DE102014215108A1

DE102014215108A1 - Elektronisches Bauteil, Verwendung eines Polymerisats sowie Polymerisat

Info

Publication number: DE102014215108A1
Application number: DE102014215108.2A
Authority: DE
Inventors: Silvia Janietz; Eileen Katholing; Prof. Dr. von Seggern Heinz; Andrea Gassmann; Emanuelle Reis Simas
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil, das ein spezielles durchschlagfestes Dielektrikum umfasst, das aus ultradünnen vernetzten Polymerschichten gebildet ist. Die Schichten des Dielektrikums lassen sich durch einfaches Abscheiden aus Lösungen realisieren und können anschließend durch thermische und/oder UV-Behandlung in der Schicht vernetzt werden. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des zuvor angesprochenen vernetzten Polymerisats als Dielektrikum bzw. ein speziell ausgestaltete Polymerisat als solches.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil, das ein spezielles durchschlagfestes Dielektrikum umfasst, das aus ultradünnen vernetzten Polymerschichten gebildet ist. Die Schichten des Dielektrikums lassen sich durch einfaches Abscheiden aus Lösungen realisieren und können anschließend durch thermische und/oder UV-Behandlung in der Schicht vernetzt werden. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des zuvor angesprochenen vernetzten Polymerisats als Dielektrikum bzw. ein speziell ausgestaltete Polymerisat als solches.
Die Entwicklung von polymeren dielektrischen Materialien Ist wichtig für den Fortschritt sowohl von traditionellen als auch organischen, elektronischen Bauteilen. Im Speziellen erfordern Anzeigeelemente und Kennzeichnungstechnologien wie z. B. Elektronisches Papier (E-Papier) und RFID-Transponder (eng.: organic thin film transistors; Synonym: OTFTs), die Herstellung von organischen Dünnfilmtransistoren (OTFTs) auf flexiblen Plastiksubstraten über große Flächen und in hohen Stückzahlen. Deshalb gibt es auch beachtliche Anstrengungen neue Materialien für OTFT-Komponenten (Halbleiter, Dielektrika und Kontakte) zu entwickeln, die sich mit lösungsbasierten Techniken wie z. B. durch Spin-Coating, Gieß-Techniken und Drucken abscheiden lassen. Eine Schlüsselanforderung an ein polymeres Gate-Dielektrikum für einen OTFT besteht darin, dünne Schichten mit guten dielektrischen Eigenschaften zu bilden. Die Schichtdicke des Gate-Dielektrikums bestimmt dabei direkt die Anzahl der Ladungsträger im Transistorkanal, die durch die Gatespannung moduliert werden kann. In einem typischen OTFT wird die Leitfähigkeit des Source-Drain-Kanals durch diese Ladungsträger bestimmt, die dann als Drainstrom über die an Source und Gate angelegte Spannung bestimmt werden kann. Befindet sich das Device im „OFF” Zustand (Gatespannung V_G = 0 V) ist die Kanalleitfähigkeit nur durch die Bulkleitfähigkeit des Dielektrikums bestimmt und liegt typischer Weise bei Werten > 10^–12 Ω^–1cm^–1. Im „ON” Zustand (V_G < 0 V für löcherleitende Materialien und V_G > 0 V für elektronenleitende Materialien) steigt in der Leitfähigkeit durch die durch die Gatespannung eingebrachte Ladung Ladungen stark an (< 10^–6 Ω^–1cm^–1). Der Drainstrom im Sättigungsbereich ist in diesem Fall gegeben durch: I_DS = W / 2L μC_i(V_G – V_T)² (Gl. 1)

W:: Kanalbreite
L:: Kanallänge
μ:: Ladungsträgermobilität des Halbleiters
C_i:: dielektrische Kapazität pro Fläche
V_G:: Source-Gate Spannung
V_T:: Schwellspannung

Daraus folgt, dass für eine bestimmte Bauteilgeometrie und einen bestimmten Halbleiter, charakterisiert durch die Beweglichkeit μ und die Schwellspannung V_T, niedrigere Ströme bei niedrigeren Betriebspannungen erreicht werden können, indem man die Kapazität/Fläche (C_i) erhöht. Hierbei ist diese Flächenkapazität wie folgt definiert: C_i = ε₀ k / d (Gl. 2)

k:: relative dielektrische Konstante
ε:: Dielektrizitätskonstante des Vakuums
d:: Schichtdicke des dielektrischen Materials

