CN102144312B - 使用激光诱导热转移印刷工艺制造有机薄膜晶体管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供有机薄膜晶体管(TFT)的制造方法，该方法包括：提供基板层；提供栅极层；提供介电材料层；提供有机半导体(OSC)材料层；提供源极和漏极层；并且其中使用激光诱导热成像(LITI)工艺沉积这些层中的一个或多个。优选地，该有机TFT是底栅器件并且使用LITI将源极和漏极沉积在介电材料层上方或者有机半导体层上。还优选地，可以在OSC材料与源极和漏极层之间提供掺杂剂材料，其中该掺杂剂材料也可以使用LITI沉积。还优选地，其中该掺杂剂可以是电荷中性掺杂剂例如取代的TCNQ或F4TCNQ。

Description

使用激光诱导热转移印刷工艺制造有机薄膜晶体管的方法
技术领域
本发明的多个方面涉及有机薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
晶体管可分为两个主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型均具有包括三个电极的共同结构，其具有在沟道区中设置于其间的半导体材料。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，三个电极称为源极、漏极和栅极。由于在发射极和集电极之间的电流通过在基极和发射极之间流动的电流进行控制，因此双极结晶体管可描述为电流操作器件。相反，由于源极和漏极之间流动的电流通过栅极和源极之间的电压进行控制，因此场效应晶体管可描述为电压操作器件。
根据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，晶体管也可分成P型和N型。半导体材料可根据其接收、传导和给予电荷的能力进行选择。半导体材料接收、传导和给予空穴或电子的能力可通过将材料掺杂而增强。用于源极和漏极的材料也可根据其接收和注入空穴或电子的能力进行选择。例如，P型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予空穴方面有效的半导体材料，以及选择在从该半导体材料注入和接收空穴方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的HOMO(最高已占分子轨道)能级的良好能级匹配能增强空穴注入和接收。相反，N型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予电子方面有效的半导体材料，和选择在向该半导体材料注入电子和自该半导体材料接收电子方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的LUMO(最低未占分子轨道)能级的良好能级匹配能增强电子注入和接收。
晶体管可通过在沉积薄膜部件以形成薄膜晶体管来形成。当有机材料用作这种器件中的半导体材料时，其称为有机薄膜晶体管。
有机薄膜晶体管的各种布置是已知的。一种该器件是绝缘栅场效应晶体管，其包括源极和漏极，具有沟道区中设置于其间的半导体材料，包括与半导体材料相邻设置的栅极和设置在栅极和沟道区中的半导体材料之间的绝缘材料层。
这种有机薄膜晶体管的一个实例于图1中示出。所示结构可沉积在基板1上并包括源极和漏极2、4，该源极和漏极通过位于其间的沟道区6间隔。有机半导体(OSC)8沉积在沟道区6中并可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。介电材料的绝缘层10沉积在有机半导体8上方且可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。最后，栅极12沉积在绝缘层10上方。栅极12位于沟道区6上方并可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。
由于栅极位于器件的顶部侧，因此上述结构称为顶栅有机薄膜晶体管。或者，还已知的是在器件底部侧上提供栅极以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。
这种底栅有机薄膜晶体管的实例于图2中示出。为了更清楚地示出图1与图2中所示结构之间的关系，对于相应部分使用相同的附图标记。图2中示出的底栅结构包括沉积在基板1上的栅极12，其上沉积有介电材料的绝缘层10。有机半导体(OSC)层8沉积在介电材料的绝缘层10上方。源极和漏极2、4沉积在OSC层8上方。源极和漏极2、4通过在栅极上方位于其间的沟道区6间隔。
