薄膜晶体管、包括其的显示设备和制备薄膜晶体管的方法

薄膜晶体管、包括其的显示设备和制备薄膜晶体管的方法
1.本技术要求于2021年12月24日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0187764号韩国专利申请的优先权和权益以及由此获得的所有权益，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
2.一个或更多个实施例涉及薄膜晶体管、包括该薄膜晶体管的显示设备以及制备该薄膜晶体管的方法。


背景技术：

3.近年来，显示设备的使用已经变得多样化。随着显示设备变得更薄且更轻，显示设备的使用范围正在扩大。
4.为了改善显示设备的图像质量，应该考虑显示设备内部的薄膜晶体管的性能改善。
5.改善膜质量可以改善薄膜晶体管的性能。


技术实现要素：

6.实施例包括具有改善性能的薄膜晶体管、包括该薄膜晶体管的显示设备以及制备该薄膜晶体管的方法。
7.另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可以通过实践公开的所呈现的实施例而获知。
8.根据实施例，薄膜晶体管包括：栅电极；栅极绝缘层，与栅电极接触；半导体层，通过栅极绝缘层与栅电极绝缘；以及源电极和漏电极，与半导体层接触，其中，半导体层包括由式1表示的钙钛矿化合物：
9.式1
10.[a]2[b][x]6:z，
[0011]
其中，在式1中，a包括单价有机阳离子、单价无机阳离子或它们的组合，b包括sn
4+
，x包括单价阴离子，并且z包括均对[a]2[b][x]6掺杂的金属阳离子或准金属阳离子。
[0012]
根据实施例，显示设备包括发光器件和该薄膜晶体管，发光器件包括第一电极、面对第一电极的第二电极和在第一电极与第二电极之间的中间层，其中，薄膜晶体管的源电极和漏电极中的一个电连接到发光器件的第一电极。
[0013]
根据实施例，制备薄膜晶体管的方法包括以下步骤：在基底上形成栅电极；在基底上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成半导体层；以及在半导体层上形成源电极和漏电极，其中，形成半导体层的步骤包括：获得包含包括a的第一前驱体、包括b的第二前驱体和第一溶剂的第一溶液的第一步骤；获得包含包括z的添加剂和第二溶剂的第二溶液的第二步骤；以及将第一溶液和第二溶液混合的第三步骤，其中，第一溶剂包括二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)，a包括单价有机阳离子、单价无机阳离子或它们的组合，b包括
sn
4+
，并且z包括金属阳离子或准金属阳离子。
附图说明
[0014]
通过以下结合附图的描述，公开的某些实施例的以上和其他方面、特征和优点将更加明显，在附图中：
[0015]
图1是根据实施例的薄膜晶体管的示意图；
[0016]
图2是由式1表示的钙钛矿化合物的晶体结构的图；
[0017]
图3是根据实施例的显示设备的示意性透视图；
[0018]
图4是根据实施例的显示设备的构造的示意图；
[0019]
图5a示出了制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜的原子力显微镜(afm)图像；
[0020]
图5b示出了制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜的扫描电子显微镜(sem)图像；
[0021]
图6是示出制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜的x射线衍射(xrd)分析结果的强度(任意单位(a.u.))与2θ(度(
°
))的图；
[0022]
图7是示出制备示例2-2至制备示例2-6的薄膜的电子迁移率的电子迁移率(平方厘米每伏秒(cm
2 v-1
s-1
))与cs
+
:sn
4+
进料比的图；
[0023]
图8示出了制备示例3-1和制备示例3-2的薄膜的sem图像；
[0024]
图9是示出对比示例1至对比示例5的薄膜晶体管的电流开关比(current on-off ratio)的源-漏电流(i
ds
)(安培(a))与栅-源电压(v
gs
)(伏特(v))的图；
[0025]
图10a是示例1的薄膜晶体管的剖视图；
[0026]
图10b是示出示例1和对比示例3的薄膜晶体管的电子迁移率和电流开关比的i
ds
(a)与v
gs
(v)的图；
[0027]
图10c是示出示例1的薄膜晶体管的源-漏电流(i
ds
)根据栅-源电压(v
gs
)的i
ds
(a)与v
gs
(v)的图；
[0028]
图10d是示出示例1的薄膜晶体管的源-漏电流(i
ds
)根据漏-源电压(v
ds
)的i
ds
(a)与v
ds
(v)的图；以及
[0029]
图11是示出示例1的薄膜晶体管的空气稳定性的归一化电子迁移率(μ
fe
)与空气暴露时间(小时(h))的图。
具体实施方式
[0030]
现在将详细地参照实施例，实施例的示例示出在附图中，其中，同样的附图标记始终表示同样的元件。在这方面，呈现的实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于在此阐述的描述。因此，下面仅通过参照附图来描述实施例，以解释本说明书的各方面。
[0031]
如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。在整个公开中，表述“a、b和c中的至少一个(种/者)”表示仅a、仅b、仅c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、a、b和c的全部或其变型。“至少一个(种/者)”不将被解释为限于“一”或“一个(种/者)”。“或”意指“和/或”。
[0032]
因为公开可以具有各种修改的实施例，所以在附图中示出了实施例并且在具体实
施方式中描述了实施例。当参考参照附图描述的实施例时，公开的效果和特性以及实现这些效果和特性的方法将是明显的。然而，公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。
[0033]
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。相同或对应的组件将由相同的附图标记表示，因此将省略其冗余描述。
