溶液影响的取向制造技术

技术编号:3206797 阅读:124 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种形成取向聚合物层的方法,该方法包括:在溶剂内淀积聚合物膜;使聚合物产生取向,同时一些溶剂仍残留在膜内;和通过从膜中除去溶剂来固化膜。(*该技术在2022年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及取向聚合物,特别地涉及适合于在器件如聚合物薄膜晶体管中使用的取向聚合物,取向聚合物的方法,和掺入这种聚合物的器件。取向聚合物优选基本上平行取向的液晶共轭聚合物。半导体共轭聚合物场效应晶体管(FET)具有作为集成逻辑电路的关键元件(C.Drury等,APL73,108(1998))和基于柔性塑料衬底上的溶液加工得到的光电器件(H.Sirringhaus等,Science280,1741(1998))的潜在应用。已发现,得到高电荷载流子迁移率的一个主要标准是活性半导体聚合物中的高度结构有序性。已公知,对于一些聚合物来说,有可能使用诸如Langmuir-Blodgett(LB)淀积(R.Silerova,Chem.Mater.10,2284(1998))、拉伸取向(D.Bradley,J.Phys.D20,1389(1987))或共轭聚合物膜摩擦(M.Hamaguchi等,Appl.Phys.Lett.67,3381(1995))之类的加工技术,在薄膜中诱导聚合物链的单轴取向。已采用通过拉伸取向(P.Dyreklev等,Solid State Communications 82,317(1992))和LB淀积(J.Paloheimo等,Thin Solid Films 210/211,283(1992))制造的单轴取向聚合物膜,制造聚合物FET器件。然而,这些研究中的场效应迁移率较低(<10-5cm2/Vs)。可利用一些聚合物的自有序化趋势获得薄聚合物膜中的局部有序性。一个例子是聚-3-己基噻吩(P3HT),其中可通过刚性主链和柔性侧链的相偏析,形成薄层型有序结构。通过使用适当的淀积技术和衬底的化学改性,有可能诱导聚合物有序区相对于衬底表面的优先取向。目前,P3HT产生对于聚合物FET已知的最高场效应迁移率0.05-0.1cm2/Vs(H.Sirringhaus等,Science 280,1741(1998))。在这些已知器件中,还没有膜平面中聚合物链的优先单轴取向。一些共轭聚合物和小分子表现出液晶(LC)相。液晶相的定义是其中分子具有优先空间取向的一种物质状态。取向通常认为是相对于一种称为方向标(director)的向量的取向。晶态LC相内的分子定位是以至少一个方向随机分布的。根据取向类型和残留的定位有序性,人们会区分向列型、胆甾醇型和近晶型LC相。向列相具有长程取向的有序性但无定位的有序性。近晶相的特征在于二维(2D)分层结构,其中分子自行排列成堆层,每一层相对于正常层,具有统一的分子取向,但在2D层中,既无点位有序性,也无降低程度的点位有序性。LC相主要在具有显著形状各向异性的聚合物和分子中出现。共轭LC聚合物的实例是具有刚性棒状共轭主链和短的柔性侧链的主链聚合物,即所谓的多毛-棒状(hairy-rod)或刚性-棒状聚合物。实例有聚烷基芴(M.Grell等,Adv.Mat.9,798(1998))或梯形聚对亚苯基(U.Scherf等,Makromol.Chem.,Rapid.Commun.12,489(1991))。另一类LC聚合物是具有柔性非共轭主链和侧链中具有刚性共轭单元的侧链聚合物。LC相典型地在升高的温度下,在未稀释的有机物质中(热致相),或在有机物质以足够高的浓度溶解于溶剂内时(易溶相)出现(参见,例如A.M.Donald,A.H.Windle,Liquid Crystalline Polymers,CambridgeSolid State Science Series,编辑,R.W.Cahn,E.A.Davis,I.M.Ward,Cambridge University Press,Cambridge,UK(1992))。可通过适当的加工技术,使LC聚合物单轴取向。在一个取向样品中,方向标的取向,即例如主链LC聚合物中聚合物链的优先取向,在>μm-mm的宏观距离之上基本上相同。这是FET器件中实际试剂沟道长度的数值范围。可通过剪切力或流动,或通过在具有衬底平面中显示出单轴各向异性的取向层的衬底上淀积LC聚合物,来诱导取向。取向层可以是机械摩擦的有机层如聚酰亚胺(M.Grell等,Adv.Mat.9,798(1998))、以斜角在衬底上蒸镀的层、或者带有槽平面的层。可用于使LC分子取向的各种技术的综述参见例如J.Cognard,J.Molec.Cryst.Liq.Cryst.Suppl.Ser.1,1(1982)。JP 2001/281661 A2公开了在小分子液晶物质内,使用近晶型液晶层诱导取向。一种特别有吸引力的技术是光取向,与摩擦相比,它不那么容易机械损伤。通过用线偏振光使光敏聚合物聚合。光的偏振面限定了光敏聚合物链的优先取向。这样的聚合物层可用作大量聚合物以及小分子液晶的取向层(M.Schadt等,Nature 381,212(1996))。单轴取向的液晶聚合物已作为有源发光层被掺入到聚合物发光二极管内,以产生线偏振光(M.Grell等,Adv.Mat.9,798(1998);G.Lüssem等,Liquid Crystals 21,903(1996))。EP 0786820 A2公开了一种有机薄膜晶体管(TFT)的器件结构,其中有机半导体层与取向膜,例如经摩擦的聚酰亚胺层接触。取向膜拟诱导有机半导体层的取向,当后者淀积在取向膜的上部时。然而,对于大多数有机半导体物质来说,尤其对于从溶液中加工的共轭聚合物来说,仅在取向膜上淀积不足以诱导有机半导体中的取向。在UK 9914489.1中,说明了一种方法,其中可通过使用具有液晶相的聚合物半导体,来获得高电荷载流子迁移率。UK 9914489.1中开发出的器件结构使得通过利用取向层如机械摩擦的或光取向的聚酰亚胺,可能在晶体管的源漏电极之间取向聚合物。在器件中平行于电流方向的聚合物链的单轴取向使得最佳地利用沿聚合物主链的快速链内迁移。若聚合物是热致聚合物,则可通过在升高的温度下退火,使该聚合物变为它的液晶相,和可通过将样品骤冷到室温保持链的取向。聚合物TFT的优选技术处理标准之一是应当在相对低温,优选低于100-150℃下进行所有处理步骤。这是为了避免柔性塑料衬底的扭曲,当在较高温度下制造TFT电路时,可能出现这种扭曲。对于显示液晶结构的许多刚性-棒状共轭聚合物,如聚-9,9′-二辛基芴-共-二噻吩(F8T2)来说,本体固态聚合物熔化成LC相的转变温度在高温下出现。在F8T2的情况下,热致LC转变为约265℃,这通过差示扫描量热法(DSC)来测量。该温度对于许多刚性棒状聚合物来说是典型的,但对于在典型的便宜、塑料衬底上使用时,这一温度太高。作为例举,为了与LC聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯取向相容,要求小于120-150℃的温度。在UK 0009915.0中,公开了一种方法,其中可通过直接喷墨打印制造所有-聚合物薄膜晶体管(附图说明图1(a))。为了实现具有数微米空间分辨率的源漏电极构图,首先在衬底上制造表面自由能图案,然后可使用它来限定导电油墨液滴的扩散,从而导致更精确的沟道清晰度。源漏电极形成后,接着涂布半导体的薄膜和绝缘层,以及喷墨打印淀积栅电极。在UK 0009915.0中公开的优选器件结构之一中,也使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成取向聚合物层的方法,该方法包括:淀积在溶剂内的聚合物膜;使聚合物产生取向,同时一些溶剂仍残留在膜内;和通过从膜中除去溶剂来固化膜。

