CN100499200C - 高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法 - Google Patents

高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法 Download PDF

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Abstract

一种高精度印刷制作有机薄膜晶体管的方法，主要包括有下列步骤：形成栅极(Gate)于一基板上，形成一绝缘层(Insulator layer)于该基板上，形成一导线电极膜于该绝缘层上，形成一有机中间层，形成一有机半导体层于该有机中间层上，形成一高分子定义沟道宽度层于该有机半导体层上，形成一有机电极膜，形成一有机保护层，其中，形成各层的方法可用喷墨印刷法(Inkjet Printing)、网版印刷法(Screen Printing)、刮刀涂布法(BladeCoating)、辊涂法(Roller Coating)、纳米压印法(Nanoimprinting)、微接触印刷法(Micro Contact Printing)或旋涂法(Spin Coating)等等的高精度印刷方式。

Description

高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法
技术领域
本发明是提供一种高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，尤指一种利用高精度印刷的方式，整合中间层工艺技术，制作有机薄膜晶体管的方法。
背景技术
有机薄膜晶体管是由有机共轭高分子或寡聚分子材料所制成的晶体管，与传统的无机晶体管比较起来，有机薄膜晶体管可在低温下制作，因此在基板的选择上可采用较轻、薄且便宜的塑料取代玻璃。此外，有机薄膜晶体管的工艺也较为简单，以印刷技术直接图案化有机薄膜，可以减少光罩使用数目与真空蒸镀设备，且由于适合塑料基板，因此对将来的辊传动(roll to roll)工艺兼容性高，对降低制造成本具有很大的效益。
飞利浦于2003的国际显示器论文集(International Display Workshop)发表了可溶性并五苯(pentacene)制作的有机薄膜晶体管(OTFT)驱动EPD显示器，将OTFT组件制作于塑料基板上，其为底部接触-底部栅极(Bottom-Contact/Bottom-Gate)式结构，其中栅极、源极与漏极的材料为Au，并利用屏蔽窗(shadow mask)热蒸镀方式制作，并用旋涂法(Spin Coating)将可溶性并五苯(pentacene)涂布完成半导体层。
综观以上所述，现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，至少存在以下缺点：
一、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，其电极制作方式与半导体层的涂布，其工艺较为复杂及耗时，增加制造成本，影响市场竞争力。
二、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，以屏蔽窗蒸镀方式制作电极，将使导线分辨率无法提升，容易短路，导线设计困难等。
三、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，其使用可溶性并五苯会有环保问题，因为其所使用的溶剂为工业禁用的氯仿(chloroform)。
发明内容
有鉴于现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，是使用热蒸镀方式沉积并五苯，并整合中间层(Interlayer)工艺，利用印刷的方式直接印制所需的图形，以简化工艺降低制造成本，增加市场竞争力。
本发明的另一目的在于提供一种高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，使用印刷方式直接图案化所需的图形制作电极，可提升导线分辨率，避免短路，与简化导线设计的复杂度。
本发明的再一目的在于提供一种高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，无须使用氯仿(chloroform)作为并五苯的溶剂，故没有环保问题。
为达上述目的，本发明的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法的较佳实施例中，主要包括有下列步骤：(a)形成栅极(Gate)于一基板上；(b)形成一绝缘层(Insulator layer)于该基板和栅极上；(c)形成一导线电极膜于该绝缘层上；(d)形成一有机中间层于绝缘层上未被导线电极膜覆盖处；(e)形成一有机半导体层于该有机中间层上；(f)形成一高分子定义沟道宽度层于该有机半导体层上；(g)形成一有机电极膜在该导线电极膜及该有机半导体层上，且未覆盖该高分子定义沟道宽度层；(h)在有机电极膜和高分子定义沟道宽度层上形成一有机保护层。
所述有机半导体层的材料可为高分子半导体材料及有机小分子材料其中一种；其中该高分子定义沟道宽度层可为水性高分子及油性高分子其中一种；有机电极膜可为导电有机物及导电有机与无机混合物其中一种；该有机保护层可包括有：一聚乙烯醇层(polyvinyl alcohol，PVA)、一聚乙烯苯酚层(polyvinylphenol，PVP)及一聚酰亚胺层(polyimide，PI)。
其中，步骤(a)至步骤(h)的形成方法可用喷墨印刷法(InkjetPrinting)、网版印刷法(Screen Printing)、刮刀涂布法(BladeCoating)、辊涂法(Roller Coating)、纳米压印法(Nanoimprinting)、微接触印刷法(Micro Contact Printing)或旋涂法(Spin Coating)等等。
附图说明
图1A至图1H为本发明的高精度印刷制作有机薄膜晶体管的方法的较佳实施例示意图。
附图标号说明：100基板；101栅极；102绝缘层；103导线电极膜；104有机中间层；105有机半导体层；106高分子定义沟道宽度层；107有机电极膜；108有机保护层。
具体实施方式
为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明如后。
请参照图1A至图1H，其为本发明的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法的较佳实施例示意图。
如图1A所示，提供一塑料基板100，当然塑料基板100必须先清洁，去除有机物与细小微粒后，利用真空蒸镀与光刻蚀工艺技术，将铬(Cr)或氧化铟锡(ITO)等导电材料镀在塑料基板100上，并图案化形成栅极(Gate)101于基板100上。
如图1B所示，以辊涂法(Roller Coating)或旋涂法(Spin Coating)等方式涂布一高介电常数的绝缘层(Insulator layer)102于该基板100上，其中该绝缘层102的材料可选用有机溶剂、无机溶剂或有机与无机溶剂混合的材料。
