專利名稱：：全噴墨印刷的薄膜晶體管的制作方法
技術領域：
：本發明涉及通過噴墨印刷制造薄膜晶體管。
背景技術：
：US6,690,029Bl據稱公開了某些取代的并五苯以及由它們制成的電子器件。WO2005/055248A2據稱公開了頂柵薄膜晶體管中的某些取代的并五苯和聚合物。
發明內容簡而言之，本發明提供了制備薄膜晶體管的方法，所述方法包括以下步驟提供基底；通過噴墨印刷施加柵極油墨；通過噴墨印刷在上面施加介電油墨；通過噴墨印刷施加半導體油墨；和通過噴墨印刷施加源極和漏極油墨。在一些實施例中，將柵極油墨直接施加到基底上。在一些實施例中，將介電油墨施加到柵極油墨的至少一部分上。在一些實施例中，將半導體油墨施加到介電油墨的至少一部分上，并且將源極和漏極油墨施加到半導體油墨的至少一部分上。在一些實施例中，將源極和漏極油墨施加到介電油墨的至少一部分上，并且將半導體油墨施加到源極和漏極油墨的至少一部分上。在一些實施例中，將半導體油墨直接施加到基底上，將源極和漏極油墨施加到半導體油墨的至少一部分上，將介電油墨施加到源極和漏極油墨的至少一部分上，并且將柵極油墨施加到介電油墨的至少一部分上。在一些實施例中，將源極和漏極油墨直接施加到基底上，將半導體油墨施加到源極和漏極油墨的至少一部分上，將介電油墨施加到半導體油墨的至少一部分上，并且將柵極油墨施加到介電油墨的至少一部分上。在一些實施例中，半導體油墨包括溶劑和半導體材料，所述半導體材料包括:1重量％至99.9重量％的聚合物；和0.1重量％至99重量％的符合化學式I的化合物<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage7</formula>[I]其中每個R1獨立地選自H和CH3，并且每個R2獨立地選自支鏈或非支鏈C2-C18垸烴、支鏈或非支鏈C1-C18垸基醇、支鏈或非支鏈C2-C18烯烴、C4-C8芳基或雜芳基、C5-C32垸芳基或垸基-雜芳基、二茂鐵基或SiR33，其中每個R3獨立地選自氫、支鏈或非支鏈C1-C10烷烴、支鏈或非支鏈C1-C10垸基醇或支鏈或非支鏈C2-C10烯烴。在一些實施例中，聚合物在lkHz具有大于3.3的介電常數并且通常組成的組選自由下列物質組成的組聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。圖1為頂接觸/底柵薄膜晶體管中存在的各層的示意圖。圖2為底接觸/底柵薄膜晶體管中存在的各層的示意圖。圖3為頂接觸/頂柵薄膜晶體管中存在的各層的示意圖。圖4為底接觸/頂柵薄膜晶體管中存在的各層的示意圖。圖5為實例1中的底接觸/底柵薄膜晶體管的示意圖。圖6為實例1中的底接觸/底柵薄膜晶體管的顯微圖，定標線條是2.0mm。圖7為實例1中的底接觸/底柵薄膜晶體管的性能值坐標圖。具體實施例方式薄膜晶體管在輕質、便宜和易于再生產電子器件方面具有發展前途。本發明為全噴墨、全添加的薄膜晶體管提供制造方法。已知薄膜晶體管呈四種原理幾何形狀。結合圖1(表示頂接觸/底柵薄膜晶體管)、圖2(表示底接觸/底柵薄膜晶體管)、圖3(表示頂接觸/頂柵薄膜晶體管)和圖4(表示底接觸/頂柵薄膜晶體管)各圖，薄膜晶體管100包括基底10、柵極20、介質層30、半導體層40、源極50和漏極60。通常源極50和漏極60將與柵極20稍有搭接。在圖3和圖4所描繪的頂柵設計中，柵極20在介質層30上方，并且柵極20和介質層30均在半導體層40上方。在圖1和圖2所描繪的底柵設計中，柵極20在介質層30下面，并且柵極20和介質層30均在半導體層40下面。因此，通過噴墨印刷技術制造底柵設計需要可以在溶劑中施加到先前涂敷的介質層上而不會破壞或溶解這些層的半導體。眾所周知，噴墨印刷在本領域中用于例如圖形(包括多彩圖形)的印刷。噴墨印刷使細小墨滴能夠精確定位。任何合適的噴墨印刷系統可用于實施本發明，包括熱力噴墨、壓電噴墨和連續噴墨系統。最典型地，使用壓電噴墨系統。可用于噴墨印刷的油墨所含顆粒粒度通常不大于500nm，更通常不大于200nm。可用于噴墨印刷的油墨通常需要適當的流變性。薄膜晶體管的噴墨印刷需要使用可以在不損壞先前施加的油墨的條件下施加的油墨。本發明的油墨和材料允許構造其中每層均通過噴墨印刷制成的薄膜晶體管。因此，可以使用相對便宜然而精確的技術來產生電子電路。此外，在本發明的一些實施例中，晶體管制造僅需要添加步驟。也就是說，可以刪除蝕刻或其它材料移除的步驟。可用于本發明的半導體油墨通常包括溶劑和半導體材料，所述半導體材料通常包含聚合物和半導電化合物。