CN101120456B - 有机薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

提供一种有机薄膜晶体管，其包括一对让电流流过由有机半导体材料制成的有机半导体层的电极，和第三电极，其中所述有机半导体材料主要由重均分子量(Mw)为20000或更高的芳基胺聚合物构成。

Description

有机薄膜晶体管
技术领域
本发明涉及一种用作各类显示器的开关器件，并具有包含三芳胺基聚合物的有机半导体层的有机薄膜晶体管，所述各种显示器包括液晶显示器、电泳显示器和有机EL显示器。 
背景技术
近年来，具有有机半导体材料作为有源层的薄膜晶体管作为硅基薄膜晶体管的廉价替代品已经受到广泛关注。使用有机材料构造器件可通过湿法例如印刷、旋涂或浸渍，容易地形成薄膜或电路。具体地说，可以不涉及在制造硅基薄膜晶体管方法中需要的昂贵步骤来制造器件，从而如所期望地显著降低生产成本和提高器件面积。 
有机材料基器件的优点包括其机械柔性和重量轻。虽然无机材料与有机材料相比在载流子迁移率方面具有更好的性能，但由于具有这些优点，有机半导体器件已经受到广泛关注。 
披露的用于这类有机薄膜晶体管的半导体材料的实例包括作为低分子材料的并五苯(见非专利文献1)、酞菁(见非专利文献2)、富勒烯(见专利文献1和非专利文献3)、蒽二噻吩(anthradithiophene)(见专利文献2)、噻吩低聚物(见专利文献3和非专利文献4)和双二噻吩并噻吩(bisdithienothiophene)(见非专利文献5)；和作为高分子材料的聚噻吩(见非专利文献6)和聚亚噻吩基亚乙烯基(polythenylenevinylene)(见非专利文献7)。 
这些材料作为用于薄膜晶体管器件的有机半导体具有优异的载流子迁移率。然而，在将其应用于使用有机半导体的商用薄膜晶体管前，还需要若干改进。例如，虽然已经报道并五苯具有高达1cm2/Vs的载流子迁移率，但是其在溶剂中具有较低的溶解度，从而难以通过将其溶解在溶剂中并涂覆得到的溶液来得到并五苯有源层。此外，并五苯易于氧化-在氧气气氛下随着时间流逝其趋于被氧化。类似地，酞菁和富勒烯具有例如在溶剂中的低溶解度，从而半导体层通常需要通过气相沉积来形成。基于这些原因，这些材料 不能获得作为有机材料基器件区别特性的生产方法成本下降和提高器件面积等。此外，这些材料具有以下问题：由于基底变形，薄膜会从基底上脱落，从而导致在薄膜上产生裂纹等。 
此外，聚烷基噻吩基材料作为能够通过将其溶解于溶剂中并涂覆得到的溶液形成有源层，且具有较高的迁移率的材料已经受到关注(见非专利文献6)。然而，这些聚烷基噻吩基材料具有以下缺点：其导致器件的开关比(on/offratio)下降，并容易氧化，从而其特性随时间变化。 
虽然如上所述已经提出了几种材料作为用于薄膜晶体管的有机半导体材料，但是还未能提供满足全部所需特性的有机半导体材料。优选的有机半导体材料需要表现出优异的晶体管特性，能够溶于溶剂中以可以通过湿法形成优异的薄膜，并具有稳定性，即耐氧化性。 
根据这种情况，本申请人提出了一种由芳基胺聚合物制成的新材料(见专利文献4)。同时，专利文献5披露了由于重均分子量(Mw)的差异，不同烷基噻吩基高分子有机半导体材料表现出不同的特性。由于分子量增加而导致其特性改进的一个原因可以为如下：分子链在顶端彼此交叠的可能性增加，由此使得电子易于从一个分子链跃迁至另一个分子链。然而，高分子量的有机半导体材料会存在例如溶解度下降的问题。 
为驱动液晶显示器、电泳显示器或有机EL显示器，根据显示器分辨率和显示面积，在技术上要求有机薄膜晶体管具有1×10-4cm2/Vs或更高的场效应迁移率。 
[专利文献1]日本专利申请待审公开(JP-A)08-228034 
[专利文献2]日本专利申请待审公开(JP-A)11-195790 
[专利文献3]日本专利(JP-B)3145294 
[专利文献4]日本专利申请待审公开(JP-A)2005-240001 
[专利文献5]日本专利申请待审公开(JP-A)06-177380 
[非专利文献1]Synth.Met.，51，419，1992 
[非专利文献2]Appl.Phys.Lett.，69，3066，1996 
[非专利文献3]Appl.Phys.Lett.，67，121，1995 
[非专利文献4]Chem.Mater.，4，457，1998 
[非专利文献5]Appl.Phys.Lett.，71，3871，1997 
[非专利文献6]Appl.Phys.Lett.，69，4108，1996 
[非专利文献7]Appl.Phys.Lett.，63，1372，1993 
发明内容
本发明的一个目的在于通过优化构成半导体材料的聚合物的分子量，来提供一种具有高场效应迁移率的有机薄膜晶体管，该半导体材料能够通过将其溶解于溶剂中并涂覆得到的溶液形成薄膜。使用这种有机薄膜晶体管，能够通过便捷的方法例如印刷或喷墨(IJ)，以低成本制造大面积器件。 
