CN101542698A - 电极覆盖材料、电极结构和半导体装置 - Google Patents

电极覆盖材料、电极结构和半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电极覆盖材料、一种电极结构和一种半导体装置，该半导体装置由场效应晶体管构成，该场效应晶体管具有栅极(13)、栅绝缘层(14)、由有机半导体材料层构成的通道形成区域(16)、和由金属制成的源极/漏极(15)。该源极/漏极(15)在其与构成所述通道形成区域(16)的有机半导体材料层所接触的部分用电极覆盖材料(21)所覆盖。由于该电极覆盖材料(21)由具有可结合至金属离子的官能团和结合至由金属制成的源极/漏极(15)的官能团的有机分子构成，所以获得了低接触电阻和高迁移率。

Description

电极覆盖材料、电极结构和半导体装置
技术领域
本发明涉及电极覆盖材料、电极结构和半导体装置。
背景技术
在由传统硅半导体基板等制造半导体的情况下，使用了光刻技术和许多薄膜形成技术。然而，这些制造技术复杂，且制造半导体装置花费长的时间，因此，对于降低半导体的制造成本出现了一系列困难。现有的半导体装置是所谓的块型(bulk)，因此使他们很难应用于要求柔性和塑性的场合。
为了提供替代基于传统硅半导体基板等的半导体装置的电子装置(例如，场效应晶体管(FET))，对于使用导电高分子材料的装置的深入的研究与开发已经取得了进展。结果，现在正在开发柔性的且廉价的塑性电子仪器的新领域。已知一种所谓的有机场效应晶体管，其通道形成区域由有机半导体材料层构成，诸如由例如日本专利公开第Hei 10-270712号和日本专利公开第2000-269515号所公开的。
发明内容
在这些日本公开专利申请所披露的技术中，形成通道形成区域的有机半导体材料层与由金属制成的源极/漏极直接接触。在如上所述这样的结构中，在金属与有机半导体材料层之间的界面的电子传递伴有相当大的能量损失。更特别地，在金属与有机半导体材料层的接合界面的电子传递很大程度受其中存在自由电子的金属界面、具有量子化的空间的有机半导体材料层的界面、以及在结合界面上它们之间的距离与方向上的差异的影响，因此在现有情况下效率非常低。结果，存在接触电阻大且迁移率低的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种能够获得低的接触电阻值的电极覆盖材料、电极结构、和能够实现低接触电阻以及高迁移率的半导体装置。
根据用于实现上述目的的本发明的第一至第四实施方式的半导体装置由场效应晶体管构成，其包括栅极、栅绝缘层、由有机半导体材料层构成的通道形成区域、以及由金属制成的源极/漏极构成，其中，该源极/漏极在其与用作通道形成区域的有机半导体材料层所接触的部分用电极覆盖材料所覆盖。根据用于实现上述目的的本发明的第一至第四实施方式的电极结构由电极和覆盖该电极表面的电极覆盖材料构成。
根据用于实现上述目的的本发明的第一实施方式的电极覆盖材料、在根据本发明的第一实施方式的半导体装置中使用的电极覆盖材料、以及在根据本发明的第一实施方式的电极结构中使用的电极覆盖材料的特征在于，由式(1)表示的有机分子制成，其中，式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极(或源极/漏极)的表面。
根据用于实现上述目的的本发明的第二实施方式的电极覆盖材料、在根据本发明的第二实施方式的半导体装置中使用的电极覆盖材料、以及在根据本发明的第二实施方式的电极结构中使用的电极覆盖材料的特征在于，由式(1)表示的有机分子制成，其中，式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极(或源极/漏极)的表面，并且将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物。
更特别地，在根据本发明的第二实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第二实施方式的半导体装置以及根据本发明的第二实施方式的电极结构(往往可将这些全部统称为本发明第二实施方式)中，
-式(1)中的氮原子结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R1结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子和官能团R1结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R1和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物。
此外，根据用于实现上述目的的本发明的第三实施方式的电极覆盖材料、在根据本发明的第三实施方式的半导体装置中使用的电极覆盖材料、以及在根据本发明的第三实施方式的电极结构中使用的电极覆盖材料的特征在于，由第一有机分子和第二有机分子制成，其中，第一有机分子由式(1)表示的有机分子构成，且第二有机分子由式(6)表示的有机分子构成，式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极(或源极/漏极)的表面，将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，将选自由式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，和/或将选自由式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物。
更特别地，在根据本发明的第三实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第三实施方式的半导体装置以及根据本发明的第三实施方式的电极结构(往往可将这些全部统称为本发明第三实施方式)中，
-式(1)中的氮原子结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R1结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子和官能团R1结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的官能团R1和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′1结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的与官能团R′1相邻的氮原子(为了方便，以下称相邻氮原子A)结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′1和官能团R′2结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′1和相邻氮原子A结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′2和相邻氮原子A结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和相邻氮原子A结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′3结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′4结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的与官能团R′3相邻的氮原子(为了方便，以下称相邻氮原子B)结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′3和官能团R′4结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′3和相邻氮原子B结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′4和相邻氮原子B结合至金属离子，以形成螯合物，或
-式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和相邻氮原子B结合至金属离子，以形成螯合物。
应注意，由于将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，且这种金属离子与选自由式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项结合在一起，以形成螯合物，所以，第一有机分子与第二有机分子连接在一起。此外，将选自由式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，且这种金属离子与选自由式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子组成的组的至少一项结合在一起，以形成螯合物，结果，第二有机分子与另一种第二有机分子连接在一起，从而使该第二有机分子的连接体进行伸长。
