DE102010006269B4 - Process for producing conductive or semiconducting metal oxide layers on substrates, substrates produced in this way and their use - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung einer leitenden oder halbleitenden metalloxidischen Schicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung leitender oder halbleitender Strukturen, wobei zunächst eine ammoniakalische Lösung mindestens eines Metallions des betreffenden Metalloxids ausgehend von einem Oxid, Oxidhydrat und/oder Hydroxid des betreffenden Metalls hergestellt und nachfolgend auf ein Substrat aufgetragen wird und anschließend das Lösemittel unter Abscheidung und/oder Ausfällung des betreffenden Metalloxids auf dem Substrat entfernt wird, wobei die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von störenden Fremdionen und/oder von polaren Gruppen und wobei die Entfernung des Lösemittels, insbesondere des Ammoniak/Wasser-Gemisches, bei Temperaturen im Bereich von 75 bis 150°C erfolgt.A process for producing a conductive or semiconducting metal oxide layer on a substrate, in particular for producing conductive or semiconducting structures, wherein initially prepared an ammoniacal solution of at least one metal ion of the metal oxide in question starting from an oxide, oxide hydrate and / or hydroxide of the metal in question and subsequently to a Substrate is applied and then the solvent is removed with deposition and / or precipitation of the respective metal oxide on the substrate, wherein the solution used is substantially free of interfering foreign ions and / or polar groups and wherein the removal of the solvent, in particular the ammonia / Water mixture, carried out at temperatures in the range of 75 to 150 ° C.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitertechnik, insbesondere das Gebiet der Herstellung elektronischer Bauteile.The present invention relates to the field of semiconductor technology, in particular the field of electronic component manufacturing.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung leitender oder halbleitender metalloxidischer Schichten auf Substraten sowie die auf diese Weise erhältlichen metalloxidbeschichteten Substrate und deren Verwendung.The invention relates to a method for producing conductive or semiconducting metal oxide layers on substrates and to the metal oxide-coated substrates obtainable in this way and their use.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung dünner metalloxidischer Schichten mit Halbleitereigenschaften auf Substraten, welche bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen, wie z. B. Feldeffekttransistoren, Verwendung finden können, sowie die auf diese Weise erhältlichen Substrate selbst und deren Verwendung.In particular, the present invention relates to a method for producing thin metal oxide layers having semiconductor properties on substrates used in the manufacture of electronic components, such. As field effect transistors, can be used, and the substrates obtainable in this way, and their use.
Die moderne Halbleitertechnik ist eine der grundlegenden Fertigungstechniken zur Herstellung elektrotechnischer Bauteile, insbesondere mikroelektronischer Bauelemente und mikroelektronischer Baugruppen, wie z. B. integrierter Schaltungen. Ohne diese mikroelektronischen Bauelemente und Baugruppen, welche auf Halbleitern basieren, wäre die moderne Elektrotechnik nicht denkbar.Modern semiconductor technology is one of the basic manufacturing techniques for the production of electrical components, in particular microelectronic components and microelectronic assemblies such. B. integrated circuits. Without these microelectronic components and assemblies, which are based on semiconductors, modern electrical engineering would be unthinkable.
In jüngster Zeit werden elektronische Bauteile bzw. Baugruppen vermehrt in Form dünner Schichten bzw. als Abfolge dünner Schichten auf ein geeignetes Substrat aufgebracht. Besonderes Interesse gilt hierbei flexiblen Substraten, so daß sich mechanisch flexible Bauteile herstellen lassen, welche für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind. Auf diese Weise können beispielsweise Displays hergestellt werden, welche nur eine äußerst geringe Dicke besitzen und in Art einer Folie aufgerollt und wieder entrollt werden können. Diese Displays können sehr sicher und platzsparend transportiert und gelagert sowie unter den unterschiedlichsten Bedingungen als Ersatz für Bildschirme oder Leinwände eingesetzt werden.In recent years, electronic components or assemblies are increasingly applied to a suitable substrate in the form of thin layers or as a sequence of thin layers. Of particular interest here is flexible substrates, so that it is possible to produce mechanically flexible components which are suitable for a large number of applications. In this way, for example, displays can be produced which have only an extremely small thickness and can be rolled up and unrolled in the manner of a film. These displays can be transported and stored in a very safe and space-saving manner and used as a replacement for screens or screens under a wide variety of conditions.
Besondere Bedeutung bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen und Baugruppen besitzen halbleitende Metalloxide, welche insbesondere zur Herstellung von Transistoren verwendet werden. Durch geeignete Dotierung der Metalloxide können die Halbleitereigenschaften der Schichten gezielt beeinflußt werden. Halbleitende Metalloxide werden oftmals zur Herstellung von Transistoren eingesetzt, insbesondere zur Herstellung von Feldeffekttansistoren (sogenannte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren bzw. Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors bzw. MOSFETs).Particular importance in the production of microelectronic components and assemblies have semiconducting metal oxides, which are used in particular for the production of transistors. By appropriate doping of the metal oxides, the semiconductor properties of the layers can be influenced in a targeted manner. Semiconducting metal oxides are often used for the production of transistors, in particular for the production of field effect transistors (so-called metal-oxide-semiconductor field-effect transistors or metal-oxide semiconductor field-effect transistors or MOSFETs).
Durch die spezielle Kombination von chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie die gute Verfügbarkeit kommt Zinkoxid bei der Erzeugung dünner metalloxidischer Schichten mit Halbleitereigenschaften, insbesondere in der Herstellung von Dünnschichttransistoren (Thin-Film-Transistors (TFT)), eine besondere Bedeutung zu. Mit Zinkoxid lassen sich beispielsweise sehr leistungsfähige transparente Dünnschichttransistoren (TFTs), welche unter anderem Anwendungen in den sogenannten TFT-Displays und RF-ID-Etiketten bzw. RF-ID-Tags (Radio Frequency Identification) finden, herstellen.Due to the special combination of chemical and physical properties as well as good availability, zinc oxide is of particular importance in the production of thin metal oxide layers with semiconductor properties, in particular in the production of thin film transistors (TFTs). For example, zinc oxide can be used to produce very powerful transparent thin-film transistors (TFTs), which among other applications are found in the so-called TFT displays and RF-ID labels or RF-ID tags (Radio Frequency Identification).
