、升華、研磨、連續(xù)萃取、色譜法或它們的組合將得到的取代并苯純化一次或多次。可通過升華實現(xiàn)純化，例如在減壓和連續(xù)氮氣流下使用3段爐(如Thermolyne 79500管式爐，獲自Barnstead Thermolyne，Dubuque，Iowa)。
可通過任何有用的方式例如汽相沉積、旋涂和印刷技術(包括轉印)在本發(fā)明的OTFT中提供有機半導體層。
自組裝單層自組裝單層(SAM)被插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間。單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物。
自組裝單層母體提供了在目標表面上形成自組裝層(典型地為單層)的分子。通常通過在自組裝母體的稀釋溶液中涂覆相關的襯底或暴露于含有母體的汽相中并進行層形成過程，從而制備自組裝薄層。母體分子利用附著到電介質(zhì)表面的反應基團在襯底上形成分子層。一旦層形成，它就不會再溶解到先前將其沉積出來的溶劑中。
通常，能形成與單層形成無關的交聯(lián)且該交聯(lián)可能會與柵電介質(zhì)的吸附或鍵合反應競爭的材料如三官能硅烷不是本發(fā)明單層母體所需要的。但是，可使用其官能團能有效鍵合到柵電介質(zhì)并且其它基團可在SAM形成后形成交聯(lián)的材料。
單層母體包括具有下式的組分
X-Y-Zn其中X為H或CH3；Y為直鏈或支鏈C5-C50脂族或環(huán)脂族連接基團，或包括芳族基團和C3-C44脂族或環(huán)脂族連接基團的直鏈或支鏈C8-C50基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(-C6H4N3)、苯并三唑基羰基氧(-OC(＝O)C6H4N3)、苯并三唑基氧(-O-C6H4N3)、苯并三唑基氨基(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、異腈基(-NC)、氯二甲基甲硅烷基(-SiCl(CH3)2)、二氯甲基甲硅烷基(-SiCl2CH3)、氨基和氧膦基；和n為1、2或3，條件是當Z為-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n＝1。
本文中，在任何柵電介質(zhì)和自組裝單層母體內(nèi)的官能團之間的反應優(yōu)選為鍵合相互作用(例如共價相互作用或離子相互作用)。本文中，自組裝單層是指數(shù)量級為約5埃()至約30厚的單分子層。
在優(yōu)選實施方案中，Y可為飽和脂族基團、不飽和脂族基團、飽和環(huán)脂族基團、不飽和環(huán)脂族基團或它們的組合，其中每個基團都可為直鏈或支鏈的。
單層母體可包括具有5至50個、更優(yōu)選6至24個碳原子的直鏈或支鏈膦?；闊N。單層母體可包括具有下式的組分CH3-(CH2)m-PO3H2其中m為4至21的整數(shù)。
單層母體的具體例子包括1-膦?；镣?、1-膦酰基己烷、1-膦?；楹?-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷。
在實施本發(fā)明時使用的一類支鏈烴類單層母體的一種為1-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷。這類母體的其它成員包括1-膦?；?2-乙基己烷、1-膦酰基-2，4，4-三甲基戊烷和1-膦?；?3，5，5-三甲基己烷?？捎墒惺巯┍寄阁w通過還原烯烴雙鍵，將醇轉化為相應的溴化物，然后再將溴化物轉化為相應的膦酸來制備1-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷。更具體地說，可通過將3，7，11，15-四甲基-2-十六碳烯-1-醇還原成3，7，11，15-四甲基-1-十六醇，將3，7，11，15-四甲基-1-十六醇轉化成1-溴-3，7，11，15-四甲基十六烷，然后將1-溴-3，7，11，15-四甲基十六烷轉化成1-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷來得到1-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷。使用本領域那些技術人員熟悉的材料和方法實現(xiàn)這些合成轉化。也可使用不同于3，7，11，1 5-四甲基-2-十六碳烯-1-醇的原料和不同于上述順序的獨特反應順序合成1-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷，以及這類支鏈烴單層母體的其它成員，具體舉例說明的單層母體和制備方法都不應被認為有過多限制。
