CN1825650A - 有机薄膜晶体管及其制造方法和平板显示器件 - Google Patents
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Abstract
一种在有机半导体层与源电极和漏电极之间具有优良的粘附性、优良的接触电阻以及允许欧姆接触的有机薄膜晶体管，和其制造方法。还提供了使用该有机薄膜晶体管的平板显示器件。该有机薄膜晶体管包括：形成在衬底上的源电极、漏电极、有机半导体层、栅绝缘层、和栅电极；和至少形成在有机半导体层与源电极或有机半导体层与漏电极之间的包括导电聚合物材料的载流子转运层。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机薄膜晶体管以及其制造方法，和具有该有机薄膜晶体管的平板显示器件，具体涉及一种具有改进结构的有机薄膜晶体管以及其制造方法，和具有上述有机薄膜晶体管的平板显示器件。
背景技术
通常，硅薄膜晶体管包括掺杂高浓度杂质的源区和漏区、具有形成在源区和漏区之间的沟道区的半导体层、连接源区的源电极、和连接漏区的漏电极。上述硅薄膜晶体管的缺点在于制造成本高，容易受外部冲击而破裂，因为其形成需要超过300℃的高温处理所以不能形成在柔性塑料衬底上。
与硅薄膜晶体管不同，使用有机半导体层的有机薄膜晶体管(OTFT)可以形成在塑料衬底等上，因为它可在室温下制造。由于有机薄膜晶体管可用在不同的器件中例如柔性显示器件、智能卡、盘存标签、和价格标签，OTFT被广泛地开发。然而，由于有机薄膜晶体管不能单独地形成掺杂有高浓度杂质的区域，因此其缺点在于有机半导体层与源和漏电极之间的接触电阻高。
同时，有机薄膜晶体管的源电极和漏电极是由贵金属形成的，例如金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)等，以便形成欧姆接触。然而，用于源和漏电极的上述贵金属很昂贵。另外，由于它们与有机半导体层的粘附性较差，因而产生失效的概率较高，具有短的使用寿命。而且，由于上述贵金属与栅绝缘层也具有很差的粘附性，所以另外需要单独的粘附层。对OTFT、和使用它的显示器的需求是改进的设计以及克服这些问题的改进的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的有机薄膜晶体管。
本发明的另一个目的是提供一种制造有机薄膜晶体管的方法。
本发明的进一步目的是提供一种使用该有机薄膜晶体管的显示器。
本发明的又一个目的是提供一种在有机半导体层与源电极和漏电极之间具有优良的粘附性、优良的接触电阻以及允许欧姆接触的有机薄膜晶体管，和其制造方法以及使用该有机薄膜晶体管的平板显示器件。
根据本发明的一个方面，有机薄膜晶体管包括源电极、漏电极、有机半导体层、栅绝缘层、栅电极和至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间的载流子转运层，该载流子转运层包括导电聚合物材料。
载流子转运层可包括选自由二氧噻吩聚乙烯和聚苯胺组成的组的材料。该载流子转运层或者具有在有机半导体层的功函数与源电极的功函数之间的功函数，或者具有在有机半导体层的功函数与漏电极的功函数之间的功函数。载流子转运层的厚度在10至100的范围内。载流子转运层的电阻率在105Ωcm至1014Ωcm的范围内。载流子转运层对应于源电极和漏电极中的至少一个设置。载流子转运层可布置在源电极和漏电极中的至少一个的顶表面上。可布置载流子转运层以覆盖源电极和漏电极中的至少一个的整个暴露表面的部分。
载流子转运层可包括布置在有机半导体层与源电极之间的第一载流子转运层、和布置在有机半导体层与漏电极之间的第二载流子转运层，第一载流子转运层和第二载流子转运层彼此分隔放置。布置在有机半导体层与源电极之间的载流子转运层和布置在有机半导体层与漏电极之间的载流子转运层可以整体形成。可构图载流子转运层以对应于一个有机薄膜晶体管。源电极或漏电极均可包括选自由Ti、Cr、Al和MoW组成的组的材料。
有机半导体层包括从以下选取的至少一种材料：并五苯、并四苯、蒽、萘、富勒烯、α6噻吩、α4噻吩、少噻吩、二萘嵌苯和它的衍生物、红荧烯和它的衍生物、六苯并苯和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酸酐和它的衍生物、聚噻吩和它的衍生物、聚对亚苯基1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚对亚苯基和它的衍生物、聚芴和它的衍生物、聚噻吩1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚噻吩-杂环芳香共聚物和它的衍生物、萘的并苯低聚物和它的衍生物、萘四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、α5噻吩的少噻吩和它的衍生物、有或者没有金属的酞菁和它们的衍生物、均苯四酸二酐和它的衍生物、均苯四酸二酰亚胺和它的衍生物、聚烷基噻吩、聚噻吩基1，2亚乙烯基、烷基芴单元、和烷基噻吩的共聚物。
有机薄膜晶体管还可包括至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间的憎水层。载流子转运层布置在与憎水层相同的层中，载流子转运层适合于填充憎水层中的开口。载流子转运层可包括布置在有机半导体层与源电极之间的第一载流子转运层，和布置在有机半导体层与漏电极之间的第二载流子转运层，可布置第一载流子转运层以覆盖源电极最靠近漏电极的部分，可布置第二载流子转运层以覆盖漏电极最靠近源电极的部分。
载流子转运层可布置在源电极或者漏电极的至少一个的顶表面的一部分上。可布置载流子转运层以覆盖源电极和漏电极的至少一个的整个暴露表面部分。憎水层可包括表面处理剂，该表面处理剂包括具有一至三个憎水部分、一至三个反应卤素原子或者烷氧基部分、和硅烷部分的自组单层。憎水层的表面处理剂可包括憎水自组单层，该单层在它的末端具有三氯代硅烷基部分或者三烃基氧硅烷基部分。憎水层可包括十八烷基三氯代硅烷。载流子转运层可包括选自由聚乙烯二氧噻吩和聚苯胺组成的组的材料。
