半导体渗滤网状物的制作方法

专利名称：半导体渗滤网状物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含在半导体基质中的碳纳米管的组合物。这些组合物可用于印刷薄膜晶体管的半导体部分。
背景技术：
Blanchet等人在美国专利申请US 10/374875中描述了碳纳米管在导电聚苯胺基质中的配制品。
发现对在形成半导体基质的聚合物或低聚物中的碳纳米管配制物存在着需求。

发明内容
本发明是一种包含主基质和0.01～10体积％、优选为0.01～1％的碳纳米管的组合物，该碳纳米管已经和在它们的生产过程中形成的大束纳米管分离开。通过分散到水溶液、以及然后再分散到有机溶剂中，所述的大束纳米管被分开。该纳米管随后通过半导体材料连接起来。
本发明也是一种包含半导体主体和0.01至10体积％、优选为0.01至1％的碳纳米管的组合物，该碳纳米管已经和在它们的生产过程中形成的进入水溶液中的大束纳米管分开。该纳米管随后被分散在半导体基质中。
本发明的其它实施方案是一种方法，其包括在给体组件(donor element)上涂敷上述的组合物，使给体组件与受体组件(receiver element)接触，由此使涂料处于给体组件与受体组件之间，并利用激光穿过给体组件辐射涂料，以便将给体组件上的涂料转移到受体组件上。
本发明还另外的实施方案是一种方法，其包括用上述组合物溶液涂墨图章或印刷胶板的凸出区，并使图章或胶板接触到受体组件上，由此使墨水溶液以图章凸出的图案转移到受体组件上。
本发明另外的实施方案是一种方法，其包括通过墨水喷嘴将上述组合物溶液传递到受体组件上。
本发明另外的实施方案是具有包含上述组合物的半导体的晶体管。


图1A所示为测试晶体管结构的横截面。图1B所示为实施例1的I、V关系曲线。
图2A所示为实施例2的晶体管的栅扫描(gate sweep)。图2B所示为实施例2的晶体管的I、V关系曲线。
图3所示为实施例3的晶体管的I、V关系曲线。
图4A、B、C、D所示为具有0.05％、0.1％、0.25％和1％碳纳米管含量的实施例3的原子力显微照片(AFM)。
图5所示为聚噻吩/CNT复合材料的迁移率和跨导随CNT浓度的变化。
图6所示为图5的晶体管的开/关比和关断电流。
图7a、b、c、d所示为由(a)5mg/L和(c)20mg/L两种不同浓度的溶液旋涂的SWNT的AFM图像，(b)和(d)是相应的具有在0.2/s下被蒸镀到SWNT顶部的200厚并五苯双层的AFM图像。字母S和D表示Au源极和漏极。
图8所示为以0.2/s蒸镀到裸露的SiO2上、以及旋涂在SiO2分散体上的SWNT阵列上的200A并五苯薄膜的X射线衍射光谱。
图9所示为TFT并五苯双层的有效线性及饱和迁移率随SWNT浓度的变化。
图10所示为SWNT的非渗透阵列的通道长度随逐渐增加的SWNT含量的变化，以及底栅型设备对于各种SWNT浓度的开/关比(在Vds＝-50V时)，分别以菱形和圆形表示。
图11A、B和C所示为被蒸镀到SiO2上及0.8mg/L和50mg/L碳纳米管阵列上的半导体的AFM。膜的厚度为400。
图12所示为半导体双层的有效迁移率和跨导随碳纳米管含量的变化。
图13所示为关断电流和开/关比随纳米管含量的变化。
图14A和B所示为含1重量％和2重量％的单壁碳纳米管的聚苯胺(PANI)复合薄膜的栅扫描曲线。
图15A和B所示为含5重量％和10重量％的单壁碳纳米管的聚苯胺(PANI)薄膜的栅扫描曲线。
图16A所示为在含0.5重量％CNT的PANI主体中的水溶性CNT的栅扫描曲线。图16B所示为实施例13的I、V关系曲线。
图17A所示为在绝缘主体中含1重量％的水溶性CNT的栅扫描，图17B所示为在绝缘主体中含1重量％的水溶性CNT的I、V关系曲线。
具体实施例方式
