CN100524883C - 一种具多层保护层的有机半导体元件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具多层保护层的有机半导体元件，包括有：有机薄膜晶体管；第一保护层，以气相沉积方式形成于该有机薄膜晶体管上；及第二保护层，形成于该第一保护层上。还涉及一种具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，包括如下步骤：提供一有机薄膜晶体管；以气相沉积方式，形成一第一保护层于该有机薄膜晶体管上；及形成一第二保护层于该第一保护层上。本发明通过将第二保护层形成于以气相沉积方式制作的第一保护层上，形成有机薄膜晶体管的多重保护层，此多重保护层具有良好的均匀性，还可达到保护有机薄膜晶体管的效果，还可利用第二保护层进行液晶的配向，因此可使具有此保护层的有机半导体元件能有更为广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机半导体元件及其制作方法，特别是一种具多层保护层的有机半导体元件及其制作方法。
背景技术
近几年来有机半导体元件一直是科学家们研究的热门课题。就有机薄膜晶体管(OTFT)来说，近来更有商业化应用的趋势，运用于射频识别(RFID)等产品均进入了试产阶段，未来可以广泛应用于可挠式基板、显示器与电子纸等范畴，特别是有机薄膜晶体管具有制造过程简易、制作温度低且成本低廉的优点，只要在元件寿命上能有明显的突破，其商业用途具有不可限量的潜力。
然而，由于有机薄膜晶体管的有机材料保护层的制作上，若完全应用溶液制作方法进行涂布，会受限于既有均匀度不佳的问题，造成后续制作的搭配面板品质难以提高的问题。
在现有技术中，IBM公司则提出一种以有机分子聚对二甲苯(parylene)进行气相沉积方式制作并五苯有机薄膜晶体管(pentacene OTFT)的保护层的方法，但因为聚对二甲苯薄膜本身的密度并不高，无法达到保护并五苯有机薄膜晶体管的效果而容易遭受液晶损害，而且，聚对二甲苯分子并无足够的侧链以进行液晶配向所需的研磨配向(rubbing)制作；因此，如前述有机薄膜晶体管的有机半导体元件，其保护层在制作技术上的确面临了诸多困难，而有待突破。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具多层保护层的有机半导体元件及其制作方法，利用于有机薄膜晶体管上制作多层保护层，来建立更为平坦并具有完善的保护效果的有机半导体元件，从而解决先前技术所存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，包括有：一有机薄膜晶体管；一第一保护层，以气相沉积方式形成于该有机薄膜晶体管上；及一第二保护层，形成于该第一保护层上。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该有机薄膜晶体管选自下接触式、上接触式、下栅极与上栅极的有机薄膜晶体管的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该有机薄膜晶体管选自N型金氧半场效晶体管、P型金氧半场效晶体管与互补式金氧半场效晶体管的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层以溶液制作方法形成。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该溶液制作方法选自旋转涂布、网印、喷墨印刷与无旋转涂布的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层以气相沉积方式形成。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层与该第一保护层为不同材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第一保护层为无机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第一保护层为有机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该有机材料选自聚对二甲苯-N、聚对二甲苯-C与聚对二甲苯-D的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层为无机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第一保护层与该第二保护层的数量为多个，且该第一保护层与该第二保护层以交互重叠的方式形成。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该气相沉积方式选自化学气相沉积、有机气相沉积、共蒸镀的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层为聚乙烯苯酚层。
上述具多层保护层的有机半导体元件，其特点在于，该第二保护层为有机材料层。
本发明还提供一种具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，包括如下步骤：提供一有机薄膜晶体管；以气相沉积方式，形成一第一保护层于该有机薄膜晶体管上；及形成一第二保护层于该第一保护层上。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该有机薄膜晶体管选自下接触式、上接触式、下栅极与上栅极的有机薄膜晶体管的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该有机薄膜晶体管选自N型金氧半场效晶体管、P型金氧半场效晶体管与互补式金氧半场效晶体管的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，形成该第二保护层的步骤是利用溶液制作方法。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该溶液制制作方法选自旋转涂布、网印、喷墨印刷与无旋转涂布的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，形成该第二保护层的步骤是利用气相沉积方式。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第二保护层与该第一保护层为不同材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第一保护层为无机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第一保护层为有机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该有机材料选自聚对二甲苯-N、聚对二甲苯-C与聚对二甲苯-D的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第二保护层为无机材料层。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，形成该第二保护层的步骤后，还包括一以交互重叠的方式形成多个该第一保护层与多个该第二保护层于该第二保护层上的步骤。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该气相沉积方式选自化学气相沉积、有机气相沉积、共蒸镀的群组组合。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第二保护层为聚乙烯苯酚层。
