半导体器件及其形成方法技术

一种制作晶体管的方法，包括：从第一溶剂的溶液中沉积出第一材料，形成晶体管的第一层；随后在第一材料保持溶解在第一溶剂中时，通过从第一材料基本不溶解的第二溶剂的溶液中在第一材料上沉积第二材料，形成晶体管的第二层。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及经溶液加工的器件以及制作这种器件的方法。近来在集成在塑料衬底上的廉价逻辑电路(C.Drury等人，应用物理快报73，108(1998))和光电子集成器件以及高分辨率有源矩阵显示器中的象素晶体管开关(H.Sirringhaus等人，科学280，1741(1998)，Dodabalapur等人，应用物理快报，73，142(1998))中，半导体共轭聚合物薄膜晶体管(TFT)的应用越来越引起人们的关注。在具有聚合物半导体和无机材料电极以及栅电介质层的检测器件配置中，已经论证了高性能的TFT。电荷载流子迁移率高达0.1cm2/Vs，并且开关电流比为106-108，这可与非晶硅的TFT的性能相比(H.Sirringhaus等人，固态物理进展39，101(1999))。将有机溶剂中的聚合物溶液涂覆在衬底上可以形成共轭聚合物半导体的器件性能的薄膜。因此这种技术与弹性的塑料衬底相适应可以理想地适于进行廉价地大面积的溶液加工。为了完全利用潜在的成本以及加工优点的便利，需要包括半导体层、电介质层以及导电电极和互连在内的所有的器件元件从溶液中沉积出来。为了制作全聚合物TFT器件和电路，必须解决下列的主要问题-多层结构的完整性在随后的半导体、绝缘和/或导电层的溶液沉积中，下面的层不应该被溶解掉，或者被沉积随后的层所用的溶剂膨胀。如果溶剂结合到下面的层中就会发生膨胀，这就导致该层的性能下降。-高分辨率地制作电极的图案需要制作导电层的图形，以形成确定的互连以及沟道长度≤10μm的TFT沟道。-为了制作TFT电路，需要形成垂直的互连区域(通孔)以电连接器件不同层中的电极。在WO99/10939A2中阐明了一种制作全聚合物TFT的方法，它依赖于经溶液处理的器件的层在沉积器件随后的层之前转换成不溶解的形式。这就克服了下面的层的溶解和膨胀问题。然而，它将可以使用的半导体材料的选择严格地局限于一小类前驱体聚合物并且从几个方面来说不合乎需要的前驱体聚合物。另外，电介质栅绝缘层的交联使得制作穿过电介质层中的通孔比较困难，而不得不使用诸如机械冲孔的技术(WO99/10939A1)。根据本专利技术的一个方面，提供在附加的独立权利要求中列出的器件和方法。在从属的权利要求中列出了优选的特征。根据本专利技术的一个方面，提供一种制作晶体管的方法，包括从第一溶剂的溶液中沉积出第一材料，形成晶体管的第一层；随后在第一材料能够溶解在第一溶剂中时，通过从第一材料基本不溶解的第二溶剂的溶液中在第一材料上沉积第二材料，形成晶体管的第二层。该方法还优选包括另一步骤，即在第二材料保持溶解在第二溶剂中时，通过从第二材料基本不溶解的第三溶剂的溶液中在第二材料上沉积第三材料，形成晶体管的第三层。晶体管的至少一层是适当地通过喷墨印刷(IJP)形成的。该层可以是提供晶体管的电极例如栅、源或者漏电极的层。该方法优选包括形成晶体管的功能层，在功能层上形成绝缘层以及在绝缘层上形成晶体管的栅。绝缘层可以提供扩散势垒区和/或表面改性层作为隔离或者相同的层。根据本专利技术的第二方面，提供一种方法来限制材料溶液沉积到衬底的限定区域上。该方法包括将下面的衬底表面绘制成具有不同表面自由能的区域。衬底可以具有疏水的表面区域，而另一些为亲水的。溶液沉积涉及喷墨印刷和将油墨限制到或者疏水的或者亲水的衬底区域上。优选地，衬底上的图形定义了小的沟道长度L优选＜20μm的晶体管的源和漏电极，具有与源/漏电极确定重叠的栅电极以及互连。根据本专利技术的第三方面，提供一种形成通孔来限定电极和不同层中的互连之间的电连接的方法。该方法包括通过溶剂或者掺杂剂溶液的局部沉积，优选通过喷墨印刷来进行层的溶解或者掺杂。