CN101911329A - 有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜晶体管及其制造方法，包括：源电极(2)和漏电极(4)及布置在其之间的沟道区中的有机半导体材料(8)，其中，源电极和漏电极具有设置在其上面的薄自组装材料层(14)，该薄自组装材料层(14)包括用于通过接受电子在化学上对有机半导体材料进行掺杂的掺杂剂部分，该掺杂剂部分具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极至少0.3eV的氧化还原电位。

Description

有机薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本发明的方面涉及有机薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
晶体管可以分成两种主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型共用相同的结构，该结构包括三个电极，其中在其之间的沟道区中设置有半导体材料。双极结晶体管的三个电极称为发射极、集电极和基极，而在场效应晶体管中，将三个电极称为源极、漏极和栅极。可以将双极结晶体管描述为电流操作器件，因为由在基极与发射极之间流动的电流来控制发射极与集电极之间的电流。相对照地，可以将场效应晶体管描述为电压操作器件，因为由栅极与源极之间的电压来控制在源极与漏极之间流动的电流。
还可以根据晶体管是否包括分别传导正电荷载流子(空穴)或负电荷载流子(电子)的半导体材料将其分类为P型和N型。可以根据其接受、传导、和施予电荷的能力来选择半导体材料。可以通过对材料进行掺杂来增强半导体材料接受、传导和施予空穴或电子的能力。还可以根据其接受和注入空穴或电子的能力来选择用于源电极和漏电极的材料。
例如，可以通过选择在接受、传导、和施予空穴方面高效的半导体材料，以及选择在注入和从半导体材料接受空穴方面高效的用于源电极和漏电极的材料来形成p型晶体管器件。电极中的费米能级与半导体材料的HOMO能级的良好能级匹配能够增强空穴注入和接受。相对照地，可以通过选择在接受、传导、和施予电子方面高效的半导体材料，以及选择在向半导体材料注入和从半导体材料接受电子方面高效的用于源电极和漏电极的材料来形成n型晶体管器件。电极中的费米能级与半导体材料的LUMO能级的良好能级匹配能够增强电子注入和接受。
可以通过在薄膜中沉积部件以形成薄膜晶体管来形成晶体管。当使用有机材料作为此类器件中的半导体材料时，将其称为有机薄膜晶体管。
用于有机薄膜晶体管的各种布置是已知的。一种此类器件是绝缘栅极场效应晶体管，其包括：源电极和漏电极，在之间的沟道区中设置有半导体材料；与半导体材料相邻设置的栅电极；以及设置在栅电极与沟道区中的半导体材料之间的一层绝缘材料。
此类有机薄膜晶体管的示例在图1中示出。所示的结构可以沉积在衬底1上并包括源电极和漏电极2、4，源电极和漏电极2、4被位于其之间的沟道区6间隔开。有机半导体(OSC)8被沉积在沟道区6中且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。电介质材料的绝缘层10沉积在有机半导体8上且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。最后，栅电极12沉积在绝缘层10上。栅电极12位于沟道区6之上且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。
上述结构称为顶栅有机薄膜晶体管，因为栅极位于器件的顶侧。或者，还已知在器件的底侧提供栅极以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。
