CN1522473A - 有机半导体器件的制造方法 - Google Patents

有机半导体器件的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1522473A
CN1522473A CNA038005298A CN03800529A CN1522473A CN 1522473 A CN1522473 A CN 1522473A CN A038005298 A CNA038005298 A CN A038005298A CN 03800529 A CN03800529 A CN 03800529A CN 1522473 A CN1522473 A CN 1522473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic semiconductor
layer
monomer
semiconductor device
oxidizing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038005298A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100355103C (zh
Inventor
�Ͼñ���
久保田纯
小林本和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN1522473A publication Critical patent/CN1522473A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100355103C publication Critical patent/CN100355103C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/80—Constructional details
    • H10K10/82—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/20—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
    • H10K71/211—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by selective transformation of an existing layer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)

Abstract

本发明提供一种有机半导体器件的生产方法，通过这种方法，具有可选配置的有机半导体器件能很容易的生产出来。提供一种由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极和有机半导体层组成的有机半导体器件的生产方法，该方法包含以下步骤：1)形成导电聚合物前体的单体层；2)在特定的温度下保持单体层；并3)在单体层所需位置应用氧化剂溶液以获得具有所需的电导率的聚合物层。

Description

有机半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种有机半导体器件的制造方法。
背景技术
近年来，利用有机半导体器件的IC技术已经引起人们的注意。该技术主要的吸引力在于简单的生产过程步骤(低成本)，和与柔性衬底的兼容性。基于这些优点，有机半导体器件的应用被期望作为塑料电路、电子追踪标志、显示器的驱动电路和存储器的关键器件。
通常，有机半导体器件由衬底、栅电极、栅绝缘薄膜、源电极、漏电极和有机半导体薄膜组成，并被用作薄膜场效应晶体管(FET)等。当改变应用于栅电极上的电压(栅电压：VG)时，栅绝缘薄膜和有机半导体薄膜间的界面电荷会变得过量或不足，并且在源电极、有机半导体和漏电极间流动的漏-源电流值(Ids)改变而能够开关。
这里使用的术语“有机半导体”意在包含那些含碳或碳的同素异形体的材料，并且这种材料的载荷子迁移率在室温(20℃)时至少为10-3cm2/Vsec。
过去10多年以来，利用有机半导体薄膜晶体管(TFT)的IC技术已经被提出。这种电路的主要吸引力基于易于加工以及与柔性衬底的兼容性的期望。这些优点被期望应用于适于应用的低成本IC技术，例如智能卡、电子追踪标志和显示器。
此前的研究和开发结果的报告包括F.Garnier等人在科学杂志(science)第265卷中第1684-1686页的报告；H.Koezuka等人在应用物理快报(Applied Physical Letter)第62(15)卷中第1794-1796页的报告；H.Fuchigami等人在应用物理快报第63(10)卷中第1372-1374页的报告；G.Horowitz等人在应用物理期刊(AppliedPhysics Journal)第70(1)期第469-475页的报告；以及G.Horowitz等人在合成金属(Synthetic Metal)第42-43卷第1127-1130页的报告。在这些参考资料中说明的器件采用聚合物或低聚物作为活性材料，不同于在初始阶段开发的非晶硅和多晶硅TFT结构。这些器件通常为场效应晶体管(FET)。
有机聚合物器件与无机半导体器件相比，有明显的加工过程简单以及由此导致的低成本的优点。此外，由于有机聚合物器件兼容聚合物衬底，该衬底的可加工性和可塑性优秀，因此可以容易地形成具有柔性结构的器件。在这种情况下，由于与衬底在热膨胀系数上的兼容性，施加到粘合界面的应力小于施加到无机半导体/聚合物衬底上的应力。
