CN101663772A - 有机薄膜晶体管 - Google Patents

Abstract

一种形成有机薄膜晶体管的方法，该方法包括：提供一种包含在它们之间具有沟道区的源电极(2)及漏电极(4)、栅电极(1)、以及布置于源电极(2)及漏电极(4)与栅电极(1)之间的电介质层(10)的结构；以及使用该源电极(2)和漏电极(4)作为掩膜对电介质层(10)进行图形化以在沟道区中形成比邻接于沟道区的电介质材料区更薄的电介质材料区。

Description

有机薄膜晶体管

技术领域

本发明涉及有机薄膜晶体管。

背景技术

晶体管可以划分为两种主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型享有一种共同的结构，该结构包括沟道区中的以半导体材料(semiconductive material)布置于其间的三个电极。双极结晶体管的三个电极被称为发射极、集电极和基极，而场效应晶体管中的三个电极则被称为源极、漏极和栅极。由于发射极和集电极之间的电流受基极和发射极之间流过的电流所控制，因而双极结晶体管可以称作电流操作型器件。相反，由于在源极和漏极之间流过的电流受栅极和源极之间的电压所控制，因而场效应晶体管可以称作电压操作型器件。

根据晶体管各自所包含的究竟是传导正电荷载流子(空穴)的半导体材料还是传导负电荷载流子(电子)的半导体材料，它们还可以分成p型和n型。半导体材料可以根据其接受、传导、及贡献电荷的能力来选择。半导体材料接受、传导、及贡献空穴或电子的能力可以通过在材料中掺杂进行增强。用于源电极和漏电极的材料也可以根据其接受及注入空穴或电子的能力来选择。例如，p型晶体管器件能够通过以下方式形成：选择在接受、传导、及贡献空穴方面高效的半导体材料，并且选择在注入及接受来自半导体材料的空穴方面高效的材料作为源电极和漏电极。电极的费米能级与半导体材料的HOMO能级的好的能级匹配能够增强空穴注入及接受。相反，n型晶体管器件能够通过以下方式形成：选择在接受、传导、以及贡献电子方面高效的半导体材料，并且选择在将电子注入半导体材料以及接受来自半导体材料的电子方面高效的材料作为源电极和漏电极。电极的费米能级与半导体材料的LUMO能级的好的能级匹配能够增强电子的注入和接受。

晶体管能够通过沉积薄膜形式的元件而形成薄膜晶体管来形成。当在这种器件中用有机材料作为半导体材料的时候，则该晶体管被称为有机薄膜晶体管(OTFT)。OTFT可以用低成本、低温度的方法(例如溶液处理)来制造。而且，OTFT适合于柔性塑料衬底，这给OTFT以卷到卷(roll to roll)工艺的方式在柔性衬底上的大规模制造提供了前景。

有机薄膜晶体管的多种布局是已知的。一种这样的器件是绝缘栅场效应晶体管，其包括在沟道区中的其间布置有半导体材料的源电极和漏电极，紧邻于半导体材料所布置的栅电极以及在栅电极和沟道区中的半导体材料之间布置的绝缘材料层。

图1显示了这种有机薄膜晶体管的一个实例。所示出的结构可以被沉积于衬底(没有示出)上并且包括源电极和漏电极2、4，源电极和漏电极2、4由位于它们之间的沟道区6隔开。有机半导体(OSC)8被沉积于沟道区6中并且可以延伸到源电极和漏电极2、4的至少一部分之上。电介质材料的绝缘层10被沉积于有机半导体8之上并且可以延伸到源电极和漏电极2、4的至少一部分之上。最后，栅电极12被沉积于绝缘层10之上。栅极12被设置于沟道区6之上并且可以延伸到源电极和漏电极2、4的至少一部分之上。

由于栅极被设置于器件的顶侧上，因而以上所述的结构被称为顶栅有机薄膜晶体管。作为选择，还已知将栅极设置于器件的底侧上以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。