根据本专利技术的另一方面，提供一种制作晶体管器件集成电路的方法，其中一部分晶体管器件和/或其他电路元件是通过喷墨印刷形成的。根据本专利技术的另一方面，提供一种制作具有至少一个暴露电极的电子器件阵列的方法。该方法包括以得到具有用户定义功能的电路的方式通过油墨印刷导电材料而互连电子器件。所述第一和第二溶剂中的一种优选为极性溶剂而第一和第二溶剂的另一种为非极性溶剂。所述第一或者第二材料中的一种优选为半导体材料，而第一或者第二材料的另一种为电介质材料。第二材料优选为电介质材料，第一和第三材料中的一种为半导体材料而第一或者第三材料的另一种为导电材料。第一和第二层中的一个层可为能够溶解在非极性溶剂中的非极性聚合物层。第一和第二层的另一个可为能够溶解在极性溶剂中的极性聚合物层。非极性聚合物和极性溶剂的相互作用参数D适宜大于5，优选大于10并且最优选大于15。极性聚合物和非极性溶剂的相互作用参数D适宜大于5，优选大于10并且最优选大于15。第二和第三溶剂中的一种适宜为极性溶剂而第二和第三溶剂的另一种为非极性溶剂。第二溶剂适宜为包含极性和非极性基团的中等极性溶剂，而第一和第三溶剂的一种为只包含极性基团的强极性溶剂。第二聚合物层可为能够溶解在中等极性溶剂中的中等极性聚合物层。第一或者第三聚合物层中的一层适宜为非极性聚合物层，而第一或第三聚合物层的另一层为极性聚合物层。非极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D可大于5，优选大于10并且最优选大于15。极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数可大于5，优选大于10并且最优选大于15。中等极性溶剂可以例如为乙醇或者乙酸酯。第一层可以溶解在非极性溶剂中而第二层可为能够溶解在包含疏水和亲水基团的中等极性溶剂中的绝缘层。第三层可以溶解在极性溶剂中。另一选择是第三层可以溶解在非极性溶剂中。第二层可以为晶体管的有源层。第一和第二层中的一层适宜为晶体管的源和/漏电极层，而第一和第二层的另一层为晶体管的半导体层。第一和第二层中的一层适宜为晶体管的半导体层，而第一和第二层的另一层为晶体管的绝缘层。所述半导体层可以包括共轭聚合物，优选共轭嵌段共聚物。半导体层可以包括一种嵌段共聚物，它包含每一个都被至少两个共价键连接的共轭单体单元的第一嵌段，和单体单元的第二嵌段，该嵌段共聚物具有大于3.0eV或者3.5eV的电子亲合势。半导体层可以包括一种嵌段共聚物，它包含每一个都被至少两个共价键连接的共轭单体单元的第一嵌段，和单体单元的第二嵌段，该嵌段共聚物具有5.5eV到4.9eV范围内的电离势。单体单元的第一嵌段可以包括具有芴衍生物、亚苯基衍生物和茚并芴衍生物的一个或多个基团，单体单元的第二嵌段包括具有噻吩衍生物、三芳基胺衍生物和苯并噻二唑(benzothiadiazole)衍生物的一个或多个基团。半导体聚合物可为F8T2或TFB。半导体层优选包括液晶共轭聚合物。该方法则包括加热液晶聚合物使其变成液晶相的步骤。该方法优选包括单轴取向液晶聚合物的步骤。取向液晶聚合物的步骤可以包括将液晶聚合物沉积到具有取向的分子结构的层上。通过机械摩擦该层可以实施取向所述层的分子结构的步骤。该方法优选包括通过光学处理该层取向所述层的分子结构的步骤。所述半导体层适宜为光透明的，并且带隙大于2.3eV，优选大于2.5eV。所述半导体层适宜具有大于4.9eV或5.1eV的电离势。半导体层适宜具有大于3.0eV或3.5eV的电子亲合势。第一和第二层中的一层可以为晶体管的绝缘体层，而第一和第二层中的另一层可以为晶体管的栅电极层。