DE102007019327A1 - Organic drift diode for single photon emission computed tomographic detector, has one electrode layer with type that does not correspond to another type of another electrode layer, and substrate arranged on side of photoactive layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine organische Driftdiode mit äußeren Anschlüssen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Driftdiode.The The invention relates to an organic drift diode with outer Terminals, as well as a method for producing a organic drift diode.
Im Bereich der Nuklearmedizin ist es bekannt, Detektoren zum Nachweis sowie zur räumlichen wie energetischen Vermessung von Gammastrahlung einzusetzen. Beispielsweise werden in der Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) einzelne Photonen nachgewiesen. Dazu ist es im Stand der Technik bekannt, in einem Szintillatormaterial, beispielsweise Natriumjodid, lawinenartig Photonen sichtbaren Lichts zu erzeugen, die dann durch ein zweidimensionales Array von Photomultiplier-Röhren detektiert werden. Ein Photon bzw. Gammaquant führt dabei zur Emission von vielen tausend sichtbaren Photonen, die durch die ungerichtete Emission und Lichtstreuung jeweils mehrere Photomultiplier-Röhren erreichen. Durch eine Gewichtung der gleichzeitig an mehreren Photomultipliern gemessenen Signale wird ein räumlich aufgelöstes Signal eines einzelnen Gammaquant-Ereignisses erhalten. Durch Summation der Signalhöhe der verschiedenen Röhren wird außerdem eine Energieinformation für das Ereignis erhalten. Dieses Funktionsprinzip wird im Allgemeinen als Anger-Kamera bezeichnet.in the Nuclear Medicine is known to detect detectors as well as for the spatial and energetic measurement of gamma radiation use. For example, in the single photon emission Computed Tomography (SPECT) detected single photons. To it is known in the art to use in a scintillator material, For example, sodium iodide, avalanches photons of visible light which then pass through a two-dimensional array of photomultiplier tubes be detected. A photon or gamma quantum leads thereby to emit many thousands of visible photons through the non-directional emission and light scattering in each case several photomultiplier tubes to reach. By a weighting of several photomultipliers at the same time measured signals becomes a spatially resolved Received signal of a single gamma quantum event. By summation The signal height of the different tubes will also increase receive energy information for the event. This Operating principle is generally referred to as Anger camera.
Ein großer Nachteil der beschriebenen Technologie ist zunächst durch die relativ große Abmessung der Photomultiplier-Röhren gegeben. Hierdurch wird die räumliche Auflösung auf einige Millimeter begrenzt und das Detektorsystem weist große Gesamtabmessungen auf. Das große Volumen der gesamten Detektoreinheit führt wiederum zur Verwendung einer größeren Menge an Bleiabschirmung, da der Detektor vor gestreuten Gamma- und Röntgenstrahlen aus anderen Raumrichtungen als der gewünschten geschützt werden muss, um Fehlmessungen zu vermeiden. Insbesondere durch die Bleiabschirmung ergibt sich somit ein sehr hohes Gewicht, das während der Messung mit der entspre chenden Halterungskonstruktion zusammen bewegt werden muss. Weitergehend sind derart ausgestaltete Detektoren zum Einsatz in der Nuklearmedizin nachteilig, da die Photomultiplier-Röhre nicht mit Magnetfeldern kompatibel ist, so dass bisher der Einsatz von kombinierten Magnetresonanz/SPECT-Geräten nicht realisiert werden konnte.One major disadvantage of the described technology is first due to the relatively large size of the photomultiplier tubes given. This will cause the spatial resolution limited to a few millimeters and the detector system has large Overall dimensions. The large volume of the entire detector unit in turn leads to the use of a larger one Amount of lead shielding since the detector is protected from scattered gamma and X-rays from other spatial directions than the desired must be protected to incorrect measurements to avoid. In particular, by the lead shield results thus a very high weight, that during the measurement with the corre sponding support structure must be moved together. Furthermore, such designed detectors for use in nuclear medicine disadvantageous because the photomultiplier tube not compatible with magnetic fields, so far the use of combined magnetic resonance / SPECT devices not realized could be.
Daher wurde vorgeschlagen, anstatt der Photomultiplier-Röhren Festkörperdetektoren zu verwenden. Eine der untersuchten Möglichkeiten ist der Einsatz von Photodioden. Eine Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Photodioden sehr rauscharm ausgelesen werden können, damit die Detektion einzelner Ereignisse bei gleichzeitiger Bestimmung der Energie des Gammaquants bzw. Photons möglich bleibt.Therefore was proposed instead of photomultiplier tubes To use solid state detectors. One of the examined Possibilities is the use of photodiodes. A requirement however, this is because the photodiodes are read very low noise so that the detection of individual events while determining the energy of the gamma quantum or photon remains possible.
Organische Photodioden weisen dabei den bekannten flachen Aufbau auf, in dem eine großflächige Anode einer großflächigen Kathode gegenüberliegt. Dazwischen befindet sich das photoaktive Material. Daraus ergibt sich ein grundsätzlicher Nachteil der organischen Photodioden für die Anwendung in Strahlungsdetektoren für einzelne Gammaquanten. Solche organischen Photodioden weisen eine typischerweise relativ hohe Diodenkapazität auf, die durch Erhöhung des Rauschens am Signalverstärker die erreichbare Energieauflösung limitiert.organic Photodiodes have the known flat structure, in which a large-area anode of a large area Opposite cathode. In between is the photoactive material. This results in a fundamental disadvantage of organic Photodiodes for use in radiation detectors for single gamma quanta. Such organic photodiodes have a typically have relatively high diode capacitance through Increase the noise at the signal amplifier the achievable energy resolution limited.
Diese hohe Kapazität ist vor allem durch die Dimension des Schichtaufbaus bestimmt, denn die typischen Schichtdicken der organischen Halbleiterschichten liegen im Bereich von 100 bis 500 nm. Diese Schichtdicken sind sehr niedrig im Vergleich zu typischen Siliziumdioden. Auf der anderen Seite ist es schwer, die Schichten wesentlich dicker (größer als 1 μm) herzustellen, da aufgrund der vergleichsweise niedrigen Ladungsträgermobilität und -lebendauer die Effizienzen der organischen Dioden deutlich erniedrigt würden. Bei Schichtdicken bis zu 500 nm sind organische Photodioden vor allem im Sichtbaren sehr effizient, wobei die externen Quanteneffizienzen im Bereich von 50 bis 90% liegen können. Da die Dielektrizitätskonstanten der organischen Halbleiter im Bereich von 3 bis 6 liegen, ergeben sich Diodenkapazitäten von 5 bis 50 nF pro cm2. Im Vergleich dazu liegt die Kapazität einer typischen Siliziumphotodiode mit einer Dicke von 150 μm bei nur etwa 70 pF pro cm2.This high capacity is mainly determined by the dimension of the layer structure, because the typical layer thicknesses of the organic semiconductor layers are in the range of 100 to 500 nm. These layer thicknesses are very low in comparison to typical silicon diodes. On the other hand, it is difficult to make the layers substantially thicker (greater than 1 μm), since the efficiencies of the organic diodes would be significantly reduced due to the comparatively low charge carrier mobility and lifetime. At layer thicknesses of up to 500 nm, organic photodiodes are very efficient, especially in the visible, with external quantum efficiencies ranging from 50 to 90%. Since the dielectric constants of the organic semiconductors are in the range of 3 to 6, diode capacities are from 5 to 50 nF per cm 2 . In comparison, the capacitance of a typical silicon photodiode having a thickness of 150 μm is only about 70 pF per cm 2 .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein organisches Element zur Detektion von Gammaquanten mit einem verringerten Rauschen, guter Quanteneffizienz und günstiger Herstellung anzugeben.Of the The present invention is therefore based on the object, an organic Element for detecting gamma quanta with reduced noise, good quantum efficiency and favorable production.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer organischen Driftdiode mit äußeren Anschlüssen erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete Schichtanordnung umfasst, wobei die Schichtanordnung beginnend von der substratnächsten Schicht eine erste Elektrodenschicht, eine benachbart der ersten Elektrodenschicht angeordnete Photoaktivschicht umfassend eine organische Halbleitermischung aus einem elektronentransportierenden und einem lochtransportierenden Material und eine benachbart der Photoaktivschicht angeordnete zweite Elektrodenschicht umfasst, wobei eine der Elektrodenschichten eine Driftstruktur und eine erste Elektrodenart, gewählt aus der Wahlgruppe Anode oder Kathode, umfasst und die andere Elektrodenschicht eine ausgedehnte zweite Elektrodenart, die aus der Wahlgruppe gewählt ist und nicht der ersten Elektrodenart entspricht, um fasst, und die Gesamtheit der Schichten und gegebenenfalls des Substrats auf wenigstens einer Seite der Photoaktivschicht wenigstens semitransparent ausgebildet ist.In order to achieve this object, it is provided according to the invention in the case of an organic drift diode with external terminals that it comprises a substrate and a layer arrangement arranged on the substrate Starting from the substrate-next layer, the layer arrangement comprises a first electrode layer, a photoactive layer arranged adjacent to the first electrode layer comprising an organic semiconductor mixture of an electron-transporting and a hole-transporting material and a second electrode layer arranged adjacent to the photoactive layer, wherein one of the electrode layers has a drift structure and a first type of electrode selected from the anode or cathode selection group, and the other electrode layer comprises an extended second electrode type selected from the selectable group and not corresponding to the first type of electrode, and the entirety of the layers and optionally the substrate on at least one Side of the photoactive layer is formed at least semitransparent.