本发明公开了一种包含被分散在半导体或绝缘基质中的碳纳米管的组合物。它证明了尽管源极到漏极的距离相当大，但仍可获得高跨导有机晶体管的可供选择的路线。这种方案的电子特性的改进相当于底层有机半导体的迁移率增加了60倍。该方法基于网状物，所述网状物是由在有机半导体主体中的单个的单壁碳纳米管(SWNT)和窄束纳米管的分散体制得的。
这里所描述的碳纳米管已经和在它们的生产过程中形成的纳米管束分离开。它们以0.01％～10％、优选为0.01％～1％的浓度分散在基质中。这导致碳纳米管网状物的形成，其可以通过被涂敷在所述纳米管上的半导体聚合物、半导体低聚物或几乎不导电的聚合物连接。当纳米管浓度低于渗滤网状物的形成时，在源极和漏极之间的多数电路径跟随金属性的纳米管，但是需要短的、可转换的半导体连接以便将电路接通。可以图案化这种电半导体性的有机复合材料，以便薄膜保留足够的电子迁移率。
可以在将碳纳米管分散到绝缘基质中之前将其分散到少量半导体材料中。这导致在用于应用的有机基质中半导体碳纳米管网状物的形成，其中所得到的半导体层在有机电子设备中起传输层的作用。通过这些纳米管/半导体复合材料，源极到漏极的距离有效地降低了60×，其相当于原料半导体材料的迁移率增加了60倍，同时开/关电流比稍有减少。这些场诱导网状物使得可以制作具有相对大的源极到漏极距离的高跨导晶体管，其可以通过工业上可利用的印刷技术制造。
已经发现大约三分之二的单个碳纳米管是半导体性的，而剩余的三分之一是导电性的。虽然，半导体性与金属性之比也取决于纳米管的合成方法和在它们的制备中所使用的具体催化剂。当纳米管与其中它们在其生产过程中聚集的大束纳米管分开或被分散时，获得了小束和单个管的网状物，并且可以将其分散在基质中。当纳米管浓度为0.01～10体积％时，碳纳米管的连通性显著变化。虽然当浓度低至.0025％时可测量关断电流的开始表明源极与漏极之间形成了少数导电通路，但许多其它的仍被半导体材料的伸展中断。然而，被中断的接近介电体的界面的连接是可转换的，并且可以通过栅极打开和关上，其在半导体中产生细小的电子通道。正是这种可转换的网状物而不是任何均质材料成为源极和漏极之间的活性部分。在高导电的金属性纳米管中，载流子从源极到漏极大量移动。仅仅出于偶然和由于距离与s-d长度相比较短时它们才通过该活性半导体通道传播。这表示s-d距离的有效缩短，从而导致跨导的等值增加。这种概念代表了本发明的中心部分。几乎渗滤的纳米管网状物是其中在理想点(例如源极和漏极)之间接触的全部三维通道是几乎、但不是完全建立的网状物。间隙残存于相关纳米管的传导通道中。这些间隙的存在表明复合晶体管的开/关比为10,000或更大。虽然可测量Ioff的开始表明源极与漏极之间的少数电路径的形成，但许多其它的仍被半导体的伸展中断。然而，被中断的接近介电体的界面的连接是可转换的，且可以通过栅极打开和关上，其在半导体中产生细小的电子通道。正是这种可转换的网状物而不是任何均质材料成为源极和漏极之间的活性部分。在高传导的金属性纳米管中载流子从源极到漏极大量地移动。仅仅出于偶然和由于距离与s-d长度相比较短时它们才通过该活性PHT通道传播。这表示s-d距离的有效缩短，从而导致跨导的等值增加。
随CNT浓度的增加，可转换的电流通道的数量增加，并且跨导gm增加。由于迁移率线性穿过跨导，所以μapp跟随着gm。然而，根据我们的模型，更合适为认为gm随通道长度的有效缩短而增加，Ieff∝1/μapp，同时半导体连接的迁移率维持常量。
随纳米管浓度的增加，这些当被用作薄膜晶体管的传输层的半导体复合材料的开/关比由于传导管含量的增加而降低。在相当高的浓度时，形成了导电性纳米管的三维渗滤网状物，且在基质中的纳米管复合材料也是导电性的。这样，可以形成包含半导体性和金属性碳纳米管的复合材料，以成为薄膜晶体管中使用的半导体。金属性管的存在缩短了通道长度，由此增加了有效迁移率。