可以使用任何合適的溶劑，所述溶劑可以包括酮、芳族烴等等。所述溶劑通常是有機溶劑。所述溶劑通常是非質子溶劑。可用于本發明的半導體油墨可以包括任何合適的聚合物。在lkHz條件下，聚合物的介電常數通常大于3.3，再通常大于3.5，更通常大于4.0。聚合物的M.W.(分子量)通常為至少1,000，更通常為至少5,000。代表性的聚合物包括聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。也可以使用氰基普魯蘭多糖。代表性聚合物也包括美國專利公布No.2004/0222412Al中所述的聚合物，該專利以引用的方式并入本文。其中所述的聚合物包括基本上非氟化并具有符合以下化學式的重復單元的有機聚合物2卞(R^其中每個R1獨立地為H、Cl、Br、I和芳基或包括可交聯基團的有機基團；每個R2獨立地為H、芳基或R4;每個R3獨立地為H或甲基；每個R5獨立地為烷基、鹵素或R4;R—c口Hlc—RHICIRT每個R4獨立地為具有至少一個CN基團并且每個CN基團具有約30至約200的分子量的有機基團；并且n=0至3;條件是聚合物中的至少一個重復單元包括R4。油墨中的半導體材料含有的聚合物是1重量％至99.9重量％，更通常是1重量％至10重量％。可用于本發明的半導體油墨可以包括任何合適的半導電化合物。半導電化合物可以為符合化學式I的官能化并五苯化合物R2R1R1IIR2其中每個R1獨立地選自H和CH3，并且每個R2獨立地選自支鏈或非支鏈C2-C18烷烴、支鏈或非支鏈C1-C18垸基醇、支鏈或非支鏈C2-C18烯烴、C4-C8芳基或雜芳基、C5-C32烷芳基或垸基-雜芳基、二茂鐵基或SiR33，其中每個RS獨立地選自氫、支鏈或非支鏈C1-C10烷烴、支鏈或非支鏈C1-C10垸基醇或支鏈或非支鏈C2-C10烯烴。通常每個R1為H。通常每個R2為SiR33。更通常每個R2為SiR33，并且每個R3獨立地選自支鏈或非支鏈C1-C10烷烴。最通常化合物為化學式II所示的6,13-二(三異丙基甲硅垸基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage11</formula>[II]半導體材料包含的化學式I或化學式II的化合物是1重量％至99.9重量％。可以使用任何合適的介電油墨，包括美國專利申請No.11/282,923中所公開的組合物，該專利申請以引用的方式并入本文。下面的實例進一步說明了本發明的目的和優點，但是這些實例中所提到的具體材料及其數量，以及其它條件和細節，均不應被解釋為是對本發明的不當限制。實例除非另外指明，所有試劑均獲自或可得自AldrichChemicalCo.，Milwaukee,WI，或可以通過已知方法合成。這些物質從以下廠商獲得，未經深入純化處理聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，得自DupontTeijinfilms,Q65APEN。Cabot銀墨，噴墨銀導體，體電阻率4-32mWcm，得自CabotPrintableElectronicsandDisplays,Albuqerque，NewMexico。全氟苯硫酚，得自AldrichChemicalCompany。甲苯，得自EMDChemicals,Inc.Gibbstown，NJ。環己酮，得自EMDChemicals,Inc.Gibbstown,NJ。6,13-二(三異丙基甲硅垸基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)，按照實例1中U.S.6，690，029B1中所公開的方式合成。聚(4-乙烯基苯酚)，MW(分子量)9,000至11,000Sp.gr.(比重)1.16(PVP)，得自Polyscience，Inc.Warrington,PA。四丙烯酸季戊四醇酯(SR444)，得自Sartomer,WestChester,Peimsylvania。Irgacure819，得自CibaspecialtyChemicals,BaselSwitzerland。制備實例-聚合物A的制備聚合物A為美國專利公布No.2004/0222412Al中描述的含腈苯乙烯-馬來酸酐共聚物，該專利以引用的方式并入本文。