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, das Konzept der organischen Festkörperdetektoren auf die grundsätzlich als Silizium-Driftdiode bekannte Driftdiode zu übertragen. Im Unterschied zu Siliziumdioden wird in einer organischen Photodiode die Funktionalität nicht durch die Dotierung bestimmter Teilschichten, sondern durch die Zusammensetzung aus Elektronen- und Lochtransport-Komponenten sowie durch die Selektivität der Elektrodenkontakte erzielt. Im Unterschied zu einer Silizium-Driftdiode ist demnach ein anderer Aufbau und eine andere Prozessierung erforderlich. Als photoaktive Schicht wird bei der erfindungsgemäßen organischen Driftdiode eine organische Halbleitermischung aus einem elektronentransportierenden und einem lochtransportierenden Material aufgebracht. Dabei bilden sich eine Vielzahl von Übergängen zwischen dem elektronentransportierenden und dem lochtransportierenden Material, an welchen Übergängen eine Raumladungszone entsteht, in der bei Auftreffen eines Gammaquants Ladungstrennung auftritt. Eine solche Struktur nennt man auch Bulk-Heterojunction. Wird beispielsweise als erste Elektrodenart eine Anode, als zweite Elektrodenart eine Kathode gewählt, so ist auf einer Seite der Photoaktivschicht eine ausgedehnte, die Photoaktivschicht insbesondere vollständig überdeckende Kathode vorgesehen, die zur Extraktion der Elektronen dient. Dafür wird ein Material mit niedriger Austrittsarbeit, etwa im Bereich von 1,5–4 eV, und guten Elektronentransporteigenschaften verwendet. Die gegenüberliegende Anode, die zur Extraktion der entstehenden Löcher (positive Ladungsträger) dient und daher bevorzugt ein Material mit hoher Austrittsarbeit, beispielsweise 4–6 eV, umfasst, besitzt eine geringe Ausdehnung. Zu extrahierende Löcher werden mit Hilfe der Driftstruktur, an die ein entsprechendes Potential anzulegen ist und die letztendlich ebenso Kathoden bilden, durch eine Drift in Richtung der Anode bewegt, indem durch eine entsprechende Potentialvertei lung entlang der Driftstruktur ein entsprechendes elektrisches Feld innerhalb der Photoaktivschicht erzeugt wird. Diese Ausführungen gelten analog, wenn die erste Elektrodenart eine Kathode und die zweite Elektrodenart eine Anode ist.The The basic idea of the present invention is therefore the concept of organic solid state detectors on the principle to transmit known as a silicon drift diode drift diode. Unlike silicon diodes is used in an organic photodiode the functionality is not determined by the doping Partial layers, but by the composition of electron and hole transport components as well as through selectivity achieved the electrode contacts. Unlike a silicon drift diode Therefore, a different structure and a different processing is required. As the photoactive layer is in the inventive organic drift diode an organic semiconductor mixture of a electron transporting and a hole transporting material applied. This forms a variety of transitions between the electron transporting and the hole transporting Material, at which transitions a space charge zone arises in which occurs when hitting a gamma quantum charge separation. Such a structure is also called bulk heterojunction. For example as the first type of electrode an anode, as the second type of electrode a Cathode selected, so is on one side of the photoactive layer an extended, the photoactive layer in particular completely covering Cathode provided, which serves for the extraction of the electrons. Therefore becomes a material with low work function, approximately in the range of 1.5-4 eV, and good electron transport properties used. The opposite anode, which is for extraction the resulting holes (positive charge carriers) serves and therefore preferably a material with high work function, for example, 4-6 eV, has a small extent. To be extracted holes are using the drift structure, to which a corresponding potential has to be applied and which ultimately also form cathodes, moved by a drift towards the anode, by a corresponding potential distribution along the drift structure a corresponding electric field within the photoactive layer is produced. These remarks apply analogously when the the first type of electrode is a cathode and the second type of electrode is a cathode Anode is.
Im erfindungsgemäßen Aufbau lassen sich demnach die Kapazität und damit das Rauschen beim Auslesen des Signals deutlich reduzieren. Die Kapazität der Diode ist nicht mehr von der Gesamt-Diodenfläche abhängig, sondern wird nur noch durch die wesentlich kleinere Dimension der ersten Elektrodenart bestimmt. Damit können, abhängig von der genauen Geometrie, Kapazitäten bis in den Bereich von wenigen 10 pF pro cm2 erreicht werden. Dadurch erschließen sich Anwendungen, bei denen es auf ein rauscharmes Auslesen ankommt, beispielsweise in SPECT-Detektoren.In the structure according to the invention, it is therefore possible to significantly reduce the capacitance and thus the noise when the signal is read out. The capacity of the diode is no longer dependent on the total diode area, but is determined only by the much smaller dimension of the first type of electrode. Thus, depending on the exact geometry, capacities can be achieved in the range of a few 10 pF per cm 2 . This opens up applications that require low-noise readout, for example in SPECT detectors.
Weiterhin ist die organische Driftdiode gemäß der vorliegenden Erfindung auf größeren Flächen kostengünstig herstellbar. Es ist damit ein kostengünstig prozessierbarer Detektor beschrieben.Farther is the organic drift diode according to the present invention Invention on larger areas cost produced. It is thus a cost-processable Detector described.
Schließlich wird noch einem weiteren Nachteil der organischen Photodioden entgegengewirkt. Dort steigen bei sehr großen Detektorflächen der Dunkelstrom und die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen an. Der Dunkelstrom und die Kurzschlüsse sind oft auf „leckende" Bereiche der ansonsten selektiven Kontakte zurückzuführen. Bei der Realisierung als Driftdiode kann, je nach genauer Geometrie des Aufbaus, die Fläche des „leckenden" Anoden- oder Kathodenkontaktes reduziert werden. Somit ist eine Reduzierung der Dunkelstromdichte sowie eine Verringerung der Defektanzahl pro Fläche möglich.After all is counteracted yet another disadvantage of organic photodiodes. There With very large detector areas, the dark current increases and the probability of short circuits. The dark current and the shorts are often on "leaking" areas attributed to the otherwise selective contacts. When implemented as a drift diode, depending on the exact geometry of the Structure, the area of the "leaking" anode or Cathode contact can be reduced. Thus, a reduction of Dark current density and a reduction in the number of defects per area possible.
Die oben beschriebene organische Driftdiode sollte grundsätzlich mindestens vier äußere Anschlüsse aufweisen, nämlich einen äußeren Anodenanschluss für die Anode, einen äußeren Kathodenanschluss für die Kathode sowie wenigstens zwei Driftstrukturanschlüsse, insbesondere einen innersten und einen äußersten Driftstrukturanschluss, für die Driftstruk tur. Die Driftstrukturanschlüsse sind dabei zweckmäßigerweise am innersten und am äußersten Rand der Driftstruktur kontaktiert, damit das entsprechende Driftfeld erzeugt werden kann. Bei einer Driftstruktur aus konzentrischen Ringen kann beispielsweise der innerste Ring und der äußerste Ring mit einem äußeren Driftstrukturanschluss verbunden sein.The The organic drift diode described above should basically have at least four outer terminals, namely an outer anode connection for the anode, an external cathode connection for the cathode and at least two drift structure connections, in particular an innermost and an outermost Drift structure connection, for the drift structure. The drift structure connections are expediently at the innermost and contacted at the outermost edge of the drift structure, so that the corresponding drift field can be generated. At a Drift structure of concentric rings, for example, the innermost ring and the outermost ring with an outer ring Driftstrukturanschluss be connected.
Wie bereits dargestellt, handelt es sich bei der organischen Driftdiode nicht um eine „freischwebend" herzustellende Struktur, sondern es ist ein Substrat erforderlich, auf dem die Schichtanordnung angeordnet ist. Daraus folgen letztendlich zwei grundlegende, alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.As already shown, it is the organic drift diode not a "free-floating" structure, but a substrate is required on which the layer arrangement is arranged is. This ultimately leads to two basic, alternative embodiments of the present invention.
Zunächst kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrodenschicht die zweite Elektrodenart umfasst. In diesem Fall sind demnach die Driftstrukturen und die erste Elektrodenart zwischen dem Substrat und der Photoaktivschicht angeordnet, werden demnach bei der Herstellung zuerst aufgebracht. Da die Photoaktivschicht meist entweder aus Lösung oder durch thermisches Verdampfen aufgebracht wird, besteht das Risiko, dass die Driftstruktur und die erste Elektrodenart oxidativ angegriffen werden. Daher kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Driftringstruktur und die erste Elektrodenart aus oxidationsresistenten Materialien bestehen. Zudem hat es sich bei dieser ersten Ausführungsform als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Elektrodenschicht semitransparent ausgebildet ist. Dann kann der Lichteinfall von der dem Substrat gegenüberliegenden Seite auf die Photoaktivschicht erfolgen, da die zweite Elektrodenschicht eine hohe Transmission aufweist.First can be provided that the second electrode layer, the second Electrode includes. In this case, therefore, are the drift structures and the first type of electrode between the substrate and the photoactive layer are thus applied first during manufacture. Since the Photoaktivschicht usually either from solution or by thermal evaporation, there is a risk that the drift structure and the first type of electrode are oxidatively attacked become. Therefore, it can be provided in an advantageous embodiment, that the drift ring structure and the first type of electrode made of oxidation resistant Materials exist. In addition, it has in this first embodiment proved to be advantageous when the second electrode layer semitransparent is trained. Then the incidence of light from the substrate take place on the opposite side of the photoactive layer, because the second electrode layer has a high transmission.
Alternativ zu dieser ersten Ausführungsform kann in einer zweiten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Elektrodenschicht die zweite Elektrodenart umfasst, die zweite Elektrodenart also letztendlich zwischen Photoaktivschicht und Substrat angeordnet ist. Die Driftstruktur und die erste Elektrodenart sind dann auf der dem Substrat abge wandten Seite angeordnet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zweite Elektrodenart aus einem oxidationsresistenten Material besteht. Zum Lichteinfall kann vorgesehen sein, dass wenigstens das Substrat und die erste Elektrodenschicht wenigstens semitransparent ausgestaltet sind, so dass die Photonen hier durch das Substrat eingekoppelt werden können. Als Substrat kann in diesem Fall beispielsweise Glas verwendet werden.alternative to this first embodiment can in a second Embodiment be provided that the first electrode layer The second type of electrode therefore includes the second type of electrode between the photoactive layer and the substrate is arranged. The drift structure and the first type of electrode are then on the side facing away from the substrate arranged. In this case, it is advantageous if the second type of electrode consists of an oxidation-resistant material. To the light it can be provided that at least the substrate and the first Electrode layer are designed at least semi-transparent, so that the photons are coupled through the substrate here can. As a substrate in this case, for example Glass to be used.
Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, das Licht über die Elektrodenschicht mit der Driftstruktur und der ersten Elektrodenart einzukoppeln. Allerdings ist die Seite mit der ausgedehnten Elektrodenart vorteilhafter, da sie eine homogene und insbesondere dünnere Schicht darstellt. Im Fall der fein strukturierten Driftstruktur bzw. der ersten Elektrodenart können ungewollte optische Effekte wie Streuung oder Reflexion auftreten. Zudem ist es für die Driftstruktur und eventuell auch die erste Elektrodenart vorteilhaft, die Schichten etwas dicker zu gestalten, was den Lichteintritt stark behindern würde.in principle Of course it is also possible to put the light over the electrode layer with the drift structure and the first type of electrode couple. However, the side with the extended electrode type more advantageous as it is a homogeneous and in particular thinner Layer represents. In the case of the finely structured drift structure or the first type of electrode can unwanted optical Effects like scattering or reflection occur. It is also for the drift structure and possibly also the first type of electrode are advantageous, make the layers slightly thicker, which greatly increases light entry would hamper.
Insbesondere bei der ersten Ausführungsform, aber auch bei der zweiten Ausführungsform, kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die äußeren Anschlüsse auf der der Schichtanordnung abgewandten Seite des Substrats vorgesehen sind und über Durchkontaktierung mit den jeweiligen Elektroden, also der Anode, der Kathode und der Driftstruktur, verbunden sind. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn mehrere Driftdioden möglichst Flächen ausfüllend zu einem Detektor-Array zusammengefügt werden sollen. Im Falle eines solchen Driftdioden-Arrays ist es zudem vorteilhaft, dass die organischen Driftdioden auch direkt auf einem Wafer, beispielsweise einem Silizium-Wafer, oder einem Keramiksubstrat als Substrat aufgebracht werden können. Nicht nur in diesem Fall, sondern auch allgemein kann dann vorteilhafterweise die Driftdiode einen insbesondere der ersten Elekrodenart benachbarten Feldeffekttransistor oder Verstärker umfassen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Feldeffekttransistor ein organischer, in die Schichtanordnung integrierter Feldeffekttransistor ist.Especially in the first embodiment, but also in the second Embodiment may be provided with particular advantage be that the outer ports are on the side of the substrate facing away from the layer arrangement are provided and via via with the respective electrodes, So the anode, the cathode and the drift structure are connected. This is particularly useful if several Drift diodes as far as possible filling surfaces to be merged into a detector array. in the In the case of such a drift diode array, it is also advantageous that the organic drift diodes also directly on a wafer, for example a silicon wafer, or a ceramic substrate as a substrate can be. Not only in this case, but also in general can then advantageously the drift diode a particular of first Elekrodenart adjacent field effect transistor or amplifier include. It can also be provided that the field effect transistor is an organic, is in the layer arrangement integrated field effect transistor.
Die Elektrode oder die Elektroden der zweiten Elektrodenschicht können durch Drahtbonding mit dem oder den entsprechenden äußeren Anschlüssen verbunden sein. In dem Fall, in dem die zweite Elektrodenschicht von der Driftstruktur und der ersten Elektrodenart gebildet wird, stellt dies die einfachste Kontaktierungsvariante dar.The Electrode or the electrodes of the second electrode layer can by wire bonding with the or the corresponding outer Be connected to terminals. In the case where the second Electrode layer of the drift structure and the first type of electrode is formed, this is the simplest Kontaktierungsvariante represents.
Insbesondere für den Fall, dass die erste Elektrodenschicht die Driftstruktur und die Anode umfasst, ist es zweckmäßig, wenn die Schichtanordnung dem Substrat zugewandt eine Leiterbahnenschicht zur Verbindung wenigstens eines Teils der Elektroden mit den entsprechenden auf dem Substrat vorgesehenen äußeren Anschlüssen sowie eine Passivierungsschicht zur Isolierung gegenüber den übrigen Schichten umfasst. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass die äußeren Anschlüsse am Rand des Substrates in einem nicht von der Schichtanordnung überdeckten Bereich angeordnet sind, zu denen dann entsprechende Leiterbahnen geführt werden. Selbstverständlich können auf diese Weise auch eventuelle Durchkontaktierungen beliebig angeordnet werden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die zweite Elektrodenschicht die zweite Elektrodenart umfasst, welche seitlich zu einem entsprechenden Kontaktpad auf dem größer als die Schichtanordnung dimensionierten Substrat erweitert ist. Die zweite Elektrodenart wird demnach seitlich über die Photoaktivschicht zu einem entsprechenden Kontaktpad heruntergeführt, das einen Teil der Leiterbahnstruktur bilden kann oder unmittelbar mit dem entsprechenden äußeren Anschluss verbunden ist. Auf diese Weise ist ein Drahtbonding oder eine andere Kontaktierungsmethode von oben nicht mehr erforderlich, so dass eine besonders kompakte Ausgestaltung der Driftdiode ermöglicht wird.Especially in the event that the first electrode layer is the drift structure and the anode comprises, it is expedient if the layer arrangement facing the substrate, a conductor track layer for connecting at least part of the electrodes to the corresponding ones provided on the substrate outer terminals and a passivation layer for isolation over the remaining layers. It is, for example conceivable that the outer connections at the edge of the substrate in a not covered by the layer arrangement Are arranged area, which then led to corresponding conductor tracks become. Of course, in this way Also, any vias are arranged arbitrarily. A particularly advantageous embodiment results when the second electrode layer comprises the second type of electrode which laterally to a corresponding contact pad on the larger as the layer arrangement dimensioned substrate is extended. The second type of electrode is accordingly laterally over the Photoactive layer down to a corresponding contact pad, the may form part of the wiring pattern or directly with connected to the corresponding external connection is. This is a wire bonding or other method of contacting no longer necessary from above, so that a particularly compact Configuration of the drift diode is made possible.
Die Halbleitermischung ist mit besonderem Vorteil als eine bi-kontinuierliche Bulk-Heterostruktur ausgebildet. Bi-kontinuierlich bedeutet in diesem Fall, dass die Mischung derart strukturiert ist, dass Ladungsträger von jedem Ort in der Photoaktivschicht über das entsprechende elektronentransportierende oder lochtransportierende Material zu den Elektroden geführt werden können. Eine solche bi-kontinuierliche Struktur wird durch entsprechende Behandlung der Photoaktivschicht bei der Herstellung der Driftdiode, beispielsweise durch Tempern, ermöglicht.The semiconductor mixture is particularly advantageously designed as a bi-continuous bulk heterostructure. Bi-continuous in this case means that the mixture is structured such that charge carriers from each location in the photoactive layer to the corresponding electron-transporting or hole-transporting material Electrodes can be performed. Such a bi-continuous structure is made possible by appropriate treatment of the photoactive layer in the production of the drift diode, for example by annealing.
Das elektronentransportierende Material kann beispielsweise das Fulleren C60, ein C60-Derivat oder Phenyl-C61-Buttersäuremethylester (PCBM) sein. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung von PCBM erwiesen.The For example, the electron-transporting material may be the fullerene C60, a C60 derivative or phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) be. Particularly useful is the use proven by PCBM.
Für das lochtransportierende Material kann ein Polyphenylenvinylen-Derivat, insbesondere MEH-PPV (Poly[2-methoxy-5-(2'-Ethyl-Hexyloxy)-1,4-Phenylenvinylen]) oder ein substituiertes Thiophen, insbesondere Poly-3-hexylthiophen (P3HT) oder Poly-3-oktylthiophen (P3OT), gewählt werden. Dabei wird P3HT bevorzugt.For the hole transporting material may be a polyphenylenevinylene derivative, in particular MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]) or a substituted thiophene, especially poly-3-hexylthiophene (P3HT) or poly-3-octylthiophene (P3OT). there P3HT is preferred.
Die Dicke der Photoaktivschicht kann von 100 bis 500 nm, insbesondere 200 nm, betragen. Sie sollte so gewählt werden, dass eine möglichst hohe Quanteneffizienz erzielt wird und dennoch die Ladungsträger die jeweiligen Elektroden erreichen können.The Thickness of the photoactive layer can be from 100 to 500 nm, in particular 200 nm. It should be chosen so that one highest possible quantum efficiency is achieved and yet the charge carriers can reach the respective electrodes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schichtanordnung zwischen der Photoaktivschicht und der ersten und/oder zweiten Elektrodenschicht eine weitere organische Halbleiterschicht, nämlich eine elektronentransportierende oder eine lochtransportierende Transportschicht umfassen. Eine solche organische Transportschicht kann beispielsweise aus Pedot(Polyethylendioxytiophen) bestehen.In Another embodiment of the invention, the layer arrangement between the photoactive layer and the first and / or second electrode layer another organic semiconductor layer, namely a electron transporting or a hole transporting transport layer include. Such an organic transport layer can, for example consist of Pedot (Polyethylendioxytiophen).