Somit wird die Flächenkapazität größer, wenn die dielektrische Konstante ansteigt oder die Schichtdicke sich verringert. Jedoch ist für die meisten der isolierenden Polymere die dielektrische Konstante sehr klein (~3–6). Zusätzlich müssen die meisten isolierenden Polymere sehr dick aufgebracht werden (~1 μm), um Leckströme durch das Dielektrikum zu vermeiden. Mit konventionellen polymeren Isolatoren wie z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylalkohol (PVA) oder Polystyren (PS) ist es ausgeschlossen, dichte dielektrische Schichten ohne Pinholes und elektrische Durchschläge für Schichtdicken kleiner als 100 nm zu erzielen.
Gelingt es demnach, die Schichtdicke in den Bereich von < 100 nm zu verringern und trotzdem eine elektrisch dichte Schicht zu erzeugen, dann kann man bei Betriebsspannungen im Bereich von bis zu 12 V arbeiten. Bisherige, aus der Literatur bekannte Konzepte, setzen unter anderem auf komplizierte Blendsysteme, die aus einem Matrixpolymer wie z. B. PMMA oder PVA oder PS bestehen und geben einen zusätzlichen Vernetzer wie z. B. 1,6-Bis(trichlorsilyl)hexan dazu. Dabei entsteht ein zusätzliches sehr dichtes Netzwerk bestehend aus Alkylsilyloxygruppen. Damit gelingt es, durchschlagfeste, ultra dünne, dielektrische Schichten (100–30 nm) in OTFTs zu erzeugen; ( US 2008/0161464A1 , T. J. Marks, A. Facchetti, Z. Wang, H.-J. Choi; Organic Electronics 2009, 10, 174, Y.-Y. Noh, H. Sirringhaus; J. am. Chem. Soc. 2008, 130, 6878, T. J. Marks, A. Facchetti, Z. Wang, H.-J. Choi, C. Kim, Y.-G. Ha, Adv. Mat. 2005, 17, 1705, A. Facchetti, M.-H. Yoon, T. J. Marks). Das Handhaben solcher Blendsysteme ist unter normalen Laborbedingungen nicht ohne weiteres möglich, da eine sofortige Reaktion des sehr aktiven, hydrolyseempfindlichen Vernetzers spontan mit der Umgebungsfeuchte eintreten kann.
Man sucht heute nach Lösungen, die ein einfaches Verarbeiten der Polymere aus Losung mit verschiedenen Abscheidetechniken wie z. B. Spin-Coating, Rakeln oder Drucktechniken unter normalen Umgebungsbedingungen erlauben und anschließend die Schicht durch eine einfache thermische oder UV-Vernetzung stabilisiert werden kann. Ein anderes Konzept setzt auf den Einsatz von selbstorganisierenden Monoschichten, die sich auf sehr dünnen abgeschiedenen metalloxidischen Oberflächen wie z. B. Al₂O₃, Ta₂O₃, ZrO₂ oder auch nativen oxidiertem Si abscheiden lassen. Die oxidische metallische Schicht ist unbedingt notwendig, um eine Verankerung der organischen Monolage auf der Oberfläche zu erreichen.
So wurden Aryloxyoctadecyltrichlorsilane zur Ausbildung von Monolagen auf Plasma-behandeltem Si eingesetzt. Die Monolagen wiesen Schichtdicken im Bereich von 2,5 nm auf und es wurden funktionierende OTFTs mit Betriebsspannungen von 2 bis 3 V aufgebaut (Nature 2004, 431, 963, M. Klauk, M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid, C. Dehm, M. Schütz, ST. Maisch, F. Effenberger, M. Brunnbauer, F. Stellacci). Für die Abscheidung von Monolagen auf metallischen Oxiden wie z. B. Al₂O₃ wurden langkettige Organophosphonate wie z. B. Octadecylphosphonsäuren eingesetzt und die halbleitende Schicht aufgedampft. (Nature 2007, 445, 745 H. Klauk, U. Zschischang, U. Halik, U. Pflaum; J. of Phys. Chem. A, 2007, 111, 12333, J. E. McDermott, M. McDowell, I. G. Hill, J. Hwang, A. Kahn, S. L. Bernasek, J. Schwartz). Auf Plastiksubstraten wie PET, PEN oder Polyimid lassen sich diese selbstorganisierenden Monolagen nicht abscheiden. Außerdem besteht die Begrenzung dieser speziell hergestellten Dielektrika darin, dass es nur möglich ist, Bottom-Gate OTFT-Architekturen aufzubauen. Der organische Halbleiter wurde bisher auch immer aufgedampft. Das Aufbringen des organischen Halbleiters aus Lösung wurde bisher damit nicht realisiert.
In der DE 10 2010 034 577 wird die Herstellung von Copolymeren beschrieben, die mindestens zwei vernetzbare Gruppen in der polymeren Kette enthalten, Styren mit Hydroxy und Epoxygruppen. Dieses Copolymer wird in der Schicht bei Temperaturen zwischen 80 und 300°C, bevorzugt zwischen 120 und 200°C thermisch quervernetzt und/oder durch UV-Bestrahlung quervernetzt. Der Nachteil des Systems besteht darin, dass die Lagerstabilität bei Raumtemperatur nicht gegeben ist. Dieses Polymer neigt bereits unter Lagerung bei Raumtemperatur zur Selbstvernetzung.
In einer anderen Publikation (Adv. Mat. 2007, 19, 4552–4557) beschreiben die Autoren die Nutzung eines statistischen Copolymers bestehend aus Styren, PMMA und Styren mit Azidgruppen zur Erzeugung von dünnen, vernetzbaren Schichten (~11) nm, welche durch Photolyse oder Thermolyse der Azidgruppe hergestellt werden können. Die Azidgruppe spaltete Stickstoff ab und es ensteht ein reaktives Nitren, welches das statistische Copolymer dann vernetzt. Die komplette Vernetzung dauert nur Minuten sowohl unter thermischen als auch photochemischen Bedingungen. Darauf gelang es dann, dünne Filme von Polystyren-b-Polymethacrylat Blockcopolymeren mit cyclindrischen Mikrodomänen zu erzeugen. Diese senkrecht orientierten cyclindrischen Mikrodomänen werden auf dem vernetzbaren, statistischen Copolymeren ausgebildet. Die nanoskalige Strukturierung durch Blockcopolymer-Selbstassemblierung ist ein Ansatz für die Nanolithographie. Die Herstellung des statistischen Copolymeren mit Azidgruppen dient hier als Strukturhilfe zur Ausbildung von nanoskopischen Strukturen.
Ausgehend hiervon war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Bauteil anzugeben, das ein Dielektrikum umfasst, wobei das Dielektrikum eine hohe elektrische Durchschlagfähigkeit bei gleichzeitig möglichst geringer Schichtdicke aufweist.
Zudem war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, copolymere Systeme anzugeben, mit denen sich die zuvor angesprochenen Aufgaben bewerkstelligen lassen bzw. copolymere Systeme für die Verwendungszwecke als Dielektrika anzugeben.
Diese Aufgabe wird bezüglich eines elektronischen Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich Verwendungszwecken bestimmter Polymersate mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 sowie hinsichtlich eines Polymerisats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Die Erfindung betrifft somit ein elektronisches Bauteil, umfassend ein Dielektrikum, enthaltend oder bestehend aus einem Polymerisat, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest der nachfolgenden Wiederholungseinheit A:
wobei
X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen.
Das elektronische Bauteil umfasst somit zwingend ein Dielektrikum, durch das beispielsweise zwei oder mehr Elektroden voneinander getrennt werden können. Das Dielektrikum kann das zuvor beschriebene Polymerisat dabei enthalten oder aus diesem gebildet sein. Das Polymerisat wird aus einem quer vernetzbaren Polymer oder Copolymer erzeugt, das Azid-Gruppen aufweist. Die Quervernetzung des Polymeren oder Copolymeren kann dabei beispielsweise durch UV-Bestrahlung oder durch thermisches Vernetzen des Polymeren oder Copolymeren erfolgen. Hierbei wird Stickstoff aus der Azid-Gruppe abgespalten, es entsteht ein Nitren-Radikal im Polymerstrang, der letztendlich zur Quervernetzung des Polymer- oder Copolymerstrangs führt. Bezüglich des Vernetzungsmechanismus wie auch der beispielhaften Syntheserouten wird auf die bereits eingangs erwähnte Druckschrift verwiesen (Adv. Mat. 2007, 19, 4552–4557), deren Offenbarungsgehalt auch mit in diese Patentanmeldung einbezogen wird.
Überraschenderweise gelingt es, inerte Polymisate aufzubauen, die durch Vernetzung der oben genannten Polymere oder Copolymere erhalten werden können, die nur eine vernetzbare Gruppe in der polymeren Kette enthalten, wobei die Vernetzung z. B. in einem anschließenden thermischen und/oder UV-initiierten Schritt in einer dünnen Schicht (< 100 nm) durchgeführt wird. In das Polymeren oder Copolymere wird dabei z. B. eine Styren-Azidgruppe in das polymere Rückgrat eingeführt. Die Vernetzungsdichte lässt sich über den Anteil der Styren Azidkomponente in der polymeren Kette steuern. Dabei können hohe Vernetzungsdichten erzielt werden, die überraschenderweise zu elektrisch hochisolierenden Schichten führen. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Hydrophilie und Hydrophobie der Schichtoberfläche durch weiteren Einbau von Styren- oder PMMA-Gruppen in die polymere Kette zu beeinflussen. Es steht somit ein Einkomponentensystem zur Verfügung, welches sich aus Lösung wie z. B. Spin-Coating, Rakeln oder Drucken zu ultradünnen Schichten unter normalen Bedingungen verarbeiten lässt. Der große Vorteil dieses Systems besteht auch darin, dass die Azidgruppe erst durch Photolyse bzw. Thermolyse entsprechend in ein aktives Nitren und N₂ gespalten werden kann und das Nitren in der Lage ist, mit aromatischen Bindungen wie auch Kohlenwasserstoffbindungen zu reagieren. Dieser anschließende thermische und/oder UV-initiierte Vernetzungsschritt führt dann zu elektrisch hochisolierenden Schichten.
