CN114730845A - 低电压操作的双栅有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄膜晶体管(TFT)，其包括：基材(202)；位于基材上的有机半导体(OSC)层(210)；位于OSC层上的电介质层(214)；以及设置在OSC层与电介质层之间的聚合物居间层(212)，使得电介质层被构造成展现出双层电容效应。一种形成薄膜晶体管的方法，其包括：提供基材；在基材顶部上提供底栅层；从基材依次设置有机半导体(OSC)层、电介质层和顶栅层；以及使用单个掩模对OSC层、电介质层和顶栅层进行图案化。
Description
背景
1.技术领域
本申请依据35 U.S.C.§119要求于2019年5月10日提交的系列号为62/846,070的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
本公开涉及低电压操作的双栅(DG)有机薄膜晶体管(OTFT)。
2.背景技术
相比于基于无机硅的薄膜晶体管(即，a-Si:H TFT、LTPS TFT)以及基于非晶氧化物半导体(AOS)的TFT，有机薄膜晶体管(OTFT)具有特有的优点，例如，挠性、溶液处理以及低的热预算。例如，常规的硅基技术常需要高温和高真空沉积工艺，以及复杂的光刻图案化方法。
目前可用的基于OTFT的装置缺少可与目前的光刻显示制造工艺相容的高分辨率的OTFT背板，并且需要进一步改进装置驱动能力、稳定性和大显示区域的产量。此外，需要使用高k栅电介质和新型装置结构来降低操作电压以最大程度地减少功耗并延长装置寿命。
本公开提出了通过用于显示应用的新型掩模工艺来形成的改进的低电压操作的双栅(DG)OTFT。
发明内容
在一些实施方式中，一种薄膜晶体管(TFT)包括：基材；位于基材上的有机半导体(OSC)层；位于OSC层上的电介质层；以及设置在OSC层与电介质层之间的聚合物居间层，其中，电介质层被构造成展现出双层电容效应。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，OSC层是聚合物掺混物，其包含：至少一种有机半导体(OSC)聚合物，其中，所述至少一种OSC聚合物是二酮基吡咯并吡咯-稠合噻吩聚合物材料，其中，所述稠合噻吩是β取代的。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述至少一种OSC聚合物包含第一部分和第二部分，其中，第一部分或第二部分中的至少一者包含至少一个可UV固化的侧链。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述至少一个可UV固化的侧链包含以下中的至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，仅第一部分包含至少一个可UV固化的侧链。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，第一部分和第二部分均包含至少一个可UV固化的侧链。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述聚合物掺混物还包含：至少一种交联剂，其中，所述至少一种交联剂包含以下中的至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述聚合物掺混物还包含：至少一种光引发剂，其中，所述至少一种光引发剂以0.1重量％至10重量％存在。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述聚合物掺混物还包含：抗氧化剂、润滑剂、增容剂、流平剂或成核剂中的至少一种，其存在的量在0.05重量％至5重量％的范围内。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述至少一种OSC聚合物包含式1或式2的重复单元，或者其盐、异构体或类似物：
其中，在式1和式2中：m是大于或等于1的整数；n是0、1或2；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以独立地为氢，取代或未取代的C4或更高级烷基，取代或未取代的C4或更高级烯基，取代或未取代的C4或更高级炔基，或者C5或更高级环烷基；a、b、c和d独立地为大于或等于3的整数；e和f为大于或等于0的整数；X和Y独立地为共价键，任选取代的芳基，任选取代的杂芳基，任选取代的稠合芳基或稠合杂芳基，炔或烯；并且A和B可以独立地为S或O中的任一者，条件是：(i)至少R1或R2中的一种；R3或R4中的一种；R5或R6中的一种；以及R7或R8中的一种是取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、或者环烷基；(ii)如果R1、R2、R3或R4中的任何一种是氢，则R5、R6、R7或R8均不为氢；(iii)如果R5、R6、R7或R8中的任何一种是氢，则R1、R2、R3或R4均不为氢；(iv)e和f不可同时为0；(v)如果e或f中的任何一者为0，则c和d独立地为大于或等于5的整数；以及(vi)所述聚合物具有分子量，其中，聚合物的分子量大于10,000。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，对于第一部分，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，对于第一部分和第二部分，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，R5、R6、R7和R8中的至少一种包含丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，R1、R2、R3和R4中的至少一种包含丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述聚合物掺混物还包含：至少一种光引发剂，其中，所述至少一种光引发剂包含：1-羟基-环己基-苯基-酮(184)；2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1(369)；二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦(TPO)；2-异丙基噻吨酮(ITX)；1-[4-(苯硫基)苯基]-1,2-辛烷二酮2-(O-苯甲酰肟)(HRCURE-OXE01)；2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(BDK)；苯甲酰过氧化物(BPO)；羟基苯乙酮(HAP)；2-羟基-2-甲基苯丙酮(1173)；2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮(907)；2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉代苯基丁酮(IHT-PI 910)；4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯(EDB)；邻-苯甲酰苯甲酸甲酯(OMBB)；双-(2,6-二甲氧基-苯甲酰)-苯基氧化膦(BAPO)；4-苯甲酰-4’甲基二苯基硫醚(BMS)；二苯甲酮(BP)；1-氯-4-丙氧基噻吨酮(CPTX；1-chloro-4-propoxy thiozanthone)；氯噻吨酮(CTX)；2,2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)；二乙基噻吨酮(DETX)；苯甲酸2-二甲氨基乙酯(DMB)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)；2-乙基蒽醌(2-EA)；对-N,N-二甲基-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)；二甲氨基苯甲酸2-乙基己酯(EHA)；4,4-双-(二乙基氨基)-二苯甲酮(EMK)；甲基二苯甲酮(MBF)；4-甲基二苯甲酮(MBP)；米蚩酮(MK)；2-甲基-1-[4(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙酮(1)(MMMP)；4-苯基二苯甲酮(PBZ)；2,4,6-三甲基-苯甲酰-乙氧基苯基氧化膦(TEPO)；双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁基磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓对甲苯磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓三氟甲磺酸盐；叔丁氧羰基甲氧基苯基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；二苯基碘鎓六氟磷酸盐；二苯基碘鎓硝酸盐；二苯基碘鎓对甲苯磺酸盐；二苯基碘鎓三氟甲磺酸盐；(4-氟苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸；N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺全氟-1-丁基磺酸酯；(4-碘苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-甲氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪；(4-甲硫基苯基)甲基苯基锍三氟甲磺酸盐；1-萘基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯基硫代苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；三芳基锍六氟锑酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三芳基锍六氟磷酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三苯基锍全氟-1-丁基磺酸盐；三苯基锍三氟甲磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍全氟-1-丁基磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍三氟甲磺酸盐；芳基重氮盐；二芳基碘鎓盐；三芳基锍盐；芳基二茂铁鎓盐；或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，居间层包括以下中的至少一种：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)(P3DDT)、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基醇、聚(4-乙烯基苯酚)(P4VP)、聚丙烯酸、或者它们的组合或共聚物。