專利名稱：有機(jī)薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
晶體管可以被分成兩種主要類型雙極結(jié)型晶體管和場效應(yīng)晶體管。這兩種類型 共有共同的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括三個電極，并且在溝道區(qū)中有半導(dǎo)電材料被布置在其之間。雙 極結(jié)型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)晶體管中三個電極被 稱為源極、漏極和柵極。由于在發(fā)射極和集電極之間的電流由基極和發(fā)射極之間流動的電 流控制，因此可以將雙極結(jié)型晶體管描述為電流控制器件(current-operated device)。與 之相對，由于在源極和漏極之間流動的電流由柵極和源極之間的電壓控制，因此可以將場 效應(yīng)晶體管描述為電壓控制器件(voltage-operated device) 0根據(jù)晶體管包括傳導(dǎo)正電荷載流子(空穴)還是負(fù)電荷載流子(電子)的半導(dǎo)電 材料，晶體管還可以被分類為P型和η型。可以根據(jù)其接受、傳導(dǎo)和貢獻(xiàn)電荷的能力來選擇 半導(dǎo)電材料。半導(dǎo)電材料接受、傳導(dǎo)和貢獻(xiàn)空穴或電子的能力可以通過對材料進(jìn)行摻雜來 提高。還可以根據(jù)其接受和注入空穴或電子的能力來選擇用于源極電極和漏極電極的材 料。例如，可以通過選擇在接受、傳導(dǎo)和貢獻(xiàn)空穴方面有效的半導(dǎo)電材料并且為源極電極和 漏極電極選擇在注入和接受來自半導(dǎo)電材料的空穴方面有效的材料來形成P型晶體管器 件。電極中的費(fèi)米能級與半導(dǎo)電材料的HOMO能級的良好的能級匹配可以增強(qiáng)空穴注入和 接受。與之相對，可以通過選擇在接受、傳導(dǎo)和貢獻(xiàn)電子方面有效的半導(dǎo)電材料并且為源極 電極和漏極電極選擇在將電子注入到半導(dǎo)電材料和接受來自半導(dǎo)電材料的電子方面有效 的材料來形成η型晶體管器件。電極中的費(fèi)米能級與半導(dǎo)電材料的LUMO能級的良好的能 級匹配可以增強(qiáng)電子注入和接受?？梢酝ㄟ^沉積薄膜形式的組件來形成晶體管，從而形成薄膜晶體管。在使用有機(jī) 材料作為這種器件中的半導(dǎo)電材料時，其被稱為有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。可以通過低成本、 低溫方法(例如，溶液處理)來制造0TFT。此外，OTFT與柔性塑料襯底兼容，這提供了以卷 到卷(roll-to-roll)工藝在柔性襯底上大規(guī)模制造OTFT的前景。有機(jī)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場效應(yīng)晶體管， 該晶體管包括源極電極和漏極電極，在其之間有半導(dǎo)電材料被布置在溝道區(qū)中；鄰近半 導(dǎo)電材料布置的柵極電極；以及被布置在柵極電極與在溝道區(qū)中的半導(dǎo)電材料之間的絕緣 材料層。圖1中示出了這種有機(jī)薄膜晶體管的示例。所示出的結(jié)構(gòu)可以被沉積在襯底(未 示出)上，并且包括被位于其之間的溝道區(qū)6分隔開的源極電極和漏極電極2、4。有機(jī)半導(dǎo) 體(OSC)S被沉積在溝道區(qū)6中，并且可以在源極電極和漏極電極2、4的至少一部分之上延 伸。電介質(zhì)材料的絕緣層10被沉積在有機(jī)半導(dǎo)體8之上，并且可以在源極電極和漏極電極 2、4的至少一部分之上延伸。最后，將柵極電極12沉積在絕緣層10之上。柵極電極12位 于溝道區(qū)6之上，并且可以在源極電極和漏極電極2、4的至少一部分之上延伸。