现有技术中还已知的是在源极和漏极上提供薄的自组装偶极层以改善能级匹配。不希望受到理论的限制，薄的自组装偶极层可以提供场，该场使源/漏极附近的OSC的能级移动以改善OSC和源/漏极材料之间的能级匹配。这具有降低源极和漏极处的接触电阻并因而改善TFT的性能的效应。
需要能级匹配来降低空穴注入的势垒。为此，必须提高源极和漏极材料(触点)的功函数，特别是在金属的功函数太低的情况下。这可以通过多种途径实现，下面说明其中的两种。
一种途径是使用形成自组装单层的材料，即与金属表面共价连接的包含永久偶极矩的分子，例如取代的苯基类、硫醇或有机硅烷。
另一种途径是使用作为强的电子受体的分子：其中LUMO能级低于源极和漏极材料的费米能级。在这种情况下，当该材料吸收到金属上时，发生从金属到受体分子的LUMO的自发电荷转移，使得在金属表面上形成带负电荷的受体分子的层。一种示例性的材料是氟取代的四氰基二甲基对苯醌(F4-TCNQ)，其公开于本申请人较早的申请GB-A-0712269.0中。US2005/133782和J.Am.Chem.Soc.，2006，128，16418-16419也公开了使用苯甲腈或取代的苯甲腈例如TCNQ。
源极和漏极触点的可能的表面改性(以便提供更好的能级匹配)包括氧等离子体处理、UV-臭氧处理和形成自组装单层，该单层包含所讨论的具有强的永久偶极矩的分子。
图3显示了已知的底栅有机薄膜晶体管，其中源极和漏极具有位于其上的掺杂材料的薄层。该结构类似于图2中所示的现有技术的布置，为清楚起见用相同的附图标记表示类似的部分。图3中所示的布置的关键区别在于在源极和漏极2、4与有机半导体8之间的界面处插入掺杂材料14例如FTCNQ或F4TCNQ的薄层。
图4显示了已知的顶栅有机薄膜晶体管，其中源极和漏极具有位于其上的掺杂材料的薄层。该结构类似于图1中所示的现有技术的布置，为清楚起见用相同的附图标记表示类似的部分。同样，图4中所示的布置的关键区别在于源极和漏极2、4具有位于其上的掺杂材料14例如FTCNQ或F4TCNQ的薄层。
图3中所示的已知的底栅方案通常使用图5中所示的方法形成，其中示出了示意性的剖面图。
1.栅极沉积和图案化12(例如ITO(氧化铟锡)涂覆的基板的图案化)。
2.电介质沉积和图案化10(例如可交联的可光致图案化的电介质)。
3.OSC 8的沉积(例如通过可溶液处理的聚合物的喷墨印刷)。
4.掺杂剂层16的沉积(例如通过荫罩(shadow masking))。掺杂剂分子与OSC 8在它们接触的地方相互作用。对于具有深的LUMO的受体掺杂剂，电子从OSC向掺杂剂转移，导致OSC传导的局域化区域。这改善在源极和漏极触点的电荷注入和引出。
5.源极-漏极材料沉积和图案化2、4(例如荫罩)。
该技术也与顶栅器件相容。在这种情况下，首先将源极-漏极层沉积并图案化(以上步骤5)。然而，关于以上步骤4，顶栅器件可以通过很多不同的方式进行处理以提供源极和漏极触点与OSC之间的更好的能级匹配，如以上所述。例如，可以通过旋涂将F4-TCNQ作为自组装偶极层进行施加，或者可以将其蒸发上去，或者可以使用表面处理将其快速施加。在这后两种方法中，F4-TCNQ充当掺杂剂层。
在需要使源极-漏极金属暴露的地方(例如用于与随后的导电层的电连接)，可能需要将任何厚的掺杂剂层去除(例如通过光活性连接基团的直接光致图案化、激光烧蚀等)或者可能需要预先表面图案化以限定需要掺杂剂层的地方。或者，如果F4-TCNQ层被作为薄的自组装单层进行施加并且足够导电，F4-TCNQ可以留在原位而不通过形成(formation)阻碍导电。
如所解释的，因为在顶栅器件中源极和漏极触点在OSC之前沉积，可以使用多种所述方法在源极和漏极的功函数的调节方面作很多工作。由于半导体层在制备源极和漏极触点之后进行沉积，这使得可以在沉积半导体层之前对源极和漏极触点的表面进行改性，目的是提高触点的功函数，从而降低TFT器件中的接触电阻。
然而，与此相反，顶触点-底栅有机TFT的制备要求在预先形成的半导体层的顶部上沉积金属源极和漏极触点。
在这种情况下关键是避免半导体层的任何污染，因为氧化还原活性污染物和/或离子污染物的存在将提高TFT的断路电流(off current)和/或将导致滞后效应的发生。因此，已发现包含化学反应例如金属前体的热/光化学分解或无电镀(electroless plating)的工艺不适合用于在有机半导体层的顶部上制备源极和漏极触点。相同的限制适用于包含光致抗蚀剂溶液、光致抗蚀剂显影剂和去除剂(remover)的剥离工艺。实际上，用于沉积源极和漏极的大部分现有技术是为了用于无机半导体例如硅(及其有机物)而开发的，当用于有机半导体材料时非常有害。
用于金属图案的无污染沉积的一种技术使用通过已知技术“荫罩”的热蒸发。然而，在这样的荫罩工艺中分辨率受到限制，并且非常难以控制和改善蒸发的金属触点和半导体层之间的界面处的化学和电子学性能。
已发现，将施加源极和漏极触点的常规技术用于底栅器件，很少有机会充分地掺杂源极和漏极触点的底部或者合适地改变源极/漏极/掺杂剂/OSC界面处的掺杂剂的分布型。
