CN104637823A - 薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管、阵列基板 - Google Patents

薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管、阵列基板 Download PDF

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Abstract

本发明属于显示技术领域，涉及薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管和阵列基板。该薄膜晶体管的制备方法：在基底上方形成包括不同表面能的图案；将含有有机半导体材料和聚合物绝缘材料的复合溶液涂覆在基底上方，并形成复合薄膜；根据基底上方不同表面能的图案，图案化处理复合薄膜，保留对应着表面能相对较高的图案区域的复合薄膜；通过有机溶剂蒸汽处理法使复合薄膜分层；在图案化的复合薄膜的相对两侧形成分离的两个金属电极。该有机薄膜晶体管的制备方法中，在形成有机半导体层在图案化过程中，严格保证了图案与图案之间成膜同步，消除或减小了基底上各个有机薄膜晶体管的有源层图案之间的成膜差异，从而保证了有机薄膜晶体管阵列的器件性能。

Description

薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管、阵列基板
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管和阵列基板。
背景技术
有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor，简称OTFT)自从被发现以来一直受到学术界和产业界的广泛关注，其制备成本低，可满足柔性、大面积等硅半导体工艺无法满足的要求。但有机薄膜晶体管中有机半导体材料的图案化问题一直是饱受争议的话题，因为无法与光刻工艺匹配，导致有机半导体材料无法用光刻法实现图案化，这让有机薄膜晶体管的产业化成为难题。
在学术界过去10多年的不断努力中，越来越多的有机薄膜晶体管图案化工艺被研发出来，对于蒸镀法制备有机薄膜晶体管，可以采用传统的金属掩模板(mask)蒸镀工艺；对于溶液法制备的有机薄膜晶体管，图案化的方式多种多样，其中包括，先导材料光聚合法、喷墨打印法、丝网印刷法、微接触法、润湿/去润湿图案化法等。这些方法都可以在制备有机半导体的基底上直接形成图案化的有机半导体薄膜，但这也导致了有机半导体层在图案化过程中，图案与图案之间成膜不同步的问题，导致基底上各个图案之间的成膜差异较大，从而影响有机薄膜晶体管阵列的器件性能，这是工业生产中不希望看到的事情。
可见，设计一种能使得基底上有源层图案之间的成膜同步的薄膜晶体管的制备方法成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管和阵列基板，该有机薄膜晶体管的制备方法在形成有机半导体层在图案化过程中，严格保证了有源层图案之间成膜同步，消除或减小了基底上各个有机薄膜晶体管的有源层图案之间的成膜差异。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该一种薄膜晶体管的制备方法，包括步骤：
在基底上方形成包括不同表面能的图案；
将含有有机半导体材料和聚合物绝缘材料的复合溶液涂覆在所述基底上方，并形成复合薄膜；
根据所述基底上方不同表面能的图案，图案化处理所述复合薄膜，保留对应着表面能相对较高的图案区域的所述复合薄膜；
通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层；
在图案化的所述复合薄膜的相对两侧形成分离的两个金属电极。
优选的是，通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层为有机半导体层在上、聚合物绝缘层在下的结构；所述金属电极的至少一端位于所述有机半导体层上方。
优选的是，所述基底为表面具有二氧化硅绝缘层的n型掺磷基底。
优选的是，在所述基底上方形成包括不同表面能的图案包括：
在所述基底上方形成与所述基底以共价键连接的自组装单分子层，其中的自组装单分子为带有疏水基团的单分子材料；
对所述自组装单分子层进行图案化处理，在所述基底上方形成不同表面能的格栅状结构的图案。
优选的是，形成所述自组装单分子层的方法包括：在无水的氩气或氮气环境下，将所述基底浸泡在含有单分子材料的溶液中，将所述单分子材料的疏水基团装配在所述二氧化硅绝缘层的表面。
优选的是，对所述基底进行疏水基团装配的方法包括：采用包括八烷基三氯硅烷的溶液对所述基底进行浸泡，浸泡时间范围为1.5-2.5h；其中，溶解八烷基三氯硅烷的溶剂为甲苯，溶液浓度为10mg/ml。