本发明还涉及制造有机薄膜晶体管的方法，包括：在衬底的整个表面上形成导电聚合物材料层，和通过激光器烧蚀技术构图导电聚合物材料层以形成载流子转运层，该载流子转运层至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间。
本发明还涉及制造有机薄膜晶体管的另一种方法，包括：在衬底的整个表面上形成憎水材料层；在憎水材料层中形成开口和在开口中形成载流子转运层，该载流子转运层至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间，该载流子转运层包括导电聚合物材料。可通过选自由旋涂和浸渍组成的组的方法制造憎水材料层。可通过激光束扫描法产生憎水材料层中的开口。该方法还可包括在于开口中形成载流子转运层之后从源电极与漏电极之间除去剩余导电聚合物材料。该方法还可包括从源电极与漏电极之间除去剩余导电聚合物材料并可通过选自由激光束、紫外线、或者电子束扫描组成的组的方法实现。
本发明也涉及一种平板显示器件，该平板显示器件包括衬底、和布置在衬底上的有机薄膜晶体管，有机薄膜晶体管包括源电极、漏电极、有机半导体层、栅绝缘层、栅电极、和至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间的载流子转运层，该载流子转运层包括导电聚合物材料。
载流子转运层可包括选自由聚乙烯二氧噻吩和聚苯胺组成的组的材料。载流子转运层的厚度在10至100范围之内。载流子转运层的电阻率在105Ωcm至1014Ωcm范围之内。显示器件还可包括至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在有机半导体层与漏电极之间的憎水层。载流子转运层布置在与憎水层相同的水平上，载流子转运层布置在憎水层中的开口中。憎水层可包括表面处理剂，该表面处理剂具有自组单层，该自组单层具有一个至三个憎水部分、一个至三个反应卤素原子或者烷氧基部分、和硅烷部分。憎水层的表面处理剂可包括憎水自组单层，该单层在它的末端具有三氯代硅烷基部分或者三烃基氧硅烷基部分。憎水层可包括十八烷基三氯代硅烷。该显示器件还可包括电连接到有机薄膜晶体管的有机发光器件，该有机发光器件包括第一电极、有机发光层、和第二电极。该显示器件可包括多个有机薄膜晶体管，载流子转运层整体地提供到多个有机薄膜晶体管。
附图说明
当结合附图考虑时参考下面的详细说明，将使对本发明的进一步完整的评价和其中许多优点更明显并更透彻，附图中相同的参考符号表示相同或者相似的元件，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的有机薄膜晶体管的剖面图；
图2是说明具有载流子转运层的有机薄膜晶体管的能量势垒的制图；
图3是具有载流子转运层的有机薄膜晶体管的能带图；
图4是展示没有载流子转运层的有机薄膜晶体管的能量势垒的制图；
图5a至5d是顺序说明图1的有机薄膜晶体管的制造方法的有机薄膜晶体管的截面图；
图6是根据本发明第一实施例的第一变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图7是根据本发明第一实施例的第二变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图8是根据本发明第一实施例的第三变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图9是根据本发明第一实施例的第四变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图10是使用图9的有机薄膜晶体管的根据本发明第一实施例的平板显示器件的示意性截面图；
图11是根据本发明第二实施例的有机薄膜晶体管的截面图；
图12a至12d是顺序说明图11的有机薄膜晶体管的制造方法的有机薄膜晶体管的截面图；
图13是根据本发明第二实施例的第一变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图14是根据本发明第二实施例的第二变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图15是根据本发明第二实施例的第三变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图16是根据本发明第二实施例的第四变形的有机薄膜晶体管的截面图；
图17a至17d是顺序说明图16的有机薄膜晶体管的制造方法的有机薄膜晶体管的截面图；以及
图18是使用图16的有机薄膜晶体管的根据本发明第二实施例的平板显示器件的示意性截面图。
具体实施方式
现在转向附图，图1是根据本发明第一实施例的有机薄膜晶体管的剖面图。如图1所示，源电极21a和漏电极21b形成在衬底20上，顺序地形成覆盖源电极21a和漏电极21b的载流子转运层23a和23b和有机半导体层26。因此，载流子转运层23a和23b位于源和漏电极21a和21b与有机半导体层26之间。形成覆盖有机半导体层26的栅绝缘层27，栅电极29形成在源与漏电极21a和21b之间的栅绝缘层27上。
如下是图1的有机薄膜晶体管的详述。衬底20可由玻璃、硅、塑料、或者金属形成。塑料可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚奈酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺、聚苯撑硫(PPS)、聚烯丙基酯(polyallyate)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、三乙酸纤维素、醋酸丙酸酯纤维素(cellulose acetate propionate，CAP)等等。
源电极21a和漏电极21b可由具有与有机半导体层26不同的功函数的金属形成。例如，如果有机半导体层26是p型，那么它由具有5.0eV或更大的功函数的材料形成。因此，源电极21a和漏电极21b可由具有小于5.0eV的功函数的金属形成，并优选由Ti、Cr、Al或者MoW形成。
