形成电子器件的方法、电子器件和电子开关器件技术

形成有机或部分有机开关器件的方法，包含：　　　　通过溶液处理和直接印刷沉积导电、半导电和／或绝缘层；通过排斥第二材料溶液的第一图形周围表面能屏障的自对准形成来确定电活化聚合物的高分辨率图形。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于沉积结构——例如用于形成有机电子器件——的方法。半导体共轭聚合物薄膜晶体管(TFT)最近开始用于便宜的集成在塑料衬底上的逻辑电路(C.Drury，et al.，APL 73，108(1998))和光电集成器件以及高分辨率有源矩阵显示器中的像素晶体管开关中(H.Sirringhaus，et al.，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur，et al.，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))。已经示出了载流子迁移率高至0.1cm2/Vs且ON-OFF电流比为106-108的高性能TFT。这与非晶硅TFT的性能已经可以相比(H.Sirringhaus，et al.，Advances in Solid StatePhysics 39，101(1999))。聚合物半导体的优点之一在于它们采用简单廉价的溶液工艺。然而，全聚合物TFT器件和集成电路的制作需要形成聚合物导体、半导体和绝缘体的侧向图形的能力。已经示出了各种构图技术，例如光刻(WO 99/10939 A2)、丝网印刷(Z.Bao，et al.，Chem.Mat.9，1299(1997))、软平版冲压(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))和微铸模(J.A.Rogers.，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))，以及直接喷墨印刷(H.Sirringhaus，et al.，UK 0009911.9)。许多直接印刷技术都不能给出确定TFT的源和漏电极所需的构图分辨率。为了得到适当的驱动电流和开关速度，需要小于10μm的沟道长度。集成逻辑电路的速度比例于迁移率和TFT沟道长度平方的倒数。通过将沟道长度降低一个数量级，工作速度可以提高100倍左右。因此亟需具有亚微米临界部件尺寸的器件的确定，来获得更高的电路性能。许多直接印刷技术——例如喷墨印刷——无法实现这样高的分辨率。例如，形成在喷墨印刷机的喷嘴处的液滴发射时会有飞行方向的统计偏差，这是喷嘴盘处润湿条件变化造成的。当落在衬底上时，液滴以不可控制的方式分布。两个因素都会导致两条平行印刷的具有几个微米的短沟长度的源和漏TFT电极之间的短路。在UK 0009915.0中，通过在含有表面自由能不同的区域的预构图衬底上进行印刷，克服了这一基于溶液的直接印刷方法通常的分辨率限制。例如，从极性(非极性)溶剂中沉积的材料的沉积仅发生在衬底的亲水(憎水)区域，从而可由确定临界器件尺寸的排斥性表面能势垒控制液滴在表面上的分布。这一技术使得可以印刷具有精确确定的沟道的TFT器件，沟道长度小于5μm。可以使用各种方法来确定表面能图形，例如用聚焦红外激光束局部曝光(见我们的共同未决UK专利申请no.0116174.4)。利用预先确定的表面能图形的帮助来获得高分辨率印刷的缺点之一在于需要附加的工艺步骤以确定具有高分辨率的图形。对于通常几个μm的临界部件，可使用很多用于表面能预构图的技术，但是亚微米尺度的临界部件的确定变得格外困难和昂贵。根据本专利技术，给出如所附权利要求书所提出的方法和器件。从而本专利技术的各方面给出无需表面能图形的帮助就能确定微米和亚微米尺度的临界部件的方法，分开了印刷材料的第一和第二区域。这种方法可基于自对准表面覆盖层的形成，该层形成在第一材料的印刷图形周围的衬底上，且/或在第一材料的印刷图形周围的衬底的某一区域中。这一表面覆盖层导致第二材料的溶液被第一材料的表面排斥。第二材料的溶液预第一材料周围的表面覆盖层的相互作用可导致第一和第二材料的图形之间形成小间隙。现在将参考下列附图描述本专利技术附图说明图1示出第二溶液被具有自对准表面覆盖层的第一材料的区域排斥。图2示出第二溶液被具有通过暴露在CF4等离子体中而形成的选择氟化表面的第一材料的区域排斥。图3示出第二溶液被环绕第一印刷图形的表面区域排斥。图4示出环绕第一液滴的区域的自对准调整，通过在第一材料的溶液干燥过程中沉积表面调整剂来进行。图5示出环绕第一液滴的区域的自对准调整，通过在于燥过程中分解薄表面层来进行。图6示出第二溶液被第一材料的选择氟化区域在两个液滴都还是液态时排斥。图7示出第一导电材料的表面调整，通过表面层的去掺杂来进行。图8示出用于具有自对准源-漏碘基的TFT的不同器件结构。图9示出两侧受限的自对准窄线的确定。图10示出具有小直径的通孔互连的自对准形成。图11示出自对准TFT的结构，其中表面封盖层用于确定沟道长度并用作器件的半导体层。