本发明的某些实施方案的目的是提供在有机半导体层顶部上沉积金属源极和漏极触点的改善的方法。另一目的是提供在有机半导体层顶部上沉积金属源极和漏极触点的改善的方法，该方法同时还保证得到的金属触点和半导体层之间的界面被合适地掺杂并从而显示低的接触电阻。另一目的是提供改善的有机薄膜晶体管。
发明内容
本发明包括将激光诱导热成像工艺(LITI)应用于半导体层顶部上的金属触点的沉积。
本发明进一步包括在半导体层和金属触点之间的界面上提供化学掺杂剂层，导致半导体材料在与金属触点的界面上的掺杂以及局域化化学相互作用。
本发明可以应用于有机薄膜晶体管(有机TFT)的制造，使得可以在顶触点-底栅器件以及顶栅器件中制造源极和漏极触点与半导体层之间的掺杂的、因而电阻性的界面。
因而，考虑到以上所述并根据本发明的第一方面，提供有机薄膜晶体管(TFT)的制造方法，该方法包括：提供基板层；提供栅极层；提供介电材料层；提供有机半导体(OSC)材料层；提供源极和漏极层；并且其中使用LITI工艺沉积这些层中的一个或多个。
根据本发明的第二方面，提供顶栅有机薄膜晶体管(TFT)的制造方法，该方法包括：提供基板层；使用LITI工艺在该基板层上沉积源极和/或漏极；在该源极和漏极层上方提供有机半导体(OSC)材料层；并在该(OSC)材料层上方提供介电材料层；在该介电材料层上提供栅极。
根据本发明的第三方面，提供底栅有机薄膜晶体管(TFT)的制造方法，该方法包括：提供基板层；在该基板层上提供栅极；在该栅极上方提供介电材料层；在该介电材料层上方提供有机半导体(OSC)材料层；并使用LITI工艺在该OSC层上沉积源极和/或漏极。
根据本发明的第四方面，提供底栅有机薄膜晶体管(TFT)的制造方法，该方法包括：提供基板层；在该基板层上提供栅极；在该栅极上方提供介电材料层；使用激光诱导热成像(LITI)工艺在该介电材料层上方沉积源极和/或漏极；并在该源极和漏极层上方提供有机半导体(OSC)材料层。
优选地，并且根据第一、第二、第三和第四方面，进一步在OSC材料与源极和漏极层之间提供掺杂剂材料。进一步优选地，其中该掺杂剂材料也可以使用LITI沉积。
同样优选地，该掺杂剂可以是电荷中性掺杂剂，例如取代的TCNQ或F4TCNQ。已发现该衍生物在掺杂OSC、结合于源极/漏极上以及为OSC提供可容易地润湿的表面方面是特别好的。
优选地，该有机半导体材料具有比TCNQ的LUMO能级更深的HOMO能级。该有机半导体材料有利地具有比掺杂剂结构部分的LUMO更浅的HOMO能级。
优选地，该有机半导体材料是可溶液处理的，以使得该材料可以通过例如喷墨印刷或旋涂进行沉积。合适的可溶液处理材料包括聚合物、树枝状大分子和小分子。
该组合物的电导率在电极附近优选地在10-6S/cm至10-2S/cm范围内。然而，根据特定用途所需的特定电导率值，可以通过改变掺杂剂的浓度或者通过使用不同的有机半导体材料和/或掺杂剂而容易地改变该组合物的电导率。
对于底栅器件，可以使用有机介电材料来提供源极和漏极与介电层的化学性质的大的差异，以使得掺杂剂结构部分向源极和漏极的选择性结合得到促进。
类似地，对于顶栅器件，可以使用有机基板来提供源极和漏极与介电层的化学性质的大的差异，以使得掺杂剂结构部分向源极和漏极的选择性结合得到促进。
在另一种布置中，可以处理介电层或基板，以强化掺杂剂结构部分向源极和漏极(相对于介电层或基板)的选择性结合。
优选地，源极和漏极材料是以下之一：银、银胶(silver colloid)、锡、铜、金、钼、铂、钯、钨、铬或氧化铟锡。优选地向源极和漏极触点上再施加一层三氧化钼或氧化钼。
优选的是，可以将源极和漏极在小于150℃、优选接近100℃的温度下进行烧结或热处理。某些银胶在120-130℃下烧结，因而该材料应当适合用作源极和/或漏极材料。还可优选的是，当使用LITI工艺时，可以使用的光在红外至橙色波长范围内。
根据第五方面，提供有机薄膜晶体管(TFT)，其中该TFT根据1至3方面任意之一制造。
根据第六方面，提供有机发光二极管(OLED)器件，其中该OLED器件包含有机TFT，其中该TFT根据1至3方面任意之一制造。
附图说明
下面将参照附图通过仅为实例的方式对本发明进行详细说明，其中：
图1示出了已知的顶栅有机薄膜晶体管的布置；
图2示出了已知的底栅有机薄膜晶体管的布置；
图3示出了已知的底栅有机薄膜晶体管，其中源极和漏极与有机半导体层具有位于其间的掺杂材料的薄层；
图4示出了已知的顶栅有机薄膜晶体管，其中源极和漏极具有位于其上的掺杂材料的薄层；
图5表示在形成根据图3所示的实施方案的有机薄膜晶体管时所包含的方法步骤；
图6a和6b是表示使用现有技术中已知的LITI从供体基板向受体基板沉积材料的示意图；
图7是表示根据本发明一种实施方案的供体基板的示意图，该基板包含导电材料和掺杂剂材料的双组分转移层；
