KR20110008267A - 전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 게이트 절연체 (4) 및 게이트 전극 (5) 사이에 중간층 (7) 을 포함하는 유기 전자 (OE) 디바이스, 특히 트랜지스터, 상기 디바이스를 제조하는 신규한 방법, 및 중간층에 사용하기 위한 유전체 재료에 관한 것이다.
Description
본 발명은 게이트 절연체 및 게이트 전극 사이에 중간층을 포함하는 유기 전자 (OE) 디바이스, 특히 트랜지스터, 상기 디바이스를 제조하는 신규한 방법, 및 중간층에 사용하기 위한 유전체 재료에 관한 것이다.
유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET) 는 디스플레이 디바이스 및 로직 가능 회로 (logic capable circuit) 에 사용된다. 종래 OFET 는 통상 소스, 드레인 및 게이트 전극, 유기 반도체 (OSC) 재료를 포함하는 반도체 층, 및 OSC 층 및 게이트 전극 사이에 유전체 재료를 포함하는 게이트 절연체 층을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 의한 종래의 탑 게이트 OFET 디바이스를 나타내며, 기판 (1), 소스 및 드레인 전극 (2), OSC 층 (3), 유전체를 포함하는 게이트 절연체 층 (4), 게이트 전극 (5), 및 OFET 의 상부에 제공되는 추가 층 또는 디바이스로부터 게이트 전극을 실드 (shield) 하는 제 2 절연체 또는 보호 층 (6) 을 포함한다.
도 2는 종래 기술에 의한 종래의 버텀 게이트 OFET 디바이스를 나타내며, 기판 (1), 소스 및 드레인 전극 (2), OSC 층 (3), 유전체를 포함하는 게이트 절연체 층 (4), 게이트 전극 (5), 및 OFET 의 상부에 제공되는 추가 층 또는 디바이스로부터 소스 및 드레인 전극을 실드하는 제 2 절연체 또는 보호 층 (6) 을 포함한다.
WO 03/052841 A1는 게이트 절연체 층이 3.0 미만의 낮은 유전율 ε (또한 상대 유전율 또는 유전체 상수로 알려져 있음) 을 가지는 유전체 재료 ("로우 k 재료") 를 포함하는 OFET 를 개시하고 있다. 그러한 로우 k 재료의 사용은, 특히 용액 프로세싱에 의해 제조된 디바이스에 있어서, 유전체/OSC 계면에서의 전하 트래핑을 감소시키고 개선된 트랜지스터 성능을 제공하는 것으로 보고되고 있다. WO 03/052841 A1 은 사이톱(Cytop)™ (Asahi Glass 제조) 또는 테프론(Teflon) AF™ (DuPont 제조) 과 같은 시판되는 플루오로폴리머가 로우 k 재료로 특히 적합하다고 또한 보고하고 있다.
게이트 절연체로서 플루오로폴리머의 사용은, 예를 들어 WO 2005/055248 에 개시되어 있는 바와 같이, OSC 재료가 가용성의 치환된 올리고아센, 예컨대, 펜타센, 테트라센 또는 안트라센, 또는 그 헤테로환 유도체로부터 선택되는, 용액 프로세싱된 OFET 디바이스에 이롭다. 이들 OSC 재료는 가장 일반적인 유기 용매에서 용해성이 있다. 따라서, 탑 게이트 디바이스를 제조하는 경우, OSC 층 (3) 상부에 게이트 절연체 (4) 용 조성물을 성막할 때 OSC 재료의 분해를 피하기 위해서, 게이트 절연체 조성물의 용매를 주의해서 선택해야 한다. 마찬가지로, 버텀 게이트 디바이스를 제조하는 경우, 게이트 절연체 (4) 상부에 OSC 층 (3) 용 조성물을 성막할 때 게이트 절연체 재료의 분해가 방지되어야 한다. 상술한 OSC 재료로 사용되는 통상의 용매에 직교성 (orthogonal) 인, 과불화 용매에서 플루오로폴리머가 용해성이 있기 때문에, 이들 디바이스에서는 플루오로폴리머가 게이트 절연체 재료로 특히 적합하다.
하지만, 상술한 플루오로폴리머는 소정의 흠결을 가지며, 특히 OFET 디바이스의 대량 생산과 관련하여 소정의 흠결을 가진다. 주요 흠결은, 플루오로폴리머의 불량한 가공성 및 제한된 구조 결합성에 기초한다. 즉, 플루오로폴리머는 기판 (1) 및 OSC 층 (3) 에 잘 부착되지 않는 경우가 있다. 또한, 나쁜 접착력 (박리) 및 나쁜 젖음성으로 인해, 게이트 전극 (5) 또는 보호 층 (6) 과 같이, 게이트 절연체 (4) 상부에 추가 코팅을 프로세싱 및 부착하는 것이 어려운 경우가 있다. 또한, 예를 들어 사이톱™ 시리즈와 같이, 많은 플루오로폴리머가 낮은 유리 온도 Tg (~ 100-130℃) 를 가지며, 이것은 소정의 프로세스 단계 동안 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 금속화된 게이트 전극 층을 유전체 층 상부에 예를 들어, 스퍼터링에 의해 형성하는 경우, 유전체 층의 Tg 로의 가열은, 내장 응력 (built-in stress) 에 의해 폴리머의 크랙킹을 일으킬 수 있다. 필름 내에 잔여 응력이 없는 경우에도, Tg 초과의 가열은 차등 팽창을 일으킬 수 있고, 그로 인해 폴리머에 주름을 발생시킬 수 있다. 한편, 테프론 AF™ 시리즈 (예를 들어, Tg = 240℃ 인 테프론 AF 2400) 와 같이, Tg 가 보다 더 높은 플루오로폴리머는 주름 또는 크랙킹 문제를 극복할 수 있지만, 큰 기판에 코팅이 잘 되지 않는 경우가 있고, 추가 층에 대해 나쁜 접착력을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자 디바이스, 특히 탑 게이트 OFET 의 개선된 재료 및 제조 방법을 제공하는 것이며, 이것은 종래 기술의 재료 및 방법의 흠결을 가지지 않으며, 대규모의 전자 디바이스의 제조에 시간, 비용 및 재료 면에서 효과적이다. 특히, 용액 프로세싱 기술로 전자 디바이스를 제조하는 경우 유전체 층의 접착성 및 구조 결합성을 개선하는 것이 소망된다. 본 발명의 다른 목적은, 그러한 재료 및 방법으로부터 획득된 개선된 전자 디바이스, 특히 OFET 를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 즉시로 자명하다.
이들 목적은 본 발명에서 청구되는 방법, 재료 및 디바이스를 제공함으로써 달성될 수 있음을 알아냈다. 특히, 본 발명의 발명자들은, 게이트 절연체 층 및 게이트 전극 사이 및/또는 게이트 전극 및 보호 층 사이에 중간층을 형성함으로써 상술한 흠결의 적어도 일부를 극복하는 것이 가능하다는 것을 알아냈으며, 여기서 상기 중간층은 비닐리덴 플루오라이드 또는 비닐플루오라이드와 같은 극성 반복 단위, 및 퍼플루오로알킬렌 단위와 같은 비극성 반복 단위를 포함하는 코폴리머를 포함한다. 이러한 중간층의 사용은, 후속 제조 프로세스 단계들에서, 추가 디바이스 층을 형성하는 동안 게이트 절연체 층의 접착성, 습윤성 및 구조 결합성을 개선한다.
발명의 요약
본 발명은, 유기 반도체 (OSC) 층 (3),
게이트 전극 (5),
유전체 재료를 포함하고 OSC 층 (3) 및 게이트 전극 (5) 사이에 배치되는 게이트 절연체 층 (4) 을 포함하고,
게이트 전극 (5) 및 게이트 절연체 층 (4) 을 커버하는 추가 절연체 층 (6) 을 선택적으로 포함하는 전자 디바이스에 관한 것으로,
전자 디바이스는 게이트 절연체 층 (4) 및 게이트 전극 (5) 사이, 또는 게이트 전극 (5) 및 추가 절연체 층 (6) 사이에 적어도 1층의 중간층 (7) 을 더 포함하며,
중간층 (7) 은 적어도 하나의 극성 반복 단위 및 적어도 하나의 비극성 반복 단위를 포함하는 코폴리머를 포함하고, 바람직하게는 이러한 코폴리머로 본질적으로 이루어지고, 매우 바람직하게는 이러한 코폴리머로 배타적으로 이루어지며, 여기서 "극성 단위"는 호모폴리머의 표면 에너지가 ≥ 30 mN/m 인 반복 단위를 의미하고 "비극성 단위"는 호모폴리머의 표면 에너지가 ≤ 25 mN/m 인 반복 단위를 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상술 및 후술되는 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막 (depositing) 하는 단계, 및
c1) 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
d1) 중간층 (7) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계를 포함하고,
e1) 게이트 전극 (5) 및 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 선택적으로 포함하고,
또는, 단계 c1) - e1) 에 대한 대안으로,
c2) 제 1 유전체 층 (4) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계,
d2) 게이트 전극 (5) 및 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
e2) 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상술 및 후술되는 프로세스에 의해 획득된 전자 디바이스에 관한 것이다.