假如其中嵌入网状物的主基质是聚合物，则也可以通过各种印刷方法沉积复合材料，作为晶体管中的活性半导体层。可以通过热转移方法、使用可摄影成像的印刷板(例如平版印刷和苯胺印刷)、弹性模板例如微接触印刷板或喷墨来印刷该半导体层。也可以通过添加半导体介质，例如具有高纵横比的半导体纳米棒和半导体类迁移物来获得改善的电子迁移率。由于纳米管浓度比填料所需要的低很多，所以可以在增加迁移率的同时保持主体聚合物的加工性能。
在其骨架上具有π电子系统的有机半导体例如并五苯和聚噻吩由连续的芳环组成。特别地，这些材料的迁移率相对于它们的无机相似物是十分低的。在过去的十年中，对于开发可以用于活性电子设备中的具有高迁移率的有机半导体一直有相当大的兴趣。
利用三种不同的策略已经实现了定制有机物的传输性质。
1)通过改变原材料的化学组成和结构来改善固有的本体性能。
2)在分子水平上改变聚合物或低聚物的性能，以定制电荷输送和分子排列。
3)通过几何改性而不是化学改性来定制电性能。将微观块如碳纳米管或无机纳米棒引入主聚合物中，以便在主体聚合物中形成半导体网状物。
尽管化学路线明显提供了提高有机材料的迁移率的有效途径，但是似乎它是受限制的，并且所述材料显示出在环境条件下缺乏稳定性。有机薄膜晶体管(TFT)已经引起很大的兴趣，原因在于它们的低成本、机械曲挠性及大的应用领域，其覆盖了平板显示器、射频标签编号、以及例如在H.Sirringhaus等，Science，2801741(1998)，P.F.Baude等，Appl.Phys.Lett.，823964(2003)以及G.B.Blanchet等，Appl.Phys.Lett.，20463(2003)中报道的与有机光电制品的结合。
适于溶液加工的聚合物可以潜在地用于薄膜晶体管的盘卷式生产工艺，这样与真空沉积有机膜相比，进一步降低了生产成本。原则上，有机材料相对于硅基相似物来说具有较大的曲挠性和较容易的可协调性。然而，基于溶液的有机材料具有低的场效应迁移率(10-3至10-6cm2/Vs)。因而，大量的活动聚焦在TFT应用中具有高迁移率的半导体材料的发展，这是因为可利用有机材料的巨大变数。同样地，可以通过热蒸发沉积的半导体低聚物相对于无机相似物也表现出中等的迁移率。聚烷基噻吩、噻吩低聚物、并五苯、酞菁仅仅是这种半导体的一些实例。此外，有机电子设备的工业化需要能够图案化半导体层。已经描述了用于这种应用的成像方法，例如激光热转移、喷墨或微接触印刷，并且这些成像方法是在TFT生产中沉积本发明组合物图案的合适方法。在整个成像方法中，控制图像的分辨率以及设备性能。特别地，在整个成像过程中必须保持有机半导体薄膜的迁移率。有机半导体低聚物的迁移率需要具有较大晶粒尺寸和有限数量的晶粒边界的相当高程度的晶序。而半导体聚合物则需要高度区域规整性以获得高迁移率。在这两种体系中，通过激光方法的成像破坏了结晶度、晶序，并因此破坏了迁移率。本发明提供的技术路线通过设计单壁碳纳米管(SWCNT)复合材料来提高迁移率。使用该复合材料作为传输通道的TFT已经制成。与此相反，本发明的半导体网状物可以通过激光转移技术、微接触、可摄影成像的印刷板和喷墨来成像。另外，由于材料的本体不对整个膜的迁移率产生积极作用，所以可以根据它的加工性能、纳米管的亲合力和与具体印刷方法的兼容性来进行选择。利用本发明，人们可以装配具有比当今的精选品(并五苯)潜在更高的迁移率和显著更高的加工性能的有机半导体。和并五苯不同，可以潜在地利用热转移方法、微接触印刷和喷墨法高分辨率地成像这些网状物。这里公开的材料适合用作微电子领域的塑料TFT晶体管中的传输层。
本发明的组合物需要将纳米管与在纳米管的生产过程中形成的团聚的纳米管束分散开，成为窄束和单个的管。正如在实施例中概述的，这可以通过将纳米管分散到水溶液中，然后再把它们分散到有机溶剂中完成。
