CN101220147A - 聚(亚芳基醚)聚合物作为栅极电介质和钝化层的薄膜晶体管 - Google Patents

聚(亚芳基醚)聚合物作为栅极电介质和钝化层的薄膜晶体管 Download PDF

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CN101220147A CNA2007101288069A CN200710128806A CN101220147A CN 101220147 A CN101220147 A CN 101220147A CN A2007101288069 A CNA2007101288069 A CN A2007101288069A CN 200710128806 A CN200710128806 A CN 200710128806A CN 101220147 A CN101220147 A CN 101220147A
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    • H10K10/471—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics the gate dielectric comprising only organic materials

Abstract

聚(亚芳基醚)聚合物作为栅极电介质和钝化层的薄膜晶体管。本发明将聚(亚芳基醚)聚合物用作薄膜晶体管中的钝化层或栅极介质层。该聚(亚芳基醚)聚合物包括以下结构的聚合物重复单元：一(O－Ar1－O－Ar2－O－)m－(－O－Ar3－O－Ar4－O)n－其中，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4为相同的或不同的芳基基团，m为0－1，n为1－m，并将至少一个芳基基团接枝到该聚合物的主链上。

Description

聚(亚芳基醚)聚合物作为栅极电介质和钝化层的薄膜晶体管
本申请要求享有于2006年6月2日提交的申请号为No.60/810,534的临时申请的优先权。该临时申请的公开内容以参考的方式引入本文中。
相关申请的交叉引用
[0001]本申请的主题涉及美国专利No.6,716,955，在此以参考的方式将其公开内容引入本文中。
发明背景
[0002]本申请涉及使用聚(亚芳基醚)聚合物，更具体地涉及使用聚(亚芳基醚)聚合物主链上的接枝官能团，以提供可交联的聚合物，其具有一定的玻璃化转变温度和低湿度吸收范围，可特别用作如薄膜晶体管的多层电子器件中的栅极介质层。本发明也涉及为形成薄膜晶体管(TFT)而使用该聚合物的方法。
[0003]电子工业正在寻求供用于低温下制造多层电子器件，例如薄膜晶体管，特别是印刷晶体管的栅极介质材料。然而，在环境、沉积工艺和温度的很宽范围内，对材料相容性、加工性能和好的电学性质的需求已经成为一个重要的问题。这一问题已经成为聚合物很难解决的问题之一，因为它们用在柔性晶体管或轻型晶体管中(例如固化)所需的温度低于400℃，更优选低于约180℃。
[0004]因此，多层电子器件制造工业中有一种需求，即用可通过溶液铸造工艺如旋涂、槽口挤压或印刷进行沉积的低加工温度的材料代替氮化硅系栅极介质材料。氮化硅和其变型通常可在大于300℃的温度下进行加工，并通常通过化学气相沉积技术进行沉积。虽然已经论述了聚合材料可代替硅石作为中间层介质(ILD)、浅沟槽隔离(shallow trench isolation)(STI)材料或阻隔层介质(SLD)，但是由于它们缺乏疏水性或者它们在低温下不能交联，所以传统上并未报导它们可用作栅极介质。特别是，例如下文所述的本发明中的那些聚合物体系，还没有被用作栅极介质，栅极介质应当耐溶、可进行印刷或槽口挤压且能在180℃或低于180℃进行加工并提供栅极介质中所需的电学性能。许多已测试的用作薄膜晶体管的栅极介质材料的聚合物，都缺乏避免湿度吸收需要的疏水性，并缺乏抵挡与沉积随后的层所用的其它溶剂相接触的性能，而这会破坏栅极介质层。因此，满足上述标准并同时具有提供良好耐溶性所需的交联的栅极介质材料是必要的。
[0005]过去试图使用多种高温交联基团来交联聚(亚芳基醚)，以提供高Tg的聚合物，这种化学物质可用作非晶硅薄膜晶体管或低温聚硅薄膜晶体管的内层介质材料或中间层介质材料。这种化学过程的详细概述公开于美国专利NO.6,060,170中，在此以引用的方式将其并入。该专利教导了使用具有接枝于聚(亚芳基醚)主链上的芳基的聚(亚芳基醚)聚合物组合物，该接枝容许所述聚合物在200-450℃的温度范围内进行交联。但是，对于柔性基底上的薄膜晶体管或有机薄膜晶体管用的介质材料和钝化材料来说，期望进一步降低交联温度。
