CN101192651A - 通过有机半导体材料的氧化和选择性还原以制造有机薄膜晶体管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过有机半导体材料的氧化和选择性还原以制造有机薄膜晶体管的方法。根据该方法，有机薄膜晶体管的半导体层和源/漏电极之间界面的稳定性可得到保证。因此，通过该方法制成的有机薄膜晶体管可具有改进的性能特性，如，最小化的或下降的接触电阻和增加的电荷载流子迁移率。

Description

通过有机半导体材料的氧化和选择性还原以制造有机薄膜晶体管的方法

优先权声明

该非临时申请根据35 U.S.C.§119要求2006年12月1日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.2006-0120779的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明的示例性实施方案涉及一种用于制造有机薄膜晶体管的方法。本发明的其它示例性实施方案涉及一种用于制造具有最小化的或降低的接触电阻和增加的电荷载流子迁移率的高性能有机薄膜晶体管的方法，其中有机半导体材料可通过合适的处理(如，UV照射)而被氧化和选择性还原以确保半导体层和源/漏电极之间界面的稳定性。

背景技术

溶液-可处理的有机薄膜晶体管是可包括由导电有机聚合物(如，聚乙炔、聚噻吩和/或聚苯)形成的半导体层的器件。这些类型的有机薄膜晶体管可具有下列优点：半导体层可通过在环境压力下的印刷工艺而形成且整个制造步骤能够以低成本通过辊-至-辊(roll-to-roll)工艺使用塑料基材而实现。因此，溶液-可处理的有机薄膜晶体管可预期用于各种场合，如，有源显示器的驱动器件以及用于智能卡和存货标签的塑料片。

常规有机薄膜晶体管可包括几种构成组件(如，基材、栅电极、栅绝缘层、半导体层和源/漏电极)并在这些元件之间提供界面(包括半导体层和源/漏电极之间的界面、半导体层和栅绝缘层之间的界面、源/漏电极和栅绝缘层之间的界面)。需要改进有机薄膜晶体管的构成组件的性能以及相应元件之间界面的稳定性以使有机薄膜晶体管的性能特性最大化或增加。

对有机薄膜晶体管的半导体和源/漏电极之间的界面结构的控制以及对构成组件之间界面的电性能的改进可直接涉及晶体管的特性和可因此被认为对于提高晶体管特性是重要的。当基于作为半导体层用材料的共轭聚合物的有机薄膜晶体管使用金属(如，金(Au))作为用于源/漏电极的材料时，半导体层和金属电极之间的界面特性可劣化，造成接触电阻的增加。半导体层和源/漏电极之间的欧姆接触不能实现，而且可形成肖特基势垒，这是造成晶体管的不期望的特性的主要原因。

已经进行各种尝试以解决这些问题。例如，相关技术公开了通过加入具有高介电常数的有机溶剂而生产高导电率PEDOT/PSS电极。PEDOT/PSS电极的导电率可与常规ITO电极的导电率相比，但与最常规电极材料金(Au)的导电率不匹配。

发明内容

按照用于解决现有技术问题的示例性实施方案，提供了一种用于制造具有改进的特性(如，最小化的或降低的接触电阻和改进的电性能)的有机薄膜晶体管的方法，其中有机半导体材料可使用金属-基氧化剂而氧化，随后在半导体层内选择性还原以形成金属颗粒，从而确保半导体层和源/漏电极之间界面的稳定性。

在示例性实施方案中，该方法可包括在基材上形成栅电极，在栅电极上形成栅绝缘层，将被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料涂覆到栅绝缘层上以形成半导体层，选择性还原半导体层以在其中选择性地形成金属颗粒，和在半导体层的选择性还原部分上形成源/漏电极。

在示例性实施方案中，金属-基氧化剂可以是由式1或2表示的材料：

A_nB_m(1)

其中A可选自金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)和铜(Cu)，B可选自Cl、乙酸根(OAc)和NO₃，n可以是1或更高，且m可等于或高于n；或

