CN101743623A - 层状结构、电子器件以及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层状结构，该层状结构具有被较好地分开的含较高表面自由能的区域和含较低表面自由能的区域，具有在底层和导电层之间的高粘着性，并且能够容易以低成本形成。所述层状结构包括润湿性可变层以及形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层，其中所述润湿性可变层包括第一膜厚度的第一表面自由能区域以及第二膜厚度的第二表面自由能区域。所述第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能被弄成高于所述第一表面自由能区域的表面自由能。

Description

层状结构、电子器件以及显示设备
技术领域
本发明涉及一种层状结构、采用该层状结构的电子器件、制造该层状结构和电子器件的方法，以及显示设备。
技术背景
在这些年，正在对使用有机半导体材料的有机薄膜晶体管进行广泛的研究。在晶体管中使用有机半导体材料的优点包括晶体管的柔韧性和面积的增加、由于晶体管的简单的层状结构使制造工艺简化，以及可能使用便宜的制造装备。
另外，通过采用一种印制方法，与在相关技术的基于硅的半导体上使用的照相平版印制技术相比，能以更低的成本制造有机薄膜晶体管。另外，通过使用该印制方法、旋涂或浸渍，能够容易地形成薄膜或电路。
表示薄膜晶体管性能的参数之一是在“ON”状态下的电流和在“OFF”状态下的电流的比率，通常表示为Ion/Ioff。在所述薄膜晶体管中，流过源电极和漏极的饱和电流Ids由以下公式(1)表示：
Ids＝μCin W(VG-Vth)2/2L...(1)
在公式(1)中，μ表示场效应迁移率，Cin表示每单位面积的栅极绝缘膜的电容，W表示沟道宽度，L表示沟道长度，VG表示栅极电压，以及Vth表示阈电压。
另外，Cin由以下的公式(2)表示：
Cin＝ε·ε0/d  ...(2)
在公式(2)中，ε表示栅极绝缘膜的介电常数比，ε0表示真空下的介电常数比，以及d表示栅极绝缘膜的厚度。
从公式(1)中，显然为了增加“ON”状态下的电流Ion，有效的方法是：
1.增加场效应迁移率μ，
2.缩短沟道长度L，
3.增加沟道宽度W。
场效应迁移率μ主要取决于材料特性，材料的研制正在广泛地进行以增加场效应迁移率μ。
沟道长度L由设备的结构决定，因此试图通过合适地改变设备结构来增加“ON”电路Ion。在相关技术中，众所周知可通过缩短源电极和漏极之间的距离来缩短沟道长度L。
对于有机半导体材料，与无机半导体材料相比，例如硅半导体，为了增加场效应迁移率μ，通常需要沟道长度L小于10μm，优选小于5μm。已知频繁地用于硅工艺的照相平版印制技术是能够精确缩短源电极和漏极之间的距离的方法之一。
通常，照相平版印制工艺包括以下步骤：
1.将阻光层涂覆到具有薄膜层的衬底上(阻光涂覆步骤)，
2.通过加热移除溶剂(预先烘干步骤)，
3.使紫外线穿过硬膜，其是根据图案数据通过用激光束或电子束进行写入予以获得(曝光步骤)，
4.用碱溶液移除暴露区域中的阻光层(显影步骤)，
5.通过加热使非暴露区域(图案部分)中的阻光层硬化(凝固)(后烘干的步骤)，
6.将到目前为止制造的构件浸入到蚀刻溶液中或者使到目前为止制造的构件暴露在蚀刻气体中以将没有阻光层的区域中的薄膜层去除(蚀刻步骤)，以及
7.用碱溶液或氧气族去除阻光层(阻光层去除步骤)。
在形成所希望的薄膜之后，重复上述步骤以完成制造电设备。
然而，照相平版印制工艺需要昂贵的设备并且包括复杂的制作步骤，因此具有制造时间较长。这些导致制造成本较高。
为了减小制造成本，近来，已经尝试通过印刷，例如喷墨印刷形成电极图案。由于当使用喷墨印刷时能够直接写入电极图案，因此材料使用量较高，并能够简化制造工艺并且减小成本。然而，难于在喷墨印刷中减小喷墨量，如果进一步考虑墨水定位精度，其与机械公差有关，形成尺寸小于30微米的图案是较困难的。结果，仅用喷墨印刷难于制造高精度的设备，像具有较短的沟道长度的晶体管。因此，为了制造高精度的设备，需要研制新的方法，例如，可试图对其上喷射墨滴的衬底的表面进行处理。
例如，日本专利申请公开说明书第2006-278534号(以下被成为参考文献1)公开了一种利用由一些材料形成的膜将膜层叠到栅极绝缘膜上的技术，其中所述材料具有通过紫外线调节的不同的表面自由能级。根据该技术，在具有不同表面自由能级的区域通过紫外线得以形成之后通过喷墨印刷，电极图案形成在层叠膜上。
然而，由于具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域形成在相同的平面上并且通过相同平面上的边界被分开，例如，当喷墨的喷射速度较高时，墨水会超出边界扩散；这使得具有较高的表面自由能的区域和具有较低的表面自由能之间的边界起伏并且使得沟道长度不会被清楚地限定。结果，电子器件的特性会波动。
也就是说，在参考文献1中公开的技术中，例如，当喷墨的喷射速度较高时，由于具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域之间的边界在相同的平面上是一维的直线，因此墨水扩散过边界；这会使得沟道长度不会被清楚地限定，并且使得电子器件的特性会波动。
例如，日本专利申请公开说明书第2003-518332号(以下被称为参考文献2)公开了一种形成三维边界的技术，其可用来解决该问题。根据该技术，聚酰亚胺堤坝(polyimide bank)被形成为具有较低的表面自由能；因此，具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域不在同一平面上。结果，在具有较高表面自由能的区域中喷射的亲水性墨被所述聚酰亚胺堤坝阻挡，因此所述沟道长度得以很好地限定。
参考文献2中公开的技术的优点在于具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域之间的边界通过高度差得以很好地限定，并且具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域被明显地分开。然而，该技术包括形成所述堤坝，为了形成所述聚酰亚胺堤坝，需要使用照相平版印制技术，其包括复杂的制造步骤，并且制造成本较高；因此，用印刷工艺(例如，喷墨工艺)制造电子器件的优点降低了。
例如，日本专利申请公开说明书第2004-141856号(以下被称为参考文献3)公开了一种形成凹口而不是堤坝的方法。根据该技术，不需要通过喷墨喷射的墨滴被完美地挡住在表面上；过多的墨水会漫延到凹口部分，并且仍能形成很好限定的边界。
参考文献3中公开的技术的优点在于能够令人满意地挡住墨水的直线由凹口限定。然而，该技术包括形成凹口，为了形成该凹口，需要使用照相平版印制技术，其包括复杂的制造步骤，并且制造成本较高。因此，用印刷工艺(例如，喷墨工艺)制造电子器件的优点降低了。
如上所述，在相关的技术中，具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域被形成以缩短薄膜晶体管的沟道长度。然而，能够很好地分开具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域的边界不能予以获得，并且这会使得电子器件的特性波动。虽然建议了解决该问题的一些方法，但是这些方法需要照相平版印制技术，因此使得制造工艺复杂并且制造成本较高，其和用印刷工艺制造电子器件的技术的优点是相反的。
如上所述，在相关的技术中，照相平版印制技术被经常用来形成半导体设备和电子电路中的互连图案。由于照相平版印制技术需要昂贵的设备并且包括复杂的制造工艺，因此需要的制造时间较长，从而制造成本增加。
为了减小制造成本，近来，形成互连图案的另一技术已经引起注意，其中包括金属粒子的分散液体(以下该液体被称为“金属粒子分散液体”)被直接施加于衬底。
例如，日本专利申请公开说明书第H03-281783号(以下被称为参考文献4)公开了一种技术，在该技术中直径为0.001微米到0.1微米的非常小的金属粒子被均匀地且大量地分散在有机溶剂中以形成金属浆料，该金属浆料被涂覆在衬底表面上，并被干燥和烘干，因此形成厚度为0.01到1微米的金属膜。该种非常小的金属粒子还被称为“纳米金属墨水”。
然而，由通过将所述纳米金属墨水，即，非常小的金属粒子分散到水中或有机溶剂中获得的金属粒子分散液体形成的互连图案与通过相关技术的蒸发或喷射形成的互连图案相比对下面的衬底具有较低的粘着性。另外，由能够用于涂覆或液滴喷射的金属粒子分散液体形成的电极还需要随着薄膜晶体管越来越小的尺寸而具有较高的构图精度，并且所述粘着性还成为一个很重要的问题。
日本专利申请公开说明书第2005-159143号(以下被称为参考文献5)公开了一种液滴喷射形成互连图案的技术，其中所述互连图案被小型化并且对于衬底的表面具有良好的粘着性。根据该技术，互连图案形成在具有突起和凹陷的区域中，其中所述突起和凹陷是通过半导体领域有关技术中众所周知的干蚀刻、冷冻处理或喷砂使衬底表面变得粗糙得以获得的。
然而，在该技术中，突起和凹陷(depression)不仅仅形成在形成互连图案的区域上，而且形成在功能性的薄膜上，该薄膜在互连图案的区域表面呈现为突起和凹陷；由此，当薄膜晶体管具有底部栅极(bottom-gate)的结构时，突起和凹陷保持在栅电极的表面上，这减小了绝缘强度电压并且降低了在栅电极上形成的栅极绝缘膜的表面特性。结果，当形成并五苯或其他有机晶体半导体材料构件时，迁移率降低。
日本专利申请公开说明书第2006-114579号(以下被称为参考文献6)以及日本专利申请公开说明书第2007-043131号(以下被称为参考文献7)公开了一种在导电层和底层之间形成中间层用于改进粘着性的技术，所述导电层由包括金属粒子的金属粒子分散液体形成。
然而，该技术包括形成所述中间层的额外步骤，并且这与将包括金属粒子的金属粒子分散液体直接涂覆到衬底的技术的优点例如低成本和更少的制造步骤是相反的。
日本专利申请公开说明书第2003-315813号(以下被称为参考文献8)公开了一种技术，其中在通过液滴喷射设备将包括金属粒子的第一液体材料设置在衬底上以在衬底上形成具有预定图案的导电膜互连之前，衬底的表面被控制成以排斥液体材料，不同于第一液体材料的第二液体材料通过液滴喷射设备被设置在衬底上以将用于改进导电膜互连的粘着性的中间层形成到衬底上。
然而，通过利用衬底对液体的排斥形成图案，难于获得足够的粘着性。另外，该技术包括形成中间层的额外步骤，并且这与将包括金属粒子的金属粒子分散液体直接涂覆到衬底的技术的优点例如低成本和更少的制造步骤是相反的。
日本专利申请公开说明书第2007-012590号(以下被称为参考文献9)公开了一种改进粘着性的技术。在该技术中，在金属粒子分散液体被涂覆到衬底表面之后，其中所述金属粒子分散液体包括具有分子量为2000-30000并且在室温下为固态的固体分散剂(或分散剂)、金属粒子、和水；通过使用由包括Ag、Au、Pt、Pd、Ru、Ir、Sn、Cu、Ni、Fe、Co、Ti和In中的一个或多个的合金形成的金属粒子形成金属膜，在所述合金中，Ag的原子浓度为80-99.9％，并且晶粒的平均直径为0.25微米。这样，涂敷材料侧上的衬底的粘着性得以改进。
然而，当形成小型的互连时，希望涂敷材料上的衬底的粘着性和在具有一定结构的侧部上的衬底的粘着性是牢固的，由此获得更高的粘着性。
如上所述，在有关的技术中，虽然建议了一种通过使用金属粒子分散液体形成互连图案(导电层)的技术，但是问题在于互连图案对衬底的粘着性不够并且半导体特性会降低。另外，虽然建议了解决这些问题的另一些技术，但是这些技术增加了制造步骤的数量并且使得制造成本较高。
发明内容
本发明可解决相关技术的一个或多个问题。
本发明的优选实施方式可提供一种层状结构，其中具有较高的表面自由能的区域和具有较低的表面自由能的区域被很好地分开，并且其能容易以较低成本予以形成。
本发明的另一优选实施方式提供了一种层状结构，该层状结构在底层和该底层上的导电层之间具有较高的粘着性并且能够容易以较低的成本予以形成。
根据本发明的第一方面，提供了一种层状结构，其包含：
润湿性可变层，其包括
具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及
具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，该第二膜厚度小于所述第一膜厚度并且通过将预定量的能量施加到所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能高于所述第一表面自由能区域的表面自由能；以及
形成在润湿性可变层的第二表面自由能区域中的导电层。
优选地，所述层状结构包含：
润湿性可变层，其包括
具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及
具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，通过将预定量的能量施加到所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，所述第二表面自由能区域具有沿着所述第一表面自由能区域和所述第二表面自由能区域之间的边界的沟槽；以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
优选地，所述层状结构包含：
润湿性可变层，其包括
第一表面自由能区域，以及
第二表面自由能区域，通过将预定量的能量施加到所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域具有高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，其中多个凹陷形成在所述第二表面自由能区域的表面上；以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
优选地，第二表面自由能区域的第二膜厚度和所述第一表面自由能区域的第一膜厚度之差大于或等于5纳米，并且小于或等于所述第一膜厚度的10％。
