有機半導體的層壓的製作方法

2023-09-12 15:15:35

專利名稱：有機半導體的層壓的製作方法
技術領域：
本發明涉及製備薄膜電子器件的方法，其中所述器件的半導體部分是由施主基體通過層壓沉積在受主基體上。施主或基體可以包括器件的其它元件，比如導體或電介質。這種幹層壓方法可用於在柔性聚合物基體上製備器件，比如電晶體或發光器件，這種基體要求低溫製備方法。
背景技術：
目前，大多數有源電子產品採用在晶體或其它硬質表面上的矽集成線路(IC)技術來製備。近年來，已經湧現了比矽IC方法成本低的途徑。可以採用低成本的柔性塑料作為基體通過低溫工藝製備薄膜電晶體。將柔性基體和低成本的連續列印方法結合起來，會允許製備IC矽技術不能勝任的低成本或者大型應用。會從低成本柔性電子器件中受益的產品例如可自由使用的標籤、傳感器或柔性顯示器。使用聚合物基體表明薄膜電晶體製備工藝應該在低溫下操作。另外，理想情況是電晶體製備工藝在環境壓力下運行，從而可以處理大面積的聚合物基體而無需引入到真空室裡。
日本專利2002236286公開了用作層絕緣膜的有色有機薄膜，該薄膜是層壓的。美國專利6197663公開了通過將兩個基體層壓在一起形成的薄膜電晶體。在層壓過程中，互聯結構實現了轉印。有機半導體沒有轉印。相反，本發明描述了一種方法，其中薄膜器件的半導體通過本文定義的層壓轉印到基體上。
發明概述本發明涉及一種方法，包括a)在施主基體上沉積有機半導體；b)將施主基體上的有機半導體和受主基體層壓在一起；和c)去除施主基體。
本發明還包括其中受主基體是柔性聚合物的上述方法。
本發明還描述了包括層壓在受主基體上的半導體的電子器件。
本發明還描述了包括層壓在受主基體的半導體的電子器件，其中所述電子器件是電晶體。
本發明還包括其中基體是柔性聚合物的上述電晶體。
附圖簡述

