DE102021103383B3

DE102021103383B3 - Verwendung eines vor-oxidierten, organischen Materials zum Bilden eines Mischkristalls und Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht

Info

Publication number: DE102021103383B3
Application number: DE102021103383.7A
Authority: DE
Inventors: Shu-jen Wang; Hans Kleemann; Karl Leo
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2041-02-13

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein vor-oxidiertes, organisches Material (104) ein organisches Material (103) und einen Dotierstoff (105) aufweisen, wobei der Dotierstoff (105) und das organische Material (103) derart eingerichtet sind, dass das organische Material (103) mittels des Dotierstoffes (105) in einen oxidierten Zustand gebracht werden kann, so dass das organische Material (103) bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert sein kann, wobei das organische Material (103) in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweisen kann, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Verwendung eines vor-oxidierten, organischen Materials zum Bilden eines Mischkristalls und Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht.
Organische Halbleiter, beispielsweise niedermolekulare Halbleiter, sind die funktionalen Bausteine von elektronischen und optoelektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise organischen Dünnschicht-Transistoren, organischen Solarzellen und lichtemittierenden Dioden, welche wichtige Anwendungen in der Display- und erneuerbaren Energieindustrie finden. Die Leistung eines organischen elektronischen Bauelements hängt in der Regel stark von der Ladungsträgerbeweglichkeit oder -Mobilität des organischen Halbleiters und somit von der elektrischen Materialleitfähigkeit des organischen Halbleiters ab, die typischerweise mit der Fernordnung der Moleküle drastisch zunimmt. Somit beeinflusst die strukturelle Ordnung von Molekülen in organischen Halbleitern den Ladungstransport. Die höchste Beweglichkeit bzw. Mobilität der Ladungsträger wurde für Einkristalle festgestellt. Darüber hinaus ist in der Regel die molekulare Dotierung von organischen Halbleitern für die Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von organischen Halbleitern sowie die Einführung neuartiger Bauelementfunktionalitäten durch die Erhöhung der Konzentration freier Ladungsträger von entscheidender Bedeutung. Weiterhin ist die Dotierung organischer Halbleiterschichten eine wichtige Methode zur Reduktion von elektrischen Kontaktwiderständen (verbesserte Ladungsträgerinjektion) an Grenzflächen zwischen Metallen und dem organischen Halbleiter oder zwischen verschiedenen organischen Halbleiterschichten.
Es wird auf die Druckschriften Sawatzi, M. et al: Doped highly Crystalline Organic Films: Towards High-Performance Organic Electronics. In: Advanced Science, Vol.8, 2021, S 2003519 (1-7), Bronchtein, I. et al.: in Situ Growth of High Quality crystals for Organic Electronics. In: ACS Appl. Electron. Mater., 2020, Vol. 2, S. 790-795, und Yu, L. et al.: Programmable and coherent crystallization of semiconductors. In: Science Advances, Vol. 3, 2017, S. 1602462 (1-9) hingewiesen, in denen verschiedene Verfahren zum Bereitstellen einer organischen Schicht mittels Kristallisierens eines Material aus dotiertem Rubren im Vakuum und unter inerter Atmosphäre beschrieben sind. Verschiedene Aspekte beziehen sich auf die Realisierung großflächiger, polykristalliner, organischer Dünnschichten, beispielsweise mit Dotierung, welche eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit und verbesserte Ladungsträgerinjektion aufweisen.
Es wurde beispielsweise erkannt, dass es effizient sein kann, ein skalierbares und auf einfache Weise einsetzbares Verfahren zur Herstellung einer kristallinen und/oder polykristallinen Schicht bereitzustellen, welches unter Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre-Bedingungen erfolgen kann.
Anschaulich kann es zu Schwierigkeiten kommen, eine kristalline organische Schicht unter Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre-Bedingungen herzustellen, da das für die Herstellung der polykristallinen Schicht herkömmlich verwendete Ausgangsmaterial Sauerstoff empfindlich ist und/oder sich mittels Sauerstoffs oxidieren kann, beispielsweise während des Kristallisierungsprozesses, was den Kristallisationsgrad der dadurch erhaltenen, organischen Schicht stark beeinträchtigt, und somit auch die elektrische Leitfähigkeit der dadurch erhaltenen, organischen Schicht stark reduziert. Herkömmlich wird daher ein solches Verfahren unter inerter Atmosphäre, teilweise sogar unter Vakuumatmosphäre durchgeführt. Diese Herstellungsbedingungen können allerdings die Herstellungskosten stark erhöhen, und die Skalierbarkeit des Verfahrens drastisch einschränken.