根据用于实现上述目的的本发明的第四实施方式的电极覆盖材料、在根据本发明的第四实施方式的半导体装置中使用的电极覆盖材料、以及在根据本发明的第四实施方式的电极结构中使用的电极覆盖材料的特征在于，其由具有能够结合金属离子的官能团和结合由金属制成的电极(或源极/漏极)的官能团的有机分子构成。应注意，在根据本发明的第四实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第四实施方式的半导体装置以及根据本发明的第四实施方式的电极结构(往往可将这些全部统称为本发明第四实施方式)中，该实施方式可被配置为，使能够与金属离子结合的官能团与金属离子结合在一起，以形成螯合物，或能够与金属离子结合的官能团由吡啶或其衍生物、联吡啶或其衍生物或者三联吡啶或其衍生物制成，且结合至由金属制成的电极(或源极/漏极)的官能团可由巯基、羧基、氰基、异氰基、氰硫基、氨基、硅烷醇基、羟基、吡啶、噻吩等构成。此外，能够与金属离子结合的官能团包括基于氮原子、硫原子或氧原子的单齿配位体、二齿配位体或三齿配位体，诸如吡啶基、低聚吡啶基、苯硫基、二巯基、草酰基等。
(化学式1)
(化学式2)
Figure A20078004351700401
然而，在这点上，
-式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，
-式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，
-式(1)中的R1为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，
-式(1)中的R2为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，
-Z1是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-Z2是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-Z3是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-Z4是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-Z5是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-Z6是以下式(5-1)～(5-18)中的任意，
-式(6)中的X′为式(7-1)～(7-13)中的任意，
-式(6)中的R′1为以下式(8-1)～(8-19)中的任意，
-式(6)中的R′2为以下式(8-1)～(8-19)中的任意，
-式(6)中的R′3为以下式(8-1)～(8-19)中的任意，
-式(6)中的R′4为以下式(8-1)～(8-19)中的任意，
-Z′1为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，
-Z′2为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，
-Z′3为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，
-Z′4为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，
-Z′5为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，
-Z′6为以下式(9-1)～(9-18)中的任意，以及
-n和m为1以上的整数。
(化学式3)
Figure A20078004351700411
(化学式4)
HS-(3-1)         HOOC-(3-2)    H2N-(3-3)
HOSi-(3-4)       -S-(3-5)      NC-(3-6)
OCN-(3-7)        NCS-(3-8)     HO-(3-9)
Figure A20078004351700412
(化学式5)
Figure A20078004351700421
(化学式6)
-H               (5-1)   -F           (5-2)  -Cl         (5-3)
-Br              (5-4)   -I           (5-5)  -CH3        (5-6)
-(CH2)mCH3       (5-7)   -OCH3        (5-8)  -O(CH2)mCH3 (5-9)
-COOH            (5-10)  -(C＝O)H     (5-11) -(C＝O)CH3  (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3 (5-13)  -(C＝O)OCH3  (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3(5-15)  -C6H5        (5-16)
-(C＝O)C6H5      (5-17)  -(C＝O)OC6H5 (5-18)
(化学式7)
Figure A20078004351700431
(化学式8)
(化学式9)
-H                 (9-1)   -F           (9-2)      -Cl         (9-3)
-Br                (9-4)   -I           (9-5)      -CH3        (9-6)
-(CH2)mCH3         (9-7)   -OCH3        (9-8)      -O(CH2)mCH3 (9-9)
-COOH              (9-10)  -(C＝O)H     (9-11)     -(C＝O)CH3  (9-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (9-13)  -(C＝O)OCH3  (9-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (9-15)  -C6H5        (9-16)
-(C＝O)C6H5        (9-17)  -(C＝O)OC6H5 (9-18)
可选地，式(1)中的X可由π共轭体系或σ共轭体系构成的分子结构，且π共轭体系的具体实例包括基于碳的不饱和基团，诸如苯基、乙烯基(乙炔基)等。σ共轭体系包括硫化物基团、二硫化物基团、甲硅烷基团等。此外，还可以使用π共轭体系与σ共轭体系的复合体系。
应注意，从提供的有机分子为刚性π共轭结构的观点来看，式(1)中的X除相对于两侧的结合位置旋转之外不具有其他自由度应该是有利的。
在本发明的第二、第三或第四实施方式中，从广泛的方面来说，作为金属离子的金属包括碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属等，具体实例包括铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、钛(Ti)、锌(Zn)、镁(Mg)和锰(Mn)。
在本发明的第一至第四实施方式中(一般可将其简称为本发明)，作为用电极覆盖材料来覆盖电极(或源极/漏极)表面的方法，可以提及这样的方法，其中，使用能够结合至电极(或源极/漏极)表面的具有取代基(诸如，例如，巯基)的官能团Y，在电极(或源极/漏极)表面上形成了由电极覆盖材料制成的层，其为自组装单层。可选地，可以提及这样的方法，其中，在电极(或源极/漏极)表面与官能团Y之间结合之后，通过浸入到金属离子的溶液中，而形成螯合物。
在本发明的实际情况中，作为用于电极或源极/漏极的金属，可提及的有，诸如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Yi)、铟(In)、锡(Sn)等的金属，或包含这些金属元素的合金，由这些金属制成的导电颗粒，以及含有这些金属的合金的导电颗粒。该源极/漏极可被形成为包括含有这些元素的层的层压结构。应注意，在根据本发明的第一至第四实施方式的半导体装置中，用于栅极和各种配线的材料，除了这些材料之外，还包括诸如含杂质的多晶硅的导电材料、诸如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]的有机材料(导电聚合物)、及碳材料。用于源极/漏极、栅极和各种配线的材料可以彼此相同或不同。
作为形成源极/漏极、栅极和配线的方法，尽管取决于用于其的构成材料的种类，但可以提及的有，物理气相沉积法(PVD法)；各种化学气相沉积法(CVD法)，包括MOCVD法；旋涂法；各种印刷方法，包括丝网印刷法、喷墨印刷法、胶印法、凹版印刷法等；各种涂布方法，诸如气刀涂布机法、刮板涂布机法(blade coatermethod)、棒式涂布机法、刮刀涂布机法(knife coater method)、挤压式涂布机法、逆转辊涂布机法、转送辊涂布机法、凹版涂布机法、吻合式涂布机法、流延涂布机法、喷涂机法、毛细管涂布机法(capillary coater method)、滑动喷嘴涂布机法(slid orifice coatermethod)、压延涂布机法、浸渍法等；冲压法(stamping method)；剥离方法(lift-off method)；蚀刻法；遮蔽掩模法；镀方法诸如电镀法、化学镀法和它们的组合；以及，如果需要的话，喷涂法以及其与图案形成技术的组合的任意。应注意，作为PVD法，可提及的是，(a)各种真空沉积法，诸如电子束加热法、电阻加热法、闪速沉积法(flash deposition method)等，(b)等离子体沉积法，(c)各种溅射法，诸如双极溅射法(bipolar sputtering method)、DC溅射法、DC磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、离子束溅射法、偏压溅射法等，以及(d)各种离子镀方法，诸如DC(直流)法、RF法、多阴极法、活化反应法(activation reaction method)、电场沉积法、高频离子镀法、反应离子镀法等。