可通過任何已知的方法在柵電介質(zhì)上提供自組裝單層母體。例如，可通過下述方法如噴涂、旋涂、浸涂、凹版涂布、微接觸印刷、噴墨印刷、沖壓、轉印和汽相沉積提供母體。允許自組裝單層母體與柵電介質(zhì)表面接觸。相互作用或反應可能是瞬時的，或可能需要時間，在這種情況下，提高溫度能減少所需的時間。當在柵電介質(zhì)層上提供自組裝單層母體的溶液時，通過與相關材料相容的方法例如加熱除去溶劑。一般在沉積有機半導體前清洗去任何過量的單層母體。在優(yōu)選實施方案中，通過基本由涂覆母體、加熱和清洗組成的步驟，無需進一步處理就可提供SAM。
在一個實施方案中，在提供單層母體前，在靠近柵電介質(zhì)處提供源極和漏極。然后，提供單層母體。在完成自組裝單層后，在源極和漏極上面以及在靠近柵電介質(zhì)的自組裝單層上面提供有機半導體層。
本發(fā)明的有機薄膜晶體管(OTFT)具有超過已知有機薄膜晶體管的一個或多個優(yōu)點。這些優(yōu)點是明顯的，例如在載流子遷移率方面。本發(fā)明提供了其載流子遷移率比不是根據(jù)本發(fā)明制造因而沒有創(chuàng)造性自組裝單層但其余所有構造特征都類似的對比OTFT好的OTFT。本發(fā)明的OTFT優(yōu)選具有比在所有方面類似但沒有本發(fā)明SAM的對比OTFT的載流子遷移率好至少約25％、更優(yōu)選至少約50％、在一些實施方案中至少約100％的載流子遷移率。在保持其它OTFT性能在所需范圍內(nèi)的同時，提供了這種載流子遷移率的提高。例如，在提供約25和-25V之間的閾電壓、低于約10V/10(絕對值)的亞閾值斜率和至少約104的開/關比的同時，得到上述提高。
更具體地說，在包括取代并五苯作為有機半導體的實施方案中，本發(fā)明提供了其載流子遷移率為至少約0.2cm2/Vs、更優(yōu)選至少0.5cm2/Vs、甚至更優(yōu)選至少約1.0cm2/Vs的OTFT。在本發(fā)明的某些實施方案中，載流子遷移率超過2.0cm2/Vs。
本發(fā)明的一個實施方案提供了其閾電壓在約-25和25V之間、優(yōu)選在約0和-10V之間、更優(yōu)選在約0和-5V之間的p型半導體OTFT。
本發(fā)明提供了其亞閾值斜率低于約10V/10(絕對值)、優(yōu)選低于約5V/10(絕對值)、更優(yōu)選低于約2V/10(絕對值)的OTFT。本發(fā)明提供了開/關比為至少約104、優(yōu)選至少約105、更優(yōu)選至少約5×105、甚至更優(yōu)選至少約106的OTFT。
這些性能的各種組合都是可能的。例如，在本發(fā)明的一個實施方案中，p型半導體OTFT具有至少約1cm2/Vs的載流子遷移率、負閾電壓、低于約5V/10的亞閾值斜率和至少約105的開/關比。
制造OTFT的方法本發(fā)明還提供了制造薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟(a)提供襯底；(b)在襯底上提供柵極材料；(c)在柵極材料上提供柵電介質(zhì)；(d)提供靠近柵電介質(zhì)的自組裝單層(SAM)，該單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，母體包括具有如上所述的具有式X-Y-Zn的組分；(e)在單層上涂敷如上所述有機半導體層；和(f)提供靠近有機半導體層的源極和漏極。
可在源極和漏極上面或下面提供有機半導體層，如上面關于薄膜晶體管制品所述。本發(fā)明還提供了包括多個利用上述方法制造的OTFT的集成電路。
