專利名稱:有機(jī)薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種有機(jī)薄膜晶體管,更具體而言,涉及一種包括有機(jī)層的薄膜晶體管,所述有機(jī)層包含有助于半導(dǎo)體層和電極之間歐姆接觸的有機(jī)化合物,并且用作半導(dǎo)體層。
本申請要求獲得在韓國知識產(chǎn)權(quán)局分別于2005年6月30日和2005年11月11日提交的韓國專利申請?zhí)?0-2005-0057717和10-2005-0107940的權(quán)益,其公開內(nèi)容在此全部引入作為參考。
背景技術(shù):
薄膜場效應(yīng)晶體管(FET)是微電子學(xué)領(lǐng)域中的基本構(gòu)件。這些FET具有三個(gè)電極(例如,源極、漏極和柵極)、絕緣層和半導(dǎo)體層。FET起到電容器的作用,其中,半導(dǎo)體層為兩電極即源極和漏極之間的導(dǎo)電溝道。溝道中電荷載流子的密度通過施加于柵極的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),因此,源極和漏極之間的電荷流動(dòng)可以通過施加于柵極的電壓來控制。
近來,越來越大的興趣集中在使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的FET的開發(fā)。在FET中使用有機(jī)半導(dǎo)體材料時(shí),可通過印刷方法,如絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷或微接觸印刷制造電子器件。另外,與一般的無機(jī)半導(dǎo)體材料相比,這些材料可以在更低的基板溫度下、在少許或無真空情況下進(jìn)行加工。因此,與使用無機(jī)半導(dǎo)體材料的電子器件相比,使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的包括FET的電子器件可更容易地且以更低成本制備。
自二十世紀(jì)八十年代以來,已對不同類型的有機(jī)材料,如小分子、聚合物和低聚物進(jìn)行了研究,以用作FET中的有機(jī)半導(dǎo)體材料。在該領(lǐng)域的一致努力下,在FET中的電荷載流子的遷移率方面,有機(jī)FET的性能已從10-5cm2/Vs提高到1cm2/Vs(J.M.Shaw,P.F.Seidler,IBM J.Res.& Dev.,Vol.45,3(2001))?,F(xiàn)在,有機(jī)薄膜晶體管的性能可與非晶硅晶體管的水平相當(dāng),所以,有機(jī)薄膜晶體管可應(yīng)用于電子紙、智能卡和顯示器件。
可使用半導(dǎo)體有機(jī)材料制備的重要電子器件,包括有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽能電池以及有機(jī)晶體管。在這些器件中,半導(dǎo)體有機(jī)材料和電極之間的電接觸對于提高這些器件的性能是至關(guān)重要的。例如,將電荷載流子注入層,如空穴注入層和電子注入層插入半導(dǎo)體層和電極之間以提高有機(jī)發(fā)光二極管的性能。即使有機(jī)晶體管的工作方式不同于有機(jī)發(fā)光二極管的工作方式,半導(dǎo)體層與源極和漏極之間的電接觸對于有機(jī)晶體管的性能仍具有深遠(yuǎn)的影響。
已報(bào)道,有機(jī)晶體管的性能取決于源/漏極材料(Y.Y.Lin等,Materials Research Society Symposium Proceedings(1996),413(Electrical,Optical,and Magnetic Properties of Organic Solid StateMaterials III),413-418.CODENMRSPDH ISSN0272-9172)。根據(jù)該報(bào)道,高功函金屬(例如,Pd、Pt和Au)表現(xiàn)出優(yōu)異性能,而具有相對較低功函的金屬(例如,Al)表現(xiàn)出顯著降低的性能。因此,在大多數(shù)有機(jī)晶體管中已使用高功函金屬,如金作為源/漏極。
然而,這種具有高功函的金屬(為貴重金屬)昂貴且難于使用工業(yè)方法加工,因此限制了其在有機(jī)晶體管中的應(yīng)用方法和應(yīng)用結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題 因此,本發(fā)明人已經(jīng)研究出一種能改善有機(jī)薄膜晶體管中半導(dǎo)體層與源極或漏極之間電接觸的方法。而且,本發(fā)明人已經(jīng)研究出一種使用價(jià)廉材料用于有機(jī)薄膜晶體管的源極或漏極的方法。即,他們已經(jīng)對即使具有低功函也可以用作有機(jī)薄膜晶體管的源極或漏極材料的價(jià)廉材料進(jìn)行了研究。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于,其提供了包括有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管,所述有機(jī)層包含有助于半導(dǎo)體層和電極之間歐姆接觸的有機(jī)化合物,并且用作半導(dǎo)體層,一種制備該有機(jī)薄膜晶體管的方法以及一種包括該有機(jī)薄膜晶體管的電子器件。
技術(shù)方案 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,一種有機(jī)薄膜晶體管,其包括柵極、絕緣層、源極、漏極和包括半導(dǎo)體層的至少一層有機(jī)層,其中,有機(jī)層的至少一層包含由下述化學(xué)式1表示的化合物。包含由化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層可以為半導(dǎo)體層,或者為與半導(dǎo)體層分開形成且在半導(dǎo)體層與源極和漏極中的至少一個(gè)電極之間形成的有機(jī)層
其中m和n各為1或2, 1為0或1, X1和X2各自獨(dú)立地為CH或N, Y1和Y2各自獨(dú)立地在n=1的情況下為NR0,且在n=2的情況下為N,其中R0選自包括氫、取代或未取代的烷基和取代或未取代的芳基的組, R1~R8彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地選自包括氫、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的鏈烯基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基胺基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的硅烷基(silane group)、取代或未取代的硼基團(tuán)(borongroup)、取代或未取代的脂族環(huán)基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、鹵素基團(tuán)(halogen group)、酰胺基團(tuán)(amide group)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR’)、酯基(-COOR)、磺?;?-SO2R)、亞砜基(-SOR)、氨磺?;?