CN110767806A - 一种有机薄膜晶体管及其制备方法和显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机薄膜晶体管及其制备方法和显示器件，首先在填充有纳米粒子的源/漏极模具和栅极模具上分别浇注聚合物溶液，固化后，翻模，得到源/漏极模板和栅极模板；然后分别在源/漏极模板和栅极模板表面制备金属层；接着将源/漏极金属层转印至柔性衬底上，然后在柔性衬底的金属层上制备绝缘层；最后将栅极金属层与制备有绝缘层的柔性衬底对准；将栅极金属层转印在柔性衬底上的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管；本发明通过利用增加聚合物模板有机薄膜晶体管源/漏极(或栅极)中纳米粒子含量来提高聚合物模板的杨氏模量并降低其热膨胀系数，限制聚合物模板在转移印刷过程中产生机械变形和热变形，实现有机薄膜晶体管高效、精确地转移印刷，从而生产电接触性良好的有机薄膜晶体管器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体工艺制作技术领域，特别涉及一种有机薄膜晶体管及其制备方法和显示器件。
背景技术
有机薄膜晶体管可应用于手机柔性屏、柔性微电子电路，可穿戴式传感器等领域，机械/热性能优异的聚合物模板在有机薄膜晶体管转移印刷技术中备受关注；现有的聚合物模板具有低的杨氏模量和高的热膨胀系数，导致其机械稳定性和热稳定性差，直接影响有机薄膜晶体管的对准精度和转印质量。
目前，提高聚合物模板机械/热稳定性能的传统方法是在聚合物中直接掺杂纳米粒子，然而，纳米粒子在聚合物中分散性差，对聚合物模板性能改善不明显，聚合物模板与对应转印层之间的机械/热稳定性仍然不匹配，在转移印刷过程中易发生对准偏差和转印不完全的现象；另外，采用传统方法制备的聚合物模板制作金属层时，由于有机薄膜晶体管源/漏极(或栅极)处的应力较大，使得该处的金属层出现大量褶皱和裂纹，并向四周蔓延，其严重影响了有机薄膜晶体管高效、精确的转移印刷(如附图1-2所示)。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种有机薄膜晶体管及其制备方法，以解决现有的聚合物模板机械/热稳定性能较差，聚合物模板与对应转印层之间的机械/热稳定性能不匹配的技术问题，以实现有机薄膜晶体管高效、精确地转印至柔性衬底上。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备源/漏极模板和栅极模板
在具有微米或纳米源/漏极阵列结构的源/漏极模具表面填充足量纳米粒子，并使纳米粒子填入微米或纳米源/漏极阵列结构中；
在具有微米或纳米栅极阵列结构的栅极模具表面填充足量纳米粒子，并使纳米粒子填入微米或纳米栅极阵列结构中；
将聚合物溶液浇注在填充有纳米粒子的源/漏极阵列结构或栅极阵列结构的模具表面，真空处理，固化，翻模，分别得到源/漏极模板和栅极模板；
步骤2、在步骤1的源/漏极模板表面制备源/漏极金属层；在步骤1的栅极模板表面制备栅极金属层；
步骤3、在柔性衬底表面制备有机半导体层，并将源/漏极金属层转印至有机半导体层上；
步骤4、在转印后的源/漏极金属层表面制备绝缘层；
步骤5、将步骤2中的栅极金属层转印至步骤4中的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管。
进一步的，步骤1中微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(8-50)×(5-35)×(1-50)μm；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(200-500)×(150-300)×(100-250)nm；
微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(3-12)×(8-40)×(1-50)μm；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(100-150)×(180-400)×(100-250)nm。
进一步的，步骤1中，聚合物溶液采用聚合物本底及对应固化剂配制得到；聚合物本底采用聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷与固化剂按质量比(9-11):1配制得到。
进一步的，步骤2中，采用溅射技术制备源/漏极金属层或栅极金属层；靶材采用银、铜或金靶材中的一种；溅射温度为35-50℃，溅射时间为400-600s。
进一步的，步骤3中，采用旋涂法制备有机半导体层；具体的，首先将并五苯溶液旋涂在柔性衬底上，退火处理后，得到有机半导体层；旋涂一级转速为400-500r，旋涂时间为10-15s；旋涂二级转速为1500-2000r，旋涂时间为25-40s；退火温度为110-140℃，退火时间为10-15min。
