CN1170321C - 导电聚合物图形及其作为电极或电接触的应用 - Google Patents

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Abstract

描述了一种结构，包括：衬底；由配置于所述衬底上的图形化导电材料形成的图形化栅极；配置于所述图形化栅极之上的绝缘层；配置于所述绝缘层上的图形化源极电极；配置于所述绝缘层上的图形化漏极电极；所述图形化栅极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都由导电聚合物形成；配置于所述图形化源极电极和图形化漏极电极之间以及配置于所述绝缘层之上的半导体材料。

Description

导电聚合物图形及其作为电极或电接触的应用
本申请要求1997年3月17日申请的、题目为“Method ofPatterning Electrically Conductive Polymer Films To FormElectrodes And Interconnection Conductors On A Surface Using AResist To Patern A Metal Layer To Patern An ElectricallyConductive Polymer Layer”的临时申请No.60/040,129的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1996年11月12日申请的、题目为“SOLUTION APPLIED，IMAGEABLE，TRANSPARENTPOLYMERS AS CONDUCTING ELECTRODES”的临时申请No.60/030,501的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1997年3月7日申请的、题目为“PATTERNS OF ELECTRICALLY CONDUCTINGPOLYMERS AND THEIR APPLICATION AS ELECTRODES ANDELECTRICAL CONTACTS”的临时申请No.60/040,335的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1997年3月7日申请的、题目为“PATTERNS OF ELECTRICALLY CONDUCTINGPOLYMERS AND THEIR APPLICATION AS ELECTRODES INFIELD EFFECT TRANSISTORS”的临时申请No.60/040,628的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1997年3月7日申请的、题目为“METHODS OF PATTERNING ELECTRICALLYCONDUCTIVE POLYMER FILMS TO FORM ELECTRODES ANDINTERCONNECTION CONDUCTORS ON A SURFACE”的临时申请No.60/040,159的优先权。
本申请要求1997年3月7日申请的、题目为“METHOD OfPatterning Electrically Conductive Polymer Films To FormElectrodes And Interconnection Conductors On A Surface Using AResist Mask”的临时申请No.60/040,130的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1997年3月7日申请的、题目为“STRUCTURES HAVING PATTERNED ELECTRICALLYCONDUCTIVE POLYMER FILMS AND METHODS OFFABRICATION THEREOF”的临时申请No.60/040,132的优先权。
本申请要求M.Angelopoulos等人于1997年3月7日申请的、题目为“LIGHT EMITTING DIODES HAVING ELECTRICALLYCONDUCTIVE POLYMER ELECTRODES”的临时申请No.60/040,131的优先权。
本发明的技术领域
本发明的目标是图形化导电聚合物及其制作方法。更具体而言，本发明的目标是具有以导电聚合物作为电极接触和有源区以及由导电聚合物形成的图形化电接触的电子器件，特别是这类聚合物作为电光变换器的电极或电接触的应用，这类变换器包含液晶显示器、电光调制器、二极管、发光二极管、晶体管等等。
背景技术
现在的电光变换器及其他器件的电接触或电极一般是金属。金属是通过蒸发或溅射过程淀积，这需要昂贵的仪器设备，并且总的说来过程很麻烦。
导电聚合物是比较新的一类电子材料，此处是将其当作电极材料的后备。这类聚合物结合了金属的导电性能和聚合物的加工优点。
此处我们所描述的导电聚合物的例子包括取代和未取代导电聚苯胺，聚对亚苯基，聚对亚苯基亚乙烯基，聚噻吩，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚异硫茚，聚亚苯基硫醚，聚乙炔，聚吡啶亚乙烯基，聚吖嗪及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物。
为了使这些聚合物用作器件的电极，它们最好是能具有合适的导电性并易于图形化。此外，这些聚合物最好是不释气以免造成使用它们作为电接触的器件受到污染。另外，导电聚合物最好是可通过光刻实现图形化。图形化最好是既不会引起聚合物导电性的减小，也不会造成导电聚合物性能的任何劣化。
因此，最好是开发对这些聚合物进行图形化的方法，以使之可应用于任何导电聚合物***并且不会对导电聚合物产生负面影响，于是经过图形化的导电聚合物就可用作器件的电接触。同样也希望导电聚合物的性能是可控的，以便使器件不会出现释气或污染。
本发明的目的
本发明的目的是提供采用导电聚合物的性能得到提高的电子器件。
本发明的目的是提供导电聚合物的图形和制作图形的方法。具体说来，首先使抗蚀剂图形化，之后将抗蚀剂图形转移到导电聚合物上。一旦图形转移到导电聚合物上，就将抗蚀剂去除。
本发明的目的是利用施加于导电聚合物上的抗蚀剂提供导电聚合物的图形。具体说来，首先对金属进行图形化，之后将金属图形转移到导电聚合物上，然后就将金属去除。
本发明的另一个目的是利用施加于导电聚合物上的金属提供导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供具有高导电性的导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供具有高透光性的导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供具有良好热稳定性的导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供具有高透光性和高导电性的导电聚合物。