合成過程在其中的107和108段標題"實例1，聚合物1的合成"中描述如下向配有磁力攪拌器和充氮口的250毫升(mL)三頸燒瓶中注入8.32克(g)3-甲基氨基丙腈(Aldrich)和在50mL無水二甲基丙烯酰胺(DMAc,Aldrich)中的20.00g苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA1000樹脂，可得自Sartomer,Exton，PA.)的溶液。在室溫下攪拌混合物30分鐘(min)之后，加入N,N-二甲基氨基吡啶(DMAP)(0.18g，99%,Aldrich)，然后在ll(TC加熱該溶液17小時。使溶液冷卻至室溫，然后在機械攪拌的同時慢慢倒入1.5升(L)異丙醇中。經過濾收集所形成的黃色沉淀物，并且在減壓(大約30毫米(mm)Hg)下在80°C干燥48小時。收率26.0g。將二十克(20g)的這種物質溶解在50mL無水DMAc中，隨后加入28.00g縮水甘油基異丁烯酸酯(GMA)(Sartomer)、0.20g對苯二酚(J.T.Baker，Phillipsburg，NJ)和0.5gN,N-二甲基節胺(Aldrich)。該混合物用氮氣進行閃蒸，然后在55°C加熱20小時。將溶液冷卻至室溫之后，邊機械攪拌邊將其慢慢倒入1.5L己烷和異丙醇的混合物(2:1，體積體積(v/v)，GR,E.M.Science)中。將形成的沉淀物在50mL丙酮中溶解并且沉淀兩次，首先在以上采用的相同溶劑混合物中溶解，然后在異丙醇中溶解。經過濾收集固體(聚合物A)并且在減壓(大約399Pa(30mmHg))下在50°C干燥24小時。收率22.30g。FT-IR(薄膜):3433、2249、1723、1637、1458、1290、1160和704cm"。Mn(數均分子量)=8000克/摩爾(g/mo1)、Mw(重均分子量)=22，000g/mol。玻璃化轉變溫度(Tg)=105°C。介電常數大約為4.6。實例1晶體管的全噴墨印刷、的全添加陣列在一片PEN膜上以304dpi的分辨率進行印刷，對于銀墨和絕緣(聚合物A)油墨，采用滴體積為50pl的Spectra噴墨印刷頭SM-128,對于半導體(TIPS-PVP)油墨，采用滴體積為30pl的Spectra噴墨印刷頭SE-128。根據圖5中所描繪的圖形和以下方法按下列次序印刷各層1.柵極油墨，2.介電油墨，3.源極油墨/漏極油墨，和4.半導體油墨。用Cabot銀墨將柵極(lxlmm，具有探針片lxlmm)印刷到PEN基底上。將該材料加熱至125°C維持IO分鐘進行固化。將介質層(異佛樂酮中含15重量％的聚合物A、1.5重量％的Irgacure819光引發劑和1.5重量％的四丙烯酸季戊四醇酯交聯劑(SR444)的溶液)印刷到柵極頂上，以便將此帶的一半覆蓋，并露出一半制成電觸點。將該層置于氮保護氣氛中的短波長UV(紫外線)燈(254nm)下七分鐘進行固化。與每個柵極對齊印刷一對源極和漏極(bdmm)，以便在柵極頂部上方在源極和漏極之間形成100微米的槽，同時使柵極搭接量最少。還釆用Cabot銀墨對這些電極進行噴墨印刷，隨后在125°C條件下加熱10分鐘。然后用甲苯中O.lmmol的全氟苯硫酚溶液對此樣本進行1小時的處理。用甲苯漂洗樣本并使其干燥。通過短線噴墨進行半導體溶液的印刷(環己酮中10重量％的PVP和0.8重量％的TIPS的溶液)，以覆蓋源極和漏極之間的槽區，但不得觸及半導體材料形成的鄰近晶體管。然后將樣本在120°C條件下加熱10分鐘。圖6是定標線條為2.0mm的所得器件之一的顯微圖。圖7為性能值的坐標圖，所得器件按以下方法獲得。使用半導體參數分析儀(型號4145A，得自Hewlett-Packard,PaloAlto,California)在空氣中在室溫下測試晶體管性能。將漏-源電流(Ids)的平方根作為柵-源偏差(Vgs)(對于40V的恒定漏-源偏差(Vds)從+10V至-40V)的函數進行繪圖。使用下述公式Ids=CxW/Lx(Vgs-Vt)2/2用柵介質的比電容(C)、槽寬(W)和槽長(L)由該曲線的線性部分計算飽和場效應遷移率。該直線擬合的x-軸外推法取作閾值電壓(Vt)。此外，將Id作為Vgs的函數作圖產生曲線，其中沿包含Vt的曲線的一部分畫出直線擬合。該線斜率的倒數為亞閾斜率(S)。將開/關比率取作Ids-Vgs曲線最小和最大漏電流(Ids)差值。圖7中，標為A的跡線為實測漏電流(Id》，標為B的跡線為實測漏電流(IdO的平方根，標為C的跡線為實測柵電流(Ig》。在不背離本發明的范圍和原理的條件下，本發明的各種修改和更改對本領域內的技術人員來說將是顯而易見的，同時應當理解，本發明不應不當受限于上文闡述的示例性實施例。權利要求1.