[0034]
将理解的是，尽管在此可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种组件，但是这些组件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一组件区分开。
[0035]
除非其在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表述涵盖复数的表述。例如，如在此所使用的，“一”、“一个(种/者)”、“所述(该)”和“至少一个(种/者)”不表示数量的限制，并且旨在包括单数和复数两者，除非上下文另有明确说明；除非上下文另有明确说明，否则“元件”具有与“至少一个元件”相同的含义。
[0036]
还将理解的是，在此使用的术语“包括”和/或其变型指定存在所陈述的特征或元件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征或元件。
[0037]
将理解的是，当层、区域或组件被称为“在”另一层、区域或组件“上”或者“到”另一层、区域或组件“上”时，它可以直接地或间接地形成在所述另一层、区域或组件之上。也就是说，例如，可以存在居间层、区域或组件。为了便于解释，可以夸大附图中的组件的尺寸。换言之，因为为了便于解释而任意地示出了附图中的组件的尺寸和厚度，所以下面的实施例不限于此。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在居间元件。
[0038]
当不同地实施特定实施例时，可以与所描述的顺序不同地执行具体的工艺顺序。例如，可以基本上同时执行或者可以以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。
[0039]
将理解的是，当层、区域或组件被称为“连接到”另一层、区域或组件时，该层、区域或组件可以直接连接到所述另一层、区域或组件，或者由于存在居间层、区域或组件而间接连接到所述另一层、区域或组件。例如，将理解的是，当层、区域或组件被称为“电连接到”另一层、区域或组件时，该层、区域或组件可以直接电连接到所述另一层、区域或组件，或者由于存在居间层、区域或组件而间接电连接到所述另一层、区域或组件。
[0040]
此外，在此可以使用诸如“下”或“底”和“上”或“顶”的相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，相对术语旨在涵盖装置的除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果一个附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧上的元件将随后被定位为在所述其他元件的“上”侧上。因此，示例性术语“下”可以根据附图的特定方位包括“下”和“上”两种方位。类似地，如果一个附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件“下方”或“下面”的元件随后将被定位为“在”所述其他元件“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”或“在
……
下面”可以涵盖上方和下方两种方位。
[0041]
考虑到所讨论的测量以及与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)，如这里使用的“大约(约)”包括所陈述的值，并表示在如由本领域普通技术人员所确定的特定值的可接受的偏差范围内。例如，“大约(约)”可以意指在一个或更多个标准偏差内或者在所陈述值的
±
20％、
±
10％或
±
5％内。
[0042]
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语(诸如通用字
典中定义的术语)应该被解释为具有与其在相关领域的背景下和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的含义来解释，除非这里清楚地如此定义。
[0043]
这里参照作为理想化实施例的示意性图示的剖面图示来描述示例性实施例。如此，将预料到例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，这里描述的实施例应不被解释为局限于区域的如在此示出的具体形状，而是将包括由例如制造导致的形状的偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性特征。此外，所示的尖角(锐角)可以是圆形的(倒圆的)。因此，附图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状，也不旨在限制本权利要求的范围。
[0044]
如在此所用的术语“族”是指iupac周期表上的族。
[0045]
如在此所用的术语“周期”是指iupac周期表上的周期。
[0046]
如在此所用的术语“金属”可以包括碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、镧系金属和锕系金属。
[0047]
如在此所用的术语“准金属”可以包括硼(b)、硅(si)、锗(ge)、砷(as)、锑(sb)和碲(te)。
[0048]
如在此所用的术语“卤素”是指17族元素。
[0049]
如在此所用的术语“钙钛矿”是指其中第一阳离子位于(0,0,0)处，第二阳离子位于(1/2,1/2,1/2)处，并且阴离子位于(1/2,1/2,0)处的化合物。如在此所用的“钙钛矿”被理解为不仅具有catio3的理想对称结构，而且具有低于理想对称结构的对称性的扭曲结构。
[0050]
在下文中，将参照附图详细描述薄膜晶体管、包括该薄膜晶体管的显示设备以及制备该薄膜晶体管的方法。
[0051]
薄膜晶体管
[0052]
图1是根据实施例的薄膜晶体管10a的示意图。
[0053]
参照图1，薄膜晶体管10a包括：栅电极110；栅极绝缘层120，与栅电极110接触；半导体层130，通过栅极绝缘层120与栅电极110绝缘；以及源电极160和漏电极161，与半导体层130接触。
[0054]
