CN109863613B - 从未封装堆叠层去除水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种技术，其包括：生产未封装堆叠层(10)，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体元件的一个或多个电子器件；然后在存在外部水吸附剂(14)时使所述未封装堆叠层在真空烘箱(12)中经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时段，所述时段比控制时段长，在所述控制时段，在相同的处理条件下但没有水吸附材料时，归因于水从所述堆叠层释放的烘箱压力的尖峰会随着加热出现。

Description

从未封装堆叠层去除水的方法
技术领域
本申请涉及薄膜晶体管领域。
背景技术
薄膜晶体管典型地由包括导体、半导体和介电材料的堆叠层限定。堆叠层中的一些可以沉积在包括水分和氧气的空气环境中；一些生产过程包括在封装之前在真空烘箱中加热堆叠层的步骤，目的是首先去除气体成分和挥发性成分，包括来自堆叠层的水。
发明内容
本申请的发明人已经围绕这种加热过程进行了研究，并且惊人地发现对加热过程的一些修改使薄膜晶体管的性能稳定性产生了令人吃惊和引人注目的改进。
因此，提供了一种方法，包括：生产未封装堆叠层，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体元件的一个或多个电子器件；然后在存在外部水吸附剂时使所述未封装堆叠层在真空烘箱中经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时段，所述时段比控制时段长，在所述控制时段，在相同的处理条件下但没有水吸附材料时，归因于水从所述堆叠层释放的烘箱压力的尖峰会随着加热出现。
根据一个实施例，所述方法包括在所述真空烘箱中将所述堆叠层加热一时段，所述时段是所述控制时段时长的至少20倍，并且优选是所述控制时段时长的至少30倍。
根据一个实施例，所述脱水处理包括当被压紧在所述外部水吸附剂中时在所述真空烘箱中加热所述堆叠层。
根据一个实施例，所述外部水吸附剂在25℃和10％的相对湿度下具有15克或更多的水容量(每100克水吸附剂可吸收的水的克数)。
根据一个实施例，所述水吸附剂是分子筛材料。
因此，还提供了一种方法，包括：生产未封装堆叠层，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件；然后在真空烘箱中使所述未封装堆叠层经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在存在水吸附剂时在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时间，所述时间足以将水去除到在所述堆叠封装之后所述一个或多个晶体管器件在空气中的应力测试中表现出小于6％的栅电压变化的程度，所述空气中的应力测试涉及将所述栅电压保持在使通过所述有机半导体沟道的电流达到2.5μA并持续60小时所需的水平。
因此，还提供了一种方法，包括：生产未封装堆叠层，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件；然后在真空烘箱中使所述未封装堆叠层经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在存在水吸附剂时在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时间，所述时间足以将水去除到在所述堆叠封装之后所述一个或多个晶体管器件在应力测试中表现出小于约5％的通过所述有机半导体沟道的正向电流变化的程度，所述应力测试涉及在60℃下在空气中以固定的栅电压和固定的漏-源电压操作所述一个或多个晶体管器件90小时。
根据一个实施例，所述脱水处理包括当被压紧在所述外部水吸附剂中时在所述真空烘箱中加热所述堆叠层。
根据一个实施例，所述外部水吸附剂在25℃和10％的相对湿度下具有15克或更多的水容量(每100克水吸附剂可吸收的水的克数)。
根据一个实施例，所述水吸附剂是分子筛材料。