本發(fā)明還提供了制造集成電路的方法，該方法包括提供如上所述的多個OTFT。因此，本發(fā)明體現(xiàn)在包括一個或多個所述OTFT的制品中。這類制品包括例如射頻識別標簽、有源矩陣顯示器底板、智能卡、存儲器等。在包含本發(fā)明的OTFT的器件中，通過本領域中已知的方式有效地連接這類OTFT。
可在低于約450℃、優(yōu)選低于約250℃、更優(yōu)選低于約150℃、甚至更優(yōu)選低于約70℃、或甚至在室溫(約25℃)附近的最大襯底溫度下實施制造本發(fā)明的薄膜晶體管或集成電路的整個過程。溫度選擇通常取決于襯底和本領域中已知的處理參數(shù)，只要具有本文中包含的本發(fā)明的知識即可。這些溫度大大低于常規(guī)的集成電路和半導體處理溫度，這使得能使用大量相對廉價的襯底中的任意一種，如柔性聚合物襯底。因此，本發(fā)明能生產(chǎn)相對廉價的包含性能顯著提高的有機薄膜晶體管的集成電路。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點將通過以下實施例進一步闡述，但這些實施例中提到的具體材料和量以及其它條件和細節(jié)不應認為是過多限制本發(fā)明。
實施例測試方法A.膜厚度利用單波長橢圓對稱法得到表面處理有機膜厚度的估計值。使用Gaertner Dual Mode Automatic Ellipsometer，型號L116A(Gaertner Co.，Skokie，IL)在70°入射角和632.8nm波長下由清潔襯底得到襯底Psi和Delta值(Ψs和Δs)。將膜涂敷到襯底上，并測量膜值(Ψf和Δf)。
使用橢圓對稱法建模軟件WVASE32(得自J.A.Woollam，Inc.，Lincoln，NE)構建由Si、10 SiO2和1500 Al2O3組成的光學模型，其中1500 Al2O3在10 SiO2上，10 SiO2在Si上。使用SiO2和Si層的典型光學常數(shù)(軟件中包括)。擬合中的可變變量為Al2O3的厚度(d)和折射率(n)。使用1500和n＝1.77的初值。典型的最終擬合值在1400和1700之間，n在1.56和1.60之間。
一旦Ψs和Δs適合，然后就固定可變變量(dAl2O3和nAl2O3)。在光學模型的空氣和電介質(zhì)層之間加入有機層。該層具有可變的厚度，但其折射率固定在1.46。然后改變有機層厚度以獲得最合適的Ψf和Δf。記錄該有機層厚度作為自組裝單層的厚度。
更多的信息參見Laibinis等人的“Comparison of the structures andwetting properties of self-assembled monolayers of normal-alkanethiols onthe coinage metal surface，Cu，Ag，Au”，J.Am.Chem.Soc.，第113卷，第7152-7167頁，1991。
B.薄膜晶體管性能利用本領域中已知的技術在室溫下和空氣中測試晶體管性能，例如S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，第442頁，John Wiley &Sons，New York，1981中所示。使用半導體參數(shù)分析儀(型號4145A，得自Hewlett-Packard，San Jose，CA)得到下面結果。
用漏電流(Id)的平方根對柵-源偏壓(Vg)作圖，對于-40V的恒定源-漏偏壓(Vd)，柵-源偏壓為+10V到-40V，使用柵電介質(zhì)的比電容、溝道寬度和溝道長度由曲線的直線部分計算飽和場效應遷移率。取該擬合直線的x-軸外推值作為閾電壓(Vt)。另外，以Id對Vg作圖得到一條曲線，其中沿包含Vt的曲線部分繪制擬合直線。該線斜率的倒數(shù)為亞閾值斜率(S)。開/關比被視為Id-Vg曲線的最小電流值和最大電流值之間的差值。
材料單層母體自組裝單層母體1-膦?；?CH3-(CH2)15-PO3H2)為OryzaLaboratories，Chelmsford，MA的市售產(chǎn)品。