栅电极110可以由具有良好导电性的金属材料形成，并且可以是使用铝(al)、铂(pt)、钯(pd)、银(ag)、镁(mg)、金(au)、镍(ni)、钕(nd)、铱(ir)、铬(cr)、锂(li)、钙(ca)、钼(mo)、钛(ti)、钨(w)、铜(cu)或它们的组合形成的单层或多层。例如，栅电极110可以包括au、ag、cu、ni、pt、pd、al或mo或者诸如al:nd合金或mo:w合金的合金。然而，这种金属材料是示例，并且不限于此。栅电极110可以由合适的材料形成。
[0055]
栅电极110可以形成在基底(未示出，见图4)上。
[0056]
栅极绝缘层120可以形成在栅电极110上。这里，栅极绝缘层120可以使用合适的绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。栅极绝缘层120可以使栅电极110和半导体层130绝缘。
[0057]
栅极绝缘层120可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化铝。
[0058]
半导体层130可以形成在栅极绝缘层120上。半导体层130可以包括由式1表示的钙钛矿化合物：
[0059]
式1
[0060]
[a]2[b][x]6:z，
[0061]
其中，在式1中，a可以包括例如至少一种单价有机阳离子、例如至少一种单价无机阳离子或它们的组合。
[0062]
图2是由式1表示的钙钛矿化合物的晶体结构的图。
[0063]
在实施例中，a可以包括(r1r2r3r4n)
+
、(r1r2r3r4p)
+
、(r1r2r3r4as)
+
、(r1r2r3r4sb)
+
、(r1r2n＝c(r3)-nr4r5)
+
、取代或未取代的含氮5元环的单价阳离子、取代或未取代的含氮6元环的单价阳离子、li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
、fr
+
或它们的组合，其中，r1、r2、r3、r4和r5、取代的含氮5元环的单价阳离子的取代基以及取代的含氮6元环的单价阳离子的取代基可以均独立地为氢、氘、-f、-cl、-br、-i、羟基、取代或未取代的c
1-c
60
烷基、取代或未取代的c
2-c
60
烯基、取代或未取代的c
2-c
60
炔基、取代或未取代的c
1-c
60
烷氧基、取代或未取代的c
6-c
60
芳基或者-n(q1)(q2)，并且
[0064]
q1和q2可以均独立地为氢、氘、羟基、c
1-c
60
烷基、c
2-c
60
烯基、c
2-c
60
炔基、c
1-c
60
烷氧基或c
6-c
60
芳基。
[0065]
例如，a可以是cs
+
。
[0066]
在式1中，b可以是sn
4+
离子。
[0067]
在式1中，x可以是例如至少一种单价阴离子。
[0068]
在实施例中，x可以是例如至少一种卤离子。
[0069]
例如，x可以是i-。
[0070]
在式1中，[a]2[b][x]6可以掺杂有z。如这里所用的表述“y:z”可以指y掺杂有z。例如，z可以用作掺杂剂，但不限于此。
[0071]
在式1中，z可以是金属阳离子或准金属阳离子。
[0072]
在实施例中，z可以是mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
。
[0073]
例如，z可以是mn
2+
。
[0074]
在实施例中，基于100摩尔百分比(mol％)的b的摩尔数(例如，b的总摩尔数)，半导体层130中的z的量可以在约0.1mol％至约30mol％、约0.5mol％至约20mol％或约1mol％至约10mol％的范围内。
[0075]
根据实施例，半导体层130可以包括由式1表示的钙钛矿化合物：
[0076]
式1
[0077]
[a]2[b][x]6:z，
[0078]
其中，在式1中，a包括li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
、fr
+
或它们的组合，b包括sn
4+
，x包括卤离子，并且z包括mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
，其中，基于b的总摩尔数，半导体层130中的z的量在约1摩尔百分比至约10摩尔百分比的范围内。
[0079]
源电极160可以是使用铝(al)、铂(pt)、钯(pd)、银(ag)、镁(mg)、金(au)、镍(ni)、钕(nd)、铱(ir)、铬(cr)、锂(li)、钙(ca)、钼(mo)、钛(ti)、钨(w)、铜(cu)或它们的组合形成的单层或多层。例如，源电极160可以具有mo/al/mo、mo/al/ti或ti/al/ti的三层结构。在实施例中，源电极160可以由mo/al/ti形成。漏电极161的描述可以与源电极160相同。例如，源电极160和漏电极161可以均由两个层或更多个层形成。
[0080]
在这里公开的薄膜晶体管10a中，半导体层130可以包括包含sn
4+
的钙钛矿化合物，其中，钙钛矿化合物可以掺杂有金属阳离子(例如，mn
2+
)或准金属阳离子。
[0081]
通过使用钙钛矿化合物作为半导体层，这里公开的薄膜晶体管10a可以具有优异的空气稳定性，并且可以同时具有高电子迁移率和优异的电流开关比。
[0082]
在实施例中，薄膜晶体管10a的电子迁移率可以在约0.5平方厘米每伏秒(cm2/vs)至约10cm2/vs、约0.5cm2/vs至约8cm2/vs或约0.5cm2/vs至约5cm2/vs的范围内。
[0083]
在实施例中，薄膜晶体管10a的电流开关比可以在约10:1至约105:1或约102:1至约105:1的范围内。电流开关比是指最大电流值与最小电流值的比率。
[0084]
显示设备
[0085]
图3是根据实施例的显示设备1的透视图。参照图3，显示设备1包括显示区域da和位于显示区域da外侧的非显示区域nda。在显示区域da中，可以定位合适的显示器件(诸如有机发光器件(oled))。在非显示区域nda中，可以定位传输要施加到包括薄膜晶体管的显示区域da的电信号的合适的布线。在非显示区域nda中，可以定位一个薄膜晶体管，但是可以进一步包括多个薄膜晶体管和电容器以及连接到其的布线(诸如扫描线、数据线和电力线)。
[0086]
在图3中，示出了具有矩形显示区域da的显示设备1，但不限于此。显示区域da的形状可以是圆形、椭圆形或诸如三角形或五边形的多边形。另外，在图3中，显示设备1是平板显示设备，但是可以以合适的形式(诸如柔性、可折叠或可卷曲的显示设备)实现。