因此，还提供了一种方法，包括：生产未封装堆叠层，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体元件的一个或多个电子器件；在水吸附材料中压紧所述未封装堆叠层；然后在真空烘箱中加热压紧的未封装堆叠层；在所述加热之后，在基本上无水分的环境中从所述水吸附材料取出所述未封装堆叠层；然后同样在基本上无水分的环境中，封装所述未封装堆叠层以防止水分进入。
因此，还提供了一种限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件的堆叠层；其中，所述一个或多个晶体管器件在空气中的应力测试中表现出小于6％的栅电压变化，所述空气中的应力测试涉及使所述栅电压保持在使通过所述有机半导体沟道的电流达到2.5μA并持续60小时所需的水平。
因此，还提供了一种限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件的堆叠层；其中，所述一个或多个晶体管器件在应力测试中表现出小于约5％的通过所述有机半导体沟道的正向电流变化，所述应力测试涉及在60℃下在空气中以固定的栅电压和固定的漏-源电压操作所述一个或多个晶体管器件90小时。
因此，还提供了一种包括前述两段中所述的堆叠层的显示器或感测装置。
在本申请的上下文中，未封装的TFT堆叠指在堆叠的至少一侧(顶和/或底)上没有水分阻挡膜(诸如柔性超高阻挡膜)的堆叠。典型的水分阻挡膜由水蒸气透过率(WVTR)值不超过1×10-3g/(m2天)的塑料膜组成。
附图说明
参照附图在下文只作为实例详细地描述了本发明的实施例，附图中：
图1示出了在真空烘箱中加热之前被支撑在塑料支撑膜上的TFT堆叠的部分横截面图；
图2示出了图1的TFT堆叠被压紧在氮手套箱内的真空烘箱中的水吸附材料珠中；
图3示出了从真空烘箱中取出图2的TFT堆叠以及向氮手套箱内的TFT堆叠的顶部施加阻挡膜以将TFT堆叠封装在阻挡膜和阻挡层之间，阻挡层在TFT堆叠和塑料支撑膜之间；
图4示出了从氮手套箱中取出并在包括水分和氧气的空气环境中在烘箱内处于测试中的图3的TFT堆叠；
图5示出了对于以下两种情况在80℃下真空烘箱压力相对于时间的图表，这两种情况是(a)真空烘箱包含至少部分地在包括水分和氧气的空气环境中生产的TFT堆叠；以及(b)真空烘箱不包含样本，作为控制测量；
图6示出了对于以下两种情况在60℃下存放超过多于90小时的持续时间期间以近似2小时间隔的固定“导通”栅电压的正向电流的图表，这两种情况是(a)TFT堆叠经受常规的加热过程(下面的线)；以及(b)TFT堆叠经受根据本发明的实施例的加热过程(上面的线)；
图7示出了在恒定电流应力测试期间根据本发明的实施例处理的TFT堆叠的阈值电压的变化，恒定电流应力测试涉及控制栅电压以使通过TFT的半导体沟道的电流达到2.5微安并持续长达60小时；
图8是由导体、半导体和介电层的堆叠限定的TFT架构的实例的横截面图示。
具体实施方式
在此实例中，TFT堆叠10被支撑在柔性支撑件2上，柔性支撑件包括塑料聚合物基膜4、涂布到聚合物基膜上的有机聚合物平面化层6和通过气相沉积工艺沉积在平面化层6上的无机水分阻挡膜8。TFT堆叠10包括导体、半导体和沉积在无机水分阻挡膜8上的介电材料的图案化层的堆叠。
在此实例中，导体材料可包括一种或多种金属，半导体材料和介电材料可包括有机聚合物材料。半导体材料和介电材料的层中的至少一些在包括水分和氧气的空气环境中沉积，由此水分和氧气不可避免地被结合到TFT堆叠10中。
然后，TFT堆叠10被移到手套箱12中的基本上纯氮的环境中，并被完全地浸入到大量分子筛珠14中。在使TFT堆叠保持完全地浸入在大量分子筛珠的同时，TFT堆叠10被移到手套箱12内的烘箱16。真空泵被持续操作以降低烘箱16中的压力，加热器响应于真空烘箱16内的温度测量被控制以保持烘箱内的温度在大约80℃。浸入在分子筛珠中的TFT堆叠10保持在这些条件下超过48个小时。此持续时间超过在80℃的相同温度下在相同的真空烘箱16中加热TFT堆叠时观察到的归因于从TFT堆叠去除水的尖峰的时间长度的30倍。图5示出了在加热过程的第一个1.5小时检测到真空烘箱压力的尖峰，之后检测的压力与在相同的操作条件但不包含任何TFT堆叠的真空烘箱的压力相同。这种加热持续超过所述时段的30倍，在所述时段之后真空烘箱16内的压力测量值指示已经从TFT堆叠10去除所有的水。