Wie bereits erwähnt, sollten die Elektrodenkontakte eine bestimmte Selektivität aufweisen. Dazu sollte die Anode zur Extraktion der entstehenden positiven Ladungsträger (Löcher) aus einem Material mit hoher Austrittsarbeit bestehen, die Kathode dagegen zur Extraktion der Elektronen aus einem Material niedriger Austrittsarbeit. Für die Driftstruktur gelten ähnliche Anforderungen wie für die zweite Elektrodenart. Dementsprechend kann die Anode beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO), Gold, Silber, Platin, Palladium oder einer Mischung dieser Substanzen bestehen. Die Kathode kann aus Indiumzinnoxid (ITO), Aluminium, Magnesium, Silber, Kalzium, einem anorganischen Salz, insbesondere Lithiumfluorid, Natriumfluorid oder Cäsiumfluorid, oder einer Mischung dieser Substanzen bestehen. Bei der Auswahl der Materialien ist insbesondere zu beachten, dass die in der ersten Elektrodenschicht verwendeten Materialien möglichst oxidationsresistent sein sollten. Als ein besonders geeignetes Material hat sich Indiumzinnoxid (ITO) erwiesen, da es mehrere Vorteile vereint. Zum einen kann es für beide Elektrodenarten eingesetzt werden, da die Austrittsarbeit und die Transporteigenschaften durch die Stöchiometrie und die Art der Prozessierung variiert werden können. Zum anderen ist ITO transparent und stabil.As already mentioned, the electrode contacts should have a specific Have selectivity. This should be the anode for extraction the resulting positive charge carriers (holes) consist of a material with high work function, the cathode against it for extracting electrons from a low work function material. Similar requirements apply to the drift structure as for the second type of electrode. Accordingly, can for example, the indium tin oxide (ITO), gold, silver, Platinum, palladium or a mixture of these substances. The cathode can be made of indium tin oxide (ITO), aluminum, magnesium, Silver, calcium, an inorganic salt, especially lithium fluoride, Sodium fluoride or cesium fluoride, or a mixture consist of these substances. When choosing the materials is especially note that the ones used in the first electrode layer Materials should be as resistant to oxidation as possible. As a particularly suitable material has indium tin oxide (ITO) proved, as it combines several advantages. For one thing, it can be for Both types of electrodes are used because the work function and the transport properties through the stoichiometry and the type of processing can be varied. To the Others ITO is transparent and stable.
Prozesstechnisch, also im Rahmen der Herstellung, ist es besonders günstig, wenn die erste Elektrodenart und die Driftstruktur aus verschiedenen Materialien bestehen. Dann können beide Materialien nacheinander entsprechend prozessiert, also aufgebracht und strukturiert, werden.Process Technically, so in the context of production, it is particularly favorable when the first type of electrode and the drift structure are different Materials exist. Then both materials can be successively processed accordingly, so applied and structured.
Die erste Elektrodenart und/oder die Driftstruktur können dabei eine Dicke von 100–300 nm, insbesondere 200 nm, aufweisen. Die zweite Elektrodenart kann dünner ausgestaltet sein und eine Dicke von 10–30 nm, insbesondere 20 nm, aufweisen.The first type of electrode and / or the drift structure can thereby have a thickness of 100-300 nm, in particular 200 nm. The second type of electrode can be made thinner and a thickness of 10-30 nm, in particular 20 nm.
Für das Substrat sind eine Vielzahl vorteilhafter Ausgestaltungen denkbar. So kann das Substrat aus Glas, Keramik oder Metall bestehen oder ein Halbleiterwafer, eine Platine oder eine Folie, insbesondere eine Polymerfolie, sein. Glas oder eine Folie eignen sich besonders, wenn das Substrat wenigstens semitransparent ausgestaltet sein soll. Bei einem Halbleiterwafer, einem Keramiksubstrat (beispielsweise aus LTCC) oder einer Platine sind besonders günstig Durchkontak tierungen oder die Integration eines Feldeffekttransistors oder Verstärkers möglich.For the substrate are a variety of advantageous embodiments conceivable. Thus, the substrate may be made of glass, ceramic or metal or a semiconductor wafer, a circuit board or a foil, in particular a polymer film. Glass or a foil are particularly suitable if the substrate is to be configured at least semitransparent. In a semiconductor wafer, a ceramic substrate (e.g. from LTCC) or a printed circuit board are particularly favorable through contacts or the integration of a field effect transistor or amplifier possible.
Das Substrat kann dabei allgemein eine Dicke von 0,5 bis 1 mm, insbesondere 0,7 mm aufweisen.The Substrate may generally have a thickness of 0.5 to 1 mm, in particular 0.7 mm.
Zum Schutz der empfindlichen Substanzen vor Sauerstoff und Feuchtigkeit kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Driftdiode eine Verkapselung zum Schutz der Schichtanordnung umfasst. Eine solche passivierende und vor Umgebungseinflüssen schützende Verkapselung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. So ist zum einen denkbar, dass die Verkapselung ein Glas- oder Metallsubstrat umfasst, das die Driftdiode von der Seite der zweiten Elektrodenschicht her abdeckt. Vorteilhafterweise ist das Glas- oder Metallsubstrat der Verkapselung wenigstens so groß, dass es die Schichtanordnung, insbesondere die Stapelstruktur aus erster Elektrodenschicht, Photoaktivschicht und zweiter Elektrodenschicht, überdeckt und sogar etwas überragt. Dabei ist die Fläche des Glas- oder Metallsubstrats aber kleiner als die Fläche des gegenüberliegenden Substrats, so dass der Zugang zu äußeren Anschlüssen, die beispielsweise am Rand des Substrats angeordnet sein können, vereinfacht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Verkapselung wenigstens eine Dünnschicht aus organischem und/oder anorganischem Material, insbesondere Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxinitrid, Epoxid, Parylen oder Polyacrylat, umfassen. Eine solche Ausgestaltung schützt die Driftdiode allseitig vor Umgebungseinflüssen. Sie ist insbesondere zweckmäßig, wenn Drahtbonding zur Kontaktierung verwendet wird. Dann kann vor der eigentlichen anorganischen Passivierung (aus Nitrid oder Oxid) zunächst eine erste organische Passivierungsschicht aufgebracht sein (aus Epoxid, Polyacrylat oder Parylen), die die Drähte umhüllt und eine relativ glatte Oberfläche für die weitere, anorganische Beschichtung zur Verfügung stellt.To protect the sensitive substances from oxygen and moisture, it can be expediently provided that the drift diode comprises an encapsulation for protecting the layer arrangement. Such a passivating encapsulation, which protects against environmental influences, can be realized in various ways. For example, it is conceivable that the encapsulation comprises a glass or metal substrate which covers the drift diode from the side of the second electrode layer. Advantageously, the glass or metal substrate of the encapsulation is at least so large that it covers the layer arrangement, in particular the stack structure of the first electrode layer, the photoactive layer and the second electrode layer, and even projects slightly beyond it. In this case, however, the area of the glass or metal substrate is smaller than the area of the opposing substrate, so that access to external terminals, which can be arranged, for example, at the edge of the substrate, is simplified. Alternatively or additionally, the encapsulation may comprise at least one thin layer of organic and / or inorganic material, in particular silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, epoxy, parylene or polyacrylate. Such a design protects the drift diode on all sides against environmental influences. It is particularly useful when wire bonding is used for contacting. Then, before the actual inorganic passivation (from nitride or oxide), a first organic passivation layer (made of epoxy, polyacrylate or parylene), which wraps the wires and provides a relatively smooth surface for the further, inorganic coating, can first be applied.
Zur Verbesserung der Detektoreigenschaften der Driftdiode kann vorgesehen sein, dass die die Driftstruktur umfassende Elektrodenschicht zusätzlich wenigstens eine Guardelektrode zum Feldabbau umfasst. Solche Guardelektroden sind grundsätzlich bekannt und dienen dazu, das Feld auf der der Anode abgewandten Seite der Driftstruktur so zu formen, dass möglichst wenig Verluste von erzeugten Ladungsträgern auftreten können. Derlei Guardstrukturen umfassen wenigstens eine Guardelektrode, die aus ähnlichen Materialien wie die oben genannten Elektroden bestehen kann. Über einen weiteren äußeren Anschluss wird die Guardelektrode auf das entsprechende, für die Feldformung ideale Potential gebracht.to Improvement of the detector properties of the drift diode can be provided be that the electrode layer comprising the drift structure in addition includes at least one guard electrode for field degradation. Such guard electrodes are basically known and serve to field the field of the side facing away from the anode of the drift structure so that as little loss of generated charge carriers may occur. Such guard structures comprise at least a guard electrode made of similar materials the above-mentioned electrodes can exist. About one another external connection is the guard electrode brought to the appropriate, ideal for field shaping potential.
Die Ausgestaltung der Driftstruktur kann bei der erfindungsgemäßen Driftelektrode je nach Anwendung auf verschiedene Weise vorteilhaft erfolgen. So kann vorgesehen sein, dass die Driftstruktur voneinander beabstandete, konzentrische Ringelektroden oder Mehreckelektroden oder eine ausgedehnte Ringelektrode oder Mehreckelektrode oder Kreiselektrode oder Quadratelektrode oder eine spiralförmig nach außen verlaufende Spiralelektrode umfasst. Die „klassische" Anordnung umfasst verschiedene, konzentrische, untereinander nicht verbundene Ringelektroden (Driftringe), von denen bei einer Diodenfläche von 1 cm2 typischerweise etwa 10 bis 100 vorgesehen sind. Dabei wird meist der innerste und der äußerste Ring mit einem äußeren Anschluss verbunden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine spiralartige Driftstruktur verwendet wird, bei der die Potentialdifferenz entlang der Spirale über einen höheren Schichtwiderstand zustande kommt. Wird eine Spiralelektrode verwendet, kann auch der innerste Teil der Spiralelektrode mit der ersten Elektrodenart verbunden sein, so dass ein äußerer Anschluss eingespart wird. Schließlich ist es auch möglich, die Driftstruktur als eine durchgehende Widerstandsschicht, beispielsweise eine Kreiselektrode, zu realisieren. In diesem Fall sollte der Schichtwiderstand noch etwas höher als bei einer Spiralelektrode liegen und wiederum kann der innerste Kontakt eingespart werden. Um ein besseres Packungsverhältnis, beispielsweise bei Verwendung in einem SPECT-Detektor, zu ermöglichen, kann von der runden Geometrie abgewichen werden und es können Mehreck geometrien verwendet werden. Besonders gut für eine dichte Packung eignen sich sechseckige oder rechteckige Strukturen.The design of the drift structure can be advantageously carried out in various ways in the drift electrode according to the invention, depending on the application. Thus, it may be provided that the drift structure comprises spaced-apart, concentric ring electrodes or polygonal electrodes or an extended ring electrode or polygonal electrode or circular electrode or square electrode or a spirally outwardly extending spiral electrode. The "classical" arrangement comprises various, concentric, mutually unconnected ring electrodes (drift rings), of which with a diode area of 1 cm 2, typically about 10 to 100 are provided, whereby most of the innermost and the outermost ring is connected to an external terminal. Alternatively, however, it can also be provided that a spiral-type drift structure is used in which the potential difference along the spiral is achieved by means of a higher sheet resistance If a spiral electrode is used, then the innermost part of the spiral electrode can also be connected to the first type of electrode Finally, it is also possible to realize the drift structure as a continuous resistance layer, for example a circular electrode, in which case the sheet resistance should be slightly higher than for a spiral electrode and again the innermost contact can be saved. In order to enable a better packing ratio, for example when used in a SPECT detector, it is possible to deviate from the round geometry and polygonal geometries can be used. Hexagonal or rectangular structures are particularly suitable for dense packing.