這樣得到的膦酸含有殘余的乙酯，因而通過在100℃鹽酸水溶液中水解殘余的酯，然后使用本領域那些技術人員已知的方法從庚烷中重結晶膦酸來純化材料。
有機半導體按照于2001年9月27日提交的U.S.S.N.09/966,961所述制備2，9-二甲基并五苯，并在最大溫度為300℃和壓力為約0.67MPa的梯度爐中于流動氣體(含4vol％氫氣的氮氣，30-35cm3/s)中進一步純化。收集升華的材料，無需進一步純化就可使用。
襯底從Silicon Valley Microelectronics，San Jose，California獲得單晶<100>取向硅片，通過化學汽相沉積法在每個硅片前表面上沉積1500的氧化鋁層，并在每個硅片的后表面上汽相沉積5000的鋁金屬層。當用這種襯底材料制備有機薄膜晶體管時，將被鋁覆蓋的摻雜硅片用作柵極，氧化鋁用作柵電介質(zhì)。
實施例1和比較實施例C1在UV/臭氧室(自建，短波UV)中暴露5分鐘以清洗如上所述的硅片襯底。然后旋涂0.1wt％母體的無水酒精溶液，在300rpm持續(xù)5秒，然后在2000rpm下持續(xù)15秒，從而將單層母體(1-膦?；?涂敷到襯底的氧化鋁表面上。然后將涂敷的襯底在真空電熱板上于150℃下加熱3分鐘，在新鮮乙醇中清洗，并在氮氣流中干燥。結果在襯底氧化鋁層上得到厚度為19(按上述測定)的自組裝單層。按以下步驟制備沒有單層的對比襯底用丙酮、甲醇、2-丙醇和水連續(xù)清洗來處理上述硅片襯底，在氮氣流中干燥，在100℃的電熱板上焙燒3分鐘，并在小室(自建，短波UV)中暴露于UV/臭氧下15分鐘。
通過在真空(大約1.33×10-4Pa，源溫度為約285-300℃)中熱蒸發(fā)將純化的2，9-二甲基并五苯沉積到上述制備的自組裝單層表面上和對比襯底的氧化鋁表面上，沉積速度為0.5/s，達到厚度為600，用石英晶體微量天平測定。然后通過網(wǎng)板法將金源極和金漏極沉積到通過真空熱蒸發(fā)得到的2，9-二甲基并五苯層上。按照這種方式制備了幾百個沒有自組裝單層(比較實施例C1)和有自組裝單層的有機薄膜晶體管(OTFT)，溝道長度為30-70μm，溝道寬度為1000μm。
按如上所述測試6個有自組裝單層的OTFT和4個沒有單層的OTFT的代表性樣品的器件性能。平均結果列于下面表1。
表1.OTFT性能

表1中的結果表明，與沒有單層的OTFT相比(比較實施例C1)，自組裝單層的存在及在其表面上形成的2，9-二甲基并五苯層顯著提高了所得OTFT的載流子遷移率。
對本領域那些技術人員來說，在不脫離本發(fā)明范圍和原理的情況下，對本發(fā)明的各種修改和變化都是顯而易見的，應理解本發(fā)明不應過度限于上文中闡述的示例性實施方案。
權利要求
1.一種有機薄膜晶體管(OTFT)，該晶體管包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層，單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，該母體包括具有下式的組分X-Y-Zn其中X為H或CH3；Y為直鏈或支鏈C5-C50脂族或環(huán)脂族連接基團，或包括芳族基團和C3-C44脂族或環(huán)脂族連接基團的直鏈或支鏈C8-C50基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(-C6H4N3)、苯并三唑基羰基氧(-OC(＝O)C6H4N3)、苯并三唑基氧(-O-C6H4N3)、苯并三唑基氨基(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、-NC、-SiCl(CH3)2、-SiCl2CH3、氨基和氧膦基；n為1、2或3，條件是當Z為-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n＝1；且其中有機半導體層包括選自以下的材料被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的并苯，或任選地被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的苯并-稠合的并苯或聚苯并-稠合的并苯。