由于柵極位于器件的頂上，因此上述結(jié)構(gòu)被稱為頂柵有機(jī)薄膜晶體管?？商娲?， 在器件的底部上提供柵極以形成所謂的底柵有機(jī)薄膜晶體管也是已知的。有機(jī)薄膜晶體管的一個問題在于到源極和漏極的柵極漏電和寄生柵電容。在現(xiàn)有 技術(shù)配置(例如圖1所示出的配置)中，該問題可以通過增大柵絕緣材料的厚度來解決。 然而，如果增大鄰近溝道區(qū)的柵絕緣材料的厚度，則將需要更大的電壓來使晶體管導(dǎo)通。因 此，優(yōu)選的解決方案將是僅增大在柵極和源極/漏極重疊區(qū)中的柵絕緣材料的厚度。從下 面討論的文獻(xiàn)中已知這種解決方案。US 2006/060855公開了僅在柵極和源極/漏極電極重疊的區(qū)域中的額外的絕緣 層。該額外的絕緣層被沉積在主要的柵電介質(zhì)層之上并且在沉積柵極之前被圖形化。US 2006/220022公開了具有變化厚度的柵絕緣層。柵絕緣層在溝道之上的其中心 區(qū)域中較薄，而在柵極與源極/漏極重疊的周邊區(qū)域處較厚。前述兩種配置都可能存在的一個問題是它們需要將額外的電介質(zhì)材料沉積在有 機(jī)半導(dǎo)電層之上，這可能損傷有機(jī)半導(dǎo)電層。前述兩種配置都可能存在的另一個問題是難 以使在器件中的所有上覆(overlying)層對準(zhǔn)，例如難以使柵極與在源極和漏極之間的溝 道區(qū)對準(zhǔn)。另外，在溝道區(qū)中包含有機(jī)半導(dǎo)電材料也可能是一個問題。在US 2006/060855中公開的配置的附加問題是其需要在柵電介質(zhì)層之上沉積附 加的電介質(zhì)材料層并且通過例如刻蝕來使該附加層圖形化。這可能損傷下面在溝道區(qū)中的 柵電介質(zhì)層，影響了晶體管的性能。在US 2006/220022中公開的配置的附加問題是難以用可重復(fù)的方式(為了形成 特性一致的器件)形成變化厚度的柵電介質(zhì)層。本發(fā)明實施例的一個目的是提供上面討論的一個或多個問題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種有機(jī)薄膜晶體管，其包括襯底；限定溝道的 源極電極和漏極電極；布置在源極電極和漏極電極之上的絕緣材料層；延伸穿過該溝道的 有機(jī)半導(dǎo)電材料層；電介質(zhì)材料層；以及布置在該電介質(zhì)材料層之上的柵極電極。技術(shù)人員將理解，有機(jī)半導(dǎo)電材料層用來提供電荷載流子流過溝道的通路，因此 該層可以被提供在源極電極和漏極電極之下或之上。因此，可以在襯底與源極電極以及漏 極電極之間提供有機(jī)半導(dǎo)電材料層(即，在沉積源極電極和漏極電極之前沉積有機(jī)半導(dǎo)電 材料)。然而，優(yōu)選的是在絕緣層的層形成之后沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料?？梢栽谠礃O電極和漏極電極的一些或基本全部區(qū)域之上沉積絕緣層。本發(fā)明實施例提供了絕緣層，該絕緣層將柵極的周邊區(qū)域與源極以及漏極隔離， 以便將到源極和漏極的柵極漏電和電容減到最小。絕緣層還用來形成阱(well)，可以在該 阱中沉積有機(jī)薄膜晶體管的其它層以增強(qiáng)對準(zhǔn)。特別地，阱的周邊包圍在源極電極和漏極 電極之間限定的溝道的一些或全部，以便幫助例如通過噴墨打印來沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料。 另外，由于在沉積有機(jī)半導(dǎo)電層和柵極電介質(zhì)之前沉積絕緣層，因此可以在不損傷有機(jī)半 導(dǎo)電層和柵極電介質(zhì)的情況下沉積絕緣層并且使其圖形化。可以利用已知的沉積和圖形化 技術(shù)(正性或負(fù)性抗蝕劑的光刻、濕法刻蝕、干法刻蝕、等等)以可重復(fù)的方式形成結(jié)構(gòu)，以 生產(chǎn)具有一致特性的并且具有到源極和漏極的低柵極漏電和電容的器件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，其包括在襯底 上沉積源極和漏極材料；在源極和漏極之上形成絕緣材料層，該絕緣材料被圖形化以形成 阱；在該阱中刻蝕該源極和漏極材料以形成源極電極和漏極電極；在該阱中沉積有機(jī)半導(dǎo) 電材料；在該有機(jī)半導(dǎo)電材料之上沉積電介質(zhì)材料；以及在該電介質(zhì)材料之上沉積柵極電 極。例如可以通過可蒸發(fā)的絕緣材料穿過掩模的蒸鍍來以圖形化形式直接沉積絕緣 材料。然而，優(yōu)選的是以非圖形化形式沉積絕緣材料層，隨后通過例如旋涂和顯影光致抗蝕 劑層來圖形化。依據(jù)本發(fā)明的這一方面，絕緣層充當(dāng)用于金屬刻蝕的刻蝕掩模以形成源極電極和 漏極電極。絕緣層還充當(dāng)用于沉積有機(jī)薄膜晶體管的其它層的阱。因此，該方法提供了源 極以及漏極與上覆層的自對準(zhǔn)。在本發(fā)明的這一方面中，優(yōu)選通過將光致抗蝕劑層的上表 面暴露于UV光來形成圖形化的絕緣材料層。