优选地，润湿性可变层包括第一材料和第二材料，
第一材料的电绝缘特性比第二材料的电绝缘特性好，以及
通过施加预定量的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于通过施加预定量的能量引起的第一材料的表面自由能的增长率。
优选地，第二材料由在侧链上具有疏水基的聚合物形成。
优选地，所述聚合物包括聚酰亚胺。
优选地，润湿性可变层由混合材料形成，其中所述混合材料包括
具有主链和侧链的聚酰亚胺，所述侧链控制润湿性并且使得施加能量之前表面自由能较低；以及
仅具有主链的聚酰亚胺。
优选地，润湿性可变层由混合材料形成，其中所述混合材料包括
为具有主链和侧链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸(polyamic acid)，所述侧链控制润湿性并且在施加能量之前使得表面自由能较低；以及
为仅具有主链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子器件，其包含：
衬底；
电极；
半导体层；以及
绝缘层，
其中，所述电极、所述半导体层以及所述绝缘层形成在所述衬底上，
所述电极包括层状结构，其具有
润湿性可变层，该润湿性可变层包括具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，所述第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域中的导电层。
优选地，多个层状结构被堆叠并在它们之间具有绝缘层。
优选地，每个层状结构的润湿性可变层用作所述绝缘层。
优选地，多个电子器件布置在所述衬底上。
根据本发明的第三方面，提供了一种显示设备，其包含：
衬底；
电子器件阵列，该电子器件阵列具有布置在所述衬底上的多个电子器件
相对的衬底；以及
显示单元，
其中每个电子器件包括：
电极；
半导体层；以及
绝缘层，
其中，所述电极、所述半导体层以及所述绝缘层形成在所述衬底上，
所述电极包括层状结构，该层状结构具有：
润湿性可变层，该润湿性可变层包括具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域中的导电层。
根据本发明的层状结构，能够提供一种层状结构，该层状结构能够容易以较低成本予以形成并且包括具有较高表面自由能的区域和具有较低表面自由能的区域，所述两个区域被很好地分开。
另外，能够提供一种层状结构，该层状结构在底层和该底层上的导电层之间具有较高粘着性并且能够容易以较低的成本予以形成。
从以下参考附图给出的优选实施方式的详细描述中，本发明的这些和其他目的、特征以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的层状结构的横截面视图；
图2表示在第一实施方式中通过具有剂量为10焦耳/厘米2的紫外线曝光的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片；
图3是图示高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界的放大横截面视图；
图4是图示图2和图3中的台阶(沟槽)部分的放大的横截面视图；
图5A和图5B是图示根据第一实施方式的紫外线照射设备的透视图；
图6是根据第一实施方式的实施例4和对比例1的有机晶体管的横截面视图；
图7是根据第一实施方式的实施例5和对比例2的有机晶体管的横截面视图；
图8A和图8B是根据第一实施方式的实施例6的电子器件阵列的横截面视图和平面视图；
图9是根据第一实施方式的实施例7的显示设备的横截面视图，其使用了实施例6中如图8A和8B所示的电子器件阵列；
图10是根据本发明的第二实施方式的层状结构的横截面视图；
图11是示意性地图示通过施加能量能够在其表面上形成微小的凹陷的第二实施方式的聚合物材料的示意图；
图12是示意性地图示作为对比例，通过施加能量不能在其表面上形成微小的凹陷的示意图；
图13A到13D是示意性地图示根据第二实施方式形成的层状结构的横截面视图；
图14表示本实施方式中由聚酰亚胺A形成的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片；
图15表示本实施方式中由聚酰亚胺B形成的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片；
图16是图示形成根据第二实施方式的实施例2的层状结构的横截面视图。
具体实施方式
下面参照附图解释本发明的优选实施方式。
第一实施方式
图1是根据本发明的第一实施方式的层状结构的横截面视图。
如图1所示，本实施方式的层状结构包括衬底11、润湿性可变层12、导电层13以及半导体层14。润湿性可变层12包括高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b。高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b分别对应于本申请权利要求中的所述第二表面自由能区域和所述第一表面自由能区域。
衬底11和该衬底11上的润湿性可变层12构成了如图1所示的层状结构的核心部分。
在此，润湿性可变层12由具有临界表面张力的材料形成，其中当通过加热，或通过使用紫外线、电子束、等离子体或其他将能量施加在其上时所述临界表面张力会改变；润湿性可变层12包括具有不同临界表面张力的至少两个区域。临界表面张力还被称为“表面自由能”。在图1中，高表面自由能区域12a具有相对较高的临界表面张力(表面自由能)，低表面自由能区域12b具有相对较低的临界表面张力(表面自由能)。
从制造小型化图案的角度看，优选通过使用紫外线或电子束施加能量。不过，当润湿性可变层12的材料为有机体时，优选使用紫外线，因为电子束会大大损坏所述有机材料。
另外，两个临近的高表面自由能区域12a之间存在间隙，例如，该间隙为1微米到5微米。此外，导电层13形成在对应的高表面自由能区域12a上，并且半导体层14被布置成以至少接触低表面自由能区域12b。
在本实施方式中，优选高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b由相同材料形成。另外，优选高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b由一种材料形成，没有被紫外线照射时该种材料的表面自由能较低，但是在被紫外线照射后会较高。使高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b由相同的材料形成，能够大大简化制造工艺并且减小了材料费用，因此，能够提供一种低成本的电子器件。
应当注意到，虽然润湿性可变层12的表面被图示为在如图1所示的层状结构中为平的，如上所述，但是当将紫外线照射到区域12a上以将能量施加在区域12a上以使区域12a变为高表面自由能区域时，高表面自由能区域12a的厚度会或多或少地得到减小，如图2所示。
图2表示在本实施方式中通过具有剂量为10焦耳/厘米2的紫外线曝光的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片。
如图2所示，由于减小了高表面自由能区域12a的厚度，因此在高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界上出现了高度差(台阶)，因此，在边界上形成堤坝。
也就是说，如图1所示的层状结构包括润湿性可变层12，该层12包括第一膜厚度的低表面自由能区域12b和第二膜厚度的高表面自由能区域12a。第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且当在区域12a上施加预定量的能量时，高表面自由能区域12a的表面自由能变得高于低表面自由能区域12b的表面自由能。如图1所示的层状结构还包括导电层13，其形成在润湿性可变层12的高表面自由能区域12a中。
图3是图示高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界的放大横截面图。
如图3所示，沟槽沿着所述高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界形成在高表面自由能区域12a中。
注意到在图3中，为了说明目的，部件在厚度方向上被特别放大。
图4是图示图2和图3中的台阶(沟槽)部分的放大的横截面视图。
如图4所示，在高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间存在台阶，并且沿着所述高表面自由能区域12a(紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域12b(没有暴露于紫外线下的区域)之间的边界在高表面自由能区域12a(暴露于紫外线下的区域)中形成沟槽。
由于将高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的台阶同沿着所述高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界在高表面自由能区域12a中的沟槽进行了结合，因此，能够防止落在高表面自由能区域12a中的墨滴扩散到低表面自由能区域12b。
如图4所示，由于在高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间存在台阶，因此在高表面自由能区域12a中形成的沟槽的深度以低表面自由能区域12b作为基准来限定。
由喷墨喷射的亲水墨滴抵达构成了亲水表面的高表面自由能区域12a并且在其上扩散。在相关的技术中，高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b是相同的表面，墨滴的扩散是通过构成亲水表面的高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界得以防止的。换句话说，墨滴的扩散是通过亲水表面12a和疏水表面12b的差异得以防止的。
在本实施方式中，除了亲水表面12a和疏水表面12b的差异之外，在高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界上形成了三维凸起，以使能够防止墨水在边界上扩散。结果，高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的边界能够精确地形成为直线，电极图案的边缘形状能被很好地限定(例如，在如图1所示的层状结构中，导电层13的边缘形状得以很好地限定)，因此，能够获得具有较小波动特性的电子器件。例如，当如图1所示的层状结构被应用到场效应晶体管时，场效应晶体管的沟道长度能得到很好地限定，并且这减小场效应晶体管的特性波动。
凸起是由高表面自由能区域12a和低表面自由能区域12b之间的厚度不同引起的。当凸起的高度太小时，预期防止墨水扩散的效果将会很小。如下所述，通过试验发现优选凸起的高度为5纳米或更大。另一方面，当凸起太高时，润湿性可变层12的膜厚度的减小会很大；由此，电绝缘特性会下降。如下所述，通过试验发现，优选凸起的高度为润湿性可变层12在施加能量之前的最初膜厚度，也就是说，低表面自由能区域12b的膜厚度的10％或更小。
如下所述，凸起的高度可通过合适地选择材料以及通过紫外线的剂量得以控制。
凸起的边缘(例如，图2的悬垂面)可以是任何形状，例如，锥形、倒锥型，或者可以是垂直的，只要墨水不能翻过凸起。一般地，当紫外线照射过具有一定图案的光掩膜时，凸起的边缘的形状通过邻近图案边缘的干涉光得以确定。因此，通过给膜图案的厚度提供斜坡就能改变凸起的边缘的形状。
在以上中，描述了半导体层14被布置在如图1所示的层状结构中的低表面自由能区域12b上；然而，半导体层14能够被用于防止电极之间的泄漏的绝缘层替代。另外，在图1中，图示了半导体层14被形成为以盖住整个衬底11；然而，半导体层14能够可被成形为以仅位于两个邻近的导电层13之间。当半导体层14被形成为盖住整个衬底11时，一般地，使用旋涂；当然，也可使用其他的任何方法。当形成半导体层14的图案时，可使用照相平版印制技术；但是还可使用喷墨(印刷)、微导电印刷、苯胺印刷或者照相凹版印刷，并且它们在以低成本制造电子器件过程中是很好的。
衬底11可以是玻璃衬底或膜衬底。例如，膜衬底可以是聚酰亚胺(PI)衬底、聚醚砜(PES)衬底、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底、或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底。
在如图1所示的层状结构中，润湿性可变层12可以是由多种材料形成的单层，或者由单一材料形成的单层。
可选择地，润湿性可变层12可包括两个或更多层。在此情况下，例如，假定润湿性可变层12包括由第一材料形成的第一层和第二材料形成的第二层，第一层和第二层可被形成为以具有不同的功能。例如，从改进绝缘性能的角度看，润湿性可变层12可被形成为以使第一材料的电绝缘特性好于第二材料的电绝缘特性，并且通过施加如紫外线的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于第一材料的表面自由能的增长率。
可选择地，润湿性可变层12可以是由两个或更多材料形成的单层。假定润湿性可变层12a是通过混合第一材料和第二材料形成的；通过利用第一材料和第二材料的材料特性差别，润湿性可变层12可被形成为以具有沿着润湿性可变层12的厚度方向的材料分布。例如，润湿性可变层12可被形成为以使第一材料的电绝缘特性好于第二材料的电绝缘特性，并且通过施加如紫外线的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于第一材料的表面自由能的增长率。