Aufgrund der herausragenden technischen und wirtschaftlichen Bedeutung, welche die Erzeugung homogener Metalloxidschichten in der Halbleitertechnik besitzt und welche sich in Zukunft voraussichtlich noch steigern wird, hat es bislang im Stand der Technik nicht an Versuchen gefehlt, dünne homogene Schichten von Metalloxiden, insbesondere von Zinkoxid, zu erzeugen.Due to the outstanding technical and economic importance which the production of homogeneous metal oxide layers has in semiconductor technology and which is expected to increase in the future, there has hitherto been no shortage of attempts in the prior art to thin homogeneous layers of metal oxides, in particular of zinc oxide produce.
Alle bislang bekannten Verfahren besitzen jedoch den Nachteil, daß sie entweder sehr aufwendig und kostspielig sind, oder aber die Reinheit und die Homogenität der Metalloxidschichten nicht optimal sind.However, all known methods have the disadvantage that they are either very expensive and expensive, or the purity and the homogeneity of the metal oxide layers are not optimal.
Anorganische Halbleitermaterialien werden üblicherweise über aufwendige Vakuum- oder Plasmaprozesse bei zum Teil hohen Prozeßtemperaturen oberhalb von 300°C auf Substrate abgeschieden. Es gibt daher Bemühungen, diese Prozesse zu vereinfachen. In der Literatur wird bereits die Abscheidung von nanopartikulären oxidischen Halbleitern, insbesondere Zinkoxid (ZnO), aber auch Zinndioxid (SnO2) oder Indiumoxid (In2O3), aus Dispersionen beschrieben. Allerdings erweisen sich die Dispergierzusätze nur bedingt geeignet für die Anwendung des resultierenden Materials in elektronischen Bauteilen und müssen oft über höhere Temperaturschritte ausgebrannt werden. Alternativ wird die Herstellung von Zinkoxidschichten über Sprühpyrolyse aus Zinkacetat und anderen Präkursoren bzw. Vorläufersubstanzen berichtet, allerdings sind hierfür Zersetzungstemperaturen für den Präkursor von 200°C oder höher erforderlich. Alternativ wird die Auflösung von Zinkoxid in Natriumhydroxid beschrieben. Hier ist jedoch die spätere Abtrennung der Natriumionen zum Erreichen der geforderten hohen elektronischen Reinheit schwierig.Inorganic semiconductor materials are usually deposited by expensive vacuum or plasma processes at partially high process temperatures above 300 ° C on substrates. There are therefore efforts to simplify these processes. The deposition of nanoparticulate oxide semiconductors, in particular zinc oxide (ZnO), but also tin dioxide (SnO 2 ) or indium oxide (In 2 O 3 ), from dispersions is already described in the literature. However, the dispersants prove only partially suitable for the application of the resulting material in electronic components and often have to be burned out over higher temperature steps. Alternatively, the production of zinc oxide layers is reported via spray pyrolysis of zinc acetate and other precursors or precursors, however decomposition temperatures are required for the precursor of 200 ° C or higher. Alternatively, the dissolution of zinc oxide in sodium hydroxide is described. Here, however, the later separation of the sodium ions to achieve the required high electronic purity is difficult.
Übliche Verfahren zum Erzeugen dünner metalloxidischer Schichten sind beispielsweise auch chemische oder physikalische Abscheideprozesse über die Gasphase (Chemical Vapor Deposition, CVD; Physical Vapor Deposition, PVD). Hierbei werden im Rahmen der physikalischen Gasabscheidungsverfahren die Materialdämpfe der Ausgangsmaterialien direkt auf einem Substrat kondensiert, z. B. durch thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen oder Lichtbogenverdampfen. Bei den chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren wird hingegen durch chemische Reaktion an der erhitzten Oberfläche des Substrats ein Feststoff aus der Gasphase abgeschieden. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Zersetzung einer metallorganischen Verbindung, wie des oben genannten Zinkacetats, zu einem elementaren Metall oder einer einfachen anorganischen Metallverbindung, oder auch um die Reaktion unterschiedlicher Stoffe, wie z. B. bei der Siliziumnitridabscheidung aus der Reaktion von Ammoniak und Dichlorsilan, handeln. Alle Gasphasenabscheidungsverfahren sind sehr energieintensiv und apparativ aufwendig. Aufgrund der auftretenden hohen Temperaturen ist darüber hinaus die Anzahl der einsetzbaren Verbindungen und insbesondere der zu beschichtenden Substrate begrenzt.Typical methods for producing thin metal oxide layers are, for example, also chemical vapor deposition or physical vapor deposition (CVD) processes (Physical Vapor Deposition, PVD). In the context of the physical gas separation process, the material vapors of the Starting materials condensed directly on a substrate, for. B. by thermal evaporation, electron beam evaporation or arc evaporation. In the chemical vapor deposition method, however, a solid is separated from the gas phase by chemical reaction on the heated surface of the substrate. This may, for example, the decomposition of an organometallic compound, such as the above-mentioned zinc acetate, to an elemental metal or a simple inorganic metal compound, or to the reaction of different substances, such as. As in the Siliziumnitridabscheidung from the reaction of ammonia and dichlorosilane act. All gas phase deposition processes are very energy-intensive and expensive in terms of apparatus. Due to the high temperatures occurring, moreover, the number of usable compounds and in particular of the substrates to be coated is limited.
