CN100349293C - 有机半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件，包括柔性或刚性的基底(10)，其上形成有栅极(11)、源极(12)和漏极(13)，在上至少部分布置有机半导体材料(14)。适当的选择材料，栅极(11)将形成肖特基结，并在有机半导体材料(14)和每个源极(12)和漏极(13)之间形成欧姆接触。在多个实施例中，通过接触或非接触印刷可以形成上述任何元件。可以容易地设定最终器件的尺寸适合各种需要。

Description

有机半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明一般涉及半导体，尤其涉及有机半导体材料。
背景技术
在现有技术中已知包括半导体材料的部件(例如金属肖特基场效应晶体管(MESFET))和电路。这些技术已经非常成熟。但是，对于某些应用，传统半导体工艺以相当额外的成本过度进行和表现不需要的形成因素和能力。此外，传统半导体工艺常常生产非常小的部件，并还需要仔细封装，非常小的部件在装配器件难于处理。因为所需的制造设施和设备非常昂贵，传统半导体工艺通常还需要批处理以实现每部分成本合理。而且，许多半导体器件需要很长的制造时间并常常需要多种化学试剂，某些化学试剂是高毒性的并需要特别处理。传统半导体制造的这些方面不能很好地支持数据存储和数据传输速度应用和/或低成本需要。
附图说明
通过提供以下详细介绍的有机半导体器件和方法，特别是当结合附图阅读时，至少可以部分满足上述需要，其中：
图1-4说明第一实施例；
图5-8说明第二实施例；和
图9-11说明其它实施例。
本领域技术人员将认识到附图中的元件为了简化和清晰仅是说明性的并不必按比例绘出。例如，附图中某些元件的尺寸相对于其它元件被放大以有助于增进对本发明各个实施例的理解。
具体实施方式
一般来说，按照这些不同的实施例，在衬底上形成栅，在其上至少部分设置有机半导体材料，而不插入电介质，由此形成肖特基结。一般在衬底上还将设置源极和漏极与有机半导体材料接触，其中源极和漏极由这样的材料构成：以致在这两个电极和有机半导体材料之间产生欧姆接触。由此构造将产生MESFET。衬底可以是柔性的或刚性的。而且，通过印刷工艺(包括接触和非接触工艺)可以形成上述任意各个元件。结果，无需批处理、大且复杂的制造设施或许多常常与半导体工艺有关的危险化学试剂就可以制得非常昂贵的器件。
参照图1，将介绍第一实施例。最初衬底10可以包括多种材料，包括柔性的和基本刚性的材料。一般，衬底10自身应为绝缘体。对于这些目的，可以使用各种塑料包括例如聚酯之类的柔性片。但是，根据应用，还可以使用其它材料，包括布和纸。衬底可以为与最终所需尺寸相当的各种尺寸。
参照图2，在衬底10上形成栅极11。栅极11包括由例如铝、镁、钛、钽、锰、钙或锌之类构成的导体，其将与工艺期间随后应用的有机半导体材料一起形成肖特基结。参照图3，接着在衬底10上形成源极12和漏极13。源极12和漏极13由例如铜、金、银、镍、铂、导电聚合物厚膜、导电聚合物、碳基材料或钨之类的材料构成，其将在自身和随后应用的有机半导体材料之间产生欧姆接触。
现在参照图4，接着应用有机半导体材料14与栅极11、源极12和漏极13的至少一些部分接触(在该步骤之前最好是处理栅极11(以化学方法或通过其它工艺)去除可能在其上形成的任何氧化物或其它污染物)。由此，栅极11和有机半导体材料14形成了肖特基结23，同时在有机半导体材料14和源极12和漏极13中的每一个之间形成欧姆接触。通常设置至每个电极11、12和13的导电路径以便于实现所需功能。在所述实施例中，这通过保留暴露的一部分对源极12和漏极13部分实现。由此，在使用期间，根据对现有技术和所得MESFET器件的理解，耗尽区16将距栅极11最近。
通过使用至少一个印刷工艺可以形成上述任何元件(电极11、12和13和有机半导体材料14)。例如，可以使用接触印刷工艺(包括但不限于印戳印刷、丝网印刷、曲面印刷和微接触印刷)和非接触印刷工艺(包括但不限于墨喷、静电、激光转换和微分配)印刷如介绍指出的材料。根据材料形式和所用的载体，可以使用采用自然干燥和/或固化步骤确保所需的粘结性和机械完整性。
典型的器件具有几微米(根据特定材料、淀积工艺和层的数量)的总厚度，并可以具有几微米到一千或更大微米范围的轨迹(footprint)。尽管具有这样的尺寸，当在柔性衬底上形成时，即使在使用期间被弯折，最终的器件也能维持正常的功能(当然，在某个点衬底的过度弯曲会破坏器件的许多组成元件中的一个或多个的连续性)。
参照图5，在另一实施例中，衬底10包括印刷布线板衬底(例如FR4)。这种衬底10包括金属化表面17。参照图6，使用常见的蚀刻技术可以形成栅极焊盘18、源极19和漏极20。当金属化层17包括铜(通常是这样)时，可以认为完成了源极19和漏极20。但是这种材料不足以实现栅极18的肖特基结。在这种情况中，在图7所示的栅极焊盘18上淀积上述的用于栅极的适当材料21。参照图8，如前述那样再次淀积有机半导体材料22以再次生成最终的MESFET。如上所述，如果需要，使用印刷技术设置补充的栅材料21和有机半导体材料22。
作为上述实施例的替换方法，参照图9，当最初选择性蚀刻有机金属化层17时，仅需要形成源极19和漏极20，而不是形成源极19、漏极20和栅极焊盘18。接着如图10所示，如上所述在衬底10上形成适当材料的栅极11。工艺如上所述继续进行。
作为上述实施例的替换方法，当最初选择性蚀刻有机金属化层17时，仅需要形成栅极11，而不是形成源极19、漏极20和栅极焊盘18，在图2所示的结构再次为示例性的。接着如图10所示，如上所述在衬底10上形成适当材料的源极19和漏极20。工艺如上所述继续进行。
上述实施例呈现了以特定次序层叠的各个元件。即，半导体材料14位于在衬底10上的各个电极11、12和13之上。但是，其它排序也是可以和可接受的。例如，参照图11，该层叠可以反过来，从而电极11、12和13位于半导体材料14上，而半导体材料14位于衬底10上。
与上述工艺和实施例相容可以使用广泛多样的材料。而且，可以变化工艺参数的宽广范围，包括器件尺寸和组成元件的尺寸，以适合广泛多样应用的需要。本领域技术人员将认识到根据上述实施例不脱离发明的精神和范围可以做出广泛多样的改进、替换和组合，并且认为这些改进、替换和组合在发明原理的范围内。

