DE102014107106A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit teilkristallinen Bereichen und Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit teilkristallinen Bereichen und Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit teilkristallinen Bereichen aus einem kristallisierbaren Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements mit zumindest einer Schicht aus einem Halbleitermaterial, welche teilkristalline Bereiche aufweist. Zur Erzeugung von Materialschichten, insbesondere aus organischen Materialien, die Bereiche mit einem hohen Kristallinitätsgrad aufweisen, wird das Material zusammen mit einem Füllmaterial als Mischschicht auf einem Substrat abgeschieden und die Mischschicht anschließend auf eine solche Temperatur erwärmt, bei der das Material zumindest teilweise kristalline Strukturen ausbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit teilkristallinen Bereichen aus einem kristallisierbaren Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements mit zumindest einer Schicht aus einem Halbleitermaterial, welche teilkristalline Bereiche aufweist.
  • Atome bzw. Moleküle können mit oder ohne Fernordnung in einem Festkörper angeordnet sein. Entsprechend handelt es sich um kristalline oder amorphe Festkörper.
  • Der Kristallinitätsgrad bezeichnet denjenigen Anteil eines Feststoffs, der kristallin vorliegt. Mit steigendem Kristallinitätsgrad nehmen bestimmte Eigenschaften, bei Polymeren beispielsweise Steifigkeit, Modul, Dichte, Streckspannung, Chemikalienbeständigkeit, Glas- und Schmelztemperatur, Abrasionswiderstand und Dimensionsstabilität zu, während andere Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Dehnung, thermische Ausdehnung, Permeabilität, Quellungsverhalten, mechanische Dämpfung und Kriechneigung üblicherweise abnehmen.
  • Bei konjugierten kleinen organischen Molekülen und Polymeren hängt vom Kristallinitätsgrad auch die Ladungsträgerbeweglichkeit ab. Mit zunehmendem Kristallinitätsgrad steigt diese in der Regel an und es nimmt somit auch die Leistungsfähigkeit der entsprechenden Bauteile, wie z. B. von Dünnschichttransistoren, organischen Leuchtdioden und organischen Solarzellen zu.
  • Der Kristallinitätsgrad eines Materials wird sehr stark durch die Herstellungsbedingungen bestimmt. Bei den bisher üblichen Herstellungsvarianten von Schichten aus organischen Halbleitern, insbesondere beim Aufdampfen, ist der Kristallinitätsgrad abhängig von der Aufdampfrate, der Substrattemperatur und den Oberflächengegebenheiten des Substrate. Beispielsweise erschweren hohe Aufdampfraten die Oberflächendiffusion der Moleküle, was zu einer geringeren Kristallinität führt. Auch mit der Abscheidung von strukturierten Halbleiterschichten mittels Flash Mask Transfer Lithography (FMTL) können oftmals keine oder nur wenig kristalline Strukturen erhalten werden. Bedingt durch die hohe Abscheiderate und das schnelle Abkühlen können sich die Atome bzw. Moleküle beim Abkühlen nicht regelmäßig anordnen.
  • So können beispielsweise Pentacene unter kontrollierten Bedingungen kristalline Strukturen ausbilden, aufgrund der hohen Abscheiderate werden jedoch bei Schichtausbildung mittels FMTL keine bzw. nur wenig kristalline Schichten erhalten.
  • Auch eine Rekristallisation lediglich durch Temperaturerhöhung ist durch die hohe Packungsdichte sowie starken Wechselwirkungen zwischen den Molekülen in der Regel nicht mehr möglich. Substituierte Materialien mit Seitengruppen, wie z. B. Perylendicarboximide PDCI-Cx mit 1 < x < 18, weisen Flüssigkristalleigenschaften auf, die eine nachträgliche Änderung der Gefügestruktur in Form einer Rekristallisation erlauben. Für zahlreiche Anwendungen ist entweder eine Strukturierung von abgeschiedenen Schichten oder eine strukturierte Abscheidung von Schichten erforderlich, so z. B. bei der Herstellung von Dünnschichttransistoren oder Dünnschichtsolarzellen zur Realisierung des gewünschten Schichtaufbaus.