H_lA_nB_m(2)

其中A、B、n和m可以如式1所定义，且l可以是l或更高。

在示例性实施方案中，有机半导体材料可以是p-型共轭聚合物。在示例性实施方案中，将被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料涂覆到栅绝缘层上以形成半导体层的步骤可包括将有机半导体材料溶解在溶剂中以制备有机半导体溶液，将金属-基氧化剂溶解在溶剂中以制备氧化剂溶液，和将有机半导体溶液与氧化剂溶液混合并将该混合溶液涂覆到栅绝缘层上。

溶剂各自可选自有机溶剂、水及其混合物。混合溶液的涂覆可通过印刷、丝网印刷、旋涂、浸渍、油墨喷涂(ink spraying)、真空蒸发和/或热蒸发而进行。在示例性实施方案中，氧化半导体材料的选择性还原可通过用UV、电子束、激光和/或x-射线照射而进行。

在示例性实施方案中，源/漏电极可由选自以下的材料制成：金属，包括金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和铬(Cr)；及其合金，包括钼/钨(Mo/W)合金；金属氧化物，包括氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；和导电聚合物，包括聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亚苯基亚乙烯基(polyphenylene vinylene)、和聚亚乙基二氧基噻吩(PEDOT)/聚磺苯乙烯(PSS)混合物。

按照示例性实施方案，提供了一种通过该方法制成的有机薄膜晶体管。按照示例性实施方案，提供了一种包含该有机薄膜晶体管的显示器件。

附图说明

示例性实施方案根据以下的详细描述并结合附图而得以更清楚地理解。图1-4表示本文所述的非限定性示例性实施方案。

图1是示意图，说明按照示例性实施方案的氧化半导体材料的选择性还原和金属颗粒的选择性形成；

图2显示在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的光学显微照片，分别显示半导体层和源/漏电极以确认金属颗粒是否形成在半导体层内；

图3显示在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的接触电阻的测量结果图；和

图4是显示在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的电流转移特性的图。

应该注意，这些图用于说明用于某些示例性实施方案的方法、结构和/或材料的一般特性并用于补充以下所提供的书面描述。但这些附图并非按比例绘制且不能精确地反映任何给定实施方案的精确的结构或性能特性，且不应被理解为定义或限定示例性实施方案所涉及的值或性能的范围。尤其是，为了清楚起见，分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置可被缩小或放大。类似或相同的标号在各附图中的使用意味着表示存在类似或相同的元件或特征。

具体实施方案

示例性实施方案现参考附图进行更详细描述。在附图中，层的厚度和宽度为了清楚起见而被放大。但示例性实施方案可体现为许多不同的形式且不应被理解为局限于本文所给出的示例性实施方案。相反，提供这些示例性实施方案以使得该公开内容充分和完整，且将示例性实施方案的范围完全转达给本领域技术人员。

可以理解，当元件或层与另一元件或层的关系被称为“之上”、“连接”或“联结”时，它可直接在其它元件或层之上、与其它元件或层连接或联结或可存在插入的元件或层。相反，当元件与与另一元件或层的关系被称为“直接在之上”、“直接连接”或“直接联结”时，不存在插入的元件或层。相同的数字在全文中表示相同的元件。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个所列的相关项目的任何和所有的组合。

可以理解，尽管术语第一、第二、第三、和类似术语可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，这些元件、组分、区域、层和/或部分应该不限于这些术语。这些术语仅用于将一种元件、组分、区域、层或部分区别于另一元件、组分、区域、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称作第二元件、组分、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。

空间相对术语，如“下方”、“低于”、“较低”、“以上”、“较高”和类似术语在本文中可用于简化对附图中所描绘的一种元件或特征与另一元件或特征的关系的描述。可以理解，除了附图中所描绘的位置，空间相对术语意味着包括器件在使用或操作时的不同的位置。例如，如果附图中的器件被翻转，则被描述为在其它元件或特征“之下”或“下方”的组件位于所述其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”可包括上方和下方两种位置。器件可以其它方式放置(旋转90度或位于其它位置)且相应地对本文所用的空间相对描述语进行理解。