构成润湿性可变层12的材料可以是有机材料或者无机材料，但是当考虑到能够以低成本制造电子器件的印刷方法的合适性时优选有机材料。而且，为了改进绝缘特性，可将少量的无机材料添加到有机材料中。
当润湿性可变层12形成在绝缘层上时，为了防止绝缘层受到紫外线照射的影响，优选润湿性可变层12由吸收系数大于绝缘层的绝缘材料的吸收系数的材料形成。
具有良好绝缘特性的有机材料包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、环氧树脂、硅倍半氧烷、聚乙烯基苯酚、聚碳酸酯、氟基树脂、聚对二甲苯、或聚乙烯醇缩丁醛。在此，聚乙烯基苯酚和聚乙烯醇可通过合适的交联剂得以桥接。
具有较好的绝缘特性的无机材料可包括TiO2、SiO2以及其他。
当使用适合于低成本制造设备的印刷方法时，优选所述聚合物材料被用作通过施加能量例如紫外线引起的具有相对较大的表面自由能增长率的材料。另外，优选所述聚合材料在侧链上具有疏水基。由于侧链上的疏水基，当紫外线没有照射时膜的表面自由能较低，在照射紫外线以施加能量之后，膜的表面自由能变高；因此，能够获得在紫外线照射之前的表面自由能和紫外线照射之后的表面自由能之间的较大差别，也就是说，能够增加亲水表面12a和疏水表面12b之间的差别。
在本实施方式中，由于具有可变的临界表面张力(表面自由能)的材料具有刚性结构，甚至当通过紫外线切到一定程度时，因此优选具有良好的填充能力的聚酰亚胺被引入到主链中。聚酰亚胺包括热固化的聚酰亚胺以及能够溶解到溶剂中的可溶性聚酰亚胺，其中所述热固化的聚酰亚胺是在脱水缩合反应中通过加热聚酰胺酸得以产生的。
能够溶解的聚酰亚胺膜可如下予以形成。首先溶解在溶剂中的聚酰亚胺涂覆液被施加，然后溶剂在相对较低的温度下，例如，小于200摄氏度下得以挥发，然后形成可溶性的聚酰亚胺膜。
关于热固化的聚酰亚胺，由于脱水缩合反应不会发生，除非温度增加到足够高用于脱水缩合反应，一般需要加热到200摄氏度或更高。因此，优选使用可溶性的聚酰亚胺，因为可溶性的聚酰亚胺具有较高的绝缘特性并且允许耐溶剂性的膜在较低温度下得以形成。由于可溶性的聚酰亚胺没有产生未反应的聚酰胺酸或二酸酐的其他副产品，由这些杂质引起的聚酰亚胺的电特性的降低不会发生。
可溶性的聚酰亚胺可溶解在，例如，具有较高极性的γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、N-二甲基乙酰胺中。因此，当在润湿性可变层12上形成半导体层14时，如果使用具有较低极性的溶剂，例如，甲苯、二甲苯、丙酮以及异丙醇，能够防止润湿性可变层12被溶剂腐蚀。
在本实施方式中，优选地，润湿性可变层12的厚度为从30纳米到3微米，更优选地，为从50纳米到1微米。当润湿性可变层12太薄时，润湿性可变层12的整体特性会得以降低，例如，绝缘特性、阻气能力以及抗湿性。另一方面，当润湿性可变层12的厚度大于3微米时，润湿性可变层12的表面形状会被退化。
半导体层14可由无机半导体例如CdSe、CdTe、or Si形成，或者由有机半导体例如有机的低分子状的并五苯、蒽、并四苯或者酞菁、基于聚乙炔的导电聚合物、基于聚亚苯基的导电聚合物例如聚对亚苯及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、异环导电聚合物如聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚呋喃及其衍生物，或者离子导电聚合物如聚苯胺及其衍生物形成。
为了通过润湿性可变层12使改进特性效果较明显，优选半导体层14由有机半导体形成。
导电层13可通过涂覆包括导电材料的液体然后加热涂覆的液体并且用紫外线照射涂覆液体得以形成。包括导电材料的液体可以是通过将导电材料溶解到溶剂中获得的溶液、可以是通过将导电材料的前体溶解到溶剂中获得的溶液、可以是通过将导电材料分散到溶剂中获得的溶液，或者可以是通过将导电材料的前体分散到溶剂中获得溶液，例如通过将Ag、Au、Ni以及其他金属粒子分散到有机溶剂或水、掺杂PANI(聚苯胺)的水溶液、或者通过将PSS(聚苯乙烯磺酸)掺杂到PEDOT(聚乙撑二氧噻吩)中获得的导电聚合物的水溶液中得到的分散液体。
包括导电材料的液体可通过旋涂、蘸涂、丝网印刷、胶印或喷墨得以涂覆在润湿性可变层12的表面上。为了容易受到润湿性可变层12的表面自由能的影响，优选使用喷墨，因为喷墨提供了非常小的液滴。当使用公用打印机的打印头时，喷墨的图像清晰度为大约30微米，并且定位精度为±15微米。当采用润湿性可变层12的表面自由能不同时，能形成比该图案更细小的图案。特别是当需要形成较细的图案时，本实施方式优于现有技术。
紫外线的照射可通过如图5A和图5B的设备得以实现。
图5A和图5B是表示根据本实施方式的紫外线照射设备的透视图。
图5A和图5B所示的每个紫外线照射设备包括光掩膜固定器94、衬底台96以及紫外线光源98。在图5A所示的紫外线照射设备中，图示了在设置在紫外线照射设备中的光掩膜90和衬底500。如图5A和图5B所示的每个紫外线照射设备还包括用于打开和关闭光掩膜固定器94的未示出的机构、以及用于调节光掩膜90和衬底500之间的角度和相对位置的未示出的驱动机构。
在如图5A和图5B所示的紫外线照射设备中，光掩膜90被设定在光掩膜固定器94中，衬底500被设定在衬底台96中，光掩膜90和衬底500通过未示出的吸取机构被固定到光掩膜固定器94和衬底台96。如图5A所示，光掩膜90和衬底500被固定到紫外线照射设备。
接下来，光掩膜固定器94被关闭以使光掩膜90和衬底500彼此面对面。如图5B所示，紫外线照射设备的光掩膜固定器94被关闭。在关闭光掩膜固定器94之后，驱动机构使衬底台96或光掩膜固定器94移动以调节光掩膜90和衬底500之间的角度和相对位置。在调节之后，光掩膜90和衬底500被暴露于紫外线光源98的预定剂量的紫外线下。在暴露于紫外线下的过程中，光掩膜90和衬底500可紧密彼此接触，或者在光掩膜90和衬底500之间可设置较小间隙(所谓的“邻近曝光”)。在暴露于预定剂量的紫外线下之后，光掩膜94被打开以释放衬底500的吸取机构并且拆下衬底500。
根据本实施方式，在本实施方式的层状结构中，在低表面自由能区域12b(第一表面自由能区域)和高表面自由能区域12a(第二表面自由能区域)之间的界面上出现了台阶(高度差)，其中高表面自由能区域12a具有的表面自由能高于低表面自由能区域12b的表面自由能并且由于通过紫外线施加在区域12a上的能量因此比低表面自由能区域12b更薄，台阶的高度对应于低表面自由能区域12b和高表面自由能区域12a之间的高度差。结果，低表面自由能区域12b和高表面自由能区域12a之间的边界线被清楚地限定。
而且，在本实施方式中，具有这种被清楚限定的边界线的层状结构可通过喷墨或其他廉价的方法予以形成，并且不需要使用照相平版印制工艺，该工艺需要昂贵的装备并且包括复杂的制造步骤。因此，本实施方式的层状结构能以较低成本予以制造。
在本发明的层状结构中，润湿性可变层包括第一材料和第二材料，第一材料的电气绝缘特性好于所述第二材料的电气绝缘特性，并且由施加能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于由施加能量引起的第一材料的表面自由能的增长率。
由此，低表面自由能区域12b和高表面自由能区域12a之间边界线被清楚地限定，并且本实施方式的层状结构的电气绝缘特性是很好的。例如，当本实施方式的层状结构被应用到场效应晶体管时，场效应晶体管的沟道长度会得以很好地限定，场效应晶体管的特性存在较小波动，场效应晶体管的电气绝缘特性是很好的。
在本实施方式的层状结构中，具有相对较大的由施加能量引起的表面自由能增长率的第二材料是由在侧链上具有疏水基的聚合物形成。由此，能够通过施加较小量的能量改变表面自由能。
例如，在侧链上具有疏水基的聚合物可以是包括聚酰亚胺的聚合物。在该材料的情况下，甚至当紫外线照射以施加能量时，能够维持层状结构的绝缘特性。
本实施方式提供了一种电子器件，该电子器件包括衬底、电极、半导体层以及绝缘层，其中所述电极、半导体层以及绝缘层形成在所述衬底上。电极是通过如上所述的层状结构予以形成的。
结果，低表面自由能区域12b和高表面自由能区域12a之间的边界线被清楚地限定，电极图案的边缘形状被很好地限定；因此，能够获得特性波动很小的电子器件。例如，当本实施方式的层状结构被应用到场效应晶体管时，场效应晶体管的沟道长度被很好地限定，这减小了场效应晶体管的波动。
在包括本实施方式的层状结构的本实施方式的电子器件中，因为半导体层是由有机半导体材料形成的，因此通过廉价的方法例如印刷能以较低的成本制造电子器件。
由于使用本实施方式的层状结构的本实施方式的电子器件具有栅极绝缘膜和所述层状结构的堆叠结构，因此甚至当紫外线照射以施加能量时能够维持所述层状结构的绝缘特性。
在使用本实施方式的层状结构的本实施方式的电子器件中，由于润湿性可变层12还可用作绝缘膜以实现绝缘膜的功能，因此提供一种像薄膜晶体管的电子器件，使其在低成本下具有较高的性能。
在本实施方式的电子器件中，由于本实施方式的层状结构被用于多个电极层中，因此电子器件的所有电极，像薄膜晶体管会具有较高的精度和较高的密度。
实施例1
进行了一项试验以研究低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的高度差(台阶)的值的合适范围。
在该实施例中，聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液通过旋涂被涂覆到玻璃衬底上，该溶液在侧链上具有疏水基并且其表面自由能会由于通过紫外线照射施加能量而改变。在衬底在100摄氏度的温度下在烤箱中预热之后，溶剂在180摄氏度下被去除以形成润湿性可变层。然后，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过具有一定图案的光掩膜被照射到润湿性可变层上，因此，在润湿性可变层的同一表面上形成曝光的区域和没有曝光的区域。
参照图2，该图表示在本实施方式中通过剂量为10焦耳/平方厘米的紫外线曝光的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片。
如图2所示，曝光的区域是高表面自由能区域，这些区域的厚度小于未曝光的区域(较低的表面自由能的区域)的厚度。因此，高表面自由能区域的厚度会由于曝光于紫外线下得以减小。
接下来，高表面自由能区域(被紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(未被紫外线曝光的区域)之间的厚度差，即，高表面自由能区域和低表面自由能区域之间的平均高度差，和紫外线曝光时间(紫外线曝光剂量)的相关性，是通过使用原子力显微镜予以测量的。
表1表示厚度差取决于曝光时间。
表1中总结的测量结果还包括在通过紫外线曝光的区域中的纳米银墨水的接触角。
当纳米银墨水是从喷墨器喷射到高表面自由能区域上时，测量值还可由高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的边界上的墨滴的停止状况组成。测量结果示于表1中。
表1
  紫外线剂量[焦耳/平方厘米]   纳米银墨水接触角[度]   平均高度差[纳米]   墨滴停止状况
  0   28   0   ×
  2   27   0   ×
  3   26   2.1   ×
  5   16   5.0   △
  7   6   9.5   ◎
  10   6   14.0   ◎
  20   5   31.3   ◎
  30   5   48.4   ◎
  40   5   65.4   ◎
◎：非常好，△：良好，×：差
如表1所示，当紫外线的曝光剂量增加时，高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的平均高度差也增加；因此，通过改变紫外线的曝光剂量能够实现所希望的任何高度差。
另一方面，当紫外线的曝光剂量增加时，纳米银墨水的接触角减小使得曝光于紫外线下的最初的疏水区域变为亲水的。当紫外线的曝光剂量小于5焦耳/平方厘米时，平均高度差较小，并且液滴扩散在曝光区域和没有曝光的区域之间的边线上；因此，不能清楚地区分曝光区域和没有曝光的区域。
当紫外线的曝光剂量为5焦耳/平方厘米时，在液滴掉落之后，虽然部分的液滴在边线上扩散，但是相当多的液滴停留在曝光区域中。
当紫外线的曝光剂量等于或大于7焦耳/平方厘米时，所有的液滴完全停留在曝光区域(高表面自由能区域)中，并且没有液滴扩散到未曝光的区域(低表面自由能区域)中。当紫外线的曝光剂量等于或大于7焦耳/平方厘米时，纳米银墨水的接触角为大约5度，并且膜表面变为亲水性的；因此，在液滴掉落在膜表面之后，液滴能容易地弄湿膜表面并扩散。然而，由于高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的边线上的厚度差，因此所有的液滴完全停留在曝光的区域(高表面自由能区域)中，并且没有液滴在边线上扩散。
从表1所示的测量结果看，在液滴掉落之后用于限制液滴的极限为5纳米的平均高度差。也就是说，当高表面自由能区域和低表面自由能区域之间的平均高度差等于或大于5纳米时，液滴在掉落之后会被完全限制在高表面自由能区域中。
实施例2
进行了一项试验以进一步研究低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的高度差(台阶)的值的合适范围。
在该实施例中，铝电极在整个的玻璃衬底上是通过真空蒸发予以制造的。
接下来，应用和实施例1相同的材料，所述衬底在180摄氏度的温度下在烤箱中被加热以形成400纳米的润湿性可变层。然后，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以变化的剂量照射到润湿性可变层上。
接下来，通过穿过具有直径为1毫米的孔的掩膜图案的真空蒸发将铝电极制造在曝光衬底上。然后，在该结构上施加电压以使在整个玻璃衬底范围内铝电极作为下部电极，直径为1毫米的铝电极作为上部电极以测量润湿性可变层的漏电流(即，流过润湿性可变层的厚度方向的电流)。