一種制備薄膜晶體管的方法，包括以下步驟提供基底；通過噴墨印刷施加柵極油墨；通過噴墨印刷在上面施加介電油墨；通過噴墨印刷施加半導體油墨；和通過噴墨印刷施加源極和漏極油墨。2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述柵極油墨直接施加到所述基底上。3.根據權利要求2所述的方法，其中將所述介電油墨施加到所述柵極油墨至少一部分上。4.根據權利要求3所述的方法，其中將所述半導體油墨施加到所述介電油墨的至少一部分上，并且將所述源極和漏極油墨施加到所述半導體油墨的至少一部分上。5.根據權利要求3所述的方法，其中將所述源極和漏極油墨施加到所述介電油墨的至少一部分上，并且將所述半導體油墨施加到所述源極和漏極油墨的至少一部分上。6.根據權利要求1所述的方法，其中將所述半導體油墨直接施加到所述基底上，將所述源極和漏極油墨施加到所述半導體油墨的至少一部分上，將所述介電油墨施加到所述源極和漏極油墨的至少一部分上，并且將所述柵極油墨施加到所述介電油墨的至少一部分上。7.根據權利要求1所述的方法，其中將所述源極和漏極油墨直接施加到所述基底上，將所述半導體油墨施加到所述源極和漏極油墨的至少一部分上，將所述介電油墨施加到所述半導體油墨的至少一部分上，并且將所述柵極油墨施加到所述介電油墨的至少一部分上。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述半導體油墨包括溶劑和半導體材料，所述半導體材料包含1重量％至99.9重量％的聚合物；和0.1重量％至99重量％的符合化學式I的化合物[I]其中每個R1獨立地選自H和CH3，并且每個R2獨立地選自支鏈或非支鏈C2-C18垸烴、支鏈或非支鏈C1-C18垸基醇、支鏈或非支鏈C2-C18烯烴、C4-C8芳基或雜芳基、C5-C32烷基芳基或烷基-雜芳基、二茂鐵基或SiR33，其中每個R3獨立地選自氫、支鏈或非支鏈C1-C10浣烴、支鏈或非支鏈C1-C10烷基醇或支鏈或非支鏈C2-C10烯烴。9.根據權利要求8所述的方法，其中每個R1為H，并且每個R2為SiR33，其中每個R3獨立地選自氫、支鏈或非支鏈C1-C10烷烴、支鏈或非支鏈C1-C10烷基醇、或支鏈或非支鏈C2-C10烯烴。10.根據權利要求8所述的方法，其中每個R1為H，并且每個R2為SiR33，其中每個R3獨立地選自支鏈或非支鏈C1-C10烷烴。11.根據權利要求8所述的方法，其中符合化學式I的化合物為6，13-二(三異丙基甲硅垸基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)。12.根據權利要求8所述的方法，其中所述聚合物在lkHz具有大于3.3的介電常數。13.根據權利要求8所述的方法，其中所述聚合物選自由下列物質組成的組聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。14.根據權利要求8所述的方法，其中所述聚合物為聚(4-乙烯基苯酚)。15.根據權利要求8所述的方法，其中所述聚合物為含有氰基的聚合物。16.根據權利要求8所述的方法，其中所述聚合物為基本上非氟化并具有符合以下化學式的重復單元的有機聚合物<formula>seeoriginaldocumentpage4</formula>和<formula>seeoriginaldocumentpage4</formula>其中每個R1獨立地為H、Cl、Br、I和芳基或包括可交聯基團的有機基團；每個R2獨立地為H、芳基或R4;每個R3獨立地為H或甲基；每個R5獨立地為烷基、鹵素或R4;每個R4獨立地為具有至少一個CN基團并且每個CN基團具有約30至約200的分子量的有機基團；并且n=0至3;條件是所述聚合物中的至少一個重復單元包括R4。全文摘要本發明提供一種制備薄膜晶體管的方法，所述方法包括以下步驟提供基底；通過噴墨印刷施加柵極油墨；通過噴墨印刷在上面施加介電油墨；通過噴墨印刷施加半導體油墨；和通過噴墨印刷施加源極和漏極油墨。在一些實施例中，半導體油墨包括溶劑和半導體材料，所述半導體材料包含1重量％至99.9重量％的聚合物；和0.1重量％至99重量％的如本文所述的官能化并五苯化合物。文檔編號H01L29/786GK101346821SQ200680049323公開日2009年1月14日申請日期2006年12月14日優先權日2005年12月28日發明者丹尼斯·E·沃格爾,布拉因·K·納爾遜,李子成,馬克·E·納皮耶臘拉申請人:3M創新有限公司