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，居间层的厚度在1nm至100nm的范围内。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，电介质层是包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、含碱金属离子的聚丙烯酸或其组合中的至少一种的高k电介质层。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，电介质层的厚度在1nm至1000nm的范围内。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，TFT还包括：设置在基材上的底栅；至少设置在底栅与OSC层之间的第二电介质；位于第二电介质顶部并与OSC直接接触的源电极和漏电极；以及与电介质层直接接触的顶栅。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，TFT还包括：设置在第二电介质层和源电极及漏电极上方的聚合自组装单层(SAM)。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，SAM包含以下中的至少一种：十八烷基三甲氧基硅烷(OTS)、六甲基二硅烷(HMDS)、磷酸十八烷基酯(ODPA)或其组合。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，TFT被构造成实现以下中的至少一项：至少0.3cm2/V·s的场效应迁移率(μFE)；至多0.27V/dec的亚阈斜率；以及在5V的操作电压下的至多2.5V的开启电压(V开启)。
在一些实施方式中，一种形成薄膜晶体管(TFT)的方法包括：提供基材；在基材顶部上提供底栅层；从基材出发依次设置有机半导体(OSC)层、电介质层和顶栅层；以及使用单个掩模对OSC层、电介质层和顶栅层进行图案化。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述方法还包括：在OSC层与电介质层之间提供聚合物居间层，其中，图案化的步骤包括：对OSC层、聚合物居间层、电介质层和顶栅层进行图案化。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一个方面中，所述方法包括至多四个图案化步骤。
附图说明
结合附图，通过以下具体实施方式能够更完整地理解本公开，其中：
图1根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图。
图2根据一些实施方式，例示了双栅(DG)场效应晶体管结构。
图3根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图。
图4根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图。
图5根据一些实施方式，例示了双栅(DG)场效应晶体管结构。
图6A至6F根据一些实施方式，例示了在各种扫描模式下使用本文所述的方法制造的DG OTFT的传递和输出特性。
图7A和7B根据一些实施方式，例示了双栅(DG)驱动的OTFT的性能。
图8A至8D根据一些实施方式，例示了基于PVDF-HFP的顶栅的介电性质。
图9根据一些实施方式，例示了所制造的DG OTFT的平面光学图像。
图10A和10B例示了基于如本文所述的低电压操作DG驱动的OTFT的AMOLED集成。
具体实施方式
现在将对示于附图中的示例性实施方式进行详细说明。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点在于说明示例性实施方式的原理。应理解的是，本申请不限于说明书中阐述的或附图中例示的细节或方法学。还应理解的是，用辞仅是为了描述目的，而不应被认为是限制性的。
此外，在本说明书中列出的任何实施例都是说明性的而不是限制性的，并且仅列出了要求保护的本发明的诸多可能的实施方式中的一些实施方式。对各种条件和参数进行其他适当的修改和调整在本领域中是常见的，并且对于本领域的技术人员来说是显而易见的，其属于本公开的精神和范围内。
定义
术语“烷基”是指具有1至40个碳原子的单价支化或未支化的饱和烃链。该术语通过如下基团来示例，例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、正己基、正庚基、正辛基、正癸基、或十四烷基等。烷基可以是取代或未取代的。
术语“取代烷基”是指：(1)具有1、2、3、4或5个取代基，通常是1至3个取代基的如上定义的烷基，所述取代基选自下组：烯基、炔基、烷氧基、芳烷基、醛、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰卤、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、酯、杂芳硫基、杂环硫基、羟基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基、硫代烷基、乙烯基醚。除非定义有另外限制，否则所有的取代基还可以任选地被1、2或3个选自下述的取代基取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2；或者(2)被1-10个独立地选自氧、硫和NRa的原子断开的如上文定义的烷基，其中，Ra选自氢、烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、芳基、杂芳基和杂环基。任选地，所有取代基还可以被烷基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基或-S(O)nRSO取代，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n为0、1或2；或者(3)既具有如上定义的1、2、3、4或5个取代基又同时被如上定义的1-10个原子断开的如上定义的烷基。例如，烷基可以是烷基羟基，其中烷基中的任意的氢原子被羟基基团取代。
本文定义的术语“烷基”还包括环烷基。本文所用的术语“环烷基”是由至少三个碳原子(在一些实施方式中由3至20个碳原子)组成的具有单环或多稠环的非芳族的基于碳的环(即，碳环)。单环的环烷基的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环辛基等。多个环的环烷基的实例包括但不限于金刚烷基、双环[2.2.1]庚烷、1,3,3-三甲基双环[2.2.1]庚-2-基、(2,3,3-三甲基双环[2.2.1]庚-2-基)，或者与芳基稠合的碳环基团，例如1,2-二氢化茚等。术语环烷基还包括杂环烷基，其中，环的碳原子中的至少一个碳原子被杂原子取代，所述杂原子例如但不限于氮、氧、硫或磷。
术语“未取代的烷基”在本文中定义为仅由碳和氢组成的烷基。
术语“酰基”表示基团–C(O)RCO，其中RCO为氢、任选取代的烷基、任选取代的环烷基、任选取代的杂环基、任选取代的芳基以及任选取代的杂芳基。
本文所用的术语“芳基”为任意的基于碳的芳族基团(即，芳族碳环)，例如具有单环(如苯基)或多环(如联苯)或多稠环(稠合环)(如萘基或蒽基)的基于碳的芳族基团。这些芳基可以包括但不限于苯、萘、苯基等。
术语“芳基”还包括“杂芳基”，其意为衍生自以下的基团：具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个碳原子并且在至少一个环内具有1、2、3或4个选自氧、氮、硫和磷的杂原子的芳族环基(即，完全不饱和的)。换言之，杂芳基是由至少三个碳原子组成，并且在芳族环基团内包含至少一个杂原子的芳族环。这种杂芳基可以具有单环(例如吡啶基或呋喃基)或多稠环(例如中氮茚基、苯并噻唑基或苯并噻吩基)。杂芳基的实例包括但不限于以下：[1,2,4]噁二唑、[1,3,4]噁二唑、[1,2,4]噻二唑、[1,3,4]噻二唑、吡咯、咪唑、吡唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、中氮茚、异吲哚、吲哚、吲唑、嘌呤、喹嗪、异喹啉、喹啉、2,3-二氮杂萘、萘基吡啶、喹喔啉、喹唑啉、噌啉、蝶啶、咔唑、咔啉、菲啶、吖啶、菲咯啉、异噻唑、吩嗪、异噁唑、吩噁嗪、吩噻嗪、咪唑烷、咪唑啉、三唑、噁唑、噻唑、1,5-二氮杂萘等，以及含氮杂芳基化合物的N-氧化物和N-烷氧基衍生物，例如吡啶-N-氧化物衍生物。
除非杂芳基取代基的定义有另外限制，否则所述杂芳基可以任选地被1至5个取代基(通常为1至3个取代基)取代，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
