JP2012109594A - エッジエミッティングレーザのモノリシックアレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本製造方法は、半導体層を堆積し、低誘電率材料、高誘電率材料及び液体を含む誘電体組成物を低誘電率材料及び高誘電率材料を相分離させずに液相堆積し、低誘電率材料および高誘電率材料の相分離を生成することを含む。低誘電率材料は半導体層に最も近い誘電体構造の領域内の高誘電率材料の濃度に比べて高濃度であり、半導体層の堆積は、誘電体組成物を液相堆積する前、または相分離を生成した後になされる。
【選択図】図1
Description
Yiliang Wuらの米国特許出願第11/276,634号の発明の名称「TFT製造プロセス(TFT FABRICATION PROCESS)」は2006年3月8日に出願された。
半導体を含む層を堆積することと、
低誘電率材料および高誘電率材料および液体を含む誘電体組成物を液相堆積することとを含み、ここで、低誘電率材料および高誘電率材料は液相堆積の前に相分離されず、
さらにこのプロセスは、
相分離誘電体構造を形成するために、低誘電率材料および高誘電率材料の相分離を生成することを含み、ここで、低誘電率材料は、半導体を含む層に最も近い誘電体構造領域内の高誘電率材料の濃度に比べて高濃度であり、
半導体を含む層の堆積は、誘電体組成物を液相堆積する前、または相分離を生成した後になされる。
半導体を含む層を堆積することと、
低誘電率材料および高誘電率材料および液体を含む誘電体組成物を単一ステップで液相堆積することとを含み、ここで、低誘電率材料および高誘電率材料は液相堆積の前に相分離されず、
さらにこのプロセスは、
相分離誘電体構造を形成するために、低誘電率材料および高誘電率材料の相分離を生成することを含み、ここで、低誘電率材料は、半導体を含む層に最も近い誘電体構造領域内の低誘電率材料および高誘電率材料の総重量の約60%から100%の濃度であり、高誘電率材料は約40%から0%の濃度であり、
半導体を含む層の堆積は、誘電体組成物を液相堆積する前、または相分離を生成した後になされる。
半導体を含む層を堆積することと、
低誘電率材料および高誘電率材料および液体を含む誘電体組成物を液相堆積することとを含み、ここで、低誘電率材料および高誘電率材料は液体に溶解され、
さらにこのプロセスは、
多量の低誘電率材料/少量の高誘電率材料の第1相および多量の高誘電率材料/少量の低誘電率材料の第2相を備える相分離ゲート誘電体を形成するために、低誘電率材料および高誘電率材料の相分離を生成することを含み、ここで、低誘電率材料は、半導体を含む層に最も近い誘電体構造領域内の高誘電率材料の濃度に比べて高濃度であり、
半導体を含む層の堆積は、誘電体組成物を液相堆積する前、または相分離を生成した後になされる。
(1)中間相(層の形態の)は、第1相(層の形態の)と第2相(層の形態の)との間に現れる、
(2)1つの相は他の相の連続的なマトリクス内の複数の「点」を形成する、
(3)1つの相は他の相の連続的なマトリクス内の複数のロッド形状要素(例えばシリンダ)を形成する、および
(4)1つの相は他の相内に貫入して、同相ドメインを形成する。
(基板)
基板は、例えばシリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシートから構成されてもよい。構造的に柔軟なデバイスでは、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシートなどのプラスチック基板が好ましい。基板の厚みは、約10μmから約10mmを超えてもよく、例示的な厚みは特に柔軟なプラスチック基板では約50から約100mm、ガラス板またはシリコンウエハーなどの剛性の基板では約1から約10mmである。
(電極)
