晶體管及其制造方法
【專利摘要】一種半導體組合物，其包含可溶性多并苯半導體及聚合半導體粘合劑，該粘合劑在1000Hz下的電容率大于3.4。當在純態(tài)下測量時，該半導體粘合劑的電荷遷移率大于10-7cm2/Vs且更優(yōu)選地大于10-6cm2/Vs。源極及漏極由半導體組合物橋聯(lián)的有機薄膜晶體管具有期望的再現(xiàn)性及電荷遷移率性質(zhì)。該有機半導體組合物可通過溶液涂布施用。
【專利說明】晶體管及其制造方法
[0001]發(fā)明【技術領域】
[0002]本發(fā)明大體上涉及有機半導體層制劑、包含所述制劑的層、用于制備所述制劑和層的方法及包含所述制劑的電子裝置，且本發(fā)明最適用于有機薄膜晶體管(OTFT)。
[0003]發(fā)明背景
[0004]有機半導體由于其能夠?qū)崿F(xiàn)低成本柔性電子裝置的潛力而成為深入研究及開發(fā)的對象。其已廣泛用于有機場效應晶體管及整合多個裝置的電路中。預期OTFT將成為顯示器【技術領域】中的重要技術，在顯示器【技術領域】中OTFT的低制造成本、柔性且重量輕將導致OTFT在一些情況下可置換其基于硅的對應物。然而，在改進有機半導體材料性能領域及裝置制造中需要顯著改進。
[0005]OTFT裝置需要滿足包括以下的有挑戰(zhàn)性的性能屬性組合的有機半導體材料:高電荷載流子遷移率以及高電、機械及熱穩(wěn)定性。盡管可獲得各種各樣的高電荷載流子遷移率材料，但這些材料通常為非聚合有機分子，其在加工后產(chǎn)生易碎層，從而限制裝置的柔性(參見 N.Madhavan, Organic Chemistry Seminar Abstracts2001-2002SemesterII, University of Illinois at Urbana Champaign,2002,第 49-56 頁，http://www.scs.uiuc.edu/chemgradprogram/chem/435/s02-Madhavan.pdf)。
[0006]另一方面，可獲得各種各樣的具有優(yōu)良柔性及韌性的非晶形及結(jié)晶半導體聚合物；但這些聚合物具有不利的低電荷載流子遷移率(LL Chua等人，Nature, 2005年3月，第434卷,第194-198頁)。曾提議使用多并苯(polyacene),尤其取代的可溶性并五苯分子作為半導體。這些化合物及許多使用這些化合物的電子裝置先前已公開于美國專利申請2003/0116755、EP1729 357 及美國專利 6，690，029 中。
[0007]期望改進半導體層的穩(wěn)定性及完整性且W02005/055248中已公開通過使用非聚合可溶性并五苯半導體分子及電容率ε ^至多為3.3的聚合物粘合劑來實現(xiàn)此目的。W02005/055248在關于頂門極晶體管的測試中報告2種組合物未顯不電荷遷移率,5種組合物顯示電荷遷移率高于1.0cmVVs且9種組合物的遷移率介于O與1.0cm2/Vs范圍之間。所報告的最佳結(jié)果為遷移率為1.44，標準差為0.35。此外，該申請中的所有22個實施例均為頂門極OTFT配置。我們發(fā)現(xiàn)在底門極有機薄膜晶體管情況下電荷載流子遷移率實質(zhì)上降低；W02005/055248并未解決底門極晶體管問題。W02007/078993中嘗試使用并五苯半導體分子及電容率超過3.3的粘合劑；所報告的最佳電荷遷移率為2X 10_2cm2/Vs。這似乎印證了先前關于粘合劑的電容率應低于3.3的教導。
[0008]沉積半導體層例如多并苯半導體/聚合物粘合劑制劑的最簡單方式為使半導體及聚合物溶解于合適溶劑中，沉積配制的材料且蒸發(fā)溶劑。取代的可溶性并五苯已描述于上述說明書中且其合適粘合劑已公開于W02005/055248中。W02005/055248A、W02007/078993及US2007/0158646中公開許多有用的粘合劑。
[0009]薄膜晶體管的一個重要方面為其在陣列中的性能應盡可能一致。若在制造晶體管時晶體管的性能存在廣泛變化，則這將引起終端使用裝置性能的變化。例如，若顯示器應用中使用非均勻晶體管底板，則顯示器中的像素將不均勻且具有不可接受的品質(zhì)。性能不一致問題通常極顯著地隨晶體管尺寸減小而增加，因為晶體管尺寸減小涉及源極與漏極之間的通道長度的縮短。多年來電子元件尺寸減小已成為電子設備發(fā)展的一致及一貫特征且問題越來越嚴重。
[0010]本發(fā)明的一目標為提供在電子裝置中具有大體上優(yōu)良的性能一致性同時具有優(yōu)良電荷遷移率的組合的半導體組合物。
[0011]發(fā)明描述
[0012]本發(fā)明包含其中源極及漏極由半導體組合物橋聯(lián)的有機薄膜晶體管，該半導體組合物包含可溶性多并苯半導體及聚合半導體粘合劑，該粘合劑在1000Hz下的電容率大于