替换地，源电极21a和漏电极21b可由透明材料形成，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、ZnO或者In2O3等等。这是因为当有机薄膜晶体管电连接到下面所述的平板显示器件的透明像素电极(图中未显示)时，允许整体地形成像素电极和源和漏电极21a和21b。然后，像素电极是透明的理由是传输产生的光。
载流子转运层23a和23b由功函数介于有机半导体层26的功函数与源和漏电极21a和21b的功函数之间的材料形成。上述载流子转运层23a和23b将有机半导体层26与源和漏电极21a和21b之间的能量势垒层分离成较小的能量势垒。根据这里的雪崩效应促使空穴从源和漏电极21a和21b注入到有机半导体层26中，因此形成欧姆接触。
现在转向图2至4，图2显示具有功函数为5.0eV的载流子转运层的有机薄膜晶体管的能量势垒，该载流子转运层形成在功函数为5.3eV的p型有机半导体层与功函数为4.6eV的源和漏电极(例如，由MoW形成)之间。另外，图3显示上述有机薄膜晶体管的能带图，图4显示具有与以上所述有机薄膜晶体管相同的结构但没有载流子转运层的有机薄膜晶体管的能量势垒。
当存在载流子转运层时，将图4中所示的有机半导体层与源和漏电极之间的相对较大的能量势垒(BL3)分成如图2中所示的较小能量势垒(BL1和BL2)。因此，如图3所示，具有载流子转运层的有机薄膜晶体管可引起雪崩效应。
载流子转运层23a和23b可由导电聚合物材料形成，例如聚乙烯二氧噻吩(polyethylene dioxythiophene，PEDOT)、聚苯胺(PANI)等等。然而，本发明不局限于以上所述，载流子转运层可以由不同的其他材料形成并仍然在本发明的范围之内。在图1的当前实施例中，由导电聚合物材料形成的载流子转运层23a和23b提供在有机半导体层26与源电极21a和漏电极21b的每个之间，以减小接触电阻。另外，因为导电聚合物材料的载流子转运层23a和23b位于无机材料的源电极21a和漏电极21b与有机材料的有机半导体层26之间，所以改善了有机半导体层26与源电极21a和漏电极21b间的粘附性。优选载流子转运层23a和23b具有10到100的厚度且它们具有105Ωcm到1014Ωcm的电阻率。
因为载流子转运层23a和23b位于源和漏电极21a和21b与有机半导体层26之间，所以载流子转运层23a和23b决定有机半导体层26与源和漏电极21a和21b每一个之间的距离。如果载流子转运层23a和23b的厚度大于100，由于源和漏电极21a和21b与有机半导体层26之间的距离变大，存在它们之间的电导无效的问题。如果载流子转运层23a和23b的厚度小于10，存在载流子转运层23a和23b不能正确地运行和它们不能稳定形成的问题。
由于有机薄膜晶体管起开关装置或者驱动装置的作用，有机半导体层26中的沟道应当形成为只有当预定电信号施加到栅电极29上时在源电极21a与漏电极21b之间传播电信号。然而，如果载流子转运层23a和23b的电阻率小于105Ωcm，当载流子转运层整体地形成在有机薄膜晶体管中时(见本实施例的第一变形)，即使沟道没有形成在有机半导体层中，电信号也可在源电极与漏电极之间传播。也就是说，在本发明中，载流子转运层23a和23b的电阻率应该等于或者大于105Ωcm，以便不管载流子转运层23a和23b的形状如何电信号都不在源电极21a与漏电极21b之间传播。将在图6的本实施例的第一变形中进一步地说明其详细情况。另一方面，如果载流子转运层23a和23b的电阻率大于1014Ωcm，从源电极21a和漏电极21b到有机半导体层26的导电无效。
因此，载流子转运层23a和23b的电阻率范围在一范围内，当关断晶体管时从源电极21a到漏电极21b的导电不发生，而当接通晶体管时从源电极21a和漏电极21b经由有机半导体层26的导电容易出现。
在本实施例中，构图载流子转运层23a和23b以与一个有机薄膜晶体管对应。也就是说，如果提供多个有机薄膜晶体管，那么不同晶体管的载流子转运层23a和23b彼此分离。
载流子转运层23a和23b可包括位于源电极21a与有机半导体层26之间的第一载流子转运层23a、和位于漏电极21b与有机半导体层26之间的第二载流子转运层23b。形成覆盖源电极21a的暴露表面的整个部分的第一载流子转运层23a，以及形成覆盖漏电极21b的暴露表面的整个部分的第二载流子转运层23b。因此，第一载流子转运层23a与第二载流子转运层23b彼此间隔开。
另外，有机半导体层26是当晶体管接通时其内形成沟道的区域。如果提供多个有机薄膜晶体管，分别构图每个有机薄膜晶体管元件的有机半导体层26以防止邻近薄膜晶体管之间的串扰。也就是说，有机半导体层26与邻近的有机半导体层绝缘(未显示)。
有机半导体层26可由以下材料制成，并五苯、并四苯、蒽、萘、富勒烯、α6噻吩、α4噻吩、少噻吩、二萘嵌苯和它的衍生物、红荧烯(rubrene)和它的衍生物、六苯并苯和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酸酐(perylene tetracarboxylic dianhydride)和它的衍生物、聚噻吩和它的衍生物、聚对亚苯基1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚对亚苯基和它的衍生物、聚芴和它的衍生物、聚噻吩1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚噻吩-杂环芳香共聚物和它的衍生物、萘的并苯低聚物和它的衍生物、萘四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、α5噻吩的少噻吩和它的衍生物、有或者没有金属的酞菁和它们的衍生物、均苯四酸二酐和它的衍生物、均苯四酸二酰亚胺和它的衍生物、聚烷基噻吩、聚噻吩基1，2亚乙烯基、烷基芴单元、烷基噻吩的共聚物，等等。在本实施例中，有机半导体层26可由p型有机半导体材料形成。然而，本发明不局限于此。