本发明的另一个目的是提供可用作电接触或电极的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供可用作电光变换器和器件中的电接触或电极的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供可用作液晶显示器中的电极的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供由导电聚合物电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由导电聚合物电极和金属电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由导电聚合物电极和氧化铟锡电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由一个或多个导电聚合物的电极构成的有源矩阵薄膜晶体管(TFT)液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由显示良好电荷保留性的一个或多个导电聚合物的电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由显示良好透光性/电压特性的一个或多个导电聚合物的电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供由显示良好图像残留性能的一个或多个导电聚合物的电极构成的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供可用作晶体管的电接触，如场效应晶体管(FET)器件中的漏极、源极和栅极电极及双极型晶体管中的接触的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供显示良好导电性、良好热稳定性、无释气及在某些场合具有高透光性的导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供通过将抗蚀剂应用于导电聚合物得到的导电聚合物的图形，其中抗蚀剂经过曝光和显影而形成抗蚀剂中的图形。通过蚀刻使抗蚀剂图形转移到导电聚合物上，然后将抗蚀剂去除。
本发明的另一个广阔方面是提供通过将金属应用于导电聚合物表面得到的导电聚合物的图形。金属通过应用抗蚀剂实现图形化，其中的抗蚀剂经过曝光和显影。抗蚀剂图形转移到金属，然后通过蚀刻技术使图形转移到导电聚合物上。
本发明的另一个广阔方面是提供通过将图形化金属层应用于导电聚合物，通过蚀刻使图形进入导电聚合物和通过去除金属而得到导电聚合物的图形。
本发明的一个更具体的方面是提供液晶显示器用的薄膜晶体管开关，其中一个和多个源极、漏极和栅极电极是由显示良好导电性和良好热稳定性的导电聚合物构成。
本发明的另一个目的是提供由导电聚合物电极和金属电极构成的发光二极管。
本发明的另一个目的是提供可用作发光二极管中的一个或多个电极的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个目的是提供由一个或多个导电聚合物的电极构成的有机或无机发光二极管。
本发明的另一个目的是提供由一个或多个图形化的导电聚合物的电极构成的有机或无机发光二极管。
本发明的另一个目的是提供由作为空穴注入电极或作为电子注入层的导电聚合物构成的发光二极管。
本发明简介
因此，本发明的一个广阔方面是提供导电聚合物和图形化导电聚合物并提供其图形化的方法。
本发明的一个广阔方面是提供具有可为器件提供电连接的图形化导电聚合物的电子器件。
本发明的一个广阔方面是将图形化导电聚合物配置在电子器件上以便为器件提供电接触。
本发明的另一个广阔方面是提供显示良好导电性、良好热稳定性、无释气及在某些场合具有高透光性的导电聚合物的图形。
本发明的另一个广阔方面是提供通过将抗蚀剂应用于导电聚合物而得到的导电聚合物的图形，其中抗蚀剂经过曝光和显影，并且通过蚀刻技术使图形转移到导电聚合物上，然后将抗蚀剂去除。
本发明的另一个广阔方面是提供通过将金属应用于导电聚合物表面而得到的导电聚合物的图形。金属通过应用抗蚀剂图形化，其中的抗蚀剂经过曝光和显影。抗蚀剂图形转移到金属，然后通过蚀刻技术使图形转移到导电聚合物上，然后将金属去除。
本发明的另一个广阔方面是提供通过将图形化金属层应用于导电聚合物，然后通过蚀刻使图形进入导电聚合物和通过去除金属而得到导电聚合物的图形。
本发明的另一个广阔方面是提供可用作电光变换器和器件的电接触的导电聚合物和导电聚合物的图形。
本发明的另一个广阔方面是提供具有一个或多个导电聚合物电极的电光变换器和器件。
本发明的一个更具体的方面是提供具有一个或多个导电聚合物电极的液晶显示器。在一个实施方案中液晶显示器具有一个氧化铟锡电极和一个导电聚合物电极。
本发明的一个更具体的方面是提供具有显示高电荷保留性，良好透光性/电压特性及良好图像残留性能的一个或多个导电聚合物电极的液晶显示器。
本发明的一个更具体的方面是一种结构，包括：衬底；由配置于所述衬底上的图形化导电材料形成的图形化栅极；配置于所述图形化栅极之上的绝缘层；配置于所述绝缘层上的图形化源极电极；配置于所述绝缘层上的图形化漏极电极；所述图形化栅极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都由导电聚合物形成；配置于所述图形化源极电极和图形化漏极电极之间以及配置于所述绝缘层之上的半导体材料。
本发明的另一个更具体的方面是一种结构，包括：导电衬底；所述衬底为栅极电极；配置于所述衬底上的绝缘层；配置于所述绝缘层上的图形化源极电极；配置于所述绝缘层上的图形化漏极电极；配置于所述图形化源极电极和图形化漏极电极之间以及配置于所述栅极电极之上的半导体材料；所述图形化源极电极、所述图形化漏极电极和所述栅极电极都是由导电聚合物形成的。
本发明的另一个更具体的方面是一种结构，包括：衬底；配置于所述衬底上的图形化栅极；所述栅极是导电材料；配置于所述图形化栅极上的绝缘层；配置于所述绝缘层上的半导体层；配置于所述半导体层上的图形化源极电极；配置于所述半导体层上的图形化漏极电极；所述图形化栅极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都是导电聚合物。
本发明的另一个更具体的方面是一种结构，包括：导电衬底；所述衬底为栅极电极；配置于所述栅极电极上的绝缘层；配置于所述绝缘层上的半导体层；配置于所述半导体层上的图形化源极电极；配置于所述半导体层上的图形化漏极电极；所述栅极电极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都是导电聚合物。
本发明的另一个更具体的方面是一种结构，包括：半导体层；第1区中使半导体层暴露的介电层中的第1窗口；第2区中使半导体层暴露的所述介电层中的第2窗口；配置成为与所述第1区处于电接触的导体的第1图形；配置成为与所述第2区处于电接触的导体的第2图形；配置在所述第1图形和第2图形之间的介电层之上的导体的第3图形；导体的所述第1，第2和第3图形中至少一个是图形化导电聚合物。
附图简介
本发明的进一步的目的，特点和优点通过下面结合附图对本发明的描述将会很清楚，附图中：
图1为根据本发明的包含图形化导电聚合物的结构的实施方案的示意透视图。
图2为根据本发明的包含图形化导电聚合物的结构的另一实施方案的示意侧视图。
图3为典型液晶构造的示意图。
图4为扭曲向列相液晶盒的工作情况的示意图；在(a)中施加电压，液晶盒的透光性最大，而在(b)中施加有电压，液晶盒的透光性最小。
图5为典型有源矩阵薄膜晶体管显示器的示意图。
图6示出TFT/LCD(薄膜晶体管/液晶显示器)显示器的单元盒的顶视图。
图7示出沿图6的AA′线的剖视图的示意图。
图8示出沿图6的AA′线的另一剖视图。
图9示出已装配的液晶显示器的局部。
图10示出一薄膜晶体管器件的示意剖视图，其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。源极和漏极是直接配置于栅极绝缘体的上部，之后并用半导体将它们覆盖。
图11示出一薄膜晶体管器件的示意剖视图，其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。衬底导电并同时用作栅极电极。源极和漏极电极直接配置在绝缘体的上部，之后并用半导体将它们覆盖。