芳基可以是取代或未取代的。除非芳基取代基的定义有另外限制，否则所述芳基可以任选地被1至5个取代基(通常为1至3个取代基)取代，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、醛、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、酯、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。在一些实施方式中，术语“芳基”限于具有3至30个碳原子的取代或未取代的芳环和杂芳环。
本文所用的术语“芳烷基”是具有与芳基共价连接的如本文所定义烷基或亚烷基的芳基。芳烷基的一个实例是苄基。“任选取代的芳烷基”是指与任选取代的烷基或亚烷基共价连接的任选取代的芳基。这种芳烷基的实例有：苄基、苯乙基、3-(4-甲氧基苯基)丙基等。
术语“杂芳烷基”是指与亚烷基共价连接的杂芳基，其中杂芳基和亚烷基如本文所定义。“任选取代的杂芳烷基”是指与任选取代的亚烷基共价连接的任选取代的杂芳基。这种杂芳烷基的实例有：3-吡啶甲基、喹啉-8-基乙基、4-甲氧基噻唑-2-基丙基等。
术语“烯基”是指通常具有2至40个碳原子，更通常具有2至10个碳原子，甚至更通常具有2至6个碳原子，并且具有1-6个(通常是1个)双键(乙烯基)的支化或未支化的不饱和烃基的单价基团。一般的烯基包括乙烯基(ethenyl或vinyl，CH＝CH2)、1-丙烯基或烯丙基(-CH2CH＝CH2)、异丙烯基(-C(CH3)＝CH2)、双环[2.2.1]庚烯等。当烯基与氮连接时，双键不能位于氮的α位。
术语“取代烯基”是指具有1、2、3、4或5个取代基，通常是1、2或3个取代基的如上所定义的烯基，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基还可以任选地被1、2或3个选自下述的取代基取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“环烯基”指具有单环或多稠环，并且在环结构中具有至少一个双键的3至20个碳原子的碳环基团。
术语“炔基”是指通常具有2至40个碳原子，更通常具有2至10个碳原子，甚至更通常具有2至6个碳原子，并且具有至少1个，(通常是1-6个)乙炔(三键)不饱和位点的不饱和烃基的单价基团。一般的炔基包括乙炔基(–C≡CH)、炔丙基(或丙-1-炔-3-基，–CH2C≡CH)等。当炔基与氮连接时，三键不能位于氮的α位。
术语“取代炔基”是指具有1、2、3、4或5个取代基，通常是1、2或3个取代基的如上所定义的炔基，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1、2或3个选自下述的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“亚烷基”定义为具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子，通常是1-10个碳原子，更通常是1、2、3、4、5或6个碳原子的支化或未支化的饱和烃链的二价基团。该术语由以下基团来示例，例如亚甲基(–CH2–)、亚乙基(–CH2CH2–)、亚丙基异构体(例如–CH2CH2CH2–和–CH(CH3)CH2–)等。
术语“取代亚烷基”是指：(1)具有1、2、3、4或5个取代基的如上定义的亚烷基，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义另外限制，否则所有取代基可以任选地被1、2或3个选自以下的取代基进一步取代，所述取代基为：烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和-S(O)nRSO，其中，RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2；或者(2)被1-20个独立地选自氧、硫和NRa–的原子断开的如上定义的亚烷基，其中Ra选自氢、任选取代的烷基、环烷基、环烯基、芳基、杂芳基和杂环基，或选自羰基、羧酸酯、羧基酰胺和磺酰基的基团；或者(3)既具有1、2、3、4或5个如上定义的取代基，又同时被1-20个如上定义的原子中断的如上定义的亚烷基。取代亚烷基的实例为氯亚甲基(–CH(Cl)–)、氨基亚乙基(–CH(NH2)CH2–)、甲氨基亚乙基(–CH(NHMe)CH2–)、2-羧基亚丙基异构体(–CH2CH(CO2H)CH2–)、乙氧基乙基(–CH2CH2O–CH2CH2–)、乙基甲基氨基乙基(–CH2CH2N(CH3)CH2CH2–)等。
术语“烷氧基”是指基团R–O–，其中R是任选取代的烷基或任选取代的环烷基，或者R是基团–Y–Z，其中Y是任选取代的亚烷基，并且Z是任选取代的烯基、任选取代的炔基或任选取代的环烯基，其中，烷基、烯基、炔基、环烷基和环烯基如本文所定义。通常的烷氧基是任选取代的烷基–O–，例如，包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、正己氧基、1,2-二甲基丁氧基、三氟甲氧基等。
术语“烷硫基”是指基团RS–S–，其中RS如关于烷氧基所定义。
术语“氨羰基”是指基团–C(O)NRNRN，其中，每个RN独立地为氢、烷基、芳基、杂芳基、杂环基，或者两个RN基团连接形成杂环基(例如吗啉代)。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“酰氨基”是指基团–NRNCOC(O)R，其中，每个RNCO独立地为氢、烷基、芳基、杂芳基或杂环基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“酰氧基”是指基团–O(O)C-烷基、–O(O)C-环烷基、–O(O)C-芳基、–O(O)C-杂芳基和–O(O)C-杂环基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO进一步取代，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“芳氧基”指芳基–O–基团，其中，芳基如上文定义，并且其包括同样如上文定义的任选取代的芳基。
术语“杂芳氧基”是指杂芳基–O–基团。
术语“氨基”是指–NH2基团。
术语“取代的氨基”是指基团–NRwRw，其中每个Rw独立地选自下组：氢、烷基、环烷基、羧基烷基(例如苄氧羰基)、芳基、杂芳基和杂环基，条件是两个Rw基团不同时为氢或基团–Y–Z，其中Y是任选取代的亚烷基，并且Z是烯基、环烯基或炔基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“羧基”是指–C(O)OH基团。术语“羧基烷基”是指基团–C(O)O–烷基或–C(O)O–环烷基，其中烷基和环烷基如本文所定义，并且其可以任选地被烷基、烯基、炔基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO进一步取代，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“取代环烷基”或“取代环烯基”是指具有1、2、3、4或5个取代基，通常是1、2或3个取代基的环烷基或环烯基，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1、2或3个选自下述的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨基羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“共轭基团”被定义为线性、支化或环基团或者其组合，其中，基团中的原子的p轨道通过电子离域连接，并且其中所述结构可以被描述成含有交替的单键和双键或三键，并且还可以含有孤对电子、自由基或碳正离子。共轭环基团可同时包括芳族基团和非芳族基团，并且可包括多环基团或杂环基团，例如二酮基吡咯并吡咯。理想地，共轭基团以某种方式结合使得与它们连接的各噻吩部分之间的共轭继续。在一些实施方式中，“共轭基团”限于具有3至30个碳原子的共轭基团。
术语“卤素”、“卤代”或“卤化物”可互换，并且是指氟、溴、氯和碘。
术语“杂环基”是指具有单环或多稠环，并且在环内具有1至40个碳原子和1至10个杂原子(通常是1、2、3或4个杂原子)的饱和或部分不饱和单价基团，所述杂原子选自氮、硫、磷和/或氧。杂环基可以具有单环或多稠环，并且包括四氢呋喃基、吗啉代、哌啶基、哌嗪并、二氢吡啶并等。
除非杂环基取代基的定义有另外限制，否则所述杂环基可以任选地被1、2、3、4或5个取代基(通常为1、2或3个取代基)取代，所述取代基选自下组：烷基、烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烯基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、氨羰基、烷氧基羰基氨基、叠氮基、氰基、卤素、羟基、酮基、硫代羰基、羧基、羧基烷基、芳硫基、杂芳硫基、杂环硫基、硫醇、烷硫基、芳基、芳氧基、杂芳基、氨基磺酰基、氨基羰基氨基、杂芳氧基、杂环基、杂环氧基、羟氨基、烷氧基氨基、硝基、-SO–烷基、-SO–芳基、-SO–杂芳基、-SO2–烷基、-SO2–芳基和-SO2–杂芳基。除非定义有另外限制，否则所有的取代基可以任选地被1-3个选自以下的取代基进一步取代：烷基、羧基、羧基烷基、氨羰基、羟基、烷氧基、卤素、CF3、氨基、取代氨基、氰基和–S(O)nRSO，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基，并且n是0、1或2。