本发明人为获得上述目的进行了刻苦研究。从而，他们已经证实一种具有特定结构的聚合物对于获得这些目的是有效的，并且该聚合物可通过优化其分子量而被赋子高载流子迁移率。 
以下内容为解决上述问题的方法。 
(1)一种有机薄膜晶体管，其包括：一对让电流流过由有机半导体材料制成的有机半导体层的电极和第三电极，其中所述有机半导体材料包括一种具有由以下结构通式(I)表示的重复单元的聚合物，该聚合物具有20000或更高的重均分子量(Mw)， 
结构通式(I) 
其中，R1、R2和R4各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，z表示0-5的整数，x、y和w各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
(2)根据(1)的有机薄膜晶体管，其中所述聚合物具有25000或更高的重均分子量。 
(3)根据(1)或(2)中一项的有机薄膜晶体管，其中结构通式(I)中的R4表示烷基或烷氧基中的一种。 
(4)根据(1)-(3)中任一项的有机薄膜晶体管，其中所述有机半导体材料包含一种具有由以下结构通式(II)表示的重复单元的聚合物： 
结构通式(II) 
Figure G06804817X20070816D000041
其中，R1、R2和R4各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，z表示0-5的整数，x、y和w各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
(5)根据(1)-(4)中任一项的有机薄膜晶体管，其中所述有机半导体材料包含一种具有由以下结构通式(III)表示的重复单元的聚合物： 
结构通式(III) 
其中，R1和R2各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，R5和R6表示可被取代的直链或支链烷基，z表示0-5的整数，x和y各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
(6)根据(1)-(5)中任一项的有机薄膜晶体管，其中所述有机半导体材料包含由以下结构式表示的重复单元。 
Figure G06804817X20070816D000043
(7)根据(1)-(6)中任一项的有机薄膜晶体管，其中所述第三电极为栅电极，和在该栅电极与所述有机半导体层之间提供有绝缘层。 
附图说明
图1A是表示有机薄膜晶体管一个实例的剖视图。 
图1B是表示有机薄膜晶体管另一个实例的剖视图。 
图1C是表示有机薄膜晶体管再一个实例的剖视图。 
图1D是表示有机薄膜晶体管又一个实例的剖视图。 
图2是本发明有机薄膜晶体管的晶体管特性说明图。 
图3是本发明有机半导体材料的分子量与场效应迁移率间关系的说明图。 
图4是在Vds＝-20V情况下本发明有机薄膜晶体管的薄膜晶体管特性的说明图。 
图5是用于由图4中所示的薄膜晶体管特性发现阈电压的说明图。 
具体实施方式
本发明的有机薄膜晶体管包括一对让电流流过由有机半导体材料制成的有机半导体层的电极和第三电极，并进一步包括视需要的其他组件。 
该有机半导体材料包含一种具有由以下结构通式(I)表示的重复单元的聚合物，该聚合物具有20000或更高的重均分子量(Mw)。 
结构通式(I) 
Figure G06804817X20070816D000051
其中，R1、R2和R4各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，z表示0-5的整数，x、y和w各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
图1A-1B为分别表示本发明所应用的有机薄膜晶体管的实例的示意图。 
在根据本发明的有机薄膜晶体管中提供的由有机半导体材料形成的有机半导体层1，由具有由上述结构通式(I)表示的聚合物制成，且该聚合物具有20000或更高的重均分子量(Mw)。该半导体器件包括一对让电流流过该有机半导体层1的源电极2和漏电极3，和作为第三电极的栅电极5。在栅电 极5和有机半导体绝缘层1之间提供有绝缘层4。在该有机薄膜晶体管中，向栅电极5施加电压，从而控制在源电极2和漏电极3之间流过有机半导体层1的电流。 
以下是由上述结构通式(I)表示的本发明聚合物重复单元的具体实例。需要指出的是该具体实例不对本发明产生任何限制。 
结构通式(II) 
结构通式(II) 
Figure G06804817X20070816D000061
其中，R1、R2和R4各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，z表示0-5的整数，x、y和w各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
结构通式(III) 
