專利名稱：用于形成有機(jī)絕緣薄膜的組合物和由這種組合物形成的有機(jī)絕緣薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成有機(jī)絕緣薄膜的組合物和由這種組合物形成的有機(jī)絕緣薄膜。更具體地說，本發(fā)明涉及用于形成交聯(lián)有機(jī)絕緣薄膜以便在形成有機(jī)絕緣薄膜后對光刻過程中使用的有機(jī)溶劑具有優(yōu)異耐化學(xué)性的組合物，和由這種組合物形成的有機(jī)絕緣薄膜。
相關(guān)技術(shù)描述由于作為能表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性的共軛有機(jī)聚合物的多炔得到發(fā)展，因此已積極地研究將有機(jī)半導(dǎo)體在各種應(yīng)用例如功能電子和光學(xué)器件中作為新型電和電子材料，由于在各種合成方法方面，容易成型為纖維和薄膜，優(yōu)良的柔性，高傳導(dǎo)性和低制造成本。
在使用這些導(dǎo)電性聚合物制造的器件中，從1980年代就進(jìn)行了使用有機(jī)材料作為半導(dǎo)體活性層制造有機(jī)薄膜晶體管的研究。關(guān)于這方面，目前在全世界內(nèi)都在積極地進(jìn)行大量研究。有機(jī)薄膜晶體管在結(jié)構(gòu)上與硅(Si)薄膜晶體管基本相同，但在使用有機(jī)材料取代硅(Si)作為半導(dǎo)體材料方面存在巨大差異。另外，這類有機(jī)薄膜晶體管還有優(yōu)勢在于它們能通過環(huán)境壓力下的印刷工藝和通過進(jìn)一步使用塑料作為襯底的卷裝進(jìn)出工藝來制造，取代了常規(guī)硅工藝如等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(CVD)，這比硅薄膜晶體管在經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢。
預(yù)期有機(jī)薄膜晶體管能用于智能卡與存貨標(biāo)簽中使用的發(fā)光顯示和塑料芯片的傳動裝置，并在性能上比得上α-Si薄膜晶體管。有機(jī)薄膜晶體管的性能取決于有機(jī)活性層的結(jié)晶程度、襯底和有機(jī)活性層之間界面處的充電特性、載流子注入到源/漏電極和有機(jī)活性層之間界面的能力。已有大量試驗(yàn)提高有機(jī)薄膜晶體管的性能。具體地說，在降低閾電壓的努力中，已使用具有高介電常數(shù)的絕緣體例如鐵電絕緣體如BaxSr1-xTiO3(鈦酸鍶鋇(BST))、Ta2O5、Y2O3、TiO2等和無機(jī)絕緣體如PbZrxTi1-xO3(PZT)、Bi4Ti3O12、BaMgF4、SrBi2(Ta1-xNbx)2O9、Ba(Zr1-xTix)O3(BZT)、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12等作為無機(jī)絕緣薄膜材料(美國專利5946551)。但是，這些無機(jī)氧化物材料在加工方面并不比常規(guī)硅材料有任何優(yōu)勢。
對于有機(jī)絕緣薄膜材料，已使用聚酰亞胺、BCB(苯并環(huán)丁烯)、光丙烯?；?美國專利6232157)。但是，由于這些有機(jī)絕緣薄膜未表現(xiàn)出超過無機(jī)絕緣薄膜的令人滿意的器件特性，因此它們難于適用于替代無機(jī)絕緣薄膜。
為解決這些問題，韓國專利申請2002-59061描述了具有能大幅度提高有機(jī)薄膜晶體管性能的馬來酰亞胺共聚物結(jié)構(gòu)的絕緣聚合物。但是，仍然存在有機(jī)絕緣聚合物可能會溶解到隨后光刻過程中使用的有機(jī)溶劑中的問題。因此，本發(fā)明人提出一種通過UV輻照并退火交聯(lián)劑和光酸發(fā)生劑的混合物來制備有機(jī)絕緣體的方法。
同樣地，Infineon Technology嘗試通過混合PVP與聚三聚氰胺-共-甲醛來提高隨后過程中的耐化學(xué)性。但是，這種嘗試由于需要約200℃的高溫以交聯(lián)PVP而局限到塑料襯底應(yīng)用上(Journal of Applied Physics 2003，93，2977& Applied Physics Letter 2002，81，289)。
