CN102881827A

CN102881827A - 用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺

Info

Publication number: CN102881827A
Application number: CN2012103828397A
Authority: CN
Inventors: 冯林润; 唐伟; 徐小丽; 邵宪一; 郭小军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-01-16

Abstract

一种用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其采用由控制系统控制的进样器靠近和对准位于基板上两电极之间的沟道区域，并且进样器精确地完成半导体墨水出墨，实现有机小分子半导体的沉积；所述工艺包括如下步骤：1)进样器靠近和对准，2)半导体墨水出墨，3)完成有机小分子半导体的制备。本发明最大限度减缓了半导体墨水材料中溶剂的挥发速度，有利于小分子半导体的结晶，能够更好的和现有硅基电子工艺兼容，促进溶液法小分子有机薄膜晶体管的工艺可行性，具有节约成本、改善器件性能的优点，能够有效应用于有机小分子半导体的加工。

Description

用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺

技术领域

本发明涉及有机电子器件的制备工艺，具体涉及一种用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，属于有机电子技术领域。

背景技术

溶液法有机薄膜晶体管由于具有低成本、可低温制备、易于柔性和大面积集成等优点而得到了广泛的关注，其在传感单元、射频标志识别标签、电子纸显示背板、医疗卫生等领域已经取得了实际应用。随着人们对于电子产品低成本和便携性要求的不断增长，溶液法有机薄膜晶体管的发展势必会得到更大的推动和重视。

空穴传输型(P型)小分子有机半导体材料由于其很好的溶解性和较高的迁移率，成为了近些年来国内外有机薄膜晶体管研究领域中常用的半导体材料。现阶段可以用于加工P型有机小分子半导体的工艺主要包括：喷墨打印法、旋涂法、滴涂法和提拉法。

旋涂法、滴涂法以及提拉法这几种工艺由于无法直接对半导体进行图形化，因此无法应用于实际生产，而喷墨打印法对工艺参数、材料墨水特性等因素的要求较为苛刻，小分子半导体材料由于多晶特性导致其很容易结晶，这使得喷墨打印法也很难实际应用于溶液法小分子半导体的大规模实际生产中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，使得半导体墨水材料与基板较为柔和的接触、分离和成膜，以减缓半导体墨水材料中溶剂的挥发速度，有利于小分子半导体的结晶，实现半导体材料的图形化，从而提高器件性能、节约成本，便于大规模生产推广。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，采用由控制系统控制的进样器靠近和对准位于基板上两电极之间的沟道区域，并且进样器精确地完成半导体墨水出墨，实现有机小分子半导体的沉积。

所述工艺包括如下步骤：

1)进样器靠近和对准：所述控制系统控制所述进样器移动到所述基板上方，然后下移该进样器使之与所述基板靠近并对准所述两电极之间需要沉积有机小分子半导体的沟道区域，该进样器与该基板的垂直距离与所需有机小分子半导体的实际尺寸相同；

2)半导体墨水出墨：所述控制系统通过所述进样器将半导体墨水挤出在所述沟道区域，并精确控制挤出墨水的体积。

3)完成有机小分子半导体的制备：半导体墨水与所述基板接触后沉积并结晶，所述控制系统控制进样器移开，使之与所述基板分离，完成有机小分子半导体的制备。

所述基板为在玻璃或塑料薄膜上已经制备好栅极和栅极绝缘层的衬底或者由玻璃或塑料薄膜制成的衬底。

所述两电极的材料为导电金属。

所述进样器包括微量进液器针头。

所述控制系统包括机械位移平台和图像实时监测系统。

本发明所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺更大限度地放宽了对半导体墨水材料特性等因素的硬性要求，能够进行半导体材料的图形化，因此具有更好的工艺兼容性和冗余度，进一步促进了溶液法小分子有机薄膜晶体管的工艺可行性。其具有以下优点：