[0087]
在下文中，为方便起见，提供有机发光显示设备作为根据实施例的显示设备1的示例，但不限于此。在实施例中，可以使用合适的显示设备(诸如无机电致发光(el)显示设备或量子点发光显示设备)。
[0088]
图4是示出根据实施例的显示设备的构造的示意图。
[0089]
参照图4，根据实施例的显示设备1可以包括基底100、发光器件el1和薄膜晶体管。
[0090]
基底100可以包括合适的材料，诸如玻璃、金属、金属氧化物、金属氮化物或塑料。例如，基底100可以包括聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、乙酸丙酸纤维素等。
[0091]
基底100可以由包括sio2作为主要成分的玻璃材料形成。基底100实质上不限于此，并且可以由塑料材料形成。这里，用于形成基底100的这种塑料材料可以是合适的有机材料。在实施例中，基底100可以由金属薄膜形成。
[0092]
基底100可以具有柔性、可卷曲或可弯曲的性质。基底100可以具有多层结构，其中，每个构成层可以包括不同的材料。
[0093]
缓冲层101可以位于基底100上。缓冲层101可以帮助防止杂质渗透穿过基底100并在基底100上提供平坦表面。在这方面，缓冲层101可以由能够执行这种作用的合适材料形成。
[0094]
薄膜晶体管可以位于缓冲层101上。
[0095]
薄膜晶体管的源电极160和漏电极161中的一个可以电连接到发光器件el1的第一电极210。如图4中所示，在实施例中，发光器件el1的第一电极210和漏电极161可以电连接。源电极160和漏电极161可以均与这里描述的相同。
[0096]
可以形成钝化层170以覆盖源电极160和漏电极161。钝化层170可以包括无机绝缘层、有机绝缘层或它们的组合。第一电极210可以位于钝化层170上。钝化层170可以被定位为暴露漏电极161的一部分而不完全覆盖漏电极161，并且第一电极210可以布置为连接到
漏电极161的暴露部分。在实施例中，可以省略钝化层170。
[0097]
包括绝缘材料的像素限定层190可以位于第一电极210上。像素限定层190可以暴露第一电极210的一部分，并且中间层230可以形成在第一电极210的暴露部分中。像素限定层190可以是聚酰亚胺类有机膜或聚丙烯酰基类有机膜。尽管未在图4中示出，但是中间层230中的一个或更多个层可以延伸到像素限定层190的上部，而以公共层的形式定位。
[0098]
发光器件el1可以包括：第一电极210；第二电极250，面对第一电极210；以及中间层230，在第一电极210与第二电极250之间。
[0099]
当发光器件el1为顶部发射发光器件时，第一电极210可以形成为反射电极。这种反射电极可以包括：反射层，包括ag、mg、al、pt、pd、au、ni、nd、ir、cr或它们的化合物；以及透明电极层或半透明电极层，在反射层上。当发光器件el1是底部发射发光器件时，第一电极210可以包括透明材料，诸如氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、zno或in2o3，并且可以形成为透明电极或半透明电极。
[0100]
中间层230可以包括发光的发射层，并且除了发射层之外还可以包括例如至少一个功能层，诸如包括在空穴传输区域中的空穴注入层(hil)或空穴传输层(htl)或者包括在电子传输区域中的电子传输层(etl)或电子注入层(eil)。
[0101]
在实施例中，合适的功能层可以另外位于第一电极210上，并且发射层可以是红色发射层、绿色发射层或蓝色发射层。
[0102]
在实施例中，发射层可以具有其中红色发射层、绿色发射层和蓝色发射层堆叠以发射白光的多层结构。
[0103]
在实施例中，发射层可以具有其中包括红色发光材料、绿色发光材料和蓝色发光材料以发射白光的单层结构。然后，可以在中间层230上设置第二电极250。第二电极250可以是反射电极、透明电极或半透明电极。例如，第二电极250可以包括具有小逸出功的金属，诸如li、ca、lif、al、ag、mg或它们的组合，或者具有包括从它们中选择的两种或更多种的多层结构的材料(诸如lif/ca或lif/al)。
[0104]
在实施例中，可以使用具有与显示设备1的发射区域aa对应的开口的掩模(例如，精细金属掩模(fmm))仅在发射区域aa中设置中间层230。
[0105]
在实施例中，可以使用具有与发射区域aa对应的开口的fmm仅在发射区域aa中设置中间层230的发射层，并且可以使用开口掩模在发射区域aa和非发射区域naa的整个表面中设置其他功能层。然后，可以在中间层230上设置第二电极250。第二电极250可以是反射电极、透明电极或半透明电极。例如，第二电极250可以包括具有小逸出功的金属，诸如li、ca、lif、al、ag、mg或它们的组合，或者具有包括从它们中选择的两种或更多种的多层结构的材料(诸如lif/ca或lif/al)。尽管未在图4中示出，但是显示设备1还可以包括在第二电极250上的相对基底。相对基底可以与结合基底100描述的相同。
[0106]
尽管未在图4中示出，但是黑矩阵和滤色器可以布置在相对基底的面对基底100的表面上。滤色器可以布置为对应于显示设备1的发射区域aa。黑矩阵可以布置为对应于显示设备1的除发射区域aa之外的区域。
[0107]
尽管未在图4中示出，但是保护层可以进一步布置在相对基底与第二电极250之间。保护层可以是单层或多层的无机膜、有机膜或它们的组合。
[0108]
另外，尽管未在图4中示出，但是合适的功能层可以进一步设置在相对基底上。例
如，功能层可以包括抗反射层或抗污染层，抗反射层使相对基底的上表面上的反射最小化，抗污染层可以有助于防止污染(诸如用户的手印标记(例如，指纹标记))。
[0109]
在实施例中，薄膜封装层而不是相对基底可以布置在基底100上。薄膜封装层可以包括无机封装层和有机封装层，无机封装层包括至少一种无机材料(由至少一种无机材料组成)，有机封装层包括至少一种有机材料(由至少一种有机材料组成)。
[0110]
在实施例中，薄膜封装层可以具有第一无机封装层/有机封装层/第二无机封装层的堆叠结构。
[0111]
薄膜晶体管的制备方法
[0112]
