專利名稱：一種有機半導(dǎo)體材料及該材料制備有機薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機薄膜晶體管及其制備方法，確切地說是一種基于有機半導(dǎo)體材料共混物的低溫熔融特性加工半導(dǎo)體層來制備有機薄膜晶體管的方法。
背景技術(shù)：
有機薄膜晶體管(OTFT)是以有機半導(dǎo)體材料作為半導(dǎo)體層的晶體管器件，主要由柵電極、絕緣層、有機半導(dǎo)體層和源、漏電極幾部分構(gòu)成。與硅TFT相比，OTFT具有制備溫度低、可大面積均勻生長、易于加工制備及可通過分子設(shè)計調(diào)控性能等優(yōu)點，因而能夠滿足新型顯示技術(shù)的要求，是下一代平板顯示的核心技術(shù)。目前，基于并五苯，紅熒稀等小分子有機薄膜晶體管一般用熱蒸鍍的方法成膜，此方法成膜質(zhì)量好，但對設(shè)備要求高，而且需要超高真空，耗能大，另外要能保證這些小分子在熱蒸發(fā)時不會分解。而對于聚合物半導(dǎo)體而言，一般是采用有機溶劑(氯仿，氯苯等)將聚合物半導(dǎo)體配成溶液后，經(jīng)過旋涂，或者噴墨打印等方法成膜，操作工藝簡單，容易實現(xiàn)大面積，但是所用的鹵族類溶劑大部分都有毒，對人體和環(huán)境傷害較大。雖然B. Ong等人最近嘗試使用相對無毒性的溶劑來解決環(huán)境污染問題，但是加工過程需要UV曝光和很高的處理溫度，這對半導(dǎo)體材料的性能都有很大的影響。因此尋找新型、低成本，環(huán)境友好的制作方法已成為當(dāng)前OTFT研究的重要方向。熔融加工是一種相對簡單高效、環(huán)境友好的加工方法。許多聚合物材料在加熱到其粘流溫度后都具有優(yōu)異的加工性能。由于半導(dǎo)體聚合物一般是由芳香單元構(gòu)成的平面共軛剛性分子，分子內(nèi)和分子間存在著很強的η-η相互作用，因此純的半導(dǎo)體聚合物具有很高的粘流溫度，使其難以熔融加工。共混技術(shù)是指把各種具有不同性質(zhì)的組分混合在一起形成多組分復(fù)合材料，從而將各組分的優(yōu)點結(jié)合起來，以實現(xiàn)單一組分無法實現(xiàn)的功能。通過將有機半導(dǎo)體與熱塑聚合物復(fù)合，能夠?qū)⒂袡C半導(dǎo)體的光電性能與熱塑聚合物的優(yōu)異的熔融加工性能有機地結(jié)合在一起，制備出可熔融加工的半導(dǎo)體復(fù)合材料。使用共混物熔融加工半導(dǎo)體材料制備有機薄膜晶體管至今未見任何報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有方法的不足，提供一種新的簡便、環(huán)境友好型的像加工熱塑性塑料一樣加工有機半導(dǎo)體材料制作OTFT的方法，所要解決的技術(shù)問題是有機半導(dǎo)體材料具有低溫熔融的特性。本發(fā)明的又一目的是提供有機薄膜晶體管器件，其特征在于他們包括至少一個通過本發(fā)明的方法制作的層。本發(fā)明所稱的有機半導(dǎo)體材料是由半導(dǎo)體材料組分以連續(xù)的納米纖維線分散于在200°C以下可熔融加工的熱塑性聚合物中得到的雙組份共混物，其中半導(dǎo)體材料組分的質(zhì)量占共混物總質(zhì)量的1_50%。
所述的半導(dǎo)體材料選自有機聚合物聚3-己基噻吩(P3HT)所述的熱塑性聚合物選自可在200°C以下熔融加工、并且不會破壞P3HT分子中的共軛結(jié)構(gòu)的熱塑性聚合物。例如聚苯乙烯(PS)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚己內(nèi)酯 (PCL)，聚氧化乙烯(PEO)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物即SBS 丁苯橡膠等。正是這些熱塑性聚合物賦予有機半導(dǎo)體材料低溫熔融的特性。本發(fā)明所述的有機半導(dǎo)體材料可通過如下方法制備將有機半導(dǎo)體材料組分與熱塑性聚合物溶解在有機半導(dǎo)體材料的良溶劑(如氯仿、氯苯等)中；然后向該溶液中逐滴加入有機半導(dǎo)體材料的不良溶劑(如二氧六環(huán)、乙腈、 丙酮等)，溶液中的有機半導(dǎo)體組分因溶解度的降低從溶液中析出并形成納米線。最后在氮氣流中揮發(fā)掉溶液中的溶劑，形成固體狀的有機半導(dǎo)體/熱塑性聚合物絕緣體的共混物。本發(fā)明所稱的有機薄膜晶體管其半導(dǎo)體層就是由上述有機半導(dǎo)體材料共混物加工的共混膜，所謂有機薄膜晶體管的制備方法就是由上述有機半導(dǎo)體材料共混物制備半導(dǎo)體層的方法，該方法按以下步驟進(jìn)行a)將含有半導(dǎo)體材料和熱塑性聚合物絕緣體的共混物小碎片均勻置于源、漏電極和導(dǎo)電溝道處，或者將共混物粉末撒在掩模板上，在60-150°C預(yù)烘4-8min，直到共混物熔融軟化；b)在60_150°C下壓延成膜，使共混物粘到基板上；c)在 60_150°C干燥 10_30min。本方法利用有機半導(dǎo)體材料共混物在低溫下熔融的特性來加工0TFT，具有制備溫度低，可大面積加工和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，由于共混物膜具有優(yōu)良的拉伸斷裂伸長率和良好的力學(xué)性能，特別適合在柔性基板上制備柔性可拉伸的有機半導(dǎo)體器件。
