TWI297553B - - Google Patents

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發明背景 j發明有關於一種形成具有分子排列之有機 別有關於一種利用偏極光和光罩曝光製程來； 成八有刀子排列之有機半導體層的方法。 有機半導體材料（organic semic〇nductc)r )，經國内外各研究單位實際製作的驗證，是適 口 ，作薄膜電晶體元件（thin f ilm transist〇r)的熱門候 ，材料之，也是製作許多電子元件與光電元件的熱門材 料。劍橋大學Sirringhaus等人所製作的有機薄膜電晶體 (OTFT’ organic thin film transist〇r)，藉由有機分子 自組織（self —organization)，得到不同異向性結構排 列^發現分子鏈有較佳排列可明顯增強電荷傳輸效率，使 電晶體的特性大幅提昇（載子移動率（carrier mobuuy) I，加至少1 〇 〇倍），證明控制有機分子的排列對於電性的 提昇有其重要性（Nature，Vol 401, p.685，1999)。 目前已知控制有機分子排列的技術可分成三類：（i) 自組織（self-organization)控制，（2)磨擦（rubbing)或 拉引（pul 1 ing)控制，（3)溶劑回火製程（s〇lvent annealing process)。以下分項說明。 (1)自組織（self-organization)控制：劍橋大學 Sirringhaus等人製作一種有機整合元件，包含有機薄膜 電晶體與有機發光二極體。其電晶體結構中之有機分子排 列的控制方式’是利用有機分子内的官能基與基板所帶原 子（如矽）產生作用力，利用此作用力使分子以自組織方式

〇412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd

1297553 五、發明說明（2) 產生較佳排列（Nature，Vol 401，P.685， 1999)。 (2) 磨擦（rubbing)或拉引（pulling)控制：U. S. Patent No· 6, 326, 640中，先利用機械磨擦、或由電場或 磁場拉引產生配向膜，然後在配向膜上形成有機分子膜， 使有機分子延著配向膜之排列而排列。 (3) 溶劑回火製程（solvent annealing process):在 U.S· Patent No· 6, 312, 971中，先將有機半導體利用印 刷（print ing)或旋塗（spin-coating)的方式沈積在基板 上’選擇可使有機分子重新排列之特定溶劑，利用溶劑之 蒸氣來使有機分子產生排列，可改善〇TFT的電性。 上述二種傳統上控制有機分子排列的方法，都只能使 得有機半導體分子在整個基板上形成同一種方向的排列， 無法控制不同區域的分子排列。 發明之目的及概述 有鑑於此，本發明之目 控制有機半導體之分子排列 板之不同區域上，形成有不 層。如此，可精確定義電晶 向，可達到改善元件特性及 由於不同區域具有不同分子 可控制有機分子在某個方向 有較佳的載子傳導效率，同 分子的排列不利載子傳導， 的為解決上述問題而提供一種 的方法。本發明可以在同一基 同分子排列方向的有機半導體 體通道中有機分子排列的方 電路設計要求之目的。此外， 排列方向，於0TFT通道區中， 排列較有次序，使0TFT操作時 時於非通道區中，可控制有機 使其導電度降低。如此，可降

〇412.8193TlVF(N);910016;Cathywan.ptd 第6頁 1297553 五、發明說明（3) 低畫素（pixel)與畫素之間可能產生的漏電或串音 (crosstalk)，達成不需直接對於有機材料進行圖案化 (pattern)的目的。 為達成本發明之目的，本發明提供一種形成具有分子 排列之有機半導體層的方法，其包括以下步驟。首先，在 一基板上或一介電層上形成一可感光排列之有機分子層。 接著，使用偏極光，經由一光罩對於該可感光排列之有機 分子層進行曝光，使該可感光排列之有機分子層具有分子 排列，而形成一配向膜。最後，在配向膜上形成一有機半 導體層，使得有機半導體層延著配向膜之排列而具有分子 排列。 實施例 第1 a圖至第1 c圖顯示依據本發明較佳實施例形成具有 分子排列之有機半導體層之方法的製程剖面示意圖。 請參閱第la圖，在一基板或一介電層1〇上形成一可感 光排列之有機分子層2 0。適用之基板可為矽晶圓、玻璃、 石英、塑膠基板、或可撓式基板。 接著，使用偏極光（polarized 1 ight)，經由一光罩 (未顯示）對於可感光排列之有機分子層2〇進行曝光，使可 感光排列之有機分子層2 0具有分子排列，而形成一配向膜 22如第lb圖所示。 可依據需要，使用不同方向的偏極光，對於可感光排 列之有機分子層2 0之不同區域進行多次曝光，而使得所形

