用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，包括：在基片的柵絕緣層上形成親水區(qū)域；將聚合物絕緣材料溶液旋涂在基片的柵絕緣層上；并用紫外光照使聚合物層內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，通過改變紫外光照時長，不同程度的改善聚合物絕緣層的界面性質(zhì)，以調(diào)控半導(dǎo)體墨滴單點(diǎn)和薄膜尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控器件電學(xué)性能。本發(fā)明在一定范圍內(nèi)改善了襯底與有機(jī)半導(dǎo)體層的界面性質(zhì)以及半導(dǎo)體單點(diǎn)和薄膜的尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，提高了有機(jī)薄膜晶體管器件的電學(xué)性能。
【專利說明】用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)薄膜晶體管(Organic Thin Film Transistor,簡稱0TFT)是一種用有機(jī)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體器件。有機(jī)材料相對于硅基材料加工困難、成本很高，但是有機(jī)材料可以制備成溶液，在溫和的條件下制備半導(dǎo)體器件，因而受到更多的關(guān)注，已經(jīng)成為下一代顯示技術(shù)中的核心環(huán)節(jié)。
[0003]由于有機(jī)半導(dǎo)體薄膜通常都具有較大的體電導(dǎo)，如果集成電路中薄膜晶體管器件的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜互相連接，一方面容易在相鄰器件之間產(chǎn)生串?dāng)_，另一方面也會使器件的漏電流大大增加，導(dǎo)致開關(guān)電流比降低。這些問題的存在嚴(yán)重阻礙了 OTFT器件在大面積陣列及集成電路中的應(yīng)用，所以有源層的圖案化格外重要。
[0004]噴墨打印圖案化法在所有圖案化方法中有著不可比擬的優(yōu)勢。首先它可以實現(xiàn)自寫入圖案化，即打印到哪里，哪里就自動生成圖案。只需要對打印墨頭在基片上的坐標(biāo)進(jìn)行控制，設(shè)定好兩個打印點(diǎn)之間的間隔距離，就可以不依賴其他因素(如模版，圖案設(shè)計等)進(jìn)行圖案化的薄膜制備。而且噴墨打印法還可以制備圖案化的絕緣層材料和電極材料。噴墨打印設(shè)備的機(jī)械化和智能化程度是極其先進(jìn)的，尤其是當(dāng)制備大面積的有機(jī)薄膜晶體管陣列時，多個墨頭配合工作可以在很短的時間內(nèi)完成圖案化薄膜的制備。但噴墨打印法存在致命的缺陷，其方法制備的有機(jī)薄膜晶體管器件性能也較差。主要因為噴墨打印設(shè)備打印出的薄膜不均勻，如果是單點(diǎn)打印，墨滴的干燥過程會出現(xiàn)咖啡環(huán)效應(yīng)，得到四周厚，中間薄的薄膜，使得薄膜的界面形貌不佳。其次，無論是單點(diǎn)打印還是多點(diǎn)連續(xù)打印，在溶劑蒸發(fā)過程中溶質(zhì)的結(jié)晶方向是不定向的。這都會造成薄膜形態(tài)的不均勻，導(dǎo)致器件性能變差。為了改善這一缺陷，目前運(yùn)用較多有通過調(diào)控基片表面能、及片表面生長有機(jī)單分子修飾層、旋涂聚合物層等來方法改變界面性質(zhì)，從而實現(xiàn)對薄膜形態(tài)以及結(jié)晶的調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，用以調(diào)控打印的半導(dǎo)體薄膜的形貌和結(jié)晶形態(tài)，以調(diào)控器件的電學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)在基片的柵絕緣層上形成親水區(qū)域；
(2)將聚合物絕緣材料溶液旋涂在基片的柵絕緣層上形成聚合物絕緣層；
(3)用紫外光照使聚合物絕緣層內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物絕緣層；
(4)通過改變紫外光照時長，不同程度的改善聚合物絕緣層的界面性質(zhì)，以調(diào)控半導(dǎo)體墨滴單點(diǎn)和薄膜尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控器件電學(xué)性能。[0007]所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的基片為硅基片、玻璃基片或塑料基片。
[0008]所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的紫外光的波長為254nm。
[0009]所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的紫外光照時間為0-120min，優(yōu)選調(diào)控光照時間為0_60min。
[0010]所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的聚合物絕緣材料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯類、聚丙烯腈、二烯類橡膠或聚甲基硅氧烷，優(yōu)選聚苯乙烯。
[0011]所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體墨滴溶液的溶劑為二氯苯、四氫化萘或苯甲醚。