图2显示了这种底栅有机薄膜晶体管的一个实例。为了更清楚地显示图1和图2所示出的结构之间的关系，类似的参考数字被用来表示相应的部件。在图2中所示出的底栅结构包括有电介质材料的绝缘层10沉积于其上的衬底1上沉积的栅电极12。源电极和漏电极2、4被沉积于电介质材料的绝缘层10之上。源电极和漏电极2、4由布置于它们之间的栅电极之上的沟道区6隔开。有机半导体(OSC)8被沉积于沟道区6中并且可以延伸到源电极和漏电极2、4的至少一部分之上。

沟道的导电性能够由施加于栅极上的电压所改变。这样晶体管能够使用所施加的栅极电压来导通及截止。有机薄膜晶体管可获得的漏极电流与在器件的有源区(源电极和漏电极之间的沟道)内的电介质的厚度成反比。因而，为了在低工作电压下获得高漏极电流，有机薄膜晶体管必须在沟道区中具有薄的电介质层。

因此，为了在低工作电压下获得高的漏极电流，在沟道区内的薄电介质层是所希望的。但是，典型地，溶液处理这种很薄的电介质层(＜100nm)是困难的，因为这经常由于薄电介质膜的缺陷导致到栅电极的显著泄漏通路。因而，薄的电介质层通常会导致在电介质层的每一面上的敷镀金属(metallisation)之间的短路或泄漏通路并且还导致寄生电容的增加。

在现有技术的布局中，例如图1及图2所示出的布局，这个问题可以通过增加栅极绝缘材料的厚度来解决。但是，如果在沟道区中的栅极绝缘材料的厚度增加了，则将需要更大的电压来导通晶体管并且需要更大的工作电压来获得指定电流。例如，对于有机电介质材料，大约1m的膜能够被可靠地旋涂沉积以提供好的均质膜。但是，这样的电介质层可能需要对栅极施加约为30-60伏数量级的电压以便获得合理的工作电流。

因此，一种解决方案应该是只增加在栅极和源极/漏极重叠的区域中的栅极绝缘材料的厚度并且在沟道区中设置一层薄的电介质材料。这样的解决方案可从下文所讨论的文献中了解到。

US 2006/060855公开了仅在栅电极与源电极/漏电极重叠的区域具有额外的绝缘层的顶栅器件。该额外的绝缘层被沉积于主栅极电介质层之上并且在沉积栅极之前被图案化。在该文献所公开的另一种顶栅器件布局中，单层的栅极绝缘材料被沉积。栅极绝缘体通过掩蔽的方式形成使得布置于栅电极下方以及源极和漏极区上方的栅极绝缘体的厚度大于布置于为有机半导体层的沟道区上方的部分栅极绝缘体的厚度。作为选择，栅极绝缘体能够通过以下方式形成：将栅极绝缘体沉积于有机半导体层的整个上表面，然后去除至少一部分被布置于沟道区的有机半导体层上方的栅极绝缘体。

US2006/220022公开了具有可变厚度的栅极绝缘层的顶栅器件。栅极绝缘层在沟道上方其中心区域较薄而在栅极与源极/漏极重叠的外围区域较厚。栅极绝缘层的厚度变化通过以下方式实现，即在形成过程中调整栅极绝缘层的干燥速率使得外围区域比在沟道上方的中心区域干燥得更快。结果，在外围区域比在中心区域沉淀了更多的材料。

上述两种布局的一个问题是它们需要额外的电介质材料沉积于有机半导体层之上，这可能会损坏有机半导体层。上述两种布局的另一个问题是难以使器件中的所有重叠层对齐，例如薄的那部分栅极电介质层与沟道区的对齐。而且，沟道区内的有机半导体材料的封闭也可能是个问题。