图12示出一薄膜晶体管器件的示意剖视图，其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。源极和漏极电极直接配置在半导体的上部。
图13示出一薄膜晶体管器件的示意剖视图，其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。衬底导电并同时用作栅极电极。源极和漏极电极直接配置在半导体上。
图14示出流过图11示意图中所示的结构的薄膜晶体管器件的源极和漏极之间的电流与电压栅极电极的关系曲线。该器件的沟道长L为100微米，沟道宽为1500微米。
图15示出以薄膜晶体管器件为基础的有源矩阵液晶显示器的典型布局的顶视图。其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由聚合物构成的。
图16示出以具有两个不同薄膜晶体管器件构形，图16(a)和图16(b)，的薄膜晶体管器件为基础的有源矩阵液晶显示器的一个象素的剖视图。其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。
图17示出通过钝化层或绝缘层的通路接触孔。下部是导电聚合物。上层可以是同样材料或不同的导电材料，如金属，或氧化铟锡。
图18示出现有技术的OLED(有机发光二极管)结构，制作在玻璃衬底之上，上部的阴极不透明，光只能从玻璃侧发出。
图19概括示出本发明的具有透明(或不透明)阴极的发光二极管结构。
图20示意地示出用于显示图像的发光二极管阵列，图20A为在每一行和列的交点处有一个发光二极管的无源矩阵，而图20B为在每一行和列的交点处有一个电流调节电路的有源矩阵。
图21示出对导电聚合物的表面使用抗蚀剂时导电聚合物的图形化过程。抗蚀剂曝光并显影；图像转移到导电聚合物；去除抗蚀剂。
图22示出通过金属掩模对导电聚合物的表面施加图形化金属层时导电聚合物的图形化过程。图像转移到导电聚合物，之后去除金属。
图23示出在导电聚合物上施加覆盖金属层时导电聚合物的图形化过程。利用抗蚀剂使金属图形化；图像首先转移到金属，然后通过蚀刻转移到导电聚合物；去除剩余的抗蚀剂和金属。
图24示出使导电聚合物直接对辐射曝光时的图形化过程；之后将聚合物显影以去除易于溶解的区域。
图25和26示出10μm左右的导电聚苯胺导线，其形成是在导电聚合物表面上采用了抗蚀剂。
图27和28示出的导电聚苯胺导线是利用通过金属掩模淀积在导电聚合物表面上的金属制作的。
图29，30及31示出的导电聚苯胺导线是利用借助抗蚀剂形成图像而淀积在导电聚合物表面上的覆盖金属制作的。
图32示出500埃的聚苯胺薄膜的透射光谱。
图33示出带有两个聚苯胺电极的液晶显示器的透光性与电压关系的特性曲线。
图34示出带有两个氧化铟锡电极的液晶显示器的亮度(透光性)与电压关系的特性曲线。
图35示出带有聚苯胺电极的液晶显示器的电压与时间关系曲线。电荷保留度超过95％。
图36和37为非聚合物导电体与聚合物导电体之间的接合部的示意图。
图38为具有根据本发明的电极的双极型晶体管的示意图。
本发明详述
本发明的目标是采用导电聚合物的器件，所述的导电聚合物包括取代和未取代聚苯胺，聚对亚苯基，聚对亚苯基亚乙烯基，聚噻吩，聚吡咯，聚呋喃，聚硒吩，聚异硫茚，聚亚苯基硫醚，聚乙炔，聚吡啶亚乙烯基及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物。已发现这些聚合物可通过光刻实现图形化来形成可在各种电光变换器和器件中用作电极或电接触的导电图形。本发明还有一个目标是由一个或多个导电聚合物电极组成的电光变换器和器件。
图1为具有淀积于其上的图形化导电聚合物202的衬底200的示意透视图。导电聚合物202沿导电聚合物202和表面204之间的界面206至少一部分形成对衬底200的表面204的电接触。图形202可对形成于衬底200之上的大量电子器件进行电连接。
图2为在其表面212上具有介电层210的衬底208的示意侧视图。介电层210中具有通孔214，及配置在介电层110上用来填充通孔214以便接触衬底208的表面218的图形化导电聚合物216。某些可使用本发明的有用的器件的例子为液晶显示器(LCD)，晶体管(双极型晶体管和场效应晶体管)，发光二极管等等。
液晶显示器件
以液晶为基础的电光变换器现在是生产平面显示器，特别是用于便携式电子设备的平面显示器的现代技术。预期在工业向大面积显示器前进时这一技术在未来将继续占据主导地位。
典型的液晶(扭曲向列相)盒示于图3。在此器件中，向列相液晶置于相距平均为5-20μm的两片玻璃片之间。在玻璃片的表面淀积透明电极，氧化铟锡。在氧化铟锡上淀积取向层，取向层经受摩擦处理以使向列相液晶的排列方向平行摩擦方向。如果两个取向层的摩擦方向互相成90°角，则液晶取如图4a所示的扭曲结构。如偏振光入射到此液晶盒上，偏振面将跟随分子的扭曲并在通过液晶盒时转动90°。如置于液晶盒另一端的第2个偏振片相对第1个偏振片也转动90°，光就通过液晶盒。当有电压施加于液晶盒上时，就会在液晶盒的两端之间产生电场。液晶分子将按照电场取向(图4b)而破坏扭曲状态。此时入射光遇到的偏振片方向成十字交叉，所以没有光透过液晶盒。美国专利5,623,514描述了液晶盒，此处援引其内容作为参考。
液晶显示器有多种，包括无源和有源矩阵显示器。有源矩阵显示器的组成可为两个终端器件，如二极管环，背对背二极管(反向二极管)及金属-绝缘体-金属器件。有源矩阵显示器的组成也可为3个终端器件，如薄膜晶体管，其中的材料是多晶硅，非晶硅，非晶锗，硒化镉等等。
由于未来在平面显示器上的应用潜力正在大力进行研究和开发的另一项技术是发光二极管，特别是以有机材料作为场致发光层的发光二极管。发光二极管的构成包括注入电极，场致发光层及电子注入电极。空穴注入电极最常用的是氧化铟锡。
如今，平面显示器绝大多数是采用以薄膜晶体管为基础的有源矩阵液晶来制造。液晶盒制作中最麻烦的加工过程之一是氧化铟锡电极的淀积及图形化。氧化铟锡需要首先利用蒸发工艺淀积。之后必需在高温对之进行数小时退火。然后施用光刻胶对氧化铟锡进行图形化。对光刻胶进行曝光和显影。通过蚀刻将图形转移到氧化铟锡。蚀刻溶液为强酸混合液。氧化铟锡一般是在薄膜晶体管层淀积之前或之后淀积。在后一种场合，氧化铟锡酸蚀刻溶液会在薄膜晶体管器件中造成缺陷。
因此，最好是开发一种新的电极材料，新材料与氧化铟锡相比处理简单，同时透光性高，导电性好，环境和热稳定性好，易于利用光刻实现图形化，并且具有良好的液晶显示性能，如高电荷保留度，低图像残留性，以及良好的透光性/电压特性。最好也能开发出发光二极管及其他器件用的更好的电极材料和电接触。
导电聚合物是一类比较新的电子材料，可认为是电极材料的大有潜力的候补材料。这种聚合物具有结合金属的电性能和通常的聚合物加工优点的潜力。此处我们介绍取代和未取代导电聚苯胺，聚对亚苯基，聚吖嗪，聚对亚苯基亚乙烯基，聚噻吩，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚异硫茚，聚亚苯基硫醚，聚乙炔，聚吡啶亚乙烯基及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物。
为了采用这些聚合物作为氧化铟锡的代替材料或用作一般的电极，这些聚合物必需具有适合的导电性，易于图形化和在某些场合具有高透光性。此外，这些聚合物不应释气，否则会造成器件污染。在液晶显示盒中导电聚合物的释气会显著降低显示器的电荷保留度。另外，导电聚合物需要易于通过光刻实现图形化。图形化不能降低导电聚合物的导电性，也不应引起导电聚合物的性能的任何劣化。所以，最好是能开发一种方法对这些聚合物进行图形化，理想方法应是可用于任何导电聚合物***并且不会对导电聚合物的性能造成负面影响。
