CN105161619B - 一种有源层及其制备方法、有机场效应晶体管和阵列基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源层及其制备方法，有机场效应晶体管和阵列基板。根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I

Description

一种有源层及其制备方法、有机场效应晶体管和阵列基板
技术领域
本发明涉及显示面板领域，尤其涉及一种有源层及其制备方法，有机场效应晶体管和阵列基板。
背景技术
有机场效应晶体管是一种用有机半导体材料作为有源层代替传统硅半导体材料作为有源层的半导体器件，可用于柔性显示领域。
有机半导体材料的类型包括：金属络合物型、聚合物型、杂化型和小分子型。其中，用于有机场效应晶体管有源层的有机半导体材料优选小分子型，进一步地优选并五苯，这是由于在用并五苯代替硅半导体材料作为有源层时，有机场效应晶体管的迁移率可以达到甚至超越传统硅半导体材料作为有源层的晶体管的迁移率。
目前，作为有源层的并五苯层一般采用并五苯前驱体印刷后直接加热的湿法工艺制成，但由于湿法工艺中溶剂挥发会在并五苯层形成咖啡环，从而影响包括该并五苯层的有机场效应晶体管的光学性质；另外溶剂的存在使并五苯层具有流动性，导致并五苯层的尺寸和形状发生改变，影响有源层的精度。
发明人在实验过程中发现，若采用光刻工艺形成并五苯层则有望克服上述问题，但目前并五苯的前驱体不含有紫外反应基团，不能采用光刻工艺制备并五苯层。
发明内容
本发明提供了一种有源层及其制备方法、有机场效应晶体管和阵列基板，解决了现有技术中并五苯前驱体不能采用光刻工艺制备并五苯层作为有源层的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，所述并五苯层由式I所示化合物制备而成
可选地，根据本发明的制备方法，该方法包括：
涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干；
光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，其中，曝光区域的式I所示化合物转化为式II所示聚合物；
显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物；
并五苯生成步骤：对曝光区域的式II所示聚合物加热转化为并五苯；
可选地，根据本发明的制备方法，在所述涂覆步骤中，所述式I所示化合物的溶液的质量百分比浓度为1.5～2.5％。
可选地，根据本发明的制备方法，在所述涂覆步骤中，所述式I所示化合物的溶液的溶剂为混合溶剂，其中，
所述混合溶剂包括以重量份计的：10～14份乙二醇单丁醚、70～74份γ-丁内酯和14～18份N-甲基吡咯烷酮。
可选地，根据本发明的制备方法，在所述涂覆步骤中，烘干温度为90～100℃，烘干时间为98～102s。
可选地，根据本发明的制备方法，在所述光刻步骤中，曝光波长为300～450nm，累积光量为70～130mj。
可选地，根据本发明的制备方法，在所述显影步骤中，所述有机溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃或二氧杂环己烷。
可选地，根据本发明的制备方法，在所述并五苯生成步骤，加热温度为175～185℃，加热时间为15～25min。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据本发明制备方法得到的有源层。
根据本发明的另一方面，提供了一种有机场效应晶体管，该有机场效应晶体管包括本发明所述的有源层。
根据本发明的另一方面，提供了一种阵列基板，该阵列基板包括本发明所述的有机场效应晶体管。
本发明的有益效果：
根据本发明有源层的制备方法，采用式I所示化合物作为前驱体，有利于采用光刻法制备有源层，进而避免了现有技术中湿法工艺造成的咖啡环，提高了有机场效应晶体管的光学效果；根据本发明制备方法得到的有源层避免了由于湿法工艺中带有溶剂的并五苯层具有流动性，容易改变并五苯层形状和尺寸的问题，提高并五苯层的精度。
具体实施方式
具体的实施方式仅为对本发明的说明，而不构成对本发明内容的限制，下面将结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明和描述。
根据本发明提供的有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。
根据本发明的有源层为由式I所示化合物作为前驱体制备的并五苯层。式I所示化合物具有双键能够通过紫外照射形成聚合物，利用聚合物与式I所示化合物在溶剂中的溶解性不同，可以用溶剂将式I所示化合物清洗掉实现显影，然后对聚合物加热可以生成并五苯，根据此反应的原理，可以采用光刻工艺制备有源层。
根据本发明制备方法的一种实施方式，该方法包括：
涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干；
光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，其中，曝光区域的式I所示化合物转化为式II所示聚合物；
显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物；
并五苯生成步骤：对曝光区域的式II所示聚合物加热转化为并五苯；
根据本发明的制备方法采用了光刻工艺，式I所示化合物经光刻步骤在曝光区域形成式II所示的聚合物，通过显影步骤清洗掉式I所示化合物，然后对式II所示的聚合物加热形成并五苯。避免了湿法工艺中并五苯层出现的咖啡环，提高了有机场效应晶体管的光学性质；且根据该制备方法形成的有源层精度高，避免了湿法工艺中由于含有溶剂的并五苯层具有流动性造成的尺寸和形状的改变。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在涂覆步骤中，式I所示化合物的溶液的质量百分比浓度为1.5～2.5％。
在涂覆步骤中，式I所示化合物的溶液的质量百分比浓度低于1.5％时不易于成膜，高于2.5％时形成的膜层太厚，影响有源层的光学效果。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在涂覆步骤中，式I所示化合物的溶液的溶剂为混合溶剂，其中，混合溶剂包括以重量份计的：10～14份乙二醇单丁醚、70～74份γ-丁内酯和14～18份N-甲基吡咯烷酮。