ゲート電極は、薄い金属フィルム、伝導性ポリマーフィルム、伝導性インクまたはペーストから作られる伝導性フィルムであってもよく、または基板自体がゲート電極、例えば高濃度ドープシリコンであってもよい。ゲート電極材料の例はアルミニウム、金、クロム、インジウムスズ酸化物、ポリスチレンスルホン酸ドープポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PSS−PEDOT)、カーボンブラック/グラファイトからなる伝導性インク/ペーストまたはアチソン・コロイズ社(Acheson Colloids Company)から市販されている商標ELECTRODAGなどのポリマーバインダにコロイド状の銀を分散したものを含むが、これらに限定されない。ゲート電極層は、真空蒸着、金属または導電性金属酸化物のスパッタリング、スピンコーティングによる導電性ポリマー溶液または伝導性インクによるコーティング、キャスティング、または印刷によって調製される。ゲート電極層の厚みは、例えば金属フィルムでは約10から約200nm、ポリマー導電体では約1から約10μmである。
(半導体層)
有機半導体層としての使用に適した材料は、アントラセン、テトラセン、ペンタセンおよび代替ペンタセンなどのアセン、ペリレン、フラーレン、フタロシアニン、オリゴチオフェン、ポリチオフェンおよびこれらの代替誘導体を含む。いくつかの実施形態では、有機半導体層は液体プロセス可能材料から形成される。適切な半導体材料の例は、ポリチオフェン、オリゴチオフェンおよび米国特許出願公開番号第2003/0160234号として公開されている米国特許出願第10/042,342号、米国特許第6,621,099号、米国特許第6,774,393号および米国特許第6,770,904号に記載されている半導体ポリマーを含み、この全開示内容は、参照により本明細書に引用したものとする。これに加えて、適切な材料はC.D.ディミトラコポロス(C.D.Dimitrakopoulos)およびP.R.L.マレンファント(P.R.L.Malenfant)の「大面積電子回路における有機薄膜トランジスタ(Organic Thin Film Transistors for Large Area Electronics)」アドバンスド・マテリアルズ(Adv.Mater.)、第12巻、第2号、p.99〜117(2002)に開示されている半導体ポリマーを含み、この全開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
(ゲート誘電体)
ゲート誘電体の組成および形成が本明細書では開示されている。いくつかの実施形態では、ゲート誘電体の第1相および第2相は相互に接触する。他の実施形態では中間相は第1相と第2相の間に存在する。いくつかの実施形態では、ゲート誘電体の第1相は半導体層と接触する。他の実施形態では、界面層は第1相と半導体層の間に存在する。いくつかの実施形態では、ゲート誘電体の第1相および第2相の両方は半導体層と接触する。他の実施形態では、ゲート誘電体の第1相および第2相の両方は半導体層と接触するが、半導体層と第1相との間の接触面積は薄膜トランジスタのチャネル領域(ソース電極とドレイン電極間の領域)における半導体層と第2相との間の接触面積より大きい。
(比較例1)
本比較例では、均一なゲート誘電体は以下のとおり調製された。0.08gポリ(4−ビニルフェノール)(PVP)(アルドリッチ、Mw=約20,000)は0.9g n−ブタノールで溶解された。0.08gポリ(メラミン−co−ホルムアルデヒド)(アルドリッチ、n−ブタノールにおいてメチル化84重量パーセント、Mn=432)は架橋剤として加えられた。誘電体組成物は最初に0.2ミクロンシリンジフィルタで濾過され、次にAlコーティングされたPET基板に2000rpmでスピンコーティングされた。ここではAl層はOTFTのゲート電極として機能する。80℃で10分間乾燥した後、誘電層は160℃で30分間熱的に架橋結合された。
(実施例1)