本文所用的术语仅用于描述特定实施方案且并非用于限定示例性实施方案。在此，单数形式“一(a)”、“一个(an)”、和“该(the)”意味着也包括复数形式，除非内容另有清楚说明。可进一步理解，术语“包含”在用于本说明书时是指所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组分的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分、和/或其组合的存在或加入。

示例性实施方案在本文中参照横截面视图进行描述，这些视图示意地说明示例性实施方案的理想实施方案(和中间结构)。因此，视图的形状预期由于例如，制造技术和/或公差而导致变化。因此，示例性实施方案不应理解为限定本文所示区域的特定形状，而是意味着包括由于例如，制造而导致的形状偏差。例如，显示为长方形的植入(implant)区域通常具有圆形或弯曲特征和/或植入浓度在其边缘处的梯度，而不是从植入至非植入区域的二元变化(binary change)。同样，通过植入而形成的包埋区域可导致在包埋区域和表面(通过该表面发生植入)之间的区域中的一些植入。因此，附图所示的区域是示意性的且其形状并非用于说明器件的区域的实际形状和并非用于限定示例性实施方案的范围。

除非另有规定，本文所用的所有的术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。可进一步理解，术语(例如，在常用字典中所定义的术语)应该理解为其含义与相关领域中的含义相一致且不被理解为理想化的或过分正式的含义，除非在本文特意如此规定。

示例性实施方案提供一种通过有机半导体材料的氧化和选择性还原而用于制造有机薄膜晶体管的方法。在示例性实施方案中，该方法可包括在基材上形成栅电极，在栅电极上形成栅绝缘层，将被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料涂覆到栅绝缘层上以形成半导体层，选择性还原半导体层以在其中选择性地形成金属颗粒，和在半导体层的选择性还原部分上形成源/漏电极。

根据示例性实施方案，半导体材料可被包含在金属-基氧化剂中的金属离子氧化和可随后被选择性地还原以在半导体层的可与源/漏电极接触产生界面的部分内选择性形成金属颗粒。氧化和选择性还原可使得半导体层具有相同或类似于可基本上由金属，如，金(Au)和/或铜(Cu)组成的源/漏电极的金属特性，这样可在半导体层和源/漏电极之间的界面上存在稳定性。结果，在界面上的接触电阻和载流子注入势垒(carrier injection barrier)可被最小化或下降。

因此，通过示例性实施方案的方法制成的有机薄膜晶体管可在电性能，如，增加电荷载流子迁移率方面具有改进的性能特性。基于这些优点，有机薄膜晶体管可有效地应用于各种显示器件，包括液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、发光二极管和/或有机电致发光(EL)显示器。

以下对根据示例性实施方案的方法进行更详细解释。在通过常用工艺对基材进行洗涤以去除存在其中的杂质之后，栅电极可在基材上形成。

用于基材的材料可由本领域技术人员根据基材的用途而合适地选自硅石、玻璃和/或塑料，只要示例性实施方案的目的不受损害即可。塑料基材的非限定性例子可包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯基缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚降冰片烯和/或聚醚砜基材。

栅电极可由任何常规材料制成。适用于栅电极的材料的具体例子可包括金属，如，金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、镍(NI)、钼(Mo)、钨(W)和铬(Cr)；及其合金，如，钼/钨(Mo/W)合金；金属氧化物，如，氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；和导电聚合物，如，聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亚苯基亚乙烯基、和聚亚乙基二氧基噻吩(PEDOT)/聚磺苯乙烯(PSS)混合物。这些材料可单独或两种或多种混合使用。