  • Des Weiteren ermöglicht eine strukturierte Abscheidung von Schichten die parallele Abscheidung mehrerer Dünnschichtbauelemente, indem durch die Strukturierung voneinander getrennte Schichtstapel erzeugt werden. Insbesondere in Kombination mit Durchlaufbeschichtungsverfahren lassen sich damit die gewünschten Dünnschichtbauelemente kostengünstig herstellen.
  • Die Verwendung von Masken ist für verschiedene subtraktive und additive Verfahren bekannt. Während bei den subtraktiven Verfahren, z. B. in der Fotolithografie, eine auf dem Substrat vollflächig abgeschiedene Schicht durch verschiedene Verfahren unter Verwendung von Masken nachträglich strukturiert wird (Strukturierung einer abgeschiedenen Schicht), eignen sich Transfermasken zur additiven, d. h. Material hinzufügenden Ausbildung der Strukturen auf dem Substrat (strukturierte Abscheidung).
  • Dazu weisen die Transfermasken eine aus absorbierenden, reflektierenden und/oder transparenten Bereichen gebildete Struktur auf, die eine Verdampfung des als Schicht auf der Transfermaske vorhandenen abzuscheidenden Materials lediglich an vorgegebenen Positionen ermöglicht.
  • Aufgrund der für die Herstellung von Dünnschichtbauelementen abzuscheidenden geringen Schichtdicken des abzuscheidenden Materials im Bereich bis zu einigen 100 nm ist für dessen Verdampfung ein impulsartiger Energieeintrag häufig ausreichend, wie er beispielsweise mit Blitzlichtimpulsen oder Laserimpulsen realisiert werden kann. Eine Bedampfung von Substraten mittels Transfermasken ist auch im Rahmen eines kontinuierlichen Durchlaufverfahrens möglich.
  • Aus der DE 10 2009 041 324 A1 ist ein additives Verfahren zur lokalen Bedampfung eines Substrats mittels einer Transfermaske bekannt. In diesen Verfahren wird ein transparenter Zwischenträger verwendet, um eine lokale Verdampfung von Beschichtungsmaterial von dem Zwischenträger auf das Substrat vorzunehmen. Zur Bedampfung wird das Beschichtungsmaterial vollflächig auf der Transfermaske abgeschieden, anschließend jedoch nur an den gewünschten Orten verdampft. Dazu weist die Transfermaske auf ihrem Zwischenträger reflektierende und absorbierende Bereiche in einer erforderlichen Struktur auf. Ist die Transfermaske über oder auf dem Substrat positioniert, so erfolgt ein Energieeintrag durch Energiestrahlung und damit eine Verdampfung des Beschichtungsmaterials nur in den Bereichen, in denen es infolge der Reflektor- und Absorberstruktur der Transfermaske ausreichend Energie aufnimmt, um zu verdampfen.
  • Alternativ zu Transfermasken mit strukturierten Reflektor- und/oder Absorberschichten ist es auch bekannt, den Energieeintrag in die Absorber mittels Schattenmasken lokal differenziert vorzunehmen, bei denen nur an den unbeschatteten Bereichen die Absorberschicht ausreichend erwärmt wird, um dort das Material der Verdampfungsschicht zu verdampfen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Materialschichten, insbesondere aus organischen Materialien, mit Bereichen, die einen hohen Kristallinitätsgrad aufweisen, erzeugt werden können. Insbesondere sollen diese Materialschichten unter Ausnutzung einer hohen Abscheiderate generiert werden.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, die Strukturierung von organischen Materialien, insbesondere organischen Halbleitern, so zu ermöglichen, dass die strukturierten Materialschichten Bereiche mit einem möglichst hohen Kristallinitätsgrad aufweisen.
  • Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit dessen Hilfe unter Nutzung der Flash Mask Transfer Lithography strukturierte Schichten mit einem hohen Kristallinitätsgrad erzeugt werden können.
