專利名稱：包含多層?xùn)沤^緣體的有機薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機薄膜晶體管(organic thin film transistor)，具體而言，涉及包括以下的有機薄膜晶體管順序地形成在襯底(substrate)上的柵電極、柵絕緣膜、有機有源層(organic active layer)和源/漏電極，或者柵電極、柵絕緣膜、源/漏電極和有機有源層，其特征在于該柵絕緣膜是多層絕緣體(multi-layered insulator)，包含高介電常數(shù)(k)材料的第一層和能與該有機有源層相容的絕緣有機聚合物的第二層，所述第二層被直接放置在該有機有源層之下。
背景技術(shù)：
近年來，大部分用于顯示器用途的薄膜晶體管(TFT)由作為半導(dǎo)體的非晶硅、作為絕緣體的氧化硅或氮化硅和金屬電極組成。然而，隨著近來各種導(dǎo)電有機材料的發(fā)展，開發(fā)使用有機材料作為半導(dǎo)體的有機薄膜晶體管(OTFT)的研究變得活躍起來。自從誕生于二十世紀(jì)80年代，OTFT的應(yīng)用已經(jīng)擴展到功能性的電子器件和光器件中。例如，在包括TFT作為控制電場的開關(guān)元件(switching element)的液晶顯示器(LCD)領(lǐng)域，因為其柔性和制備工藝容易，有很多采用OTFT的嘗試。作為新穎的電子材料，因為它具有很多合成途徑并且能夠形成從纖維到膜的各種形狀，OTFT中的有機半導(dǎo)體優(yōu)于它的無機對應(yīng)物(即，非晶硅)；而且，它顯示高的柔性并且能夠以低成本生產(chǎn)。因此，使用諸如導(dǎo)電聚合物作為有源層的有機半導(dǎo)體的OTFT被認(rèn)為具有以下優(yōu)越性因為它的有源層可以在大氣壓下通過印刷工藝形成，而不需通過使用等離子體和需要高壓和高溫的化學(xué)氣相沉積(CVD)，所有的制造可以用塑料襯底通過滾筒對滾筒的工藝完成，這樣可以實現(xiàn)低價格的TFT。
但是，與非晶硅的TFT相比，OTFT表現(xiàn)出不占優(yōu)勢的較低電荷遷移率(charge mobility)和較高的驅(qū)動和閾電壓(driving and threshold voltages)。在這點上，N.Jackson等人做出了改進并通過用并五苯有源層取得了0.6cm2·V-1·sec-1的電荷遷移率，提高了OTFT實際使用的可能性(54thAnnualdevice Research Conference Digest，1996)。然而，N.Jackson取得的電荷遷移率仍然達不到所需要的值，而且，現(xiàn)有技術(shù)的0TFT需要的驅(qū)動電壓高于100V并且亞閾值(sub-threshold)電壓至少是非晶硅-TFT的50倍高。其間，美國專利5,981,970和Science(vol.283，p822-824)中，公開了通過使用高介電常數(shù)(即，高k)的柵絕緣體降低OTFT的驅(qū)動電壓和閾電壓的方法，其中柵絕緣體由無機金屬氧化物制成諸如BaxSr1-xTiO3(BST，鋇鍶鈦酸鹽)、Ta2O5、Y2O3、TiO2，或者鐵電絕緣體(ferroelectric insulator)諸如PbZrxTi1-xO3(PZT)、Bi4Ti3O12、BaMgF4、SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、Ba(Zr1-xTix)O3(BZT)、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12。在用所述方法制備的OTFT中，柵絕緣體用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、濺射、或溶膠-凝膠涂布技術(shù)制備，并且其介電常數(shù)k為15或更高。通過使用該高k值絕緣體，驅(qū)動電壓可以降低至-5V，但是電荷遷移率仍然不如人意，低于0.6cm2·V-1·sec-1。而且，因為該工藝需要200-400℃的高溫，這也限制了對襯底類型的選擇，采用普通的諸如簡單涂布或印刷的濕法工藝(wet process)變得不可能。在美國專利6,232,157中公開的方法使用聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯或聚丙烯酰類(polyacryl)作為有機絕緣膜，但是，用該方法制備的OTFT沒有表現(xiàn)出與無機絕緣體的TFT相等的器件特性。