栅电极可不受限制地通过本领域公知的任何工艺，例如，沉积工艺(如，溅射或真空蒸发)或溶液工艺(如，旋涂)而形成。如果需要，图案化可进一步通过常规技术而进行。

栅电极的厚度可由本领域技术人员根据预期目的和用途而合适地选择。栅电极的厚度可以是约500埃至约2,000埃。

栅绝缘层可在栅电极上通过常规工艺而形成。栅绝缘层可由常规高介电常数绝缘体形成。合适的绝缘体的具体例子可包括，但不限于，铁电绝缘体，如，Ba_0.33Sr_0.66TiO₃(BST)、Al₂O₃、Ta₂O₅、La₂O₅、Y₂O₃和TiO₂；无机绝缘体，如，PbZr_0.33Ti_0.66O₃(PZT)、Bi₄Ti₃O₁₂、BaMgF₄、SrBi₂(TaNb)₂O₉、Ba(ZrTi)O₃(BZT)、BaTiO₃、SrTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、SiO₂、SiN_x和AlON；和有机绝缘体，如，聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)、聚对二甲苯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇和聚乙烯基苯酚。

栅绝缘层的厚度可由本领域技术人员根据预期用途和目的而合适地改变且可以是约1,000埃至约10,000埃。适用于形成栅绝缘层的涂覆工艺可不受特别限制，且其例子可包括真空蒸发和溶液工艺，如，旋涂、喷墨印刷和印刷。如果需要，软烘烤可在约60℃至约150℃下进行约1分钟至约10分钟，或硬烘烤可在约100℃至约200℃下进行约30分钟至约3小时。

半导体层可在栅绝缘层上使用被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料形成。具体地，将被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料涂覆到栅绝缘层上以形成半导体层的步骤可包括，将有机半导体材料溶解在溶剂中以制备有机半导体溶液，将金属-基氧化剂溶解在溶剂中以制备氧化剂溶液，和将有机半导体溶液和氧化剂溶液的混合溶液涂覆到栅绝缘层上。

任何已知的金属-基氧化剂可合适地使用，只要示例性实施方案不受损害即可。金属-基氧化剂可以是由式1或2表示的材料：

A_nB_m(1)

其中A可选自金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)和铜(Cu)，B可选自Cl、乙酸根(OAc)和NO₃，n可以是约1或更高，且m可等于或高于n；或

H_lA_nB_m(2)

其中A、B、n和m可以如式1所定义，且l可以是约1或更高。

在式1和2中，l和m各自可以是约1或约2，且m可以是约1-约6的整数。

例如，金属-基氧化剂可选自HAuCl₄、HPdCl₂、AuCl₃、H₂PtCl₆、AgNO₃、CuCl₂、Pd(OAc)₂及其混合物，但示例性实施方案可不必局限于这些金属-基氧化剂。

包含在金属-基氧化剂中的金属离子可与用于源/漏电极的材料中所包含的金属离子相同或不同。考虑到半导体层和源/漏电极之间界面的均匀性和在该界面上的接触电阻的下降，包含在金属-基氧化剂中的金属离子的特性可与包含在用于源/漏电极的材料中的金属离子特性相同或类似。

在示例性实施方案中，本领域已知的任何有机半导体材料可没有限制地使用。考虑到容易被金属离子氧化和共振结构的有用性，p-型共轭有机聚合物可以是有机半导体材料。

这些有机半导体材料的具体例子可包括，但不限于，聚-(3-己基噻吩)(P3HT)、聚噻吩、聚噻唑、聚(低聚噻吩-噻唑)、聚芴、聚亚乙烯基亚苯基(polyvinylene phenylene)和聚吡咯衍生物。这些有机半导体材料可单独或两种或多种混合使用。有机半导体材料的分子量和聚合度可由本领域技术人员根据预期目的和用途而合适地选择。

包含有机半导体材料的有机半导体溶液和包含氧化剂的氧化剂溶液的浓度可视情况地由本领域技术人员根据预期目的和用途而改变。有机半导体溶液的浓度可以是约0.1mM至约1mM且氧化剂溶液的浓度可以是约0.01mM至约30mM，但这些浓度可不限于这些范围。