表2表示依赖于高表面自由能区域和低表面自由能区域之间的高度差上的润湿性可变层的漏电流的测量结果。
表2还表示相对的平均高度差，其被限定为平均高度差和400纳米膜厚度的比。
表2
  紫外线剂量[焦耳/平方厘米]   平均高度差[纳米]   漏电流   平均高度差和400纳米的膜厚度的比值[％]
  0   0   ◎   0
  紫外线剂量[焦耳/平方厘米]   平均高度差[纳米]   漏电流   平均高度差和400纳米的膜厚度的比值[％]
  2   0   ◎   0
  3   2.2   ◎   0.5
  5   5.1   ◎   1.3
  7   9.5   ◎   2.4
  10   14.2   ◎   3.5
  20   31.2   ◎   7.8
  30   48.1   △   12.0
  40   65.1   ×   16.3
◎：非常好，△：良好，×：差
如表2所示，当高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的相对平均高度差小于或等于7.8％时，漏电流和当紫外线没有照射时的漏电流大致相同。然而，当相对平均高度差超过12％时，漏电流逐渐增加，并且当相对平均高度差达到16.3％时，在测量情况下漏电流在所有的取样中非常大。
因此，从表2所示的测量结果看，发现12％的相对平均高度差是能够忍受的漏电流的上限。
实施例3
通过使用其他的材料进行了一项和实施例2中的试验相同的试验以进一步研究低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的高度差(台阶)的值的合适范围。
在该实施例中，和实施例2相同，铝电极在整个的玻璃衬底上是通过真空蒸发予以制造的。接下来，通过使用和实施例2中使用的主链分子结构(molecular frame)不同的材料，具体地说，通过旋涂将聚酰亚胺的GBL(γ-丁内酯)溶液涂覆到下面的铝膜上，其中所述聚酰亚胺的GBL(γ-丁内酯)溶液在侧链上具有烷基并且其表面自由能会由于通过紫外线照射施加能量而改变。在衬底在100摄氏度下在烤箱中被预热时，溶剂在180摄氏度下被移除以形成润湿性可变层。膜厚度为400纳米。
然后，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以变化的剂量被照射到润湿性可变层上。接下来，通过穿过具有直径为1毫米的孔的掩膜图案的真空蒸发将铝电极制造在曝光的衬底上。然后，在该结构上施加电压以使在整个玻璃衬底范围内铝电极作为下部电极，直径为1毫米的铝电极作为上部电极以测量润湿性可变层的漏电流(即，流过润湿性可变层的厚度方向的电流)。
表3表示润湿性可变层的漏电流对低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的高度差的依赖型的测量结果。
表3还表示相对的平均高度差，其被限定为平均高度差和400纳米膜厚度的比。
对比表2和表3，发现甚至当紫外线的曝光剂量相同时，平均高度差可通过改变润湿性可变层的材料的分子结构得以调节。
表3
  紫外线剂量[焦耳/平方厘米]   平均高度差[纳米]   漏电流   平均高度差和400纳米的膜厚度的比值[％]
  0   0   ◎   0
  1   8.8   ◎   2.2
  3   24.9   ◎   6.2
  6   38.0   △   9.5
  10   46.9   ×   11.7
◎：非常好，△：良好，×：差
如表3所示，当高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的相对平均高度差小于或等于6.2％时，漏电流和当紫外线没有照射时的漏电流大致相同。然而，当相对平均高度差超过9.5％时，漏电流逐渐增加，并且当相对平均高度差达到11.7％时，在测量情况下漏电流在所有的取样中非常大。
因此，从实施例2和3的测量结果看，发现，与材料无关，10％的相对平均高度差是能够忍受的漏电流的上限。
实施例4和对比例1
图6是根据本实施方式的实施例4和对比例1的有机晶体管的横截面视图。
如图6所示的有机晶体管，其是电子器件的实施例，包括膜电极21、栅电极22、第二润湿性可变层24、源-漏电极25、有机半导体层26以及第一润湿性可变层31。
在实施例4中，波长小于300纳米的紫外线(来自超高压水银灯)以剂量为10焦耳/平方厘米进行照射以在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
在对比例1中，波长小于300纳米的紫外线(来自超高压水银灯)以剂量为40焦耳/平方厘米进行照射以在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
如表2所示，随着紫外线剂量的增长，平均高度差和膜厚度的比值会增加。
在实施例4和对比例1中，通过改变紫外线的曝光剂量研究紫外线的曝光剂量对晶体管特性的影响。
在膜衬底21上，如实施例1，聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液通过旋涂被涂覆到玻璃衬底上以形成厚度为50纳米的润湿性可变层31，其在侧链上具有疏水基并且其表面自由能会由于通过紫外线照射施加能量而改变。接下来，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过光掩膜以曝光剂量为8焦耳/平方厘米照射在第一润湿性可变层31上以在第一润湿性可变层31上形成高表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，纳米银墨水被喷射到高表面自由能区域上，并且最终结构在180摄氏度下被加热以形成膜厚为50纳米的栅电极22。在栅电极22上，聚酰亚胺溶液PI100(由Maruzen Petrochemical有限公司制造)和如在实施例1中使用的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液的混合溶液通过旋涂得以涂覆并且在180摄氏度的温度下被加热以形成厚度为400纳米并且还用作栅极绝缘膜的润湿性可变层24。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以剂量为10焦耳/平方厘米(实施例4中)或40焦耳/平方厘米(在对比例1中)照射过间隔为3微米的线形图案的光掩膜以在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，纳米银墨水被喷射到高表面自由能区域上，并且最终结构在180摄氏度下被加热以形成源-漏电极25。
接下来，涂覆液，其是通过将由以下化学公式1表示的三芳胺衍生物(有机半导体材料)溶解到二甲苯和三甲苯的混合溶剂中获得的，通过喷墨被滴到沟道长度部分上，并且在温度为120摄氏度下被干燥以形成膜厚度为30纳米的有机半导体层26。
因此，制造了有机晶体管。在该有机晶体管中，第二润湿性可变层24还起到栅极绝缘膜的作用。
Figure G2008800248616D00241
在实施例4中，电极的图案特性较好。通过晶体管的特性的评估，发现在获得的有机晶体管中，导通-截止的比值Ion/Ioff，其是处于ON状态下的电流和处于OFF状态下的电流的比值，超过10000，并且场效应迁移率为4×10-3cm2/V/S。
另一方面，在对比例1中，截止电流较大，并且不会获得好的晶体管特性。估计这是因为高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的平均高度差超过第二润湿性可变层24的膜厚度的10％，第二润湿性可变层还可用作栅极绝缘膜，并且漏电流变大。
实施例5和对比例2
图7是根据本实施方式的实施例5和对比例2的有机晶体管的横截面视图。
在图7中，相同的附图标记表示和图6所示的那些是相同的元件。
如图7所示的有机晶体管中，其为电子器件的实施例，包括膜衬底21、栅电极22、绝缘层23、第二润湿性可变层24、源-漏电极25、有机半导体层26以及第一润湿性可变层31。
在实施例5中，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以剂量为8焦耳/平面厘米进行照射从而在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
在对比例2中，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以剂量为40焦耳/平面厘米进行照射从而在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
如表2所示，随着紫外线剂量的增加，平均高度差和膜厚度的比值增加。
另外，如表3所示，随着紫外线剂量的增加，漏电流增加。
在实施例5中和对比例2中，通过改变紫外线的曝光剂量研究紫外线的曝光剂量对和实施例4中以及对比例1中的那些晶体管具有不同结构的有机晶体管的晶体管特性的影响。
在膜衬底21上，如在实施例1中，聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液通过旋涂得以涂覆在衬底上并且在180摄氏度的温度下被加热以形成厚度为50纳米的第一润湿性可变层31。接下来，来自于超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过光掩膜以剂量为8焦耳/平面厘米照射到第一润湿性可变层31上以在第一润湿性可变层31上形成高表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，纳米银墨水被喷射到高表面自由能区域上，并且最终结构在180摄氏度下被加热以形成膜厚为50纳米的栅电极22。在栅电极22上，聚酰亚胺溶液PI213(由Maruzen Petrochemical有限公司制造)通过旋涂得以涂覆并且在温度为180摄氏度下被加热以形成厚度为500纳米的栅极绝缘膜23。接下来，同样地，在栅极绝缘膜23上，厚度为100纳米的第二润湿性可变层24是由实施例4中的聚酰亚胺形成的。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(来自于超高压水银灯)以剂量为8焦耳/平方厘米(实施例5中)或40焦耳/平方厘米(在对比例2中)照射过间隔为5微米的线形图案的光掩膜以在第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，纳米银墨水被喷射到高表面自由能区域上，并且最终结构在180摄氏度下被加热以形成厚度为50纳米的源-漏电极25。
接下来，按照和实施例4相同的方法，形成有机半导体层26，并且制造了有机晶体管。在这些有机晶体管中，绝缘层23和第二润湿性可变层24起到栅极绝缘膜的作用。
在实施例5中，栅电极和源-漏电极25的图案特性较好。通过晶体管的特性的评估，发现在获得的有机晶体管中，导通-截止的比值Ion/Ioff，其是处于ON状态下的电流和处于OFF状态下的电流的比值，超过10000，并且场效应迁移率为3×10-3cm2/V/S。
另一方面，在对比例1中，栅极漏电流(关闭电流)较大，导通-截止比值Ion/Ioff大约为1，场效应迁移率为10-5cm2/V/S的量级。估计这是因为高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的平均高度差超过第二润湿性可变层24的膜厚度的10％，其还可用作栅极绝缘膜，并且漏电流变大。
实施例6
图8A和图8B是根据本实施方式的实施例6的电子器件阵列的横截面视图和平面图。
在图8A和图8B中，相同的附图标记被分配给和图6和图7所示的那些附图标记相同的元件，并且省略了重叠的描述。
在图8A和图8B中，存在电子器件41，例如，有机晶体管以及源电极25a和漏电极25b。
在实施例6中，电子器件阵列包括多个电子器件41(有机晶体管)，每个电子器件都具有和实施例4中的有机晶体管相同的结构。具体地说，元件间距为127微米的200×200的有机晶体管41以二维阵列方式被布置在衬底21上。每个有机晶体管41以和实施例4中的有机晶体管相同的方式予以形成。
通过晶体管特性的评估，发现有机晶体管41的平均场效应迁移率为1.3×10-3cm2/V/S。
因此，通过将每个使用本实施方式的层状结构的多个电子器件布置在衬底上，能够简化制造工艺，并且能够获得低成本并且由每个具有高性能的薄膜晶体管形成的电子器件阵列。
实施例7
图9是根据本实施方式的实施例7的显示设备的横截面视图，其使用了如实施例6中的图8A和8B所示的电子器件阵列。
在图9中，相同的附图标记被分配给和图6、图7以及图8A和图8B所示的那些附图标记相同的元件，省略了重叠的描述。
如图9所示的显示设备包括用作相对的衬底的聚萘二甲酸乙二醇酯衬底52、用作显示元件的微囊体51、氧化钛粒子51a、油蓝色的合成异构烷油51b、ITO透明电极53以及PVA(聚乙烯醇)粘合剂54。
在实施例7中，制造了使用如图8A和8B所示的电子器件阵列的显示设备。具体地说，通过混合微胶体51获得的涂覆液，其包括氧化钛粒子51和油蓝色的合成异构烷油51b以及聚乙烯醇(PVA)的水溶液被涂覆到布置于聚萘二甲酸乙二醇酯衬底52上的ITO透明电极53上，因此形成包括微胶体51和PVA粘合剂54的层。这样获得的衬底以及如图8A和8B所示的电子器件阵列被结合在一起以使衬底21和ITO透明电极53位于外侧上。用于扫描信号的驱动器IC被连接到和栅电极22相连的总线，用于数据信号的驱动器IC被连接到和源电极25a相连的总线。
当每隔0.5秒钟切换显示的图像时，发现静止图像能得以正常地显示。
因此，通过使用包括本实施方式的层状结构的电子器件阵列，通过结合由薄膜晶体管，即，有源矩阵衬底、以及像素显示设备形成的电子器件阵列，能够获得成本低并且柔韧性优质的显示设备。
实施例8
进行了一项试验以研究沿着所述低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的边界在高表面自由能区域中的沟槽高度的合适值。