為了改進現(xiàn)有技術(shù)中薄膜電子器件的性能，存在很多采用具有兩層或以上的多層?xùn)沤^緣體(multi-layered gate insulator)的嘗試。例如，美國專利6,563,174和美國專利6,558,987分別公開了由非晶氮化硅和氧化硅制成的多層?xùn)沤^緣膜，和由同種材料制成的雙層絕緣膜，并且兩個專利都報道絕緣體的電學(xué)性能和半導(dǎo)體層的結(jié)晶品質(zhì)得到實質(zhì)性的提高。然而，這些專利本質(zhì)上涉及到使用諸如非晶硅或單晶硅的無機TFT，因此不能應(yīng)用于有機半導(dǎo)體器件的制備。
近來，進行了很多努力來在各種驅(qū)動器件里使用OTFT。然而，為了實現(xiàn)在LCD或使用有機EL的柔性顯示器(flexible display)中使用OTFT的實用性，不但應(yīng)該將電荷遷移率提高到5cm2·V-1·sec-1或更高，而且也應(yīng)該實現(xiàn)改進器件的驅(qū)動和閾電壓。具體而言，為了使制備簡化和降低成本，期望制備OTFT的整個工藝能夠通過全印刷(all-printing)或全旋涂(all-spin)的方法在塑料襯底上進行。在這種環(huán)境下，有很多的研究用于開發(fā)一種方法，該方法用于簡化有機柵絕緣膜的制備和提高在絕緣體和有機有源層之間界面處的電荷遷移率。然而，還沒有獲得滿意的結(jié)果。
因此，在本領(lǐng)域中，有迫切的需求來開發(fā)新結(jié)構(gòu)的有機TFT，它顯示出高電荷遷移率、優(yōu)越的絕緣性能、和低的驅(qū)動和閾電壓、以及能夠通過例如普通的濕法工藝容易地制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人投入了大量的努力來滿足這些需求，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用多層?xùn)沤^緣體，其包括有高k值材料的第一層和能與有機有源層相容的絕緣有機聚合物的第二層，該第二層被直接放置在該有機有源層之下，這樣獲得的OTFT表現(xiàn)出較高的電荷遷移率和較低的驅(qū)動和閾電壓，以及其全部制備(wholepreparation)可以通過諸如印刷或旋涂的濕法工藝完成。
因而，本發(fā)明的實施方式的特征是提供一種有機薄膜晶體管，其包括順序地形成在襯底上的柵電極、柵絕緣膜、有機有源層和源/漏電極，或者柵電極、柵絕緣膜、源/漏電極和有機有源層，其中該柵絕緣膜是多層絕緣體，該多層絕緣體包含i)高介電性材料的第一層和ii)能與有機有源層相容的絕緣有機聚合物的第二層，并且該第二層被直接放置在該有機有源層之下。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的有機薄膜晶體管(OTFT)的橫截面示意圖；圖2是顯示隨著施加在實施例1和3及對比實施例1中制備的OTFT上的電壓的改變，漏電流(leakage current)的變化圖；圖3通過作為柵電壓的函數(shù)的漏極電流(drain current)圖，分別顯示了得到的實施例1和對比實施例1中制備的OTFT的操作特性；和圖4顯示了作為實施例1和對比實施例1中制備的柵電壓的函數(shù)的漏極電流的平方根圖，從該圖中可以得到OTFT的閾電壓。
具體實施例方式
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的OTFT包括(a)其上布置有一個或多個柵電極的襯底1，(b)一個或多個柵電極5，(c)布置在柵電極5之上的多層?xùn)沤^緣膜，包含(i)高k值材料的第一絕緣層2和(ii)能與有機有源層4相容并且被直接放置在該層之下的有機聚合物的第二絕緣層3，(d)布置在柵絕緣膜上的作為有機有源層4的有機半導(dǎo)體層，(e)源/漏電極(6和7)。
如上所述，在有機有源層和源/漏電極之間的層的順序可以互相交換。