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，其包括在透 明襯底上形成源極電極和漏極電極；在該源極和漏極之上形成絕緣材料層，該絕緣材料被 圖形化以形成阱；在該阱中沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料；在該有機(jī)半導(dǎo)電材料之上沉積電介質(zhì)材 料；以及在該電介質(zhì)材料之上沉積柵極電極。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，在形成圖形化的絕緣材料層之前使源極電極和漏極電極 圖形化。例如可以通過可蒸發(fā)的絕緣材料穿過掩模的蒸鍍來以圖形化形式直接沉積絕緣 材料。然而，優(yōu)選的是通過在源極電極和漏極電極之上沉積光致抗蝕劑層并且穿過透明襯 底曝光該光致抗蝕劑來形成圖形化的絕緣材料層。用這種方式，源極電極和漏極電極充當(dāng) 用于使光致抗蝕劑層圖形化的自對準(zhǔn)遮光掩模。本發(fā)明的第二或第三方面的自對準(zhǔn)工藝使工藝步驟減到最少，并且在遠(yuǎn)離溝道區(qū) 的重疊區(qū)中在源極/漏極與柵極之間產(chǎn)生厚的絕緣層。該解決方案還允許擴(kuò)大柵極的物理 寬度(即，使得其可以被打印)，而不會不適當(dāng)?shù)卦黾与娙莺碗娏餍孤Ｒ虼?，本發(fā)明的實施 例提供了簡單的工藝，通過該簡單的工藝可以將源極電極以及漏極電極與薄膜晶體管的其 余層對準(zhǔn)，同時降低電容和柵極漏電。另外，可以利用其它簡單的圖形化技術(shù)來打印或沉積 柵極。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種有機(jī)薄膜晶體管，其包括襯底；在該襯底之 上的柵極電極；在該柵極電極之上的電介質(zhì)材料層；在該電介質(zhì)材料層之上并且限定溝道 的源極電極和漏極電極；延伸穿過該溝道的有機(jī)半導(dǎo)電材料層；以及布置在該源極電極以 及漏極電極與該電介質(zhì)材料層之間的絕緣材料層。本發(fā)明第四方面的底柵配置可以用來以與相應(yīng)的本發(fā)明第一方面的頂柵配置相 同的方式將寄生電容減到最小。在本發(fā)明第四方面的一個實施例中，絕緣材料層在源極電極和漏極電極之下的區(qū) 域中的厚度大于在溝道區(qū)之下的區(qū)域中的厚度。在本發(fā)明第四方面的另一個實施例中，在 溝道區(qū)之下的區(qū)域中不存在絕緣材料。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，該有機(jī)薄膜晶 體管包括源極電極和漏極電極，其限定該電極之間的溝道；柵極電極；在該柵極電極與該源極電極以及漏極電極之間的電介質(zhì)材料層；以及位于該溝道中的有機(jī)半導(dǎo)電材料層，其 中該有機(jī)半導(dǎo)電材料被打印到在絕緣材料層中限定的阱中。優(yōu)選地，通過噴墨打印來打印有機(jī)半導(dǎo)電材料。依據(jù)該第五方面的薄膜晶體管可以是頂柵或底柵器件。如果其是頂柵器件，則優(yōu) 選地，絕緣材料與關(guān)于本發(fā)明的第一方面描述的相同。如果其是底柵器件，則絕緣材料可以 是柵電介質(zhì)材料層，其中該電介質(zhì)材料已經(jīng)被刻蝕或被圖形化以限定阱，該阱延伸到在柵 電介質(zhì)層覆蓋柵極電極的區(qū)域中的柵電介質(zhì)層的厚度的一部分。在JP2005-108949中公開 了具有這種結(jié)構(gòu)的0TFT，但是在這種情況下通過蒸鍍而不是通過根據(jù)本發(fā)明這一方面的打 印工藝來沉積有機(jī)半導(dǎo)體。可替代地，絕緣層可以由被沉積在柵電介質(zhì)之上并且被圖形化 以限定這種阱的光致抗蝕劑層形成。


現(xiàn)在將參考附圖僅作為示例來進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)配置的基本的有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頂柵有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)；圖3a示出在用于形成圖2所示的有機(jī)薄膜晶體管的本發(fā)明的一種方法中涉及的 步驟；圖3b示出在用于形成圖2所示的有機(jī)薄膜晶體管的本發(fā)明的另一種方法中涉及 的步驟；圖4示出在保護(hù)通孔接觸點(diǎn)中涉及的附加的方法步驟；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的底柵有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)；以及圖6示出有源矩陣有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的像素的截面，其包括有機(jī)發(fā)光二極管像 素和OTFT。