US 2006/060855所公开的布局的另一个问题是它们需要附加的掩蔽步骤以图形化电介质层。

US 2006/220022所公开的布局的另一个问题是用可重复方式来形成可变厚度的栅极绝缘层以便形成具有统一特性的器件可能是困难的。

JP 2005-108949公开了一种OTFT，在该OTFT中栅极电介质和有机半导体之间的接触区域与栅极电介质和源与漏电极之间的接触区域在高度上偏差10-40nm。这种结构不是为减小寄生电容目的而设的。而且，该有机半导体通过热蒸发的方法而不是通过溶液处理方法来沉积。

本发明的实施方案的一个目标是给上文所讨论的一个或多个问题提供解决方案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了形成有机薄膜晶体管的一种方法，该方法包括：提供一种包含源电极及漏电极、栅电极、以及布置于源电极及漏电极与栅电极之间的电介质层的结构，在源电极及漏电极之间具有沟道区；以及使用源电极及漏电极作为掩膜对电介质层进行图形化以在沟道区中形成比邻接于沟道区的电介质材料区更薄的电介质材料区。

根据本发明的一种实施方案，提供了形成底栅有机薄膜晶体管的一种方法，该方法包括：将栅电极形成于衬底上；在栅电极之上形成电介质层；在电介质层之上形成源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间位于栅电极之上的沟道区所隔开；使用源电极及漏电极作为刻蚀掩膜对沟道区内的电介质层进行刻蚀以减小沟道区内的电介质层的厚度；以及至少在源电极及漏电极之间的沟道区内形成一层有机半导体材料。

本发明的实施方案在有机薄膜晶体管的源电极/漏电极与栅电极重叠的外围区域附近设置了较厚的电介质区域。该电介质较厚的区域用来使栅极的外围区域与源极及漏极隔离以便使电容和栅极到源极及漏极的泄漏最小化。较薄的电介质区域被设置于源电极及漏电极之间的沟道区以最小化导通电压。

而且，通过将源电极及漏电极用作刻蚀掩膜，较薄区域的电介质层自动与电极层对齐。另外，通过将源电极及漏电极用作刻蚀掩膜，在图形化电介质层以在沟道区内形成较薄区域的电介质层时也不需要另外的掩蔽步骤。

在电介质层被刻蚀后，形成了一个阱，在该阱中有机半导体材料被沉积于其中以用来在沟道区内容纳半导体材料。而且，因为电介质层在有机半导体层沉积之前沉积，它可以在不损坏有机半导体层的情况下进行沉积和刻蚀。该结构能够使用已知的沉积及刻蚀技术以可重复的方式来形成以生产具有统一特性的器件，该器件具有低导通电压以及低的电容和栅极到源极及漏极的泄漏。

根据本发明的另一种实施方案，提供了形成顶栅有机薄膜晶体管的一种方法，该方法包括：将源电极及漏电极形成于透明衬底上，其中该源电极及漏电极由在它们之间的沟道区隔开；至少在源电极及漏电极之间的沟道区内形成一层有机半导体材料；在该层有机半导体材料之上形成电介质层，其中光被投射穿过透明的衬底以处理沟道区内的电介质层，在沟道区内形成相对于源电极及漏电极之上的电介质层区域是优先可刻蚀的电介质层区域；对在沟道区中的电介质层的所述区域进行刻蚀以减小沟道区内的电介质层的厚度；以及在至少沟道区内的电介质层之上沉积栅电极。

本发明的这种实施方案提供了顶栅有机薄膜晶体管，该顶栅有机薄膜晶体管具有与由本发明之前所描述的实施方案提供的底栅有机薄膜晶体管相似的有利特性。

根据顶栅和底栅两种有机薄膜晶体管的所有的实施方案，源电极及漏电极充当了用于图形化电介质层的掩膜以便在沟道区内设置比沟道区外围附近的电介质材料区更薄的电介质材料区，其中在沟道区外围源电极及漏电极可能与栅电极重叠。

