專利名稱：一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管取向?qū)蛹捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)良取向特性的取向?qū)蛹捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用。
背景技術(shù)：
場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)是利用柵極電壓來(lái)控制溝道電流的通斷，從而形成所需的開(kāi)關(guān)特性。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)或有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)是用有機(jī)半導(dǎo)體聚合物作為絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層，原理與普通的場(chǎng)效應(yīng)管是一致的。與無(wú)機(jī)電子器件相比，有機(jī)電子器件制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，適合制作大面積器件，而且還可以制備在聚合物基片上，得到柔性器件，因此，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。自A.Tsumura等人[1]首次用聚噻吩為半導(dǎo)體材料制備得到OTFT后，OTFT的性能得到了不斷的提高，Y.-Y.Lin等人[2]用并五苯材料得到了載流子遷移率為1.5cm2/Vs的有機(jī)晶體管，開(kāi)關(guān)電流比達(dá)到108。在一些應(yīng)用方面也取得了可喜的成果，其性能完全可以與現(xiàn)在使用的非定形硅晶體管相媲美，同時(shí)它在制造成本，制造條件上則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于非定形硅晶體管。
雖然如此，在一些要求較高的應(yīng)用方面，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管還是存在很大不足，尤其是在載流子遷移率方面和開(kāi)關(guān)電流比方面。
由于很多有機(jī)半導(dǎo)體聚合物除了具有一般半導(dǎo)體的性質(zhì)外，還具有與液晶相似的許多性質(zhì)，又由于有機(jī)半導(dǎo)體晶體管的結(jié)構(gòu)也與LCD有某些相似性，所以可以借鑒LCD領(lǐng)域的一些技術(shù)手段。傳統(tǒng)的摩擦取向法是通過(guò)在襯底上形成一層諸如聚酰亞胺(PI)和聚酰胺之類的有機(jī)聚合物薄膜，固化該薄膜，然后使用諸如棉布，人造絲，尼綸等來(lái)摩擦該產(chǎn)物的方法形成取向?qū)印?br> 這種用來(lái)形成取向?qū)拥姆椒ê?jiǎn)單容易，并且非常有效，得到工業(yè)界的廣泛采用。但是，摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的大量的粉塵和帶電粒子可能會(huì)附著在該取向?qū)由希斐晌廴?，增大取向?qū)拥娜毕菝芏龋欢?，人造絲、尼綸等表面不平整性，可能會(huì)導(dǎo)致取向的不均勻性；并且，在摩擦過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電電荷也會(huì)對(duì)OFET的開(kāi)關(guān)特性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的話可能會(huì)擊穿OFET的溝道，破壞OFET器件。
為解決上述問(wèn)題，我們嘗試使用非接觸式取向技術(shù)。因?yàn)橐壕Х肿拥呐帕胁⒉皇且驗(yàn)槿∠驅(qū)颖砻鏈霞y的存在，而是由于液晶表面與液晶分子之間的相互作用引起的[3]，所以研究人員開(kāi)展了非接觸取向技術(shù)研究，主要有斜方蒸鍍法，LB(Langmuir-Blodgett)膜法，照相平版印刷法，光取向法等。特別是用偏振光照射基板上的涂膜，使之產(chǎn)生液向性的光取向法因其簡(jiǎn)便易行，研究較多。早在上世紀(jì)八十年代中葉，M.Schardt等人就開(kāi)發(fā)出了一種新型的液晶取向技術(shù)，即偏振紫外光聚合物(Liner Photopolymerization by Polarized UVLight，LPP)，其基本原理是利用紫外光敏聚合物單體材料的光化學(xué)反應(yīng)，使涂有這種光敏材料的基板表面或光敏聚合物單體形成的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生各向異性特征，從而使液晶分子在這種各向異性力的作用下定向排列，這種工藝技術(shù)克服了摩擦技術(shù)的缺點(diǎn)，同時(shí)使摩擦技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，充分改善液晶顯示器視角的多疇工藝得以實(shí)現(xiàn)。