-SO2NRR′)、磺酸酯基(-SO3R)、三氟甲基(-CF3)、胺基(-NHR,-NRR′)和-L-M的組,以及其可與相鄰基團(tuán)鍵合形成芳香、脂族或雜環(huán)稠環(huán), L為未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C1-C60亞烷基;未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C6-C60亞芳基;或者未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的5~7元雜環(huán)基, M選自包括醇基(-OH)、巰基(-SH)、磷酸酯基(-PO3H)、胺基(-NHR、-NRR′)、取代或未取代的聚烯烴、取代或未取代的聚乙烯、取代或未取代的聚丙烯酸酯、取代或未取代的聚噻吩、取代或未取代的聚吡咯和取代或未取代的聚苯胺的組,以及 R和R′彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的C1-C60烷基、取代或未取代的C6-C60芳基或者取代或未取代的5~7元雜環(huán)基。
優(yōu)選地,化學(xué)式1中的R1~R8獨(dú)立地選自本領(lǐng)域技術(shù)人員很好理解的取代或未取代的吸電子基團(tuán)。
化學(xué)式1表示的化合物可選自由下述化學(xué)式2表示的化合物
其中n為0或1, R9~R18各自獨(dú)立地選自包括氫、鹵素基團(tuán)、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、磺?;?-SO2R)、亞砜基(SOR)、氨磺?;?-SO2NRR′)、磺酸酯基(-SO3R)、三氟甲基(-CF3)、酯基(COOR)、酰胺基團(tuán)(-CONHR,-CONRR′)、取代或未取代的直鏈或支鏈C1-C12烷氧基、取代或未取代的直鏈或支鏈C1-C12烷基、取代或未取代的芳香或非芳香雜環(huán)基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的胺基(-NHR,-NRR′)和-L-M的組,并且R9和R10或R11和R12可鍵合在一起形成芳香環(huán)或雜環(huán), L為未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C1-C60亞烷基;未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C6-C60亞芳基;或者未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的5~7元雜環(huán)基, M選自包括醇基(-OH)、巰基(-SH)、磷酸酯基(-PO3H)、胺基(-NHR、-NRR′)、取代或未取代的聚烯烴、取代或未取代的聚乙烯、取代或未取代的聚丙烯酸酯、取代或未取代的聚噻吩、取代或未取代的聚吡咯和取代或未取代的聚苯胺的組,以及 R和R′彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的C1-C60烷基、取代或未取代的C6-C60芳基或者取代或未取代的5~7元雜環(huán)基。
下文,對上述化學(xué)式中的取代基作詳細(xì)說明。
上述化學(xué)式中R0~R18的芳基的實(shí)例包括但不限于苯基、萘基、蒽基(anthracenyl)、并四苯基(tetracenyl)、并五苯基(pentacenyl)、聯(lián)苯基、三聯(lián)苯基、芐基、芘基、苝基(perylenyl)、暈苯基(coronenyl)等。
上述化學(xué)式中R1~R18的芳基胺基的實(shí)例包括但不限于二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯胺基、苯基甲苯胺基、咔唑基、三苯胺基等。
上述化學(xué)式中R1~R18的雜環(huán)基的實(shí)例包括但不限于吡啶基、吖啶基、噻吩基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、喹啉基等。
上述化學(xué)式中R1~R18的鹵素基團(tuán)的實(shí)例包括氟、氯、溴和碘。
上述化學(xué)式中R1~R18的硅烷基的實(shí)例包括但不限于噻咯基(silole group)、亞甲硅基等。
上述化學(xué)式中R1~R18的鹵素基團(tuán)的實(shí)例包括氟、氯、溴和碘。
在上述化學(xué)式中R1~R18的取代基包含其它取代基的情況下,這些取代基可選自包括氫、烷基、烷氧基、鏈烯基、芳基、芳基胺基、雜環(huán)基、硅烷基、硼基團(tuán)、脂族環(huán)基、氨基、腈基、硝基、鹵素基團(tuán)、酰胺基團(tuán)、酯基和醚基的組。
由上述化學(xué)式2表示的化合物的具體實(shí)例包括但不限于下述化合物。
在上述化學(xué)式中,x為2~10,000,000,以及R19和R20各自獨(dú)立地為取代或未取代的C1-C60烷基或者取代或未取代的C1-C60芳基。
有機(jī)薄膜晶體管為具有稱為源極、漏極和柵極的三個(gè)端子的電子器件。有機(jī)薄膜晶體管存在多種結(jié)構(gòu)。下文,將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說明。附圖中的圖和說明僅為示例性目的,因而本發(fā)明的范圍不限于此。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的橫截面圖。如圖1所示的有機(jī)薄膜晶體管為底柵(bottom-gate)頂接觸(top-contact)結(jié)構(gòu),并且包括基板11、設(shè)置在基板上的柵極16、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層12、設(shè)置在絕緣層上的半導(dǎo)體層14以及設(shè)置在半導(dǎo)體層和絕緣層上的源極15和漏極11。如圖1所示的有機(jī)薄膜晶體管具有包括單層有機(jī)層的結(jié)構(gòu),其中半導(dǎo)體層14包含化學(xué)式1表示的化合物。
圖1的有機(jī)薄膜晶體管可以通過以下步驟制備在基板11上使柵極16形成圖形,在基板和柵極上形成絕緣層12,在絕緣層12上形成p-和n-型半導(dǎo)體層14,然后在半導(dǎo)體層14和絕緣層12上形成源極15和漏極11。
圖2~5示出了包括雙層有機(jī)層的底柵頂接觸結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中,半導(dǎo)體層14構(gòu)成一層,并且插入半導(dǎo)體層14與源極和漏極的至少一個(gè)電極之間的有機(jī)層17構(gòu)成另一層。有機(jī)層17包含化學(xué)式1表示的化合物。
如圖2~5所示,有機(jī)薄膜晶體管為包括基板11、設(shè)置在基板上的柵極16、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層12、設(shè)置在絕緣層上的半導(dǎo)體層14以及設(shè)置在半導(dǎo)體層和絕緣層上的源極15和漏極11的結(jié)構(gòu),其中形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17以形成圖形并插入半導(dǎo)體層14和源極15/漏極11之間(圖2)、半導(dǎo)體層14和源極15之間(圖3)、或者半導(dǎo)體層14和漏極11之間(圖4),或者與源極15和漏極11接觸而不形成圖形(圖5)。