  • Weiterhin soll ein Verfahren für die Herstellung von Dünnschichtbauelementen, wie z. B. Dünnschichttransistoren oder Dünnschichtsolarzellen, mit organischen, zumindest teilkristallinen Halbleitermaterialien angegeben werden, bei dem die Abscheidung der organischen Halbleitermaterialien bei einer hohen Abscheiderate erfolgen kann und das die Verwendung weiterer, bisher nicht nutzbarer Materialien ermöglicht.
  • Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Anspruch 11 betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements. Die jeweils darauf bezogenen Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Schicht mit teilkristallinen Bereichen aus einem kristallisierbaren Material, im Folgenden lediglich als Material bezeichnet, erzeugt werden, indem das Material zunächst zusammen mit einem Füllmaterial als Mischschicht abgeschieden wird. In einem folgenden Schritt wird die Mischschicht auf eine solche Temperatur erwärmt, bei der das Material zumindest teilweise kristalline Strukturen ausbildet, im Folgenden auch als Temperaturbehandlung bezeichnet.
  • Die Ausbildung der kristallinen Strukturen wird insbesondere durch die Schaffung von Freiräumen in der abgeschiedenen Mischschicht während und/oder nach der Temperaturbehandlung, z. B. durch zumindest teilweises Verdampfen des Füllmaterials, und/oder durch geeignete Entmischungsprozesse von Material und Füllmaterial, die einer Kristallisation des Materials dienlich sind, ermöglicht. Weitere Effekte, die sich aus der Kombination von Temperaturbehandlung und der Verwendung eines Füllmaterials ergeben, können die Ausbildung kristalliner Strukturen begünstigen.
  • Teilkristallin bedeutet, dass zumindest ein Teil des Bereichs eine kristalline Struktur aufweist. Es sollen aber auch Bereiche erfasst sein, die vollständig kristallin, beispielsweise polykristallin, mikrokristallin, nanokristallin oder sogar als Einkristall vorliegen.
  • Die teilkristallinen Bereiche können sich über die gesamte Schicht ausdehnen, d. h. es handelt sich um eine teilkristalline Schicht, als auch voneinander durch amorphe Bereiche abgegrenzte Bereiche innerhalb der Schicht bilden. Die teilkristallinen Bereiche können sich insbesondere parallel zur Substratebene ausbilden und auch Teilschichten der gesamten Schicht bilden.
  • Unter einem kristallisierbaren Material ist ein Material zu verstehen, das kristalline Strukturen ausbilden kann, unabhängig davon, ob dieses organischer oder anorganischer Natur ist. Das kristallisierbare Material kann optional auch aus einer Mischung mehrerer entsprechender chemischer Verbindungen bestehen, die entweder Mischkristalle oder jeweils separate Kristalle ausbilden.
  • Als Füllmaterial können sämtliche chemische Verbindungen genutzt werden, die mit dem Material eine Mischschicht ausbilden können. Das Füllmaterial kann auch aus einer Mischung mehrerer Verbindungen bestehen.
  • Unter Abscheiden werden alle Verfahren verstanden, die das Aufbringen der Mischschicht auf ein Substrat umfassen. Dies kann beispielsweise eine Abscheidung mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, z. B. eine Verdampfung, sein oder aber auch eine Abscheidung aus einer Lösung, mittels Drucken oder sonstiger geeigneter Verfahren. Die Abscheidung kann sowohl nicht strukturiert als auch strukturiert erfolgen.
  • Unter strukturierter Abscheidung ist dabei eine Abscheidung zu verstehen, bei der nur bestimmte Abschnitte des Substrats nach einem zuvor festgelegten Muster beschichtet werden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Masken oder im Falle einer Abscheidung mittels Verdampfung durch Verdampfungsquellen mit einer entsprechend ausgebildeten Verdampfungsöffnung erreicht werden.
  • Neben einer direkten Abscheidung umfasst der Begriff „Abscheiden“ auch eine indirekte Abscheidung, z. B. mit Hilfe von Zwischenträgern oder Transfermasken, bei der die Abscheidung nicht direkt nach dem Verdampfen aus der Verdampfungsquelle erfolgt, sondern das Material und/oder das Füllmaterial zunächst auf einem Zwischenträger oder einer Transfermaske abgeschieden und von diesem erneut verdampft wird.