[0006]显示器和成像后板或者薄膜晶体管的制造需要适合的涂层，尤其是栅极介质绝缘层。这些层可具有低的或高的介电常数，并要求具有低的漏电流值、好的耐溶剂性和低的湿度吸收率。此外，期望提供形成这些层的溶液在25℃下的无限制储存稳定性，和在40℃下无冷却介质中足够进行耐侯运输(weathertransportation)的储存稳定性，以及130-180℃或300℃以下的固化温度。固化后，期望具有耐溶剂性、低于3.5的介电常数和低的湿度吸收率。
[0007]此处引用的所有参考文献以引用的方式将其全部内容并入本文中。
发明简述
[0008]本发明解决的问题涉及通过将聚(亚芳基醚)聚合物设置为薄膜晶体管中的钝化层或栅极介质层的传统材料，并涉及在TFT中使用该层或膜的方法。这种聚(亚芳基醚)聚合物包括以下结构的聚合物重复单元：
Figure A20071012880600111
其中，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4为相同的或不同的亚芳基基团，m为0-1，n为1-m，且其中G1-8可独立地为H、烷基、亚烷基或功能化的亚烷基或者由下述A代表的基团：
Figure A20071012880600121
或者它们的混合，其中Z是所述聚合物的每个重复单元中G基团的平均数，Z的范围为0.1-4.0，其中R1、R2、R3、R4可独立地为H、烷基、烷氧基基团，其中该烷氧基基团可具有C1-8的直链或支链烷基基团。
[0009]本发明的一种情况，聚(亚芳基醚)聚合物基本上由非功能性的重复单元组成，其中Ar1、Ar2、Ar3、Ar4可独立地为亚芳基基团，其选自以下的组成和它们的混合物：
Figure A20071012880600122
但是除了双基9，9-二苯基芴以外，Ar1和Ar2或Ar3和Ar4并不是同质异构的等价体。一些情况下，该接枝聚合物具有以下结构的重复单元：
Figure A20071012880600131
[0010]该接枝共聚物可包含以下的重复聚合物单元：
Figure A20071012880600132
其中，接枝G1-4可独立地选自以下组，该组包括：H、烷基、亚烷基、功能性亚烷基或者以下代表的基团：
Figure A20071012880600133
Figure A20071012880600141
以及它们的混合物，其中Z是每个聚合物单元中G基团的平均数，Z的范围为0.1-4.0。该接枝聚合物可包含以下的重复聚合物单元：
其中G1-4可独立地为H、烷基、亚烷基、功能性亚烷基或者：
Figure A20071012880600143
其中Z是每个聚合物单元中G基团的平均数，Z的范围为0.1-4.0。
[0011]另外所提供的是一种可用作薄膜晶体管的钝化层或栅极介质层的任选的接枝聚(亚芳基醚)聚合物，其中聚合物重复单元的每个芳基基团都接枝到两个不饱和基团G上，如结构中所示：
Figure A20071012880600144
其中，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8是相同的或者不同的非芳族不饱和基团，且这些基团适合在低于200℃的固化温度下交联，而在固化过程中不产生挥发物并且固化后也不提供官能团(functional groups)。
[0012]每个聚合物重复单元中不饱和基团G的平均数目为0.1-4.0。该平均值由每个聚合物中不饱和基团G的总数除以每个聚合物的重复单元的总数计算而得。
[0013]进一步提供的是薄膜晶体管制造用的栅极介质或钝化组合物，其包括所述聚合物和可选的稀释剂，该稀释剂不会提供官能团，也不干预该组合物的机械性能或电学性能。
[0014]更进一步提供的是向栅极介质基底提供聚(亚芳基)膜的方法，该膜的交联温度为约130℃到约180℃，介电常数低于3.5，最大湿度吸收率小于约0.2wt％。该方法包括将本发明的聚合物或者通过旋涂、槽口挤压，或者通过印刷涂布到栅极介质基底上，并加热聚合物到约300℃或低于约300℃的固化温度，或者通常低于约250℃，或者低于约180℃。
[0015]进一步提供的是多层电子器件，其包含作为栅极介质层和/或钝化层的接枝聚(亚芳基)聚合物的膜。
[0016]更进一步提供的是薄膜晶体管器件，其包含作为栅极介质层和/或钝化层的接枝聚(亚芳基)聚合物的膜。
[0017]另外提供的是一种印刷薄膜晶体管器件，其包含作为栅极介质层和/或钝化层的接枝聚(亚芳基)聚合物的膜。