發(fā)明概述因此，鑒于上述問題進(jìn)行了本發(fā)明，本發(fā)明的一個特征是提供對隨后光刻過程中使用的有機(jī)溶劑具有優(yōu)異耐化學(xué)性的有機(jī)絕緣薄膜。因此，當(dāng)使用該有機(jī)絕緣薄膜制造晶體管時，能提高晶體管的電性能，同時使形成微圖(micropattern)形成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的特征，提供一種用于形成有機(jī)絕緣薄膜的組合物，包括(i)用下面式1或2表示的有機(jī)絕緣聚合物
式1 其中取代基R’各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基或雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；n為0.1和1之間的實(shí)數(shù)；m為0和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1，或式2 其中R為C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；取代基R”各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代，條件是至少一個R”為羥基；n為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；m為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1；(ii)交聯(lián)劑；(iii)光酸發(fā)生劑；和(iv)溶劑。
根據(jù)本發(fā)明的特征，還提供一種通過涂敷組合物然后UV輻照和退火形成的有機(jī)絕緣薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的特征，又提供一種包括襯底、柵電極、柵絕緣薄膜、有機(jī)活性層和源-漏電極的有機(jī)薄膜晶體管，其中使用有機(jī)絕緣薄膜作為柵絕緣薄膜。
附圖簡述從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中將能更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1a和1b為普通有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的器件的電流轉(zhuǎn)移特性圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的器件的電荷遷移率圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明對比實(shí)施例1制造的器件的電流轉(zhuǎn)移特性圖；和圖5為根據(jù)本發(fā)明對比實(shí)施例1制造的器件的電荷遷移率圖。
優(yōu)選實(shí)施方案描述下文中，將更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
用下面的式1或2表示本發(fā)明的組合物中包含的有機(jī)絕緣聚合物 其中取代基R’各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；n為0.1和1之間的實(shí)數(shù)；m為0和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1，或 其中R為C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；取代基R”各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代，條件是至少一個R”為羥基；n為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；m為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1。