圖1示意性地示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，所以本發(fā)明的OTFT的柵絕緣膜(包含圖1中的兩層)可以根據(jù)需要具有兩個或更多層。柵絕緣膜的總有效(total effective)介電常數(shù)可以通過控制第一絕緣層2和第二絕緣層3的厚度來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明中，柵絕緣膜的第一層是由具有高介電常數(shù)(k)和優(yōu)異的絕緣性能的高k值材料構(gòu)成的，并且通過濕法工藝形成。具體地，第一絕緣層由以下混合物制成(1)絕緣有機聚合物與介電常數(shù)為5或更高的有機金屬化合物的混合物，或(2)絕緣有機聚合物與介電常數(shù)為5或更高的無機金屬氧化物或鐵電絕緣體的納米顆粒(nanoparticle)的混合物。第一層的介電常數(shù)“k”可以通過控制有機聚合物與有機金屬化合物或納米顆粒的重量比調(diào)節(jié)。第一絕緣層的介電常數(shù)應(yīng)控制在5或更高，在介電常數(shù)低于5的情形下，由于較低的有效介電常數(shù)，不能獲得驅(qū)動性能的改善。為了形成第一層，該混合物通過濕法工藝涂布在包括柵電極的襯底上然后被烘焙。
可用于制備第一絕緣層的絕緣有機聚合物包括大部分表現(xiàn)出絕緣性能的聚合物。絕緣有機聚合物的實例包括，但不限于聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚縮醛、多芳基化合物、聚酰胺、聚(酰胺-酰亞胺)(polyamidimide)、聚醚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酮、聚鄰苯二酰胺、聚醚腈、聚醚砜、聚苯并咪唑、聚碳化二亞胺、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酰胺、丁腈橡膠、丙烯酰類橡膠(acryl rubber)、聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、聚丁烯、聚戊烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯-二烯共聚物(poly(ethylene-co-butenediene)、聚丁二烯、聚異戊二烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物(poly(ethylene-co-propylenediene)、丁基橡膠、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化聚異戊二烯、氫化聚丁二烯、及其混合物。
用于第一絕緣層的有機金屬化合物是鈦類、鋯類、鉿類和鋁類的有機金屬化合物。鈦類化合物實例包括，但不限于正丁醇鈦(IV)、叔丁醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、2-乙基己醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)、(二異丙醇)雙(乙酰丙酮酸)鈦(IV)(titanium(di-isopropoxide)bis-(acetylacetonate))、雙(乙酰丙酮酸)鈦氧化物(IV)、三氯三(四氫呋喃)鈦(III)、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合(heptanedionato))鈦(III)、(三甲基)五甲基環(huán)戊二烯基鈦(IV)、五甲基環(huán)戊二烯基鈦三氯化物(IV)、五甲基環(huán)戊二烯基三甲醇鈦(IV)、四氯雙(環(huán)己基巰基)鈦(IV)、四氯雙(四氫呋喃)鈦(IV)、四氯二氨合鈦(IV)、四(二乙氨基)鈦(IV)、四(二甲氨基)鈦(IV)、雙(叔丁基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(環(huán)戊二烯基)二羰基鈦(II)、雙(環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(乙基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(異