在该实施例中，聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液，其在侧链上具有疏水基并且其表面自由能会由于通过紫外线照射施加能量而改变，通过旋涂被涂覆到玻璃衬底上。在衬底在100摄氏度的温度下在烤箱中预热之后，溶剂在180摄氏度下被去除以形成润湿性可变层。然后，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过具有一定图案的光掩膜被照射到润湿性可变层上，因此，在润湿性可变层的同一表面上形成曝光的区域和没有曝光的区域。
参照图2，曝光于紫外线下的区域(高表面自由能区域)和没有曝光于紫外线下的区域(低表面自由能区域)之间的边界下陷，因此形成沟槽。如本实施方式中所述的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液通过旋涂被涂覆到铝膜上。在衬底在100摄氏度的温度下在烤箱中被预热之后，溶剂在180摄氏度下被去除以形成厚度为400纳米的润湿性可变层。
接下来，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线以变化的剂量被照射到润湿性可变层上。因此，各个曝光剂量的区域和未曝光的区域被形成在润湿性可变层的同一表面上。接下来，通过穿过具有直径为1毫米的孔的掩膜图案真空蒸发，铝电极被制造在衬底的曝光区域以及未曝光区域上。然后，电压施加在该结构上，以使整个玻璃衬底范围内的铝电极作为下部电极，直径为1毫米的铝电极作为上部电极以测量润湿性可变层的漏电流(即，流过润湿性可变层的厚度方向的电流)。另外，纳米银墨滴通过喷墨被喷射到曝光于紫外线下的区域中，还可根据高表面自由能区域(由紫外线曝光的区域)和低表面自由能区域(没有被紫外线曝光的区域)之间的边界上的墨滴的停止状况进行测量。
测量结果示于表4中。
表4表示润湿性可变层的漏电流和边界上的墨滴的停止状况的测量结果。
如表4所示，沿着低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的边界，沟槽的平均深度会随着紫外线曝光剂量增加。
另外，如表4所示，当不存在沟槽时，墨水扩散到曝光图案的端部，但是当形成沟槽时，墨水停止在曝光图案的端部；因此能形成较好的墨水图案。
当沿着低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的边界的沟槽的平均深度同润湿性可变层的厚度(400纳米)的比值小于或等于1％时，漏电流和当紫外线没有照射时的漏电流大致相同。
表4
  紫外线剂量   纳米银墨水   平均沟槽深度 漏电流   平均沟槽深度和400纳米的   墨滴停止状况
  [焦耳/平方厘米]   接触角[度]   [纳米]   膜厚度的比值[％]
  0   30   0   ◎   0   ×
  1   21   0   ◎   0   ×
  3   5   0   ◎   0   △
  5   5   3   ◎   0.8   ○
  10   5   9   ◎   2.3   ○
  50   5   18   ○   4.5   ○
  100   5   34   △   8.5   ○
  200   5   44   ×   11   ○
◎：非常好，○：良好，△：不差，×：差
然而，当沟槽的平均深度的比值超过4.5％时，漏电流逐渐增加，并且当沟槽的平均深度的比值超过8.5％时，在测量情况下漏电流在所有取样中非常大。
因此，从表4中的测量结果看，发现沟槽的平均深度相对于润湿性可变层的比值为大约10％是能够忍受的漏电流的上限。
实施例9
进行了另一试验以研究低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的高度差(台阶)的值的合适范围。
在该实施例中，以和实施例1的层状结构相同的方式制造层状结构。
表5表示边界上的墨滴的停止状况的测量结果。
如表5所示，由于沟槽沿着低表面自由能区域和高表面自由能区域之间的边界形成在高表面自由能区域中，墨滴的整个停止状况良好。然而，当平均高度差为5纳米或更大时，由于结合了沟槽效果和台阶(高度差)的效果，液滴完全停留在边界区域中。
因此，从表5所示的测量结果看，5纳米的平均高度差是用于在液滴掉落之后限制液滴的极限。也就是说，当高表面自由能和低表面自由能之间的平均高度差等于或大于5纳米时，液滴在掉落之后能够被完全地限制在高表面自由能区域中。
表5
  紫外线剂量[焦耳/平方厘米]   纳米银墨水接触角[度]   平均沟槽深度[纳米] 平均高度差[纳米] 墨滴停止状况
  0   32   0   0   ×
  1   18   0   0   △
  3   5   3   2   ○
  5   5   7   5   ◎
  10   5   12   8   ◎
  20   5   15   11   ◎
◎：非常好，○：良好，△：不差，×：差
第二实施方式
图10是根据本发明的第二实施方式的层状结构的横截面视图。
如图10所示，本实施方式的层状结构包括衬底111、润湿性可变层112、导电层113以及绝缘层114。润湿性可变层112包括高表面自由能区域112a和低表面自由能区域112b。高表面自由能区域112a和低表面自由能区域112b分别对应于本申请权利要求中的所述第二表面自由能区域和所述第一表面自由能区域。
在如图10所示的层状结构中，衬底111可以是玻璃衬底、膜衬底或者可用来形成布线、电子器件、电子器件阵列或者显示设备的其他衬底。例如，膜衬底可以是聚酰亚胺(PI)衬底、聚醚砜(PES)衬底、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底。
在如图10所示的层状结构中，润湿性可变层112形成在衬底111上，导电层113形成在润湿性可变层112上，绝缘层114形成在导电层113上。
在此，润湿性可变层112由具有临界表面张力的材料形成，其中当通过加热，或通过使用紫外线、电子束、等离子体或其他将能量施加在其上时所述临界表面张力会改变；润湿性可变层112包括具有不同临界表面张力的至少两个区域。临界表面张力还被称为“表面自由能”。在图10中，高表面自由能区域112a具有相对较高的临界表面张力(表面自由能)，低表面自由能区域112b具有相对较低的临界表面张力(表面自由能)。
虽然需要通过加热、或通过使用紫外线、电子束、等离子体或其他将能量施加在润湿性可变层112上以形成高表面自由能区域112a，但是从制造小型化图案的角度看，优选通过使用紫外线或电子束施加能量。不过，当润湿性可变层112的材料为有机体时，优选使用紫外线，因为电子束会损坏所述有机材料并且降低有机材料的绝缘特性。而且，当使用电子束时，生产量较低并且需要真空设备。相比之下，当使用紫外线时，对有机材料的损坏较小，在空气中可同时进行曝光，生产量较高；因此，能够设计希望的制造工艺。两个临近的高表面自由能区域112a之间的间隔对应于将电极分开的互联件或半导体沟道。当使用紫外线时，间隔能形成为较小，例如，在1微米到5微米的范围内。
在要布置导电层113的润湿性可变层112的表面区域上，如下所述，通过将紫外线照射在润湿性可变层112的区域112a上，被导电层112盖住的区域112a的那部分会变为高表面自由能区域112a，并且细小的凹陷形成在那部分的区域112a上，其直径为1到2微米，深度为几个纳米到几十个纳米。因为细小的凹陷形成在其上要设置导电层113的润湿性可变层112的表面区域上，由于由表面粗糙度引起的固着效果，其是半导体领域内众所周知的，因此能改进导电层113的粘着性。
通过将包括金属细小粒子的金属粒子分散液涂覆在高表面自由能区域112a上形成导电层113，其中在高表面自由能区域112a处细小的凹陷是通过暴露于紫外线下得以形成的；结果，因为固着效果，与依靠于具有凸起结构的衬底的疏水特性的构图方法相比能获得较好的粘着性。
能够改进粘着性的这些细小的凹陷以自我对准的方式得以形成并且仅形成在希望能够防止导电层113分开的区域中。因此，两个邻近的导电层113之间的润湿性可变层112的表面平整度不受影响。当两个邻近的导电层113之间的那部分润湿性可变层112当作有机半导体沟道时，由于两个邻近的导电层113之间的那部分润湿性可变层112具有较低的表面自由能、很少的被物理吸附的水、很少的极性基以及良好的表面平整度，晶体管特性的降低会很小，并且能够获得更好的设备结构。
通常，期望引起固着效果的表面处理是通过氧或氮等离子体工艺或氩溅镀得以实现的。然而，在这些工艺中，衬底的整个表面被处理。由此，当在有机半导体沟道要被形成的那部分受到相同的表面处理时，该部分的表面平整度会降低，因此晶体管特性会恶化。通过遮盖有抵抗膜或金属膜能够改变部分表面；然而，该方法包括大量的处理步骤，并且在去除抵抗膜之后，表面特性在处理中会改变，另外，构图精度降低。
在本实施方式中，避免了这些问题，并且细小的凹陷以自我对准的方式形成并且仅形成在希望能够防止膜分开的区域中。
另外，紧紧接触导电层113的润湿性可变层112的那部分表面上的凹陷被形成为以具有适合的表面粗糙度从而改进粘着性。这些表面粗糙度不会使竖直方向上的耐压性降低；这样其能用于改进对电子器件的层叠的布线、栅电极或源/漏电极的粘着性。
在如图10所示的层状结构中，润湿性可变层112可以是由多种材料形成的单层，或由单个材料形成的单层。
可选择地，润湿性可变层112可包括两个或更多层。在此情况下，例如，假定润湿性可变层12包括由第一材料形成的第一层和由第二材料形成的第二层，第一层和第二层可以被形成为以具有不同的功能。例如，从改进绝缘特性的角度看，润湿性可变层112可被形成为以使第一材料的电绝缘特性好于第二材料的电绝缘特性，通过施加像紫外线一样的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于第一材料的表面自由能的增长率。
可选择地，润湿性可变层112可以是由两种或更多材料形成的单层。假定润湿性可变层112a是由混合第一材料和第二材料形成的，通过利用第一材料和第二材料的材料特性的差别，润湿性可变层112可被形成为以在润湿性可变层112的厚度方向上具有一定的材料分布。例如，润湿性可变层112可形成为以使第一材料的电绝缘特性好于第二材料的电绝缘特性，通过施加像紫外线一样的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于第一材料的表面自由能的增长率。
构成润湿性可变层112的材料可以是有机材料或者无机材料，但是当使用适合于以低成本制造设备的印刷方法时优选有机材料。而且，为了改进绝缘特性，很少量的无机材料可以添加到有机材料中。
当润湿性可变层112形成在绝缘层上时，为了防止绝缘层受到紫外线照射的影响，优选润湿性可变层112由吸收系数大于绝缘层的绝缘材料的吸收系数的材料形成。
具有良好绝缘特性的有机材料包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、环氧树脂、硅倍半氧烷、聚乙烯基苯酚、聚碳酸酯、氟基树脂、聚对二甲苯、或聚乙烯醇缩丁醛。在此，聚乙烯基苯酚和聚乙烯醇可通过合适的交联剂得以桥接。
具有较好的绝缘特性的无机材料可包括TiO2、SiO2以及其他。
优选所述聚合物材料被用作当使用印刷方法时具有相对较大的能量施加，例如紫外线，所引起的表面自由能增长率的材料，其中印刷方法适合于低成本制造设备。另外，优选所述聚合材料在侧链上具有疏水基。由于侧链上的疏水基，当紫外线没有照射时，所述膜的表面自由能较低，在照射紫外线以施加能量之后，所述膜的表面自由能变高；因此，能够获得在紫外线照射之前的表面自由能和紫外线照射之后的表面自由能之间的较大差别，也就是说，能够增加亲水表面112a和疏水表面112b之间的差别。
在本实施方式中，由于具有可变的临界表面张力(表面自由能)的材料具有刚性结构，甚至当通过紫外线切到一定程度时，因此优选具有良好的填充能力的聚酰亚胺被引入到主链中。由此，湿气吸收不太强，并且绝缘特性良好，以使能够获得具有高可靠性的层状结构。
聚酰亚胺包括热固化的聚酰亚胺以及能够溶解到溶剂中的可溶性聚酰亚胺，其中所述热固化的聚酰亚胺是在脱水缩合反应中通过加热聚酰胺酸得以产生的。
能够溶解的聚酰亚胺膜可如下予以形成。首先溶解在溶剂中的聚酰亚胺涂覆液被涂覆，然后溶剂在相对较低的温度下，例如，小于200摄氏度下得以挥发，然后形成可溶性的聚酰亚胺膜。
关于热固化的聚酰亚胺，由于脱水缩合反应不会发生，除非温度增加到足够高用于脱水缩合反应，一般需要加热到200摄氏度或更高。
根据具体的制造工艺，可使用热固化的聚酰亚胺或者可溶性的聚酰亚胺。因为使用了聚酰亚胺，尽管湿气吸收率为大约2％，但是绝缘特性较高并且稳定，这样确保了高可靠性的绝缘特性，并且能够控制所述润湿性。
下面，参照图11和图12描述根据本实施方式的聚酰亚胺结构。
图11是示意性地图示本实施方式的通过施加能量在其表面上形成细小凹陷的聚合物材料的示意图。
图12是示意性地图示作为对比例的聚合物材料的示意图，其中所述聚合物材料通过施加能量不能在其表面上形成细小的凹陷。
在本实施方式中，聚酰亚胺和其前体，聚酰胺酸，是由包括两种或更多种材料的混合材料形成的。为了简化，下面，假定混合材料包括两种材料。
如图11所示，能够通过施加能量例如紫外线在其表面上形成细小凹陷的聚合物材料是两种聚酰亚胺的混合材料，具体地说，混合材料包括仅具有主链88b但不具有用于控制润湿性的侧链的聚酰亚胺，以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链89和主链88a的聚酰亚胺。
可选择地，通过施加能量例如紫外线能够在其表面上形成细小的凹陷的聚合物材料是两种聚酰胺酸的混合材料，具体地说，所述混合材料包括仅具有主链88b但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)，以及具有用于控制润湿性并且在施加能量之前导致表面自由能较低的侧链89和主链88a的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)。