在完成加热过程之后，从氮手套箱12内真空烘箱16中取出TFT堆叠10，在基本上纯氮的环境下从大量分子筛珠14中抽出TFT堆叠10，聚合物水分阻挡膜20由粘合剂施加到TFT堆叠10的顶部，以将TFT堆叠10封装在水分阻挡膜20和TFT堆叠10下面的无机水分阻挡膜8之间，同时TFT堆叠10在基本上纯氮的环境内。适合的水分阻挡膜的实例在由Dr.HarryZervos所著、并由IDTechEx出版的“Barrier Layers For Flexible Electronics 2016-2026:Technologies,Markets,Forecasts”中有描述，其全部内容通过引用被并入本文中。
然后封装的TFT堆叠从氮手套箱取出，并在包含水分和氧气的空气环境中在60℃的温度下在烘箱22内经受测试。烘箱22外部的电子器件24连接至TFT以驱动TFT，并检测TFT的性能变化。
图6示出了在60℃下在空气环境中超过90个小时的持续时间内以近似2小时间隔测量由处于固定栅电压和固定的漏-源电压的TFT堆叠限定的TFT的正向电流的结果。发现在测试持续时间上正向电流的变化小于5％，这与TFT堆叠经受不浸入大量分子筛珠的常规加热过程(图6的下面的线)相比稳定性改进是引人注目的，常规的加热过程在相同的条件下显示出正向电流的50％的变化。
图7示出了对于施加到TFT的源电极和漏电极的电压之间的给定电压差使通过有机半导体沟道的电流达到2.5μA并持续60个小时所需的栅电压的图表。发现在60小时的测试持续时间上栅电压的变化小于6％。
如上文提到的，有源分子筛材料被用作水吸附剂，在整个加热过程中TFT堆叠被压紧在水吸附剂中。分子筛材料在25℃和10％的相对湿度下具有约15克或更多的水容量(每100克可吸收的水的克数)。
图8示出了由导体、半导体和介电/绝缘体层的堆叠限定的开关电路架构的实例。图8示出了对于单个显示器像素的2T1C架构，但对于2T1C的实例，TFT堆叠将典型地限定大阵列像素的2T1C架构，包括对于每个像素的开关晶体管和驱动晶体管的相应组合。TFT堆叠10还可以限定对于例如显示器器件(包括发光二极管、液晶显示器件和电泳显示器件)和传感器器件的其它开关电路架构。
参照图8，图案化的第一导体层限定(i)开关晶体管的源电极30和漏电极32；(ii)连接至开关晶体管的源电极30的源极寻址线；(iii)驱动晶体管的源电极34和漏电极36；以及(iv)连接至驱动晶体管的源电极的电源线。图案化的有机聚合物半导体层38限定开关晶体管和驱动晶体管的半导体沟道。有机聚合物绝缘体层40限定开关晶体管和驱动晶体管的栅极电介质。图案化的第二导体层限定开关晶体管和驱动晶体管的栅电极42、44，以及连接至开关晶体管的栅电极的栅极寻址线。限定驱动晶体管的栅电极44的图案化的第二导体层的一部分接触图案化的第一导体层的一部分，其限定开关晶体管的漏电极32。另一有机聚合物绝缘体层46形成于图案化的第二导体层上。通孔48形成于另一有机聚合物绝缘体层中驱动晶体管的漏电极的区域中。图案化的第三导体层限定像素电极50，其通过所述的在另一有机聚合物绝缘体层中的通孔接触驱动晶体管的漏电极。
除了上文明确提到的任何改变之外，对本领域技术人员显然对所描述的实施例的各种其它修改也在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种从未封装堆叠层去除水的方法，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体元件的一个或多个电子器件；其中所述方法包括：在存在外部水吸附剂时使所述未封装堆叠层在真空烘箱中经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时段，所述时段比控制时段长，在所述控制时段，在相同的处理条件下但没有水吸附材料时，归因于水从所述堆叠层释放的烘箱压力的尖峰会随着加热出现。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述真空烘箱中将所述堆叠层加热一时段，所述时段是所述控制时段时长的至少20倍。