Materiales dieléctricos basados en fotopolímero y métodos de preparación y uso de los mismos.

Un dispositivo electrónico que comprende un componente semiconductor en contacto con un material dieléctrico,

comprendiendo el material dieléctrico un producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende una unidad de repetición de fórmula:**Fórmula**

en la que:

L, en cada aparición, es independientemente -O-, -C6H4-O-, -C(O)-O-, -C(O)-O-CH2CH2-O-, -C(O)-O-CF2CF2-O-, o un enlace covalente;

R1 y R2, independientemente, son H, un halógeno o CN;

R3, R4 y R5, independientemente, son H, un halógeno, un grupo alquilo C1-10 o un grupo arilo C6-14, en el que cada uno del grupo alquilo C1-10 y el grupo arilo C6-14 está opcionalmente sustituido con 1 a 5 sustituyentes seleccionados independientemente entre un halógeno y CN; y

Z es un grupo fenilo opcionalmente sustituido con 1 a 5 sustituyentes seleccionados independientemente entre F, un grupo alquilo C1-20, un grupo haloalquilo C1-20, un grupo alcoxi C1-20 y un grupo -O- haloalquilo C1-20.

Materiales dieléctricos basados en fotopolímero y métodos de preparación y uso de los mismos Introducción

El desarrollo de los materiales dieléctricos poliméricos ha sido fundamental para el progreso de los dispositivos electrónicos orgánicos. En particular, las tecnologías emergentes de visualización e ¡dentificación/seguimiento/marcaje basadas en transistores orgánicos de película fina (OTFT), tal como papel electrónico y dispositivos de identificación por radiofrecuencia (RFID), requieren la fabricación de OTFT sobre plástico, papel u otros sustratos flexibles sobre áreas muy grandes y mediante procesos de alta capacidad de producción. Por lo tanto, se ha realizado un esfuerzo considerable para desarrollar nuevos materiales para componentes de OTFT (semiconductores, dieléctricos y contactos) que puedan depositarse mediante métodos de procesamiento en solución tales como revestimiento por centrifugación, colada e impresión.

Aunque se han empleado diversos polímeros como dieléctricos para los OTFT, existen muchas limitaciones respecto a los OTFT basados en dieléctrico polimérico de generación de corriente. En primer lugar, las densidades de corriente de fuga de las películas dieléctricas poliméricas convencionales son relativamente altas (normalmente > 1x1'7 A/cm2 a 2 MV/cm, » 1x1'5 A/cm2 a 4 MV/cm). En segundo lugar, muy pocos materiales dieléctricos poliméricos son suficientemente solubles para procesarlos en solución, especialmente a través de técnicas de impresión económicas. Entre los que son procesables en solución, estos a menudo no pueden sobrevivir en las condiciones usadas en las etapas de procesamiento en solución posteriores (por ejemplo, para la fabricación del dispositivo TFT, la deposición de capas superpuestas tales como la capa semiconductora (por ejemplo, dispositivos de puerta inferior), la capa conductora y las capas pasivas), de esta manera su aplicación en la fabricación de dispositivos está significativamente limitada. En tercer lugar, los materiales dieléctricos poliméricos disponibles actualmente a menudo fallan a la hora de conseguir una suavidad de la superficie subnanométrica/nanométrica, que es un prerrequisito para el rendimiento y funcionamiento estable del TFT.

Para abordar estos asuntos, se han introducido dieléctricos poliméricos reticulables tales como sales de melamina reticulada/Cr6+ -polivinilfenol (PVP) y benzociclobuteno reticulado (BCB). Sin embargo, estas películas poliméricas y sus densidades de corriente de fuga normalmente son mayores de 1"7 A/cm2 a 2 MV/cm. Se cree que las altas densidades de corriente de fuga de estos dieléctricos poliméricos se deben, entre otros factores, a la naturaleza hidrófila de los polímeros basados en fenol y la presencia de aditivos reticulantes.

Por otro lado, los polímeros con una estructura básica hidrófoba tales como poll(metllmetacrilato) (PMMA) y poliestlreno ofrecen la posibilidad de conseguir densidades de corriente de fuga para la puerta del TFT mucho menores y una mayor estabilidad medioambiental. Estos polímeros hidrófobos a menudo son solubles en los disolventes orgánicos comunes pero, debido a la ausencia de funcionalidad de reticulación, no pueden soportar las etapas del procesamiento en fase solución posteriores en las que se depositan capas adicionales.