[0018]本发明也涉及包含至少一种本发明聚合物的栅极介质组合物(固化和未固化)。像聚合物本身一样，该组合物可用作栅极介质层和钝化层。除了所述至少一种聚合物，该组合物可进一步包含额外的组分，包括但不限制于，至少一种溶剂，一种反应性溶剂或稀释剂、至少一种表面活性剂或至少一种无机填料。这种组合物可通过任何适当的方法如旋涂、印刷以及其它方法涂布到基底上。
附图说明
[0019]以下结合附图对本发明加以说明，该附图并不旨在限制本发明，而只是用作代表性的实例，其中：
[0020]图1是多层电子器件的实施方式之一的附图，该器件包括含有本发明的栅极介质膜的底部栅极薄膜晶体管。
[0021]图2是多层电子器件的第二实施方式的附图，该器件包括含有本发明的栅极介质膜的底部栅极薄膜晶体管。
[0022]图3是多层电子器件的第三实施方式的附图，该器件包括含有本发明的栅极介质膜的底部栅极薄膜晶体管。
发明详述
[0023]通过使用能够在低温下进行加工并显示出具有薄膜晶体管用栅极介质层材料或钝化材料的其它特征的聚合物，克服了现有技术的上述缺陷。术语“栅极介质层”被定义为设置于水平取向的栅电极和水平取向的半导体层之间的水平取向的绝缘膜或绝缘层，例如图1-3中所示。该栅极介质层可与栅电极和半导体层中的至少一个直接接触，或者将至少一个其它的层设置在栅极介质层与栅电极和半导体层中的至少一个之间。
[0024]本发明的聚合物可通过将不饱和基团，或者通过将饱和基团(例如接枝(G))接枝到聚(亚芳基醚)聚合物上加以制备，该基团可在低于300℃，或者通常低于250℃，或者低于约180℃的固化温度下交联。由此本发明涉及特定的聚(亚芳基醚)聚合物和包含它们的组合物、其用于栅极介质层和钝化层的用途、包含其的微电子器件、涂布该聚合物的方法以及包含这种聚(亚芳基醚)聚合物且可选地结合有溶剂或反应性稀释剂的栅极介质层或钝化层。固化可通过加热或紫外线辐射(UV irradiation)或者两者的结合加以完成。
[0025]本发明也涉及包括至少一种本发明聚合物的栅极介质组合物(固化和未固化)。像聚合物本身一样，该组合物可用作栅极介质层和钝化层。除了所述至少一种聚合物，该组合物可进一步包含另外的组分，包括但不限制于，至少一种溶剂、至少一种反应性溶剂或稀释剂，至少一种增塑剂、至少一种表面活性剂或至少一种无机填料。这种组合物可通过任何适当的方法如旋涂、槽口挤压、印刷以及其它方法涂布到基底上。
[0026]本发明的聚合物可包含由以下结构代表的聚合物重复单元：
其中，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4为相同的或不同的芳基基团，m为0-1，n为1-m，并将至少一个芳基基团接枝到至少一个饱和或不饱和基团(G)上，该基团(G)不是芳族的且适合在低于约200℃的固化温度下交联而在固化过程中不产生挥发物，并且固化后不提供官能团(fucntional groups)。在某些实施方式中，聚合物重复单元的每个芳基基团接枝到如下述结构所示的两不饱和基团G上：
Figure A20071012880600171
其中，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8是相同的或者不同的不饱和基团。
[0027]本发明的聚合物不必要仅由这些聚合物重复单元(例如包含G的聚合物重复单元)组成。除了其中的聚合物仅由包含G的聚合物重复单元构建的实施方式以外，本发明也包括含有除包含G的聚合物重复单元外的其它聚合物重复单元，如实例有不含任何不饱和接枝(例如无G聚合物重复单元)的聚(亚芳基醚)聚合物重复单元的聚合物。形成本发明聚合物的不同重复单元相结合的顺序没有特别的限制。因此，本发明的聚合物例如可以是不同聚合物重复单元的无轨共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。
[0028]每个聚合物重复单元的不饱和基团G的平均数目范围为约0.01-约8.0，通常为约0.1-约4。该平均值由每个聚合物中不饱和基团G的总数除以每个聚合物中重复单元的总数计算而得。
[0029]本发明的一种情况中，不饱和基团G包含独立地选自由亚烷基基团、亚烷基二烯烃基团、α-羟基亚烷基基团和α-羟基亚烷基二烯烃基团组成的组中的烯烃。在某些实施方式中，不饱和基团G衍生自异戊二烯单元。该不饱和基团G通常独立地选自以下的组中，该组包括：
Figure A20071012880600172
[0030]本发明的另一种情况中，芳基基团Ar1、Ar2、Ar3和Ar4可独立地选自以下的组中，该组包括：
Figure A20071012880600182
[0031]通常至少一种芳基基团Ar1、Ar2、Ar3和Ar4是(在一些情况下，Ar1和Ar3每个都是独立的)9，9-二(4-羟苯基)-芴、2，2-二苯基六氟丙烷或2，2-二苯基丙烷。