优选的是，对所述自组装单分子层进行图案化处理的方法包括金属掩模板的紫外臭氧清洗法、有光刻胶保护的紫外臭氧清洗法、有光刻胶保护的等离子体法或聚二甲基硅氧烷微接触法中的任一种。
优选的是，所述复合溶液中，其中的溶剂为能够同时溶解所述有机半导体材料和所述聚合物绝缘材料的溶剂，所述有机半导体材料包括TES-ADT、TIPS_PEN、BTBT、DATT或DNTT中的任一种，所述聚合物绝缘材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。
优选的是，所述复合溶液通过旋涂方法形成所述复合薄膜，其中：
所述溶剂为沸点温度范围为60-150℃的低沸点有机溶剂，含有所述低沸点有机溶剂的所述复合溶液的旋涂转速≥3500rpm，旋转时间范围为15-20s；
或者，所述溶剂为沸点温度范围为150-250℃的高沸点有机溶剂，含有所述高沸点有机溶剂的所述复合溶液的旋涂转速≥5000rpm，旋转时间范围为15-20s。
优选的是，所述低沸点有机溶剂为氯仿、四氢呋喃、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯苯的任一种或任意几种组合；
所述高沸点有机溶剂为1,2二氯苯、1,2,4三氯苯、二甲基亚砜中的任一种或任意几种组合。
优选的是，所述复合溶液中，所述有机半导体材料的质量配比小于等于所述聚合物绝缘材料的质量配比，所述有机半导体材料与所述聚合物绝缘材料的质量配比范围为1:99-1:4。
优选的是，所述有机半导体材料与所述聚合物绝缘材料的质量配比为1:4时，所述复合溶液的浓度为12.5mg/ml。
优选的是，图案化处理所述复合薄膜通过去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜实现，包括：在所述复合薄膜上方粘贴具有粘性的胶带，通过所述胶带物理剥离对应着表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜。
优选的是，在图案化处理所述复合薄膜之前，进一步包括：
在所述复合薄膜上方制备牺牲层；
在所述牺牲层上方粘贴具有粘性的胶带，通过所述胶带物理剥离所述牺牲层以及同时剥离表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜。
优选的是，所述牺牲层采用溶液通过旋涂方式形成，所述溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚苯乙烯，溶解聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚苯乙烯的溶剂为醋酸正丁酯。
优选的是，所述溶液包括摩尔质量为120kg/mol的聚甲基丙烯酸甲酯和/或摩尔质量为200kg/mol的聚苯乙烯。
优选的是，所述溶液的浓度范围为70-90mg/ml，旋涂转速范围为1800-2200rpm，旋转时间范围为50-70s，所述牺牲层厚度范围为400-600nm。
优选的是，所述溶液的浓度为80mg/ml，旋涂转速为2000rpm，旋转时间为60s，所述牺牲层厚度为500nm。
优选的是，在形成所述牺牲层后，还进一步包括热固化所述牺牲层的步骤，热固化所述牺牲层的温度范围为70-90℃，热固化时间范围为20-40min。
优选的是，热固化所述牺牲层的温度为80℃，热固化时间为30min。
优选的是，通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层包括：
将所述基底置于含有机溶剂的密闭环境中；
对密闭环境抽真空，使得所述有机溶剂汽化，从而形成密闭的蒸汽环境；
所述有机半导体材料移动到图案化的所述复合薄膜的上方并在向上移动的过程中结晶晶粒增大，所述聚合物绝缘材料移动到图案化的所述复合薄膜的下方。
优选的是，所述有机溶剂为1,2-二氯乙烷、甲苯、氯苯、氯仿中的任一种。
优选的是，图案化处理所述复合薄膜之前，还进一步包括热固化所述复合薄膜的步骤，热固化所述复合薄膜的温度范围为140-160℃，热固化时间范围为8-12min。
优选的是，热固化所述复合薄膜的温度为150℃，热固化时间为10min。
优选的是，相离的两个所述金属电极为源极和漏极，所述金属电极采用金材料、通过金属掩模板蒸镀形成，所述源极和所述漏极之间的相离区域形成沟道区域。
优选的是，所述源极和所述漏极的厚度范围为60-100nm；所述沟道区域的长度范围为80-100μm，宽度范围为700-900μm。
一种薄膜晶体管，采用上述的薄膜晶体管的制备方法形成。
一种阵列基板，包括上述的薄膜晶体管。
本发明的有益效果是：该薄膜晶体管的制备方法中，在形成有机半导体层在图案化过程中，严格保证了有源层图案之间成膜同步，消除或减小了基底上各个有机薄膜晶体管的有源层图案之间的成膜差异，从而保证了有机薄膜晶体管的器件性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中薄膜晶体管的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例1中在基底上方形成包括不同表面能的图案的示意图；
