一种高精度图案化聚合物半导体的方法及其在光电器件制作中的应用技术

本发明专利技术提供一种具有普适性的高精度聚合物图案化技术及其在光电器件制作中的应用，为：应用172nm准分子紫外光光刻图案化位于衬底上的聚合物半导体层。本发明专利技术采用172nm准分子紫外光实现对聚合物半导体高精度、无损伤图案化，器件关态电流从10

【技术实现步骤摘要】
一种高精度图案化聚合物半导体的方法及其在光电器件制作中的应用


[0001]本专利技术属于有机光电材料器件领域，具体涉及一种具有普适性的高精度聚合物图案化技术及其在光电器件制作中的应用。

技术介绍

[0002]20世纪70年代，导电聚合物的发现改变了人们对聚合物作为绝缘材料的传统认识，开辟了基于塑料电子学的新时代(Heeger A J.Angew Chem Int Ed 2001,40,2591-2611)。目前聚合物半导体材料因其结构和光电性能的可设计性已成为材料科学研究的前沿方向，随着材料体系的不断发展，由此构建的有机电路在柔性显示、仿生电子皮肤、仿生视觉系统、仿生神经系统等领域展现了巨大的应用潜力((a)Liu J.；Wang J.C.；Zhang Z.T.；Nature Communications 2020,11,3362.(b)Ge F.；Liu Z.；Lee S.B.；et al.Acs Applied Materials&Interfaces 2018,10,21510.(c)Fang Y.；Wu X.M.；Lan S.Q.；et al.Acs Applied Materials&Interfaces 2018,10,30587.(d)Wang H.L.；,Zhao Q.；Ni Z.J.；et al.Advanced Materials 2018,30,1803961.)，逐渐成为构建柔性电子器件的重要功能体系之一，为电子学的发展带来全新的机遇。
[0003]目前基于聚合物半导体材料的光电器件产业还面临众多挑战，其中核心问题包括微纳结构的精确加工技术，随之大量研究工作投入其中，积极发展高效、具有普适性的聚合物图案化集成技术，从而实现低能耗、高质量光电器件，推进聚合物半导体材料在信息技术、生物医学等领域的应用。近年来，开发出的图案化技术有光刻技术、喷墨打印技术、模具诱导技术、浸润性调控组装技术等((a)Tang C.B.；Lennon E.M.；Fredrickson G.H.；et al.Science 2008,322,429-432.(b)Kuang M.X.；Wang L.B.；Song Y.L.；Advanced Materials 2014,26,6950-6958.(c)Park S.；Yang G.；Madduri N.；et al.Advanced Materials 2014,26,2782-2787(d)Feng J.G.；Wen W.；Wei X.；et al.Advanced Materials2019,31,1807880.)，其中光刻技术与打印技术较为成熟，虽然光刻技术具有高精度的优势，但是图案化过程需要涂上一层液态光刻胶，最大的问题在于光刻胶的去除过程会对聚合物半导体造成不可修复的损伤。而喷墨打印技术不仅对墨水的要求高，精度却仅能达到几十微米((a)Molina-Lopez F.；Gao T.Z.；Kraft U.；et al.Nature Communications 2019,10,2676.(b)ContiS.；Pimpolari L.；Calabrese G.；et al.Nature Communications2020,11,3566)，因此结合目前图案画技术优势，发展具有普适性、无损伤的高精度图案化技术势在必行。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有普适性的高精度聚合物半导体图案化技术。
[0005]本专利技术所提供的聚合物半导体图案化技术，为：应用172nm准分子紫外光光刻图案化位于衬底上的聚合物半导体层；
[0006]所述衬底可为PET，PEN，或PI衬底；
[0007]所述聚合物半导体层由聚合物半导体材料制成；
[0008]所述聚合物半导体材料选自PDVT-10(聚-3,6-二噻吩-2-基-2,5-二(2-癸基十四烷基)-吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮-alt-噻吩乙烯噻吩-2,5-二基)、IDT-BT(聚茚并二噻吩-苯并噻二唑)、N2200(聚(2,7-双(2-辛基十二烷基)苯并[lmn][3,8]菲咯啉1,3,6,8(2H，7)-四酮-4,9-二基)([2,2']联硫基-5,5'-二基))、Poly-TPD(聚[N，N'-双(4-丁基苯基)-N，N'-双(苯基)-联苯胺])、PVK(聚(9-乙烯基咔唑))、F8BT(聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-alt-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,7-二基)])、F8T2(聚[(9,9-二-正辛基芴基-2,7-二基)-alt-2,2'-联噻吩-5,5'-二基])、MEH-PPV(聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基])；具体可为PDVT-10、F8BT或Poly-TPD；
