DE10153562A1

DE10153562A1 - Verfahren zur Verringerung des elektrischen Kontaktwiderstandes in organischen Feldeffekt-Transistoren durch Einbetten von Nanopartikeln zur Erzeugung von Feldüberhöhungen an der Grenzfläche zwischen dem Kontaktmaterial und dem organischen Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE10153562A1
Application number: DE10153562A
Authority: DE
Inventors: Hagen Klauk; Guenter Schmid
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-15
Also published as: US20030092214A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von auf organischen Halbleitermaterialien basierenden Halbleitereinrichtungen, bei denen ein elektrischer Kontaktwiderstand zwischen einem ersten Körper (1) und einem zweiten Körper (2), von denen einer aus einem organischen Halbleitermaterial und der andere aus einem Kontaktmaterial besteht, durch Einbetten von Nanopartikeln (4) an einer Kontaktfläche (3) zwischen den beiden Körpern minimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die mindestens eine Kontaktfläche zwischen mindestens einem ersten Körper einerseits und mindestens einem zweiten Körper andererseits aufweist, wobei jeweils einer der beiden Körper aus einem organischen Halbleitermaterial und der andere Körper aus einem Kontaktmaterial besteht. Die Erfindung betrifft ferner eine mittels des Verfahrens hergestellte Halbleitereinrichtung, in der an mindestens einer Kontaktfläche zwischen einem Kontaktmaterial und einem organischen Halbleitermaterial Nanopartikel eingebettet sind. Bei der erfindungsgemäßen Halbleitereinrichtung ist der elektrische Kontaktwiderstand zwischen den beiden Körpern durch Feldüberhöhung mittels an der Kontaktfläche eingebetteter Nanopartikel minimiert.
Feldeffekttransistoren werden als Schalter in elektronischen Schaltkreisen eingesetzt. Dabei wirkt ein zwischen einer jeweils aus elektrisch leitfähigem Material aufgebauten Source- und einer Drainelektrode angeordneter Halbleiter im ausgeschalteten Zustand des Transistors als Isolator, während sich unter dem Einfluss des Feldes einer Gateelektrode im eingeschalteten Zustand des Transistors ein Ladungsträgerkanal ausbildet. Dabei werden am Sourcekontakt elektrische Ladungsträger in die Halbleiterschicht injiziert und am Drainkontakt aus der Halbleiterschicht extrahiert, so dass von Source nach Drain ein elektrischer Strom durch die Halbleiterschicht bzw. durch den in der Halbleiterschicht erzeugten Ladungskanal fließt.
Wegen der unterschiedlichen Fermi-Niveaus von Halbleitermaterial und Kontaktmaterial kommt es an der Kontaktfläche der beiden Materialien zu einem asymmetrischen Diffusionsprozess. Durch die unterschiedliche Energie der Fermi-Niveaus der beiden Materialien besteht eine Energiedifferenz, die durch den Übertritt von Ladungsträgern ausgeglichen wird. Als Folge baut sich ein Grenzflächenpotential auf, das beim Anlegen einer äußeren Potentialdifferenz einem Übertritt der Ladungsträger zwischen den beiden Schichten entgegenwirkt. Es entsteht also eine Potentialbarriere, die von den Ladungsträgern beim Eintritt vom elektrisch leitfähigen Kontakt in das Halbleitermaterial bzw. beim Austritt aus dem Halbleitermaterial in den elektrisch leitfähigen Kontakt überwunden werden muss. Der Tunnelstrom, welcher durch ein Durchtunneln der Ladungsträger durch die Potentialbarriere entsteht, ist dabei um so geringer, je höher bzw. breiter die Potentialbarriere ist. Ein niedriger Tunnelstrom entspricht einem hohen Kontaktwiderstand.
Bei Halbleiterbauelementen auf der Basis anorganischer Halbleiter begegnet man einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes durch eine Dotierung des anorganischen Halbleiters in einer zur Kontaktfläche orientierten Grenzschicht. Durch die Dotierung wird die Energie des Fermi-Niveaus im anorganischen Halbleiter verändert, d. h. die Differenz zwischen den Fermi- Niveaus von Kontaktmaterial und Halbleitermaterial verringert sich. Als Folge kommt es entweder zu einer Verringerung der Potentialbarriere, wodurch eine wesentlich größere Anzahl von Ladungsträgern über die Potentialbarriere hinweg in das gegenüberliegende Material gelangt, oder zu einer Schmälerung der Potentialbarriere, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit für ein Tunneln von Ladungsträgern durch die Potentialbarriere erhöht. In beiden Fällen kommt es auf Grund der Dotierung zu einer Verringerung des Kontaktwiderstands.
Bei der Herstellung von Feldeffekttransistoren auf der Basis von amorphen oder polykristallinen Siliziumschichten erfolgt die Dotierung der Kontaktbereiche durch das Einbringen von Phosphor oder Bor in die Siliziumschicht nahe der Source- und Drainkontakte. Die Phosphor- oder Boratome werden in das Siliziumnetzwerk eingebaut und wirken als Ladungsdonatoren oder Ladungsakzeptoren, wodurch sich die Dichte der freien Ladungsträger und damit die elektrische Leitfähigkeit des Siliziums im dotierten Bereich erhöht. Dies bewirkt eine Verringerung der Differenz zwischen den Fermi-Niveaus von Kontaktmaterial und dotiertem Halbleitermaterial. Die Dotiersubstanz wird dabei nur im Bereich der Source- und Drainkontakte in das Silizium eingebracht, nicht aber in der Kanalregion, in welcher sich unter dem Einfluss des Feldes der Gateelektrode ein Ladungsträgerkanal ausbildet. Da Phosphor und Bor kovalente Bindungen mit dem Silizium eingehen, besteht keine Gefahr der Diffusion dieser Atome in die Kanalregion, so dass eine geringe elektrische Leitfähigkeit in der Kanalregion weiterhin garantiert ist.
Ist die Dotierung der Kontaktbereiche genügend hoch, ist die Tunnelwahrscheinlichkeit bereits im Ruhezustand so groß, das der Übergang zwischen dem Kontaktmaterial und dem anorganischen Halbleitermaterial seine Sperrfähigkeit verliert und in beiden Richtungen gut leitend wird.
Als Alternative zu einer Dotierung des anorganischen Halbleitermaterials schlagen Narayanan et al., "Reduction of Metal-Semiconductor Contact Resistance by Embedded Nanocrystals", 2000 International Electron Device Meeting Technical Digest, vor, den Kontaktwiderstandes zwischen einem anorganischen Halbleitermaterial und einem Kontaktmaterial durch das Einbetten von Nanopartikeln zu verringern.
Dazu wird auf einem Siliziumwafer eine dünne Goldschicht aufgedampft, die anschließend durch Erhitzen in eine Schicht aus isolierten Gold-Nanopartikeln umgewandelt wird. Dabei wird für die Materialkombination Silizium/Gold die Kristallisierung der Goldschicht in Form von Nanopartikeln durch die Verringerung der Oberflächenenergie auf der Siliziumoberfläche begünstigt und gesteuert. Nach der Bildung der Nanopartikel wird eine Schicht Wolfram als Kontaktmaterial abgeschieden. Für den zwischen dem Siliziumwafer und der Wolframschicht gemessenen Kontaktwiderstand ergibt sich durch das Einbetten der Gold-Nanopartikel eine Verringerung um den Faktor 100.