Bevorzugt wird die Quervernetzung dabei ohne die Zugabe von Initiatoren, z. B. Photoinitiatoren durchgeführt, so dass das entstehende Polymerisat frei von den entsprechenden Initiatoren oder hierauf zurückzuführende Abbauprodukte ist.
Es lassen sich damit sowohl Bottom-Gate als auch Top-Gate-OTFT-Architekturen sowohl auf flexiblen (PET-Folien) als auch festen Substraten (Si oder ITO) realisieren. Im Fall des Top-Gate Aufbaus besteht der Vorteil der polymeren Lösung auch darin, dass orthogonale stabile Lösungsmittel verwendet werden können, so dass ein Anlösen der bereits abgeschiedenen organischen Halbleiterschicht nicht stattfindet. Desweiteren lässt sich durch den Einbau von weiteren Monomereinheiten in die polymere Kette mit z. B. hydrophoben Eigenschaften wie Styreneinheiten die Benetzungsfähigkeit zu der auf der Oberfläche abzuscheidenden Schicht einstellen. Ein weiterer Vorzug des Polymeren oder Copolymeren besteht darin, dass die Azidgruppe unter normalen Bedingungen inert ist und zu keiner Selbstvernetzung neigt. Damit ist eine gute Lagerstabilität und eine unkomplizierte Verarbeitbarkeit gegeben was der Entwicklung dient, polymerelektronische Bauteile kostengünstig fertigen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Copolymere zumindest eine weitere Wiederholungseinheit B und/oder C:
wobei jeweils unabhängig voneinander
R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, und
R² ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen
R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Resten, Wasserstoff oder Alkylresten mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Prinzipiell ist die Möglichkeit gegeben, dass das Copolymere zwei der zuvor erwähnten Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A, B und C enthält, wobei stets die Wiederholungseinheit A zwingend ist. Für den Fall, dass das Copolymere die Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A und B enthält oder hieraus gebildet ist, beträgt das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten A/(A + B) bevorzugt zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25.
Ebenso ist es möglich, dass das Copolymere die Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A und C enthält oder hieraus gebildet ist. In diesem Falle beträgt bevorzugt das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten A/(A + C) zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, dass das Copolymere sämtliche der drei zuvor genannten Wiederholungseinheiten A, B und C enthält bzw. hieraus gebildet ist. In diesem Fall ist es insbesondere bevorzugt, dass das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A, B und C unabhängig voneinander den folgenden Bedingungen genügt:
A/(A + B + C) zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,01 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,02 und 0,6, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25,
B/(A + B + C) zwischen 0,05 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,6, weiter bevorzugt zwischen 0,2 und 0,5, insbesondere zwischen 0,25 und 0,4, sowie
C/(A + B + C) zwischen 0,05 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,8, weiter bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7, insbesondere zwischen 0,25 und 0,6
wobei gilt: A + B + C ≤ 1.
Für den Fall, dass das Copolymere lediglich aus den drei Wiederholungseinheiten A, B und C gebildet ist, gilt im zuvor genannten Fall A + B + C = 1.
Bevorzugte Reste X in der Wiederholungseinheit gemäß Formel A sind wie nachfolgend definiert:
wobei der Rest am aromatischen Ring mit der Polymerkette verknüpft ist, die Azidgruppe am Alkylenrest gebunden ist und n von 1 bis 16 beträgt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es ebenso bevorzugt, dass R¹ in der Wiederholungseinheit gemäß Formel B einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl bedeutet.
Alternativ oder zusätzlich zum zuvor Gesagten ist es bevorzugt, wenn R² in der Wiederholungseinheit gemäß Formel B Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl bedeutet.
R³ in der Wiederholungseinheit gemäß Formel C kann alternativ oder zusätzlich zum zuvor Gesagten einen aromatischen Rest, insbesondere Phenyl bedeuten.
Insbesondere weist das Polymerisat besonders hohe Durchschlagfestigkeit gegen elektrische Ströme auf, wenn das Polymerisat Natriumionen, bevorzugt Alkalimetallionen im Allgemeinen, insbesondere Metallionen im Allgemeinen in einer geringen Konzentration, d. h. in einer Konzentration von ≤ 10 ppm, bevorzugt ≤ 1 ppm enthält.
Bevorzugte gewichtsgemittelte Molekulargewichte des zu vernetzenden Polymeren oder Copolymeren liegen dabei zwischen 1.000 und 1.000.000 g/mol, bevorzugt zwischen 5.000 und 100.000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 10.000 und 50.000 g/mol beträgt.
Die Quervernetzung des Polymeren oder Copolymeren zum Polymerisat kann dabei thermisch induziert bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C und/oder durch photoinitiierte Quervernetzung mittels UV-Bestrahlung durchgeführt werden.
Im elektrischen Bauteil wird das Dielektrikum bevorzugt in einer Schichtdicke zwischen 10 und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 20 und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 20 und 150 nm eingesetzt. Diese geringe Schichtdicken sind bereits ausreichend, um für die jeweiligen Anwendungszwecke in den elektrischen Bauteilen durchschlagfeste Dielektrika zu bewerkstelligen.
Bevorzugte Typen des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils sind dabei zwischen 10 und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 20 und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 20 und 150 nm.
Bevorzugte elektronische Bauteile sind dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus OTFTs, insbesondere eines top-gate OTFT oder eines bottom-gate OTFT, Kondensatoren, Inverter, Ringoszillator, deren Dielektrikum das Polymerisat umfasst oder hieraus gebildet ist.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Bauteil ein bottom-gate OTFT, umfassend eine Gate-Elektrode, eine auf der Gate-Elektrode aufgebrachte Schicht des Dielektrikum, enthaltend oder bestehend aus dem Polymerisat, eine auf der der Gate-Elektrode abgewandten Seite der Schicht des Dielektrikums abgeschiedene Schicht eines organischen Halbleiters, wobei in der Schicht des organischen Halbleiters und/oder auf einer der Schicht des Dielektrikums abgewandten Oberfläche der Schicht des organischen Halbleiters eine Source- und eine Drain-Elektrode eingebettet bzw. aufgebracht ist, wobei der bottom-gate OTFT optional mit der Gate-Elektrode auf einem Substrat aufgebracht sein kann.
Ebenso ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße elektronische Bauteil in Form eines top-gate OTFTs ausgebildet ist, umfassend ein Substrat, eine auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eines organischen Halbleiters, eine Source- und eine Drain-Elektrode, die in der Schicht des organischen Halbleiters eingebettet sind, eine auf der dem Substrat abgewandten Seite des organischen Halbleiters aufgebrachte Schicht des Dielektrikums, enthaltend oder bestehend aus dem Polymerisat, sowie eine auf der der Schicht des organischen Halbleiters abgewandten Seite des Dielektrikums aufgebrachten Gain-Elektrode.
Der Begriff OTFT ist dabei als Synonym zu verstehen zu OFET.
Bei den zuvor genannten OTFTs ist bevorzugt der organische Halbleiter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus

• linear kondensierten Ringsystemen, insbesondere Oligoacene, wie Anthracen, Pentacen und dessen Derivate (z. B. Chinacridon) und/oder Benzenthiolate;
• zweidimensional kondensierten Ringsystemen, insbesondere Perylen, 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA) und dessen Derivate, Naphthalin-Derivate und/oder Hexabenzocoronen;
• Metallkomplexen, insbesondere Phthalocyanine, oder Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) und/oder Beryllium bis(hydroxybenzochinolin);
• dendritischen Molekülen, insbesondere 4,4',4''-tris(N,Ndiphenylamino)-triphenylamine (TDATA);
• heterozyklischen Oligomeren, insbesondere Oligothiophene und/oder Oligophenylenvinylene;
• heterozyklischen Polymeren, insbesondere Polythiophene, Polyparaphenylen, Polypyrrol und/oder Polyanilin; und/oder
• Kohlenwasserstoffkette, insbesondere Polyacetylen und/oder Polysulfurnitriden;

Hierbei kann die Gate-Elektrode

• aus einem anorganischen Halbleiter, bevorzugt aus einem p-dotierten anorganischen Halbleiter, insbesondere aus p-dotiertem Silicium oder Indiumzinnoxid, oder
• aus einem isolierenden mit einer Metallschicht versehenem Substrat, insbesondere einem mit einer Metallschicht versehenem Glassubstrat