0412-8193TWF(N)；910016；Cathywan.ptd 第7頁 1297553 五、發明說明（4) 成之配向膜22之不同區域上有不同的 如，參閲第以圖，首先，使用一第一：：；列方向。例 并K去鹿- a# 艰極光，經由一第一 i l ： ： ϊ1,1 ；77 ^ ^ - ^ - 有-第-分子排列方向。 ν配向膜22之區域I具 接著，仍參閱第lb圖，使用一第二偏極 二光罩（未顯示，遮蔽區域ί和區域Ιπ〜 可 ==子㈣之區域Π進行曝光，使得所== 22之£域Π具有一第二分子排列方向。

一 一接著，仍參閱第lb圖，使用一第三偏極光，經由一第 二光罩（未顯示，遮蔽區域丨，n， IV，v)，對於可感光排 列之有機分子層20之區域III進行曝光，使得所形成配向 膜22之區域III具有一第三分子排列方向。 接著，仍參閱第1 b圖，使用一第四偏極光，經由一第 四光罩（未顯示’遮蔽區域I〜III和V)，對於可感光排列之 有機分子層20之區域IV進行曝光，使得所形成配向膜22之 區域IV具有一第四分子排列方向。區域v則是沒有排列 (random) °

接著，在配向膜2 2上形成一有機半導體層。有機半導 體層之形成方式可為沈積法，例如真空蒸鍵法（v a c u u m evaporation)、氣相沈積法（vapor deposition)、溶液沈 積法（solution deposition)、或有向性沈積法。此有機 半導體層會延著配向膜22之排列而具有分子排列，而形成 具有分子排列之有機半導體層30，如第lc圖所示。最後，

0412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd 第8頁 1297553 五、發明說明（5) 在形成具有分子排列之有機半導體〇之 進行回火 過程。 如第lc圖所示，有機半導體層3〇在區域丨，π， ΠΙ, IV區的排列方向都和配向膜22 一致，而區域7則是沒有排 列。如此，在同一基板，可形成在不同區域上有不同分子 排列的有機半導體層，而得以控制分子排列。 本發明形成具有分子排列之有機半導體層的方法，可 應用於製造各種有機元件，如有機發光二極體（〇led; organic light emitting diode)和有機薄膜電晶體 (OTFT; organic thin film transist〇r)。 第2a至2c圖顯示本發明形成有機發光二極體之方法的 製程剖面圖。參閱第2a圖，在一基板10上依序形成一陽極 (an〇de)40 和一電洞傳導層（h〇le transfer layer)41。適 用之基板10可為矽晶圓 '玻璃、石英、塑膠基板、或可撓 式基板。1¼極40可為半透明之電極， 例如以濺鍍法形成銦錫氧化物（I TO ; indium-tin-oxide)。接著，在電洞傳導層41上形成一可 感光排列之有機分子層24。 接著’使用偏極光，經由一光罩（未顯示，遮蔽區域I 和111)對於可感光排列之有機分子層24之區域11進行曝 光，使可感光排列之有機分子層24之區域I I具有分子排 列，而形成一配向膜2 5，如第2b圖所示。區域I和111則是 沒有分子排列（random)。 同樣地，可依據需要，使用不同方向的偏極光，對於