바람직하게, 전자 디바이스는 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET) 또는 박막 트랜지스터 (TFT), 바람직하게 탑 게이트 트랜지스터, 집적 회로 (IC), 또는 무선 주파수 식별 (RFID) 태그이다.
도 1 은 종래 기술에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 2 는 종래 기술에 의한 버텀 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 OFET 를 제조하는 프로세스를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 OFET 를 제조하는 프로세스를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 바람직한 제 4 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 9 내지 도 11 은 실시예 1 에 따라 제조된 탑-게이트 OFET 의 트랜지스터 특성을 도시한다.
도 2 는 종래 기술에 의한 버텀 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 OFET 를 제조하는 프로세스를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 OFET 를 제조하는 프로세스를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 바람직한 제 4 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 도시한다.
도 9 내지 도 11 은 실시예 1 에 따라 제조된 탑-게이트 OFET 의 트랜지스터 특성을 도시한다.
용어 "폴리머"는 일반적으로 높은 상대 분자 질량의 분자를 의미하며, 그 구조는 낮은 상대 분자 질량의 분자로부터, 실제로 또는 개념적으로, 유도되는 다수반복되는 단위들을 본질적으로 포함한다 (PAC, 1996, 68, 2291). 용어 "올리고머"는 일반적으로 중간의 상대 분자 질량의 분자를 의미하며, 그 구조는 낮은 상대 분자 질량의 분자로부터, 실제로 또는 개념적으로, 유도되는 작은 복수의 단위들을 본질적으로 포함한다 (PAC, 1996, 68, 2291). 본 발명에 의한 바람직한 의미에서, "폴리머"는 반복 단위 개수가 > 10, 매우 바람직하게 > 20 이고, 분자량 Mw 가 바람직하게 > 3,000, 매우 바람직하게 > 5,000 인 중합성 화합물을 의미하고, 그리고 "올리고머"는 반복 단위 개수가 > 1 및 ≤ 20, 바람직하게 ≤ 10 이고, 분자량 Mw 가 바람직하게 < 3,000, 매우 바람직하게 < 2,000 인 올리고머성 화합물을 의미한다.
다른 언급이 없는 한, 올리고머 및 폴리머의 분자량은 중량 평균 분자량 Mw 을 의미하고, 이것은 폴리스티렌 표준에 대하여 적합한 용매에서 GPC 에 의해 결정된다.
용어 "반복 단위" 및 "모노머성 단위"는 구성 반복 단위 (CRU, Constitutional Repeating Unit) 를 의미하며, CRU 는 가장 작은 구성 단위이고 그 반복이 레귤러 거대분자, 레귤러 올리고머 분자, 레귤러 블록 또는 레귤러 사슬을 구성한다 (PAC, 1996, 68, 2291). 코폴리머는 2종 이상의 상이한 반복 단위를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 바람직한 전자 디바이스는 바람직하게 탑 게이트 OFET 이며, 하기 콤포넌트:
- 기판 (1) 을 선택적으로 포함하고,
- 소스 및 드레인 전극 (2),
- OSC 층 (3),
- 게이트 전극 (5),
- 유전체 재료를 포함하고, OSC 층 (3) 및 게이트 전극 (5) 사이에 배치되는 게이트 절연체 층 (4) 을 포함하며,
- 게이트 전극 (5) 상부의 제 2 절연체 층 (6) 을 선택적으로 포함하고,
- 게이트 절연체 (4) 및 게이트 전극 (5) 사이, 또는 게이트 전극 및 제 2 절연체 층 (6) 사이에 배치되는 상술 및 후술되는 중간층 (7) 을 포함한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 예시적으로 도시하며, 기판 (1), 소스 및 드레인 전극 (2), OSC 층 (3), 유전체 재료를 포함하는 게이트 절연체 층 (4), 게이트 전극 (5), OFET 의 상부에 제공되는 추가 층 또는 디바이스로부터 게이트 전극을 실드하는 제 2 절연체 또는 보호 층 (6), 및 게이트 절연체 층 (4) 및 게이트 전극 (5) 사이에 배치되는 상술 및 후술되는 코폴리머를 포함하는 중간층 (7) 을 포함한다.
상기 바람직한 제 1 실시형태의 디바이스를 제조하는 바람직한 프로세스가 도 5에 도시되며, 하기 단계들:
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 기판 (1) 및 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c1) 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
d1) 중간층 (7) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계를 포함하고,
e1) 게이트 전극 (5) 및 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 선택적으로 포함한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스를 예시적으로 도시하며, 기판 (1), 소스 및 드레인 전극 (2), OSC 층 (3), 유전체 재료를 포함하는 게이트 절연체 층 (4), 게이트 전극 (5), OFET 의 상부에 제공되는 추가 층 또는 디바이스로부터 게이트 전극을 실드하는 제 2 절연체 또는 보호 층 (6), 및 게이트 전극 (5) 및 제 2 절연체 층 (6) 사이에 배치되는 상술 및 후술되는 코폴리머를 포함하는 중간층 (7) 을 포함한다.
상기 바람직한 제 2 실시형태의 디바이스를 제조하는 바람직한 프로세스가 도 6에 도시되며, 하기 단계들을 포함한다:
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 기판 (1) 및 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c2) 제 1 유전체 층 (4) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계,
d2) 게이트 전극 (5) 및 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
e2) 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계.
바람직하게 상술 및 후술되는 프로세스에서 층들의 성막은 용액 프로세싱에 의해 수행되며, 즉, 조성물, 바람직하게 OSC 또는 유전체 재료 및 1종 이상의 유기 용매를 포함하는 용액을, 미리 성막된 층 상에 도포하고, 이후 그 용매(들)을 증발시킴으로써 수행된다. 바람직한 성막 기술은 딥 코팅, 스핀 코팅, 잉크 제트 프린팅, 레터-프레스 프린팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이드 코팅, 롤러 프린팅, 리버스-롤러 프린팅, 오프셋 리소그래피 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 웹 프린팅, 스프레이 코팅, 브러쉬 코팅 또는 패드 프린팅을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직한 용액 성막 기술은 스핀 코팅, 플렉소그래픽 프린팅 및 잉크젯 프린팅이다.
바람직하게 중간층 (7) 은 용액 프로세싱에 의해서, 매우 바람직하게는 상술 및 후술되는 코폴리머 및 1종 이상의 유기 용매를 포함하는 조성물을 사용하여 성막된다. 바람직한 조성물은 유기 케톤, 바람직하게 MEK, MAK (2-헵타논) 또는 시클로헥사논, 가장 바람직하게 MAK 로부터 선택된 1종 이상의 용매를 포함한다. 조성물에서 코폴리머의 농도는 바람직하게 0.1 ~ 5 중량% 이다. 특히 끓는점이 높은 유기 케톤 용매가 잉크젯 및 플렉소그래픽 프린팅을 위한 용액으로 사용하기에 이롭다.
중간층 (7) 은, 그 상부에 코팅되는 추가층에 대해 충분한 습윤성 및 접착성을 제공할 정도로 충분히 두껍고, 그리고 디바이스 성능에 부정적으로 영향을 주지 않을 정도로 충분히 얇도록 선택되어야 한다. 바람직하게 중간층 (7) 의 두께는 1 ~ 1000 nm, 매우 바람직하게 1 ~ 100 nm, 가장 바람직하게 5 ~ 50 nm 이다.
바람직한 실시형태에서, 게이트 절연체 층 (4) 은 WO 03/052841 에 개시된 바와 같이, 유전체 상수 (유전율) ε 가 3.0 이하인 유전체 재료 ("게이트 유전체")("로우 k 유전체") 로 이루어지며, 매우 바람직하게 1.1 ~ 3.0, 가장 바람직하게 2.0 ~ 3.0, 특히 2.5 ~ 3.0 또는 2.0 ~ 2.6 인 유전체 재료로 이루어진다. OSC 에 직접적으로 콘택되는 게이트 절연체 층을 위한 로우 k 게이트 유전체 재료는, 바람직하게 유기 플루오로폴리머이다. 적합한 로우 k 게이트 유전체 재료는, 예를 들어, 시판되는 사이톱™ 시리즈 (Asahi Glass), 테프론 AF™ 시리즈 (DuPont) 또는 하이플론(Hyflon) AD™ 시리즈 (Solvay 제조) 와 같이 용해성이 높은 퍼플루오로폴리머를 포함한다. 사이톱 폴리머는 "모던 플루오로플라스틱 (Modern Fluoroplastics)", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, N. Sugiyama 에 의한 챕터: "환중합에 의해 획득된 퍼플루오로폴리머", 페이지 541ff 에 기재되어 있다. 테프론 AF 는 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, P. R. Resnick 에 의한 챕터: "테프론 AF 아모르퍼스 플루오로폴리머", 페이지 397ff 에 기재되어 있다. 하이플론 AD 는 "고성능 퍼플루오로폴리머 필름 및 멤브레인" V. Arcella et. al., Ann. N. Y. Acad. Sci. 984, 페이지 226-244 (2003) 에 기재되어 있다.
중간층 (7) 은 게이트 유전체보다 더 높은 유전율을 가지는 유전체 재료를 포함하는 것이 바람직하고, 이러한 유전체 재료로 배타적으로 이루어지는 것이 매우 바람직하다. 중간층 재료는 바람직하게 유전율이 2.0 ~ 40 이고, 매우 바람직하게 2.5 ~ 20 이다.
