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Description
本發明係關於一種製備有機電子裝置之半導體層之方法及特定言之一種製備包括藉由該方法製備之半導體層之薄膜電晶體之方法。本發明亦係關於用於製備半導體層之摻合物及包括藉由本發明方法製備之半導體層之有機電子裝置。
電晶體可藉由自溶液沈積半導體層,及在許多情況中,沈積其他層之方法形成。所獲得之電晶體稱為薄膜電晶體。當將有機半導體用於半導體層中時,經常將裝置描述為有機薄膜電晶體(OTFT)。
已知關於OTFT之各種配置。一裝置(絕緣閘極場效電晶體)包括源極及汲極電極,半導體層佈置在兩者之間之通道區域中;佈置在該半導體層上之閘極電極及佈置在閘極電極與通道區域中之半導體之間之絕緣材料層。
可透過在閘極上施加電壓來改變通道之導電性。依此方式,可利用所施加之閘極電壓來切換電晶體之連通及斷開。在指定電壓下可達成之汲極電流取決於在電晶體之活性區域(即源極與汲極電極之間之通道區域)之有機半導體中之電荷載子的遷移率。因此,為使用低操作電壓達成高汲極電流,有機薄膜電晶體應具有在通道區域中具有高度可遷移電荷載子之有機半導體層。
已報導含有小分子有機半導體之高遷移率OTFT且已將高遷移率
至少部分歸因於半導體之高度結晶屬性。已報導,藉由熱蒸發沈積有機半導體層之單晶OTFT中具有特別高遷移率(參見,例如,Podzorov等人,Appl.Phys.Lett.,2003,83(17),3504-3506)。
然而,不幸的是,難以自小分子半導體之溶液加工膜獲得可再現結果且據信此係因其等不良膜形成性質之故。材料自基板網狀化及黏附至基板、膜粗糙及膜厚度變化之問題可限制OTFT中之小分子半導體之性能。當在半導體層之最頂表面形成積累層時,膜粗糙度係頂閘極有機薄膜電晶體之另一問題。
為克服此問題,已提出使用小分子半導體與聚合物(尤其聚合半導體)之摻合物。使用此等摻合物的動機主要係克服小分子半導體之不良膜形成性質。摻合物憑藉聚合物之膜形成性質而展現優異膜形成性質。可在文獻中發現小分子半導體及聚合半導體摻合物之大量實例。
小分子半導體與聚合半導體之摻合物可經溶液加工,例如,藉由旋塗或噴墨印刷,以形成半導體層。基本上而言,該方法涉及將半導體溶於溶劑中,將溶液旋塗或噴墨印刷至基板上及隨後乾燥所獲得之濕膜。在乾燥步驟期間,溶劑蒸發以得到包含聚合物半導體基質之半導體層,該聚合物半導體基質包含小分子半導體之晶體。
基本上而言,將芳族或經取代之芳族溶劑用於溶解半導體。最常用係鄰二甲苯。選擇此溶劑之驅動因素係其溶解小分子及聚合半導體且快速蒸發以形成半導體層。
然而,GB2482974揭示一種製造OTFT之方法,其中使用選自C1至4烷氧基苯及C1至4烷基取代之C1至4烷氧基苯之溶劑代替鄰二甲苯。所例舉之具體溶劑為鄰二甲苯、四氫萘、3,4-二甲基大茴香醚、大茴香醚及1,3,5-三甲苯。GB2482974提出使用大茴香醚所達成之遷移率較其他溶劑大且因此得以改良裝置性能。由於當使用此等溶劑時接觸電阻
下降,故實現短通道長度之改良之裝置性能。
關於小分子及聚合半導體摻合物之大部分先前技術著重某些半導體之選擇及其等在摻合物中之比,以最佳化場效遷移率。
從第一態樣來看,本發明提供一種製備有機電子裝置之半導體層之方法,其包括:(i)自包含聚合半導體、非聚合半導體、第一芳族溶劑及第二芳族溶劑之溶液沈積該半導體層,其中該第二芳族溶劑具有比該第一芳族溶劑之沸點高至少15℃之沸點;及(ii)加熱該沈積層以蒸發該溶劑。
從另一態樣來看,本發明提供一種製造有機薄膜電晶體之方法,該有機薄膜電晶體包括基板、具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極、延伸跨過該通道區域且與該源極及汲極電極電接觸之半導體層、閘極電極及在該閘極電極與該半導體層之間之絕緣層,其中該半導體層係藉由如上文所述之方法沈積。
從另一態樣來看,本發明提供一種有機電子裝置,例如,薄膜電晶體,其可藉由如上文所述之方法獲得。
從另一態樣來看,本發明提供一種有機電子裝置,例如,頂閘極薄膜電晶體,其包括:i)基板;ii)源極及汲極電極,其等沈積在該基板上且具有位於其間之通道區域,其中該等電極中各者之至少一表面之至少一部分係經表面改質化合物塗覆;iii)半導體層,其包含聚合半導體及非聚合半導體,沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上且在該通道區域中;iv)絕緣層,其沈積在該半導體層上;及
v)閘極電極,其沈積在該絕緣層上,其中該非聚合半導體係以平行於經表面改質化合物塗覆之電極之表面之方向均勻分配在該半導體層中。
從另一態樣來看,本發明提供一種有機電子裝置,例如,底閘極薄膜電晶體,其包括:i)基板;ii)閘極電極,其沈積在該基板上;iii)絕緣層,其沈積在該閘極電極上;iv)源極及汲極電極,其等沈積在該絕緣層上且具有位於其間之通道區域,其中該等電極中各者之至少一表面之至少一部分係經表面改質化合物塗覆;v)半導體層,其包含聚合半導體及非聚合半導體,沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上且在該通道區域中;其中該非聚合半導體係以平行於經表面改質化合物塗覆之電極之表面之方向均勻分配在該半導體層中。
從另一態樣來看,本發明提供一種用於製備有機電子裝置之半導體層之摻合物,其包含:(i)聚合半導體;(ii)非聚合半導體;(iii)第一芳族溶劑;及(iv)第二芳族溶劑,其中該第二芳族溶劑具有較該第一芳族溶劑之沸點高至少15℃之沸點。
定義
如本文中所使用,術語「半導體」係指可視所施加之電壓而用作導電體或絕緣體之化合物。術語「半導體層」係指半導體之連續材
料膜。本發明所形成之半導體層包含聚合與非聚合半導體之混合物或摻合物。較佳地,聚合半導體形成非聚合半導體分散在其中之基質。
如本文中所使用,術語「聚合半導體」係指為半導體之包含重複單元之聚合化合物。聚合物通常具有大於1之多分散性。
如本文中所使用,術語「非聚合半導體」係指為半導體之小分子化合物。該術語包括具有1之多分散性之樹枝狀及寡聚化合物(例如,二聚體、三聚體、四聚體及五聚體)。較佳非聚合半導體係呈晶形。