  • Die Mischschicht zeichnet sich dadurch aus, dass das Material und das Füllmaterial nebeneinander feinverteilt in einer Schicht vorliegen. Die Verteilung muss derart vorliegen, dass die Temperaturbehandlung der Mischschicht die Ausbildung kristalliner Strukturen ermöglicht, z. B. indem entsprechend dimensionierte Freiräume durch eine Verdampfung des Füllmaterials geschaffen werden. Zur Erzielung eines möglichst hohen Kristallinitätsgrads und einer gleichmäßigen Verteilung der resultierenden kristallinen Bereiche, d. h. eines homogenen Kristallinitätsgrads, ist eine homogene Verteilung von Füllmaterial und Material in der Mischschicht anzustreben. Als Substrat können sämtliche Materialien genutzt werden, insbesondere Substrate aus Glas oder Silizium.
  • Die Temperatur, auf welche die Mischschicht erwärmt wird, und die Dauer der Temperaturbehandlung sind in Abhängigkeit der Zusammensetzung und Dicke der Mischschicht, des gewünschten Kristallinitätsgrads, der gewünschten Größe der Kristallite und der allgemeinen Prozessbedingungen, wie z. B. Druck, zu bestimmen. Eine allgemein gültige Temperatur kann nicht angegeben werden, da sich beispielsweise durch Ausbildung verschiedener Phasen aus Material und Füllmaterial in der Mischschicht durchaus auch unterschiedliche Verdampfungstemperaturen ergeben können.
  • Der Schichtaufbau, der durch das Erwärmen der Schicht entsteht, kann auch eine oder mehrere Teilschichten aufweisen, wovon zumindest eine Teilschicht kristalline Strukturen des Materials aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Schichten mit Bereichen, die einen hohen Kristallinitätsgrad, z. B. größer als 30 %, aufweisen. Die Temperatur und Dauer der Temperaturbehandlung beeinflussen dabei die Größe der Kristallite sowie den Kristallinitätsgrad, wobei sich sowohl die Größe der Kristallite als auch der Kristallinitätsgrad mit zunehmender Dauer der Erwärmung erhöhen.
  • Insbesondere ist es auch möglich, Schichten mit Bereichen, die einen hohen Kristallinitätsgrad aufweisen, unter Nutzung von Abscheideverfahren mit einer hohen Abscheiderate, wie z. B. thermischer Verdampfung oder der FMTL zu erhalten, mit denen bisher lediglich amorphe Schichten oder Schichten mit geringem Kristallinitätsgrad erhältlich sind. Erfindungsgemäß bewirken die Abscheidung des Materials zusammen mit dem Füllmaterial in Form einer Mischschicht sowie der anschließende Energieeintrag in Form der Temperaturbehandlung gemeinsam die Ausbildung kristalliner Strukturen, ohne dass es einer bisher üblichen zeit- und energieintensiven Temperbehandlung, sofern diese für das konkrete Material überhaupt möglich wäre, bedarf.
  • Die Ausbildung der kristallinen Strukturen während und/oder nach der Temperaturbehandlung erfolgt aufgrund unterschiedlicher Vorgänge. Dazu können beispielsweise Reorganisation, Rekristallisation, und Kristallerholung zählen.
  • Bei der Reorganisation wird dem Halbleiter Diffusion ermöglicht, da durch die Entfernung des Matrixmaterials oder der Entmischung der Materialien aus der Schicht Freiräume entstehen, die für eine Reorganisation genutzt werden können.
  • Die Kristallerholung ist durch das Ausheilen nulldimensionaler Gitterfehler sowie von Versetzungen charakterisiert und läuft solange ab, wie Gitterfehler in Nicht-Gleichgewichtskonzentration vorhanden sind. Zur Rekristallisation sind hingegen alle Prozesse zu rechnen, die während einer Wärmebehandlung zu einer Neubildung des Gefüges führen, insbesondere Prozesse der Korngrenzenbewegung sowie alle Prozesse, die zu einer Verringerung der inneren Energie des Kristallverbundes führen.
  • Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch den Einsatz bisher aufgrund eines zu geringen Kristallinitätsgrads nicht nutzbarer Materialien in denjenigen Anwendungen, in denen ein hoher Kristallinitätsgrad unabdingbar ist, wie z. B. bei der Herstellung von Dünnschichtbauelementen.
  • Bevorzugt wird die Mischschicht auf eine solche Temperatur erwärmt, die größer oder gleich der Verdampfungstemperatur des Füllmaterials und kleiner als die Verdampfungstemperatur des Materials ist und/oder bei der eine Entmischung von Material und Füllmaterial eintritt.
  • Wird die Mischschicht auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Füllmaterial verdampft, das Material selbst jedoch nicht, werden in der Schicht Freiräume geschaffen, die die Ausbildung kristalliner Strukturen ermöglichen. Es besteht dabei die Möglichkeit, über die konkrete Temperatur und die Dauer der Temperaturbehandlung die Größe der Freiräume und somit auch die ausgebildeten kristallinen Strukturen zu beeinflussen. Selbstverständlich darf das Material selbst bei der gewählten Temperatur nicht geschädigt werden.
  • Auch eine Entmischung und damit Umverteilung von Material und Füllmaterial in der Mischschicht kann die Ausbildung kristalliner Strukturen ermöglichen oder zumindest begünstigen. Es werden dabei mehrere Teilschichten oder lokal begrenzte Domänen ausgebildet, wobei beide Materialien überwiegend in der Schichtstruktur verbleiben, aber ihre Konzentration räumlich variiert. Der für eine Entmischung notwendige Energieeintrag durch Erwärmung der Mischschicht auf eine bestimmte Temperatur ist insbesondere abhängig von der Zusammensetzung der Mischschicht, sodass eine konkrete Temperatur durch entsprechende Vorversuche bestimmt werden muss. Das Mischungsverhältnis von Material und Füllmaterial bezogen auf deren Masseanteile liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1:5 und 5:1, insbesondere zwischen 1:1,5 und 1,5:1. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Mischungsverhältnis im genannten Bereich besonders hohe Kristallinitätsgrade erzielt werden, da die nach Verdampfung des Füllmaterials entstehenden Freiräume aufgrund ihrer Größe und Verteilung besonders gut die Ausbildung kristalliner Strukturen ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante wird als Material ein Halbleitermaterial und/oder ein organisches Material eingesetzt. Mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens können somit Halbleitermaterialien mit einem hohen Kristallinitätsgrad abgeschieden werden, was die Herstellung von entsprechenden Dünnschichtbauelementen ermöglicht.
  • Zudem kann es sich bei dem Material um ein organisches Material, insbesondere ein organisches Halbleitermaterial, handeln. Damit ermöglicht das beanspruchte Verfahren die Herstellung der entsprechenden Materialien mit hohem Kristallinitätsgrad und deren entsprechende Verwendung, z. B. in einem organischen Dünnschichttransistor oder einer organischen Dünnschichtsolarzelle.
  • Das Füllmaterial kann dabei die Eigenschaften eines Isolators, Halbleiters oder sogar metallische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Ein elektrisch isolierendes Füllmaterial kann für p- und n-typ Halbleiter verwendet werden, da es elektrisch inaktiv ist. Beispiele für solche Verbindungen sind Paracyclophane, und Organosiliziumverbindungen.
  • Insbesondere kann das Material aus p-Typ Halbleitern wie Acenen, z. B. Tetracen (Schmelzpunkt Smp. 300 °C), Pentacen (Smp. 324–374 °C, Sublimation), TIPS-Pentacen (6,13-Bis (triisopropylsilylethynyl)pentacen, Smp. 276 °C), aus Pthalocyaninen, z. B. Kupfer(II)-phthalocyanin (CuPc, Smp. 350 °C), Thiophenen, z. B. α-Sexithiophen (α-6T, Smp. 290 °C) und/oder Dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophen (DNTT, Smp. 425–430 °C) bestehen.