중간층 재료는 상술 및 후술되는 바와 같이 1종 이상의 코폴리머를 포함한다. 코폴리머는, 코폴리머와 직접 접촉되는 층, 특히 게이트 절연체 층 (4) 및 선택적인 제 2 유전체 층 (6) 에 대해 우수한 접착성을 제공하는 것으로 선택된다. 특히, 코폴리머는, 중간층 (7) 이 게이트 유전체 플루오로폴리머에 대해 우수한 접착성을 나타내고, 동시에 충분히 높은 표면 에너지, 바람직하게 > 20 mN/m, 매우 바람직하게 > 25 mN/m, 가장 바람직하게 ≥ 30 mN/m 의 표면 에너지를 가지도록 선택되어야 한다.
본 발명의 발명자는, 중간층 (7) 에 사용되는 코폴리머가 상기 및 이하에서 정의되는 하나 이상의 "극성" 반복 단위 및 하나 이상의 "비극성" 반복 단위를 포함하는 경우, 이들 필요조건이 충족될 수 있다는 것을 알아냈다.
즉, 본 발명에 의한 디바이스에서의 중간층은, 적어도 하나의 극성 반복 단위 및 적어도 하나의 비극성 반복 단위를 포함하는 코폴리머를 포함하고, 이러한 코폴리머로 본질적으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 코폴리머로 배타적으로 이루어지는 것이 매우 바람직하다. 코폴리머는 상기 비극성 및 극성 단위로 이루어지는 기로부터 선택되는 반복 단위로 본질적으로 이루어지는 것이 바람직하고, 이러한 반복 단위로 배타적으로 이루어지는 것이 매우 바람직하다. 코폴리머는 바람직하게 이러한 극성 단위를 1 ~ 5 개, 매우 바람직하게 1, 2 또는 3 개 포함하고, 이러한 비극성 단위를 1 ~ 5 개, 매우 바람직하게 1, 2 또는 3 개 포함한다.
본 발명의 목적을 위해서, "극성 단위"는 그 호모폴리머의 표면 에너지가 ≥ 30 mN/m (dynes/m), 바람직하게 30 ~ 50 mN/m 인 모노머성 또는 반복 단위를 의미하고, "비극성 단위"는 그 호모폴리머의 표면 에너지가 ≤ 25 mN/m (dyne/cm), 바람직하게 10 ~ 25 mN/m, 보다 바람직하게 10 ~ 15 mN/m 인 모노머성 또는 반복 단위를 의미한다. 이 내용에서 사용되는 용어 "호모폴리머"는 모노머성 또는 반복 단위 중 일 종류로 배타적으로 이루어지고 분자량 Mw 가 > 3,000 인 폴리머를 의미한다.
폴리머 핸드북 (제 4 판, J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke, 챕터 "폴리머, 올리고머, 가소제, 및 유기 안료의 표면 및 계면 장력", Souheng Wu 에 의함, 페이지 VI/521-22) 에 따라서, 일반적으로 표면 장력은 분자량을 증가시킴에 따라 증가한다. 분자량 Mw 가 약 2000-3000 보다 큰 경우, 표면 장력은 무한 분자량에서의 값의 1 mN/m (dyne/cm) 이내에 도달한다. 따라서, 분자량의 효과는 보통 분자량 Mw 가 > 3,000 인 폴리머에 대해서는 무시될 수 있으나, 올리고머에 대해서는 그렇지 않다. 하지만, 몇 가지 예외가 말단기 (end-group) 효과와 관련하여 관측 및 설명되고 있다.
중간층에 사용하기에 적합한 모노머 및 코폴리머는 문헌에 기재되어 있다. 예를 들어, 폴리(비닐 플루오라이드)(PVF) 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)와 같은 부분 불화된 재료는 PTFE 보다 더 높은 표면 에너지를 가진다. 그것은 또한 예를 들어, 하기 표 1에 나타낸 폴리에틸렌 또는 PTFE 와 비교하여 표면 에너지에 대해 상대적으로 높은 극성 기여도를 가진다. 따라서 그 상응하는 모노머는 본 발명에 따라서 "극성 단위"로 적합하다.
표 1에서의 값은 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., (1997), D. M. Brewis 및 I Mathieson 에 의한 챕터: "플루오로폴리머의 접착 특성", 페이지 165ff; 및 D. Owens 및 R. Wendt, 응용 고분자 과학의 저널, 제 13 권, 1741-1747 (1969) 에 개시되어 있다.
바람직하게 극성 모노머성 또는 반복 단위는, 2 ~ 8 개, 가장 바람직하게 2 또는 3 개의 C 원자를 가지는, 부분 불화된 (즉, 불화이지만 과불화는 아닌) 탄화수소 단위, 매우 바람직하게 부분 불화된 알킬렌 단위로부터 선택되며, 여기서 하나 이상의 C 원자는 또한 비불화될 수 있고, 및/또는 F 원자의 수는 예를 들어 1,1-디플루오로에틸렌 (비닐리덴 플루오라이드, VDF) 또는 1-플루오로에틸렌 (비닐플루오라이드, VF) 과 같이 1, 2, 3 또는 4 개, 바람직하게 1 또는 2 개이다.
비극성 모노머성 또는 반복 단위는 바람직하게 과불화 탄화수소 그룹, 바람직하게 직쇄, 분지형 또는 환형인 알킬렌, 알케닐렌 또는 알키닐렌으로부터 선택되며, 여기서 하나 이상의 F 원자는 또한, 예를 들어 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 헥사플루오로프로필렌 (HFP) 또는 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE) 과 같이, Cl 또는 Br 로 치환될 수 있고, 매우 바람직하게 2 ~ 8 개의 C 원자를 가지는, 가장 바람직하게 2, 3 또는 4 개의 C 원자를 가지는 퍼플루오로- 또는 퍼플루오로/클로로알킬렌 단위로 치환될 수도 있다. 또한 이들 바람직한 단위에서 1 또는 2 개의 F 원자가 H 로 치환되는 것도 가능하다.
극성 및 비극성 반복 단위의 총 비율은, 결과물인 코폴리머가 > 20 mN/m, 바람직하게 > 25 mN/m, 매우 바람직하게 30 mN/m 이상의 표면 에너지 ("극성" 단위에 의해 야기됨) 를 가지고, 게이트 유전체 플루오로폴리머에 대해 양호한 접착성 (과불화 또는 비극성 단위와 플루오로폴리머의 상호작용에 의해 야기됨) 을 가지도록 선택되어야 한다. 바람직하게, 코폴리머에서의 모든 비극성 단위의 총량은 50 mol% 를 초과해야 한다.
일반적으로 중간층 코폴리머의 모노머성 유닛은 하기 기준 및 기능성에 따라서 선택되어야 한다:
(VDF 또는 VF 와 같은) 극성 단위의 모노머는 (예를 들어, TFE, HFP, CTFE 와 같은) 비극성 과불화 단위의 모노머와 랜덤 또는 교호 공중합을 허용하고, (예를 들어, 저분자량 케톤, 예컨대, MEK, MAK, 시클로헥사논과 같은 극성 용매에서) 충분한 용해성을 발생시키며, 그리고 게이트 유전체 플루오로폴리머보다 더 높은 표면 에너지 (> 20mN/m, 바람직하게 > 25 mN/m, 매우 바람직하게 30mN/m 이상) 를 발생시켜야 한다. 표면 에너지의 극성 성분은 극성 성분들을 결합시키는데 이롭다. 극성 단위는, 표면에 나타나도록, 폴리머의 백본에서 직접 결합되어야 하고, 바람직하게 랜덤하게 분포되어야 한다. 극성 단위가 VDF 인 경우, 코폴리머에서 그 비율은 바람직하게 50 mol% 초과이다.
VDF 또는 VF 대신에, 다른 극성 모노머가 비극성 불화 공-모노머 (co-monomer) 와 함께 공중합가능하다면, 그리고 그 구조가, 예를 들어, 너무 플렉서블하게 부착되어 열역학적 이유 때문에 폴리머 내측의 표면으로부터 소모되는 것에 의해, 표면에서의 극성 단위의 소모 (depletion) 를 유도하지 않는다면, 다른 극성 모노머도 또한 사용될 수 있다. 적합한 모노머의 예는 예를 들어, Bruno Ameduri & Bernard Boutevin, Well-Architectured Fluoropolymer: Synthesis, Properties and Applications, ISBN 0080443885, 챕터 2에서 찾을 수 있다.
(TFE 또는 HFP 와 같은) 비극성 과불화 단위의 모노머는 (예를 들어, VDF, VF 와 같은) 극성 단위의 모노머와 랜덤 또는 교호 공중합을 허용하고, 그리고 (특히 HFP와 같은 긴 퍼플루오로알킬렌의 경우) 충분한 용해성을 발생시켜 사용 조건하에서 코폴리머의 결정화를 방지해야 한다. 비극성 단위는, 게이트 유전체 플루오로폴리머에 대한 계면에 나타나서 접착력을 제공하지만, 표면으로 완전히 이동하거나 인리치 (enrich) 하거나 하지 않도록, 폴리머의 백본에서 직접 결합되어야 하고, 바람직하게 랜덤하게 분포되어야 한다.
