專利名稱：提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是提供一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，尤指一種在有機薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)中，通過中間層(interlayer)的加入，達到提高載子遷移率的方法。
背景技術(shù)：
有機薄膜晶體管是由有機共軛高分子或寡聚分子材料所制成的晶體管，與傳統(tǒng)的無機晶體管比較起來，有機薄膜晶體管可在低溫下制作，因此在基板的選擇上可采用較輕、薄且便宜的塑料取代玻璃。此外，有機薄膜晶體管相對來講方法簡單且較不需精密的技術(shù)及設(shè)備，故極具發(fā)展?jié)摿?。雖然有機薄膜晶體管具有上述的優(yōu)點，但目前研究上仍有一些瓶頸有待克服，如載子遷移率較慢、驅(qū)動電壓過高等問題，其中由于載子遷移率過慢，限制了有機薄膜晶體管開發(fā)及應(yīng)用的范圍。一般來說，有機薄膜晶體管的主動層分子是以多晶硅的結(jié)晶型態(tài)存在，由于各個結(jié)晶分子排列取向不盡相同，使得不同晶間存在許多晶界(boundary)。這些晶界會阻礙載子的傳遞，進而降低組件的特性。因此，目前有機薄膜晶體管的研究方向，主要都集中在如何使主動層的有機半導(dǎo)體分子以單晶或結(jié)晶顆粒較大的型態(tài)存在。其中較常見的方法是對沉積有機半導(dǎo)體分子的表面改質(zhì)，即于介電層上覆蓋一層與有機半導(dǎo)體分子結(jié)晶型態(tài)較為兼容的中間層，以改善有機半導(dǎo)體分子結(jié)晶型態(tài)。
美國專利US6433359號提出以自組裝單層膜(Self-Assembled Monolayer，SAM)的方法來制作有機半導(dǎo)體/介電層間的中間層。此法雖可使中間層顯現(xiàn)圖像(pattern)，但必須在前體(precursor)與介電層能起反應(yīng)的條件下方可進行，故其材料選擇性較小，且前體(precursor)與介電層的反應(yīng)條件不易控制，且現(xiàn)有技術(shù)是以蒸鍍的方式完成上述的目的，在制作過程中自組裝單層膜(SAM)容易揮發(fā)使品質(zhì)穩(wěn)定性不佳。
綜觀以上所述，現(xiàn)有技術(shù)的有機薄膜晶體管的制作方法，至少存在以下缺點一、現(xiàn)有技術(shù)的有機薄膜晶體管的制作方法，其中間層的制作方式較為復(fù)雜及耗時，增加制造成本，影響市場競爭力。
二、現(xiàn)有技術(shù)的有機薄膜晶體管的制作方法，其中間層的制作必須在前體(precursor)與介電層能起反應(yīng)的條件下方可進行，故其材料選擇性較小，且前體(precursor)與介電層的反應(yīng)條件不易控制。
三、現(xiàn)有技術(shù)的有機薄膜晶體管的制作方法，以蒸鍍的方式完成中間層，在制作過程中自組裝單層膜(SAM)容易揮發(fā)使品質(zhì)穩(wěn)定性不佳，進而影響有機薄膜晶體管制作的優(yōu)良率與穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其特征是涂布特定高分子材料，以形成一中間層(interlayer)，步驟簡單且成本低廉，增加市場競爭力。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其特征只需涂布特定的高分子材料作為中間層，故其涂布的條件容易控制，材料的選擇性較大。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，在其在制作過程中不會有揮發(fā)問題，故其有機半導(dǎo)體的品質(zhì)穩(wěn)定，進而提高有機薄膜晶體管制作的優(yōu)良率與穩(wěn)定性。
為達上述目的，本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法的較佳實施例中，主要包括有下列步驟(a)形成柵極(Gate)于一基板上；(b)形成一絕緣層(Insulator layer)于該基板及該柵極上；(c)涂布聚酰亞胺(Polyimide)以形成一中間層(interlayer)于該絕緣層上；(d)形成一主動層于該中間層上；(e)形成源極和漏極。