另外，碳纳米管可以在分散到主基质中之前涂敷，以提高电子迁移率至高出其中纳米管仅仅接触的复合材料的迁移率。涂料可以是半导体或绝缘体或几乎不导电的聚合物。“几乎不导电”是指导电率低于10-6S/cm。
这里碳纳米管是指碳原子以六边形图案连接在一起形成的长圆柱体。也可以形成具有多层壁的纳米管。碳纳米管大约是1991年被发现的。这里所用的纳米管从Rice University，Houston，TX，U.S.A.获得。
这里优选的溶剂选自以下组中邻二氯苯、水、二甲苯、甲苯、环己烷、氯仿，或它们与极性溶剂例如异丙醇、2-丁氧基乙醇的混合物，其中优选极性溶剂的含量低于25重量％，甲苯、环己烷、氯仿、异丙醇、2-丁氧基乙醇及它们的混合物。
实施例1-3这些实施例举例说明了被分散在聚噻吩中的单壁碳纳米管(SWNT)的作用。将从Rice University，Houston，Texas得到的单壁纳米管分散在邻二氯苯中，直到浓度为0.01mg/ml。从该分散体所得到的SWNT直径为几纳米，或者是单个的管。
为了制备聚噻吩基质，将1g Aldrich的聚噻吩(PTH)在符合标准净化程序的房间净化。在干箱中制备0.5重量％的PTH在无水氯仿中的溶液。在室温下用搅拌棒搅拌该溶液约48小时直到没有剩余的固体。通过向具有源极和漏极Au图案组的干净的Si/SiO2晶片以2000RPM旋涂薄膜30秒，以制备对照试样的薄膜。然后在80℃下烘焙旋涂过的半导体层30分钟。这提供了在底栅结构中的薄膜晶体管的传输层(实施例1)。掺杂的Si晶片用作栅极。一种250nm的在Si晶片上用热方法生长的SiO2薄膜用作介电体，在其上面通过照相平版印刷术图案化40组各种宽度(W)和通道长度(L)的源极和漏极。根据下面的步骤清洁该图案化的晶片1)丙酮漂洗3次，2)甲醇漂洗3次，3)去离子水漂洗，4)鼓风干燥，和5)O2等离子体5分钟。
在实施例2和3中举例说明了含有碳纳米管的噻吩溶液。将0.15mg/ml浓度的单壁碳纳米管在邻二氯苯(ODCB)中的分散体顶端超声分散5分钟。然后将该溶液放置在干箱中并混合到聚噻吩溶液中，以制备含CNT为0.01、0.02、0.05、0.1和0.2重量％的复合材料。然后用标准的Hewlett-Packard 4155探针平台测量晶体管的I、V特征。所述I、V测量在黑暗中的干箱中进行以避免熟知的在PTP上由于氧和光导致的降解。图1A所示为测试晶体管结构的横截面。图1B所示为实施例1的I、V关系曲线。图2A所示为实施例2的晶体管的栅扫描。图2B所示为实施例2的晶体管的I、V关系曲线。图3所示为实施例3的晶体管的I、V关系曲线。图2A和2B中所示为装填0.02％的SWNT复合材料的I、V特征和栅扫描。源于线性与饱和区域的表观有效场迁移率为μapp≌0.13cm2/Vs。计算的跨导为gm≌8×10-5S/cm。图3所示为含各种SWNT浓度的聚噻吩复合材料和对照聚噻吩薄膜的I、V关系曲线。
图4A、B、C和D所示为实例3具有0.05％、0.1％、0.25％和1％碳纳米管含量的原子力显微照片(AFM)。根据对于CNT浓度为.0001％～10％的TFT的线性区计算出的迁移率和跨导，见图5中所示。开/关比和关断电流从图5设备的栅扫描中提取。它们显示于图6中。对于低CNT含量的可测量关断电流反映了在半导体网状物中金属性连接的存在。金属性的连接有效地降低了通道长度，借助于和通过它们自己有效地增加了迁移率。
实施例4本实施例证明了用于通过向单璧碳纳米管(SWNT)的任意阵列上装配双层并五苯以获得高跨导有机晶体管的可供选择的路线。如实施例3，对于非渗滤SWNT阵列，在源极和漏极之间的大部分电流通道随着具有短的、可变化的并五苯连接的高导电纳米管而使电路接通。这里我们显示通过改变底层纳米管网状物的连通性，可以将薄膜晶体管的通道长度降低几乎两个数量级。因此，使得设备跨导增加而不降低开/关比。