术语“硫醇”是指–SH基团。术语“取代烷硫基”是指–S–取代烷基基团。术语“芳硫基”是指芳基–S–基团，其中芳基如上所定义。术语“杂芳硫基”是指–S–杂芳基基团，其中杂芳基如上文所定义，其包含如上文所定义的任选取代的杂芳基。
术语“亚砜”是指–S(O)RSO基团，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基。术语“取代亚砜”是指–S(O)RSO基团，其中RSO是如本文所定义的取代烷基、取代芳基或取代杂芳基。术语“砜”是指–S(O)2RSO基团，其中RSO是烷基、芳基或杂芳基。术语“取代砜”是指–S(O)2RSO基团，其中RSO是如本文所定义的取代烷基、取代芳基或取代杂芳基。
术语“酮基”是指–C(O)–基团。术语“硫代羰基”是指–C(S)–基团。
如本文中所使用的，术语“室温”是20℃至25℃。
公开的化合物、组合物以及组分可用于所公开的方法和组合物，可与所公开的方法和组合物结合使用，可用于制备所公开的组合物，或者是所公开的方法的产物。在本文中公开了这些材料和其他材料，应理解的是，当公开了这些材料的组合、子集、相互作用、组等而未明确地具体公开这些化合物的每个不同的单独组合和共同组合以及排列时，在本文中具体设想和描述了它们中的每一种情况。因此，如果公开了一类分子A、B和C且公开了一类分子D、E和F和组合形式的分子A-D的实例，那么即使没有单独地陈述每一个，也可单独地和共同地构想每一个。因此，在本实例中，具体设想了以下组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F中的每一个，并且应认为以上这些都是由A、B和C；D、E和F；以及实例组合A-D的内容公开的。同样，也具体设想并公开了上述的任何子集或这些子集的组合。因此，例如，具体设想了A-E、B-F和C-E的亚组，并应认为这些亚组是从A、B和C；D、E和F；以及示例性组合A-D的公开内容中公开的。这种概念适用于本公开的所有方面，包括但不限于，制造和使用公开的组合物的方法中的各步骤。因此，如果存在可进行的多个附加步骤，应当理解可通过所公开方法的任一特定实施方式或实施方式的组合来进行这些附加步骤中的每一个步骤，而且可具体设想每一个这样的组合且应当认为它是公开的。
除非具体指出有相反含义，一个组分的重量百分比以包含该组分的制剂或组合物的总重量为基准。
由于有机薄膜晶体管的制造工艺不如常规硅基技术那么复杂，因此，有机薄膜晶体管特别令人感兴趣。例如，OTFT一般依赖低温沉积和溶液加工，当其与半导体共轭聚合物一起使用时可实现有价值的技术属性，例如与简单的书写印刷(write printing)技术、一般的低成本制造方法和挠性塑料基材相兼容。OTFT的其他潜在应用包括挠性电子纸、传感器、存储装置[例如，射频识别卡(RFID)]、用于供应链管理的远程可控智能标签、大面积挠性显示器和智能卡。
图1根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图。图2根据一些实施方式，例示了双栅(DG)场效应晶体管结构。
在第一步102中，在基材202上方沉积导电层并且图案化(掩模1)以形成具有预定栅长L的底栅206。
基材可以是下述中的至少一种：有机物(例如，聚碳酸丙酯、聚乙烯基醇、聚(乳酸)、聚己酸内酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)，无机物(例如，硅晶片、GaAs、玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、纤维等)，从自然界获得的无毒且可生物降解的材料(例如，纸、几丁质、丝、明胶、虫胶、胶原、纤维素基聚合物等)，或它们的组合。底栅可以由下述中的至少一种形成：金属(Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Ru、Rh、Pd、Pt、Ir、Os、Cu、Ag、Au等)，金属氧化物，合金，透明导电氧化物(TCO)(例如ITO)，有机物(例如，聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)(PEDOT)；真黑素；3,4-二羟基-l-苯基丙氨酸(I-DOPA)；聚(乙烯-二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)；聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)；聚苯胺；聚噻吩；聚吡咯；聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)；聚苯胺/樟脑磺酸(PANI/CSA)，或其组合。
在第二步104中，在底栅206和基材202上方设置第一电介质层204并且图案化(掩模2)以形成底栅绝缘体。
第一电介质层可以是用于防止底栅与有源层之间泄漏电流的绝缘材料。载荷子在半导体/绝缘体界面处的积聚取决于介电常数和绝缘体厚度。用于第一电介质层的材料应适当地粘附于基材并能够与半导体形成优良的界面，以避免偶极子和陷阱态的产生。相比于低k材料，由于高k绝缘材料的更小的带隙，因此高k绝缘材料有利于获得陡峭的亚阈斜率和低阈值电压。在一些实例中，第一电介质层可以是下述中的至少一种：La2O3、HfSiOx、HfLaO、LaAlO3、Pr6O11、HfO2、Al2O3、SiO2、SiN、MgO、TiO2、CeO2、Ta2O3、Nd2O3、聚乙烯基丙烯(PVP)、ZrO2、聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、锆钛酸钡(BZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、HfO2、丙烯、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯基醇(PVA)或它们的组合。在一些实例中，第一电介质层可以是绝缘膜双层。
在第三步106中，在第一电介质层204上方沉积导电层并且图案化(掩模3)以形成源/漏(S/D)电极208a和208b，由此建立窗口开口以将第一电介质层暴露于随后的沉积层。在一些实例中，S/D电极可以独立地选自上文关于底部电极所列的材料。任选地，在形成S/D电极后，可以在第一电介质层204和S/D电极208a和208b上方设置聚合自组装单层218，以用于增强膜的品质以及在第四步108中沉积的OSC半导体层210的粘合特性。在一些实例中，聚合SAM可以是以下中的至少一种：十八烷基三甲氧基硅烷(OTS)、六甲基二硅烷(HMDS)、磷酸十八烷基酯(ODPA)或其组合。
在一些实例中，OSC半导体层如本文所述来形成。
OSC聚合物可以用于生产OSC层。在一些实例中，聚合物掺混物包括有机半导体聚合物。在一些实例中，OSC聚合物具有完全共轭的主骨架。在一些实例中，OSC是二酮基吡咯并吡咯(DPP)稠合噻吩聚合物材料。在一些实例中，稠合噻吩是β取代的。该OSC可以同时含有稠合噻吩和二酮基吡咯并吡咯单元。
例如，OSC聚合物可以包含式1或式2的重复单元、或者其盐、异构体或类似物：
其中，在式1和式2中：m是大于或等于1的整数；n是0、1或2；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以独立地为氢，取代或未取代的C4或更高级烷基，取代或未取代的C4或更高级烯基，取代或未取代的C4或更高级炔基，或者C5或更高级环烷基；a、b、c和d独立地为大于或等于3的整数；e和f为大于或等于0的整数；X和Y独立地为共价键，任选取代的芳基，任选取代的杂芳基，任选取代的稠合芳基或稠合杂芳基，炔或烯；并且A和B可以独立地为S或O中的任一者，条件是：(i)至少R1或R2中的一种；R3或R4中的一种；R5或R6中的一种；以及R7或R8中的一种是取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、或者环烷基；(ii)如果R1、R2、R3或R4中的任意一种是氢，则R5、R6、R7或R8均不为氢；(iii)如果R5、R6、R7或R8中的任意一种是氢，则R1、R2、R3或R4均不为氢；(iv)e和f不可同时为0；(v)如果e或f中的任意一者为0，则c和d独立地为大于或等于5的整数；以及(iv)所述聚合物具有分子量，其中，所述聚合物的分子量大于10,000。
在一些实施方式中，式1或式2定义的OSC聚合物能够在相对较低的温度下进行简单的晶体管制造，这对于获得大面积、机械挠性电子器件是尤为重要的。β取代的OSC聚合物也可有助于提高溶解度。
在一些实例中，OSC聚合物可以包含第一部分和第二部分，使得第一部分或第二部分中的至少一者包含至少一个可UV固化的侧链。在一些实例中，所述至少一个可UV固化的侧链包含以下中的至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。在一些实例中，仅第一部分包含所述至少一个可UV固化的侧链。在一些实例中，仅第二部分包含所述至少一个可UV固化的侧链。在一些实例中，第一部分和第二部分均包含所述至少一个可UV固化的侧链。
在一些实例中，例如当第一部分包含所述至少一个可UV固化的侧链时，第二部分包含式3-6的重复单元或其盐、异构体或类似物。在一些实例中，例如当第二部分包含所述至少一个可UV固化的侧链时，第一部分包含式3-6的重复单元或其盐、异构体或类似物。在一些实例中，在第一部分中，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基，并且第二部分包含式3-6的重复单元或其盐、异构体或类似物。在一些实例中，在第一部分和第二部分中，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基。在一些实例中，R5、R6、R7和R8中的至少一种包含：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。在一些实例中，R1、R2、R3和R4中的至少一种包含：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在一些实例中，OSC的溶解度为0.5mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、4mg/mL、5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、35mg/mL、40mg/mL，或者其间的任何数值，或者这些端点中的任何两个端点限定的任何范围。在一些实例中，OSC在室温下的溶解度为1mg/mL或更高。