栅绝缘层27可由有机材料形成，例如苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺、聚乙烯基苯酚、聚对苯二甲基、环氧树脂、聚氯乙烯、CYPE等等。另外，栅电极29可由例如MoW、Al、Cr、Al/Cr等的导电金属或者导电聚合物形成。
现在转向图5a至5d，现在将描述图1的有机薄膜晶体管的制造方法。由于用于每个元件的材料与上面描述的相同，所以除非必须，否则将省略相同或者相似的元件说明。图5a至5d是顺序地说明根据本发明第一实施例的有机薄膜晶体管的制造方法的横断面图。
如图5a所示，源电极21a和漏电极21b形成在衬底20上。可在衬底20的整个表面上通过汽相沉积形成导电材料层并构图该导电材料层形成源电极21a和漏电极21b。替换地，可通过使用掩模在衬底20的预定图案中形成导电材料层来形成源电极21a和漏电极21b。替换地，可通过喷墨印刷等等形成源和漏电极21a和21b。
如图5b所示，形成覆盖源电极21a和漏电极21b的暴露表面的整个部分的第一和第二载流子转运层23a和23b。使用旋涂、浸渍或者喷墨印刷，在衬底20的整个表面上形成聚乙烯二氧噻吩、聚苯胺等等的导电聚合物材料层，可形成第一和第二载流子转运层23a和23b。然后使用激光器烧蚀技术(LAT)构图导电聚合物层。然而，本发明不局限于此。
现在转向图5c，有机半导体材料层汽相沉积在衬底20的整个表面上以覆盖载流子转运层23a和23b。然后构图用于每个有机薄膜晶体管元件的有机半导体材料层以形成有机半导体层26。可通过激光器烧蚀技术构图形成在衬底20的整个表面上的有机半导体材料层。然而，本发明不局限于此。
现在转向图5d，通过在衬底20的整个表面上涂敷有机绝缘材料形成栅绝缘层27。然后在栅绝缘层27上形成栅电极29。可如下形成栅电极29，在衬底20的整个表面上汽相沉积以形成导电层，然后对其构图。替换地，可通过使用掩模在衬底20的预定图案中形成导电材料层来形成栅电极29。替换地，可通过喷墨印刷等等形成栅电极29。
尽管上面描述了形成载流子转运层23a和23b以覆盖源和漏电极21a和21b的暴露表面的整个部分，但本发明不局限于此，因为可以以多种方式修改载流子转运层23a和23b。参考图6至9详细描述这些变形。
由于这些变形具有与图1的有机薄膜晶体管相同的基本结构，所以将省略相同或者相似元件的说明。也就是说，由于上面已结合图1论述了每个元件的材料和特性，所以当描述图1的有机薄膜晶体管的这些变形时将省略对其的说明。
现在转向附图6，图6是根据本发明第一实施例的第一变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参考图6，载流子转运层33整体地形成在衬底30上，在源电极31a与有机半导体层36之间并在漏电极31b与有机半导体层36之间。形成覆盖有机半导体层36的栅绝缘层37，且栅电极39形成在其上。
然后，尽管整体地形成载流子转运层33，由于载流子转运层33的电阻率等于或者大于105Ωcm，当有机薄膜晶体管关闭时不会出现从源电极31a到漏电极31b的导电问题。由于载流子转运层33的厚度小于100，所以有机半导体层36与每一源电极31a和漏电极31b之间的距离足够小以致通过载流子转运层33的导电容易出现。相反，由于源电极31a与漏电极31b之间的距离和有机半导体层36与每一源和漏电极31a和31b之间的距离相比相对大，并且由于载流子转运层33的电阻率至少为105Ωcm，所以当关掉有机薄膜晶体管时，不会出现从源电极31a到漏电极31b的导电。
图6的有机薄膜晶体管中，可对多个有机薄膜晶体管的每一个独立地构图载流子转运层33，或者替代地，可为多个有机薄膜晶体管整体地提供载流子转运层33。就后者来说，由于省略构图工序，所以制造过程的优点在于可简化制造过程。
现在转向附图7，图7是根据本发明第一实施例的第二变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参考图7，仅仅在衬底40上的源电极41a和漏电极41b的顶表面上分别形成第一和第二载流子转运层43a和43b。顺序地形成覆盖载流子转运层43a和43b、衬底40和源和漏电极41a和41b的边缘部分的有机半导体层46和栅绝缘层47。然后在栅绝缘层47上形成栅电极49。
现在转向附图8，图8是根据本发明第一实施例的第三变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参考图8，在源和漏电极51a和51b、载流子转运层53、有机半导体层56和栅绝缘层57下面的衬底50上形成栅电极59。栅绝缘层57插入在栅电极59与源和漏电极51a和51b之间。然后，源电极51a和漏电极51b形成在有机半导体层56下面和载流子转运层53下面。载流子转运层53形成在有机半导体层56与源和漏电极51a和51b之间。
在图8的当前变形中，栅绝缘层57接触源和漏电极51a和51b。源和漏电极51a和51b由Ti、Cr、Al、MoW、ITO、IZO、ZnO、In2O3等等的一个或多个形成，每个都具有与栅绝缘层57的优良粘附性。因此，在栅绝缘层57与源和漏电极51a和51b之间不需要单独的粘结层，因而简化了制造过程同时避免由粘结层所引起的接触电阻变差的问题。
现转向附图9，图9是根据本发明第一实施例的第四变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参照图9，栅电极69形成在衬底60上，位于有机半导体层66、载流子转运层63、和源和漏电极61a与61b的下面。栅绝缘层67插入在栅电极69与有机半导体层66、载流子转运层63、与源和漏电极61a和61b中每一个之间。源电极61a和漏电极61b形成于在有机半导体层66上形成的载流子转运层63上。载流子转运层63形成在有机半导体层66与源和漏电极61a和61b间。
根据上述变形的有机薄膜晶体管的制造方法基本上与根据第一实施例的有机薄膜晶体管的制造方法相同，不同仅仅在于它的顺序和是否构图层，因此省略其说明。同时，上面描述的本发明的有机薄膜晶体管可用于像有机发光显示器件等等的平板显示器件，其细节将在下面参照图10描述。
图10是根据本发明第一实施例的平板显示器件的示意性横断面图。如图10所示，有机薄膜晶体管(TFT1)形成在衬底70上。尽管图10显示根据图9的第四变形的有机薄膜晶体管(TFT1)，但本发明不局限于此。