此类底栅有机薄膜晶体管的示例在图2中示出。为了更清楚地示出图1和2所示的结构之间的关系，已对相应的部分使用相似的附图标记。图2所示的底栅结构包括沉积在衬底1上的栅电极12，具有沉积在其上面的电介质材料的绝缘层10。源电极和漏电极2、4被沉积在电介质材料的绝缘层10上。源电极和漏电极2、4被栅电极上的位于其之间的沟道区6间隔开。有机半导体(OSC)8被沉积在沟道区6中且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。
所有有机薄膜晶体管面临的挑战之一是保证源电极和漏电极与有机半导体(OSC)之间的良好的欧姆接触。此要求是为了使薄膜晶体管被接通时的接触电阻最小化。对于p沟道器件而言，使提取和注入障碍最小化的典型方法是选择具有与OSC的HOMO能级最佳匹配的功函数的材料用于源电极和漏电极。例如，许多常见的OSC材料具有与金的功函数匹配的良好HOMO能级，使得金成为用作源电极和漏电极材料的相对好的材料。类似地，对于n沟道器件而言，使提取和注入障碍最小化的典型方法是选择具有与OSC的LUMO能级最佳匹配的功函数的材料用于源电极和漏电极。
上述布置存在的一个问题是相对少数的材料将具有一种功函数，该功函数具有与OSC的HOMO/LUMO匹配的良好匹配的能级。许多这种材料可能是昂贵的，诸如金，和/或可能难以沉积以形成源电极和漏电极。此外，即使可获得适当的材料，其可能对于期望OSC而言也不是完美匹配的，并且OSC的变化可能要求用于源电极和漏电极的材料的变化。
一种已知解决方案是在源电极和漏电极上提供薄自组装偶极层以改善能级匹配。虽然不束缚于理论，但薄自组装偶极层可以提供使源电极/漏电极的材料的能级和/或接近源电极/漏电极的OSC的能级移位的场，以改善OSC与源极/漏极的材料之间的能级匹配。
虽然自组装偶极层的使用能够改善源极/漏极材料与OSC的能级之间的匹配，但使用这种技术只能使能级移位几十电子伏特。由此，用于源电极和漏电极的材料类型仍相对受到限制。能够将大范围的材料用于源极和漏极以便可以针对其工艺相容性来选择材料将是有利的。另一问题是如果薄自组装偶极层不仅被设置在源电极/漏电极上，而且在沟道区中，则沟道区中的OSC的性能特性可能受到不利影响。
在现有技术中已经使用多种其它方法以便改善有机薄膜晶体管性能。
US 2005/133782公开了通过使用苯并腈或如四氰基对醌二甲烷(TCNQ)的取代苯并腈来掺杂源极/漏极钯金属以便促进有机半导体与源电极/漏电极表面之间的电荷转移。与上文所讨论的仅仅使用场效应来改变OSC和/或源极和漏极的能级的偶极层相对照，苯并腈通过接受电子在化学上对OSC进行掺杂(p掺杂)。由此，增加了电极附近的OSC的导电率并将电荷转移促进至比利用上述偶极层大得多的程度。
J.Am.Chem.Soc.，2006，128，16418-16419也公开了使用Ag或Cu接点上的TCNQ来局部地掺杂并五苯OSC，提供良好的晶体管性质。
在上述现有技术中直接使用腈而未用为了附着于源极/漏极金属而特别设计的基团进行功能化。据描述，掺杂剂腈基团本身可以键合到源极/漏极钯金属且可以通过冲洗来去除未键合掺杂剂以留下附着于源极/漏极但不在沟道中的掺杂剂腈基团。
本申请人已发现通过提供键合到掺杂剂部分(dopant moiety)的附着部分来改善诸如TCNQ的掺杂剂部分到源电极/漏电极的结合是有利的。这在本申请人的较早申请GB-A-0712269.0中有所描述。GB-A-0712269.0还公开了可以使用诸如四氟-四氰基对醌二甲烷(F4-TCNQ)的TCNQ的氟化衍生物，因为本申请人发现这些掺杂剂部分由于其非常深的LUMO而特别擅长从OSC接受电子。
本发明的一些实施例的目的是提供一种改进的有机薄膜晶体管和一种改进的处理源电极/漏电极的方法，以便提供有机薄膜晶体管的源电极/漏电极与有机半导体材料之间的良好欧姆接触。
