DE102004059396B3

DE102004059396B3 - Integrierte Schaltung aus vorwiegend organischem Material

Info

Publication number: DE102004059396B3
Application number: DE102004059396A
Authority: DE
Inventors: Alessandro Manuelli; Henning Dr. Rost
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2024-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung aus vorwiegend organischem Material, eine so genannte Polymerelektronik-Schaltung, bei der mehrere organische Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) miteinander elektrisch nicht über vertikale "Durchkontakte" verknüpft sind, sondern über Leiterbahnen, die auf einer geometrischen Ebene liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung aus vorwiegend organischem Material, eine so genannte Polymerelektronik-Schaltung, bei der diverse organische Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) miteinander elektrisch verknüpft sind.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen braucht man immer so genannte Durchkontakte (oder "vias" oder "vertical interconnects"), damit die einzelnen Transistoren elektrisch verknüpft werden. Zur Herstellung der Durchkontakte wird beispielsweise die Verwendung eines herkömmlichen Photoresists als Gate-Dielektrikum (Isolator) vorgeschlagen, der mittels Photolithographie strukturiert werden kann (Gelinck et al. Appl. Phys. Lett. 77 (10) (2000) 1487). Dabei ist jedoch nachteilig, dass das Lösungsmittel, das zur Auftragung des Photolacks eingesetzt werden muss, die darunter liegende Halbleiterschicht beschädigt. Deshalb kann diese Herstellungsmethode nur bei den "Bottom-Gate" aufgebauten Transistoren eingesetzt werden, wo das Lösungsmittel die Halbleiterschicht nicht beschädigen kann.

Eine andere Möglichkeit, Durchkontaktierungen zu erzeugen, ist beschrieben, bei der die Durchkontakte mechanisch, durch das Einstechen von Nadeln, erzeugt werden (Drury et al., Appl, Phys. Lett. 73 (1) (1998) 108). Nachteilig an dieser Technik ist jedoch, dass das Durchstechen der Schichten immer ein besonders kritischer Schritt ist, der nur technologisch aufwendig zu bewerkstelligen ist.

Aus der WO 01/27998 A1 ist eine integrierte Schaltung aus mehreren in Reihe geschalteten organischen Feldeffekttransistoren (10, 20) bekannt, bei der die elektrische Verbindung (39) zwischen den einzelnen Transistoren innerhalb einer ebene geführt wird. Die Führung der elektrischen Leitern ist je doch auf parallel geführte Leiterbahnen mit gleicher Spannung beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konzept für eine integrierte Schaltung aus einer Vielzahl von OFETs anzugeben, bei dem die aufwendige Herstellung von Durchkontakten zur elektrischen Verknüpfung der einzelnen Transistoren überflüssig ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine integrierte Schaltung aus zumindest einer Reihe von zumindest zwei elektrisch verbundenen organischen Feld-Effekt-Transistoren (OFETs), wobei die elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Transistoren entlang einer Ebene parallel zum Substrat verläuft, weil die Transistoren der Reihe alternierend einen Top-Gate und einen Bottom-Gate Aufbau zeigen, so dass die Source/Drain-Elektrode des ersten OFETs geometrisch auf einer Ebene liegt mit der Gate-Elektrode des benachbarten zweiten OFETs und umgekehrt.

Anstelle der bislang bekannten Durchkontakte werden Leiterbahnen auf einer geometrischen Ebene genutzt, die die Gate-Elektrode des ersten Transistors einer Reihe mit der Bottom-Elektrode des benachbarten Transistors verknüpfen.

Nach der Erfindung ergibt sich ein gemischtes Layout aus Top-Gate und Bottom-Gate OFETs, wobei die elektrisch zu verbindenden Elektroden, also Source bzw. Drain des Transistors A und Gate-Elektrode des Transistors B sich auf einer geometrischen Ebene befinden. So können sie elektrisch durch eine Leiterbahn verbunden werden.