Feldeffekttransistoren auf der Basis organischer Halbleitermaterialien sind für eine Vielzahl elektronischer Anwendungen von Interesse, die extrem niedrige Fertigungskosten, flexible oder unzerbrechliche Substrate, oder die Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen über große aktive Flächen erfordern. Zum Beispiel eignen sich organische Feldeffekttransistoren als Pixelsteuerelemente in Aktiv-Matrix-Bildschirmen. Solche Bildschirme werden gewöhnlich mit Feldeffekttransistoren auf der Basis amorpher oder polykristalliner Siliziumschichten hergestellt. Die für die Herstellung hochwertiger Transistoren auf der Basis amorpher oder polykristalliner Siliziumschichten notwendigen Temperaturen von gewöhnlich mehr als 250°C erfordern die Verwendung starrer und zerbrechlicher Glas- oder Quarzsubstrate. Dank der relativ niedrigen Temperaturen, bei denen Transistoren auf der Basis organischer Halbleiter hergestellt werden, von gewöhnlich weniger als 100°C, erlauben organische Transistoren die Herstellung von Aktiv-Matrix-Bildschirmen unter Verwendung billiger, flexibler, transparenter, unzerbrechlicher Polymerfolien, mit erheblichen Vorteilen gegenüber Glas- oder Quarzsubstraten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für organische Feldeffekttransistoren liegt in der Herstellung von sehr preiswerten integrierten Schaltungen, wie sie zum Beispiel für die aktive Kennzeichnung und Identifizierung von Waren und Gütern zum Einsatz kommen. Diese sogenannten Transponder werden gewöhnlich unter Verwendung von integrierten Schaltkreisen auf der Basis von einkristallinem Silizium hergestellt, was zu erheblichen Kosten bei der Aufbau- und Verbindungstechnik führt. Die Herstellung von Transpondern auf der Grundlage organischer Transistoren würde zu enormen Kostensenkungen führen und könnte der Transponder-Technologie zum weltweiten Durchbruch verhelfen.
Eines der Hauptprobleme bei der Anwendung organischer Feldeffekttransistoren sind die relativ schlechten elektrischen Eigenschaften der Source- und Drainkontakte, d. h. deren hohe Kontaktwiderstände. Die Source- und Drainkontakte organischer Transistoren werden meist unter Verwendung anorganischer Metalle oder mit Hilfe leitfähiger Polymere erzeugt, um so eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit der Kontakte zu gewährleisten. Die meisten organischen Halbleitermaterialien, die für die Verwendung in organischen Feldeffekttransistoren in Frage kommen, besitzen sehr geringe elektrische Leitfähigkeiten. Zum Beispiel weist Pentazen, das häufig für die Herstellung organischer Feldeffekttransistoren verwendet wird, eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit von 10^-14 Ω^-1cm^-1 auf. Besitzt der organische Halbleiter eine geringe elektrische Leitfähigkeit, besteht daher an der Kontaktfläche eine große Differenz zwischen den Fermi- Niveaus von elektrisch leitendem Kontaktmaterial und organischem Halbleitermaterial. Dies führt zur Ausbildung einer hohen Potentialbarriere mit einer geringen Tunnelwahrscheinlichkeit für den Durchtritt von Elektronen. Source- und Drainkontakte weisen daher oft sehr hohe Kontaktwiderstände auf, was dazu führt, dass hohe elektrische Feldstärken an den Kontakten erforderlich sind, um Ladungsträger zu injizieren und zu extrahieren. Beschränkend wirkt also nicht die Leitfähigkeit der Kontakte selbst, sondern die Leitfähigkeit der an die Kontakte angrenzenden Halbleiterbereiche, in welche die Ladungsträger injiziert bzw. aus welchen die Ladungsträger extrahiert werden.
Um die elektrischen Eigenschaften der Source- und Drainkontakte zu verbessern, ist deshalb eine hohe elektrische Leitfähigkeit des organischen Halbleitermaterials in den an die Kontakte angrenzenden Bereichen erwünscht, um den Unterschied in den Fermi-Niveaus zwischen organischem Halbleitermaterial und Kontaktmaterial zu verringern und damit die Kontaktwiderstände zu erniedrigen. Andererseits hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit des organischen Halbleitermaterials in der Kanalregion einen negativen Einfluss auf die Eigenschaften des Transistors. Eine nennenswerte elektrische Leitfähigkeit in der Kanalregion führt unweigerlich zu hohen Leckströmen, das heißt zu relativ hohen elektrischen Stromstärken im ausgeschalteten Zustand des Feldeffekttransistors. Für viele Anwendungen sind aber niedrige Leckströme im Bereich von 10^-12 A oder weniger unabdingbar. Eine hohe elektrische Leitfähigkeit führt außerdem dazu, dass das Verhältnis zwischen maximalem Einschaltstrom und minimalem Ausschaltstrom zu gering ausfällt. Viele Anwendungen erfordern ein möglichst großes Verhältnis zwischen Einschaltstrom und Ausschaltstrom im Bereich von 10⁷ oder größer, da dieses Verhältnis das Modulationsverhalten und die Verstärkung des Transistors widerspiegelt. In der Kanalregion ist daher eine geringe elektrische Leitfähigkeit des organischen Halbleitermaterials erforderlich, während im Bereich der Source- und Drainkontakte eine hohe elektrische Leitfähigkeit notwendig ist, um die Kontakteigenschaften zwischen organischem Halbleitermaterial und dem Material der Kontakte zu verbessern.
Die elektrische Leitfähigkeit vieler organischer Halbleitermaterialien kann wie bei anorganischen Halbleitern durch das Einbringen geeigneter Dotiersubtanzen erhöht werden. Die Erzielung positioneller Selektivität beim Dotieren ist jedoch problematisch. Die Dotiersubstanzen sind in den organischen Halbleitern nicht an eine bestimmte Position gebunden und können sich innerhalb des Materials frei bewegen. Selbst wenn der Dotierungsprozess ursprünglich auf einen bestimmten Bereich, zum Beispiel die Bereiche um die Source- und Drainkontakte, beschränkt werden kann, kommt es später zu einer Wanderung der Dotiersubstanzen durch die gesamte organische Halbleiterschicht, insbesondere unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das zwischen den Source- und Drainkontakten angelegt wird, um den Transistor zu betreiben. Durch die Diffusion der Dotiersubstanzen innerhalb der organischen Halbleiterschicht erhöht sich unweigerlich die elektrische Leitfähigkeit in der Kanalregion.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, basierend auf organischen Halbleitermaterialien, zur Verfügung zu stellen, mit welchem der elektrische Kontaktwiderstand an der Kontaktfläche zwischen einem Körper aus einem Kontaktmaterial und einem Körper aus einem organischen Halbleitermaterial minimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die mindestens eine Kontaktfläche zwischen mindestens einem ersten Körper einerseits und mindestens einem zweiten Körper andererseits aufweist, wobei jeweils einer der beiden Körper aus einem organischen Halbleitermaterial und der andere Körper aus einem Kontaktmaterial besteht, umfassend die Schritte