我們將借鑒這一技術(shù)，用于OFET的制備領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)一種不會(huì)產(chǎn)生灰塵或者靜電的非接觸式光學(xué)取向方法。根據(jù)這樣一種無(wú)損取向方法，線偏振紫外光照射到光取向?qū)由?，使光取向?qū)泳哂腥∠蛱匦?，并由此均勻的誘導(dǎo)取向有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層，改善有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層的載流子遷移率特性。用于光取向的聚合物材料主要包括肉桂酸酯類，香豆素類，光致異構(gòu)類以及聚酰亞胺(PI)等。光控取向的機(jī)理從不同角度可以分為體誘導(dǎo)和表面誘導(dǎo)，光聚合，光分解和光異構(gòu)等[3，4]。其中，光致聚合作用的取向?qū)硬牧贤ǔＪ侨夤鹚狨ヮ?，含光活性基團(tuán)的聚酰亞胺類和非對(duì)稱的香豆素類；光致異構(gòu)作用的取向?qū)硬牧贤ǔＪ枪庵庐悩?gòu)類材料；光分解作用的取向?qū)硬牧希鶕?jù)現(xiàn)有報(bào)道，[5]主要是用于摩擦的單體中含有環(huán)丁烷，環(huán)己烷，環(huán)戊烷等結(jié)構(gòu)單元的聚酰亞胺類聚合物。
參考文獻(xiàn)[1]A.Tsumura，H.Koezuka，and T.Ando，Appl.Phys.Lett.，49，1210(1986). Y.-Y.Lin，D.J.Gundlach，S.F.Nelson，and T.N.Jackson，IEEE Electron Device Letters，18，606(1997). S.Gong，J.Kanicki，M.Lan，et al.，Jpn.J.Appl.Phys.38，5996(1999). E.Kim，O.Park，H.Li，et al.，IDW’97，105-108(1997). M.Nishikawa，J.L.West，Mol.Cryst.& Liq Cryst.，333，165(1999).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的如下(a)提供一種用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的具有優(yōu)良取向特性的取向?qū)樱?b)提供一種用來(lái)形成該種取向?qū)拥姆椒ǎ?c)提供一種采用這種取向?qū)幼鳛榻^緣層的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)。
以解決有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)中溝道載流子遷移率較低的問(wèn)題。
本發(fā)明包括三個(gè)內(nèi)容一種具有優(yōu)良取向特性的取向?qū)樱灰环N制備該種取向?qū)拥姆椒ê鸵环N以該種取向?qū)幼鳛榻^緣層的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)。
本發(fā)明提供的具有優(yōu)良取向特性的取向?qū)?，是一種聚酰亞胺(PI)類聚合物組成(如圖1中的3所示或如圖2中的3所示)。此聚酰亞胺(PI)單體中含有環(huán)丁烷，環(huán)己烷，環(huán)戊烷等結(jié)構(gòu)單元，或主鏈上含有乙縮醛結(jié)構(gòu)。這些聚合物，從聚合物分子不受熱劣化，可易于形成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)考慮，玻璃化溫度最好低于200℃。
本發(fā)明提供的用來(lái)形成該聚酰亞胺(PI)取向?qū)拥姆椒?，其包括以下步驟(a)在一個(gè)襯底上形成一個(gè)成膜性能良好，性能穩(wěn)定的聚酰亞胺(PI)層(取向?qū)?，絕緣層)；(b)將線偏振紫外光照射到所制成的聚酰亞胺(PI)絕緣層(取向?qū)?上，對(duì)其進(jìn)行取向處理。