具體實施例方式圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頂柵有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。該晶體管是絕緣柵場效 應(yīng)類型的晶體管。該晶體管的結(jié)構(gòu)與圖1中示出的并且之前在背景技術(shù)部分中描述的結(jié)構(gòu)類似。為 了清楚起見，對于相同的層，使用與圖1中相同的附圖標(biāo)記。重要區(qū)別在于在圖2所示出的 配置中，絕緣材料層14被布置在源極和漏極2、4之上，形成阱。該層將上覆的柵極電極12 的外圍區(qū)域與源極和漏極2、4隔離，以便將到源極和漏極的柵極漏電和電容減到最小。絕 緣層14還用來形成阱，可以在該阱中沉積有機(jī)薄膜晶體管的其它層以提高對準(zhǔn)。圖3a示出在形成圖2所示的有機(jī)薄膜晶體管中涉及的方法步驟。在步驟1中，在 襯底1(其可以是不透明的或透明的)上沉積源極/漏極材料2、4。在步驟2中，在源極/ 漏極材料1、4之上沉積絕緣材料層14。在步驟3中，使絕緣材料層14圖形化以形成阱。絕緣層14可以由可以在不損傷 下面的源極/漏極材料2、4的情況下被沉積并且圖形化以形成阱的任何絕緣材料形成。絕 緣層14可以是有機(jī)光致抗蝕劑，例如可以被容易地旋涂并且圖形化的聚酰亞胺。絕緣材料 可以用氟化步驟處理以改變其潤濕性(wettability)。可替代地，可以采用氟化的或類氟化
7的光致抗蝕劑。利用這種材料形成阱(提岸結(jié)構(gòu))在有機(jī)發(fā)光器件領(lǐng)域中是眾所周知的， 此處將不再更詳細(xì)地討論。在步驟4中，刻蝕源極和漏極材料以形成源極電極和漏極電極2、4?？梢允褂酶鞣N 標(biāo)準(zhǔn)的金屬刻蝕(濕法或干法)。這些在本領(lǐng)域中是眾所周知的，此處將不再更詳細(xì)地討 論。絕緣層14充當(dāng)用于源極/漏極金屬刻蝕的刻蝕掩模。因此，該方法提供了源極以及漏 極與上覆層的自對準(zhǔn)。在金屬刻蝕之后，可以將絕緣層暴露于各向同性的刻蝕以減薄該絕 緣層并且還從所示出的阱中的源極/漏極邊緣移除絕緣層材料。合適的各向同性刻蝕可以 是例如CF4:02、O2等離子體、等等。在步驟5中，沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料8。優(yōu)選地，有機(jī)半導(dǎo)電材料8是可溶液處理 的(solution processable)，使得可以通過例如旋涂或更優(yōu)選地噴墨打印將其從溶液 中沉積到由絕緣層14形成的阱中。有機(jī)半導(dǎo)電材料8可以包括聚合物或樹枝狀化合物 (dendrimer)，因為這些已經(jīng)被證明是良好的可溶液處理的材料。許多這種半導(dǎo)電材料(例 如在有機(jī)發(fā)光器件中使用的共軛聚合物和樹枝狀化合物)在本領(lǐng)域中是已知的。在步驟6中，在半導(dǎo)電層之上沉積電介質(zhì)層10。電介質(zhì)層可以由有機(jī)或無機(jī)材料 形成。一種可能性將是使用可溶液處理的有機(jī)材料，例如與絕緣層14所用的相同類型的有 機(jī)材料。最后，在步驟7中，在電介質(zhì)層10之上沉積柵極電極12?？梢岳迷诒绢I(lǐng)域中已 知的其它簡單的圖形化技術(shù)來打印或沉積柵極12?？梢岳媒^緣層14來減少在諸如顯示器(如有源矩陣有機(jī)發(fā)光顯示器)的器件 中較低和較高層金屬化(metallization)之間的跡線漏電(track leakage) 0在這種器件 中執(zhí)行金屬刻蝕步驟時可以利用抗蝕劑步驟來保護(hù)接觸通孔點(diǎn)，以在金屬刻蝕期間保護(hù)接 觸通孔點(diǎn)。圖3b示出在以圖3a方法的可替代方法形成圖2所示的有機(jī)薄膜晶體管中涉及的 方法步驟。在這種情況下，如步驟2所示，刻蝕源極和漏極材料以形成源極電極和漏極電極 2、4。在步驟3中，在圖形化的源極電極和漏極電極之上沉積絕緣正性光致抗蝕劑材料層 14，并且在步驟4中，通過穿過透明襯底1的曝光來使光致抗蝕劑圖形化。源極電極和漏極 電極2、4充當(dāng)用于使光致抗蝕劑圖形化的自對準(zhǔn)掩模以在使抗蝕劑顯影之后留下圖形化 層14。