[0032]另外可用的芳基基团包括：
Figure A20071012880600191
[0033]具有接枝其上的不饱和基团的芳基基团的有用实例包括：
Figure A20071012880600192
Figure A20071012880600201
以及相应的非接枝聚合物重复单元。
[0034]本发明的一种情况中，本发明的聚合物重复单元包括：
Figure A20071012880600202
Figure A20071012880600211
[0035]该接枝聚合物可包含重复聚合物单元：
Figure A20071012880600212
其中，接枝G1-4可独立地选自以下的组中，该组包括：H、烷基、亚烷基、功能性亚烷基或以下代表的基团：
Figure A20071012880600213
以及它们的混合，其中，Z是每个聚合物单元的G基团的平均数目，并且Z的范围为约0.1-约4.0。该接枝聚合物可包含重复聚合物单元：
Figure A20071012880600222
其中，G1-4可独立地为H、烷基、亚烷基、功能性亚烷基或：
Figure A20071012880600223
其中Z是每个聚合物单元的G基团的平均数目，并且Z的范围为约0.1-约4.0。
[0036]本发明包括固化(交联)条件和未固化条件下的上述栅极介质聚合物。本发明的聚合物可通过加热到至少约90℃，通常约100℃到小于约250℃，一般约130℃-约180℃的温度进行加热固化。任选地，交联在催化剂的存在下引发，该催化剂选自由无机酸、有机酸、自由基起动剂、偶氮引发剂和它们的混合物组成的组。
[0037]任选地，交联在与热处理相结合的辐射源的存在下引发，其中该辐射可由紫外(UV)光(例如范围从深紫外(UV)直到可见光)、电子束、X射线、激光和/或离子束组成。该电离辐射源的波长范围约1nm-约700nm，或者更具体地为约157nm-约500nm。在其中该离子辐射源包括紫外光的实施方式中，辐射能的范围为约1-约500mJ/cm2。然而，具体的能量水平可进行变化并依赖于辐射工具和/或涂层的组分。
[0038]本发明也涉及包含至少一种本发明聚合物的栅极介质组合物(固化和未固化)。像聚合物本身一样，该组合物可用作栅极介质层和钝化层。除了所述至少一种聚合物，该组合物可进一步包含另外的组分，包括但不限制于，至少一种溶剂、至少一种反应性稀释剂或溶剂、至少一种增塑剂、至少一种表面活性剂或至少一种无机填料。这种组合物可通过任何适当的方法如旋涂、印刷以及其它方法涂布到基底上。涂布本发明组合物的其它方法公开于美国专利申请公告号No.2006/0079034中；在此以引用的方式将其并入本文。本发明的组合物可涂布在各种基底上，例如可选自以下组中的至少一种：硅、玻璃、塑料、金属、有机和无机半导体、纸以及其它的基底。
[0039]交联时，可向组合物中加入反应性稀释剂和溶剂，但它们不能提供官能团并且不能干预组合物的机械性能或电学性能。因此，反应性稀释剂能够容许层可被涂布成薄膜或者通过印刷来进行涂布，并且能降低整个系统的成本。适合的反应性稀释剂的非限制性实例包括以下组中的至少一种：
Figure A20071012880600241
[0040]干燥或固化前，溶剂的重量百分比范围通常为组合物的约2wt％-约95wt％。虽然可以使用任何适合的溶剂，但适合的溶剂实例包括选自以下组中的至少一种：甲苯、二甲苯、四氢呋喃、环己酮、二氯苯以及其它。
[0041]该组合物也可以包含至少一种反应性溶剂或稀释剂。虽然可以使用任何适合的反应性溶剂或稀释剂，但是适合的溶剂实例包括选自以下组中的至少一种：苯乙烯、二乙烯苯以及其它。反应性溶剂或稀释剂的重量百分比范围通常为组合物的约0.01wt％-约80wt％。
[0042]该组合物也可以包含至少一种填料。虽然可以使用任何适合的填料，但是适合的填料实例包括选自以下组中的至少一种无机填料：硅石和氧化铝以及其它。填料的重量百分比范围通常为组合物的约0.01wt％-约50wt％。
[0043]本发明提供的聚合物，是通过对本发明人早期的美国专利No.6,060,170中所阐述的聚(亚芳基醚)的接枝过程，在此以引用的方式将其并入本文，进行改变以将非芳族的不饱和基团G接枝到该聚(亚芳基醚)的主链上，而不是6,060,170专利中所确定的芳族基团。
[0044]当如上所述进行固化时，所得到的聚合物将会具有期望的性能，例如交联温度低于约250℃，与频率无关的低于3.0的介电常数以及最大湿度吸收率小于0.17wt％。这些聚合物也可用于制备介电常数数值小于约3、漏电流数值小于约1×10-8A/cm2且击穿电压大于约1.5MV/cm的膜或层。因此，本发明的聚合物和包含该聚合物的组合物特别适合用作栅极介质层或钝化层。因此本发明进一步包括这种栅极介质层或钝化层以及将它们涂布到基底上的方法。