图8a和8b是表示根据本发明一种实施方案使用LITI工艺向TFT的半导体层转移图7的双组分转移层的示意图，该双组分转移层包含导电材料和掺杂剂材料；
图9表示有源矩阵有机发光显示器的一部分，该显示器包含有机薄膜晶体管和有机发光器件；
图10表示另一种有源矩阵有机发光显示器布置的一部分，该显示器包含有机薄膜晶体管和有机发光器件。
具体实施方式
一般说来，激光诱导热成像(LITI)使得可以将材料的图案从供体基板转移到受体基板。图6a和6b的示意图表示使用现有技术中已知的LITI将材料从供体基板沉积到受体基板上。在图6a和6b中均显示出了供体基板300，其包含基础基板100、光-热转换层110和转移层120，该转移层上具有待转移的材料。在转移过程中，将基础基板100的预定区域用激光束400照射，导致在受照射区域中光转换成热(见图6a)。热使得转移层120和光-热转换层110之间的粘合弱化，这导致供体基板的受热区域420A和420B中的转移层120转移到与供体基板300密切接触的受体基板200上(见图6b)。
美国专利申请2006/0068520A1公开了用于激光诱导热成像(LITI)工艺的供体基板的制造方法：制造基础基板。在该基础基板上形成光-热转换层。在光-热转换层上形成缓冲层。通过处理该缓冲层的表面而提高缓冲层的表面粗糙度。然后通过在缓冲层上形成转移层而完成供体基板。通过使用供体基板，可以将转移层中所含的材料图案在OLED显示器的制造过程中沉积到受体基板上。
另外，据美国专利申请2006/0068520A1所公开，除了OLED中的发光材料，包含空穴注入材料、空穴传输材料、空穴阻挡材料和电子注入材料的转移层可以用于在OLED的制造过程中使用LITI工艺沉积图案。
美国专利申请2006/0068520A1公开了将LITI作为制造OLED显示器所需功能材料的图案化沉积的方法。
使用LITI沉积有机薄膜晶体管的一个或多个层是未知的。
本发明的实施方案之一的目标是提供在半导体层的表面的顶部上制造导电源极和漏极触点的方法，并进一步提供这些源极和漏极触点与半导体层之间的掺杂界面。参照以下图7、8a和8b对此进行说明。
图7是表示根据本发明一种实施方案的供体基板的示意图，该基板包含导电材料和掺杂剂材料的双组分转移层。在图7中示出了供体基板500，其包含双组分转移层(A)，该双组分转移层具有包含导电材料的第一(较厚)层(530)以及包含掺杂剂的第二(薄，顶部)层(540)。还示出了基础基板510和光-热转换层520。
图8a和8b是表示根据本发明一种实施方案使用LITI工艺向TFT的有机半导体层转移图7的双组分转移层的示意图，该双组分转移层包含导电材料和掺杂剂材料。在图8a中示出了部分地制备或制造的TFT 600，其包含基板680、底部栅极690、介电层670和半导体层660。
还示出了供体基板600，其包含双组分转移层(A’)，该双组分转移层具有包含导电材料的第一(较厚)层(630)以及包含掺杂剂的第二(薄，顶部)层(640)。还示出了基础基板610和光-热转换层620。还示出了激光800。
然后，该供体基板600在半导体层660表面上的转移将导致金属图案630D、630S的沉积，掺杂剂的薄层640夹在金属图案630D、630S与半导体层660的表面之间。该途径使得可以在金属图案630D、630S与半导体层660之间的界面处引入掺杂分布型700。
还示出了TFT基板680、底部栅极690、介电层670。
本领域技术人员应当清楚的是，会需要与供体基板一起使用掩模，以便在底部栅极所占据的区域上掩蔽LITI工艺过程中向供体基板施加的光。因此，LITI光掩模和底部栅极需要仔细校准，以使得源极、栅极和掺杂剂材料位于半导体材料上的正确位置上。
LITI工艺使用的光优选为红外光，以使得大部分光被源极和漏极吸收而不是被有机半导体层吸收。红/橙范围内的光的频率也是合适的。此外，由于OSC的温度敏感性，需要在使用足够的光能烧结源极和漏极触点的(例如)银胶而同时不用过量的热影响OSC层这两方面保持平衡。目标温度范围将小于150-170℃，优选更接近100℃。一些银胶在120-130℃烧结，因此将是合适的。
可用于制造有机TFT的本发明工艺概括如下：
1.在(例如)玻璃或塑料基板上沉积栅极并图案化(例如ITO涂覆的基板的图案化)。
2.沉积底部电极和电容(例如如果与OLED一起使用-见下图9和10)。
3.沉积电介质并图案化(例如可交联的无机/有机的可光致图案化的电介质)。
4.沉积OSC(例如通过可溶液处理的聚合物的喷墨印刷)。
5.使用上述LITI并根据本发明沉积源极、漏极和掺杂剂。
本领域技术人员应当清楚的是，可以使用LITI工艺仅沉积源极和漏极(没有掺杂剂材料)，在这种情况下，LITI工艺可以用于顶栅TFT。此外，所述LITI工艺可以用于沉积顶栅或底栅有机TFT的任意一层。然而，已发现LITI工艺对于底栅TFT以及在单一步骤中同时沉积源极、漏极和掺杂剂材料的情形最有用。