3.4，優(yōu)選地為至少3.5且適宜地為至少3.7，例如至少4.1，且在純態(tài)下的電荷遷移率大于
107cm2V 1S \更優(yōu)選地大于10 6Cm2V 1S \例如大于10 5cm2V 1S、
[0013]優(yōu)選的半導體聚合物為式(I)的聚合物，其可為均聚物或共聚物。共聚物為由兩種或更多種不同單體制備的那些聚合物且包括三元共聚物、四元共聚物及類似物。單體可結(jié)合以形成無規(guī)共聚物、嵌段共聚物(block copolymer)或嵌段共聚物(segmentedcopolymer)以及任何種類的其它結(jié)構布置。
[0014]
【權利要求】
1.一種半導體組合物，其包含可溶性多并苯半導體及聚合半導體粘合劑，所述粘合劑在1000Hz下的電容率大于3.4。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體組合物，其中當在純態(tài)下測量時，所述半導體粘合劑的電荷遷移率大于10 7cm2/Vs且更優(yōu)選地大于10 6cm2/Vs0
3.根據(jù)權利要求1或2所述的組合物，其中所述粘合劑包含三芳基胺重復單元。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體組合物，其包含具有以下結(jié)構的均聚物或共聚物
5.根據(jù)權利要求4所述的組合物，其中所述聚合物具有直接取代于芳環(huán)上的2、4和/或6位的烷氧基取代基。
6.根據(jù)權利要求4所述的組合物，其中氰基借助于連接基團連接至所述芳環(huán)。
7.根據(jù)權利要求4所述的組合物，其中烷氧基和/或氰基取代是在側(cè)鏈芳環(huán)上進行。
8.根據(jù)權利要求3、4、5或6所述的組合物，其中若所述重復單元中存在I個氰基，則所述氰基位于所述側(cè)鏈芳環(huán)的2位，且若存在兩個氰基，則所述氰基位于所述側(cè)鏈芳環(huán)的2位及6位。
9.根據(jù)權利要求4所述的組合物，其中甲氧基存在于所述側(cè)鏈芳環(huán)的2位、4位上。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的組合物，其包含可被取代的三芳基胺基團及可被取代的芴、螺二芴或茚并芴基團。
11.根據(jù)權利要求1、2或3所述的組合物，其具有以下式:
12.根據(jù)任一前述權利要求所述的組合物，其中所述粘合劑為所制備的包含三種或更多種不同單體單元的共聚物或共聚物混合物。
13.根據(jù)權利要求1或2所述的組合物，其中所述粘合劑包含三芳基胺基團，其中至少一個芳基還形成另一結(jié)構的一部分，該另一結(jié)構包含至少一個其它芳環(huán)，且為聚合鏈的一部分，或其中不形成所述聚合鏈的一部分的芳基形成另一結(jié)構的一部分，該另一結(jié)構包含至少一個其它芳環(huán)。
14.根據(jù)任一前述權利要求所述的組合物，其中所述多并苯半導體為線性多并苯且包含3至7個并苯環(huán)。
15.根據(jù)權利要求13所述的組合物，其中所述多并苯半導體具有五個并苯環(huán)。
16.根據(jù)權利要求13或14所述的組合物，其中所述多并苯半導體被兩個甲硅烷基乙炔基取代。
17.根據(jù)權利要求15所述的組合物，其中所述甲硅烷基乙炔基位于6位、13位。
18.根據(jù)權利要求1或2所述的組合物，其中所述多并苯半導體為其中中心環(huán)為苯環(huán)而末端環(huán)為5元雜環(huán)，且在中心苯環(huán)上被兩個甲硅烷基乙炔基取代的多并苯。
19.根據(jù)權利要求15、16或17所述的組合物，其中所述甲硅烷基乙炔基在各Si原子上被3個有機基團取代。
20.根據(jù)權利要求18所述的組合物，其中所述有機基團為乙基或丙基，優(yōu)選地為異丙基。
21.一種有機薄膜晶體管，其中源極及漏極由根據(jù)任一前述權利要求的半導體組合物橋聯(lián)。
22.一種制造有機薄膜晶體管的方法，其包括通過溶液涂布來沉積根據(jù)任一前述權利要求的有機半導體組合物。
23.一種根據(jù)任一前述 權利要求的半導體組合物的溶液，其是用于權利要求21所述的方法中。
【文檔編號】H01L51/05GK103703581SQ201280025694
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年5月24日 優(yōu)先權日:2011年5月26日
【發(fā)明者】貝弗莉·安妮·布朗, 西蒙·多米尼克·奧吉爾, 馬可·帕倫博, 克里·勞拉·梅可 申請人:普羅賽斯創(chuàng)新中心有限公司