如图10所示，由SiO2等等形成的钝化层73形成在有机薄膜晶体管(TFT1)上，和由丙烯、聚酰亚胺等等形成的像素限定层75形成在钝化层73上。钝化层73可起保护层的作用用于保护有机薄膜晶体管(TFT1)，它还可以起平坦化层的作用用于平坦化它的顶表面。
另外，尽管没有在图10中显示，但至少一个电容器可连接到有机薄膜晶体管(TFT1)。而且，包括上述有机薄膜晶体管(TFT1)的电路不仅仅局限于图10所示的实施例，它可以按多种方式修改。
在图10中，漏电极61b通过形成在钝化层73中的通孔73a连接发光器件80。发光器件80包括彼此面对的像素电极81和相对电极85、和插入在像素电极81与相对电极85之间的中间层83，中间层83至少具有发光层。对于多个子象素，相对电极85通常可共同形成，它可以按多种方式修改。
尽管图10显示构图中间层83以仅仅对应于子像素，该说明是为了方便说明子像素的结构。可代替地，中间层83可以与邻近子像素的中间层整体地形成。另外，可以按多种方式修改中间层83以便中间层83的一些层独立地形成在每个子像素中，而其他层与邻近子像素的中间层整体地形成。
在图10中，像素电极81用作阳极电极，相对电极85用作阴极电极。然而，像素电极81与相对电极85的极性可以反过来。另外，由于像素电极81与漏电极61b彼此电连接，所以它们可以整体地形成。
可提供像素电极81作为透明电极或者反射式电极。如果像素电极81是透明电极，那么它可由ITO、IZO、ZnO或者In2O3形成。如果像素电极81是反射式电极，那么它可包括由Ag、Mg、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr或者它们的混合物形成的第一层和由ITO、IZO、ZnO、In2O3等等形成的并形成在第一层上的第二层。
也可提供相对电极85作为透明电极或者反射式电极。如果相对电极85是透明电极，那么它可包括由Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Mg、或者其混合物形成的第一层和由ITO、IZO、ZnO、In2O3等等形成的并形成在第一层上的第二层。形成第二层作为辅助电极或者汇流电极线。替换地，如果相对电极85是反射式电极，可通过汽相沉积Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Mg、或者它们的混合物在整个表面上形成相对电极85。
位于像素电极81与相对电极85之间的中间层83可包括低分子有机材料或者高分子有机材料。如果中间层83是低分子有机材料，通过在单一结构中或者在复合结构中堆叠空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发射层(EML)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)等等形成。铜酞菁(CuPc)、N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-联苯-联苯胺(NPB)、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)或者类似物可用作有机材料。可通过使用掩模的汽相沉积形成上述的低分子有机材料。
如果中间层83是高分子有机材料，它通常具有空穴传输层(HTL)和发射层(EML)。空穴传输层(HTL)可包括聚乙烯二氧噻吩，发射层(EML)可包括聚亚苯基1，2亚乙烯基型或者聚芴型材料。
尽管上述讨论属于有机发光显示器件，本发明不局限于此，还可以将本发明应用于其它的平板显示器件例如液晶显示器等等。换句话说，可以将用于结合1和6至9讨论的薄膜晶体管的各种设计应用于除有机发光显示器件之外的其它类型的显示器，仍然在本发明的范围之内。由于可以以柔性的形式制造上面描述的有机薄膜晶体管，因此它可被用于不同的平板显示器件以提供柔性特性。特别地，当用于平板显示器件的材料是有机材料时它更有用。
在下面，现在将描述根据本发明第二实施例的有机薄膜晶体管和其制造方法以及它的变形。现在转向图11，图11是根据本发明第二实施例的有机薄膜晶体管的剖面图。如图11所示，源电极121a和漏电极121b形成在衬底120上，形成覆盖源电极121a和漏电极121b的载流子转运层123a和123b和憎水层124，有机半导体层126形成在其上。形成覆盖有机半导体层126的栅绝缘层127，栅电极129形成在栅绝缘层127上位于源电极121a与漏电极121b之间。
载流子转运层123a和123b形成在与憎水层124相同的层上并填充憎水层124中的开口。在图11的本实施例中，第一载流子转运层123a形成在源电极121a的顶表面的一部分上位于有机半导体层126与源电极121a之间，第二载流子转运层123b形成在漏电极121b的顶表面的一部分上位于有机半导体层126与漏电极121b之间。
更具体地说，在图11中，憎水层124具有分别对应于源电极121a和漏电极121b的顶端中间部分的开口124a和124b，第一和第二载流子转运层123a和123b分别形成在每一开口124a和124b中。也就是说，第一和第二载流子转运层123a和123b分别形成在源电极121a和漏电极121b的顶表面的中间。
然后，考虑到沟道形成在源电极121a与漏电极121b之间，优选用于载流子转运层123a和123b的导电聚合物材料不位于源电极121a与漏电极121b之间。因此，在本实施例中，第一和第二载流子转运层123a和123b分别形成在源电极121a和漏电极121b的顶表面的一部分上。
憎水层124可包括表面处理剂，该表面处理剂包含具有一个至三个憎水部分、一个至三个反应卤素原子或者烷氧基部分和硅烷部分。特别地，优选憎水层124包括表面处理剂，该表面处理剂包含在它的末端具有三氯代硅烷基部分或者三烷氧基硅烷基部分的憎水自组单层。上述材料可以是十八烷基三氯代硅烷(OTC)等等。
在图11中，用于衬底120、源电极121a、漏电极121b、第一和第二载流子转运层123a和123b、有机半导体层126、栅绝缘层127和栅电极129的材料与对应于图1和6至9的第一实施例的元件相同。因而省略其细节。