如本文中所使用,術語「橫向分佈」係指非聚合半導體晶體沿源極與汲極電極之間之通道的實質整個長度延伸且沿平行於該等電極之表面之方向覆蓋該源極及汲極電極之分佈。
如本文中所使用,術語「芳族溶劑」係指包含一或多種化合物之溶劑,該一或多種化合物包含具有4n+2個π電子之平面環,其中n為非負整數。
如本文中所使用,術語「沸點」係指在1個大氣壓下發生沸騰時之溫度。
如本文中所使用,術語「烷基」係指飽和直鏈、支化或環狀基團。烷基可經取代或未經取代。
如本文中所使用,術語「烯基」係指不飽和直鏈、支化或環狀基團。烯基可經取代或未經取代。
如本文中所使用,術語「烷氧基」係指O-烷基,其中烷基係如上定義。
如本文中所使用,術語「胺基」係指一級(即,NH2)、二級(NHR)及三級胺基(NR2),其中R係如上定義之烷基。
如本文中所使用,術語「醯胺基」係指如式-NHCOR及-NRCOR之基團,其中可相同或不同之各R係如上定義之烷基。
如本文中所使用,術語「矽基」係指如式-A-SiR'R"R"'之基團,其中A視需要存在且為選自C1至8亞烷基、C1至8亞烯基或C1至8亞炔基之飽和或不飽和基團且R'、R"及R"'中之各者為H或如上定義之烷基。
如本文中所使用,術語「錫烷基」係指如式-Sn(R')r之基團,其中r為1、2或3且各R'為H或如上定義之烷基。
如本文中所使用,術語「鹵素」涵蓋選自由F、Cl、Br及I組成之群之原子。
如本文中所使用,術語「芳基」包括單及多環化合物,包括含有分離或稠合環之多環化合物。如本文中所使用,術語「雜芳基」係指包含選自N、O及S之雜原子之芳基。芳基之實例為苯基,即C6H5。苯基可經取代或未經取代。雜芳基之實例為噻吩,即,C4H4S。其可經取代或未經取代。另一實例係苯并噻吩,其具有以下結構。其亦可經取代或未經取代。
在本發明之較佳方法中,實質上所有溶劑(例如,所有溶劑)在加熱步驟蒸發。此得到包含聚合半導體及非聚合半導體之半導體層。較佳係實質上無溶劑(例如,無溶劑)在沈積步驟蒸發。在沈積及加熱期間控制溶劑蒸發有利地提供非聚合半導體在半導體層中之改良橫向分佈。例如,可透過利用微量天平測量加熱前及後之半導體層(膜)之重量來測量在加熱期間之溶劑蒸發。在沈積期間之溶劑損失可藉由存在之溶劑量及加熱期間損失之量之資訊推斷。
半導體層之沈積係自包含非聚合半導體及聚合半導體之溶液實施。可使用任何習知溶液型加工方法。溶液型加工方法之典型實例包括旋塗、浸塗、狹模塗覆、刮刀塗覆及噴墨印刷。然而,在本發明之
較佳方法中,沈積係透過旋塗實施。用於旋塗半導體膜之參數,如旋塗速度、加速度及時間,係基於半導體層之標的厚度選定。常見標的厚度係於20至60nm之範圍內。較佳地,旋塗係在單相旋轉機中實施。較佳地,旋轉速度為300至1000rpm,更佳為400至900rpm及又更佳為500至750rpm。較佳地,旋轉時間為5至180秒,更佳為10至60秒及又更佳為20至40秒。較佳地,自靜置開始之加速時間為小於3秒,較佳為小於2秒及又更佳為小於1秒。可使用任何習知旋塗設備。該設備係依習知方式使用。
沈積半導體層之加熱較佳係於加熱板上實施。加熱步驟導致存在於用以沈積半導體層之溶液中之溶劑蒸發。較佳地,在加熱步驟中之加熱板之溫度為75至250℃,更佳為80至150℃及又更佳為90至120℃。較佳地,加熱時間為15至180秒,更佳為30至120秒及又更佳為45至90秒。可使用任何習知加熱設備,例如,加熱板。該設備係依習知方式使用。
較佳地,加熱係在沈積後立即實施,即,不存在任何中間步驟。如下文更詳細解釋,抑制在沈積步驟期間之溶劑蒸發及在不損失任何溶劑下達成半導體層所需之濕膜厚度。當接著實施加熱步驟,尤其快速加熱步驟時,形成讓非聚合半導體在聚合半導體基質中均勻橫向分佈之半導體層。
透過使用至少兩種溶劑之混合物形成用於沈積中之溶液或摻合物,可抑制在沈積步驟期間之溶劑蒸發。該溶液或摻合物可例如包含兩、三或甚至四種溶劑。然而,較佳該溶液或摻合物包含僅兩種溶劑。
存在沈積用溶液或摻合物中之溶劑為芳族溶劑。合適芳族溶劑可自許多供應商購置。一般選擇無水級溶劑。此等溶劑基本上可形成含聚合與非聚合半導體之溶液。
較佳地,第一芳族溶劑具有小於165℃之沸點。更佳地,第一芳族溶劑具有120至165℃,又更佳為130至155℃及甚至更佳為140至150℃之沸點。
較佳地,第一芳族溶劑為C1至6烷基苯。視需要,該C1至6烷基苯經進一步取代。進一步取代基之典型實例包括C1至6烷基、OC1至6烷基及C(O)OC1至6烷基,較佳為C1至6烷基。二-C1至6烷基取代之苯係較佳第一芳族溶劑。
較佳地,第一芳族溶劑係如式(I):
其中R1選自C1至6烷基及OC1至6烷基,較佳C1至6烷基;及R2及R3各自獨立選自H及C1至6烷基。
在如式(I)之較佳溶劑中,R1為C1至6烷基。在更佳溶劑中,R2係H。在又更佳溶劑中,R3為C1至6烷基,較佳甲基。甚至更佳地,R1為C1至6烷基,較佳為甲基,R2係H且R3為C1至6烷基。
在如式(I)之其他較佳溶劑中,R1為OC1至6烷基。在更佳溶劑中,R2係H。在又更佳溶劑中,R3係H。甚至更佳地,R1為OC1至6烷基,較佳為甲基,R2係H且R3係H。
當第一芳族溶劑經二取代時,取代基可呈[1,2]、[1,3]或[1,4]取代模式存在。然而,較佳地,取代基呈[1,2]或鄰位模式存在。當第一芳族溶劑經三取代時,取代基較佳呈[1,3,5]取代模式存在。
較佳地,第一芳族溶劑選自由甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、大茴香醚(或甲氧基苯)及1,3,5-三甲苯組成之群。此等溶劑具有如下表所示之沸點。特佳地,第一芳族溶劑選自鄰二甲苯、間二甲苯或對二甲苯。又更佳地,第一芳族溶劑係鄰二甲苯。
在本發明之方法中,第二芳族溶劑較佳具有較第一芳族溶劑之沸點高至少20℃,更佳為至少25℃及又更佳為至少30℃之沸點。較佳地,第二芳族溶劑具有大於145℃,又更佳為大於165℃及甚至更佳為大於180℃之沸點。較佳地,第二芳族溶劑具有165至300℃,更佳為170至250℃及又更佳為190至220℃之沸點。
較佳地,第二芳族溶劑係如式(IIa)或(IIb):
