CN103155198A - 有机电子器件中的导电元件 - Google Patents

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Abstract

一种技术，包括：在第一有机层（7）的表面的一部分上形成电子器件的导电元件（9），将第二有机层（10）施加于所述导电元件和所述第一有机层之上，并且然后处理所述第一和第二有机层中的至少一个有机层，以提高所述第一和第二有机层之间的粘合强度，并且由此提高所述导电元件在所述第一有机层上的保持力。

Description

有机电子器件中的导电元件
技术领域
本发明涉及在有机电子器件中的导电元件。在一种实施例中，本发明涉及在有机薄膜晶体管（TFT）中的导电元件。
背景技术
由于金属的高电导率和高加工性能，有兴趣将金属应用于有机电子器件内的导电元件。
金和铜是已经被识别为用于有机电子器件内的导电元件的候选材料的多种金属中的两种。本发明人根据经验发现：将金用于薄膜晶体管（TFT）器件内的栅极线能够减少栅极断裂的次数并且提高TFT器件的寿命。
已经识别出了将金属元素（例如，金元素）有效地集成到有机器件结构之内的挑战性。
本发明的目的之一是应对这种挑战。
发明内容
本发明提供了一种方法，包括：在第一有机层的表面的一部分上形成电子器件的导电元件，将第二有机层施加于所述导电元件和所述第一有机层之上，并且然后处理第一和第二有机层中的至少一个有机层，以提高所述第一和第二有机层之间的粘合强度，并且由此提高所述导电元件在所述第一有机层上的保持力。
在一种实施例中，所述导电元件是金属元件。
在一种实施例中，形成所述金属元件包括通过激光能量的直接吸收以及在所述沉积物的所选区域内的金属的蒸发来图形化金属沉积物。
在一种实施例中，所述金属是贵金属元素。
在一种实施例中，所述贵金属元素是金。
在一种实施例中，导电元件形成导电图形的一部分，并且其中导电图形的覆盖密度对于任意1mm×1mm的单位面积不超过90%。
在一种实施例中，导电元件形成导电图形的一部分，并且其中导电图形的覆盖密度对于任意1mm×1mm的单位面积不超过50%。
在一种实施例中，第二有机层展示出比第一有机层更好的化学防护性质。
本发明还提供了一种方法，包括：在下垫的有机层上形成电子器件的金属元素金，其中该形成包括通过激光能量的直接吸收以及在所述沉积物的所选区域内的金属的蒸发来图形化金属沉积物。
在一种实施例中，所述金属元件是薄膜晶体管阵列的栅极线，以及所述下垫有机层位于所述栅极线与所述薄膜晶体管阵列的一个或多个半导体沟道之间。
在一种实施例中，下垫的有机层包括聚对二甲苯。
在一种实施例中，该方法还包括通过汽相沉积技术来沉积下垫的有机层。
在一种实施例中，该方法还包括直接在下垫的有机层上形成金属沉积物，无需用于辅助所述沉积物的图形化的任何中间层。
在一种实施例中，所述金属元件被直接形成于所述下垫的有机层上，无需用于提高金属元件和下垫有机层之间的粘合力的任何中间层。
本发明还提供了为了减少栅极线断裂而将贵金属用于有机薄膜晶体管的栅极线。
本发明还提供了将贵金属用于在溶液处理过的具有不大于300nm的厚度的有机栅极介电层之上的栅极线。
本发明还提供了一种方法，包括：通过对所述导电层的所选部分进行激光消融来图形化有机层；在所图形化的导电层之上形成电绝缘层，并且在电绝缘层之上形成另一导电层；其中电绝缘层具有超过所述图形化的金属层的边缘由于所述图形化而弯起的高度的厚度。
在一种实施例中，导电层限定了晶体管阵列的栅极线；该另一导电层限定了与在所述导电层之下的各个漏电极连接的所述晶体管阵列的像素电极；并且所述电绝缘层具有至少2微米的厚度。
附图说明
以下，本发明的实施例将以实例（仅作示例）的方式参照附图在下文中详细地描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例的用于将金元素并入有机电子器件内的技术；
图2示出了根据本发明的一种实施例的用于提高大面积金属元素金在有机电子器件中的有机层上的保持力的技术；
图3示出了作为可将图1所示的技术应用于其上的电子器件的实例的电泳显示器件；以及
图4示出了根据本发明的一种实施例的导电层图形化技术。
具体实施方式
根据本发明的实施例的技术将在下面关于生产用于图3所示的那种电泳显示器件30的背板32的实例来描述。电泳显示器件30包括包含经由起着参考电压板（COM板）的导电层40支撑于塑料基板38上的电泳显示介质36的前面板34，以及包含支撑着TFT阵列44的塑料基板42以及用于控制显示介质的相关像素电极46的背板32。