Por consiguiente, hay un deseo en la técnica de materiales dieléctricos poliméricos reticulables que puedan presentar bajas densidades de corriente de fuga, que puedan prepararse a través de procesos en solución, que puedan ser estables al aire y/o la humedad y que puedan ser compatibles con diversos materiales de puerta y/o semiconductores.

Sumarlo

A la luz de lo anterior, las enseñanzas de la presente invención proporcionan materiales dieléctricos basados en fotopolímero (por ejemplo, películas) y dispositivos asociados que abordan diversas deficiencias e inconvenientes de la técnica anterior, incluyendo los esbozados anteriormente.

En un aspecto, la presente invención proporciona un dispositivo electrónico de acuerdo con la reivindicación 1. El fotopolímero puede usarse para preparar materiales dieléctricos. Entre otras propiedades deseables, los polímeros de las presentes enseñanzas pueden ser solubles en disolventes orgánicos comunes pero pueden resultar insolubles en los mismos disolventes después de experimentar foto-reticulación, lo que da lugar a ciertas ventajas de procesamiento. Más específicamente, las presentes enseñanzas proporcionan polímeros que tienen grupos funcionales reticulables que permiten que los polímeros se reticulen. La funcionalidad de reticulación puede permitir la formación de una matriz poliméñca densamente reticulada. Los fotopolímeros de las presentes enseñanzas y sus productos reticulados pueden tener excelentes propiedades aislantes, lo que posibilita su uso como dieléctricos. En algunas realizaciones, los fotopolímeros y sus productos reticulados pueden tener una densidad de corriente de fuga que es menor que o Igual a aproximadamente 1 x 1'8 A/cm2 a 2 MV/cm.

Fórmula:

ywv»

L

/

Z

en la que R1, R2, L y Z son como se ha definido en este documento. En ciertas realizaciones, las presentes enseñanzas proporcionan polímeros que tienen la fórmula:

Las presentes enseñanzas incluyen también materiales dieléctricos multicapa que incluyen dos o más capas de materiales dieléctricos depositados secuencialmente unos encima de otros, donde al menos una de las capas se prepara a partir de polímeros de las presentes enseñanzas. Estos fotopolímeros pueden usarse para preparar materiales dieléctricos usando diversos procesos en solución incluyendo diversas técnicas de impresión.

Las presentes enseñanzas proporcionan dispositivos electrónicos que incluyen o están fabricadas de cualquiera de los materiales dieléctricos descritos anteriormente. Los ejemplos de los dispositivos electrónicos incluyen, aunque sin limitación, transistores orgánicos de película fina (OTFT) (por ejemplo, transistores orgánicos de efecto de campo (OFET)) y condensadores. Además de un componente dieléctrico, estos dispositivos pueden incluir, por ejemplo, un componente de sustrato, un componente semiconductor y/o un componente de contacto metálico.

Se describen también los métodos para preparar los polímeros, los materiales dieléctricos y los dispositivos electrónicos descritos anteriormente.

Las anteriores, así como otras características y ventajas de las presentes enseñanzas, se entenderán más claramente a partir de las siguientes figuras, la descripción y las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

Debe entenderse que los dibujos descritos a continuación son con fines de ilustración únicamente y no están necesariamente a escala. No se pretende que los dibujos limiten el alcance de las presentes enseñanzas de ninguna manera.

La Figura 1 proporciona representaciones de densidad de corriente de fuga (J) frente a campo eléctrico (E) de diversas estructuras de condensador de metal-aislante-semiconductor de diferentes tamaños del elemento en las que la capa aislante es un material dieléctrico de las presentes enseñanzas [P(CyVP,55-co-MMAo,45)].

La Figura 2 proporciona representaciones de densidad de corriente de fuga (J) frente a campo eléctrico (E) de diversas estructuras de condensador de metal-aislante-semiconductor que se fabricaron usando materiales dieléctricos de las presentes enseñanzas y otros materiales dieléctricos comparativos.