其中R4選自OC1至6烷基或C(O)OC1至6烷基;R5及R6各自獨立選自H、C1至6烷基、OC1至6烷基或C(O)OC1至6烷基;及n為1、2或3。
較佳地,第二芳族溶劑係如式(IIa)。
在如式(IIa)之一些較佳芳族溶劑中,R4為OC1至6烷基,特定言之甲氧基(OMe)或乙氧基(OEt)。在更佳溶劑中,R5為C1至6烷基(例如甲基或乙基)或OC1至6烷基(例如甲氧基或乙氧基)。在又更佳溶劑中,R6係H。特佳地,R4為OC1至6烷基,例如OMe或OEt,R5為C1至6烷基,例如甲基或乙基,且R6係H。
在其他較佳芳族溶劑中,R4為C(O)OC1至6烷基,特定言之,C(O)OMe或C(O)OEt。在更佳溶劑中,R5為H或C1至6烷基(例如甲基或乙基)。在又更佳溶劑中,R6係H。特佳地,R4為C(O)OC1至6烷基,例如,C(O)OMe或C(O)OEt,R5係H且R6係H。
雖然如式(IIa)之第二芳族溶劑較佳,然而第二芳族溶劑可如式(IIb)。在如式(IIb)之較佳溶劑中,n為1或2,特定言之2。在特佳溶劑中,R5及R6中至少一者係H。又更佳地,R5及R6兩者均係H。
當第二芳族溶劑經二取代時,取代基可呈[1,2]、[1,3]或[1,4]取代模式存在。然而,較佳地,取代基呈[1,2]或鄰位模式存在。當第二芳族溶劑經三取代時,取代基較佳呈[1,3,5]取代模式存在。
較佳地,第二芳族溶劑選自由以下化合物組成之群:乙氧基苯、2-甲基大茴香醚、3-甲基大茴香醚、4-甲基大茴香醚、1-乙氧基-2-甲基苯、1-乙氧基-3-甲基苯、1-乙氧基-4-甲基苯、苯乙酮、四氫萘、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、1,4-二甲氧基苯、1-甲氧基-2-乙氧基苯、1-甲氧基-3-乙氧基苯、1-甲氧基-4-乙氧基苯、苯甲酸乙酯、1,2-二乙氧基苯、2-甲基苯乙酮、3-甲基苯乙酮、4-甲基苯乙酮、2-乙基苯乙酮、3-乙基苯乙酮、4-乙基苯乙酮、1,3-二乙氧基苯、1,4-二乙氧基苯、2-甲氧基苯乙酮、3-甲氧基苯乙酮、4-甲氧基苯乙酮、2-甲基苯甲酸乙酯、3-甲基苯甲酸乙酯、4-甲基苯甲酸乙酯、2-乙基苯甲酸乙酯、3-乙基苯甲酸乙酯、4-乙基苯甲酸乙酯。
特佳地,第二芳族溶劑選自由以下化合物組成之群:乙氧基苯、2-甲基大茴香醚、3-甲基大茴香醚、4-甲基大茴香醚、1-乙氧基-2-甲基苯、1-乙氧基-3-甲基苯、1-乙氧基-4-甲基苯、苯乙酮、四氫萘、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、1,4-二甲氧基苯、1-甲氧基-2-乙氧基苯、1-甲氧基-3-乙氧基苯、1-甲氧基-4-乙氧基苯、苯甲酸乙酯、1,2-二乙氧基苯、2-甲基苯乙酮、3-甲基苯乙酮及4-甲基苯乙酮。甚至更佳地,第二溶劑選自2-甲基大茴香醚、1,3-二甲氧基苯、苯甲酸乙酯及四氫萘。此等溶劑具有如下表所示之沸點。
用於本發明之方法及摻合物之特佳芳族溶劑組合如下:鄰二甲苯及2-甲基大茴香醚;鄰二甲苯及1,3-二甲氧基苯;鄰二甲苯及苯甲酸乙酯;及鄰二甲苯及四氫萘。
第二芳族溶劑在溶液或摻合物中之存在係用於抑制在沈積(例如旋塗步驟)期間之溶劑蒸發。因此,僅在加熱步驟期間發生溶劑自半導體層移除(及隨後非聚合半導體結晶)。在加熱步驟期間在數(例如<5)秒之相對短時間內移除溶劑。由於半導體層乾燥之受控點,故結晶均勻地發生且半導體層具有非聚合半導體在聚合半導體基質中之優異橫向分佈。
當將半導體層沈積在已經表面改質化合物(例如氟化苯硫酚)預處理之源極及汲極電極上時,本發明之方法及摻合物特別有利。此等預處理係經實施以透過增大金屬接觸之功函數來降低裝置之接觸電阻。然而,該處理之缺點係當半導體層乾燥屬於緩慢製程(例如,當相當比例之溶劑在沈積步驟期間蒸發)時,經處理電極表面易於中斷非聚合半導體之橫向分佈。晶體成核中心易於集中在經處理電極表面之區域,且若發生顯著晶體生長,則可能發生大規模偏析。顯著晶體生長可垂直於經處理電極之表面發生且甚至可自半導體層之上表面突出。晶體集中在某一區域中必然意味著其他區域缺少晶體。因此,最終結果係單離之非聚合半導體結晶域包埋於覆蓋電極之聚合半導體中及在通道區域中之晶體橫向覆蓋率降低。
然而,此問題可利用本發明之方法及摻合物來避免。透過抑制在沈積步驟期間之溶劑蒸發及因此造成之結晶,非聚合半導體在成核中心處結晶及形成偏析域之時間顯著縮短。代之以在加熱步驟期間結晶快速且均勻地進行並藉此延伸覆蓋源極及汲極電極以及通道區域。因此,包含半導體層之裝置具有高遷移率及低接觸電阻。
較佳在溶液或摻合物中,第一芳族溶劑係以較第二芳族溶劑更大的量存在,係因此做法促進在加熱步驟期間之溶劑蒸發。第二芳族溶劑之量較佳為防止在沈積步驟期間發生任何溶劑蒸發所需之最小量。較佳地,在沈積用溶液或摻合物中第一芳族溶劑對第二芳族溶劑之重量比係於60:40至99:1,更佳為70:30至95:5及又更佳為80:20至90:10之範圍內。
存在沈積用溶液或摻合物中之聚合半導體可為適合實施溶液加工之任何已知聚合半導體。為熟練技術者已知之聚合半導體之實例描述在先前技術中,如Smith等人,Applied Physics Letters,Vol 93,253301(2008);Russell等人,Applied Physics Letters,Vol 87,
222109(2005);Ohe等人,Applied Physics Letters,Vol 93,053303(2008);Madec等人,Journal of Surface Science & Nanotechnology,Vol 7,455-458(2009);及Kang等人,J.Am.Chem.Soc.,Vol 130,12273-75(2008)。
合適之聚合半導體可自市面購置。
較佳地,聚合半導體係共軛聚合物。較佳地,聚合半導體包含式(IIIa)重複單元
其中R1及R2相同或不同且各自選自由以下基團組成之群:氫、具有1至16個碳原子之烷基、具有5至14個碳原子之芳基及含有1至3個硫原子、氧原子及/或氮原子之5-至7-員雜芳基,該芳基或雜芳基未經取代或經選自具有1至16個碳原子之烷基及具有1至16個碳原子之烷氧基之一或多個取代基取代。