图3A、图3B为本发明实施例1中形成复合薄膜的示意图；
图4A、图4B为本发明实施例1中去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜的示意图；
图5A、图5B为本发明实施例1中通过有机溶剂蒸汽处理法使复合薄膜分层的示意图；
图6本发明实施例1中在基底上方形成的有机薄膜晶体管的示意图；
图7本发明实施例1中单个有机薄膜晶体管的结构示意图；
图中：
1－基底；
2－图案化的自组装单分子层；
30－复合溶液；31－复合薄膜；32－图案化的复合薄膜；33－聚合物绝缘层；34－有机半导体层；
4－牺牲层；
5－胶带；
61－源极；62－漏极；
7－有机溶剂蒸汽环境。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管和阵列基板作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种薄膜晶体管的制备方法以及采用该薄膜晶体管的制备方法相应形成的薄膜晶体管，该薄膜晶体管为有机薄膜晶体管。该薄膜晶体管的制备方法通过用带二氧化硅绝缘层的硅片作为基底，利用硅片作为有机薄膜晶体管器件的栅极，硅片的二氧化硅绝缘层与聚合物绝缘材料形成的聚合物绝缘层作为有机薄膜晶体管器件的栅绝缘层，有机半导体层作为有机薄膜晶体管器件的有源层，随后形成有机薄膜晶体管器件的源极和漏极。基底上有机薄膜晶体管器件的有源层图案之间成膜同步，消除或减小了基底上各个有源层图案之间的成膜差异，从而保证了有机薄膜晶体管阵列的器件性能。
如图1所示，该制备方法具体包括以下步骤：
步骤S1)：在基底上方形成包括不同表面能的图案。
如图2所示为在基底1上形成包括不同表面能的图案的示意图，其中的不同表面能由图案化的自组装单分子层2(Self-Assembled Monolayer，以下简称SAM层)决定。其中，基底1为表面具有二氧化硅绝缘层的n型掺磷基底(图2中未示出)，二氧化硅绝缘层的厚度范围为200-400nm。
在该步骤中，在基底1上方形成包括不同表面能的图案包括：
步骤S11)：在基底1上方形成与基底1以共价键连接的自组装单分子层，其中的自组装单分子为带有疏水基团的单分子。自组装单分子为一种表面活性剂，对有机薄膜晶体管将在后续形成的有源层起到辅助形成的作用。
其中，形成自组装单分子层的方法包括：在无水的氩气(或氮气)环境下，将基底1浸泡在含有单分子材料的溶液中，使得单分子材料的疏水基团装配在二氧化硅绝缘层的表面。具体的，对基底1进行疏水基团装配的方法包括：采用包括八烷基三氯硅烷OTS的溶液对经过羟基化处理的洁净基底1进行浸泡，浸泡时间范围为1.5-2.5h；其中，溶解八烷基三氯硅烷的溶剂为甲苯，溶液浓度为10mg/ml。
步骤S12)：对自组装单分子层进行图案化处理，在基底1上方形成不同表面能的格栅状结构的图案，也即图案化的自组装单分子层2。其中，对自组装单分子层进行图案化处理的方法包括金属掩模板的紫外臭氧清洗UV-OZONE法、有光刻胶保护的紫外臭氧清洗UV-OZONE法、有光刻胶保护的等离子体Plasma法或聚二甲基硅氧烷PDMS微接触法中的任一种。根据工艺需要，图案化处理的方法可以选择上述方法中的任一种，这里不做限定。
在基底1上表面，由于SAM层为带有疏水基团的单分子层，所以导致基底1上有SAM层区域的表面能相对较低，而基底1上没有SAM层区域的表面能相对较高。也即，基底1装配自组装单分子层的区域表面能相对较低，亲水性弱，疏水性强，粘结力小；基底1上无自组装单分子层的区域表面能相对较高，亲水性强，疏水性弱，粘结力大。
这里应该理解的是，为了使得后续步骤中复合溶液能够在自组装单分子层上成膜，这里的自组装单分子层采用八烷基三氯硅烷而不推荐使用十八烷基三氯硅烷和全氟硅烷；同时，只要能够在基底1上得到表面能相对较高/表面能相对较低交错的微图案就可以，制备的方法不限于金属掩模板(mask)和UV-OZONE法，也可以采用光刻胶保护法、PDMS微接触法等方法，这里不做限定。
步骤S2)：将含有有机半导体材料和聚合物绝缘材料的复合溶液30涂覆在基底1上方，并形成复合薄膜31。
如图3A所示，在该步骤中，复合溶液30中的溶剂为能够同时溶解有机半导体材料和聚合物绝缘材料的溶剂，有机半导体材料包括TES-ADT、TIPS_PEN、BTBT、DATT或DNTT中的任一种，聚合物绝缘材料包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚苯乙烯PS。根据工艺需要，有机半导体材料和聚合物绝缘材料可以选择上述材料中的任一种，或者选用与上述材料具有相同性质的其他材料，这里不做限定。