图1示出了根据本发明的一种实施例的用于生产图3所示的那种电泳器件的背板的TFT阵列的技术。图1所示的每个步骤都将在下面讨论。
图1(b)：金的下金属图形2通过溅射沉积和光刻形成于支撑基板1（例如，PET塑料基板）上。金属图形2限定了TFT阵列的源电极和漏电极3、4。在图1(b)中仅示出单个TFT的源电极和漏电极，但是金的金属图形同样限定阵列的其他TFT的源电极和漏电极，以及用于将信号电压施加于源电极的线路，以及与漏电极连接的漏极垫片，作为到处于背板32的较高层面的像素电极46的互连通孔的底座。用于生产图形化导电层的其他技术的实例包括：溶液可处理的导电材料（例如，导电聚合物）的直写印刷，或者金属纳米粒子或其他金属前体的散布的直写印刷，随后是退火。
图1(c)：有机半导体材料从溶液中沉积到下金属图形2之上，以形成限定TFT阵列的半导体沟道的半导体层5，每个半导体沟道连接着各个TFT的源电极和漏电极。用于使有机半导体材料从溶液中沉积出的技术的一个实例是通过苯胺印刷。
图1(d)：有机栅极介电材料从溶液中沉积到半导体层5之上，以形成栅极介电层6。栅极介电层6形成有源半导体-介电层界面，该界面控制着有机半导体的场效应迁移率、电荷俘获量以及器件的偏压-应力劣化。能够用于在有机TFT内与半导体层界面连接的栅极介电层的聚合物材料的实例包括：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚异丁烯（PIB）、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯（PS）、聚（4-乙基苯酚）、乙烯-丙烯共聚物和聚乙烯醇（PVA）或者它们的共聚物。用于使有机栅极介电材料从溶液中沉积出的技术的一个实例是通过苯胺印刷。
图1(e)：聚对二甲苯材料通过热/化学汽相沉积技术沉积于栅极介电层6之上，以形成具有10-10000nm的，更特别地为800-2000nm的厚度的聚对二甲苯层7。更详细地，聚对二甲苯二聚体的前体在高温下离解/裂化成活性单体，并且活性自由基反应并且在栅极介电层6的表面形成聚对二甲苯聚合物（参见下文）。惰性气体流能够被用来将活性单体输送至栅极介电层6的表面。许多不同的聚对二甲苯衍生物都可用，包括：（i）在苯环或脂肪族碳原子上没有取代物的聚对二甲苯（聚对二甲苯N）；（ii）在苯环上有取代物的聚对二甲苯衍生物，例如，在苯环上有一个取代物X=Cl的聚对二甲苯C以及在苯环上有两个取代物X=Cl的聚对二甲苯D。
Figure BDA00002763737800051
以及（iii）在脂肪族碳原子上有取代物的聚对二甲苯，例如，下面所示出的聚对二甲苯AF。
没有为这种能够导致在器件的其他构件上的不必要应力的沉积过程所需的催化剂或溶剂。汽相沉积过程提供了完全无针孔的且保形的聚对二甲苯膜7，该聚对二甲苯膜7具有良好的介电性质，并且降低了由下垫的栅极介电层6内的针孔或其他缺陷所导致的TFT失效的风险，该针孔或其他缺陷可能由于支撑基板1的表面、栅极介电层（6）或半导体层（5）上的缺陷而引起。介电层6在聚对二甲苯层7的热/化学汽相沉积期间保护着半导电层5。对于范围很广的聚合物电介质都观察到了这种有利的作用，包括具有与聚对二甲苯的介电常数相似的介电常数的栅极电介质。在不想受理论所约束的情况下，据认为，对于该行为的可能解释是：第一聚合物栅极电介质起着防止在来自气相的高活性聚对二甲苯自由基在基板的表面上聚合时可能发生的半导体劣化的作用。
也可以省略下垫的栅极介电层，并且作为代替，单独依靠作为以下讨论的半导体层5和栅极线路9之间的栅极介电层的聚对二甲苯层。
图1(f)：金的金属层8通过溅射沉积或蒸发技术沉积于聚对二甲苯层7之上。
图1(g)：金层8通过激光消融来图形化，以形成延伸于TFT阵列的多个半导体沟道之上的栅极线9。在图1(g)中仅示出了一个栅极线。激光消融使用金属金于其下直接吸收激光束的能量的频率的激光束来执行。激光束能量由照射区内的金层直接吸收会在这些区域导致快速的局部加热和蒸发。用于形成图形化的金层的技术的另一个实例是通过无机金纳米粒子的散布的直写印刷，随后是退火。用于形成图形化的导电层的技术的其他实例是对导电聚合物的光刻或直写印刷，例如，聚苯乙烯磺酸掺杂聚乙烯二氧噻吩（PEDOT/PSS）。