Außerdem für Fälle in denen der Kristallisierungsprozess unter Verwendung einer Lampe erfolgt, kann eine Vakuumatmosphäre besondere Erfordernisse in der Gestaltung der Vorrichtung zum Abscheiden der gewünschten organischen Schicht und in der Gestaltung der Lampe verlangen, wobei eine Gefahr, dass die Lampe platzt nicht unbeachtet werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer organischen Schicht, welches ein organisches Material verwendet, welches bezüglich einer Oxidation mit Sauerstoff, beispielsweise während eines Kristallisierungsprozesses, inert sein kann, und mittels welches bei seiner Verwendung in dem Verfahren zum Herstellen einer organischen Schicht eine großflächige, kristalline, und somit auch elektrisch leitfähige, organische Schicht bereitgestellt werden kann. Die vorstehende Aufgabe ist durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils Unteransprüchen.
In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht bereitgestellt, das Verfahren aufweisend ein Abscheiden einer Schicht aufweisend Rubren und einen Dotierstoff zum Dotieren des Rubrens; und ein Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht zu einer organischen Schicht aufweisend einen oder bestehend aus einem Mischkristall, wobei das Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt, und wobei der Mischkristall sauerstofffreies Rubren aufweist.
In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht bereitgestellt, das Verfahren aufweisend ein Abscheiden einer Schicht mit einem organischen Material aus Rubren auf ein Substrat, wobei das Rubren wenigstens teilweise im amorphen Zustand sein kann, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung erfolgt, wobei beispielsweise ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegt.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
1B eine schematische Graphik über den Kristallisationsgrad eines Mischkristalls aus dotiertem Rubren abhängig von dem Anteil an Dotierstoff, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer organischen Schicht aus Rubren, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2B eine schematische Graphik über den Oxidationsgrad von Rubren abhängig von dem Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3B ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3C ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 ein polarisiertes, optisches Bild eines Dünnschichtkristalls, der nach Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung mittels einer Blitzlampe gebildet wurde, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil der Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Unter dem Begriff „vor-oxidiertes Material“ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Material verstanden werden, dessen Elektronen derart entzogen sind und/oder welches seine Elektronen derart abgegeben hat, dass diese für eine (weitere) Oxidationsreaktion, beispielsweise mit Sauerstoff, nicht mehr zur Verfügung stehen, und das Material eine stabile Elektronenkonfiguration hat. Dabei hat das vor-oxidierte Material eine chemische Struktur, die unverändert ist, im Vergleich zu der chemischen Struktur, die das Material hat, wenn es in einem nicht-oxidierten Zustand vorliegt, beispielsweise wenn die Elektronen nicht abgegeben sind.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „sauerstoffhaltige oder -enthaltende Atmosphäre-Bedingungen“ oder „sauerstoffhaltige oder -enthaltende Atmosphäre“ mit der Bedeutung verstanden werden, dass es sich um eine Atmosphäre handelt, die wenigstens 0,5 Vol.-% Sauerstoff enthält, beispielsweise unabhängig von dem Druck. Sauerstoffhaltige Atmosphäre-Bedingungen können beispielsweise eine LuftAtmosphäre sein.
Unter dem Begriff „Kristallgemisch“ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Gemisch aus unterschiedlich aufgebauten Kristallen (z.B. ein Gemisch aus voneinander verschiedenen Reinkristallen) verstanden werden. Beispielsweise kann das Kristallgemisch eine Legierung sein, in der die Kristalle nur aus einem Stoff bestehen und unlöslich nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann jeder Stoff seinen eigenen Körper bilden, beispielsweise ein Haufwerk aus verschiedenen Kristallarten. Dabei können die Kristallarten jeweils ein voneinander verschiedenes Kristallgitter haben.
1A veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, 1B eine schematische Graphik über den Kristallisationsgrad eines Mischkristalls aus dotiertem Rubren abhängig von dem Anteil an Dotierstoff, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren 100 zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht 120a bereitgestellt. Das Verfahren 100 weist folgende Schritte auf: ein Abscheiden 110 einer Schicht 110a aufweisend ein vor-oxidiertes, organisches Material 104 auf ein Substrat 102, und ein Kristallisieren 120 der abgeschiedenen Schicht 110a zu einem Mischkristall 106 in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre.
Dadurch, dass das für das Verfahren verwendete, organische Material 104 vor-oxidiert ist, ermöglicht es, dass das Verfahren in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen kann, und somit dass das Verfahren für die Realisierung einer großflächigen, polykristallinen organischen Schicht, beispielsweise Dünnschicht, auf einfacher Weise einsetzbar sein kann. Dabei können Herstellungskosten reduziert werden, beispielsweise aufgrund von dem Zeitaufwandersparnis und von reduzierten Erfordernissen in der Gestaltung der für das Durchführen des jeweiligen Verfahrens verwendeten Vorrichtung.