TFE 또는 HFP 대신에, 다른 비극성 모노머가 극성 불화 공-모노머와 함께 공중합가능하다면, 극성 및 접착성이 불화된 유전체에 대한 양호한 접착성으로 최적화된다면, 그리고, 그 구조가, 예를 들어, 너무 플렉서블하게 부착되어 열역학적 이유 때문에 표면으로 이동하는 것에 의해, 표면에서의 인리치먼트 (enrichment) 를 이끌어 표면 에너지를 저하시키거나 하지 않는다면, 다른 비극성 모노머도 또한 사용될 수 있다.
코폴리머 내에서의 벌크 또는 상 분리에 있어서 비극성 또는 극성 기의 인리치먼트를 피하기 위해서, 극성 및 비극성 단위는 폴리머 백본에 근접해야 한다. 또한, 표면 에너지를 감소시킬 수도 있는, 중간층의 대기 표면에서의 비극성 측쇄의 인리치먼트는 방지되어야 한다. 대안으로 또는 부가하여, 코폴리머에서의 비극성 단위의 비율은 상 분리를 방지할 정도로 충분히 낮게 유지되어야 한다. 한편, 게이트 유전체 플루오로폴리머에 대한 양호한 접착성을 보장할 정도로 충분히, 비극성 측쇄는 길어야 하고, 및/또는 코폴리머에서의 그 비율은 높아야 한다. 예를 들어, 폴리머 백본에서의 CF2-CF 기 및 측쇄에서의 CF3 기로 이루어지는, 비극성 단위 HFP 는 이들 필요조건 사이의 균형을 양호하게 유지하기에 적합하다.
교호, 랜덤 또는 통계적 코폴리머는 블록 코폴리머보다 더 바람직하다. 즉, 비극성 및 극성 성분이 랜덤하게 또는 교호하게 (분포되어) 공중합될 수 있다는 것이 중요하다. 현저한 블록 중합은 상 분리 효과를 방지하기 위해서 회피되어야 하고, 이는 표면에서의 과불화 사슬 분절의 인리치먼트를 이끌어, 보다 낮은 표면 에너지를 이끌 수 있다.
문헌은 VDF 및/또는 VF와 같은 부분 불화 단위와, TFE, HFP 또는 CTFE 와 같은 여러가지 비극성 불화 모노머와의 코폴리머를 보고하고 있고, 이는 랜덤 코폴리머로 알려져 있고 심지어 시판되기도 한다. HFP 는 매우 낮은 반응성을 가지며 보통 이분자 (dyad) 를 형성하지 않거나 단일성분중합 (homopolymerize) 하고, 그리고 TFE 및 VDF 는 거의 유사한 반응성 값을 가지기 때문에, 통상 통계적 코폴리머가 형성된다. 이것은, 예를 들어 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, V. Arcella et al. 에 의한 챕터: "플루오로카본 엘라스토머", 페이지 71ff 및 C. Tournut 에 의한 챕터: "비닐리덴 플루오라이드의 열가소성 코폴리머", 페이지 577ff; L. Logothetis, 플루오로카본 엘라스토머의 화학, 고분자 과학에서의 진보, 1989, 14, 페이지 251-296; G. Brinati 및 V. Arcella, Kautschuk + Gummi - Kunstoffe, 1992, 45, 페이지 470ff 에 기재되어 있다.
(예를 들어, 불화 폴리아크릴레이트 및 폴리우레탄과 같이) 측쇄에 과불화 모이어티를 가지는 플루오로카본 모노머는, 불화된 측쇄를 가지는 모노머의 비율이 상대적으로 낮은 경우에도, 매우 낮은 표면 에너지를 가지는 표면을 형성하는 경향이 있다. 이것은, 충분한 이동도를 가져서 대기 계면에 대해 불화기를 나타내는 백본에 의해 증가되며, 폴리머 및 대기 사이의 계면 자유 에너지를 감소시키기 때문에 열역학적으로 바람직하다. 이러한 폴리머는, 예를 들어, "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, V. Arcella et al. 에 의한 챕터: "플루오로카본 엘라스토머", 페이지 71ff 에 기재되어 있다. 따라서 상기 모노머 단위 만으로 이루어지는 폴리머는 본 발명의 목적에 적합하지 않다. 반대로, 본 발명의 폴리머에서는, 비극성 단위의 과불화 탄화수소기는 폴리머 백본의 일부를 형성한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시형태에서, 코폴리머는 하나 이상의 가교성기, 즉, 가교 반응을 할 수 있는 기를 포함하는 하나 이상의 단위 ("가교 단위") 를 더 포함한다. 적합하고 바람직한 가교성기는, 예를 들어 히드록시, 아민, 이소시아네이트, 에폭시 및 브롬 기를 포함한다.
이 종류의 적합한 모노머 및 코폴리머는 문헌에 기재되어 있다. 예를 들어, VDF 및/또는 VF 및/또는 TFE 및/또는 HFE 등과, 비닐 또는 알릴 에테르 및 비닐 글리시딜 에테르와 같은 모노머 (에폭시기) 또는 각종 알코올 함유 모노머 (예를 들어, F2C=CF-CH2OH) 또는 브롬 함유 모노머 (예를 들어, F2C=CF-CH2Br) 를 가지는 적합한 관능성기와의 공중합은, 문헌, 예를 들어, Bruno Ameduri & Bernard Boutevin, Well-Architectured Fluoropolymer: Synthesis, Properties and Applications, ISBN 0080443885, 챕터 2 및 이 문헌에서 인용된 문헌 또는 Polymeric materials encyclopedia / editor in chief J. C. Salamone, ISBN 0-8493-2470-X, 챕터 "플루오로폴리머 코팅", 페이지 2498-2507 및 이 문헌에서 인용된 문헌에 광범위하게 기재되어 있다.
폴리머 함유 에폭시기는, 예를 들어 아민, 멜라민, 알코올 또는 이소시아네이트 등으로부터 선택된 가교기와 열적으로 적합하게 가교된다. 알코올기 함유 폴리머는, 예를 들어 이소시아네이트 및 에폭시기로부터 선택된 가교기와 함께 열적으로 적합하게 가교된다. 브롬기 함유 폴리머는 예를 들어 라디칼 메카니즘을 통해서, 바람직하게 라디칼 개시제 존재하에서, 적합하게 가교된다.
이소시아네이트 경화된 수지의 예는 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, R. F. Brady 에 의한 챕터 6: "불화 폴리우레탄", 페이지 127ff 에 기재되어 있다. JP 07-018214 A 는 40:10:40:10 TFE:HFE:VDF:4-히드록시에틸-알릴에테르 코폴리머의 이소시아네이트 경화를 기재하고 있다. C. Tournut 는 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, C. Tournut 에 의한 챕터: "비닐리덴 플루오라이드의 열가소성 코폴리머", 페이지 577 ff 에서 경화성 기를 함유하는 VDF 코폴리머를 기재하고 있다.
VDF 단위를 포함하는 코폴리머는, 예를 들어 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, V. Arcella et al. 에 의한 챕터: "플루오로카본 엘라스토머", 페이지 71 ff; 및 "Polymeric materials encyclopedia" / editor in chief J. C. Salamone, ISBN 0-8493-2470-X, 챕터: "플루오로폴리머 코팅", 페이지 2498-2507 그리고 그 문헌에서 인용된 문헌에 기재된 바와 같이, 아민 및 퍼옥사이드와 적합하게 가교된다.
매우 바람직하게 가교 단위는 부분 불화된 또는 과불화된 탄화수소 기이고, 바람직하게 2 ~ 8 개, 가장 바람직하게 2, 3 또는 4 개의 C 원자를 가지며, 여기서 하나 이상의 H 원자 또는 F 원자는 가교성기, 바람직하게는 폴리머 백본의 일부이거나 또는 폴리머 백본에 부착되는 다른 반응기와 폴리머 유사 반응으로 반응될 수 있는 기, 매우 바람직하게는 히드록시, 아민, 이소시아네이트, 에폭시 또는 브롬 기에 의해 치환된다.
가장 바람직하게, 코폴리머는 하나 이상의 1,1-디플루오로에틸렌 (VDF) 및/또는 1-플루오로에틸렌 (VF) 반복 단위, 및 직쇄, 분지형 또는 환형, 매우 바람직하게는 직쇄 또는 분지형인 불화 탄화수소기로부터 선택된, 적어도 1개, 바람직하게는 1개, 2개 또는 3개의 추가 반복 단위를 포함한다. 추가 반복 단위는, 바람직하게 2 ~ 8 개, 가장 바람직하게 2, 3 또는 4 개의 C 원자를 가지는, 부분 불화된 또는 과불화된 직쇄 또는 분지형 알킬 또는 알콕시기로부터 선택되는 것이 바람직하다. 바람직한 플루오로알킬 반복 단위는 예를 들어, 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 헥사플루오로프로필렌 (HFP) 및 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE) 이다. 코폴리머는 비닐리덴 플루오라이드 (CH2=CF2) 및/또는 비닐플루오라이드 (CH2=CHF) 모노머, 및 예를 들어, 테트라플루오로에틸렌 (CF2=CF2) 또는 헥사플루오로프로필렌 (CF2=CF-CF3) 과 같이, 에틸렌성 불포화를 함유하는 불화된 또는 과불화된 모노머로부터 유도된다.