在图11的本实施例中，由于存在第一和第二载流子转运层123a和123b，有机半导体层126与源电极121a和漏电极121b具有欧姆接触，可降低有机半导体层126与源电极121a和漏电极121b之间的接触电阻。载流子转运层123a与123b也增强了有机半导体层126与每一源电极121a和漏电极121b之间的粘附性。
另外，在图11的本实施例中，由于存在憎水层124，载流子转运层123a和123b可仅仅形成在源电极121a与有机半导体层126之间和形成在漏电极121b与有机半导体层126之间。因此，当关闭有机薄膜晶体管时，憎水层124实质上阻止了在源电极121a与漏电极121b之间传播不需要的电信号。
现在转向图12a至12d，现在将描述图11的这种有机薄膜晶体管的制造方法。由于用于每个元件的材料与结合图11讨论的相同，所示省略其中的说明。
图12a至12d是顺序地说明根据本发明第二实施例的制造方法的有机薄膜晶体管的横断面图。如图12a所示，源电极121a和漏电极121b形成在衬底120上。憎水材料层124c形成在衬底120的整个表面上以覆盖源电极121a和漏电极121b。
可通过在衬底120的整个表面上汽相沉积以形成导电层并然后构图该导电层形成源电极121a和漏电极121b。替换地，可通过使用掩模在衬底120上形成经构图的导电层来形成源电极121a和漏电极1121b。替换地，可通过喷墨印刷等等形成源电极121a和漏电极121b。
另外，可通过使用旋涂、浸渍等等在衬底120的整个表面上施加憎水材料形成憎水材料层124c。然后，如图12b所示，构图憎水材料层124c以通过除去憎水材料层(图12a中的124c)的一部分变成憎水层124，以暴露源电极121a的顶表面的一部分和漏电极121b的顶表面的一部分。例如，在图12b中，使用掩模220用激光束扫描憎水材料层124c的一部分以形成开口124a和124b。然而，本发明不局限于此。例如，掩模220具有呈现图案形式的屏蔽材料223，以通过在透明板221上形成所述图案来阻挡激光束。
然后，如图12c所示，通过形成导电聚合物材料层以填充憎水层124的开口124a和124b来形成第一和第二载流子转运层123a和123b。由于憎水层124的特性，不能在憎水层124上形成导电聚合物材料层，因此，第一和第二载流子转运层123a和123b容易仅仅形成在憎水层124的开口124a和124b中，而不需要单独的工序单独地构图导电聚合物材料。可通过各种方法例如通过喷墨印刷等等形成第一和第二载流子转运层123a和123b。特别地，优选地是浸渍或者旋涂方法，因为它们可以简化制造过程并缩短制造周期。
在完成有机薄膜晶体管之后，当晶体管接通时在源电极121a和漏电极121b之间形成沟道。优选地当形成导电聚合物材料层的载流子转运层123a和123b时，导电聚合物材料不存在于源电极121a和漏电极121b之间。当存在憎水层124时，通常载流子转运层123a和123b不形成在源电极121a和漏电极121b之间。然而，尽管存在憎水层124但残余少量的导电聚合物材料仍然是可能的。为了除去此，除上述步骤之外，可执行除去残余在源电极121a和漏电极121b之间的导电聚合物材料的步骤。在源电极121a与漏电极121b之间的区域中，例如通过扫描激光束、紫外线、或者电子束，可进行除去不需要的导电聚合物材料。
然后，如图12d所示，形成有机半导体层126，形成栅绝缘层127以覆盖有机半导体层126，和在栅绝缘层127上形成栅电极129以完成图11的有机薄膜晶体管。可通过不同的方法例如通过喷墨印刷、浸渍、旋涂等等形成有机半导体层126。根据图12a至12d的有机薄膜晶体管的制造方法的优点在于能够容易地形成载流子转运层123a和123b，因此，可以低成本地制造高质量的有机薄膜晶体管。
现在转向附图13，图13是根据本发明第二实施例的第一变形的有机薄膜晶体管的横断面图。如图13所示，在最靠近漏电极131b的源电极131a的顶表面部分上形成位于源电极131a的顶表面上的第一载流子转运层133a。同样地，第二载流子转运层133b位于最靠近源电极131a的漏电极131b的顶表面部分上。在最靠近漏电极131b的源电极131a的顶表面的一侧处，通过在源电极131a上的憎水层134中形成开口134a来实现定位。同样地，在最靠近源电极131a的漏电极131b的顶表面的一侧上，形成憎水层134的开口134b。形成第一和第二载流子转运层133a和133b以填充这些开口134a和134b。
在源电极131a和漏电极131b之间，根据施加到栅电极139的预定电信号，经形成在有机半导体层136中的沟道传播电信号。考虑到这个，本实施例形成第一和第二载流子转运层133a和133b，其可有利于传输电信号。然后，优选当接通晶体管时，源电极131a和漏电极131b经源电极131a和漏电极131b上的第一和第二载流子转运层133a和133b彼此电连通。图13中的参考数字137是栅绝缘层。
现在转向附图14，图14是根据本发明第二实施例的第二变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参照图14，形成第一载流子转运层143a以覆盖面向漏电极141b的源电极141a的末端或者侧壁表面，形成第二载流子转运层143b以覆盖面向源电极141a的漏电极141b的末端或者侧壁表面。因此，源电极141a与漏电极141b之间的电信号可经第一和第二载流子转运层143a和143b传播。有机半导体层146、栅绝缘层147和栅电极149顺序地形成在载流子转运层143a和143b上。
现在转向图15，图15是根据本发明第二实施例的第三变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参照图15，形成第一和第二载流子转运层153a和153b以分别覆盖源电极151a和漏电极151b的整个顶端和侧面。在憎水层154的开口中形成第一和第二载流子转运层153a和153b。有机半导体层156、栅绝缘层157和栅电极159顺序地形成在载流子转运层153a和153b上。