[0009]所述聚合物半导体层的厚度可为20～40nm；具体可为20～30nm；
[0010]所述聚合物半导体材料能溶于甲苯、氯苯、氯仿和二甲苯中至少一种；所述聚合物半导体材料的浓度可为5～15mg/mL；具体可为10mg/mL；
[0011]所述172nm准分子紫外光刻图案化操作中，所述的172nm准分子紫外光子能量高达7.2eV，足以打开大多数分子键；主要参数指标为输出强度大于10mW/cm2，半峰全宽(FWHM)为8～10nm，氮气流速为0.5～1SCFM；172nm紫外光光照10～30min，具体可为15～25min。
[0012]应用172nm准分子紫外光光刻图案化的工作原理示意图、基于聚合物半导体PDVT-C10图案化薄膜光学显微镜图、以及对应的7μm分辨率的轻敲模式原子力显微镜高度图如图1所示。
[0013]上述高精度聚合物图案化技术在有机光电器件制备中的应用也属于本专利技术的保护范围。
[0014]所述有机光电器件具体可为聚合物薄膜晶体管。
[0015]本专利技术还提供一种基于上述聚合物半导体图案化技术制备聚合物薄膜晶体管的方法。
[0016]所述基于上述聚合物半导体图案化技术制备聚合物薄膜晶体管的方法，包括如下操作：
[0017]1)在衬底上制备源电极、漏电极；
[0018]2)在步骤1)所制备的源漏电极上修饰OTS；
[0019]3)在步骤2)所制备的OTS修饰层上制备聚合物半导体层；
[0020]4)在步骤3)所制备的聚合物半导体层上应用172nm准分子紫外光进行图案化；
[0021]5)在步骤4)图案化技术后制备介电层；
[0022]6)在步骤5)所制备的介电层上制备栅电极，得到聚合物薄膜晶体管器件。
[0023]上述方法中，所述器件为顶栅底电极器件结构；
[0024]上述步骤1)中，所述衬底可为PET、PI或PEN衬底；
[0025]使用前，衬底依次用洗涤灵水溶液、二次水、乙醇和丙酮进行超声清洗；
[0026]所述源电极和漏电极均选自金；
[0027]制备所述源电极和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物半导体图案化方法，为：应用172nm准分子紫外光光刻图案化位于衬底上的聚合物半导体层。2.根据权利要求1所述的聚合物半导体图案化方法，其特征在于：所述衬底为PET，PEN，或PI衬底；所述聚合物半导体层由聚合物半导体材料制成；所述聚合物半导体材料选自聚-3,6-二噻吩-2-基-2,5-二(2-癸基十四烷基)-吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮-alt-噻吩乙烯噻吩-2,5-二基、聚茚并二噻吩-苯并噻二唑、聚(2,7-双(2-辛基十二烷基)苯并[lmn][3,8]菲咯啉1,3,6,8(2H，7)-四酮-4,9-二基)([2,2']联硫基-5,5'-二基)、聚[N，N'-双(4-丁基苯基)-N，N'-双(苯基)-联苯胺]、聚(9-乙烯基咔唑)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-alt-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,7-二基)]、聚[(9,9-二-正辛基芴基-2,7-二基)-alt-2,2'-联噻吩-5,5'-二基]、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基]；所述聚合物半导体层的厚度为20～40nm。3.根据权利要求1或2所述的聚合物半导体图案化方法，其特征在于：所述172nm准分子紫外光刻图案化的操作中，所述的172nm准分子紫外光子能量为7.2eV；主要参数指标为输出强度大于10mW/cm2，半峰全宽为8～10nm，氮气流速为0.5～1SCFM；172nm紫外光光照10～30min。4.权利要求1-3中任一项所述的聚合物半导体图案化方法在有机光电器件制备中的应用。5.一种基于权利要求1-3中任一项所述的聚合物半导体图案化方法制备聚合物薄膜晶体管的方法，包括如下操作：1)在衬底上制备源电极、漏电极；2)在步骤1)所制备的源漏电极上修饰OTS；3)在步骤2)所制备的OTS修饰层上制备聚合物半导体层；4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云圻，赵志远，郭云龙，刘彦伟，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：