Metalloxidische Schichten werden beispielsweise auch durch Sprüh- und Druckverfahren, aber auch durch Tauchbeschichtung und Rotations- bzw. Schleuderbeschichtung (Spincoating) von Substraten, hergestellt, wobei in diesen Fällen Dispersionen oder Lösungen der Metalloxide bzw. ihrer Präkursoren eingesetzt werden. Geeignete Präkursoren bzw. Vorläufersubstanzen sind beispielsweise Komplexverbindungen der betreffenden Metallkationen, welche nach dem Beschichtungsprozeß zu den entsprechenden Oxiden zersetzt werden. Problematisch ist in jedem Fall die vollständige Zersetzung bzw. Entfernung der Präkursoren bzw. ihrer Fragmente und Abbauprodukte sowie die vollständige Entfernung des Lösemittels. In der Regel gelingt die Entfernung dieser Substanzen nur bei Anwendung höherer Temperaturen. Bei Verwendung von Dispersionen müssen auch die Dispergierhilfen bzw. Dispergiermittel, bei denen es sich oftmals um polymere Verbindungen mit einem sehr hohen Molekulargewicht handelt, rückstandsfrei entfernt werden, wobei ähnliche Probleme wie bei der Verwendung von Lösungen auftreten.Metal oxide layers are also produced, for example, by spraying and printing processes, but also by dip coating and spin coating of substrates, in which case dispersions or solutions of the metal oxides or their precursors are used. Suitable precursors or precursors are, for example, complex compounds of the relevant metal cations, which are decomposed to the corresponding oxides after the coating process. The problem is in any case the complete decomposition or removal of the precursors or their fragments and degradation products as well as the complete removal of the solvent. In general, the removal of these substances only succeeds when using higher temperatures. When using dispersions and the dispersants or dispersants, which are often polymeric compounds with a very high molecular weight, must be removed without residue, with similar problems as in the use of solutions occur.
So beschreibt beispielsweise die
Weiterhin betrifft die
Schließlich beschreiben Meyers et al. (Meyers et al., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17603–17609) die Verwendung einer ammoniakalischen Lösung von Zinkhydroxid zur Herstellung von Dünnschichttransistoren, wobei die Lösung durch Druckverfahren auf ein Substrat aufgebracht wird. Das Zinkhydroxid wird in situ durch Fällung von Zinkhydroxid mit Natronlauge aus einer Zinknitratlösung dargestellt. Das Präzipitat wird in sehr aufwendiger Weise durch mehrmaliges Waschen und Zentrifugieren von Natriumionen und Nitrat gereinigt. Die unmittelbare Verwendung von Zinkoxid ist nicht möglich, da dieses in ammoniakalischen Lösungen nur schwer löslich ist.Finally, Meyers et al. (Meyers et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 17603-17609) discloses the use of an ammoniacal solution of zinc hydroxide for the production of thin film transistors, wherein the solution is applied to a substrate by printing processes. The zinc hydroxide is prepared in situ by precipitation of zinc hydroxide with caustic soda solution from a zinc nitrate solution. The precipitate is purified in a very complicated manner by repeated washing and centrifuging of sodium ions and nitrate. The immediate use of zinc oxide is not possible because it is difficult to dissolve in ammoniacal solutions.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung dünner metalloxidischer Schichten für elektronische Bauteile besitzen allesamt den Nachteil, daß sie sehr aufwendig sind und/oder zu nicht optimalen Ergebnissen führen.These known from the prior art method for producing thin metal oxide layers for electronic components all have the disadvantage that they are very expensive and / or lead to less than optimal results.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahren zur Herstellung dünner metalloxidischer Schichten auf Substraten, welche insbesondere in elektronischen Bauteilen Verwendung finden können sollen, wobei die zuvor geschilderten, mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile – zumindest teilweise – vermieden oder aber wenigstens abgeschwächt werden sollen.The problem underlying the present invention is to provide a novel process for the production of thin metal oxide layers on substrates, which should be able to be used in particular in electronic components, wherein the previously described, associated with the prior art disadvantages - at least partially - avoided or at least to be toned down.
Dabei soll das bereitzustellende Verfahren eine weniger aufwendige, insbesondere möglichst weniger kostenintensive sowie in ökonomischer und/oder ökologischer Hinsicht verbesserte bzw. effizientere Herstellung dünner metalloxidischer Schichten auf Substraten ermöglichen.The method to be provided is intended to enable less expensive, and in particular less cost-intensive as well as economically and / or environmentally improved or more efficient production of thin metal oxide layers on substrates.
Zur Lösung des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung – gemäß einem ersten Erfindungsaspekt – ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vor; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.To solve the problem described above, the present invention proposes - according to a first aspect of the invention - a method according to claim 1; Further advantageous embodiments of this aspect of the invention are the subject of the relevant subclaims.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt – sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen metalloxidbeschichteten Substrate gemäß Anspruch 9 bzw. 10; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.Another object of the present invention - according to a second aspect of the invention - are obtainable by the process according to the invention metal oxide coated substrates according to
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem dritten Erfindungsaspekt – ist die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen metalloxidbeschichteten Substrate gemäß Anspruch 13 bzw. 14. Another object of the present invention - according to a third aspect of the invention - is the use of obtainable by the process according to the invention metal oxide coated substrates according to claim 13 or 14th
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ein Verfahren zur Erzeugung einer leitenden oder halbleitenden metalloxidischen Schicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung leitender oder halbleitender Strukturen, wobei zunächst eine ammoniakalische, insbesondere wäßrig-ammoniakalische Lösung mindestens eines Metallions des betreffenden Metalloxids ausgehend von einem Oxid, Oxidhydrat und/oder Hydroxid des betreffenden Metalls hergestellt und nachfolgend auf ein Substrat aufgetragen wird und anschließend das Lösemittel unter Abscheidung und/oder Ausfällung des betreffenden Metalloxids auf dem Substrat entfernt wird, wobei die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von störenden Fremdionen und/oder von polaren Gruppen und wobei die Entfernung des Lösemittels, insbesondere des Ammoniak/Wasser-Gemisches, bei Temperaturen im Bereich von 75 bis 150°C erfolgt.The present invention is thus - according to a first aspect of the present invention - a method for producing a conductive or semiconductive metal oxide layer on a substrate, in particular for the production of conductive or semiconducting structures, wherein first an ammoniacal, especially aqueous-ammoniacal solution of at least one metal ion of the metal oxide in question is prepared starting from an oxide, oxide hydrate and / or hydroxide of the respective metal and subsequently applied to a substrate and then the solvent is removed by deposition and / or precipitation of the respective metal oxide on the substrate, wherein the solution used substantially free is from interfering foreign ions and / or polar groups and wherein the removal of the solvent, in particular the ammonia / water mixture, takes place at temperatures in the range of 75 to 150 ° C.
