[发明专利]使用激光诱导热转移印刷工艺制造有机薄膜晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明的多个方面涉及有机薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

晶体管可分为两个主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型均具有包括三个电极的共同结构，其具有在沟道区中设置于其间的半导体材料。双极结晶体管的三个电极称为发射极、集电极和基极，而在场效应晶体管中，三个电极称为源极、漏极和栅极。由于在发射极和集电极之间的电流通过在基极和发射极之间流动的电流进行控制，因此双极结晶体管可描述为电流操作器件。相反，由于源极和漏极之间流动的电流通过栅极和源极之间的电压进行控制，因此场效应晶体管可描述为电压操作器件。

根据是否包括分别传导正电荷载流子(空穴)或负电荷载流子(电子)的半导体材料，晶体管也可分成P型和N型。半导体材料可根据其接收、传导和给予电荷的能力进行选择。半导体材料接收、传导和给予空穴或电子的能力可通过将材料掺杂而增强。用于源极和漏极的材料也可根据其接收和注入空穴或电子的能力进行选择。例如，P型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予空穴方面有效的半导体材料，以及选择在从该半导体材料注入和接收空穴方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的HOMO(最高已占分子轨道)能级的良好能级匹配能增强空穴注入和接收。相反，N型晶体管器件可通过选择在接收、传导和给予电子方面有效的半导体材料，和选择在向该半导体材料注入电子和自该半导体材料接收电子方面有效的源极和漏极材料而形成。电极中费米能级与半导体材料的LUMO(最低未占分子轨道)能级的良好能级匹配能增强电子注入和接收。

晶体管可通过在沉积薄膜部件以形成薄膜晶体管来形成。当有机材料用作这种器件中的半导体材料时，其称为有机薄膜晶体管。

有机薄膜晶体管的各种布置是已知的。一种该器件是绝缘栅场效应晶体管，其包括源极和漏极，具有沟道区中设置于其间的半导体材料，包括与半导体材料相邻设置的栅极和设置在栅极和沟道区中的半导体材料之间的绝缘材料层。

这种有机薄膜晶体管的一个实例于图1中示出。所示结构可沉积在基板1上并包括源极和漏极2、4，该源极和漏极通过位于其间的沟道区6间隔。有机半导体(OSC)8沉积在沟道区6中并可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。介电材料的绝缘层10沉积在有机半导体8上方且可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。最后，栅极12沉积在绝缘层10上方。栅极12位于沟道区6上方并可在源极和漏极2、4的至少一部分的上方延伸。

由于栅极位于器件的顶部侧，因此上述结构称为顶栅有机薄膜晶体管。或者，还已知的是在器件底部侧上提供栅极以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。

这种底栅有机薄膜晶体管的实例于图2中示出。为了更清楚地示出图1与图2中所示结构之间的关系，对于相应部分使用相同的附图标记。图2中示出的底栅结构包括沉积在基板1上的栅极12，其上沉积有介电材料的绝缘层10。有机半导体(OSC)层8沉积在介电材料的绝缘层10上方。源极和漏极2、4沉积在OSC层8上方。源极和漏极2、4通过在栅极上方位于其间的沟道区6间隔。

现有技术中还已知的是在源极和漏极上提供薄的自组装偶极层以改善能级匹配。不希望受到理论的限制，薄的自组装偶极层可以提供场，该场使源/漏极附近的OSC的能级移动以改善OSC和源/漏极材料之间的能级匹配。这具有降低源极和漏极处的接触电阻并因而改善TFT的性能的效应。

需要能级匹配来降低空穴注入的势垒。为此，必须提高源极和漏极材料(触点)的功函数，特别是在金属的功函数太低的情况下。这可以通过多种途径实现，下面说明其中的两种。

一种途径是使用形成自组装单层的材料，即与金属表面共价连接的包含永久偶极矩的分子，例如取代的苯基类、硫醇或有机硅烷。

另一种途径是使用作为强的电子受体的分子：其中LUMO能级低于源极和漏极材料的费米能级。在这种情况下，当该材料吸收到金属上时，发生从金属到受体分子的LUMO的自发电荷转移，使得在金属表面上形成带负电荷的受体分子的层。一种示例性的材料是氟取代的四氰基二甲基对苯醌(F4-TCNQ)，其公开于本申请人较早的申请GB-A-0712269.0中。US2005/133782和J.Am.Chem.Soc.，2006，128，16418-16419也公开了使用苯甲腈或取代的苯甲腈例如TCNQ。

源极和漏极触点的可能的表面改性(以便提供更好的能级匹配)包括氧等离子体处理、UV-臭氧处理和形成自组装单层，该单层包含所讨论的具有强的永久偶极矩的分子。