相比之下，在如图12所示的对比例中，不能通过施加能量例如紫外线在其表面上形成细小凹陷的聚合物材料是聚酰亚胺或者聚酰胺酸，该聚酰胺酸为聚酰亚胺的前体，其具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链89和主链88。如图12所述，当聚合物材料仅包括聚酰亚胺或具有侧链89的聚酰胺酸时，以及当侧链和主链的比率较高时，不能形成质量较好的膜，由此，需要通过共聚合作用减小侧链和主链的比率。
当合成聚酰亚胺或聚酰胺酸时，当侧链以特定比率得以引入时，能够控制表面自由能，并且能够控制润湿性。通过在该混合材料中施加能量例如紫外线在表面上形成细小的凹陷的特定机理仍没有被阐明。认为是在膜形成过程中发生相分离，例如，混合材料被分成具有侧链的聚酰亚胺和没有侧链的聚酰亚胺，并且具有侧链的聚酰亚胺被形成岛状。当施加能量例如紫外线时，具有侧链并且形成岛状的聚酰亚胺被分离，结果，形成细小的凹陷。
为了引起相分离，需要增加没有侧链的聚酰亚胺或聚酰胺酸相对于具有侧链的聚酰亚胺或聚酰胺酸以重量百分比为单位的比值。另外，通过紫外线的曝光剂量能够改变细小的凹陷的密度或深度。
在图11和图12中，作为相分离容易发生的实施例，图示了图11和图12中的主链分别具有不同的结构；然而，只要发生了相分离，图11和图12中的主链会具有相同的结构(frame)。
表6表示本实施方式的聚酰亚胺A和用于对比的聚酰亚胺B的横切脱落测试以及表面粗糙度的测量结果。
通过旋涂涂覆聚酰亚胺A和聚酰亚胺B，并且聚酰亚胺A和聚酰亚胺B的整个区域被曝光同时改变紫外线的剂量；然后每个聚酰亚胺A和聚酰亚胺B的表面粗糙度得以测量。之后，通过将直径为大约30纳米的Ag粒子分散在水溶剂中得到的金属粒子分散液(纳米金属墨水)被涂覆以形成膜，然后进行横切脱落测试。
在以上测量中，旋涂在1500rpm下进行。在氮气中在温度为100摄氏度下在烤箱中预先烘干之后，在相同的氮气环境中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干；因此，每个具有厚度为100纳米的润湿性可变层分别形成在聚酰亚胺A和聚酰亚胺B上。
表6
聚酰亚胺   紫外线剂量[焦耳/平面厘米]   紫外线曝光表面Ra[纳米]   横切非脱落
  B   12   0.9   22/25
  A   3   1.2   21/25
  A   5   3.4   25/25
  A   8   6.4   25/25
  A   12   7.2   25/25
纳米金属墨水的形成条件如下。在空气气氛中在温度为100摄氏度下在烤箱中预先烘干之后，在相同的空气气氛中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干，形成没有任何图案的金属膜。
如表6所示，当紫外线照射在由聚酰亚胺A形成的润湿性可变层上以改变表面粗糙度时，改进了脱落行为。在此注意到，整个膜被曝光用于脱落行为的相对对比；在本实施方式的层状结构中，仅仅要形成导电层113的部分被暴露于紫外线下。
在本实施方式中，从绝缘特性和可靠性的角度看，优选润湿性可变层112由包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰亚胺以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰亚胺的混合材料组成。可选择地，润湿性可变层112由包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)的混合材料组成。
然而，从防止膜脱落的角度看，只要上述的岛状相分离发生，以及只要混合材料包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的材料以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的材料，构成所述层状结构并且提供润湿性控制功能的润湿性可变层还能由环氧树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯基苯酚或聚乙烯基丁缩醛形成；在这些材料的情况下，通过施加能量例如紫外线能形成同样细小的凹陷(suppressions)。
在本实施方式中，优选地，润湿性可变层112的厚度为从30纳米到3微米，更优选地，为从50纳米到1微米。当润湿性可变层112太薄时，例如，小于30纳米，润湿性可变层112的整体特性会得以降低，例如，绝缘特性、阻气能力以及抗湿性。另一方面，当润湿性可变层112的厚度大于3微米时，润湿性可变层112的表面形状会退化。
金属粒子分散液可包括银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、钯(Pd)、钨(W)、镍(Ni)、钽(Ta)、铋(Bi)、铅(Pb)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、钛(Ti)、或铝(Al)或者上述金属的合金，或者卤化银的细小粒子。优选银(Ag)和铜(Cu)，因为它们具有较低的电阻。
为了分散这些材料，构成这些细小粒子的导电材料的表面可涂覆有有机材料或导电材料。优选涂覆材料是导电的，即使当涂覆材料为绝缘材料时，通过加热能去除涂覆材料。
另外，当细小的粒子由银(Ag)和选自金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、锡(Sn)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钛(Ti)、铟(In)的一种或更多种金属的合金形成，Ag在合金中的原子浓度为80到99.9％，并且平均晶体直径为0.2到5微米，能够进一步地改进本实施方式的层状结构中的粘着性。
包括导电材料的液体通过旋涂、蘸涂、丝网印刷、胶印或者喷墨打印可被涂覆到润湿性可变层112的表面上。为了容易受到润湿性可变层112的表面自由能的影响，优选使用喷墨，因为喷墨提供了非常小的墨滴。另外，喷墨的材料使用效率比旋涂的使用效率要高很多，并且其能使工艺的成本较低。
注意到在图10中，虽然图示了绝缘层114形成在导电层113上，但是在电子器件或电子器件阵列以及使用电子器件和电子器件阵列的显示设备中，绝缘层114可被替换为半导体层。
可以使用第一实施方式中的图5A和图5B图示的设备实现紫外线的照射。省略了重叠描述。
下面，参照附图解释本实施方式的具体实施例。
实施例1
图13A到13D是示意性地图示形成根据本实施方式的层状结构的横截面视图。
首先，在侧链上具有疏水基的热固化的聚酰亚胺(聚酰亚胺A)的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被涂覆到通过湿法洗涤清洗过的玻璃衬底131上。热固化的聚酰亚胺是混合材料，该混合材料包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰胺酸。
热固化的聚酰亚胺是一种通过仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰胺酸的共聚合作用而亚胺化的聚酰亚胺材料。
在本实施例中，旋涂是在1500rpm下进行的，在氮气气氛中在温度为100摄氏度下在烤箱中预先烘干之后，在同样的氮气气氛中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干；因此，形成亚胺化的聚酰亚胺膜，获得厚度为大约100纳米的润湿性可变层132。
图13A是示意性地图示在玻璃衬底131上形成润湿性可变层132的横截面视图。
在如图13A所示的结构中，润湿性可变层132的表面具有较低的表面自由能，因为聚酰亚胺具有疏水侧链。润湿性可变层132接触导电层133，并构成布置在导电层133之下的绝缘底层。
接下来，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过具有与互连图案对应的开口的光掩膜135被照射到润湿性可变层132上，因此，在润湿性可变层132的同一表面上形成被紫外线曝光的区域和没有被紫外线曝光的区域。
图13B是示意性地图示穿过光掩膜135使紫外线曝光在润湿性可变层132上的横截面视图。
被紫外线曝光的区域构成高表面自由能区域132a，没有被紫外线曝光的区域构成低表面自由能区域132b，该区域132b是通过具有疏水的侧链的聚酰亚胺引起的。
在该实施例中，紫外线的曝光剂量为8焦耳/平方厘米。
接下来，被紫外线曝光的润湿性可变层132的表面是通过一种Olympus纳米搜索的显微镜LEXT OLS3500进行观察的。
图14表示本实施例中由聚酰亚胺A形成的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片。
如图14所示，在高表面自由能区域132a上，其通过紫外线得以曝光，形成大量凹陷，每个凹陷直径为1到2微米，深度为几个纳米到十几个纳米。细小的凹陷的密度和深度可通过紫外线的剂量得以改变。在本实施例中，曝光于紫外线下的高表面自由能区域132a的算术平均表面粗糙度Ra大约为6.4纳米。认为由于大量的细小凹陷粘着度得以提高。
在此注意到，在液晶显示器或PDP制造中使用的照相平版印制设备可用来进行照相平版印制的接触印刷或者接近平版印刷。在照相平版印制的接触印刷中，图案的清晰度较高；然而，由于膜表面非常靠近，因此在一定量的制造周期之后，需要清洗光掩膜。另一方面，在接近平版印刷中，由于在光掩膜和润湿性可变层132之间形成间隙，虽然图案清晰度或多或少相对较低，但是如在照相平版印制的接触印刷中的光掩膜污染不会发生。因此，优选接近平版印刷。在此，例如，光掩膜具有80微米的互连宽度，并且互连件之间的空间为40微米。
接下来，金属粒子分散液(纳米金属墨水)，其是通过将直径为大约30纳米的Ag粒子分散到水溶剂中得以获得的，是通过喷墨被选择性地喷射到高表面自由能区域132a上。
当使用喷墨时，能够将由相对昂贵的Ag粒子选择性地涂覆在要形成导电层133的高表面自由能区域132a的区域上；与旋涂和蚀刻相比，材料利用较高，并且能够简化制造工艺并且减小了层状结构的制造成本。也就是说，喷墨适合于以较低的成本制造层状结构。
另外，由于使用了含水的金属粒子分散液，因此金属粒子分散液滴会在整个的高表面自由能区域132a的范围内扩散；因此，不论喷墨滴的尺寸如何都能够形成细小的图案。
另外，由于导电层133没有形成在疏水区域上，因此构成底层的润湿性可变层132和导电层133之间的粘着性相对较好；而且，由于许多的细小凹陷被选择性地形成在要形成导电层133的高表面自由能区域132a的区域中，进一步改进了粘着性。
接下来，在空气气氛中在温度为100摄氏度下在烤箱中进行预先烘干，并且在同样的空气气氛中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干；因此。形成了导电层133，该导电层具有80微米的互连宽度，互连件之间的空间为40微米，以及厚度为150纳米。
图13C是示意性地图示将导电层133形成在润湿性可变层132的高表面自由能区域132a上的横截面视图。
如图13c所示，导电层133的表面平坦且光滑，也就是说，导电层133的表面的形成不受到在为底层的润湿性可变层132上形成的许多细小凹陷的影响。带测试的测量结果显示出导电层133的脱落没有被观察到。
接下来，为了维持导电层133的绝缘特性，环氧树脂绝缘层134通过旋涂形成在导电层133上。
图13D是示意性地图示将绝缘层134形成在导电层133上的横截面视图。
根据该实施例，润湿性可变层132、导电层133以及绝缘层134能通过印制，例如旋涂和喷墨得以形成，以使能够制造低成本的层状结构。
另外，通过曝光于紫外线下，由于大量的凹陷被形成在底下的润湿性可变层132的高表面自由能区域(第二表面自由能区域)132a的一部分上，其中该部分曝光于紫外线下并且在其上要布置导电层133，因此能够通过简单的制造工艺以低成本制造层状结构，其在由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层133和布置在导电层133之下的底层的润湿性可变层132的高表面自由能区域(第二表面自由能区域)132a之间具有较高的粘着性。
另外，由于底层是下面的润湿性可变层132，该润湿性可变层132具有通过施加能量由低表面自由能区域(第一表面自由能区域)132b转化成的高表面自由能区域(第二表面自由能区域)132a，并且导电层133形成在润湿性可变层132的高表面自由能区域132a，导电层133和底下的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a之间的粘着性得以改进，并且能够形成细小的图案。
另外，由于润湿性可变层112由混合材料形成，其中所述混合材料包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰亚胺，以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰亚胺，或者可选择地，润湿性可变层112由混合材料形成，其中所述混合材料包括仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)，以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰胺酸(聚酰亚胺的前体)，因此通过控制润湿性，能够获得具有较高的绝缘特性和可靠性的层状结构。
而且，本实施方式的制造层状结构的方法包括通过改变润湿性可变层132的临界表面张力(表面自由能)形成高表面自由能区域132a和低表面自由能区域132b的步骤，以及通过将包括金属粒子的金属粒子分散液施加到高表面自由能区域132a上而在润湿性可变层132的高表面自由能区域132a上形成导电层133的步骤。大量细小的凹陷形成在要形成导电层133的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a上，由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层133和布置在该导电层133之下的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a之间的粘着性得到进一步地提高，并且能够制造具有细小图案的层状结构。