本发明的另一目的是通过溶液处理方法来提供一种形成具有良好欧姆接触的有机薄膜晶体管的方法。
发明内容
在GB-A-0712269.0所描述的其工作之后，本申请人已惊奇地发现如果使用具有很深LUMO能级的掺杂剂，诸如TCNQ的氟化衍生物而不是前述TCNQ掺杂剂，则可改善到源电极/漏电极的选择性结合，取消对单独附着部分的要求。应相信用于到源电极/漏电极的改善结合的机制与用于OSC的改善掺杂的机制相同。很低LUMO能级的掺杂剂由于其很深的LUMO而擅长从OSC接受电子，得到OSC的更好的掺杂。类似地，很低LUMO能级的掺杂剂由于其很深的LUMO而擅长从源电极/漏电极吸引电子，得到掺杂剂到源电极/漏电极的更好的键合。另外，本申请人已惊奇地发现很低LUMO能级的掺杂剂与诸如TCNQ等较高LUMO能级的掺杂剂相比改善了源电极/漏电极针对沉积在其上面的OSC溶液的润湿特性。例如，已经发现如果使用TCNQ作为源极/漏极掺杂剂，则当将OSC从溶剂中的溶液分散到表面上时，其仅仅趋向于润湿源电极/漏电极之间的区域并完全避免源极/漏极金属区域。由此，必须使用大量的OSC溶液以便获得源电极/漏电极区域的覆盖。此外，OSC趋向于在被沉积之后从电极除湿，要求有非常快的烘焙步骤以干燥OSC，以免OSC溶液在其流体状态下从电极除湿。相对照地，如果使用很低LUMO能级的掺杂剂，诸如F4-TCNQ，则OSC溶液很容易在源电极/漏电极上润湿且在沉积之后不从那里除湿。虽然不束缚于理论，但OSC的已改善润湿的原因可以是在很低LUMO能级的掺杂剂的情况下用于OSC掺杂的较强驱动力、很低LUMO能级的掺杂剂到源电极/漏电极的已改善附着力、或两者的组合。
根据上述内容，并依照本发明的第一方面，提供了一种包括源电极和漏电极及设置在它们之间的沟道区中的有机半导体材料的有机薄膜晶体管，其中，所述源电极和漏电极具有设置在其上面的薄自组装材料层，该薄自组装材料层包括用于通过接受电子在化学上对有机半导体材料进行掺杂的掺杂剂部分，该掺杂剂部分具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极(SCE)至少0.3eV的氧化还原电位。更优选地，掺杂剂部分的氧化还原电位相对于饱和甘汞电极为至少0.4，并且最优选地，掺杂剂部分的氧化还原电位相对于饱和甘汞电极为至少0.5。
在J.Am.Chem.Soc.，1976，98：13，3916-3925中给出了各种电子受体及其氧化还原电位。例如，参见此文献的表IV，其给出了相对于乙腈中的饱和甘汞电极的对于TCNQF4而言0.53的值和对于TCNQ而言仅0.17的值。虽然已发现TCNQF4作为依照本发明的源极/漏极掺杂剂是有用的，但在表IV中还公开了可能适合于用作依照本发明的实施例的掺杂剂的其它电子受体，例如TCNQ(CN)2及TCNQ的其它卤化衍生物，诸如TCNQCl2和TCNQBr2。还可以使用其它电子受体的衍生物，诸如氟化衍生物，例如蒽醌、苝酰亚胺(perylenebisimide)和四氰基蒽醌二甲烷(tetracyanoanthraquinodimethane)的氟化衍生物。用于增加掺杂剂的电子亲合性的其它吸电子取代基包括硝基(-NO2)和氰基(-CN)基团。
作为相对于在US 2005/133782中公开的TCNQ掺杂剂的改善，本发明的实施例提供的是掺杂剂具有到源电极/漏电极的更好选择性结合、OSC在源电极/漏电极上的更好可润湿性、以及由于更好的掺杂的引起的OSC的改善的电荷迁移率。
本发明允许使用大范围的材料来限定源极/漏极接点及还预期此层将提供的相关金属跟踪-特别是银、其任何合金。可以在不要求材料的功函数与特定OSC能级匹配的情况下针对其导电率和处理益处来选择材料。这将允许用更容易图案化的低成本材料来代替通常使用的诸如金(和钯)的源电极/漏电极材料。
除上述内容之外，已经发现诸如金的重金属趋向于扩散到OSC中并在有机薄膜晶体管工作期间不利地影响OSC的功能性。本发明允许选择不遭受这些不利扩散效应的源极/漏极材料。
