实现半导体聚合物图形化的方法及其应用器件技术

本发明专利技术涉及一种实现半导体聚合物图形化的方法，包括如下步骤：在基板上形成半导体聚合物薄膜；用紫外光通过具有图形的掩模对半导体聚合物薄膜进行曝光，聚合物薄膜受光照的部分体现出不同于未受光照部分的光学和电学特性，从而在聚合物薄膜上获得通过用光学和电学特性来体现的与掩模图形相一致的点阵或者图案；其中所述半导体聚合物分子主链上含有碳碳双键或碳碳叁键。本发明专利技术方法在光刻过程中不需要使用溶剂来清洗聚合物薄膜，具有受外界加工条件、时间等因素影响小，容易控制，成品率高等优越性；使用本发明专利技术方法获得的点阵或图案具有极高的分辨率。本发明专利技术还涉及应用该方法制备的发光器件、薄膜晶体管器件和电子记忆体器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机半导体的加工方法及其应用器件，尤其是涉及一种实现半导 体聚合物图形化的方法，以及应用这种方法制备的有机半导体发光器件、有机半导体记忆 体原型器件和有机半导体薄膜晶体管器件。
技术介绍
在过去的二十年中，全世界科学家对半导体聚合物进行了大量的科学研究和应用 开发。由于与传统的无机半导体材料相比，半导体聚合物具有重量轻、容易加工、可大面积 柔性化加工等优越性，受到人们的广泛关注与青睐，其应用也涉足整个传统的半导体电子 与光电子器件，包括发光器件、太阳能电池器件、光电探测器、薄膜晶体管和电子记忆体等。 在这些器件的应用产品中，如发光器件应用于平板显示、薄膜晶体管应用于集成电路和电 子记忆体应用于存储器，均需要将这些器件实现有效可控的图形化，即点阵化或图案(非点 阵图形)化。因此，这就要求聚合物在加工过程中，需要有效的图形化。目前有几种方法可以让半导体聚合物实现点阵和图案。其中，丝网印刷术是一种 简单易行而且比较经济的方法，然而，这种印刷方法不能精密定位，从而不可能获得高分辨 率。而另一种可以实现高分辨的印刷方式就是喷墨打印，然而，由于聚合物发光材料毕竟不 是打印用的油墨，各种发光聚合物之间以及发光聚合物与电子或空穴传输层之间由于粘度 及亲和程度不一致等影响，导致打印工艺十分复杂，这样用于喷墨打印的机器设备等也非 常昂贵，导致器件的生产成本非常高。随着光刻技术在微机械加工等领域的广泛应用以及光刻技术的越来越精密与成 熟，通过光照已经旋涂、甩膜等成膜好的半导体聚合物薄膜来实现点阵和图案化是最简单 易行而且可以获得高分辨的方法。因此，用光刻工艺来实现半导体聚合物的点阵和图案，是 一种成本低、良率高的有效方法。目前，一种比较常用使用光刻工艺，即通过光照定位并较 精确确定聚合物点阵和图案的方法是在发光聚合物上引入某些可交联的活性基团，这样在 光被照到的地方，聚合物因产生交联而很难被溶剂等除去，反之没有被交联的聚合物就可 以除去，这样，聚合物可以通过光照然后除去不需要的部分，从而在同一基板上形成点阵或 图案。在这种方法中，必须要用溶剂非常干净地除去聚合物薄膜中不需要的部分，整个过程 为一种湿法光刻的光刻工艺流程。这样，就导致光定位过程实际变得很复杂，而且难免在用 溶剂清洗一种聚合物材料的过程中同时影响另一种需要留在基板上的聚合物材料。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种采用干法光刻技术实现半导 体聚合物图形化的方法，本专利技术还提供了应用这种方法制备的有机半导体发光器件、有机 半导体记忆体原型器件和有机半导体薄膜晶体管器件。本专利技术的技术思路是将所需要分布在基板上的点阵或图案(本专利技术中图案指的 是非点阵图形，下同)制作在掩模上，半导体聚合物成膜在基板后，接受透过掩模的紫外光照射，掩模上的点阵或图案使得聚合物薄膜相应的被照射或不被照射，没有被照射的部分 保持原有的光学和电学特性，而被照射的部分结构发生改变而使得原有的光学和电学性质 发生明显改变，这样在半导体聚合物薄膜上获得通过用光学与电学特性来体现的与掩模相 一致的点阵或图案。半导体聚合物分子主链上含有碳碳双键或碳碳三键，当曝光环境为空 气、氧气或其他活性气体时，则在紫外光照下碳碳双键或碳碳三键与氧气或其他活性气体 发生反应，双键或三键变为单键或断裂，这样聚合物分子结构改变，共轭程度降低，从而导 致光学吸收蓝移、电阻增大；当曝光环境为惰性气体或真空状态时，在紫外光照下，聚合物 分子的碳碳双键或三键间相互发生交联反应，同样使得分子共轭程度降低，从而导致光学 吸收蓝移、电阻增大。