其中，R1和R2各自独立地表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自均可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，R5和R6表示可被取代的直链或支链烷基，z表示0-5的整数，x和y各自独立地表示0-4的整数，当各R1、R2、R3和R4存在两个或多个时，各个R’可以相同或不同。 
Figure G06804817X20070816D000063
对于用于生产包含由上述结构通式(I)表示的重复单元的聚合物的方法，可利用公知的方法，例如使用醛和膦酸酯的Wittig-Horner反应、使用醛和膦的Wittig反应、使用乙烯基取代基和卤化物的Heck反应、和使用胺和卤化物的Ullmann反应。具体地说，由于其可操作性，优选Wittig-Horner反应和Wittig反应。需要指出的是，生产这些聚合物方法的细节记载于日本专利申请(JP-A)待审公开2005-240001中。 
根据凝胶渗透色谱法(GPC)测量，由上述结构通式(I)表示的聚合物基于聚苯乙烯具有20000或更高，优选25000或更高，更优选25000-500000，进一步优选25000-200000，最优选25000-150000的重均分子量(Mw)。如果该重均分子量(Mw)低于20000，则场效应迁移率下降。如果该重均分子量(Mw)超过1000000，则该聚合物在常规溶剂中具有低溶解度，从而溶解该聚合物的溶液的粘度升高，使得难于涂覆处理并导致实际问题，和难于控制薄膜的平整度或平面性。 
用于本发明有机半导体层的材料在常规有机溶剂中具有优异的溶解度，所述常规有机溶剂例如为二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿、二氯苯和二甲苯。从而，可以通过在适宜的溶剂中溶解本发明的高分子材料以制备适宜浓度的溶液，并通过湿式沉积法涂覆该溶液来形成半导体薄膜。 
用于形成有机半导体层的湿式沉积法的实例包括旋涂、浸渍、刮涂、喷涂、浇注、喷墨和印刷。通过这些公知的湿式沉积技术，可得到较薄的有机半导体层。根据采用的薄膜沉积法，从上述溶剂的组中选择适宜的溶剂。需要指出的是，根据本发明的该有机半导体材料如果为固体或溶解于溶液中，即使在空气中也基本不被氧化。 
该有机薄膜晶体管将参考图1A进行描述。图1A为该有机薄膜晶体管的剖视图，使用该图将可描述该有机薄膜晶体管的典型构造和运转。 
当在图1A所示的一对电极(或源电极2和漏电极3)之间施加电压时，电 流在源电极2和漏电极3之间流过有机半导体层1。如果此时向通过绝缘层4与该有机半导体层1隔离的栅电极5施加电压，电场效应会改变有机半导体层1的载流子导电率，从而可改变在源电极2和漏电极3之间流动的电流量。附图标记6表示基底，当采用导电基底时其起到栅电极的作用。同样，如果将导电基底用于栅电极5，则栅电极5也起到基底的作用。 
在本发明有机薄膜晶体管的每种结构中，由前述聚合物制成的有机半导体层1均是这样配置的，即如图1A-1B中所示，它被夹在源电极和漏电极之间。该有机半导体层1的厚度是这样选择的，即能够形成均匀薄膜(没有能够严重影响材料的载流子传输特性的缝和/或孔的薄膜)。该有机半导体层1的厚度优选为5nm-200nm，更优选5nm-100nm，最优选5nm-30nm。如果该厚度低于5nm，则很可能降低引发的载流子数量，并且降低所形成的薄膜的连续性，导致负面影响。如果该厚度超过200nm，则在得到的晶体管中的截止电流(off-current)增加，从而出现负面影响。 
本发明的有机薄膜晶体管通常在玻璃、硅或塑料制基底6上形成。如果要求得到的器件柔软、质轻或廉价，则通常使用塑料基底。在图1A和1B所示的晶体管结构中，由于其还可充当栅电极，因而通常使用导电基底。有时，在栅电极5上形成绝缘层4后，会难于形成有机半导体层1；如果该绝缘层4具有高表面张力，则不可能通过例如旋涂来形成该有机半导体层1；如果有机绝缘材料用于绝缘层4，则使用的溶剂可能溶解该绝缘层4。在这类情况下，该绝缘层4需要在形成有机半导体层1之后形成，如图1C和1D所示。 
绝缘层4设置在栅电极5和有机半导体层1之间。适用于该绝缘层4的绝缘材料的实例包括无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝和氧化钛，和(如果期望得到的器件柔软、质轻或廉价)有机材料，有机材料包括化合物例如聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯酚、聚酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚对苯二亚甲基、聚丙烯腈和氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)，以及各种绝缘的LB膜。这些材料可组合使用。 