특히 바람직하게 코폴리머는 VDF, HFP 및 TFE 의 터폴리머, 바람직하게 식 1의 터폴리머이거나, 또는 VDF 및 HFP 의 코폴리머, 바람직하게 식 2 의 코폴리머이다.
식 중, n 은 1 보다 큰 정수이고, 0 < x < 1 , 0 < y < 1 , 0 < z < 1 , 0 < a < 1 , 0 < b < 1 , x+y+z=1 , a+b=1, 바람직하게 0.5 ≤ x < 1 및 0.5 ≤ a < 1.
식 1의 폴리머는 예를 들어, Dyneon™ THV 220 A 와 같은 Dyneon™ THV 시리즈 (독일, 부르크키르헨, Dyneon GmbH&Co. KG 제조) 하에서 시판된다. 이들 폴리머는 또한 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, D.E.Hull et al. 에 의한 챕터 13: "THV Fibroplastic", 페이지 257ff 에 기재되어 있다. 예를 들어, Dyneon™ THV 220 A 는 유전율이 > 4 이다.
식 2의 폴리머는, 예를 들어, Kynar 2801 (88% VdF:12% HFP) 와 같은 Kynar™ 시리즈 (프랑스, 콜롬베스, Arkema 제조) 하에서 또는 Solvay Fluoropolymers Inc.로부터의 SOLEF™ 시리즈 (VDF/HFP 또는 VF2/HFP 의 코폴리머) 하에서 또는 Sigma-Aldrich (제품 Nr. 427160) 를 통해서, 상이한 등급 및 비율로 시판된다. 이들 폴리머는 또한 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, C. Tournut 에 의한 챕터: "비닐리덴 플루오라이드의 열가소성 코폴리머", 페이지 577 ff 에 기재되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 전자 디바이스는 중간층 (7) 상부에 추가 안정화 층 (8) 을 더 포함하여, 중간층의 구조 결합성 및 내구성을 개선한다. 이것은, 예를 들어, 중간층 상부에 게이트 전극을 제공할 때 플루오로코폴리머의 Tg 이상으로 중간층을 가열하는 경우, 야기될 수 있는 크랙킹 또는 주름 문제의 감소를 돕는다. 안정화 층 (8) 은 바람직하게 경화성 (즉, 중합성 또는 가교성) 또는 경화된 (즉, 중합된 또는 가교된) 재료, 바람직하게 유기 재료를 포함한다.
안정화 층 (8) 으로 적합하고 바람직한 재료는 예를 들어 실라놀-관능성 폴리머, 예컨대 US 5,861,235 에 기재된 폴리실세스퀴옥산과 같은 유리 수지이다. 특히 적합하고 바람직한 것은 시판되는 폴리실세스퀴옥산 또는 그 전구체로서, 예컨대 HardSil™ AM 과 같은 HardSil™ 시리즈 (미국, 펜실베니아주, 모리스빌Gelest Inc. 제조) 의 재료, 알코올의 혼합물 중의 폴리실세퀴옥산 수지 19-21% 의 조성물, AS4000 Hardcoat™, AS4700 Hardcoat™ 또는 SHC™ 5020 과 같은 AS Hardcoat™ 또는 SHC™ 시리즈 (미국, 코네티컷주, 윌턴, Momentive Performance Materials Inc. 제조) 의 재료, 또는 GR650F™ (미국, 오하이오주, 페리스버그, Techneglas Inc. 제조) 와 같은 재료가 있다.
안정화 층 (8) 의 경화성 또는 경화된 재료는 바람직하게 용매에 용해되며, 그 용매는 바람직하게 중간층 (7) 의 재료에 사용되는 용매에 직교성인 용매이며, 예를 들어 부탄올 또는 이소프로판올과 같은 알코올이다. 용액은 이후 상술 및 후술된 디바이스 상에 성막되고, 선택적으로 경화되어 안정화 층 (8) 을 형성한다.
경화성 재료가 사용되는 경우, 증착하고, 그리고 예를 들어 가열 또는 방사선에의 노출에 의해, 바람직하게는 열 경화에 의해, 매우 바람직하게는 120℃ 미만의 열 경화에 의해, 또는 광경화에 의해, 매우 바람직하게는 UV 광경화에 의해, 선택적으로 용매를 제거한 이후, 경화성 재료를 경화할 수 있다. 선택적인 경화는, 광개시제와 같은 개시제, 또는 예를 들어 US 5,861,235 에 기재된 UV 염기 발생제를, 경화성 재료 또는 조성물에 첨가함으로써, 개시되거나 또는 도움받는다. 적합한 광개시제는 당업자에게 알려져 있으며, 문헌에 기재되어 있다. 바람직하게, 비이온성 중합 또는 경화를 위한 방법 및 재료를 적용하여, 이온성 불순물이 디바이스 성능에 부정적으로 영향을 줄 수 있는 OSC/게이트 유전체 계면에의, 이온성 불순물의 형성 및 확산을 방지한다.
바람직한 제 3 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스가 도 7에 예시적으로 도시되며, 도 3에 나타낸 어셈블리에서의 콤포넌트 (1)-(7) 을 포함하고, 중간층 (7) 의 상부에 경화된 안정화 층 (8) 을 추가로 포함한다.
상기 디바이스를 제조하기 위한 바람직한 프로세스는 하기 단계들:
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 기판 (1) 및 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c1) 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계를 포함하고,
c2) 중간층 (7) 상부에 경화성 또는 경화된 재료의 층 (8) 을 성막하고 그 재료를 경화하는 단계를 선택적으로 포함하며,
d1) 경화된 층 (8) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계를 포함하고,
e1) 게이트 전극 (5) 및 경화된 층 (8) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 선택적으로 포함한다.
바람직한 제 4 실시형태에 의한 탑 게이트 OFET 디바이스가 도 8에 예시적으로 도시되며, 도 5에 나타낸 어셈블리에서의 콤포넌트 (1)-(7) 을 포함하며, 중간층 (7) 의 상부에 경화된 안정화 층 (8) 을 추가로 포함한다.
상기 디바이스를 제조하기 위한 바람직한 프로세스는 하기 단계들:
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 기판 (1) 및 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c2) 제 1 유전체 층 (4) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계,
d2) 게이트 전극 (5) 및 제 1 유전체 층 (4) 상에 상술 및 후술되는 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계를 포함하고,
d3) 중간층 (7) 상에 경화성 또는 경화된 재료의 층 (8) 을 성막하고 그 재료를 경화하는 단계를 선택적으로 포함하며,
e2) 경화된 층 (8) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 포함한다.
중간층 (7) 상부의 별도의 안정화 층 (8) 에 대체하여, 또는 이에 추가하여, 중간층 재료 (7) 의 콤포넌트로서 경화성 또는 경화된 재료, 바람직하게 예를 들어, 유기폴리실록산 또는 그 전구체와 같은 유기 재료를 사용하는 것이 또한 가능하다. 경화성 재료는 예를 들어, 2개 이상의 중합성기를 가지는 모노머성 또는 올리고머성 화합물이며, 이는 경화시 가교된 폴리머, 또는 예를 들어, 상술된 열 경화성 실세퀴옥산 전구체를 제공한다. 경화성 재료는 바람직하게 적합한 용매에서 중간층 코폴리머와 함께 용해되어, 코팅가능한 또는 프린팅가능한 중간층 조성물을 제공하고, 중간층 조성물은 디바이스 상에 성막되고 상술 및 후술되는 바와 같이 선택적으로 경화되어 중간층 (7) 을 형성한다.
전자 디바이스의 다른 콤포넌트 또는 기능성 층, 예컨대, 기판, 게이트 절연체, 전극, 및 OSC 층은 표준 재료로부터 선택될 수 있고, 표준 방법에 의해 디바이스로 제조 및 응용될 수 있다. 이들 콤포넌트 및 층들의 적합한 재료 및 제조 방법은 당업자들에게 알려져 있으며, 문헌에 기재되어 있다.
성막 (deposition) 방법은, 액체 코팅 및 기상 또는 진공 증착을 포함한다. 바람직한 성막 기술은 딥 코팅, 스핀 코팅, 잉크 제트 프린팅, 레터-프레스 프린팅, 스크린 프린팅, 닥터 블레이드 코팅, 롤러 프린팅, 리버스-롤러 프린팅, 오프셋 리소그래피 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 웹 프린팅, 스프레이 코팅, 브러쉬 코팅 또는 패드 프린팅을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 잉크 제트 프린팅은 고해상도 층 및 디바이스가 제조되게 하기 때문에 특히 바람직하다.
일반적으로 본 발명에 의한 전자 디바이스에서 기능성 층의 두께는 1 nm (단일층의 경우) ~ 10 ㎛, 바람직하게 1 nm ~ 1 ㎛, 보다 바람직하게 1 nm ~ 500 nm 일 수 있다.