Zur Herstellung einer integrierten Schaltung aus einer Vielzahl von miteinander verknüpften Organischen Feld Effekt Transistoren (OFETs) kann folgendermaßen vorgegangen werden:
Auf ein Substrat, wie ein Kunststoffsubstrat aus beispielsweise Polyethylenterephtalat (PET) oder ein Glassubstrat, wird eine oder werden mehrere leitfähige Schichten als Elektroden aufgebracht. Die leitfähigen Schichten können beispielsweise aus Metall wie aus Gold oder aus leitfähigen Kunststoffen, z.B. dotiertes Polyanilin oder PEDOT/PSS geschaffen sein. Darauf wird durch spincoating einer Lösung von Poly-3-hexylthiophen in Chloroform eine dünne Halbleiterschicht abgeschieden.

Darauf erzeugt man mit spincoating eine isolierende Polymerschicht beispielsweise aus einer Lösung von Polyhydroxystyrol (und Hexamethylmelamin als Vernetzer) in Butanol. Nach einem Trocknungs- und Temperschritt wird die letzte Schicht, eine elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise aus Gold (wobei letztere versiegelt sein kann) oder elektrisch leitfähigen Polymeren (PEDOT/PSS, PANI, Polythiophen, Polypyrrol, Polyphenylenvinylen PPV – sämtlich in ihrer leitfähigen Form, etc.) aufgebracht. Diese Schicht kann strukturiert aufgebracht werden oder nachträglich durch verschiedene Methoden strukturiert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Die Figur zeigt eine Reihe von zwei OFETs, Transistor 1 und Transistor 2. Transistor 1 hat einen Top-Gate-Aufbau, wobei die Gate-Elektrode 6 oben und die Source/Drain-Elektroden 7 unten angeordnet sind und der benachbarte Transistor 2 hat den umgekehrten Aufbau, bei dem die Gate-Elektrode 6' unten und die Source/Drain-Elektroden 7' oben angeordnet sind.
Im Aufbau zeigt die Reihe von Transistoren zwei Halbleiterschichten, eine untere Halbleiterschicht 3 und eine obere Halbleiterschicht 4. In die beiden Halbleiterschichten sind die Elektroden eingebettet und die beiden Halbleiterschichten sind zumindest durch eine Isolatorschicht 5 voneinander getrennt.
Zu erkennen ist, dass eine der Source/Drain-Elektroden 7 des Transistors 1 und die Verbindung zum Transistor 2 sowie das Gate 6' des Transistors 2 einstückig ausgebildet sind.
Die Erfindung ermöglicht erstmals ein Layout für eine organische integrierte Schaltung, bei der auf Durchkontakte oder vias verzichtet werden kann.
Dazu wird eine integrierte Schaltung aus vorwiegend organischem Material, eine so genannte Polymerelektronik-Schaltung, vorgestellt, bei der mehrere organische Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) miteinander elektrisch nicht über vertikale "Durchkontakte" verknüpft sind, sondern über Leiterbahnen, die auf einer geometrischen Ebene liegen.

Claims

Integrierte Schaltung aus zumindest einer Reihe von zumindest zwei elektrisch verbundenen organischen Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) [1; 2], wobei die elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Transistoren [1; 2] entlang einer geometrischen Ebene parallel zum Substrat verläuft, weil die Transistoren einer Reihe alternierend einen Top-Gate und einen Bottom-Gate Aufbau zeigen, so dass die Source/Drain-Elektrode [7; 7'] des ersten OFETs geometrisch auf einer Ebene liegt mit der Gate-Elektrode [6; 6'] des benachbarten zweiten OFETs und umgekehrt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, bei der die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Transistoren [1; 2] innerhalb einer Ebene geführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung, mehrere organische Feld-Effekt-Transistoren [1; 2] umfassend, mit folgenden Arbeitsschritten: auf ein Substrat wird eine leitfähige Schicht, darauf eine Halbleiterschicht [3; 4], darauf eine Isolatorschicht [5] und schließlich eine leitfähige Schicht zur Erzeugung der Elektroden aufgebracht, so dass die Source/Drain-Elektrode [7; 7'] des ersten OFETs geometrisch auf einer Ebene liegt mit der Gate-Elektrode [6; 6'] des benachbarten zweiten OFETs und umgekehrt.