- Bereitstellen einer Oberfläche des ersten Körpers,
- Aufbringen von isolierten Nanopartikeln aus einem Partikelmaterial auf mindestens Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers, wobei das Kontaktmaterial und das Partikelmaterial unterschiedliche Austrittsarbeiten aufweisen,
- Aufbringen des zweiten Körpers mindestens auf von den Nanopartikeln bedeckten Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers, wobei die vom zweiten Körper bedeckten Abschnitte der Oberfläche Kontaktflächen ausprägen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden also auf der gesamten Oberfläche oder selektiv in Abschnitten der Oberfläche eines ersten Körpers isolierte Nanopartikel aus einem Partikelmaterial aufgebracht. Isoliert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Nanopartikel keine durchgehende Fläche ausbilden, sondern beabstandet zueinander auf der Oberfläche des ersten Körpers angeordnet sind. Die Oberflächen der Nanopartikel berühren sich also nicht. Im Anschluss wird zumindest in den von den Nanopartikeln bedeckten Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers ein zweiter Körper aufgebracht, wobei zwischen den beiden Körpern eine Kontaktfläche ausgeprägt wird. Einer der beiden Körper besteht dabei aus einem organischen Halbleitermaterial, der zweite Körper besteht aus einem Kontaktmaterial. Das Kontaktmaterial und das Partikelmaterial weisen unterschiedliche Austrittsarbeiten auf.

Das Kontaktmaterial kann ein elektrisch leitfähiges Metall, etwa Gold, Titan oder Palladium, oder ein elektrisch leitfähiges Polymer, wie zum Beispiel mit Kampfersulfonsäure dotiertes Polyanilin oder mit Polystyrolsulfonsäure dotiertes Poly(dioxyethylen)thiophen sein. Das Kontaktmaterial sollte eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Die Nanopartikel bestehen aus einem Partikelmaterial, das gegenüber dem Kontaktmaterial eine unterschiedliche Austrittsarbeit aufweist.

Unter Nanopartikeln im Sinne der Erfindung werden Partikel mit einer Größe von 0,1 nm bis 5000 nm verstanden. Die Partikel können eine sphärische Gestalt aufweisen, also die oben angegebenen Ausdehnungen in alle drei Raumrichtungen aufweisen. Es ist aber auch möglich, zwei- oder eindimensionale Nanopartikel zu verwenden, welche dann die Form von Scheiben oder Stangen bzw. Röhren aufweisen. Die Nanopartikel weisen dann in ein bzw. zwei Raumrichtungen die oben angegebenen Abmessungen auf, während in den verbleibenden Dimensionen die Partikel auch eine größere Ausdehnung aufweisen können, beispielsweise bis hin zu mehreren Mikrometern.

Als Partikelmaterial eignen sich sowohl organische als auch anorganische Substanzen. So liegt etwa Polyanilin in seiner etwa mit Kampfersulfonsäure dotierten Form immer als Suspension variierender Partikelgröße vor. Ein weiteres Beispiel für ein organisches Partikelmaterial ist 3,4-Polyethylen- Dioxythiopen, das mit Polystyrol-Sulfonsäure dotiert wurde. Auch Graphit oder Fulleren-Cluster sind geeignet.

Weiter sind als Partikelmaterial elementare oder binäre Halbleiter geeignet, etwa Silizium, Silizium-Carbid, Gallium-Arsenid und Indium-Phosphid.

In bevorzugter Weise wird als Partikelmaterial ein Metall oder eine Metallverbindung gewählt. Als Metallverbindung und insbesondere Metalloxide, Metallchalkogenide und Metallhydroxide geeignet.

Die Größe der Nanopartikel ergibt sich etwa im Verlauf der Bildung von Nanopartikeln aus einer kolloiden Vorstufe in einer Dispersion. In der Dispersion wird das Koagulieren der Partikel durch die sich auf den Oberflächen der Nanopartikel bildenden Oberflächenladungen begrenzt. Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Koagulation förderlichen und hinderlichen Kräften bei einer bestimmten Partikelgröße ein.

Der Abstand der auf der Oberfläche isoliert angeordneten Nanopartikel zueinander bestimmt das Ausmaß einer mittleren Feldüberhöhung an der Grenzfläche zwischen organischem Halbleitermaterial und Kontaktmaterial. Der Abstand der in den Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers angeordneten Nanopartikel beträgt im Mittel etwa 0,1 nm bis 5000 nm.

Die Tunnelwahrscheinlichkeit für den Übertritt von Ladungsträgern zwischen einem Kontaktmaterial und einem organischen Halbleitermaterial über eine Kontaktfläche hinweg kann erhöht werden, indem Nanopartikel an der Kontaktfläche zwischen dem Kontaktmaterial und dem organischen Halbleitermaterial eingebettet werden. Weisen das Partikelmaterial und das Kontaktmaterial unterschiedliche Austrittsarbeiten für die Ladungsträger auf, so kommt es zu asymmetrischen Diffusionsprozessen von Ladungsträgern an der Kontaktfläche zwischen den Nanopartikeln einerseits und der aus dem Kontaktmaterial gebildeten Schicht andrerseits. Das entstehende Grenzflächenpotential zwischen den Nanopartikeln und dem Kontaktmaterial wird aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeiten in den beiden Materialien auf sehr kurze Entfernungen, einige Zehntel Nanometer, ausgeglichen. Dies führt zu hohen elektrischen Feldstärken zwischen den Nanopartikeln und dem Kontaktmaterial in der Größenordnung von etwa 10⁷ bis 5 × 10⁷ V/cm.

Dieses elektrische Feld überlagert sich dem sich an den Übergängen zwischen Halbleiter und Kontaktmaterial aufbauenden Feld. Die erhöhte elektrische Feldstärke führt zu einer schmäleren Potentialbarriere an der Kontaktfläche und damit zu einer Erhöhung der Tunnelwahrscheinlichkeit und eines Tunnelstromes zwischen dem Halbleiter und dem Kontaktmaterial. Der erhöhte Tunnelstrom bewirkt eine Verringerung des Kontaktwiderstandes. Die Erhöhung der Feldstärke an der Kontaktfläche fällt umso stärker aus, je größer die Differenz zwischen der Austrittsarbeit des Partikelmaterials und der Austrittsarbeit des Kontaktmaterials ist.

Üblicherweise werden Halbleitereinrichtungen auf der Basis organischer Halbleitermaterialien in einer Schichttechnologie ausgeführt. Bevorzugt wird deshalb der erste Körper als eine erste Schicht auf einem Untergrund aufgebracht. In der Folge werden die Nanopartikel auf zumindest Abschnitten der dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Schicht und der zweite Körper als eine zweite Schicht mindestens auf den von Nanopartikeln bedeckten Abschnitten aufgebracht, welche den späteren Kontaktflächen entsprechen. Je nach Verfahrensführung und Aufbau der die Halbleitereinrichtung enthaltenden Anordnung kann die gesamte Oberfläche der ersten Schicht mit Nanopartikeln bedeckt werden, wo bei dann auch nur Abschnitte der mit Nanopartikeln bedeckten Oberfläche die Kontaktflächen ausbilden oder es können auch nur die Abschnitte der Oberfläche mit Nanopartikeln bedeckt werden, die später auch die Kontaktflächen ausbilden.