本发明的实施方案提供了较薄区域的电介质层与由源电极及漏电极限定的沟道区的自对齐。自对齐处理能够减少处理步骤并且在远离沟道区的源极/漏极和栅极之间的重叠区域产生了厚的电介质层。这种解决方案还允许栅极的物理宽度在没有过度增加电容及电流泄漏的情况下得以扩大(使得它能够被印制)。即，因为电介质材料的较厚区域被设置于重叠区域，电极间的大的重叠部分将不会过度增加电容和电流泄漏。因而，本发明的实施方案提供了简单的处理，通过该处理电介质材料薄的区域能够与在源电极及漏电极之间的沟道区对齐，同时减小了电容和电流泄漏。而且，栅极能够使用其他简单的图形化技术进行印制或沉积。

这种方法的另一个优点是还可以要求电介质层充当(例如，在发光显示器中)由栅极敷镀金属(metallisation)以及源漏极敷镀金属所限定的行和列之间的绝缘隔板。在这种情况下，需要较厚的电介质以减小寄生电容、泄漏以及在行/列交叉点短路的可能性。在没有回蚀技术的情况下，较厚的电介质层将会导致有机薄膜晶体管要求高的栅极电压。

而且，在某些区域中不使所暴露的电介质变薄可能是优选的，例如，其中较晚的敷镀金属(例如发光显示器中的阴极电极层)最好与衬底上的敷镀金属充分隔开。在这种情况下，抑制或减缓刻蚀的保护层可以在表面上被沉积并图形化。保护层的实例包括能够使用光刻法进行图形化的光刻胶。保护层还可以通过喷墨印刷的方式来沉积。

根据本发明的另一方面，提供了有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管包括：衬底；布置于衬底上的栅电极；布置于栅电极之上的电介质层；布置于电介质层之上的源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间位于栅电极之上的沟道区所隔开；以及布置于至少源电极及漏电极之间的沟道区内的一层有机半导体材料，其中该在源电极及漏电极之间的沟道区内的电介质层比在源电极及漏电极下面的区域更薄。

根据本发明的另一方面，提供了有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管包括：布置于透明的衬底之上的源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间的沟道区所隔开；布置于至少源电极及漏电极之间的沟道区内的一层有机半导体材料；布置于该层有机半导体材料之上的电介质层；以及布置于至少沟道区内的电介质层之上的栅电极，其中在源电极及漏电极之间的沟道区内的电介质层比源电极及漏电极之上的区域更薄，电介质材料的较薄区域包含相对于形成电介质层的较厚区域的材料是优先可刻蚀的材料。

附图说明

以下，本发明将参照附图仅以实例的方式进行更详细地描述，在附图中：

图1显示了根据现有技术布局的顶栅有机薄膜晶体管结构；

图2显示了根据现有技术布局的底栅有机薄膜晶体管结构；

图3示出了涉及根据本发明的一个实施方案形成有机薄膜晶体管的方法步骤；以及

图4示出了涉及根据本发明的一个可选择实施方案形成有机薄膜晶体管的方法步骤。

具体实施方式

在图3中示意显示了关于可以如何实现这种技术的一种实例方法。

衬底通过形成栅电极12以及可以由聚合物或无机材料(例如SiO₂)构成的厚电介质层10(～1-5μm)进行初始准备。然后，沉积源极和漏极接触2、4(这是底栅底面接触晶体管结构)。

然后，在步骤1中以源极-栅极接触2、4作为用于刻蚀的自对准掩膜通过可控的方式对电介质层10进行回蚀。这能够用干法或湿法刻蚀技术来实现，只要该刻蚀能够得到控制以便它不会完全刻蚀穿电介质层。优选地，使电介质区域变薄到大于其原厚度的一半(即图形化前后的厚度比大于2∶1)。当从衬底表面起所测得的电介质层的厚度典型地超过1000nm以提供栅电极的覆盖并且同时在沟道区外提供足够的厚度以减小寄生电容。典型地，覆盖于栅电极之上的电介质层被沉积至厚度超过300nm，因此它可以被图形化达到至少300nm的深度以形成较薄的区域。