La Figura 3 proporciona representaciones de densidad de corriente de fuga (J) frente a campo eléctrico (E) de diversas estructuras de condensador de metal-aislante-semiconductor que se fabricaron usando materiales dieléctricos de las presentes enseñanzas y otros materiales dieléctricos comparativos.

La Figura 4 proporciona representaciones representativas de transferencia y salida de transistores orgánicos de efecto de campo basados en pentaceno fabricados con materiales dieléctricos revestidos por centrifugación de las presentes enseñanzas P(CyEMAo,57-co-F5BEMAo,43)]-

La Figura 5 proporciona representaciones representativas de transferencia y salida de transistores orgánicos de efecto de campo de tipo n fabricados con materiales dieléctricos revestidos por centrifugación de las presentes enseñanzas [P(CyVPo,55-co-MMAo,4s)].

La Figura 6 proporciona una representación de densidad de corriente de fuga (J) frente a campo eléctrico (E) de una estructura de condensador de metal-aislante-semiconductor que Incorpora un material dieléctrico de dos capas de las presentes enseñanzas [P(CyVPo,55-co-MMAo,45)].

La Figura 7 proporciona representaciones... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo electrónico que comprende un componente semiconductor en contacto con un material dieléctrico, comprendiendo el material dieléctrico un producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende una unidad de repetición de fórmula:

R3 R4

L

Z

en la que:

L, en cada aparición, es independientemente -O-, -CeFU-O-, -C()--, -C()--CH2CH2--, -C()--CF2CF2--, o un enlace covalente;

R1 y R2, independientemente, son H, un halógeno o CN;

R3, R4 y R5, independientemente, son H, un halógeno, un grupo alquilo Cmo o un grupo arilo C6-14, en el que cada uno del grupo alquilo Cmo y el grupo arilo Ce-u está opcionalmente sustituido con 1 a 5 sustituyentes seleccionados independientemente entre un halógeno y CN; y

Z es un grupo fenilo opcionalmente sustituido con 1 a 5 sustituyentes seleccionados independientemente entre F, un grupo alquilo Ci.2, un grupo haloalquilo Ci-2o, un grupo alcoxi Ci.2 y un grupo -O- haloalquilo Ci.2.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que Z es un grupo fenilo, un grupo perhalofenilo o un grupo fenilo sustituido con un grupo trifluorometilo, un grupo alcoxi Ci-2o o un grupo -O-haloalquilo Ci-2o.

3. El dispositivo de la reivindicación 1 o 2, en el que el material dieléctrico comprende un producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende una unidad de repetición seleccionada entre:

en las que R1, R2, R3 y Z son como se han definido en la reivindicación 1 o 2.

4. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el material dieléctrico comprende un producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende una unidad de repetición seleccionada entre:

5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el material dieléctrico comprende un 1 producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende una unidad de repetición seleccionada entre:

y

en las que m y n, independientemente, son un número real, en las que <m<1,<n<1,y m+n= 1.

6. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el material dieléctrico comprende un

producto foto-reticulado de un homopolímero o un copolímero que comprende la unidad de repetición seleccionada entre:

R3

en la que R1, R2, R3 y Z son como se han definido en la reivindicación 1 o 2.

7. El dispositivo de la reivindicación 6, en el que el material dieléctrico comprende un producto foto-reticulado de un 15 homopolímero o un copolímero seleccionado entre:

en las que m y n, independientemente, son un número real, en las que <m<1,<n<1,y m+n= 1.

8. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el material dieléctrico comprende dos o más capas, al menos una de las cuales comprende un producto foto-reticulado de uno homopolímero o un copolímero de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-7.

9. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el componente semiconductor comprende un compuesto semiconductor orgánico.

1. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el material dieléctrico está en contacto con un componente metálico.

11. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-1, en el que el dispositivo es un transistor orgánico de efecto de campo (OFET).

12. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que el dispositivo se selecciona entre un OFET de contacto superior y puerta inferior, un OFET de contacto inferior y puerta inferior, un OFET de contacto inferior y puerta superior y un OFET de contacto superior y puerta superior.

13. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que el material dieléctrico comprende una película fina depositada a partir de una composición que comprende un homopolímero o un copolímero de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-7 disuelto en uno o más disolventes orgánicos.

14. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 que comprende un componente semiconductor procesado en solución.

15. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 que comprende un componente semiconductor depositado en fase vapor.