烷基之實例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基。芳基之實例包括苯基、茚基、萘基、菲基及蒽基。5-至7-員雜芳基之實例包括呋喃基、噻吩基、吡咯基、氮呯基、吡唑基、咪唑基、噁唑基、異噁唑基、噻唑基、異噻唑基、1,2,3-噁二唑基、三唑基、四唑基、噻二唑基、哌喃基、吡啶基、噠嗪基、嘧啶基及吡嗪基。烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基及丁氧基。
在較佳聚合半導體中,R1及R2相同。
較佳之聚合半導體包含式(IIIa)重複單元,其中,R1及R2各自選
自由以下基團組成之群:氫、具有1至12個碳原子之烷基及苯基,該苯基未經取代或經選自具有1至12個碳原子之烷基及具有1至12個碳原子之烷氧基之一或多個取代基取代。又更佳之聚合半導體包含式(IIIa)重複單元,其中R1及R2各自選自由以下基團組成之群:具有4至12個碳原子之烷基及苯基,該苯基未經取代或經選自具有4至8個碳原子之烷基及具有4至8個碳原子之烷氧基之一或多個取代基取代。甚至更佳之聚合半導體包含式(IIIa)重複單元,其中R1及R2各自選自由以下基團組成之群:具有4至12個碳原子之烷基,較佳丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基,特定言之辛基,例如,正辛基。
更佳之半導體聚合物包含式(IIIb)重複單元:
其中Ar1及Ar2相同或不同且各自選自具有5至14個碳原子之芳基及含有1至3個硫原子、氧原子及/或氮原子之5-至7-員雜芳基,該芳基或雜芳基未經取代或經選自具有1至16個碳原子之烷基及具有1至16個碳原子之烷氧基之一或多個取代基取代;R3為具有1至8個碳原子之烷基或可未經取代或經具有1至8個碳原子之烷基取代之苯基;且n為大於或等於1之整數,較佳為1或2。
芳基之實例包括苯基、茚基、萘基、菲基及蒽基。5-至7-員雜芳基之實例包括呋喃基、噻吩基、吡咯基、氮呯基、吡唑基、咪唑基、噁唑基、異噁唑基、噻唑基、異噻唑基、1,2,3-噁二唑基、三唑基、四唑基、噻二唑基、哌喃基、吡啶基、噠嗪基、嘧啶基及吡嗪基。烷基之實例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基。烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基
及丁氧基。
在包含式(IIIb)重複單元之較佳聚合半導體中,Ar1及Ar2相同。特佳地,Ar1及Ar2中之各者係苯基,較佳未經取代之苯基。
在包含式(IIIb)重複單元之更佳聚合半導體中,R3為具有1至8個碳原子之烷基或可未經取代或經具有1至8個碳原子之烷基取代之苯基。特佳地,R3係烷基,尤其包含2至5個碳原子之烷基,例如乙基、丙基、丁基、戊基。又更佳地,R3為藉由具有1至8個碳原子之烷基,例如乙基、丙基、丁基、戊基取代之苯基。
又更佳地,存在沈積用溶液或摻合物中之聚合半導體包含式(IIIa)重複單元及式(IIIb)重複單元。較佳地,式(I)對式(II)重複單元之比係於3:1至1:3,更佳係於2:1至1:2之範圍內及又更佳為約1:1。特佳地,聚合半導體包含式(IIIc)重複單元:
其中R1、R2、Ar1、Ar2及R3係如上與式(IIIa)及(IIIb)相關地定義。
甚至更佳地,聚合半導體為TFB[9,9'-二辛基茀-共聚-N-(4-丁基苯基)-二苯基胺]n,其中n大於100。
存在沈積用溶液或摻合物中之非聚合半導體可為適合該目的之任何小分子半導體,例如描述在先前技術中為熟練技術者已知之彼等物,如描述在WO2010/061176中之彼等小分子半導體。合適之非聚合半導體可自市面購置。常見實例包括稠五苯衍生物及噻吩衍生物。
較佳地,非聚合半導體係包含至少三個稠環之核之化合物,其
中各環獨立選自芳族環及雜芳族環,其等各自獨立為未經取代或經一或多個取代基取代。示例性取代基包括C1至12烷基、C1至12烷氧基、鹵素(例如F)或矽基,包括三烷基矽基及三烷基矽基乙炔基。
較佳地,非聚合半導體係苯并噻吩衍生物及更佳為式(IV)苯并噻吩衍生物:
其中A為苯基或噻吩基,該苯基或噻吩基視需要與可為未經取代或經至少一式X1基團取代之苯基或噻吩基稠合及/或與選自苯基、噻吩基及苯并噻吩基之基團稠合,該苯基、噻吩基及苯并噻吩基中任一者為未經取代或經至少一式X1基團取代;及
各基團X1可相同或不同且選自由以下基團組成之群:(i)具有1至20個碳原子之未經取代或經取代之直鏈、分支鏈或環狀烷基、具有1至12個碳原子之烷氧基、可為未經取代或經具有1至8個碳原子之各自可相同或不同的一或兩烷基取代之胺基、醯胺基、矽基、具有2至12個碳原子之未經取代或經取代之烯基及具有2至12個碳原子之未經取代或經取代之炔基,或(ii)可聚合或反應性基團,其選自由鹵素、酸、二酸及酸及二酸之酯、具有2至12個碳原子之烯基及錫烷基組成之群。
烷基之實例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基。烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基及丁氧基。胺基之實例包括胺基、甲基胺基、乙基胺基及甲基乙基胺基。矽基之實例包括三烷基矽基及三烷基矽基乙炔基。烯基之實例包括乙烯基、丙烯基及2-甲基丙烯基。
在上述X1基團上之可行取代基包括具有1至12個碳原子之烷氧基、鹵原子、可為未經取代或經可相同或不同且各自具有1至8個碳原子之一或兩烷基取代之胺基、具有2至12個碳原子之醯基胺基、硝基、具有2至7個碳原子之烷氧基羰基、羧基、具有5至14個碳原子之芳基及含1至3個硫原子、氧原子、硒原子及/或氮原子之5-至7-員雜芳基。
在較佳式(IV)苯并噻吩衍生物中,A選自:與經至少一式X1基團取代之苯基稠合之噻吩基;或可為未經取代或經至少一式X1基團取代之苯基,該苯基進一步視需要與可為未經取代或經至少一式X1基團取代之噻吩基稠合及/或與未經取代或經至少一式X1基團取代之苯并噻吩基稠合。
在特佳苯并噻吩衍生物中,A為與經至少一式X1基團取代之苯基稠合之噻吩基。
