[发明专利]一种喷墨打印技术中的半导体金属氧化物墨水及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件及喷墨打印技术，属于印刷电子技术领域，具体涉及一种喷墨打印技术中的半导体金属氧化物墨水及使用方法。

背景技术

随着信息时代的到来，显示技术正加速向大尺寸，柔性，可印刷的方向发展，在有源阵列驱动显示器件中，其核心技术的薄膜晶体管技术吸引了大量企业和研究者的注意。薄膜晶体管是一种场效应半导体器件，包括衬底，绝缘层，有源层，栅极和源漏电极等几个重要组成部分。其中有源层对于器件性能和制备工艺有着至关重要的影响。在近十几年的时间里，晶体管有源层材料以硅材料为主，在此基础上TFT-LCD显示器件得以迅速发展，并成为了主流显示终端。在近几年，金属氧化物由于其高透明度和迁移率以及较低的制备成本以及适用于大面积制备的特性吸引了大量研究者和企业对该技术的开发和使用。然而，但目前的硅基材料以及金属氧化物半导体材料都需要通过溅射、化学沉积的成膜工艺制备相应的薄膜，需要高真空环境和大量掩膜版，有着极为复杂的工艺和高昂的人工成本。

现在的薄膜晶体管主流技术多采用玻璃基板上通过溅射、化学沉积等方式制备多晶硅或者金属氧化物半导体，相比于印刷方式制备晶体管而言，这种制备方式具有较高的制备成本和较为复杂的工艺流程。对于印刷方式制备无机金属氧化物薄膜晶体管来说，对于衬底选择具有较高的兼容性，无需掩膜版等优点使得喷墨打印成为是现今最常用、最热门的一种制备方式。但是，无机金属氧化物材料的溶液作为打印墨水时，其制备的MOTFT往往具有电子迁移率及开关比不高，薄膜均一性不好引起的性能劣化等性能缺点而不利于实际应用及批量化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷墨打印技术中的半导体金属氧化物墨水及使用方法，通过在薄膜成膜前在溶液中实现复合溶剂、金属氧化物前驱体与有机聚合物的共混，在成膜的过程中有机聚合物改善了溶剂挥发后图案的不均匀形貌，同时影响了前驱体转变为金属氧化物的过程，通过促进了导电沟道的形成提高了其电子的迁移率。

本发明采用以下方法实现：

一种喷墨打印技术中的半导体金属氧化物墨水，该墨水以半导体金属氧化物前驱体溶液作为基础溶液，通过加入第二溶剂及有机聚合物完成共混掺杂并制备成复合溶液。所述的半导体金属氧化物前驱体材料由有机或无机的金属盐类组成，包含乙酰丙酮根离子、乙酸根离子、硝酸根离子、氯离子中的一种或多种阴离子。所述的有机聚合物在第二溶剂中的溶解性好，并具有稳定的化学性质且不与水氧以及墨水中的半导体金属氧化物前驱体有直接的化学反应；

所述的第二溶剂包括酯类和酮类。

所述的半导体金属氧化物前驱体材料包括乙酰丙酮铟和硝酸铟中的一种。

所述有机聚合物的分子量为2000到1000万之间的某一分子量，包括聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

所述半导体金属氧化物前驱体的良溶剂包括醇类和醚类，与第二溶剂有优异的混溶性。

所述复合溶液中，半导体金属氧化物前驱体的摩尔浓度在0.02 M ~0.8 M之间，且有机聚合物溶质与金属氧化物前驱体溶质的质量分数比在0.1:100到5:100之间。

半导体金属氧化物墨水的使用方法：复合溶液通过喷墨打印的方式制备在一平整基板上，该基板与复合溶液的接触角在0~90°，且打印时基板的温度保持在30~50℃。该复合溶液打印在基板上后，需要经过热退火处理，退火温度在200~300℃。

与现有技术相比，本发明的显著优点和有益效果为：本发明制作的金属氧化物薄膜晶体管器件，其有源层采用喷墨打印的方式制备，其工艺简单，操作快速准确；而喷墨打印所用到的有源层则是通过采用复合溶剂实现金属氧化物前驱体与有机聚合物的共混，在成膜的过程中有机聚合物改善了溶剂挥发后图案的不均匀形貌，同时影响了前驱体转变为金属氧化物的过程，通过促进了导电沟道的形成提高了其电子的迁移率。

附图说明

图1是本发明中金属氧化物薄膜晶体管器件的结构示意图。

图2是本发明实施例1,2所测试出的转移特性曲线图以及对应的沉积图案。

图3是本发现实施例1,2所制备的图案对应的纵向切面高度图。

图4本发现实施例1,2所制备的有源层薄膜对应的X射线电子能谱图。

【标号说明】其中100为P型掺杂硅片，110为绝缘层，120为有源层，130为源漏电极。

具体实施方式

以下将通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1