根据本公开的制备薄膜晶体管的方法可以包括以下步骤：提供基底100；在基底100上形成栅电极110；在栅电极110上形成栅极绝缘层120；在栅极绝缘层120上形成半导体层130；以及在半导体层130上形成源电极160和漏电极161。
[0113]
形成半导体层130的步骤可以包括：获得包含包括a的第一前驱体、包括b的第二前驱体和第一溶剂的第一溶液的第一步骤；获得包含包括z的添加剂和第二溶剂的第二溶液的第二步骤；以及将第一溶液和第二溶液混合的第三步骤。这里，第一步骤和第二步骤不包括基于时间的顺序。例如，可以包括在第一步骤之后执行第二步骤的情况和在第二步骤之后执行第一步骤的情况。
[0114]
在第一步骤中，可以通过将包括a的第一前驱体和包括b的第二前驱体溶解在第一溶剂中来获得第一溶液。
[0115]
第一前驱体可以包括a，并且a可以包括例如至少一种单价有机阳离子、例如至少一种单价无机阳离子或它们的组合。
[0116]
在实施例中，a可以是(r1r2r3r4n)
+
、(r1r2r3r4p)
+
、(r1r2r3r4as)
+
、(r1r2r3r4sb)
+
、(r1r2n＝c(r3)-nr4r5)
+
、取代或未取代的含氮5元环的单价阳离子、取代或未取代的含氮6元环的单价阳离子、li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
、fr
+
或它们的组合，其中
[0117]
r1、r2、r3、r4和r5、取代的含氮5元环的单价阳离子的取代基以及取代的含氮6元环的单价阳离子的取代基可以均独立地为氢、氘、-f、-cl、-br、-i、羟基、取代或未取代的c
1-c
60
烷基、取代或未取代的c
2-c
60
烯基、取代或未取代的c
2-c
60
炔基、取代或未取代的c
1-c
60
烷氧基、取代或未取代的c
6-c
60
芳基或者-n(q1)(q2)，并且
[0118]
q1和q2可以均独立地为氢、氘、羟基、c
1-c
60
烷基、c
2-c
60
烯基、c
2-c
60
炔基、c
1-c
60
烷氧基或c
6-c
60
芳基。
[0119]
例如，a可以是cs
+
。
[0120]
在实施例中，第一前驱体可以由式2-1表示：
[0121]
式2-1
[0122]
[a][x1]，
[0123]
其中，在式2-1中，a可以包括例如至少一种单价有机阳离子、例如至少一种单价无机阳离子或它们的组合，并且x1可以包括例如至少一种单价阴离子。
[0124]
例如，式2-1中的a可以是cs
+
。
[0125]
例如，式2-1中的x1可以是i-。
[0126]
在实施例中，第一前驱体可以是csi。
[0127]
第二前驱体可以包括b，并且b可以是sn
4+
离子。
[0128]
在实施例中，第二前驱体可以由式2-2表示：
[0129]
式2-2
[0130]
[b][x2]4，
[0131]
其中，在式2-2中，b可以是sn
4+
离子，并且x2可以是例如至少一种单价阴离子。在实施例中，式2-1的x1和式2-2的x2可以是相同的单价阴离子。
[0132]
例如，式2-2中的x2可以是i-。
[0133]
在实施例中，第二前驱体可以是sni4。
[0134]
在实施例中，第一溶剂可以包括二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)。
[0135]
在实施例中，基于dmf和dmso的总体积的100vol％，包括在第一溶剂中的dmso的量可以在约10体积百分比(vol％)至约15vol％的范围内。
[0136]
在实施例中，第一溶液中的第一前驱体与第二前驱体的摩尔比可以在约2:1.7至约2:2.2或约2:1.8至约2:1.9的范围内。
[0137]
根据化学计量，形成由式1表示的钙钛矿化合物的第一前驱体与第二前驱体的摩尔比可以是2:1。然而，通过添加超过化学计量摩尔比的第二前驱体，可以获得具有良好结晶度的光滑薄膜。在这方面，可以获得具有优异电子迁移率的薄膜。
[0138]
在第二步骤中，可以通过将包括z的添加剂溶解在第二溶剂中来获得第二溶液。
[0139]
这里，z可以是金属阳离子或准金属阳离子。
[0140]
在实施例中，z可以是mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
。
[0141]
在实施例中，添加剂可以由式2-3表示：
[0142]
式2-3
[0143]
[z][x3]m，
[0144]
在式2-3中，z可以包括金属阳离子或准金属阳离子，x3可以包括例如至少一种单价阴离子，并且m可以满足0《m《5。在实施例中，式2-1的x1和式2-3的x3可以是相同的单价阴离子，式2-2的x2和式2-3的x3可以是相同的单价阴离子，或者式2-1的x1、式2-2的x2和式2-3的x3可以是相同的单价阴离子。
[0145]
例如，在式2-3中，z可以是mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
。
[0146]
例如，x3可以是i-。
[0147]
在实施例中，添加剂可以是mni2、bii3、sbi3或ini3。
[0148]
在实施例中，第二溶剂可以是dmso。
[0149]
在第三步骤中，基于第一溶液中的第二前驱体的100mol％(例如，第一溶液中的第二前驱体的总摩尔数)，第二溶液中的添加剂的量可以在约0.1mol％至约30mol％或约1mol％至约10mol％的范围内。
[0150]
可以通过旋涂、棒涂、喷涂、喷墨印刷、柔性版印刷、丝网印刷、浸涂、化学沉积、原子层沉积、溅射、热气相沉积或凹版涂覆形成半导体层130。
[0151]
在实施例中，制备薄膜晶体管的方法还可以包括用通过将第一溶液和第二溶液混合获得的第三溶液涂覆基底100的第四步骤。基底100可以包括栅电极和栅极绝缘层，并且可以用第三溶液涂覆栅极绝缘层。
[0152]
在实施例中，制备薄膜晶体管的方法还可以包括对涂覆有第三溶液的基底100进行退火的第五步骤。
[0153]
术语的定义
[0154]
如在此所用的术语“c
1-c
60
烷基”指具有一个至六十个碳原子的直链或支链的脂肪族饱和烃单价基团，并且其具体示例为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、叔戊基、新戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、仲异戊基、正己基、异己基、仲己基、叔己基、正庚基、异庚基、仲庚基、叔庚基、正辛基、异辛基、仲辛基、叔辛基、正壬基、异壬基、仲壬基、叔壬基、正癸基、异癸基、仲癸基和叔癸基。