在較佳苯并噻吩衍生物中,各X1相同。特佳地,X1選自由以下基團組成之群:具有1至20個碳原子之未經取代或經取代之直鏈、分支鏈或環狀烷基、具有1至12個碳原子之烷氧基、可為未經取代或經具有1至8個碳原子之各自可相同或不同的一或兩個烷基取代之胺基、醯胺基、矽基及具有2至12個碳原子之烯基。又更佳地,X1選自由以下基團組成之群:具有1至20個碳原子之未經取代或經取代之直鏈、分支鏈或環狀烷基。甚至更佳地,X1係如式CnH2n+1之基團,其中n為0或1至16之整數,較佳為4至16。
較佳非聚合半導體之實例顯示如下:
其中X1係如上與式(IV)相關地定義。更佳地,非聚合半導體係如式(IVa)。甚至更佳地,非聚合半導體係:
或者,非聚合半導體係稠五苯衍生物,更佳地,如式(V)之稠五苯衍生物:
其中各Z可相同或不同且選自由以下基團組成之群:(i)具有1至20個碳原子之未經取代或經取代之直鏈、分支鏈或環狀烷基、具有1至12個碳原子之烷氧基、可為未經取代或經具有1至8個碳原子之各自可相同或不同的一或兩個烷基取代之胺基、醯胺基、矽基、具有2至12個碳原子之未經取代或經取代之烯基及具有2至12個碳原子之未經取代或經取代之炔基;(ii)可聚合或反應性基團,其選自由以下基團組成之群:酸、二酸及酸及二酸之酯、具有2至12個碳原子之烯基及錫烷基;(iii)鹵素(例如F)或(iv)H,但先決條件係至少一個Z不為H。
烷基之實例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基。烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基及丁氧基。胺基之實例包括胺基、甲基胺基、乙基胺基及甲基乙基胺基。矽基之實例包括三烷基矽基及三烷基矽基乙炔基。烯基之實例包括乙烯基、丙烯基及2-甲基丙烯基。
在較佳之式(V)稠五苯衍生物中,各Z可相同或不同且選自由矽基、鹵素(例如F)或H組成之群,先決條件係至少一個Z不為H。
在較佳稠五苯衍生物中,至少兩個Z基團不為H。特佳地,兩個Z基團不為H。
較佳稠五苯衍生物之實例為TIPS稠五苯:
較佳地,在半導體層中之聚合半導體對非聚合半導體之重量比係於60:40至90:10之範圍內,更佳為70:30至85:15及又更佳為約75:25。沈積用溶液或摻合物較佳包含0.5至10重量/體積%半導體(即聚合及非聚合半導體),又更佳為0.6至7.5重量/體積%半導體及甚至更佳為1至5重量/體積%半導體。較佳地,沈積用溶液或摻合物較佳包含0.6至4.5重量/體積%聚合半導體及更佳為0.75至3.75重量/體積%聚合半導體。較佳地,沈積用溶液或摻合物較佳包含0.1至2重量/體積%非聚合半導體及更佳為0.15至1.00重量/體積%非聚合半導體。
在本發明之方法中,將溶液或摻合物沈積在源極及汲極電極之至少一部分上及在位於該等電極之間之通道區域中。視需要,本發明之方法包括在沈積前將矽烷或矽氮烷結合至通道區域之表面之前置步驟。當存在時,矽烷或矽氮烷較佳呈自組裝單層(SAM)形式。合適矽烷之典型實例包括經烴基取代之三氯矽烷,該烴基選自C1至20烷基、苯基及苯基-C1至20烷基。合適矽氮烷之典型實例包括六甲基二矽氮烷(亦稱為雙(三甲基矽基)胺或HMDS)。
在本發明之較佳方法中,電極各者之一表面之至少一部分,更佳至少一表面係經表面改質化合物塗覆。較佳表面改質化合物形成自組裝單層(SAM)。表面改質化合物較佳透過改變源極及汲極電極之功
函數來減小半導體與電極之間之接觸電阻。
較佳地,表面改質材料係如式(VI)Bind-(Sp)z-Org(VI)
其中Bind係鍵結基團,較佳巰基;Sp為間隔基,較佳C1至12烷基或C6至10芳基;z為0或1,較佳0;及Org為共軛有機基團,較佳藉由一或多個氟原子取代之苯基。
表面改質化合物較佳為氟化苯硫酚。合適化合物之典型實例包括五氟苯硫酚。表面改質化合物可利用本技藝已知之任何習知方法施用於電極。
如上所述,在電極表面上存在諸如氟化苯硫酚之表面改質化合物一般會導致在溶劑蒸發期間發生非聚合半導體晶體偏析。然而,本發明之方法及摻合物克服此問題。因此,在本發明之較佳方法中,在完成加熱步驟期間之溶劑蒸發後,非聚合半導體係以平行於電極之經改質表面之方向均勻分佈在半導體層中。
本發明之方法提供具有高電荷載子遷移率之半導體層。半導體層較佳具有20至80nm及更佳為30至60nm之厚度。
可將半導體層合併至從經改良之遷移率獲益之任何有機電子裝置中。然而,較佳地,有機電子裝置為有機薄膜電晶體。電晶體可為p-型或n-型。合適電晶體組態包括頂閘極電晶體及底閘極電晶體。
本發明方法之較佳實例為製造有機薄膜電晶體之方法,該有機薄膜電晶體包括基板、具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極、延伸跨過該通道區域且與該源極及汲極電極電接觸之半導體層、閘極電極及在該閘極電極與該半導體層之間之絕緣層,其中該半導體層係藉由如上文所定義之方法沈積。
在一較佳方法中,電晶體係頂閘極電晶體。在此等方法中,具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極較佳係沈積在基板上,及將半導體層沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及在該通道區域中。較佳地,電極各者之一表面之至少一部分,更佳至少一表面,係經如上所述之表面改質化合物預塗覆。較佳地,該方法進一步包括將絕緣層沈積在半導體層之表面上。又更佳地,該方法進一步包括將閘極電極沈積在該絕緣層上。
因此,製造頂閘極薄膜電晶體之較佳方法包括:(i)將具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極沈積在基板上;(ii)視需要以表面改質化合物處理該等電極之至少一表面之至少一部分;(iii)根據上文所描述之方法將半導體層沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及該通道區域中;(iv)將絕緣層沈積在半導體層之表面上;及(v)將閘極電極沈積在絕緣層上。