  • Alternativ kann das Material aus n-Typ Halbleitern wie Triphenylaminen, z. B. N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidin (TPD, Smp. 175–177 °C), 1,4-Bis(diphenylamino)benzen (DPD, Smp. 201–205 °C), 4-(Dibenzylamino)benzaldehyd-N,N-diphenylhydrazon (DBDH, Smp. 148–152 °C), Perylendicarboximinden, z. B. 3,4,9,10-Perylen-tetracarbonsäure-dianhydrid (PTCDA, Smp. > 300 °C) und/oder Pthalocyaninen, z. B. Kupfer(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanin (F16CuPc, Smp. > 300 °C) bestehen.
  • Die genannten Materialien bilden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu den bisher üblichen Verfahren Schichten mit einem besonders hohen Kristallinitätsgrad aus.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante besteht das Füllmaterial aus Phenanthrolinen, z. B. Bathophenanthrolin (BPhen, Smp. 218–220 °C) und/oder Oxadiazolen, z. B. 2-(4-Biphenylyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol (PBD, Smp. 167–169 °C). Diese Füllmaterialien weisen eine niedrigere Verdampfungstemperatur als das Material auf und verdampfen daher bei solchen Temperaturen, bei denen das Material nicht geschädigt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird die Mischschicht mittels Ko-Verdampfung, bei der zwei Materialien aus unterschiedlichen Tiegeln verdampft werden, abgeschieden. Dies bedeutet, dass das Material und das Füllmaterial gleichzeitig unter Ausbildung von zwei Dampfkeulen verdampft werden. Die beiden Dampfkeulen überschneiden sich zumindest teilweise, so dass es vor dem Auftreffen des Dampfstromes auf das Substrat zu einem Vermischen von Material und Füllmaterial kommt. Die Tiegeltemperatur und damit die Verdampfungsrate werden unabhängig voneinander geregelt. Das Mischungsverhältnis ergibt sich aus dem Verhältnis der Raten.
  • Die Ko-Verdampfung ermöglicht die Ausbildung einer besonders homogenen Mischschicht und trägt damit zu einer Erhöhung des Kristallinitätsgrads bei.
  • Weiterhin kann die Mischschicht strukturiert abgeschieden werden. Die strukturierte Abscheidung ermöglicht beispielsweise eine bezüglich Zeit- und Energieaufwand effiziente Herstellung von Dünnschichtbauelementen, bei denen die erfindungsgemäße Schicht nicht als durchgängige Schicht, sondern unterteilt vorliegt.
  • Die Strukturierung kann beispielsweise durch den Einsatz einer Schattenmaske erfolgen, indem die nicht mit der Mischschicht zu beschichtenden Substratbereiche von der Maske beschattet werden.
  • Alternativ kann die Strukturierung auch mittels einer entsprechenden Transfermaske erfolgen, bei der die gewünschte Struktur durch eine entsprechende Anordnung von absorbierenden und reflektierenden Bereichen in der Maske erreicht wird.
  • Dazu werden das gewünschte Material und Füllmaterial der Mischschicht bevorzugt mittels Ko-Verdampfung zunächst als Schicht auf der Transfermaske abgeschieden und dann erneut von dieser verdampft. Das Mischungsverhältnis von Material und Füllmaterial in der Mischschicht entspricht dabei in etwa demjenigen der Schicht auf der Transfermaske.
  • Insbesondere können derartige Transfermasken zusammen mit einer Blitzlichtquelle im Rahmen eines FMTL-Verfahrens eingesetzt werden. Zum Verdampfen wird dabei eine Temperatur der Maske gewählt, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des höhersiedenden Materials liegt. Durch den impulsartigen Energieeintrag der Blitzlichtquelle und die damit erreichbare Schnelligkeit der Verdampfung wird sichergestellt, dass das in der Schicht auf der Transfermaske enthaltene Material und das enthaltene Füllmaterial gleichzeitig verdampft werden, um die gewünschte Mischschicht zu erhalten.