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括在所述真空烘箱中将所述堆叠层加热一时段，所述时段是所述控制时段时长的至少30倍。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述脱水处理包括当被压紧在所述外部水吸附剂中时在所述真空烘箱中加热所述堆叠层。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述外部水吸附剂在25℃和10％的相对湿度下具有15克或更多的水容量；其中所述水容量为每100克水吸附剂可吸收的水的克数。
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述水吸附剂是分子筛材料。
7.一种从未封装堆叠层去除水的方法，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件；其中所述方法包括：在真空烘箱中使所述未封装堆叠层经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在存在外部水吸附剂时在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时间，所述时间足以将水去除到在所述堆叠层封装之后所述一个或多个晶体管器件在空气中的应力测试中表现出小于6％的栅电压变化的程度，所述空气中的应力测试涉及将所述栅电压保持在使通过所述有机半导体沟道的电流达到2.5μA并持续60小时所需的水平。
8.一种从未封装堆叠层去除水的方法，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件；其中所述方法包括：在真空烘箱中使所述未封装堆叠层经受脱水处理；其中，所述脱水处理包括在存在外部水吸附剂时在所述真空烘箱中将所述未封装堆叠层加热一时间，所述时间足以将水去除到在所述堆叠层封装之后所述一个或多个晶体管器件在应力测试中表现出小于5％的通过所述有机半导体沟道的正向电流变化的程度，所述应力测试涉及在60℃下在空气中以固定的栅电压和固定的漏-源电压操作所述一个或多个晶体管器件90小时。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述脱水处理包括当所述堆叠层被压紧在外部水吸附剂中时在所述真空烘箱中加热所述堆叠层。
10.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述外部水吸附剂在25℃和10％的相对湿度下具有15克或更多的水容量；其中所述水容量为每100克水吸附剂可吸收的水的克数。
11.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述水吸附剂是分子筛。
12.一种从未封装堆叠层去除水的方法，所述未封装堆叠层限定包括有机半导体元件的一个或多个电子器件；其中所述方法包括：在水吸附材料中压紧所述未封装堆叠层；然后在真空烘箱中加热压紧的未封装堆叠层；在所述加热之后，在基本上无水分的环境中从所述水吸附材料取出所述未封装堆叠层；然后同样在基本上无水分的环境中，封装所述未封装堆叠层以防止水分进入。
13.一种采用权利要求7所述的方法获得的限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件的堆叠层；其中，所述一个或多个晶体管器件在空气中的应力测试中表现出小于6％的栅电压变化，所述空气中的应力测试涉及使所述栅电压保持在使通过所述有机半导体沟道的电流达到2.5μA并持续60小时所需的水平。
14.一种采用权利要求8所述的方法获得的限定包括有机半导体沟道的一个或多个晶体管器件的堆叠层；其中，所述一个或多个晶体管器件在应力测试中表现出小于5％的通过所述有机半导体沟道的正向电流变化，所述应力测试涉及在60℃下在空气中以固定的栅电压和固定的漏-源电压操作所述一个或多个晶体管器件90小时。
15.一种包括根据权利要求13或权利要求14所述的堆叠层的显示器或感测装置。
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