在包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17沒有形成圖形,并且連接在源極15和漏極11之間的情況下,關(guān)閉狀態(tài)的電流容量可由于有機(jī)層17的電導(dǎo)率而增加,因此優(yōu)選使有機(jī)層17形成圖形并插入。然而,即使在本發(fā)明中所用的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17沒有形成圖形的情況下,也可抑制關(guān)閉狀態(tài)的電流容量的增加。
在具有這種結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管中,通過向柵極16施加電壓可以在半導(dǎo)體層14上形成電荷載流子。例如,通過使用負(fù)柵電壓可在p-型半導(dǎo)體層中形成正電荷載流子(空穴),而通過使用正柵電壓可在n-型半導(dǎo)體層中形成電荷負(fù)載流子(電子)。半導(dǎo)體層中電荷載流子的密度可通過柵電壓調(diào)節(jié),所以源極和漏極之間的電流可通過施加于柵極的電壓來控制。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的橫截面圖。如圖6所示的有機(jī)薄膜晶體管具有底柵底接觸(bottom-contact)結(jié)構(gòu),其包括基板11、設(shè)置在基板上的柵極16、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層12、設(shè)置在絕緣層上的源極15和漏極11以及設(shè)置在絕緣層、源極和漏極上的半導(dǎo)體層14。圖6的有機(jī)薄膜晶體管具有包括單層有機(jī)層的結(jié)構(gòu),其中半導(dǎo)體層14包含化學(xué)式1表示的化合物。
也可制備具有底柵底接觸結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管,使其包括雙層有機(jī)層。在這種情況下,半導(dǎo)體層14構(gòu)成一層,并且插入半導(dǎo)體層14與源極和漏極的至少一個(gè)電極之間的有機(jī)層17構(gòu)成另一層。有機(jī)層17包含化學(xué)式1表示的化合物。具體而言,有機(jī)薄膜晶體管具有包括基板11、設(shè)置在基板上的柵極16、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層12、設(shè)置在絕緣層上的源極15和漏極11、設(shè)置在絕緣層、源極和漏極上的半導(dǎo)體層14的結(jié)構(gòu),以及形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17以形成圖形并插入半導(dǎo)體層14與源極15/漏極11之間(圖8)、半導(dǎo)體層14和源極15之間(未顯示)、或者半導(dǎo)體層14和漏極11之間(未顯示),或者與絕緣層12、源極15和漏極11接觸而不形成圖形(圖7)。
此外,根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管包括設(shè)置在基板13上的源極15和漏極11、設(shè)置在基板13、源極15和漏極11上的半導(dǎo)體層14、設(shè)置在半導(dǎo)體層14上的絕緣層12、以及設(shè)置在絕緣層12上的柵極16,其中半導(dǎo)體層14包含化學(xué)式1表示的化合物。
而且,根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管包括設(shè)置在基板13上的源極15和漏極11、設(shè)置在基板13、源極15和漏極11上的半導(dǎo)體層14、設(shè)置在半導(dǎo)體層14上的絕緣層12、以及設(shè)置在絕緣層12上的柵極16,其中包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17進(jìn)一步插入半導(dǎo)體層14和源極15/漏極11之間、半導(dǎo)體層14和源極15之間、或者半導(dǎo)體層14和漏極11之間。包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17插入半導(dǎo)體14和源極15/漏極11之間的結(jié)構(gòu)在圖10舉例說明。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管可具有包括設(shè)置在基板13上的半導(dǎo)體層14、設(shè)置在半導(dǎo)體層14上的源極15和漏極11、設(shè)置在半導(dǎo)體層14、源極15和漏極11上的絕緣層12、以及設(shè)置在絕緣層12上的柵極16的結(jié)構(gòu),其中半導(dǎo)體層14包含化學(xué)式1表示的化合物。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管具有包括設(shè)置在基板13上的半導(dǎo)體層14、設(shè)置在半導(dǎo)體層14上的源極15和漏極11,設(shè)置在半導(dǎo)體層14、源極15和漏極11上的絕緣層12、以及設(shè)置在絕緣層12上的柵極16的結(jié)構(gòu),其中包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層17插入半導(dǎo)體層14和源極15/漏極11之間、半導(dǎo)體層14和源極15之間、或者半導(dǎo)體層14和漏極11之間。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括形成包括柵極、絕緣層、源極、漏極和半導(dǎo)體層中的一層或多層有機(jī)層的步驟,其中有機(jī)層上的至少一層包含化學(xué)式1表示的化合物。優(yōu)選形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸。
包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層可以為半導(dǎo)體層,或者為與半導(dǎo)體層分開形成的有機(jī)層,并且形成于半導(dǎo)體層與源極和漏極的至少一個(gè)電極之間。