本実施例では、相分離誘電体構造は以下のとおり調製された。ポリ(メチルシルセスキオキサン)(PMSSQ)は、ポリチオフェン半導体との優れた適合性を提供するために低誘電率材料として使用され、ポリ(4−ビニルフェノール)(PVP)は高誘電率材料として使用され、n−ブタノールは液として使用された。PMSSQは以下の手順により前駆物質としてメチルトリメトキシシランを使用して調製された。水溶性0.1重量パーセント塩酸溶液0.88グラムとテトラヒドロフラン5.13グラムの混合物が、乾燥環境下で十分な攪拌により30分間にわたり氷浴で冷却された三つ口フラスコ中でメチルトリメトキシシラン0.48グラムとメチルイソブチルケトン9.24グラムの混合物に滴下で加えられた。結果として得られた混合物は、室温に温められ、その温度に5分間維持され、その後60℃に加熱され、24時間維持された。ポリ(メラミン−co−ホルムアルデヒド)が高誘電率材料PVPの架橋剤として加えられた。誘電体組成物は以下の表に示される材料の量を使用して生成された。
誘電体組成物は最初に0.2ミクロンシリンジフィルタにより濾過され、次にAlコーティングされたPET基板上に2000rpmでスピンコーティングされた。ここで、Al層はOTFTのゲート電極として機能する。誘電層は、80℃で10分間乾燥した後、160℃で30分間熱的にアニーリングされて架橋結合された。水接触角測定は時間ゼロで100.9°の前進接触角を示し、接触角は時間とともに安定する(10秒で100.6°)。これらは大きな疎水性および安定性のある表面特性を示した。大きな疎水性特性は、PMSSQ成分が誘電層の表面に移動することにより、スピンコーティングおよび熱的架橋結合中に相分離誘電体構造を形成することを示した。
(比較例2)
本比較例では、ポリ(2−ヒドロキシエチル、メタクリレート)(サイエンティフィック・ポリマー・プロダクツ社(Scientific Polymer Products,Inc.)、Mw=1,000,000)が誘電体材料として使用され、Dowanol(ドワノール)を液体として使用して均一な誘電体構造が形成された。誘電体組成物は、0.0008gのp−トルエンスルホン酸が架橋結合の触媒として加えられたことを除いて、比較例1と同様に調製された。誘電体構造を備えるOTFTデバイスは約0.002−0.0043cm2/V.sおよび約104の電流on/off比の移動度を示した。
(実施例2)
本実施例では、ポリ(2−ヒドロキシエチル、メタクリレート)が高誘電率材料として使用され、Dowanolを液体として使用して、実施例1のPVPおよびn−ブタノールが置換された。誘電体組成物は0.0008gのp−トルエンスルホン酸が架橋結合の触媒として加えられたことを除いて、実施例1と同様に調製された。誘電体構造を備えるOTFTは約0.05〜0.06cm2/V.sおよび約104の電流on/off比の移動度を示した。
(比較例3)
この比較例では、均一なゲート誘電体はn−ブタノール溶液中のPMSSQから調製された。誘電体組成物は最初に0.2ミクロンシリンジフィルタで濾過され、次にAlコーティングされたPET基板に2000rpmでスピンコーティングされた。ここでAl層はOTFTのゲート電極として機能する。80℃で10分間乾燥した後、誘電体層は160℃で30分間熱的に架橋結合された。この誘電体構造を備えるOTFTデバイスは、誘電層の漏れのために、極めて低いデバイス歩留まり(<10%)を示した。機能デバイスは0.06cm2/V.sおよび100〜1000電流on/off比の移動度を示した。
Claims (4)
- 液相堆積することにより相分離誘電体構造を製造するための誘電体組成物であって、
低誘電率材料、高誘電率材料および液体を含み、
前記低誘電率材料および前記高誘電率材料は、液相堆積の後で、相分離可能である
ことを特徴とする誘電体組成物。 - 前記高誘電率材料は、4.0以上の誘電率を有することを特徴とする請求項1に記載の誘電体組成物。
- 前記低誘電率材料および前記高誘電率材料は、前記液体に溶ける共に、液相堆積の前に、1つの相を形成することを特徴とする請求項1に記載の誘電体組成物。
- 低ポリシルセスキオキサン誘電率材料と、
ポリ(4−ビニルフェノール)及びポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリス樹脂)から選択された高誘電率材料と、
前記低ポリシルセスキオキサン誘電率材料および前記高誘電率材料の両方が混和する液体と、
を備えた誘電体組成物。
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