[0045]此外，本发明涉及任何多层的电子器件，诸如包含上述所定义的聚合物或含有该聚合物的组合物的薄膜晶体管器件。本发明的一种情况中，薄膜晶体管包含作为栅极介质层或钝化层的固化形态的聚合物。该薄膜晶体管可用于许多电子器件中，包括但不限制于显示器、传感器、成像装置、射频标识(RFID)标记、存储器和其它使用薄膜晶体管的电子器件中。
[0046]根据本发明制备的膜，通常具有约0.05μ-约1.0μ的厚度。这种膜能获得约5nF/cm2-约500nF/cm2的电容量和约2.7-约3.5的介电常数。
[0047]图1例示了一实施方式的微电子器件，其包括含有本发明的膜的底部栅极薄膜晶体管(TFT1)。图1显示了TFT1，其包含基底1，该基底上涂布有栅电极2以提供栅极介质基底和介质层3。将半导体层4沉积在介质层3上，以使介质层3处于栅电极和半导体层之间。本发明的许多实施方式中，该栅极介质层3也可与基底1直接接触。该薄膜晶体管也可包括源电极5和漏电极6。本发明的膜包括图1的层3。
[0048]图2例示了不同的底部栅极结构的TFT、TFT2，其包括基底7、与基底7接触的栅电极8，和形成在基底和栅电极之上的介质层9。两金属接触点，源电极10和漏电极11沉积在介质层9上。两金属接触点10和11上方和中间是半导体层12。本发明的膜包括沉积在栅电极和半导体之间的图2中的层9。图1和图2间的差异在于，图1中，栅极介质层与源电极和漏电极不直接接触，而在图2中，它与半导体层和栅电极都接触。
[0049]图3例示了顶部栅极结构的TFT、TFT3，其与图2相类似，只是反转过来让栅电极作为顶层而不是底层。该图中，存在有相同的部件，层13为基底，层14为半导体，15和16为源电极和漏电极，栅极介质层17在半导体和顶部栅电极18之间。虽然栅极介质层17在半导体层14和栅电极18之间，但在该实施例中，栅电极与基底层13并不直接接触。
[0050]与TFT相关的本发明栅极电介质的使用的其它实施例可在美国专利申请公告No.2005/0224922A1中找到，在此以引用的方式将其并入本文。
[0051]下文将参照下述实施例对本发明进行详细说明，但是应该理解，不能认为在此是对本发明的限制。
实施例
[0052]使用汞探针法(Hg probe method)可对漏电流密度值(LCDV)进行测量：
[0053]汞探针可通过中规模集成(MSI)的电子模型Hg-401进行制造。该汞探针的接触面积为0.7mm2，误差为+/-2％。电源和电流计为Keithley 6517A。将该汞探针放置在法拉第筒中来减小电噪声。该控制器和汞探针之间的连接是同轴电缆接插件(BNC)电缆。该系统的噪声水平小于100fA。
[0054]测量前，将薄膜涂布在低电阻的硅(si)晶片(0.01ohm)上。膜的厚度通常为约50nm-约500nm。将硅上的膜样品面朝下放置在汞探针上，以便栅极介质膜与汞接触，金属盘与晶片的背面接触。通过在该样品上施加恒定电压并测量通过膜的电流来进行LCDV的测量。所得到的LCDV是将电压施加到膜三分钟后测量得到的电流，以消除晶片和汞探针绝缘片之间的充电电流。
[0055]LCDV漏电流密度值也可通过使用金属点值法(例如避开背景充电流出)进行测量。代替将汞用作LCDV测量的接触电极，将小圆片金属膜沉积在电介质样品的顶部。通过气相沉积(于4.3×10-7torr的压力，在20V下以4-
Figure A20071012880600261
速率进行沉积)使用一个0.5mm和1.0mm的荫影掩膜(shadow mask)来帮助沉积147nm厚的银(Ag)点。所沉积的金属片(metal disk)的厚度通常约100-200nm。通常的沉积金属是银、铝或金。可将金线(直径1mm)用于接触该金属圆片。通过使用步进电压和测量电流来进行测试。该步进电压从0V开始，到300V结束。每次步进5V，保持时间1秒。在1.5MV/cm时记录漏电流。
实施例1：薄膜晶体管的制造和特征
[0056]通过将10g的9-芴酮-接枝聚(亚芳基醚)溶解在90g的环己酮溶剂中来制备供用作栅极介质层的溶液。将该聚亚芳基醚溶液经过1μ的过滤器进行过滤。将该过滤溶液以1650rpm的转速通过旋涂1分钟沉积在硅片上，并在250℃下干燥。获得的0.5μ层的电容量经汞针测量为5nF/cm2，介电常数为3.0。
实施例2：具有聚(亚芳基醚)栅极电介质的薄膜晶体管