丙基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)氧代鈦(tris(2，2，6，6-tetramethyl-3，5-heptanedionato)oxotitanium)(IV)、三異丙醇氯鈦、環(huán)戊二烯基鈦三氯化物、二氯雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鈦(IV)、二甲基雙(叔丁基環(huán)戊二烯基)鈦(IV)和二異丙醇雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鈦(IV)。鋯類化合物的實例包括，但不限于正丁醇鋯(IV)、叔丁醇鋯(IV)、乙醇鋯(IV)、異丙醇鋯(IV)、正丙醇鋯(IV)、乙酰丙酮酸鋯(IV)、六氟代乙酰丙酮酸鋯(IV)、三氟代乙酰丙酮酸鋯(IV)、四(二乙氨基)鋯、四(二甲氨基)鋯、四(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鋯(IV)和四水硫酸鋯(IV)。鉿類化合物的實例包括，但不限于正丁醇鉿(IV)、叔丁醇鉿(IV)、乙醇鉿(IV)、異丙醇鉿(IV)、異丙醇鉿(IV)單異丙醇鹽(hafnium isopropoxidemonoisopropylate)、乙酰丙酮酸鉿(IV)、四(二甲氨基)鉿。鋁類化合物的實例包括，但不限于正丁醇鋁、叔丁醇鋁、仲丁醇鋁(aluminium s-butoxide)、乙醇鋁、異丙醇鋁、乙酰丙酮酸鋁、六氟代乙酰丙酮酸鋁、三氟代乙酰丙酮酸鋁、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鋁。
用于制備第一絕緣層的金屬氧化物納米顆粒包括，但不限于Ta2O5、Y2O3、TiO2、CeO2和ZrO2的納米顆粒。優(yōu)選該金屬氧化物的納米顆粒的介電常數(shù)為5或者更高。用于制備第一絕緣層的鐵電絕緣體的納米顆粒包括，但不限于鋇鍶鈦酸鹽(BST)、PbZrxTi1-xO3(PZT)、Bi4Ti3O12、BaMgF4、SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、Ba(Zr1-xTix)O3(BZT)、BaTiO3、SrTiO3或Bi4Ti3O12的納米顆粒。納米顆粒的直徑?jīng)]有具體的限制，但是優(yōu)選為1到100nm。
在本發(fā)明的OTFT中，柵絕緣膜的第二絕緣層被直接布置在有機有源層之下，并且由能與該有機有源層相容的絕緣有機聚合物制成。如同第一層，第二層通過濕法工藝形成。適用于第二絕緣層的有機聚合物包括聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、多芳基化合物、聚乙烯醇或者下面式1所代表的聚合物式1 [其中，R由下面式2表示式2 (其中，R1選自以下基團，其中n是0到10的整數(shù) R2是選自以下(I)和(II)的光定向(photo-alignment)基團，其條件是當(dāng)l為2或更高時，至少有一個R2選自(I) R3是氫原子或選自以下基團，其中X是氫原子、1到13個碳原子的烷基或烷氧基、6到20個碳原子的芳基、在芳環(huán)上具有至少一個雜原子的4到14個碳原子的雜芳基、-(OCH2)pCH3(p是0到12的整數(shù))、F或Cl，并且m是0到18的整數(shù) k是0到3的整數(shù)并且l是1到5的整數(shù)，其條件是當(dāng)k或1為2或更高時，R1和R2能夠各自不同)；m是0.3到0.7的實數(shù)，并且n是0.3到0.7的實數(shù)，其條件是m和n之和為1；x是0.3到0.7的實數(shù)，并且y是0.3到0.7的實數(shù)，其條件是x和y之和為1；i是0到1的實數(shù)并且j是0到1的實數(shù)，其條件是i和j之和為1]。
在將光定向基團引入到絕緣聚合物的情形下，如同式1的聚合物，有機有源層的取向增加，這樣可以提供適于有機有源層形成的條件，因而有源層的晶核大小(grain size)可以更大；結(jié)果，晶體管的特性(包括在絕緣體和有源層之間的電荷遷移率)可以提高。式1表示的聚合物的優(yōu)選實施例包括由下面式3到6所代表的聚合物式3
式4 式5 式6