각종 기판이 유기 전자 디바이스의 제작시 사용될 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 플라스틱, 플라스틱 재료가 바람직하고, 그 예는 알키드 수지, 알릴 에스테르, 벤조시클로부텐, 부타디엔-스티렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 에폭시드, 에폭시 폴리머, 에틸렌-클로로트리플루오로 에틸렌, 에틸렌-테트라-플루오로에틸렌, 섬유 유리 강화 플라스틱, 플루오로카본 폴리머, 헥사플루오로프로필렌비닐리덴-플루오라이드 코폴리머, 고밀도 폴리에틸렌, 파릴렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리디메틸실록산, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리케톤, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 실리콘 고무, 실리콘을 포함한다. 바람직한 기판 재료는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 및 폴리에틸렌나프탈레이트이다. 기판은 상기 재료로 코팅된 임의의 플라스틱 재료, 금속 유리일 수도 있다. 기판은 양호한 패턴 정밀도 (definition) 를 보장하기 위해서 바람직하게 균질해야 한다. 기판은 또한 캐리어 이동도를 개선하기 위해서, 압출, 연신, 러빙에 의해서 또는 유기 반도체의 배향을 유도하기 위한 광화학 기술에 의해서 균일하게 미리 배향될 수도 있다.
전극은 액체 코팅, 예컨대, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 웹 코팅 또는 스핀 코팅, 또는 진공 증착 또는 기상 증착법에 의해서 성막될 수 있다. 적합한 전극 재료 및 성막 방법은 당업자에게 알려져 있다. 적합한 전극 재료는 무기 또는 유기 재료, 또는 둘의 복합물을 포함하며, 이에 한정되지는 않는다. 적합한 도전체 또는 전극 재료의 예는 폴리아닐린, 폴리피롤, PEDOT 또는 도핑된 공액 폴리머를 포함하며, 또한 예를 들어, Cu, Cr, Pt/Pd 등과 같이 스퍼터코팅되거나 또는 증발되는 (evaporated) 금속은 물론, Au, Ag, Cu, Al, Ni 또는 그 혼합물과 같은 금속 입자 또는 그라파이트의 분산물 또는 페이스트를 포함하고, 그리고 예를 들어, ITO와 같은 반도체도 포함한다. 유기금속 전구체는 또한 액상으로부터 성막되어 사용될 수 있다.
OSC 재료 및 OSC 층을 도포하는 방법은 당업자에게 알려져 있는 표준 재료 및 방법으로부터 선택될 수 있고, 문헌에 기재되어 있다.
OFET 층이 OSC 인 OFET 디바이스의 경우, n-형 또는 p-형 OSC일 수 있고, 진공 또는 기상 증착에 의해 성막될 수 있거나, 또는 바람직하게 용액으로부터 성막될 수 있다. 바람직한 OSC 는 10-5 cm2V-1s-1 초과의 FET 이동도를 가진다.
OSC 는 예를 들어 유기 정류 다이오드의 층 엘리먼트 또는 OFET 에서의 활성 채널 재료로서 사용된다. 액체 코팅에 의해 성막되어 주변 프로세싱을 허용하는 OSC 가 바람직하다. OSC 는 바람직하게 임의의 액체 코팅 기술에 의해서 스프레이 코팅, 딥 코팅, 웹 코팅 또는 스핀 코팅되거나 또는 성막된다. 잉크 제트 성막이 또한 적합하다. OSC 는 선택적으로 진공 증착되거나 또는 기상 증착될 수 있다.
반도체 채널은 또한 동일한 유형의 반도체의 2종 이상의 복합물일 수 있다. 또한, p-형 채널 재료는 예를 들어 층의 도핑 효과를 위해 n-형 재료와 혼합될 수 있다. 다층 반도체 층이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어 반도체는 절연체 계면 가까이에서 진성 (intrinsic) 일 수 있고, 높게 도핑된 영역이 또한 진성층 다음에 코팅될 수 있다.
OSC 재료는 적어도 3종의 방향족 고리를 함유하는 임의의 공액 방향족 분자일 수 있다. OSC 는 바람직하게 5, 6 또는 7 원 방향족 고리를 함유하고, 보다 바람직하게 5 또는 6 원 방향족 고리를 함유한다. 재료는 혼합물, 분산물 및 블렌드를 포함하여, 모노머, 올리고머 또는 폴리머일 수 있다.
방향족 고리 각각은 선택적으로 Se, Te, P, Si, B, As, N, O 또는 S, 바람직하게 N, O 또는 S 로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 함유한다.
방향족 고리는 알킬, 알콕시, 폴리알콕시, 티오알킬, 아실, 아릴 또는 치환된 아릴기, 할로겐, 특히 불소, 시아노, 니트로 또는 -N(R3)(R4) 로 나타낸 선택적으로 치환된 2차 또는 3차 알킬아민 또는 아릴아민으로부터 선택적으로 치환될 수 있고, 여기서 R3 및 R4 각각은 독립적으로 H, 선택적으로 치환된 알킬, 선택적으로 치환된 아릴, 알콕시 또는 폴리알콕시기이다. R3 및 R4 가 알킬 또는 아릴인 경우, 이들은 선택적으로 불화될 수 있다.
고리는 선택적으로 축합되거나 또는 -C(T1)=C(T2)-, -C≡C-, -N(R')-, -N=N-, (R')=N-, -N=C(R')- 와 같은 공액 링킹기와 링킹될 수도 있다. T1 및 T2 는 각각 독립적으로 H, Cl, F, -C≡N 또는 저급 알킬기, 특히 C1 -4 알킬기를 나타내고; R' 는 H, 선택적으로 치환된 알킬 또는 선택적으로 치환된 아릴을 나타낸다. R' 가 알킬 또는 아릴인 경우 이들은 선택적으로 불화될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 다른 OSC 재료는, 폴리아센, 폴리페닐렌, 폴리(페닐렌 비닐렌), 폴리플루오렌과 같은 공액 탄화수소 폴리머 및 이들 공액 탄화수소 폴리머의 올리고머; 테트라센, 크리센, 펜타센, 피렌, 페릴렌, 코로넨과 같은 축합 방향족 탄화수소 또는 이들의 가용성의 치환 유도체; p-쿼터페닐 (p-4P), p-퀸크페닐 (p-5P), p-섹시페닐 (p-6P) 과 같은 올리고머성 파라 치환 페닐렌, 또는 이들의 가용성의 치환 유도체; 폴리(3-치환 티오펜), 폴리(3,4-이치환 티오펜), 폴리벤조티오펜, 폴리이소티아나프텐, 폴리(N-치환 피롤), 폴리(3-치환 피롤), 폴리(3,4-이치환 피롤), 폴리푸란, 폴리피리딘, 폴리-1,3,4-옥사디아졸, 폴리이소티아나프텐, 폴리(N-치환 아닐린), 폴리(2-치환 아닐린), 폴리(3-치환 아닐린), 폴리(2,3-이치환 아닐린), 폴리아줄렌, 폴리피렌과 같은 공액 헤테로환 폴리머; 피라졸린 화합물; 폴리셀레노펜; 폴리벤조푸란; 폴리인돌; 폴리피리다진; 벤지딘 화합물; 스틸벤 화합물; 트리아진; 치환 메탈로 포르핀 또는 무금속 포르핀, 프탈로시아닌, 플루오로프탈로시아닌, 나프탈로시아닌 또는 플루오로나프탈로시아닌; C60 및 C70 풀러렌; N,N'-디알킬, 치환 디알킬, 디아릴 또는 치환 디아릴-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 디이미드 및 플루오로 유도체; N,N'-디알킬, 치환 디알킬, 디아릴 또는 치환 디아릴 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭디이미드; 바토페난트롤린; 디페노퀴논; 1,3,4-옥사디아졸; 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄; 
,
'-비스(디티에노[3,2-b2',3'-d]티오펜); 2,8-디알킬, 치환 디알킬, 디아릴 또는 치환 디아릴 안트라디티오펜; 2,2'-비벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜을 포함하는 그룹으로부터 선택된 화합물, 올리고머 및 화합물의 유도체를 포함한다. 바람직한 화합물은 가용성인 상기 열거된 화합물 및 그 유도체이다.
특히 바람직한 OSC 재료는, 예를 들어 US 6,690,029 또는 WO 2005/055248 A1 에 개시되어 있는, 치환 올리고아센, 예컨대, 펜타센, 테트라센 또는 안트라센, 또는 그 헤테로환 유도체이며, 특히 비스(트리알킬실릴에티닐) 올리고아센 또는 비스(트리알킬실릴에티닐) 헤테로아센이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서 OSC 층은 예를 들어 WO 2005/055248 A1 에 기재된 바와 같이 레올로지 특성을 조절하기 위해 1종 이상의 유기 바인더를 포함한다.
내용이 다르게 명확하게 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 복수 형태의 용어는 단일 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 그 반대도 마찬가지이다.
본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위에 걸쳐서, 단어 "포함하다 (comprise)" 및 "함유하다 (contain)" 및 그 단어의 변형, 예를 들어 "포함하는 (comprising)" 및 "포함하다 (comprises)" 는, "포함하지만 이에 한정되지 않는다"를 의미하고, 다른 콤포넌트를 배제하는 것으로 의도되지 않는다 (그리고 배제하지 않는다).