本专利技术采用的技术方案是一种实现半导体聚合物图形化的方法，包括如下步 骤在基板上形成半导体聚合物薄膜；用紫外光通过具有图形的掩模对半导体聚合物薄膜 进行曝光，聚合物薄膜受光照的部分体现出不同于未受光照部分的光学和电学特性，从而 在聚合物薄膜上获得通过用光学和电学特性来体现的与掩模图形相一致的点阵或者图案； 其中所述半导体聚合物分子主链上含有碳碳双键或碳碳叁键。优选的，所述半导体聚合物为MEH-PPV、P-PPV或者DEH-PPE，其中MEH-PPV为聚 (2-甲氧基，5- (2’ -乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯撑)、其结构式如(I )式所示，P-PPV 为聚(2- (4- (3’，7’-二甲基辛氧基)苯)-1，4-苯撑乙烯)、其结构式为如(II )式所示， DEH-PPE为聚(2，5-二(2’-乙基已基)-1，4-苯撑乙炔)，其结构式如(III)式所示权利要求1.一种实现半导体聚合物图形化的方法，包括如下步骤 在基板上形成半导体聚合物薄膜；用紫外光通过具有图形的掩模对半导体聚合物薄膜进行曝光，聚合物薄膜受光照的部 分体现出不同于未受光照部分的光学和电学特性，从而在聚合物薄膜上获得通过用光学和 电学特性来体现的与掩模图形相一致的点阵或者图案；其中所述半导体聚合物分子主链上含有碳碳双键或碳碳叁键。2.根据权利要求1所述的实现半导体聚合物图形化的方法，其特征在于所述半导体 聚合物为MEH-PPV、P-PPV或者DEH-PPE，所述MEH-PPV的结构式如(I )式所示、P-PPV的 结构式为如(II )式所示、DEH-PPE的结构式如(III)式所示3.根据权利要求2所述的实现半导体聚合物图形化的方法，其特征在于所述半导体 聚合物在成膜时采用其4/1000 g/L的溶液，所述溶液的溶剂为二甲苯与四氢呋喃的混合液。4.根据权利要求1、2或3所述的实现半导体聚合物图形化的方法，其特征在于所述 曝光在氮气环境中进行，曝光的时间为15 60分钟；或者在空环境中进行，曝光时间为 60 90秒。5.根据权利要求1、2或3所述的实现半导体聚合物图形化的方法，其特征在于所述 基板为玻璃基板，所述玻璃基板与形成的半导体聚合物薄膜之间自玻璃基板起还依次设置 有透明导电ITO电极、PEDOT =PSS空穴传输层。6.根据权利要求1、2或3所述的实现半导体聚合物图形化的方法，其特征在于所述 基板为Si/Si02基片，所述Si/Si02基片与形成的半导体聚合物薄膜之间还设置有十八烷基 三甲氧基硅烷层。7.一种有机半导体发光器件，包括依次设置的玻璃基板、透明导电ITO电极、PEDOT PSS空穴传输层、半导体聚合物薄膜层、金属钙层和金属银层，其特征在于所述半导体聚 合物薄膜层的图形是采用权利要求1 4任一项所述的方法获得的。8.一种有机半导体记忆体原型器件，包括依次设置的玻璃基板、透明导电ITO电极、 PEDOT =PSS空穴传输层、半导体聚合物薄膜层、金属钙层和金属银层，其特征在于所述半 导体聚合物薄膜层的图形是采用权利要求1 4任一项所述的方法获得的；所述透明导电 ITO电极和所述曝光时经紫外光照射过的半导体聚合物薄膜连接的部分，与所述透明导电 ITO电极和所述曝光时未经紫外光照射过的半导体聚合物薄膜连接的部分之间设置有第一 绝缘体分隔开；所述金属钙层和所述曝光时经紫外光照射过的半导体聚合物薄膜连接的部 分，与所述金属钙层和所述曝光时未经紫外光照射过的半导体聚合物薄膜连接的部分之间 设置有第二绝缘体分隔开；与所述金属钙层相应地，所述金属银层设置有第三绝缘体分隔 开。9.一种有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种实现半导体聚合物图形化的方法，包括如下步骤：在基板上形成半导体聚合物薄膜；用紫外光通过具有图形的掩模对半导体聚合物薄膜进行曝光，聚合物薄膜受光照的部分体现出不同于未受光照部分的光学和电学特性，从而在聚合物薄膜上获得通过用光学和电学特性来体现的与掩模图形相一致的点阵或者图案；其中所述半导体聚合物分子主链上含有碳碳双键或碳碳叁键。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓先宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94