作为优选，这里的有机半导体材料优选为可以结晶的小分子半导体材料，如TES-ADT、TIPS_PEN、BTBT、DATT、DNTT等，TES-ADT、TIPS_PEN、BTBT、DATT、DNTT的名称以及结构简式详见以下的说明。
TES-ADT为5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradi thiophene，其结构简式如下所示：
TIPS_PEN为6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene，中文名称为TIPS-并五苯，6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯，其结构简式如下所示：
BTBT为benzothienobenzothiophene，该分子的衍生物为BTBT类分子及其衍生物分子材料，其衍生物分子通式为Cn-BTBT，其中3≤n≤12。例如，C8-BTBT为其衍生物之一，名称为2,7-Dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene，结构简式如下所示：
DATT为dianthra[2,3-b:2',3'-f]thieno[3,2-b]thiophene，结构简式如下所示：
DNTT为Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene，结构简式如下所示：
DNTT的衍生物分子通式为Cn-DNTT,其中3≤n≤12。例如，C10-DNTT为其衍生物之一，名称为2,9-didecyldi-naphtho[2,3-b:2’,3’-f]thieno[3,2-b]thiophene(C10-DNTT)，结构简式如下所示：
作为优选，聚合物绝缘材料可以使用传统的聚合物材料，例如摩尔质量为996kg/mol的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、摩尔质量为200kg/mol的聚苯乙烯PS等。
这里应该理解的是，复合溶液30中的有机半导体材料和聚合物绝缘材料的质量配比关系上，希望使得聚合物绝缘材料过量，即有机半导体材料的质量配比小于等于聚合物绝缘材料的质量配比，以便实现在旋涂过程中聚合物绝缘材料对有机半导体材料小分子的包裹。优选的是，有机半导体材料与聚合物绝缘材料的质量配比为1:99-1:4，即1质量份有机半导体材料可以与4-99质量份聚合物绝缘材料相配。根据工艺需要，有机半导体材料和聚合物绝缘材料的质量配比可以选择上述质量配比中的任一种，这里不做限定。有机半导体材料与聚合物绝缘材料的质量配比为1:4时，复合溶液30的浓度为12.5mg/ml。
其中，复合溶液30通过旋涂方法形成复合薄膜31，溶剂为沸点温度范围为60-250℃的有机溶剂，其中：
溶剂为沸点温度范围为60-150℃的低沸点有机溶剂，含有低沸点有机溶剂的复合溶液30的旋涂转速≥3500rpm，旋转时间范围为15-20s。其中，低沸点有机溶剂为氯仿、四氢呋喃、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯苯的任一种或任意几种组合；
或者，溶剂为沸点温度范围为150-250℃的高沸点有机溶剂，含有高沸点有机溶剂的复合溶液30的旋涂转速≥5000rpm，旋转时间范围为15-20s。其中，高沸点有机溶剂为1,2二氯苯、1,2,4三氯苯、二甲基亚砜中的任一种或任意几种组合。
这里应该理解的是，溶剂优选沸点较低、且能够溶解有机半导体材料和聚合物绝缘材料两组分材料的有机溶剂。在制备的转速选择上，优先考虑高转速，以使得复合溶液30能快速成膜形成复合薄膜31，同时不给有机半导体材料和聚合物绝缘材料充分的相分离时间，阻断有机半导体材料和聚合物绝缘材料形成界面清晰的分层。
当选择沸点较高的溶剂时，混合溶液的旋转时间可以与选择沸点较低的溶剂的混合溶液的旋转时间相同，此时，由于其旋涂转速相对沸点较低的溶剂的混合溶液的旋涂转速高，混合溶液在旋涂过程中已经形成复合薄膜并固化，也能阻断有机半导体材料和聚合物绝缘材料充分的相分离。
根据工艺需要，溶剂可以选择上述材料中的任一种，并选择相应的旋涂转速和旋转时间，以形成不同厚度的复合薄膜31的厚度，这里不做限定。例如：当有机半导体材料与聚合物绝缘材料的质量配比为1:4，复合溶液30的浓度为12.5mg/ml时，则制备得到的复合薄膜31的厚度范围为50-100nm。
在上述旋涂工艺完成后，有机半导体材料即部分实现结晶，但有机半导体材料和聚合物绝缘材料之间并不存在清晰界面。
为了在后续步骤中能获得较佳的分层界面清晰的有机半导体层34和聚合物绝缘层33，图案化处理复合薄膜31之前，还进一步包括热固化复合薄膜31的步骤，热固化复合薄膜31的温度范围为140-160℃，热固化时间范围为8-12min。
如图3A所示，将复合溶液30旋涂在已经预处理过的基底1和图案化的自组装单分子层2上方；如图3B所示，经过旋涂兼固化的过程后，复合溶液30形成复合薄膜31。随后用150℃的热台热固化处理10min，加强复合薄膜31与基底1的连接。