In Strukturen, wie sie bei organischen Feldeffekt- Transistoren benutzt werden, besteht dabei die erste Schicht, welche hier den ersten Körper bildet, zum Beispiel aus dem organischen Halbleitermaterial, und auf deren dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche sind zwei Elektroden, die Source- und die Drainelektrode als jeweils zweite Körper angeordnet. In einer solchen Struktur sind nur Abschnitte der dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Körpers bzw. der ersten Schicht Kontaktflächen. Entsprechend werden die Nanopartikel bevorzugt nur in den Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers aufgebracht, die den Kontaktflächen entsprechen. Es ist also in diesem Fall ein abschnittsweises Aufbringen der Nanopartikel erforderlich. Es ist jedoch auch möglich, auf der gesamten Oberfläche des ersten Körpers oder doch zumindest in größeren Bereiche als denjenigen, die später den Kontaktflächen entsprechen, Nanopartikel aufzubringen und später nur in Abschnitten der mit Nanopartikeln bedeckten Bereiche Kontaktflächen auszubilden.

Ein abschnittsweises Aufbringen der Nanopartikel kann beispielsweise mit Hilfe einer Maske, einer Schablone oder eines Druckers erfolgen.

Für ein solches abschnittsweises Aufbringen der Nanopartikel kann die dem Untergrund gegenüberliegende Oberfläche des ersten Körpers auch in der Weise modifiziert werden, dass die Abschnitte, in welchen die Nanopartikel an der Oberfläche gebunden werden sollen, sich in ihren chemischen oder physikalischen Eigenschaften von den Abschnitten unterscheiden, die frei von Nanopartikeln bleiben sollen. Werden die Nanopartikel dann unspezifisch auf die Oberfläche aufgebracht, z. B. indem diese mit einer Lösung oder einer Suspension der Nanopartikel benetzt wird, werden die Nanopartikel auf den Abschnitten der späteren Kontaktflächen gebunden, während sie in den anderen Abschnitten der Oberfläche nicht gebunden werden und in einem Spülschritt mit einem geeigneten Spülmedium entfernt werden können, sodass diese Abschnitte frei von Nanopartikeln verbleiben. Ein abschnittsweises Aufbringen der Nanopartikel auf die zuvor modifizierten Abschnitte kann auch mit einem der oben genannten Verfahren zum abschnittsweisen Aufbringen der Nanopartikel erfolgen, also beispielsweise mit Hilfe einer Maske, einer Schablone oder eines Druckers.

Allgemein können alle Mechanismen, mit welchen Nanopartikel auf einer Oberfläche fixiert werden können, auch für ein abschnittsweises Abscheiden der Nanopartikel genutzt werden. Einen Überblick über Verfahren, mit denen Oberflächen von Nanopartikeln so modifiziert werden können, dass sie gut auf der vom Kontaktmaterial oder vom organischen Halbleitermaterial gebildeten Arbeitsfläche haften, wird in J. Schmitt et al., "Metal Nanoparticle/Polymer Superlattice Films: Fabrication and Control of Layer Structure" Advanced Materials 9, 1997, Seite 61 gegeben.

Eine abschnittsweise Modifikation der Oberfläche des ersten Körpers kann beispielsweise erfolgen, indem in den Abschnitten, welche später die Kontaktflächen bilden, Liganden aufgebracht werden, die zumindest bifunktionell sind. Die Liganden binden dann mit einer der funktionellen Gruppen an die Oberfläche des ersten Körpers, während die andere funktionelle Gruppe als Koordinationsstelle für die Fixierung der Nanopartikel wirken kann.

Für ein abschnittsweises Modifizieren der Oberfläche des ersten Körpers kann beispielsweise der Umstand genutzt werden, dass Nanopartikel meist eine Oberflächenladung aufweisen. Eine solche Oberflächenladung weisen beispielsweise Nanopartikel auf, die aus einer kolloiden Lösung hervorgehen. Diese Oberflächenladung entsteht beispielsweise durch Eigendissoziation oder durch bevorzugte Adsorption einer Ionensorte aus der Lösung. Beispielsweise Adsorbieren kolloide Metalle aus dem Wasser Hydroxid-Ionen und laden sich dadurch negativ auf. Da sich Nanopartikel (oder deren kolloide Vorstufe) eines Typs jeweils mit einer gleichpoligen Oberflächenladung aufladen, wirkt die Oberflächenladung einem weiteren Koagulieren der Partikel entgegen und stabilisiert sie.

Für ein abschnittsweises Aufbringen der Nanopartikel wird nun die Oberfläche des ersten Körpers abschnittsweise mit ionischen Gruppen funktionalisiert. Abschließend werden die Nanopartikel ganzflächig oder abschnittsweise auf der modifizierten Oberfläche aufgebracht. Gesteuert durch elektrostatische Kräfte oder durch eine Neutralisation ihrer Oberflächenladung lagern sich die Nanopartikel dann bevorzugt auf den modifizierten Abschnitten der Oberfläche ab.

Da sich die Nanopartikel infolge ihrer gleichpoligen Oberflächenladung voneinander abstoßen, werden die Nanopartikel isoliert in den modifizierten Abschnitten der Arbeitsfläche abgeschieden, d. h. die Oberflächen der Nanopartikel berühren sich nicht.

Nanopartikel, die an ihren Oberflächen Ladungen ausbilden, sind beispielsweise Metalle, wie zum Beispiel der Cassius'sche Goldpurpur, Kupfer, Silber, Palladium oder Platin. Es sind weiter geeignet metallisch leitende oder halbleitende Metalloxide, wie RuO₂, TiO₂, SnO₂, In₂O₃, SnO₂:In[ITO] und metallisch leitende oder halbleitende Metallchalkogenide, wie CdSe, ZnSe, PbS. Dabei bilden Nanopartikel aus Metallhydroxiden oder Metalloxidsolen meist positive Oberflächenladungen aus, während Nanopartikel aus Metallen und Metallchalkogeniden meist negative Oberflächenladungen aufweisen.

Details zu Eigenschaften und Synthesen von Nanopartikeln finden sich beispielsweise in A. F. Hollemann, E. Wiberg, N. Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 1985, Seite 767 oder auch bei J. H. Fendler, Nanoparticles and Nanostructure Films - Preparation, Characterization and Applications, Wiley-VCH, 1998.

Eine Oberflächenladung lässt sich in Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers z. B. dadurch erzeugen, dass ionische Gruppen auf der Oberfläche verankert werden. Dies kann beispielsweise mit bifunktionellen Liganden erreicht werden, wobei eine der funktionellen Gruppen, beispielsweise eine Thiolgruppe, an die Oberfläche des ersten Körpers koordiniert, während die andere der funktionellen Gruppen eine positiv oder negativ geladene Gruppe ist, welche für die Koordination an Nanopartikel zur Verfügung steht.