Bevorzugte Substrate, auf denen insbesondere die OTFTs ausgebildet sein können, sind dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festen Substraten insbesondere Glas, Silicium, ITO, Metallfolien. (z. B. Al, Graphit, Ag) oder flexiblen Substraten, insbesondere Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, bevorzugt Folien aus PET, PE, PP, Polycarbonat, Polyethylennaphtalat oder Polyimid.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines Polymerisats, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest der nachfolgenden Wiederholungseinheit A:
wobei
X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen,
als Dielektrikum oder Isolator.
Bezüglich bevorzugten Ausgestaltungen des Polymerisats, das durch Quervernetzung des Polymeren oder Copolymeren erhältlich ist, wird auf das bereits zuvor Gesagte verwiesen. Die Ausführungen bezüglich des Polymerisats im Zusammenhang mit dem elektronischen Bauteil gelten uneingeschränkt auch für die erfindungsgemäßen Verwendungsmöglichkeiten des Polymerisats.
Die erfindungsgemäßen Verwendungszwecke betreffen somit insbesondere ein Polymerisat, das durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren erhältlich ist, das die Wiederholungseinheit A und zusätzlich zumindest eine der Wiederholungseinheiten B und/oder C umfasst. Sämtliche der zuvor gemachten Ausführungen für das Polymerisat gelten uneingeschränkt ebenso für die Verwendungszwecke.
Die Erfindung betrifft zudem ein Polymerisat, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest der nachfolgenden Wiederholungseinheit A:
wobei
X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen,
gekennzeichnet durch eine Konzentration von Natriumionen, bevorzugt Alkalimetallionen, besonders bevorzugt Metallionen im Allgemeinen von ≤ 1000 ppb, bevorzugt ≤ 100 ppb, besonders bevorzugt ≤ 10 ppb.
Auch bezüglich des erfindungsgemäßen Polymerisates gelten die weiteren spezifischen Ausführungen hinsichtlich des Polymerisats im Zusammenhang mit dem elektronischen Bauteil bzw. den Verwendungszwecken uneingeschränkt auch für diesen erfindungsgemäßen Gegenstand.
Auch das erfindungsgemäße Polymerisat ist dabei insbesondere durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren erhältlich, das neben der Wiederholungseinheit A nach zumindest eine der Wiederholungseinheiten B und/oder C umfasst. Auch bezüglich des erfindungsgemäß beanspruchten Polymerisates gelten uneingeschränkt sämtliche Ausführungen, die bereits vorstehend für das Polymerisat bzw. das Polymere oder Copolymere gemacht wurden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungen näher erläutert, ohne die Erfindung auf die speziell dargestellten Parameter zu beschränken.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird insbesondere durch quervernetzte Polymerisate, die sich aus statistischem Copolymeren, basierend auf Styrol, PMMA und Azid-Gruppen-haltigem Styrol ableiten lassen, gelöst.
Strukturelle Beispiele sind in Formel 1 wiedergegeben.
Formel 1: Chemische Struktur einen statistischen Terpolymeres
Die Polymere werden durch klassische, radikalische Lösungspolymerisation hergestellt. Die Copolymere mit Styren, 4-Chlormethylstyren und Methylmethacrylat-Einheiten können dabei folgende Zusammensetzungen von m = 0 bis 0.95, n = 0.05–0.95 und k = 0–0.95 aufweisen.
Durch eine anschließende polymeranaloge Reaktion der Chlormethylgruppe mit NaN₃ wird durch nukleophile Substitution die Chlorgruppe durch die Azidgruppe ausgetauscht. Es sollte dabei darauf geachtet werden, dass das entstehende NaCl bzw. das überschüssige NaN₃ bis in den ppb Bereich abgetrennt werden muss, da Restionen später im Bauteil die Funktionsfähigkeit einschränken.
Die so aufgebauten Co- bzw. Terpolymere werden in z. B. Methylethylketon gelöst. In Abhängigkeit von den erzielten Molekulargewichten können Lösungen im Bereich von 0.2 bis 10 Gewichts% hergestellt werden. Danach werden die Lösungen zu dünnen Schichten verarbeitet. Diese dünnen Schichten werden durch Spin-Coating, Rakeln oder auch Drucken erzeugt. Das Aufbringen der Schichten kann sowohl auf festen Trägern wie z. B. ITO beschichtetem Glas, auf flexiblen Trägern (PET) oder direkt auf dem polymeren Halbleiter erfolgen. In einem anschließenden Schritt werden die Schichten entweder thermisch bei Temperaturen von 150–280°C während eines Zeitraumes von 2 bis 30 min oder photolytisch durch UV-Bestrahlung in einem Zeitraum von 20 s bis 20 min bei Raumtemperatur vernetzt Es werden Schichtdicken im Bereich von 20–150 nm realisiert. Diese Schichten weisen aufgrund einer hohen Vernetzungsdichte ein sehr gutes dielektrisches Verhalten auf.
Ausführungsbeispiel
1. Polymersynthesen
Synthese von statistischen Terpolymeren bestehend aus Styren-, Methylmethacrylat- und 4-Azid-styreneinheiten P(S-r-(S-N₃)-r-MMA mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Das Syntheseschema ist in Formel 2 angegeben. Synthese von P(S-r-(S-CH₂Cl)-r-MMA
Formel 2: Synthese von P(S-r-(S-CH₂Cl)-r-MMA
Die Polymerisation erfolgte über eine klassische radikalische Initiierung mit AIBN in Lösung. Hier erfolgt die Beschreibung der Polymersynthese stellvertretend für verschiedene Copolymerzusammensetzungen.
Die Polymerisationen wurden in der Glovebox durchgeführt. In einem 50 ml 3-Halskolben wurden 14,2 mg AIBN (0.868 mmol), 1,95 g Methylmethacrylat (0.0195 mol), 2.03 g Styrol (0.0195 mol) und 0.67 g 4-Vinylbenzylchlorid (0.0044 mol) gelöst in 25 ml THF gegeben. Die Reaktionslösung wurde zirka 60 h bei 50°C gerührt. Anschließend wurde das Polymer in zirka 500 ml Methanol ausgefällt und abfiltriert. Das Polymer wurde durch dreimaliges Umfällen (gelöst in Ethylacetat) in Methanol gereinigt. Polymeranaloge Umsetzung mit NaN₃ (siehe Formel 3)
Formel 3: Polymeranaloge Umsetzung zu P(S-r-(S-N₃)-r-MMA.
Das isolierte Polymer wurde in einem weiteren Schritt in 10 ml DMF gelöst und 858 mg NaN₃ (13.2 mmol) dazugegeben und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Das Polymer wurde in Methanol (purissimum) ausgefällt, abgesaugt und getrocknet. Anschließend wurde das Polymer in Chloroform (purissimum) gelöst und mit destiliertem Wasser ausgerührt. Das Wasser wurde dreimal gewechselt (24 h). Die organische Phase wurde abgetrennt mit Wasser noch einmal gewaschen, getrocknet, eingeengt und in Methanol (purrissimum) ausgefällt. Das Ganze wurde noch zweimal wiederholt. Die Ausbeute betrug 35% (1,575 g). Das Molekulargewicht wurde mittels GPC, gemessen gegen Polystyren in THF, bestimmt.
Zusammensetzung P1: 45 mol% Styren (m); 14,4 mol% Azid (n); 40,6 mol% Methylmethacrylat (k) bestimmt durch ¹H-NMR-Spektrum und Elementaranalyse Molekulargewicht: M_n: 30.000 g/mol; M_w: 16.700 g/mol gemessen gegen Polystyren, Na-Gehalt: (ICP OES): 0.000%) Nachweisgrenze Weitere Copolymere mit unterschiedlicher Zusammensetzung
Zusammensetzung P2: 56,6 mol% Styren (m); 4,4 mol% Azid (n); 39,0 mol% Methylmethacrylat (k) bestimmt durch ¹H-NMR-Spektrum und Elementaranalyse; Molekulargewicht: M_w: 26.200 g/mol; M_n: 16.500 g/mol gemessen gegen Polystyren; Die Untersuchung mittels ICP OES ergab, dass hier kein Na gefunden wurde.