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung weist das vor-oxidierte, organische Material 104 ein organisches Material 103 und einen Dotierstoff 105 auf. Dabei können der Dotierstoff 105 und das organische Material 103 derart eingerichtet sein, dass das organische Material 103 mittels Einbringens des Dotierstoffes 105 in das organische Material 103 in einen oxidierten Zustand gebracht werden kann, so dass das organische Material 103 bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff (O₂) inert (beispielsweise ohne oder nur in verschwindend geringem Maße damit zu reagieren) sein kann. Dabei kann das organische Material 103 in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweisen, wie in einem nicht-oxidierten Zustand. Anschaulich wird beispielsweise kein Sauerstoff bei der Oxidation in das organische Material 103 eingebracht, sondern das organische Material 103 wird in dessen elektronischen Eigenschaften verändert, z.B. gibt das organische Material 103 Elektronen ab an den Dotierstoff 105. Somit kann das organische Material 103 beispielsweise resistenter oder inert gegen eine weitere Oxidation sein, z.B. einer Oxidation an der Sauerstoff (z.B. molekularer Sauerstoff) beteiligt ist.
Somit wird anschaulich in verschiedenen Ausführungsformen ein organisches Material 104 bereitgestellt, welches mittels eines Kristallisierungsprozesses, beispielsweise unter Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre-Bedingungen, zu einer polykristallinen, organischen Schicht umgewandelt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das vor-oxidierte, organische Material 104 wenigstens teilweise (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 33 %, beispielsweise von mehr als 66 %) in amorpher Form vorliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das organische Material 103 ein energiereichstes besetztes Molekülorbital (HOMO) mit einem Energiewert in einem Bereich von 5 eV bis 5,6 eV aufweisen in Bezug auf das Vakuum-Niveau. Beispielsweise kann das organische Material 103 eine energetische Zustandslücke zwischen dem energiereichsten besetzten und dem energieärmsten unbesetzten Niveau zwischen 1,5 eV und 3 eV aufweisen. Dabei ist das organische Material 103 Rubren 103a. In einer Ausführungsform kann das organische Material 103 wenigstens teilweise (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 33 %), beispielsweise im Wesentlichen (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 66 %), in amorpher Form vorliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dotierstoff 105 ein energieärmstes unbesetztes Molekülorbital (LUMO) mit einem Energiewert aufweisen, welcher unter dem LUMO-Energiewert von molekularem Sauerstoff (O₂) liegt. In einer Ausführungsform kann der Dotierstoff 105 eine Elektronenaffinität in einem Bereich von 5,0 eV bis 5,9 eV aufweisen.
Dies kann ermöglichen, dass die Elektronen des organischen Materials 103, welche mittels des Dotierstoffes 105 bereits entzogen wurden, und in einer stabilen Elektronenkonfiguration vorliegen, von molekularem Sauerstoff nicht entzogen werden können. Dadurch kann/können das organische Molekül des organischen Materials 103, bzw. die funktionellen Gruppen der chemischen Struktur des organischen Moleküls des organischen Materials 103, von molekularem Sauerstoff, beispielsweise der in der Luft enthalten ist, nicht oxidiert werden. Zum Beispiel kann eine Doppelbindung in dem organischen Material 103 in Gegenwart von molekularem Sauerstoff nicht in einer Peroxid- und/oder Epoxid-Gruppe umgewandelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dotierstoff 105 im Wesentlichen sauerstofffrei sein, beispielsweise mit einem molekularen Anteil an Sauerstoff geringer als 1 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des Dotierstoffes 105. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Dotierstoff 105 ein Oxidationsmittel sein. Der Dotierstoff 105 kann beispielsweise das organische Material 103 oxidieren, ohne Sauerstoff in ein oder mehrere Moleküle des organischen Materials 103 einzubauen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dotierstoff 105 ein Oxidationsmittel sein, welches das organische Material 103 oxidieren kann, ohne ein Fremdatom (beispielsweise Atom, welches vor der Oxidation zum organischen Material nicht gehören) in ein oder mehrere Moleküle des organischen Materials 103 einzubauen. Beispielsweise kann der Dotierstoff 105 2,2'-(Perfluoronaphthalen-2,6-diyliden)dimalononitril (F6-TCNNQ), 1,3,4,5,7,8-Hexafluorotetracyanonaphthoquinodimethan (F6-TNAP), (2,3,5,6-Tetrafluoro-2,5-cyclohexadiene-1,4-diylidene)dimalononitril (F4TCNQ), fluoriertes Fulleren (C₆₀F₃₆) oder ein ähnlich starkes, beispielsweise sauerstofffreies (z.B. mit einem molekularen Anteil an Sauerstoff geringer als 1 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des Oxidationsmittels) Oxidationsmittel sein, wobei 2,2'-(Perfluoronaphthalen-2,6-diyliden)dimalononitril (F6-TCNNQ) bevorzugt sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Anteil des Dotierstoffes 105 in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-%, beispielsweise von 1 Mol.