在一些实例中，OSC的空穴迁移率为1cm2V-1s-1、2cm2V-1s-1、3cm2V-1s-1、4cm2V-1s-1、5cm2V-1s-1、10cm2V-1s-1、15cm2V-1s-1、20cm2V-1s-1、25cm2V-1s-1、30cm2V-1s-1、35cm2V-1s-1、40cm2V-1s-1，或者其间的任何数值，或者这些端点中的任意两个端点限定的任何范围。所述空穴迁移率可以等于或大于这些数值中的任意数值。在一些实例中，OSC的空穴迁移率为1cm2V-1s-1至4cm2V-1s-1。在一些实例中，OSC的空穴迁移率为2cm2V-1s-1。在一些实例中，OSC的空穴迁移率为2cm2V-1s-1或更高。
在一些实例中，OSC聚合物的导通/截止比大于105。在一些实例中，OSC聚合物的导通/截止比大于106。
在一些实例中，OSC聚合物在薄膜晶体管装置中的阈值电压为-20V、-15V、-10V、-5V、-4V、-3V、-2V、-1V、0V、1V、2V、3V、4V、5V、10V、15V、20V，或者其间的任何数值，或这些端点中的任何两个端点限定的任何范围。在一些实例中，OSC聚合物在薄膜晶体管装置中的阈值电压在1V至3V的范围内。在一些实例中，OSC聚合物在薄膜晶体管装置中的阈值电压为2V。
本文公开的OSC聚合物(例如具有至少一个可UV固化的侧链)能够进行直接UV交联和图案化，从而实现改进了的图案化效果和OFET装置性能。所公开的具有至少一个可UV固化的侧链的杂型OSC聚合物由于共价键交联，因此不具有相分离问题，并且具有更强的耐溶剂性。因此，它们更易于加工，使得可溶液加工的OSC薄膜具有更佳的重现性。本文公开的杂型OSC聚合物的化学和物理性质可通过控制不同单体之间的比值而高度可调。使用所公开的具有所述至少一个可UV固化的侧链的杂型OSC聚合物来形成的交联OSC聚合物网络有助于高温下的聚合物链排列，从而为由其制造的OTFT装置提供更高的耐温性，以及更长的装置寿命和更高的耐候性。
在一些实例中，聚合物掺混物包含至少一种OSC聚合物和至少一种交联剂，使得所述交联剂包括以下至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。在一些实例中，所述至少一种交联剂包含C＝C键、硫醇、氧杂环丁烷、卤化物、叠氮化物或其组合。
在一些实例中，所述交联剂可以为与OSC聚合物反应的小分子或聚合物，取决于交联剂分子中存在的官能部分，所述反应通过一种反应机理或多种反应机理的组合进行。例如，包含硫醇基的交联剂可以通过硫醇-烯点击化学与OSC聚合物中的双键反应。在一些实例中，包含乙烯基的交联剂可以通过加成反应与OSC聚合物中的双键反应。在一些实例中，(包含硫醇、乙烯基等或其组合的)交联剂可以与OSC聚合物的侧链中包含的可交联官能团反应。例如，这些包含丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
在一些实例中，聚合物掺混物包含至少一种OSC聚合物、至少一种交联剂和至少一种光引发剂。光引发剂是光固化产物的关键组分。在一些实例中，光引发剂包含至少一种自由基光引发剂，其包括反应性自由基，当暴露于UV光时，该反应性自由基引发光聚合。在一些实例中，所述光引发剂包括至少一种阳离子光引发剂[光酸生成剂(PAG)]。一旦阳离子光引发剂吸收UV光，则引发剂分子转化成引发聚合的强酸物质——路易斯酸或布朗斯特酸。通常的光酸产生剂包括芳基重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基锍盐和芳基二茂铁鎓盐。
在一些实例中，所述至少一种光引发剂包括：1-羟基-环己基-苯基-酮(184)；2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1(369)；二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦(TPO)；2-异丙基噻吨酮(ITX)；1-[4-(苯硫基)苯基]-1,2-辛烷二酮2-(O-苯甲酰肟)(HRCURE-OXE01)；2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(BDK)；苯甲酰过氧化物(BPO)；羟基苯乙酮(HAP)；2-羟基-2-甲基苯丙酮(1173)；2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮(907)；2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉代苯基丁酮(IHT-PI 910)；4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯(EDB)；邻-苯甲酰苯甲酸甲酯(OMBB)；双-(2,6-二甲氧基-苯甲酰)-苯基氧化膦(BAPO)；4-苯甲酰-4’甲基二苯基硫醚(BMS)；二苯甲酮(BP)；1-氯-4-丙氧基噻吨酮(CPTX；1-chloro-4-propoxy thiozanthone)；氯噻吨酮(CTX)；2,2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)；二乙基噻吨酮(DETX)；苯甲酸2-二甲氨基乙酯(DMB)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)；2-乙基蒽醌(2-EA)；对-N,N-二甲基-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)；二甲氨基苯甲酸2-乙基己酯(EHA)；4,4-双-(二乙基氨基)-二苯甲酮(EMK)；甲基二苯甲酮(MBF)；4-甲基二苯甲酮(MBP)；米蚩酮(MK)；2-甲基-1-[4(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙酮(1)(MMMP)；4-苯基二苯甲酮(PBZ)；2,4,6-三甲基-苯甲酰-乙氧基苯基氧化膦(TEPO)；双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁基磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓对甲苯磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓三氟甲磺酸盐；叔丁氧羰基甲氧基苯基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；二苯基碘鎓六氟磷酸盐；二苯基碘鎓硝酸盐；二苯基碘鎓对甲苯磺酸盐；二苯基碘鎓三氟甲磺酸盐；(4-氟苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸；N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺全氟-1-丁基磺酸酯；(4-碘苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-甲氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪；(4-甲硫基苯基)甲基苯基锍三氟甲磺酸盐；1-萘基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯基硫代苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；三芳基锍六氟锑酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三芳基锍六氟磷酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三苯基锍全氟-1-丁基磺酸盐；三苯基锍三氟甲磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍全氟-1-丁基磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍三氟甲磺酸盐；芳基重氮盐；二芳基碘鎓盐；三芳基锍盐；芳基二茂铁鎓盐；或其组合。
在一些实例中，聚合物掺混物包含至少一种OSC聚合物、至少一种交联剂、至少一种光引发剂和至少一种添加剂，例如抗氧化剂(即，氧抑制剂)、润滑剂、增容剂、流平剂、成核剂或其组合。在一些实例中，氧抑制剂包括酚、硫醇、胺、醚、亚磷酸酯、有机膦、羟胺或其组合。
在一些实例中，包含OSC聚合物的装置的性能可以通过使OSC聚合物与交联剂掺混得到改进。在一些实例中，在溶剂中将OSC聚合物与交联剂掺混。在一些实例中，所述溶剂为氯仿、甲乙酮、甲苯、二甲苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,3,4-四氢化萘、萘、氯萘或其组合。在一些实例中，可以使用不止一种溶剂的混合物。
在一些实例中，所述掺混物由本文所述的OSC聚合物组成。在一些实例中，所述掺混物包括以下至少两种：本文所述的OSC聚合物、交联剂、光引发剂和添加剂。在一些实例中，所述掺混物包括以下至少三种：本文所述的OSC聚合物、交联剂、光引发剂和添加剂。在一些实例中，所述掺混物包括以下至少四种：本文所述的OSC聚合物、交联剂、光引发剂和添加剂。