Der Ausdruck ”Lösung mindestens eines Metallions des betreffenden Metalloxids” meint hierbei insbesondere die Lösung einer ionischen Verbindung des betreffenden Metalls, da die Lösung insgesamt elektrisch neutral sein muß. Dies ist dem Fachmann an sich jedoch bekannt.The term "solution of at least one metal ion of the metal oxide concerned" means in particular the solution of an ionic compound of the metal in question, since the solution must be electrically neutral as a whole. However, this is known to the person skilled in the art.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Insbesondere erfolgt die Abscheidung des Metalloxids bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, da das Lösemittel unter diesen Bedingungen bereits vollständig entfernt werden kann und die Bildung der Metalloxidschicht erfolgt. Durch die schonende Art der Herstellung metalloxidischer Schichten können auch temperaturempfindliche Substrate mit metalloxidischen Schichten beschichtet werden.An advantage of the method according to the invention is that it can be carried out at low temperatures. In particular, the deposition of the metal oxide takes place at comparatively low temperatures, since the solvent can already be completely removed under these conditions and the formation of the metal oxide layer takes place. Due to the gentle nature of the production of metal oxide layers, temperature-sensitive substrates can also be coated with metal oxide layers.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durchführbar, ohne daß störende Fremdionen bzw. Ladungsträger oder nicht gewünschte polare Gruppen im Verlauf des Verfahrens eingesetzt bzw. entstehen würden.The process according to the invention can be carried out without the use of interfering foreign ions or charge carriers or unwanted polar groups in the course of the process.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine einfache Durchführbarkeit und geringe Anzahl der Verfahrensschritte aus, wobei universelle Abscheidemöglichkeiten, wie z. B. Druckverfahren, Rotations- bzw. Schleuderbeschichtung (Spincoating) etc., verwendet werden können.The inventive method is characterized by its ease of implementation and low number of process steps, with universal Abscheidemöglichkeiten, such. As printing method, spin coating or spin coating etc., can be used.
Mit Hilfe des Verfahrens lassen sich sehr homogene metalloxidische Schichten erzeugen, da Lösungen und gerade keine Dispersionen der Metallverbindungen eingesetzt werden.With the aid of the method, it is possible to produce very homogeneous metal oxide layers, since solutions and, in particular, no dispersions of the metal compounds are used.
Es handelt sich um ein insgesamt ökonomisch wie ökologisch kompatibles Verfahren, welches nur wenige Ausführungsschritte und Ausgangssubstanzen benötigt, so daß sowohl der Energieverbrauch als auch die Menge an zu entsorgenden Abfallstoffen minimal sind.It is an overall economically and ecologically compatible process, which requires only a few execution steps and starting substances, so that both the energy consumption and the amount of waste to be disposed of are minimal.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von störenden Fremdionen und/oder von polaren Gruppen. Unter störenden Ionen und polaren Gruppen sind dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung Ionen und polare Gruppen zu verstehen, deren gemeinsame Abscheidung bzw. Ausfällung mit der metalloxidischen Schicht nicht beabsichtigt ist.When carrying out the process according to the invention, it is provided according to the invention that the solution used is essentially free from interfering foreign ions and / or from polar groups. In the context of the present invention, disturbing ions and polar groups mean ions and polar groups whose co-deposition or precipitation with the metal oxide layer is not intended.
Hierbei kann es vorgesehen sein, daß die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von Halogenidionen.It may be provided that the solution used is substantially free of halide ions.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, daß die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von Alkali- bzw. Erdalkaliionen.Furthermore, it can be provided that the solution used is substantially free of alkali metal or alkaline earth metal ions.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, daß die eingesetzte Lösung im wesentlichen frei ist von Schwefel, Stickstoff und/oder Phosphor enthaltenden Ionen, insbesondere im wesentlichen frei ist von Sulfationen, Hydrogensulfationen, Sulfitionen, Nitrationen, Phosphationen, Hydrogenphosphationen und/oder Dihydrogenphosphationen.Furthermore, it can be provided that the solution used is substantially free of sulfur, nitrogen and / or phosphorus-containing ions, in particular substantially free of sulfate ions, Hydrogensulfationen, sulfite ions, nitrate ions, phosphate ions, Hydrogenphosphationen and / or Dihydrogenphosphationen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Ausdruck ”im wesentlichen frei von” eine Konzentration der betreffenden Substanzen bzw. Ionen im ppm-Bereich oder sogar ppb-Bereich zu verstehen (insbesondere < 1.000 ppm, vorzugsweise < 1.000 ppb, bezogen auf die Lösung), wobei besonders bevorzugt die Konzentration etwaiger störender Substanzen bzw. Ionen gleich null ist.In the context of the present invention, the expression "substantially free of" means a concentration of the respective substances or ions in the ppm range or even the ppb range (in particular <1,000 ppm, preferably <1,000 ppb, based on the solution). , wherein particularly preferably the concentration of any interfering substances or ions is equal to zero.
Die Anwesenheit von nicht gewünschten bzw. störenden Ionen bzw. Ladungsträgern und polaren Gruppen würde dagegen zu einer ungewollten und nicht kontrollierbaren Veränderung der elektrischen Eigenschaften der metalloxidischen Schichten führen; insbesondere wäre eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der metalloxidischen Schichten die Folge der Anwesenheit störender Fremdionen bzw. polarer Gruppen.The presence of unwanted or interfering ions or charge carriers and polar groups, however, would lead to an unwanted and uncontrollable change in the electrical properties of the metal oxide layers; In particular, a deterioration of the electrical properties of the metal oxide layers would result from the presence of interfering foreign ions or polar groups.
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Reinheit und Homogenität der metalloxidischen Schicht können erzielt werden, wenn die in Lösung vorliegenden Gegenionen zu den betreffenden Metallionen mit den Produkten von Protolysereaktionen des Lösemittels identisch sind, d. h. im Falle einer wäßrigen Ammoniaklösung als Lösemittel sind beispielsweise Hydroxidionen als Gegenionen zu den Metallkationen bevorzugt. Als Ausgangsverbindungen für die in Lösung vorliegenden Metallhydroxide können entweder die betreffenden Metallhydroxide direkt eingesetzt werden, oder aber sie können in Lösungen in situ – beispielsweise aus den entsprechenden Metalloxiden bzw. den elementaren Metallen – erzeugt werden.Particularly good results in terms of purity and homogeneity of the metal oxide layer can be achieved when the solution ions present in solution to the respective metal ions with the products of Protolysereaktionen of the solvent are identical, ie in the case of an aqueous ammonia solution as the solvent, for example, hydroxide ions are preferred as counterions to the metal cations. As starting compounds for the metal hydroxides present in solution either the metal hydroxides in question can be used directly, or else they can be generated in solutions in situ, for example from the corresponding metal oxides or the elemental metals.