Claims (25)

1.一种器件，其包括：
-衬底；
-布置在所述衬底上的第一电极；
-有机半导体层，其布置在第一电极的至少一部分上，使得在第一电极和所述有机半导体层之间不存在插入电介质，其中，第一电极和有机半导体层之间的界面包括肖特基结栅。
2.如权利要求1的器件，其中，所述衬底包括柔性衬底。
3.如权利要求1的器件，其中，所述衬底包括刚性衬底。
4.如权利要求1的器件，其中，印刷第一电极和所述有机半导体层中的至少之一。
5.如权利要求1的器件，其中，该器件包括MESFET。
6.如权利要求1的器件，还包括布置在所述衬底上的第二和第三电极，其中，在第二电极和第三电极的至少一部分上还布置半导体层。
7.如权利要求6的器件，其中，第二电极和第三电极与半导体层形成欧姆接触。
8.如权利要求1的器件，其中，由第一材料构成第一电极，由不同材料构成第二和第三电极。
9.如权利要求8的器件，其中，第一材料包括铝、镁、钛、钽、锰、钙和锌之一。
10.如权利要求8的器件，其中，所述不同材料包括铜、金、银、镍、铂、导电聚合物厚膜、导电聚合物、碳基材料和钨中的至少之一。
11.一种MESFET，其包括：
-衬底；
-有机半导体层；
-印刷在所述衬底上的栅极，其中，该栅极至少部分地与所述有机半导体层接触，且所述栅极由具有选择成使栅极和有机半导体层之间的界面包括肖特基结的功函数的材料构成；
-在所述衬底上印刷的漏极，其中，漏极至少部分地与所述有机半导体层接触，且所述漏极由使该漏极和所述有机半导体层之间的界面包括欧姆接触的材料构成；
-在所述衬底上印刷的源极，其中，所述源极至少部分地与所述有机半导体层接触，且该源极由使源极和所述有机半导体层之间的界面包括欧姆接触的材料构成。
12.如权利要求11的MESFET，其中，所述漏极和源极由相同的材料构成。
13.如权利要求11的MESFET，其中，所述栅极由铝、镁、钛、钽、锰、钙和锌中的之一构成。
14.如权利要求11的MESFET，其中，第二和第三电极由铜、金、银、镍、铂、导电聚合物厚膜、导电聚合物、碳基材料和钨中的至少之一构成。
15.如权利要求11的MESFET，其中，所述衬底包括柔性衬底。
16.一种形成MESFET的方法，该方法包括：
-提供衬底；
-在该衬底上形成栅极；
-在该衬底上形成漏极和源极；
-在所述栅极、漏极和源极的至少一部分上形成有机半导体层，从而与栅极形成肖特基结，并且在下述之间形成欧姆接触：
在所述有机半导体和漏极之间；和
在所述有机半导体和源极之间。
17.如权利要求16的方法，其中，形成栅极、形成漏极和源极、以及形成有机半导体层中的至少之一包括印刷。
18.如权利要求17的方法，其中，所述印刷包括非接触印刷。
19.如权利要求18的方法，其中，所述非接触印刷包括墨喷、静电、激光转换和微分配中的至少之一。
20.如权利要求17的方法，其中，所述印刷包括接触印刷。
21.如权利要求20的方法，其中，所述接触印刷包括印戳印刷、丝网印刷、曲面印刷和微接触印刷中的至少之一。
22.如权利要求17的方法，其中，所述印刷包括接触和非接触印刷。
23.如权利要求17的方法，其中，通过印刷形成所述栅极、漏极、源极和有机半导体层中的每一个。
24.如权利要求16的方法，其中，提供衬底包括提供柔性衬底。
25.如权利要求16的方法，其中，提供衬底包括提供刚性的衬底。
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