用于栅绝缘层的材料不仅包括例如硅氧化物材料、硅氮化物(SiNY)和金属氧化物高介电常数绝缘膜的无机绝缘材料，而且包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)的有机绝缘材料，且还可以使用它们的组合。应注意，硅氧化物材料包括，例如，硅氧化物(SiOx)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)、及低介电常数SiO2材料(例如，聚芳基醚、环全氟化碳聚合物和苯并环丁烯、环状氟树脂、聚四氟乙烯、氟代芳基醚、氟代聚酰亚胺、无定形碳、以及有机SOG)。
形成该栅绝缘层的方法为前述各种PVD法；各种CVD法；旋涂法；前述各种印刷方法；前述各种涂布方法；浸渍法；铸造法；和喷涂法中的任意。可选地，栅绝缘层可以通过氧化或氮化栅极表面而形成，或通过在该栅极表面上形成氧化物膜或氮化物膜而获得。对于栅极表面的氧化，可提及例如使用O2等离子体的氧化方法或阳极化方法，但取决于用于该栅极的材料。还可选地，对于栅极表面的氮化，例如有使用N2等离子体的氮化方法，但取决于用于该栅极的材料。还可选地，例如，对于Au电极，可通过诸如浸渍方法的方法、用具有能够化学结合至栅极的官能团的绝缘分子(例如在一个末端用巯基(mercapto)进行修饰的直链烃)自组装地覆盖该栅极表面，而在栅极上形成栅绝缘层。
源极/漏极与形成通道形成区域的有机半导体材料层相接触的部分用电极覆盖材料覆盖，且更特别地，至少源极/漏极的侧面用电极覆盖材料覆盖。该源极/漏极也可用电极覆盖材料在其侧面和顶面进行覆盖。可选地，可以该源极/漏极的侧面用电极覆盖材料覆盖，而该源极/漏极的顶面用形成如下文将要描述的绝缘膜的绝缘材料覆盖。
用于作为通道形成区域的有机半导体材料层的有机半导体材料由有机半导体分子制成，该有机半导体分子具有共轭键，并优选在分子的相对终端具有巯基(-SH)、氨基(-NH2)、异氰基(-NC)、氰基(-CN)、硫代乙酰氧基(-SCOCH3)或羧基(-COOH)。
更特别地，用于形成用作通道形成区域的有机半导体材料层的有机半导体材料包括并五苯及其衍生物(TIPS-并五苯等)、并四苯及其衍生物(红荧烯(rubrene)、六丙基并四苯)、P3HT、PQT、F8T2、结构式(11)的4，4′-二巯基联苯(BPDT)、结构式(12)的4，4′-二异氰基联苯基、结构式(13)的4，4′-二异氰基-p-三联苯、结构式(14)的2，5-双(5′-硫代乙酰基-2′-苯硫基)噻吩、结构式(15)的4，4′-二异氰基苯基、结构式(16)的联苯胺(联苯基-4，4′-二胺)、结构式(17)的TCNQ(四氰基对醌二甲烷)、结构式(18)的联苯-4，4′-二羧酸、结构式(19)的1，4-二(4-苯硫基乙炔基)-2-乙苯、以及1，4-二(4-异氰苯基乙炔基)-2-乙苯。
结构式(11)：4，4′-二巯基联苯
[化学式10]
Figure A20078004351700491
结构式(12)：4，4′-二异氰基联苯基
[化学式11]
Figure A20078004351700492
结构式(13)：4，4′-二异氰基-p-三联苯
[化学式12]
Figure A20078004351700493
结构式(14)：2，5-双(5′-硫代乙酰基-2′-苯硫基)噻吩
[化学式13]
结构式(15)：4，4′-二异氰基苯基
[化学式14]
Figure A20078004351700495
结构式(16)：联苯胺(联苯基-4，4′-二胺)
[化学式15]
结构式(17)：TCNQ(四氰基对醌二甲烷)
[化学式16]
结构式(18)：联苯-4，4′-二羧酸
[化学式17]
Figure A20078004351700503
结构式(19)：1，4-二(4-苯硫基乙炔基)-2-乙苯
[化学式18]
Figure A20078004351700504
结构式(20)：1，4-二(4-异氰苯基乙炔基)-2-乙苯
[化学式19]
Figure A20078004351700511
作为有机半导体分子，可以使用由结构式(21)表示的树形化合物(dendrimer)。
结构式(21)：树形化合物
[化学式20]
Figure A20078004351700512
可选地，由结构式(22)表示的有机分子也可被用作半导体材料。应注意，结构式(22)中的“X”表示式(23-1)、(23-2)、(23-3)和(23-4)中的任意，结构式(22)中的“Y1”和“Y2”分别表示式(24-1)至(24-9)中的任意，且“Z1”、“Z2”、“Z3”和“Z4”分别表示式(25-1)至(25-11)中的任意。“n”的值为0或正整数。X是一个这样的基团，其中由式(23-1)、(23-2)、(23-3)和(23-4)中的任意所表示的一个或多个单元被重复结合在一起，其中包括不同单元的重复。然而，侧链Z1、Z2、Z3和Z4可在重复过程中变为不同的基团。
[化学式21]
Y1-X-Y2            (22)
[化学式22]
Figure A20078004351700521
[化学式23]
-SH              (24-1)    -NH2              (24-2)        -COOH       (24-3)
-CN              (24-4)    -NC               (24-5)        -SCOCH3     (24-6)
Figure A20078004351700522
                -NCS             (24-8)         -SCN       (24-9)
[化学式24]
-H               (25-1)    -F                (25-2)        -Cl         (25-3)
-Br              (25-4)    -I                (25-5)        -(CH2)nCH3  (25-6)
-O(CH2)nCH3      (25-7)    -(C＝O)(CH2)nCH3  (25-8)
-(C＝O)O(CH2)nCH3(25-9)
-NH2             (25-10)   -NO2              (25-11)
应注意，可以基于CVD法、模压法、真空沉积法、涂布法、旋涂法、喷墨法、浸渍法等而形成有机半导体材料层。按这种方式，可以基于π共轭络合物、π共轭络合物的低聚物或π共轭络合物的高聚物而形成的单层或多层有机半导体材料层。该有机半导体材料层的厚度可以几十个nm～几个μm的范围进行举例说明。
对于该半导体装置的具体配置与结构，其中，该半导体装置由底栅/底接触型场效应晶体管(FET)构成，该底栅/底接触型场效应晶体管包括：
(A)在支持体上形成的栅极，
(B)在栅极上形成的栅绝缘层，
(C)在栅绝缘层上形成的源极/漏极，以及
(D)在栅绝缘层上、在源极/漏极之间形成的通道形成区域。
可选地，在半导体装置由顶栅/底接触型场效应晶体管(FET)构成的情况下，该顶栅/底接触型场效应晶体管包括：
(A)在支持体上形成的源极/漏极，
(B)在支持体上、在源极/漏极之间形成的通道形成区域，
(C)在通道形成区域上形成的栅绝缘层，以及
(D)在栅绝缘层上形成的栅极。
作为支持体，可提及的是，各种玻璃基板、在其表面上形成有绝缘膜的各种玻璃基板、石英基板、在其表面上形成有绝缘膜的石英基板、以及在其表面上形成有绝缘膜的硅基板。可选地，作为支持体还可提及有机聚合物(以聚合物材料的形式，例如，由聚合物材料制成的柔性塑料膜、塑料板和塑料基板)，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺、聚碳酸酯、和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；以及云母。如果使用如上述的这种柔性聚合物材料构成支持体，可以将所得到的半导体装置组装或集成至例如具有弯曲形状的显示装置和电子装置。此外，也可以提及其他的导电性基板(金属诸如金，以及由高度取向的石墨制成的基板)作为支持体。依赖于该半导体装置的设置与结构，将该半导体装置置于支持体构件上，且这样的支持体构件也可以由如上所述的材料构成。这里，例如，绝缘膜由诸如含硅材料(SiOx、SiNy等)、氧化铝、金属氧化物、金属盐等的绝缘体，或诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等的有机聚合物制成。尽管该支持体表面平滑是有利的，但是如果具有不会导致有机半导体材料层的导电性的粗糙度，也不会有问题。