Die Anbindung der Nanopartikel kann jedoch auch in der Weise erfolgen, dass die Nanopartikel, welche durch ihre Oberflächenladung im kolloiden Zustand gehalten werden, durch eine Gruppe entladen werden, die ein positives oder negatives Ion abdissoziieren können. Derartige Gruppen sind beispielsweise saure oder basische Gruppen, die ein Proton abgeben können bzw. durch Aufnahme eines Protons z. B. Hydroxidionen erzeugen können. Gelangen die Nanopartikel in die unmittelbare Nähe dieser Gruppen, wird durch das abspaltbare Ion die auf der Oberfläche der Nanopartikel vorhandene Ladung neutralisiert, wodurch die Nanopartikel selektiv in den funktionalisierten Abschnitten koagulieren und sich dort anlagern.

Substanzen, mit denen selektiv eine Oberflächenladung bzw. ionisch dissozieierbare Gruppen auf Abschnitten der Arbeitsfläche aufgebracht werden können, sind zum Beispiel ω- Sulfonsäureoctadecanthiol, das eine positive Oberflächenladung zu erzeugen vermag, bzw. Protonen abspaltet, sowie ω- Aminooctadecanthiol, dass eine negative Oberflächenladung zu erzeugen vermag bzw. durch die Aufnahme von Protonen z. B. Hydroxid-Ionen erzeugt. Nach welchem Mechanismus die Nanopartikel auf den funktionalisierten Abschnitten abgeschieden werden, hängt beispielsweise vom pH der kolloidalen Lösung und von der Säurekonstante der Gruppe ab.

Eine weitere Möglichkeit, Nanopartikel durch elektrostatische Wechselwirkungen an den Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers zu binden, besteht darin, dass die Oberfläche der Nanopartikel und die Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers in einer Weise funktionalisiert werden, dass beide Oberflächen miteinander unter Salzbildung reagieren und die Nanopartikel über eine ionische Bindung an die Oberfläche gebunden werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Oberfläche der Nanopartikel und die Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers mit Liganden belegt, die endständige Gruppen tragen und ein Säure-Base-Paar bilden. Dabei trägt die Oberfläche der Nanopartikel den einen Partner des Säure-Base Paares und die Oberfläche des ersten Körpers den anderen Partner. Beispielsweise kann die Oberfläche der Nanopartikel mit Aminogruppen und die Oberfläche des ersten Körpers mit Sulfonsäuregruppen funktionalisiert sein. Die Bindung der Nanopartikel an die Oberfläche des ersten Körpers erfolgt dann unter Ausbildung eines Ammoniumsulfonats.

Die Fixierung der Nanopartikel auf den Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers kann auch durch Ausbildung einer kovalenten Bindung erfolgen. Dazu werden die Nanopartikel und die Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers so modifiziert, dass beide Flächen endständige Gruppen tragen, die miteinander unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können. Dazu können Liganden verwendet werden, die als endständige Gruppe zum Beispiel Ethinylgruppen tragen. Reagieren diese endständigen Gruppen unter Ausbildung eines Butadiensystems, kommt es durch kovalente Bindung zu einer Fixierung der Nanopartikel auf der Oberfläche des ersten Körpers. Weist eine der Flächen Hydroxylgruppen auf, kann eine kovalente Anbindung mit einem Silan unter Ausbildung eines Siloxans erreicht werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anbindung der Nanopartikel über eine koordinative Bindung. Dazu werden die Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers bzw. der Nanopartikel mit Liganden funktionalisiert, die eine koordinative Bindung zum Partikelmaterial bzw. zum Material des ersten Körpers ausbilden können. Dazu kann beispielsweise entweder als Partikelmaterial ein Metall oder eine Metallverbindung gewählt und die Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers mit Thiolen funktionalisiert werden, oder aber es wird als Material des ersten Körpers ein Metall oder eine Metallverbindung gewählt und die Oberfläche der Nanopartikel mit Thiolen funktionalisiert. Thiole binden koordinativ an Metalloberflächen, wodurch es zu einer Fixierung der Nanopartikel kommt.

Die Nanopartikel können mit verschiedenen Verfahren auf der Oberfläche des ersten Körpers aufgebracht werden. Beispielsweise kann zunächst eine dünne Schicht eines Metalls, z. B. Gold, aufgedampft werden, und diese dann thermisch in Nanopartikel überführt werden.

In besonders bevorzugter Weise erfolgt das Aufbringen der Nanopartikel jedoch in Lösung oder in Suspension. Bei diesem Verfahren entfällt damit weitgehend eine thermische Beanspruchung des ersten Körpers bzw. der bereits hergestellten Teile der Halbleiteranordnung, da lediglich das Lösungsmittel verdampft werden muss. Das Lösungsmittel wird so gewählt, dass zuvor erzeugte Strukturen der Halbleiteranordnung nicht zerstört werden und das Lösungsmittel leicht durch Verdampfen entfernt werden kann.

Insgesamt stellt ein Verfahren, bei dem die Nanopartikel in einer Lösung oder Suspension aufgebracht werden, geringe Anforderungen an das Material des ersten Körpers.

Bei einem Aufbringen der Nanopartikel in Lösung können die Nanopartikel beispielsweise zunächst aus einer löslichen Vorstufe des Partikelmaterials in Lösung erzeugt werden. Die Lösung bzw. die Suspension kann dann direkt auf die Oberfläche des ersten Körpers aufgebracht und anschließend das Lösungsmittel ausgetrieben werden. Bevorzugt werden die Nanopartikel jedoch zunächst isoliert, z. B. durch Zentrifugieren der Suspension, um nach einer weiteren Reinigung in einem, ggf. anderen, Lösungsmittel erneut suspendiert und auf die Oberfläche des ersten Körpers aufgebracht zu werden.

Das Aufbringen der Lösung kann z. B. durch Aufschleudern, Drucken, Gießen oder Sprühen erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist das Eintauchen des ersten Körpers in die Lösung bzw. Suspension der Nanopartikel.

In bevorzugter Weise werden die Nanopartikel aus einer kolloidalen Vorstufe erzeugt und in Lösung koaguliert.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nanopartikel als kolloidale Vorstufe auf die Oberfläche des ersten Körpers aufgebracht auf der Oberfläche des ersten Körpers zu Nanopartikeln koaguliert.

