[发明专利]可光固化聚合材料及相关电子装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月7日提交的美国临时专利申请序号61/596,217的优先权和利益，以其全部公开内容在此引作参考。

背景技术

在过去的十年中，对于使用有机或(无定形)金属氧化物材料作为半导体部件来开发电子装置具有日益增长的兴趣。这些装置可以提供如结构柔性、可能低得多的制造成本以及在大面积上进行低温周围环境的制造方法的可能性的优点。举例来说，有机和(无定形)金属氧化物材料都可以用于使能实现新的装置，如电子纸、柔性液晶显示面板、柔性有机发光二极管(OLED)以及射频识别(RFID)技术。

使用有机和(无定形)金属氧化物材料的主要益处之一是能够通过溶液相沉积技术来沉积相对应的膜，尽管两种材料可以使用各种气相方法来沉积。然而，为了充分实现有机或(无定形)金属氧化物半导体的加工优点，该装置的所有有源元件都应该在机械上是柔性的，并且优选的是，该装置的大部分部件应该与溶液相沉积方法兼容(如果不可通过溶液相沉积方法加工的话)。

举例来说，已经开发了基于不同的经过溶液加工的有机半导体以及经过溶液加工的或气相沉积的金属氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)。然而，TFT中的一关键部件是介电层，它作为栅极电绝缘材料。具体地，这些半导体晶体管进行成功商业化的挑战之一与所谓的栅偏应力效应有关。栅偏应力效应可以如下理解。在一晶体管中，典型地存在三个电极，这些电极用作栅极、源极以及漏极。该栅极电极将控制电压供应到该晶体管，并且该晶体管的半导体沟道响应栅极电压而将电流从该源极传导到该漏极。TFT的栅极介电使该栅极与该半导体沟道电绝缘。TFT中的卓越性能要求高沟道电导；对所施加的栅极电压的“开”和“关”响应迅速；源极到漏极电流的增加和降低非常快，因为栅极电压升高和下降通过一个阈转换值；在施加的栅极电压缺乏下从源极到漏极的电流泄漏最少；以及从沟道到栅极的电流泄漏可以忽略。这些操作特征应该是稳定的，并且在长时间施加栅极电压后不应该改变或偏移。实际上，转换TFT一段时间通常引起电流在给定的栅极电压下降低(迁移性降低)、电流-电压滞后和/或开启特征变化(阈电压偏移)。因此，栅偏应力通常通过长时间施加固定的栅极电压，接着测量传递曲线特征来研究。虽然栅偏应力效应的原因还未被完全弄明白，但相信影响因素是载荷子在与测量时间相当的时间尺度上的捕集和释放。此外，相信介电质-半导体接口可以引起栅偏应力效应。

因此，栅极介电材料在确定TFT的性能上起着关键的作用。通常，栅极介电层越薄，导致跨越栅极介电层的电压梯度越大，并且这又引起半导体中更多的载荷子更迅速的产生，以及允许驱动电压降低。然而，栅极介电材料的性质对于此层可以多薄设定了限制。举例来说，该材料在电压梯度的影响下不得击穿和导电；它必须良好地黏附到半导体沟道材料上；它必须在物理上足够坚固以能够在不使它所黏结的各种材料破碎或与它所黏结的各种材料分开下经受热循环；以及它在阈值电压(gating voltage)的长期施加下必须显示稳定的特性。此外，为了在商业上可行，介电材料应该可以使用与现有的微制造技术兼容的方法，并且优选的是，通过如上所述的溶液相工艺加工。对于依赖于背光所发射出的光的逐像素调节的显示器应用，栅极介电材料也优选为柔性和透明的。

因此，本领域中希望有新的介电材料，这些介电材料可以达到一个或多个以上要求。

发明概述

鉴于上述，本专利的教导提供了具有一种或多种所希望的特性和特征的有机材料，如对栅偏应力的耐受性、高击穿电压强度以及低泄漏特性，这些特性和特征使这些材料适合作为晶体管装置中的栅极介电材料。本发明有机材料的某些所希望的特性和特征(如对空气和水的稳定性以及在低剂量和提高的速度下的可光交联性)也使它们适合作为屏障/钝化或光致抗蚀剂材料。

更具体地，本发明的有机材料系基于聚合物的交联基质，所述聚合物具有式(Ia)的第一重复单元和任选地式(Ib)的第二重复单元：