圖4示出在保護(hù)通孔接觸點(diǎn)中涉及的附加的方法步驟。在步驟4b中刻蝕源極/漏 極材料2、4之前，在步驟4a中在通孔20中沉積抗蝕劑22。接著，可以在步驟4c中如之前 參考圖3所述地沉積晶體管的其余層。在通孔20中沉積接觸材料24以形成接觸通孔點(diǎn)。圖5示出在底柵器件的電介質(zhì)層中形成阱，可以將有機(jī)半導(dǎo)電材料打印到該阱 中。在這種情況下，起初通過形成柵極電極12、厚的電介質(zhì)層10( 1-5μπι)來制備襯底， 該電介質(zhì)層10可以由聚合物或無機(jī)材料(例如SiO2)制成。接著，沉積源極接觸和漏極接 觸2、4(這是底柵、底接觸晶體管體系結(jié)構(gòu))。接著，在步驟1中以受控方式來回蝕電介質(zhì)層10，用源極-漏極接觸2、4充當(dāng)用于 刻蝕的自對準(zhǔn)掩模。這可以用干法或濕法刻蝕技術(shù)來實現(xiàn)，只要可以控制該刻蝕使得不會 完全刻穿電介質(zhì)層。
由于在溝道區(qū)中電介質(zhì)界面的物理和化學(xué)特性對于器件工作可能是重要的，因此 在可選的步驟中，可以通過例如將自組裝單層14沉積到暴露的電介質(zhì)表面上來修復(fù)由刻 蝕步驟所引起的電介質(zhì)表面的任何損傷。接著，如在步驟3中所示，通過打印(優(yōu)選地通過噴墨打印)沉積有機(jī)半導(dǎo)電層8 來完成有機(jī)薄膜晶體管。圖5的OTFT包括布置在溝道區(qū)中的電介質(zhì)材料的薄區(qū)，而在源極和漏極的下面提 供電介質(zhì)材料的厚區(qū)。電介質(zhì)材料的這些厚區(qū)將柵極電極的外圍區(qū)域與源極以及漏極隔 離，以便將到源極和漏極的柵極漏電和寄生電容減到最小。電介質(zhì)材料的厚區(qū)還用來形成 阱，在該阱中沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料。如果將該阱制造得非常深，則可能增加源極和漏極之間 的導(dǎo)電通路長度。這是由于在有機(jī)半導(dǎo)體中的電荷載流子傾向于在接近于電介質(zhì)的溝道區(qū) 域中被輸運(yùn)。因此，電荷載流子可能從源極向下移動到阱的底部中，穿過溝道區(qū)，然后向上 回到漏極。在這種情況下，如果期望深阱，則為了減小在源極和漏極之間的導(dǎo)電通路長度， 可以將阱的側(cè)面金屬化。下面進(jìn)一步詳細(xì)討論適合于形成本發(fā)明的OTFT的材料和工藝。IM襯底可以是剛性的或柔性的。剛性襯底可以從玻璃或硅中選擇，而柔性襯底可以 包括薄的玻璃或塑料，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚 碳酸酯和聚酰亞胺?？梢酝ㄟ^使用適當(dāng)?shù)娜軇⒂袡C(jī)半導(dǎo)電材料變?yōu)榭扇芤禾幚淼?。示例性的溶?包括單一或聚烷基苯，例如甲苯和二甲苯；四氫化萘；以及氯仿。優(yōu)選的溶液沉積技術(shù)包 括旋涂和噴墨打印。其它溶液沉積技術(shù)包括浸涂；卷印刷(roll printing)；以及絲網(wǎng)印 刷。在由噴嘴分發(fā)溶液的情形下，打印工藝可以是連續(xù)的或者不連續(xù)的。例如，在連續(xù)的工 藝中，可以由噴嘴分發(fā)連續(xù)一條有機(jī)半導(dǎo)電材料，而在不連續(xù)的打印工藝中由噴嘴分發(fā)不 連續(xù)的液滴。有機(jī)半導(dǎo)體材料優(yōu)選的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括小分子(例如被任意取代的并五苯)；被任意取代的 聚合物(例如聚芳烴(polyarylene)，尤其是聚芴和聚噻吩)；以及低聚物?？梢允褂貌牧?的混合物，其包括不同材料類型的混合物(如聚合物和小分子混合物)。源極電極和漏極電極對于ρ溝道0TFT，源極電極和漏極電極優(yōu)選包括高功函數(shù)材料，優(yōu)選功函數(shù)大于 3. 5eV的金屬，例如金、鉬、鈀、鉬、鎢或鉻。更優(yōu)選地，金屬的功函數(shù)在4. 5到5. 5eV的范圍 內(nèi)。還可以使用其它合適的化合物、合金和氧化物(例如三氧化鉬和氧化銦錫)。源極電極 和漏極電極可以通過熱蒸鍍來沉積并且利用在本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)光刻和剝離技術(shù)來圖 形化?？商娲?，可以沉積導(dǎo)電聚合物作為源極電極和漏極電極。