[发明专利]一步实现图案化和自修饰界面的有机薄膜晶体管制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种有机薄膜晶体管(OTFT)的制备方法，特别涉及去润湿图案化制备OTFT的方法，具体地说是一种可去润湿自组装图案化，并同时实现相分离生成自修饰界面层的制备OTFT的一步法。

二、背景技术

有机薄膜晶体管(OTFT)是一种用有机材料代替传统硅半导体材料的半导体器件。相对于硅基材料加工困难、成本很高，有机材料可以制备成溶液，在温和的条件下制备半导体器件，因而受到更多的关注，已经成为下一代显示技术中的核心环节。已有三星、索尼等多家显示巨头企业研发基于有机薄膜晶体管的集成电路。有机薄膜晶体管也因自己的柔性特点，成为了可折叠显示器、全景显示屏幕中不可缺少的技术成分。

由于有机半导体薄膜通常都具有较大的体电导，如果电路中TFT器件的半导体薄膜互相连接，一方面容易在相邻器件之间产生串扰，另一方面也会使器件的漏电流大大增加，导致开关电流比降低。这些问题的存在严重阻碍了OTFT器件在大面积阵列及集成电路中的应用。

去润湿图案化是通过具备改变基片的表面能，从而让溶液形态的半导体材料在基片的表面上有选择性的停留，实现半导体薄膜图案化的方法。这种方法可以均匀地改变基片的表面能(基片整体表面接触角跳跃小于5°)，制备精度较高的微图案，并且实现了制备速度快，制备环境温和的特点而受到学术界的重点研究，成为了研究半导体材料图案化的焦点。

Byoung-Kwon Choo等人(Journal of the Korean Physical Society，Vol.48，No.6，June 2006，pp.1719_1722)对基片表面能的落差对半导体材料图案化的影响进行了研究，他们提出了当溶剂在基片上相对区域的接触角落差达到60°时，就可以很好地完成半导体薄膜的图案化这一观点。并且得到了精度在20um左右的图案。

为了更好的完善这一技术，探寻更高效的反应条件，Hwa Sung Lee等人(JPhys.Chem.C2010，114，2329-2333)针对不同蒸发速率的半导体材料溶剂对图案化的影响进行了研究，他们在采用滴膜静置方法的前提下，提出了用氯苯这一溶剂进行图案化要优于其他溶剂的观点，并且得到了较好的器件性能。

这种方法虽然可以很好地实现半导体材料的自组装图案化，但在器件的整体结构上存在致命的缺陷，因为半导体材料制备成溶液后，流动的溶液无法停留在表面能低的区域，只能停留在表面能很高的区域。但表面能很高的硅基片区域存在很多的羟基亲水基团，这些基团可以与载流子反应，形成载流子陷阱，阻碍了载流子的迁移，使得器件的性能大大的降低，并存在很大的磁滞效应。只有避免载流子与这些羟基基团陷阱接触，才可以提高器件的性能。在表面能较低的区域，虽然不存在羟基基团陷阱，但矛盾的是，半导体材料的溶液却无法在其上停留。

为了避开这些亲水的羟基集团与载流子反应，一些报道提出了用HDMS、OTS等方法在半导体层与栅绝缘层间增加了一个新的界面，从而隔离载流子与硅基片上的羟基集团，得到了不错的效果。但这种方法使得制备工艺更加复杂化，具有更多的不可控性，器件的生产率大大下降。

Wi Hyoung Lee，(Adv.Mater.2009，21，4243-4248)提出了一种用高分子聚合物与半导体材料形成的混合溶液进行有机薄膜半导体材料制备的方法，在溶剂蒸发的过程中，实现了小分子半导体材料与高分子聚合物绝缘层的相分离。在半导体层与删绝缘层之间增加了高分子聚合物绝缘层这一界面修饰层，让载流子的迁移行为发生在高分子聚合物绝缘层与小分子半导体层之间，避开了删绝缘层上羟基基团的载流子陷阱，得到了很好的器件性能，并且大大降低了磁滞效应。

但一步法实现去润湿图案化和相分离自修饰界面层的有机薄膜晶体管器件的制备技术至今未见有任何形式的报道。

三、发明内容

本发明针对半导体材料自组装图案化方法中存在载流子陷阱的缺陷，旨在提供一种新的自组装图案化制备有机薄膜晶体管的方法，所要解决的技术问题是在半导体材料实现图案化的同时于基片和半导体材料之间通过相分离生成自修饰界面。

本发明的思路是在选择性改变表面能的硅基片上，使有机半导体材料和高分子聚合物的有机溶液在基片表面低表面能的位置附着并滞留实现图案化，再通过有机溶剂的挥发实现有机半导体材料和高分子聚合物的相分离，使高分子聚合物形成绝缘层，从而隔绝载流子与基片表面羟基的反应，这就从根本上解决载流子陷阱问题。该绝缘层即是所称的自修饰界面。