可用于制备相应溶液的溶剂可选自一般有机溶剂、水及其混合物，且其具体例子可包括，但不限于，有机溶剂，如，醇(如乙醇)、醚、氯化烷烃、芳族溶剂和二醇，水，混合的有机溶剂，以及水和一种或多种有机溶剂的混合物。根据所用的有机半导体材料和氧化剂的种类和用途，本领域技术人员可从前述溶剂中选择至少一种溶剂。

用于制备有机半导体溶液的溶剂可与用于制备氧化剂溶液的溶剂相同或不同。考虑到均匀性和易涂覆性，用于制备有机半导体溶液的溶剂的特性可与用于制备氧化剂溶液的溶剂的特性相同或类似。

有机半导体溶液和氧化剂溶液的混合使得包含在氧化剂中的金属离子与有机半导体材料形成配合物。例如，有机半导体材料可被氧化。该氧化的半导体材料可通过常规工艺涂覆到栅绝缘层上以形成所需半导体层。

有机半导体溶液与氧化剂溶液的混合比率可由本领域技术人员根据预期目的和用途而合适地调节，且可在约1∶1-约1∶10(v/v)之间，例如，约1∶1-约1∶3(v/v)之间，但不必局限于这些范围。

在示例性实施方案中，有机半导体材料的氧化度可通过改变有机半导体溶液的浓度、氧化剂溶液的浓度和两种溶液之间的混合比率而控制。该控制能够在半导体层的随后选择性还原中调节半导体层和源/漏电极之间界面上的金属颗粒的密度，因此，在界面处的载流子注入势垒和接触电阻可被精确控制。

另一方面，适用于将混合溶液涂覆到栅绝缘层上的工艺的例子可包括，但不限于，印刷、丝网印刷、旋涂、浸渍、油墨喷涂、真空蒸发和热蒸发。如果需要，烘烤可在涂覆之后进行。烘烤可在约20℃至约200℃下进行约1分钟至约5小时，但可不特别局限于这些条件。在示例性实施方案中，半导体层可具有约300埃至约10,000埃的厚度。半导体层可通过常规技术根据预期用途和需要而图案化。

半导体层可被选择性地还原以在半导体层的还原部分内选择性地形成金属颗粒。例如，可由被包含在氧化剂中的金属离子氧化的有机半导体材料形成的半导体层中的与所要成型的源/漏电极接触以产生界面的部分(仅该部分)可通过任何还原处理被选择性地还原以在半导体层的还原部分内选择性地形成金属颗粒。半导体层的选择性还原和金属颗粒的选择性形成在图1中示意地说明。

金属颗粒的选择性形成可向半导体层赋予与源/漏电极相同或类似的金属特性且可提供较好的载流子传输路径，从而在半导体层和源/漏电极之间界面上的稳定性可得到保证，导致半导体层和源/漏电极之间的接触电阻和载流子注入势垒最小化或减少并改善该最终有机薄膜晶体管的电性能。

可还原该氧化半导体材料的任何处理可用于选择性还原该半导体层。该选择性还原处理例如可以是用UV、电子束、激光和/或x-射线照射。

考虑到各种因素，如，所要形成的金属颗粒的密度，照射(如，UV照射)的条件可由本领域技术人员根据预期用途和目的而合适地改变。例如，半导体层可用约200nm至约500nm的UV光在约10W至约1,000W下照射。

所要形成的金属颗粒的尺寸可由本领域技术人员根据预期用途和目的而合适地选择。例如，金属颗粒可具有约几个至约几十个微米的尺寸。源/漏电极可在其中可事先形成金属颗粒的半导体层的选择性还原部分上通过常规工艺而形成。