본 발명의 상기 실시형태는, 본 발명의 범위 내에 있는 한, 변형될 수 있음을 알 수 있다. 이 명세서에 개시된 각 특징은, 다른 언급이 없는 한, 동일한, 등가의 또는 유사한 목적을 위한 대체되는 특징에 의해 치환될 수 있다. 즉, 다른 언급이 없는 한, 개시되어 있는 각 특징은 등가의 또는 유사한 특징의 일반적인 시리즈의 단지 일 예일 뿐이다.
본 명세서에 개시되어 있는 모든 특징은, 상기 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 상호 배타적인 조합들을 제외하고, 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징은 본 발명의 모든 양태에 적용가능하며, 임의의 조합으로 적용될 수 있다. 마찬가지로, 비필수적인 조합으로 기재된 특징들은 별도로 (조합하지 않고) 적용될 수 있다.
많은 상술된 특징, 특히 많은 바람직한 실시형태는, 그 권리 내에서 진보적이며, 본 발명의 실시형태의 단지 일부인 것이 아니다. 현재 청구되는 임의의 발명에 추가되거나 또는 그에 대체되는 이들 특징에 대해서 독립적인 보호가 요구될 수 있다.
이하, 하기 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 실시예는 단지 예시이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
다른 언급이 없는 한, 상기 및 이하의 모든 백분율은 중량% 이고, 온도는 섭씨 온도로 주어지며, 표면 에너지, 접촉각 및 유전체 상수의 값은 20℃ 에 대한 것이다.
다른 언급이 없는 한, 이 출원에서 인용되는 표면 에너지의 값은, D. K. Owens, R. C. Wendt, "폴리머의 표면 자유 에너지의 평가", 응용 고분자 과학의 저널, 제 13 권, 1741-1747, 1969; 또는 Stanley Hartland (편집자) 에 의한 "표면 및 계면 장력: 측정, 이론, 및 응용 (계면활성제 사이언스 시리즈 제 119 권)", Taylor & Francis Ltd; 2004 (ISBN: 0-8247-5034-9), 챕터 7, p.: 375: Kenji Katoh 에 의한 "접촉각 및 표면 장력 측정" 에 기재되어 있는 방법에 따라서 폴리머의 접촉각 측정으로부터 계산된 값을 말한다.
실시예
1
표 2에 나타낸 폴리머의 접촉값이 측정되고, 그 표면 에너지 
는 상술한 바와 같이 계산된다. 그 값은 문헌에 보고된 데이터와 비슷하다. 유전체 상수의 값은 문헌으로부터 취해진다.
1 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, N. Sugiyama 에 의한 챕터: "환중합에 의해 획득된 퍼플루오로폴리머", 페이지 541ff 도 또한 참조
2 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, P. R. Resnick 에 의한 챕터: "테프론 AF 아모르퍼스 플루오로폴리머", 페이지 397ff 도 또한 참조
3 US 2007/0190871 A 참조
4 데이터시트
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search/ProductDetail/ALDRICH/427160 참조, 물의 유사 접촉각은 www.solvaymembranes.com 에서 Solvay SOLEF™ VDF/HFP 코폴리머 SOLEF 11008, 21216 및 21508 (모두 동일한 CAS-넘버) 의 데이터시트에 기록되어 있다.
5 데이터시트
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search/ProductDetail/ALDRICH/427144 및 "모던 플루오로플라스틱", John Scheris 편, John Wiley&Sons Ltd., 1997, D. M. Brewis 및 I. Mathieson 에 의한 챕터: "플루오로폴리머의 접착 특성", 페이지 165ff 참조.
코폴리머 A (VDF/HFP/TFE) 및 코폴리머 B (VDF/HFP) 는 모두 > 25 mN/m 의 높은 표면 에너지를 나타낸다. 또한, 상기에서 주어진 정의에 따라서, 각각은 극성 단위 (VDF) 및 비극성 단위 (폴리머 A의 경우 TFE 및 HFP ; 폴리머 B의 경우 TFE) 를 포함한다. 즉, 폴리머 A 또는 B 로 이루어지는 층은 본 발명에 의한 중간층을 나타낸다. 이와 반대로, 폴리머 C (PVDF) 도 또한 높은 표면 에너지를 나타내지만, 단지 비극성 단위 (VDF) 만을 함유한다. 즉, 폴리머 C 로 이루어지는 층은 본 발명에 의한 중간층을 나타내지 않는다.
대략 100nm 두께의 필름이, 유리 상에 그리고 (유리 기판 상에 코팅된) 극성 단위들로 이루어지고 낮은 표면 에너지를 가지는 플루오로폴리머 사이톱™ 809 (표 2 참조) 의 ~ 1 ㎛ 두께 층 상에, 스핀 코팅을 통해서 폴리머 A, 폴리머 B 및 폴리머 C 각각의 2% MAK (2-헵타논) 용액들로부터 코팅된다.
본 발명에 의한 폴리머 A 또는 B 의 용액은 비극성 사이톱 층의 상부에 잘 코팅되는 한편, 폴리머 C 는 사이톱 층에 부착되지 않아 연속 필름이 성막되지 않는다는 것을 알아냈다. 이중층의 접촉각 측정이 수행되고, 그 결과 폴리머 A 및 B 의 경우에는 표 2에 언급된 값과 동일했지만, 폴리머 C 의 경우에는 사이톱에 대한 초기값으로 나타났다.
이것은, 본 발명에 의한 코폴리머 A 및 B 가 사이톱과 같은 플루오로폴리머 유전체의 표면 에너지를 증가시키는 중간층을 제조하기에 적합하고, 이로써 그 상부에 제조된 추가 층에 대한 접착성을 개선함을 나타낸다. 이와 반대로, 폴리머 C 와 같은 오직 비극성 단위로 이루어지는 호모폴리머는 중간층을 제조하기에 적합하지 않다.
실시예
2
사이톱™ 809 의 1 ㎛ 층 및 코폴리머 A 또는 B 각각의 0.1 ㎛ 중간층을 포함하는 본 발명에 의한 탑-게이트 OFET 디바이스는 후술되는 것처럼 제조되고, 사이톱 층만을 포함하고 어떠한 중간층도 포함하지 않는 레퍼런스 샘플과 비교된다. 디바이스 성능은 아래에 기재된 바와 같이 테스트된다.
그 결과를 도 9 (레퍼런스 디바이스), 도 10 (코폴리머 A 의 중간층을 구비한 디바이스) 및 도 11 (코폴리머 B 의 중간층을 구비한 디바이스) 에 나타낸다. 본 발명에 의한 중간층을 포함하는 디바이스는 양호한 성능 (전하 캐리어 이동도 및 온/오프 비) 을 나타내며, 이것은 중간층이 없는 레퍼런스 디바이스와 비슷함을 알 수 있다.
이것은, 코폴리머 A 또는 B 의 중간층이 유전체 층의 표면 에너지를 증가시키지만, 디바이스 성능에 부정적으로 영향을 주지 않는다는 것을 나타낸다.
디바이스
제조의 상세 절차:
탑 게이트 OFET 를 다음과 같이 제조한다. 코닝 1737 유리의 기판을 30 분 동안 70℃ 에서 3% Decon90 에서 초음파처리하고, 물로 2회 세정하고 MeOH 에서 초음파처리한 이후, 스핀코터 상에서 스핀 오프하여 건조시킨다. 30nm 두께의 골드 소스 및 드레인 전극을 기판 상으로 증발시키고, 채널 L = 50 ㎛ 및 W = 1000 ㎛ 의 채널을 형성한다. 기판을 표면 처리 조성물 리시콘(Lisicon)™ M001 (독일, 다름슈타트, Merck KGaA 로부터 시판) 로 1 분 동안 처리하고, 이소프로필 알코올로 세정하고, 스핀코터 상에서 스핀 오프하여 건조시킨다. 상기 처리 이후 OSC 조성물 리시콘™ S1283 (독일, 다름슈타트, Merck KGaA 로부터 시판) 을 기판 상으로 스핀한 다음, 1 분 동안 100℃ 의 핫플레이트 상에서 어닐링한다. 사이톱 809 (FC-43 에서 9%, Asahi) 의 유전체 층을 냉각된 기판 상으로 스핀하고 (10초 동안 500 rpm 및 20초 동안 2000 rpm), 2분 동안 100℃ 의 핫플레이트 상에서 가열한다. 코폴리머 A 또는 B 각각의 용액으로부터의 중간층을, 메틸 에틸 케톤에서의 20mg/ml 용액으로부터 냉각된 기판 상에 스핀한다. 다음, 30nm 골드 층을 게이트 전극으로서 중간층 상으로 증발시킨다. 전기적 특징을 위해서, 샘플을 프로브 스테이션에 배치하고 Suess PH100 프로브 헤드를 통해서 Agilent 4155C 반도체 분석기에 연결한다. 선형 이동도 및 포화 이동도는 VD=-5V 및 VD=-60V 각각에서 하기 식을 이용하여 계산된다.
식 중 L 및 W 는 채널의 길이 및 폭이고, Cox = 유전체 커패시턴스 [F/㎠], ID = 드레인 전류, sqrt ID = 절대 ID 값의 제곱근, VG = 게이트 전압, VD = 드레인 전압.