由于沟道区内的电介质界面的物理及化学性质对器件的工作来说可能是重要的，在一个可选步骤中，由刻蚀步骤所引起的电介质表面的任何损坏都可以修复，如步骤2所示出的。例如，这能够通过将帽覆层(capping layer)14(例如自组装单层(SAM，即self-assembly monolayer))沉积到所暴露的电介质表面上来完成。

实例性的SAM材料包括对SiO₂及其他氧化表面形成附着的三氯硅烷类材料。此外，这种三氯硅烷包括十八烷基三氯硅烷和苯乙基三氯硅烷。如果使用有机电介质，则可能需要形成氧化表面(例如通过氧等离子体处理)以保证三氯硅烷SAM的附着。

其他材料同样可以用于帽覆层，包括与所选的具体电介质材料形成共价键的UV(紫外线)活化的材料。这种类型的反应可以通过自由基化学在表面上与具体的化学团相互作用而进行。尽管该层优选是连续的，形成了高质量上表面以及充分附着于在下面刻蚀了的电介质表面，但这些反应并不一定要形成自组装单层。

然后，有机薄膜晶体管通过如步骤3所示出的沉积有机半导体层8来完成。

所获得的晶体管具有与图2所示出的结构相似的结构，该结构先前已经在背景技术部分中进行了描述。为了清晰起见，与图2中的参照数字相同的参照数字被用来表示共同的层。重要的差别是在图3的最终结构所示出的布局中，电介质材料的薄区域被布置于沟道区内而电介质材料的厚区域则被设置于源极和漏极之下。这些电介质材料的厚区域使栅电极的外围区域与源极和漏极隔离从而使电容和栅极到源极及漏极的泄漏最小化。电介质材料的厚区域还用来形成于其中沉积有机半导体材料的阱。如果使阱形成得很深，则在源极和漏极之间的导电通路的长度可得以增加。这是因为在有机半导体中的电荷载流子倾向于在沟道内接近于电介质的区域中进行传输。因此，电荷载流子可以从源极向下行进到阱的底部，穿过沟道区，然后向上返回到漏极。在这种情况下，如果想要深的阱，为了减小源极和漏极之间的导电通路的长度，则可以金属化(metallise)阱的侧面。

图3示出了形成底栅有机薄膜晶体管的方法步骤，其中衬底1可以是不透明的也可以是透明的。相对地，图4示出了涉及如下文所讨论的形成顶栅有机薄膜晶体管的方法步骤。

透明的衬底1可以按以下初始地准备：形成源电极和漏电极2、4、一层有机半导体材料8、以及能够由交联的聚合物制成的厚电介质层10(～1-5μm)，聚合物的键联能够通过暴露于UV光下进行断开。

在图4的步骤1中，UV光被投射通过衬底1。源电极和漏极电极2、4用作掩膜使得只暴露位于源极和漏极之间的电介质层10的区域16以断开在形成电介质层的聚合物中的交联。

在步骤3中，以优先刻蚀掉沟道区内的非交联的电介质材料的刻蚀剂对电介质层进行可控地刻蚀。结果，电介质材料薄的部分被保留在沟道区中，而电介质层厚的交联的区域保留于源极和漏极之上。

最后，在步骤3中，栅电极12被沉积。任选地，修复步骤能够设置于如图3的步骤2所示出的沉积栅电极之前。

使电介质层交联，以及使用源极和漏极作为掩膜用于对沟道区内的电介质层进行UV处理以便使该区域中的交联断开，这些步骤同样可以在图3所显示的方法中用作附加的步骤。为了阻止刻蚀剂底切源极和漏极，这可能是有用的。

虽然某些实施方案可以采用具体类型的材料作为电介质层，例如通过UV处理能够使其交联断开的可交联的材料，但是电介质层可以由能够被沉积以及被可控刻蚀的任何绝缘材料形成。电介质材料可以是溶液可处理的。例如，电介质层可以是有机光刻胶，例如能够容易地进行旋涂及图形化的聚酰亚胺。作为选择，电介质层可以是无机材料，例如SiO₂。此类材料的沉积和图形化在本领域中是众所周知的并且在此将不作更详细地讨论。