取决于用于支持体的材料，该有机半导体材料层在其稳定性方面可能受到不利影响。在这种情况下，优选通过硅偶联法在支持体表面上形成硅烷醇衍生物作为粘结层，或根据CVD方法等形成用作绝缘体的金属盐/金属络合物薄膜。
通道形成区域由有机半导体材料层形成，在一些情况下，可在该有机半导体材料层中包含导体或半导体的微细颗粒。换言之，该通道形成区域可由导体或半导体制成的微细颗粒以及与这些微细颗粒相结合的有机半导体分子而构成。更特别地，优选在有机半导体分子的末端的官能团化学地结合至微细颗粒。此外，更优选地，该有机半导体分子与微细颗粒通过有机半导体分子在其两端的官能团而化学地(交互地)相互结合，从而建立了网状的导电通路。该三维网状导电通路可通过微细颗粒与有机半导体分子的结合体的单层而形成，或通过微细颗粒与有机半导体分子的结合体的层压结构形成。通过这样的网状导电通路的形成，沿有机半导体分子的主链、在分子的轴向方向上，主要发生了在导电通路内的电荷运动，从而得到这样的结构，其中，在导电通路中没有分子之间的电子运动。结果，不存在由于分子之间的电子运动而造成的对迁移率的限制，该限制在使用有机半导体材料的传统半导体装置中造成了低的迁移率。相比之下，由于可以在最大程度上利用在分子的轴向方向的迁移率，例如，基于非定域的π电子的高迁移率，所以可以实现这种至今未有的高迁移率。
作为导体，该微细颗粒由诸如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铁(Fe)的金属或这些金属制成的合金而制成，或作为半导体，该微细颗粒由硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、氧化钛(TiO2)或硅(Si)而制成。
将注意到，导体的微细颗粒是指那些由其体积电阻为不大于10-4Ω·m(10-2Ω·cm)的数量级的材料制成的微细颗粒。半导体的微细颗粒是其体积电阻为10-4Ω·m(10-2Ω·cm)～1012Ω·m(1014Ω·cm)的数量级的颗粒。微细颗粒的平均粒径RAVE的范围为5.0×10-10m≤RAVE，优选5.0×10-10m≤RAVE≤1.0×10-6m且更优选5.0×10-10m≤RAVE≤1.0×10-8m。该微细颗粒的形状可以是球形，但不限于此。此外，可以提及的有，例如，三角形、四面体、立方体、长方体、圆锥、圆筒柱(棒)、三角柱、纤维、马勃科菌状(fuzzball-shaped)纤维等的形式。应注意，非球形的形式的微细颗粒的平均粒径RAVE按这样的方式提供：假设非球形颗粒的微细颗粒所测量的体积等于具有某体积的球形，则将这种球形的直径的平均值看作是该微细颗粒的平均粒径RAVE。该微细颗粒的平均粒径RAVE可通过测量所观察的微细颗粒的粒径而获得，例如，通过透射电子显微镜(TEM)。
在将本发明的半导体装置应用至或用作显示装置或各种类型的电子装置的情况下，可将多个半导体装置集成在支持体上以提供单片式集成电路，或可切断半导体装置而单独地用作分离的部件。可选地，半导体装置可用树脂密封。
应注意，在本发明的实际情况中，表示结合至由金属制成的电极的表面的电极覆盖材料的化学式(即，在结合至由金属制成的电极的表面之前的电极覆盖材料)与表示已结合至由金属制成的电极的表面之后的电极覆盖材料的化学式有时可能由于电极覆盖材料与电极表面的结合而相互不同。在这种情况下，前述各式指出了表示在结合至由金属制成的电极的表面之前的电极覆盖材料的化学式。
在本发明中，无机物与有机物之间的中间化合物，例如，有机-无机混合化合物(其具有刚性π共轭体系)，被用作电极覆盖材料，且该电极覆盖材料直接结合至电极(或源极/漏极)，或者，例如，用于有机半导体材料层的有机半导体材料与源极/漏极通过电极覆盖材料而结合，所以，在形成半导体材料层的有机半导体材料与源极/漏极之间的电子传递变得容易。最终，可在半导体装置中实现例如高迁移率和低接触电阻。
在金属离子与有机配体之间的络合物形成反应中，当两者适当结合时，金属-配位体结合能以高几率形成。尤其，当该具有两个以上能够并列地(coordinate)与金属离子结合的官能团的有机配体与金属离子相互反应时，进行连续反应，使得可以形成高分子量络合物，其中，金属离子在主链上被设置成直线形。
应注意，在将有机分子提供为电子传递介质的情况下，已知电子传递的效率为烷烃分子(σ键)＜烯烃/炔烃分子(π键)。而且，当向其中加入具有有机金属离子类(d-π键)的烯烃/炔烃化合物组时，可确定σ键＜π键＜＜d-π键，因此，从电子传递容易的角度来说，与d-π键结合的分子组是最合适的。
附图说明
[图1]图1的(A)和(B)分别是实施例1的半导体装置的示意图、局部截面图，图1的(C)是实施例1的半导体装置的通道形成区域及其邻近的概念图。
[图2]图2是实施例2的半导体装置的示意图、局部截面图。
[图3]图3的(A)和(B)分别是实施例3和实施例4的半导体装置的通道形成区域及其邻近的概念图。
[图4]图4是示出了在实施例4中的π共轭离子聚合物的合成方案。
[图5]图5是示出了实施例1和实施例3的底栅/底接触型TFT原型(prototype)的迁移率与通道长度之间的相互关系的曲线图。
具体实施方式
现在，基于实施例并参考附图对本发明进行说明。
(实施例1)
实施例1涉及根据本发明的第一实施方式的电极覆盖材料，根据本发明的第一实施方式的电极结构和根据本发明的第一实施方式的半导体装置。实施例1的半导体装置，或下文出现的实施例2～实施例4的半导体装置由场效应晶体管构成，该场效应晶体管包括栅极13、栅绝缘层14、由有机半导体材料层17构成的通道形成区域16、和由金属制成的源极/漏极15。且该源极/漏极15在其与形成通道形成区域16的有机半导体材料层17相接触的部分被电极覆盖材料21、121、221覆盖。实施例1或下文出现的实施例2～实施例4的电极结构由电极15、覆盖电极15表面的电极覆盖材料21、121、221构成。
更具体地，实施例1的半导体装置由底栅/底接触型场效应晶体管(FET)构成，且更具体地，由薄膜晶体管(TFT)构成。如作为示意性局部截面图的图1的(B)中所示，该底栅/底接触型TFT包括，
(A)在支持体10上形成的栅极13，
(B)在栅极13上形成的栅绝缘层14，
(C)在栅绝缘层14上形成的源极/漏极15，以及
(D)设置于源极/漏极15之间、栅绝缘层14上的通道形成区域16。
且该电极覆盖材料21由式(1)表示的有机分子制成，其中，官能团Y结合至由金属制成的电极15(或源极/漏极15)的表面。
这里，在实施例1中，式(1)中的X为无，式(1)中的Y是式(3-1)，即，“-SH”，式(1)中的R1和R2分别是式(4-1)，且Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别是式(5-1)，即，“-H”。更具体地，该电极覆盖材料21由式(31)表示的有机分子(三巯基吡啶)制成。应注意，结合至由金属制成的电极的表面之后的电极覆盖材料，从式(31)的“-SH”中消去了“H”，得到“-S-”。
(化学式25)
Figure A20078004351700591
此外，栅极13由铝(Al)层制成，栅绝缘层14由SiO2形成，源极/漏极15由金(Au)层制成，而通道形成区域16由并五苯制成。通道形成区域16及其邻近的概念图示于图1的(C)中，其中，源极/漏极15的表面被电极覆盖材料21所覆盖。应注意，在图1的(C)中，由式(31)表示的有机分子图示为圆。
现在，将在以下描述实施例1的半导体装置的制造方法的概要。
[步骤-100]
首先，在支持体10上形成栅极13。更具体地，基于光刻技术，在绝缘膜12上形成抗蚀层(未示出)，其中移除了要形成栅极13的部分，该绝缘膜已经在玻璃基板11的表面上形成并且由SiO2制成。此后，根据真空沉积方法，在整个表面上连续地形成了作为粘结层的0.5nm厚的铬(Cr)层(未示出)和作为栅极13的25nm厚的铝(Al)层，之后移除抗蚀层。以这种方式，可基于所谓的剥离法得到栅极13。
[步骤-110]
接着，在包括栅极13的支持体10上(更具体地，在玻璃基板11的表面上形成的绝缘膜12上)形成栅绝缘层14。更具体地，基于溅射法，在栅极13和绝缘膜12上形成了由SiO2制成的150nm厚的栅绝缘膜14。在栅绝缘层14的形成过程中，如果栅极13部分被硬掩膜覆盖，则可以不采用光刻工艺而形成栅极13的引线部分(未示出)。
[步骤-120]
在栅绝缘层14上形成由金(Au)层制成的源极/漏极15。更具体地，根据真空沉积方法，连续形成了作为粘结层的约0.5nm厚的钛(Ti)层(未示出)和作为源极/漏极15的约25nm厚的金(Au)层。在这些层的形成过程中，如果栅绝缘层14部分被硬掩膜覆盖，则可以不采用光刻工艺而形成源极/漏极15。
[步骤-130]
随后，通过使用UV臭氧发生器，在由SiO2制成的栅绝缘层14的表面上形成OH基团，接着，将整体浸入至10％的六甲基二硅氮烷(HMDS)的甲苯溶液中，以在栅绝缘层14的表面上形成HMDS单层膜，其作为在下一步骤中将要形成的有机半导体材料层17的底层。应注意，在附图中省略了对HMDS单层膜的图示说明。
[步骤-140]
随后，用电极覆盖材料21(见图1的(A))覆盖电极(源极/漏极15)表面。更具体地，通过将整体浸入至0.1mmol/L的由式(31)表示的三联吡啶二硫化物的氯仿溶液中18小时，电极(源极/漏极15)在其表面上被作为三巯基吡啶自组装单分子膜的电极覆盖材料21所覆盖。
