[发明专利]利用喷墨印刷技术制造有机半导体器件的方法及器件和利用该器件的系统

说明书

发明的背景

1、发明的领域

本发明一般涉及有机半导体器件，特别涉及利用喷墨印刷技术制造有机半导体器件的方法，及器件和使用该器件的系统。

2、相关技术的介绍

例如硅等无机半导体一般用于制造现代半导体和光子器件。这些无机半导体器件的处理可能是复杂和高成本的，一般包括例如晶体生长、切片和晶片的抛光及在晶片上形成集成电子电路等工艺步骤。比较起来，常规聚合物(有时称作塑料)较容易加工。例如，传统塑料部件的制造包括例如将熔化的塑料材料注入模具等较简单的工艺步骤。常规聚合物还具有柔韧且重量轻等特点，可以大表面积制造。然而，常规塑料不是半导电的，因此不能用于制造半导体器件。

共轭聚合物是一种结合了半导体的电学和光学特性及常规塑料的可加工性的有机材料。共轭聚合物的半导电性源于形成在例如聚(亚苯基亚乙烯基)、聚噻吩(PT)、聚(2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基(MEH-PPV)等含碳化合物中的离域π轨道。与常规聚合物不同，共轭聚合物含有使材料半导电而不绝缘的双键。共轭聚合物具有低成本加工的优点，柔韧、重量轻，并具有常规聚合物的可大规模加工性，而且具有硅的普通半导电特性。

共轭聚合物器件一般利用旋涂法制造。使含有大滴液态共轭聚合物的基片绕轴高速旋转，使液态共轭聚合物向外流，从而用材料薄膜涂敷基片，这种旋涂法利用了聚合物溶液加工性的优点。然而，该方法仍存在与旋涂有关的缺点。由于多数液态共轭聚合物飞出了基片，没涂在基片表面上，旋涂造成了溶液的浪费。此外，由于任何突出物都会在液态有机材料散布于基片表面上时产生阴影效应，所以旋涂法对基片表面上的灰尘或其它缺陷很敏感，会在缺陷的后面留下较薄的有机材料径向痕迹。

旋涂期间不容易控制的液态共轭聚合物流还无法形成希望的图形，限制了共轭聚合物的商业应用。例如，夹在两电极间的发光共轭聚合物可用于制造LEDs和发光标志(light-emitting logos，LELs)，但旋涂形成的共轭聚合物未构图单层将这种器件限制为单色器件，而且需要对电极进行构图。另外，由于共轭有机材料中的双键会因光刻工艺而被破坏，所以一般用于形成构图电极的光刻技术无法用于构图共轭聚合物层。

另一类有机半导体材料是共轭小有机分子类。这里将共轭有机化合物(有机物)定义为包括聚合物(每个分子链具有两个以上重复单元的有机物)和小有机分子(单个分子构成的有机物)。小有机分子具有与共轭聚合物类似的物理(电学和光学)性质，但利用不同的加工技术。有机分子通常在超高真空环境中，利用热升华法加工，形成所希望的薄膜，一般膜厚约100nm。小有机分子一般采用与共轭聚合物类似的器件结构，即有机薄膜夹有两电极之间。有机薄膜的构图可利用孔板(shadow mask)完成，但该方法需要精确地对准孔板，是一种速度慢且成本高的工艺。另外，横向分辨率也受到了限制。有机分子也可利用常规的旋涂工艺加工，但该方法无法构图。一般通过将这些分子与主共轭聚合物混合来加工小有机分子，使混合物保留聚合物于膜形成方面的机械特性的优点。图18a、18b和18c给出了适用于缓冲层和喷墨印刷淀积物的典型有机化合物的例子。

喷墨印刷(IJP)技术是桌面出版的普通技术，可用于高分辨率地淀积构图的共轭有机材料。T．R Hebner等人在Applied PhysicsLetters(应用物理通讯)第72卷第519页(1998)的题为“用于有机发光器件的掺杂聚合物的喷墨印刷”一文中，已介绍了IJP在淀积构图的共轭有机物方面的应用，这里引用该文献。然而，为了利用现有的IJP技术，只能印刷含颜料的低浓度聚合物溶液。结果是形成了对于高质量半导体器件来说不适用的低劣薄膜。

甚至在可以在下电极上淀积适当构图的共轭有机物时，仍存在其它问题。由于IJP的点形成性，利用IJP印刷的有机膜会有许多针孔。构图共轭有机物薄膜上的上电极材料淀积，会造成某些上电极材料通过针孔与下电极接触，产生造成使器件失效的短路。

本公开的概述

因此，本发明各实施方案的目的是提供一种利用混合喷墨印刷技术制造有机半导体器件的方法，及系统和引入该系统的器件，该方法对基片表面缺陷较不敏感，并且结合了常规半导体的电学和光学性质、和低成本加工性，柔韧性、重量轻且具有常规有机物的可大规模加工性。