[发明专利]有机薄膜晶体管、有源矩阵有机光学器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机薄膜晶体管、有源矩阵有机光学器件及其制造方法。

背景技术

晶体管可以划分为两种主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。这两种类型都有包括在其间沟道区内布置有半导体材料的三个电极的共同的结构。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这三个电极则称为源极、漏极和栅极。双极结晶体管可以描述为电流动作器件，因为发射极和集电极之间的电流由在基极和发射极之间流过的电流控制。相反，场效应晶体管可以描述为电压动作器件，因为在源极和漏极之间流过的电流由栅极和源极之间的电压控制。

晶体管还能够根据它们是包含传导正电荷载流子(空穴)的半导体材料还是包含传导负电荷载流子(电子)的半导体材料分别分类为p型和n型。半导体材料可以根据其接受、传导、及供予电荷的能力来选择。半导体材料接受、传导、及供予空穴或电子的能力能够通过对材料掺杂得以改善。用于源电极和漏电极的材料还能够根据其接受及注入空穴或电子的能力来选择。

例如，p型晶体管器件能够通过选择其在接受、传导、及供予空穴方面有效的半导体材料，以及选择其在注入及接受来自半导体材料的空穴方面有效的材料用于源电极和漏电极来形成。电极内的费米能级与半导体材料的HOMO能级良好的能级匹配能够改善空穴注入及接受。相反，n型晶体管器件能够通过以下方式形成：选择在接受、传导、及供予电子方面有效的半导体材料，并且选择在将电子注入半导体材料内以及接受来自半导体材料的电子方面有效的材料用于源电极和漏电极。电极内的费米能级与半导体材料的LUMO能级良好的能级匹配能够改善电子的注入及接受。能够起着n或p型的作用的双极性器件也是已知的。

晶体管能够通过将元件沉积于薄膜内以形成薄膜晶体管(TFT)的方式来形成。当将有机材料用作这样的器件内的半导体材料时，则它称为有机薄膜晶体管(OTFT)。

有机薄膜晶体管的各种配置是已知的。一种这样的器件是绝缘栅极场效应晶体管，该绝缘栅极场效应晶体管包括在其间沟道区中布置有半导体材料的源电极和漏电极，邻近半导体材料布置的栅电极以及布置于栅电极与沟道区中的半导体材料之间的绝缘材料层。

OTFT可以通过低成本、低温的方法(例如溶液处理)来制造。而且，OTFT可兼容于柔性塑料基板，从而提供了在成卷工艺(roll-to-roll process)中于柔性基板上大规模制造OTFT的前景。

在图1中示出了此类有机薄膜晶体管的实例。所示出的结构可以沉积于基板1上并且包括源电极和漏电极2、4，源电极和漏电极2、4由位于它们之间的沟道区6隔开。有机半导体(OSC)8被沉积于沟道区6中并且能够在源电极和漏电极2、4的至少一部分之上延伸。电介质材料的绝缘层10被沉积于有机半导体8之上并且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分之上延伸。最终，栅电极12被沉积于绝缘层10之上。栅电极12位于沟道区6之上并且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分之上延伸。

以上所描述的结构称为顶栅有机薄膜晶体管，因为栅极位于器件的顶侧。作为选择，同样已知的是将栅极设置于器件的底侧以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。

在图2中示出了此类底栅有机薄膜晶体管的实例。为了更清晰地示出在图1和2中所示的结构之间的关系，已经将相似的参考数字用于对应的部件。在图2中示出的底栅结构包括沉积于基板1上的栅电极12，在该栅电极12之上沉积电介质材料的绝缘层10。源电极和漏电极2、4沉积于电介质材料的绝缘层10之上。源电极和漏电极2、4由位于它们之间的在栅电极之上的沟道区6隔开。有机半导体(OSC)8沉积于沟道区6中并且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分之上延伸。

上述配置的一个问题是在沉积OSC时如何将OSC容纳于沟道区之内。该问题的一个解决方案是设置限定阱(well)的绝缘堤坝材料14的图形化层，在该阱中OSC 8能够通过例如喷墨印刷(inkjet printing)由溶液中沉积。在图3和图4中分别示出了用于底栅和顶栅有机薄膜晶体管的此类配置。再次，为了更清晰地示出图1和2中所示的结构之间，以及在图3和4中所示出的结构之间的关系，已经将相似的参考数字用于对应的部件。