用于器件的显示半导体特性的众所周知有机化合物，包括低分子化合物例如酞化青染料、以及π-共扼低聚物和π-共扼高分子化合物如聚噻吩。这些有机半导体化合物形成与无机半导体相似的能带结构，该能带结构由价带、导带、和禁带组成，并通过化学或物理方法氧化或还原(掺杂)而形成携带电荷的载体。这种有机半导体化合物能被应用于各种器件，而且至今已经发表几个报告。
采用有机半导体器件的电路具有改进集成密度的主因，而且需要有机半导体薄膜和电极的精细图案。然而，由于利用印刷或光学图案的常规生产方法需要花费大量的人力和成本来制造丝网和金属掩膜，它们不适于以下应用，该应用中以小批量低成本生产为多种用途优化的多种设计电路。
发明内容
已经考虑到上述问题完成本发明，因此，本发明的目标是提供一种有机半导体器件的生产方法，通过这种生产方法，能够很容易制造具有所需构造的有机半导体器件。
为了达到上述目标，本发明提供一种有机半导体器件的生产方法，该器件由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极和有机半导体层组成，这种方法由以下步骤组成：
1)形成导电聚合物前体的单体层；
2)在特定温度下保持该单体层；和
3)应用一种氧化剂溶液至单体层所需位置，从而获得所需电导率的聚合物层。
附图说明
图1的放大纵向剖面示意图表示由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极、和有机半导体层组成的有机半导体器件的一部分。
图2的放大纵向剖面示意图表示由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极、和有机半导体层组成的有机半导体器件的一部分。
图3的放大纵向剖面示意图表示由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极、和有机半导体层组成的有机半导体器件的一部分。
图4的纵向剖面图表示本发明中的实施例1到实施例3中所使用衬底的构造实施例，并且是表示导电硅衬底的一部分的放大示意图，图中，该衬底一侧有厚度约为1μm的二氧化硅薄膜；
图5的平面示意图表示用作制造本发明的实施例1-3中的有机半导体器件的图案的实施例；
图6的放大纵向剖面示意图表示应用氧化剂溶液来形成本发明实施例1中的有机半导体部分的步骤；
图7的放大纵向剖面示意图表示应用氧化剂溶液来形成本发明实施例2中的电极部分的步骤；而
图8的放大纵向剖面示意图表示应用氧化剂溶液来形成本发明实施例2中的有机半导体部分的步骤。
具体实施方式
通过本发明获得的TFT的通常构造如图1所示。该TFT包括栅电极1、栅绝缘层2、源电极3、有机半导体材料4、和漏电极5。
尽管下文将参照图1对本发明进行说明，本发明的特征是制造一种具有可选配置的有机半导体器件，而器件的构造和配置并不限于图1所示的构造和配置。
例如，如图2所示，该器件具有一种构造，其中栅绝缘薄膜2被形成在常规衬底材料6上，例如玻璃、硅、以及塑料等，以使栅电极1接触衬底上的栅绝缘薄膜2；或如图3所示，栅电极1可能被安装在有机半导体层4的顶部。
对于栅绝缘层2，选用电导率大约为10-12s/cm或更小的有机材料或无机材料。
有机绝缘材料的例子包括聚酰亚胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。如图2所示，本发明中的栅绝缘层可以是涂覆在衬底6上的有机绝缘材料，或也可以使用单独的有机绝缘材料作为衬底(结构材料)，如图1所示。
栅绝缘层2也可由无机材料利用众所周知的传统方法来形成，该无机材料包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、以及氧化铝(Al2O3)等。
用于本发明的单体是一种导电聚合物的前体单体，而且在恒温下通过使氧化剂溶液与单体层接触，氧化剂起到聚合催化剂的作用以获得导电树脂层。该导电树脂层可以被用于例如有机半导体4或源/漏电极3，5之类的器件中。
导电聚合物的前体单体的例子包括吡咯型化合物(在下文中，简称为“吡咯化合物”)、噻吩型化合物(在下文中，简称为“噻吩化合物”)，和苯胺型化合物(在下文中，简称为“苯胺化合物”)。
然而，通常，考虑到电导率的可控性、薄膜的附着力、图案的精确性，未取代的吡咯是一种特别优选的材料。
由于含有未取代吡咯的聚合物的聚合吡咯化合物的电导率可以在聚合过程中通过反应温度被控制在特别宽的范围内，聚合吡咯化合物是最适合用于选择性形成本发明中的半导体部分或电极部分的材料。
当将氧化剂添加到吡咯单体时，聚合反应开始。如果此时反应温度低，吡咯的聚合过程发生在聚合物的2-和5-的位置，其结果是具有共轭双键长链，也就是说，具有高电导率的聚合物被获得。相反，如果反应温度高，吡咯的聚合过程除发生在聚合物的2-和5-的位置之外，还发生3-和4-的位置，其结果是具有共轭双键短链，也就是说，具有中等或高阻抗的聚合物被获得。
尽管反应温度与电导率间的相关性根据吡咯单体的取代程度、氧化剂溶液的种类和浓度而有所不同，当将未取代吡咯用作单体，并且0.25mol/L的氯化铁(III)水溶液用作氧化剂溶液时，在约-50℃到0℃的反应温度的低温区域，获得电导率为10s.cm-1以上，适于电极应用的导体区的聚合物；在约15℃到70℃的反应温度的高温区域，获得电导率为10-5至10-2s.cm-1的半导体区的聚合物。