有机半导体材料可以是溶液可处理的使得它能够通过例如旋涂或喷墨印制的方式从溶液沉积。有机半导体材料可以包括聚合物或树枝状化合物(dendrimer)，因为这些已被证明是好的溶液可处理材料。许多这样的半导体材料在本领域中是已知的，例如，在有机发光器件中所使用的共轭聚合物及树枝状化合物。

栅电极能够使用本领域中已知的其他简单的图形化技术进行印制或沉积。

电介质层的较厚区域可以被利用以在例如显示器(例如有源矩阵有机发光显示器)的器件中减小在较低及较高层级的敷镀金属(metallization)之间的迹线泄漏。

适用于本发明的材料及方法的更多细节将在下文中阐明。

衬底

衬底可以是刚性的也可以是柔性的。刚性衬底可以选自玻璃或硅而柔性衬底则可以包括薄的玻璃或塑料，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯及聚酰亚胺。

可以通过使用合适的溶剂使有机半导体材料成为溶液可处理的。示例性的溶剂包括单或多烷基苯(例如甲苯和二甲苯)、四氢化萘、以及氯仿。优选的溶液沉积技术包括旋涂和喷墨印制。其他溶液沉积技术包括浸涂、筒滚印制(roll printing)、以及丝网印制。在溶液由喷嘴喷发的情况下，印制过程可以是连续的也可以是不连续的。例如，在连续的过程中连续的条带状有机半导体材料可以由喷嘴喷发，而在不连续的印制过程中则由喷嘴喷发不连续的液滴。

有机半导体材料

优选的有机半导体材料包括小分子(例如可选地取代的并五笨)、可选地取代的聚合物(例如聚芳烃，尤其是聚芴和聚噻吩)、以及低聚物。材料的混合，包括不同的材料类型(例如聚合物和小分子混合)的混合可以被使用。

源电极和漏电极

对于p沟道OTFT，优选地，源电极和漏电极包含高功函数的材料，优选地，功函数大于3.5eV的金属，例如金、铂、钯、钼、钨、或铬。更优选地，金属具有范围为4.5-5.5eV的功函数。也可以使用其他合适的化合物、合金及氧化物(例如三氧化钼和氧化铟锡)。源电极和漏电极可以由热蒸发法进行沉积以及使用标准的光刻法和本领域已知的剥离技术进行图形化。

作为选择，导电性聚合物可以被沉积为源电极和漏电极。这种导电性聚合物的一个实例是聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，但是其他导电性聚合物在本领域中也已知。此类导电性聚合物可以使用例如旋涂或喷墨印制技术以及上文所讨论的其他溶液沉积技术从溶液沉积。

对于n沟道OTFT，优选地，源电极和漏电极包含以下材料，例如功函数小于3.5eV的金属(如钙或钡)或金属化合物薄层，尤其是碱金属或碱土金属的氧化物或氟化物，例如氟化锂、氟化钡及氧化钡。作为选择，导电性聚合物可以被沉积为源电极和漏电极。

为了易于制造，源电极和漏电极优选用相同的材料来形成。但是，应当意识到源电极和漏电极可以用不同的材料来形成以分别优化电荷的注入及抽取。

限定于源电极和漏电极之间的沟道的长度可以高达500微米，但是优选长度是小于200微米，更优选地，小于100微米，最优选地，小于20微米。

栅电极

栅电极能够选自范围广泛的导电材料，例如金属(例如金)或金属化合物(例如氧化铟锡)。作为选择，导电性聚合物可以被沉积成为栅电极。此类导电性聚合物可以使用例如旋涂或喷墨印制技术以及上文所讨论的其他溶液沉积技术从溶液沉积。