步骤S3)：根据基底1上方不同表面能的图案，图案化处理复合薄膜31，保留对应着表面能相对较高的图案区域的复合薄膜31。
在该步骤中，图案化处理复合薄膜31通过去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31实现，在本实施例中可以用不同的物理剥离方式去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31，保留对应着表面能相对较高的图案区域的复合薄膜31，以形成图案化的复合薄膜32。需要说明的是，表面能相对较高和相对较低的值可根据需要设置。
一种较为简单的去除方式是：在复合薄膜31上方粘贴具有粘性的胶带，通过胶带物理剥离对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31，形成图案化的复合薄膜32。例如采用3M胶带完成物理剥离，由于复合薄膜31与基底1上无SAM层的区域的粘结力很大(很强)，所以不容易被剥离；而复合薄膜31与基底1上有SAM层的区域粘结力很小(很弱)，所以很容易被剥离，得到图案化的复合薄膜32。在这种方式中，由于具有粘性的胶带通常含有聚合物，因此该聚合物可能会对复合薄膜31中的有机半导体材料造成一定的影响。
另一种较优的去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31的方式是，在复合薄膜31的上方形成一个牺牲层，然后再通过胶带同时去除该牺牲层以及对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31。即，在去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31之前，进一步包括：
步骤S31)：在复合薄膜31上方制备牺牲层4。
其中，牺牲层4采用溶液通过旋涂方式形成，溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚苯乙烯PS，溶解聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和/或聚苯乙烯PS的溶剂为醋酸正丁酯。根据工艺需要，制备牺牲层4的溶液包括的物质可以选择上述材料中的任一种或两种均选，或者选用与上述材料具有相同性质的其他材料，这里不做限定。
其中的溶液可以包括摩尔质量为120kg/mol的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或摩尔质量为200kg/mol的聚苯乙烯PS，也可以同时包括摩尔质量为120kg/mol的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或摩尔质量为200kg/mol的聚苯乙烯PS；其中的醋酸正丁酯溶剂不会对复合薄膜31中的有机半导体材料造成影响，能减小在制备牺牲层4时溶剂对复合薄膜31层的溶解，保证后续形成的有源层的性能。
优选的是，溶液的浓度范围为70-90mg/ml，旋涂转速范围为1800-2200rpm，旋转时间范围为50-70s，牺牲层4厚度范围为400-600nm。优选溶液的制备浓度为80mg/ml，旋涂转速为2000rpm，旋转时间为60s，制得的牺牲层4的厚度大约为500nm。
为了获得较佳的牺牲层4的品质，可以通过热固化使溶剂充分挥发，同时增强牺牲层4与复合薄膜31之间的粘结性。即在形成牺牲层4后，还进一步包括热固化牺牲层4的步骤，热固化牺牲层4的温度范围为70-90℃，热固化时间范围为20-40min。优选热固化温度为80℃，热固化处理时间为30min，促进牺牲层4的平整化以及与复合薄膜的连接。
步骤S32)：在牺牲层4上方粘贴具有粘性的胶带5，通过胶带5物理剥离牺牲层4以及同时剥离表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31。
例如采用3M胶带5完成物理剥离，由于复合薄膜31与基底1上无SAM区域的粘结力很大(很强)，所以不容易被剥离；而复合薄膜31与基底1上有SAM的区域粘结力很小(很弱)，所以很容易被剥离。如图4A所示，沿箭头方向撕开胶带5，复合薄膜31便会沿着黑线的断面被剥离分开，得到如图4B中所示的图案化的复合薄膜32。
这里值得注意的是，在去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的复合薄膜31的步骤中，由于此时的复合薄膜31中有机半导体材料与聚合物绝缘材料这两组分的相分离是不彻底的，所以可以把复合薄膜31视为一个整体，在剥离过程中，复合薄膜31的两组分不会因此分离。
步骤S4)：通过有机溶剂蒸汽处理法使复合薄膜31分层。