图12示出自对准TFT的结构，其中表面封盖层用于确定沟道长度并用作器件的电介质层。图13示出具有小有源区的自对准LED或光电二极管的结构。图14示出由自对准印刷方法印刷的PEDOT/PSS的干液滴的光学显微照片。图15示出用浓度不同的阳离子表面活化剂二-n-癸基二甲基铵基氯(DD50)沉积的自对准PEDOT/PSS液滴的原子力显微剖面和显微照片。图16示出用自对准印刷方法在PMMA栅电介质(DD50浓度＜1mg/ml)上制作的底栅P3HT TFT的输出和传输特性。图17示出测量用PVP-PEDOT/PSS混合物制作的自对准PEDOT/PSS电极的源和漏接触以及自对准间隙两端电导率的电流电压特性。图18示出具有PVP-PEDOT/PSS第一电极的自对准顶栅F8T2TFT的输出和传输特性。图19示出最初短路的PEDOT/PSS源-漏电极在暴露在O2等离子体下时的电导率降低。图20示出最初短路的(a.)和c.))以及O2等离子体刻蚀的源-漏电极(b.)和d.))的原子力显微照片以及顶栅F8T2 TFT在O2等离子体刻蚀之后的输出和传输特性。图21示出(a)阴离子SDS和氧离子DD50表面活化剂在带正电的NH3+端表面和带负电的OH-表面上沉积的自对准PEDOT/PSS的光学显微照片，以及(b)浸入DD50溶液中的Si/SiO2表面在去离子水冲洗之前和之后的红外谱。如下所详细叙述的，在衬底的初始制备完成之后，可在衬底上沉积第一材料。在进一步的表面调整和溶液配制之后，可进行材料的第二沉积以及高分辨率部件的形成。下面的描述也描述了这一用于形成短沟道和薄栅晶体管结构以及其它需要尺度小于20μm的临界部件的电子元件和器件的技术的实现。根据本专利技术第一实施方案，给出一种方法，其中沉积在衬底第二区域中的第二材料溶液被预先沉积在第一区域中的第一材料的表面排斥。图1示意性示出这一实施方案。第一材料3首先优选地从溶液中沉积在衬底1上。可使用任何适于制作第一材料的图形的沉积技术。这种技术的实施例有喷墨沉积、溅射涂敷、丝网印刷、胶版印刷、连续膜沉积之后再光刻构图、在含有表面能图形的衬底上进行溶液浇铸或溅射涂敷，等等。在第一材料的沉积期间或之后，在第一材料4的图形周围形成自对准表面层5。这一表面层以某种方式制备，从而它能够排斥沉积下来与第一材料接触的第二材料的溶液6，或者将这种随后沉积的材料流限制在其边界上。可选择第一材料从而它本身给出那些特性。作为选择，可在沉积之后通过第一材料的表面调整来得到这些特性。这些特性可由一项一项技术来获得，因为它可以进行表面调整以获得那些特性，表面调整由各种技术中的某种或多种来进行，包括，但不本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在衬底上沉积结构的方法，包含：在衬底的第一区域上沉积第一组分的液体以形成第一主体；随后在邻近第一区域的第二区域上沉积第二组分的液体；其中第一组分、第二组分和衬底是这样的，使得在第二组分的液体沉积的时候它被从第一区 域排斥。

【技术特征摘要】
GB 2001-12-21 0130485.61.用于在衬底上沉积结构的方法，包含在衬底的第一区域上沉积第一组分的液体以形成第一主体；随后在邻近第一区域的第二区域上沉积第二组分的液体；其中第一组分、第二组分和衬底是这样的，使得在第二组分的液体沉积的时候它被从第一区域排斥。2.根据权利要求1的方法，其中第二组分的液体沉积在第一区域之上。3.根据权利要求1或2的方法，其中第二组分的液体被沉积与第一区域接触并干燥以形成不与第一主体接触的第二主体。4.根据权利要求1或2的方法，其中第二组分的液体被沉积与第一区域接触并干燥以形成与第一主体接触的第二主体。5.根据权利要求3或4的方法，其中第二组分的液体以这样的方式沉积，它只在衬底第一区域的周边处与第一主体接触。6.根据前述任何权利要求的方法，其中第一和第二主体基本上由相同材料构成。7.根据前述任何权利要求的方法，其中第一组分具有分凝以形成第一主体的表面区域和内部区域的趋势，表面区域具有与内部区域不同的组分。8.根据权利要求7的方法，其中第二组分的液体在所述表面区域上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过10°。9.根据权利要求8的方法，其中第二组分的液体在所述表面区域上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过40°。10.根据权利要求9的方法，其中第二组分的液体在所述表面区域上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过70°。11.根据权利要求7的方法，其中所述表面区域含有烷基化或氟化化学基。12.根据权利要求8的方法，其中第二组分的液体包含溶剂并且所述表面区域不溶于该溶剂。13.根据前述任何权利要求的方法，其中第一组分为至少两种具有分凝趋势的组分的溶液。14.