本领域常用的任何材料可用于形成源/漏电极，只要示例性实施方案不受损害即可。用于源/漏电极的这些材料的具体例子可包括金属，包括金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和铬(Cr)、及其合金，金属氧化物，包括氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)，导电聚合物，包括聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亚苯基亚乙烯基、和聚亚乙基二氧基噻吩(PEDOT)/聚磺苯乙烯(PSS)混合物、及其混合物。该金属及其合金可以是用于源/漏电极的材料。

任何已知的工艺，例如，溅射、真空蒸发、旋涂、喷墨印刷、印刷或浸渍可用于形成源/漏电极。源/漏电极可通过常规技术根据预期用途和需要而图案化，且如果需要，可进行烘烤。源/漏电极的厚度可由本领域技术人员合适地确定且可以是约500埃至约2,000埃。

示例性实施方案涉及通过该方法制成的有机薄膜晶体管。该有机薄膜晶体管可具有顶接触结构，包括基材、在基材上形成的栅电极、在栅电极上形成的栅绝缘层、在栅绝缘层上形成的半导体层、和在半导体层上形成的源/漏电极，其中在与源/漏电极接触的部分内，半导体层包含金属颗粒，且在剩余部分内，由金属离子氧化有机半导体材料。

根据示例性实施方案的有机薄膜晶体管可不限于顶接触结构、且可具有改进的结构，只要示例性实施方案不受损害即可。有机薄膜晶体管可进一步包括选自数据线和堤(bank)的构成元件。

本领域已知的任何金属或金属氧化物可用于形成数据线。适用于数据线的材料的具体例子可包括，但不限于，金属，如，金、银、铝、镍、钼和铬、其合金，金属氧化物，如，氧化铟锡和氧化铟锌，及其混合物。

该堤可在半导体层或源/漏电极上形成。其可使用本领域已知的材料没有限制地通过常规技术而自由地形成。

根据示例性实施方案的有机薄膜晶体管可具有相对低的在半导体层和源/漏电极之间的接触电阻，以表示晶体管的欧姆接触。另外，有机薄膜晶体管可具有增加的接通电流，以表示晶体管的改进的电性能。

因此，有机薄膜晶体管可有效地应用于各种显示器件。示例性实施方案可涉及包含该有机薄膜晶体管的显示器件。

对显示器件的种类没有特别限定，但可例举液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、发光二极管或有机电致发光(EL)显示器。有机薄膜晶体管可没有限制地通过本领域公知的任何常规技术应用于显示器件。

以下，本发明的示例性实施方案参照以下实施例进行更详细的描述。但这些实施例为了说明目的而给出且并非用于限定本发明的范围。

实施例

实施例1

钼/钨(Mo/W)合金在清洁玻璃基材上通过溅射而沉积至厚度约1,000埃以形成栅电极。有机-无机杂化绝缘体在栅电极上旋涂至厚度约7,000埃以形成栅绝缘层。聚(低聚噻吩-噻唑)衍生物(分子量：约15,000g/mol，聚合度：约20)溶解在氯苯中以制备约1mM有机半导体材料溶液，和将氧化剂(HAuCl₄)溶解在氯苯中以制备约0.1mM氧化剂溶液。有机半导体溶液与氧化剂溶液按照体积比约1∶1混合以氧化半导体材料。混合溶液在约1,000rpm下在栅绝缘层上旋涂至厚度约7,000埃。所得结构在氩气气氛下在约100℃下烘烤约30分钟以形成半导体层。UV光(约254nm，约30W)照射在半导体层的与所要形成的源/漏电极接触以产生界面的那部分上，以还原该氧化的半导体材料，如氧化的聚(低聚噻吩-噻唑)衍生物。结果，金(Au)颗粒在这些部分内形成。金(Au)在其中形成金颗粒的半导体层的选择性还原部分上沉积至厚度约700埃，以形成源/漏电极，完成了有机薄膜晶体管的制造。