进一步的，步骤3中，采用热压印方法，将源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上；热压印压力为0.8-1.5N，压印温度为160-180℃，压印时间为8-14h。
进一步的，步骤4中，采用旋涂法，制备绝缘层；具体的，将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂在源/漏极金属层上，退火处理后，得到绝缘层；旋涂一级转速为500-600r，旋涂时间为10-15s；旋涂二级转速为2000-2500r，旋涂时间为25-40s；退火温度为150-200℃，退火时间为10-15min。
进一步的，步骤5中，采用显微对准方法，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；然后采用热压印法，将栅极金属层转印至绝缘层上。
本发明还提供了一种有机薄膜晶体管，利用所述的有机薄膜晶体管的制备方法制备得到。
本发明还提供了一种显示器件，所述显示器件包括有机薄膜晶体管。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，通过采用将聚合物溶液浇注在填充有纳米粒子的源/漏极阵列结构或栅极阵列结构的模具表面，制作得到源/漏极模板和栅极模板，提高了源/漏极模板或栅极模板中纳米粒子含量，纳米粒子与聚合物之间形成共价键，纳米粒子之间形成氢键，有效提高了源/漏极模板或栅极模板的杨氏模量，同时降低了源/漏极模板或栅极模板的热膨胀系数，避免了金属层制备过程中出现褶皱和裂纹，限制了源/漏极模板或栅极模板的在源/漏极(或栅极)转移印刷过程中产生的机械变形和热变形，从而避免了因转印温度变化出现的源/漏极(或栅极)转移不完全和对准偏差问题，实现了有机薄膜晶体管高效、精确的转移印刷，进一步生产电接触性良好的有机薄膜晶体管。
本发明还提供了一种有机薄膜晶体管，消除了源/漏极金属层或栅极金属层上的褶皱和裂纹，实现了源/漏极与栅极的精确、高效转印，提高了有机薄膜晶体管的电接触性和使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中的有机薄膜晶体管源/漏极的电子显微镜图；
图2为现有技术中的有机薄膜晶体管的电子显微镜图；
图3为本发明所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法流程示意图；
图4为本发明实施例1中制备的有机薄膜晶体管源/漏极的电子显微镜图
图5为本发明实施例1中制备的有机薄膜晶体管的电子显微镜图；
图6为本发明实施例1中制备的显示器件的电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，分别在源/漏极模具和栅极模具表面填充足量纳米粒子，得到填充有纳米粒子的源/漏极模具和栅极模具；分别在填充有纳米粒子的源/漏极模具和栅极模具表面浇注聚合物溶液，固化后，翻模，使纳米粒子随聚合物转移，得到源/漏极模板和栅极模板；采用溅射技术，在源/漏极模板制备源/漏极金属层，在栅极模板的表面制备栅极金属层；采用热压印法，将源/漏极金属层转印至有有机半导体层的柔性衬底上，形成转印有源/漏极金属层的柔性衬底；采用旋涂法，在转印后的源/漏极金属层上制备绝缘层；利用显微对准技术，将制备有栅极金属层的栅极模板与制备有绝缘层的柔性衬底对准；利用热压印法，将栅极金属层转移印刷在柔性衬底的绝缘层上，实现了有机薄膜晶体管的高效、精确转印，得到了所述的电接触性良好的有机薄膜晶体管。
如附图3所示，本发明所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、在硬衬底的表面刻蚀微米或纳米源/漏极阵列结构，形成源/漏极模具；在硬衬底的表面刻蚀微米或纳米栅极阵列结构，形成栅极模具；其中，硬基底采用高掺杂硅片或高掺杂二氧化硅片；微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(8-50)×(5-35)×(1-50)μm；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(200-500)×(150-300)×(100-250)nm；微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(3-12)×(8-40)×(1-50)μm；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(100-150)×(180-400)×(100-250)nm；
步骤2、分别将步骤1中的源/漏极模具和栅极模具依次采用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗后，采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤3、在源/漏极模具表面填充足量纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子施压，使纳米粒子填入源/漏极阵列结构中，再采用载玻片将源/漏极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有纳米粒子的源/漏极模具；