随后，在第五步110中，在OSC半导体层210的上方沉积居间层212，在第六步112中在居间层上方沉积高k电介质214，以及在第七步114中在高k电介质层上方沉积导电层216。
在一些实例中，描述了居间层。
在OSC半导体层与作为顶栅绝缘体的高k电介质之间可以沉积薄居间层。这样的包含形式可以用于显著减少或消除装置的变差，从而允许制造品质佳的DG OTFT。例如，居间层可以提供与OSC半导体层的光滑界面，并且可以减少垂直泄漏电流。另外，居间层还可以帮助钝化OTFT的背沟道电子缺陷(例如，电子陷阱态)，并且改进传递特性，尤其是在施加更高的漏极偏压时。
在一些实例中，居间层可以由下述中的至少一种形成：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(对二甲苯)聚合物(例如，聚对二甲苯)、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)(P3DDT)、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基醇、聚(4-乙烯基苯酚)(P4VP)、聚丙烯酸、或者它们的组合或共聚物(例如，P4VP-共-PMMA)(参见下表1)。
表1
在一些实例中，居间层可以通过旋涂沉积(例如，对于PMMA而言)，并且加热处理以去除溶剂(例如，甲乙酮，MEK)，以使得居间层的剩余厚度在下述范围内：0.1nm至500nm、或0.5nm至250nm、或1nm至100nm、或0.1nm至250nm、或1nm至125nm、或5nm至50nm、或10nm至25nm、或250nm至500nm、或300nm至450nm、或350nm至400nm。在一些实例中，居间层可以通过热蒸发沉积(例如，对于聚对二甲苯而言)，以使得居间层的剩余厚度在下述范围内：0.1nm至500nm、或0.5nm至250nm、或1nm至100nm、或0.1nm至250nm、或1nm至125nm、或5nm至50nm、或10nm至25nm、或250nm至500nm、或300nm至450nm、或350nm至400nm。
在一些实例中，描述了高k电介质。
高k电介质可以用作顶栅绝缘体，以在低电压(5V)下实现较高的电流驱动能力，并且可以展现出双层电容效应。高k电介质可以通过旋涂沉积，并且加热处理以去除溶剂，以使得居间层的剩余厚度在下述范围内：0.1nm至5000nm、0.5nm至2500nm、1nm至1000nm、0.1nm至2500nm、1nm至1250nm、5nm至500nm、10nm至250nm、500nm至2500nm、500nm至1000nm、2500nm至5000nm、3000nm至4500nm、3500nm至4000nm。在一些实例中，高k电介质可以由下述中的至少一种形成：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)，含碱金属离子(例如，Li、Na、K等)的聚丙烯酸，或其组合。
对于导电层216，材料可以独立地选自上文关于底部电极所列的材料。
最后，在第八步116中，使用单个掩模(掩模4)对OSC半导体层210、居间层212、高k电介质层214和导电层216进行图案化，以形成图2的最终的DG-OFET结构。以这种方式，OSC半导体材料在图案化期间保持不受暴露于化学溶剂影响，由此通过顶栅绝缘体(例如，居间层和高k电介质)钝化提高OTFT的稳定性。另外，通过同时控制底栅和顶栅，DG驱动的OTFT显示出具有更高的饱和电流、更大的导通-截止电流比(I导通/I截止)和更低的亚阈斜率(SS)，同时覆盖与单栅(SG)TFT相同的空间区域。伴随着优异的稳定性、均匀性以及与光刻图案化过程的相容性，如本文形成的DG驱动的OTFT可以是基于有机TFT的显示背板的有希望的候选物。
图3根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图300。图5根据一些实施方式，例示了双栅(DG)场效应晶体管结构。
在第一步302中，在基材502上方沉积导电层并且图案化以形成具有预定栅长L的底栅506。在第二步304中，在底栅506和基材502上方设置第一电介质层504以形成底栅绝缘体。在第三步306中，在第一电介质层504上方设置OSC半导体层510并且图案化以形成有源层。在第四至六步(分别是308、310和312)中，分别进行下述操作：在OSC半导体层510的上方沉积居间层512，在居间层上方沉积高k电介质514，以及在高k电介质层上方沉积导电层516。随后，在第七步314中，使用单个掩模对居间层512、高k电介质514和导电层516进行图案化。最后，在第八步316中沉积导电层以形成源/漏(S/D)电极508a和508b，从而形成图5的最终的DG-OFET结构。
图4根据一些实施方式，例示了用于形成双栅(DG)有机薄膜晶体管(TFT)的工艺流程图400。在第一步402中，在基材502上方沉积导电层并且图案化以形成具有预定栅长L的底栅506。在第二步404中，在底栅506和基材502上方设置第一电介质层504以形成底栅绝缘体。在第三步406中，在第一电介质层504上方设置OSC半导体层510并且图案化以形成有源层。在第四步408中，在OSC半导体层510的上方沉积居间层512，并且在第五步410中，在居间层上方沉积高k电介质514。在第六步412中，使用单个掩模对居间层512和高k电介质514进行图案化以形成到达OSC半导体的通孔。最后，在第七步414中沉积导电层以形成源/漏(S/D)电极508a和508b以及顶栅516，从而形成图5的最终的DG-OFET结构。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
实施例1——DG-OFET结构的形成
通过溅射沉积钼(Mo)层达约40nm的厚度，并且图案化(掩模1)以形成底栅电极。随后，在350℃下利用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)过程沉积基于硅氧化物的电介质(SiOx)达约100nm的厚度，并且图案化(掩模2)以形成底栅绝缘体。溅射Mo(10nm)/Au(50nm)层的堆叠体并且图案化(掩模3)以形成源/漏(S/D)电极，然后在S/D电极和SiOx层上涂覆十八烷基三甲氧基硅烷(OTS)自组装单层(SAM)，以钝化SiOx的表面并且增强噻吩基OSC半导体有源层的膜品质。
使用溶液旋涂并随后在氮气环境中退火来沉积有源层。接着在有源层上沉积居间层，居间层可以是PMMA(使用溶液旋涂沉积)或聚对二甲苯(使用热蒸发沉积)中的任一种。PMMA或聚对二甲苯的作用是提供与有源层的光滑界面以及减少垂直泄漏电流。利用溶液旋并随后在氮气环境中退火，在居间层的顶上沉积高k电介质聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)达约800nm的厚度。居间层和高k电介质一起起到顶栅绝缘体的作用。具体来说，低k居间层的一个作用是提供与OSC半导体有源层的光滑界面以及减少OTFT的垂直泄漏电流。所有有机层(例如，有源层、居间层、高k电介质)的最大退火温度为约160℃。
之后，在室温下溅射作为顶栅电极的Mo(10nm)/Au(50nm)层的第二堆叠体。最后，利用一次掩模对准，对有源层、居间层、高k电介质层和Mo/Au顶栅层进行图案化(掩模4)并随后进行顶栅的蚀刻(例如，湿法蚀刻或干法蚀刻)步骤。接着，进行高k电介质、居间层和OSC有源层的反应性离子蚀刻(RIE)以形成最终的OTFT结构。以这种方式，可以减轻化学溶剂对OSC半导体材料的损坏，并且由于使用更少的掩模数目，因此可以降低加工成本。
图9根据一些实施方式，例示了所制造的DG OTFT的平面光学图像。顶栅的尺寸粗略与底栅相等，顶栅与底栅均与S/D电极有约2μm的重叠。
实施例2——性能测量
使用安捷伦(Agilent)4155C半导体参数分析仪，在暗气氛下，在空气中测量通过本文所述方法形成的OTFT的电学特性。开启电压(V开启)作为IDS开始单调增加时的VGS呈现。场效应迁移率(μFE)由跨导
导出，其中VDS＝1V。对于DG驱动，使用来自底栅绝缘体和顶栅绝缘体的电容之和来提取迁移率。为了评估高k电介质(PVDF-HFP)的性质，制造金属-绝缘体-金属(MIM)结构。使用安捷伦E4980A精密LCR测试仪，在20Hz至2MHz的范围内测量MIM结构的电容-电压(C-V)特性。
使用下述金属-绝缘体-金属(MIM)结构来测量PVDF-HFP高k电介质的泄漏电流密度和电容：ITO(底栅)/PVDF-HFP(高k电介质)/Al(顶栅)，和ITO(底栅)/居间层/PVDF-HFP(高k电介质)/Al(顶栅)。PVDF-HFP单层的垂直泄漏电流密度在10-7至10-6A/cm2的范围内。相对较大的泄漏电流可能是由于在PVDF-HFP电介质中具有少量的可动离子(10-10S/cm)。至少出于该原因，可在OSC半导体有源层与高k电介质层之间插入超薄低k聚合物以阻断泄漏电流。堆叠有居间层/PVDF-HFP的层的测量电流密度小于10-8A/cm2，在测量范围内。这些堆叠层的电容在20Hz时为20.1nF/cm2，这略低于PVDF-HFP单层的电容(23.1nF/cm2)。该降低的泄漏电流和高电容有利于高性能OTFT。
图6A至6F，例示了在低电压操作(小于5V)下，在各种扫描模式下使用本文所述的方法制造的DG OTFT的传递曲线(图6A、6C、6E)和输出曲线(图6B、6D、6F)。具体地，图6A和6B描绘了在“底栅”(BG)模式[即，向底栅施加栅极电压，同时使顶栅接地(即，“浮动”]下的性能；图6C和6D描绘了在“顶栅”(TG)模式(即，向顶栅施加栅偏压，同时使底栅接地)下的性能；并且图6E和6F描绘了在“双栅”(DG)模式(即，顶栅电连接到底栅)下的性能。
对于图6A至6F中的每个测量，OSC半导体有源层的厚度为约50nm。沟道宽度(W)和长度(L)分别为1000μm和10μm。图6A至6F中的所有TFT均在p沟道耗尽模式中操作，并且在小于5V的小电压范围内清楚地调制沟道电导率。