除了有機(jī)絕緣聚合物外，本發(fā)明的組合物還包括交聯(lián)劑和光酸發(fā)生劑以便在退火和UV輻照時引起交聯(lián)反應(yīng)以形成有機(jī)絕緣薄膜。
本發(fā)明組合物中包含的交聯(lián)劑為退火時能引起交聯(lián)反應(yīng)的材料。本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑的具體例子包括環(huán)氧樹脂；酚樹脂；三聚氰銨樹脂(melamine resins)；聚丙烯酸；有機(jī)酸如乙酸、草酸、丁酸、酒石酸、辛酸、油酸、鄰苯二甲酸、偏苯三酸、甲苯磺酸、苯乙烯磺酸等；胺化合物如丁胺、辛胺、月桂胺、二丁胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙撐三胺、三乙撐四胺、olecylamine、環(huán)己胺、芐胺、二乙基氨基丙胺、亞二甲苯基二胺、三乙撐二胺、胍、二苯基胍、4，6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、嗎啉、N-甲基嗎啉、2-乙基-4-甲基咪唑、1，8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳烯-7、咪唑等；和酐如馬來酐、鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、橋亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐、十二烷基琥珀酸酐、均苯四酸酐、氯菌酸酐(chlorendric anhydride)等?？蓡为?dú)使用這些交聯(lián)劑，或聯(lián)合其兩種或多種使用。
以100重量份有機(jī)絕緣聚合物計(jì)，交聯(lián)劑的使用量為10～80重量份。如果使用的交聯(lián)劑的量超過80重量份，則會損害絕緣特性。同時，如果使用的交聯(lián)劑的量少于10重量份，則導(dǎo)致溶劑變質(zhì)(solvent deterioration)。
對于本發(fā)明組合物中包含的光酸發(fā)生劑，可使用離子光酸發(fā)生劑、非離子光酸發(fā)生劑和聚合光酸發(fā)生劑。
本發(fā)明中使用的離子光酸發(fā)生劑的具體例子包括锍基和碘鎓基物質(zhì)。離子光酸發(fā)生劑的更具體例子為用下面式3至10表示的物質(zhì)式3 其中R1、R2和R3各自獨(dú)立地為直鏈或支鏈C1～6烷基、苯基或取代的苯基烷基；X為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～8烷基磺酸根(sulfonate)、全氟烷基磺酸根、萘基磺酸根、10-樟腦磺酸根、苯基磺酸根、甲苯基磺酸根、二氯苯基磺酸根、三氯苯基磺酸根、三氟甲基苯基磺酸根、Cl、Br、SbF6、BF4、PF6或AsF6；式4 其中X為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～8烷基磺酸根、全氟烷基磺酸根、萘基磺酸根、10-樟腦磺酸根、苯基磺酸根、甲苯基磺酸根、二氯苯基磺酸根、三氯苯基磺酸根、三氟甲基苯基磺酸根、F、Cl、Br、SbF6、BF4、PF6或AsF6；D1為氫原子或C1～4烷基；和D2為C1～10烷基或2-乙烯氧基乙基；式5 其中R4為C1～10烷基；MXn-為BF4-、PF6-、AsF6-或SbF6-；式6 式7
其中MXn-為PF6-或SbF6-；式8 其中R5為C1～10烷基；MXn-為PF6-或SbF6-；式9 其中R6和R7各自獨(dú)立地為C1～20烷基或烷氧基，或羥基；Ar1、Ar2和Ar3各自獨(dú)立地為苯基、萘基或蒽基；和式10 其中R8和R9各自獨(dú)立地為C1～20烷基或烷氧基，或羥基。