其中，涂布聚酰亞胺以形成一中間層于該絕緣層上的方法可用旋涂法(Spin Coating)、噴墨印刷法(Inject Printing)、接觸印刷法(ContactPrinting)或等離子體蝕刻等等的方法完成。
其中，所述形成該主動層，也就是形成有機半導(dǎo)體材料層，所述有機半導(dǎo)體材料可以是高分子材料、有機分子材料，或者高分子材料、有機分子材料與無機材料的混合物。其形成方法可用蒸鍍法、旋涂法、噴墨印刷法及接觸印刷法其中一種。
其中，所述基板可為硅晶片、玻璃、石英、塑料基板及可彎曲式基板其中一種；所述柵極、源極和漏極可為金屬及導(dǎo)電高分子材料其中一種，例如鉻(Cr)或氧化銦錫(ITO)等；所述絕緣層可為常用無機材料、高分子材料及高介電常數(shù)材料其中一種。


圖1A至圖1E為本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法的第一較佳圖2A至圖2E為本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法的第二較佳附圖標號說明100、200基板；101、201柵極；102、202絕緣層；103、203中間層；104、204主動層；105、205源極；106、206漏極。
具體實施例方式
為能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，茲配合附圖詳細說明如后。
請參照圖1A至圖1E，其為本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法的第一較佳實施例示意圖。
如圖1A所示，提供一基板100，將基板100進行前段處理，清潔、去除有機物與細小微粒后，再形成一柵極(Gate)101，而柵極101是使用金屬或?qū)щ姼叻肿硬牧?，例如鉻(Cr)或氧化銦錫(ITO)等，基板100一般可以使用硅晶片、玻璃、石英、塑料基板或可彎曲式基板等等，作為有機薄膜晶體管的基材。
如圖1B所示，形成一絕緣層(Insulator layer)102于該基板100與該柵極101上，該絕緣層102可用無機材料、高分子材料或高介電常數(shù)(High-K)的材料，作為有機半導(dǎo)體內(nèi)絕緣之用。
如圖1C所示，使用旋涂法(Spin Coating)、噴墨印刷法(InjectPrinting)、接觸印刷法(Contact Printing)或等離子體蝕刻圖案化(patterned by plasma etching)等方式，將特定的高分子材料聚酰亞胺(Polyimide)，例如Nissan chemical industries，LTD所生產(chǎn)的RN-1349或RN-1338，涂布于該絕緣層102上，形成一中間層(interlayer)103，該中間層于有機半導(dǎo)體中可控制有機分子使之某個方向排列較有次序，使后續(xù)鍍膜工藝的晶粒大小增加，晶界數(shù)目相對的也減少，故有機半導(dǎo)體操作時有較佳的載子傳導(dǎo)效率，并降低象素(pixel)與象素之間可能產(chǎn)生的漏電或串音(crosstalk)，以達到改善組件特性及電路設(shè)計要求的目的。
如圖1D所示，以蒸鍍、旋涂法(Spin Coating)、噴墨印刷法(InjectPrinting)或接觸印刷法(Contact Printing)等方式，將有機半導(dǎo)體材料鍍在該中間層103上，形成一主動層104，該主動層104因中間層103加入的關(guān)系，而使主動層104的晶粒加大，故可獲得較佳電性能的主動層104，亦即同時提高有機半導(dǎo)體的電性能，由電性的分析顯示，中間層103的加入，使得主動層104的晶粒加大(亦即晶界減少)，而有機半導(dǎo)體的載子遷移率亦由0.01～0.02cm2/V-s提高至0.5～1.0cm2/V-s。
如圖1E所示，使用金屬或?qū)щ姼叻肿硬牧?，例如鉻(Cr)或氧化銦錫(ITO)等，形成源極(Source)105和漏極(Drain)106，完成本較佳實施例的上接觸/下柵極(Top contact/Bottom gate)結(jié)構(gòu)。
再請參照圖2A至圖2E，其為本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法的第二較佳實施例示意圖，其中圖2A至圖2B的方法步驟中的基板200、柵極201與絕緣層202的使用材料、形成方式等等，與本發(fā)明的第一較佳實施例的圖1A至圖1C的方法步驟相類似，且于第一較佳實施例中詳述過，以下便不再多加贅述。