一种可用作导电电极的有潜力的导电聚合物是聚苯胺。聚苯胺(及其他导电聚合物)是在此处援引作为参考的标题为“导电聚合物材料及其应用”的美国专利USP 5,198,153,USP 5,200,112及USP5,202,061中所描述的一族聚合物。
为考虑将导电聚合物，如聚苯胺，用作，比如，液晶显示器的导电电极，聚合物最好能显示一定的性能。作为示例，本发明的描述将以聚苯胺为例，但本发明并不限于使用聚苯胺。这些性能包含：
1.最好是导电聚合物在可见光区域的透光性大于80％，同时仍显示足够的导电性和对器件冶金的接触电阻。
2.最好是表现良好的溶解性并可形成均匀的涂层。涂层最好不包含颗粒，条痕以及明显的针孔或缺陷。
3.最好是可与淀积于导电电极上部的取向层相容；淀积取向层所使用的溶剂(大多数情况下为聚酰亚胺)应当不溶解聚苯胺，不产生严重的界面混合，以及不会从聚苯胺中析取任何掺杂离子。析取掺杂离子将造成聚苯胺的导电性下降并且掺杂离子有可能加入取向层而最终进入液晶，从而破坏液晶盒的性能。
4.最好是聚合物的热稳定性至少能保持温度达到150℃。
5.最好是聚合物不表现释气，因为任何释气都将导致进入液晶的离子污染并破坏液晶盒的性能。
6.最好是聚合物可提供良好的台阶覆盖能力。
7.最好是聚合物无需强蚀刻剂就可图形化。
除上述聚合物性能外，由聚苯胺制成的液晶盒还应具有某些性能也很重要。这些性能包含：
1.良好的透光性与电压的关系特性。
2.良好的室温与高温电荷保留度。
3.在室温和高温下图像不残留。
一种导电聚合物，如聚苯胺，可用于这样的应用中并产生上述性能并非显而易见。已知聚苯胺是通过使聚合物的非导电形式(基剂)与酸，如盐酸，反应生成导电性的盐而导电的。这一点在Farad.Discuss.Chem.Soc.，88，317中发表的A.G.MacDiamid和A.J.Epstein的文章中有介绍。导电性形式的结构包含可由阴抗衡离子中和的离域聚合物游离基阳离子，在1995年1月9日提出申请的申请号为No.08/370,127，标题为“解聚集导电聚合物及其先质”的美国专利中有介绍，此处援引作为参考。
要使材料成为导体需要离子。众所周知，在液晶板中存在离子将导致电荷保留度降低和图像残留性变差，这在H.Seiberle，M.Schadt发表在SID‘92 Digest，25(1992)中的文章“电荷载体和显示参数对无源和有源选址液晶显示器的性能的影响”中有描述。在采用聚苯胺时这一点是最令人关心的问题之一。使用HCL酸作为掺杂剂导致挥发性的活动离子。实际上观察到了在低到40-50℃的温度下HCL从聚苯胺薄膜释气。这种释气会破坏液晶(LC)的性能，因为离子会迁移到液晶中。我们在这里令人惊异地发现，聚苯胺可以改性而得到掺杂聚合物，这种掺杂聚合物无论是在室温下，还是在高温下都不会发生离子迁移进入液晶的现象，结果液晶显示器可具有优异的电荷保留度和图像残留性。
对离子的另外一项关心是在将聚酰亚胺取向层淀积到聚苯胺电极上部时，对聚酰亚胺所使用的溶剂通常是高极性溶剂，如NMP(N-甲基吡咯烷酮)或γ-丁酸内酯，两者都是相当高极性的溶剂，会从聚苯胺中析取掺杂离子并使这些离子又迁移进入取向层和液晶。这又会破坏显示器的性能。此外，这些离子的析取将会使聚苯胺的导电性降低。相当令人惊异的是已发现聚酰亚胺取向层与聚苯胺相容性相当好并且未出现离子析取现象。
聚苯胺最好是能提供良好的透光性，同时表现出对下面的数据金属线有足够的表面电阻及接触电阻。通过减小厚度可以调节聚苯胺的透光性，但同时会使材料的表面电阻增加。我们在此处所描述的材料表现出良好的透光性，良好的表面电阻和对金属的良好的接触电阻。
聚苯胺最好是能提供良好的台阶覆盖。在采用氧化铟锡时这是一个大问题。在典型的薄膜晶体管器件结构中采用氧化铟锡作为透明导电电极。氧化铟锡是通过溅射淀积并使用通常的光刻胶***进行光刻图形化。然后利用浓硝酸和盐酸混合剂的热溶液蚀刻。一般氧化铟锡是在薄膜晶体管层和钝化层淀积之前或之后淀积。为减少光刻掩模步骤的数目一般是采用后者。在这种场合，在钝化层上形成通路孔以便为氧化铟锡层提供通向底下的薄膜晶体管器件的源/漏极金属的连接。如钝化层过厚，则氧化铟锡到通路孔存在台阶覆盖的问题，因为氧化铟锡是通过溅射工艺淀积的。另一方面，当钝化层薄时，一般会有针孔存在，，并且氧化铟锡酸蚀刻液可能在薄膜晶体管器件或总线中造成缺陷。聚苯胺将通过旋转涂敷或辊涂工艺淀积。因此可提供良好的台阶覆盖。聚苯胺也无需强蚀刻剂实现图形化。
尽管本发明适用于多种器件，但其介绍是通过有源液晶显示器的实施例，并且特别是针对薄膜晶体管液晶显示器。如图5所示，通常的薄膜晶体管器件显示器10的构成包括液晶盒阵列或A，每个液晶盒包含一个薄膜晶体管11用来在晶体管导通时通过对液晶盒施加电压对液晶盒选址，和一个电容器12用来在晶体管断开时维持电压。晶体管是在显示器10的背面的玻璃衬底13上形成并在列数据电极14和行电极15之间连接并连接到每个象素的透明显示电极16上，一切都是在显示器10的背面上。显示器的正面是利用连续透明公共电极17形成，它与透明显示电极16分开并与其平行。电极17和显示电极16两者的形成最好都是使用承载于玻璃衬底上的薄导电透明材料，如氧化铟锡。由于每个象素的显示电极16的尺寸较连续公共电极17为小，所以当电压施加于电极间时，会产生从显示电极的象素或液晶盒边缘向外延伸到公共电极的散乱场。与公共电极17的外面平行且与玻璃衬底18邻接的偏振片19与装设在背玻璃衬底13背面中的偏振片20互相间适当取向。取向层21和22分别配置于显示器和公共电极16及17的内表面上，并与其中带有扭曲向列相液晶分子的液晶层接触，液晶是封装在两片载有取向层21和22的平行安装的玻璃衬底1和18之间。在显示器的背面可见光光源(未示出)通过一个漫射器照射到显示器10上。如需要使显示器10带有颜色，则可在公共电极17的取向层一侧配置一个滤色片25，并且它包含3原色(红，绿和蓝)组，每一种原色都与一个3个邻接的象素A构成的组相联系而形成彩色液晶盒。
已制作成的液晶盒中图形化的导电聚合物(即聚苯胺)的功能是用作显示器10中的每个象素单元的透明电极16，上述氧化铟锡的功能是用作连续透明电极17。此外，还制作成了液晶盒，其中图形化导电聚合物用作透明电极16，而导电聚合物的连续涂层用作连续透明电极17。导电聚合物也用作连续透明电极17，并且图形化的氧化铟锡可用作象素电极16。
图6示出TFT/LCD(薄膜晶体管/液晶显示器)显示器的单元盒结构的顶视图。101和102是数据总线，而103和104是栅极总线。106，107和108形成薄膜晶体管，其中108是104的突起，而106是101的突起。106是源电极，而107是漏电极。106和107通常是采用同样的导电材料，如金属，制作。105是透明象素电极，是借助光刻由导电聚合物制作而成。象素电极105，在滤色片一侧(未示出)的上电极以及在两者之间的液晶(未示出)形成一个象素电容器。130是105的扩展。130和103由一个绝缘体层(未示出)分开并形成存储电容器。当有适合的高电压施加于栅极总线104上时，薄膜晶体管器件导通。因此，象素电容器和存储电容器通过薄膜晶体管器件从数据总线101充电到决定象素中液晶的电光学特性的设计电压。这样，设计图像就得到显示器。在图7和8上示出沿A-A′线的两个剖视结构图。在图7和8中106是源电极，107是漏电极，108是栅电极，109是栅绝缘层，110是非晶硅层，111是n+非晶硅层，112是钝化层，而105是象素电极。在图8中，在钝化层112的上部有另一层113，该层是低介电透明聚合物层。象素电极层层105置于113之上，所以象素电极可以扩展到数据总线的上方以增加象素的孔径比。在图7中象素电极105和107有一部分为直接覆盖区。在图8中，这一覆盖是通过聚合物层113上的通路孔。图9示出已装配的液晶显示器的局部。120是玻璃衬底。121是彩色滤光层。122是导电透明电极层。122可以是氧化铟锡层或透明导电聚合物层。123是转移垫层，与用来通过翼片固接于驱动电子线路的电极片(未示出)连接。123由金属层制作。124是导电环氧树脂，与122和123电连接。这样，122就可通过124和123连接到驱动电子线路。125是液晶层。图6-9中的所有金属层和导电层都可由根据本发明的导电聚合物替代。