根据本发明的制备方法，选用的混合溶剂比例易于溶解式I所示化合物，且该混合溶剂在涂覆后易于烘干。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在涂覆步骤中，烘干温度为90～100℃，烘干时间为98～102s。
根据本发明的制备方法，烘干时间低于98s不易烘干，高于102s容易使式I所示化合物直接生成并五苯，无法实现光刻和显影步骤。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在光刻步骤中，曝光波长为300～450nm，累积光量为70～130mj。
根据本发明的制备方法，在该波长和累积光量下，式I所示化合物转化为式II所示聚合物的转化率最高。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在显影步骤中，有机溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃或二氧杂环己烷。
根据本发明的制备方法，在显影步骤选用的三氯甲烷、四氢呋喃或二氧杂环己烷作为有机溶剂能溶解式I所示化合物，但不能溶解式II所示聚合物，从而可以保留曝光区域中的式II所示聚合物，去除未曝光区域中的式I所示化合物，实现显影。
根据本发明制备方法的一种实施方式，在并五苯生成步骤，加热温度为175～185℃，加热时间为15～25min。
根据本发明的制备方法，在该加热温度和加热时间下式II所示聚合物转化为并五苯的转化率最高。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据本发明制备方法得到的有源层。
根据本发明的制备方法得到了根据本发明的有源层，避免了湿法工艺制备得到的并五苯有源层出现的咖啡环，提高了含有该有源层的有机场效应晶体管的光学效果；根据本发明方法制备得到的并五苯层不具有流动性，其精度得到极大的提高。
根据本发明的另一方面，提供了一种有机场效应晶体管，该有机场效应晶体管包括根据本发明的有源层。
根据本发明的制备方法得到了根据本发明的有源层，避免了湿法工艺制备得到的并五苯有源层出现的咖啡环，提高了含有该有源层的有机场效应晶体管的光学效果；根据本发明方法制备得到的并五苯层不具有流动性，其精度得到极大的提高。
包含有根据本发明方法制备的并五苯层的有机场效应晶体管都属于本发明保护范围之内。其中含有本发明的有源层的有机场效应晶体管的层结构及其制备过程举例如下：以玻璃为基板，在玻璃基板上均匀溅射一层栅极金属，厚度为2000～3400埃，然后利用光刻工艺在栅极金属层上制作图案，形成需要的栅电极；在栅电极上制作氮化硅钝化层；利用本发明制备方法在钝化层上形成由并五苯构成的有源层；然后在有源层上形成源/漏电极，至此形成有机场效应晶体管。
根据本发明的另一方面，提供了一种阵列基板，该阵列基板包括根据本发明的有机场效应晶体管。
根据本发明的有阵列基板，避免了在有源层出现咖啡环，且避免了并五苯层具有流动性，提高了有源层的精度。
包含有根据本发明方法制备的并五苯层的阵列基板都属于本发明保护范围之内。其中含有本发明的有源层的阵列基板的层结构及其制备过程举例如下：以玻璃为基板，在玻璃基板上均匀溅射一层栅极金属，厚度为2000～3400埃，然后利用光刻工艺在栅极金属层上制作图案，形成需要的栅电极；在栅电极上制作氮化硅钝化层；利用本发明制备方法在钝化层上形成由并五苯构成的有源层；然后在有源层上形成源/漏电极；在形成的源/漏电极上均匀溅射一层ITO(氧化铟锡)金属作为像素电极，厚度为400～800埃；在像素电极层之上制作一层氮化硅作为介电层；在介电层上均匀溅射一层ITO金属，厚度为400-800埃，然后通过掩膜、曝光及显影工艺形成ITO电极，得到阵列基板。
由此可见，根据本发明的有源层及其制备方法、有机场效应晶体管和阵列基板可选因素较多，根据本发明的权利要求可以组合出不同的实施例。因此实施例仅为对本发明的说明，而不是对本发明范围的限制，下面将结合具体的实施例对本发明有源层的制备方法进行进一步地描述。
实施例1
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为1.5％％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：10份乙二醇单丁醚、70份γ-丁内酯和14份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为90℃，烘干时间为98s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为300nm，累积光量为70mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为四氢呋喃；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为175℃，加热时间为15min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
实施例2
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为2.5％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：14份乙二醇单丁醚、74份γ-丁内酯和18份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为100℃，烘干时间为102s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为450nm，累积光量为130mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为二氧杂环己烷；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为185℃，加热时间为25min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
实施例3