在该步骤中，通过有机溶剂蒸汽处理法，使形成图案化的复合薄膜32体系内部发生运动，使得有机半导体材料与聚合物绝缘材料形成有机半导体层34在上、聚合物绝缘层33在下的结构。
具体的，通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的复合薄膜32分层包括：
步骤S41)：将基底1置于含有机溶剂的密闭环境中。优选的是，有机溶剂为1,2-二氯乙烷、甲苯、氯苯、氯仿中的任一种。根据工艺需要，有机溶剂可以选择上述材料中的任一种，这里不做限定。
在该步骤中，将图4B所示的图案化的复合薄膜32放入到一密闭环境中，并营造有机溶剂蒸汽环境7，如图5A所示。这里的密闭环境可以为可抽真空的玻璃容器，有机溶剂放入到玻璃容器内；有机溶剂需要满足可以同时溶解有机半导体材料和聚合物绝缘材料的要求，优选有机溶剂为1,2-二氯乙烷，也可以采用常用的有机溶剂，如甲苯、氯苯、氯仿等。
步骤S42)：对密闭环境抽真空，使得有机溶剂汽化，从而形成密闭的蒸汽环境。
在该步骤中，通过对密闭环境抽真空营造有机溶剂蒸汽环境7，即在真空环境中使有机溶剂汽化，从而在玻璃容器中提供一蒸汽氛围。这里提供的充满有机溶剂的密闭环境，使得有机溶剂可以浸入到图案化的复合薄膜32中，完成蒸汽退火。
步骤S43)：有机半导体材料缓慢移动到图案化的复合薄膜32的上方并在向上移动的过程中结晶晶粒增大，聚合物绝缘材料移动到图案化的复合薄膜32的下方，在这个过程中，有机半导体相与聚合物绝缘层相的相分离会比有机溶剂蒸汽处理前更加彻底。
在图4B形成图案化的复合薄膜32的过程中，图案化的复合薄膜32中有机半导体材料与聚合物绝缘材料的相分离是不彻底的；通过蒸汽退火的方式使有机溶剂的蒸汽浸入到图案化的复合薄膜32中，使得有机半导体材料移动到图案化的复合薄膜32的上方、聚合物绝缘材料移动到图案化的复合薄膜32的下方，促进复合材料薄膜的相分离，使得图案化的复合薄膜32分层形成图5B中形成有机半导体层34在上、聚合物绝缘层33在下的结构；同时。有机半导体材料在向上移动的过程中迅速结晶，使晶粒尺寸变大，使得有机半导体层34在图案化的复合薄膜32中的成膜性能更好。
通过以上步骤，即将物理剥离工艺和蒸汽退火工艺结合起来，先物理剥离出图案化的复合薄膜32，再用蒸汽退火的方式促使图案化的复合薄膜32进一步相分离，完成有机半导体层34在上部分、聚合物绝缘层33在下部分的双层结构。
步骤S5)：在图案化的复合薄膜32的相对两侧形成分离的两个金属电极。
在该步骤中，分离的两个金属电极中，任一金属电极的一端位于有机半导体层34上方，另一端位于表面能相对较低的图案区域的上方。以上金属电极的位置仅作示例，根据薄膜晶体管的结构，金属电极的至少一端位于有机半导体层上方即可，而另一端可以位于表面能相对较低的图案区域的上方，或者可以位于对应着表面能相对较低的图案区域的其他层结构的上方，这里并不做限定，在实际制备过程中可根据薄膜晶体管结构的需要调节对应着表面能相对较低的图案区域的上方的层结构。
如图6所示，分离的两个金属电极为源极61和漏极62，源极61和漏极62均采用金材料、通过金属掩模板蒸镀形成，源极61和漏极62之间的相离区域形成沟道区域。优选的是，源极61和漏极62的厚度范围为60-100nm；沟道区域的长度范围为80-100μm，宽度范围为700-900μm，沟道宽度优选为800μm。
图7为采用上述薄膜晶体管的制备方法制备形成的单个有机薄膜晶体管的结构示意图，该薄膜晶体管采用带二氧化硅绝缘层的硅片作为基底1，由于硅片是可以导电的，则可以直接将硅片作为有机薄膜晶体管器件的栅极；采用图案化的自组装单分子层、物理剥离法以及有机溶剂蒸汽处理的方法完成有机半导体层34和聚合物绝缘层33的制备，此时，硅片的二氧化硅绝缘层与聚合物绝缘层33作为有机薄膜晶体管器件的栅绝缘层，有机半导体层34作为有机薄膜晶体管器件的有源层；随后在图案化的有机半导体层34和聚合物绝缘层33上方用金属掩模板蒸镀形成分离的两个金属电极并形成沟道，从而完成底栅顶接触(与有源层顶接触)的有机薄膜晶体管。
该有机薄膜晶体管的制备方法中，在形成有机半导体层在图案化过程中，严格保证了有源层图案之间成膜同步，消除或减小了基底上各个有机薄膜晶体管的有源层图案之间的成膜差异，从而保证了有机薄膜晶体管的器件性能。
实施例2：
本实施例提供一种阵列基板，该阵列基板包括实施例1中的有机薄膜晶体管。
其中的阵列基板可以排列多个采用实施例1中的有机薄膜晶体管的制备方法制备形成的有机薄膜晶体管，多个有机薄膜晶体管成阵列排布，并进一步形成纵横交叉设置的栅线和数据线；然后，可以继续采用现有工艺制备形成像素电极等以形成液晶型阵列基板，或者，制备形成OLED器件等形成OLED型阵列基板。
其中，在该阵列基板中形成多个有机薄膜晶体管时，图案化的自组装单分子层的图形与有机薄膜晶体管的栅极的图形形成互补。