Im allgemeinen umfaßt die metalloxidische Schicht Zinkoxid und/oder Kupferoxid, vorzugsweise Zink(II)oxid bzw. Kupfer(II)oxid, oder besteht hieraus.In general, the metal oxide layer comprises zinc oxide and / or copper oxide, preferably zinc (II) oxide or copper (II) oxide, or consists thereof.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lösung des Metallions ausgehend von einem Oxid, Oxidhydrat und/oder Hydroxid des betreffenden Metalls hergestellt wird.In the context of the present invention, it is provided that the solution of the metal ion is prepared starting from an oxide, oxide hydrate and / or hydroxide of the relevant metal.
Auf diese Weise bleibt die Lösung frei von störenden Fremdionen, welche vor der Ausfällung bzw. Abscheidung des Metalloxids wieder entfernt werden müssen. Wenn Oxide, Oxidhydrate und Hydroxide der betreffenden Metalle als Ausgangsverbindungen verwendet werden, werden bei der Entfernung des Lösemittels, insbesondere in Form einer wäßrigen ammoniakalischen Lösung, die entsprechende Metallhydroxide und/oder wasserhaltige Oxidhydroxide bzw. Oxide abgeschieden bzw. ausgefällt, welche insbesondere im Fall von Zink- bzw. Kupferverbindungen sehr einfach, schnell und bei niedrigen Temperaturen in die korrespondierenden wasserfreien Metalloxide überführt werden können.In this way, the solution remains free of interfering foreign ions, which must be removed before the precipitation or deposition of the metal oxide. When oxides, oxide hydrates and hydroxides of the metals in question are used as starting compounds, the removal of the solvent, in particular in the form of an aqueous ammoniacal solution, precipitates or precipitates the corresponding metal hydroxides and / or hydrous oxide hydroxides or oxides, which in particular in the case of Zinc or copper compounds can be converted very easily, quickly and at low temperatures in the corresponding anhydrous metal oxides.
Die sauerstoffenthaltende Verbindung kann hierbei als solche eingesetzt, oder aber in situ generiert werden, insbesondere beispielsweise durch Oxidation des Metalls in Gegenwart von Sauerstoff. Das Lösen eines elementaren Metalls in einer wäßrigen alkalischen Lösung in Gegenwart von Sauerstoff bzw. Luft wird im folgenden beispielhaft anhand der Oxidation von elementarem Kupfer dargelegt:
Elementares Kupfer löst sich in wäßrigen ammoniakalischen Lösungen unter Oxidation beispielsweise durch Luftsauerstoff unter Bildung eines Kupferamin-Komplexes, wie es rein beispielhaft – und nicht andere Möglichkeiten bzw. Reaktionsverläufe ausschließend – in obiger Gleichung (1) gezeigt ist. Ohne Berücksichtigung der Bildung des Kupferamin-Komplexes reagiert elementares Kupfer in Gegenwart von (Luft-)Sauerstoff und Wasser formal zu Kupfer(II)hydroxid (Cu(OH)2).Elemental copper dissolves in aqueous ammoniacal solutions under oxidation, for example, by atmospheric oxygen to form a copper amine complex, as shown purely by way of example - and not other possibilities or reaction courses - in the above equation (1) is shown. Without consideration of the formation of the copper amine complex elemental copper reacts in the presence of (air) oxygen and water formally to copper (II) hydroxide (Cu (OH) 2 ).
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Lösung des Metallions ausgehend von einem Zinkoxidhydrat, insbesondere einem Zink(II)oxidhydrat, hergestellt, insbesondere einem Zinkoxidhydrat der Formel ZnO·xH2O mit x = 0,5 bis 10, insbesondere x = 1 bis 3, vorzugsweise x = 1,5 bis 2,5.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the solution of the metal ion is prepared starting from a zinc oxide hydrate, in particular a zinc (II) oxide hydrate, in particular a zinc oxide hydrate of the formula ZnO.xH 2 O where x = 0.5 to 10, in particular x = 1 to 3, preferably x = 1.5 to 2.5.
Denn, wie die Anmelderin überraschend herausgefunden hat, besitzt Zinkoxidhydrat eine gute Löslichkeit in ammoniakalischen Lösungen, insbesondere in wäßrigen ammoniakalischen Lösungen. Im Gegensatz hierzu löst sich kristallwasserfreies Zinkoxid nur äußerst schlecht bis gar nicht in wäßrigen ammoniakalischen Lösungen, so daß auf diesem Wege nur Dispersionen des Zinkoxids zugänglich wären. Im Stand der Technik werden daher auch entweder Dispersionen des hydratwasserfreien Zinkoxids verwendet, oder aber es wird in situ Zinkhydroxid durch Fällungsreaktion hergestellt, welches in einem mehrstufigen aufwendigen Reinigungsverfahren von störenden Fremdionen befreit werden muß.For, as the Applicant has surprisingly found, zinc oxide hydrate has a good solubility in ammoniacal solutions, especially in aqueous ammoniacal solutions. In contrast to this, crystal-free zinc oxide dissolves only extremely poorly, if at all, in aqueous ammoniacal solutions, so that only dispersions of the zinc oxide would be accessible in this way. In the prior art, therefore, either dispersions of hydrate anhydrous zinc oxide are used, or it is prepared in situ zinc hydroxide by precipitation reaction, which must be freed of interfering foreign ions in a multi-step elaborate purification process.
Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, kann die gute Löslichkeit des Zink(II)oxidhydrats in insbesondere wäßrigen ammoniakalischen Lösungen mit der geringeren Gitterenergie und der damit einhergehenden größeren Instabilität der Kristalle des Zink(II)oxidhydrats im Vergleich zu hydratwasserfreiem Zinkoxid und der Bildung eines Zinkamin-Komplexes erklärt werden: Die in dem Kristall eingebundenen polaren Wassermoleküle schwächen die Wechselwirkungen zwischen Kationen und Anionen – in diesem Fall Zink- und Oxidionen –, so daß diese leichter aus dem Kristall herausgelöst werden können, wobei die Zinkionen in Lösung durch Ammoniakmoleküle gemäß der nachfolgenden Gleichung (2) komplexiert werden. Der Zinkamin-Komplex ist bei Raumtemperatur sehr stabil und beständig, zerfällt jedoch rasch bei Temperaturen oberhalb von 70°C. Gleichung (2) verdeutlicht den Lösevorgang beispielhaft an der Verbindung ZnO·2H2O:
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Zinkoxidhydraten, wie Zink(II)-oxidhydrat, ist deren kommerzielle Verfügbarkeit. So ist z. B. ZnO·xH2O mit x = 2 beispielsweise über die Firma Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Deutschland, erhältlich.Another advantage of using zinc oxide hydrates, such as zinc (II) oxide hydrate, is their commercial availability. So z. B. ZnO · xH 2 O with x = 2, for example, the company Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Germany, available.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Lösung des Metallions ausgehend von einem Kupferoxid, Kupferoxidhydrat und/oder Kupferhydroxid, insbesondere einem Kupfer(II)oxid, Kupfer(II)oxidhydrat und/oder Kupfer(II)hydroxid, vorzugsweise einem Kupfer(II)hydroxid, hergestellt wird.According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the solution of the metal ion starting from a copper oxide, copper oxide and / or copper hydroxide, in particular a copper (II) oxide, copper (II) oxide hydrate and / or copper (II) hydroxide, preferably a copper (II) hydroxide is produced.
Die genannten Kupferverbindungen besitzen allesamt eine gute Löslichkeit in den verwendeten Lösemitteln, und die auf diese Weise erhältlichen Lösungen von Kupfer(II)ionen sind ebenfalls frei von störenden Ionen, welche andernfalls (d. h. nach dem Stand der Technik) erst aufwendig entfernt werden müßten. Darüber hinaus sind Kupferhydroxid und Kupferoxid ebenfalls kommerziell verfügbar, beispielsweise über die Firma Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Deutschland.The copper compounds mentioned all have a good solubility in the used Solvents, and the thus obtained solutions of copper (II) ions are also free of interfering ions, which would otherwise (ie according to the prior art) would have to be removed consuming. In addition, copper hydroxide and copper oxide are also commercially available, for example via Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Germany.
Darüber hinaus sind Lösungen von Kupferoxid bzw. Kupferhydroxid auch in situ durch Oxidation von elementarem Kupfer in Gegenwart von Sauerstoff in einer wäßrigen ammoniakalischen Lösung herstellbar, wie zuvor beschrieben und in obiger Reaktionsgleichung (1) dargelegt.In addition, solutions of copper oxide or copper hydroxide can also be prepared in situ by oxidation of elemental copper in the presence of oxygen in an aqueous ammoniacal solution, as described above and set forth in the above reaction equation (1).
Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, kann die gute Löslichkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Ausgangsverbindungen der betreffenden Metallionen möglicherweise dadurch erklärt werden, daß die betreffenden Metallionen Komplexverbindungen mit Ammoniak bilden, so daß die Triebkraft der Lösungsreaktion in der Bildung dieser Komplexverbindungen gesehen werden kann.Without wishing to be bound by any particular theory, the good solubility of the starting compounds of the respective metal ions used according to the invention may possibly be explained by the fact that the metal ions in question complex with ammonia, so that the driving force of the solution reaction can be seen in the formation of these complex compounds.
Im allgemeinen weist die ammoniakalische Lösung einen pH-Wert ≥ 8, insbesondere eine pH-Wert ≥ 8,5, vorzugsweise einen pH-Wert ≥ 9, besonders bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 8 bis 12, ganz besonders bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 8 bis 10, auf.In general, the ammoniacal solution has a pH ≥ 8, in particular a pH ≥ 8.5, preferably a pH ≥ 9, particularly preferably a pH in the range from 8 to 12, very particularly preferably a pH Value in the range of 8 to 10, on.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß die ammoniakalische Lösung die Metallionen in einer Konzentration von 0,001 bis 10 mol/l, insbesondere 0,01 bis 5 mol/l, vorzugsweise 0,05 bis 1 mol/l, enthält.In particular, it is envisaged that the ammoniacal solution contains the metal ions in a concentration of 0.001 to 10 mol / l, in particular 0.01 to 5 mol / l, preferably 0.05 to 1 mol / l.
Erfindungsgemäß kann die metalloxidische Schicht mit einer Dicke von 5 bis 1.000 nm, vorzugsweise 8 bis 200 nm, aufgetragen werden.According to the invention, the metal oxide layer may be applied at a thickness of 5 to 1000 nm, preferably 8 to 200 nm.
Insbesondere kann die die Metallionen enthaltene Lösung derart aufgetragen werden, daß eine metalloxidische Schicht der gewünschten Schichtdicke nach Entfernung des Lösemittels resultiert. Die metalloxidische Schicht kann in einem einstufigen oder mehrstufigen Verfahren aufgetragen werden, d. h. durch einmaliges Auftragen der Lösung oder aber durch wiederholtes Auftragen der Lösung, wobei nach jeder Auftragung das Lösemittel entfernt werden kann, so daß die Oxidschicht durch jeden Schritt an Stärke zunimmt.In particular, the solution containing the metal ions can be applied in such a way that a metal oxide layer of the desired layer thickness results after removal of the solvent. The metal oxide layer can be applied in a one-step or multi-step process, i. H. by applying the solution once or by repeatedly applying the solution, whereby after each application the solvent can be removed so that the oxide layer increases in strength through each step.
Der Auftrag kann mittels Druckverfahren, Tauchbeschichten oder Schleuderbeschichten (Spincoating), bevorzugt mittels Druckverfahren oder Schleuderbeschichten (Spincoating), erfolgen. Als Druckverfahren zur Auftragung der metalloxidischen Schichten können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise Tintenstrahl-(Ink-Jet-), Flexo-, Offset-, Gravur- oder Siebdruckverfahren Anwendung finden.The order can be carried out by means of printing processes, dip coating or spin coating (spincoating), preferably by means of printing processes or spin coating. As a printing method for applying the metal oxide layers can be used in the context of the present invention, for example, inkjet (ink-jet), flexo, offset, gravure or screen printing application.