Ebenso ist es möglich, eine chemische Vorstufe des Partikelmaterials auf die Oberfläche des ersten Körpers aufzubringen, die nach dem Aufbringen in das Partikelmaterial umgesetzt wird, wobei die Nanopartikel erzeugt werden. Eine chemische Vorstufe ist beispielsweise eine oxidierte oder reduzierte Form des Partikelmaterials, aus der dann durch Reduktion bzw. Oxidation die Nanopartikel erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verringerung des Kontaktwiderstandes an der Drain- bzw. Sourceelektrode von organischen Feldeffekt-Transistoren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird als Partikelmaterial Gold gewählt und die die Goldpartikel enthaltende Lösung mittels eines Druckers auf die Arbeitsfläche aufgebracht. Geeignet ist beispielsweise ein Tintenstrahldrucker.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Halbleitereinrichtungen auf der Basis organischer Halbleitermaterialien erzeugt, bei denen ein elektrischer Kontaktwiderstand zwischen einem Körper aus einem organischen Halbleitermaterial und einem Körper aus einem Kontaktmaterial minimiert ist. Ein Injizieren oder Extrahieren von Ladungsträgern in bzw. aus dem organischen Halbleitermaterial erfordert dann eine geringere Steuerspannung zwischen den beiden Körpern.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Anordnung in einer Halbleitereinrichtung mit eingelagerten Nanopartikeln an einer Kontaktfläche zwischen einem Körper aus einem organischen Halbleitermaterial und einem Körper aus einem Kontaktmaterial.

Da auf organischen Halbleitern basierende elektronische Bauelemente überwiegend in einer Schichttechnologie gefertigt werden, ist der erste Körper bevorzugt mindestens abschnittsweise als eine erste Schicht auf einem Untergrund und der zweite Körper mindestens abschnittsweise als eine zweite Schicht auf einer dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Schicht angeordnet. Dabei kann der Untergrund ein Substrat, eine weitere Schicht aus einem Kontaktmaterial oder einem organischen Halbleitermaterial oder Dielektrikum sein.

Während des Fertigungsprozesses der Halbleitereinrichtung werden die Nanopartikel nach dem Auftragen der Nanopartikel und vor dem Auftragen des zweiten Körpers bevorzugt chemisch oder physikalisch auf der Oberfläche des ersten Körpers fixiert. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Anordnung daher mindestens zwischen der Oberfläche der Nanopartikel und der Oberfläche des ersten Körpers eine dünne, mono- oder multimolekulare Hilfsschicht auf, durch welche die Nanopartikel über eine ionische, kovalente oder koordinative Bindung auf der Oberfläche des ersten Körpers fixiert werden. Diese Schicht wird bevorzugt aus zumindest bifunktionellen Liganden gebildet, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, die an die Oberfläche des ersten Körpers bindet, und eine funktionelle Gruppe, die an die Oberfläche der Nanopartikel bindet.

