提高有机半导体载子迁移率的方法

摘要

一种提高有机半导体载子迁移率的方法，主要包括有下列步骤：形成栅极(Gate)于一基板上；形成一绝缘层(Insulator layer)于该基板及该栅极上；涂布聚酰亚胺(Polyimide)以形成一中间层(interlayer)于该绝缘层上；形成一主动层于该中间层上；以及，形成源极和漏极，其中，涂布聚酰亚胺以形成一中间层于该绝缘层上的方法可用旋涂法(Spin Coating)、喷墨印刷法(Inject Printing)、接触印刷法(Contact Printing)或等离子体蚀刻等等的方法完成。

说明书

技术领域

本发明是提供一种提高有机半导体载子迁移率的方法，尤指一种在有机薄膜晶体管的结构中，通过中间层(interlayer)的加入，达到提高载子迁移率的方法。

背景技术

有机薄膜晶体管是由有机共轭高分子或寡聚分子材料所制成的晶体管，与传统的无机晶体管比较起来，有机薄膜晶体管可在低温下制作，因此在基板的选择上可采用较轻、薄且便宜的塑料取代玻璃。此外，有机薄膜晶体管相对来讲方法简单且较不需精密的技术及设备，故极具发展潜力。虽然有机薄膜晶体管具有上述的优点，但目前研究上仍有一些瓶颈有待克服，如载子迁移率较慢、驱动电压过高等问题，其中由于载子迁移率过慢，限制了有机薄膜晶体管开发及应用的范围。一般来说，有机薄膜晶体管的主动层分子是以多晶硅的结晶型态存在，由于各个结晶分子排列取向不尽相同，使得不同晶间存在许多晶界(boundary)。这些晶界会阻碍载子的传递，进而降低组件的特性。因此，目前有机薄膜晶体管的研究方向，主要都集中在如何使主动层的有机半导体分子以单晶或结晶颗粒较大的型态存在。其中较常见的方法是对沉积有机半导体分子的表面改质，即于介电层上覆盖一层与有机半导体分子结晶型态较为兼容的中间层，以改善有机半导体分子结晶型态。

美国专利US6433359号提出以自组装单层膜(Self-Assembled Monolayer，SAM)的方法来制作有机半导体/介电层间的中间层。此法虽可使中间层显现图像(pattern)，但必须在前体(precursor)与介电层能起反应的条件下方可进行，故其材料选择性较小，且前体(precursor)与介电层的反应条件不易控制，且现有技术是以蒸镀的方式完成上述的目的，在制作过程中自组装单层膜(SAM)容易挥发使品质稳定性不佳。

综观以上所述，现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，至少存在以下缺点：

一、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，其中间层的制作方式较为复杂及耗时，增加制造成本，影响市场竞争力。

二、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，其中间层的制作必须在前体(precursor)与介电层能起反应的条件下方可进行，故其材料选择性较小，且前体(precursor)与介电层的反应条件不易控制。

三、现有技术的有机薄膜晶体管的制作方法，以蒸镀的方式完成中间层，在制作过程中自组装单层膜(SAM)容易挥发使品质稳定性不佳，进而影响有机薄膜晶体管制作的优良率与稳定性。

发明内容

有鉴于现有技术技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高有机半导体载子迁移率的方法，其特征是涂布特定高分子材料，以形成一中间层(interlayer)，步骤简单且成本低廉，增加市场竞争力。

本发明的另一目的在于提供一种提高有机半导体载子迁移率的方法，其特征只需涂布特定的高分子材料作为中间层，故其涂布的条件容易控制，材料的选择性较大。

本发明的再一目的在于提供一种提高有机半导体载子迁移率的方法，在其在制作过程中不会有挥发问题，故其有机半导体的品质稳定，进而提高有机薄膜晶体管制作的优良率与稳定性。

为达上述目的，本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法的较佳实施例中，主要包括有下列步骤：(a)形成栅极(Gate)于一基板上；(b)形成一绝缘层(Insulator layer)于该基板及该栅极上；(c)涂布聚酰亚胺(Polyimide)以形成一中间层(interlayer)于该绝缘层上；(d)形成一主动层于该中间层上；(e)形成源极和漏极。

其中，涂布聚酰亚胺以形成一中间层于该绝缘层上的方法可用旋涂法(Spin Coating)、喷墨印刷法(Inject Printing)、接触印刷法(ContactPrinting)或等离子体蚀刻等等的方法完成。

其中，所述形成该主动层，也就是形成有机半导体材料层，所述有机半导体材料可以是高分子材料、有机分子材料，或者高分子材料、有机分子材料与无机材料的混合物。其形成方法可用蒸镀法、旋涂法、喷墨印刷法及接触印刷法其中一种。