[步骤-150]
接着，通过使用真空沉积装置，在整个表面上沉积并五苯，以形成通道形成区域16(见图1的(B))。该通道形成区域16被设置为50nm厚，其位于源极/漏极15之间，在栅绝缘层14的上面。
[步骤-160]
最后，在整个表面上形成的钝化膜(未示出)，以获得底栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)。
(实施例2)
实施例2是实施例1的变形。在实施例2中，提供的半导体装置为顶栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)。即，如作为示意性局部截面图的图2的(B)所示，提供作为实施例2的半导体装置的顶栅/底接触型TFT包括
(A)在支持体10上形成的源极/漏极15，
(B)在支持体10上、在源极/漏极15之间形成的通道形成区域16，
(C)在通道形成区域16上形成的栅绝缘层14，以及
(D)在栅绝缘层14上形成的栅极13。
而且，该源极/漏极15的表面被电极覆盖材料21所覆盖。
下面将说明实施例2的半导体装置的制造方法的概要。
[步骤-200]
首先，按照与实施例1的[步骤-120]相似的方式，在绝缘膜12上形成源极/漏极15。
[步骤-210]
接着，按照与实施例1的[步骤-130]相似的方式，在支持体(更具体地，绝缘膜12)的表面上形成HMDS的单层膜。
[步骤-220]
之后，按照与实施例1[步骤-140]相似的方式，用电极覆盖材料21覆盖电极(源极/漏极15)的表面(见图2的(A))。
[步骤-230]
接着，按照与实施例1的[步骤-150]相似的方式，在整个表面上沉积50nm厚的并五苯，以形成通道形成区域16。
[步骤-240]
随后，按照与实施例1的[步骤-110]相似的方式，在整个表面上形成栅绝缘层14，之后，按照与实施例1的[步骤-100]相似的方式，在栅绝缘层14上形成栅极13(见图2的(B))。
[步骤-250]
最后，在整个表面上形成钝化膜(未示出)，以获得顶栅/底接触型FET(具体地说，TFT)。
(实施例3)
实施例3涉及根据本发明的第二实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第二实施方式的电极结构、根据本发明的第二实施方式的半导体装置，并且还涉及根据本发明的第四实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第四实施方式的电极结构、根据本发明的第四实施方式的半导体装置。更具体地，实施例3的半导体装置由底栅/底接触型FET构成，且该底栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)具有如图1的(B)的示意性局部截面图所示的配置和结构。可选地，实施例3的该半导体装置可更具体地由顶栅/底接触型FET构成，且该顶栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)具有如图2的(B)的示意性局部截面图所示的配置和结构。因此，这里省略了实施例3的半导体装置的具体配置和结构的图示说明。
电极覆盖材料121由式(1)表示的有机分子制成，其中，官能团Y结合至由金属制成的电极15(或源极/漏极15)的表面，并且将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物。
在实施例3中，式(1)中的X为无，式(1)中的Y表示式(3-1)，即，“-SH”，式(1)中的R1和R2分别表示式(4-1)，而Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别表示式(5-1)，即，“-H”，且金属离子为铁(Fe)离子。更具体地，该电极覆盖材料121由式(32)表示的有机分子构成。式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2与金属离子结合，以形成螯合物。应注意，在电极覆盖材料121中，在结合至由金属制成的电极的表面之后，从式(32)的“-SH-”中消去了“H”，得到“-S-”。
(化学式26)
还可选地，电极覆盖材料121由具有能够与金属离子结合的官能团和与由金属制成的电极(或源极/漏极15)结合的官能团的有机分子制成。且该能够与金属离子结合的官能团与金属离子之间的结合造成了螯合物的形成。这里，能够与金属离子结合的官能团是三联吡啶，而结合至由金属制成的电极(或源极/漏极15)的官能团为巯基。
此外，栅极13由铝(Al)层制成，栅绝缘层14由SiO2形成，源极/漏极15由金(Au)层制成，而通道形成区域16由并五苯构成。通道形成区域16及其邻近概念性地示于图3的(A)中，其中，源极/漏极15的表面被电极覆盖材料121所覆盖。应注意，在图3的(A)中，由式(32)表示的有机分子图示为菱形的形式。
实施例3的半导体装置可以通过在实施例1的[步骤-140]或实施例2的[步骤-220]之后的以下处理而获得。
即，将整体用氯仿清洗，之后，将整体浸入至0.1mol/L的四氟硼酸铁(II)(Fe2+(BF4)2 -)的乙醇溶液中，保持一天，以使Fe2+离子结合至三巯基吡啶的三联吡啶部分。
除了此处理之外，可以基于实施例1或实施例2中说明的半导体装置的制造方法来制造实施例3的半导体装置，这里省略了其详细说明。
(实施例4)
实施例4涉及根据本发明的第三实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第三实施方式的电极结构、和根据本发明的第三二实施方式的半导体装置，并且还涉及根据本发明的第四实施方式的电极覆盖材料、根据本发明的第四实施方式的电极结构、和根据本发明的第四实施方式的半导体装置。更具体地，实施例4的半导体装置由底栅/底接触型FET构成。该底栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)具有如图1的(B)的示意性局部截面图所示的配置和结构。可选地，实施例4的该半导体装置可更具体地由顶栅/底接触型FET构成，且该顶栅/底接触型FET(更具体地说，TFT)具有如图2的(B)的示意性局部截面图所示的配置和结构。因此，这里省略了实施例4的半导体装置的配置和结构的详细说明。
并且，电极覆盖材料221由第一有机分子和第二有机分子制成。第一有机分子为由式(1)表示的有机分子，且第二有机分子为由式(6)表示的有机分子。式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极(或源极/漏极)的表面，将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，将选自由式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子(相邻氮原子A)组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，和/或(更具体地，在实施例4中为“和”)将选自由式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子(相邻氮原子B)组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物。
这里，式(1)中的X为无，式(1)中的Y表示式(3-1)，即，“-SH”，式(1)中的R1和R2分别表示式(4-1)，且Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别表示式(5-1)，即，“-H”，且金属离子为铁(Fe)离子。式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2与金属离子结合，以形成螯合物。即，如实施例3中的说明的，第一有机分子更具体地由式(32)表示的有机分子构成。
另一方面，式(6)中的X′表示式(7-5)(假设n＝1)，式(6)中的R′1、R′2、R′3和R′4分别表示式(8-1)，Z′1、Z′2、Z′3、Z′4、Z′5和Z′6分别表示式(9-1)，即，“-H”，且金属离子为铁(Fe)离子。式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和相邻氮原子A与金属离子结合，以形成螯合物，且式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和相邻氮原子B与金属离子结合，以形成螯合物。即，第二有机分子更具体地由式(33)表示的有机分子构成，该式在图4的右侧示出。
在实施例4中，电极覆盖材料221由具有能够结合至金属离子的官能团和能够结合至由金属制成的电极(或源极/漏极15)的官能团的有机分子制成。并且能够结合至金属离子的官能团与金属离子之间的结合造成了螯合物的形成。能够结合至金属离子的官能团是三联吡啶，且结合至由金属制成的电极(或源极/漏极15)的官能团是巯基团。
此外，栅极13由铝(Al)层制成，栅绝缘层14由SiO2制成，源极/漏极15每一个均由金(Au)层制成，而通道形成区域16由并五苯制成。通道形成区域16及其邻近的概念图示于图3的(B)中，其中，源极/漏极15的表面被电极覆盖材料221所覆盖。