第一和第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成晶体管的方法，包括：从第一溶剂的溶液中沉积出第一材料形成晶体管的第一层；随后在第一材料保持溶解在第一溶剂中时，通过从第二溶剂的溶液中在第一材料上沉积出第二材料形成晶体管的第二层，在第二溶剂中第一材料基本不溶解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 1999-12-21 9930217.6;GB 2000-4-20 0009911.91.一种形成晶体管的方法，包括从第一溶剂的溶液中沉积出第一材料形成晶体管的第一层；随后在第一材料保持溶解在第一溶剂中时，通过从第二溶剂的溶液中在第一材料上沉积出第二材料形成晶体管的第二层，在第二溶剂中第一材料基本不溶解。2.如权利要求1所述的方法，包括另一步骤在第二材料保持溶解在第二溶剂中时，通过从第三溶剂的溶液中在第二材料上沉积出第三材料形成晶体管的第三层，在第三溶剂中第二材料基本不溶解。3.如权利要求1或2所述的方法，其中第一和第二溶剂中的一个为极性溶剂而第一和第二溶剂的另一个为非极性溶剂。4.如权利要求1至3所述的方法，其中第一或第二材料中的一个为半导体材料而第一或第二材料的另一个为电介质材料。5.如权利要求2所述的方法，其中第二材料为电介质材料，第一和第三材料中的一个为半导体材料，而第一或第三材料的另一个为导电材料。6.如权利要求1至5中任何权利要求所述的方法，其中第一和第二层中的一个层为能够溶于非极性溶剂中的非极性聚合物层，而第一和第二层的另一个层为能够溶于极性溶剂中的极性聚合物层。7.如权利要求6所述的方法，其中非极性聚合物和极性溶剂的相互作用参数D大于5。8.如权利要求6所述的方法，其中非极性聚合物和极性溶剂的相互作用参数D大于10。9.如权利要求6所述的方法，其中非极性聚合物和极性溶剂的相互作用参数D大于15。10.如权利要求6所述的方法，其中极性聚合物和非极性溶剂的相互作用参数D大于5。11.如权利要求6所述的方法，其中极性聚合物和非极性溶剂的相互作用参数D大于10。12.如权利要求6的所述方法，其中极性聚合物和非极性溶剂的相互作用参数D大于15。13.如从属于权利要求2的权利要求3所述的方法，其中第二和第三溶剂中的一个为极性溶剂而第二和第三溶剂的另一个为非极性溶剂。14.如权利要求2所述的方法，其中第二溶剂为包含极性和非极性基团的中等极性溶剂，并且第一和第三溶剂中的一个溶剂为只包含极性基团的强极性溶剂。15.如权利要求14所述的方法，其中第二聚合物层为能够溶于中等极性溶剂中的中等极性聚合物层，第一或第三聚合物层中的一个层为非极性聚合物层，而第一或第三聚合物层的另一个层为极性聚合物层。16.如权利要求14所述的方法，其中非极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于5。17.如权利要求14的方法，其中非极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于10。18.如权利要求14的方法，其中非极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于15。19.如权利要求14的方法，其中极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于5。20.如权利要求14的方法，其中极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于10。21.如权利要求14的方法，其中极性聚合物和中等极性溶剂的相互作用参数D大于15。22.如权利要求14至21中任何权利要求所述的方法，其中中等极性溶剂为乙醇。23.如权利要求14至21中任何权利要求所述的方法，其中中等极性溶剂为乙酸酯。24.如权利要求2所述的方法，其中第一层能够溶解在非极性溶剂中，第二层为能够溶解在含有疏水和亲水基团的中等极性溶剂中的隔离层。25.如权利要求24所述的方法，其中第三层能够溶解在极性溶剂中。26.如权利要求24所述的方法，其中第三层能够溶解在非极性溶剂中。27.