该阵列基板可以制备形成OLED显示面板、TN型(Twisted Nematic，扭曲向列)液晶显示面板、VA型(Vertical Alignment，垂直取向)液晶显示面板、ADS型(ADvanced Super Dimension Switch，高级超维场转换技术)液晶显示面板中的阵列基板，这里不做限定。从而，进一步可形成液晶面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
在本发明提供的薄膜晶体管的制备方法中，通过将物理剥离工艺和蒸汽退火工艺结合起来的技术手段，达到使得有机半导体/聚合物绝缘复合材料图案化和相分离的技术效果，即：先物理剥离出图案化的复合薄膜，再用蒸汽退火的方式促使复合薄膜中有机半导体材料和聚合物绝缘材料的相分离，完成有机半导体层在上部分、聚合物绝缘层在下部分的双层结构，在形成有机薄膜晶体管器件的结构的同时，还严格保证了图案化之后的有机薄膜晶体管阵列中，不同有机薄膜晶体管的有源层图案之间成膜同步，解决了有机半导体层图案同步化的技术问题；
基于该薄膜晶体管的制备方法制备形成的有机薄膜晶体管，具有更好的性能；从而使得包括该有机薄膜晶体管的阵列基板具有更好的显示性能。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (28)

1.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在基底上方形成包括不同表面能的图案；
将含有有机半导体材料和聚合物绝缘材料的复合溶液涂覆在所述基底上方，并形成复合薄膜；
根据所述基底上方不同表面能的图案，图案化处理所述复合薄膜，保留对应着表面能相对较高的图案区域的所述复合薄膜；
通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层；
在图案化的所述复合薄膜的相对两侧形成分离的两个金属电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层为有机半导体层在上、聚合物绝缘层在下的结构；所述金属电极的至少一端位于所述有机半导体层上方。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底为表面具有二氧化硅绝缘层的n型掺磷基底。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述基底上方形成包括不同表面能的图案包括：
在所述基底上方形成与所述基底以共价键连接的自组装单分子层，其中的自组装单分子为带有疏水基团的单分子材料；
对所述自组装单分子层进行图案化处理，在所述基底上方形成不同表面能的格栅状结构的图案。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，形成所述自组装单分子层的方法包括：在无水的氩气或氮气环境下，将所述基底浸泡在含有单分子材料的溶液中，将所述单分子材料的疏水基团装配在所述二氧化硅绝缘层的表面。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，对所述基底进行疏水基团装配的方法包括：采用包括八烷基三氯硅烷的溶液对所述基底进行浸泡，浸泡时间范围为1.5-2.5h；其中，溶解八烷基三氯硅烷的溶剂为甲苯，溶液浓度为10mg/ml。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述自组装单分子层进行图案化处理的方法包括金属掩模板的紫外臭氧清洗法、有光刻胶保护的紫外臭氧清洗法、有光刻胶保护的等离子体法或聚二甲基硅氧烷微接触法中的任一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合溶液中，其中的溶剂为能够同时溶解所述有机半导体材料和所述聚合物绝缘材料的溶剂，所述有机半导体材料包括TES-ADT、TIPS_PEN、BTBT、DATT或DNTT中的任一种，所述聚合物绝缘材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述复合溶液通过旋涂方法形成所述复合薄膜，其中：
所述溶剂为沸点温度范围为60-150℃的低沸点有机溶剂，含有所述低沸点有机溶剂的所述复合溶液的旋涂转速≥3500rpm，旋转时间范围为15-20s；
或者，所述溶剂为沸点温度范围为150-250℃的高沸点有机溶剂，含有所述高沸点有机溶剂的所述复合溶液的旋涂转速≥5000rpm，旋转时间范围为15-20s。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述低沸点有机溶剂为氯仿、四氢呋喃、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯苯的任一种或任意几种组合；