Durch die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Auftragungsverfahren für die metalloxidische Schicht können besonders homogene Schichtdicken erzielt werden, wobei die Schichten – je nach Anwendung – entweder durchgängig bzw. kontinuierlich oder aber diskontinuierlich ausgebildet sein können. Unter einer diskontinuierlichen Ausbildung der metalloxidischen Schichten ist dabei zu verstehen, daß die Schichten beispielsweise unterbrochen sind oder aber z. B. mit Mustern versehen sind.By the application method for the metal oxide layer used in the context of the present invention, particularly homogeneous layer thicknesses can be achieved, wherein the layers - depending on the application - can be either continuous or continuous or discontinuous. Under a discontinuous formation of the metal oxide layers is to be understood that the layers are interrupted, for example, or z. B. are provided with patterns.
Erfindungsgemäß ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Entfernung des Lösemittels, insbesondere des Ammoniak/Wasser-Gemisches, bei Temperaturen im Bereich von 75 bis 150°C, bevorzugt 90 bis 130°C, und/oder insbesondere bei Atmosphärendruck oder unter reduziertem Druck, erfolgt.According to the invention, it is provided according to the invention that the removal of the solvent, in particular of the ammonia / water mixture, takes place at temperatures in the range from 75 to 150 ° C., preferably 90 to 130 ° C., and / or in particular at atmospheric pressure or under reduced pressure ,
Auf die erfindungsgemäße Weise läßt sich eine Vielzahl von Substraten mit metalloxidischen Schichten versehen. Insbesondere ist es möglich temperaturempfindliche Substrate mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beschichten. So können beispielsweise siliziumhaltige Substrate, Kunststoffsubstrate, insbesondere auch temperaturempfindliche Kunststoffsubstrate, wie beispielsweise PET-Folien, oder anorganische Substrate, wie beispielsweise Gläser etc., beschichtet werden.In the manner according to the invention, a multiplicity of substrates can be provided with metal oxide layers. In particular, it is possible to coat temperature-sensitive substrates by means of the method according to the invention. Thus, for example, silicon-containing substrates, plastic substrates, in particular temperature-sensitive plastic substrates such as PET films, or inorganic substrates such as glasses, etc., are coated.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die ammoniakalischen Lösungen der Metallionen in der Regel luftstabil sind, d. h. das Verfahren kann an der Umgebungsluft durchgeführt werden und verlangt nicht den Einsatz eines Schutzgases bzw. einer Schutzatmosphäre.Another advantage of the method of the invention is that the ammoniacal solutions of the metal ions are generally stable to air, d. H. the process can be carried out on the ambient air and does not require the use of a protective gas or a protective atmosphere.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist ein mit einer leitenden oder halbleitenden metalloxidischen Schicht versehenes Substrat, welches erhältlich ist durch das erfindungsgemäße Verfahren.Another object of the present invention - according to a second aspect of the present invention - is provided with a conductive or semiconducting metal oxide layer substrate, which is obtainable by the inventive method.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung gemäß diesem Erfindungsaspekt ein mit einer leitenden oder halbleitenden metalloxidischen Schicht versehenes Substrat, wobei die leitende oder halbleitende metalloxidische Schicht im wesentlichen frei ist von störenden Fremdionen und/oder von polaren Gruppen und wobei die metalloxidische Schicht Zinkoxid und/oder Kupferoxid umfaßt oder hieraus besteht und wobei die metalloxidische Schicht mit einer Dicke von 5 bis 1.000 nm aufgetragen ist.In particular, the present invention according to this aspect of the invention relates to a substrate provided with a conductive or semiconductive metal oxide layer, wherein the conductive or semiconductive metal oxide layer is substantially free of interfering foreign ions and / or polar groups and wherein the metal oxide layer comprises zinc oxide and / or copper oxide or consisting thereof and wherein the metal oxide layer is applied to a thickness of 5 to 1000 nm.
Gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die metalloxidische Schicht Zinkoxid und/oder Kupferoxid, vorzugsweise Zink(II)oxid und/oder Kupfer(II)oxid, umfaßt oder hieraus besteht.According to the second aspect of the present invention, it is preferable that the Metal oxide layer zinc oxide and / or copper oxide, preferably zinc (II) oxide and / or copper (II) oxide, comprises or consists thereof.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, daß die metalloxidische Schicht mit einer Dicke von 8 bis 200 nm aufgetragen ist.Furthermore, it can be provided that the metal oxide layer is applied with a thickness of 8 to 200 nm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat als Transistor ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäß hergestellten Substraten bzw. Transistoren um Feldeffekttransistoren, insbesondere um Dünnschichttransistoren (Thin Film Transistors, TFTs).According to a preferred embodiment, the substrate is formed as a transistor. The substrates or transistors produced according to the invention are preferably field-effect transistors, in particular thin-film transistors (TFTs).
Dünnschichttransistoren besitzen einen mehrschichtigen Aufbau, wobei als Basis ein Substrat aus beispielsweise Glas, Kunststoffolien oder auch einem Siliziumwafer eingesetzt wird. Auf dieses Substrat wird eine Schicht eines halbleitenden Materials, beispielsweise eines Metalloxids, wie Indium(III)-oxid (ITO), aufgebracht und bildet das sogenannte Gate. Auf das Gate ist wiederum eine Schicht, bestehend aus einem Isolator bzw. einem Dielektrikum, wie z. B. Siliziumdioxid oder Gadoliniumoxid, aufgebracht. Auf dem Dielektrikum bzw. auf dem Isolator befindet sich dann eine Schicht des aktiven Halbleitermaterials, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Schließlich sind die Source- und die Drainelektrode auf der Schicht des aktiven Halbleiters angebracht bzw. in diese eingelassen. Der Bereich des aktiven Halbleitermaterials zwischen den beiden Elektroden wird Kanal genannt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Source- und Drainelektrode fließt aufgrund der Halbleitereigenschaften des Kanalmaterials noch kein Strom; erst wenn an das Gatematerial ebenfalls eine Spannung, die sogenannte Gatespannung, angelegt wird, kann zwischen das Source- und der Drainelektrode ein Strom fließen. Ab wann der Stromfluß einsetzt, ist dabei von den angelegten Spannungen bzw. Stromstärken, den verwendeten Materialien und der Geometrie des Transistors bzw. der Abstände und Stärken der einzelnen Abschnitte bzw. Schichten des Transistors zueinander abhängig.Thin-film transistors have a multilayer structure, wherein a substrate of, for example, glass, plastic films or a silicon wafer is used as the basis. A layer of a semiconducting material, for example a metal oxide, such as indium (III) oxide (ITO), is applied to this substrate and forms the so-called gate. On the gate, in turn, a layer consisting of an insulator or a dielectric, such. As silica or gadolinium oxide applied. On the dielectric or on the insulator is then a layer of the active semiconductor material, which is the subject of the present invention. Finally, the source and drain electrodes are mounted on and embedded in the active semiconductor layer. The area of the active semiconductor material between the two electrodes is called a channel. When an electrical voltage is applied between the source and drain electrodes, no current flows because of the semiconductor properties of the channel material; only when a voltage, the so-called gate voltage, is applied to the gate material, can a current flow between the source and drain electrodes. From when the current flow begins, is dependent on the applied voltages or currents, the materials used and the geometry of the transistor or the distances and strengths of the individual sections or layers of the transistor to each other.