Zusammensetzung P3: 25,5 mol% Styren (m); 49 mol% Azid (n); 25,5 mol% Methylmethacrylat (k) bestimmt durch ¹H-NMR-Spektrum und Elementaranalyse; Molekulargewicht: M_w: 18.100 g/mol; M_n; 11.800 g/mol gemessen gegen Polystyren, Na-Gehalt: (ICP OES): 0.000%) Nachweisgrenze
Zusammensetzung P4: 12 mol% Azid (n); 88 mol% Methylmethacrylat (k) bestimmt durch ¹H-NMR Spektrum Elementaranalyse Molekulargewicht: M_w: 40.700; M_n: 24.700 g/mol; g/mol gemessen gegen Polystyren in THF; Na-Gehalt: (ICP OES): 0.000%) Nachweisgrenze
2. Untersuchungen der Durchschlagfestigkeit in Diodenstrukturen
Die Kapazität und die Dielektrizitätskonstante der Dielektrika wurden in MIM(Metall-Isolator-Metall)-Dioden gemessen, deren Struktur in Formel 1 gezeigt ist. Als untere Metall-Elektrode dienten hoch p-dotierte Siliziumwafer, die vor der Verwendung gründlich mit unterschiedlichen Lösungsmitteln (Aceton, entionisiertes Wasser und Isopropanol) im Ultraschallbad gereinigt wurden.
Die dielektrischen Schichten wurden durch Spincoating aus 1,5–3 wt%-igen Lösungen in Methylethylketon oder Butylacetat hergestellt. Um die gewünschten Schichtdicken von 50–150 nm zu erreichen, wurden Umdrehungszahlen von 2000–3000 Upm verwendet. Die Quervernetzung der Dielektrika erfolgte in inerter Atmospäre in der Glovebox und konnte sowohl optisch als auch thermisch durchgeführt werden: Bei der optischen Quervernetzung wurden die Schichten zunächst bei 110°C für 10 min auf der Heizplatte ausgeheizt, um das in der Schicht verbliebene Lösungsmittel zu entfernen, und im Anschluss für 2 min mit UV-Licht (254 nm) bestrahlt. Für die thermische Quervernetzung wurden die Schichten bei 250°C für 10 mm auf der Heizplatte getempert. Eine 50 nm dicke, bei einem Druck von 10^–7 mbar thermisch aufgedampfte Silberschicht bildet die obere Elektrode und vervollständigt die Kondensatorstruktur.
Zur Ermittlung der dielektrischen Eigenschaften wurde die Impedanzspektroskopie (Solartron 1260 Impedanzanalysator gekoppelt mit einem Solartran 1296 Dielectric Interface) im Frequenzbereich von 0,1 bis 10⁶ Hz verwendet. Alle Messungen wurden ebenfalls in inerter Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Die Kapazität der verschiedenen Dielektrika wurde direkt den Impedanzmessungen entnommen und bei einer Frequenz von 10⁴ Hz abgelesen. Die Dielektrizitätskonstanten wurden gemäß Gleichung 2 und der jeweiligen Schichtdicke der Dielektrika berechnet. Typische Werte liegen zwischen 2,9 und 3,2 und sind in Tabelle 1 angegeben.
Für die elektrische Isolation von Gatedielektrika ist die Anwesenheit mobiler Ionen ein kritischer Faktor. Für die thermische Quervernetzung benötigte erhöhte Temperaturen und/oder die angelegte Spannung können eine Migration solcher Ionen im Dielektrikum bedingen, welche die dielektrischen Eigenschaften der Polymerschicht verschlechtert. Die Anwesenheit von Natriumionen, die aus der Synthese im Polymer verbleiben, kann die Impedanzmessungen drastisch beeinflussen, auch wenn die Ionengehalte nur wenige 10 ppm betragen. Dieser Einfluss äußert sich vor allem in Impedanzmessungen, die bei höheren AC-Spannungen, z. B. bei 1 V, durchgeführt wurden. Beispielhafte Impedanzmessungen von MIM-Dioden aus aufgereinigten Polymeren bzw. Polymeren mit erhöhtem Na-Gehalt sind in Formel 2 dargestellt.
2 zeigt den Realteil der Impedanz Z' und Verlustwinkel δ als Funktion der Frequenz für MIM-Dioden mit PAZ 14(a) bzw. PAZ 50(b) für nicht aufgereinigte (mit Na⁺) und aufgereinigte (ohne Na⁺) Dielektrika.
Der Realteil der Impedanz Z' ist bei Proben aus nicht aufgereinigtem Polymer im Bereich niedriger Frequenzen um zwei Größenordnungen kleiner als bei MIM-Dioden aus aufgereinigtem Material. Ebenso ist der Verlustfaktor tanδ stark durch die Anwesenheit von Natrium-Restionen im Polymer beeinflusst. Infolge der schlechteren dielektrischen Eigenschaften von Na-kontaminierten Dielektrika weisen OTFTs, die mit diesen Polymeren hergestellt wurden, sehr hohe Leckströme und kein Transistorverhalten auf.
3. Charakterisierung der OTFTs
3 illustriert die Struktur der bottom-gate, top-contact OTFTs, die mit den quervernetzten Dielektrika als Gateisolator hergestellt wurden. In dieser Architektur kann die Gate-Elektrode entweder ein hoch p-dotierter Siliziumwafer sein, aber auch aus ITO oder einer Metallschicht auf einem Glassubstrat bestehen. Bei Letzteren sind die Gate-Elektroden der einzelnen Transistoren auf einem Substrat voneinander separiert und haben eine wesentlich kleinere Fläche, was sich positiv auf die Leckströme zum Gate auswirkt. Da die Polymerschichten quervernetzt sind, werden diese nicht mehr durch Lösungsmittel angelöst und es ist problemlos möglich, weitere Schichten aufzubringen, um die Durchschlagsfestigkeit zu verbessern. Als organischer Halbleiter wurde Pentacen und als Elektrodenmaterial für Source und Drain Gold verwendet.
Zur Messung der Strom-Spannung-Kennlinien diente ein HP 4155A Parameter Analysator. Die Ladungsträgermobilität und die Schwellspannung wurden aus der Anpassung der Transferkennlinien im Sättigungsbereich gemäß Gleichung 1 berechnet. I_on/I_off wird aus dem maximalen Strom (on-Bereich) und aus dem Strom bei V_G = 0 V (off-Bereich) evaluiert.
Beispiel 1: PAZ 12 als Dielektrikum
Die chemische Zusammensetzung von PAZ 12 ist in Tabelle 1 angegeben. Auf strukturierte ITO-Gate-Elektroden wird eine Doppellage des PAZ 12-Dielektrikums aufgebracht und mit UV-Licht vernetzt (Details in 2.). Danach wird eine 50 nm dicke Pentacenschicht bei einem Druck von 10^–8 mbar auf das Dielektrikum thermisch aufgedampft. 50 nm dicke Source/Drain Elektroden aus Gold werden unter Verwendung einer Maske ebenfalls thermisch bei einem Druck von 10^–7 mbar aufgedampft und definieren den Transistorkanal mit W = 1520 μm und L = 54 μm. Daraus ergibt sich W/L = 28. Typische gemessene Transistorcharakteristika sind in 4 gezeigt. 4 zeigt die Ausgangs- und Transfekennlinien inklusive der gemessenen Leckströme l_gs der Pentacentransistoren mit PAZ 12 Doppellagendielektrikum. Die berechneten Kennwerte dieser OTFTs sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Beispiel 2: PAZ 14 als Dielektrikum
Die chemische Zusammensetzung von PAZ 14 ist in Tabelle 1 angegeben. Auf strukturierte ITO-Gate-Elektroden wird eine Doppellage des PAZ 14-Dielektrikums aufgebracht und mit UV-Licht vernetzt (Details in 2). Danach wird eine 50 nm dicke Pentacenschicht bei einem Druck von 10^–8 mbar auf das Dielektrikum thermisch aufgedampft. 50 nm dicke Source/Drain Elektroden aus Gold werden unter Verwendung einer Maske ebenfalls thermisch bei einem Druck von 10^–7 mbar aufgedampft und definieren den Transistorkanal mit W = 500 μm und L = 30 μm. Daraus ergibt sich W/L = 16,7. Typische gemessene Transistorcharakteristika sind in 5 dargestellt. 5 zeigt die Ausgangs- und Transferkennlinien inklusive der gemessenen Leckströme l_gs der Pentacentransistoren mit PAZ 14 Doppellagendielektrikum.
Die berechneten Kennwerte dieser OTFTs sind Tabelle 1 zu entnehmen.