2.如權利要求1所述的OTFT，其中至少一個給電子基團選自烷基、烷氧基、或硫代烷氧基，并具有1至24個碳原子。
3.如權利要求1所述的OTFT，其閾電壓在約-25和25V之間，亞閾值斜率低于約10V/10(絕對值)，開/關比為至少約104，載流子遷移率比構造相同但沒有自組裝單層的對比OTFT提高至少約25％、至少約50％、或至少約100％。
4.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體層包括選自C1-C24烷基、聚烷基、烷氧基或聚烷氧基取代的并苯中的材料。
5.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體層包括選自C1-C24烷基、聚烷基、烷氧基或聚烷氧基取代的蒽中的材料。
6.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體層包括選自C1-C24烷基、聚烷基、烷氧基或聚烷氧基取代的并四苯中的材料。
7.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體層包括選自C1-C24烷基、聚烷基、烷氧基或聚烷氧基取代的并五苯中的材料。
8.如權利要求1所述的OTFT，其中至少一個R基團選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基、2-甲基己基、2-乙基己基、正辛基、正壬基、正癸基、正十二烷基、正十八烷基、或3，5，5-三甲基己基。
9.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體包括選自1-甲基蒽、2-甲基蒽、1，2-二甲基蒽、2，3-二甲基蒽、2，3，6，7-四甲基蒽、1，2，3，4-四甲基蒽、2-乙基蒽、2，6-二乙基蒽、2-己基蒽、2，6-二己基蒽、1-甲基并四苯、2-甲基并四苯、2，3-二甲基并四苯、2，8-二甲基并四苯、2，3，9，10-四甲基并五苯、2-乙基并四苯、2，8-二乙基并五苯、2，9-二乙基并五苯、2-己基并四苯、2-壬基并四苯、1-甲基并五苯、2-甲基并五苯、2，6-二烷基蒽、2，8-二烷基并四苯、2，3-二烷基并五苯、2，9-二烷基并五苯、2，10-二烷基并五苯、2-乙基并五苯、2，10-二烷氧基并五苯、2，3，9，10-四烷基并五苯、1，4，8，11-四烷氧基并五苯、或1，2，3，4，8，9，10，11-八烷基并五苯、二苯并[de，qr]并四苯、zethrene、二苯并[de，st]并五苯和二苯并[de，uv]并五苯中的材料；其中每個式中的所述烷基或烷氧基具有1至24個碳原子。
10.如權利要求1所述的OTFT，其中半導體包括選自2，3-二甲基并五苯、2，9-二甲基并五苯、2，10-二甲基并五苯、2，10-二甲氧基并五苯、2，3，9，10-四甲基并五苯、1，4，8，11-四甲氧基并五苯、或1，2，3，4，8，9，10，11-八甲基并五苯中的材料。
11.一種有機薄膜晶體管(OTFT)，該晶體管包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層，單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物，母體包括具有下式的組分X-Y-Zn其中X為H或CH3；Y為直鏈或支鏈C5-C50脂族或環(huán)脂族連接基團，或包括芳族基團和C3-C44脂族或環(huán)脂族連接基團的直鏈或支鏈C8-C50基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(-C6H4N3)、苯并三唑基羰基氧(-OC(＝O)C6H4N3)、苯并三唑基氧(-O-C6H4N3)、苯并三唑基氨基(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、-NC、-SiCl(CH3)2、-SiCl2CH3、氨基和氧膦基；n為1、2或3，條件是當Z為-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n＝1；和其中有機半導體層包括具有下式的半導體 其中每個R基團獨立地選自給電子基團、鹵原子、氫原子和它們的組合，條件是不是全部的R基團都為氫；m為1、2、3或4；每個R9和R10獨立地為H或任何R基團；并且任何兩個相鄰R基團的結合可共同形成五或六碳環(huán)脂族基團或芳族基團；條件是R2與R3以及R6與R7都不形成六元芳環(huán)的一部分；和條件是當m為1時，R9和R10都不形成六元芳環(huán)的一部分。