Der gerade geschilderte Aufbau eines Dünnschichttransistors ist nur ein möglicher Aufbau eines Dünnschichttransistors, welcher jedoch weite Verbreitung gefunden hat, da er besonders einfach herzustellen ist. Andere Variablen des Dünnschichttransistors unterscheiden sich von der oben genannten Variante dadurch, daß beispielsweise Source- und Drainelektrode zuerst auf das Substrat aufgebracht werden und anschließend die Schichten des aktiven Halbleitermaterials, des Dielektrikums und des Gatematerials folgen, d. h. der Schichtaufbau ist genau umgekehrt wie in der geschilderten Variante. Weitere Varianten des Dünnschichttransistors unterscheiden sich darin, daß Source- und Drainelektrode so weit in das aktive Halbleitermaterial eingelassen sind, daß sie die Schicht des Isolators bzw. des Dielektrikums berühren. Trotz dieser Variationen unterscheiden sich die verschiedenen Varianten des Dünnschichttransistors nicht in ihrem grundlegenden Aufbau und ihrer grundlegenden Wirkungsweise.The just described construction of a thin-film transistor is only one possible construction of a thin-film transistor, which, however, has found wide use because it is particularly easy to manufacture. Other variables of the thin film transistor differ from the above variant in that, for example, source and drain electrodes are first deposited on the substrate and subsequently followed by the layers of active semiconductor material, dielectric and gate material, i. H. the layer structure is exactly the opposite as in the described variant. Other variants of the thin-film transistor differ in that the source and drain electrodes are so far embedded in the active semiconductor material that they touch the layer of the insulator or of the dielectric. Despite these variations, the different variants of the thin film transistor do not differ in their basic structure and basic operation.
Schließlich ist weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung – die Verwendung des zuvor geschilderten Substrats im Bereich der Elektronik, Elektrotechnik oder Elektroindustrie, insbesondere im Bereich der Halbleiter- und Transistortechnik.Finally, another object of the present invention - according to a third aspect of the present invention - the use of the previously described substrate in the field of electronics, electrical engineering or electrical industry, in particular in the field of semiconductor and transistor technology.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, daß die zuvor beschriebenen Substrate nach der vorliegenden Erfindung als elektronische oder elektrotechnisches Bauteile oder Bauelemente, als Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren und/oder Dünnschichttransistoren, als Halbleitermaterialien, als Leuchtmittel, als Bestandteile elektronischer Schaltungen, insbesondere RF-ID-Tags, oder als Elektrolumineszenzbauelemente verwendet werden.For example, it may be provided that the substrates described above according to the present invention as electronic or electrical components or components, as transistors, in particular field effect transistors and / or thin film transistors, as semiconductor materials, as lighting means, as components of electronic circuits, in particular RF-ID tags , or used as Elektrolumineszenzbauelemente.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.Further embodiments, modifications and variations of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art upon reading the description and practicable without departing from the scope of the present invention.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne jedoch die vorliegende Erfindung jedoch hierauf zu beschränken.The following embodiments are merely illustrative of the present invention without, however, limiting the present invention thereto.
Ausführungsbeispieleembodiments
Herstellung des Transistors:Production of the transistor:
Eine 0,15 molare Lösung von ZnO·xH2O mit 0,5 < x < 2,5 (bezogen von der Firma Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Deutschland) in einer wäßrigen Ammoniaklösung (NH3) wurde durch mehrtägiges Rühren unter erhöhter Temperatur (40°C < T < 90°C) hergestellt. Die Lösung wurde durch Schleuderbeschichtung auf einen hydrophilen Siliziumwafer mit einer thermischen hergestellten Oxidschicht (ca. 200 nm) aufgetragen. Es wurde zwischen 1.000 und 4.000 Umdrehungen pro Minute gearbeitet, anschließend wurden die Proben bei Temperaturen zwischen 50 und 250°C getempert. Source- und Drainkontakte wurden durch thermisches Verdampfen von Aluminium durch eine Schattenmaske prozessiert. Die Kanallänge L beträgt 1·10–2 cm und die Kanalbreite b = 0,74 cm. Die Feldeffektbeweglichkeit wurde durch Anpassen der Steigung im saturierten Bereich an das Verhältnis berechnet.A 0.15 molar solution of ZnO · xH 2 O with 0.5 <x <2.5 (obtained from Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Germany) in an aqueous ammonia solution (NH 3 ) was by stirring for several days under elevated temperature (40 ° C <T <90 ° C) produced. The solution was spin-coated on a hydrophilic silicon wafer with a thermal oxide layer (approximately 200 nm). It was worked between 1,000 and 4,000 revolutions per minute, then the samples were annealed at temperatures between 50 and 250 ° C. Source and drain contacts were processed by thermal evaporation of aluminum through a shadow mask. The channel length L is 1 × 10 -2 cm and the channel width b = 0.74 cm. The field effect mobility was calculated by fitting the slope in the saturated region to the ratio.
Aufbau und Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Transistoren werden im folgenden anhand der Figurendarstellung erläutert. Structure and properties of the transistors produced in this way will be explained below with reference to the figure representation.
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