在栅极模具表面填充足量纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子进行施压，使纳米粒子填入栅极阵列结构中，再采用载玻片将栅极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有纳米粒子的栅极模具；
其中，纳米粒子采用二氧化硅、二氧化钛及富勒烯中的一种；
步骤4、在填充有纳米粒子的源/漏极模具表面浇注聚合物溶液，抽真空处理，由于聚合物分子链的宽度远远小于纳米粒子的间隙宽度，在真空条件下，聚合物溶液通过纳米粒子间隙渗入源/漏极阵列结构中；室温固化，翻模，由于聚合物具有粘附性，源/漏极阵列结构中的纳米粒子粘附在聚合物中随之剥离，得到源/漏极模板；
在填充有纳米粒子的栅极模具表面浇注聚合物溶液，抽真空处理，由于聚合物分子链的宽度远远小于纳米粒子的间隙宽度，在真空条件下，聚合物溶液通过纳米粒子间隙渗入栅极阵列结构中；室温固化，翻模，由于聚合物具有粘附性，栅极阵列结构中的纳米粒子粘附在聚合物中随之剥离，得到栅极模板；
步骤5、采用溅射技术，在源/漏极模板上制备源/漏极金属层；在栅极模板上制备栅极金属层；
步骤6、选取柔性衬底，将柔性衬底置于清洗液中，超声清洗后，采用氮气吹干，使其表面干净；其中柔性衬底采用厚度为400-800μm的聚酰亚胺；
步骤7、采用旋涂法，将有机半导体溶液旋涂在柔性衬底上，退火处理后，在柔性衬底上形成有机半导体层；
步骤8、采用热压印法，将源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上；
步骤9、采用旋涂法，将绝缘性溶液旋涂在转印步骤8的源/漏极金属层表面，退火处理后，在柔性衬底上形成绝缘层；
步骤10、采用显微对准技术，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；采用热压印法，将栅极金属层转印至柔性衬底的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管。
本发明所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法中，源/漏极模具或栅极模具中的纳米粒子随着聚合物剥离，纳米粒子全部转移至源/漏极模板或栅极模板中；由于源/漏极阵列结构或栅极阵列结构中的纳米粒子具有高的杨氏模量和低的热膨胀系数，同时，由于纳米粒子与聚合物在有机薄膜晶体管源/漏极(或栅极)处相互作用，形成较多共价键，明显提高了源/漏极模板或栅极模板的杨氏模量，并降低了其热膨胀系数；从而限制了源/漏极模板或栅极模板在转移印刷过程中产生机械变形和热变形，确保了有机薄膜晶体管的高效、精确的转移印刷。本发明中利用性能优异的聚合物模板不仅消除了聚合物模板上金属层的褶皱和裂纹，而且解决了有机薄膜晶体管在转移印刷过程中出现的对准偏差和转印不完全的问题，从而获得了电接触性良好的有机薄膜晶体管。
实施例1
实施例1中提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝50×30×25μm；
选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米栅极阵列结构，得到栅极模具；微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝12×40×25μm；
步骤2、分别将步骤1中的源/漏极模具或栅极模具依次采用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗，并采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤3、在源/漏极模具表面填充足量二氧化硅纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子施加1N的压力，使二氧化硅纳米粒子填入源/漏极阵列结构中，再采用载玻片将源/漏极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有二氧化硅纳米粒子的源/漏极模具；其中，二氧化硅纳米粒子的填充质量分数为75.1wt％；
在栅极表面填充足量二氧化硅纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子施加5N的压力，使二氧化硅纳米粒子填入栅极阵列结构中，再采用载玻片将栅极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有二氧化硅纳米粒子的栅极模具，其中，二氧化硅纳米粒子的填充质量分数为75.1wt％；