具體而言,制備根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;以及在半導(dǎo)體層和絕緣層上形成源極和漏極。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;以及在有機(jī)層和絕緣層上形成源極和漏極。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成源極和漏極;以及在絕緣層、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成源極和漏極;在絕緣層、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;以及在有機(jī)層上形成半導(dǎo)體層。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成源極和漏極;在基板、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;以及在半導(dǎo)體層上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成源極和漏極;在基板、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;在有機(jī)層上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成源極和漏極;在半導(dǎo)體層、源極和漏極上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
制備根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的方法包括以下步驟在基板上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;在有機(jī)層上形成源極和漏極;在有機(jī)層、源極和漏極上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
接著,用于有機(jī)薄膜晶體管的各元件以及本發(fā)明的效果將進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
基板 可使用滿足有機(jī)薄膜晶體管的熱力學(xué)和機(jī)械要求的玻璃、半導(dǎo)體片、金屬氧化物、陶瓷材料、塑料等作為基板13。
柵極 導(dǎo)電材料可用于柵極16,其包括但不限于碳、鋁、釩、鉻、銅、鋅、銀、金、鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、釓、錫、鉛、類似的金屬和上述金屬的合金;p-或n-摻雜硅;氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅以及類似的基于氧化錫或氧化錫銦的復(fù)合物;氧化物和金屬的混合物,如ZnO:Al、SnO2:Sb;以及導(dǎo)電聚合物,如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亞乙基-1,2-二氧基)噻吩]、聚吡咯和聚苯胺。
絕緣層 可用于絕緣層12的絕緣材料包括但不限于氧化硅、氮化硅;以及塑料絕緣體,如聚酰亞胺、聚(2-乙烯基吡啶)、和聚(4-乙烯基苯酚)、聚甲基丙烯酸甲酯。
半導(dǎo)體層 有兩類分子-p-型和n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料可用于半導(dǎo)體層。在p-型半導(dǎo)體材料的情況下,空穴為電荷載流子,而在n-型半導(dǎo)體材料的情況下,電子為電荷載流子。
p-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括但不限于并五苯、蒽二噻吩、苯并二噻吩、噻吩低聚物、聚噻吩、混合亞單元噻吩低聚物、氧官能化噻吩低聚物(H.E.Katz等,Acc.Chem.Res.34,359(2001))等。
n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括氟化金屬酞菁(Z.Bao,J.Am.Chem.Soc.120,207(1998))、全氟芳烴改性聚噻吩(A.Facchetti,Angew.Chem.Int.Ed.42,3900(2003))等。
而且,在半導(dǎo)體層中可包含本發(fā)明的化學(xué)式1表示的化合物。
與源極或漏極接觸的有機(jī)層 有機(jī)層包含至少一種由化學(xué)式1表示的化合物。包含至少一種由化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層促進(jìn)了半導(dǎo)體層與源極、漏極或源極和或漏極兩者之間歐姆接觸的形成。因此,由包含至少一種由化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層可提高有機(jī)薄膜晶體管中的閾電壓和電荷載流子的遷移率。
使用如真空沉積、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、微接觸印刷、旋涂、浸涂、SAM(自組裝單層)等的溶液法可以形成包含至少一種由化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層。在SAM法的情況下,使用可進(jìn)行SAM法的化合物,可選擇地將由化學(xué)式1表示的化合物涂敷至源極和漏極。而且,包含至少一種由化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層在從單分子層至幾十nm的厚度,優(yōu)選從單分子層至小至100nm的厚度下可表現(xiàn)更好的效果。
源極/漏極 導(dǎo)電材料可用于源極/漏極,其包括但不限于碳、鋁、釩、鉻、銅、鋅、金、鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、釓、錫、鉛、釹、鉑、鈀、類似的金屬和上述金屬的合金;p-或n-摻雜硅;氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅以及類似的基于氧化錫或氧化錫銦的復(fù)合物;氧化物和金屬的混合物,如ZnO:Al、SnO2:Sb;以及導(dǎo)電聚合物,如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亞乙基-1,2-二氧基)噻吩]、聚吡咯和聚苯胺。
另外,用于源/漏極的材料具有合適的功函,以降低電荷載流子注入勢壘(injection barrier)并與有機(jī)層形成歐姆接觸。當(dāng)p-型材料用于半導(dǎo)體層14中時(shí),源/漏極材料的功函相當(dāng)于或接近p-型有機(jī)材料的最高占有分子軌道(HOMO)能級。因此,對于源極/漏極,優(yōu)選具有高功函的金屬,包括鈀、鉑和金。當(dāng)n-型材料用于半導(dǎo)體層14中時(shí),源/漏極材料的功函相當(dāng)于或接近n-型有機(jī)材料的最低空分子軌道(LUMO)能級。因此,對于源/漏極,優(yōu)選具有低功函的金屬,包括鋁。
然而,根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管的性能表現(xiàn)出與具有包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層的源/漏極材料的低相關(guān)性。這允許我們以多種方式,包括絲網(wǎng)印刷、卷裝進(jìn)出工藝(reel-to-reel process)(J.A.Rogers等,Adv.Mater.11,741(1999))、微接觸印刷等制備有機(jī)薄膜晶體管。因此,在本發(fā)明中,有多種電極材料可用于源/漏極而不降低具有包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管的性能。