式3的物質(zhì)的具體例子包括三氟甲磺酸三苯锍、全氟辛磺酸三苯锍、全氟丁磺酸三苯锍、全氟辛磺酸二苯基對甲苯锍、全氟辛磺酸三(對甲苯)锍、三氟甲磺酸三(對氯苯)锍、三氟甲磺酸三(對甲苯)锍、三氟甲磺酸三甲基锍、三氟甲磺酸二甲基苯基锍、三氟甲磺酸二甲基甲苯基锍、全氟辛磺酸二甲基甲苯基锍、對甲苯磺酸三苯锍、甲磺酸三苯锍、丁磺酸三苯锍、正辛磺酸三苯锍、1-萘磺酸三苯锍、2-萘磺酸三苯锍、10-樟腦磺酸三苯锍、2，5-二氯苯磺酸三苯锍、1，3，4-三氯苯磺酸二苯基甲苯锍、對甲苯磺酸二甲基甲苯锍、2，5-二氯苯磺酸二苯基甲苯锍、四氟硼酸三苯锍、六氟乙酸三苯锍、氯化三苯锍等。
優(yōu)選的式4的物質(zhì)包括其中X為甲磺酸根、三氟甲磺酸根、對甲苯磺酸根、10-樟腦磺酸根、環(huán)己氨基磺酸根、全氟-1-丁磺酸根、全氟辛磺酸根、F、Cl、Br、SbF6、BF4、PF6或AsF6；D1為氫原子或甲基；和D2為甲基或乙烯氧基乙基的那些。
本發(fā)明中使用的非離子光酸發(fā)生劑的例子包括硝基芐基磺酸根基物質(zhì)和偶氮萘醌基物質(zhì)。非離子光酸發(fā)生劑的更具體的例子為用下面式11至17表示的物質(zhì)式11 其中R12和R13各自獨(dú)立地為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基；式12 其中R14為氫原子、鹵原子或直鏈或支鏈C1～5烷基、烷氧基或鹵代烷基；R15為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基、烷基苯基或鹵代烷基；式13
其中R16為氫原子、鹵原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或三氟甲基；R17為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基、烷基苯基或鹵代烷基、苯基烷基、直鏈或支鏈C1～5烷氧基、苯基或甲苯基；式14 其中R18為用下面式14a或14b表示的基團(tuán) 其中R19、R20和R21各自獨(dú)立地為氫原子或鹵原子；k為0至3的整數(shù)；或 其中R22至R26各自獨(dú)立地為氫原子、鹵原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或烷氧基、三氟甲基、羥基、三氟甲氧基或硝基；式15 其中R27為上面式14a或14b的基團(tuán)；R28為氫原子、羥基或R27SO2O；R29為直鏈或支鏈C1～5烷基或用下面式15a表示的基團(tuán) 其中R30和R31各自獨(dú)立地為氫原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或R27SO2O；式16
其中R32為可被至少一個雜原子斷開的烷基或芳基；j為1至3的整數(shù)；和式17 或 其中Q1和Q2各自獨(dú)立地為C1～50烷基或芳基，g和h都為不小于1的整數(shù)。
式11的物質(zhì)的具體例子包括1-環(huán)己基磺酰基-1-(1，1-二甲基乙基-磺?；?重氮甲烷、雙(環(huán)己基磺?；?重氮甲烷、1-環(huán)己基磺?；?1-環(huán)己基羰基重氮甲烷、1-重氮基-1-環(huán)己基磺?；?3，3’-二甲基丁-2-酮、1-重氮基-1-甲基磺酰基-4-苯基丁-2-酮、重氮基-1-(1，1-二甲基乙基磺?；?3，3-二甲基-2-丁酮、1-乙?；?1-(1-甲基乙基磺?；?重氮甲烷等。
式12的物質(zhì)的具體例子包括雙(對甲苯磺?；?重氮甲烷、甲基磺?；?對-甲苯磺?；氐淄?、1-重氮基-1-(對甲苯磺?；?-3，3’-二甲基-2-丁酮、雙(對-氯苯磺酰基)重氮甲烷、環(huán)己基磺酰基-對-甲苯磺?；氐淄榈取?br> 式13的物質(zhì)的具體例子包括1-對甲苯磺?；?1-環(huán)己基羰基重氮甲烷、1-重氮基-1-(對甲苯磺?；?-3，3-二甲基丁-2-酮、1-重氮基-1-苯磺?；?3，3-二甲基丁-2-酮、1-重氮基-1-(對甲苯磺?；?-3-甲基丁-2-酮等。