首先，制备π共轭的铁聚合物{[Fe-BL1]2+·2BF4}。更具体地，当将四氟硼酸铁(II)和有机分子BL1(见图4的方案)在乙醇和氯仿的1∶1混合溶液中按1∶1的比例混合时，可得到π共轭的铁聚合物(见图4的方案中的式(33))。
实施例4的半导体装置可以通过在实施例1的[步骤-140]之后或实施例2的[步骤-220]之后进行以下处理而获得。
即，类似实施例3，首先用氯仿清洗整体，之后，将整体浸入至0.1mol/L的四氟硼酸铁(II)(Fe2+(BF4)2 -)的乙醇溶液中，保持一天，以使Fe2+离子结合至三巯基吡啶的三联吡啶部分。
接着，在用乙醇清洗之后，将该整体浸入至含有该π共轭的铁聚合物的乙醇与氯仿的1∶1混合溶液中保持15分钟，重复进行两次该操作。按这种方式，如图3的(B)所示，源极/漏极15在其表面上被电极覆盖材料221所覆盖。应注意，在图3的(B)中，由式(32)表示的第一有机分子图示为菱形的形式，而由式(33)表示的第二有机分子图示为三角形的形式。
除了上述处理之外，可以基于实施例1或实施例2中说明的半导体装置的制造方法来制造实施例4的半导体装置，这里省略了其详细说明。
在实施例1、实施例3和实施例4中，试验性地制造了底栅/底接触型TFT。应注意，在各个实施例中，制出了具有通道长度为10μm、20μm、50μm、70μm和100μm的五种TFT。在所有试验性产品中，通道宽度均设置为5.6mm。
对于接触电阻R(单位：KΩ)的平均值、迁移率μ1(单位：cm2·V-1·秒-1)的平均值和迁移率μ2(单位：cm2·V-1·秒-1)的平均值，如此获得的试验性产品的测量结果示出于以下表1中。实施例1和实施例3的底栅/底接触型TFT试验性产品迁移率和通道长度之间的相互关系(假设Vd＝-5伏特)示于图5中。应注意，在图5中，由“A”表示的黑圆示出了实施例3中的饱和区中的迁移率μ1的测量结果，由“B ”表示的黑三角示出了实施例3中的线性区中的迁移率μ2的测量结果，由“C”表示的黑圆示出了实施例1中的饱和区中的迁移率μ1的测量结果，而由“D”表示的黑三角示出了实施例1中的线性区中的迁移率μ2的测量结果。
表1
           R      μ1     μ2
实施例1    5.7    0.16    0.16
实施例3    2.4    0.22    0.23
实施例4    17     0.09    0.08
为了进行比较，通过在实施例1中省略[步骤-140]并进行接触电阻的测量(总是显示出非常高的值，30KΩ～40KΩ)的过程，试验性地制造了底栅/底接触型TFT。此外，μ1和μ2的值分别为μ1＝0.05，且μ2＝0.03。
以这种方式，当电极与由有机-无机混合化合物(π共轭配合物、π共轭配合物的低聚物或π共轭配合物的高聚物)构成的电极覆盖材料直接化学结合在一起时，在有金属制成的源极/漏极与由有机半导体材料层制成的通道形成区域之间的电子传递由于电极覆盖材料而增强，所以显著降低了接触电阻，并实现高迁移率。已经示出了共轭配合物的高聚物，通过主链的电荷的传递速度比常规有机导电高聚物的电荷传递速度更高，因此，在导电性方面的令人满意的改进得到了理论上的支持。从图5可看出，在通道长度为10μm的情况下，迁移率的降低并不明显。
上文已说明了本发明的优选实施方式，然而本发明不应局限于此。半导体装置的结构和配置、形成条件和制造条件以实施例的方式进行了描述，但可以进行适当地改变。在根据本发明获得的场效应晶体管(FET)应用于或使用于显示器装置以及各种类型的电子装置的情况下，可将多个FET集成在支持体或支持体构件上，以得到单片式集成电路，或可切断单个FET  用作分离的部件。在这些实施例中，电极仅仅作为源极/漏极而提供，但并不限于源极/漏极。本发明的电极覆盖材料可广泛应用至要求电流通过至由有机导电聚合物(导电材料)或有机半导体材料制成的层、或要求施加电压的领域的电极。
在一些情况下，电极覆盖材料由第一有机分子和第三有机分子制成。第一有机分子由如上所述的式(1)表示的有机分子构成。另一方面，第三有机分子由式(100-1)、式(100-2)或式(100-3)表示的有机分子构成。式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，将选自由式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属结合，以形成螯合物，且将选自由式(100-1)、式(100-2)或式(100-3)中的官能团Y′1、官能团Y′2、官能团Y′3、和官能团Y′4组成的组的至少一项与金属离子结合。
然而，在这点上，如前所述，式(1)中的X为式(2-1)～(2-10)中的任意或无，式(1)中的Y为式(3-1)～(3-12)中的任意，式(1)中的R1和R2分别表示式(4-1)～(4-19)中的任意，且Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别表示式(5-1)～(5-18)中的任意。另一方面，如前所述，式(100-1)、式(100-2)或式(100-3)中的X″为式(2-1)～(2-10)中的任意，式(100-1)、式(100-2)或式(100-3)中的Y′1、Y′2、Y′3和Y′4分别表示以下式(101-1)～(101-15)中的任意，W″1和W″2分别表示以下式(102-1)～(102-18)中的任意，n和m为1以上的整数。
(化学式27)
(化学式28)
-SH               (101-1)    -OH          (101-2)    -NH2        (101-3)
-COOH             (101-4)    -(C＝O)H     (101-5)    -(C＝O)CH3  (101-6)
-(C＝O)(CH2)mCH3  (101-7)    -(C＝O)OCH3  (101-8)
-(C＝O)O(CH2)mCH3 (101-9)    -C6H5        (101-10)
-(C＝O)C6H5       (101-11)   -(C＝O)OC6H5 (101-12)
Figure A20078004351700701
(化学式29)
-H                (102-1)    -F           (102-2)    -Cl         (102-3)
-Br               (102-4)    -I           (102-5)    -CH3        (102-6)
-(CH2)mCH3        (102-7)    -OCH3        (102-8)    -O(CH2)mCH3 (102-9)
-COOH             (102-10)   -(C＝O)H     (102-11)   -(C＝O)CH3  (102-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3  (102-13)   -(C＝O)OCH3  (102-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3 (102-15)   -C6H5        (102-16)
-(C＝O)C6H5       (102-17)   -(C＝O)OC6H5 (102-18)

Claims (17)

1.一种电极覆盖材料，其特征在于，由式(1)表示的有机分子构成，其中，官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，
[化学式1]
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，n和m分别为1以上的整数，
[化学式2]
Figure A2007800435170002C2
[化学式3]
HS-   (3-1)    HOOC- (3-2)     H2N- (3-3)
HOSi- (3-4)    -S-   (3-5)     NC-  (3-6)
OCN-  (3-7)    NCS-  (3-8)     HO-  (3-9)
[化学式4]
Figure A2007800435170003C2
[化学式5]
-H   (5-1)            -F  (5-2)            -Cl          (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)            -CH3         (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)      -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)     -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
一种电极覆盖材料，其特征在于，由式(1)表示的有机分子构成，其中，所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，并且选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式6]