這種導(dǎo)電聚合物的示 例是聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)，但是在本領(lǐng)域中其它導(dǎo)電聚合物也是已知的。可以利用例如 旋涂或噴墨打印技術(shù)及上面討論的其它溶液沉積技術(shù)從溶液中沉積這種導(dǎo)電聚合物。對于η溝道0TFT，源極電極和漏極電極優(yōu)選包括以下材料，例如功函數(shù)低于3. 5eV 的金屬(例如鈣或鋇)或者金屬化合物薄層(尤其是堿或堿土金屬的氧化物或氟化物，例如氟化鋰、氟化鋇和氧化鋇)?？商娲兀梢猿练e導(dǎo)電聚合物作為源極電極和漏極電極。為便于制造優(yōu)選由相同材料形成源極電極和漏極電極。然而，將明白的是，源極電 極和漏極電極可以由不同材料形成以便分別優(yōu)化電荷注入和抽取。在源極電極和漏極電極之間限定的溝道的長度可以長達(dá)500微米，但該長度優(yōu)選 小于200微米，更優(yōu)選小于100微米，最優(yōu)選小于20微米。柵極電極柵極電極4可以從大范圍的導(dǎo)電材料中選擇，例如金屬(如金)或金屬化合物(如 氧化銦錫)?？商娲兀梢猿练e導(dǎo)電聚合物作為柵極電極4。可以利用例如旋涂或噴墨打 印技術(shù)及上面討論的其它溶液沉積技術(shù)從溶液中沉積這種導(dǎo)電聚合物。柵極電極、源極電極和漏極電極的厚度可以在5-200nm的范圍內(nèi)，但是典型地為 例如通過原子力顯微鏡(AFM)測量的50nm。絕緣層絕緣層包括從具有高電阻率的絕緣材料中選擇的電介質(zhì)材料。電介質(zhì)的介電常數(shù) k典型地在2-3左右，不過具有高k值的材料是理想的，因為OTFT的可達(dá)到的電容與k成正 比，而漏極電流Id與該電容成正比。因此，為了用低工作電壓實現(xiàn)高漏極電流，在溝道區(qū)中 具有薄電介質(zhì)層的OTFT是優(yōu)選的。電介質(zhì)材料可以是有機(jī)的或無機(jī)的。優(yōu)選的無機(jī)材料包括Si02、SiNx和旋涂式玻 璃(SOG)。優(yōu)選的有機(jī)材料通常是聚合物并且包括絕緣聚合物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙 烯基四氫化吡咯(polyvinylpyrrolidine，PVP)、諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸 脂、以及可從Dow Corning獲得的苯并環(huán)丁烯(BCB)。絕緣層可以由材料的混合物形成或者 包括多層結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^在本領(lǐng)域中已知的熱蒸鍍、真空處理或?qū)訅?lamination)技術(shù)來沉積 電介質(zhì)材料。可替代地，可以利用例如旋涂或噴墨打印技術(shù)及上面討論的其它溶液沉積技 術(shù)從溶液中沉積電介質(zhì)材料。如果將電介質(zhì)材料從溶液中沉積到有機(jī)半導(dǎo)體上，則不應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致有機(jī)半導(dǎo)體的溶 解。同樣地，如果將有機(jī)半導(dǎo)體從溶液中沉積到電介質(zhì)材料上，則電介質(zhì)材料也不應(yīng)當(dāng)被溶 解。避免這種溶解的技術(shù)包括使用互不相關(guān)的(orthogonal)溶劑，即，使用不溶解下面的 層的溶劑來沉積最上層；以及使下面的層交聯(lián)。絕緣層的厚度優(yōu)選小于2微米，更優(yōu)選小于500nm。其它層可以在器件結(jié)構(gòu)中包括其它層。例如，可以在柵極、源極或漏極電極、襯底、絕緣層 和有機(jī)半導(dǎo)體材料上沉積自組裝單層(SAM)，以便促進(jìn)結(jié)晶，減小接觸電阻，修復(fù)表面特性 以及在所需要的地方促進(jìn)粘附。特別地，可以為溝道區(qū)中的電介質(zhì)表面(尤其是對于高k 電介質(zhì)表面)提供包括結(jié)合(binding)區(qū)域和有機(jī)區(qū)域的單層，以便例如通過改善有機(jī)半 導(dǎo)體的形態(tài)(尤其是聚合物排列和結(jié)晶度)以及覆蓋電荷陷阱來改善器件性能。這種單層 的示例性材料包括具有長烷基鏈的氯代或烷氧基硅烷，如十八烷基三氯硅烷。OTFT 應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的OTFT具有大范圍的可能應(yīng)用。一種這樣的應(yīng)用是驅(qū)動在光 學(xué)器件(優(yōu)選地，有機(jī)光學(xué)器件)中的像素。