[0057]与图1相同的底部栅极薄膜晶体管可通过沉积金属层(Mo、Al或Au)，然后在金属层顶上沉积光刻胶来制造。将光刻胶图案化并显影以留下周围开放的区域，其中栅电极将会出现，与栅电极相邻的金属区域将被刻蚀。使用实施例4的聚(亚芳基醚)溶液，通过旋涂该溶液将栅极介质层沉积到栅电极上。在该栅极介质层的顶部沉积有机半导体层，例如P3HT或掺杂的聚噻吩聚合物。在该半导体顶部沉积Mo、Al或Au的金属层，然后将该层以与栅电极相同的方法进行图案化，以在该半导体层顶部提供源电极和漏电极。实施例3：用于薄膜晶体管中的聚(亚芳基醚)栅极介质层的制备和特征
[0058]通过将10g的9-芴酮-接枝的聚(亚芳基醚)溶解在90g的环己酮溶剂中来制备供用作栅极介质层的溶液。将该溶解的接枝聚亚芳基醚由经过1μ的过滤器进行过滤。将该过滤溶液通过3000rpm转速的旋涂40秒沉积在硅片上。然后在热板上于250℃下将膜3a干燥三分钟以获得491nm厚的膜。当在氮气(N2)中测量时，1.5MV/cm下硅片上的膜3a的漏电流密度值(LCDV)为3.0x10-10A/cm2，当在设定为71oF和42％湿度的恒定温度和湿度(CTH)的空气中测量时，1.5MV/cm下的LCDV为4.7x10-10A/cm2。然后在热板上于135℃下干燥膜3b三分钟以获得522nm厚的膜。当在氮气(N2)中测量时，1.5MV/cm下硅片上的膜2b的漏电流密度值(LCDV)为3.0x10-10A/cm2。LCDV数值是通过汞探针获得的。
实施例4：用于薄膜晶体管中的低温固化聚(亚芳基醚)的制备和特征
[0059]通过将0.5g的柠檬醛接枝的聚(亚芳基醚)(柠檬醛/聚(亚芳基醚)比值＝0.83∶1)溶解在8.93g的环己酮溶剂中来制备供用作栅极介质层的溶液。将该柠檬醛聚(亚芳基醚)的环己酮溶液先经过3μm的PTFE过滤器，接着经过0.45μm的PVDF过滤器进行过滤。将该过滤溶液通过1500rpm转速的旋涂1分钟沉积在硅片上，以获得膜4a，并重复该涂布过程以获得膜4b。在热板上于180℃下干燥膜4a 60分钟，以获得356nm厚的膜。通过测量暴露于二氯苯中15分钟并经暴露于溶剂后所实施的水洗和180℃干燥6分钟之前(356nm)和之后(356nm)的膜厚，可确定膜4a在上述加热条件下被交联。在热板上于250℃下干燥膜4b 6分钟，以获得365nm厚的膜。
[0060]当在恒定温度和湿度(CTH：71oF和42％湿度)的空气中测量时，1.5MV/cm下硅片上的膜4b的漏电流密度值(LCDV)为1.5x10-9A/cm2。LCDV数值是通过0.5mm和1.0mm的银金属点获得的。
实施例5：低温固化、可喷墨的聚(亚芳基醚)栅极电介质溶液的粘度测量
[0061]粘度测量是正在两种不同聚合物溶液浓度下进行的，它们是通过将0.506g的柠檬醛接枝的聚(亚芳基醚)(柠檬醛/聚(亚芳基醚)比值＝0.63∶1))溶解在8.5g的环己酮溶剂中以提供5.6wt％的溶液5a和将0.506g的该相同聚合物溶解在10.73g的环己酮溶剂中以提供4.5wt％的溶液5b而制备的。由这些溶液可获得以下的粘度。这些溶液的粘度处在适合于通过喷墨印刷沉积的粘度范围内。
  温度(℃)   粘度(cps)溶液5a   粘度(cps)溶液5b
  20   18.6   12.4
  25   16.7   11.2
  30   14.8   10.1
  35   13.2   9.1
  40   11.9   8.2
  45   10.7   7.5
  50   9.7   6.7
实施例6：低温和UV固化聚(亚芳基醚)聚合物栅极电介质的制备和特征
[0062]通过将0.5g的柠檬醛接枝的聚(亚芳基醚)(柠檬醛/聚(亚芳基醚)比值＝0.42∶1)溶解在8.93g的环己酮溶剂中来制备供用作栅极介质层的溶液。将该柠檬醛聚(亚芳基醚)溶液经过0.2μm的PTFE过滤器进行过滤。将该过滤溶液通过1500rpm的转速旋涂1分钟沉积在硅晶片上，以获得膜6a，重复该沉积过程5次以制备膜6b、6c、6d、6e和6f。在热板上于250℃下干燥膜6a 6分钟，以获得341nm厚的膜。通过测量暴露于二氯苯中15分钟并经暴露于溶剂后所实施的水洗和250℃干燥6分钟之前(341nm)和之后(343nm)的膜厚，可确定膜6a在上述加热条件下被交联。在热板上于185℃下将膜6b干燥60分钟，以获得353nm厚的膜。通过暴露于二氯苯中15分钟，接着用去离子水(DI water)清洗并经185℃干燥6分钟之后的膜6b测量为175nm(50％的厚度损失)可证实，在这些条件下，所获得的聚合物层仅部分被交联。将膜6c暴露于宽频紫外线(UV)下20秒，然后在热板上于185℃下干燥60分钟，以获得338nm厚的膜。如通过将其暴露于二氯苯15分钟后的膜6c测量为338nm所证实的，我们确定该聚合物在这些条件下被交联。