很低LUMO能级的掺杂剂部分强有力地结合到源电极/漏电极并防止在工作中远离源极/漏极的扩散或当从诸如沟道区的其它器件区域中去除多余掺杂剂时在洗涤步骤中去除掺杂剂部分。此外，与未处理金属相比，该掺杂剂部分可以降低源电极和漏电极的有效功函数。
掺杂剂部分是用于从有机半导体材料接受电子、由此对有机半导体材料进行p掺杂的电子接受掺杂剂部分。有机半导体材料的HOMO优选地高于掺杂剂的LUMO(即较小负值)。这提供从有机半导体材料的HOMO到掺杂剂的LUMO的更好的电子转移。然而，如果有机半导体材料的HOMO仅仅略低于掺杂剂的LUMO，则仍观察到电子转移。通过使用具有很低LUMO能级的掺杂剂，同其它情况相比，可以使用具有较深HOMO能级的有机半导体材料。例如，可以使用由于其HOMO能级低于TCNQ的LUMO能级而将不会被TCNQ显著掺杂的有机半导体材料。本申请人已发现这是特别有利的，因为具有较深(较大负值)HOMO能级的有机半导体材料更稳定。由此，根据本发明的实施例，所述有机半导体材料优选地具有比TCNQ的LUMO能级深的HOMO能级，但最优选地较少地深于本发明的掺杂剂的LUMO能级。
优选地，该掺杂剂是电荷中性掺杂剂而不是诸如质子酸掺杂剂的离子物质。在电极附近提供高浓度的酸可以导致在释放电极材料的情况下进行电极蚀刻，这可能使覆盖的有机半导体材料退化。此外，酸可以与有机半导体材料相互作用，导致电荷分离，这对器件性能是不利的。由此，优选诸如取代TCNQ的电荷中性掺杂剂。
优选地，所述有机半导体材料是能溶液处理的，以便可以通过例如喷墨式印刷将其沉积。能溶液处理材料包括聚合物、树形化合物和小分子。
优选地，取代TCNQ是氟化衍生物，例如四氟-四氰基对醌二甲烷(F4-TCNQ)。已经发现此衍生物特别擅长掺杂OSC、结合到源电极/漏电极、并为OSC提供容易润湿的表面。
在电极附近，该组合物的导电率优选地在10-6S/cm至10-2S/cm范围内。然而，根据特定用途所期望的特定导电率值，可以通过改变掺杂剂的浓度或通过使用不同的有机半导体材料和/或掺杂剂来容易地改变组合物的导电率。
对于底栅器件，可以利用有机电介质材料来提供电介质层与源电极和漏电极的化学性质方面的大差异，使得促进掺杂剂部分到源电极和漏电极的选择性结合。
类似地，对于顶栅器件，可以利用有机衬底来提供电介质层及源电极和漏电极的化学性质方面的大差异，使得促进掺杂剂部分到源电极和漏电极的选择性结合。
在另一种布置中，与电介质层或衬底相对，可以处理电介质层或衬底以提高掺杂剂部分到源电极和漏电极的选择性结合。
依照本发明的第二方面，提供了一种制造如前所述的有机薄膜晶体管的方法，该方法包括：沉积源电极和漏电极；在该源电极和漏电极上形成薄自组装材料层，该薄自组装材料层包括用于通过接受电子在化学上对有机半导体材料进行掺杂的掺杂剂部分；以及在源电极与漏电极之间的沟道区中沉积有机半导体材料，其中，所述掺杂剂部分具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极(SCE)至少0.3eV的氧化还原电位。优选地从溶液沉积有机半导体材料。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出已知顶栅有机薄膜晶体管布置；
图2示出已知底栅有机薄膜晶体管布置；
图3示出根据本发明的实施例的底栅有机薄膜晶体管；
图4示出根据本发明的实施例的顶栅有机薄膜晶体管；
图5示出根据图3所示的实施例的在形成有机薄膜晶体管时涉及的方法步骤；
图6示出包括有机薄膜晶体管和有机发光器件的有源矩阵有机发光显示器的一部分；
图7示出包括有机薄膜晶体管和有机发光器件的另一有源矩阵有机发光显示器布置的一部分；
图8示出包括银源电极/漏电极的OTFT器件、包括涂敷有TCNQ的银源电极/漏电极的OTFT器件、和包括涂敷有F4TCNQ的银源电极/漏电极的OTFT器件之间的电荷迁移率的差异；以及