Die beiden Beispiele illustrieren, dass die Pentacentransistoren mit beiden quervernetzten Dielektrika ein sehr gutes Sättigungsverhalten bei vergleichsweise geringen Spannungen von < 10 V zeigen. Die Kennwerte der OTFTs sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1: Auflistung der Zusammensetzung der Dielektrika, der Anzahl der quervernetzen Schichten, ihrer Gesamtschichtdicke und der Kennwerte, die aus den Messungen an Kondensatorstrukturen und OTFTs erhalten wurden.

Polymer	PAZ 12	PAZ 14
N₃-Gehalt (mol%)	12,0	14,4
Styren-Gehalt (mol%)	0	45,0
MMA-Gehalt (mol%)	88,0	4,06
Anzahl der Schichten	2	2
d (nm)	150	340
C_i (nF/cm²)	17,5	7,5
k	3,0	2,9
μ_sat (cm²/Vs)	0,07	0,04
V_th (V)	–4,9	–2,2
I_on/I_off	10⁴	2·10³

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0161464 A1 [0005]
DE 102010034577 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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J. am. Chem. Soc. 2008, 130, 6878, T. J. Marks, A. Facchetti, Z. Wang, H.-J. Choi, C. Kim, Y.-G. Ha, Adv. Mat. 2005, 17, 1705, A. Facchetti, M.-H. Yoon, T. J. Marks [0005]
Nature 2004, 431, 963, M. Klauk, M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid, C. Dehm, M. Schütz, ST. Maisch, F. Effenberger, M. Brunnbauer, F. Stellacci [0007]
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Adv. Mat. 2007, 19, 4552–4557 [0009]
Adv. Mat. 2007, 19, 4552–4557 [0014]