Claims (16)
- 전자 디바이스에 있어서,
유기 반도체 (OSC) 층 (3),
게이트 전극 (5),
유전체 재료를 포함하고 상기 OSC 층 (3) 및 상기 게이트 전극 (5) 사이에 배치되는 게이트 절연체 층 (4) 을 포함하고,
상기 게이트 전극 (5) 및 상기 게이트 절연체 층 (4) 을 커버하는 추가 절연체 층 (6) 을 선택적으로 포함하며,
상기 전자 디바이스는 상기 게이트 절연체 층 (4) 및 상기 게이트 전극 (5) 사이, 또는 상기 게이트 전극 (5) 및 상기 추가 절연체 층 (6) 사이에 적어도 1층의 중간층 (7) 을 더 포함하고,
상기 중간층 (7) 은 적어도 하나의 극성 반복 단위 및 적어도 하나의 비극성 반복 단위를 포함하는 코폴리머를 포함하고, 극성 단위는 호모폴리머의 표면 에너지가 ≥ 30 mN/m 인 반복 단위를 의미하고 비극성 단위는 호모폴리머의 표면 에너지가 ≤ 25 mN/m 인 반복 단위를 의미하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
- 기판 (1) 을 선택적으로 포함하고,
- 소스 및 드레인 전극 (2),
- OSC 층 (3),
- 게이트 전극 (5),
- 유전체 재료를 포함하고 상기 OSC 층 (3) 및 상기 게이트 전극 (5) 사이에 배치되는 게이트 절연체 층 (4) 을 포함하며,
- 게이트 전극 (5) 상부의 제 2 절연체 층 (6) 을 선택적으로 포함하고,
- 상기 게이트 절연체 (4) 및 상기 게이트 전극 (5) 사이, 또는 상기 게이트 전극 및 상기 제 2 절연체 층 (6) 사이에 배치된, 제 1 항에 기재된 코폴리머를 포함하는 중간층 (7) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 표면 에너지가 > 25 mN/m 인 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 유전율이 2.0 ~ 40 인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 상기 게이트 절연체 층 (4) 의 재료보다 더 높은 유전율을 가지는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게이트 절연체 층 (4) 은 유전율이 1.1 ~ 3.0 인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, .
상기 중간층 (7) 의 두께는 5 ~ 50nm 인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 1,1-디플루오로에틸렌 및/또는 1-플루오로에틸렌 반복 단위, 및 2 ~ 8 개의 탄소 원자를 가지는 과불화 알킬렌으로부터 선택된 하나 이상의 반복 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 식 1 또는 식 2 의 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
식 중, n 은 1 보다 큰 정수이고, 0 < x < 1 , 0 < y < 1 , 0 < z < 1 , 0 < a < 1 , 0 < b < 1 , x+y+z=1 , a+b=1. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 의 코폴리머는 하나 이상의 가교성기를 포함하는 하나 이상의 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층 (7) 은 경화성 또는 경화된 유기 재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 디바이스는 상기 중간층 (7) 의 상부에 경화된 재료의 안정화 층 (8) 을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 디바이스는 탑 게이트 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET) 인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
b) OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막 (depositing) 하는 단계, 및
c1) 상기 제 1 유전체 층 (4) 상에 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
d1) 상기 중간층 (7) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계를 포함하고,
e1) 상기 게이트 전극 (5) 및 상기 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 선택적으로 포함하며,
또는 단계 c1) - e1) 에 대한 대안으로,
c2) 상기 제 1 유전체 층 (4) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계,
d2) 상기 게이트 전극 (5) 및 상기 제 1 유전체 층 (4) 상에 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계,
e2) 상기 중간층 (7) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 상기 기판 (1) 및 상기 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) 상기 OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c1) 상기 제 1 유전체 층 (4) 상에 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계를 포함하고,
c2) 상기 중간층 (7) 의 상부에 경화성 또는 경화된 재료의 층 (8) 을 성막하고 상기 경화성 또는 경화된 재료를 경화하는 단계를 선택적으로 포함하며,
d1) 상기 중간층 (7) 또는 상기 경화된 층 (8) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계를 포함하고,
e1) 상기 게이트 전극 (5) 및 상기 중간층 (7) 또는 상기 경화된 층 (8) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 선택적으로 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
a1) 기판 (1) 상에 소스 및 드레인 전극 (2) 을 성막하는 단계,
a2) 상기 기판 (1) 및 상기 소스 및 드레인 전극 (2) 상에 OSC 재료의 층 (3) 을 성막하는 단계,
b) 상기 OSC 층 (3) 상에 유전체 재료의 제 1 층 (4) 을 성막하는 단계,
c2) 상기 제 1 유전체 층 (4) 의 적어도 일부 상에 게이트 전극 (5) 을 성막하는 단계,
d2) 상기 게이트 전극 (5) 및 상기 제 1 유전체 층 (4) 상에 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 1층의 중간층 (7) 을 성막하는 단계를 포함하고,
d3) 상기 중간층 (7) 의 상부에 경화성 또는 경화된 재료의 층 (8) 을 성막하고 상기 경화성 또는 경화된 재료를 경화하는 단계를 선택적으로 포함하며,
e2) 상기 중간층 (7) 또는 상기 경화된 층 (8) 상에 유전체 재료의 제 2 층 (6) 을 성막하는 단계를 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법.
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| JP5980522B2 (ja) * | 2012-02-17 | 2016-08-31 | 住友化学株式会社 | 有機薄膜トランジスタ絶縁層材料 |
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| US20150060768A1 (en) * | 2013-08-13 | 2015-03-05 | The Board Of Regents Of The University Of Texas System | Method to improve performance characteristics of transistors comprising graphene and other two-dimensional materials |
| JP6180975B2 (ja) | 2014-03-19 | 2017-08-16 | 株式会社東芝 | 電子デバイス及びその製造方法 |
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| CN105845721B (zh) * | 2016-05-20 | 2019-02-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种顶栅结构及其制备方法、薄膜晶体管、阵列基板以及显示设备 |
| WO2019065056A1 (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-04 | 住友化学株式会社 | 有機薄膜トランジスタ |
| WO2019065055A1 (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-04 | 住友化学株式会社 | 有機薄膜トランジスタ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005513788A (ja) * | 2001-12-19 | 2005-05-12 | アベシア・リミテッド | 有機誘電体を有する有機電界効果トランジスタ |
| US20070077681A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Florian Dotz | Liquid phase fabrication of active devices including organic semiconductors |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5630941A (en) * | 1992-12-23 | 1997-05-20 | Burger; Wolfgang | Permanent hydrophilic modification of fluoropolymers |
| JPH0718214A (ja) | 1993-06-30 | 1995-01-20 | Japan Synthetic Rubber Co Ltd | フッ化ビニリデン系塗料組成物 |
| US5861235A (en) * | 1996-06-26 | 1999-01-19 | Dow Corning Asia, Ltd. | Ultraviolet-curable composition and method for patterning the cured product therefrom |
| EP1243034A1 (en) * | 1999-12-21 | 2002-09-25 | Plastic Logic Limited | Solution processed devices |
| US20040263739A1 (en) * | 2001-07-09 | 2004-12-30 | Henning Sirringhaus | Progressive aligned deposition |
| US6690029B1 (en) | 2001-08-24 | 2004-02-10 | University Of Kentucky Research Foundation | Substituted pentacenes and electronic devices made with substituted pentacenes |
| GB0130321D0 (en) * | 2001-12-19 | 2002-02-06 | Avecia Ltd | Electronic devices |
| EP1614704B1 (en) * | 2003-03-28 | 2011-01-19 | PI R & D Co. Ltd | Crosslinked polyimide, composition comprising the same and method for producing the same |
| EP1687830B1 (en) | 2003-11-28 | 2010-07-28 | Merck Patent GmbH | Organic semiconducting layer formulations comprising polyacenes and organic binder polymers |
| US20070190871A1 (en) * | 2004-05-07 | 2007-08-16 | Malay Patel | Sealing material |
| JP5109223B2 (ja) * | 2004-08-04 | 2012-12-26 | ソニー株式会社 | 電界効果型トランジスタ |
| US7323514B2 (en) * | 2004-12-30 | 2008-01-29 | 3M Innovative Properties Company | Low refractive index fluoropolymer coating compositions for use in antireflective polymer films |
| US20060214154A1 (en) | 2005-03-24 | 2006-09-28 | Eastman Kodak Company | Polymeric gate dielectrics for organic thin film transistors and methods of making the same |
| US20070023141A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | Tyco Electronics Corporation | Hot melt adhesive for PTFE |
| JP2007258282A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Seiko Epson Corp | 半導体装置、半導体装置の製造方法および記憶装置 |
| JP5167560B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2013-03-21 | 日本化薬株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| EP1936712A1 (en) * | 2006-12-23 | 2008-06-25 | ETH Zürich | Organic field-effect transistors with polymeric gate dielectric and method for making same |
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-
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|---|---|---|---|---|
| JP2005513788A (ja) * | 2001-12-19 | 2005-05-12 | アベシア・リミテッド | 有機誘電体を有する有機電界効果トランジスタ |
| US20050104058A1 (en) * | 2001-12-19 | 2005-05-19 | Janos Veres | Organic field effect transistor with an organic dielectric |
| US20070077681A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Florian Dotz | Liquid phase fabrication of active devices including organic semiconductors |
Non-Patent Citations (1)
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