[0012]一種有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，包括依次排列的柵電極、柵絕緣層、交聯(lián)聚合物絕緣層、有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極，其中，所述交聯(lián)聚合物絕緣層即通過權(quán)利要求1所述方法制備，有機(jī)半導(dǎo)體層通過噴墨打印制得。
[0013]所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的有機(jī)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料為小分子型半導(dǎo)體，優(yōu)選6，13-雙(三異丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)、2，7-二癸基- [I]苯并噻吩[3，2-b] [I] -苯并噻吩(BTBT)。
[0014]所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的源漏電極由金、銀、鋁或者石墨烯制得。
[0015]所述半導(dǎo)體小分子/墨滴溶劑的溶液質(zhì)量百分濃度為2%。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
采用本發(fā)明技術(shù)方案，聚合物絕緣層表面均勻平整，內(nèi)部為不同交聯(lián)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在用溶液法制備有機(jī)薄膜晶體管器件時不同程度上避免了溶劑對聚合物的溶解，在一定范圍內(nèi)改善了襯底與有機(jī)半導(dǎo)體層的界面性質(zhì)以及半導(dǎo)體單點(diǎn)和薄膜的尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，提高了有機(jī)薄膜晶體管器件的電學(xué)性能；本發(fā)明特別適合制備大尺寸圖案化的有機(jī)薄膜晶體管陣列。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的制備方法流程示意圖。
[0018]圖2為不同襯底溫度下，以TIPS-并五苯/四氫萘溶液作為噴墨打印的墨水，單點(diǎn)尺寸隨著PS薄膜紫外光照時間的不同的變化情況示意圖。
[0019]圖3為基底溫度28°C時，在不同紫外光照時間的PS膜上打印單點(diǎn)和薄膜的偏光照片。
[0020]圖4為基底溫度為28°C時，不同紫外光照時間的PS薄膜上，噴墨打印制備TIPS并五苯有機(jī)薄膜晶體管器件的轉(zhuǎn)移曲線圖，圖(a) (b) (c) (d)對應(yīng)的紫外光照時間分別為 0min、4min、7.5min、20min。
[0021]圖5為不同基底溫度下不同交聯(lián)程度的PS薄膜上，噴墨打印制備TIPS并五苯有機(jī)薄膜晶體管器件的平均遷移率性能比較圖，圖(I) (2) (3) (4)對應(yīng)的基底溫度分別為28。。、36。。、45。。、60。。?！揪唧w實施方式】
[0022]用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，包括以下步驟:
(1)在硅基片的柵絕緣層上形成親水區(qū)域；
(2)將聚合物絕緣材料溶液旋涂在硅基片的柵絕緣層上形成聚合物絕緣層；
(3)用波長為254nm的紫外光照使聚合物絕緣層內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物絕緣層，優(yōu)選調(diào)控光照時間為0-60min ；
(4)通過改變紫外光照時長，不同程度的改善聚合物絕緣層的界面性質(zhì)，以調(diào)控半導(dǎo)體墨滴單點(diǎn)和薄膜尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控器件電學(xué)性能。
[0023]所述的聚合物絕緣材料為聚苯乙烯。
[0024]半導(dǎo)體墨滴溶液的溶劑為二氯苯、四氫化萘或苯甲醚。
[0025]一種有機(jī)薄膜晶體管，包括依次排列的柵電極、柵絕緣層、交聯(lián)聚合物絕緣層、有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極，其中，所述交聯(lián)聚合物絕緣層即通過權(quán)利要求1所述方法制備，有機(jī)半導(dǎo)體層通過噴墨打印制得。
[0026]有機(jī)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料為小分子型半導(dǎo)體，優(yōu)選6，13-雙(三異丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)、2，7-二癸基-[I]苯并噻吩[3，2-b] [I]-苯并噻吩(BTBT)。
[0027]源漏電極石墨烯制得。
[0028]半導(dǎo)體小分子/墨滴溶劑的溶液質(zhì)量百分濃度為2%。
實施例
[0029]1.基片的清洗
將熱生長有300nm Si02的硅片，經(jīng)丙酮超聲lOmin，用大量的乙醇、純水沖洗，并經(jīng)氮?dú)獯蹈珊?，用紫?臭氧清洗儀清洗15min。
[0030]2.PS薄膜的制備
配制5mg/ml的PS/無水甲苯溶液，以3000r的轉(zhuǎn)速旋涂30s。成膜后，在120°C下干燥20min。用254nm的紫外光分別經(jīng)0min、4min、7.5min、20min、47.5min的不同時間對PS薄膜進(jìn)行光照處理。