该绝缘层4的形成方法没有特别限定；例如可使用CVD、等离子CVD、等离子聚合、气相沉积、旋涂、浸渍、印刷、喷墨和Langmuir-Blodgett(LB)法中的任何一种。此外，如果用硅作为栅电极和基底，则优选使用通过热氧化硅得到的氧化硅。 
本发明的有机薄膜晶体管包括三个电极：源电极2、漏电极3和栅电极5。该栅电极5与绝缘层4接触。每个电极均采用公知的常规技术在基底6上形成。 
对用于该源电极2、漏电极3和栅电极5的材料没有特别限定，只要其是导电材料；其实例包括铂、金、银、镍、铬、铜、铁、锡、锑、铅、钽、铟、铝、锌、镁及其合金；导电金属氧化物，例如铟-锡氧化物；和无机和有机半导体，其导电性通过掺杂导电物质而得到增强。例如可引用单晶硅、多晶硅、无定形硅、锗、石墨、聚乙炔、聚对亚苯基、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚噻吩基亚乙烯基和聚对亚苯基亚乙烯基。在这些导电材料中，优选使用在其与有机半导体层1接触的表面将源电极2和漏电极3欧姆连接在一起的那些材料。 
图4和5为晶体管性能评价图。每个图均表示了下述有机薄膜晶体管的特性，其中使用有机半导体材料作为半导体层(见图4)。该有机半导体材料的场效应迁移率采用以下方程计算。 
Ids＝μCinW(Vg-Vth)2/2L 
(其中，Cin为栅绝缘膜单位面积的电容，W为沟道宽度，L为沟道长度，Vg 为栅电压，Ids为源-漏电流，μ为场效应迁移率，和Vth为在开始形成沟道时的栅阈电压) 
更具体地说，在源电极和漏电极间施加-20V电压，并在10V至-20V的栅电压范围内测量该源-漏电流。然后将该在-20V栅电压下的源-漏电流带入上述方程中，以及以该测量的源-漏电流值的平方根相对于该栅电压作图，得到近似曲线。在该近似曲线中，在源-漏电流的平方根等于0A时的栅电压定义为Vth。使用这些值计算场效应迁移率(见图5；注意该图中虚线与对应于(-Ids)1/2＝0.000的线的交点为Vth)。 
根据本发明，通过采用以下有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的半导体层，可以制造具有1×10-4cm2/Vs或更高的场效应迁移率的场效应晶体管，所述有机薄膜晶体管包括一对让电流流过该有机半导体材料的电极和第三电极，所述有机半导体材料主要由具有由前述结构通式(I)(其中，R1、R2和R4各自独立地表示卤素原子或选自可被取代的烷基、烷氧基和烷硫基的基团，R3表示卤素原子或选自可被取代的烷基、烷氧基、烷硫基和芳基的基团，z表示0-5的整数，x、y和w各自独立地表示0-4的整数，当存在两个或多 个各R1、R2、R3和R4时，R’可以相同或不同)表示的重复单元，并具有20000或更高的重均分子量(Mw)的聚合物组成。 
以下，本发明将基于实施例进行详细描述。 
(合成例1) 
在300ml四颈烧瓶中加入1.253g(3.98mmol)二醛、2.243g(3.98mmol)二膦酸酯和10.5mg(0.10mmol)苯甲醛，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入100ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入12ml 1.0mol/dm3的叔丁醇钾的四氢呋喃溶液，并在室温下搅拌3小时。然后，将84μl(0.398mmol)苯甲基膦酸二乙酯加入所得到的溶液中，并搅拌2小时。该反应通过加入约1ml乙酸终止。为了提纯，随后使用二氯甲烷和甲醇来进行再沉淀，以提供1.674g聚合物(总产率＝74％)。 
该聚合物的元素分析值(％)如下：C，84.02％；H，8.22％；N，2.52％(计算值(％)：C，84.12％；H，7.92％；N，2.42％)。 
根据GPC测量，该聚合物基于聚苯乙烯的重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)分别为75000和17000。 
Figure G06804817X20070816D000101
(合成例2) 
在1000ml四颈烧瓶中加入8.48g(26.9mmol)二醛和15.18g(26.9mmol)二膦酸酯，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入800ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入95ml 1.0ml/dm3叔丁醇钾的四氢呋喃溶液，并在0℃搅拌10分钟。然后，向得到的溶液中加入0.614g(2.69mmol)苯甲基膦酸二乙酯，并搅拌80分钟。此外，向该溶液中加入0.571g(5.38mmol)苯甲醛并搅拌2小时。该反应通过加入约5ml乙酸终止。为了提纯，通过使用四氢呋喃和甲醇来进行再沉淀，以提供聚合物。通过使用四氢呋喃和丙酮来再次实施再沉淀以提 纯所得到的聚合物，提供重均分子量(Mw)为123000的聚合物。 