这是未取代吡咯的情况，当另一种吡咯化合物用于本发明时，由于电导率根据聚合位置而变化，因此必须非常注意取代位置。利用这种特性，所获得的聚合物的电导率能够更低，或控制得更精确。
适于本发明上述目标的吡咯化合物包括3，5-取代吡咯(例如，3，5-二甲基吡咯等)，3，4-取代吡咯(例如，4-甲基吡咯-3-羧甲基等)，N-取代吡咯(例如，N-甲基吡咯等)，和3-取代吡咯(例如，3-甲基吡咯，3-辛基吡咯等)。
适合作为噻吩化合物的化合物包括3-烃基噻吩，3，4-二烃基噻吩，3-烷氧基噻吩，3，4-二烷氧基噻吩，3-氯噻吩，3，4-二氯噻吩等。
本发明中的苯胺化合物包括未取代苯胺及其取代化合物，和结构相似的6-元件环路芳香烃化合物，它的例子包括苯胺、甲苯胺、氯苯胺和对二氨基联苯。
为了控制获得的聚合物的强度和电导率，上述吡咯化合物、噻吩化合物和苯胺化合物可组合使用；而且作为修改的目的的需要可以添加其它聚合物或可聚合单体。
如上所述，添加氧化剂至单体引起化学氧化聚合反应，以形成具有共轭双键的导电聚合物，如聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。
在常规的在溶液里进行的化学氧化聚合反应中，由于导电聚合物以粉末的形态获得，而且聚合物骨架(polymer skeleton)由共轭双键形成，因此很难在固体表面形成均匀薄膜。而且，由于这种适于聚合反应的氧化剂是离子态的，而且在溶解单体的有机溶剂中的溶解度低，反应不均匀，因此降低了聚合物的电导率。
然而在本发明中，由于离子氧化剂溶液应用于先前形成的单体薄膜，获得单体和氧化剂的混合程度很好的优势，而且薄膜状聚合物能够很容易形成。
应用单体层的方法没有特殊的限制，并使用通常所用的涂覆方法，例如旋涂法、铸造法、喷涂法、刮片法、模压涂层(die coating)法、浸涂法、印刷法等应用单体本身或单体溶液。在这些方法中，优选的方法是旋涂法、铸造法、和喷涂法。当使用溶剂时，根据使用的单体的溶解性和稳定性选择溶剂。如果包含与后来应用到单体涂层上的氧化剂溶液的兼容性很差的溶剂，则该溶剂在使用后经过干燥被去除，而且在这种情况下，像开始单体层的聚合反应这样的加热应被避免。
虽然单体层的厚度没有特殊限制，但该厚度最好为30nm到3000nm。如果单体层比30nm薄，带来的问题是氧化剂溶液粘附到除目标位置之外的其它位置，而且在获得的聚合物薄膜里容易形成缺陷；而如果单体层比3000nm厚，带来的问题是单体和氧化剂的混合不充分，而且成本提高。
虽然按照随后的描述通过应用氧化剂溶液到所需的位置，单体层能够容易地被制作图案，为了避免将单体材料的涂到整个待涂覆的材料表面上，在利用喷墨系统实现图案形成的同时，单体层的释放和运用也是可能的。在这种情况下，单体溶液的粘度被调整到大约1-30cp以便允许单体溶液从喷墨系统的记录头上释放出来。喷墨系统可以是压电喷墨(piezo-jet)系统或气泡喷墨(bubble-jet)系统。
在氧化剂溶液中的氧化剂的种类和浓度根据单体层的材料和厚度适当选择。但是，如果氧化剂的浓度过高(如，超过1mol/L)，经常形成再现性差的不均匀聚合物薄膜；因此，这种情况要避免发生。
氧化剂溶液的溶剂从那些很难受到氧化反应影响而且能够溶解氧化剂的溶剂中选取，包括氰化甲烷；水；脂肪醇，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇和乙二醇；醚，例如二乙醚和二丁醚；卤代烃，如氯仿、二氯甲烷、1，1-二氯乙烷，和1，1-二氯乙烯；芳香烃化合物及其衍生物如苯、4-氯吡啶；无质子极性溶剂，例如N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲替乙酰胺；酯，如乙酸甲酯和乙酸乙酯；以及硝基化合物如硝基甲烷、硝基乙烷和硝基苯。
当单体是吡咯化合物或噻吩化合物时，合适的氧化剂包括铁(III)盐(三价铁盐)，如氯化铁(III)、溴化铁(III)、碘化铁(III)及高氯酸铁(III)；钌(III)盐，如三氯化钌、三溴化钌、三碘化钌及三氯酸钌；和钼(V)盐，如五氯化钼和五溴化钼；以及无机卤化物，如氯化铝、氯化铝/氯化铜(II)、和四氯化钛；以及质子酸，如盐酸、硫酸、氢氟酸、高氯酸、三氯醋酸、三氟乙酰酸和磷酸。
在这些氧化剂中，考虑到反应、经济效益和操作容易，当单体是吡咯化合物时，氧化剂优选铁(III)化合物的水溶液，该化合物的化学通式为FemXn，其中，X为Cl-，Br-，I-，ClO4 -，F4 -，PF6 -，SbF6 -，CH3C6H4SO3 -，ZrF6 2-，TiF6 2-，或SiF6 -；而m和n分别为1-3的整数。
具体地，优选FeCl3，FeBr3，FeI3，Fe(ClO4)3，Fe(BF4)3，Fe(PF6)3，Fe(SbF6)3，Fe(CH3C6H4SO3)3，Fe(CF3SO3)3，Fe2(ZrF6)3，Fe2(TiF6)3，或Fe2(SiF6)3的水溶液。尤其优选氯化铁(III)(FeCl3)的水溶液。
当单体是苯胺化合物时，氧化剂包括铬酸盐(IV)、重铬酸盐(VII)和高锰酸(VII)。
虽然氧化剂的用量通常为0.01至100mol对1mol单体，当约2-3mol氧化剂用于1mol的单体时，定量的聚合反应发生。如果诸如空气中的氧、过氧化氢或臭氧之类的氧合基源被用作辅助氧化剂，化学氧化剂的用量可以相应减少。
少量的非氧化性成分如传导剂、稳定剂、表面活性剂、抗泡沫剂、UV吸收剂、染料和色素可以根据用途添加到氧化剂溶液中。