Das Ausmaß der Verbesserung des Kontaktwiderstandes hängt von der Differenz der Austrittsarbeiten des Partikelmaterial und des Kontaktmaterial und in gewissem Umfang auch vom Abstand der Nanopartikel zueinander ab. Die Austrittsarbeiten des Partikelmaterials und des Kontaktmaterials unterscheiden sich bevorzugt um mindestens 0,3 eV voneinander.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und eines Beispiel näher erläutert. In den Zeichnungen werden für einander entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
Fig. 1 Einen vereinfachten schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen organischen Feldeffekttransistor, welcher eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darstellt,
Fig. 3 Schematische Querschnitte durch verschiedene organische Feldeffekt-Transistor-Strukturen,
Fig. 4 Schematische Darstellung eines Mechanismus für ein selektives Abscheiden oder Fixieren von Nanopartikeln auf einer funktionalisierten Oberfläche.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen ersten Körper 1, einen zweiten Körper 4 und eine Oberfläche, die im Bereich zwischen erstem und zweitem Körper 1 bzw. 2 als Kontaktfläche 3 ausgeprägt ist. Auf der Kontaktfläche 3 sind isolierte, vereinzelte Nanopartikel 4 angeordnet. Die Nanopartikel 4 weisen einen mittleren Durchmesser und einen mittleren Abstand zu benachbarten Nanopartikeln 4 auf. Der zweite Körper 2 ist in einer Weise angeordnet, dass er eine von den Nanopartikeln 4 abgedeckten Abschnitt der Oberfläche, welcher die Kontaktfläche 3 bildet, bedeckt. Jeweils einer der beiden Körper 1, 2 besteht aus einem Kontaktmaterial. der andere aus einem organischen Halbleitermaterial. Die Nanopartikel 4 bestehen aus einem Partikelmaterial, welches eine zum Kontaktmaterial verschiedene Austrittsarbeit der Elektronen aufweist.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen organischen Feldeffekttransistor gezeigt, welcher eine typische erfindungsgemäße Anordnung darstellt. Auf einem Substrat 5 ist eine Gateelektrode 6 angeordnet, die durch ein Dielektrikum 7 von einer als organischen Halbleiterschicht ausgeprägten ersten Schicht 8 getrennt ist. Die erste Schicht 8 stellt hier im Sinne der Erfindung den ersten Körper dar. Die dem Dielektrikum 7 gegenüberliegende Oberfläche 9 der ersten Schicht 8 bildet Abschnitte 10a, b auf der Oberfläche 9 der ersten Schicht 8 aus. Auf diesen Abschnitten 10a, b sind Source- und Drain-Elektroden 11, 12 als im Sinne der Erfindung zweite Körper angeordnet. Source- und Drain-Elektroden 11, 12 bestehen aus einem Kontaktmaterial. Die Abschnitte 10a, b der Oberfläche 9 zwischen der ersten Schicht 8 aus dem organischen Halbleitermaterial und den Source- und Drain- Elektroden 11, 12 aus dem Kontaktmaterial bilden Kontaktflächen 13a, b. An den Kontaktflächen 13a, b sind vereinzelte Nanopartikel 4 eingebettet. Das Partikelmaterial und das Kontaktmaterial weisen unterschiedliche Austrittsarbeiten auf.
Weist das Partikelmaterial eine höhere Austrittsarbeit auf als das Kontaktmaterial, so können Elektronen leichter aus dem Kontaktmaterial in das Partikelmaterial übertreten als umgekehrt. Es erfolgt ein asymmetrischer Diffusionsprozess, in dessen Folge sich eine Grenzflächenpotential zwischen Nanopartikeln einerseits und dem Kontaktmaterial andererseits aufbaut. Gleiches gilt für die Grenzfläche zwischen dem organischen Halbleitermaterial und dem Kontaktmaterial. Beide Felder überlagern sich. Es kommt zu einer Feldüberhöhung.
Die Weite einer Potentialbarriere zwischen dem organischen Halbleitermaterial und dem Kontaktmaterial verringert sich. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen durch die Potentialbarriere hindurchtunneln. Die elektrische Leitfähigkeit der Kontaktfläche ist erhöht.
In Fig. 3 sind Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von Feldeffekttransistoren gezeigt, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können und die erfindungsgemäße Halbleiteranordnungen umfassen. Bei den in den Fig. 3a und 3b dargestellten Anordnungen wurden bei der Herstellung des Feldeffekttransistors die Nanopartikel auf Abschnitten der Fläche der organischen Halbleiterschicht abgeschieden, während bei den in den Fig. 3c, 3d und 3e gezeigten Konfigurationen die Nanopartikel auf den Kontakten abgeschieden wurden.
Bei der in Fig. 3a gezeigten Anordnung wurde auf dem Substrat 5 zunächst eine Schicht 8 aus einem organischen Halbleitermaterial abgeschieden. Auf der Schicht 8 sind in Abschnitten 10a, 10b der Fläche 9 der organischen Halbleiterschicht 8, welche die Kontaktflächen 13a, 13b bilden, Nanopartikel 4 angeordnet. Auf den Abschnitten 10a, 10b sind als Kontakte die Sourceelektrode 11 und die Drainelektrode 12 angeordnet. Auf der Sourceelektrode 11, der Drainelektrode 12 sowie der freiliegenden Fläche der Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial ist ein Gatedielektrikum 7 zur Isolation aufgebracht, auf welchem wiederum eine Gateelektrode 6 angeordnet ist.
Eine Modifikation des in. Fig. 3a dargestellten Feldeffekttransistors ist in Fig. 3b gezeigt. Auf dem Substrat 5 ist eine Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial angeordnet. Auf den Abschnitten 10a, 10b der Fläche 9 der Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial sind Nanopartikel 4 angeordnet. Auf den Abschnitten 10a, 10b sind als Kontakte die Sourceelektrode 11 und die Drainelektrode 12 angeordnet. Im Bereich der Kanalregion ist ein Gatedielektrikum 7 auf die Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial aufgebracht, durch welches die Gateelektrode 6 isoliert wird.
In den in den Fig. 3c bis 3d dargestellten Feldeffekttransistoren sind die Nanopartikel während der Herstellung des Transistors auf den Kontakten bereitgestellt worden.
In Fig. 3c ist auf einem Substrat 5 eine Gateelektrode 6 angeordnet, welche durch ein Gatedielektrikum 7 isoliert ist. Auf dem Gatedielektrikum 8 sind Sourceelektrode 11 und Drainelektrode 12 als Kontakte angeordnet, welche jeweils Kontaktfläche 13a, 13b zur auf der Sourceelektrode 11 und der Drainelektrode 12 angeordneten Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial ausbilden. An der Kontaktfläche 13a, 13b sind Nanopartikel 4 angeordnet.
Eine Anordnung eines Feldeffekttransistors, bei welchem die Sourceelektrode 11 und die Drainelektrode 12 direkt auf dem Substrat 7 aufgebracht sind, ist in Fig. 3d gezeigt. Auf den die Kontaktflächen 13a, 13b bildenden Abschnitten 10a, 10b der Sourceelektrode 11 bzw. der Drainelektrode 12 sind wiederum Nanopartikel 4 angeordnet. Der Bereich der Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial, welcher zwischen Sourceelektrode 11 und Drainelektrode 12 angeordnet ist, und welcher die Kanalregion umfasst, ist frei von Nanopartikeln. Auf der Schicht 8 aus organischem Halbleitermaterial ist wiederum ein Gatedielektrikum 7 angeordnet, und auf diesem die Gateelektrode 6.
Eine weitere Anordnung, bei welcher Sourceelektrode 11, Drainelektrode 12 und Gateelektrode 6 in einer Ebene angeordnet sind, ist in Fig. 3e dargestellt. Dieser Dünnfilmtransistor erfordert nur drei Schritte für die Abscheidung der einzelnen Schichten und ist von H. Klauk, D. J. Gundlach, M. Bonse, C.-C. Kuo und T. N. Jackson, Appl. Phys. Lett. 76, 2000, 1692-1694 vorgeschlagen worden. Zunächst wird auf einem Substrat 5 eine Sourceelektrode 11, eine Drainelektrode 12 und eine Gateelektrode 6 aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, beispielsweise Aluminium, in einem gemeinsamen Arbeitsschritt definiert. Anschließend wird die Gateelektrode 6 mit einem Gatedielektrikum 7 isoliert. Auf die freiliegenden Abschnitte 10a, 10b der Sourceelektrode 11 und der Drainelektrode 12, welche später die Kontaktflächen 13a, 13b bilden, werden Nanopartikel 4 bereitgestellt. Auf diese sowie die freiliegenden Flächen des Gatedielektrikums 7 wird anschließend die Schicht 8 des organischen Halbleitermaterials abgeschieden.
In Fig. 4 wird schematisch ein Mechanismus dargestellt, der eine abschnittsweise Fixierung von Nanopartikeln ermöglicht. Auf einem Untergrund 14 ist eine Schicht 15 aus einem Kontaktmaterial angeordnet. Eine einem Untergrund 14 gegenüberliegende Oberfläche der Schicht 15 bildet einen Abschnitt 16 auf der Oberfläche aus. Der Abschnitt 16 ist mit einem bifunktionellen Liganden 17 funktionalisiert, der eine Thiolgruppe 18 aufweist. Die Thiolgruppe 18 des Liganden 17 lagert sich im Abschnitt 16 an die Oberfläche des Kontaktmaterials an. Die den Thiolgruppen 18 gegenüberliegenden Sulfonsäuregruppen 19 können dissoziieren und dabei positiv geladene Protonen abgeben. Auf einer solchermaßen in den Abschnitten 16 funktionalisierte Oberfläche wird eine Lösung mit Nanopartikeln 4 aufgebracht. Die Nanopartikel 4 weisen durch Dissoziation eine negativ geladene Oberflächenladung auf. Gelangen Nanopartikel in die Nähe der von den Sulfonsäuregruppen gebildeten Schicht 20, dissoziieren Protonen (H⁺) von den Sulfonsäuregruppen ab und bewirken eine Neutralisierung der negativen Oberflächenladung der Nanopartikel 4, die daraufhin koagulieren und sich entlang der Schicht 20 der Sulfonsäuregruppen abscheiden. Insgesamt bildet sich so über den funktionalisierten Abschnitten der Arbeitsfläche 16eine Schicht aus Nanopartikeln 4 aus, während an nicht funktionalisierten Abschnitten der Arbeitsfläche 16 keine Entladung der Nanopartikel und damit keine Abscheidung stattfindet.

Beispiel

Auf einem Träger (z. B. ein Glas oder eine Polyesterfolie) als Untergrund wird nach einem Reinigungsprozess durch thermisches Verdampfen, Kathodenstrahlzerstäubung oder Drucken eine Schicht aus Aluminium aufgebracht. Aus der Schicht werden durch Fotolithographie, chemisches Ätzen, Abheben, oder Drucken Gateelektroden definiert.
Nachfolgend wird über eine abschnittsweise aus den freiliegenden Abschnitten der Oberfläche des Trägers und den freiliegenden Abschnitten der Oberflächen der Gateelektroden zusammengesetzten Fläche eine Schicht aus einem Dielektrikum aufgetragen und bei Bedarf strukturiert. Das Dielektrikum kann Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder ein isolierendes Polymer sein und bildet einen Untergrund für die folgenden Schichten.
Über den Untergrund (das Dielektrikum) wird eine erste Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial aus einer Lösung durch Drucken oder Aufschleudern abgeschieden. Dazu wird eine 5%-ige Lösung von regio-regulärem Poly(3- oktyl)thiophen in Chloroform mit 2000 Umdrehungen pro Minute aufgeschleudert und anschließend bei 60°Celsius getrocknet.
Im Anschluss wird aus einer zweiten Lösung in Abschnitten eine dünne Schicht Gold-Nanopartikel auf die Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial aufgedruckt. Danach wird das Lösungsmittel bei einer Temperatur von 100°Celsius ausgetrieben. Schließlich wird auf eine dem Dielektrikum gegenüberliegende Oberfläche der Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial eine Schicht aus dem Kontaktmaterial aufgetragen. In dieser Schicht werden anschließend Source- und Drainkontakte definiert.