圖1示出了沉積在施主片上的有機聚合物半導體。
圖2描述了其方位便於和含有電晶體元件的基體層壓到一起的施主片。
圖3描述了在基體上層壓的有機聚合物半導體的顯微照片。
圖4給出了具有層壓的有機半導體α，α』-雙-4-(正己基)苯基並噻吩(bitiophene)(6PTTP6)的電晶體的電晶體特性。
圖5給出了具有層壓的有機聚合物半導體聚噻吩的電晶體的電晶體特性。
圖6是層壓並五苯和蒸鍍並五苯的電晶體特性的比較結果。
圖7進一步比較了層壓並五苯和蒸鍍並五苯的電晶體特性。
發明詳述本文所述的薄膜場效應電晶體有源極和漏極之間的半導體材料構成。源極、漏極和半導體通過電介質層從第三、柵極實現電絕緣。人們已經開發了為數眾多的低溫印刷方法用以將導電電極施加到聚合物基體上。這些方法包括平版印刷術、雷射印刷、顯微接觸印刷和噴墨列印。本發明的目標是提供在製備薄膜電晶體的過程中沉積半導體的低溫環境壓力方法。
在本發明中，可以將有機半導體，比如並五苯、α，α』-雙-4-(正己基)苯基並噻吩或者聚噻吩沉積到柔性施主基體上。受主基體是半導體在和所需受主基體層壓之前首先沉積到其上的材料。受主基體通常用電子器件的其它元件，比如場效應電晶體的源極和漏極進行了圖案化。沉積可以通過蒸鍍、旋轉鑄造(spin casting)或者滴鑄(drop casting)實現。可以在真空室中將半導體蒸鍍到施主基體上。旋轉鑄造或滴鑄涉及將半導體溶解在溶劑中、將所得溶液施加到施主基體上、以及蒸鍍溶劑，從而在施主基體上留下半導體薄膜。施主基體可以是Teflon、Mylar、Kapton或類似材料的片。有些施主基體可以包括另外的中間層，便於半導體薄膜的形成或釋放，或者改善受主基體的共形覆蓋率。
在半導體沉積到施主基體上以後，將施主基體相對於柔性聚合物基體進行放置，其中半導體沉積物位於柔性聚合物基體和轉印基體之間。在此，受主基體可以已經用該薄膜電晶體的其它元件進行了圖案化。有兩種排列方式特別方便。在第一種排列方式中，柵極可以直接沉積在柔性聚合物基體上，然後覆蓋上電介質層。然後將有機聚合物半導體層壓在電介質上。層壓，意味著在施主基體上沉積的可轉印材料層在所需溫度下壓制到受主基體上，使該可轉印材料粘附到該受主基體上。施主基體在和受主基體相接觸的平面內不發生移動。最後，在半導體層上沉積源極和漏極。或者，源極和漏極可以直接沉積在施主基體上。然後，將半導體層壓到源極和漏極上。然後，將電介質層沉積在半導體上，將柵極沉積到電介質上。
和直接沉積到基體上相比，通過層壓沉積半導體具有許多優點。在溶液沉積的情況下，將溶劑施加到施主片上，首先解決了電晶體不同層之間的所有化學相容性問題，因為到半導體準備好進行層壓的時候，所有溶劑已經蒸發了。這種技術也可以用來製備較小尺寸的施主片，該施主片可以進行劃分來覆蓋大面積的電子面板。當半導體需要在真空室中蒸鍍時，層壓的後一個特徵會很重要真空室的尺寸並不限制電子面板的尺寸。大面積的旋轉鑄造也會很有希望，而層壓又去除了施主尺寸和正構建的電子線路尺寸之間的相互關係。還可以具有能夠比基體承受的溫度高的施主片，因此半導體層壓方法為需要高溫退火，比如無定形Si，的材料提供了用於柔性電子器件的機會。最後，製備施主片的中間步驟允許在和最終器件不同的設備中以及不同的時間製備半導體，如果溶劑或真空室有和半導體組裝設備不同的要求，這可能成為一個特徵。
實施例實施例1本實施例描述了如何通過用有機半導體溶液的液滴塗覆施主來層壓半導體。
將Teflon紙片11放置在套箱內的120℃熱板上。在Teflon上滴上數滴α，α』-雙-4-(正己基)苯基並噻吩(6PTTP6)半導體的氯仿溶液。液滴在熱板上乾燥數分鐘，得到邊緣較厚的環形半導體圖案，其中邊緣是大多數溶液聚集的地方。在大約5分鐘後，從熱板上去除施主，在室溫下保持30分鐘。6PTTP6液滴不均勻乾燥，得到圖1所示的環形圖案10。然後，將施主片11在層壓機中壓制到具有柵電極15、電介質12和源極13/漏極14對的圖案的Si晶片上。層壓機壓頭(未示出)由兩塊鐵板構成，將鐵板加熱到85℃，用1-10千磅的力壓到一起。圖2示出了施主基體和乾燥的半導體相對於電晶體電極元件的方位。然後剝離施主。半導體被保留在Si晶片上，由此完成電晶體的製備。圖3示出了採用「層壓半導體」製備的器件的微觀照片。
刮去電晶體周圍的區域以降低漏洩。該器件的試樣電流-電壓特性示於表4，其中柵電壓從0掃描到-60V。所得遷移率約為10-7cm2/Vs。
實施例2本實施例描述了通過將半導體旋塗到施主片上層壓半導體。將溶解在甲苯中的聚噻吩(Aldrich)樣品旋塗在Mylar/Elvax/Cronar/Latex施主上。該塗覆過程在室溫、1000rpm速率下在套箱中進行1分鐘。然後，將塗覆的施主層壓到Si基柵極/電介質/源極-漏極結構上，通過半導體的轉印完成電晶體的製備。層壓在2klb壓力、85℃下進行。在層壓過程中，只有半導體從施主片轉印到Si基片上。所得電晶體的遷移率高達10-3cm2/Vs。電流電壓特性如圖5所示。
實施例3本實施例是層壓半導體的例子，其中半導體施主通過蒸鍍製備。將Mylar/Elvax/Latex施主片置於熱蒸鍍器中。在10-7託壓力下以～0.02nm/s的速率蒸鍍並五苯。為了對照，將含有柵極/電介質/源極-漏極結構的Si基片和施主片放置在一起。在室溫下沉積大約1200nm的並五苯。將施主片在85℃和2klb下層壓到和對照試樣相同的Si基片上。並五苯轉印到基片上，但電介質(乳膠)沒有。層壓的並五苯和蒸鍍的並五苯的比較結果如圖6所示。和蒸鍍相比，層壓的遷移率下降。閾值電壓增加，但電晶體的開/關比保持不變或者增加，如圖7所示。在圖7中，蒸鍍的並五苯是上面的曲線。開/關電流比是2×103。圖7中下面的曲線是層壓的並五苯。開/關比是105。
權利要求
1.一種方法，包括a)在施主基體上沉積有機半導體；b)將所述施主基體上的所述有機半導體和受主基體層壓在一起；和c)去除施主基體。
2.權利要求1的方法，其中所述受主基體是柔性聚合物。
3.一種電子器件，包括層壓在受主基體上的有機半導體。
4.權利要求3的電子器件，其中所述器件是電晶體。
5.權利要求3或4的電子器件，其中所述受主基體是柔性聚合物。
全文摘要
對於在柔性聚合物基體上製備電晶體而言，理想的方法是低溫、環境壓力方法。半導體層壓正是這種方法。在施主基體上沉積半導體。施主放置在受主基體上方，該受主基體可以用其它電晶體元件進行圖案化。通過層壓將半導體從施主轉印到受主上。
文檔編號H01L51/05GK1826702SQ200480021129
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月22日 優先權日2003年7月22日
發明者I·馬拉約維奇 申請人:納幕爾杜邦公司