栅电极、源电极和漏电极的厚度可以是5-200nm，尽管典型为由例如原子力显微镜(AFM)所测定的50nm。

电介质层

电介质层包括选自具有高电阻率的绝缘材料的电介质材料。电介质的介电常数k典型约为2-3，但希望是具有高k值的材料，因为OTFT可达到的电容与k成正比，并且漏极电流ID与电容成正比。因而，为了在低工作电压下获得高漏极电流，具有在沟道区内的薄电介质层的OTFT是优选的。

电介质材料可以是有机的也可以是无机的。优选的无机材料包括SiO₂、SiNx及旋涂玻璃(SOG)。优选的有机材料一般是聚合物并且包括绝缘聚合物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、诸如可从Dow Coming获得的聚甲基丙烯酸甲酯(pMMA)和苯并环丁烯(BCB)等丙烯酸酯。绝缘层可以通过材料的混合来形成或者可以包括多层结构。

电介质材料可以由本领域已知的热蒸发、真空处理或层压技术沉积。作为选择，电介质材料可以使用例如旋涂或喷墨印制技术以及上文所讨论的其他溶液沉积技术从溶液沉积。

如果电介质材料从溶液沉积到有机半导体上，则应当不要引起有机半导体的溶解。同样地，如果有机半导体从溶液沉积到电介质材料上，则电介质材料应当不要被溶解。避免此类溶解的技术包括：使用正交溶剂，即使用用于沉积最上层且不溶解下面的层的溶剂；以及下面的层的交联。

绝缘层的厚度优选小于2微米。

其他层

在器件结构中可以包括其他层。例如，自组装单层(SAM)可以根据需要被沉积于栅电极、源电极或漏电极、衬底、绝缘层及有机半导体材料上以促进结晶度、减小接触电阻、修复表面特性以及提高粘附。特别地，沟道区内的电介质表面，尤其是高k值电介质表面可以具有包含结合区及有机区的单层以便例如通过改进有机半导体的形态(尤其是聚合物的定向及结晶度)以及掩盖电荷陷阱来改善器件性能。用于这种单层的示例性材料包括具有长烷基链的氯基硅烷或烷氧基硅烷，例如十八烷基三氯硅烷。

OTFT的应用

根据本发明的实施方案的OTFT具有范围广泛的潜在应用。一种这样的应用是在光学器件，优选地，有机光学器件中驱动像素。这种光学器件的实例包括光响应器件(尤其是光检测器)、以及发光器件(尤其是有机发光器件)。OTFT特别适合使用于有源矩阵有机发光器件，例如使用于显示应用。有机发光器件包括阳极、阴极以及在它们之间含有有机发光材料的层，其中当电位差被施加于阳极和阴极之间时，该层会发光。除了发光材料层以外，电荷输送或阻断层、或者激子阻断层可以被设置于阳极和阴极之间。

根据本发明的实施方案的有机薄膜晶体管具有许多与有机发光显示器共同的结构特征并且可以使用相似的技术和材料来形成。例如，本发明的电介质层可以由与限定有机发光显示器的像素的堤岸结构(bank structure)所使用的材料相同的材料形成，并且因而可以形成为共用层。同样地，根据一种有利的布局，有机薄膜晶体管与有源矩阵有机发光显示器的有机发光像素形成于共同的衬底上并且在此所讨论的电介质层形成了用于有机发光像素的堤岸结构。

应当意识到包含OTFT及光学有源像素区(例如发光或光传感像素区)的像素电路可以包括另外的元件。特别地，OLED像素电路可以包括作为驱动晶体管的根据本发明的OTFT并且典型地将包括至少一个除了驱动晶体管以外的其他的(有机或无机)晶体管，以及至少一个电容器。

虽然本发明已经参照其优选的实施方案进行具体地显示和描述，但是本领域技术人员应当理解在没有脱离由附加的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以在实施方案中对形式及细节进行各种改变。

Claims (17)