[0155]
如在此所用的术语“c
2-c
60
烯基”是指在c
2-c
60
烷基的中间或末端处具有例如至少一个碳-碳双键的单价烃基，并且其示例是乙烯基、丙烯基、丁烯基等。
[0156]
如在此所用的术语“c
2-c
60
炔基”是指在c
2-c
60
烷基的中间或末端处具有例如至少一个碳-碳三键的单价烃基，并且其示例是乙炔基、丙炔基等。
[0157]
如在此所用的术语“c
1-c
60
烷氧基”是指由-oa
101
(其中，a
101
是c
1-c
60
烷基)表示的单价基团，并且其示例是甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。
[0158]
如在此所用的术语“c
6-c
60
芳基”是指具有六个至六十个碳原子的碳环芳香体系的单价基团，并且如在此所用的术语“c
6-c
60
亚芳基”是指具有六个至六十个碳原子的碳环芳香体系的二价基团。c
6-c
60
芳基的示例是苯基、并环戊二烯基、萘基、甘菊环基、引达省基、苊基、非那烯基、菲基、蒽基、荧蒽基、苯并[9,10]菲基、芘基、基、苝基、戊芬基、庚搭烯基、并四苯基、苉基、并六苯基、并五苯基、玉红省基、蒄基和卵苯基。当c
6-c
60
芳基和c
6-c
60
亚芳基均包括两个或更多个环时，两个或更多个环可以彼此缩合。
[0159]
如在此所用的术语“联苯基”是指“取代有苯基的苯基”。换句话说，“联苯基”是具有c
6-c
60
芳基作为取代基的取代的苯基。
[0160]
如在此所用的术语“三联苯基”是指“取代有联苯基的苯基”。换句话说，“三联苯基”是具有取代有c
6-c
60
芳基的c
6-c
60
芳基作为取代基的取代的苯基。
[0161]
在下文中，将参照下面的制备示例和示例详细描述根据实施例的薄膜晶体管。
[0162]
示例
[0163]
制备示例1-1至制备示例1-6：cs2sni6前驱体溶液的制备
[0164]
将csi粉末(99.999％，钙钛矿级)和sni4粉末(无水，99.999％痕量金属基础(trace metals basis))以表1中所示的摩尔比溶解在包括二甲基甲酰胺(dmf，sigma-aldrich)和二甲基亚砜(dmso，sigma-aldrich)的溶剂混合物(dmf:dmso体积比＝90:10)中，并将混合溶液以50℃在热板下搅拌2
[0165]
小时，以制备cs2sni6(0.1摩尔每升(摩尔(m)))前驱体溶液。该过程在5填充有氮的手套箱中进行。
[0166]
表1
[0167] csi与sni4的摩尔比(csi:sni4)制备示例1-12:1制备示例1-22:1.5制备示例1-32:1.7制备示例1-42:1.8制备示例1-52:1.9
制备示例1-62:2.2
[0168]
制备示例2-1至制备示例2-6：薄膜的制备
[0169]
如表2中所示，使用以各种摩尔比制备的cs2sni6前驱体溶液中的每种以8,000转每分钟(rpm)旋涂基底，并在100℃下对其进行热退火处理5分钟，以制备薄膜。
[0170]
表2
[0171] cs2sni6前驱体溶液csi与sni4的摩尔比(csi:sni4)制备示例2-1制备示例1-12:1制备示例2-2制备示例1-22:1.5制备示例2-3制备示例1-32:1.7制备示例2-4制备示例1-42:1.8制备示例2-5制备示例1-52:1.9制备示例2-6制备示例1-62:2.2
[0172]
图5a示出了制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜的原子力显微镜(afm)图像；图5b示出了制备示例2-1、制备示例
[0173]
2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜的扫描电子显微镜(sem)图像。参照图5a和图5b，证实了与制备示例2-1和制备示例2-2的薄膜相比，制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜具有更好的光滑度。
[0174]
评价示例1
[0175]
对制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜执行x射线衍射(xrd)分析，其结果示于图6中。测量制备示例2-2至制备示例2-6的薄膜的电子迁移率，其结果示于图7中。用cukα辐射执行xrd分析，并使用bruker d8 advance装置。使用范德堡(van der pauw)方法执行电子迁移率测量，并且在测量期间，使用keithley 4200-scs测量电信号。
[0176]
图6示出了对制备示例2-1、制备示例2-2、制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜执行的xrd分析的结果。参照图6，证实了与制备示例2-1和制备示例2-2的薄膜相比，制备示例2-4和制备示例2-6的薄膜具有优异的结晶度。也就是说，证实了当sni4以超过(例如，超出)化学计量摩尔比使用时，薄膜具有优异的结晶度和光滑度。
[0177]
图7是示出制备示例2-2至制备示例2-6的薄膜的电子迁移率的图。参照图7，证实了当csi与sni4的摩尔比在2:1.7至2:2.2的范围内时，薄膜具有优异的电子迁移率。
[0178]
制备示例3-1和制备示例3-2：用不同溶剂制备前驱体溶液
[0179]
将csi粉末(99.999％，钙钛矿级)和sni4粉末(无水，99.999％痕量金属基础)溶解在表3中所示的溶剂中，并将混合溶液以50℃在热板下搅拌2小时，以制备cs2sni6(0.1m)前驱体溶液。该过程在填充有氮的手套箱中进行。
[0180]
表3
[0181][0182]
使用制备示例3-1和制备示例3-2的前驱体溶液制备薄膜，并且图8示出了薄膜中的每个的sem图像。参照图8，证实了与制备示例3-1的薄膜相比，制备示例3-2的薄膜具有更好的光滑度。
[0183]
示例1
[0184]
1、mni2溶液的制备
[0185]
将mni2(无水，99.99％痕量金属基础)溶解在dmf中，并且在与前驱体溶液的制备中的条件相同的条件下，制备mni2溶液。
[0186]
2、薄膜晶体管的制备
[0187]