-% bis 10 Mol.-%, beispielsweise 5 Mol.-%, bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des vor-oxidierten, organischen Materials 104 liegen. Der Anteil des organischen Materials 103 kann wiederum in einem Bereich von 80 Mol.-% bis 99,8 Mol.-%, beispielsweise von 90 Mol.-% bis 99 Mol.-%, beispielsweise 95 Mol.-%, bezogen auf dem Gesamtgewicht des vor-oxidierten, organischen Materials 104 liegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das organische Material 103 und der Dotierstoff 105 derart ausgewählt sein, dass, wenn das vor-oxidierte, organische Material 104 einer elektromagnetischen Bestrahlung, beispielsweise an Luft (so, dass kein Erzeugen eines Vakuums zum Behandeln des Materials notwendig ist), unterzogen wird, das vor-oxidierte, organische Material 104 kristallisieren kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abscheiden der Schicht 110a aufweisend das vor-oxidierte, organische Material 104 auf ein Substrat 102 mittels Sprühverfahrens, Tintenstrahlverfahrens, Gasphasenabscheidung, oder anderer geeigneter Abscheidungsverfahren erfolgen. Das vor-oxidierte, organische Material 104 kann beispielsweise als Mischung von dem organischen Material 103 zusammen mit dem Dotierstoff 105 auf das Substrat 102 abgeschieden werden. Alternativ können beispielsweise das organische Material 103 gefolgt von dem Dotierstoff 105, oder umgekehrt, auf das Substrat 102 aufgebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 102 transluzent oder transparent ausgebildet sein. Das Substrat 102 kann als Trägerelement der wenigstens einen organischen Schicht dienen. Das Substrat 102 kann beispielsweise Kunststoff, Metall, Glas, Quarz und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann das Substrat 102 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Substrat 102 kann mechanisch rigide oder mechanisch flexibel ausgebildet sein. In einer Ausführungsform können auf dem Substrat ferner metallische Schichte abgeschieden sein, welche zur elektrischen Kontaktierung dienen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abscheiden der Schicht 110a in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen, beispielsweise an der Luft, beispielsweise bei Raumtemperaturen und Raumdruck.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die abgeschiedene Schicht 110a eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm, beispielsweise von 20 nm bis 50 nm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erfolgt das Kristallisieren 120 des vor-oxidierten, organischen Materials 104 mittels einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, um einen Mischkristall 106 zu bilden. Beispielsweise kann das vor-oxidierten, organischen Materials 104 verwendet werden, um einen Mischkristall 106 zu bilden und/oder die hergestellte, organische Schicht 120a kann ein Mischkristall aufweisen oder daraus bestehen.
Die elektromagnetische Bestrahlung erfolgt mittels einer Blitzlampe. Dies kann eine gezielte Bestrahlung auf der organischen Schicht 110a ermöglichen. Dabei kann ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von größer als 550 nm erzeugt werden, z.B. in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm. Eine detaillierte Beschreibung einer beispielhaften elektromagnetischen Bestrahlung wird beispielsweise im Zusammenhang mit der Beschreibung den 2A und 2B erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Mischkristall 106 beispielsweise derart gebildet werden, dass der Mischkristall 106 frei von (z.B. weniger als 5 %, beispielsweise weniger als 2 %) einem Kristallgemisch sein kann. Das organische Material 103 und der Dotierstoff 105 sind beispielsweise miteinander löslich und bilden zusammen Kristalle. In einer Ausführungsform kann der Mischkristall 106 Kristalle mit unterschiedlichen Größen und Ausrichtungen aufweisen, wobei die Kristalle des Mischkristalls 106 die selbe Kristallstruktur haben können. In einer weiteren Ausführungsform kann der Dotierstoff 105 interstitiell in eine Kristallstruktur aus Molekülen des organischen Materials 103 eingebaut sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Mischkristall 106 sauerstofffrei (z.B. mit einem molekularen Anteil an Sauerstoff geringer als 1 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des Mischkristalls 106) sein.
Ferner kann der Mischkristall 106 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine elektrische Leitfähigkeit beispielsweise in einem Bereich von 0,1 S ·m^-1 bis 5000 S ·m^-1 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Mischkristall 106 beispielsweise eine Ladungsträgermobilität von mehr als 1 cm² ·V^-1·s^-1 bei 300 K aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von 1 cm² ·V^-1 ·S^-1 bis 20 cm² ·V^-1 ·s^-1 bei 300 K.