【技术特征摘要】
GB 2001-7-9 0116735.2;GB 2002-1-14 0200643.5;GB 201.一种形成取向聚合物层的方法,该方法包括淀积在溶剂内的聚合物膜;使聚合物产生取向,同时一些溶剂仍残留在膜内;和通过从膜中除去溶剂来固化膜。2.权利要求1的方法,其中在膜内存在的溶剂量大于0.1wt%时,进行使聚合物产生取向的步骤。3.权利要求2的方法,其中在膜内存在的溶剂量小于20wt%时,进行使聚合物产生取向的步骤。4.权利要求1-3任何一项的方法,其中使聚合物产生取向的步骤包括使聚合物变为易溶相。5.权利要求1的方法,其中膜厚小于100nm。6.前述任何一项权利要求的方法,其中固化膜的步骤包括使溶剂从膜中蒸发。7.权利要求6的方法,其中从膜中蒸发溶剂的时间大于5分钟。8.前述任何一项权利要求的方法,其中在溶剂内,从溶液中淀积聚合物,其中聚合物在所述溶剂内的回转半径大于在其θ溶剂内聚合物的回转半径。9.前述任何一项权利要求的方法,其中取向膜的步骤包括使膜与溶剂饱和的氛围接触。10.前述任何一项权利要求的方法,其中取向聚合物的步骤包括使膜退火,同时一些溶剂仍残留在膜内。11.权利要求10的方法,其中退火温度小于150℃。12.前述任何一项权利要求的方法,其中从溶液中淀积聚合物,所述溶液含有第一溶剂和沸点比第一溶剂低的第二溶剂。13.权利要求12的方法,其中第一溶剂的沸点高于150℃。14.权利要求12或13的方法,其中第二溶剂的沸点低于150℃。15.权利要求12-14之一的方法,其中在第二溶剂蒸发之后,聚合物在第一溶剂内形成易溶相。16.前述任何一项权利要求的方法,其中使聚合物产生取向的步骤包括使膜与取向衬底接触,该取向衬底具有能在聚合物内诱导取向的表面浮雕。17.前述任何一项权利要求的方法,其中使聚合物产生取向的步骤包括将膜暴露于线性偏振光下。18.权利要求16的方法,其中能在聚合物内诱导取向的衬底含有光敏层,该光敏层已被光致取向和通过暴露于偏振光的聚焦光束下形成图案。19.前述任何一项权利要求的方法,其中固化膜的步骤包括加热膜,以促使溶剂从膜中蒸发。20.前述任何一项权利要求的方法,其中固化膜的步骤包括将膜暴露于真空,以促使溶剂从膜中蒸发。21.前述任何一项权利要求的方法,其中聚合物是电活化聚合物。22.前述任何一项权利要求的方法,其中聚合物是共轭聚合物。23.前述任何一项权利要求的方法,其中取向是液晶取向。24.前述任何一项权利要求的方法,其中取向是聚合物主链相对于取向向量的取向。25.前述任何一项权利要求的方法,其中通过喷墨打印淀积膜。26.权利要求25的方法,其中聚合物溶液的液滴被喷墨打印在取向衬底上,和当该溶剂或每一种溶剂蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员:H西林豪斯AC阿里亚斯JD麦卡肯齐
申请(专利权)人:造型逻辑有限公司
类型:发明
国别省市:GB[英国]

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