1297553 五、發明說明（6) 可感光排列之有機分子層24之不同區域進行多次曝光，而 使得所形成之配向膜25之不同區域上有不同的分子排列方 向。 接著’參閱第2c圖，在配向膜2 5上形成一有機半導體 層作為發光層（luminescent layer)，有機半導體層會延 著配向膜25之排列而具有分子排列，形成具有分子排列之 有機半導體層35。圖中顯示，有機半導體層35在區域II的 排列方向和配向膜25 —致，而區域I和丨π則是沒有排列。 仍參閱第2c圖，最後，在有機半導體層35上依序形成 一電子傳導層50和一陰極（cathode)42，而完成OLED之製 作。 第3圖顯示依據本發明之方法所形成之上閘極式 (top-gate)有機薄膜電晶體之構造。其中，形成具有分子 排列之有機半導體層之方法和前述大致相同，茲簡述如 下。在一基板1〇上形成一可感光排列之有機分子層，再使 用偏極光’經由一光罩對於可感光排列之有機分子層之區 域II進行曝光’使可感光排列之有機分子層之區域π具有 分子排列，而形成一配向膜25。接著，在配向膜25上形成 一有機半導體層，此有機半導體層會延著配向膜25之排列 而具有分子排列，而形成具有分子排列之有機半導體層 35。圖中顯示，有機半導體層35在區域π的排列方向和配 向膜25 —致，而區域I和ΙΠ則是沒有排列。 接著，在有機半導體層35上形成一金屬層，再蝕刻形 成源極72和汲極74。然後，形成一介電層6〇。介電層之介

0412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd 第10頁 1297553 五、發明說明（7) 電常數可大於3，可為無機材料或高分子材料。最後，形 成一閘極76。 第4圖顯示依據本發明之方法所形成之下閘極式 (bottom-gate)有機薄膜電晶體之構造。其中，形成具有 刀子排列之有機半導體層之方法和前述大致相同，茲簡述 如下。在一介電層62之一表面上形成一閘極82，在介電層 62之另一表面上形成一可感光排列之有機分子層，再使用 偏極光’經由一光罩對於可感光排列之有機分子層之區域 11進行曝光，使可感光排列之有機分子層之區域丨丨具有分 子排列，而形成一配向膜25。接著，在配向膜25上形成一 有機半導體層，此有機半導體層會延著配向膜25之排列而 具有分子排列，而形成具有分子排列之有機半導體層35。 圖中顯示，有機半導體層35在區域n的排列方向和配向膜 2 5 —致’而區域I和I丨I則是沒有排列。 mtl，在ff半導體層35上形成一金屬層，再钱刻形 成源極8 4和没極8 6。 之吏：偏極光和光罩曝光製程來定義配向膜 得有機半導體層具有分子排列方向。*此機=層，： 方向之偏極光對於可感光排列之有機分子芦 用不5 行曝光，可在同一基板，形成在不同區域丄同區域進 列方向的有機半導體層。如此，可精確定 问分子排 有機分子排列的方向，可達到改善元件特性=體通道中 求之目的。此外，由於不同區域具有不 '路設計要 J刀子排列，於

1297553 五、發明說明（8) OTFT通道區中，可批 庠，# DTFT P从*二有機分子在某個方向排列較有a ^使㈣#作時有較佳的載子n大 :中，可控制有機分子的排列不利載子道 漏雷4志立r 晝素（Plxel)與畫素之間可能產生的 ==(rssiaik)’達成不需直接對於有機材料ί 灯圖案化（pattern)的目的。 ^ 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並用 限制本發明，任何熟習此項技藝者，纟不脫離本發明 神和範圍β ’當可做更動與潤姊，因此本發明之保護範； 當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

1297553 圖式簡單說明 工扯第1 a f f1:圖顯示依據本發明較佳實施例形成具有分 #% ^胃& 層之方法的製程剖面示意圖。 第2a至2c圖顯示依撼士 二極體的製程剖面圖據本發明較佳實施例形成有機發光 第3圖顯示依據本發 、 、 膜電晶體的剖面圖。 法所形成之上閘極式有機薄 第4圖顯示依據本發明 膜電晶體的剖面圖。 法 所形成之下閘極式有機薄 標號之說明 1 0〜基板或介電層； 2 0〜可感光排列之有機 2 2〜配向膜； 分子層 24〜可感光排列之有機 2 5〜配向膜； 分子層 3 0〜具有分子排列之有 35〜具有分子排列之有 40〜陽極； #半導體層 機1半導體層 41〜電洞傳導層； 42〜陰極； 50〜電子傳導層； 60〜介電層； 62〜介電層； 7 2〜源極；

1297553 圖式簡單說明 74〜汲極； 7 6〜閘極； 8 2〜閘極； 8 4〜源極； 8 6〜汲極。 11111 第14頁 0412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd

Claims (1)

1297553 六、申請專利範圍 1 · 一種形成具有分子排列之有機半導體層的方法，包 括下列步驟： 在一基板或一介電層上形成一可感光排列之有機分子 層； 使用 子層進行 列，而形 在該 體層延著 2. 如 有機半導 英、塑膠 3. 如 有機半導 沈積法。 4. 如 有機半導 真空蒸鍍 5. 如 有機半導 回火過程 6 ·如 有機半導 括： 偏極光 曝光， 成一配 配向膜 該配向 申請專 體層的 基板或 申請專 體層的 ，經由 使該可 向膜； 上形成 膜之排 利範圍 方法， 可撓式 利範圍 方法， 申睛專利範圍 體層的方法， 法、氣相沈積 申請專利範圍 體層的方法， 〇 申請專利範圍 體層的方法， 一尤罩對於該可感光排列之有機分 感光排列之有機分子層具有分子排 以及 一有機半導體層，使得該有機半導 列而具有分子排列。 第1項所述之形成具有分子排列之 其中該基板為矽晶圓、玻璃、石 基板。 第1項所述之形成具有分子排列之 其中該有機半導體層之形成方式為 第3項所述之形成具有分子排列之 其中該有機半導體層之形成方式為 法、溶液沈積法或有向性沈積法。 第1項所述之形成具有分子排列之 在形成有機半導體層之後，更包括 第1項所述之形成具有分子排列之 其中使用偏極光進行曝光的步驟包

297553 a、申請專利範圍 排 接著重覆上述步驟至少一次，使得所形成之該配向膜 工的不同區域上有不同的分子排列方向， /中不同次的曝光可使用不同方向的偏極光，對於可 感光排列之有機分子層之不同區域進行曝光。 7· 一種形成一有機元件的方法，其包括下列步驟： 在一基板或一介電層上形成一可感光排列之有機分子 使用偏極光，經由一光罩對於該可感光排列之有機分 子層進行曝光，使該可感光排列之有機分子層具有分子^ 列’而形成一配向膜； _ 在該配向膜上形成一有機半導體層，使得該有機丰導 體層延著該配向膜之排列而具有分子排列；以及 形成一電極。 、8·如申請專利範圍第7項所述之形成有機元件的方 法’其中該有機元件為一有機發光二極體（0LED)，該方 包括下列步驟： 〆 在一基板上依序形成一陽極和一電洞傳導層； 在該電洞傳導層上形成一可感光排列之有機分子層； 使用偏極光，經由一光罩對於該可感光排列之有機分 子層進行曝光，使該可感光排列之有機分子層具有分子^ 列，而形成一配向膜； 在該配向膜上形成一有機半導體層作為發光層，使得

0412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd 第16頁 1297553 六、申請專利範圍 酉己向膜之排列而具有分子排列；以 該有機半導體層延著該 及 在該有機半導體層上依序形成一電子傳導層和一陰 極0 9·如申請專利範圍第7項所述之形成有機元件的方 法’其中該有機元件為一有機薄膜電晶體（0TFT)，該方法 包括以下步驟： 在一基板或一介電層上形成一可感光排列之有機分子 層；

使用偏極光，經由一光罩對於該可感光排列之有機分 子層進行曝光，使該可感光排列之有機分子層具有分子排 列’而形成一配向膜； 在該配向膜上形成一有機半導體層，使得該有機半導 體層延著該配向膜之排列而具有分子排列；以及 形成一介電層、閘極、源極、和汲極。 I 0 ·如申請專利範圍第9項所述之形成有機元件的方 法，其中該介電層之介電常數大於3。 II ·如申請專利範圍第1 〇項所述之形成有機元件的方 法，其中該介電層為無機材料或高分子材料。

1 2 ·如申請專利範圍第9項所述之形成有機元件的方 法，其中該有機元件為上閘極式（top-gate)之有機薄膜 晶體（0TFT)。 ' 1 3 ·如申請專利範圍第9項所述之形成有機元件的方 法，其中該有機元件為下閘極式（bottom-gate)之有機薄

1297553 六、申請專利範圍 膜電晶體（OTFT)。 Hi 第18頁 0412-8193TWF(N);910016;Cathywan.ptd