在另一較佳方法中,電晶體係底閘極電晶體。在此等方法中,將具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極沈積在已沈積有閘極電極及絕緣層之基板上,且將半導體層沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及在該通道區域中。較佳地,電極各者之至少一表面之至少一部分,更佳至少一表面,係經如上所述之表面改質化合物塗覆。
因此,製造底閘極薄膜電晶體之較佳方法包括:(i)將閘極電極沈積在基板上;(ii)將絕緣層沈積在閘極電極之表面上;(iii)將具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極沈積在該絕緣層上;
(iv)視需要以表面改質化合物處理該等電極之至少一表面之至少一部分;及(v)根據上文所述之方法將半導體層沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及在該通道區域中。
電極(源極、汲極及閘極)較佳係藉由熱蒸發沈積。該等電極較佳為20至300nm厚及更佳為40至250nm。絕緣層較佳藉由旋塗沈積。該絕緣層較佳為10至2000nm厚及更佳為300至400nm。表面改質化合物較佳藉由浸漬塗覆。
基板可為本技藝習用之任何材料,如玻璃或塑膠(例如PEN或PET型)。視需要,該基板經預處理以改良其黏著。
源極、汲極及閘極電極可選自大範圍導電材料。典型實例包括金屬(例如鉻、鈦、金、鋁、銀、銅、鎳)、金屬合金、金屬化合物(例如,氧化銦錫)或導電聚合物。較佳地,源極、汲極及閘極電極為金屬。更佳地,源極及汲極電極為Cr/Au。更佳地,閘極電極為Al。
絕緣層較佳為介電材料。可使用任何習知介電材料。合適介電材料之典型實例包括聚四氟乙烯(PTEE)、全氟環氧基脂族聚合物(CYTOP)、全氟烷氧基聚合物樹脂(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)、聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟彈性體(FFKM)(如Kalrez(RTM)或Tecnoflon(RTM))、氟彈性體(如Viton(RTM))、全氟聚醚(PFPE)及四氟乙烯、六氟丙烯及偏氟乙烯(THV)聚合物。氟化聚合物係引入注目之介電材料選項,特別在有機薄膜電晶體(OTFT)領域,係因其等具有大量有利性質,包括:(i)優異旋塗性質,例如:(a)潤濕各種不同表面;及(b)膜形成,並為實施多層塗覆提供可能;(ii)化學惰性;(iii)準全溶劑正交性:因此,有機半導體被用於旋塗介電材料之溶劑溶解的風險降至最低;及(iv)高疏水性:由於在氟化聚
合物介電材料中獲得低水吸收及低離子污染物遷移率(低滯後),此甚為有利。
本發明之較佳裝置具有以下結構特性中之一或多者:
可藉由本發明方法獲得之有機裝置之特徵在於非聚合半導體在半導體層中之橫向分佈。特定言之,非聚合半導體係以平行於電極表面及特定言之平行於經表面改質化合物處理之表面的方向均勻分佈在半導體層中。此係藉由本發明之方法達成,其中溶劑蒸發在沈積期間受抑制及隨後藉由加熱步驟快速實施。如此一來可最小化或防止在半導體層中之垂直晶體生長,藉此達成沿橫向方向之經改良均勻性。
非聚合半導體在半導體層中之改良橫向分佈本身展示減小之接觸電阻,特別是對於短通道長度裝置(<20μm)而言。在短通道長度裝置中,接觸電阻佔裝置之總通道電阻的相當大比例。裝置之接觸電阻越高,所施加電壓跨過源極及汲極觸點而下降的比例越高,及因此,跨過通道區域之偏壓越低。高接觸電阻具有因所施加跨過通道區域之偏壓較低及較低裝置遷移率而使自裝置引出之電流水準顯著下降的作
用。
較佳地,具有20微米之通道長度且包含藉由本發明方法製備之半導體層之頂閘極底觸點薄膜電晶體之飽和遷移率(cm2/Vs)比包含僅將鄰二甲苯用作溶劑來製備之半導體層之相同電晶體的遷移率大至少3倍,更佳為至少4倍及又更佳為至少5倍。更佳地,具有50微米之通道長度且包含藉由本發明方法製備之半導體層之頂閘極底觸點薄膜電晶體之飽和遷移率(cm2/Vs)較包含僅將鄰二甲苯用作溶劑來製備之半導體層之相同電晶體的遷移率大至少2倍,更佳為至少3倍及又更佳為至少4倍。
1‧‧‧基板
2‧‧‧源極電極
4‧‧‧汲極電極
6‧‧‧通道區域
8‧‧‧有機半導體
10‧‧‧絕緣層
12‧‧‧閘極電極
p‧‧‧聚合半導體
np‧‧‧非聚合半導體
圖1係常見頂閘極薄膜電晶體之示意圖;圖2係常見底閘極薄膜電晶體之示意圖;圖3a係根據習知方法製備之頂閘極薄膜電晶體之示意圖,其顯示非聚合半導體在半導體層中之分佈;圖3b係根據本發明方法製備之頂閘極薄膜電晶體之示意圖,其顯示非聚合半導體在半導體層中之分佈;圖4a顯示根據習知方法使用鄰二甲苯製備之半導體層之原子力顯微(AFM)圖像(高度數據)之2D及3D繪圖;圖4b顯示根據本發明方法使用鄰二甲苯及2-甲基大茴香醚製備之半導體層之AFM圖像(高度數據)之2D及3D繪圖;圖4c顯示根據本發明方法使用鄰二甲苯及1,3-二甲氧基苯製備之半導體層之AFM圖像(高度數據)之2D及3D繪圖;圖4d顯示根據本發明方法使用鄰二甲苯及苯甲酸乙酯製備之半導體層之AFM圖像(高度數據)之2D及3D繪圖;圖5顯示具有藉由習知方法製備及藉由本發明方法製備之半導體層的頂閘極底觸點薄膜電晶體所獲得之飽和遷移率(cm2/Vs)之繪圖。
參考圖1,其顯示頂閘極薄膜電晶體之示意圖。結構可沈積在基板1上且包含源極及汲極電極2、4,其等藉由位於其間之通道區域6分隔。有機半導體8沈積在通道區域6中且可延伸覆蓋源極及汲極電極2、4之至少一部分。介電材料絕緣層10沈積在有機半導體8上且可延伸覆蓋源極及汲極電極2、4之至少一部分。最後,閘極電極12沈積在絕緣層10上。閘極電極12位於通道區域6上且可延伸覆蓋源極及汲極電極2、4之至少一部分。
圖2顯示底閘極薄膜電晶體之示意圖。在圖2中,使用圖1之對應部分之相同參考數字。圖2圖示之底閘極結構包含沈積在基板1上之閘極電極12,其上沈積介電材料絕緣層10。源極及汲極電極2、4沈積在介電材料絕緣層10上。源極及汲極電極2、4係藉由位於其間之通道區域6分隔。有機半導體8沈積在通道區域6中且可延伸覆蓋源極及汲極電極2、4之至少一部分。