12.如權利要求11所述的OTFT，其中Y選自飽和脂族基團、不飽和脂族基團、飽和環(huán)脂族基團、不飽和環(huán)脂族基團或它們的組合，其中每個基團都可為直鏈或支鏈的。
13.如權利要求11所述的OTFT，其中單層母體包括選自1-膦?；和椤?-膦?；镣?、1-膦?；楹?-膦?；?3，7，11，15-四甲基十六烷中的組分。
14.如權利要求11所述的OTFT，其中單層母體包括選自CH3-(CH2)m-PO3H2的組分，其中m為4至21的整數(shù)。
15.如權利要求11所述的OTFT，其中單層母體包括具有5至50個碳原子的直鏈或支鏈膦?；闊N。
16.如權利要求15所述的OTFT，其中有機半導體層包括被至少一個具有1至24個碳原子的烷基或烷氧基取代的并五苯。
17.如權利要求16所述的OTFT，其中并五苯具有如下結構 并在1、2、3、4、8、9、10和11位的一處或多處被取代。
18.如權利要求17所述的OTFT，其中半導體選自2，3-、2，9-或2，10-二烷基或二烷氧基取代的并五苯，其中每個烷基或烷氧基獨立地具有1至24個碳原子；或2，3，9，10-或1，4，8，11-四烷基或四烷氧基取代的并五苯，其中每個烷基或烷氧基獨立地具有1至24個碳原子。
19.如權利要求15所述的OTFT，其中有機半導體選自2，3-、2，9-或2，10-二甲基并五苯。
20.一種集成電路，該集成電路包括多個如權利要求1所述的薄膜晶體管。
21.一種集成電路，該集成電路在任選為柔性的非參與襯底上包括多個如權利要求1所述的薄膜晶體管。
22.一種制造有機薄膜晶體管的方法，該方法包括a)提供襯底；b)在襯底上提供柵極材料；c)在柵極材料上提供柵電介質(zhì)；d)提供靠近柵電介質(zhì)的如權利要求1所述的自組裝單層；和e)在單層上涂敷如權利要求1所述的有機半導體層；和f)提供靠近有機半導體層的源極和漏極。
23.如權利要求22所述的方法，其中按(a)到(f)的順序實施這些步驟。
24.如權利要求22所述的方法，其中在步驟(d)中提供過量的母體，然后留出足夠的時間用于相互作用，并除去過量母體。
25.如權利要求22所述的方法，其中襯底為柔性的。
26.如權利要求22所述的方法，該方法全部在選自低于約250℃、低于約150℃和低于約70℃的最高襯底溫度下實施。
27.如權利要求22所述的方法，該方法是在織物上實施的。
28.一種集成電路，該集成電路包括用權利要求22的方法制造的多個薄膜晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機薄膜晶體管，該晶體管包括插入在柵電介質(zhì)和有機半導體層之間的自組裝單層。單層為柵電介質(zhì)與自組裝單層母體反應的產(chǎn)物。半導體層包括選自被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的并苯，或任選地被至少一個給電子基團、鹵原子或它們的組合取代的苯并－稠合的并苯或聚苯并－稠合的并苯中的材料。本發(fā)明還提供了制造薄膜晶體管的方法和包括薄膜晶體管的集成電路。
文檔編號H01B3/18GK1639884SQ03805321
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月11日 優(yōu)先權日2002年3月7日
發(fā)明者特倫斯·P·史密斯, 拉里·D·伯德曼, 蒂莫西·D·鄧巴, 馬克·J·佩勒瑞特, 湯米·W·凱利, 道恩·V·梅耶斯, 丹尼斯·E·沃格爾, 基姆·M·沃格爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司