式14的物質(zhì)的具體例子包括1，2，3-三(三氟甲磺酰氧基)苯、1，2，3-三-(2，2，2-三氟乙磺酰氧基)苯、1，2，3-三(2-氯乙磺酰氧基)苯、1，2，3-三(對-三氟苯磺酰氧基)苯、1，2，3-三(對-硝基苯磺酰氧基)苯、1，2，3-三(2，3，4，5-五氟苯磺酰氧基)苯、1，2，3-三(對-氟代苯磺酰氧基)苯、1，2，3-三(甲磺酰氧基)苯、1，2，4-三(對-三氟甲氧基苯磺酰氧基)苯、1，2，4-三(2，2，2-三氟乙磺酰氧基)苯、1，2，4-三(2-噻吩基磺酰氧基)苯、1，3，5-三甲磺酰氧基)苯、1，3，5-三(三氟甲磺酰氧基)苯、1，3，5-三(2，2，2-三氟乙磺酰氧基)苯、1，3，5-三(對-硝基苯磺酰氧基)苯、1，3，5-三(2，3，4，5，6-五氟苯磺酰氧基)苯、1，3，5-三(對-氟代苯磺酰氧基)苯、1，3，5-三(2-氯乙磺酰氧基)苯等。
式15的物質(zhì)的具體例子包括2，3，4-三(對-氟苯磺酰氧基)二苯甲酮、2，3，4-三(三氟甲磺酰氧基)二苯甲酮、2，3，4-三(2-氯乙磺酰氧基)二苯甲酮、2，3，4-三(對-三氟甲基苯磺酰氧基)二苯甲酮、2，3，4-三(對-硝基苯磺酰氧基)二苯甲酮、2，3，4-三(對-氟代苯磺酰氧基)乙酰苯、2，3，4-三(2，3，4，5，6-五氟苯磺酰氧基)乙酰苯、2，3，4-三(2-硝基苯磺酰氧基)乙酰苯、2，3，4-三(2，5-二氯苯磺酰氧基)乙酰苯、2，3，4-三(2，3，4-三氯苯磺酰氧基)乙酰苯、2，2’，4，4’-四(甲磺酰氧基)二苯甲酮、2，2’，4，4’-四(2，2，2-三氟乙磺酰氧基)二苯甲酮、2，2’，4，4’-四(2-氯乙磺酰氧基)二苯甲酮、2，2’，4，4’-四(2，5-二氯苯磺酰氧基)二苯甲酮、2，2’，4，4’-四(2，4，6-三甲基苯磺酰氧基)二苯甲酮、2，2’，4，4’-四(間-三氟甲基苯磺酰氧基)二苯甲酮等。
聚合光酸發(fā)生劑為能在光照射時產(chǎn)生酸的聚合物，其中聚合物具有500～1,000,000的分子量，并在其主鏈或支鏈中包含锍或碘鎓鹽。
以100重量份有機(jī)絕緣聚合物計(jì)，光酸發(fā)生劑的使用量為0.1～10重量份。當(dāng)使用的光酸發(fā)生劑的量超過10重量份時，存在交聯(lián)混合物形成膠體的問題。另一方面，當(dāng)使用的光酸發(fā)生劑的量少于0.1重量份時，光敏性差并因此導(dǎo)致薄膜的溶劑變質(zhì)。
通過混合有機(jī)絕緣聚合物、交聯(lián)劑和光酸發(fā)生劑，將混合物以固體含量在1～50wt％范圍內(nèi)的量溶解到有機(jī)溶劑中，并將溶液涂敷到形成有柵電極的襯底上來形成本發(fā)明的有機(jī)絕緣薄膜。對于有機(jī)溶劑，可使用環(huán)己酮、二乙二醇甲基乙基醚、N-甲基吡咯烷酮等。可通過旋涂、旋轉(zhuǎn)鑄造、噴墨印刷技術(shù)等進(jìn)行涂敷。
在90～110℃下退火絕緣薄膜50～70分鐘，并暴露于UV光以形成最終的有機(jī)絕緣薄膜。退火和UV輻照的順序可顛倒。另外，可重復(fù)進(jìn)行這兩個過程一次或多次。
可使用這樣形成的有機(jī)絕緣薄膜制造包括襯底、柵電極、柵絕緣薄膜、有機(jī)活性層和源-漏電極的有機(jī)薄膜晶體管。此時，使用有機(jī)絕緣薄膜作為柵絕緣薄膜。
典型的有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示于圖1a和1b。本發(fā)明的有機(jī)絕緣薄膜不僅適用于圖1a和1b所示的結(jié)構(gòu)，而且適用于本領(lǐng)域中已知的所有結(jié)構(gòu)。
對于有機(jī)活性層材料，可使用本領(lǐng)域中常用的任何材料。合適材料的例子包括但不限于并五苯、銅酞菁、聚噻吩、聚苯胺、多炔、聚吡咯、聚亞乙烯苯(polyphenylene vinylenes)和它們的衍生物。
合適的柵電極和源-漏電極材料為金屬和本領(lǐng)域中常用的導(dǎo)電性聚合物。具體例子包括但不限于金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銦-錫氧化物(ITOs)、聚噻吩、聚苯胺、多炔、聚吡咯、聚亞乙烯苯、PEDOT(聚乙二氧噻吩)/PSS(聚苯乙烯磺酸酯)等。
