[发明专利]制备半导体层的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备有机电子器件的半导体层的方法，并且特别涉及制备包含由该方法制备的半导体层的薄膜晶体管的方法。本发明还涉及用于制备该半导体层的共混物并且涉及包含由本发明的方法制备的半导体层的有机电子器件。

发明背景

晶体管可以通过如下工艺形成：从溶液沉积晶体管的半导体层以及在很多情形中沉积其它层。所得的晶体管被称作薄膜晶体管。当在半导体层中使用有机半导体时，该器件通常被描述为有机薄膜晶体管(OTFT)。

OTFT的各种配置是已知的。一种器件，绝缘栅场效应晶体管，包括源极和漏极，且半导体层布置在它们之间处于沟道区中，布置在该半导体层上方的栅极以及布置在栅极和沟道区中的该半导体之间的绝缘材料层。

可通过在栅极处施加电压来改变沟道的导电性。以这种方式，能够利用所施加的栅极电压开启和关断晶体管。对于给定电压可实现的漏极电流取决于晶体管的有源区域(即介于源极与漏极之间的沟道区)中的有机半导体中的电荷载流子的迁移率。因此，为了以低的操作电压实现高的漏极电流，有机薄膜晶体管必须具有如下有机半导体层：其在沟道区中具有高度迁移性的电荷载流子。

已经报导了包含小分子有机半导体的高迁移率OTFT，并且该高迁移率已被至少部分归因于半导体的高结晶属性。已经报导了在单晶OTFT中的特别高的迁移率，其中通过热蒸发来沉积有机半导体(参见例如Podzorov et al,Appl.Phys.Lett.,2003,83(17),3504-3506)。

然而遗憾的是，难以从小分子半导体的溶液加工的膜获得可重复的结果，并且认为这是由于它们成膜性能差。与源自衬底的材料网状结构(reticulation)和与衬底附着性相关的问题，膜粗糙度和膜厚度的变化能够限制OTFT中小分子半导体的性能。膜粗糙度可以是顶栅有机薄膜晶体管的进一步问题，因为在半导体层的最上表面处形成累积层。

为了克服该问题，已经开发出使用由小分子半导体和聚合物(尤其是聚合物半导体)的共混物。使用这种共混物的动机主要是为了克服小分子半导体的不良成膜性能。共混物由于聚合物的成膜性能而显示出优异的成膜性能。能够在文献中找到小分子半导体和聚合物半导体共混物的许多实例。

可以对小分子半导体和聚合物半导体的共混物进行溶液加工(例如通过旋涂或喷墨印刷)以形成半导体层。通常，该加工涉及将半导体溶解在溶剂中，将该溶液旋涂或喷墨印刷到基底上并随后干燥所得湿膜。在干燥步骤期间，溶剂蒸发从而产生包含聚合物半导体基质的半导体层，所述基质含有小分子半导体的晶体。

通常使用芳族或取代的芳族溶剂来溶解半导体。最通常使用邻二甲苯。在选择该溶剂的驱动因素是如下事实：其溶解小分子和聚合物半导体两者并且其快速蒸发从而形成半导体层。

然而GB2482974公开了一种制造OTFT的方法，其中使用选自C_1-4烷氧基苯和C_1-4烷基取代的C_1-4烷氧基苯的溶剂来代替邻二甲苯。列举的具体溶剂是邻二甲苯、四氢化萘、3,4-二甲基苯甲醚、苯甲醚和均三甲苯。GB2482974教导了相比于其它溶剂而言通过使用苯甲醚所得到的迁移率更大并且作为结果改进了器件性能。由于当使用这种溶剂时接触电阻降低，在短沟道长度下实现了改进的器件性能。

为了优化场效应迁移率，关于小分子和聚合物半导体的共混物的大部分现有技术关注于特定半导体材料的选择以及它们在共混物中的比率。

发明概述

从第一方面看，本发明提供了一种制备有机电子器件的半导体层方法，该方法包括：

(i)从包含聚合物半导体、非聚合物半导体、第一芳族溶剂和第二芳族溶剂的溶液沉积所述半导体层，其中所述第二芳族溶剂的沸点比所述第一芳族溶剂的沸点高至少15℃；和

(ii)加热所述沉积的层以蒸发所述溶剂。

从进一步的方面看，本发明提供了一种制备有机薄膜晶体管的方法，该薄膜晶体管包括：基底，源极和漏极，所述源极和漏极具有位于它们之间的沟道区，跨沟道区延伸并且与所述源极和漏极电接触的半导体层，栅极以及介于所述栅极和所述半导体层之间的绝缘层，其中通过本文所述的方法沉积所述半导体层。

从更进一步的方面看，本发明提供了一种可通过上文描述的方法获得的有机电子器件，如薄膜晶体管。

从再进一步的方面看，本发明提供了一种有机电子器件，例如顶栅薄膜晶体管，其包括：

i)基底；