(合成例3) 
在该合成例中，采用与合成例2中所述的类似方法生产13.04g重均分子量(Mw)为11 0000的聚合物，除了省略了使用四氢呋喃和丙酮提纯(总产率＝85％)。 
(合成例4) 
在300ml四颈烧瓶中加入1.253g(3.98mmol)二醛、2.243g(3.98mmol)二膦酸酯和42.2mg(0.40mmol)苯甲醛，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入100ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入12ml 1.0mol/dm3的叔丁醇钾的四氢呋喃溶液，并在室温下搅拌3小时。然后，将84μl(0.398mmol)苯甲基膦酸二乙酯加入所得到的溶液中，并搅拌2小时。该反应通过加入乙酸终止。为了提纯，随后使用二氯甲烷和甲醇来进行再沉淀，以提供1.377g重均分子量(Mw)为25000的聚合物(总产率＝60％)。 
(合成例5) 
在300ml四颈烧瓶中加入0.8515g(2.70mmol)二醛、1.5246g(2.70mmol)二膦酸酯，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入75ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入7ml 1.0mol/dm3的叔丁醇钾的四氢呋喃溶液，并在室温下搅拌19小时。然后，将131.6mg(0.576mmol)苯甲基膦酸二乙酯加入所得到的溶液中，并搅拌2.5小时。此外，将114.6mg(1.08mmol)苯甲醛加入该溶液中，并搅拌2小时。该反应通过加入约1ml乙酸终止。为了提纯，随后通过使用四氢呋喃和甲醇来实施再沉淀，以提供1.07克重均分子量(Mw)为20000的聚合物(总产率＝70％)。 
(合成例6) 
在300ml四颈烧瓶中加入0.8454g(2.68mmol)二醛、1.5136g(2.68mmol)二膦酸酯，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入60ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入1.3g 28％的甲醇钠的甲醇溶液，并在室温下搅拌19小时。然后，将130.7mg(0.572mmol)苯甲基膦酸二乙酯加入所得到的溶液中，并搅拌2小时。此外，将113.8mg(1.07mmol)苯甲醛加入该溶液中，并搅拌2小时。该反应通过加入约1ml乙酸终止。为了提纯，随后通过使用四氢呋喃和甲醇来实施再沉淀，以提供0.944克重均分子量(Mw)为4400的聚合物(总产率＝62％)。 
(合成例7) 
在300ml四颈烧瓶中加入1.250g(3.97mmol)二醛、2.23 1g(3.97mmol)二膦酸酯和63.2mg(0.59mmol)苯甲醛，然后用氮气替换烧瓶中的空气，随后加入100ml四氢呋喃。向所得到的溶液中加入12ml 1.0mol/dm3的叔丁醇钾的四氢呋喃溶液，并在室温下搅拌3小时。然后，将84μl(0.398mmol)苯甲基膦酸二乙酯加入所得到的溶液中，并搅拌2小时。该反应通过加入乙酸终止。为了提纯，随后使用四氢呋喃和甲醇来进行再沉淀，以提供重均分子量(Mw)为15000的聚合物。 
(实施例1) 
使用在合成例2中制备的重均分子量(Mw)为123000的聚合物，来制备具有如图1B所示结构的有机薄膜晶体管。热氧化充当栅电极的p型掺杂的硅基底，以形成100nm厚的SiO2绝缘层。随后，将由此形成的氧化膜从该基底的一个表面除去，并在其上沉积铝。然后，用hexamethyldisilaxane处理该SiO2绝缘层，并将约1.0wt％的合成例1中生产的重均分子量(Mw)为123000的聚合物的THF/对二甲苯(80∶20)溶液通过旋涂涂覆在该基底上，随后干燥。这样，形成30nm厚的有机半导体层。然后在该有机半导体层上沉积Au作为具有30μm沟道长度和10mm沟道宽度的源-漏电极。 
图2为通过前述方法制备的有机薄膜晶体管的晶体管特性图。从图2中可以看出，所制备的器件显示出优异的晶体管特性。 
此外，该有机半导体的场效应迁移率利用以下方程计算。 
Ids＝μCinW(Vg-Vth)2/2L 
(其中，Cin为栅绝缘膜单位面积的电容，W为沟道宽度，L为沟道长度，Vg 为栅电压，Ids为源-漏电流，μ为场效应迁移率，Vth为在开始形成沟道时的栅阈电压) 
由此制备的薄膜晶体管的接通电流(on-current)和场效应迁移率分别为-2.28μA和8.8×10-4cm2/Vs。 
并且，开/关比，即在Vds＝-20V和Vg＝-20V处观测到的Ids值与在+10V至-20V的Vg范围内观测到的最小Ids值之比，为2.4×103，阈电压为-0.28V。从而，所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性。 