例如,通過使用由上述化學(xué)式1表示的有機(jī)層,可使用鋁作為圖10的結(jié)構(gòu)中的源/漏極。如圖10所示,可使鋁形成圖形,以通過使用光刻技術(shù)和刻蝕法容易地制造源極15/漏極11的陣列。另外,銀膏是一種可絲網(wǎng)印刷的導(dǎo)電油墨,并可通過絲網(wǎng)印刷法形成圖形,可用作源極15/漏極11。
在本發(fā)明中,對于源極和漏極,可以特別優(yōu)選使用如鋁、銀、金、釹、鈀、鉑和上述金屬的合金的材料。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種包括本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管的電子器件。只要根據(jù)本發(fā)明的電子器件包括根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管作為元件,其不限于這些種類,并且可以電子紙、智能卡和顯示器件為例。
有益效果 根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管有助于半導(dǎo)體層與具有有機(jī)層的源極/漏極之間的電接觸,所述有機(jī)層包含有助于半導(dǎo)體層和源極/漏極之間歐姆接觸的有機(jī)化合物,并且用作半導(dǎo)體層。因此,較價(jià)廉和加工性優(yōu)異的材料,即使其具有低功函,也可以用作有機(jī)薄膜晶體管中的源極或漏極的材料。
因此,根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管在半導(dǎo)體層和源極/漏極之間具有優(yōu)異的電接觸,因此可廣泛地用作電/電子器件的元件。具體而言,根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管可用于電子紙、智能卡和可能的顯示器件。
在下述詳細(xì)說明中,僅僅通過具體實(shí)施方式
的示例,僅僅示出和說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)理解,在完全不偏離本發(fā)明的情況下,能在多個(gè)顯而易見的方面對本發(fā)明進(jìn)行修改。
圖1~8分別為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的包括有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管的橫截面圖。
圖9為具有圖2中的橫截面的有機(jī)薄膜晶體管的俯視圖,其中W和L分別對應(yīng)于有機(jī)薄膜晶體管的溝道寬度和長度。
圖10為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的有機(jī)薄膜晶體管的簡化橫截面圖。
圖11~26為在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖,以及(IDS)1/2與VG特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式 給出下述實(shí)施例的目的是更好地理解本發(fā)明。然而,給出下述實(shí)施例僅僅用于舉例說明的目的,因此本發(fā)明不意限于此。
實(shí)施例1 以如圖5所示底柵頂接觸結(jié)構(gòu)制備場效應(yīng)晶體管。n-摻雜硅片用作基板13和柵極16。通過在n-摻雜硅上熱生長二氧化硅(SiO2)制備柵介質(zhì)或絕緣層12。二氧化硅(SiO2)柵絕緣層的厚度為300nm。半導(dǎo)體層14形成于二氧化硅(SiO2)柵絕緣層12的頂部上。并五苯用作p-型半導(dǎo)體材料。并五苯層14在1×10-6托的基礎(chǔ)壓力下以0.3/s的速度沉積。并五苯層的厚度為50nm。如圖5所示,有機(jī)層17以及金(Au)源/漏極15和11通過掩膜(shadow mask)分別沉積于并五苯膜的頂部上。如圖5所示,有機(jī)層17在Au源極15/漏極11沉積前沉積于并五苯膜的頂部上。由化學(xué)式2-11表示的化合物用于有機(jī)層17的形成。有機(jī)層17在1×10-6托的基礎(chǔ)壓力下以0.5/s的速度沉積,且有機(jī)層1 7的厚度為20nm。如圖9所示,有機(jī)FET的溝道長度(L)和寬度(W)對有機(jī)薄膜晶體管的性能具有很大影響。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,有機(jī)薄膜晶體管的溝道長度和寬度分別為1mm和100□。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖11。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性示于圖12。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.03cm2/Vs。
實(shí)施例2 除了用鋁(Al)代替金(Au)作為源極/漏極之外,以與實(shí)施例1所述相同的方式制造器件。
在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.01cm2/Vs。
可以發(fā)現(xiàn),包括具有鋁作為源極/漏極材料的有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管表現(xiàn)出與具有金作為源極/漏極材料的有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管相似的性能。
實(shí)施例3 除了如圖2所示,以與用于電極相同的形式將有機(jī)層17通過掩膜沉積于并五苯膜的頂部上之外,以與實(shí)施例2所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖13。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性示于圖14。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.01cm2/Vs。
如實(shí)施例2中所示的具有沒有形成圖形的有機(jī)層17的晶體管以及如實(shí)施例3中所示的具有形成圖形的有機(jī)層17的晶體管表現(xiàn)出相似水平的優(yōu)異場效應(yīng)遷移率。具有沒有形成圖形的有機(jī)層17的晶體管(實(shí)施例2)在關(guān)閉狀態(tài)與具有形成圖形的有機(jī)層17的晶體管(實(shí)施例3)具有相同水平的電流容量,這表明即使當(dāng)有機(jī)層17沒有形成圖形時(shí),有機(jī)層17的漏電流也不大。
實(shí)施例4 除了使用化學(xué)式2-30表示的化合物形成有機(jī)層17之外,以與實(shí)施例2所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖15。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性示于圖16。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.02cm2/Vs。