上述具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特点在于，该第二保护层为有机材料层。
本发明的功效，在于通过将第二保护层形成于以气相沉积方式制作的第一保护层上，来制作有机薄膜晶体管的多重保护层，此多重保护层不但具有良好的均匀性，还可达到保护有机薄膜晶体管不受液晶损害的效果，另外，可利用第二保护层进行液晶的配向，因此可使具有此保护层的有机半导体元件能有更为广泛的应用。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法流程图；
图2A至2C为本发明的第一实施例的具多层保护层的有机半导体元件的制作流程剖面图；
图3A至3C为本发明第一实施例的制作前、后以及在完成制作后的有机薄膜晶体管信道上滴上扭转向列型液晶后的有机半导体元件的ID-VD特性曲线图；
图4A至4C分别为本发明第一实施例的制作前、后以及在完成制作后的有机薄膜晶体管信道上滴上扭转向列型液晶后的有机半导体元件的ID-VG特性曲线图；及
图5A至5D为本发明第二实施例的制作前、后以及完成制作后的有机薄膜晶体管信道上滴上扭转向列型液晶后以及滴上液晶后在空气下置放五天后的有机半导体元件的ID-VD特性曲线图。
其中，附图标记：
10 有机薄膜晶体管
11 基材
12 栅极
13 绝缘层
14 源极
15 漏极
16 有机半导体层
20 第一保护层
30 第二保护层
40 有机半导体元件
具体实施方式
请参照图1，为本发明的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，主要包含下列步骤：
步骤100，首先提供一有机薄膜晶体管；步骤110，然后，以气相沉积方式，形成第一保护层于有机薄膜晶体管上；步骤120，最后，以气相沉积方式或溶液制作过程，形成第二保护层于第一保护层上，来弥补第一保护层表面的孔洞(pin hole)，以提高薄膜的均匀性，并将其做为第二层的保护薄膜，达到保护有机薄膜晶体管的目的，从而构成具多层保护层的有机半导体元件。
以下则通过两个实施例对本发明所提供的具多层保护层的有机半导体元件及其制作方法进行详细说明及验证，并请依次参照图2A至2C，为本发明的第一实施例的具多层保护层的有机半导体元件的制作过程。
如图2A所示，首先，步骤100，提供接触式的并五苯有机薄膜晶体管10，此有机薄膜晶体管10是由基材11以及在基材上陆续形成的栅极12、绝缘层13、源极14与漏极15、并五苯(pentacene)的有机半导体层16所构成。
如图2B所示，步骤110，先将聚对二甲苯(parylene)粉末置于气相沉积设备内部，加热使其升华为气体分子，在高温下裂解而形成小分子，再于已验证电气特性的有机薄膜晶体管10上获得聚对二甲苯的第一保护层20；聚对二甲苯分为聚对二甲苯-N(parylene-N)、聚对二甲苯-C(parylene-C)与聚对二甲苯-D(parylene-D)，本实施例选用聚对二甲苯-D制作第一保护层20，且制作第一保护层20的制作过程选用聚合物沉积(polymer deposition)方式。
如图2C所示，步骤120，当元件的电气特性能恢复原来的水准，再以溶液制作方法制作聚乙烯苯酚(Poly Vinyl Phenol，PVP)的第二保护层30于第一保护层20上，来弥补第一保护层20表面的孔洞并作为第二层保护薄膜，最后，即完成具多重保护层的有机半导体元件40。
而本发明的第一实施例所提供的具多层保护层的有机半导体元件40，请参照图2C所示，其是由有机薄膜晶体管10、第一保护层20与第二保护层30所构成，此有机薄膜晶体管10包含基材11以及在基材上陆续形成的栅极12、绝缘层13、源极14与漏极15以及并五苯(pentacene)的有机半导体层16，且第一保护层20是以气相沉积方式形成于有机薄膜晶体管10上，第二保护层30则形成于第一保护层20上，以提高薄膜保护的效果与均匀性，使有机薄膜晶体管10避免遭受损害，并维持有机半导体元件40的性能。
请参照图3A至3C以及图4A至4C所示，本发明对于本实施例中的有机半导体元件40作电性测试，其中，图3A至3C分别为在制作前、后以及在完成前述制作后的有机薄膜晶体管10的信道上滴上扭转向列型液晶(TwistedNematic Liquid Crystal，TNLC)后的有机半导体元件40的ID-VD特性曲线图，可在固定栅极电压下估算开关电流比(ON/OFF ratio，Ion/Ioff)。另外，图4A至4C分别为制作前、后以及在完成前述制作后的有机薄膜晶体管10上滴上扭转向列型液晶后的有机半导体元件40的ID-VG特性曲线图，可在固定漏极电压下，得到漏极电流对栅极电压的变化为传导系数(transconductance，gm＝ID(saturation)/VG)，结果发现这些ID-VD特性曲线与ID-VG特性曲线的差异不大，显示此有机半导体元件40的电气性能并无衰退，特性维持原本的水准，因此，可以用这种方式制作以并五苯有机薄膜晶体管驱动扭转向列型液晶显示面板。
另外，本实施例中的有机薄膜晶体管10可选自下接触式(bottomcontact)、上接触式(top contact)、下栅极(bottom gate)或上栅极(topgate)的有机薄膜晶体管。第一保护层20与第二保护层30的材料可选自有机材料或无机材料，第二保护层30以溶液制作方法制作，溶液制作方法可包含旋转涂布(spin coating)、网印(screen printing)、喷墨印刷(injectprinting)或无旋转涂布(spinless coating)等方式，且第二保护层30也可由气相沉积方式，但材料与第一保护层10不同的方式来形成，而气相沉积方式可为化学气相沉积(CVD)、有机气相沉积(OVPD)、共蒸镀或其它非溶液制作方法的方式；或者，本发明的第一保护层20与第二保护层30可为复数层，且第一保护层20是有机材料，而第二保护层30是无机材料，将其依次交互重叠于有机薄膜晶体管10上，以构成有机材料与无机材料交错排列，且更均匀及更具有保护效果的多层保护层。