其中，所述基板可为硅晶片、玻璃、石英、塑料基板及可弯曲式基板其中一种；所述栅极、源极和漏极可为金属及导电高分子材料其中一种，例如：铬(Cr)或氧化铟锡(ITO)等；所述绝缘层可为常用无机材料、高分子材料及高介电常数材料其中一种。

附图说明

图1A至图1E为本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法的第一较佳

实施例示意图。

图2A至图2E为本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法的第二较佳

实施例示意图。

附图标号说明：100、200基板；101、201栅极；102、202绝缘层；103、203中间层；104、204主动层；105、205源极；106、206漏极。

具体实施方式

为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明如后。

请参照图1A至图1E，其为本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法的第一较佳实施例示意图。

如图1A所示，提供一基板100，将基板100进行前段处理，清洁、去除有机物与细小微粒后，再形成一栅极(Gate)101，而栅极101是使用金属或导电高分子材料，例如：铬(Cr)或氧化铟锡(ITO)等，基板100一般可以使用硅晶片、玻璃、石英、塑料基板或可弯曲式基板等等，作为有机薄膜晶体管的基材。

如图1B所示，形成一绝缘层(Insulator layer)102于该基板100与该栅极101上，该绝缘层102可用无机材料、高分子材料或高介电常数(High-K)的材料，作为有机半导体内绝缘之用。

如图1C所示，使用旋涂法(Spin Coating)、喷墨印刷法(InjectPrinting)、接触印刷法(Contact Printing)或等离子体蚀刻图案化(patterned by plasma etching)等方式，将特定的高分子材料聚酰亚胺(Polyimide)，例如：Nissan chemical industries，LTD所生产的RN-1349或RN-1338，涂布于该绝缘层102上，形成一中间层(interlayer)103，该中间层于有机半导体中可控制有机分子使之某个方向排列较有次序，使后续镀膜工艺的晶粒大小增加，晶界数目相对的也减少，故有机半导体操作时有较佳的载子传导效率，并降低象素(pixel)与象素之间可能产生的漏电或串音(crosstalk)，以达到改善组件特性及电路设计要求的目的。

如图1D所示，以蒸镀、旋涂法(Spin Coating)、喷墨印刷法(InjectPrinting)或接触印刷法(Contact Printing)等方式，将有机半导体材料镀在该中间层103上，形成一主动层104，该主动层104因中间层103加入的关系，而使主动层104的晶粒加大，故可获得较佳电性能的主动层104，亦即同时提高有机半导体的电性能，由电性的分析显示，中间层103的加入，使得主动层104的晶粒加大(亦即晶界减少)，而有机半导体的载子迁移率亦由0.01～0.02cm²/V-s提高至0.5～1.0cm²/V-s。

如图1E所示，使用金属或导电高分子材料，例如：铬(Cr)或氧化铟锡(ITO)等，形成源极(Source)105和漏极(Drain)106，完成本较佳实施例的上接触/下栅极(Top contact/Bottom gate)结构。

再请参照图2A至图2E，其为本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法的第二较佳实施例示意图，其中图2A至图2B的方法步骤中的基板200、栅极201与绝缘层202的使用材料、形成方式等等，与本发明的第一较佳实施例的图1A至图1C的方法步骤相类似，且于第一较佳实施例中详述过，以下便不再多加赘述。

如图2C至图2E所示，以旋涂法(Spin Coating)、喷墨印刷法(InjectPrinting)、接触印刷法(Contact Printing)或等离子体蚀刻图案化(patterned by plasma etching)等方式，将特定的高分子材料聚酰亚胺(Polyimide)，例如：Nissan chemical industries，LTD所生产的RN-1349或RN-1338，涂布于该绝缘层202上形成一中间层203，于本较佳实施例中，中间层203并不用布满整个绝缘层202。之后再形成主动层204、源极205和漏极206，完成本第二较佳实施例的上接触/下栅极(Top contact/Bottom gate)结构。

综上所述，本发明的提高有机半导体载子迁移率的方法，其特征是涂布特定的高分子材料作为中间层，故其涂布的条件容易控制，材料的选择性较大，步骤简单且成本低廉，又因其在制作过程中不会有挥发问题，故该有机半导的品质稳定；以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，其为上接触/下栅极(Top contact/Bottom gate)的结构，当不能以之限制本发明的范围，容易联想得到，诸如：使用在上接触/上栅极(Top contact/Top gate)、下接触/上栅极(Bottom contact/Top gate)或下接触/下栅极(Bottom contact/Bottom gate)等等的结构，熟悉此领域技术者于领悟本发明的精神后，皆可想到变化实施之，即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。