如圖2C至圖2E所示，以旋涂法(Spin Coating)、噴墨印刷法(InjectPrinting)、接觸印刷法(Contact Printing)或等離子體蝕刻圖案化(patterned by plasma etching)等方式，將特定的高分子材料聚酰亞胺(Polyimide)，例如Nissan chemical industries，LTD所生產(chǎn)的RN-1349或RN-1338，涂布于該絕緣層202上形成一中間層203，于本較佳實施例中，中間層203并不用布滿整個絕緣層202。之后再形成主動層204、源極205和漏極206，完成本第二較佳實施例的上接觸/下柵極(Top contact/Bottom gate)結(jié)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其特征是涂布特定的高分子材料作為中間層，故其涂布的條件容易控制，材料的選擇性較大，步驟簡單且成本低廉，又因其在制作過程中不會有揮發(fā)問題，故該有機半導(dǎo)的品質(zhì)穩(wěn)定；以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例，其為上接觸/下柵極(Top contact/Bottom gate)的結(jié)構(gòu)，當不能以之限制本發(fā)明的范圍，容易聯(lián)想得到，諸如使用在上接觸/上柵極(Top contact/Top gate)、下接觸/上柵極(Bottom contact/Top gate)或下接觸/下柵極(Bottom contact/Bottom gate)等等的結(jié)構(gòu)，熟悉此領(lǐng)域技術(shù)者于領(lǐng)悟本發(fā)明的精神后，皆可想到變化實施之，即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進一步實施狀況。
權(quán)利要求
1.一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其特征在于其步驟包括(a)形成柵極于一基板上；(b)形成一絕緣層于該基板及該柵極上；(c)涂布聚酰亞胺以形成一中間層于該絕緣層上；(d)形成一主動層于該中間層上；(e)形成源極和漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中該基板可為硅晶片、玻璃、石英、塑料基板及可彎曲式基板其中一種。
3.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中該柵極、該源極和該漏極可為金屬及導(dǎo)電高分子材料其中一種。
4.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中該絕緣層可為無機材料、高分子材料及高介電常數(shù)材料其中一種。
5.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中該主動層為有機半導(dǎo)體材料。
6.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中步驟(c)涂布聚酰亞胺以形成一中間層于該絕緣層上的方法可用旋涂法、噴墨印刷法、接觸印刷法及等離子體蝕刻其中一種。
7.如權(quán)利要求1所述的提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，其中步驟(d)形成該主動層的方法可用蒸鍍、旋涂法、噴墨印刷法及接觸印刷法其中一種。
全文摘要
一種提高有機半導(dǎo)體載子遷移率的方法，主要包括有下列步驟形成柵極(Gate)于一基板上；形成一絕緣層(Insulator layer)于該基板及該柵極上；涂布聚酰亞胺(Polyimide)以形成一中間層(interlayer)于該絕緣層上；形成一主動層于該中間層上；以及，形成源極和漏極，其中，涂布聚酰亞胺以形成一中間層于該絕緣層上的方法可用旋涂法(Spin Coating)、噴墨印刷法(Inject Printing)、接觸印刷法(Contact Printing)或等離子體蝕刻等等的方法完成。
文檔編號H01L51/05GK1741298SQ20041005682
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者胡堂祥, 何家充, 黃良瑩, 林蔚伶 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院