Claims

Elektronisches Bauteil, umfassend ein Dielektrikum, enthaltend oder bestehend aus einem Polymerisat, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest der nachfolgenden Wiederholungseinheit A:
wobei X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymere zumindest eine weitere Wiederholungseinheit B und/oder C umfasst:
wobei jeweils unabhängig voneinander R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, und R² ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Resten, Wasserstoff oder Alkylresten mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Elektronisches Bauteil nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das das Copolymere die Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A und B enthält oder hieraus gebildet ist und das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten A/(A + B) zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25 beträgt, oder die Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A und C enthält oder hieraus gebildet ist und das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten A/(A + C) zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25 beträgt.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymere die Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A, B und C enthält oder hieraus gebildet ist und das molare Verhältnis der Wiederholungseinheiten gemäß den Formeln A, B und C unabhängig voneinander den folgenden Bedingungen genügt: A/(A + B + C) zwischen 0,001 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,01 und 0,7, weiter bevorzugt zwischen 0,02 und 0,6, insbesondere zwischen 0,1 und 0,25, B/(A + B + C) zwischen 0,05 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,6, weiter bevorzugt zwischen 0,2 und 0,5, insbesondere zwischen 0,25 und 0,4, sowie C/(A + B + C) zwischen 0,05 und 0,9, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,8, weiter bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7, insbesondere zwischen 0,25 und 0,6 wobei gilt: A + B + C ≤ 1, insbesondere A + B + C = 1.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig voneinander X in der Wiederholungseinheit gemäß Formel A wie nachfolgend Formel definiert ist
wobei der Rest am aromatischen Ring mit der Polymerkette verknüpft ist, die Azidgruppe am Alkylenrest gebunden ist und n von 1 bis 16 beträgt, R¹ in der Wiederholungseinheit gemäß Formel B einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl bedeutet, R² in der Wiederholungseinheit gemäß Formel B Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl bedeutet, R³ in der Wiederholungseinheit gemäß Formel C einen aromatischen Rest, insbesondere Phenyl bedeutet.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerisat Natriumionen, bevorzugt Alkalimetallionen, besonders bevorzugt Metallionen im Allgemeinen in einer Konzentration von ≤ 10 ppm, bevorzugt ≤ 1 ppm enthält.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer oder Copolymer ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht M_w zwischen 1.000 und 1.000.000 g/mol, bevorzugt zwischen 5.000 und 100.000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 10.000 und 50.000 g/mol beträgt.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quervernetzung bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C und/oder durch photoinitiierte Quervernetzung mittels UV-Bestrahlung durchgeführt wird.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum eine Schichtdicke zwischen 10 und 1.000 nm, bevorzugt zwischen 20 und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 20 und 150 nm aufweist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus OTFTs, insbesondere eines top-gate OTFT oder eines bottom-gate OTFT, Kondensatoren, Inverter, Ringoszillator, deren Dielektrikum das Polymerisat umfasst oder hieraus gebildet ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines bottom-gate OTFT, umfassend eine Gate-Elektrode, eine auf der Gate-Elektrode aufgebrachte Schicht des Dielektrikum, enthaltend oder bestehend aus dem Polymerisat, eine auf der der Gate-Elektrode abgewandten Seite der Schicht des Dielektrikums abgeschiedene Schicht eines organischen Halbleiters, wobei in der Schicht des organischen Halbleiters und/oder auf einer der Schicht des Dielektrikums abgewandten Oberfläche der Schicht des organischen Halbleiters eine Source- und eine Drain-Elektrode eingebettet bzw. aufgebracht ist, wobei der bottom-gate OTFT optional mit der Gate-Elektrode auf einem Substrat aufgebracht sein kann, oder eines top-gate OTFT, umfassend ein Substrat, eine auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eines organischen Halbleiters, eine Source- und eine Drain-Elektrode, die in der Schicht des organischen Halbleiters eingebettet sind, eine auf der dem Substrat abgewandten Seite des organischen Halbleiters aufgebrachte Schicht des Dielektrikums, enthaltend oder bestehend aus dem Polymerisat, sowie eine auf der der Schicht des organischen Halbleiters abgewandten Seite des Dielektrikums aufgebrachten Gate-Elektrode.
Elektronisches Bauteil nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Halbleiter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus • linear kondensierten Ringsystemen, insbesondere Oligoacene, wie Anthracen, Pentacen und dessen Derivate (z. B. Chinacridon) und/oder Benzenthiolate; • zweidimensional kondensierten Ringsystemen, insbesondere Perylen, 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA) und dessen Derivate, Naphthalin-Derivate und/oder Hexabenzocoronen; • Metallkomplexen, insbesondere Phthalocyanine, oder Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) und/oder Berylliumbis(hydroxybenzochinolin); • dendritischen Molekülen, insbesondere 4,4',4''-tris(N,Ndiphenylamino)-triphenylamine (TDATA); • heterozyklischen Oligomeren, insbesondere Oligothiophene und/oder Oligophenylenvinylene; • heterozyklischen Polymeren, insbesondere Polythiophene, Polyparaphenylen, Polypyrrol und/oder Polyanilin; und/oder • Kohlenwasserstoffkette, insbesondere Polyacetylen und/oder Polysulfurnitriden; sowie hiervon abgeleiteten Derivaten.
Elektronisches Bauteil nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektrode • aus einem anorganischen Halbleiter, bevorzugt aus einem p-dotierten anorganischen Halbleiter, insbesondere aus p-dotiertem Silicium oder Indiumzinnoxid, oder • aus einem isolierenden mit einer Metallschicht versehenem Substrat, insbesondere einem mit einer Metallschicht versehenem Glassubstrat gebildet ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus festen Substraten, insbesondere Glas, Silicium, ITO, Metallfolien. (z. B. Al, Graphit, Ag) oder flexiblen Substraten, insbesondere Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, bevorzugt Folien aus PET, PE, PP, Polycarbonat, Polyethylennaphtalat oder Polyimid.
Verwendung eines Polymerisats, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest die nachfolgende Wiederholungseinheit A:
wobei X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, als Dielektrikum oder Isolator.
Verwendung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymere zumindest eine weitere Wiederholungseinheit B und/oder C umfasst:
wobei jeweils unabhängig voneinander R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, und R² ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Resten, Wasserstoff oder Alkylresten mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Polymerisat, herstellbar durch Quervernetzung eines Polymeren oder Copolymeren, enthaltend oder bestehend aus zumindest der nachfolgenden Wiederholungseinheit A:
wobei X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkenylaromatischen Biradikalen, aromatischen Biradikalen, linearen oder verzweigen Alkylenresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, linearen oder verzweigten Alkenylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie linearen oder verzweigten Acylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, gekennzeichnet durch eine Konzentration von Natriumionen, bevorzugt Alkalimetallionen, besonders bevorzugt Metallionen im Allgemeinen von ≤ 1000 ppb, bevorzugt ≤ 100 ppb, besonders bevorzugt ≤ 10 ppb.
Polymerisat nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymere zumindest eine weitere Wiederholungseinheit B und/oder C umfasst:
wobei jeweils unabhängig voneinander R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, und R² ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff sowie linearen oder verzweigten Alkylresten mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Resten, Wasserstoff oder Alkylresten mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.