将膜6d暴露于宽频紫外灯下(UV lamp)1分钟，然后在热板上于180℃下干燥30分钟，以获得334nm厚的膜。如通过将其暴露于二氯苯15分钟，接着用去离子水(DI water)清洗并经180℃干燥3分钟之后的膜6d测量为334nm所证实的，我们确定该聚合物在这些条件下被交联。将膜6e暴露于宽频紫外灯下(UV lamp)1分钟，然后在热板上于180℃下干燥7.5分钟，以获得334nm厚的膜。如通过将其暴露于二氯苯15分钟，接着用去离子水(DI water)清洗并经180℃干燥3分钟之后的膜6e测量为334nm所证实的，我们确定该聚合物在这些条件下被交联。将膜6f暴露于宽频紫外灯下(UV lamp)1分钟，然后在热板上于150℃下干燥7.5分钟，以获得341nm厚的膜。如通过将其暴露于二氯苯15分钟，接着用去离子水(DI water)清洗并经150℃干燥3分钟之后的膜6f测量为339nm所证实的，我们确定该聚合物在这些条件下被交联。
  膜   紫外辐射(秒)   干燥温度(℃)   干燥时间(分)   化学暴露前的厚度(nm)   化学暴露后的厚度(nm)   ％厚度变化
  6a   0   250   6   340.8   342.9   +0.63
  6b   0   185   60   352.7   174.7   -50.50
  6c   20   185   60   338.0   337.8   -0.04
  6d   60   180   30   334.0   334.0   +0.01
  6e   60   180   7.5   334.2   334.1   -0.04
  6f   60   150   7.5   340.9   339.2   -0.48
[0063]虽然在此参照给出的实施方式对本发明的某些情况进行了例示和说明，但其并不旨在将所附加的权利要求限制于所示的详细说明上。相反，可以预期的是，本领域的技术人员可在这些详细说明中进行各种修改，这些修改仍在所要求的主题的精神和范围内并且其旨在对这些权利要求进行相应地解释。

Claims (29)

1.一种薄膜晶体管内的栅极介质层或钝化层，其特征在于，所述层包括至少一种含有以下结构的重复单元的聚合物：
-(O-Ar1-O-Ar2)m-(-O-Ar3-O-Ar4)n-
其中，Ar1、Ar2、Ar3和Ar4为相同的或不同的芳基基团，m为0-1，n为1-m，并将至少一个芳基基团接枝到至少一个饱和或不饱和基团上，该基团不是芳族的且适合在低于200℃的固化温度下交联而在固化过程中不产生挥发物，并且固化后不提供官能团。
2.权利要求1所述的栅极介质层或钝化层，其能够在低于约250℃的温度下被固化。
3.权利要求1所述的栅极介质层或钝化层，其能够在约180℃的温度下被固化。
4.权利要求1所述的栅极介质层或钝化层，其能被固化的方法包括将所述层暴露于辐射源中并加热到低于约180℃的温度。
5.权利要求4所述的栅极介质层或钝化层，其特征在于，所述暴露包括将所述层暴露于包括选自以下组中的至少一种的辐射源中，该组包括电子束、光子、紫外光、可见光、X射线、热和它们的组合。
6.权利要求5所述的栅极介质层或钝化层，其特征在于，所述暴露包括将所述层暴露于紫外光或可见光中。
7.一种用作薄膜晶体管用栅极介质层或钝化层的聚(亚芳基醚)聚合物，其特征在于，所述聚合物包含以下结构的聚合重复单元：
Figure A2007101288060002C1
其中G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8是相同的或者不同的，可以是氢原子或含芳基基团：
Figure A2007101288060003C1
8.权利要求7所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物具有低于大约3.0的介电常数。
9.权利要求7所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物具有大于约2.7的介电常数。
10.一种多层电子器件，包括：
至少一个包含至少一种栅极介质层的栅电极，所述介质层包含至少一种聚(亚芳基醚)聚合物；
至少一个源电极；
至少一个漏电极；
至少一个半导体层；
其特征在于，所述栅极介质层具有大于约2.7的介电常数。
11.一种薄膜晶体管，包括：
至少一个栅电极；
至少一个包含至少一种聚(亚芳基醚)聚合物的栅极介质层；
至少一个源电极；
至少一个漏电极；
至少一个半导体层；
其特征在于，所述栅极介质层具有大于约2.7的介电常数。