所述高沸点有机溶剂为1,2二氯苯、1,2,4三氯苯、二甲基亚砜中的任一种或任意几种组合。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合溶液中，所述有机半导体材料的质量配比小于等于所述聚合物绝缘材料的质量配比，所述有机半导体材料与所述聚合物绝缘材料的质量配比范围为1:99-1:4。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述有机半导体材料与所述聚合物绝缘材料的质量配比为1:4时，所述复合溶液的浓度为12.5mg/ml。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，图案化处理所述复合薄膜通过去除对应着表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜实现，包括：在所述复合薄膜上方粘贴具有粘性的胶带，通过所述胶带物理剥离对应着表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在图案化处理所述复合薄膜之前，进一步包括：
在所述复合薄膜上方制备牺牲层；
在所述牺牲层上方粘贴具有粘性的胶带，通过所述胶带物理剥离所述牺牲层以及同时剥离表面能相对较低的图案区域上方的所述复合薄膜。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述牺牲层采用溶液通过旋涂方式形成，所述溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚苯乙烯，溶解聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚苯乙烯的溶剂为醋酸正丁酯。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述溶液包括摩尔质量为120kg/mol的聚甲基丙烯酸甲酯和/或摩尔质量为200kg/mol的聚苯乙烯。
17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述溶液的浓度范围为70-90mg/ml，旋涂转速范围为1800-2200rpm，旋转时间范围为50-70s，所述牺牲层厚度范围为400-600nm。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述溶液的浓度为80mg/ml，旋涂转速为2000rpm，旋转时间为60s，所述牺牲层厚度为500nm。
19.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，在形成所述牺牲层后，还进一步包括热固化所述牺牲层的步骤，热固化所述牺牲层的温度范围为70-90℃，热固化时间范围为20-40min。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，热固化所述牺牲层的温度为80℃，热固化时间为30min。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过有机溶剂蒸汽处理法使图案化的所述复合薄膜分层包括：
将所述基底置于含有机溶剂的密闭环境中；
对密闭环境抽真空，使得所述有机溶剂汽化，从而形成密闭的蒸汽环境；
所述有机半导体材料移动到图案化的所述复合薄膜的上方并在向上移动的过程中结晶晶粒增大，所述聚合物绝缘材料移动到图案化的所述复合薄膜的下方。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为1,2-二氯乙烷、甲苯、氯苯、氯仿中的任一种。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，图案化处理所述复合薄膜之前，还进一步包括热固化所述复合薄膜的步骤，热固化所述复合薄膜的温度范围为140-160℃，热固化时间范围为8-12min。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，热固化所述复合薄膜的温度为150℃，热固化时间为10min。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相离的两个所述金属电极为源极和漏极，所述金属电极采用金材料、通过金属掩模板蒸镀形成，所述源极和所述漏极之间的相离区域形成沟道区域。
26.根据权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述源极和所述漏极的厚度范围为60-100nm；所述沟道区域的长度范围为80-100μm，宽度范围为700-900μm。
27.一种薄膜晶体管，其特征在于，采用权利要求1-26任一项所述的薄膜晶体管的制备方法形成。
28.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求27所述的薄膜晶体管。
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