電晶體之通道之導電性可藉由在閘極上施加電壓改變。依此方式,可利用所施加之閘極電壓來切換電晶體之連通及斷開。指定電壓所能達成之汲極電流取決於在源極及汲極電極之間之通道區域中之電荷載子之遷移率。因此,為使用低操作電壓達成高汲極電流,有機薄膜電晶體應具有在通道區域中具有高度可遷移電荷載子之有機半導體。
圖3a及3b顯示各別根據先前技術及藉由本發明方法製備之頂閘極薄膜電晶體之示意圖。使用如圖1及2中之相同參考數字。在旋轉期間,非聚合半導體易於移向聚合半導體基質之上表面。當電晶體在接通狀態時,在此區域中發生電荷積累。因此,半導體層沿垂直於電極之經改質表面之方向(顯示為----)不均勻,其中鄰接絕緣層之最頂區域存在更多非聚合物半導體晶體。然而,如圖3a及3b所示,在半導體
層沈積期間使用具有較高沸點之第二芳族溶劑使得在半導體層中之非聚合半導體之橫向分佈均勻性較僅使用諸如鄰二甲苯之溶劑提高。
當將包含聚合半導體(p)、非聚合半導體(np)及鄰二甲苯之溶液沈積在基板上時,非聚合半導體在沈積步驟期間由於一些鄰二甲苯蒸發而開始結晶。因此,形成大量成核位置,但基本上集中在電極附近,特別是已實施電極表面改質的情況。由於成核及結晶係於沈積早期發生,故顯著晶體生長係於乾燥完成前發生。非聚合半導體易於沿垂直方向結晶,形成具有不均勻厚度之半導體層且其中非聚合半導體不均勻分佈地跨過通道或電極。一般而言,非聚合半導體將集中在電極上方之區域中且不存在於通道區域。此意指聚合半導體需傳輸電荷載子以提供電流流動。此降低半導體層之遷移率,原因係結晶之非聚合半導體具有高得多的遷移率且增大所在裝置之接觸電阻。
在本發明之方法中,第二芳族溶劑之存在係用於防止在沈積步驟期間發生任何結晶。此係藉由第二較高沸點芳族溶劑達成,該溶劑防止在沈積步驟期間發生任何溶劑蒸發。因此,非聚合半導體在沈積期間維持溶液形式。成核及結晶在加熱以蒸發溶劑時才開始。由於加熱係在升高之溫度下實施,故蒸發快速進行且避免垂直晶體生長。因此,所獲得之非聚合半導體晶體實質上分佈在源極及汲極電極之間之通道的整個長度,以及覆蓋源極及汲極電極。將此描述為均勻橫向分佈。
實例
材料
自Sigma-Aldrich獲得鄰二甲苯、2-甲基大茴香醚、1,3-二甲氧基苯、苯甲酸乙酯及四氫萘。
製造有機薄膜電晶體之製備實例
(i)預清潔OTFT基板及自組裝單層(SAM)預處理:
在製造裝置中之第一步驟要求預清潔裝置基板及將自組裝單層材料施用在源極及汲極電極上以確保接觸電阻最小化。基板由在玻璃表面上之鉻黏著層(5/40nm Cr/Au)的頂部上之金源極及汲極電極組成。藉由氧電漿清潔基板以確保移除任何殘餘光阻材料(用於源極-汲極電極界定)。
在電漿處理後,透過使基板在異丙醇溶液中浸泡2分鐘,自於異丙醇中濃度為50mM之溶液施用電極SAM(五氟苯硫酚)。藉由在旋轉塗覆機上旋轉基板來移除溶液,隨後在異丙醇中漂洗以自基板移除任何未反應材料。所有此等步驟均在空氣中實施。隨後將樣品運送至乾氮氣環境及在60℃下烘焙10分鐘以確保樣品脫水。
(ii)製備及旋塗半導體摻合物材料溶液:
將非聚合半導體及聚合半導體之摻合物製備成在包含鄰二甲苯及選自2-甲基大茴香醚、1,3-二甲氧基苯、苯甲酸乙酯及四氫萘(參見下表)之一種其他溶劑之溶劑混合物形式之溶液。溶劑之混合物係基於體積比。透過依體積混合個別溶液,將各組分製備成溶劑混合物,或透過自非聚合及聚合半導體及溶劑混合物之預稱重混合製造所需濃度的單溶液來製備摻合物。將該摻合物製備成1.2重量/體積(12mg固體/1ml溶劑混合物)之濃度。
聚合半導體為上文及WO2010/084977中所揭示之TFB及非聚合半導體係如下文所示及根據WO2011/004869所揭示之方法製備:
利用旋轉塗覆機在600rpm之塗覆速度下持續30秒來沈積此摻合物。使用單相旋塗機。隨後在100℃加熱板上將所獲得之濕膜乾燥1分鐘。層之厚度為55nm。
(iii)沈積介電層:
隨後藉由將PTFE溶液旋塗在此半導體膜上來沈積介電層。介電層之厚度為350nm。
(iv)沈積閘極電極:
最後,透過遮罩熱蒸發250nm鋁來沈積閘極電極以提供所需之頂閘極有機薄膜電晶體。
(iv)裝置特徵化:
利用Veeco Nanoscope設備實施AFM。在環境條件(不使用裝置封裝)下利用Hewlett Packard 4156C半導體參數分析儀,透過測量輸出及傳輸裝置特性來測量如上所述般製得之裝置。自飽和狀態下之傳輸數據計算裝置遷移率。如下述圖5中所示之飽和遷移率係指飽和狀態遷移率,其中汲極電極相對於源極電極之偏壓為-40V。在此狀態下,汲極電流稱為針對汲極偏壓呈「飽和」,如此一來更高的汲極偏壓不會導致更高汲極電流。此外,遷移率係測量有多少電流遞送通過裝置之手段,且其無需指代半導體材料本身之固有遷移率(雖然在許多情況中確實如此)。例如,在通道區域中具有相同材料遷移率之裝置可展
示較另一裝置高的接觸電阻,因此展示較低「裝置」遷移率。
實例1
在此第一實例中,拍攝依照以上製備實例製備成具有自單純鄰二甲苯(作為對照實例)或自包含鄰二甲苯及2-甲基大茴香醚、1,3-二甲氧基苯或苯甲酸乙酯中之一者之溶劑混合物沈積的半導體層之裝置的原子力顯微圖。
使用單純鄰二甲苯導致在半導體層沈積期間發生溶劑蒸發。此形成非聚合半導體之單離結晶域包埋於聚合物基質中之裝置,如圖4a(頂圖)所示。3D AFM(高度數據)分析指出裝置之通道區域主要包含聚合半導體(圖4a,底圖),其導致低遷移率裝置。
相較而言,在圖4b、4c及4d中可見,在其中半導體層係自鄰二甲苯及一種其他較高沸點芳族溶劑之溶液沈積的裝置中,橫向跨過該膜達成改良之非聚合半導體晶體覆蓋。
實例2
具有自單純鄰二甲苯或自鄰二甲苯與較高沸點溶劑沈積之半導體層之裝置的遷移率數據顯示在圖5中。測量在用於測試單元中之通道長度範圍(5至100μm)下之平均峰值遷移率(cm2/Vs)。發現具有最短通道長度之裝置基本上展示較低遷移率(接觸電阻構成總通道電阻之較主要分量)且反之亦然。
當將鄰二甲苯與第二較高沸點芳族溶劑(在此等實施例中,為2-甲基大茴香醚、四氫萘、苯甲酸乙酯及1,3-二甲氧基苯)組合使用時,裝置性能極其顯著地改良,其中對於所有測試通道長度而言,彼等裝置展示大於約0.2至0.8cm2/Vs之遷移率。相較而言,在使用單純鄰二甲苯之裝置中,測得介於0.1與0.3cm2/Vs之間之遷移率,其中僅在100μm通道長度下觀察到大於0.2cm2/Vs之遷移率。