結(jié)合附圖2～5，我們可以更直觀，更詳細(xì)的了解此方法的具體內(nèi)容。如圖2所示，3表示沉積在此襯底上的聚酰亞胺(PI)取向?qū)樱?表示ITO(氧化銦錫)圖形，1表示某種襯底結(jié)構(gòu)，在線偏振紫外光的照射下，進(jìn)行取向處理。圖3表示第一次光照前PI層的分子長(zhǎng)軸分布情況，很明顯，在各個(gè)方向的分布是均勻的，在圖上表示出來(lái)，就是在與偏振方向垂直和平行的方向內(nèi)具有同等程度的分布。圖4是經(jīng)過(guò)線偏振紫外光照射后的PI層分子取向情況。由于與PI分子鏈取向平行的紫外光子被吸收，從而造成在與該線偏振紫外光平行方向的分子支鏈被打斷，正如圖4所示。圖5表示經(jīng)過(guò)線偏振紫外光照射(圖4的步驟)后，所顯示的PI層，此時(shí)，經(jīng)過(guò)一定強(qiáng)度的線偏振紫外光照射后，由于與該線偏振紫外光平行方向的分子支鏈被打斷，就造成與該線偏振方向垂直的方向的支鏈占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)，從而造成了PI分子的取向排列，從而達(dá)到了我們的處理目的。
在用偏振紫外光進(jìn)行取向處理的過(guò)程中，所用的紫外光源可以為低壓水銀燈，高壓水銀燈，重氫燈，金屬鹵化物燈，氬共鳴燈，氙燈，準(zhǔn)分子激光等，光譜峰值優(yōu)選為320～450nm波長(zhǎng)的紫外線，功率密度為5～30mW/cm2。
上述優(yōu)選波長(zhǎng)區(qū)域的紫外線，可通過(guò)與上述光源并用濾光片，衍射柵等方法獲得，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，也可與上述光源一起使用偏振光板。
應(yīng)用本發(fā)明所述取向?qū)拥挠袡C(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)，如圖1所示，包括用作下襯底的玻璃基板(1)；形成于下襯底之上的ITO層(2)，兼作此OFET的柵極、形成于該ITO層上的聚酰亞胺(PI)絕緣層(3)，該取向?qū)?絕緣層)經(jīng)過(guò)如上所述的光取向處理；形成與PI層上的有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層(如4所示)，要求此有機(jī)半導(dǎo)體聚合物有較寬的液晶相溫度，即較高的TN-1溫度，以及在此之上的源極，漏極，其中源、漏極均為金屬制成。
絕緣層由如上所要求的聚酰亞胺(PI)類聚合物制成的取向?qū)又瞥?，?jīng)過(guò)如上述所示的成膜及光取向處理，取得了良好的取向效果。通過(guò)取向絕緣層的誘導(dǎo)作用，使有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層分子取向排列，從而改善有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層的載流子遷移率特性。


圖1是本發(fā)明的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)的一個(gè)側(cè)視剖面圖；圖2是本發(fā)明的取向?qū)又馊∠蛱幚矸椒ǖ慕Y(jié)構(gòu)剖面圖；圖3為第一次光照前PI層的分子長(zhǎng)軸分布圖示。
圖4為經(jīng)過(guò)一次線偏振紫外光照射后的PI層分子分布圖示。
圖5為經(jīng)線偏振紫外光照射后的PI層分子取向圖示。
圖3-圖5表示了聚酰亞胺層在線偏振紫外光照射下的分子取向過(guò)程。
圖中標(biāo)號(hào)1為基板，2為ITO層，3為取向?qū)樱?為有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層，5為源極，6為漏極，7為線偏振紫外光。
具體實(shí)施例方式
下面將實(shí)施例和兩個(gè)對(duì)比例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明并不只限于這個(gè)范圍。
實(shí)施例我們使用的聚酰亞胺(PI)為日立化學(xué)工業(yè)(Nissan Chemical Industry)提供的RN-1333型PI，濃度為5wt％。使用時(shí)我們將其稀釋到2wt％。先在一個(gè)干凈的玻璃襯底上形成ITO電極，然后用光刻的方法，在襯底上形成柵極圖形，所用聚酰亞胺(PI)溶液經(jīng)超聲波分散20-30分鐘后，旋涂于ITO玻璃基板上，控制一定的旋涂速度與時(shí)間。然后將涂膜基板置于100℃的熱臺(tái)上干燥5分鐘，進(jìn)行預(yù)焙處理，再置于250℃的潔凈烘箱中1小時(shí)，進(jìn)行堅(jiān)膜固化處理。之后，自然冷卻至室溫。
然后，用功率密度為10mW/cm2的超高壓汞燈將光譜峰值為365nm左右的線偏振紫外光直接垂直照射到上述取向絕緣層上，如附圖2～5所示，照射時(shí)間控制在8分鐘，以對(duì)PI層進(jìn)行取向處理。該偏振光板為派拉克斯(注冊(cè)商標(biāo))玻璃制的偏振光板等，不透過(guò)波長(zhǎng)比320nm短的紫外光線。