[0031]3.0TFT器件的制備
噴墨打印20mg/mL TIPS并五苯/四氫萘墨水。最后熱蒸鍍60nm的金電極作為源、漏電極，制得底柵頂接觸的OTFT器件。
[0032]本發(fā)明的原理是:
紫外光照可以使聚苯乙烯長鏈上的α-Η原子斷裂，形成聚苯乙烯自由基。自由基相互反應(yīng)，形成交聯(lián)的聚苯乙烯。實驗證明，隨著紫外光照時間的增長，PS膜交聯(lián)密度增大，其表面性質(zhì)也有所改變。
[0033]在28°C到60°C基底溫度下，噴墨打印TIPS-并五苯墨水，得到的單點(diǎn)直徑隨著紫外光照的時間增長而減小。在未經(jīng)紫外交聯(lián)的PS薄膜上，單點(diǎn)直徑隨著基底溫度的升高而相應(yīng)減?。蛔贤夤庹找欢〞r間后，PS薄膜的表面能降低，單點(diǎn)直徑的減小幅度減??；且隨著紫外光照時間的增長，打印的單點(diǎn)直徑并不是隨著基底的溫度的升高而減小。相反，在在外光照時間達(dá)到45min左右時，隨著基底溫度的升高，單點(diǎn)直徑由18um增加到41um。單點(diǎn)尺寸隨著PS薄膜交聯(lián)程度不同而變化情況如圖2所示。從圖3可以看出，隨著交聯(lián)程度的增加，單點(diǎn)的TIPS并五苯的結(jié)晶性有很大的改善，紫外照射7.5min和20min的PS膜上打印的單點(diǎn)有明顯的結(jié)晶取向，打印的薄膜也有連續(xù)的結(jié)晶取向。但隨著交聯(lián)時間超過一定值后，TIPS-并五苯的單點(diǎn)結(jié)晶性有所降低，在紫外照射47.5min的PS膜上且打印的陣列不能成膜。由此可見，通過調(diào)控紫外光照時長，可實現(xiàn)對噴墨打印中單點(diǎn)和薄膜尺寸、形貌和結(jié)晶性的調(diào)控。
[0034]從圖4、5可以看出，紫外交聯(lián)后的PS薄膜上噴墨打印制備的器件平均遷移率是未經(jīng)紫外光照交聯(lián)的PS薄膜上打印的器件性能的數(shù)倍，且交聯(lián)程度不同器件性能有所差異。基底溫度的適當(dāng)提1 ?，有利于器件遷移率的提1?。
【權(quán)利要求】
1.用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在基片的柵絕緣層上形成親水區(qū)域； (2)將聚合物絕緣材料溶液旋涂在基片的柵絕緣層上形成聚合物絕緣層； (3)用紫外光照使聚合物絕緣層內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物絕緣層； (4)通過改變紫外光照時長，不同程度的改善聚合物絕緣層的界面性質(zhì)，以調(diào)控半導(dǎo)體墨滴單點(diǎn)和薄膜尺寸、形貌和結(jié)晶形態(tài)，從而調(diào)控器件電學(xué)性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的基片為硅基片、玻璃基片或塑料基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的紫外光的波長為254nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的紫外光照時間為0-120min，優(yōu)選調(diào)控光照時間為0_60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的聚合物絕緣材料為聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯類、聚丙烯腈、二烯類橡膠或聚甲基硅氧烷，優(yōu)選聚苯乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印有機(jī)薄膜晶體管的絕緣層修飾方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體墨滴溶液的溶劑為二氯苯、四氫化萘或苯甲醚。
7.一種基于權(quán)利要求1的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，包括依次排列的柵電極、柵絕緣層、交聯(lián)聚合物絕緣層、有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極，其中，所述交聯(lián)聚合物絕緣層即通過權(quán)利要求1所述方法制備，有機(jī)半導(dǎo)體層通過噴墨打印制得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的有機(jī)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料為小分子型半導(dǎo)體，優(yōu)選6，13-雙(三異丙基娃燒基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)、2，7- 二癸基-[I]苯并噻吩[3，2-b] [I] -苯并噻吩(BTBT)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的源漏電極由金、銀、鋁或者石墨烯制得。
【文檔編號】H01L51/40GK103762314SQ201310753613
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】邱龍臻, 陳夢婕, 王迎, 林廣慶, 陸紅波, 王曉鴻, 呂國強(qiáng) 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)