步骤4、将聚二甲基硅氧烷及对应固化剂按质量比10:1混合，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将聚合物溶液分别浇注在填充有二氧化硅纳米粒子的源/漏极模具及填充有二氧化硅纳米粒子的栅极模具表面，抽真空处理，使聚合物溶液充分从二氧化硅纳米粒子缝隙间渗入源/漏极阵列结构或栅极阵列结构中，室温固化24h后，翻模，得到源/漏极模板及栅极模板；
步骤5、采用溅射技术，在源/漏极模板表面制备源/漏极金属层，在栅极模板表面制备栅极金属层；溅射时，靶材采用银靶材，靶材纯度为99.99％，溅射温度为35℃，溅射时间为400s；
步骤6、选取厚度为400μm的聚酰亚胺作为柔性衬底，将柔性衬底置于清洗液中，超声清洗后，采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤7、采用旋涂法，将并五苯溶液旋涂在干净的柔性衬底上，退火处理后，在柔性衬底上形成有机半导体层；旋涂一级转速为400r，旋涂时间为10s，二级转速为1500r，旋涂时间为25s；退火温度为120℃，退火时间为12min；
步骤8、采用热压印法，将源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上，得到转印有源/漏极金属层的柔性衬底；热压印压力为0.8N，压印温度为170℃，压印时间为10h；
步骤9、采用旋涂法，在源/漏极金属层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，退火处理后，得到有绝缘层的柔性衬底；旋涂一级转速为500r，旋涂时间为10s，二级转速为2000r，旋涂时间为25s；退火温度为180℃，退火时间为13min；
步骤10、采用显微对准技术，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；采用热压印法，将栅极模板上的栅极金属层转印至柔性衬底的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管；热压印压力为1N，压印温度为170℃，压印时间为12h。
实施例1中，二氧化硅纳米粒子的杨氏模量为70000MPa，较高杨氏模量的二氧化硅纳米粒子含量越高，对源/漏极模板或栅极模板的杨氏模量影响越大；二氧化硅纳米粒子和聚二甲基硅氧烷之间形成共价键，二氧化硅纳米粒子之间形成氢键，纳米粒子之间或纳米粒子与聚二甲基硅氧烷之间所形成的键随着二氧化硅纳米粒子含量的增加而增加；随着纳米粒子含量的增多，聚二甲基硅氧烷的杨氏模量从原始1.4MPa增加到16.58MPa，从而提高了源/漏极模板或栅极模板的机械稳定性，源/漏极金属层或栅极金属层的应力得到控制，得到的源/漏极金属层或栅极金属层光滑平整；同样的，增加低热膨胀系数的二氧化硅纳米粒子(0.54ppm/℃)含量可显著降低源/漏极模板或栅极模板的热膨胀系数，阻碍其热变形，提高了源/漏极模板或栅极模板的热稳定性，在源/漏极(或栅极)转移印刷的过程中避免了因转印温度变化出现的源/漏极(或栅极)转移不完全和对准偏差问题。
如附图4所示，附图4给出根据实施例1中制备的源/漏极金属层的电子显微镜图，相比附图1制作的源/漏极金属层，本实施例中制备的源/漏极金属层表面褶皱和裂纹明显消失，为源/漏极(或栅极)金属层的转移印刷过程提供了便利；源/漏极和栅极可以完整的转移印刷至柔性衬底上，且在栅极和源/漏极对准的过程中实现了有机薄膜晶体管精确对准，同样的，可以实现其高效转移印刷；如附图5所示，附图5给出了根据实施例1中制备的有机薄膜晶体管的电子显微镜图；采用本发明所述方法制作有机薄膜晶体管，不仅消除了源/漏极和栅极金属层的褶皱和裂纹，而且实现了有机薄膜晶体管栅极高效、精确转印至源/漏极上，本发明所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
如附图6所示，附图6给出了利用实施例1中的有机薄膜晶体管制备的显示器件的电子显微镜图；从附图6中可以看出在弯曲状况下，所述显示器件仍然保持着良好结构和形状，显示器件具有良好的耐用性和电接触性。
实施例2
实施例2中提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝8×5×1μm；
选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米栅极阵列结构，得到栅极模具；微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝3×8×1μm；
步骤2、分别将步骤1中的源/漏极模具或栅极模具依次采用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗，并采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤3、在源/漏极模具表面填充足量二氧化钛纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子施加2.5N的压力，使二氧化钛纳米粒子填入源/漏极阵列结构中，再采用载玻片将源/漏极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有二氧化钛纳米粒子的源/漏极模具；其中，二氧化钛纳米粒子的填充质量分数为81.23wt％；