對比例1 除了不形成有機(jī)層17之外,以與實(shí)施例1所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖17。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性的曲線圖示于圖18。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.01cm2/Vs。
在相同的柵偏壓(gate biases)下,在并五苯和Au電極之間具有有機(jī)層17的晶體管(實(shí)施例1,圖11)比不具有有機(jī)層17的晶體管(圖17),具有更高值的源-漏電流??梢园l(fā)現(xiàn),具有設(shè)置在其間的有機(jī)層17的晶體管有助于半導(dǎo)體層與電極之間的歐姆接觸,從而改善了性能。
對比例2 除了用鋁(Al)代替金(Au)作為比較例1中的源極/漏極之外,以與對比例1相同的方式制造器件。
該器件不表現(xiàn)晶體管特性??梢园l(fā)現(xiàn),當(dāng)使用鋁作為源極/漏極時(shí),該器件僅僅在通過有機(jī)層17的沉積與源極或漏極接觸而促進(jìn)歐姆接觸的情況下作為晶體管。
實(shí)施例5 以如圖7所示的底柵底接觸結(jié)構(gòu)制備場效應(yīng)晶體管。使用n-摻雜硅片作為基板13和柵極16。通過在n-摻雜硅上熱生長二氧化硅(SiO2)制備柵介質(zhì)或絕緣層12。二氧化硅(SiO2)柵絕緣層的厚度為300nm。如圖7所示,通過掩膜分別將金源極15/漏極11沉積于二氧化硅(SiO2)柵絕緣層12上。將有機(jī)層17沉積于其上具有沒有形成圖形的源極15/漏極11的基板上。由化學(xué)式2-11表示的化合物用于有機(jī)層17的形成。有機(jī)層17在1×10-6托的基礎(chǔ)壓力下以0.5/s的速度沉積。有機(jī)層17的厚度為20nm。使用并五苯作為p-型半導(dǎo)體材料,在有機(jī)層17上形成半導(dǎo)體層14。并五苯層14在1×10-6托的基礎(chǔ)壓力下以0.3/s的速度沉積。并五苯層的厚度為50nm。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖19。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性示于圖20。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.03cm2/Vs。
可以發(fā)現(xiàn),底接觸結(jié)構(gòu)中的有機(jī)層17也表現(xiàn)出與頂接觸結(jié)構(gòu)中的有機(jī)層17相同的效果。
實(shí)施例6 除了將化學(xué)式2-38表示的化合物(數(shù)均分子量(Mn)=8000))溶于溶劑中并將其旋涂形成有機(jī)層17,其中四氫呋喃(THF)用作溶劑,且以1500rpm旋涂20秒,然后在80℃下進(jìn)行干燥2分鐘之外,以與實(shí)施例4所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖21。對于并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性示于圖22。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.02cm2/Vs。
對比例3 除了不形成有機(jī)層17之外,以與實(shí)施例5所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖23。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性的曲線圖示于圖24。在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=0.005cm2/Vs。
可以發(fā)現(xiàn),即使具有底接觸結(jié)構(gòu)的晶體管也有助于半導(dǎo)體層和電極之間的歐姆接觸,從而改善了性能。
實(shí)施例7 除了不形成有機(jī)層17并使用化學(xué)式2-30表示的化合物代替并五苯用于半導(dǎo)體層14之外,以與實(shí)施例5所述相同的方式制造器件。
在幾個(gè)柵電壓(VG)下,漏-源電流(IDS)與漏-源電壓(VDS)特性的曲線圖示于圖25。并五苯晶體管(VDS=-40V)的(IDS)1/2與VG特性的曲線圖示于圖26?;瘜W(xué)式2-30表示的化合物用作半導(dǎo)體層14的晶體管表現(xiàn)n-型晶體管特性,并且在漏-源電流飽和的狀況下,場效應(yīng)遷移率計(jì)算得μFET=1.5×10-5cm2/Vs。
可以發(fā)現(xiàn),化學(xué)式2表示的化合物可用作有機(jī)薄膜晶體管中的n-型半導(dǎo)體材料。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)薄膜晶體管,其包括柵極、絕緣層、源極、漏極和包括半導(dǎo)體層的至少一層有機(jī)層,其中,所述有機(jī)層的至少一層包含由下述化學(xué)式1表示的化合物
[1]
其中m和n各為1或2,
1為0或1,
X1和X2各自獨(dú)立地為CH或N,
Y1和Y2各自獨(dú)立地在n=1的情況下為NR0,且在n=2的情況下為N,其中R0選自包括氫、取代或未取代的烷基和取代或未取代的芳基的組,
R1~R8彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地選自包括氫、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的鏈烯基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基胺基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的硅烷基、取代或未取代的硼基團(tuán)、取代或未取代的脂族環(huán)基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、鹵素基團(tuán)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR’)、酯基(-COOR)、磺?;?-SO2R)、亞砜基(-SOR)、氨磺?;?-SO2NRR′)、磺酸酯基(-SO3R)、三氟甲基(-CF3)、胺基(-NHR,-NRR′)和-L-M的組,以及其可與相鄰基團(tuán)鍵合以形成芳香、脂族或雜環(huán)稠環(huán),
L為未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C1-C60亞烷基;未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C6-C60亞芳基;或者未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的5~7元雜環(huán)基,
M選自包括醇基(-OH)、巰基(-SH)、磷酸酯基(-PO3H)、胺基(-NHR、-NRR′)、取代或未取代的聚烯烴、取代或未取代的聚乙烯、取代或未取代的聚丙烯酸酯、取代或未取代的聚噻吩、取代或未取代的聚吡咯和取代或未取代的聚苯胺的組,以及