图9示出沉积在银表面上、涂敷有TCNQ的银表面上、和涂敷有F4TCNQ的银表面上的水滴的接触角的差异。
具体实施方式
图3示出根据本发明的实施例的底栅有机薄膜晶体管。该结构类似于图2所示的现有技术布置，为了清楚起见，已对相似的部分使用相似的附图标记。图3所示的布置之间的关键差别在于源电极和漏电极2、4具有设置在其上面的薄自组装材料层14，其包括具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极(SCE)至少0.3eV的氧化还原电位的掺杂剂部分。
图4示出根据本发明的实施例的顶栅有机薄膜晶体管。该结构类似于图1所示的现有技术布置，为了清楚起见，已对相似的部分使用相似的附图标记。同样，图4所示的布置之间的关键差别在于源电极和漏电极2、4具有设置在其上面的薄自组装材料层14，其包括具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极(SCE)至少0.3eV的氧化还原电位的掺杂剂部分。
使用其中示出示意性横截面图的图5所示的方法来形成图3所示的底栅实施方式。
1.栅极沉积和图案化12(例如ITO涂层衬底的图案化)。
2.电介质沉积和图案化10(例如可交联、可光图案化电介质)。
3.源极-漏极材料沉积和图案化2、4(例如银、光刻法)。
4.源极-漏极表面处理14。可以通过将衬底浸入自组装材料的溶液中来涂敷或通过从稀释溶液进行旋涂来涂敷表面处理基。可以通过冲洗来去除过多的(未附着)材料。疏水性有机电介质的使用允许有选择性并防止掺杂剂部分本身附着于沟道区。如果沟道区变得被掺杂，则薄膜晶体管将允许电流在晶体管处于其截止状态的情况下从源极流到漏极。【请注意，为了制造耗尽型薄膜晶体管，对于耗尽型薄膜晶体管来说施加栅极偏压以使晶体管截止，此效果是用于沟道区中的OSC的受控掺杂的理想途径。】
5.OSC的沉积8(例如通过能溶液处理聚合物的喷墨式印刷)。
6.掺杂剂分子与其进行接触的OSC相互作用16。对于具有深LUMO的受主掺杂剂，电子从OSC转移到掺杂剂，提供OSC传导的局部化区域。这改善源极和漏极接点处的电荷的注入和提取。
这种技术还与顶栅器件相容。在这种情况下，首先沉积源极-漏极层并进行图案化。然后在OSC、栅极电介质和栅极沉积之前对源极-漏极层施加表面处理。选择本身不附着于源极-漏极沟道的区域中的已暴露衬底的掺杂剂部分。
可以在特定位置上施加处理以防止掺杂剂的附着。会要求这样以便在不能直接实现选择性的情况下防止到沟道区的附着。
在需要暴露源极-漏极金属的情况下(例如为了电连接到后续导电层)，会需要去除掺杂剂层(例如通过光活性附着基的直接光图案化、激光烧蚀等)，或者可能要求先表面图案化以限定需要掺杂剂层的位置。或者，如果掺杂剂层足够薄并具有足够的导电率，则可以将掺杂剂留在原位而不妨碍导电通路形成。
下面讨论依照本发明的实施例的OTFT的其它特征。衬底
衬底可以是刚性的或柔性的。刚性衬底可以选自玻璃或硅，柔性衬底可以包括薄玻璃或塑料，诸如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)PEN、聚碳酸酯和聚酰亚胺。
可以通过使用适当的溶剂使有机半导体材料变得能溶液处理。示例性溶剂包括：单或聚烷基苯，诸如甲苯和二甲苯；四氢萘；和氯仿。优选溶液沉积技术包括旋涂和喷墨式印刷。其它溶液沉积技术包括滴涂、辊式印刷和丝网印刷。
有机半导体材料
优选的有机半导体材料包括：小分子，诸如可选取代并五苯；可选取代聚合物，诸如聚芳烃，特别是聚芴和聚噻吩；和低聚物。可以使用材料的混合物，包括不同材料类型的混合物(例如聚合物与小分子混合物)。
源电极和漏电极