在栅极表面填充足量二氧化钛纳米粒子，采用载玻片对纳米粒子施加5N的压力，使二氧化钛纳米粒子填入栅极阵列结构中，再采用载玻片将栅极模具表面多余的纳米粒子刮除，得到填充有二氧化钛纳米粒子的栅极模具，其中，二氧化钛纳米粒子的填充质量分数为81.23wt％；
步骤4、将聚二甲基硅氧烷及对应固化剂按质量比11:1混合，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将聚合物溶液分别浇注在填充有二氧化钛纳米粒子的源/漏极模具及填充有二氧化钛纳米粒子的栅极模具表面，抽真空处理，使聚合物溶液充分从二氧化钛纳米粒子缝隙间渗入源/漏极阵列结构或栅极阵列结构中，室温固化26h，翻模，得到源/漏极模板及栅极模板；
步骤5、采用溅射技术，在源/漏极模板的表面制备源/漏极金属层，在栅极模板的表面制备栅极金属层；溅射时，靶材采用金靶材，靶材纯度为99.99％，溅射温度为50℃，溅射时间为600s；
步骤6、选取厚度为600μm的聚酰亚胺作为柔性衬底，将柔性衬底置于清洗液中，超声清洗后，采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤7、采用旋涂法，将并五苯溶液旋涂在干净的柔性衬底上，退火处理后，在柔性衬底上形成有机半导体层；旋涂一级转速为450r，旋涂时间为13s，二级转速为1700r，旋涂时间为30s；退火温度为110℃，退火时间为15min；
步骤8、采用热压印法，将源/漏极模板上的源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上，得到转印有源/漏极金属层的柔性衬底；热压印压力为1.5N，压印温度为160℃，压印时间为8h；
步骤9、采用旋涂法，在源/漏极金属层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，退火处理后，得到有绝缘层的柔性衬底；旋涂一级转速为550r，旋涂时间为13s，二级转速为2300r，旋涂时间为30s；退火温度为150℃，退火时间为15min，
步骤10、采用显微对准技术，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；采用热压印法，将栅极模板上的栅极金属层转印至柔性衬底的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管；热压印压力为0.8N，压印温度为160℃，压印时间为8h。
实施例2中通过提高聚合物中二氧化钛纳米粒子含量制备了机械/热稳定性良好的聚合物模板，即聚合物模板的杨氏模量显著提高以及热膨胀系数显著降低，并利用转移印刷技术制备了有机薄膜晶体管；所制备有机薄膜晶体管的源/漏极金属层和栅极金属层表面光滑均匀，无褶皱和裂纹，确保了栅极金属层高效、精确地转印至源/漏极金属层上，所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
实施例3
实施例3中提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝40×35×50μm；
选取高掺杂硅片作为硬衬底，采用刻蚀技术，在高掺杂硅片上刻蚀微米栅极阵列结构，得到栅极模具；微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝10×40×50μm；
步骤2、分别将步骤1中的源/漏极模具或栅极模具依次采用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗，并采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤3、在源/漏极模具表面填充足量富勒烯，采用载玻片对纳米粒子施加2.6N的压力，使纳米粒子填入源/漏极阵列结构中，再采用载玻片将有源/漏极模具表面多余的富勒烯刮除，得到填充有富勒烯的源/漏极模具；其中，富勒烯的填充质量分数为65.68wt％；
在栅极表面填充足量富勒烯，采用载玻片对纳米粒子施加4N的压力，使富勒烯填入栅极阵列结构中，再采用载玻片将栅极模具表面多余的富勒烯刮除，得到填充有富勒烯的栅极模具，其中，富勒烯的填充质量分数为65.68wt％；
步骤4、将聚二甲基硅氧烷及对应固化剂按质量比9:1混合，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将聚合物溶液分别浇注在填充有富勒烯的源/漏极模具及填充有富勒烯的栅极模具表面，抽真空处理，使聚合物溶液充分从富勒烯粒子缝隙间渗入源/漏极阵列结构或栅极阵列结构中，室温固化20h，翻模，得到源/漏极模板及栅极模板；
步骤5、采用溅射技术，在源/漏极模板的表面制备源/漏极金属层，在栅极模板的表面制备栅极金属层；溅射时，靶材采用铜靶材，靶材纯度为99.99％，溅射温度为40℃，溅射时间为500s；