12.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物是接枝的。
13.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物接枝到至少一个不饱和基团上。
14.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物接枝到一个以上的不饱和基团上。
15.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物用含芳基的接枝体进行接枝。
16.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物不进行氟化。
17.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物的重复单元具有以下的结构：
Figure A2007101288060004C1
其中，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8是同类的或不同类的至少一种不饱和基团。
18.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物的每个聚合物重复单元中含有的不饱和基团的平均数目为0.1-4。
19.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物的每个聚合物重复单元中含有的不饱和基团的平均数目为1-2。
20.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含至少一种不饱和基团，该不饱和基团包括至少一种选自由亚烷基基团、亚烷基二烯烃基团、α-羟基亚烷基基团和α-羟基亚烷基二烯烃基团组成的组。
21.根据权利要求10所述的多层电子器件，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含至少一种不饱和基团，所述不饱和基团包括选自以下组中的至少一种，该组包括：
Figure A2007101288060005C1
22.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含至少一种不饱和基团，所述不饱和基团包括选自以下组中的至少一种，该组包括：
Figure A2007101288060005C2
Figure A2007101288060006C1
23.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含芳基基团，其独立地选自以下的组中，该组包括：
Figure A2007101288060007C1
和
Figure A2007101288060007C2
24.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含至少一种选自由9，9-二(4-羟苯基-芴)、2，2-二苯基六氟代丙烷或2，2-二苯基丙烷组成的组中的芳基基团。
25.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物每个聚合物单元中包含的不饱和基团的平均数目大于0.1，不大于1，且所述聚(亚芳基醚)聚合物包含以下的聚合物重复单元之一：
Figure A2007101288060007C3
Figure A2007101288060008C1
26.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物包含至少一种芳基基团：
Figure A2007101288060008C2
27.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极介质层具有大于约5nF/cm2的电容量。
28.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述聚(亚芳基醚)聚合物以固化形态存在，所述固化形态的聚合物的固化温度为约130℃-约180℃，介电常数低于约3.0，最大湿度吸收率小于约0.2wt％。
29.一种薄膜晶体管，包括：
一基底；
至少一个栅电极；
至少一个含有至少一种聚(亚芳基醚)的栅极介质层；
至少一个源电极；
至少一个漏电极；
至少一个与所述源电极和所述漏电极接触的半导体层，其特征在于，所述栅极介质层的介电常数大于约2.7，且电容量大于约5nF/cm2。
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