由于通过曝光于紫外线下，细小的凹陷被形成在要形成导电层133的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a上，因此能够以低成本和高生产量制造层状结构，其中由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层133和布置在该导电层133之下的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a之间的粘着性得到进一步地提高，并且能形成精细的图案。
由于通过喷墨施加包括金属粒子的金属粒子分散液，因此能够通过低成本的制造工艺以较高的材料利用率制造层状结构，其中由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层133和布置在该导电层133之下的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a之间的粘着性得到进一步地提高，并且能形成精细的图案。
由于细小的凹陷是通过曝光于紫外线下得以形成的，因此能够制造具有较高可靠性和低成本的层状结构。
对比例1
图15表示本对比例中由聚酰亚胺B形成的润湿性可变层的表面的原子力显微镜照片。
在本对比例中，可溶性的聚酰亚胺(聚酰亚胺B)是一种聚酰亚胺材料，该聚酰亚胺材料通过仅具有主链但没有用于控制润湿性的侧链的聚酰胺酸以及具有用于控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低的侧链和主链的聚酰胺酸的共聚合作用而被亚胺化。
首先，具有不同结构的侧链的聚酰亚胺(聚酰亚胺B)的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被涂覆到通过湿法洗涤清洗过的玻璃衬底131上，如实施例1。
在本对比例中，旋涂在1500rpm下进行。在氮气气氛中在温度为100摄氏度下在烤箱中预先烘干之后，在相同的氮气气氛中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干；因此，去除了可溶性的聚酰亚胺材料的溶剂，并且形成了聚酰亚胺膜，获得厚度为大约100纳米的润湿性可变层132。
接下来，来自超高压水银灯的波长小于300纳米的紫外线穿过具有与互连图案对应的开口的光掩膜135被照射到润湿性可变层132上，因此，在润湿性可变层132的同一表面上形成被紫外线曝光的区域和没有被紫外线曝光的区域。在该对比例中，紫外线的曝光剂量为12焦耳/平方厘米。
在本对比例中，不同于实施例1，曝光于紫外线下的高表面自由能区域132a的算术平均的表面粗糙度Ra为0.9纳米，其非常小，即，高表面自由能区域132a是非常光滑的膜。
接下来，与实施例1相同，通过分散Ag粒子而获得的金属粒子分散液(纳米金属墨水)通过喷墨被选择性地喷射到高表面自由能区域132a上。
接下来，在空气气氛中在温度为100摄氏度下在烤箱中进行预先烘干，在同样的空气气氛中在温度为200摄氏度下在烤箱中进行一个小时的后烘干；因此。形成了导电层133，该导电层具有80微米的互连宽度，互连件之间的空间为40微米，以及厚度为150纳米。
带测试的测量结果显示出在润湿性可变层132上形成的导电层133部分的脱落被观察到。
可以预计在曝光于紫外线下的过程中，大量凹陷没有形成在底下的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a的部分上，并且没有确保由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层133以及布置在导电层133之下的底部的润湿性可变层132的高表面自由能区域132a之间具有足够的粘着性。
实施例2
图16是图示根据本实施方式的实施例2形成层状结构的横截面视图。
图16所示的层状结构包括玻璃衬底151、第一润湿性可变层152、第一导电层153、第一绝缘层154、第二润湿性可变层155、第二导电层156以及第二绝缘层157。
第一润湿性可变层152包括高表面自由能区域152a和低表面自由能区域152b。第二润湿性可变层155包括高表面自由能区域155a(第二表面自由能区域)和低表面自由能区域155b(第一表面自由能区域)。
下面，描述制造图16所示的层状结构的工艺。
首先，如实施例1中使用的，在侧链上具有疏水基的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被施加到玻璃衬底131上以形成厚度为50纳米的第一润湿性可变层152。
接下来，波长小于300纳米的紫外线从超高压水银灯穿过光掩膜以曝光剂量为8焦耳/平方厘米被照射在第一润湿性可变层152上，因此在第一润湿性可变层152上形成高表面自由能区域152a。
接下来，包括Ag粒子的金属粒子分散液通过喷墨被喷射在高表面自由能区域152a上，并且因此获得的结构在温度为200摄氏度下被加热以形成具有电极宽度为80微米、厚度为100纳米的第一导电层153。
接下来，如在实施例1中，环氧树脂通过旋涂被涂覆以在第一导电层153上形成绝缘层154。
接下来，在侧链上具有疏水基的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被施加到绝缘层154上以形成厚度为50纳米的第二润湿性可变层155。
接下来，波长小于300纳米的紫外线从超高压水银灯穿过光掩膜以曝光剂量为8焦耳/平方厘米被照射在第二润湿性可变层155上，因此在第二润湿性可变层155上形成高表面自由能区域155a。
接下来，包括Ag粒子的金属粒子分散液通过喷墨被喷射在高表面自由能区域155a上，并且因此获得的结构在温度为200摄氏度下被加热以形成具有电极宽度为100微米、厚度为100纳米的第二导电层156。
接下来，为了保持第二导电层156的绝缘特性，环氧树脂通过旋涂被涂覆以在第二导电层156上形成绝缘层157。
根据该实施例，由于第一润湿性可变层152、第一导电层153、第一绝缘层154、第二润湿性可变层155、第二导电层156以及第二绝缘层157是通过印刷例如旋涂和喷墨得以形成的，因此能够制造低成本的层状结构。
另外，由于大量的凹陷通过暴露于紫外线下被可选择性地形成在要布置导电层的底下的润湿性可变层的高表面自由能区域的那部分上，因此能够制造一种层状结构，该层状结构包括多个由含有金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层且在其间堆叠有绝缘膜，并且在导电层和底下的润湿性可变层的高表面自由能区域之间具有较高的粘着性。
实施例3
本实施方式的实施例3与有机晶体管有关。
本实施例的有机晶体管和图6所示的基本相同。在此，主要地，描述了图6中的有机晶体管的粘着性状况和制造工艺。
如图6所示的有机晶体管，其是电子器件的实施例，包括膜衬底21、栅电极22、还用作栅极绝缘膜的第二润湿性可变层24、源-漏电极25、有机半导体层26以及第一润湿性可变层31。
下面，描述根据本实施例制造如图6所示的有机晶体管的工艺。
首先，如实施例1中使用的，在侧链上具有疏水基的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被涂覆到膜衬底21上以形成厚度为50纳米并且用作底层的第一润湿性可变层31。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(从超高压水银灯)以曝光剂量为8焦耳/平方厘米被照射以在第一润湿性可变层31上形成高表面自由能区域。如在实施例1和实施例2中，被紫外线曝光的区域构成高表面自由能区域，并且没有被紫外线曝光的区域构成低表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，包括Ag粒子的金属粒子分散液被喷射在高表面自由能区域上，并且最终的结构在温度为180摄氏度下被加热以形成具有电极宽度为50微米、厚度为100纳米的栅电极22。在栅电极22上，聚酰亚胺溶液PI100(由Maruzen Petrochemical有限公司制造)和如在实施例1中使用的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液的混合溶液通过旋涂得以涂覆并且在180摄氏度的温度下被加热以形成厚度为400纳米并且还用作栅极绝缘膜的第二润湿性可变层24。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(从超高压水银灯)穿过具有间隔为5微米的线形图案的光掩膜以曝光剂量为10焦耳/平方厘米被照射以在底下的第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。如在实施例1和实施例2中，被紫外线曝光的区域构成高表面自由能区域，并且没有被紫外线曝光的区域构成低表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，包括Ag粒子的金属粒子分散液被喷射在高表面自由能区域上，并且最终的结构在温度为180摄氏度下被加热以形成厚度为100纳米的源-漏电极25。
接下来，通过将由上述化学公式1表示的三芳胺衍生物(有机半导体材料)溶解到二甲苯和三甲苯的混合溶剂中获得的涂覆液通过喷墨被滴到沟道长度部分上，并且在温度为120摄氏度下被干燥以形成膜厚度为30纳米的有机半导体层26。
这样，制造了如图6所示的有机晶体管。在该有机晶体管中，底下的第二润湿性可变层24还用作栅极绝缘膜。
通过晶体管的特性的评估，发现电极的图案性能较好，导通-截止的比值Ion/Ioft，其是处于ON状态下的电流和处于OFF状态下的电流的比值，超过10000，并且场效应迁移率为4×10-3cm2/V/S。
另外，栅电极22和源-漏电极25之间的粘着性较好。因此，具有细小的互连件的电子器件是通过低成本的印刷技术获得的。
另外，由于细小的凹陷仅能形成在要形成栅电极22和源-漏电极25的表面上，要形成有机半导体层26的那部分是光滑的。结果，电导率没有受到不利的影响，期望当使用晶体状的有机半导体层时能改进晶体特性。
在该实施例中，虽然使用了聚合物材料，因为沟道界面具有较低的表面自由能，因此期望能获得良好的特性。
在上面中，描述了半导体层26是由上述化学公式1表示的聚合物有机半导体材料形成，但是半导体层26可以由无机半导体例如CdSe、CdTe或Si形成，或者由有机半导体例如有机低分子的如并五苯、蒽、并四苯或者酞菁、基于聚乙炔的导电聚合物、基于聚亚苯基的导电聚合物例如聚对亚苯及其衍生物、聚对苯撑乙烯及其衍生物、异环导电聚合物如聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚呋喃及其衍生物，或者离子导电聚合物如聚苯胺及其衍生物形成。特别地，优选半导体层26由适合于具有低成本的印刷工艺的有机半导体形成。
根据本实施例，能够获得一种层状结构，该层状结构在导电层和底下的润湿性可变层之间具有改进的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案。另外，因为提供了导电体层和绝缘层，因此能够获得具有高可靠性的电子器件。
另外，因为有机半导体材料被用作所述半导体层，由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层具有较高的粘着性，因此能够获得一种允许以低成本形成精细的图案的层状结构，并且能够低成本地使用层状结构制造电子器件。
而且，因为第二润湿性可变层还用作栅极绝缘膜，因此能够获得一种层状结构，该层状结构改进了导电层和底下的润湿性可变层之间的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案，并且能够使用低成本的层状结构制造电子器件。
而且，一种制造本实施例的半导体设备的方法包括形成栅电极的步骤、形成栅极绝缘膜的步骤、形成源-漏电极的步骤以及形成半导体层的步骤、当形成一个或更多的上述电极时通过改变润湿性可变层的临界表面张力(表面自由能)形成高表面自由能区域和低表面自由能区域的步骤，以及通过将包括金属粒子的金属粒子分散液施加到润湿性可变层的高表面自由能区域上而在润湿性可变层的高表面自由能区域上形成导电层的步骤。大量细小的凹陷被选择性地形成在润湿性可变层的高表面自由能区域上以在润湿性可变层上形成导电层。根据该方法，由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层和布置在该导电层之下的底下的润湿性可变层的高表面自由能区域之间的粘着性得到进一步地改进，并且能够低成本和高可靠性地制造电子器件。
由于细小的凹陷是通过暴露于紫外线下得以形成的，因此能够制造具有较高可靠性和低成本的电子器件。
实施例4
本实施方式的实施例4与有机晶体管有关。
本实施例的有机晶体管和图7所示的基本相同。在此，主要地，描述了图7中的有机晶体管的粘着性状况和制造工艺。
如图7所示的有机晶体管，其是电子器件的实施例，包括膜衬底21、栅电极22、绝缘层23、第二润湿性可变层24、源-漏电极25、有机半导体层26以及第一润湿性可变层31。
下面，描述根据本实施例制造如图7所示的有机晶体管的工艺。