对比例1

有机薄膜晶体管按照实施例1的相同方式制造，除了聚(低聚噻吩-噻唑)衍生物(分子量：约15,000g/mol，聚合度：约20)在约1,000rpm下旋涂至厚度约7,000埃和在氩气气氛下在约100℃下烘烤约30分钟以形成半导体层，且UV光不照射在半导体层上。

1.确认金属颗粒的形成

拍摄在实施例1和对比例1中制成的每一有机薄膜晶体管的光学显微照片以确认金属(Au)颗粒是否在半导体层的与源/漏电极接触以产生界面的那些部分内形成。结果示于图2。图2的显微照片表明，金(Au)颗粒没有在对比例1所制成的有机薄膜晶体管的半导体层内形成，而金属颗粒实际上在半导体层与源/漏电极接触的那些部分内形成。

2.测量接触电阻

绘制在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的I-V曲线，并由该I-V曲线测定器件的接触电阻值。结果示于图3。

图3确认，由于UV照射的选择性还原和金属颗粒的形成，有机薄膜晶体管之间在接触电阻上存在较大差异。例如，在对比例1中未经任何处理而制成的有机薄膜晶体管显示出具有“S”构型的非欧姆接触，而在实施例1中制成的有机薄膜晶体管显示出欧姆接触。

3.测量电性能

为了评估在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的电性能，使用半导体分析器(4200-SCS，KEITHLEY)测定器件的电流转移特性。结果示于图4。

根据图4，在实施例1中制成的有机薄膜晶体管与在对比例1中制成的有机薄膜晶体管相比具有提高的在‘接通’状态下的电流。接通电流的这种增加可能由于有机薄膜晶体管的半导体层和源/漏电极之间界面的稳定性。

在实施例1和对比例1中制成的有机薄膜晶体管的电荷载流子迁移率、接通电流(I_接通)、断开状态的漏电流(I_断开)、阈值电压(V_t)和滞后(Hys)测定如下。

^*器件的电荷载流子迁移率由表示(I_SD)^1/2和V_G之间关系的图的斜率计算，该图由饱和区域中的以下电流等式绘制：

$I_{\mathrm{SD}}=\frac{W{C}_0}{2L}\mathrm{\μ}{(V_G-V_T)}^2$

$\sqrt{I_{\mathrm{SD}}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}{C}_{0}W}{2L}}(V_G-V_T)$

在上述等式中，I_SD是源-漏电流，μ和μ_FET是电荷载流子迁移率，C_o是氧化物膜电容，W是沟道宽度，L是沟道长度，V_G是栅电压，且V_T是阈值电压。

^*器件的接通电流(I_接通)被确定为电流的最大量。

^*器件的断开状态的漏电流(I_断开)是‘断开’状态下流动的电流，通过测量在电流比率下的‘断开’状态的最小电流而确定。

^*器件的阈值(V_t)得自I-V图中的基极电压(V_G)轴截距的值。

^*器件的滞后(Hys)被计算为向前陡坡(forward steep)和向后陡坡(backward steep)之间在阈值电压上的差值。

结果示于表1。

表1

	I接通(A)	I断开(A)	电荷载流子迁移率(cm2/Vs)	Hys(V)	Vt(V)
						对比例1	3.02×10-7	1.21×10-12	0.022	2.0	6.2
实施例1	8.45×10-7	4.01×10-12	0.100	2.0	8.3

从表1的结果可以看出，在实施例1中制成的有机薄膜晶体管的接通电流与在对比例1中制成的有机薄膜晶体管的接通电流相比有所改进，因此，在实施例1中制成的有机薄膜晶体管的电荷载流子迁移率比在对比例1中制成的有机薄膜晶体管的电荷载流子迁移率高约5倍。

尽管示例性实施方案在本文中已被详细描述，但本发明所涉及领域的技术人员可以理解，可在不以任何方式背离权利要求的精神和范围的情况下进行各种改进。可以理解，对前述实施方案的这些改进落入本发明的范围内。