薄膜晶体管器件
在现在的薄膜晶体管器件中的电接触或电极是金属。金属是通过蒸发或溅射过程淀积，这要求昂贵的仪器设备。
合适的聚合物包括取代和未取代导电聚苯胺，聚对亚苯基，聚对亚苯基亚乙烯基，聚噻吩，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚异硫茚，聚亚苯基硫醚，聚乙炔，聚吖嗪，聚吡啶亚乙烯基及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物。
为了使这些聚合物用作薄膜晶体管的接触电极，它们最好是具有合适的导电性并易于图形化。此外，这些聚合物最好不释气以避免造成使用器件的污染。另外，导电聚合物最好可通过光刻实现图形化。图形化最好是既不会引起聚合物导电性的减小，也不会造成导电聚合物性能的任何劣化。
因此，最好是开发对这些聚合物进行图形化的方法，理想地是一种可应用于任何导电聚合物***并且不会对导电聚合物产生负面影响的方法。
采用导电聚合物电极作为使用不同 型共轭聚合物作为半导体层的薄膜晶体管器件中的源极和漏极之中的至少一个先前已经介绍过(H.Koezuka，A.Tsumura，T.Ando，美国专利No.5,107,308)。在本专利中栅极始终是由金属构成。此外，每当薄膜晶体管器件中的漏电极中的一个是导电聚合物薄膜时，这一薄膜就具有图形化的金属引线。所使用的导电聚合物生长法为电化学聚合。尽管上述专利的作者总地描述了另一种可用来形成导电聚合物电极的方法，他们对如何使导电聚合物层图形化成为所要求的源极和/或漏极电极的形状和在电极之间形成晶体管沟道的问题未提供任何解决办法。在本发明申请中我们提出了采用导电聚合物作为薄膜晶体管器件的一个或多个源极，漏极和栅极电极的器件及使导电聚合物层图形化的途径。
本发明的另一个目标是其中一个或多个源极、漏极和栅极电极是由导电聚合物构成的薄膜晶体管器件。图10至13示出薄膜晶体管器件的构造。
图10示出一制作在衬底61上的器件。图形化导电聚合物栅极电极62配置于衬底61之上。绝缘层63配置于栅极电极62之上。由导电聚合物构成的源极65和漏极66两电极配置于栅极绝缘层63之上并图形化。半导体层64配置于源极65和漏极66电极及栅极绝缘层63的一部分的上面。
图11与图10的不同之处在于衬底61导电并用作栅极61。这种结构的一个特别但并非限制性的示例是采用重掺杂基片作为衬底/栅极电极(61和62)并采用热生长氧化物63作为其上的绝缘层。其他各层与图10的相同。
图12与图10的不同之处在于源极65和漏极66两电极配置在半导体层64的上方，该层是先前配置在栅极绝缘层之上的。
图13与图10的不同之处在于源极65和漏极66两电极配置在半导体层64的上方，该层是先前配置在栅极绝缘层之上的。
图14示出流过图11示意图中所示的结构的薄膜晶体管器件的源极和漏极之间的电流与栅极电极电压的关系曲线。此器件的沟道长度，L，为100微米，而沟道宽度为1500微米。
图15示出以薄膜晶体管器件为基础的有源矩阵液晶显示器的典型结构的顶视图。其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由聚合物构成的。
图16示出具有两个不同薄膜晶体管器件构形图16(a)和图16(b)的以薄膜晶体管器件为基础的有源矩阵液晶显示器的一个象素的剖视图。其中源极，漏极和栅极电极中的一个或多个是由导电聚合物构成的。
图17示出通过钝化层或绝缘层的通路接触孔。下部是导电聚合物。上层可以是同样材料或不同的导电材料，如金属，导电聚合物或氧化铟锡。
发光二极管器件
图形化导电聚合物也可用来生产场致发光二极管。更具体说，本发明涉及发光二极管(包含有机发光二极管)的透明阴极和阳极结构，这种器件在制作在透明衬底上时可提供至少部分透明的显示器，而当制作于包含器件和电路的不透明衬底上时可提供能从阴极一侧观察到的显示。本发明适用于具有有机和无机场致发光区的发光二极管。对本发明的描述将以有机发光二极管为参考，但不限于有机发光二极管。
在以前工作中描述的有机发光二极管是在玻璃衬底上制作，并且其下部电极是透明导体氧化铟锡。这种器件的上部电极不透明，所以从场致发光区发出的光只能从玻璃一侧观察到。一个例外是最近由V.Bulovic等人在Nature 380，29(1996)中所报告的结构，其中的阴极金属在之后的氧化铟锡淀积过程中间减薄并成为部分透明。
不透明衬底上的有机发光二极管显示器或透明衬底上的有机发光二极管显示器要求上部电极结构满足下列标准：(1)对发光二极管发射透明，(2)提供对进入发光二极管活性区的低串联电阻电流注入，(3)在这种二极管形成二维阵列自发射显示时提供足够高的电极平面横向导电性，(4)用作对底下的易受化学和物理损伤的有机薄膜的保护膜，以及(5)可以以良性方式淀积，不会对其淀积所在的有机层造成损伤，所以层/电极界面的整体性可得到保护。经常用作有机发光二极管的阳极的常用的透明电极材料为氧化铟锡，可以满足要求1-4，但由于它通常是在会对有机发光二极管器件结构中的有机区产生损伤的氧等离子体环境中淀积，所以不能满足(5)。对用作电极的GaN情况也一样。标准(5)实际上是最有决定意义的，因为尽管存在有数种透明导电材料，但几乎所有的材料都牵涉到会对有机发光材料造成不可逆转损伤的等离子体或高处理温度。
需要的是便于制作并能满足所有上述要求的透明阴极和/或阳极结构。
因此，最好是开发出新的电极材料，其加工工艺比氧化铟锡更简单，但同时又能提供高透光性、良好导电性、环境及热稳定性、且易于通过光刻实现图形化。
典型的发光二极管的构成包括空穴注入电极、场致发光层及电子注入电极。这是一种基本结构。有时空穴传输层可以结合于注入电极和场致发光层之间以提高空穴的迁移率和隔绝空穴。还有，电子传输层也可包含在场致发光层和电子注入电极之间。
场致发光层可以是有机共轭聚合物，有机小分子，如AlQ材料，或是无机材料，如砷化镓。典型的空穴注入电极包含氧化铟锡。典型的电子注入电极包含铝，钙等等。
根据本发明的P掺杂导电聚合物可用作空穴注入层，而根据本发明的B掺杂导电聚合物可用作电子注入层。
在图18中示出现有技术的有机发光二极管300的结构。衬底312为玻璃，并且氧化铟锡薄膜314直接淀积在玻璃上并形成阳极。为了可高效工作，有机区通常包括多层，图18中示出的是空穴注入层316，空穴传输层318及场致发光(EL)层320。EL层320是金属螯合物三(8-羟基喹啉)铝，(有时缩写为S或Alq3)。在这种结构中的空穴传输层是芳香双胺。金属合金MgAg淀积于有机物上以形成阴极322，此阴极厚度大于约10nm时不透明。图中未示出有时用来保护阴极免受水气作用的气密封接。
图18结构的EL层是称为分子有机物的一组有机材料中的一员。这些是依次利用蒸发工艺淀积的。聚合物形成另一组显示场致发光的有机材料并且通常是通过旋转涂敷施加。聚合物有机发光二极管通常也是利用氧化铟锡阳极制作于玻璃衬底上并且具有不透明的阴极(通常是低功函数金属，如钙)，结果光只能从一侧发射。它们也可应用多层聚合物以提高工作效率。
本发明的发光二极管一个实施例是具有透明阴极340的有机发光二极管，其大致结构示于图19中。如有机发光二极管是形成在玻璃衬底332或带有氧化铟锡(或导电聚合物)阳极334的塑性衬底之上，则此时光就从两侧发射，而有机发光二极管至少是部分透明的。一个观察者注视由这样的有机发光二极管阵列构成的显示器时，既可以集中于显示器上呈现的图像，也可以通过显示器看到后面的场景。另一方面，在不透明衬底如硅上形成的并利用带有透明阴极的有机发光二极管的显示器将可以通过注视从阴极侧发射的光线而观察。在硅上制作有机发光二极管显示器是有利的，因为器件和电路可以在硅上淀积有机发光二极管之前形成，并且器件和电路可用来制作带有集成驱动电路的有源矩阵显示器。