图1(h)：SU-8环氧树脂10然后从溶液中沉积到用于限定栅极线9的图形化的上金层以及聚对二甲苯层7的暴露部分之上。与栅极线的金属相容的（即不与栅极金属反应的）溶剂被使用。用于沉积SU-8环氧树脂层的一种可替换的技术是通过将预先制备的SU-8树脂的干膜层合于用于限定栅极线9的图形化的上金层以及聚对二甲苯层7的暴露部分之上。所产生的结构然后被烘焙，使得促进构成聚对二甲苯和SU-8环氧树脂层7和10的聚合物链的缠结，由此增加聚对二甲苯和SU-8环氧树脂层之间的机械粘合强度。在聚对二甲苯和SU-8环氧树脂层之间的机械粘合强度的这种增加用来提高图形化的上金层（栅极线）9在下垫的聚对二甲苯层7上的保持力/固着。SU-8环氧树脂层具有2-6微米的，更特别为大约3.5微米的厚度。相对高的厚度从避免栅极线断裂的角度来看是优选的，因为它们允许使用相对高的栅极电压；但是相对低的厚度从提供栅极线与上覆的像素电极（未示出）之间的良好电容的角度来看是优选的。
代替SU-8环氧树脂层所使用的材料的其他实例包括：聚对二甲苯、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、PS-PMMA共聚物、聚异丁烯、聚冰片烯（polynorborenes）、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯（PC）、聚乙二醇对苯二甲酸酯（PET）、聚甲基戊二酰亚胺（PMGI）、酚醛树脂（DNQ/Novolac）、聚乙二醇（PEG）和聚有机硅氧烷。SU-8是特别适合的，因为其化学防护性质以及其保护下垫层免受可能来源于任何上覆的元件的任意退化物质的影响。
上述技术具有能够避免需要聚对二甲苯层7和上金层8之间粘合促进夹层的优点。由于层构造的问题，由制溶液可处理的有机聚合物材料成的粘合促进夹层的使用可能是困难的。例如，在找出能够借助于不会破坏重要的下垫层和界面（包括在半导体层5和栅极介电层6之间的界面）的溶剂来沉积的材料方面存在着挑战性。在本发明的上述实施例中，上金层8被直接沉积于聚对二甲苯层7上，没有任何粘合促进夹层。
参照图4，也可以通过使用有机夹层52以及在所照射的区域内的有机夹层52于其下熔化并爆裂（导致在这些区域内的上覆金层8机械剥离）的频率的激光束来实现在聚对二甲苯层7上的上金层8的图形化。
已经发现，通过激光消融进行的图形化能够留下具有上弯边缘54的金层8的剩余非消融部分9，这些非消融部分9据发现是不希望的，因为它们能够导致高电场、电介质击穿问题以及在栅极线和上覆像素电极50之间的短路，该像素电极50通过夹层连接（通孔）（未示出）连接至与该像素电极50关联的TFT的漏电极。一种解决方案是为上覆层10选择足以防止此类问题的厚度。本发明人发现：至少为大约2微米的，更特别地至少大约为3微米的，以及更特别地为大约3.5微米的上覆层的厚度对于基本上消除此类问题的风险是有效的。
从提高上述技术对于大面积的金元件的有效性的角度来看，有利的是图形化任意大面积的金元件，使得为上述聚对二甲苯层7的聚合物链与SU-8环氧树脂层10的聚合物链的缠结限定额外的位置。在图2中示出了这样一个实例：大面积的金元件20被图形化使得限定通孔22，通过该通孔22上覆的SU-8环氧树脂层（未示出）能够接触下垫的聚对二甲苯层7，从而在金属元件内为上述聚对二甲苯层7的聚合物链与SU-8环氧树脂层的聚合物链的缠结提供位置。另一个实例是将大面积的元件图形化成平行的子元件阵列，其中在子元件之间的位置为上述聚对二甲苯层7的聚合物链与SU-8环氧树脂层10的聚合物链的缠结提供了额外的位置。优选的是，金的覆盖密度对于任意1mm×1mm的单位面积不超过90%。
上述技术是特别用于以上所描述的那种包括相对薄的栅极介电层6的TFT器件。更详细地，这种提高栅极线在下垫有机层上的保持力的技术使得有可能避免将活性更高的金属（例如，铜或铝）用于栅极线9，这些活性更高的金属从与下垫有机层间的良好粘合的角度来看可能是优选的，但是已经发现它们在器件之内相对易于电化学分解，导致栅极线断裂以及随之发生的器件失效。
我们选择电泳显示器件的TFT阵列的实例用于描述根据本发明的实施例的技术，但是该技术同样可用于在其他类型的电子器件中提高金属元件于下垫有机层上的保持力。