借助于表面活性剂，将由CNI，Houston，TX制造的Hipco SWNT串分离成单个的管。过滤所得到的含金属性和半导体性碳纳米管的水分散体并完全除去表面活性剂。干燥所述管(和小直径束)，并以5mg/L、10mg/L、20mg/L、35mg/L和50mg/L的浓度将其再分散到邻二氯苯(ODCB)中。以1000RPM将各分散体旋涂到具有2500热氧化物和预先图案化的各种通道宽度(W)和长度(L)的Au源极/漏极的干净Si晶片上。在～7×10-8托的底压和0.2/s下蒸镀200的并五苯重叠层，完成该设备。采用Agilent 4155℃表征电性能。
由5mg/L和20mg/L的SWNT分散体旋涂到Si/SiO2晶片上形成的SWNT阵列的AFM图像，以及相应的SWNT/并五苯双层的AFM图像见图7a-d中所示。并五苯和在20mg/L下被旋涂到碳纳米管阵列上的并五苯的X-射线光谱见图8所示。
并五苯-SWNT TFT双层的有效场效应迁移率和跨导随SWNT浓度的变化显示于图9中。当底层SWNT网状物接近渗滤时，两种参数都增加了约5×，从0.036cm2/Vs到0.17cm2/Vs和从2.48 10-8到1.17 10-7S。迁移率根据TFT在饱和区(圆形)Vds＝-50V和在线性区(方形)Vds＝-5V下的传输特性计算出。线性跨导与Vds＝-5V相对应，标注为三角形。
图10所示为管的任意阵列的通道长度L(c)和双层设备的开/关比随SWNT含量的变化。管的任意阵列的通道长度随SWNT浓度的增加呈指数级减少，在50mg/L时达到渗滤，开/关比开始快速降低。尽管在高的碳纳米管浓度时有效迁移率和跨导达到10cm2/Vs，但是关断电流的同时增加导致开/关比在SWNT浓度接近100mg/L时仍小于10。
在包括非渗滤的纳米管网状物的TFT设备中，导电的SWNT棒的存在仅仅降低了源极和漏极之间的距离。相反，渗滤上的导电通道则导致关断电流的快速增加，由此降低了开/关比。在本实施例中，半导体重叠层为并五苯。
在单层复合材料产品中，在源极和漏极之间的大多数电流通道跟随具有短的、可变化的并五苯连接将电路接通的高导电性纳米管。原则上，人们可能希望跨导的增加导致通道长度反比例地降低。因此，跨导增加几乎两个数量级反映通道长度降低100×。图10所示为当网状物接近渗滤时SWNT底层的通道长度确实降低了两个数量级。然而，并五苯双层的跨导仅仅增加5×，这反映了并五苯重叠层的结晶度同时降低。因为跨导与迁移率成正比、和通道长度成反比，所以在图2中的结果揭示通道长度降低100×伴随着的是并五苯重叠层的迁移率降低20×。迁移率的降低与并五苯重叠层的结晶度的降低有关(图8)。
图10中的有效通道长度根据由5mg/L、10mg/L、20mg/L、35mg/L和50mg/L的SWNT分散体以1000PRM旋涂到预先以图案化的晶片上得到的非渗滤纳米管阵列的AFM图像预测出。通过加上沿着每种可能路径上的各种间断而得到通道长度。测量每个图像的管的总数目/μ2。对于每种浓度c，通道长度L是根据在每种浓度下各个图像获得的许多路径长度的平均值。
实施例5通过开发与底层纳米管网状物具有相似形态的半导体连接所连接的非渗滤SWNT阵列，制造出了短通道长度的晶体管。这种方法可以将我们设备的跨导提高几乎两个数量级，达到1cm2/Vsec的无定型Si迁移率。这里对于无定形双层观察到的系数40反映了相对于其中并五苯结晶度由于它们的底层纳米管网状物存在而降低的实施例4的显著改进。本实施例举例说明了所述双层的潜力可以用更无定形的半导体实现，该半导体的生长与底层管网状物一致。由于这种迁移率改善的起因依赖于通过非渗滤SWNT阵列形成的有效源漏极距离的降低，所以可以维持105的开/关比率。在Hong Meng的美国临时专利申请672177中描述了烷基蒽(alkyl antracene)材料。