根据本发明，发光二极管的阳极或阴极可由抗磨损及抗划伤的导电聚合物保护层形成或覆盖，正如此处通过援引所包括的。从具有如图19所示的剖面的有机发光二极管发射出的光是从顶部和底部(即从二极管的两侧)射出的，因为阳极和阴极两者都是透明的。
此处所描述的导电聚合物通过满足对透明性、用于低串联电阻的垂直导电性、形成保护膜和无损伤淀积工艺等要求可提供令人满意的阴极电极。关于抗磨损及抗划伤的导电聚合物在标题均为“导电和抗磨损/划伤的聚合材料及其制作方法和使用”的申请号为No.08/193,926，申请日期为2月9日，1994及申请号为No.08/476,141，申请日期为6月7日，1995的两项美国专利申请中有描述，此处援引其内容作为参考。下面对每个要求分别考虑。
显示器件是通过在一个整体衬底上制作多个完全相同的有机发光二极管而形成，并且其中的有机发光二极管排列成二维阵列形式并具有控制从每个二极管发出的光发射的装置。一般讲，图像是由图20A上的一根导线形成的(无源矩阵方式)，比如，使所选定的行导线490处于正电压Vr，而所有未被选定的行导线492保持地电位。对各列导线494、496施加一电压，其中i是列导线指数并且一直到最大列数为止。于是沿所选定的行导线490在有机发光二极管498、400上的正向偏置就等于Vr-Vci并且这一电压就决定发光量。所有其他的有机发光二极管402、404上施加有反向偏置，所以不发光。
对示于图20A的阵列而言，只有当选址是该行导线时有机发光二极管才会发光，在高信息内容显示中产生一个闪烁。这可由图20B(有源矩阵方式)中所示的阵列弥补，在这种方式下使用在每一个交叉点所包含的电路来对列导线电压取样并保持被选址的其他行导线。在这种场合，所有二极管共用一个共用阴极。因为这些电路需要小而快，最方便是制作单晶硅。在这第2种场合，衬底不透明而需要一个透明的阴极来观察图像。
此处所援引的参考文献因而是供参考包括于此处。转让给本发明受让人的申请号为No.08/794,072，申请日期为2月4日，1997的美国专利申请描述了有机发光二极管的结构和制作方法，其内容包括于此处作为参考。
图形化的方法
为了可以用作电极或电接触，导电聚合物最好是经过图形化。此处描述了多种可用来对各种导电聚合物进行图形化的方法。
这些方法包括对导电聚合物的表面施加抗蚀材料。抗蚀剂可以是负性也可以是正性，并且可在含水溶剂或有机溶剂中显影。负性抗蚀剂的例子有聚甲基丙烯酸甲酯类，线性酚醛清漆/重氮萘醌体系，特丁氧基碳酰保护的苯乙烯聚合物及其共聚物，特丁基保护的苯乙烯聚合物及其共聚物，特丁基保护的苯乙烯聚合物及其共聚物，其他酸易解脱保护的丙烯酸酯聚合物及其共聚物。这些只是示例而并非局限于这些。正性抗蚀剂的例子有含环氧基聚合物，带有交联剂的羟基苯乙烯聚合物，以及硅氧烷聚合物。这些只是示例，而不限于这些。使抗蚀剂对给定的辐射曝光，这类辐射如紫外/可见光，电子束，X射线及离子束，之后利用显影剂显影，显影剂如四甲基氢氧化铵水溶液，NaOH水溶液，KOH水溶液，甲基异丁基酮，四乙基氢氧化铵水溶液，异丙醇，丙烯，乙二醇甲基醚乙酸酯，二甘醇二甲醚，甲基·乙基酮等等。这些只是示例而并非局限于这些。之后通过反应离子蚀刻(RIE)将这一抗蚀剂图像转移到导电聚合物上，比如采用氧气，CO2，SO2，氟等等。一当图像转移到导电聚合物上，就将剩余的抗蚀剂去除，最好是使用一种溶剂清洗，如丙酮，二甘醇二甲醚，异丙醇等等。这一方案示于图21中。最好是用来施加抗蚀剂的溶剂以及抗蚀剂的显影剂和抗蚀剂的显影条件，以及用来去除抗蚀剂的溶剂都不会使导电聚合物的性能，如导电性，透光性，热稳定性等等，劣化。
第2种使导电聚合物图形化的方法是采用在导电聚合物的表面淀积金属的方法，所用的金属包括如铝，金等等。图形化金属层通过金属掩模淀积于导电聚合物上。之后通过反应离子蚀刻(RIE)将这一图形转移到导电聚合物上，比如采用氧气，CO2，SO2，氟等等。然后利用酸溶液，如盐酸，氢氟酸，乙酸，硫酸，高氯酸，磷酸，硝酸及其任何组合将金属蚀刻掉。这种方案示于图22。最好是金属淀积和蚀刻时的条件不会对导电聚合物的性能产生负面影响。
第3种使导电聚合物图形化的方法是采用在导电聚合物的表面淀积覆盖金属的方法，所用的金属包括如铝，金等等。借助抗蚀剂使金属图形化。使抗蚀剂对辐射曝光，这类辐射如紫外光，可见光，电子束，X射线，离子束并采用与前述类似的显影剂显影，并通过，比如，使用如上所述的酸溶液对金属进行蚀刻将图形转移到金属层上。之后通过反应离子蚀刻将这一图形转移到导电聚合物上，比如采用氧气，CO2，SO2，氟等等。然后利用溶剂去除抗蚀剂，之后通过与上述类似的酸蚀刻剂去除金属。这种方案示于图23。最好是上述的处理步骤和在这些处理步骤中所使用的溶剂不会对导电聚合物的性能有损害。
第4种使导电聚合物图形化的方法是直接对辐射曝光。导电聚合物对辐射敏感，所以经过辐照在曝光区和未曝光区之间溶解度产生差异。辐射可以是电子束，离子束及电磁辐射(如X射线和光线)。在这种场合，经过曝光后的溶解度更高的区域可通过溶剂清洗去除，结果产生直接的导电聚合物图形。这种方案示于图24，并且，如美国专利5,198,153所述，其内容在此处援引作为参考。
在所有上述场合，辐射曝光可包含电磁辐射，如X射线和各种波长的光线，并可包含带电及非带电粒子束，如电子束，离子束及基本粒子束。
具体示例如下：
1.此处援引作为参考的在1996年2月2日提出的申请号为No.08/595,853的美国专利申请中所描述的以丙烯酰胺丙磺酸掺杂的聚苯胺借助旋转涂敷于玻璃衬底上，所使用的合适溶液包含正甲基吡咯烷酮，间甲酚，二甲基亚丙基脲，二甲基磺基二甲基甲酰胺等等。涂层的厚度可通过溶液中的聚合物的浓度和旋转速度进行控制。一般应用给定溶剂中0.1％至5％的聚合物溶液。涂层的厚度在500至1000埃。薄膜的电导率为1至150S/cm(西/厘米)。涂敷的薄膜在85℃的炉中烘烤5分钟以去除剩余的溶剂。在这一聚苯胺表面上施加通常的Shipley光刻抗蚀剂(MP 1808)。抗蚀剂在85℃烘烤30分钟。然后将涂敷有抗蚀剂的聚苯胺衬底对紫外光曝光，剂量为70mj。之后在碱性Micropos CD-30显影剂水溶液中显影。由于碱性显影剂能使聚苯胺脱掺杂并使其电导率下降，所以最好是严密控制显影剂和显影时间。在这种场合，显影剂浓度可用去离子水稀释50％。抗蚀剂显影30秒，之后用水漂洗。然后将经过显影的抗蚀剂在1℃固化30分钟以使抗蚀剂在图像转移之前硬化。然后借助氧反应离子蚀刻将抗蚀剂图像转移到聚苯胺上。聚苯胺的蚀刻是应用150瓦的RF(射频)功率负载，在100毫托压力和20sccm(每分钟标准立方厘米)的氧气在反应离子蚀刻器内进行2分钟。在图像转移后，剩余的光刻抗蚀剂利用丙酮洗去。在图25和26中示出以这种方式制出的10微米的导电聚苯胺导线。经过测量后发现聚苯胺图形的电导率与起始电导率类似。换言之，这一工艺过程的结果未使电导率明显减小。对其他性能，包括透光性，热稳定性及全面的环境化学稳定性，也进行了评测，对此在下面讨论。
2.将聚(3-丁基噻吩-2，5-双基)溶解于适当的溶剂(如四氢呋喃，甲基乙基酮，N-甲基吡咯烷酮等等)中并旋转涂敷于玻璃板上。然后将薄膜暴露于碘室中对聚噻吩掺杂。之后将掺杂样品在动态真空下泵送。得到的电导率为1000至2000S/cm。采用如上面对聚苯胺使用的Shipley光刻抗蚀剂MP1808对这一薄膜进行图形化。
3.将聚(3-己基噻吩-2，5-双基)按上述方法溶解，涂敷和掺杂并按上述示例1图形化。
4.将聚(3-辛基噻吩-2，5-双基)按上述方法处理及图形化。