如图1C所示，利用真空蒸镀与光刻蚀工艺技术，将铬(Cr)或氧化铟锡(ITO)等导电材料镀在绝缘层102上，并图案化形成一导线电极膜103于该绝缘层102上。
如图1D所示，以喷墨印刷法(Inkjet Printing)或干蚀刻(dryetching)搭配屏蔽窗(shadow mask)的方式，图案化形成一有机中间层(Interlayer)104，该有机中间层104为光校整聚酰亚胺(Photo alignmentpolyimide)，于OTFT沟道区中，可以使得小分子有机材料的晶粒尺寸提升，使OTFT操作时有较佳的载流子移动率，达到改善组件特性及电路设计要求的目的。
如图1E所示，以热蒸镀(thermal evaporation)或气相沉积(vapor phasedeposition)等方式，将高分子半导体材料或有机小分子材料并五苯等镀在该有机中间层104上，形成一有机半导体层105，该有机中间层104可使该有机半导体层105的晶粒加大，故可获得较佳电性的有机半导体层105，亦即同时提升有机薄膜晶体管的电性。
如图1F所示，以辊涂法(Roller Coating)、网版印刷法(ScreenPrinting)或旋涂法(Spin Coating)等高精度印刷方式涂布一层高分子层，再用曝光方式图样化高分子层形成高分子定义沟道宽度层106于该有机半导体层105上，当然该高分子定义沟道宽度层106可视需求使用水性高分子或油性高分子，而高分子定义沟道宽度层106的厚度约为该有机半导体层105厚度的两倍。
如图1G所示，以喷墨印刷法(Inkjet Printing)、网版印刷法(ScreenPrinting)或旋涂法(Spin Coating)等高精度印刷方式涂布形成一有机电极膜107，有机电极膜107在导线电极膜103及有机半导体层105上，且未覆盖该高分子定义沟道宽度层106，作为有机薄膜晶体管的源极(Source)和漏极(Drain)，而该有机电极膜107可用导电有机物或导电有机与无机混合物。
于本较佳实施例中，之所以将有机薄膜晶体管的data line(数据传输线，高分子定义沟道宽度层106)与源极/漏极电极(有机电极膜107)分开制作有两个原因，其一，上接触(Top contact)结构电极必须涂布在有机半导体层105上，若以金属或导电氧化物沉积后必须经过光刻蚀工艺，而光刻蚀工艺中的药液会破坏有机半导体层105的结构，使组件特性丧失。其二，因现有的有机导电材料的导电率偏低，若是作为数据传输线(data line)，则数据传输线的压降将会造成组件无法动作，故我们先以金属或导电氧化物制作数据传输线以避免数据传输线的阻值升高，再以高精度印刷方式将有机导电材料直接图案化形成源极/漏极电极。
如图1H所示，同样地，以喷墨印刷法(Inkjet Printing)、网版印刷法(Screen Printing)、刮刀涂布法(Blade Coating)、辊涂法(RollerCoating)、纳米压印法(Nanoimprinting)、微接触印刷法(MicroContact Printing)或旋涂法(Spin Coating)等高精度印刷方式，形成有机保护层108，有机保护层108在有机电极膜107及高分子定义沟道宽度层106上，为使有机薄膜晶体管能受到较佳的保护，该有机保护层108包括三层结构：首先涂布一层聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)，再涂布一层聚乙烯苯酚(polyvinylphenol，PVP)薄膜，最后再覆盖一层低温光校整聚酰亚胺(polyimide，PI)薄膜，如此，上接触/下栅极(Top contact/Bottom gate)的结构的有机薄膜晶体管便完成。
综上所述，本发明的高精度印刷制作有机薄膜晶体管的方法，整合中间层工艺，利用印刷的方式直接图案化所需的图形，可提升导线分辨率，避免短路，并简化导线设计的复杂度，以增加载流子移动率，提升有机薄膜晶体管的电性；以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，其为上接触/下栅极(Topcontact/Bottom gate)的结构，不能以之限制本发明的范围，容易联想得到，诸如：使用在上接触/上栅极(Top contact/Top gate)、下接触/上栅极(Bottomcontact/Top gate)或下接触/下栅极(Bottom contact/Bottom gate)等等的结构中，熟悉此领域技术者于领悟本发明的精神后，皆可想到变化实施之，即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1、一种高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于其步骤包括：
(a)形成栅极于一基板上；
(b)形成一绝缘层于该基板和栅极上；
(c)形成一导线电极膜于该绝缘层上；
(d)形成一有机中间层于绝缘层上未被导线电极膜覆盖处；
(e)形成一有机半导体层于该有机中间层上；
(f)形成一高分子定义沟道宽度层于该有机半导体层上；
(g)形成一有机电极膜在该导线电极膜及该有机半导体层上，且未覆盖该高分子定义沟道宽度层；
(h)形成一有机保护层在该有机电极膜和该高分子定义沟道宽度层上。
2、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该基板为塑料基板。
3、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该栅极为铬及氧化铟锡其中一种。
4、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该绝缘层的材料为有机溶剂、无机溶剂及有机与无机溶剂混合其中一种。
5、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该导线电极膜为铬及氧化铟锡其中一种。
6、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该有机中间层为光校整聚酰亚胺。
7、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该有机半导体层的材料为高分子半导体材料及有机小分子材料其中一种。
8、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该高分子定义沟道宽度层为水性高分子及油性高分子其中一种。
9、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该有机电极膜为导电有机物及导电有机与无机混合物其中一种。
10、如权利要求1所述的高精度印刷法制作有机薄膜晶体管的方法，其特征在于：该有机保护层包括有：一聚乙烯醇层、一聚乙烯苯酚层及一聚酰亚胺层。
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