Figure A2007800435170004C1
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式7]
Figure A2007800435170005C1
[化学式8]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170005C2
[化学式9]
Figure A2007800435170006C1
[化学式10]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl          (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3         (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
3.一种电极覆盖材料，其特征在于，由第一有机分子和第二有机分子构成，所述第一有机分子由式(1)表示的有机分子构成，所述第二有机分子由式(6)表示的有机分子构成，其中，所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，选自由所述式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，和/或选自由所述式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式11]
Figure A2007800435170007C1
其中所述式(1)中的X为式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，所述式(6)中的X′为以下式(7-1)～(7-13)中的任意，R′1、R′2、R′3和R′4分别是以下式(8-1)～(8-19)中的任意，Z′1、Z′2、Z′3、Z′4、Z′5和Z′6分别是以下式(9-1)～(9-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式12]
Figure A2007800435170008C1
[化学式13]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170008C2
[化学式14]
Figure A2007800435170009C1
[化学式15]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)
[化学式16]
Figure A2007800435170010C1
[化学式17]
Figure A2007800435170011C1
[化学式18]
-H   (9-1)            -F  (9-2)           -Cl   (9-3)
-Br  (9-4)            -I  (9-5)           -CH3  (9-6)
-(CH2)m CH3  (9-7)    -OCH3     (9-8)     -O(CH2)mCH3  (9-9)
-COOH        (9-10)   -(C＝O)H  (9-11)    -(C＝O)CH3   (9-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (9-13)    -(C＝O)OCH3   (9-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (9-15)    -C6H5         (9-16)
-(C＝O)C6H5        (9-17)    -(C＝O)OC6H5  (9-18)。
4.一种电极覆盖材料，其特征在于，由具有能够结合至金属离子的官能团和结合至由金属制成的电极的官能团的有机分子构成。
5.根据权利要求4所述的电极覆盖材料，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团结合至所述金属离子，以形成螯合物。
6.根据权利要求4所述的电极覆盖材料，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团由吡啶或其衍生物、联吡啶或其衍生物、或者三联吡啶或其衍生物构成，且结合至由金属制成的电极的所述官能团为巯基。
7.一种电极结构，包括电极和覆盖所述电极表面的电极覆盖材料，其特征在于，所述电极覆盖材料由式(1)表示的有机分子构成，且所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，
[化学式19]
Figure A2007800435170013C1
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式20]
Figure A2007800435170013C2
[化学式21]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170014C1
[化学式22]
Figure A2007800435170014C2
[化学式23]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
8.一种电极结构，包括电极和覆盖所述电极表面的电极覆盖材料，其特征在于，所述电极覆盖材料由式(1)表示的有机分子构成，其中，所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，并且选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式24]
Figure A2007800435170015C1
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式25]
Figure A2007800435170016C1
[化学式26]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
[化学式27]
Figure A2007800435170017C1
[化学式28]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)mCH3  (5-7)     -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH       (5-10)    -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
9.一种电极结构，包括电极和用于覆盖所述电极表面的电极覆盖材料，其特征在于，所述电极覆盖材料由第一有机分子和第二有机分子构成，所述第一有机分子由式(1)表示的有机分子构成，所述第二有机分子由式(6)表示的有机分子构成，其中，所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的电极的表面，选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，选自由所述式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，和/或选自由所述式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式29]
Figure A2007800435170018C1
其中所述式(1)中的X为式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，所述式(6)中的X′为以下式(7-1)～(7-13)中的任意，所述式(6)中的R′1、R′2、R′3和R′4分别是以下式(8-1)～(8-19)中的任意，Z′1、Z′2、Z′3、Z′4、Z′5和Z′6分别是以下式(9-1)～(9-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式30]
[化学式31]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170019C2
[化学式32]
Figure A2007800435170020C1
[化学式33]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC5H5  (5-18)
[化学式34]
Figure A2007800435170021C1
[化学式35]
Figure A2007800435170022C1
[化学式36]
-H   (9-1)             -F  (9-2)             -Cl   (9-3)
-Br  (9-4)             -I  (9-5)             -CH3  (9-6)
-(CH2)m CH3  (9-7)     -OCH3(9-8)            -O(CH2)mCH3  (9-9)