5.将聚吡咯按下面方式淀积于玻璃板上。吡咯单体(0.045M)溶解于500毫升的水中。在第2个烧杯中在500毫升水中溶解氧化剂FeCl3(.015M)。然后将(.015M)的5-磺基水杨酸和(.015M)的5-蒽醌-2-磺酸钠盐添加到氧化剂溶液中。将一面带有掩模的玻璃板浸入单体溶液中。然后将氧化剂溶液加到单体溶液中。令溶液反应10至30分钟以使单体进行聚合并淀积于玻璃板上。淀积于玻璃板上的导电聚吡咯的厚度取决于让玻璃板停留在聚合槽中的时间。聚吡咯具有的电导率大约为200S/m。之后借助上述的抗蚀剂对淀积于玻璃板上的聚吡咯进行图形化。
6.将利用丙烯酰胺基丙磺酸掺杂的聚苯胺旋转涂敷于玻璃板上。在聚苯胺上蒸发一层300埃的覆盖铝。将以Shipley聚丙二醇醚乙酸酯溶剂为基础的厚度为2.0微米的抗蚀层涂敷于铝上。这一抗蚀层对剂量为150mj的紫外光曝光之后利用50/50的Microposit显影剂浓缩液和去离子水混合液显影。显影后，将抗蚀剂在85℃烘烤30分钟。然后通过在室温下对铝蚀刻将图形转移到铝上，蚀刻溶液为由80％磷酸，5％乙酸、5％硝酸和10％的水组成的Transene铝蚀刻溶液。蚀刻速率为4.19埃/秒。而图形又通过应用150瓦的功率负载，在100毫托压力和20sccm(每分钟标准立方厘米)的氧气中借助氧反应离子蚀刻以39埃/秒的蚀刻速率转移到聚苯胺上。另外一种将图形转移到聚苯胺上的方法是在30℃下蚀刻铝。在提高温度时铝和聚苯胺两者都受到酸溶液蚀刻，蚀刻速率为37埃/秒。剩余的抗蚀剂通过丙酮清洗去除。剩余的铝可采用稀释25％的稀盐酸溶液去除。图27，28和29示出以这种方法图形化的导电聚苯胺。
7.上面介绍的取代聚噻吩和现场聚合的聚吡咯也是利用按照上面对聚苯胺描述的铝覆盖金属进行图形化。
8.聚苯胺丙烯酰胺基丙磺酸淀积于玻璃的一侧。在这一表面上通过金属掩模淀积铝导线图形。此图形借助氧反应离子蚀刻转移到聚苯胺上。然后将其余的铝用稀盐酸溶液蚀刻掉。这一方法由于其相当大的特点而很理想。采用这一方式可制作如图30和31所示的50微米的聚苯胺导线。
9.采用这种方式也可对取代噻吩和现场聚合的聚吡咯进行图形化。
10.聚苯胺丙烯酰胺基丙磺酸可直接使薄膜对像电子束这样的辐射曝光而图形化。辐照之后，聚合物经交联而成为不可溶。未曝光区可用溶剂洗去而形成导电聚苯胺的图形。
导电聚合物可通过旋转涂敷，浸渍涂敷，辊涂，喷涂而涂敷于衬底上，也可在现场在其表面上进行化学或电化学聚合。
为使导电聚合物可应用于液晶显示器，薄膜的透光性在可见光区域最好是大于80％。图32示出聚苯胺丙烯酰胺基丙磺酸的透光性(覆盖和图形化导线)。从图中可见，作为500埃的薄膜，聚合物在整个可见光区域表现出大于90％的透光性。这与退火氧化铟锡的典型的透光性一致。聚苯胺导线的电导率大约为100S/m，而最好是大于100S/m。材料表现出环境稳定性，在空气中其电导率未随时间而改变。材料在150℃下表现出热稳定性。
因为材料的性能表现良好，所以就组装成液晶盒，其中一个液晶盒的两个电极都采用导电聚合物诸如聚苯胺制作，而另一个则一个电极采用聚苯胺，另一个电极采用氧化铟锡。在两个电极都采用聚苯胺的场合，一个电极由图形化导线组成，而第2个电极由覆盖膜组成。在聚苯胺上旋转涂敷聚酰亚胺(Nissan SE5210)取向层。聚酰亚胺在125℃下固化1小时。薄膜的厚度为500埃。然后对聚酰亚胺层进行机械摩擦。试验液晶盒中充填包含左手性试剂的Merck液晶。偏振片贴在玻璃的外部，其透射轴与摩擦方向平行。这样，就完成了右手90°扭曲向列相试验板。对此液晶盒的性能进行了测量。图33示出由两个聚苯胺电极组成的液晶盒的透光性/电压特性曲线。该曲线与氧化铟锡电极组成的晶体的透光性/电压特性曲线(图34)一致。包含聚苯胺电极的液晶的电荷保留度在室温下为95％(图35)。这也与由氧化铟锡电极组成的液晶盒表现的电荷保留度一致。液晶盒的图像残留性也很好地一致。
图36示出具有一个配置在其上的材料层415的衬底413的表面411和配置在表面411上的材料层417，其配置方式使得材料层417在覆盖区419上覆盖材料层415。材料417可以是根据本发明的导电聚合物，而材料415可以是非聚合物导电材料，如金属或半导体。还有，两个区域417和415也可都是导电聚合物。
图37示出具有材料层425和427的衬底421的表面423，材料层425和427以界面429邻接。材料425和427可以是导电聚合物或层425和427之一可以是导电聚合物，而另一个是非聚合物导电材料，如金属或半导体。
利用此处介绍的导电聚合物的图形化方法并利用现有技术中已知的非聚合物导电体的图形化方法可很容易制作出图36和37的结构。
图38示意性地示出一个双极型晶体管，其构成包含衬底802，埋藏副集电极804，轻掺杂区896，基极区808，发射极区810，介电层812和触及副集电极804的高掺杂区814。介电层具有窗口816用于连接发射极；窗口818用于连接基极区和窗口820用于连接区814以连接副集电极804。图形化的导电体或电极822，824和826分别提供对发射极，基极和集电极各区的接触。
电极822，824和826可由根据本发明的导电聚合物形成。导电聚合物形成连接有源器件区810，808和814的欧姆接触。
可用来实现本发明的导电聚合物的例子为由其可溶性先质形成的取代和未取代导电聚对亚苯基，聚对亚苯基亚乙烯基，聚苯胺，聚吖嗪，聚噻吩，聚对亚苯基硫醚，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚乙炔及它们的组合物及单体的共聚物。这些聚合物的一般分子式，利用它们制成的结构及其使用方法可在授予Angelopoulos等人的美国专利5,198,153及1994，2月9日提出申请的申请号为No.08/193,926的申请待批的美国专利申请和1995，6月7日提出申请的申请号为No.08/476,141的申请待批的美国专利申请中找到，此处援引其内容作为参考。
已经介绍聚苯胺类导电聚合物是最有希望并且是最合适应用于广阔商业领域的导电聚合物。聚合物具有优异的环境稳定性并能提供简单的一步合成。可制备出大量的可溶性衍生物。比如，我们先前已经在美国专利5,370,825中公开了一族新的水溶导电聚苯胺，此处援引其内容作为参考。
下面的美国专利描述了对实现本发明有用的抗蚀剂，此处援引其内容作为参考：
5,580,694，5,554,485，5,545,409，5,492,793，5,401,614，5,296,332，5,240,812，5,071,730，4,491,628，5,583,620，5,561,194，5,547,812，5,498,765，5,486,267，5,482,817，5,464,726，5,380,621，5,374,500，5,372,912，5,342,727，5,304,457，5,300,402，5,278,010，5,272,042，5,266,444，5,198,153，5,164,278，5,102,772，5,098,816，5,059,512，5,055,439，5,047,568，5,045,431，5,026,624，5,019,481，4,940,651，4,939,070，4,931,379，4,822,245，4,800,152，4,760,013，4,551,418，5,338,818，5,322,765，5,250,395，4,613,398，4,552,833，5,457,005，5,422,223，5,338,818，5,322,765，5,312,717，5,229,256，5,286,599，5,270,151，5,250,395，5,238,773，5,229,256，5,229,251，5,215,861，5,204,226，5,115,095，5,110,711，5,059,512，5,048,358，5,023,164，4,999,280，4,981,909，4,908,298，4,867,838，4,816,112，4,810,601，4,808,511，4,782,008，4,770,974，4,693,960