有機(jī)薄膜晶體管的襯底材料為但不限于例如玻璃、硅晶片、PET、PC、PES、PEN等。
下文中，將結(jié)合下面的優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。但是，給出這些實(shí)施例用于說明目的而不能被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。
制備實(shí)施例1；有機(jī)絕緣聚合物的制備 按照下面的步驟制備上面式20的有機(jī)絕緣聚合物。
將50g(0.51mol)馬來酐(Aldrich)溶解到醚(250mL)中，然后向其中加入50.6g(0.46mol)4-氨基苯酚(Aldrich)。攪拌得到的混合物30分鐘得到黃色粉末固體。將固體溶解到100mL乙酸酐(Aldrich)中，然后向其中加入15g(0.18mol)乙酸鈉。將反應(yīng)混合物加熱到90℃并反應(yīng)3小時。然后，使反應(yīng)混合物冷卻，并加入500mL水停止反應(yīng)。過濾反應(yīng)混合物，由甲醇重結(jié)晶得到4-乙酸基苯基馬來酰亞胺，為暗黃色晶體。將40g(0.17mol)4-乙酸基苯基馬來酰亞胺、28.06g(0.17mol)4-乙酸基苯乙烯(Aldrich)、1.42g AIBN(TCI)和35滴1-十二烷硫醇(Aldrich)依次溶解到500mL丙酮中，使它們在65℃下聚合3.5小時。將反應(yīng)溶液倒入甲醇和丙酮的混合溶液中，然后向其中加入10g對-甲苯磺酸(Aldrich)?；亓鞣磻?yīng)混合物5小時，同時使用Dean-Stark捕集器除去溶劑。在將溶劑除去到一定程度后，向溶液中加入水和甲醇(5∶1)的溶液得到51g為白色固體的式20聚合物。
制備實(shí)施例2用于形成有機(jī)絕緣薄膜的涂敷溶液的制備將7g制備實(shí)施例1中制備的有機(jī)絕緣聚合物、1.5g作為交聯(lián)劑的下面式21a的聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯)(Aldrich)、1.5g作為另一種交聯(lián)劑的下面式21b的聚(乙烯-共-甲基丙烯酸)(Aldrich)和0.1g下面式22的光酸發(fā)生劑(PAC200，Miwon Commercial Co.Ltd.，Korea)溶解到73g環(huán)己酮和4.5g二乙二醇甲基乙基醚的混合溶液中制備用于形成有機(jī)絕緣薄膜的涂敷溶液。
實(shí)施例1有機(jī)薄膜晶體管的制造在這個實(shí)施例中，制造底接觸的有機(jī)薄膜晶體管(圖1b)。首先，通過真空沉積技術(shù)將Al沉積到作為襯底的洗凈玻璃上形成厚度為1500的柵電極。通過旋涂以4000rpm將制備實(shí)施例2中制備的用于形成有機(jī)柵絕緣薄膜的涂敷溶液涂敷到柵電極上至厚度為5000，在100℃下預(yù)焙燒3分鐘，用600WUV輻照20秒，并在100℃下焙燒1小時形成有機(jī)絕緣薄膜。然后，將Au沉積到有機(jī)柵絕緣薄膜上至厚度為1000，并經(jīng)過照相過程形成Au電極圖形。在2×10-7托真空、50℃襯底溫度和0.85/秒沉積速率下通過有機(jī)分子束沉積(OMBD)在Au電極圖形上沉積并五苯至厚度為1000，以制造器件。
使用KEITHLEY半導(dǎo)體特性系統(tǒng)(4200-SCS)繪制顯示器件電流轉(zhuǎn)移特性和電荷遷移率的曲線(圖2和3)。使用下面的方程由曲線計(jì)算器件的電性質(zhì)，結(jié)果示于下面的表1。
可使用下面的飽和區(qū)電流方程由(ISD)1/2-VG圖的斜率計(jì)算器件的電荷遷移率ISD=WCo2Lμ(VG-VT)2]]>ISD=μCoW2L(VG-VT)]]>slope=μCoW2L]]>μFET=(slope)22LCoW]]>其中ISD為源-漏電流；μ或μFET為電荷遷移率，Co為氧化物薄膜的電容，W為溝道寬度，L為溝道長度，VG為柵壓和VT為閾電壓。
.關(guān)態(tài)漏電流(I關(guān))為關(guān)態(tài)時流過的電流，并按電流比由關(guān)態(tài)最小電流確定。