四

圖1為本發(fā)明所述的熔融加工法制備有機薄膜晶體管的工藝示意圖。圖2(a)為熔融熱壓半導(dǎo)體共混物照片。從照片中可以看出，只要在所需要半導(dǎo)體材料的源、漏電極和導(dǎo)電溝道處置放共混有機半導(dǎo)體材料，或者使用掩膜板的辦法，將共混有機半導(dǎo)體粉末灑于掩膜板上，然后加熱熔融延壓成膜，對沒有粘到基板上的材料可以回收再利用。 圖2 (b) P3HT/PCL共混膜的電鏡圖。圖3 (a)為純 PCL 的 DSC 圖；(b)為純的 P3HT 的 DSC 圖；(C)為 P3HT/PCL (1/5)共混物的DSC圖。從圖3(c)中可以看出，共混物大約在56°C就出現(xiàn)一個熔融峰，對應(yīng)于圖3 (a)可知為PCL的熔融溫度。因為共混物中只含有少量的P3HT，所以當(dāng)PCL開始熔融時，整個共混物也會在這個溫度軟化，我們就可以在該溫度下對共混有機半導(dǎo)體進(jìn)行熱壓成膜。圖4為基于P3HT/PCL有機薄膜晶體管器件的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。圖5為P3HT/PCL共混物的拉伸力學(xué)性能圖。據(jù)文獻(xiàn)參考，純P3HT的拉伸斷裂伸長率只有3%，而本發(fā)明所述的P3HT/PCL共混物的拉伸斷裂伸長率高達(dá)300 %。五具體實施例方式以下的具體實施例將就本發(fā)明的半導(dǎo)體材料的制備和制備OTFT作出詳細(xì)的解釋。實施例1將P3HT與聚己內(nèi)酯(PCL)按不同的比率(P3HT/PCL :50%/50%-I %/99% )溶解在三氯乙烯中，制成濃度為2%的溶液，然后向該溶液中逐滴加入l-50Vol%的二氧六環(huán)， 最后在隊中揮發(fā)掉溶劑，制成固體狀有機半導(dǎo)體材料共混物。實施例2用聚甲基丙烯酸甲酯替換聚己內(nèi)酯，然后按實施例1的步驟制備固體有機半導(dǎo)體材料共混物。實施例3用聚苯乙烯替換聚己內(nèi)酯，然后按照實施例1的步驟制備固體有機半導(dǎo)體材料共混物。實施例4用聚氧化乙烯替換聚己內(nèi)脂，然后按照實施例1的步驟制備固體有機半導(dǎo)體材料共混物。實施例5用SBS 丁苯橡膠替換聚己內(nèi)酯，然后按照實施例1的步驟制備固體有機半導(dǎo)體材料共混物。實施例6采用重?fù)诫s單晶硅作為基板和柵極，熱氧化生成的300nm 二氧化硅作為介電層；采用真空蒸發(fā)或濺射方法制備兩個金電極，作為源電極和漏電極；溝道長100 μ m，寬 SOOym0采用實施例1-5中所制得的固體共混物小碎片置于源漏電極和導(dǎo)電溝道處，或者將共混物粉末撒在掩模板上，在60-150°C預(yù)烘4-8min，待固體軟化熔融后，壓延成膜，使半導(dǎo)體粘到基底上；在120°C后烘lOmin，從而制得有機薄膜晶體管。
權(quán)利要求
1.一種有機半導(dǎo)體材料，其特征在于本材料是由半導(dǎo)體材料組分聚3-己基噻吩以連續(xù)納米纖維線分散于200°C以下可熔融加工的熱塑性聚合物中得到的共混物，其中聚3-己基噻吩組分的質(zhì)量占共混物總質(zhì)量的1_50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料，其特征在于所述的熱塑性聚合物選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己內(nèi)酯、聚氧化乙烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
3.一種有機薄膜晶體管的制備方法，包括基板、柵極、源電極和漏電極及半導(dǎo)體層的制備，其特征在于用權(quán)利要求1所述的有機半導(dǎo)體材料按以下步驟制備半導(dǎo)體層a)將有機半導(dǎo)體材料共混物小碎片均勻置于源、漏電極和導(dǎo)電溝道處，或者將共混物粉末撒在掩模板上，在60-150°C預(yù)烘4-8min，直到共混物熔融軟化；b)在60-150°C下壓延成膜，使共混物粘到基板上；c)在60-150°C干燥 10-30min。
全文摘要
一種有機半導(dǎo)體材料，由半導(dǎo)體材料組分聚3-己基噻吩以連續(xù)納米纖維線分散于200℃以下可熔融加工的熱塑性聚合物中得到的共混物，其中聚3-己基噻吩組分的質(zhì)量占共混物總質(zhì)量的1-50％。用本材料制備有機薄膜晶體管半導(dǎo)體層的方法是將有機半導(dǎo)體材料共混物小碎片均勻置于源、漏電極和導(dǎo)電溝道處，或者將共混物粉末撒在掩模板上，在60-150℃預(yù)烘4-8min，直到共混物熔融軟化，然后延壓成膜，最后干燥。本發(fā)明共混膜拉伸斷裂伸長率高達(dá)300％，特別適合在柔性基板上制備柔性可拉伸的有機半導(dǎo)體器件。
文檔編號H01L51/30GK102229725SQ20111013241
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者呂國強, 徐瓊, 王曉鴻, 邱龍臻 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)