为提高聚合物的电导率，特别是提高初始电导率并老化稳定性，按照需要在单体的聚合过程中混合使用掺杂剂是可能的。掺杂剂在PH为1-5，优选PH为1-3的条件下使用。举例说来，合适的掺杂剂包括对甲苯磺酸、苯磺酸、氯苯磺酸、二氯苯磺酸、三氯苯磺酸、三氟甲基磺酸、蒽醌磺酸、蒽醌二磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、萘三磺酸、萘酚醌磺酸、异丙基萘磺酸、十二烷基苯磺酸、其它芳香烃磺酸和碱金属(如：钠和钾)盐；或高氯酸和碱金属盐或其四乙铵盐；和盐酸、硫酸、硝酸和磺基水杨酸。尤其优选芳香烃磺酸或其碱金属盐。
虽然通常添加单一掺杂剂，但也可添加混合掺杂剂。掺杂剂的用量通常是单体用量的0.1-3倍(以摩尔比率表示)；但是，用量并不限于此。然而，像氧化剂一样，由于过量使用掺杂剂结果导致形成不均匀的再现性差的聚合物薄膜，因此这种情况应该避免发生。
虽然，只要氧化剂溶液能够以高准确度被应用到所需位置，应用氧化剂溶液的方法就不受限制，但还是优选使用喷墨系统。通过使用喷墨系统，所需用量的氧化剂溶液会被释放并应用到所需位置，而且像家用打印机这样小的机器都能完成这种应用。在这种情况下，氧化剂溶液的粘度被调整到1-30cp，以便从喷墨系统的记录头上释放出来。喷墨系统既可以是压电喷墨系统也可以是气泡喷墨系统。
当喷墨系统被用于应用氧化剂溶液时，上述添加剂或掺杂剂不是必须溶解或分散到氧化剂溶液中，而是可以储存在单独的墨盒中从而使得在释放和应用氧化剂溶液的同时得到释放和应用。
当氧化剂溶液应用到单体层所需的位置时，在特定的温度下其成分能够保持以便控制它的反应。由于如此获得的聚合物的电导率能被有选择地控制，本发明使得利用这种现象按照需要有选择性地形成中等阻抗的有机半导体部分4或传导电极部分3，5成为可能。
反应温度和电导率的相关性依赖于所用的单体的种类，和所用的氧化剂溶液的种类和浓度。例如，当用未取代吡咯和0.25mol/L的氯化铁(III)水溶液时，如上所述通过改变反应温度，可以选择获得电导率为10s.cm-1以上的在导体区的聚合物或者电导率为10-5到10-2s.cm-1的在半导体区的聚合物。
如果获得的聚合物的电导率不足以用作器件的电极，该聚合物可以进一步用化学和电化学方法掺杂以进一步提高它的电导率。
当在氧化剂应用的位置单体的聚合反应已经完成后，而且有机半导体部分4和传导电极部分3，5已经获得后，还没有应用氧化剂溶液的单体的部分，以及多余的氧化剂必须用溶剂等清洗并去除。
本器件中的源电极3和漏电极4不是必须通过单体层和氧化剂的反应制成，而是可以通过使用常规的金属电极、碳棒电极或导电聚合物电极制成。
实施例
本发明将在随后参照实施例详细描述；然而，本发明决不限于这些实施例的范围。
实施例1
图4表示的是导电硅衬底的纵向剖面示意图，该衬底一侧有厚度为约1μm的二氧化硅薄膜，该衬底市场上可买得到。将衬底的导电硅部分用作栅电极1，二氧化硅部分用作栅绝缘薄膜2，从而构成器件。
将按重量计算的20％的未取代吡咯的乙醇溶液通过旋涂应用到衬底上，获得的单体层的薄膜厚度约200nm。
整个衬底被加热并维持在70℃，并且遵循先前用市场上可买到的软件设计的图案(图5所示的例子)，作为氧化剂的0.25mol/l的氯化铁(III)水溶液被压电喷墨系统释放出来并以4μl/cm2的释放量被打印到单体层上。图6表示此步骤的示意图。打印之后聚合反应立即迅速发生，而且获得变黑聚合物薄膜以用作有机半导体。
没反应的单体用乙醇清洗并去除之后，一种PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)(Nagase ChemteX公司；商标号：Denatron P-502S；浓度：按重量计3.0％)的水溶液作为导电聚合物被应用压电喷墨方法以形成源/漏电极。
获得的有机半导体器件有图1所示的结构，而且源电极和漏电极间的通道长度的测量值为51μm。
实施例2
通过遵照与实施例1相同的程序，未取代吡咯的单体层在导电硅衬底上面形成，该衬底一侧有二氧化硅薄膜。
整个衬底被保持在0℃，并且遵照与实施例1相同的图案，作为氧化剂的0.25mol/l的氯化铁(III)水溶液被压电喷墨系统释放出来并以4μl/cm2的释放量打印到单体层上。图7表示此步骤的示意图。应用之后聚合反应立即迅速发生，而且用作源/漏电极的变黑聚合物薄膜在十余秒内被获得。
下一步，整个衬底被加热并维持在70℃，而且氯化铁(III)水溶液再次以4μl/cm2的释放量被压电喷墨系统释放出来，以在邻近先前形成的源/漏电极的部分形成有机半导体。此时的调整用安装在喷墨头上的光学检测器完成。图8表示这个步骤的示意图。
没反应的单体用乙醇清洗并去除。
获得的有机半导体器件有图1所示的结构，而且源电极和漏电极间的通道长度的测量值为48μm。
实施例3
如实施例1中那样，将具有图4所示的二氧化硅薄膜的衬底的导电硅部分用作栅电极1，二氧化硅部分用作栅绝缘薄膜2，从而构成器件。
按重量计算的10％的作为单体的未取代吡咯的乙醇溶液，和作为氧化剂的0.25mol/1的氯化铁(III)水溶液被储存在所用的压电喷墨打印机的墨盒中。
整个导电硅衬底被保持在0℃，并且遵照与实施例1相同的图案，单体溶液(释放量：1.5μl/cm2)和氧化剂溶液(释放量：4μl/cm2)被同时释放出来并打印到相同的位置上。应用之后聚合反应立即迅速发生，而且用作有机半导体的变黑聚合物薄膜在十余秒内被获得。
下一步，整个衬底被加热并维持在70℃，而且单体溶液和氧化剂溶液被压电喷墨系统释放出来并打印，以在邻近先前形成的有机半导体的部分生成源/漏电极部分。此时的调整用安装在喷墨头上的光学检测器完成。
获得的有机半导体器件有图1所示的结构，而且源电极和漏电极间的通道长度的测量值为50μm。