而本发明的有机薄膜晶体管可选自N型金氧半场效晶体管(NMOS)、P型金氧半场效晶体管(PMOS)、或互补式金氧半场效晶体管(CMOS)。在前述实施例中，其采用p型有机半导体材料的并五苯(pentacene)有机薄膜晶体管，以下将说明本发明的第二实施例，其采用n型有机半导体材料的铜16氟萘氰(copperhexadecafluorophthalocyanine，F16CuPc)有机薄膜晶体管。本实施例选用信道长度为30μm的有机薄膜晶体管(步骤100)，先进行电性前值(IDVD)的量测，再进行聚对二甲苯的第一保护层的沉积，薄膜厚度约为5000(步骤110)，然后，以重量百分比为5％的聚乙烯苯酚溶液进行旋转涂布，得到约6000的薄膜(步骤120)，即完成本实施例的具多层保护层的有机半导体元件。
之后，测量制作后的电性，发现其电性值维持原先水准，再于信道上滴下扭转向列型液晶，有机半导体元件的电性依然正常，在大气下放置五天，有机半导体元件的电性与刚滴下液晶时相同，即如图5A至5D所示的有机半导体元件的ID-VD特性曲线图，显示此多层保护层可作为n型有机半导体材料的F16CuPc的保护层。
综上所述，本发明所提供的有机半导体元件及其制作方法，是通过将第二保护层形成于以气相沉积方式制作的第一保护层上，来制作有机薄膜晶体管的多重保护层，此多重保护层不但具有良好的均匀性，还可达到保护有机薄膜晶体管不受液晶损害的效果，另外，可利用第二保护层进行液晶的配向，因此可使具有此保护层的有机半导体元件能有更为广泛的应用。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (24)
1、一种具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，包括有：
一有机薄膜晶体管；
一第一保护层，以气相沉积方式形成于该有机薄膜晶体管上；及
一第二保护层，形成于该第一保护层上；
其中，该第一保护层为无机材料层或有机材料层，并且，该第一保护层与该第二保护层的数量为多个，且该第一保护层与该第二保护层以交互重叠的方式形成。
2、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该有机薄膜晶体管选自下接触式、上接触式、下栅极与上栅极的有机薄膜晶体管的群组组合。
3、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该有机薄膜晶体管选自N型金氧半场效晶体管、P型金氧半场效晶体管与互补式金氧半场效晶体管的群组组合。
4、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层以溶液制作方法形成。
5、根据权利要求4所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该溶液制作方法选自旋转涂布、网印、喷墨印刷与无旋转涂布的群组组合。
6、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层以气相沉积方式形成。
7、根据权利要求6所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层与该第一保护层为不同材料层。
8、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该有机材料选自聚对二甲苯-N、聚对二甲苯-C与聚对二甲苯-D的群组组合。
9、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层为无机材料层。
10、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该气相沉积方式选自化学气相沉积、有机气相沉积、共蒸镀的群组组合。
11、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层为聚乙烯苯酚层。
12、根据权利要求1所述的具多层保护层的有机半导体元件，其特征在于，该第二保护层为有机材料层。
13、一种具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一有机薄膜晶体管；
以气相沉积方式，形成一第一保护层于该有机薄膜晶体管上；
形成一第二保护层于该第一保护层上；及
以交互重叠的方式形成多个该第一保护层与多个该第二保护层于该第二保护层上；
其中，该第一保护层为无机材料层或有机材料层。
14、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该有机薄膜晶体管选自下接触式、上接触式、下栅极与上栅极的有机薄膜晶体管的群组组合。
15、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该有机薄膜晶体管选自N型金氧半场效晶体管、P型金氧半场效晶体管与互补式金氧半场效晶体管的群组组合。
16、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，形成该第二保护层的步骤是利用溶液制作方法。
17、根据权利要求16所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该溶液制作方法选自旋转涂布、网印、喷墨印刷与无旋转涂布的群组组合。
18、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，形成该第二保护层的步骤是利用气相沉积方式。
19、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该第二保护层与该第一保护层为不同材料层。
20、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该有机材料选自聚对二甲苯-N、聚对二甲苯-C与聚对二甲苯-D的群组组合。
21、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该第二保护层为无机材料层。
22、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该气相沉积方式选自化学气相沉积、有机气相沉积、共蒸镀的群组组合。
23、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该第二保护层为聚乙烯苯酚层。
24、根据权利要求13所述的具多层保护层的有机半导体元件的制作方法，其特征在于，该第二保护层为有机材料层。
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