.電流比I開/I關(guān)為開態(tài)最大電流值與關(guān)態(tài)最小電流值的比。
對比實(shí)施例1使用不包含交聯(lián)劑的有機(jī)絕緣體制造器件按照與實(shí)施例1相同的方法制造器件，除了使用不包含交聯(lián)劑和光酸發(fā)生劑的涂敷溶液涂敷絕緣薄膜，并在100℃下焙燒絕緣薄膜1小時制造器件。測量器件的電流轉(zhuǎn)移特性和電荷遷移率，結(jié)果示于圖4和5。按照與實(shí)施例1相同的方法計(jì)算器件的電性質(zhì)，結(jié)果示于下面的表1。
表1
從上述描述明顯看出，由于本發(fā)明的有機(jī)絕緣薄膜對隨后光刻過程中使用的有機(jī)溶劑有優(yōu)異的耐化學(xué)性，因此它能提高晶體管的電性能，同時使形成微圖案成為可能。
盡管為了說明目的已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng)域那些技術(shù)人員能認(rèn)識到各種改變、添加或替換都是可能的，只要不脫離附屬權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種用于形成有機(jī)絕緣薄膜的組合物，包括(i)用下面式1或2表示的有機(jī)絕緣聚合物 其中取代基R’各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，并且所述的芳基或雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；n為0.1和1之間的實(shí)數(shù)；m為0和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1，或 其中R為C6～30芳基或C3～30雜芳基，并且所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代；取代基R”各自獨(dú)立地為氫原子、羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基或烷氧基、C6～30芳基或C3～30雜芳基，并且所述的芳基和雜芳基可被至少一個選自羥基、酯基、酰胺基、C1～12烷基和烷氧基和胺基中的基團(tuán)取代，條件是至少一個R”為羥基；n為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；m為0.1和0.9之間的實(shí)數(shù)；并且n和m的和為1；(ii)交聯(lián)劑；(iii)光酸發(fā)生劑；和(iv)溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中以100重量份有機(jī)絕緣聚合物計(jì)，交聯(lián)劑的使用量為10～80重量份，光酸發(fā)生劑的使用量為0.1～10重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中交聯(lián)劑為至少一種選自聚丙烯酸、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、三聚氰銨樹脂、有機(jī)酸、胺化合物和酐中的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中光酸發(fā)生劑為離子光酸發(fā)生劑、非離子光酸發(fā)生劑或聚合光酸發(fā)生劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中離子光酸發(fā)生劑選自用下面式3至10表示的物質(zhì) 其中R1、R2和R3各自獨(dú)立地為直鏈或支鏈C1～6烷基、苯基或取代的苯基烷基；X為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～8烷基磺酸根、全氟烷基磺酸根、萘基磺酸根、10-樟腦磺酸根、苯基磺酸根、甲苯基磺酸根、二氯苯基磺酸根、三氯苯基磺酸根、三氟甲基苯基磺酸根、Cl、Br、SbF6、BF4、PF6或AsF6； 