在本發(fā)明的OTFT中，可以用于制備柵絕緣膜的第一或第二層的濕法工藝可以列舉浸涂、旋涂、印刷、噴涂、或輥涂(roll coating)技術(shù)，但不限于此。
根據(jù)本發(fā)明，不但多層?xùn)沤^緣膜具有優(yōu)越的絕緣性能，而且與使用單層絕緣體的OTFT相比，由其所獲得OTFT顯示出高電荷遷移率、低驅(qū)動電壓、低閾電壓和優(yōu)異的Ion/Ioff值。具體而言，柵絕緣膜的制備可以通過濕法工藝完成，諸如印刷或旋涂，同時因此在性能方面，所制成的OTFT可以與通過CVD工藝制備的無機絕緣膜的TFT相匹敵。
在本發(fā)明的OTFT中，有機有源層可以用任何已知為有機半導(dǎo)體的材料制成，包括導(dǎo)電聚合物。優(yōu)選地，有機有源層從以下材料制備并五苯、銅酞菁、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亞苯基亞乙烯基、或其衍生物，但不限于此。
在本發(fā)明的OTFT中，用于襯底、柵電極和源/漏電極的材料可以為任何在薄膜晶體管領(lǐng)域中已知的材料。優(yōu)選地，襯底由塑料、玻璃、石英或硅制成，柵電極和源/漏電極由金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銦錫氧化物(ITO)制成，但不限于此。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，OTFT可以通過包含如下步驟的工藝制備順序提供布置在襯底上的柵電極并形成高k值材料的第一層，與有機有源層相容的有機絕緣聚合物的第二層，有機有源層和源/漏電極，其中第一和第二層通過諸如旋涂的濕法工藝布置，第二層被直接放置在有機有源層下，并且在有機有源層和源/漏電極之間的層的順序可以相反。
在下文中，將參照以下實施例更加詳細地描述本發(fā)明。然而，這些實施例只是為了說明的目的而提供，并且不能解釋為限制本發(fā)明的范圍。
預(yù)備實施例1～4高k值材料第一絕緣層的制備聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)按照如下表1所示的每個預(yù)備實施例的組分比例混合，所得混合物溶解在異丙醇中以制成10-20重量％的溶液。將該溶液通過旋涂法涂布在鋁襯底上以形成2000厚的膜，接著在70℃熱固化1小時然后150℃熱固化30分鐘，這樣得到第一絕緣層。鋁襯底放在第一絕緣層上以制造金屬-絕緣膜-金屬結(jié)構(gòu)的電容器。借助于該電容器，在100kHz下測量絕緣性能，結(jié)果如下表1所示
表1

從上表可以看出，通過控制鈦酸酯的量，介電常數(shù)可以提高到高達30。
實施例1在具有由鋁制成的柵電極的玻璃襯底上，按照與預(yù)備實施例2相同的方式形成第一絕緣層。制備式3所表示的聚合物(S1)的環(huán)己酮溶液(100重量％)，接著旋涂在第一絕緣層上以形成5000厚的膜，接著在氮氣下、100℃烘焙1小時以制備總厚度為700nm的兩層的柵絕緣體。然后，通過使用OMBD(有機分子束沉積(Organic Molecular Beam Deposition))工藝，該工藝在2×10-6托下用0.3/秒的沉積速率進行，同時保持襯底溫度為80℃，在該柵絕緣膜上形成700厚的并五苯有機有源層。在這樣制成的有源層上，源/漏電極用頂接觸(top contact)方法形成，該方法使用具有溝道長度為100μm、寬度為1mm的遮光板，從而制造出OTFT。對于這樣獲得的OTFT，按照以下程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
(1)單位面積的介電常數(shù)，C0顯示介電性能的介電常數(shù)按照以下方程式確定C0＝ε/ε0(A/d)(其中，A表示器件面積；d表示電介質(zhì)的厚度；ε和ε0分別表示電介質(zhì)和真空的介電常數(shù))。
(2)電荷遷移率和閾電壓電荷遷移率從以下飽和區(qū)域的電流方程式中測定。也就是說，在獲得作為柵電壓(VG)的函數(shù)的源-漏電流的平方根[(ISD)1/2]圖后，電荷遷移率(μFET)從參照以下方程式的圖的斜率中計算ISD=WCO2Lμ(VG-VT)2]]>ISD=μCOW2L(VG-VT)]]> (其中，ISD表示源-漏電流；μ或μFET表示電荷遷移率；C0表示單位面積的電容；W表示溝道寬度；L表示溝道長度；VG和VT分別表示柵電壓和閾電壓)。