图11所示为蒸镀到具有SiO2层的Si晶片上的400半导体薄膜的AFM。图11a不含CNT。在沉积过程中基材维持在60℃，沉积速率为1A/sec。在相似的条件蒸镀在由8mg/L(图11b)和50mg/L(图11c)的溶液旋涂的半导体阵列上的相同厚度薄膜的AFM显示于中间和右手边。这些双层的迁移率和跨导随纳米管浓度的变化显示于图12。这些双层的有效迁移率高于无定形Si的迁移率。关断电流和开/关比显示于图13中。正如在先前的实施例中所描述的，这些设备具有接近渗滤的操作窗口，其中开/关比维持在105的同时迁移率增加40×。
实施例6-10这些实施例举例说明了在聚苯胺(PANI)基质中的半导体碳纳米管网状物。略微掺杂该聚苯胺到导电率为10-5Ω-cm。用1％的Strano提供的表面活性剂(SDS)将该单壁碳纳米管(SWNT)充分分散于水中，直到浓度为0.015mg/ml。从该分散体中所得到的SWNT大部分为单管。将所述分散体用于复合材料中，不需要进一步超声分散。在室温下制备蒸馏水中的3重量％的聚苯胺溶液。然后将该聚苯胺溶液与如先前所描述的水中的SWNT混合，直到SWNT浓度为0、1％、2％、5％和10％。添加Zonyl FSN(由DuPont，Wilmington，DE提供)作为涂料助剂，直到浓度为6～10重量％。在实施例6-10中所用的复合材料的量见如下所示实施例6，对照试样，250mg PANI，没有纳米管实施例7，在PANI中含1％CNT5ml SWNT溶液，250mg PANI实施例8，在PANI中含2％CNT5ml SWNT溶液，120mg PANI实施例9，在PANI中含5％CNT5ml SWNT溶液，68mg PANI实施例10，在PANI中含10％CNT10ml SWNT溶液，68mg PANI将该溶液在2000rpm下旋涂到实施例1-3中所描述的SiO2/Si晶片上，并在烘箱中在60℃下烘焙5分钟。如先前所描述的那样测量TFT特征。对于在PANI中含1％CNT的I栅扫描曲线显示于图14A，对于在PANI中含2％CNT的I栅扫描曲线显示于图14B。图15A所示为实施例9的栅扫描及I、V关系曲线，图15B所示为实施例10的栅扫描。
实施例11-13这些实施例举例说明了在绝缘基质中的半导体碳纳米管网状物的形成。所述主基质是70/25/3/2比例的甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycydil methacrylate)的绝缘三元共聚物。其玻璃化转变温度(Tg)为70℃。水中的胶乳为33重量％。用1％的Illinois大学Michael Strano提供的表面活性剂(SDS)将单壁碳纳米管充分分散于水中，直到浓度为0.015mg/ml。从这种分散体中所得到的SWNT大部分是单管，并被用于复合材料而不需要进一步超声分散。然后将该SWNT分散体与该乳液混合。添加Zonyl FSN直到量为106总溶液的1重量份，以促进涂敷。在实施例11(对照试样)中，将该乳液旋涂到先前所描述的图案化的干净晶片上。其I、V关系曲线显示于图9。在实施例12和13中，将1％和0.5％的SWNT分散到该乳液中。下面列出其组成实施例12在乳液中含1％的SWNT10ml CNT，45mg胶乳实施例13在乳液中含0.5％的SWNT6.6ml CNT，60mg胶乳然后将该配制品以2000rpm旋涂到先前所描述的干净图案的Si晶片上。然后将旋涂过的样品在烘箱中60℃下烘焙5分钟。测量I、V曲线并根据线性区计算迁移率。图16A所示为实施例13的栅扫描。图16B所示为实施例13的I、V关系曲线。