而且，我们在聚对二甲苯材料上的金的实例来描述根据本发明的实施例的技术，但是该技术同样可应用于例如提高其他贵金属（例如，铂、钯和铱）的元件在聚对二甲苯或其他有机材料的下垫层上的保持力；以及提高其对下垫层的粘合不良的非金属导电元件的保持力。
而且，我们选择在顶栅极TFT结构中的下垫有机层上的栅极线的实例来描述根据本发明的实施例的技术，但是该技术同样可应用于例如在底栅极结构中提高导电元件对下垫有机层的保持力。
除了以上明确提及的任何修改之外，对本领域技术人员而言应当显而易见的是：在本发明的范围之内的关于所述实施例的各种其他修改都可以进行。

Claims (19)

1.一种方法，包括：在第一有机层的表面的一部分上形成电子器件的导电元件，将第二有机层施加于所述导电元件和所述第一有机层之上，以及然后处理所述第一和第二有机层中的至少一个有机层以提高所述第一和第二有机层之间的粘合强度，并且由此提高所述导电元件在所述第一有机层上的保持力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电元件是金属元件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述金属元件包括：通过激光能量的直接吸收以及在金属沉积物的所选区域处的金属的蒸发来图形化所述沉积物。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述金属是贵金属元素。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述贵金属元素是金。
6.根据以上任一权利要求所述的方法，其中所述导电元件形成导电图形的一部分，并且其中所述导电图形的覆盖密度对于任意1mm×1mm的单位面积不超过90%。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述导电元件形成导电图形的一部分，并且其中所述导电图形的覆盖密度对于任意1mm×1mm的单位面积不超过50%。
8.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的方法，其中所述第二有机层展示出比所述第一有机层更好的化学防护性质。
9.根据权利要求1至8中的任一权利要求所述的方法，其中将第二有机层施加于所述导电元件和所述第一有机层之上包括：将在溶剂中的有机材料的溶液沉积到所述导电元件和所述第一有机层上，其中所述溶剂与所述导电元件相容。
10.一种方法，包括：在下垫有机层上形成电子器件的金的金属元素，其中所述形成包括：通过激光能量的直接吸收以及在金属沉积物的所选区域处的金属的蒸发来图形化所述沉积物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属元件是薄膜晶体管阵列的栅极线，并且所述下垫有机层位于所述栅极线与所述薄膜晶体管阵列的一个或多个半导体沟道之间。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其中所述下垫有机层包括聚对二甲苯。
13.根据权利要求10至12中的任一权利要求所述的方法，包括通过汽相沉积技术来沉积所述下垫有机层。
14.根据权利要求10至13中的任一权利要求所述的方法，包括直接在所述下垫有机层上形成所述金属沉积物，无需用于辅助所述沉积物的图形化的任何中间层。
15.根据权利要求10至13中的任一权利要求所述的方法，其中所述金属元件被直接形成于所述下垫有机层上，无需用于提高所述金属元件和所述下垫有机层之间的粘合的任何中间层。
16.贵金属用于有机薄膜晶体管的栅极线的使用，目的是减少栅极线断裂。
17.贵金属用于在溶液处理过的具有不大于300nm的厚度的有机栅极介电层之上的栅极线的使用。
18.一种方法，包括：通过对导电层的所选部分进行激光消融来图形化所述导电层；在图形化的导电层之上形成电绝缘层，并且在所述电绝缘层之上形成另一导电层；其中所述电绝缘层具有超过所述图形化的金属层的边缘由于所述图形化而弯起的高度的厚度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述导电层限定晶体管的阵列的栅极线；所述另一导电层限定与在所述导电层之下的各个漏电极连接的晶体管的所述阵列的像素电极；并且所述电绝缘层具有至少2微米的厚度。
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