根据权利要求13的方法，其中组分之一为具有分凝到第一组分表面的趋势的聚合物。15.根据权利要求13或14的方法，其中组分之一为包含相对极性和相对非极性体组成的二体共聚物。16.根据权利要求13或14的方法，其中组分之一为表面活化剂。17.根据权利要求1至6中任何一个的方法，包含在第二组分的液体沉积之前处理第一主体，从而至少调整第一主体表面的一个物理或化学特性。18.根据权利要求17的方法，其中特性为组分。19.根据权利要求17的方法，其中特性为表面粗糙度。20.根据权利要求17的方法，其中特性为表面能。21.根据权利要求17的方法，其中处理第一主体表面的步骤不会调整第二区域中的衬底的表面能。22.根据权利要求17至21中任何一个的方法，其中第二组分的液体在所述第一主体的已处理表面上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过10°。23.根据权利要求17至21中任何一个的方法，其中第二组分的液体在所述第一主体的已处理表面上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过40°。24.根据权利要求17至21中任何一个的方法，其中第二组分的液体在所述第一主体的已处理表面上的接触角比在第二区域中的衬底表面上的接触角大了超过70°。25.根据权利要求17至24中任何一个的方法，其中处理第一主体表面的步骤包含增大氟化或烷基化化学基在第一主体表面上的密度。26.根据权利要求17或22的方法，其中表面处理第一主体的步骤包含向第一主体的表面施加表面活化剂。27.根据权利要求26的方法，其中第一主体的表面包含带正电的离子物质。28.根据权利要求27的方法，其中表面活化剂为阴离子表面活化剂。29.根据权利要求26的方法，其中第一主体的表面包含带负电的离子物质。30.根据权利要求29的方法，其中表面活化剂为阳离子表面活化剂。31.根据权利要求26至30中任何一个的方法，其中在应用所述表面活化剂之前将衬底表面进行热处理或暴露于电磁辐射。32.根据权利要求17至25中任何一个的方法，其中处理第一主体表面的步骤包含从第一组分的表面上生长不同组分的层。33.根据权利要求29的方法，其中所述不同组分的层为聚合物层。34.根据权利要求30的方法，其中所述不同组分的层为聚合物刷。35.根据权利要求17至22中任何一个的方法，其中处理第一主体表面的步骤包含将衬底暴露于等离子体处理。36.根据权利要求35的方法，其中所述等离子体处理包含暴露于含有氟化物质的等离子体。37.根据权利要求36的方法，其中所述等离子体处理包含暴露于CF4或CF4的原子团。38.根据权利要求17至25中任何一个的方法，其中表面处理第一主体的步骤包含将第一主体的表面去掺杂或耗尽第一主体的表面的电载流子。39.根据权利要求17至25中任何一个的方法，其中表面处理第一主体的步骤包含腐蚀第一主体的表面。40.根据权利要求1至6中任何一个的方法，其中第一组分包含一种或多种材料在溶剂中的溶液，它干燥以形成第一主体；第一主体具有体区域和环绕体区域周边的包围区域，并与衬底接触。41.根据权利要求40的方法，其中所述包围区域的宽度小于20μm。42.根据权利要求40或41的方法，其中包围区域中的表面能与不被第一主体覆盖的区域中的衬底表面的表面能不同。43.根据权利要求40或41的方法，其中包围区域中的表面粗糙度与第二区域中的衬底表面的表面粗糙度不同。44.根据权利要求40至43中任何一个的方法，其中第一主体在包围区域中的厚度不超过第一主体在所述体区域中最大厚度的80％。45.根据权利要求40至44中任何一个的方法，其中第一组分的溶液在第一组分的溶液的干燥过程中从包围区域后退。46.根据权利要求40至45中任何一个的方法，其中第一组分的溶液包含表面调整成分，调整包围区域中的衬底的表面能。47.根据权利要求46的方法，其中表面调整成分在第一组分的溶液从包围区域后退时调整衬底的表面能。48.根据权利要求46的方法，其中表面调整成分从所述体区域扩散到所述包围区域中。49.根据权利要求40至48中任何一个的方法，其中在第二组分的液体沉积之前，加热衬底以引起第一主体从包围区域后退。50.根据权利要求40至49中任何一个的方法，其中该方法包含处理包围区域中第一主体的表面，从而增大第二组分的溶液在包围区域中的接触角。51.根据权利要求40至44中任何一个的方法，其中衬底所具有的表面层在第一组分的溶液干燥的过程中溶解到第一组分的溶液中，从而在所述包围区域中暴露衬底的下层材料。52.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：海宁西林豪斯，迈克J巴纳克，尼古拉斯吉姆斯通，大卫威廉姆卓塞弗维尔森，约翰达文麦肯齐，威廉莫斯西奥多勒斯斯特凡纳斯胡，克里斯托夫威廉塞莱，
申请(专利权)人：造型逻辑有限公司，剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]