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为2％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：12份乙二醇单丁醚、73份γ-丁内酯和16份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为95℃，烘干时间为100s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为400nm，累积光量为100mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为三氯甲烷；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为180℃，加热时间为20min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
实施例4
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为2.3％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：11份乙二醇单丁醚、71份γ-丁内酯和15份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为98℃，烘干时间为99s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为380nm，累积光量为120mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为三氯甲烷；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为178℃，加热时间为18min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
实施例5
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为1.9％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：13份乙二醇单丁醚、72份γ-丁内酯和16份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为96℃，烘干时间为101s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为430nm，累积光量为125mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为四氢呋喃；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为176℃，加热时间为23min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
实施例6
根据本发明有源层的制备方法，该有源层为并五苯层；其中，并五苯层由式I所示化合物制备而成。根据本发明的制备方法，首先进行涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干，其中，式I所示化合物溶液的质量百分比浓度为1.8％，且该溶液的溶剂为混合溶剂，包括以重量份计的：13份乙二醇单丁醚、73份γ-丁内酯和17份N-甲基吡咯烷酮，烘干温度为93℃，烘干时间为100s；然后进入光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，曝光区域生成式II所示聚合物，曝光波长为330nm，累积光量为86mj；之后进入显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物，其中有机溶剂为三氯甲烷；最后进入并五苯生成步骤：对曝光区域生成的式II所示聚合物加热生成并五苯，其中，加热温度为175～185℃，加热时间为15～25min，至此并五苯生成步骤结束，有源层形成。
根据实施例1～6均制备出了没有咖啡环、光学效果良好且精度高的有源层，包含实施例1～6的有源层的有机场效应晶体管和阵列基板的光学效果均良好。申请人对包含实施例1～6的有源层的有机场效应晶体管的迁移率进行了检测，其均能达到2～3cm2V-1s-1，而硅材料作为有源层的晶体管的迁移率仅为1cm2V-1s-1，由此可见本发明的有机场效应晶体管的迁移率也得到了提高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种有源层的制备方法，其特征在于，该有源层为并五苯层；其中，所述并五苯层由式I所示化合物制备而成
该方法包括：
涂覆步骤：将式I所示化合物的溶液涂覆成层状后烘干；
光刻步骤：在式I所示化合物层上涂覆光刻胶、掩膜并曝光，其中，曝光区域的式I所示化合物转化为式II所示聚合物；
显影步骤：剥离光刻胶后用有机溶剂显影，清洗掉未曝光区域式I所示化合物；
并五苯生成步骤：对曝光区域的式II所示聚合物加热转化为并五苯；
在所述涂覆步骤中，所述式I所示化合物的溶液的溶剂为混合溶剂，其中，
所述混合溶剂包括以重量份计的：10～14份乙二醇单丁醚、70～74份γ-丁内酯和14～18份N-甲基吡咯烷酮。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述涂覆步骤中，所述式I所示化合物的溶液的质量百分比浓度为1.5～2.5％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述涂覆步骤中，烘干温度为90～100℃，烘干时间为98～102s。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述光刻步骤中，曝光波长为300～450nm，累积光量为70～130mj。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述显影步骤中，所述有机溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃或二氧杂环己烷。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述并五苯生成步骤，加热温度为175～185℃，加热时间为15～25min。
7.一种如权利要求1～6任一所述制备方法得到的有源层。
8.一种有机场效应晶体管，其特征在于，该有机场效应晶体管包括权利要求7所述的有源层。
9.一种阵列基板，其特征在于，该阵列基板包括权利要求8所述的有机场效应晶体管。
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