实施例14这些实施例举例说明了在绝缘基质中用导电聚苯胺涂敷的半导体碳纳米管网状物(1∶4比率)的形成。如实施例4中的，将聚苯胺溶解于水中直到浓度为3重量％。如在实施例9中的，该主基质是甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸缩水甘油酯的绝缘的三元共聚物。玻璃化转变温度(Tg)为70℃。水中的胶乳为33重量％。用1％的Strano提供的表面活性剂(SDS)将单壁碳纳米管充分分散于水中，直到浓度为0.015mg/ml。从这种分散体中所得到的SWNT大部分是单管，并被用于复合材料中而不需要进一步超声波处理。添加Zonyl FSN直到量为106总溶液的1重量份，以促进涂敷。以1∶4的比率将SWNT分散体与PANI溶液混合。即，将18ml包含约0.27mgSWNT与38ml包含1.14mg PANI的3％PANI溶液混合。最后与228ml的包含约76mg乳胶的33％的胶乳溶液混合。
然后，将该配制品以2000rpm旋涂到先前所描述的干净的图案化的Si晶片上。然后将旋涂好的样品在烘箱中60℃下烘焙5分钟。测量I、V曲线并根据线性区计算迁移率。图17A所示为实施例17的栅扫描，图17B所示为实施例17的I、V关系曲线。
权利要求
1.一种组合物，其包含分散在半导体或绝缘基质中的碳纳米管。
2.一种组合物，其包含A)半导体的聚合物或低聚物；和B)0.01～10体积％的碳纳米管。
3.权利要求2的组合物，其中所述碳纳米管用几乎不能导电的聚合物涂料涂敷。
4.权利要求2的组合物，其中主基质为半导体聚合物，而所述碳纳米管用绝缘聚合物涂料涂敷。
5.权利要求2的组合物，其中主基质为半导体聚合物，而所述碳纳米管用半导体聚合物涂料涂敷。
6.权利要求2的组合物，其中所述主基质为半导体低聚物。
7.权利要求2的组合物，其中所述主基质为液晶。
8.权利要求3的组合物，其中所述半导体聚合物选自以下组中导电率不超过10-4S/cm的三苯胺、苯胺低聚物、翠绿亚胺聚苯胺和聚苯胺。
9.一种组合物，其包含a)绝缘主基质，以及b)0.01～10体积％的分散在所述绝缘主基质中的碳纳米管，其中碳纳米管从它们形成的束分散到水溶液中，然后再分散在有机溶剂中。
10.权利要求9的组合物，其中所述绝缘主基质是绝缘聚合物。
11.一种组合物，其包含a)绝缘基质，b)0.01～10体积％的分散在所述绝缘基质中的碳纳米管，其中碳纳米管从它们形成的束分散到水溶液中，然后再分散在有机溶剂中，以及c)涂敷所述碳纳米管的半导体材料。
12.一种方法，其包括a)在给体组件上涂敷权利要求1的组合物，b)使给体组件与受体组件接触，以使涂料处于给体组件与受体组件之间；以及c)用激光穿过给体组件辐射涂料，以便将给体组件上的涂料转移到受体组件上。
13.权利要求12的方法，其中激光辐射形成图案。
14.一种方法，其包括a)用权利要求1的组合物溶液涂墨图章或印刷胶板的凸出区，b)使图章或胶板接触到受体组件上，以使墨水溶液以图章凸出的图案转移到受体组件上。
15.一种方法，其包括a)通过墨水喷嘴将权利要求1的组合物溶液传递到受体组件上。
16.一种方法，其包括a)在金属板的表面上蚀刻图像，b)用权利要求1的任何组合物填充蚀刻过的图像，c)旋转圆柱体上的板，以便将所述图像转移至基材。
17.一种方法，其包括a)将摄影或数字的图像转移到印刷板上，b)向所述板涂敷权利要求1的组合物，c)将所述图像转移至橡胶垫，d)将所述图像转移至受体。
18.一种具有包含权利要求1的组合物的半导体的晶体管。
全文摘要
本发明涉及包含在基质中的碳纳米管的半导体组合物。这些半导体组合物可用于印刷薄膜晶体管的半导体部分。
文档编号H01L51/40GK101091266SQ200580028735
公开日2007年12月19日 申请日期2005年8月25日 优先权日2004年8月27日
发明者格拉西亚勒·比阿特丽兹·布朗切特－芬彻, 柏湘辰, 科林·彼得·纳科尔斯 申请人:杜邦公司, 纽约市哥伦比亚大学理事会