实施例4
像如实施例1中那样，将具有图4所示的二氧化硅薄膜的衬底的导电硅部分用作栅电极1，二氧化硅部分用作栅绝缘薄膜2，从而构成器件。
在衬底上，按重量计15％的3-已基噻吩的乙醇溶液通过旋涂被应用。获得的单体层的薄膜厚度约150nm。
整个衬底被加热并维持在50℃，并且遵照与实施例1相同的图案，作为氧化剂的0.20mol/l的稀释硫酸的水溶液被压电喷墨系统以5μl/cm2的释放量释放并打印出来。打印之后聚合反应立即迅速发生，而且用作有机半导体的变黑聚合物薄膜被获得。
没反应的单体用乙醇清洗并清除之后，一种PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)(Nagase ChemteX公司；商标号：Denatron P-502S；浓度：按重量计3.0％)的水溶液作为导电聚合物被应用压电喷墨方法以形成源/漏电极。
获得的有机半导体器件有图1所示的结构，而且源电极和漏电极间的通道长度的测量值为54μm。
在实施例1-4中构成的有机半导体器件的载流子迁移率、电导率和开/关比率在以下的表格1中集中地列出。实施例1-4中所有器件显示出的开关特性为，在源电极、有机半导体和漏电极间流动的电流的漏源电流值(Ids)随施加到栅电极上的电压(栅电压：VG)的变化而变化，而且具有作为有机半导体的功能。
                           表1
            载流子迁移率             电导率            开/关比率
实施例1     1.0-4.9×10-3cm2/Vs    3-8×10-6s/cm    35-90
实施例2     0.7-2.0×10-2cm2/Vs    1-4×10-5s/cm    30-150
实施例3     1.0-3.5×10-2cm2/Vs    5-9×10-5s/cm    40-200
实施例4     0.8-2.1×10-3cm2/Vs    1-3×10-6s/cm    10-30
表1中的载流子迁移率μ用下面的公式进行计算：
    Ids＝(WCi/2L)μ(VG-V0)2
其中W为通道宽度，L为通道长度，以及Ci为栅绝缘层的电容(单位面积)。
由在饱和区的漏电极电流(Ids)的平方根与栅电压(V0)之间的关系可以看出，表观阀电压(V0)是由使用测量值外推到Ids＝0时确定的。在饱和区间的Ids通过观测在特定的VG下漏源电压(Vds)和漏源电流间的关系决定的。在饱和区的Ids指即便当源极电压升高时也不再提高的Ids值。在饱和区的Ids与VG一起变化。确定V0的方法为本领域的技术人员所熟知。
表1中的电导率用下面的公式确定：
σ＝CiV0μ/d
其中，Ci为绝缘层的电容，V0为表观阀电压，μ为载流子迁移率，d为有机半导体聚合物薄膜的厚度。
开/关比率是当栅电压(VG)大于漏电压(VD)时饱和状态下的漏电流与在VG＝0时的漏电流的比值。
工业实用性
从以上描述可见，按照本发明，可产生由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极和有机半导体层组成的有机半导体器件。按照这种生产方法，具有可选配置的有机半导体器件能够很容易地以低成本生产出来。

Claims (6)

1.一种制造由栅绝缘层、栅电极、源电极、漏电极、和有机半导体层组成的有机半导体器件的方法，包括以下步骤：
1)形成导电聚合物前体的单体层；
2)在特定的温度下保持所述单体层；并
3)在单体层所需位置涂覆氧化剂溶液以获得具有所需电导率的聚合物层。
2.按照权利要求1制造有机半导体器件的方法，其中第2)步包括通过反应温度控制所形成的聚合物层的电导率从而有选择性地形成所述半导体层部分和源/漏电极部分的步骤。
3.按照权利要求1制造有机半导体器件的方法，其中所述氧化剂溶液通过使用喷墨系统被以特定形状涂覆到特定位置。
4.按照权利要求1生产有机半导体器件的方法，其中所述单体层通过使用喷墨系统被以特定形状涂覆到特定位置。
5.按照权利要求1制造有机半导体器件的方法，其中所述单体包含吡咯化合物，而且所述氧化剂溶液是铁(III)化合物的水溶液，该化合物的化学通式表示为：FemXn，其中X为ClO4 -，BF4 -，PF6 -，SbF6 -，CH3C6H4SO3 -，CF3SO3 -，ZrF6 2-，TiF6 2-，或SiF6 -；而m和n分别为1-3的整数。
6.按照权利要求1制造有机半导体器件的方法，其中所述单体包含噻吩化合物。
CNB038005298A 2002-02-06 2003-02-04 有机半导体器件的制造方法 Expired - Fee Related CN100355103C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002029793A JP2003234473A (ja) 2002-02-06 2002-02-06 有機半導体素子の製造方法
JP029793/2002 2002-02-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1522473A true CN1522473A (zh) 2004-08-18
CN100355103C CN100355103C (zh) 2007-12-12

Family