In verschiedenen Ausführungsformen weist das Verfahren 100 zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht die folgenden Schritte auf: Abscheiden 110 einer Schicht 110a aufweisend Rubren 103a und einen Dotierstoff 105 zum Dotieren des Rubrens 103a, und Kristallisieren 120 der abgeschiedenen Schicht 110a zu einem Mischkristall 106, wobei das Kristallisieren 120 der abgeschiedenen Schicht in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt, und wobei der Mischkristall 106 sauerstofffreies (z.B. mit einem molekularen Anteil an Sauerstoff geringer als 1 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des Rubrens) Rubren 103a aufweist. Dabei kann der Dotierstoff 105 derart eingerichtet sein, dass Rubren 103a mittels des Dotierstoffes 105 in einen oxidierten Zustand sein kann, so dass Rubren 103a bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert sein kann, wobei Rubren 103a in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweisen kann, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
In einer Ausführungsform kann der Mischkristall 106 Rubren 103a als organisches Material 103, und mehr als 2 Mol.-% des organischen Dotierstoffes 105, beispielsweise von 2 Mol.-% bis 5 Mol.-%, aufweisen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das vor-oxidierte, organische Material 104, welches für die Bildung des Mischkristalls 106 verwendet ist, Rubren 103a als organisches Material 103, und mehr als 2 Mol.-% des organischen Dotierstoffes 105, beispielsweise von 2 Mol.-% bis 5 Mol.-%, aufweist. Bei einem solchen Anteil von Dotierstoff 105 in dem vor-oxidierten, organischen Material 104 bzw. in dem Mischkristall 106 kann das vor-oxidierte, organische Material 104 bzw. der Mischkristall 106 als hoch-dotiert bezeichnet werden. Dabei kann der Dotierstoff 105 die elektronischen Eigenschaften des Rubrens 103a modifizieren. Ein Beispiel von elektronischen Eigenschaften des Rubrens 103a sind die Ladung der Elektronen des Rubrens 103a. Beispielsweise kann der Dotierstoff 105 derart eingerichtet sein, dass Rubren 103a mittels des Dotierstoffes 105 in einen oxidierten Zustand sein kann, so dass Rubren 103a bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff (O₂) inert sein kann, und Rubren 103a in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweisen kann, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
Ein solcher, dotierter Mischkristall 106 kann den Vorteil haben, dass die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Beweglichkeit und/oder Mobilität der Ladungsträger des Mischkristalls 106 beispielsweise dieser eines Einkristalls entsprechen kann oder sich davon annähern kann. Beispielsweise, für den Fall eines Mischkristalls 106 aus dotiertem Rubren 103a, kann die höchste elektrische Leitfähigkeit bei einem Anteil an Dotierstoff 105 von 2 Mol.-% erreicht werden. Wie in 1B veranschaulicht ist, in der die X-Achse den molaren Anteil 105b von Dotierstoff 105 in dem Mischkristall 106 zeigt und die Y-Achse den Kristallinitätsgrad 106b des Mischkristalls 106 in % zeigt, kann eine vollständige Kristallisation des dotiertem Rubrens 103a bei einem Dotierstoff-Anteil von 2 Mol.-%. Bei einem Dotierstoff-Anteil von 5 Mol.-% kann das dotierte Rubren nur teilweise kristallisiert sein, jedoch mit einem weiterhin vergleichsweise hohen Kristallinitätsgrad von mehr als 75 %.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die hergestellte, organische Schicht 120a beispielsweise das hierin beschriebene Mischkristall 106 aufweisen oder daraus bestehen. Dabei kann die hergestellte, organische Schicht 120a dementsprechend teilweise (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 66 %) oder im Wesentlichen vollständig (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 90 %) kristallisiert werden. In einer Ausführungsform kann die auf dem Substrat 102 abgeschiedene Schicht 120a nach dem Kristallisieren 120, 220 eine kristalline Schicht ausbilden. Weiterhin kann die hergestellte, organische Schicht 120a eine Schichtdicke aufweisen, welche in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm liegen kann, beispielsweise von 20 nm bis 50 nm.