Zur Anordnung der ersten Elektrodenart in der Driftstruktur sind zwei Alternativen denkbar und durchführbar. Die erste Elektrodenart kann im Zentrum der Driftstruktur angeordnet sein, aber auch die Driftstruktur umgeben. Im zweiten Fall ist eine großflächigere erste Elektrodenart notwendig.to Arrangement of the first type of electrode in the drift structure are two Alternatives are conceivable and feasible. The first type of electrode can be arranged in the center of the drift structure, but also the drift structure surround. In the second case is a larger area first type of electrode necessary.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Driftstruktur voneinander beabstandete, parallele Streifenelektroden umfasst und die erste Elektrodenart als parallel zu den Streifenelektroden der Driftstruktur verlaufende Streifenelektrode ausgebildet und benachbart zu einer äußeren Streifenelektrode der Driftstruktur angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine linear aufgebaute organische Driftdiode realisiert. Ein solcher Detektor kann auch zur Positionsbestimmung benutzt werden, da über die Zeitverzögerung des Signals zum Strahlungseintritt die Driftstrecke senkrecht zu den Driftstreifenelektroden bestimmt werden kann.In further advantageous embodiment can also be provided in that the drift structure comprises spaced, parallel strip electrodes and the first type of electrode as parallel to the strip electrodes formed the drift structure extending strip electrode and adjacent to an outer strip electrode the drift structure is arranged. In this way, a linear constructed organic drift diode realized. Such a detector can also be used for position determination, as over the time delay of the signal to the radiation entrance determines the drift path perpendicular to the drift strip electrodes can be.
Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Driftdiode. Wie bezüglich der zwei Ausführungsformen schon erwähnt, ist der Fall, bei dem sich die Driftstruktur substratseitig befindet (erste Ausführungsform) von dem Fall zu unterscheiden, bei dem die Driftstruktur auf der dem Substrat abgewandten Seite angeordnet ist (zweite Ausführungsform). Beide Realisierungsmöglichkeiten stellen unterschiedliche Anforderungen an die Prozessierung, die gemeinsam mit ihrer Lösung nun dargestellt werden.Besides the invention also relates to a process for the preparation of a organic drift diode. As for the two embodiments already mentioned, is the case in which the drift structure on the substrate side is (first embodiment) to distinguish from the case in which the drift structure on the side facing away from the substrate is arranged (second embodiment). Both realization possibilities put different demands on the processing, the be presented together with their solution now.
Im ersten Fall, also für die substratseitig angeordnete Kombination aus Driftstruktur und erster Elektrodenart, besteht die Schwierigkeit darin, das Elektrodenmaterial, insbesondere solches mit niedriger Austrittsarbeit, strukturiert aufzubringen und nicht durch die nachfolgenden Verfahrensschritte anzugreifen. Ist die erste Elektrodenart die Anode, soll die Driftstruktur also aus grundsätzlich für die Kathode geeigneten Materialien bestehen, so können beispielsweise keine extrem oxidationsempfindlichen Materialien wie Kalzium oder Barium verwendet werden.in the first case, so for the substrate side arranged combination from drift structure and first type of electrode, there is the difficulty therein, the electrode material, in particular lower Work function, structured and not by the subsequent Attack process steps. Is the first type of electrode the Anode, should the drift structure so basically for the cathode can be made of suitable materials, so can For example, not extremely sensitive to oxidation materials like calcium or barium.
Zur Lösung dieser Problematik sind bei einem ersten Verfahren zur Herstellung einer organischen Driftdiode erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:
- a) Zu einer ersten Elektrodenstruktur strukturiertes Aufbringen einer ersten Schicht aus einem ersten Material mit geringer oder keiner Oxidationsneigung auf ein Substrat oder ein mit wenigstens einer grundlegenden Schicht versehenes Substrat und zu einer zweiten Elektrodenstruktur strukturiertes Aufbringen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material mit geringer oder keiner Oxidationsneigung auf das Substrat, wobei die eine Elektrodenstruktur eine Driftringstruktur und die andere Elektrodenstruktur eine erste Elektrodenart, gewählt aus der Wahlgruppe Anode oder Kathode, ist und beide Elektrodenstrukturen eine erste Elektrodenschicht bilden,
- b) Aufbringen einer Photoaktivschicht aus einer organischen Halbleitermischung aus einem elektronentransportierenden und einem lochtransportierenden Material aus Lösung oder durch thermisches Verdampfen auf die erste Elektrodenschicht, wobei insbesondere außerhalb der ersten Elektrodenschicht liegende Bereiche des Substrats durch eine Schattenmaske abgedeckt sind,
- c) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht als zweite Elektrodenart, die aus der Wahlgruppe gewählt ist und nicht der ersten Elektrodenart entspricht, aus einem dritten Material auf die Photoaktivschicht, insbesondere durch physikalische Gasphasenabscheidung.
- a) to a first electrode structure structured application of a first layer of a first material with little or no tendency to oxidation on a substrate or provided with at least one basic layer substrate and structured to a second electrode structure applying a second layer a second material with little or no tendency to oxidize on the substrate, wherein the one electrode structure is a drift ring structure and the other electrode structure is a first type of electrode selected from the anode or cathode selection group and both electrode structures form a first electrode layer,
- b) applying a photoactive layer of an organic semiconductor mixture comprising an electron-transporting and a hole-transporting material from solution or by thermal evaporation onto the first electrode layer, wherein regions of the substrate lying outside the first electrode layer in particular are covered by a shadow mask,
- c) applying a second electrode layer as a second type of electrode, which is selected from the selection group and does not correspond to the first type of electrode, from a third material to the photoactive layer, in particular by physical vapor deposition.
Ausgangspunkt des Verfahrens ist dabei ein Substrat, wie es bezüglich der erfindungsgemäßen organischen Driftdiode schon näher erläutert wurde. Dieses Substrat kann bereits mit wenigstens einer grundlegenden Schicht versehen sein, beispielsweise einer Leiterbahnschicht und einer Passivierungsschicht. Es liegt allerdings auch im Rahmen des Verfahrens, die grundlegende Schicht bzw. die grundlegenden Schichten zunächst aufzubringen. Auf dieses gegebenenfalls mit wenigstens einer grundlegenden Schicht versehene Substrat werden nun in zwei aufeinander folgenden Schritten strukturiert zwei Elektrodenstrukturen aufgebracht, von denen eine die Driftstruktur, die andere die Anode oder die Kathode bildet. Unter strukturiertem Aufbringen ist hierbei auch zu verstehen, dass zunächst eine Schicht aufgebracht wird, die in einem nachfolgenden Schritt erst strukturiert wird. Vorteilhafterweise sind das erste und das zweite Material unterschiedlich, so dass beide Elektrodenstrukturen nacheinander prozessiert werden können. Dabei ist nun vorgesehen, dass sowohl das erste Material als auch das zweite Material eine geringe oder keine Oxidationsneigung aufweisen, also im Wesentlichen oxidationsresistent sind. Dies ist im Hinblick auf die nachfolgenden Schritte vorteilhaft, um ein Oxidieren und somit eine qualitativ schlechtere organische Driftdiode zu vermeiden.starting point of the method is a substrate, as it regards The organic drift diode according to the invention already closer was explained. This substrate can already with at least be provided with a basic layer, such as a Conductor layer and a passivation layer. It lies however also in the context of the procedure, the basic layer or the to apply basic layers first. If necessary be provided with at least one basic layer substrate now in two consecutive steps structured two electrode structures applied, one of which is the drift structure, the other the anode or the cathode forms. Under structured application here is also to understand that first a layer is applied, which is first structured in a subsequent step. advantageously, Both the first and the second material are different, so that both Electrode structures can be processed one after the other. It is now envisaged that both the first material and the second material has little or no tendency to oxidize, So are essentially resistant to oxidation. This is in view to the subsequent steps advantageous to oxidation and thus to avoid a lower quality organic drift diode.
Danach wird in Schritt b) die Photoaktivschicht aufgebracht. Diese besteht aus einer organischen Halbleitermischung, auch Halbleiterblend genannt, aus einem elektronentansportierenden und einem lochtransportierenden Material. Das Aufbringen kann aus Lösung oder durch thermisches Verdampfen auf die erste Elektrodenschicht erfolgen. Dabei können zweckmäßigerweise außerhalb der ersten Elektrodenschicht liegende Bereiche des Substrats durch eine Schattenmaske abgedeckt werden. Auf diese Weise werden gegebenenfalls außerhalb des Bereichs der ersten Elektrodenschicht vorgesehene äußere Anschlüsse oder dergleichen geschützt.After that the photoactive layer is applied in step b). This consists from an organic semiconductor mixture, also called a semiconductor blend, from an electron transporting and a hole transporting Material. The application can be made of solution or by thermal Evaporate the first electrode layer. It can expediently outside the first electrode layer lying areas of the substrate covered by a shadow mask become. This way, if necessary, outside of the region of the first electrode layer provided outer Protected connections or the like.
Schließlich wird in einem Schritt c) die ausgedehnte zweite Elektrodenart als zweite Elektrodenschicht aufgebracht. Die zweite Elektrodenart ist dann wiederum eine Kathode, wenn die erste Elektrodenart die Anode ist oder umgekehrt. Ein bevor zugtes Verfahren für das Aufbringen der zweiten Elektrodenschicht ist dabei die physikalische Gasphasenabscheidung.After all In a step c), the extended second type of electrode is called applied second electrode layer. The second type of electrode is then in turn, a cathode when the first type of electrode is the anode or the other way around. A preferred method for application The second electrode layer is the physical vapor deposition.