ID=27677894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038005298A Expired - Fee Related CN100355103C (zh) 2002-02-06 2003-02-04 有机半导体器件的制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7026231B2 (zh)
EP (1) EP1472750A1 (zh)
JP (1) JP2003234473A (zh)
KR (1) KR100581429B1 (zh)
CN (1) CN100355103C (zh)
AU (1) AU2003244352A1 (zh)
WO (1) WO2003067680A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108886099A (zh) * 2016-02-03 2018-11-23 日产化学株式会社 电荷传输性清漆

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10061297C2 (de) 2000-12-08 2003-05-28 Siemens Ag Verfahren zur Sturkturierung eines OFETs
DE10061299A1 (de) 2000-12-08 2002-06-27 Siemens Ag Vorrichtung zur Feststellung und/oder Weiterleitung zumindest eines Umwelteinflusses, Herstellungsverfahren und Verwendung dazu
DE10105914C1 (de) 2001-02-09 2002-10-10 Siemens Ag Organischer Feldeffekt-Transistor mit fotostrukturiertem Gate-Dielektrikum und ein Verfahren zu dessen Erzeugung
DE10151440C1 (de) 2001-10-18 2003-02-06 Siemens Ag Organisches Elektronikbauteil, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
DE10160732A1 (de) 2001-12-11 2003-06-26 Siemens Ag Organischer Feld-Effekt-Transistor mit verschobener Schwellwertspannung und Verwendung dazu
DE10212640B4 (de) 2002-03-21 2004-02-05 Siemens Ag Logische Bauteile aus organischen Feldeffekttransistoren
DE50306683D1 (de) 2002-08-23 2007-04-12 Polyic Gmbh & Co Kg Organisches bauelement zum überspannungsschutz und dazugehörige schaltung
US20050272595A1 (en) * 2002-10-16 2005-12-08 Canon Kabushi Kaisha Manufacturing process for fuel cell, and fuel cell apparatus
DE10253154A1 (de) 2002-11-14 2004-05-27 Siemens Ag Messgerät zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeitsprobe
ES2282708T3 (es) 2002-11-19 2007-10-16 POLYIC GMBH & CO. KG Componente electronico organico con capa funcional semiconductora estructurada y metodo para producir el mismo.
ATE540436T1 (de) * 2002-11-19 2012-01-15 Polyic Gmbh & Co Kg Organisches elektronisches bauelement mit gleichem organischem material für zumindest zwei funktionsschichten
DE10302149A1 (de) 2003-01-21 2005-08-25 Siemens Ag Verwendung leitfähiger Carbon-black/Graphit-Mischungen für die Herstellung von low-cost Elektronik
EP1609196B1 (en) * 2003-04-01 2010-12-22 Canon Kabushiki Kaisha Organic semiconductor device
DE10339036A1 (de) 2003-08-25 2005-03-31 Siemens Ag Organisches elektronisches Bauteil mit hochaufgelöster Strukturierung und Herstellungsverfahren dazu