2A veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, 2B eine schematische Graphik über den Oxidationsgrad von Rubren abhängig von dem Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 100, das organische Material 103, das Substrat 102 und der Mischkristall 106, die im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1A, 1B beschrieben wurden, können beispielsweise in gleicher oder ähnlicher Weise für die Implementierung des Verfahrens 200, des Rubrens 203a, des organischen Materials 203, des Substrats 102 und des Mischkristalls 206 des hierin beschriebenen Verfahrens 200 verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren 200 zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht die folgenden Schritte aufweisen: ein Abscheiden 210 einer Schicht 210a mit einem organischen Material 203 bestehend aus Rubren 203a auf ein Substrat 102, wobei das Rubren 203a wenigstens teilweise (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 33 %, beispielsweise von mehr als 66 %), beispielsweise im Wesentlichen (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 90 %), im amorphen Zustand sein kann; und ein Kristallisieren 220 der abgeschiedenen Schicht 210a mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung, um eine organische Schicht 220a aufweisend einen Kristall 206 zu bilden. Der Kristall 206 kann einer oben beschriebenen Ausführungsform eines Mischkristalls entsprechen, beispielsweise bezüglich der elektrischen Eigenschaften des Kristalls. Dabei kann ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegen. Dabei kann die auf dem Substrat 102 abgeschiedene Schicht 210a nach dem Kristallisieren 220 eine kristalline Schicht 220a ausbilden, die beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm, beispielsweise von 20 nm bis 50 nm liegen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren unter sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre-Bedingungen erfolgen. Dabei kann/können das organische Material 203 mit Rubren 203a und/oder die organische Schicht 210a bezüglich einer Oxidation mit Sauerstoff (O₂) im Wesentlichen inert sein.
Dabei kann das organische Material 203 beispielsweise frei von Dotierstoff 105 (z.B. geringer als 0,5 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des organischen Material 203) sein. Dadurch, dass für die elektromagnetische Strahlung während des Kristallisierens größtenteils Wellenlängen in der Nähe des Nahinfrarot-Wellenlängenbereichs oder sogar des Infrarot-Wellenlängenbereichs oder Ferninfrarot-Wellenlängenbereichs verwendet werden, kann das organische Material 203 bzw. Rubren 203a genügend thermische Energie zum Kristallisieren aufnehmen, während gleichzeitig das organische Material 203 bzw. Rubren 203a gegenüber einer Oxidation, beispielsweise mit molekularem Sauerstoff, beispielsweise aufgrund der vergleichsweise niedrigen Einzelphotonenenergie (im Vergleich zu blauem Licht, violettem Licht, oder sogar UV-Licht), weniger oder nicht anfällig sein kann. Dies kann die Realisierung einer polykristallinen Schicht (z.B. mit Korngrößen im Bereich von 0.1 mm bis 1 mm oder mehr als 1 mm) aufweisend oder bestehend aus Rubren ermöglichen, welche auf einfache Weise durch eine kontrollierte Energiezufuhr während des Kristallisierungsprozesses und ohne Zusatz von Dotierstoff 105 hergestellt werden kann. Somit können beispielsweise Herstellungskosten und Herstellungsaufwände für den Einsatz des jeweiligen Verfahrens reduziert werden, da das Verfahren beispielsweise an der Luft erfolgen kann. Wie in 2B veranschaulicht ist, in der die X-Achse die zum Bestrahlen der organischen Schicht 210a emittierten Wellenlängen 220b zeigt und die Y-Achse den Oxidationsgrad 206b des Rubrens 203a in % oder beliebigen Einheiten (a.u.) zeigt, kann festgestellt werden, dass sich Rubren 203a während des Bestrahlens ab einem Wellenlängenbereich von größer als 550 nm mit umgebenen molekularem Sauerstoff weniger oxidiert.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Intensitätsmaximum der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von größer als 550 nm erzeugt werden, z.B. in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm. Dabei kann ein Intensitätsanteil an elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von weniger als 550 nm geringer als 10 % sein, beispielsweise geringer als 5 %. Eine solche elektromagnetische Strahlung kann unmittelbar durch eine Lampe, eine Blitzlampe, erzeugt werden, beispielsweise kann die Lampe derart eingerichtet sein, dass hauptsächlich Wellenlängen in dem Wellenlängenbereich größer als 550 nm erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Lampe eine erste elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich erzeugen, wobei das Bestrahlen der organischen Schicht 210a mittels einer zweiten elektromagnetischen Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich erfolgt, wobei der zweite Wellenlängenbereich kleiner ist als der erste Wellenlängenbereich, und die Wellenlänge des Intensitätsmaximums der ersten Strahlung geringer ist als die Wellenlänge des Intensitätsmaximums der zweiten Strahlung, beispielsweise mittels Filtern und/oder Blockieren bestimmter Wellenlängen des ersten Wellenlängenbereichs, beispielsweise durch einen Filter.