对于p沟道OTFT而言，优选地，源电极和漏电极包括高功函数材料，优选地为具有大于3.5eV的功函数的金属，例如金、铂、钯、钼、钨、或铬。更优选地，所述金属具有在4.5至5.5eV范围内的功函数。还可以使用其它适当化合物、合金和氧化物，诸如三氧化钼和氧化铟锡。可以通过热蒸发来沉积源电极和漏电极并使用本领域中已知的标准光刻和剥离技术进行图案化。
或者，可以沉积导电聚合物作为源电极和漏电极。此类导电聚合物的示例是聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，虽然在本领域中已知其它导电聚合物。可以使用例如旋涂或喷墨式印刷技术及上文所讨论的其它溶液沉积技术从溶液沉积此类导电聚合物。
为了便于制造，优选地用相同的材料形成源电极和漏电极。然而，应认识到源电极和漏电极可以由不同的材料制成以便分别使电荷注入和提取最优化。
源电极与漏电极之间限定的沟道长度可以达到500微米，但优选地，该长度小于200微米，更优选地小于100微米，最优选地小于20微米。
栅电极
栅电极可以选自大范围的导电材料，例如金属(例如金)或金属化合物(例如氧化铟锡)。或者，可以沉积导电聚合物作为栅电极。可以使用例如旋涂或喷墨式印刷技术及上文所讨论的其它溶液沉积技术从溶液沉积此类导电聚合物。
例如，栅电极、源电极和漏电极的厚度可以在原子力显微镜(AFM)所测量的5～200nm的范围内，虽然通常为50nm。
绝缘层(栅极电介质)
绝缘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通常约为2～3，虽然期望有具有高k值的材料，因为对于OTFT而言可实现的电容与k成正比，并且漏极电流ID与电容成正比。因此，为了实现具有低工作电压的高漏极电流，优选在沟道区中具有薄电介质层的OTFT。
电介质材料可以是有机的或无机的。优选无机材料包括SiO2、SiNx和旋涂玻璃(SOG)。优选有机材料通常是聚合物且包括绝缘聚合物，诸如可从Dow Corning获得的聚乙烯醇(PVA)、聚维酮(PVP)、诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸酯和苯并环丁烯(BCB)。绝缘层可以由材料的混合物形成或包括多层结构。
可以通过本领域中已知的热蒸发、真空处理或层压技术来沉积电介质材料。或者，可以使用例如旋涂或喷墨式印刷技术及上文所讨论的其它溶液沉积技术从溶液沉积电介质材料。
如果将电介质材料从溶液沉积到有机半导体上，则不应导致有机半导体的溶解。同样地，如果将有机半导体从溶液沉积到电介质材料上，则电介质材料不应被溶解。避免此类溶解的技术包括：正交溶剂的使用，即，将不使底层溶解的溶剂用于沉积最上层；以及底层的交联。
绝缘层的厚度优选地小于2微米，更优选地小于500nm。
其它层
在器件架构中可以包括其它层。例如，在需要时，可以在栅电极、源电极或漏电极、衬底、绝缘层和有机半导体材料上沉积自组装单层(SAM)以促进可结晶性、减小接触电阻、修复表面特性并促进粘附。特别地，可以为沟道区中的电介质表面提供包括结合区和有机区的单层以便例如通过改善有机半导体的形态学(特别是聚合物配向和结晶度)并覆盖电荷陷阱来改善器件性能，特别是对于高k电介质表面而言。用于此类单层的示例性材料包括具有长烷基链的氯基或烷氧基硅烷，例如三氯十八烷基硅烷。
OTFT应用
根据本发明的实施例的OTFT具有广泛的可能应用范围。一种此类应用是驱动光学器件、优选地有机光学器件中的像素。此类光学器件的示例包括：光敏器件，特别是光探测器；和发光器件，特别是有机发光器件。OTFT特别适合用于有源矩阵有机发光器件，例如供在显示器应用中使用。
图6示出包括在公共衬底21上制造的有机薄膜晶体管和相邻有机发光器件的像素。OTFT包括栅电极22、电介质层24、源电极和漏电极23s和23d、和OSC层25。OLED包括阳极27、阴极29和设置在阳极与阴极之间的电致发光层28。其它层可以位于阳极与阴极之间，诸如电荷输运层、电荷注入层或电荷阻挡层。在图6的实施例中，阴极材料层跨越OTFT和OLED两者延伸，并提供绝缘层26以使阴极层29与OSC层25电隔离。由通过在衬底21上沉积一层光致抗蚀剂并对其进行图案化以在衬底上限定OTFT区域和OLED区域形成的公共堤材料来限定OTFT和OLED的有源区。