Darstellung von Kolloidlösungen

a) Darstellung eines Goldkolloids

Eine Lösung mit einem Gold-Kolloid wird nach einer Vorschrift von [G. Jander und E. Blasius, Lehrbuch der analytischen und anorganischen Chemie, 11. Auflage (1979), S. 357] hergestellt. Demnach wird eine 1%-ige Lösung von Ammonium- Tetrachloro-Aurat (111) 0,1%-iger Salzsäure bis pH 4 angesäuert. Anschließend wird mit einer Lösung von Zinn-I- Chlorid in Wasser reduziert. Eine so entstandene Lösung des Gold-Kolloids kann mit einem Tintenstrahldrucker auf ein metallisches Kontaktmaterial aufgebracht werden. Die abgeschiedene Schicht wird danach bei 18°Celsius 2 Minuten lang im Stickstoffstrom gewaschen. Abschließend wird überschüssiges Material mit wenig Wasser abgespült und das Substrat 2 Minuten lang bei 80°Celsius im Stickstoffstrom getrocknet.

b) Darstellung eines Palladiumkolloids

Palladium-Nanopartikel werden nach einer Vorschrift von Hidber [P. C. Hidber @ al., Langmuir (1996), S. 12 5209] erzeugt. Das Abscheiden der Nanopartikel erfolgt durch Mikro- Kontaktdrucken auf dem Kontaktmaterial Aluminium.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die mindestens eine Kontaktfläche zwischen mindestens einem ersten Körper einerseits und mindestens einem zweiten Körper andererseits aufweist, wobei jeweils einer der beiden Körper aus einem organischen Halbleitermaterial und der andere Körper aus einem Kontaktmaterial besteht, umfassend die Schritte

- Bereitstellen einer Oberfläche des ersten Körpers,

- Aufbringen von isolierten Nanopartikeln aus einem Partikelmaterial auf mindestens Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers, wobei das Kontaktmaterial und das Partikelmaterial unterschiedliche Austrittsarbeiten aufweisen,

- Aufbringen des zweiten Körpers mindestens auf von den Nanopartikeln bedeckten Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers, wobei die vom zweiten Körper bedeckten Abschnitte der Oberfläche Kontaktflächen ausprägen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
der erste Körper als eine erste Schicht auf einem Untergrund,
die Nanopartikel auf Abschnitten der dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Schicht und
der zweite Körper als eine zweite Schicht auf den Kontaktflächen aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aufbringen der Nanopartikel folgende Schritte umfasst:

- Modifizieren der Abschnitte auf der Oberfläche des ersten Körpers und

- Aufbringen der Nanopartikel mindestens in den modifizierten Abschnitten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Nanopartikel eine Oberflächenladung aufweisen, das Modifizieren der Abschnitte durch Bereitstellen ionischer Gruppen auf den Abschnitten erfolgt und die Nanopartikel beim Aufbringen auf die modifizierten Abschnitte selektiv in den modifizierten Abschnitten abgeschieden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sowohl die modifizierten Abschnitte als auch die Oberfläche der Nanopartikel endständige Gruppen aufweisen, die unter Ausbildung einer kovalenten Bindung miteinander zu reagieren vermögen, wodurch die Nanopartikel in den Abschnitten fixiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abschnitte mit einer Gruppe eines ersten Typs und die Oberflächen der Nanopartikel mit einer Gruppe eines zweiten Typs funktionalisiert werden und die Gruppen des ersten und des zweiten Typs unter Ausbildung einer ionischen Bindung miteinander zu reagieren vermögen, wodurch die Nanopartikel in den Abschnitten fixiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens das Partikelmaterial oder das Material des ersten Körpers ein Metall oder eine Metallverbindung ist, und entweder die Oberfläche der Nanopartikel oder die Oberfläche des ersten Körpers mit einem Stoff funktionalisiert wird, der mit einem Metall oder einer Metallverbindung eine koordinative Bindung zu bilden vermag, wodurch die Nanopartikel auf der Oberfläche des ersten Körpers fixiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das abschnittsweise Aufbringen der Nanopartikel mit Hilfe einer Maske, einer Schablone oder eines Druckers erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Aufbringen der Nanopartikel in Lösung erfolgt und folgende Schritte umfasst:

- Erzeugen der Nanopartikel in Lösung mit einem Lösungsmittel

- Aufbringen der Lösung auf zumindest Abschnitte der Oberfläche des ersten Körpers, und

- Austreiben des Lösungsmittels.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufbringen der Lösung durch Aufschleudern, Drucken, Gießen, Sprühen oder durch Eintauchen in die Lösung erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüch 1 bis 10, wobei die Nanopartikel aus einer kolloidalen Vorstufe erzeugt werden und in Lösung koagulieren.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Nanopartikel in einer kolloidalen Vorstufe aufgebracht werden und auf den Abschnitten der Oberfläche des ersten Körpers koagulieren.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Aufbringen der Nanopartikel die Schritte umfasst:

- Aufbringen einer chemischen Vorstufe des Partikelmaterials und

- Umsetzen der Vorstufe in das Partikelmaterial.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Halbleitereinrichtung ein Feldeffekt-Transistor mit einer Sourceelektrode, einer Drainelektrode und einer zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode angeordneten Strecke aus einem Halbleitermaterial ist und sich die Kontaktflächen jeweils zwischen Drain- und Sourceelektroden einerseits und dem organischen Halbleitermaterial andererseits befinden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei, das Partikelmaterial Gold ist und das Aufbringen der Lösung mittels eines Druckers erfolgt.

16. Anordnung einer Halbleitereinrichtung, die mindestens eine Kontaktfläche (3) zwischen mindestens einem ersten Körper (1) und mindestens einem zweiten Körper (2) andererseits aufweist, wobei jeweils einer der beiden Körper (1, 2) aus einem organischen Halbleitermaterial und der andere Körper (2, 1) aus einem leitfähigen Kontaktmaterial besteht, gekennzeichnet durch an der Kontaktfläche (3) eingelagerte Nanopartikel (4) aus einem Partikelmaterial, dass eine gegenüber dem Kontaktmaterial unterschiedliche Austrittsarbeit aufweist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper mindestens abschnittsweise als eine erste Schicht auf einem Untergrund und der zweite Körper mindestens abschnittsweise als eine zweite Schicht auf einer dem Untergrund gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Schicht angeordnet ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelmaterial ein Metall oder eine Metallverbindung ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 0,1 und 5000 nm aufweisen.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Oberfläche der Nanopartikel und einer Oberfläche des ersten Körpers eine Hilfsschicht befindet, die während eines Fertigungsprozesses der Halbleitereinrichtung die Nanopartikel in Abschnitten der Oberfläche fixiert.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Austrittsarbeiten des Partikelmaterials und des Kontaktmaterials um mindestens 0,3 eV voneinander unterscheiden.