首先，如实施例1中使用的，在侧链上具有疏水基的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)的溶液，通过旋涂被施加到膜衬底21上以形成厚度为50纳米并且用作底层的第一润湿性可变层31。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(从超高压水银灯)以曝光剂量为8焦耳/平方厘米被照射以在第一润湿性可变层31上形成高表面自由能区域。如在实施例1和实施例2中，被紫外线曝光的区域构成高表面自由能区域，并且没有被紫外线曝光的区域构成低表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，包括Ag粒子的金属粒子分散液被喷射在高表面自由能区域上，并且最终的结构在温度为180摄氏度下被加热以形成具有电极宽度为50微米、厚度为100纳米的栅电极22。在栅电极22上，聚酰亚胺溶液PI213B(由Maruzen Petrochemical有限公司制造)和如在实施例1中使用的聚酰亚胺的NMP(N-甲基2-四氢吡咯酮)溶液的混合溶液通过旋涂得以涂覆并且在180摄氏度的温度下被加热以形成厚度为500纳米的栅极绝缘膜23。
接下来，同样地，在栅极绝缘膜23上，厚度为50纳米的第二润湿性可变层24由聚酰亚胺形成，如在实施例3中的。
接下来，波长小于300纳米的紫外线(从超高压水银灯)穿过具有间隔为5微米的线形图案的光掩膜以曝光剂量为10焦耳/平方厘米被照射以在底下的第二润湿性可变层24上形成高表面自由能区域。如在实施例1到实施例3中，被紫外线曝光的区域构成高表面自由能区域，并且没有被紫外线曝光的区域构成低表面自由能区域。
接下来，通过喷墨，包括Ag粒子的金属粒子分散液被喷射在高表面自由能区域上，并且最终的结构在温度为180摄氏度下被加热以形成厚度为100纳米的源-漏电极25。
接下来，以和实施例4中相同的方式，形成有机半导体层26，并且制造了本实施例的有机晶体管。在该有机晶体管中，绝缘层23和第二润湿性可变层24起到栅极绝缘膜的作用。
通过晶体管特性的评估，发现栅电极22和源-漏电极25的构图性能较好，导通-截止的比率Ion/Ioff，其是处于ON状态下的电流和处于OFF状态下的电流的比率，超过10000，并且场效应迁移率为3×10-3cm2/V/S。
根据本实施例，能够获得一种层状结构，该层状结构改进了导电层和底下的润湿性可变层之间的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案。另外，因为提供了半导体层和绝缘层，因此能够以低成本制造具有较高可靠性的电子器件。
另外，因为有机半导体材料被用作所述半导体层，由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层具有较高的粘着性，因此能够获得一种允许以低成本形成精细的图案的层状结构，并且能够低成本地使用层状结构制造电子器件。
而且，因为第二润湿性可变层还用作栅极绝缘膜，因此能够获得一种层状结构，该层状结构改进了导电层和底下的润湿性可变层之间的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案，并且能够低成本地使用层状结构制造电子器件。
因为绝缘层和第二润湿性可变层被布置在如图7所示的那些位置，因此容易功能性地设计绝缘特性和润湿性控制，并且能够实现更高的性能。
而且，一种制造本实施例的半导体设备的方法包括形成栅电极的步骤、形成栅极绝缘膜的步骤、形成源-漏电极的步骤以及形成半导体层的步骤、当形成一个或更多的上述电极时通过改变润湿性可变层的临界表面张力(表面自由能)形成高表面自由能区域和低表面自由能区域的步骤，以及通过将包括金属粒子的金属粒子分散液施加到高表面自由能区域上在润湿性可变层的高表面自由能区域上形成导电层的步骤。大量细小的凹陷被选择性地形成在润湿性可变层的高表面自由能区域上以在润湿性可变层上形成导电层。根据该方法，由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层和布置在该导电层之下的底下的润湿性可变层的高表面自由能区域之间的粘着性得到进一步地改进，并且能够制造低成本和高可靠性的电子器件。
由于细小的凹陷是通过暴露于紫外线下得以形成的，因此能够制造具有较高可靠性和低成本的电子器件。
实施例5
本实施方式的实施例5与电子器件阵列有关。
本实施例的电子器件阵列和图8A以及图8B所示的基本相同。在此，主要地，描述了图8A和图8B中的电子器件阵列中的有机晶体管的粘着性状况和制造工艺。
该实施例的电子器件阵列包括多个电子器件41(有机晶体管)，每个电子器件41具有和实施例3中的有机晶体管的结构相同。具体地说，元件间隔为127微米的200×200有机晶体管41以二维阵列被布置在衬底21上。每个有机晶体管41以和实施例3中相同的方式得以形成。
通过晶体管的特性的评估，发现有机晶体管41的场效应迁移率为1.3×10-3cm2/V/S。
因为导电层是由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的，并且大量的细小的凹陷被可选择地形成在底下的润湿性可变层的区域中，因此改进了粘着性，导电层的脱落很难发生，并且能够形成高可靠性且低成本的电子器件。
根据本实施例，能够获得一种层状结构，该层状结构改进了导电层和底下的润湿性可变层之间的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案，并且使用该层状结构获得了一种电子器件；通过将多个该电子器件布置在衬底上，能够以低成本制造具有高可靠性的电子器件阵列。
实施例6
本实施方式的实施例6与显示设备有关。
本实施例的显示设备和图9所示的基本相同。在此，主要地，描述了图9中的显示设备中的有机晶体管的粘着性状况和制造工艺。
图9所示的显示设备包括用作相对的衬底的聚萘二甲酸乙二醇酯衬底52、用作显示元件的微囊体51、氧化钛粒子51a、油蓝色的合成异构烷油51b、ITO透明电极53以及PVA(聚乙烯醇)粘合剂54。
使用如图8A和8B所示的电子器件阵列的显示设备被如下制造。具体地说，通过混合包括氧化钛粒子51a和油蓝色的合成异构烷油51b的微囊体51和聚乙烯醇(PVA)的水溶液获得的涂覆液被涂覆在ITO透明电极53，该ITO透明电极53布置于聚萘二甲酸乙二醇酯衬底52上，因此形成包括微囊体51和PVA粘合剂54的层。这样获得的衬底和如图8A和8B所示的电子器件阵列被结合在一起以使衬底21和ITO透明电极53在外侧上。用于扫描信号的驱动器IC被连接到与栅电极22相连的总线，用于数据信号的驱动器IC被连接到与源电极25a相连的总线。
当每隔0.5秒钟切换显示的图像时，发现静止图像能得以正常地显示。
根据本实施例，能够获得一种层状结构，该层状结构改进了由包括金属粒子的金属粒子分散液形成的导电层和要形成导电层以及可选择性地形成大量细小凹陷的底下的润湿性可变层的高表面自由能区域之间的粘着性，并且允许以低成本形成精细的图案，以及获得一种使用该层状结构的电子器件；通过将多个该电子器件布置在衬底上，能够以低成本制造一种电子器件阵列，使用该电子器件阵列，能够以低成本获得具有高可靠性的显示设备。
尽管参照为了图示而选择的具体实施方式描述了本发明，但是显然本发明不限于这些实施方式，在不背离本发明的基本构思和范围的情况下，本领域内的技术人员可对其进行许多改变。
该专利申请是基于2007年7月18日提交的专利号为2007-187629、2007年7月18日提交的专利号为2007-187630以及2007年7月18日提交的专利号为2007-187631的日本在前专利申请，其整个内容以引用的方式被并入于此。

Claims (20)

1.一种层状结构，包括：
润湿性可变层，该润湿性可变层包括
具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及
具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，该第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能被形成为高于所述第一表面自由能区域的表面自由能；以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
2.如权利要求1中所述的层状结构，该层状结构包括：
润湿性可变层，该润湿性可变层包括
具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及
具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能被形成为高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，所述第二表面自由能区域具有沿着所述第一表面自由能区域和所述第二表面自由能区域之间的边界的沟槽；以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
3.如权利要求1中所述的层状结构，该层状结构包括：
润湿性可变层，该润湿性可变层包括
第一表面自由能区域，以及
第二表面自由能区域，该第二表面自由能区域具有通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上被形成为高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，其中多个凹陷形成在所述第二表面自由能区域的表面上；以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
4.如权利要求2中所述的层状结构，其中所述第二表面自由能区域的第二膜厚度和所述第一表面自由能区域的第一膜厚度之差大于或等于5纳米，并且小于或等于所述第一膜厚度的10％。
5.如权利要求2中所述的层状结构，其中
润湿性可变层包括第一材料和第二材料，
所述第一材料的电绝缘特性好于所述第二材料的电绝缘特性，以及
通过施加预定量的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于通过施加预定量的能量引起的第一材料的表面自由能的增长率。
6.如权利要求5中所述的层状结构，其中所述第二材料由在侧链上具有疏水基的聚合物形成。
7.如权利要求6中所述的层状结构，其中所述聚合物包括聚酰亚胺。
8.如权利要求7中所述的层状结构，其中
润湿性可变层由混合材料形成，该混合材料包括：
具有主链和侧链的聚酰亚胺，所述侧链控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低；以及
仅具有主链的聚酰亚胺。
9.如权利要求7中所述的层状结构，其中
润湿性可变层由混合材料形成，该混合材料包括：
为具有主链和侧链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸，所述侧链控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低；以及
为仅具有主链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸。
10.如权利要求3中所述的层状结构，其中所述第二表面自由能区域的第二膜厚度和所述第一表面自由能区域的第一膜厚度之差大于或等于5纳米，并且小于或等于所述第一膜厚度的10％。
11.如权利要求3中所述的层状结构，其中
润湿性可变层包括第一材料和第二材料，
所述第一材料的电绝缘特性好于所述第二材料的电绝缘特性，以及
通过施加预定量的能量引起的第二材料的表面自由能的增长率大于通过施加预定量的能量引起的第一材料的表面自由能的增长率。
12.如权利要求11中所述的层状结构，其中所述第二材料由在侧链上具有疏水基的聚合物形成。
13.如权利要求12中所述的层状结构，其中所述聚合物包括聚酰亚胺。
14.如权利要求13中所述的层状结构，其中
润湿性可变层由混合材料形成，该混合材料包括：
具有主链和侧链的聚酰亚胺，所述侧链控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低；以及
仅具有主链的聚酰亚胺。
15.如权利要求13中所述的层状结构，其中
润湿性可变层由混合材料形成，该混合材料包括：
为具有主链和侧链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸，所述侧链控制润湿性并且导致在施加能量之前表面自由能较低；以及
为仅具有主链的聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸。
16.一种电子器件，其包含：
衬底；
电极；
半导体层；以及
绝缘层，
其中所述电极、所述半导体层以及所述绝缘层形成在所述衬底上，以及
所述电极包括一种层状结构，该层状结构具有
润湿性可变层，该润湿性可变层包括具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，所述第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能被形成为高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
17.如权利要求16中所述的电子器件，其中多个所述层状结构被堆叠且所述绝缘层位于它们之间。
18.如权利要求16中所述的电子器件，其中所述每个层状结构的润湿性可变层起到所述绝缘层的作用。
19.如权利要求16中所述的电子器件，其中
多个所述电子器件被布置在所述衬底上。
20.一种显示设备，其包含：
衬底；
具有布置在所述衬底上的多个电子器件的电子器件阵列；
相对的衬底；以及
显示单元；
其中，每个所述电子器件包括：
电极，
半导体层；以及
绝缘层，
其中所述电极、所述半导体层以及所述绝缘层形成在所述衬底上，以及
所述电极包括一种层状结构，该层状结构具有
润湿性可变层，该润湿性可变层包括具有第一膜厚度的第一表面自由能区域，以及具有第二膜厚度的第二表面自由能区域，所述第二膜厚度小于所述第一膜厚度，并且通过将预定量的能量施加在所述第二表面自由能区域上，所述第二表面自由能区域的表面自由能被形成为高于所述第一表面自由能区域的表面自由能，以及
形成在所述润湿性可变层的第二表面自由能区域上的导电层。
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