在本实施例中，漏电极23d被直接连接到有机发光器件的阳极以便使有机发光器件在发射和不发射状态之间切换。
在图7所示的替换布置中，可以按与有机发光器件堆叠的关系来制造有机薄膜晶体管。在此类实施例中，如上所述以顶栅或底栅结构构建有机薄膜晶体管。如图6的实施例的情况一样，由图案化的光致抗蚀剂层33来限定OTFT和OLED的有源区，然而，在这种堆叠布置中，存在两个单独的堤层33-一个用于OLED且一个用于OTFT。在OTFT上沉积平面化层31(也称为钝化层)。示例性钝化层包括BCB和聚对二甲苯。在钝化层上制造有机发光器件。有机发光器件的阳极34通过穿过钝化层31和堤层33的导电通路32电连接到有机薄膜晶体管的漏电极。
应认识到包括OTFT和光学有源区(例如发光和感光区域)的像素电路还可以包括其它元件。特别地，图6和7的OLED像素电路通常会包括至少一个其它晶体管(除所示的驱动晶体管之外)和至少一个电容器。
应认识到本文所述的有机发光器件可以是顶栅或底栅器件。也就是说，器件可以通过器件的阳极或阴极侧发光。在透明器件中，阳极和阴极两者都是透明的。应认识到透明阴极器件不需要具有透明阳极(当然，除非期望完全透明的器件)，因此可以用诸如铝层的反射材料层来替换或补充用于底发射器件的透明阳极。
透明阴极对于有源矩阵器件而言是特别有利的，因为如从图7所示的实施例可以看到的那样，此类器件中的通过透明阳极的发射可以被位于发射像素下面的OTFT驱动电路至少部分地阻挡。
虽然已参照本发明的实施例具体地示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是在不脱离随附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节方面的各种修改。
实验结果
除第一组器件包括裸银源电极和漏电极、第二组器件包括涂敷有TCNQ掺杂剂的银源电极和漏电极、且第三组器件包括涂敷有F4TCNQ掺杂剂的银源电极和漏电极之外，利用相同的材料和层结构来制造三组OTFT器件。测量每个器件的电荷迁移率且结果在图8中示出。
如从图8可以看到的那样，具有F4TCNQ掺杂剂的器件的电荷迁移率是最好的。
在器件制造期间观察到与包括银/F4TCNQ电极的器件相比，在包括裸银或银/TCNQ电极的器件中存在OSC从源电极/漏电极的显著除湿。为了量化此观察结果，执行另一组实验，其中，准备三组衬底，第一组包括裸银表面，第二组包括涂敷有TCNQ的银表面，且第三组包括涂敷有F4TCNQ的银表面。在每个衬底上沉积水滴并测量水滴在空气下的接触角。结果在图9中示出。
如可以从图9看到的那样，F4TCNQ处理表面的接触角是最低的。较低的接触角说明观察结果，即在OTFT器件的制造期间，与裸银或涂敷有TCNQ的银相比，OSC溶液更好地润湿涂敷有F4TCNQ的电极。

Claims (21)

1.一种有机薄膜晶体管，包括源电极和漏电极及设置在它们之间的沟道区中的有机半导体材料，其中，所述源电极和漏电极具有设置在其上面的薄自组装材料层，该薄自组装材料层包括用于通过接受电子在化学上对所述有机半导体材料进行掺杂的掺杂剂部分，该掺杂剂部分具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极至少0.3eV的氧化还原电位。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂部分的氧化还原电位相对于乙腈中的饱和甘汞电极为至少0.4eV。