步骤6、选取厚度为800μm聚酰亚胺作为柔性衬底，将柔性衬底置于清洗液中，超声清洗后，采用氮气吹干，使其表面干净；
步骤7、采用旋涂法，将并五苯溶液旋涂在干净的柔性衬底上，退火处理后，在柔性衬底上形成有机半导体层；旋涂一级转速为500r，旋涂时间为15s，二级转速为2000r，旋涂时间为40s；退火温度为120℃，退火时间为13min；
步骤8、采用热压印法，将源/漏极模板上的源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上，得到转印有源/漏极金属层的柔性衬底；热压印压力为1.2N，压印温度为170℃，压印时间为12h；
步骤9、采用旋涂法，在源/漏极金属层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，退火处理后，得到有绝缘层的柔性衬底；旋涂一级转速为600r，旋涂时间为15s，二级转速为2500r，旋涂时间为40s；退火温度为170℃，退火时间为14min，
步骤10、采用显微对准技术，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；采用热压印法，将栅极模板上的栅极金属层转印至柔性衬底的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管；热压印压力为1.3N，压印温度为170℃，压印时间为10h。
实施例3中通过提高聚合物中富勒烯含量制备了机械/热稳定性良好的聚合物模板，即聚合物模板的杨氏模量显著提高以及热膨胀系数显著降低，并利用转移印刷技术制备了有机薄膜晶体管；所制备有机薄膜晶体管的源/漏极金属层和栅极金属层表面无褶皱和裂纹，确保了栅极高效、精确地转印至源/漏极上，所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
实施例4
实施例4与实施例1的原理基本相同，不同之处在于，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝200×150×100nm；
选取高掺杂二氧化硅片作为硬衬底，采用光刻技术，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米栅极阵列结构，得到栅极模具；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝100×180×100nm。
实施例4中通过提高聚合物中二氧化硅纳米粒子含量制备了机械/热稳定性良好的聚合物模板，即聚合物模板的杨氏模量显著提高以及热膨胀系数显著降低，并利用转移印刷技术制备了有机薄膜晶体管；所制备的有机薄膜晶体管的源/漏极金属层和栅极金属层表面光滑平整，无褶皱和裂纹，栅极金属层能够高效、精确地转印至源/漏极金属层上，所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
实施例5
实施例5与实施例2的原理基本相同，不同之处在于，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝300×200×100nm；
选取高掺杂二氧化硅片作为硬衬底，采用光刻技术，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米栅极阵列结构，得到栅极模具；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝150×250×100nm。
实施例5中通过提高聚合物中二氧化钛纳米粒子含量制备了机械/热稳定性良好的聚合物模板，即聚合物模板的杨氏模量显著提高以及热膨胀系数显著降低，并利用转移印刷技术制备了有机薄膜晶体管；所制备有机薄膜晶体管的源/漏极金属层和栅极金属层表面光滑均匀，无褶皱和裂纹，栅极金属层能够高效、精确地转印至源/漏极金属层上，所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
实施例6
实施例6与实施例3的原理基本相同，不同之处在于，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米源/漏极阵列结构，得到源/漏极模具；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝500×300×250nm；
选取高掺杂二氧化硅片作为硬衬底，采用光刻技术，在高掺杂二氧化硅片上刻蚀纳米栅极阵列结构，得到栅极模具；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝120×400×250nm。
实施例6中通过提高聚合物中富勒烯含量制备了机械/热稳定性良好的聚合物模板，即聚合物模板的杨氏模量显著提高以及热膨胀系数显著降低，并利用转移印刷技术制备了有机薄膜晶体管；所制备有机薄膜晶体管的源/漏极金属层和栅极金属层表面光滑完整，无褶皱和裂纹，栅极金属层能够高效、精确地转印至源/漏极金属层上，所述有机薄膜晶体管具有良好的电接触性和高寿命性能。