根据第二实施例的第一至第三变形的有机薄膜晶体管的制造方法(图13至15)基本上与根据第二实施例的不变版本的有机薄膜晶体管的制造方法(图11至12d)相同，不同仅仅在于形成在憎水层中的开口位置，所以省略其说明。
现在转向图16，图16是根据本发明第二实施例的第四变形的有机薄膜晶体管的横断面图。参照图16，形成在衬底160上的栅电极169被形成在源电极161a、漏电极161b、载流子转运层163a和163b、憎水层164、和有机半导体层166、和栅绝缘层167的下面。栅绝缘层167形成在栅电极169与源电极161a、漏电极161b、载流子转运层163a和163b、憎水层164、和有机半导体层166之间。源电极161a和漏电极161b形成在有机半导体层166的下面。载流子转运层163a和163b形成在有机半导体层166与源电极161a和漏电极161b之间。
在图16中，源和漏电极161a和161b与栅绝缘层167彼此接触，源和漏电极161a和161b由与栅绝缘层167具有良好粘附性的Ti、Cr、Al、MoW、ITO、IZO、ZnO、In2O3等等形成。因此，在栅绝缘层167与源和漏电极161a和161b之间不需要单独的粘结层，导致了简单化和低成本的制造方法，同时防止由粘结层的存在所引起的接触电阻特性退化。
现在转向图17a至17d，现在将描述图16的有机薄膜晶体管的制造方法。由于用于每个元件的材料与上述的相同，所示省略其说明。
图17a至17d是顺序地说明根据本发明第二实施例的第四变形的有机薄膜晶体管的横断面图，以顺序说明其制造方法。如图17a所示，栅电极169、栅绝缘层167、源电极161a和漏电极161b顺序地形成在衬底160上。憎水材料层164c形成在衬底160的整个表面上以覆盖源电极161a和漏电极161b。
然后，如图17b所示，通过例如具有掩模240的扫描激光束等等的不同方法除去憎水材料层(图17a中的164c)的一部分，以暴露每个源电极161a和漏电极161b的顶表面的一部分。因此，形成憎水层164以具有暴露源电极161a的顶表面的一部分和漏电极161b的顶表面的一部分的开口164a和164b。然后，如图17c所示，形成第一和第二载流子转运层163a和163b以填充憎水层164的开口164a和164b。然后，如图17d所示，将有机半导体层166施加到憎水层164的顶端、和在第一和第二载流子转运层163a和163b的顶端，以完成图16的有机薄膜晶体管。根据图17a至17d的有机薄膜晶体管的制造方法的优点在于能够容易地形成载流子转运层163a和163b，因此，可以低成本地制造高质量的有机薄膜晶体管。
现在转向图18，图18是使用图16的有机薄膜晶体管根据本发明第二实施例的平板显示器件的示意性横断面图。参照图18，如有必要，由SiO2形成的缓冲层(未显示)可形成在衬底170上，如上所述，然后在其上形成有机薄膜晶体管(TFT2)。尽管作为例子图18显示根据第二实施例中第四变形的有机薄膜晶体管(TFT2)(图16)，但本发明不局限于此。
钝化层173形成在有机薄膜晶体管TFT2上，由丙烯、聚酰亚胺等等形成的像素限定层175形成在钝化层173上。漏电极161b经形成在钝化层173中的通孔173a连接发光器件180。发光器件180包括像素电极181和相对电极185以及插入在像素电极181与相对电极185之间的中间层183，该中间层183至少具有发光层。由于图18的显示器具有与图10的第一实施例的平板显示器件相同的基本结构，所以省略其详细描述。
尽管已经显示和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员应当理解在不脱离本发明的原理和精神下可以对实施例作出变化，其范围限定在权利要求和它们的等效物中。
Claims (39)
1.一种有机薄膜晶体管，包括
源电极；
漏电极；
有机半导体层；
栅绝缘层；
栅电极；和
至少布置在所述有机半导体层与所述源电极或者在所述有机半导体层与所述漏电极之间的载流子转运层，该载流子转运层包括导电聚合物材料。
2.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层包括选自由二氧噻吩聚乙烯和聚苯胺组成的组的材料。
3.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层或者具有在所述有机半导体层的功函数与所述源电极的功函数之间的功函数，或者具有在所述有机半导体层的功函数与所述漏电极的功函数之间的功函数。
4.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层的厚度在10至100的范围内。
5.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层的电阻率在105Ωcm至1014Ωcm的范围内。
6.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层对应于所述源电极和所述漏电极中的至少一个设置。
7.权利要求6的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层布置在所述源电极和所述漏电极中的至少一个的顶表面上。
8.权利要求6的有机薄膜晶体管，其中布置所述载流子转运层以覆盖所述源电极和所述漏电极中的至少一个的暴露表面的整个部分。
9.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层包括：
布置在所述有机半导体层与所述源电极之间的第一载流子转运层；和
布置在所述有机半导体层与所述漏电极之间的第二载流子转运层，所述第一载流子转运层和所述第二载流子转运层彼此分隔放置。
10.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中布置在所述有机半导体层与所述源电极之间的所述载流子转运层和布置在所述有机半导体层与所述漏电极之间的所述载流子转运层是整体形成的。
11.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中构图所述载流子转运层以对应于一个有机薄膜晶体管。