因此，LITI工艺可以用于沉积金属化合物例如ITO、氧化锌、氧化钼等，它们原本不能够通过现有技术的溅射方法进行，因为它们将破坏OSC。
下面将讨论根据本发明实施方案的有机TFT的其它特征。
基板
基板可为刚性的或柔性的。刚性基板可选自玻璃或硅，柔性基板可包括薄的玻璃或塑料，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。
有机半导体材料可通过使用合适的溶剂而变得可溶液处理。示例性的溶剂包括烷基苯，例如甲苯和二甲苯；四氢化萘；和氯仿。优选的溶液沉积技术包括旋涂和喷墨印刷。其他溶液沉积技术包括浸涂、辊印和丝网印刷。
有机半导体材料
优选的有机半导体材料包括小分子，例如任选取代的并五苯；任选取代的聚合物如聚亚芳基类，特别是聚芴和聚噻吩；和低聚物。可使用材料的混合物，包括不同材料类型的混合物(例如聚合物和小分子的混合物)。有机半导体层的厚度优选为50-80nm。
源极和漏极
LITI转移层中的导电材料组分(源极和漏极)可以选择为无机金属、导电金属氧化物或者导电聚合物。这样的导电聚合物的一个实例是聚(亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)，但是现有技术中也已知其它导电聚合物。
优选地，该导电材料具有高的电导率，并且可以选择使它包含可在低温下烧结的银纳米颗粒，以便获得高的电导率。
对于p沟道有TFT，优选地，源极和漏极包括具有大于3.5eV的功函数的高功函数材料，优选金属，例如金、铂、钯、钼、钨或铬。更优选地，该金属具有4.5到5.5eV范围内的功函数。也可使用其他合适的化合物、合金和氧化物，例如氧化铟锡。也可以施加三氧化钼或氧化钼的其它层。
源极和漏极优选由相同材料形成以便于制造。但是应当理解，源极和漏极可由不同材料形成以分别优化电荷注入和引出。在这种情况下，LITI供体基板的转移层将需要进行相应的修改。
限定在源极和漏极之间的沟道长度可最高达500微米，但是优选该长度小于200微米，更优选小于100微米，最优选小于20微米。
栅极
栅极可选自宽范围的导电材料，例如金属(例如金)或金属化合物(例如氧化铟锡)。或者，导电聚合物可沉积为栅极。这种导电聚合物可使用例如旋涂或喷墨印刷技术以及上述其他溶液沉积技术从溶液沉积。栅极、源极和漏极的厚度可在5-200nm的范围内，但是通过原子力显微镜(AFM)所测量的通常为例如50nm。
绝缘层(栅极电介质)
绝缘层包含介电材料，该介电材料选自具有高电阻率的绝缘材料。电介质的介电常数k典型为大约2-3，尽管具有高k值的材料是所希望的，因为有机TFT可获得的电容与k成正比，并且漏极电流ID与电容成正比。因而，为了以低工作电压来获得高漏极电流，具有在沟道区内的薄电介质层的有机TFT是优选的。
介电材料可以是有机的或无机的。优选的无机材料包括SiO2、SiNx和旋涂玻璃(SOG)。优选的有机材料一般为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)、丙烯酸酯类例如例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及苯并环丁烷(BCB)(可从Dow Corning公司购得)。绝缘层可以由材料的混合物形成或者包括多层结构。
介电材料可以通过本领域已知的热蒸发、真空处理或层合技术来沉积。或者，可以使用例如旋涂或喷墨印刷技术以及以上所讨论的其它溶液沉积技术将介电材料从溶液沉积。
如果将介电材料由溶液沉积到有机半导体上，则介电材料不应当引起有机半导体的溶解。类似地，如果将有机半导体由溶液沉积到介电材料上，则介电材料不应当被溶解。避免该溶解的技术包括：使用正交溶剂，即使用不溶解在下层的溶剂用于沉积最上层；以及将在下层交联。
绝缘层的厚度优选小于2微米，更优选为小于500nm。
掺杂剂材料
LITI转移层中的掺杂剂组分可以选择为具有低LUMO的受体化合物。实例包括四氰基二甲基对苯醌(TCNQ)和四氟四氰基二甲基对苯醌(F4TCNQ)。
申请人已在GB 2455096中表明，当在有机TFT中用作源极和漏极触点时，银与F4TCNQ的组合具有出色的空穴注入性能。参见例如表IV，其中给出了相对于乙腈中的饱和甘汞电极对于TCNQF4为0.53的值以及对于TCNQ仅为0.17的值。尽管已发现TCNQF4可用作根据本发明的源极/漏极掺杂剂，但是表IV中也公开了其它适合用作根据本发明实施方案的掺杂剂的电子受体，例如TCNQ(CN)2，以及TCNQ的其它卤化衍生物，例如TCNQCl2和TCNQBr2。也可以使用其它电子受体的衍生物，例如氟化衍生物，例如蒽醌、苝二酰亚胺(perylenebisimide)、四氰基蒽醌二甲烷(tetracyanoanthraquino-dimethane)的氟化衍生物。用于提高掺杂剂的电子亲和性的其它吸电子取代基包括硝基(-NO2)和氰基(-CN)。