閾電壓(VT)從(ISD)1/2和VG圖中的線性部分的延長線與VG軸的截點確定。閾電壓的絕對值與0越接近意味著電力損耗越小。
(3)Ion/Ioff值Ion/Ioff值可以從開(on)-狀態(tài)的最大電流與關(guān)(off)-狀態(tài)的最小電流之比確定，并且滿足如下方程式IonIoff=(μσ)C02qNAt2VD2]]>(其中，Ion是開(on)-狀態(tài)的最大電流；Ioff是關(guān)(off)-狀態(tài)的漏電流；μ是電荷遷移率；σ是薄膜的電導(dǎo)率；q是電荷量；NA是電荷密度；t是半導(dǎo)體膜的厚度；C0是氧化物膜的電容；VD是漏極電壓)。
隨介電膜的介電常數(shù)越高和其厚度越薄，Ion/Ioff變大，因此介電膜的種類和厚度是決定Ion/Ioff值的重要因素。關(guān)-狀態(tài)的漏電流Ioff是在關(guān)-狀態(tài)中流動的電流，可以作為關(guān)-狀態(tài)的最小電流確定。
圖2顯示了隨著施加在OTFT上電壓的變化漏電流的變化。從顯示ISD對VG變化的圖3中，可以看出當(dāng)使用本發(fā)明的柵絕緣膜時，曲線向靠近0的方向移動，這意味著較低的閾電壓。而且，從圖4中顯示的(ISD)1/2和VG圖中可以看出，本發(fā)明中OTFT的閾電壓降低到50％或更多。
實施例2按照與實施例1中相同的方式制備OTFT，但是在與預(yù)備實施例3相同的條件下使用組合物和溶劑形成第一絕緣層。對于該OTFT，按照與實施例1中相同的程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
實施例3按照與實施例1中相同的方式制備OTFT，但是采用了300nm厚的第一層和400nm厚的第二層。對于該OTFT，按照與實施例1中相同的程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
對比實施例1按照與實施例1中相同的方式制備OTFT，但是使用單層?xùn)沤^緣膜而不是多層?xùn)沤^緣膜，從S1的環(huán)己酮溶液(10重量％)，將該溶液旋涂在第一絕緣層上以形成7000厚的膜，接著在氮氣下、100℃烘焙1小時獲得該單層?xùn)沤^緣膜。對于該OTFT，按照與實施例1中相同的程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
實施例4按照與實施例1中相同的方式制備OTFT，但是使用PVP(聚乙烯基苯酚)膜作為第二絕緣層，該膜通過在PGMEA(丙二醇甲基醚乙酸酯)中溶解PVP以獲得15重量％的溶液，該溶液以5000的厚度旋涂，接著在氮氣中、100℃烘焙1小時。對于該OTFT，按照與實施例1中相同的程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
對比實施例2按照與實施例1中相同的方式制備OTFT，但是使用單層?xùn)沤^緣膜而不是多層?xùn)沤^緣膜，該單層?xùn)沤^緣膜通過以下步驟獲得在PGMEA中溶解PVP以獲得15重量％的溶液，該溶液以5000的厚度旋涂，接著在氮氣中、100℃烘焙1小時。對于該OTFT，按照與實施例1中相同的程序測量出單位面積的介電常數(shù)(C0:nF/單位面積)、閾電壓、Ion/Ioff值和電荷遷移率。結(jié)果如下表2所示。
表2

從上表可以看出，本發(fā)明的OTFT具有高電荷遷移率、高Ion/Ioff值、低驅(qū)動電壓和低閾電壓、和優(yōu)越的電絕緣性能。因此，本發(fā)明的OTFT可以作為晶體管有效地應(yīng)用在各種電子器件中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了包含多層?xùn)沤^緣膜的有機薄膜晶體管，其有利地顯示了低驅(qū)動電壓和閾電壓，高電荷遷移率、高Ion/Ioff值。而且，本發(fā)明的絕緣膜可以有助于形成有機有源層，還能通過濕法工藝制備，這樣簡化了制備工藝并降低了制備成本。本發(fā)明的OTFT可以應(yīng)用于柔性顯示器領(lǐng)域。