12.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述源电极或所述漏电极均包括选自由Ti、Cr、Al和MoW组成的组的材料。
13.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述有机半导体层包括从以下选取的至少一种材料：并五苯、并四苯、蒽、萘、富勒烯、α6噻吩、α4噻吩、少噻吩、二萘嵌苯和它的衍生物、红荧烯和它的衍生物、六苯并苯和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、二萘嵌苯四羧酸二酸酐和它的衍生物、聚噻吩和它的衍生物、聚对亚苯基1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚对亚苯基和它的衍生物、聚芴和它的衍生物、聚噻吩1，2亚乙烯基和它的衍生物、聚噻吩-杂环芳香共聚物和它的衍生物、萘的并苯低聚物和它的衍生物、萘四羧酸二酰亚胺和它的衍生物、α5噻吩的少噻吩和它的衍生物、有或者没有金属的酞菁和它们的衍生物、均苯四酸二酐和它的衍生物、均苯四酸二酰亚胺和它的衍生物、聚烷基噻吩、聚噻吩基1，2亚乙烯基、烷基芴单元、和烷基噻吩的共聚物。
14.权利要求1的有机薄膜晶体管，还包括至少布置在所述有机半导体层与所述源电极间或者在所述有机半导体层与所述漏电极之间的憎水层。
15.权利要求14的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层布置在与所述憎水层相同的层中，所述载流子转运层适合于填充所述憎水层中的开口。
16.权利要求15的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层包括：
布置在所述有机半导体层与所述源电极之间的第一载流子转运层；和
布置在所述有机半导体层与所述漏电极之间的第二载流子转运层，布置所述第一载流子转运层以覆盖所述源电极最靠近所述漏电极的部分，布置所述第二载流子转运层以覆盖所述漏电极最靠近所述源电极的部分。
17.权利要求15的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层布置在所述源电极或者所述漏电极的至少一个的顶表面的一部分上。
18.权利要求15的有机薄膜晶体管，其中布置所述载流子转运层以覆盖所述源电极和所述漏电极的至少一个的整个暴露表面部分。
19.权利要求14的有机薄膜晶体管，其中所述憎水层包括表面处理剂，该表面处理剂包括具有一至三个憎水部分、一至三个反应卤素原子或者烷氧基部分、和硅烷部分的自组单层。
20.权利要求19的有机薄膜晶体管，其中所述憎水层的所述表面处理剂包括憎水自组单层，该单层在它的末端具有三氯代硅烷基部分或者三烃基氧硅烷基部分。
21.权利要求20的有机薄膜晶体管，其中所述憎水层包括十八烷基三氯代硅烷。
22.权利要求14的有机薄膜晶体管，其中所述载流子转运层包括选自由聚乙烯二氧噻吩和聚苯胺组成的组的材料。
23.一种制造有机薄膜晶体管的方法，包括：
在衬底的整个表面上形成导电聚合物材料层；和
通过激光器烧蚀技术构图所述导电聚合物材料层以形成载流子转运层，该载流子转运层至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在所述有机半导体层与漏电极之间。
24.一种制造有机薄膜晶体管的方法，包括：
在衬底的整个表面上形成憎水材料层；
在所述憎水材料层中形成开口；和
在所述开口中形成载流子转运层，该载流子转运层至少布置在有机半导体层与源电极之间或者在所述有机半导体层与漏电极之间，该载流子转运层包括导电聚合物材料。
25.权利要求24的方法，其中通过选自由旋涂和浸渍组成的组的方法制造所述憎水材料层。
26.权利要求24的方法，其中通过激光束扫描法产生所述憎水材料层中的所述开口。
27.权利要求24的方法，还包括：在开口中形成载流子转运层之后，从所述源电极与所述漏电极之间除去剩余导电聚合物材料。
28.权利要求27的方法，其中通过选自由激光束、紫外线、或者电子束扫描组成的组的方法实现从所述源电极与所述漏电极之间除去所述剩余导电聚合物材料。
29.一种平板显示器件，包括：
衬底；和
布置在所述衬底上的有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管包括：
源电极，
漏电极，
有机半导体层，
栅绝缘层，
栅电极，和
至少布置在所述有机半导体层与所述源电极之间或者在所述有机半导体层与所述漏电极之间的载流子转运层，该载流子转运层包括导电聚合物材料。
30.权利要求29的平板显示器件，其中所述载流子转运层包括选自由聚乙烯二氧噻吩和聚苯胺组成的组的材料。
31.权利要求29的平板显示器件，其中所述载流子转运层的厚度在10至100范围之内。
32.权利要求29的平板显示器件，其中所述载流子转运层的电阻率在105Ωcm至1014Ωcm范围之内。
33.权利要求29的平板显示器件，还包括布置在所述有机半导体层与所述源电极之间或者在所述有机半导体层与所述漏电极之间的憎水层。
34.权利要求33的平板显示器件，其中所述载流子转运层布置在与所述憎水层相同的水平上，该载流子转运层布置在所述憎水层中的开口中。
35.权利要求33的平板显示器件，其中所述憎水层包括表面处理剂，该表面处理剂具有自组单层，该自组单层具有一至三个憎水部分、一至三个反应卤素原子或者烷氧基部分、和硅烷部分。
36.权利要求35的平板显示器件，其中所述憎水层的所述表面处理剂包括憎水自组单层，该单层在它的末端具有三氯代硅烷基部分或者三烃基氧硅烷基部分。
37.权利要求36的有机薄膜晶体管，其中所述憎水层包括十八烷基三氯代硅烷。
38.权利要求29的平板显示器件，还包括电连接到所述有机薄膜晶体管的有机发光器件，该有机发光器件包括第一电极、有机发光层和第二电极。
39.权利要求30的平板显示器件，该所述平板显示器件包括多个有机薄膜晶体管，为所述多个有机薄膜晶体管整体地提供所述载流子转运层。
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