首先，将用作栅电极和栅极绝缘层的包括sio2的高浓度si基底(100纳米(nm))(kunshan sino silicon technology，电阻率：1欧姆
·
厘米(cm)至100欧姆
·
厘米，sio2/si基底)在包含丙酮、去离子水和异丙醇的超声水浴中各洗涤10分钟，在110℃的烘箱中干燥，然后为了改善表面润湿性，在氩等离子体下处理60秒。
[0188]
在膜沉积之前，将mni2溶液加入到制备示例1-4的cs2sni6前驱体溶液，并在50℃下搅拌30分钟。以8,000rpm持续60秒，用混合溶液涂覆sio2/si基底，并在100℃下对其执行退火工艺5分钟，从而形成半导体层。这里，基于100mol％的cs2sni6，混合溶液中的mni2的量可以是约3摩尔百分比(mol％)。
[0189]
然后，通过在填充有n2的手套箱中使用热蒸发器，用高真空荫罩(10-7
托)蒸镀au源电极和漏电极(40nm)，从而完成薄膜晶体管的制造。由此制造的薄膜晶体管具有150微米(μm)的沟道长度和1,000μm的沟道宽度。
[0190]
对比示例1至对比示例4
[0191]
首先，将用作栅电极和栅极绝缘层的包括sio2的高浓度si基底(100nm)(kunshan sino silicon technology，电阻率：1ohm
·
cm至100ohm
·
cm，sio2/si基底)在包含丙酮、去离子水和异丙醇的超声水浴中各洗涤10分钟，在110℃下在烘箱中干燥，然后为了改善表面润湿性，在氩等离子体下处理60秒。
[0192]
然后，以8,000rpm持续60秒，用表4中所示的cs2sni6前驱体溶液中的每种涂覆sio2/si基底，并在100℃下对其执行退火工艺5分钟，从而形成半导体层。然后，通过在填充有n2的手套箱中使用热蒸发器，用高真空荫罩(10-7
托)蒸镀au源电极和漏电极(40nm)，从而完成薄膜晶体管的制造。
[0193]
表4
[0194][0195]
评价示例2
[0196]
对于对比示例1至对比示例5的薄膜晶体管，测量了电流开关比，其结果示于图9中。对于示例1的薄膜晶体管，测量了电子迁移率、电流开关比和空气稳定性，并且其结果示于图10b和图11中。根据等式1计算电子迁移率(μ
fe
)：
[0197]
等式1
[0198][0199]
其中，在等式1中，l表示沟道长度，w表示沟道宽度，ci表示介电面积电容(34纳法每平方厘米(nf/cm2))，i
ds
表示源-漏电流，并且v
gs
表示栅-源电压。使用keithley 4200-scs测量电流和电压。
[0200]
图9是示出对比示例1至对比示例5的薄膜晶体管的电流开关比的图。参照图9，证实了对比示例2至对比示例5的薄膜晶体管不能根据栅极电压施加而获得开关电流调制。也就是说，对比示例2至对比示例5的薄膜晶体管具有优异的电子迁移率，但是根据栅极电压施加没有可用的开关电流。
[0201]
因此，为了将cs2sni6薄膜用作薄膜晶体管的半导体层，有必要控制电荷的量。本公开的薄膜晶体管通过包括掺杂有金属阳离子或准金属阳离子的钙钛矿化合物(例如，cs2sni6)来控制电荷的量。
[0202]
图10b是示出示例1和对比示例3的薄膜晶体管的电子迁移率和电流开关比的图。在示例1的薄膜晶体管中，添加mni2溶液，使得掺杂有mn
2+
的cs2sni6用作半导体层。
[0203]
参照图10b，证实了与对比示例3的薄膜晶体管相比，示例1的薄膜晶体管具有优异的电子迁移率和高电流开关比特性。这里，示例1的薄膜晶体管具有1平方厘米每伏秒(cm2/vs)的电子迁移率和104:1的电流开关比。
[0204]
图10c是示出在40v的漏-源电压(v
ds
)下示例1的薄膜晶体管的源-漏电流(i
ds
)根据栅-源电压(v
gs
)的图。
[0205]
图10d是示出在-20v至50v的栅-源电压(v
gs
)下示例1的薄膜晶体管的源-漏电流(i
ds
)根据漏-源电压(v
ds
)的图。
[0206]
图11是示出示例1的薄膜晶体管(tft)的空气稳定性的图。参照图11，证实了与使用sn
2+
的cssni3薄膜晶体管相比，示例1的薄膜晶体管(在25℃和30％至约40％的相对湿度
(rh)下)具有优异的空气稳定性。
[0207]
根据实施例，通过使用基于锡的钙钛矿化合物作为半导体层，可以提供具有优异的电子迁移率和空气稳定性的薄膜晶体管以及制备该薄膜晶体管的方法。
[0208]
应理解的是，在此描述的实施例应当仅以描述性含义来考虑，而不是为了限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

技术特征：
1.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅电极；栅极绝缘层，与所述栅电极接触；半导体层，通过所述栅极绝缘层与所述栅电极绝缘；以及源电极和漏电极，与所述半导体层接触，其中，所述半导体层包括由式1表示的钙钛矿化合物：式1[a]2[b][x]6:z，其中，在式1中，a包括单价有机阳离子、单价无机阳离子或它们的组合，b包括sn
4+
，x包括单价阴离子，并且z包括均对[a]2[b][x]6掺杂的金属阳离子或准金属阳离子。2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，a包括(r1r2r3r4n)
+
、(r1r2r3r4p)
+
、(r1r2r3r4as)
+
、(r1r2r3r4sb)
+
、(r1r2n＝c(r3)-nr4r5)
+
、取代或未取代的含氮5元环的单价阳离子、取代或未取代的含氮6元环的单价阳离子、li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
、fr
+
或它们的组合，其中，r1、r2、r3、r4和r5、所述取代的含氮5元环的所述单价阳离子的取代基以及所述取代的含氮6元环的所述单价阳离子的取代基均独立地为氢、氘、-f、-cl、-br、-i、羟基、取代或未取代的c
1-c
60
烷基、取代或未取代的c
2-c
60
烯基、取代或未取代的c
2-c
60
炔基、取代或未取代的c
1-c
60
烷氧基、取代或未取代的c
6-c
60
芳基或者-n(q1)(q2)，并且q1和q2均独立地为氢、氘、羟基、c
1-c
60
烷基、c
2-c
60
烯基、c
2-c
60
炔基、c
1-c
60
烷氧基或c
6-c
60