-COOH        (9-10)    -(C＝O)H    (9-11)    -(C＝O)CH3   (9-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (9-13)    -(C＝O)OCH3   (9-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (9-15)    -C6H5         (9-16)
-(C＝O)C6H5        (9-17)    -(C＝O)OC6H5  (9-18)。
10.一种电极结构，包括电极和用于覆盖所述电极的表面的电极覆盖材料，其特征在于，所述电极覆盖材料由具有能够结合至金属离子的官能团和结合至由金属制成的电极的官能团的有机分子构成。
11.根据权利要求10所述的电极结构，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团结合至所述金属离子，以形成螯合物。
12.根据权利要求10所述的电极结构，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团由吡啶或其衍生物、联吡啶或其衍生物、或者三联吡啶或其衍生物制成，且结合至由金属制成的电极的所述官能团为巯基。
13.一种半导体装置，包括场效应晶体管，所述场效应晶体管包括栅极、栅绝缘层、由有机半导体材料层构成的通道形成区域、和由金属制成的源极/漏极，其特征在于，所述源极/漏极在其与构成所述通道形成区域的所述有机半导体材料层所接触的部分用所述电极覆盖材料所覆盖，所述电极覆盖材料由式(1)表示的有机分子构成，其中，式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的所述源极/漏极的表面，
[化学式37]
Figure A2007800435170023C1
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式38]
Figure A2007800435170024C1
[化学式39]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170024C2
[化学式40]
Figure A2007800435170025C1
[化学式41]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)mCH3  (5-7)     -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH       (5-10)    -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
14.一种半导体装置，包括场效应晶体管，所述场效应晶体管包括栅极、栅绝缘层、由有机半导体材料层构成的通道形成区域、和由金属制成的源极/漏极，其特征在于，所述源极/漏极在其与构成所述通道形成区域的所述有机半导体材料层所接触的部分用所述电极覆盖材料所覆盖，所述电极覆盖材料由式(1)表示的有机分子构成，其中，式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的所述源极/漏极的表面，并且选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式42]
Figure A2007800435170026C1
其中所述式(1)中的X为以下式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式43]
Figure A2007800435170026C2
[化学式44]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170027C1
[化学式45]
Figure A2007800435170027C2
[化学式46]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)。
15.一种半导体装置，包括场效应晶体管，所述场效应晶体管包括栅极、栅绝缘层、由有机半导体材料层构成的通道形成区域、和由金属制成的源极/漏极，其特征在于，所述源极/漏极在其与构成所述通道形成区域的所述有机半导体材料层所接触的部分用电极覆盖材料所覆盖，所述电极覆盖材料由第一有机分子和第二有机分子构成，所述第一有机分子由式(1)表示的有机分子构成，所述第二有机分子由式(6)表示的有机分子构成，其中，所述式(1)中的官能团Y结合至由金属制成的源极/漏极的表面，选自由所述式(1)中的氮原子、官能团R1和官能团R2组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，选自由所述式(6)中的官能团R′1、官能团R′2和与官能团R′1相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，和/或选自由所述式(6)中的官能团R′3、官能团R′4和与官能团R′3相邻的氮原子组成的组的至少一项与金属离子结合，以形成螯合物，
[化学式47]
Figure A2007800435170029C1
其中所述式(1)中的X为式(2-1)～(2-10)中的任意或无，所述式(1)中的Y为以下式(3-1)～(3-12)中的任意，所述式(1)中的R1和R2分别为以下式(4-1)～(4-19)中的任意，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6分别为以下式(5-1)～(5-18)中的任意，所述式(6)中的X′为以下式(7-1)～(7-13)中的任意，所述式(6)中的R′1、R′2、R′3和R′4分别是以下式(8-1)～(8-19)中的任意，Z′1、Z′2、Z′3、Z′4、Z′5和Z′6分别是以下式(9-1)～(9-18)中的任意，且n和m为1以上的整数，
[化学式48]
[化学式49]
HS-    (3-1)    HOOC-  (3-2)    H2N-  (3-3)
HOSi-  (3-4)    -S-    (3-5)    NC-   (3-6)
OCN-   (3-7)    NCS-   (3-8)    HO-   (3-9)
Figure A2007800435170030C1
[化学式50]
Figure A2007800435170030C2
[化学式51]
-H   (5-1)            -F  (5-2)           -Cl   (5-3)
-Br  (5-4)            -I  (5-5)           -CH3  (5-6)
-(CH2)m CH3  (5-7)    -OCH3     (5-8)     -O(CH2)mCH3  (5-9)
-COOH        (5-10)   -(C＝O)H  (5-11)    -(C＝O)CH3   (5-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (5-13)    -(C＝O)OCH3   (5-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (5-15)    -C6H5         (5-16)
-(C＝O)C6H5        (5-17)    -(C＝O)OC6H5  (5-18)
[化学式52]
Figure A2007800435170031C1
[化学式53]
[化学式54]
-H   (9-1)            -F  (9-2)           -Cl   (9-3)
-Br  (9-4)            -I  (9-5)           -CH3  (9-6)
-(CH2)m CH3  (9-7)    -OCH3     (9-8)     -O(CH2)mCH3  (9-9)
-COOH        (9-10)   -(C＝O)H  (9-11)    -(C＝O)CH3   (9-12)
-(C＝O)(CH2)mCH3   (9-13)    -(C＝O)OCH3   (9-14)
-(C＝O)O(CH2)mCH3  (9-15)    -C6H5         (9-16)
-(C＝O)C6H5        (9-17)    -(C＝O)OC6H5  (9-18)。
16.一种半导体装置，包括场效应晶体管，所述场效应晶体管包括栅极、栅绝缘层、由有机半导体材料层构成的通道形成区域、和由金属制成的源极/漏极，其特征在于，所述源极/漏极在其与构成所述通道形成区域的所述有机半导体材料层所接触的部分用所述电极覆盖材料所覆盖，所述电极覆盖材料由具有能够结合至金属离子的官能团和结合至由金属制成的所述源极/漏极的官能团的有机分子构成。
17.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团与金属离子结合在一起，以形成螯合物。
18.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于，所述能够结合至金属离子的官能团为吡啶或其衍生物、联吡啶或其衍生物、或者三联吡啶或其衍生物，且结合至由金属制成的所述源极/漏极的所述官能团为巯基。
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