US7163734B2 (en) 2003-08-26 2007-01-16 Eastman Kodak Company Patterning of electrically conductive layers by ink printing methods
JP2005079204A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Canon Inc 電界効果型トランジスタおよびその製造方法
DE10340644B4 (de) 2003-09-03 2010-10-07 Polyic Gmbh & Co. Kg Mechanische Steuerelemente für organische Polymerelektronik
JP2005149796A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Canon Inc 固体高分子電解質膜および固体高分子型燃料電池
JP4401826B2 (ja) * 2004-03-10 2010-01-20 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタおよびその製造方法
JP4557755B2 (ja) * 2004-03-11 2010-10-06 キヤノン株式会社 基板、導電性基板および有機電界効果型トランジスタの各々の製造方法
JPWO2005098927A1 (ja) * 2004-03-31 2008-03-06 コニカミノルタホールディングス株式会社 Ｔｆｔシートおよびその製造方法
JP2006019673A (ja) * 2004-06-04 2006-01-19 Mitsui Chemicals Inc 半導体材料の改質方法，薄膜および半導体素子
JP4731840B2 (ja) * 2004-06-14 2011-07-27 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタおよびその製造方法
DE102005009820A1 (de) 2005-03-01 2006-09-07 Polyic Gmbh & Co. Kg Elektronikbaugruppe mit organischen Logik-Schaltelementen
JP4951868B2 (ja) * 2005-03-18 2012-06-13 凸版印刷株式会社 薄膜トランジスタの製造方法
JP2008021814A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Hitachi Ltd 電界効果トランジスタ、有機薄膜トランジスタおよび有機トランジスタの製造方法
DE102007052522A1 (de) * 2007-11-01 2009-05-07 H.C. Starck Gmbh Verfahren zur Beschichtung von unpolaren Polyaromaten enthaltenden Schichten
TW200945648A (en) * 2008-04-23 2009-11-01 Ind Tech Res Inst Oganic thin film transistor and pixel and method for manufacturing the same and display panel
TWI575411B (zh) 2011-07-08 2017-03-21 黑拉耶烏斯貴金屬公司 製造層狀體之方法及可從彼獲得之層狀體
US20130025745A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Texas Instruments Incorporated Mask-Less Selective Plating of Leadframes
JP6035662B1 (ja) * 2016-04-05 2016-11-30 エーアイシルク株式会社 導電性高分子導電体の製造方法及び製造装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4710401A (en) * 1984-09-04 1987-12-01 Rockwell International Corporation Method of printing electrically conductive images on dielectric substrates
US5385956A (en) * 1992-07-15 1995-01-31 Dsm N.V. Method for the preparation of a polymer composition containing an electrically conductive polymer
JP3098661B2 (ja) * 1993-07-28 2000-10-16 キヤノン株式会社 研磨剤組成物及びそれを用いる研磨方法
US6605236B1 (en) * 1994-01-03 2003-08-12 Xerox Corporation Conductive polymeric composites, articles and processes for the preparation thereof