如权利要求24至26中任何权利要求所述的方法，其中第二层为晶体管的有源层。28.如先前的任何权利要求所述的方法，其中第一和第二层中的一个层为晶体管的源和/或漏电极而第一和第二层的另一个为晶体管的半导体层。29.如权利要求1至27中任何权利要求所述的方法，其中第一和第二层中的一个层为晶体管的半导体层而第一和第二层的另一个层为晶体管的绝缘层。30.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体层包括共轭聚合物。31.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体层包括共轭嵌段共聚物。32.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体层包括一种嵌段共聚物，该共聚物包括每一个被至少两个共价键连接的共轭单体单元的第一嵌段，和单体单元的第二嵌段，该嵌段共聚物具有大于3.0eV或3.5eV的电子亲合势。33.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体层包括一种嵌段共聚物，该共聚物包括每一个被至少两个共价键连接的共轭单体单元的第一嵌段，和单体单元的第二嵌段，该嵌段共聚物具有从5.5eV到4.9eV范围内的电离势。34.如权利要求15或33所述的方法，其中单体单元的第一嵌段包括一个或多个含有芴衍生物、亚苯基衍生物和茚并芴衍生物的基团，单体单元的第二嵌段包括一个或多个含有噻吩衍生物、三芳基胺衍生物和苯并噻二唑衍生物的基团。35.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体聚合物为F8T2或TFB。36.如权利要求28或29所述的方法，其中半导体层包括液晶共轭聚合物。37.如权利要求36所述的方法，包括将液晶聚合物加热成它的液晶相的步骤。38.如权利要求36或37所述的方法，包括单轴取向液晶聚合物的步骤。39.如权利要求38所述的方法，其中取向液晶聚合物的步骤包括将液晶聚合物沉积到具有取向分子结构的层上。40.如权利要求39所述的方法，包括通过机械摩擦该层来取向所述层的分子结构的步骤。41.如权利要求39所述的方法，包括通过光处理该层来取向所述层的分子结构的步骤。42.如任何权利要求28至42中任何权利要求所述的方法，其中半导体层是光透明的，带隙大于2.3eV，优选大于2.5eV。43.如权利要求28至42中任何权利要求所述的方法，其中半导体层具有大于4.9eV的电离势。44.如权利要求28至42中任何权利要求所述的方法，其中半导体层具有大于5.1eV的电离势。45.如权利要求28至42中任何权利要求所述的方法，其中半导体层具有大于3.0eV的电子亲合势。46.如权利要求28至42中任何权利要求所述的方法，其中半导体层具有大于3.5eV的电子亲合势。47.如权利要求1至13中任何权利要求所述的方法，其中第一和第二层中的一个层为晶体管的绝缘层而第一和第二层的另一个为晶体管的栅电极层。48.如权利要求2至13中任何权利要求的方法，其中第一和第三层中的一个层为晶体管的绝缘层，而第一和第三层的另一个为晶体管的栅电极，第二层为晶体管的隔离层。49.如权利要求48所述的方法，其中隔离层为扩散势垒区层。50.如权利要求49所述的方法，其中扩散势垒区层包括非极性聚合物。51.如权利要求49所述的方法，其中扩散势垒区层包括非极性共轭聚合物。52.如权利要求49所述的方法，其中扩散势垒区层包括多芴衍生物。53.如权利要求52所述的方法，其中多芴衍生物为F8、F8T2或TFB。54.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：翰宁瑟林浩斯，理查德H费莱恩德，塔克卡瓦斯，
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]