Durch das erfindungsgemäße organische Material 104, 203, das mittels einer geringen Energiezufuhr kristallisieren kann, kann es somit ermöglicht sein, dass die Wärme, der die organische Schicht 110a, 210a zum Kristallisieren unterzogen wird, niedrig bleiben kann. Dies kann beispielsweise besonders von Vorteil sein, wenn die organische Schicht 110a, 210a auf wärmeempfindlichen Schichten angeordnet ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Kristallisieren 220 derart erfolgen, dass die abgeschiedene Schicht 210a auf eine Temperatur von mehr als 100 °C gebracht wird, beispielsweise zwischen 120 °C und 250 °C, beispielsweise 150 °C. Wenn die abgeschiedene Schicht 210a die Temperatur von mehr als 100 °C erreicht, kann das Bestrahlen aufgehört werden. Die Temperatur der abgeschiedenen Schicht 210a kann beispielsweise mittels eines Pyrometers gemessen werden, beispielsweise auf der Oberfläche der abgeschiedenen Schicht 210a. Wenn eine Blitzlampe zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung verwendet wird, können die Pulsdauer, die Intensität und die Bestrahlungsdauer und/oder weitere relevanten Parameter der elektromagnetischen Strahlung derart ausgewählt werden, dass die abgeschiedene Schicht 210a auf eine Temperatur von mehr als 100 °C gebracht wird. 3A,3B,3C veranschaulichen schematische Ablaufdiagramme eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 100, 200 kann beispielsweise in gleicher oder ähnlicher Weise für die Implementierung der Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100, 200 vor dem Abscheiden 110, 210 der organischen Schicht 110a, 210a ferner ein Abscheiden einer Unterschicht (in den Figuren nicht dargestellt) mit einem organischen Material auf das Substrat 102 aufweisen. Dabei kann das organische Material der organischen Unterschicht derart ausgewählt sein, dass eine Glasübergangstemperatur des organischen Materials unter der Temperatur, beispielsweise wenigstens 20 °C unter der Temperatur, liegen kann, welche die abgeschiedene, am kristallisierende Schicht 110a, 210a während des Bestrahlens 120, 220 erreicht.
Wenn die Glasübergangstemperatur des organischen Materials unterhalb der Temperatur liegt, bis zu welcher die abgeschiedene, kristallisierende Schicht 110a, 210a während des Bestrahlens erwärmt wird, kann sich die Unterschicht während des Kristallisierungsprozesses der Schicht 110a, 210a in einem zumindest teilweise geschmolzenen Zustand befinden. Somit kann die Unterschicht als Entkopplungsschicht dienen und es ermöglichen, dass eine hochgradige Kristallinität (z.B. mit einem Kristallinitätsgrad von mehr als 80 %) der hergestellten, organischen Schicht 120a, 220a durch die Erhöhung der Beweglichkeit der Moleküle des (vor-oxidierten), organischen Materials 103, 104, 203 während des Kristallisierungsprozesses erreicht werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Glasübergangstemperatur des organischen Materials der Unterschicht in einem Bereich von 70 °C bis 110 °C liegen, vorzugsweise von 65 °C bis 80 °C. In einer Ausführungsform kann das organische Material der Unterschicht einen Dotierstoff aufweisen, in einer Menge in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-%, beispielsweise von 1 Mol. % bis 10 Mol. %, beispielsweise 5 Mol. %, bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des organischen Materials der Unterschicht. Dabei kann der Dotierstoff einer Ausführungsform des oben beschriebenen Dotierstoffes entsprechen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Unterschicht wenigstens teilweise (z.B. mit einem Volumenanteil von mehr als 33 %, beispielsweise von mehr als 66 %) amorph sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schichtdicke der Unterschicht beispielsweise gleich oder weniger als 20 nm betragen, beispielsweise 10 nm. Dies kann beispielsweise besonders wichtig sein, um eine gleichmäßige Verteilung der Wärme auf die ganze Unterschicht zu erreichen, um beispielsweise ein Flüssigbett für die darauf angeordnete organische Schicht 110a, 210a zu bilden, und somit eine effiziente Vorlage für ein homogenes Kristallisieren, nämlich zur Bildung einer im Wesentlichen einheitlichen Kristallstruktur, der organischen Schicht 110a, 210a zu bilden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100, 200 ferner ein Abscheiden 110' einer weiteren Schicht 110a' aufweisend ein vor-oxidiertes, organisches Material 104' auf die kristallisierte, organische Schicht 120a, 220a, und ein Kristallisieren 120' der abgeschiedenen, weiteren Schicht 110a' aufweisen, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung, zu einer kristallisierten Schicht 120a', die ein Mischkristall 106' ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 100, 200 ferner ein Abscheiden 110' einer weiteren Schicht 110a' mit einem organischen Material 103' aufweisend Rubren 103a' und einen Dotierstoff 105' zum Dotieren des Rubrens 103a' auf eine kristallisierte, organische Schicht 120a, 220a, 120a', und ein Kristallisieren 120' der abgeschiedenen, weiteren Schicht 110a' zu einem Mischkristall 106', wobei das Kristallisieren 120' der abgeschiedenen Schicht 110a' in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt, und wobei der Mischkristall 106' sauerstofffreies (z.B. mit einem molekularen Anteil an Sauerstoff geringer als 1 Mol.-% in Bezug auf dem Gesamtanteil des Rubrens) Rubren 103a' aufweist.