GB 2455096的实施方案提供了相对于US 2005/133782中公开的TCNQ掺杂剂的改进，改进之处在于掺杂剂具有更好的向源极/漏极的选择性结合，源极/漏极上的OSC的更好的可湿性，以及更好的掺杂导致的OSC的改善的电荷迁移率。
有机TFT应用
根据本发明实施方案的有机TFT具有宽范围的可能应用。一种这种应用是驱动光学器件中的像素，优选为有机光学器件。该光学器件的实例包括光响应器件，特别是光电探测器，和发光器件，特别是有机发光器件(OLED)。有机TFT特别适合用于有源矩阵有机发光器件，例如用于显示器应用中。
图9示出了包括制作于公共基板21上的有机薄膜晶体管和相邻的有机发光器件的像素。该有机TFT包括栅极22、电介质层24、分别标示为23s和23d的源极和漏极，以及OSC层25。该OLED包括阳极27、阴极29以及设置于阳极和阴极之间的电致发光层28。其它层可以位于阳极和阴极之间，例如电荷传输层、电荷注入层或电荷阻挡层。在图6的实施方案中，阴极材料层延伸横过有机TFT和OLED两者，并且提供绝缘层26以使阴极层29与OSC层25电隔离。该有机TFT和OLED的活性区域由公共围堰(bank)材料限定，该围堰材料通过在基板21上沉积光致抗蚀剂层并将其图案化以在基板上限定有机TFT和OLED区域而形成。在本实施方案中，漏极23d直接连接至有机发光器件的阳极以使有机发光器件在发光状态和非发光状态之间切换。
在图10所示的替代配置中，有机薄膜晶体管可以与有机发光器件成堆叠的关系来制作。在该实施方案中，有机薄膜晶体管如上文所述按顶栅或底栅配置来构建。如图7的实施方案那样，有机TFT和OLED的活性区域由光致抗蚀剂的图案化层33限定，但是在这种堆叠配置中存在两个分离的围堰层33——一个用于OLED而一个用于有机TFT。将平面化层31(也称为钝化层)沉积于有机TFT上方。示例性的钝化层包括BCB和聚对二甲苯(parylenes)。有机发光器件被制作于钝化层上。有机发光器件的阳极34由穿过钝化层31和围堰层33的导电通孔(conductive via)32电连接至有机薄膜晶体管的漏极。
应当理解，包含有机TFT和光学活性区域(例如发光区域和感光区域)的像素电路可以包括更多的元件。特别地，图9和图10的OLED像素电路除了所示的驱动晶体管外将通常包括至少另一晶体管以及至少一个电容器。
应当理解，在此描述的有机发光器件可以是顶部发光器件或底部发光器件。也就是说，器件可以通过器件的阳极侧或阴极侧发光。在透明器件中，阳极和阴极两者都是透明的。应当注意，透明阴极器件不必具有透明的阳极(当然，除非想要完全透明的器件)，因此用于底部发光器件的透明阳极可以用反射材料层例如铝层来代替或补充。
透明阴极对于有源矩阵器件特别有利，因为在这种器件中通过透明阳极的发光会至少部分地被位于发光像素之下的有机TFT驱动电路阻挡，这可以从图10所示的实施方案中看出。
尽管已参照其优选实施方案对本发明进行了具体的展示和说明，本领域技术人员将会理解，可以在其中进行形式和细节上的多种改变而不偏离附带的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (49)

1.底栅有机薄膜晶体管的制造方法，该方法包括：
提供基板层；
在该基板层上提供栅极层；
在该栅极层上方提供介电材料层；
在该介电材料层上方提供有机半导体材料层；
在该有机半导体材料层上提供源极和漏极层；
使用激光诱导热成像工艺在该有机半导体材料层与源极和漏极层之间提供掺杂剂材料，其中该掺杂剂材料包含用于通过接受电子而将有机半导体材料化学掺杂的掺杂剂结构部分，其中该掺杂剂结构部分相对于乙腈中的饱和甘汞电极具有至少0.3eV的氧化还原电势；并且
其中使用激光诱导热成像工艺沉积这些层中的一个或多个。
2.根据权利要求1的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积源极和/或漏极。
3.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂材料包含为电荷中性掺杂剂的掺杂剂结构部分。
4.根据权利要求3的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分被卤素、硝基和/或CN基团取代。
5.根据权利要求4的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该卤素是氟。