没有观察到电流拥挤的信号，表明在OSC半导体层与S/D电极之间具有优良的欧姆接触。BG模式TFT展现出0.05cm2/V·s的μFE，以及0.51V/dec的大的较低亚阈斜率(SS)。该迁移率显著低于前先报道的使用SiOx栅极电介质的OTFT的迁移率，这是因为此处施加的电压显著更低(VGS＝-5V)。由于堆叠有居间层(例如PMMA或聚对二甲苯)/高k电介质(例如PVDF-HFP)的顶栅绝缘体，因此，TG TFT的操作优于BG TFT：I导通高约三倍，并且μFE为约0.36cm2/V·s。在DG驱动模式中，所实现的0.30cm2/V·s的μFE，2.5V的V开启，以及0.27V/dec的更小的SS是BG模式或TG模式的约一半。例如，DG模式的I导通约等于BG和TG模式的I导通总和。表2概括了更多提取的TFT参数。
表2
在DG驱动的OTFT中，类似于传统TFT，顶栅和底栅电学连接，并且被同时控制。当VTG＝VBG为负时，在OSC半导体层的正交界和背交界处形成空穴积累，导致形成两个沟道(即，一个沟道由底栅调制，一个沟道由顶栅调制)，这时因为OSC半导体层的厚度为约50nm并且显著大于自由空穴载流子的累积层的厚度(5nm)。两个沟道是分开的，并且均促进了在DG模式中见到的更高的I导通。这不同于具有薄有源层的DG氧化物TFT，后者的顶部沟道和底部沟道彼此重叠(大量积累)，导致3至7倍更大的电流。通过DG驱动可以更有效地控制沟道层中的载流子浓度。由于这一高的栅极驱动，因此改进了SS，使得TFT从关闭状态切换到开启状态时，状态迅速填充。此处，由于缺乏完美的对称，因此DG模式的迁移率略小于TG模式的迁移率。
相比于OSC半导体/SiOx底部界面，堆叠有居间层(例如PMMA或聚对二甲苯)/高k电介质(例如PVDF-HFP)的顶栅绝缘体提供了更佳的界面品质(即，更小的SS)。重要的是，迁移率值与a-Si:H TFT的相当，然而，DG OTFT采用显著更低的操作电压(5V)来实现该迁移率值。
现在转到图7A和7B，这些图例示了双栅(DG)驱动的OTFT的性能。具体来说，图7A示出了上下叠置的八个DG OTFT的传递曲线，以测试在5cm×5cm的区域内的均匀性。全部位于5cm×5cm玻璃内的该八个DG OTFT的V开启的变化(ΔV开启)为<1V。图7B示出了恒定电流应力(CCS)之前和之后的传递曲线的演变(即，位移)。通过施加VGS和VDS以在导电沟道中诱导1μA的恒定电流来进行CCS，该恒定电流是驱动AMOLED像素的典型电流值。在空气中在暗处1小时应力后的ΔV开启为约0.8V。观察到优异的稳定性，这主要是由于有源层的OSC半导体材料的极低的态密度(DOS)，在顶栅(OSC半导体层/居间层(例如PMMA或对二甲苯)/高k电介质(例如PVDF-HFP)和底栅(第一电介质(SiOx)/聚合SAM(例如OTS)/OSC半导体层)处的优异的沟道/栅极绝缘体界面，以及通过在环境空气中隔离而使DG结构自钝化所致。
实施例3——基于PVDF-HFP的顶栅绝缘体的介电性质
图8A至8D根据一些实施方式，例示了基于PVDF-HFP的顶栅绝缘体的介电性质。具体来说，图8A示出了ITO/PVDF-HFP/Al测试结构(即，不具有居间层)的泄漏电流密度，并且图8B示出了ITO/PVDF-HFP/Al测试结构的比电容根据频率(20Hz至2MHz)而变化的情况。图8C示出了ITO/PMMA(居间层)/PVDF-HFP/Al夹层结构的泄漏电流密度，并且图8D示出了ITO/PMMA(居间层)/PVDF-HFP/Al夹层结构的频率依赖性电容。
图8A和8B分别示出了ITO/PVDF-HFP/Al夹层结构的测量泄漏电流密度和电容根据频率而变化的情况。PVDF-HFP单层的垂直泄漏电流密度为约10-6至10-7A/cm2。电容在20Hz时为23.1nF/cm2，并且在2MHz时为8.3nF/cm2。相对较大的泄漏电流和频率依赖性电容是由于在PVDF-HFP电介质中的可动离子和它们的低的迁移率所致。图8C和8D分别示出了ITO/PMMA/PVDF-HFP/Al夹层结构的测量泄漏电流密度和电容根据频率而变化的情况。由于薄的PMMA居间层，泄漏电流密度在整个测量范围内远低于10-7A/cm2。电容在20Hz下略微下降到20.1nF/cm2。低的泄漏电流和高电容对于高性能TFT是必要的。
实施例4–装置结合
图10A和10B例示了基于如本文所述的低电压操作DG驱动的OTFT的AMOLED集成。具体来说，图10A示出了覆盖160μm×160μm区域的有源像素的布局设计，而图10B示出了沿着图10A中的线A-A’的截面示意图。如本文所述以及通过本文所述方法形成的DG驱动的OTFT具有增强的I导通，小的SS，大的I导通/I截止比，以及优异的稳定性，由此使得它们可适用作显示面板的压控型电阻器或电流驱动器。
每个像素具有2T-1C架构并且覆盖160μm×160μm的区域(158ppi)。为了实现DG驱动，通过通孔和像素金属层将底栅和顶栅连接在一起(参见图10B)。DG OTFT背板中的所有层可以通过标准光刻方法来图案化。如本文所公开的，DG OTFT所需的掩模总数小于通过标准光刻方法形成的常规结构所需的掩模总数。整个过程中的最高温度可以控制在低于160℃，使得可与挠性最大的基材(例如，聚酰亚胺)相容。具有小的功率消耗的低成本挠性显示器有望用于未来便携式电子器件。
因此，如本文所提出，描述了使用简单的四掩模过程制造的低电压操作的双栅(DG)有机TFT。结合高k电介质，该DG OTFT显示出了增强的电流驱动能力，优异的均匀性和稳定性，以及与常规光刻图案化方法的相容性，使得其是低功率、超挠性显示器的有力候选物。另外，使用展现出高电容(部分是由于双层电容效应)的有机极性电介质实现了TFT的高电流输出，允许驱动OLED装置。本文克服的一个技术问题是能够在OSC半导体顶部上直接沉积PVDF-HFP并进行退火，并且不会严重降低TFT装置的性能。
DG驱动的OTFT显示出优异性能，在5V的低操作电压下具有2.5V的V开启，约0.3cm2/V.s的μFE，以及0.27V/dec的SS。相比于底栅装置，电流驱动能力增强了约四倍。由于优化的制造过程和DG TFT结构的自钝化作用，稳定性和均匀性得到增强。DG TFT结构的一个应用可以是用于挠性AMOLED，但是其他应用还包括挠性LCD和平面传感器(areal sensor)。
本文所述的装置和/或方法的优点包括：(1)低的操作电压(小于5V)；(2)制造过程中具有最少掩蔽步骤；(3)比常规设计大超过四倍的增强电流驱动；(4)提高的装置稳定性；和(5)驱动OLED装置的能力。
如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本公开主题所涉及的领域中的普通技术人员通常及可接受的用法相一致的广泛含义。审阅本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许对所述及要求保护的某些特征进行描述而不是将这些特征的范围限制于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表示所述及要求保护的主题的非实质性或微小的修改或变更被认为是在所附权利要求书中所述的本发明的范围内。
如本文中所使用的，“任选的”或“任选地”等旨在表示随后描述的事件或情况可能发生或者可能不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例及不发生的实例。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其对应的定冠词“该(所述)”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
本文提及的元件位置(例如，“顶”、“底”、“上方”、“下方”等)仅用于描述附图中各个元件的取向。应理解的是，各个元件的取向可以根据其他示例性实施方式而有所不同，并且这种改变旨在涵盖在本公开的范围内。
对于本文中使用的基本上任何的复数和/或单数术语，本领域技术人员可以适当地从复数转换为单数形式和/或从单数转换为复数形式，只要其适用于上下文和/或应用。为了清楚起见，可以在本文中明确说明各种单数/复数排列。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离所要求保护的主题的精神或范围的情况下进行各种修改和变动。因此，所要求保护的主题不受所附权利要求书及其等同形式以外的任何内容所限。
Claims (26)
1.一种薄膜晶体管(TFT)，其包括：
基材；
位于基材上的有机半导体(OSC)层；
位于OSC层上的电介质层；和
设置在OSC层与电介质层之间的聚合物居间层，
其中，电介质层被构造成展现出双层电容效应。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，OSC层是聚合物掺混物，其包括：
至少一种有机半导体(OSC)聚合物，
其中，所述至少一种OSC聚合物是二酮基吡咯并吡咯-稠合噻吩聚合物材料，其中，所述稠合噻吩是β取代的。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中，所述至少一种OSC聚合物包含第一部分和第二部分，其中，第一部分或第二部分中的至少一者包含至少一个可UV固化的侧链。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其中，所述至少一个可UV固化的侧链包含以下中的至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
5.如权利要求3或权利要求4所述的薄膜晶体管，其中，仅第一部分包含至少一个可UV固化的侧链。
6.如权利要求3或权利要求4所述的薄膜晶体管，其中，第一部分和第二部分均包含所述至少一个可UV固化的侧链。
7.如权利要求2-6中任一项所述的薄膜晶体管，其中，聚合物掺混物还包括：至少一种交联剂，