芳基。3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，x包括卤离子。4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，z包括mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
。5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，基于b的总摩尔数，所述半导体层中的z的量在0.1摩尔百分比至30摩尔百分比的范围内。6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的电子迁移率在0.5平方厘米每伏秒至10平方厘米每伏秒的范围内。7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的电流开关比在10:1至105:1的范围内。8.一种显示设备，所述显示设备包括：发光器件，包括第一电极；第二电极，面对所述第一电极；和中间层，在所述第一电极与所述第二电极之间；以及根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的所述源电极和所述漏电极中的一个电连接到所述发光器件的所述第一电极。9.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述中间层包括发射层，并且所述中间层可选地包括在所述第一电极与所述发射层之间的空穴传输区域、在所述发射层与所述第二电极之间的电子传输区域或它们的组合。
10.一种制备薄膜晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：在基底上形成栅电极；在所述基底上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成半导体层；以及在所述半导体层上形成源电极和漏电极，其中，形成所述半导体层的步骤包括：获得包含第一前驱体、第二前驱体和第一溶剂的第一溶液的第一步骤，所述第一前驱体包括a，所述第二前驱体包括b；获得包含添加剂和第二溶剂的第二溶液的第二步骤，所述添加剂包括z；以及将所述第一溶液和所述第二溶液混合的第三步骤，其中，所述第一溶剂包括二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，a包括单价有机阳离子、单价无机阳离子或它们的组合，b包括sn
4+
，并且z包括金属阳离子或准金属阳离子。11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一溶液中的所述第一前驱体与所述第二前驱体的摩尔比在2:1.7至2:2.2的范围内。12.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一溶剂中的二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的体积比在90:10至85:15的范围内。13.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一前驱体由式2-1表示：式2-1[a][x1]，其中，在式2-1中，a包括至少一种单价有机阳离子、至少一种单价无机阳离子或它们的任何组合，并且x1包括单价阴离子。14.如权利要求10所述的方法，其中，a包括(r1r2r3r4n)
+
、(r1r2r3r4p)
+
、(r1r2r3r4as)
+
、(r1r2r3r4sb)
+
、(r1r2n＝c(r3)-nr4r5)
+
、取代或未取代的含氮5元环的单价阳离子、取代或未取代的含氮6元环的单价阳离子、li
+
、na
+
、k
+
、rb
+
、cs
+
、fr
+
或它们的组合，其中，r1、r2、r3、r4和r5、所述取代的含氮5元环的所述单价阳离子的取代基以及所述取代的含氮6元环的所述单价阳离子的取代基均独立地为氢、氘、-f、-cl、-br、-i、羟基、取代或未取代的c
1-c
60
烷基、取代或未取代的c
2-c
60
烯基、取代或未取代的c
2-c
60
炔基、取代或未取代的c
1-c
60
烷氧基、取代或未取代的c
6-c
60
芳基或者-n(q1)(q2)，并且q1和q2均独立地为氢、氘、羟基、c
1-c
60
烷基、c
2-c
60
烯基、c
2-c
60
炔基、c
1-c
60
烷氧基或c
6-c
60
芳基。15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二前驱体由式2-2表示：式2-2[b][x2]4，其中，在式2-2中，b包括sn
4+
离子，并且x2包括单价阴离子。16.如权利要求10所述的方法，其中，包括z的所述添加剂由式2-3表示：式2-3[z][x3]
m
，其中，在式2-3中，z包括金属阳离子或准金属阳离子，x3包括单价阴离子，并且m满足0<m
<5。17.如权利要求10所述的方法，其中，z包括mn
2+
、bi
3+
、sb
3+
或in
3+
。18.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二溶剂包括二甲基亚砜。19.如权利要求10所述的方法，其中，在所述第三步骤中，基于所述第一溶液中的所述第二前驱体的总摩尔数，所述第二溶液中的所述添加剂的量在0.1摩尔百分比至30摩尔百分比的范围内。20.如权利要求10所述的方法，其中，通过旋涂、棒涂、喷涂、喷墨印刷、柔性版印刷、丝网印刷、浸涂、化学沉积、原子层沉积、溅射、热气相沉积或凹版涂覆来形成所述半导体层。

技术总结
提供了薄膜晶体管、包括其的显示设备和制备薄膜晶体管的方法，所述薄膜晶体管包括：栅电极；栅极绝缘层，与栅电极接触；半导体层，通过栅极绝缘层与栅电极绝缘；以及源电极和漏电极，与半导体层接触，其中，半导体层包括由式1表示的钙钛矿化合物：式1[A]2[B][X]6:Z，其中，在式1中，A包括单价有机阳离子、单价无机阳离子或它们的组合，B包括Sn


技术研发人员：金亨俊 鲁容泳 林俊亨 朱慧慧
受保护的技术使用者：浦项工科大学校产学协力团
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/7/19