6.根据权利要求3的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分是取代的四氰基二甲基对苯醌、蒽醌、苝二酰亚胺或四氰基蒽醌二甲烷。
7.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比四氰基二甲基对苯醌的最低未占分子轨道能级更深的最高已占分子轨道能级。
8.根据权利要求3的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比掺杂剂结构部分的最低未占分子轨道能级更浅的最高已占分子轨道能级。
9.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料从溶液沉积。
10.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中与源极和漏极相邻的该掺杂的有机半导体材料具有在10-6S/cm至10-2S/cm范围内的电导率。
11.根据权利要求10的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该介电材料包括有机介电材料。
12.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该源极和漏极材料是以下之一：银、银胶、锡、铜、金、钼、铂、钯、钨、铬或氧化铟锡。
13.根据权利要求12的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中进一步包括向源极和漏极触点上施加一层三氧化钼或氧化钼。
14.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在小于150℃的温度下进行热处理。
15.根据权利要求14的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在120℃至130℃范围内的温度下进行热处理。
16.根据权利要求14的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中将使用激光诱导热成像工艺沉积的层烧结。
17.根据权利要求1至2任一项的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中在激光诱导热成像工艺中使用的光在红外至橙色波长范围内。
18.顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，该方法包括：
提供基板层；
使用激光诱导热成像工艺在该基板层上沉积源极和/或漏极；
在该源极和漏极层上方提供有机半导体材料层；并且
在该有机半导体材料层上方提供介电材料层；
在该介电材料层上提供栅极；并且
使用激光诱导热成像工艺在该有机半导体材料层与源极和漏极层之间提供掺杂剂材料，其中该掺杂剂材料包含用于通过接受电子而将有机半导体材料化学掺杂的掺杂剂结构部分，其中该掺杂剂结构部分相对于乙腈中的饱和甘汞电极具有至少0.3eV的氧化还原电势。
19.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂材料包含为电荷中性掺杂剂的掺杂剂结构部分。
20.根据权利要求19的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分被卤素、硝基和/或CN基团取代。
21.根据权利要求20的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该卤素是氟。
22.根据权利要求19的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分是取代的四氰基二甲基对苯醌、蒽醌、苝二酰亚胺或四氰基蒽醌二甲烷。
23.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比四氰基二甲基对苯醌的最低未占分子轨道能级更深的最高已占分子轨道能级。
24.根据权利要求19的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比掺杂剂结构部分的最低未占分子轨道能级更浅的最高已占分子轨道能级。
25.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料从溶液沉积。
26.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中与源极和漏极相邻的该掺杂的有机半导体材料具有在10-6S/cm至10-2S/cm范围内的电导率。
27.根据权利要求26的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该介电材料包括有机介电材料。