R和R′彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的C1-C60烷基、取代或未取代的C6-C60芳基或者取代或未取代的5~7元雜環(huán)基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,所述的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層為半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,所述的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層為與半導(dǎo)體層分開形成的有機(jī)層,并且在半導(dǎo)體層與源極和漏極中的至少一個(gè)電極之間形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板、設(shè)置在基板上的柵極、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層、設(shè)置在絕緣層上的半導(dǎo)體層、設(shè)置在半導(dǎo)體層和絕緣層上的源極和漏極,其中,將所述半導(dǎo)體層設(shè)置為與源極和漏極接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板、設(shè)置在基板上的柵極、設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層、設(shè)置在絕緣層上的半導(dǎo)體層、設(shè)置在半導(dǎo)體層上的有機(jī)層、以及設(shè)置在有機(jī)層和絕緣層上的源極和漏極,其中,將所述有機(jī)層設(shè)置為與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的柵極,設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層,設(shè)置在絕緣層上的源極和漏極,以及設(shè)置在絕緣層、源極和漏極上的半導(dǎo)體層,其中,將所述半導(dǎo)體層設(shè)置為與源極和漏極接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的柵極,設(shè)置在柵極和基板上的絕緣層,設(shè)置在絕緣層上的源極和漏極,設(shè)置在絕緣層、源極和漏極上的有機(jī)層,以及設(shè)置在有機(jī)層上的半導(dǎo)體層,其中,將所述有機(jī)層設(shè)置為與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的源極和漏極,設(shè)置在基板、源極和漏極上的半導(dǎo)體層,設(shè)置在半導(dǎo)體層上的絕緣層,以及設(shè)置在絕緣層上的柵極,其中,將所述半導(dǎo)體層設(shè)置為與源極和漏極接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的源極和漏極,設(shè)置在基板、源極和漏極上的有機(jī)層,設(shè)置在有機(jī)層上的半導(dǎo)體層,設(shè)置在半導(dǎo)體層上的絕緣層,以及設(shè)置在絕緣層上的柵極,其中,將所述有機(jī)層設(shè)置為與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的半導(dǎo)體層,設(shè)置在半導(dǎo)體層上的源極和漏極,設(shè)置在半導(dǎo)體層、源極和漏極上的絕緣層,以及設(shè)置在絕緣層上的柵極,其中,將所述半導(dǎo)體層設(shè)置為與源極和漏極接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其包括基板,設(shè)置在基板上的半導(dǎo)體層,設(shè)置在半導(dǎo)體層上的有機(jī)層,設(shè)置在有機(jī)層上的源極和漏極,設(shè)置在有機(jī)層、源極和漏極上的絕緣層,以及設(shè)置在絕緣層上的柵極,其中,將所述有機(jī)層設(shè)置為與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸并且包含化學(xué)式1表示的化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,化學(xué)式1表示的化合物選自由下述化學(xué)式2表示的化合物
[2]
其中n為0或1,
R9~R18各自獨(dú)立地選自包括氫、鹵素基團(tuán)、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、磺酰基(-SO2R)、亞砜基(SOR)、氨磺酰基(-SO2NRR′)、磺酸酯基(-SO3R)、三氟甲基(-CF3)、酯基(COOR)、酰胺基團(tuán)(-CONHR,-CONRR′)、取代或未取代的直鏈或支鏈C1-C12烷氧基、取代或未取代的直鏈或支鏈C1-C12烷基、取代或未取代的芳香或非芳香雜環(huán)基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的胺基(-NHR,-NRR′)和-L-M的組,并且R9和R10或R11和R12可鍵合在一起形成芳香環(huán)或雜環(huán),
L為未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C1-C60亞烷基;未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C6-C60亞芳基;或者未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的5~7元雜環(huán)基,
M選自包括醇基(-OH)、巰基(-SH)、磷酸酯基(-PO3H)、胺基(-NHR、-NRR′)、取代或未取代的聚烯烴、取代或未取代的聚乙烯、取代或未取代的聚丙烯酸酯、取代或未取代的聚噻吩、取代或未取代的聚吡咯和取代或未取代的聚苯胺的組,以及
R和R′彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的C1-C60烷基、取代或未取代的C6-C60芳基或者取代或未取代的5~7元雜環(huán)基。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,化學(xué)式1表示的化合物選自下述化學(xué)式2-1~2-41表示的化合物
其中,x為2~10,000,000,以及R19和R20各自獨(dú)立地為取代或未取代的C1-C60烷基或者取代或未取代的C1-C60芳基。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,所述的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層的厚度為從單分子層厚度至100nm范圍的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管,其中,所述的源極和漏極由選自鋁、銀、金、釹、鈀、鉑和上述金屬的合金的材料形成。
16.一種制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括形成柵極、絕緣層、源極、漏極和包括半導(dǎo)體層的至少一層有機(jī)層的步驟,其中,所述有機(jī)層的至少一層包含由下述化學(xué)式1表示的化合物