其中X為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～8烷基磺酸根、全氟烷基磺酸根、萘基磺酸根、10-樟腦磺酸根、苯基磺酸根、甲苯基磺酸根、二氯苯基磺酸根、三氯苯基磺酸根、三氟甲基苯基磺酸根、F、Cl、Br、SbF6、BF4、PF6或AsF6；D1為氫原子或C1～4烷基；和D2為C1～10烷基或2-乙烯氧基乙基； 其中R4為C1～10烷基；MXn-為BF4-、PF6-、AsF6-或SbF6-； 其中MXn-為PF6-或SbF6-； 其中R5為C1～10烷基；MXn-為PF6-或SbF6-； 其中R6和R7各自獨(dú)立地為C1～20烷基或烷氧基，或羥基；Ar1、Ar2和Ar3各自獨(dú)立地為苯基、萘基或蒽基；和 其中R8和R9各自獨(dú)立地為C1～20烷基或烷氧基，或羥基，非離子光酸發(fā)生劑選自用下面式11至17表示的物質(zhì) 其中R12和R13各自獨(dú)立地為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基； 其中R14為氫原子、鹵原子或直鏈或支鏈C1～5烷基、烷氧基或鹵代烷基；且R15為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基、烷基苯基或鹵代烷基； 其中R16為氫原子、鹵原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或三氟甲基；R17為直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的C1～10烷基、烷基苯基或鹵代烷基、苯基烷基、直鏈或支鏈C1～5烷氧基、苯基或甲苯基； 其中R18為用下面式14a或14b表示的基團(tuán) 其中R19、R20和R21各自獨(dú)立地為氫原子或鹵原子；k為0至3的整數(shù)；或 其中R22至R26各自獨(dú)立地為氫原子、鹵原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或烷氧基、三氟甲基、羥基、三氟甲氧基或硝基； 其中R27為上面式14a或14b的基團(tuán)；R28為氫原子、羥基或R27SO2O；R29為直鏈或支鏈C1～5烷基或用下面式15a表示的基團(tuán) 其中R30和R31各自獨(dú)立地為氫原子、直鏈或支鏈C1～5烷基或R27SO2O； 其中R32為可被至少一個雜原子斷開的烷基或芳基；j為1至3的整數(shù)；和 其中Q1和Q2各自獨(dú)立地為C1～50烷基或芳基，g和h都為不小于1的整數(shù)，以及聚合光酸發(fā)生劑為具有500～1,000,000的分子量并在其主鏈或支鏈中包含锍或碘鎓鹽或在支鏈上包含有機(jī)光酸發(fā)生劑的聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中溶劑的使用量為使組合物固體含量在1～50wt％范圍內(nèi)。
7.通過涂敷根據(jù)權(quán)利要求1的組合物、然后退火并UV輻照形成的有機(jī)絕緣薄膜。
8.一種有機(jī)薄膜晶體管，包括襯底、柵電極、柵絕緣薄膜、有機(jī)活性層和源-漏電極，其中柵絕緣薄膜由根據(jù)權(quán)利要求7的有機(jī)絕緣薄膜組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于形成有機(jī)絕緣薄膜的組合物和由這種組合物形成的有機(jī)絕緣薄膜。所述的組合物包括具有馬來酰亞胺結(jié)構(gòu)的絕緣聚合物、交聯(lián)劑和光酸發(fā)生劑以便形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。有機(jī)絕緣薄膜對隨后光刻過程中使用的有機(jī)溶劑有優(yōu)異的耐化學(xué)性并能提高晶體管的電性能。
文檔編號C09D159/00GK1637066SQ200410100228
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者鄭銀貞, 具本原, 金周永, 姜仁男 申請人:三星電子株式會社