第一、接触式印刷工艺可以最大限度减缓半导体墨水材料中溶剂的挥发速度，有利于小分子半导体的结晶。

第二、底接触结构的有机薄膜晶体管更容易用于电路集成，能够更好的和现有硅基电子工艺兼容。

第三、底接触结构的有机薄膜晶体管在有机半导体沉积之前已经图形化好的电极可以起到作为诱导结晶的核的作用，吻合有机小分子半导体的特性。

第四、利用已有的成熟的控制系统和机械系统进行合理的模块化组装，如采用不同的进样器模块，接触式印刷工艺能够很好的适用于不同应用。

第五、采用溶液法进行器件制备，极大的节约成本。

根据本发明所述的工艺，我们制备了溶液法小分子有机薄膜晶体管。图2给出了利用本发明工艺得到的底栅底接触有机薄膜晶体管的转移特性曲线与旋涂工艺得到的转移特性曲线的性能比较。由图中可以很明显的看到，本发明所述的接触式印刷工艺因为能够实现图形化，所以能够在不影响器件开态电流的前提下降低关态电流，提高器件的开关比，从而改善器件性能。实验结果表明，本发明能够有效的应用于有机小分子半导体的加工。

附图说明

图1A，1B，1C是本发明的流程示意图。

图2是本发明得到的底栅底接触有机薄膜晶体管的转移特性曲线与旋涂工艺得到的性能比较。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容及其具体实施步骤作进一步说明。

请参阅图1B，本发明所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺采用由控制系统15控制的进样器14靠近和对准位于基板11上两电极12与13之间的沟道区域，并且进样器14精确地完成半导体墨水出墨，实现有机小分子半导体16的沉积。

所述基板11位于底层，其是在玻璃或塑料薄膜上已经制备好栅极和栅极绝缘层的衬底(用于底栅底接触结构有机薄膜晶体管)，或者是由玻璃或塑料薄膜制成的衬底(用于顶栅底接触结构有机薄膜晶体管)。所述电极12和13位于该基板11之上，其制作材料为金、银等导电金属。该两电极12与13之间为沟道区域，所述有机小分子半导体16位于该沟道区域中。所述进样器14包括微量进液器针头或利用微机电精密加工技术加工的进样器，可以精确控制皮升到微升量级的墨水体积。所述控制系统15包括能够精确控制X，Y，Z方向位移的机械位移平台和图像实时监测系统，起到控制进样器14与基板11的对准、进样器14的靠近基板11、进样器14的出墨以及进样器14的离开基板11等作用。所述有机小分子半导体16为能够通过溶液法加工的有机小分子半导体。

图1A，1B，1C是本发明的流程示意图。本发明所述工艺包括如下步骤：

1)进样器14靠近和对准(图1A)：所述控制系统15结合自身集成的机械位移平台和图像实时监测系统控制所述进样器14，将进样器14移动到所述基板11上方，然后下移该进样器14，使之与所述基板11靠近，并且对准所述两电极12、13之间需要沉积有机小分子半导体16的沟道区域，该进样器14与该基板11的垂直距离与所需制备的有机小分子半导体16的实际尺寸相同，通常将距离控制在几个微米到几十微米之间。

2)半导体墨水出墨(图1B)：所述控制系统15通过所述进样器14利用压强或电场等方法将半导体墨水挤出在所述沟道区域，墨水的体积可以通过控制系统15本身、进样器14尺寸和上述步骤中控制的垂直距离来实现精确控制。

3)完成有机小分子半导体的制备(图1C)：半导体墨水与所述基板11接触后沉积并结晶，所述控制系统15控制进样器14移开，使之与所述基板11分离，完成有机小分子半导体16的制备。

Claims

1.一种用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，采用由控制系统控制的进样器靠近和对准位于基板上两电极之间的沟道区域，并且进样器精确地完成半导体墨水出墨，实现有机小分子半导体的沉积。

2.根据权利要求1所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述工艺包括如下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述基板为在玻璃或塑料薄膜上已经制备好栅极和栅极绝缘层的衬底。

4.根据权利要求1或2所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述基板为由玻璃或塑料薄膜制成的衬底。

5.根据权利要求1或2所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述两电极的材料为导电金属。

6.根据权利要求1或2所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述进样器包括微量进液器针头。

7.根据权利要求1或2所述的用于溶液法小分子有机薄膜晶体管的接触式印刷工艺，其特征是，所述控制系统包括机械位移平台和图像实时监测系统。