其中，所述至少一种交联剂包含以下中的至少一种：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
8.如权利要求2-7中任一项所述的薄膜晶体管，其中，聚合物掺混物还包括：至少一种光引发剂，其中，所述至少一种光引发剂以0.1重量％至10重量％存在。
9.如权利要求2-8中任一项所述的薄膜晶体管，其中，聚合物掺混物还包括：抗氧化剂、润滑剂、增容剂、流平剂或成核剂中的至少一种，其存在的量在0.05重量％至5重量％的范围内。
10.如权利要求2-9中任一项所述的薄膜晶体管，其中，所述至少一种OSC聚合物包含式1或式2的重复单元，或者其盐、异构体或类似物：
其中，在式1和式2中：
m为大于或等于1的整数；
n为0、1或2；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以独立地为氢、取代或未取代的C4或更高级烷基、取代或未取代的C4或更高级烯基、取代或未取代的C4或更高级炔基、或者C5或更高级的环烷基；
a、b、c和d独立地为大于或等于3的整数；
e和f为大于或等于零的整数；
X和Y独立地为共价键、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的稠合芳基或稠合杂芳基、炔或者烯；并且
A和B可以独立地为S或O中的任意一种，条件是：
i.至少R1或R2中的一种；R3或R4中的一种；R5或R6中的一种；以及R7或R8中的一种是取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、或者环烷基；
ii.如果R1、R2、R3或R4中的任意一种是氢，则R5、R6、R7或R8均不为氢；
iii.如果R5、R6、R7或R8中的任意一种是氢，则R1、R2、R3或R4均不为氢；
iv.e和f不能同时为0；
v.如果e或f中的任意一者为0，则c和d独立地为大于或等于5的整数；以及
vi.所述聚合物具有分子量，其中，聚合物的分子量大于10,000。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中，对于第一部分，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中，对于第一部分和第二部分，R5和R7是氢并且R6和R8是取代或未取代的C4或更高级烯基。
13.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中，R5、R6、R7和R8中的至少一种包含：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
14.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中，R1、R2、R3和R4中的至少一种包含：丙烯酸酯、环氧化物、氧杂环丁烷、烯、炔、叠氮化物、硫醇、烯丙氧基硅烷、酚、酐、胺、氰酸酯、异氰酸酯、甲硅烷基氢化物、查耳酮、肉桂酸酯、香豆素、氟硫酸酯、甲硅烷基醚或其组合。
15.如权利要求2-14中任一项所述的薄膜晶体管，其中，聚合物掺混物还包括：至少一种光引发剂，
其中，所述至少一种光引发剂包含：1-羟基-环己基-苯基-酮(184)；2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1(369)；二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦(TPO)；2-异丙基噻吨酮(ITX)；1-[4-(苯硫基)苯基]-1,2-辛烷二酮2-(O-苯甲酰肟)(HRCURE-OXE01)；2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(BDK)；苯甲酰过氧化物(BPO)；羟基苯乙酮(HAP)；2-羟基-2-甲基苯丙酮(1173)；2-甲基-4'-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮(907)；2-苄基-2-(二甲基氨基)-4'-吗啉代苯基丁酮(IHT-PI 910)；4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯(EDB)；邻-苯甲酰苯甲酸甲酯(OMBB)；双-(2,6-二甲氧基-苯甲酰)-苯基氧化膦(BAPO)；4-苯甲酰-4’甲基二苯基硫醚(BMS)；二苯甲酮(BP)；1-氯-4-丙氧基噻吨酮(CPTX)；氯噻吨酮(CTX)；2,2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)；二乙基噻吨酮(DETX)；苯甲酸2-二甲氨基乙酯(DMB)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)；2-乙基蒽醌(2-EA)；对-N,N-二甲基-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)；二甲氨基苯甲酸2-乙基己酯(EHA)；4,4-双-(二乙基氨基)-二苯甲酮(EMK)；甲基二苯甲酮(MBF)；4-甲基二苯甲酮(MBP)；米蚩酮(MK)；2-甲基-1-[4(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙酮(1)(MMMP)；4-苯基二苯甲酮(PBZ)；2,4,6-三甲基-苯甲酰-乙氧基苯基氧化膦(TEPO)；双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁基磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓对甲苯磺酸盐；双(4-叔丁基苯基)碘鎓三氟甲磺酸盐；叔丁氧羰基甲氧基苯基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；二苯基碘鎓六氟磷酸盐；二苯基碘鎓硝酸盐；二苯基碘鎓对甲苯磺酸盐；二苯基碘鎓三氟甲磺酸盐；(4-氟苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸；N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺全氟-1-丁基磺酸酯；(4-碘苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-甲氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪；(4-甲硫基苯基)甲基苯基锍三氟甲磺酸盐；1-萘基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯基硫代苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；三芳基锍六氟锑酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三芳基锍六氟磷酸盐，在碳酸丙烯酯中以50重量％混合；三苯基锍全氟-1-丁基磺酸盐；三苯基锍三氟甲磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍全氟-1-丁基磺酸盐；三(4-叔丁基苯基)锍三氟甲磺酸盐；芳基重氮盐；二芳基碘鎓盐；三芳基锍盐；芳基二茂铁鎓盐；或其组合。
16.如权利要求1-15中任一项薄膜晶体管，其中，所述居间层包含下述中的至少一种：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)(P3DDT)、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基醇、聚(4-乙烯基苯酚)(P4VP)、聚丙烯酸、或者它们的组合或共聚物。
17.如权利要求1-16中任一项所述的薄膜晶体管，其中，居间层的厚度在1nm至100nm的范围内。
18.如权利要求1-17中任一项所述的薄膜晶体管，其中，电介质层是高k电介质层，其包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、含碱金属离子的聚丙烯酸或其组合中的至少一种。
19.如权利要求1-18中任一项所述的薄膜晶体管，其中，电介质层的厚度在1nm至1000nm的范围内。
20.如权利要求1-19中任一项所述的薄膜晶体管，其还包括：
设置在基材上的底栅；
至少设置在底栅与OSC层之间的第二电介质；
位于第二电介质顶部并且与OSC层直接接触的源电极和漏电极；和
与电介质层直接接触的顶栅。
21.如权利要求20所述的薄膜晶体管，其还包括：
设置在第二电介质层和源电极及漏电极上方的聚合自组装单层(SAM)。
22.如权利要求21所述的薄膜晶体管，其中，SAM包括以下中的至少一种：十八烷基三甲氧基硅烷(OTS)、六甲基二硅烷(HMDS)、磷酸十八烷基酯(ODPA)或其组合。
23.如权利要求1-22中任一项所述的薄膜晶体管，其被构造成实现以下中的至少一项：
至少0.3cm2/V·s的场效应迁移率(μFE)；
最多0.27V/dec的亚阈斜率；和
在5V操作电压下的至多2.5V的开启电压(V开启)。
24.一种形成薄膜晶体管(TFT)的方法，其包括：
提供基材；
在基材的顶部上提供底栅层；
从基材依次设置有机半导体(OSC)层、电介质层和顶栅层；和
使用单个掩模对OSC层、电介质层和顶栅层进行图案化。
25.如权利要求24所述的方法，其还包括：
在OSC层与电介质层之间提供聚合物居间层，
其中，图案化的步骤包括：
对OSC层、聚合物居间层、电介质层和顶栅层进行图案化。
26.如权利要求24或权利要求25所述的方法，其中，所述方法包括至多四个图案化步骤。
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