，4,692,205，4,665,006，4,657,845，4,613,398，4,603,195，4,601,913，4,599,243，4,552,833，4,507,331，4,493,855，4,464,460，4,430,153，4,307,179，4,307,178，5,362,599，4,397,937，5,567,569，5,342,727，5,294,680，5,273,856，4,980,264，4,942,108，4,880,722，4,853,315，4,601,969，4,568,631，4,564,575，4,552,831，4,522,911，4,464,458，4,409,319，4,377,633，4,339,522，4,259,430，5,209,815，4,211,843，5,260,172，5,282,264，5,227,280，5,024,896，4,904,564，4,828,964，4,745,045，4,692,405，4,606,998，4,600,683，4,449,243，4,567,132，4,564,484，4,562,091，4,539,222，4,493,855，4,456,675，4,359,522，4,289,573，4,284,706，4,238,559，4,224,361，4,212,935，4,204,009，5,091,103，5,124,927，5,378,511，5,366,757，4,590,094，4,886,727，5,268,260，5,391,464，5,115,090，5,114,826，4,886,734，4,568,601，4,678,850，4,543,319，4,524,126，4,497,891，4,414,314，4,414,059，4,398,001，4,389,482，4,379,826，4,379,833，4,187,331。
虽然本发明是针对优选实施例进行描述的，但对于技术人士而言，不脱离本发明的精神和范围可以完成多种改型，改变和改进。

Claims (20)

1.一种结构，包括：
衬底；
由配置于所述衬底上的图形化导电材料形成的图形化栅极；
配置于所述图形化栅极之上的绝缘层；
配置于所述绝缘层上的图形化源极电极；
配置于所述绝缘层上的图形化漏极电极；
所述图形化栅极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都由导电聚合物形成；
配置于所述图形化源极电极和图形化漏极电极之间以及配置于所述绝缘层之上的半导体材料。
2.如权利要求1的结构，其中导电聚合物是从包括一个或多个取代和未取代的聚对亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚苯胺，聚噻吩，聚吖嗪，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚对亚苯基硫醚，聚乙炔及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物的一组材料中选择。
3.如权利要求1的结构，其中所述半导体材料是从有机材料和无机材料构成的组中选择的。
4.如权利要求1的结构，其中所述半导体材料是从Si，Ge，GaAs及其组合中选择的。
5.一种结构，包括：
导电衬底；
所述衬底为栅极电极；
配置于所述衬底上的绝缘层；
配置于所述绝缘层上的图形化源极电极；
配置于所述绝缘层上的图形化漏极电极；
配置于所述图形化源极电极和图形化漏极电极之间以及配置于所述栅极电极之上的半导体材料；
所述图形化源极电极、所述图形化漏极电极和所述栅极电极都是由导电聚合物形成的。
6.如权利要求5的结构，其中导电聚合物是从包括一个或多个取代和未取代的聚对亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚苯胺，聚噻吩，聚吖嗪，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚对亚苯基硫醚，聚乙炔及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物的一组材料中选择。
7.如权利要求5的结构，其中所述半导体材料是从有机材料和无机材料构成的组中选择的。
8.如权利要求5的结构，其中所述半导体材料是从Si，Ge，GaAs及其组合中选择的。
9.一种结构，包括：
衬底；
配置于所述衬底上的图形化栅极；
所述栅极是导电材料；
配置于所述图形化栅极上的绝缘层；
配置于所述绝缘层上的半导体层；
配置于所述半导体层上的图形化源极电极；
配置于所述半导体层上的图形化漏极电极；
所述图形化栅极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都是导电聚合物。
10.如权利要求9的结构，其中导电聚合物是从包括一个或多个取代和未取代的聚对亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚苯胺，聚噻吩，聚吖嗪，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚对亚苯基硫醚，聚乙炔及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物的一组材料中选择。
11.如权利要求9的结构，其中所述半导体层是从有机材料和无机材料构成的组中选择的。
12.如权利要求11的结构，其中所述半导体层是从Si，Ge，GaAs及其组合中选择的。
13.一种结构，包括：
导电衬底；
所述衬底为栅极电极；
配置于所述栅极电极上的绝缘层；
配置于所述绝缘层上的半导体层；
配置于所述半导体层上的图形化源极电极；
配置于所述半导体层上的图形化漏极电极；
所述栅极电极，所述图形化源极电极和所述图形化漏极电极都是导电聚合物。
14.如权利要求13的结构，其中导电聚合物是从包括一个或多个取代和未取代的聚对亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚苯胺，聚噻吩，聚吖嗪，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚对亚苯基硫醚，聚乙炔及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物的一组材料中选择。
15.如权利要求13的结构，其中所述半导体层是从有机材料和无机材料构成的组中选择的。
16.如权利要求13的结构，其中所述半导体层包括从Si，Ge，GaAs及其组合中选择的材料。
17.一种结构，包括：
半导体层；
第1区中使半导体层暴露的介电层中的第1窗口；
第2区中使半导体层暴露的所述介电层中的第2窗口；
配置成为与所述第1区处于电接触的导体的第1图形；
配置成为与所述第2区处于电接触的导体的第2图形；
配置在所述第1图形和第2图形之间的介电层之上的导体的第3图形；
导体的所述第1，第2和第3图形中至少一个是图形化导电聚合物。
18.如权利要求17的结构，其中导电聚合物是从包括一个或多个取代和未取代的聚对亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚苯胺，聚噻吩，聚吖嗪，聚呋喃，聚吡咯，聚硒吩，聚对亚苯基硫醚，聚乙炔及它们的组合和它们与其他聚合物和其单体的共聚物的混合物的一组材料中选择。
19.如权利要求17的结构，其中所述半导体层是从有机材料和无机材料构成的组中选择的。
20.如权利要求17的结构，其中所述半导体层是从Si，Ge，GaAs及其组合中选择的。
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