本發(fā)明只是以說明的方式描述，應(yīng)該理解所用的術(shù)語是為了說明而不是限制的目的。根據(jù)以上技術(shù)，本發(fā)明的很多改進和變化是可能的。因此，應(yīng)當(dāng)理解在附屬權(quán)力要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以用除了具體描述之外的其它方式實施。
權(quán)利要求
1.一種有機薄膜晶體管，包含順序地形成在襯底上的柵電極、柵絕緣膜、有機有源層和源/漏電極，或者柵電極、柵絕緣膜、源/漏電極和有機有源層，其中所述柵絕緣膜是多層絕緣體，其包含第一層高k值材料和能與有機有源層相容的第二層絕緣有機聚合物，所述第二層被直接放置在該有機有源層之下。
2.權(quán)利要求1的有機薄膜晶體管，其中所述柵絕緣膜的第一和第二層是通過濕法工藝制備的。
3.權(quán)利要求1的有機薄膜晶體管，其中所述第一層的高k值材料是絕緣有機聚合物和介電常數(shù)(k)為5或更高的有機金屬化合物的混合物，或者是絕緣有機聚合物和介電常數(shù)(k)為5或更高的無機金屬氧化物或鐵電絕緣體的納米顆粒的混合物。
4.權(quán)利要求1的有機薄膜晶體管，其中所述第二絕緣層的絕緣有機聚合物選自聚乙烯基苯酚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇或者下面式1所代表的聚合物式1 [其中，R由下面式2表示式2 (其中，R1選自以下基團，其中n是0到10的整數(shù) R2是選自以下(I)和(II)的光定向基團，其條件是當(dāng)l為2或更高時，至少有一個R2選自(I) R3是氫原子或選自以下基團，其中X是氫原子、1到13個碳原子的烷基或烷氧基、6到20個碳原子的芳基、在芳環(huán)上具有至少一個雜原子的4到14個碳原子的雜芳基、-(OCH2)pCH3(p是0到12的整數(shù))、F或Cl，并且m是0到18的整數(shù) k是0到3的整數(shù)并且l是1到5的整數(shù)，條件是當(dāng)k或l為2或更高時，R1和R2能夠各自不同)；m是0.3到0.7的實數(shù)，并且n是0.3到0.7的實數(shù)，條件是m與n之和為1；x是0.3到0.7的實數(shù)，并且y是0.3到0.7的實數(shù)，條件是x與y之和為1；i是0到1的實數(shù)并且j是0到1的實數(shù)，條件是i與j之和為1]。
5.權(quán)利要求4的有機薄膜晶體管，其中所述由式1代表的聚合物是下面式3、4、5、或6所代表的化合物式3 式4 式5 ；或式6
6.權(quán)利要求1的有機薄膜晶體管，其中所述襯底是塑料、玻璃、石英、或硅襯底。
7.權(quán)利要求2的有機薄膜晶體管，其中所述濕法工藝是通過旋涂、浸涂、印刷、或輥涂方法進行的。
8.權(quán)利要求3的有機薄膜晶體管，其中所述用于第一層的絕緣有機聚合物選自聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚縮醛、多芳基化合物、聚酰胺、聚(酰胺-酰亞胺)、聚醚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酮、聚鄰苯二酰胺、聚醚腈、聚醚砜、聚苯并咪唑、聚碳化二亞胺、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酰胺、丁腈橡膠、丙烯酰類橡膠、聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、聚丁烯、聚戊烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯-二烯共聚物、聚丁二烯、聚異戊二烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、丁基橡膠、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化聚異戊二烯、氫化聚丁二烯、及其混合物。
