[发明专利]包含新型导体和介电组合物的薄膜晶体管

说明书

在NIST(美国标准与技术研究院)先进技术计划(Advanced Technology Program)赞助的第70NANB2H03032号协议下由美国政府 的支持进行本发明。美国政府具有本发明的某些权益。

发明领域

本发明涉及包含新型介电层和新型电极的薄膜晶体管，所述新型 介电层包含聚合物/染料和聚合物组合物，所述新型电极包含可通过 干热转移法提供的金属组合物。

背景

与传统的晶体管相比，全部或部分由有机材料制成的薄膜晶体管 (TFT)会不太昂贵且容易制造，且可用于当传统的晶体管不经济且不 需要高密度的应用。例如，有机薄膜晶体管可用于电子纸、海报和书 籍、智能卡、玩具、仪表和用于产品辨认的电子条形码。有机TFT 还可由挠性材料制成，这种TFT可用于控制用于计算机、膝上型电 脑和电视的挠性面板显示器中的二极管。

有机TFT的一个特别的优点在于有可机会使用降低或消除需要 化学蚀刻剂、光掩模和基于溶剂的方法的热印刷方法来制造TFT。存 在用于构建电子器件的层的热转移的几个已知的实例。

对可印刷的电子产品的具体要求包括可热成像的绝缘层或介电 钝化层。例如，WO 2005/004205公开了一种通过热转移法在衬底上 形成填充的介电材料的图案的方法，该方法包括将可热成像的施主元 件(包括基础膜、光热转换(LTHC)层和介电材料转移层)暴露于热。在 薄膜晶体管(TFT)中，介电层用于使栅极与半导体和源极-漏极绝缘。 其主要的作用是允许电场通过，但不允许电流通过。基本要求是介电 层具有高体积电阻率(大于10¹⁴ohm-cm)以防止电流泄漏；且基本上不 含针孔以防止导电层之间灾难性短路。介电层还必须具有高纯度以便 不使相邻的半导体层掺杂；应该薄(例如为约5微米或更少)，且具有 用于低电压操作的高介电常数。

对可印刷的电子产品的另一个具体要求是热转移施主允许带图 案地热转移具有良好转移性能和与各种材料良好粘着性的导电金属 层。例如，WO 03/035279 A1公开了用于沉积电子构件(feature)(包括 导电层)的前体组合物和方法。特别需要这样的热转移施主，其中在 转移后无需进一步加热或烘烤带图案的金属层以获得高电导率金属 层。

需要包含介电层和/或可通过干热转移法提供的电极的TFT。为 了使性能最优化，TFT和TFT阵列的I_开关或平均I_开关(在TFT阵列的 情况下)应优选为约1E+05或更大，更优选为约1E+06或更大。此 外，TFT阵列的性能应表征为非常高的功能器件产率，优选为约98％ 或更大，更优选为约99％或更大，最优选为约100％。还需要长TFT 寿命，优选50天后I_开关下降约为初始值的一半或更少；和高迁移率， 优选为约0.05cm²V^-1s^-1或更大，更优选为约0.1cm²V^-1s^-1或更大，最 优选为约0.5cm²V^-1s^-1或更大。需要具有窄阈值电压分布的TFT阵列， 优选约85％的阈值电压分布为约10V或更少；且TFT/电容器阵列的 TFT和电容器产率均为约98％或更大，更优选为约99％或更大，最优 选为约100％。

发明概述

本发明的一方面为一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：(a) 衬底；(b)栅极；(c)介电层；(d)源极；(e)漏极；和(f)半导体层；其中 所述栅极、源极和漏极中至少一个包含金属组合物(A)，所述组合物 包含：(1)为所述金属组合物总重量的约65-约95％重量的选自以下的 金属粉末：Ag、Cu及其合金；具有许多平均最长尺寸为约5nm-约 1500nm的金属颗粒；和(2)约5-约35％重量的包含一种或多种选自以 下的树脂的分散剂：选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚杂芳族亚乙烯 基类及其衍生物的导电聚合物；选自丙烯酸类和苯乙烯类-丙烯酸类 胶乳，基于溶液的丙烯酸类和苯乙烯类-丙烯酸类聚合物或共聚物及 其组合的不导电聚合物；乙烯与一种或多种选自(甲基)丙烯酸酯、乙 酸乙烯酯、一氧化碳和(甲基)丙烯酸的单体的共聚物；和聚乙酸乙烯 酯及其共聚物。