Auf diese Weise wird eine qualitativ hochwertige erfindungsgemäße organische Driftdiode nach der oben bereits diskutierten ersten Ausführungsform gewonnen. Das Verfahren ist ohne viel Aufwand und kostengünstig durchführbar und erlaubt die Herstellung auch großflächiger organischer Driftdioden, wie sie beispielsweise in nuklearmedizinischen Anwendungen zur Detektion von Gammaquanten bzw. Photonen benötigt werden.On this way becomes a high quality invention organic drift diode after the first already discussed above Embodiment won. The procedure is without much effort and cost effective and allows the Production of large-scale organic drift diodes as for example in nuclear medicine applications for detection of gamma quanta or photons are needed.
Wie bereits erwähnt, kann die Strukturierung der Elektrodenstrukturen der ersten Elektrodenschicht auch nach dem Aufbringen des entsprechenden Materials erfolgen. Dann kann vorgesehen sein, dass eine insbesondere lithographische Strukturierung des ersten Materials zu der ersten Elektrodenstruktur und eine insbesondere lithographische Strukturierung des zweiten Materials zu der zweiten Elektrodenstruktur erfolgt. Lithographische Strukturierung ist eine gut bekannte und hervorragend geeignete Art zur nachträglichen Strukturierung, die die Durchführung des ersten Verfahrens weiter vereinfacht. Eine andere Variante zur nachträglichen Strukturierung wäre beispielsweise das Nanoimprint-Verfahren. Prinzipiell können die erste Schicht und die zweite Schicht jedoch auch schon beim Aufbringen strukturiert werden, beispielsweise durch eine Schattenmaske oder durch Druckverfahren wie Tampondruck, Siebdruck oder Flexodruck. Bei den genannten Druckverfahren ist es jedoch schwieriger, die feine Größenskala der Drittstruktur bzw. der ersten Elektrodenart exakt zu realisieren.As already mentioned, the structuring of the electrode structures the first electrode layer even after the application of the corresponding Materials are made. Then it can be provided that a particular lithographic structuring of the first material to the first Electrode structure and a particular lithographic structuring of the second material to the second electrode structure. Lithographic structuring is a well known and excellent suitable type for subsequent structuring, the implementation of the first method further simplified. Another variant to subsequent structuring would be, for example the nanoimprint process. In principle, the first Layer and the second layer but also already structured when applied be, for example, by a shadow mask or by printing such as pad printing, screen printing or flexographic printing. In the mentioned printing process However, it is more difficult, the fine size scale to realize the third structure or the first type of electrode exactly.
Für die zweite Elektrodenschicht kann vorteilhafterweise ein wenigstens semitransparentes Material verwendet werden, so dass bei der hergestellten organischen Driftdiode der Lichteinfall von der dem Substrat abgewandten Seite vorgesehen ist. Dies hat die bereits bezüglich der Diskussion der erfindungsgemäßen Driftdiode genannten Vorteile.For the second electrode layer may advantageously be at least one semitransparent material can be used so that when manufactured organic drift diode, the light from the side facing away from the substrate Page is provided. This has already been regarding the Discussion of the drift diode according to the invention mentioned Advantages.
Bezüglich der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Driftdiode soll eine Driftdiode geschaffen werden, bei der sich die ausgedehnte Elektrodenart auf der dem Substrat zugewandten Seite der Schichtanordnung befindet. Das bedeutet, in diesem Fall müssen die Elektrodenstrukturen, insbesondere die Driftstruktur, auf der Photoaktivschicht strukturiert aufgebracht werden. Dabei ist zu beachten, dass über der Organik keine nasschemischen Prozesse mehr angewandt werden können.With regard to the second embodiment of the drift diode according to the invention, a drift diode is to be created in which the extended type of electrode is located on the side of the layer arrangement facing the substrate. This means, in this case, the electrode structures, ins special the drift structure, are applied to the photoactive layer structured. It should be noted that it is no longer possible to apply wet-chemical processes above the organics.
Gemäß einem zweiten Verfahren zur Herstellung einer organischen Driftdiode sind erfindungsgemäß daher folgende Schritte vorgesehen:
- a) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht aus einem Material mit geringer oder keiner Oxidationsneigung als erste Elektrodenart, gewählt aus der Wahlgruppe Anode oder Kathode, auf ein Substrat oder ein mit wenigstens einer grundlegenden Schicht versehenes Substrat,
- b) Aufbringen einer Photoaktivschicht aus einer organischen Halbleitermischung aus einem elektronentransportierenden und einem lochtransportierenden Material aus Lösung oder durch thermisches Verdampfen auf die erste Elektrodenschicht, wobei insbesondere außerhalb der Elektrodenschicht liegende Bereiche des Substrats durch eine Schattenmaske abgedeckt sind,
- c) Mittels einer Schattenmaske oder einem Druckverfahren zu einer ersten Elektrodenschicht strukturiertes Aufbringen einer ersten Schicht auf die Photoaktivschicht und mittels einer Schattenmaske oder einem Druckverfahren zu einer zweiten Elektrodenstruktur strukturiertes Aufbringen einer zweiten Schicht auf die Photoaktivschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung, wobei die eine Elektrodenstruktur eine Driftstruktur und die andere Elektrodenstruktur eine zweite Elektrodenart, die aus der Wahlgruppe gewählt ist und nicht der ersten Elektrodenart entspricht, ist und beide Elektrodenstrukturen eine zweite Elektrodenschicht bilden.
- a) applying a first electrode layer of a material with little or no tendency to oxidation as the first type of electrode, selected from the anode or cathode selection group, to a substrate or a substrate provided with at least one basic layer,
- b) applying a photoactive layer composed of an organic semiconductor mixture comprising an electron-transporting and a hole-transporting material from solution or by thermal evaporation onto the first electrode layer, wherein regions of the substrate lying outside the electrode layer, in particular, are covered by a shadow mask,
- c) applying a first layer to the photoactive layer structured by means of a shadow mask or a printing method to a first electrode layer and applying a second layer to the photoactive layer by physical vapor deposition by means of a shadow mask or a printing method, wherein the one electrode structure has a drift structure and the other electrode structure is a second type of electrode that is selected from the selection group and does not correspond to the first type of electrode, and both electrode structures form a second electrode layer.
Im zweiten Verfahren wird demnach kein nachträgliches Strukturieren der Driftstruktur und der Elektrodenart durchgeführt, um durch die nasschemischen Prozesse die Photoaktivschicht nicht zu beschädigen. Damit wird eine qualitativ hochwertige und kostengünstig sowie auf großen Flächen herstellbare erfindungsgemäße organische Driftdiode nach der zweiten Ausführungsform hergestellt. Die sonstigen Ausführungen zu den übrigen Schritten bezüglich des ersten Verfahrens sind auch hier anwendbar.in the Accordingly, the second method does not require subsequent structuring the drift structure and the type of electrode performed to due to the wet-chemical processes, the photoactive layer is not to damage. This will be a high quality and inexpensive and on large areas producible organic drift diode according to the invention of the second embodiment. The others Remarks on the remaining steps regarding of the first method are also applicable here.
Bei diesem zweiten Verfahren kann vorteilhafterweise ein wenigstens semitransparentes Substrat, insbesondere Glas, und ein semitransparentes Material für die erste Elektrodenschicht verwendet werden. Der Lichteinfall erfolgt dann von unten durch die homogenen Schichten und wird nicht durch die inhomogene Strukturierung im Bereich der Driftstruktur und der zweiten Elektrodenart gestört.at This second method can advantageously at least one semitransparent substrate, especially glass, and a semi-transparent material be used for the first electrode layer. The light incident then takes place from below through the homogeneous layers and will not due to the inhomogeneous structuring in the area of the drift structure and The second type of electrode disturbed.
Bezüglich der Materialwahl und der Dicke der einzelnen Schichten sowie der genauen Strukturierung der Driftstruktur sei bezüglich beider Verfahren auf die bezüglich der erfindungsgemäßen Driftdiode bereits gemachten Ausführungen verwiesen. Diese und andere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Driftdiode sind vollumfänglich auf die erfindungsgemäßen Verfahren übertragbar.In terms of the choice of material and the thickness of the individual layers and the exact structuring of the drift structure is with respect to both methods with respect to the inventive Drift diode referenced statements already made. These and other embodiments of the invention Drift diode are fully based on the invention Method transferable.
Im Folgenden werden nun Ausgestaltungen dargestellt, die prinzipiell für beide erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar sind.in the Embodiments are now presented below, which in principle for both methods of the invention are applicable.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen der ersten Elektrodenschicht ist die physikalische Gasphasenabscheidung, insbesondere das Sputtern. Dieses kann kostengünstig und einfach realisiert werden.One preferred method for applying the first electrode layer is the physical vapor deposition, in particular sputtering. This can be realized inexpensively and easily.
Die Photoaktivschicht kann beispielsweise aus Lösung durch Spray-Coating aufgebracht werden. Insbesondere eignet sich das Aufbringen der Halbleitermischung aus vorzugsweise 1%iger Lösung in Xylol. Beispielsweise kann eine organische Halbleitermischung aus PCBM und P3HT im Konzentrationsverhältnis 1:1 aus 1%iger Lösung in Xylol durch Spray-Coating in einer Schichtdicke von beispielsweise 200 nm aufgebracht werden.The For example, the photoactive layer may be made from solution Spray coating can be applied. In particular, the application is suitable the semiconductor mixture of preferably 1% solution in Xylene. For example, an organic semiconductor mixture may consist of PCBM and P3HT in concentration ratio 1: 1 from 1% Solution in xylene by spray coating in one layer thickness of 200 nm, for example.