其中m和n各為1或2,
1為0或1,
X1和X2各自獨(dú)立地為CH或N,
Y1和Y2各自獨(dú)立地在n=1的情況下為NR0,且在n=2的情況下為N,其中R0選自包括氫、取代或未取代的烷基和取代或未取代的芳基的組,
R1~R8彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地選自包括氫、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的鏈烯基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基胺基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的硅烷基、取代或未取代的硼基團(tuán)、取代或未取代的脂族環(huán)基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、鹵素基團(tuán)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR’)、酯基(-COOR)、磺?;?-SO2R)、亞砜基(-SOR)、氨磺酰基(-SO2NRR′)、磺酸酯基(-SO3R)、三氟甲基(-CF3)、胺基(-NHR,-NRR′)和-L-M的組,以及其可與相鄰基團(tuán)鍵合形成芳香、脂族或雜環(huán)稠環(huán),
L為未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C1-C60亞烷基;未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的C6-C60亞芳基;或者未取代或由選自包括胺基(-NHR,-NRR′)、酰胺基團(tuán)(-NHCOR,-CONHR,-CONRR′)、醚基(-COR)和酯基(-COOR)的組的至少一種基團(tuán)取代的5~7元雜環(huán)基,
M選自包括醇基(-OH)、巰基(-SH)、磷酸酯基(-PO3H)、胺基(-NHR、-NRR′)、取代或未取代的聚烯烴、取代或未取代的聚乙烯、取代或未取代的聚丙烯酸酯、取代或未取代的聚噻吩、取代或未取代的聚吡咯和取代或未取代的聚苯胺的組,以及
R和R′彼此相同或不同,且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的C1-C60烷基、取代或未取代的C6-C60芳基或者取代或未取代的5~7元雜環(huán)基。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,所述的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層為半導(dǎo)體層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,所述的包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層為與半導(dǎo)體層分開形成的有機(jī)層,并且在半導(dǎo)體層與源極和漏極中的至少一個(gè)電極之間形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,將所述的由化學(xué)式1表示的化合物形成的有機(jī)層設(shè)置為與源極、漏極或源極和漏極兩者接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;以及在半導(dǎo)體層和絕緣層上形成源極和漏極。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;以及在有機(jī)層和絕緣層上形成源極和漏極。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成源極和漏極;以及在絕緣層、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成柵極;在柵極和基板上形成絕緣層;在絕緣層上形成源極和漏極;在絕緣層、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;以及在有機(jī)層上形成半導(dǎo)體層。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成源極和漏極;在基板、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成源極和漏極;在基板、源極和漏極上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;在有機(jī)層上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成源極和漏極;在半導(dǎo)體層、源極和漏極上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其包括下述步驟在基板上形成半導(dǎo)體層;在半導(dǎo)體層上形成包含化學(xué)式1表示的化合物的有機(jī)層;在有機(jī)層上形成源極和漏極;在有機(jī)層、源極和漏極上形成絕緣層;以及在絕緣層上形成柵極。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,所述的由化學(xué)式1表示的化合物形成的有機(jī)層的厚度為從單分子層厚度至100nm范圍的厚度。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,所述的由化學(xué)式1表示的化合物形成的有機(jī)層通過選自真空沉積、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、微接觸印刷、旋涂、浸涂和SAM(自組裝單層)的方法形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備有機(jī)薄膜晶體管的方法,其中,所述的源極和漏極由選自鋁、銀、金、釹、鈀、鉑和上述金屬的合金的材料形成。
31.一種電子器件,其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電子器件,其選自電子紙、智能卡和顯示器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括有機(jī)層的有機(jī)薄膜晶體管,所述有機(jī)層包含有助于半導(dǎo)體層和電極之間歐姆接觸的有機(jī)化合物,并且用作半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管在半導(dǎo)體層和源極/漏極之間具有優(yōu)異的電接觸,從而可廣泛地用作用于電氣/電子器件的元件。因此,價(jià)廉且加工性優(yōu)異的材料,即使其作為材料具有低功函,也可以用作有機(jī)薄膜晶體管中的源極或漏極的材料。
文檔編號H01L29/786GK101107716SQ200680003266
公開日2008年1月16日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者黃仁浩, 賢 崔, 李民釘, 李東勛, 金公謙, 裴在順, 李大熊, 金正凡 申請人:Lg化學(xué)株式會(huì)社