PI取向絕緣層處理完畢后，再用真空蒸鍍的方法，將具有液晶相的有機(jī)半導(dǎo)體材料并五苯蒸鍍到取向?qū)由?，形成有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層。再在低于10-3Pa氣壓下，緩慢地蒸鍍金屬金(Au)充當(dāng)源極和漏極。最后，對(duì)器件進(jìn)行封裝處理，由此制成有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)，如附圖1所示。
對(duì)比例權(quán)利要求
1.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的取向?qū)樱涮卣髟谟谟删埘啺奉?記為PI)聚合物組成，其單體中含有環(huán)丁烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)單元或主鏈上含有乙縮醛結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取向?qū)?，其特征在于所述聚合物的玻璃化溫度低?00℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的取向?qū)?，其特征在于該取向?qū)油糠笤贗TO電極上，而該ITO電極沉積在基板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的取向?qū)?，其特征在于聚酰亞胺取向?qū)咏?jīng)過(guò)了光取向處理。
5.一個(gè)形成如權(quán)利要求1所述取向?qū)拥姆椒?，其特征在于包括以下步驟(a)在一個(gè)ITO電極上形成聚酰亞胺類絕緣層；(b)將線偏振紫外光照射到所制成的絕緣層上，利用光分解效應(yīng)對(duì)其進(jìn)行取向處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的形成取向?qū)拥姆椒ǎ涮卣髟谟谒鼋^緣層的單體中含有環(huán)丁烷，環(huán)己烷，環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)單元或主鏈上含有乙縮醛結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的形成取向?qū)拥姆椒ǎ涮卣髟谟趯⑺鼍埘啺奉惥酆衔锿糠笤贗TO電極上形成絕緣層，而該ITO電極沉積在基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的形成取向?qū)拥姆椒?，其特征在于用線偏振紫外光照射的光源為低壓水銀燈、高壓水銀燈、重氫燈、金屬鹵化物燈、氬共鳴燈、氙燈、準(zhǔn)分子激光，其光譜峰值為320-450nm，功率密度為5-30mW/cm2。
9.一種使用如權(quán)利要求1所述取向?qū)拥挠袡C(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于包括基底(1)，形成于基底之上的ITO層(2)和絕緣層同時(shí)也是取向?qū)?3)，形成于該絕緣層上的有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層(4)，以及在此之上的源極(5)和漏極(6)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所說(shuō)的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所說(shuō)的絕緣層經(jīng)過(guò)如權(quán)利要求5所述的光取向處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的取向?qū)?，一種用來(lái)形成該種取向?qū)拥姆椒ê鸵环N使用該取向?qū)幼鳛榻^緣層，從而提高有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管(OFET)載流子遷移率的新型器件方法。該取向?qū)佑删埘啺?PI)類聚合物制成，并經(jīng)過(guò)光取向處理。根據(jù)本發(fā)明，在PI取向?qū)由先〉昧肆己玫娜∠蛐Ч?，可以改善有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層的分子排列秩序度，提高有機(jī)半導(dǎo)體傳輸層的載流子遷移率。因此一個(gè)采用該取向?qū)幼鳛榻^緣層的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)的溝道載流子遷移率特性獲得了很大改善。
文檔編號(hào)H01L51/05GK1588667SQ200410054198
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者許軍, 李巖川, 黃維 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)