這種光學(xué)器件的示例包括光敏器件，尤其是光檢測器和發(fā)光器件(尤其是有機(jī)發(fā)光器件)。OTFT特別適合于供有源矩陣有機(jī)發(fā)光器件使 用，例如用于顯示應(yīng)用中。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)發(fā)光器件(OLED)像素。OTFT包括上述的層2_14。OLED 包括陽極51、陰極53以及設(shè)在陽極與陰極之間的電致發(fā)光層52。其它層(例如電荷輸運(yùn)、 電荷注入或電荷阻擋層)可以位于陽極和陰極之間。如同OTFT—樣，OLED的有源區(qū)由通過 使絕緣光致抗蝕劑層54圖形化而形成的阱來限定。在沉積于OTFT之上的平坦化層55 (也 稱為鈍化層)上構(gòu)造0LED。在形成鈍化層時使用的示例性材料是BCB和聚對二甲苯。通過 穿過鈍化層55和絕緣層14的導(dǎo)電通孔56將OLED的陽極51電連接到有機(jī)薄膜晶體管的 漏極電極。將明白的是，包括OTFT和光活性像素區(qū)(如光發(fā)射或光感測像素區(qū))的像素電路 可以包括其它元件。特別地，圖5的OLED像素電路典型地將包括除所示出的驅(qū)動晶體管之 外的至少一個其它晶體管和至少一個電容器。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例具體地示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將理解的是，可以在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下，在本發(fā)明中 的形式和細(xì)節(jié)方面作出各種改變。
權(quán)利要求
一種有機(jī)薄膜晶體管，包括襯底；限定溝道的源極電極和漏極電極；布置在源極電極和漏極電極之上的絕緣材料層；延伸穿過所述溝道的有機(jī)半導(dǎo)電材料層；電介質(zhì)材料層；以及布置在所述電介質(zhì)材料層之上的柵極電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中， 所述源極電極和漏極電極被布置在所述襯底之上；布置在所述源極電極和漏極電極之上的所述絕緣材料層限定阱；以及 所述有機(jī)半導(dǎo)電材料層被布置在所述阱中，所述源極電極和漏極電極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述絕緣層包括有機(jī)材料。
4.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述絕緣層包括可溶液處 理的材料。
5.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述絕緣層包括有機(jī)光致 抗蝕劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述有機(jī)光致抗蝕劑是氟化的有機(jī)光 致抗蝕劑。
7.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述有機(jī)半導(dǎo)電材料是可 溶液處理的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述有機(jī)半導(dǎo)電材料包括聚合物或樹 枝狀化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述有機(jī)半導(dǎo)電材料是共軛的。
10.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述有機(jī)半導(dǎo)電材料層 包括摻雜劑。
11.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述電介質(zhì)材料是有機(jī)的。
12.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中所述電介質(zhì)材料是可溶 液處理的。
13.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中用于形成所述電介質(zhì)層 的材料與用于形成所述絕緣層的材料相同。
14.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管，還包括在所述絕緣材料層的 層之中的接觸通孔點(diǎn)。