3.根据权利要求2所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂部分的氧化还原电位相对于乙腈中的饱和甘汞电极为至少0.5eV。
4.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂部分是电荷中性掺杂剂。
5.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂部分被卤素、硝基、和/或CN基团取代。
6.根据权利要求5所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂被多于一个的卤素、硝基或CN基团取代。
7.根据权利要求5或6所述的有机薄膜晶体管，其中，所述卤素是氟。
8.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述掺杂剂部分是取代四氰代二甲基苯醌、蒽醌、苝酰亚胺或四氰基蒽醌二甲烷。
9.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述薄自组装层是自组装单层。
10.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机半导体材料具有比TCNQ的LUMO能级深的HOMO能级。
11.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机半导体材料具有比所述掺杂剂部分的LUMO浅的HOMO能级。
12.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机半导体材料是能溶液处理的。
13.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，与所述源电极和漏电极相邻的掺杂有机半导体材料具有在10-6S/cm至10-2S/cm范围内的导电率。
14.根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机薄膜晶体管是包括设置在衬底上的栅电极和设置在所述栅电极上的一层电介质材料的底栅器件，所述源电极和漏电极被设置在所述电介质材料上。
15.根据权利要求14所述的有机薄膜晶体管，其中，所述电介质材料包括有机电介质材料。
16.根据权利要求14或15所述的有机薄膜晶体管，其中，对所述电介质材料层进行处理以增强所述掺杂剂部分到所述源电极和漏电极的选择性结合。
17.根据权利要求1至13中的任一项所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机薄膜晶体管是顶栅器件，在该顶栅器件中所述源电极和漏电极被设置在衬底上，所述有机半导体材料被设置在所述源电极和漏电极之上及它们之间的沟道区中，在所述有机半导体材料上设置有电介质材料且在所述电介质材料上设置有栅电极。
18.根据权利要求17所述的有机薄膜晶体管，其中，所述衬底包括有机电介质材料。
19.根据权利要求17或18所述的有机薄膜晶体管，其中，对所述衬底进行处理以增强所述掺杂剂部分到所述源电极和漏电极的选择性结合。
20.一种制造根据任何前述权利要求所述的有机薄膜晶体管的方法，包括以下步骤：沉积源电极和漏电极；在该源电极和漏电极上形成薄自组装材料层，该薄自组装材料层包括掺杂剂部分，其用于通过接受电子在化学上对有机半导体材料进行掺杂；以及在所述源电极与漏电极之间的沟道区中沉积有机半导体材料，其中，所述掺杂剂部分具有相对于乙腈中的饱和甘汞电极(SCE)至少0.3eV的氧化还原电位。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，从溶液沉积所述有机半导体材料。
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