Wie bereits bezüglich der erfindungsgemäßen Driftdiode diskutiert, ist insbesondere die Ausbildung einer bi-kontinuierlichen Bulk-Heterojunction vorteilhaft für die Detektoreigenschaften der organischen Driftdiode. Daher kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass zwischen den Schritten b) und c) ein Tempern der Photoaktivschicht durchgeführt wird. Durch Tempern der Photoaktivschicht beispielsweise bei 100°C für 15 Minuten wird eine teilweise Separation der Mischung in ein bi-kontinuierliches Netzwerk auf Sub-Mikrometer–Skala erreicht, so dass sich die Extraktionseffizienz der Ladungsträger verbessert.As already with respect to the invention Drift diode discussed, in particular, is the formation of a bi-continuous Bulk heterojunction advantageous for the detector properties the organic drift diode. Therefore, may be provided appropriately be that between the steps b) and c) a tempering of the photoactive layer is carried out. By annealing the photoactive layer for example, at 100 ° C for 15 minutes becomes one partial separation of the mixture into a bi-continuous network achieved on sub-micron scale, thus increasing the extraction efficiency the charge carrier improved.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Aufbringen der zweiten Elektrodenschicht bei niedrigen Abscheideraten, insbesondere bei etwa 1 Å/s, durchgeführt wird. Ein solches langsames Aufdampfen wirkt sich vorteilhaft auf die Dunkelstromcharakteristik aus.In further embodiment of the method according to the invention it can be provided that the application of the second electrode layer at low deposition rates, in particular at about 1 Å / s becomes. Such slow evaporation has an advantageous effect the dark current characteristic.
Zur Kontaktierung der einzelnen Elektroden mit äußeren Anschlüssen sind mehrere Varianten denkbar. Vorteil ist es, wie oben bereits dargestellt, insbesondere, wenn Anschlüsse an der der Schichtanordnung abgewandten Seite des Substrats vorgesehen sind. Dann können im Rahmen des Verfahrens vor Schritt a) Durchkontaktierungen des Substrats zur Verbindung der Elektroden mit äußeren Anschlüssen auf der den Schichten abgewandten Seite des Substrats geschaffen werden.to Contacting of the individual electrodes with outer Connections are several variants conceivable. Advantage is it, as already shown above, in particular, if connections provided on the side facing away from the layer arrangement of the substrate are. Then, as part of the procedure before step a) vias of the substrate to connect the electrodes with external connections on the layers away side of the substrate are created.
Sollen alternativ die äußeren Anschlüsse beispielsweise am Rand des Substrats vorgesehen sein oder sollen die Positionen der Durchkontaktierungen möglichst frei gewählt werden können, so können vor dem Schritt a) eine Leiterbahnenschicht mit strukturierten Leiterbahnen und Kontaktpads und eine strukturierte Passivierungsschicht aufgebracht werden, die die grundlegenden Schichten bilden. Zum Aufbringen der grundlegenden Schichten kann zunächst durch physikalische Gasphasenabscheidung, insbesondere durch Sputtern, ein leitendes Material auf das Substrat aufgebracht und anschließend insbesondere lithographisch strukturiert werden, wonach ein Passivierungsmaterial durch physikalische Gasphasenabscheidung, insbesondere durch Sputtern, aufgebracht wird und insbesondere lithographisch strukturiert wird, so dass die Kontaktpads nicht von der Passivierungsschicht überdeckt sind. Als Material für diese Leiterbahnen kann beispielsweise Aluminium verwendet werden, jedoch sind auch andere Materialien denkbar. Das Passivierungsmaterial kann beispielsweise SiNx sein, das auch durch chemische Gasphasenabscheidung aufgebracht werden kann. Wichtig ist, dass die äußeren Anschlüsse und die Kontaktpads für die Elektroden frei bleiben.Should alternatively, the outer terminals, for example be provided at the edge of the substrate or should the positions the vias selected as freely as possible can be, so before step a) a Printed circuit layer with structured printed conductors and contact pads and apply a structured passivation layer, that form the basic layers. To apply the basic Layers can first be obtained by physical vapor deposition, especially by sputtering, a conductive material on the substrate applied and then in particular lithographically be structured, after which a Passivierungsmaterial by physical Gas phase deposition, in particular by sputtering, is applied and in particular lithographically structured, so that the contact pads are not covered by the passivation layer. When Material for these tracks, for example, aluminum can be used, but other materials are conceivable. The Passivierungsmaterial can be, for example, SiNx, which also by chemical vapor deposition can be applied. Important is that the outer connections and the contact pads for the electrodes remain free.
Die Elektrode oder die Elektroden der zweiten Elektrodenschicht können beispielsweise durch Drahtbonding, insbesondere unter Inertgasstrom, mit äußeren Anschlüssen verbunden werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die zweite Elektrodenschicht die Driftstruktur umfasst. Umfasst die zweite Elektrodenschicht lediglich die ausgedehnte Elektrodenart, so kann diese vorteilhafterweise so strukturiert aufgebracht werden, dass sie über die Photoaktivschicht auf ein Kontaktpad für einen äußeren Anschluss heruntergezogen wird. In diesem Falle ist dann kein Drahtbonding erforderlich. Wird ein Drahtbonding vorgenommen, so sollte dies vorteilhafterweise unter Inertgasstrom geschehen, damit die noch nicht durch eine Verkapselung geschützten Schichten keiner Oxidation ausgesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist es auch sinnvoll, in der zweiten Elektrodenschicht Mischungen aus verschiedenen Materialien zu verwenden, wobei das zuletzt aufgebrachte Material möglichst oxidationsresistent ist.The Electrode or the electrodes of the second electrode layer can for example by wire bonding, in particular under an inert gas stream, be connected to external terminals. This is particularly useful when the second electrode layer includes the drift structure. Includes the second electrode layer only the extended type of electrode, this can be advantageous be structured so that they pass over the photoactive layer on a contact pad for an outside Connection is pulled down. In this case, then no Drahtbonding required. If a wire bonding is done, so should advantageously done under inert gas, so that still none protected by an encapsulation layers none Be exposed to oxidation. In this context it is too useful, in the second electrode layer mixtures of different Materials to use, with the last applied material as resistant to oxidation as possible.
Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäßen Verfahren einen Schritt umfassen, in dem eine Verkapselung zum Schutz der Schichten angebracht wird. Dabei ist beispielsweise denk bar, dass ein Glassubstrat und/oder ein Keramiksubstrat auf die zweite Elektrodenschicht aufgeklebt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft durchführbar, wenn kein Drahtbonding verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann als Verkapselung eine dünne Schicht oder Schichtfolge aus organischem und/oder anorganischem Material, insbesondere Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxinitrid, Epoxid, Parylen oder Polyacrylat, aufgebracht werden. Wird Drahtbonding verwendet, so kann vor der eigentlichen anorganischen Verkapselung zunächst eine erste organische Verkapselungsschicht aufgebracht werden, die die Bonddrähte umhüllt und eine relativ glatte Oberfläche für die weitere, anorganische Verkapselungsschicht zur Verfügung stellt.As already mentioned, the inventive Method include a step in which an encapsulation for protection of the layers is applied. For example, it is conceivable a glass substrate and / or a ceramic substrate on the second Electrode layer is adhered. This is particularly advantageous feasible if no wire bonding is used. alternative or in addition, as a thin encapsulation Layer or layer sequence of organic and / or inorganic Material, in particular silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide, Aluminum oxynitride, epoxy, parylene or polyacrylate, applied become. If wire bonding is used, then before the actual inorganic encapsulation first, a first organic Encapsulation layer are applied to the bonding wires wrapped and a relatively smooth surface for the further, inorganic encapsulation layer available provides.
Allgemein kann beim Aufbringen der Schichten der die Driftstruktur umfassenden Elektrodenschicht eine dritte als Guardelektrode oder Guardelektroden strukturierte Schicht als Teil der Elektrodenschicht aufgebracht werden. Die Funktionsweise und die Vorteile von Guardelektroden wurden bezüglich der erfindungsgemäßen Driftdiode bereits diskutiert.Generally may include the drift structure when applying the layers Electrode layer a third as guard electrode or guard electrodes structured layer applied as part of the electrode layer become. The operation and advantages of guard electrodes were with respect to the invention Drift diode already discussed.
Mit besonderem Vorteil kann insbesondere in die grundlegenden Schichten integriert ein insbesondere organischer Feldeffekttransistor aufgebracht oder angebracht werden.With particular advantage can be found in particular in the basic layers integrated a particular organic field effect transistor applied or be attached.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below as well as from the drawings. Showing:
Vorab sei angemerkt, dass zum Zwecke der einfacheren Darstellung hier von Ausführungsbeispielen ausgegangen wird, in denen die Anode mit der Driftstruktur eine Elektrodenschicht bildet. Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung jedoch auch auf Anordnungen, in denen die Kathode mit der Driftstruktur eine Elektrodenschicht bildet und die Anode die ausgedehnte Elektrodenart darstellt.It should be noted in advance that, for the purpose of simplifying the illustration, exemplary embodiments are assumed in which the anode with the drift structure forms an electrode layer. Of course, however, the invention also extends to arrangements in which the cathode with the drift structure forms an electrode layer and the anode represents the extended type of electrode.
Die
Kathode
Aus
fertigungstechnischen Gründen ist für die Anode
Das
Substrat
Auf
dem Substrat ist die erste Elektrodenschicht
Bezüglich
der Driftstruktur
Die Photoaktivschicht weist eine Dicke von 200 nm oberhalb der ersten Elektrodenschicht auf und besteht aus einer Halbleitermischung aus PCBM und P3HT im Konzentrationsverhältnis von 1:1.The Photoactive layer has a thickness of 200 nm above the first Electrode layer and consists of a semiconductor mixture PCBM and P3HT in a concentration ratio of 1: 1.
Die
Kathode
An dieser Stelle ist anzumerken, dass alle Dickenangaben selbstverständlich nur beispielhaft sind und die Figuren zur besseren Darstellung nicht maßstabsgetreu sind.At It should be noted that all thickness specifications are obvious for example only and the figures are not for better illustration are true to scale.