9.權(quán)利要求3的薄膜晶體管，其中所述用于第一層的有機金屬化合物選自鈦類化合物，包括正丁醇鈦(IV)、叔丁醇鈦(IV)、乙醇鈦(IV)、2-乙基己醇鈦(IV)、異丙醇鈦(IV)、(二異丙醇)雙(乙酰丙酮酸)鈦(IV)、雙(乙酰丙酮酸)鈦氧化物(IV)、三氯三(四氫呋喃)鈦(III)、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鈦(III)、(三甲基)五甲基環(huán)戊二烯基鈦(IV)、五甲基環(huán)戊二烯基鈦三氯化物(IV)、五甲基環(huán)戊二烯基三甲醇鈦(IV)、四氯雙(環(huán)己基巰基)鈦(IV)、四氯雙(四氫呋喃)鈦(IV)、四氯二氨合鈦(IV)、四(二乙氨基)鈦(IV)、四(二甲氨基)鈦(IV)、雙(叔丁基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(環(huán)戊二烯基)二羰基鈦(II)、雙(環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(乙基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、雙(異丙基環(huán)戊二烯基)鈦二氯化物、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)氧代鈦(IV)、三異丙醇氯鈦、環(huán)戊二烯基鈦三氯化物、二氯雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鈦(IV)、二甲基雙(叔丁基環(huán)戊二烯基)鈦(IV)或二異丙醇雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鈦(IV)；鋯類化合物或鉿類化合物，包括正丁醇鋯(IV)、叔丁醇鋯(IV)、乙醇鋯(IV)、異丙醇鋯(IV)、正丙醇鋯(IV)、乙酰丙酮酸鋯(IV)、六氟代乙酰丙酮酸鋯(IV)、三氟代乙酰丙酮酸鋯(IV)、四(二乙氨基)鋯、四(二甲氨基)鋯、四(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鋯(IV)和四水硫酸鋯(IV)，正丁醇鉿(IV)、叔丁醇鉿(IV)、乙醇鉿(IV)、異丙醇鉿(IV)、異丙醇鉿(IV)單異丙醇鹽、乙酰丙酮酸鉿(IV)或四(二甲氨基)鉿；鋁類化合物，包括正丁醇鋁、叔丁醇鋁、仲丁醇鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、乙酰丙酮酸鋁、六氟代乙酰丙酮酸鋁、三氟代乙酰丙酮酸鋁、或三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸根合)鋁；及其混合物。
10.權(quán)利要求3的薄膜晶體管，其中所述無機金屬氧化物的納米顆粒包括Ta2O5、Y2O3、TiO2、CeO2或ZrO2的納米顆粒，所述鐵電絕緣體的納米顆粒包括鋇鍶鈦酸鹽(BST)、PbZrxTi1-xO3(PZT)、Bi4Ti3O12、BaMgF4、SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、Ba(Zr1-xTix)O3(BZT)、BaTiO3、SrTiO3或Bi4Ti3O12的納米顆粒，其中納米顆粒的直徑為1到100nm。
11.權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中所述有機有源層由任一種選自以下的材料制成并五苯、銅酞菁、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亞苯基亞乙烯基、及其衍生物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機薄膜晶體管(OTFT)，包括順序地形成在襯底上的柵電極、柵絕緣膜、有機有源層和源/漏電極，或者柵電極、柵絕緣膜、源/漏電極和有機有源層，其特征在于該柵絕緣膜是多層絕緣體，所述多層絕緣體包含高介電材料的第一層和能與該有機有源層相容的絕緣有機聚合物的第二層，所述第二層被直接放置在該有機有源層之下。本發(fā)明所述OTFT顯示了低閾值和驅(qū)動電壓、高電荷遷移率、高I
文檔編號H01L21/02GK1577912SQ200410062148
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者李相潤, 樸鐘辰, 柳利烈, 邊煐勛, 具本原, 姜仁男 申請人:三星電子株式會社