(实施例2) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的有机薄膜晶体管，除了使用合成例3制备的重均分子量(Mw)为110000的聚合物。所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性。 
所制备的薄膜晶体管的接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分别为-2.35μA、0.25V、9.20×10-4cm2/Vs和3.3×103。 
(实施例3) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的有机薄膜晶体管，除了使用合成例1制备的重均分子量(Mw)为75000的聚合物。所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性。 
所制备的薄膜晶体管接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分别为-1.72μA、-0.53V、7.49×10-4cm2/Vs和2.8×103。所得到的结果示于图2中。 
(实施例4) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的有机薄膜晶体管，除了使用合成例4制备的重均分子量(Mw)为25000的聚合物。所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性。 
所制备的薄膜晶体管的接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分别为-1.45μA、-0.35V、6.19×10-4cm2/Vs和2.5×103。所得到的结果示于图2中。 
(实施例5) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的有机薄膜晶体管，除了使用合成例5制备的重均分子量(Mw)为20000的聚合物。所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性。 
所制备的薄膜晶体管的接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分别为-0.89μA、-0.73V、4.04×10-4cm2/Vs和5.0×103。所得到的结果示于图2中。 
(对比例1) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的薄膜晶体管，除了使用合成例6制备的重均分子量(Mw)为4400的聚合物。所制得的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性，但具有低场效应迁移率(见图2)。 
所制备的薄膜晶体管的接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分 别为-0.078μA、-2.13V、3.52×10-5cm2/Vs和1.6×103。图3阐明了重均分子量与场效应迁移率之间的关系。 
(对比例2) 
根据实施例1所述的方法制备具有图1B所示结构的薄膜晶体管，除了使用合成例7中制备的重均分子量(Mw)为1 5000的聚合物。所制备的有机薄膜晶体管表现出优异的晶体管特性，但具有低场效应迁移率。 
所制备的薄膜晶体管的接通电流、阈电压、场效应迁移率和开/关比分别为-0.22μA、-0.99V、9.45×10-5(cm2/Vs)和2.8×103。 
从图3中可以看出，重均分子量(Mw)皆为20000或更高的实施例1-5中制备的样品，与重均分子量分别为4400和15000的对比例1和2中制备的样品相比，具有更好的场效应迁移率。此外，观察到场效应迁移率往往随着重均分子量(Mw)的增加而增加。从实施例中可以看出，重均分子量(Mw)为20000或更高的聚合物是优选的。 
工业实用性 
由于使用本发明的有机薄膜晶体管可以以低成本生产大面积器件，且该有机薄膜晶体管具有高场效应迁移率，因此其适于用作显示器例如液晶显示器、电泳显示器和有机EL显示器的开关器件。 

Claims (1)

1.一种有机薄膜晶体管，其包括：
一对让电流流过由有机半导体材料制成的有机半导体层的电极，和
第三电极，
其中所述有机半导体材料包含具有由以下结构式表示的重复单元的聚合物，该聚合物具有25000～123000的重均分子量(Mw)，
Figure FSB00000621937000011
其中所述第三电极是栅电极，并在该栅电极与所述有机半导体层之间提供绝缘层。
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