15.一種有機(jī)發(fā)光器件，包括根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的有機(jī)薄膜晶體管。
16.一種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，包括 在襯底上沉積源極和漏極材料；在所述源極和漏極之上形成絕緣材料層，所述絕緣材料層被圖形化以形成阱； 刻蝕在所述阱中的所述源極和漏極材料以形成源極電極和漏極電極； 在所述阱中沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料；在所述有機(jī)半導(dǎo)電材料之上沉積電介質(zhì)材料；以及 在所述電介質(zhì)材料之上沉積柵極電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以圖形化形式直接沉積所述絕緣材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以非圖形化形式沉積所述絕緣材料并隨后對 其進(jìn)行圖形化。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到19中的任何一項所述的方法，其中，在刻蝕所述源極和漏極材 料之后，所述絕緣層被暴露于各向同性的刻蝕以減薄所述絕緣層并且還從所述阱中的源極 電極和漏極電極的邊緣移除絕緣層材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求16到19中的任何一項所述的方法，其中，在所述絕緣材料層中形成 通孔，并且在刻蝕所述源極和漏極材料之前在所述通孔中沉積抗蝕劑材料，在刻蝕所述源 極和漏極材料后所述抗蝕劑材料隨后被移除，并且在所述通孔中沉積導(dǎo)電材料以形成接觸 通孑匕點(diǎn)。
21.—種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，包括 在透明襯底上形成源極電極和漏極電極；在所述源極和漏極之上形成絕緣材料層，所述絕緣材料被圖形化以形成阱； 在所述阱中沉積有機(jī)半導(dǎo)電材料； 在所述有機(jī)半導(dǎo)電材料之上沉積電介質(zhì)材料；以及 在所述電介質(zhì)材料之上沉積柵極電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，以非圖形化形式沉積所述絕緣材料，隨后通過 將所述絕緣材料暴露于直接穿過所述透明襯底的光來進(jìn)行圖形化。
23.一種形成有機(jī)薄膜晶體管的方法，所述有機(jī)薄膜晶體管包括 源極電極和漏極電極，限定所述電極之間的溝道；柵極電極；在所述柵極電極與所述源極電極以及漏極電極之間的電介質(zhì)材料層；以及 位于所述溝道中的有機(jī)半導(dǎo)電材料層，其中所述有機(jī)半導(dǎo)電材料被打印到在所述絕緣 材料層中限定的阱中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中通過噴墨打印來打印所述有機(jī)半導(dǎo)電材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的方法，其中所述阱包圍在所述源極電極和漏極電極之 間的溝道的一些或全部。
26.根據(jù)權(quán)利要求23到25中的任何一項所述的方法，其中，在所述源極電極和漏極電 極之上形成所述絕緣材料層，繼之以打印所述有機(jī)半導(dǎo)體，形成所述電介質(zhì)層，以及形成所 述柵極電極。
27.根據(jù)權(quán)利要求23到25中的任何一項所述的方法，其中，所述絕緣材料層被形成在 所述柵極電極之上，并且向所述電介質(zhì)層提供被布置于其之上的源極電極和漏極電極。
全文摘要
一種有機(jī)薄膜晶體管，其包括襯底；限定溝道的源極電極和漏極電極；布置在源極電極和漏極電極之上的絕緣材料層；延伸穿過溝道的有機(jī)半導(dǎo)電材料層；電介質(zhì)材料層；以及布置在電介質(zhì)材料層之上的柵極電極。
文檔編號H01L51/05GK101983439SQ200880010563
公開日2011年3月2日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者G·L·懷廷, J·H·伯勒斯, 堀田定吉 申請人:劍橋顯示技術(shù)有限公司;松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社