1‧‧‧基板
2‧‧‧源極電極
4‧‧‧汲極電極
6‧‧‧通道區域
8‧‧‧有機半導體
10‧‧‧絕緣層
12‧‧‧閘極電極
p‧‧‧聚合半導體
np‧‧‧非聚合半導體
Claims (37)
- 一種製備有機電子裝置之半導體層之方法,其包括:(i)自包含聚合半導體、非聚合半導體、第一芳族溶劑及第二芳族溶劑之溶液沈積該半導體層,其中該第二芳族溶劑具有較該第一芳族溶劑之沸點高至少15℃之沸點,其中將該溶液沈積在源極及汲極電極之至少一部分上及在位於該等電極之間之通道區域中;及(ii)加熱該沈積層以蒸發該第一芳族溶劑及該第二芳族溶劑。
- 如請求項1之方法,其中在該加熱步驟中蒸發實質上全部溶劑。
- 如請求項1或2之方法,其中在該沈積步驟中實質上不蒸發溶劑。
- 如請求項1或2之方法,其中藉由旋塗實施沈積。
- 如請求項1或2之方法,其中藉由加熱板實施加熱。
- 如請求項1或2之方法,其中該第一芳族溶劑具有120至165℃之沸點。
- 如請求項1或2之方法,其中該第一芳族溶劑係如式(I):
- 如請求項1或2之方法,其中該第一芳族溶劑係選自由甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、甲氧基苯及1,3,5-三甲苯組成之群。
- 如請求項1或2之方法,其中該第二芳族溶劑具有較該第一芳族溶劑之沸點高至少25℃之沸點。
- 如請求項1或2之方法,其中該第二芳族溶劑係如式(IIa)或(IIb):
- 如請求項10之方法,其中該第二芳族溶劑係如式(IIa)。
- 如請求項10之方法,其中R4係OC1至6烷基。
- 如請求項12之方法,其中R5為C1至6烷基或OC1至6烷基。
- 如請求項12之方法,其中R6係H。
- 如請求項10之方法,其中R4係C(O)OC1至6烷基。
- 如請求項15之方法,其中R5為H或C1至6烷基。
- 如請求項15之方法,其中R6係H。
- 如請求項10之方法,其中該第二溶劑係如式(IIb)。
- 如請求項1或2之方法,其中該第二芳族溶劑係選自乙氧基苯、2-甲基大茴香醚、3-甲基大茴香醚、4-甲基大茴香醚、1-乙氧基-2-甲基苯、1-乙氧基-3-甲基苯、1-乙氧基-4-甲基苯、苯乙酮、四氫萘、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、1,4-二甲氧基苯、1-甲氧基-2-乙氧基苯、1-甲氧基-3-乙氧基苯、1-甲氧基-4-乙氧基苯、苯甲酸乙酯、1,2-二乙氧基苯、2-甲基苯乙酮、3-甲基苯乙酮、4-甲基苯乙酮、2-乙基苯乙酮、3-乙基苯乙酮、4-乙基苯乙 酮、1,3-二乙氧基苯、1,4-二乙氧基苯、2-甲氧基苯乙酮、3-甲氧基苯乙酮、4-甲氧基苯乙酮、2-甲基苯甲酸乙酯、3-甲基苯甲酸乙酯、4-甲基苯甲酸乙酯、2-乙基苯甲酸乙酯、3-乙基苯甲酸乙酯、4-乙基苯甲酸乙酯。
- 如請求項1或2之方法,其中該第二芳族溶劑係選自2-甲基大茴香醚、1,3-二甲氧基苯、苯甲酸乙酯及四氫萘。
- 如請求項1或2之方法,其中該聚合半導體包含如式(IIIa)之重複單元:
- 如請求項21之方法,其中該聚合半導體係TFB[9,9'-二辛基茀-共聚-N-(4-丁基苯基)-二苯基胺]n,其中n係大於100。
- 如請求項21之方法,其中n為1或2。
- 如請求項1或2之方法,其中該非聚合半導體係如式(IV):
- 如請求項24之方法,其中該非聚合半導體係
- 如請求項1或2之方法,其中在該溶液中該第一芳族溶劑對該第二芳族溶劑之重量比係於60:40至99:1之範圍內。
- 如請求項1或2之方法,其中該溶液包含0.6至4.5重量/體積%之該聚合半導體。
- 如請求項1或2之方法,其中該溶液包含0.1至2重量/體積%之該非聚合半導體。
- 如請求項1之方法,其中將該等電極中各者之至少一表面之至少一部分塗覆表面改質化合物。
- 如請求項29之方法,其中在蒸發該溶劑後,該非聚合半導體係以平行於其上存在該表面改質化合物之該等電極表面之方向均勻地分佈在該半導體層中。
- 如請求項1或2之方法,其中該有機電子裝置係有機薄膜電晶體。
- 一種製造有機薄膜電晶體之方法,該有機薄膜電晶體包括基板、具有位於其間之通道區域之源極及汲極電極、延伸跨過該通道區域且與該源極及汲極電極電接觸之半導體層、閘極電極及位於該閘極電極與該半導體層之間之絕緣層,其中該半導體層係藉由如請求項1至30中任一項之方法沈積。
- 如請求項32之方法,其中該電晶體係頂閘極電晶體。
- 如請求項32之方法,其中該電晶體係底閘極電晶體。
- 一種有機電子裝置,其包含藉由如請求項1至31中任一項之方法獲得之半導體層。
- 一種有機電子裝置,其包括:i)基板;ii)源極及汲極電極,其等沈積在該基板上且具有位於其間之通道區域,其中該等電極中各者之至少一表面之至少一部分係 經表面改質化合物塗覆;iii)半導體層,其包含沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及在該通道區域中之聚合半導體及非聚合半導體;iv)絕緣層,其沈積在該半導體層上;及v)閘極電極,其沈積在該絕緣層上,其中該非聚合半導體係以平行於其上存在該表面改質化合物之該等電極表面之方向均勻地分佈在該半導體層中,其中該半導體層係藉由如請求項1至30中任一項之方法所製備。
- 一種有機電子裝置,其包括:i)基板;ii)閘極電極,其沈積在該基板上;iii)絕緣層,其沈積在該閘極電極上;iv)源極及汲極電極,其等沈積在該絕緣層上且具有位於其間之通道區域,其中該等電極中各者之至少一表面之至少一部分係經表面改質化合物塗覆;v)半導體層,其包含沈積在該源極及汲極電極之至少一部分上及在該通道區域中之聚合半導體及非聚合半導體;其中該非聚合半導體係以平行於其上存在該表面改質化合物之該等電極表面之方向均勻地分佈在該半導體層中,其中該半導體層係藉由如請求項1至30中任一項之方法所製備。
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