28.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该源极和漏极材料是以下之一：银、银胶、锡、铜、金、钼、铂、钯、钨、铬或氧化铟锡。
29.根据权利要求28的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中进一步包括向源极和漏极触点上施加一层三氧化钼或氧化钼。
30.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在小于150℃的温度下进行热处理。
31.根据权利要求30的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在120℃至130℃范围内的温度下进行热处理。
32.根据权利要求30的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中将使用激光诱导热成像工艺沉积的层烧结。
33.根据权利要求18的顶栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中在激光诱导热成像工艺中使用的光在红外至橙色波长范围内。
34.底栅有机薄膜晶体管的制造方法，该方法包括：
提供基板层；
在该基板层上提供栅极；
在该栅极上方提供介电材料层；
使用激光诱导热成像工艺在该介电材料层上方沉积源极和/或漏极；
在该源极和漏极层上方提供有机半导体材料层；并且
使用激光诱导热成像工艺在该有机半导体材料层与源极和漏极层之间提供掺杂剂材料，其中该掺杂剂材料包含用于通过接受电子而将有机半导体材料化学掺杂的掺杂剂结构部分，其中该掺杂剂结构部分相对于乙腈中的饱和甘汞电极具有至少0.3eV的氧化还原电势。
35.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂材料包含为电荷中性掺杂剂的掺杂剂结构部分。
36.根据权利要求35的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分被卤素、硝基和/或CN基团取代。
37.根据权利要求36的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该卤素是氟。
38.根据权利要求35的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该掺杂剂结构部分是取代的四氰基二甲基对苯醌、蒽醌、苝二酰亚胺或四氰基蒽醌二甲烷。
39.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比四氰基二甲基对苯醌的最低未占分子轨道能级更深的最高已占分子轨道能级。
40.根据权利要求35的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料具有比掺杂剂结构部分的最低未占分子轨道能级更浅的最高已占分子轨道能级。
41.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该有机半导体材料从溶液沉积。
42.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中与源极和漏极相邻的该掺杂的有机半导体材料具有在10-6S/cm至10-2S/cm范围内的电导率。
43.根据权利要求42的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该介电材料包括有机介电材料。
44.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中该源极和漏极材料是以下之一：银、银胶、锡、铜、金、钼、铂、钯、钨、铬或氧化铟锡。
45.根据权利要求44的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中进一步包括向源极和漏极触点上施加一层三氧化钼或氧化钼。
46.根据权利要求34的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在小于150℃的温度下进行热处理。
47.根据权利要求46的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中使用激光诱导热成像工艺沉积的层在120℃至130℃范围内的温度下进行热处理。
48.根据权利要求46的底栅有机薄膜晶体管的制造方法，其中将使用激光诱导热成像工艺沉积的层烧结。
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