[发明专利]作为高性能有机薄膜晶体管的电介质表面的膦酸自组装单分子膜

说明书

本发明提供多种环烷基烷基膦酸，用于在金属氧化物层的表面上形成自组装单层(SAM)。所述SAM和金属氧化物层共同形成有机薄膜晶体管(OTFT)的介电层。所述OTFT可由p型和n型有机半导体层在所述SAM上形成。所述OTFT比其它SAMs显示更优良的场效应迁移率和空气稳定性，并且所述环烷基烷基膦酸形成的SAMs使得利用气相沉积或溶液处理技术来沉积有机半导体成为可能。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月13日提交的美国临时申请序号62/011,976的权益，该案的公开内容以引用的方式整体并入本文中，包括所有插图、表格以及附图。

发明背景

轻型、柔性以及低成本有机电子装置是不断发展的市场。用于智能手机的有机发光二极管(OLED)显示器已经商业化。有机薄膜晶体管(OTFT)是有机集成电路中的基本单元并且是重要的元件性有机电子装置。举例来说，这些元件用于射频识别(RFID)标签和传感器中并且用于驱动有源矩阵显示器的个别像素。低功率互补电路使用正栅压和负栅压来开关晶体管，从而需要p通道和n通道晶体管。然而，n通道OTFT相对于其p通道对应物发展不充分。N通道OTFT在空气中经受不良稳定性。典型地，使用两种方法来制造OTFT，即真空沉积和溶液处理。真空沉积技术的执行成本高于可与用于柔性衬底上的大面积沉积的卷对卷或喷墨印刷技术相容的溶液方法。场效应迁移率是针对OTFT的最重要参数，并且具有高场效应迁移率的OTFT具有广泛应用。例如，具有高于1cm²V^-1s^-1的场效应迁移率的OTFT可用于替换非晶硅的薄膜晶体管。

OTFT典型地由三个电极(栅电极、漏电极以及源电极)、介电层以及有机半导体层组成。OTFT是接口装置，其性能强烈地依赖于有机半导体与电介质之间的接口，而与所述有机半导体是通过真空沉积或溶液处理来制造的方式无关。因此，至关重要的是在装置制造期间控制OTFT的电介质表面的结构和特性。因此，为了获得展现高场效应迁移率和稳固的环境稳定性的OTFT，仍需要开发一种用于可使用真空沉积或溶液处理制造的高性能p通道和n通道OTFT的一般电介质表面。

概述

本发明的实施方案是针对环烷基烷基膦酸和其经由中间体环烷基烷基膦酸二烷基酯实现的制备。本发明的另一实施方案是针对在表面上形成的环己基十二烷基膦酸的自组装单层(SAM)。所述表面可为金属氧化物电介质的表面。本发明的另一实施方案是针对一种包括电介质的有机薄膜晶体管，所述电介质包括金属氧化物层与环己基十二烷基膦酸的SAM。所述SAM允许通过气相沉积或溶液处理方法沉积n型和p型有机半导体以形成显示高场效应迁移率和良好的空气稳定性的OTFT。

附图简述

图1示出根据本发明的一个实施方案，经由多步骤合成通过环烷基烷基膦酸二烷基酯制备环己基十二烷基膦酸(CDPA)。

图2示出根据本发明的一个实施方案，可沉积于介电层的环己基十二烷基膦酸的自组装单层(SAM)上以形成有机薄膜晶体管(OTFT)的各种n型和p型有机半导体。

图3示出根据本发明的一个实施方案的示例性(OTFT)的结构。

图4示出用于形成OTFT的SAM的现有技术试剂，用于与根据本发明的一个实施方案的OTFT的性能进行比较。

图5示出根据本发明的一个实施方案，OPA、CDPA以及CBPA的SAM的掠角衰减全反射傅里叶变换红外(GATR-FTIR)光谱的一部分。

图6示出根据本发明的一个实施方案的CDPA修饰的AlO_y/TiO_x和裸AlO_y/TiO_x的掠入射X射线衍射(GIXD)图案，其中箭头指示来自SAM的衍射峰。