本发明提供了一种应用上述有机薄膜晶体管的显示器件，所述显示器件包括上述有机薄膜晶体管；其中，所述显示器件包括液晶面板、OLED面板、有机发光二极管面板、电泳显示面板、手机、监视器、平板电脑等显示器件。
以上所述仅表示本发明的优选实施方式，任何人在不脱离本发明的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备源/漏极模板和栅极模板
在具有微米或纳米源/漏极阵列结构的模具表面填充足量纳米粒子，并使纳米粒子填入微米或纳米源/漏极阵列结构中；
在具有微米或纳米栅极阵列结构的模具表面填充足量纳米粒子，并使纳米粒子填入微米或纳米栅极阵列结构中；
将聚合物溶液浇注在填充有纳米粒子的源/漏极阵列结构或栅极阵列结构的模具表面，真空处理，固化，翻模，分别得到源/漏极模板和栅极模板；
步骤2、在步骤1的源/漏极模板表面制备源/漏极金属层；在步骤1的栅极模板表面制备栅极金属层；
步骤3、在柔性衬底表面制备有机半导体层，并将源/漏极金属层转印至有机半导体层上；
步骤4、在转印后的源/漏极金属层表面制备绝缘层；
步骤5、将步骤2中的栅极金属层转印至步骤4中的绝缘层上，得到所述的有机薄膜晶体管。
2.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤1中微米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(8-50)×(5-35)×(1-50)μm；纳米源/漏极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(200-500)×(150-300)×(100-250)nm；
微米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(3-12)×(8-40)×(1-50)μm；纳米栅极阵列结构尺寸特征为：长×宽×深＝(100-150)×(180-400)×(100-250)nm。
3.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤1中，聚合物溶液采用聚合物本底及对应固化剂配制得到；聚合物本底采用聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷与对应固化剂按质量比(9-11):1配制得到。
4.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2中，采用溅射技术制备源/漏极金属层或栅极金属层；靶材采用银、铜或金靶材中的一种；溅射温度为35-50℃，溅射时间为400-600s。
5.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用旋涂法制备有机半导体层；具体的，首先将并五苯溶液旋涂在柔性衬底上，退火处理后，得到有机半导体层；旋涂一级转速为400-500r，旋涂时间为10-15s，二级转速为1500-2000r，旋涂时间为25-40s；退火温度为110-140℃，退火时间为10-15min。
6.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用热压印方法，将源/漏极金属层转印至柔性衬底的有机半导体层上；热压印压力为0.8-1.5N，压印温度为160-180℃，压印时间为8-14h。
7.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤4中，采用旋涂法，制备绝缘层；具体的，将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂在源/漏极金属层上，退火处理后，得到绝缘层；旋涂一级转速为500-600r，旋涂时间为10-15s；旋涂二级转速为2000-2500r，旋涂时间为25-40s；退火温度为150-200℃，退火时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤5中，采用显微对准方法，将有栅极金属层的栅极模板与有绝缘层的柔性衬底以对准标记为基准，进行对准；然后采用热压印法，将栅极金属层转印至绝缘层上。
9.一种有机薄膜晶体管，其特征在于，利用权利要求1-8任意一项所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法制备得到。
10.一种显示器件，其特征在于，所述显示器件包括权利要求9所述的一种有机薄膜晶体管。
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| CN110767806B (zh) | 2022-11-15 |
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