1.一种形成有机薄膜晶体管的方法，包括步骤：

提供一种包含源电极及漏电极、栅电极、以及布置于所述源电极及漏电极与所述栅电极之间的电介质层的结构，在源电极及漏电极之间具有沟道区；以及

使用所述源电极及漏电极作为掩膜对电介质层进行图形化以在沟道区中形成比邻接于沟道区的电介质材料区更薄的电介质材料区。

2.根据权利要求1的方法，其中沟道区中的电介质材料被沉积使厚度超过300nm并且被刻蚀达到至少300nm的深度。

3.根据权利要求1或2的方法，其中沟道区中的电介质层在对其进行图形化前后的厚度比至少为2∶1。

4.根据上述任意一项权利要求的方法，其中有机薄膜晶体管是底栅类型的，提供步骤包括：将栅电极形成于衬底上；在栅电极之上形成电介质层；以及在电介质层之上形成源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间位于栅电极之上的沟道区所隔开，并且图形化步骤包括：使用源电极及漏电极作为刻蚀掩膜对沟道区中的电介质层进行刻蚀以减小沟道区中的电介质层的厚度，所述方法还包括至少在源电极及漏电极之间的沟道区中形成一层有机半导体材料。

5.根据权利要求1的方法，其中有机薄膜晶体管是顶栅类型的，提供步骤包括：将源电极及漏电极形成于透明衬底之上，该源电极及漏电极由在它们之间的沟道区隔开；至少在源电极及漏电极之间的沟道区中形成一层有机半导体材料；以及在该层有机半导体材料之上形成电介质层，并且图形化步骤包括：将光投射通过透明的衬底以处理沟道区中的电介质层，在沟道区中形成相对于源电极及漏电极之上的电介质层区域是优先可刻蚀的电介质层区域；以及对在沟道区中的电介质层的所述区域进行刻蚀以减小沟道区中的电介质层的厚度，该方法还包括在至少沟道区中的电介质层之上形成栅电极。

6.根据上述任意一项权利要求的方法，其中电介质层包括有机材料。

7.根据上述任意一项权利要求的方法，其中电介质层包括溶液可处理材料。

8.根据上述任意一项权利要求的方法，其中电介质层包括有机光刻胶。

9.根据上述任意一项权利要求的方法，其中图形化步骤包括使所述电介质层交联以及曝露于光，源电极及漏电极被用作掩膜由此在沟道区中的电介质层被曝露而在源电极及漏电极之后的电介质层则被遮蔽，光使沟道区中的电介质层的交联断开。

10.根据上述任意一项权利要求的方法，还包括对沟道区中的电介质材料的表面进行处理以修复由图形化步骤引起的任何损坏。

11.根据权利要求10的方法，其中所述处理包括在沟道区中的电介质材料的所述表面之上提供帽覆层。

12.根据权利要求11的方法，其中所述帽覆层包括自组装单层。

13.根据上述任意一项权利要求的方法，其中所述有机半导体材料被印制到由电介质材料的较薄区域限定的阱中。

14.由上述任意一项权利要求的方法形成的有机薄膜晶体管。

15.包含根据权利要求14的有机薄膜晶体管的有机发光器件。

16.一种有机薄膜晶体管，包括：衬底；布置于衬底上的栅电极；布置于栅电极之上的电介质层；布置于电介质层之上的源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间位于栅电极之上的沟道区所隔开；以及布置于至少源电极及漏电极之间的沟道区中的一层有机半导体材料，其中在所述源电极及漏电极之间的沟道区中的电介质层比在所述源电极及漏电极下面的区域更薄。

17.一种有机薄膜晶体管，包括：布置于透明的衬底之上的源电极及漏电极，其中该源电极及漏电极由在它们之间的沟道区所隔开；布置于至少源电极及漏电极之间的沟道区中的一层有机半导体材料；布置于该层有机半导体材料之上的电介质层；以及布置于至少沟道区中的电介质层之上的栅电极，其中在源电极及漏电极之间的沟道区中的电介质层比源电极及漏电极之上的区域更薄，电介质材料的更薄区域包含相对于形成电介质层的较厚区域的材料是优先可刻蚀的材料。

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