Die
organische Driftdiode
Die
Dünnschicht
Ein
Ausführungsbeispiel einer organischen Driftdiode
Die
in diesem Fall vier vorgesehenen äußeren Anschlüsse
a, i, o, c für die Anode
Um
die Driftdiode
Die
Driftringstruktur
Eine
weitere Ausgestaltung einer Driftstruktur
Bezüglich
der Ausgestaltung in
Eine
weitere Ausgestaltung einer Driftstruktur
Die
Soll
eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer organischer
Driftdioden in einem nuklearmedizinischen Detektor, insbesondere
einem SPECT-Detektor, benachbart angeordnet werden, so bieten sich
zur Realisierung einer besseren Abdeckung mehreckige Strukturen
an.
Eine
weitere Ausgestaltung einer Anordnung
Zur
Herstellung der organischen Driftdioden gemäß der
vorliegenden Erfindung muss zwischen der ersten Ausführungsform
(Driftdioden
In einer Variante des ersten Verfahrens werden auf einem Glassubstrat von 0,7 mm Dicke zunächst mit Sputtertechniken und lithographischer Strukturierung Leiterbahnen zu vier äußeren Anschlüssen (a, i, o, c) am Rand des Substrats geführt. Hierzu kann beispielsweise eine 400 nm dicke Aluminiumschicht verwendet werden, wobei beispielsweise Strukturierungsverfahren aus der LCD-Displaytechnologie verwendet werden können. Diese Leiterbahnen und die entsprechenden Kontaktpads werden zur elektrischen Isolierung durch eine Passivierungsschicht, beispielsweise 200 nm SiNx aus chemischer Dampfabscheidung, bedeckt. Auch die Passivierungsschicht wird danach lithographisch strukturiert, wobei nur die vier inneren Kontaktpads sowie die entsprechenden äußeren Anschlüsse a, i, o und c am Substratrand frei bleiben.In a variant of the first method are on a glass substrate of 0.7 mm thickness initially using sputtering techniques and lithographic patterning Tracks to four outer terminals (a, i, o, c) guided at the edge of the substrate. For this purpose can for example, a 400 nm thick aluminum layer can be used, For example, structuring methods from the LCD display technology can be used. These tracks and the corresponding ones Contact pads are used for electrical insulation through a passivation layer, For example, 200 nm SiNx from chemical vapor deposition, covered. The passivation layer is then lithographically structured, only the four inner contact pads and the corresponding outer Terminals a, i, o and c remain free at the substrate edge.
Auf das so mit grundlegenden Schichten versehene Substrat wird durch Sputtern eine 200 nm dicke Goldschicht aufgebracht, die durch lithographische Prozesse als Anode und als Kontaktpad für die Kathode strukturiert wird. In einem nächsten Schritt wird wiederum durch Sputtern mit einem oxidischen Target eine 200 nm dicke ITO-Schicht aufgebracht und ebenfalls lithographisch als Driftstruktur strukturiert. Die Driftstruktur und die Anode bilden demnach nun gemeinsam die erste Elektrodenschicht.On the thus provided with basic layers substrate is through Sputtering applied a 200nm thick gold layer by lithographic Processes as anode and structured as a contact pad for the cathode becomes. In a next step, in turn, by sputtering with an oxide target, a 200 nm thick ITO layer and applied also lithographically structured as a drift structure. The drift structure and the anode accordingly now together form the first electrode layer.
Anschließend wird eine organische Halbleitermischung aus PCBM und P3HT im Konzentrationsverhältnis von 1:1 aus insgesamt 1%iger Lösung in Xylol durch Spray-Coating in einer Schichtdicke von 200 nm über der ersten Elektrodenschicht als Photoaktivschicht aufgebracht. Dabei werden mit einer Schattenmaske der Substratrand sowie das Kontaktpad für die später aufzubringende Kathode abgedeckt. Danach wird die Photoaktivschicht bei 100°C für 15 Minuten getempert, so dass eine teilweise Separation der Mischung in ein bi-kontinuierliches Netzwerk auf Sub-Mikrometer-Skala erreicht wird, was sich günstig auf die Extraktionseffizienz der Ladungsträger auswirkt.Subsequently becomes an organic semiconductor mixture of PCBM and P3HT in the concentration ratio of 1: 1 from a total of 1% solution in xylene by spray coating in a layer thickness of 200 nm over the first electrode layer applied as a photoactive layer. It will be done with a shadow mask the substrate edge as well as the contact pad for the later Covered cathode covered. After that, the photoactive layer becomes annealed at 100 ° C for 15 minutes, leaving a partial separation of the mixture into a bi-continuous network achieved on sub-micron scale, which is favorable affects the extraction efficiency of the charge carriers.
Anschließend wird durch thermisches Verdampfen bei niedrigen Abscheidraten von 1 Å/sek. eine semi-transparente Schicht aus 5 nm Kalzium und 15 nm Silber als Kathode der zweiten Elektrodenschicht aufgebracht. Dabei wird wiederum eine Schattenmaske verwendet, durch die die Kathode auch über die Photoaktivschicht zu dem Kontaktpad für die Kathode heruntergeführt wird. In einem letzten Schritt wird das gesamte Bauteil durch Aufkleben eines weiteren transparenten Glassubstrats vor den Einflüssen von Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit geschützt. Dieses weitere Glassubstrat ist etwas kleiner als das als Trägersubstrat dienende Glassubstrat, so dass die äußeren Aluminiumanschlüsse zur Kontaktierung der Anode, der Kathode sowie des innersten und des äußersten Driftstrukturkontakts offen bleiben.Subsequently, by thermal evaporation at low deposition rates of 1 Å / sec. a semi-transparent layer of 5 nm of calcium and 15 nm of silver is applied as the cathode of the second electrode layer. In this case, in turn, a shadow mask is used, through which the cathode is also led down via the photoactive layer to the contact pad for the cathode. In a final step, the entire component is protected by the adhesion of another transparent glass substrate from the effects of oxygen and humidity. This further glass substrate is slightly smaller than the glass substrate serving as a carrier substrate, so that the outer aluminum terminals remain open for contacting the anode, the cathode and the innermost and outermost drift structure contacts.
In einem Ausführungsbeispiel für das zweite Verfahren wird wiederum ein 0,7 mm dickes Glassubstrat verwendet. Auf dieses Glassubstrat wird zunächst eine 400 nm dicke Aluminiumschicht durch Sputtern aufgebracht und zu äußeren Anschlüssen am Rand des Substrats strukturiert. Dann wird auf das Substrat durch thermisches Verdampfen eine semi-transparente Schicht aus 20 nm ITO aufgebracht und zu einer Kathode sowie zu einer Verbindung der Kathode zum entsprechenden äußeren Anschluss durch lithographische Techniken strukturiert. Die Kathode bildet die erste Elektrodenschicht.In an embodiment of the second method Again, a 0.7 mm thick glass substrate is used. On this Glass substrate is first a 400 nm thick aluminum layer applied by sputtering and to external terminals on the Textured edge of the substrate. Then it goes through to the substrate thermal evaporation a semi-transparent layer of 20 nm ITO applied and to a cathode and to a compound of the cathode to the corresponding external connection by lithographic Structured techniques. The cathode forms the first electrode layer.
Danach wird wie im ersten Verfahren eine organische Halbleitermischung aus PCBM und P3HT im Konzentrationsverhältnis von 1:1 aus 1%iger Lösung in Xylol durch Spray-Coating in einer Schichtdicke von 200 nm aufgebracht. Dabei werden wiederum mit einer Schattenmaske der Substratrand sowie die äußeren Anschlüsse und Kontaktpads für die später aufzubringenden Elektroden abgedeckt. Die Photoaktivschicht wird wie im ersten Verfahren für 15 Min. bei 100°C getempert.After that As in the first method, an organic semiconductor mixture made of PCBM and P3HT in a concentration ratio of 1: 1 1% solution in xylene by spray coating in one layer thickness of 200 nm applied. It will in turn be with a shadow mask the substrate edge as well as the outer connections and contact pads for the later to be applied Covered electrodes. The photoactive layer becomes as in the first method annealed for 15 min. at 100 ° C.
Sodann wird durch thermisches Verdampfen mit Hilfe einer Schattenmaske eine 100 nm dicke Goldschicht als Anode strukturiert aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird wiederum durch thermisches Verdampfen eine 100 nm dicke ITO-Schicht aufgebracht, die durch eine Schattenmaske in Form der Driftstruktur strukturiert ist.thereupon is by thermal evaporation using a shadow mask a 100 nm thick gold layer is applied as an anode structured. In a further step, in turn, by thermal evaporation a 100 nm thick ITO layer applied through a shadow mask is structured in the form of the drift structure.
Anschließend werden die Anode und die Driftstruktur, die die zweite Elektrodenschicht bilden, durch Drahtbonding mit den entsprechenden äußeren Anschlüssen beziehungsweise mit diesen verbundenen Kontaktpads verbunden. Dies findet vorteilhafterweise unter in Inertgaszufuhr statt, um die empfindlichen Schichten nicht zu beeinträchtigen.Subsequently be the anode and the drift structure, the second electrode layer form, by wire bonding with the corresponding outer Terminals or associated with these contact pads connected. This takes place advantageously in inert gas instead of affecting the sensitive layers.
Unmittelbar danach wird durch chemische Gasphasenabscheidungsprozesse eine erste organische Verkapselungsschicht aus Epoxid auf die gesamte Anordnung inklusive der Bonddrähte aufgebracht, so dass eine relativ glatte Oberfläche gebildet wird. Auf diese relativ glatte Oberfläche wird dann in einem zweiten Verkapselungsschritt mit ähnlichen Methoden eine zweite Verkapselungsschicht aus anorganischem Siliziumnitrid aufgebracht.immediate after that, chemical vapor deposition processes become a first organic encapsulation layer of epoxy over the entire assembly including the bonding wires applied, leaving a relative smooth surface is formed. On this relatively smooth Surface is then in a second encapsulation step with similar methods a second encapsulation layer made of inorganic silicon nitride.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 2004/0159793 [0005] US 2004/0159793 [0005]
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ID=39829137
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DE (1) | DE102007019327A1 (en) |
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- 2007-04-24 DE DE102007019327A patent/DE102007019327A1/en not_active Ceased
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