从以上描述可以显见，根据示例性实施方案的方法可使用有机半导体材料的氧化和选择性还原。根据该方法，有机薄膜晶体管的半导体层和源/漏电极之间界面的稳定性可得到保证。因此，通过该方法制成的有机薄膜晶体管可具有改进的性能特性，如，最小化的或下降的接触电阻和增加的电荷载流子迁移率。

Claims (16)

1.一种用于制造有机薄膜晶体管的方法，该方法包括：

在基材上形成栅电极；

在该栅电极上形成栅绝缘层；

将被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料涂覆到该栅绝缘层上，以形成半导体层；

选择性地还原该半导体层，以在其中选择性地形成金属颗粒；和在该半导体层的选择性还原部分上形成源/漏电极。

2.根据权利要求1的方法，其中该金属-基氧化剂是由式1或2表示的材料：

A_nB_m(1)

其中A选自金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)和铜(Cu)，B选自Cl、乙酸根(OAc)和NO₃，n是约1或更高，且m等于或高于n；或

H_lA_nB_m(2)

其中A、B、n和m如式1所定义，且l是约1或更高。

3.根据权利要求2的方法，其中该金属-基氧化剂选自HAuCl₄、HPdCl₂、AuCl₃、H₂PtCl₆、AgNO₃、CuCl₂、Pd(OAc)₂、及其混合物。

4.根据权利要求1的方法，其中该有机半导体材料是p-型共轭聚合物。

5.根据权利要求4的方法，其中该有机半导体材料选自聚-(3-己基噻吩)、聚噻吩、聚噻唑、聚(低聚噻吩-噻唑)、聚芴、聚亚乙烯基亚苯基和聚吡咯衍生物。

6.根据权利要求1的方法，其中该有机半导体材料的涂覆包括：

将有机半导体材料溶解在溶剂中以制备有机半导体溶液；

将金属-基氧化剂溶解在溶剂中以制备氧化剂溶液；和

将该有机半导体溶液与该氧化剂溶液混合并将该混合溶液涂覆到该栅绝缘层上。

7.根据权利要求6的方法，其中该有机半导体溶剂和氧化剂溶剂各自选自有机溶剂、水及其混合物。

8.根据权利要求6的方法，其中该有机半导体溶液的浓度为约0.1mM至约1mM且该氧化剂溶液的浓度为约0.01mM至约30mM。

9.根据权利要求6的方法，其中该有机半导体溶液与氧化剂溶液按照体积比约1∶1至约1∶5混合。

10.根据权利要求6的方法，其中该涂覆通过印刷、丝网印刷、旋涂、浸渍、油墨喷涂、真空蒸发、或热蒸发而进行。

11.根据权利要求1的方法，其中该半导体层的选择性还原通过用UV、电子束、激光或x-射线照射而进行。

12.根据权利要求11的方法，其中该照射在波长约200nm至约500nm和功率约10W至约1,000W下进行。

13.根据权利要求1的方法，其中该源/漏电极由选自以下的材料制成：金属，包括金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和铬(Cr)；及其合金，包括钼/钨(Mo/W)合金；金属氧化物，包括氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；和导电聚合物，包括聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚亚苯基亚乙烯基、和聚亚乙基二氧基噻吩(PEDOT)/聚磺苯乙烯(PSS)混合物。

14.一种制造显示器件的方法，包括按照权利要求1制造有机薄膜晶体管。

15.一种有机薄膜晶体管，包括：

在基材上的栅电极；

在该栅电极上的栅绝缘层；

在构成半导体层的该栅绝缘层上的被金属-基氧化剂氧化的有机半导体材料；

半导体层，其包括被该金属-基氧化剂氧化的该有机半导体材料和被选择性地还原以在其中选择性地形成金属颗粒的该栅绝缘层；和

在该半导体层的选择性还原部分上的源/漏电极。

16.一种显示器件，包括权利要求15的有机薄膜晶体管。

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