US6117554A (en) * 1997-05-30 2000-09-12 Poly-Med, Inc. Modulated molecularly bonded inherently conductive polymers on substrates with conjugated multiple lamellae and shaped articles thereof
EP1054414B1 (en) 1999-05-20 2003-03-12 Agfa-Gevaert Method for patterning a layer of conductive polymer
WO2000079617A1 (en) * 1999-06-21 2000-12-28 Cambridge University Technical Services Limited Aligned polymers for an organic tft
JP2002009290A (ja) * 2000-06-21 2002-01-11 Fuji Xerox Co Ltd 有機電子素子の製造方法、および、該製造方法により製造された有機電子素子
US7629017B2 (en) * 2001-10-05 2009-12-08 Cabot Corporation Methods for the deposition of conductive electronic features

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108886099A (zh) * 2016-02-03 2018-11-23 日产化学株式会社 电荷传输性清漆

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003234473A (ja) 2003-08-22
KR20040000508A (ko) 2004-01-03
AU2003244352A1 (en) 2003-09-02
US20040152230A1 (en) 2004-08-05
WO2003067680A1 (en) 2003-08-14
EP1472750A1 (en) 2004-11-03
US7026231B2 (en) 2006-04-11
KR100581429B1 (ko) 2006-05-17
CN100355103C (zh) 2007-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1522473A (zh) 有机半导体器件的制造方法
US6740900B2 (en) Organic thin-film transistor and manufacturing method for the same
JP4687107B2 (ja) 電気回路、薄膜トランジスタ、電気回路の製造方法及び薄膜トランジスタの製造方法
JP2005310962A (ja) 積層構造体、積層構造体を用いた電子素子、これらの製造方法、電子素子アレイ及び表示装置
JP4572501B2 (ja) 有機薄膜トランジスタの製造方法
JP2004055649A (ja) 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法
JP2003258256A (ja) 有機ｔｆｔ装置及びその製造方法
JP2004165427A (ja) 有機薄膜トランジスタ素子
JP5870502B2 (ja) 有機半導体素子およびその製造方法
JP2005259737A (ja) 有機半導体デバイス及びその製造方法
JP2006032914A (ja) 電子素子の製造方法および電子素子
JP4652704B2 (ja) 有機半導体素子
JP5481893B2 (ja) 有機トランジスタアクティブ基板、有機トランジスタアクティブ基板の製造方法および有機トランジスタアクティブ基板を用いた電気泳動ディスプレイ
JP4899777B2 (ja) 導電性パターン基板およびその製造方法
JP2005251809A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器
JP4581423B2 (ja) 薄膜トランジスタ素子、当該素子シート及びその作製方法
JP2004281477A (ja) 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法
WO2007015364A1 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JP2015201520A (ja) 半導体膜の形成方法及びトランジスタの製造方法
JP2007149740A (ja) 有機半導体装置及びその製造方法並びに表示装置
JP4906934B2 (ja) 電子素子、電子素子アレイ及び表示装置
JP4945899B2 (ja) 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法
JP2012064662A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ
CN1689174A (zh) 有机电子器件
JP5532669B2 (ja) 有機半導体素子、およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071212

Termination date: 20140204