  • Das FMTL-Verfahren ermöglicht die in apparatetechnischer Hinsicht einfache Realisierung einer Struktur mit hoher Auflösung, wie sie insbesondere bei der Herstellung von Dünnschichttransistoren und Dünnschichtsolarzellen erforderlich ist.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements vorgeschlagen, das zumindest eine Schicht aus einem Halbleitermaterial umfasst, welche teilkristalline Bereiche aufweist und die nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
  • Unter einem Dünnschichtbauelement ist ein elektrisches Bauelement, das zumindest teilweise aus dünnen Schichten mit einer Dicke im Nano- und Mikrometerbereich besteht.
  • Bevorzugt handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttransistors oder einer Dünnschichtsolarzelle.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Zunächst erfolgt die Abscheidung einer Mischschicht aus Pentacen als Material und TPD als Füllmaterial mittels thermischer Ko-Verdampfung auf einem Substrat, welches optional bereits eine Strukturierung aufweisen kann und beispielsweise als Transfermaske genutzt werden kann. Im Anschluss daran erfolgt eine Erwärmung auf eine Temperatur von 225 °C für 30 min.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009041324 A1 [0012]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit teilkristallinen Bereichen aus einem kristallisierbaren Material, nachfolgend als Material bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zusammen mit einem Füllmaterial als Mischschicht auf einem Substrat abgeschieden wird und die Mischschicht anschließend auf eine solche Temperatur erwärmt wird, bei der das Material zumindest teilweise kristalline Strukturen ausbildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischschicht auf eine solche Temperatur erwärmt wird, die größer oder gleich der Verdampfungstemperatur des Füllmaterials und kleiner als die Verdampfungstemperatur des Materials ist und/oder bei der eine Entmischung von Material und Füllmaterial eintritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Material und Füllmaterial im Bereich zwischen 1:5 und 5:1, bevorzugt zwischen 1:1,5 und 1,5:1, bezogen auf die Masseanteile, liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Halbleitermaterial und/oder ein organisches Material ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Acenen, insbesondere Pentacen, Pthalocyaninen und/oder Thiophenen oder Triphenylaminen, Perylendicarboximiden und/oder Pthalocyaninen besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial aus Phenanthrolinen und/oder Oxadiazolen besteht.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischschicht mittels Ko-Verdampfung abgeschieden wird, indem das Material und das Füllmaterial gleichzeitig unter Ausbildung von zwei sich zumindest teilweise überschneidenden Dampfkeulen verdampft werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischschicht mittels einer Transfermaske, bevorzugt mittels Flash Mask Transfer Lithography, strukturiert abgeschieden wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallinitätsgrad durch Variation des Anteils an Füllmaterial in der Mischschicht eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallinitätsgrad größer als 30 % ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtbauelements mit zumindest einer Schicht aus einem Halbleitermaterial, welche teilkristalline Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Halbleitermaterial mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 10 hergestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Dünnschichtbauelement ein Dünnschichttransistor oder eine Dünnschichtsolarzelle hergestellt wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10312641A1 (de) * 2003-03-21 2004-10-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Aufbringung organischen Materials auf einem Substrat
DE102009041324A1 (de) 2009-09-15 2011-03-24 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von organischen photoaktiven Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden
DE102010043204A1 (de) * 2010-08-10 2012-02-16 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Schicht eines organischen Materials auf einem Substrat
US20140014931A1 (en) * 2010-12-17 2014-01-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Radiation-emitting organic-electronic device and method for the production thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10312641A1 (de) * 2003-03-21 2004-10-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Aufbringung organischen Materials auf einem Substrat
DE102009041324A1 (de) 2009-09-15 2011-03-24 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von organischen photoaktiven Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden
DE102010043204A1 (de) * 2010-08-10 2012-02-16 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Schicht eines organischen Materials auf einem Substrat
US20140014931A1 (en) * 2010-12-17 2014-01-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Radiation-emitting organic-electronic device and method for the production thereof

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