Dabei können das Abscheiden 110, 210 und das Kristallisieren 120, 220 beispielsweise in gleicher oder ähnlicher Weise für die Implementierung des Abscheidens 110' und/oder des Kristallisierens 120' des hierin beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Ferner kann das (vor-oxidierte) organische Material 104' und der Mischkristall 106' beispielsweise einer Ausführungsform des oben beschriebenen (vor-oxidierten) organischen Materials 104 bzw. des Mischkristalls 106 entsprechen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das vor-oxidierte, organische Material 104' in der weiteren Schicht 110a' einen Anteil von Dotierstoff 105' aufweisen, welcher unterschiedlich sein kann verglichen mit dem Anteil von Dotierstoff 105 in der kristallisierten Schicht 120a, auf welcher die weitere Schicht 110a' abgeschieden ist. Somit kann beispielsweise ein Stapel von organischen Schichten gebildet werden, welcher ein Gradient von Dotierstoff 105, 105' in den organischen Schichten aufweisen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100, 200 ferner ein Abscheiden 210' einer weiteren Schicht 210a' aufweisend ein organisches Material 203 aufweisend oder bestehend aus Rubren 203a auf die kristallisierte Schicht 120a, 220a, und ein Kristallisieren 220' der abgeschiedenen, weiteren Schicht 210a' mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegt.
Die 3B veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem ein Stapel mit einer ersten, kristallisierten, organischen Schicht 120a und einer auf der ersten, organischen Schicht 120a angeordneten zweiten, kristallisierten, organischen Schicht 120a' dargestellt ist, wobei die erste, organische Schicht 120a und die zweite, organische Schicht 120a' beide einen Mischkristall mit einem organischen Material und einem Dotierstoff 105 aufweisen, wobei beispielsweise das organische Schicht und der Dotierstoff 105 in der ersten Schicht 120a und in der zweiten Schicht 120a' in gleichen oder unterschiedlichen Verhältnissen stehen. Die 3C veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem ein Stapel mit einer ersten, kristallisierten, organischen Schicht 220a und einer auf der ersten, organischen Schicht 220a angeordneten zweiten, kristallisierten, organischen Schicht 220a' dargestellt ist, wobei die erste, organische Schicht 120a und die zweite, organische Schicht 120a' beide ein Kristall aufweisend oder bestehend aus Rubren aufweisen, wobei der Anteil von Rubren in der ersten, organischen Schicht 220a und der Anteil von Rubren in der zweiten, organischen Schicht 220a' gleich oder unterschiedlich voneinander sein können. Es versteht sich, dass die Erfindung sich nicht auf das jeweilige in den 3B, 3C dargestellte Verfahren beschränkt, sondern viel mehr jegliche Kombination von Verfahrensschritten umfasst, die hierin als zur erfindungsgehörend beschrieben wurden.
4 veranschaulicht ein polarisiertes, optisches Bild eines Dünnschichtkristalls, der nach Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung mittels einer Blitzlampe gebildet wurde, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das in der 4 gezeigtes Bild 400 wurde mittels optischer Mikroskopie unter Nutzung eines Polarisators und Analysators (Polarisationsmikroskopie) aufgenommen. Durch den optisch doppelbrechenden Charakter der Rubrenkristalle erscheinen diese im Polarisationsmikroskop bei geeigneter Stellung von Polarisator und Analysator schwarz. Hingegen ändert sich die Intensität amorphen Rubrens im Polarisationsmikroskop nicht mit der Stellung von Polarisator und Analysator und bleibt somit immer hell. Die drei abgebildeten, dunklen Flecken 400a, 400b, 400c stellen Rubrene-Einkristalle in der orthorhombischen Kristalphase dar (Orthorhombische Spherulite) dar. Dabei stellt die hellen Bereiche402 die amorphen Bestandteile der Rubren-Schicht dar. Zur Verdeutlichung der reduzierten Kristallisation bei hohen Dotierkonzentrationen ist in 4 eine Rubrenschicht mit einem Dotierstoff-Anteil von 20Mol% gezeigt. Bei geringeren Dotierstoff-Anteilen ist der Kristallisationgrad nahezu 100% und amorphe Bereiche im Rubrene verschwinden vollständig.
In weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche eingerichtet sein kann zum Durchführen des jeweiligen hierin als erfindungsgehörend beschriebenen Verfahrens.
In weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass das jeweilige hierin als erfindungsgehörend beschriebene Verfahren ausgeführt wird.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein vor-oxidiertes, organisches Material aufweisend ein organisches Material, und einen Dotierstoff, wobei der Dotierstoff und das organische Material derart eingerichtet sind, dass das organische Material mittels des Dotierstoffes in einen oxidierten Zustand gebracht werden kann, so dass das organische Material bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert ist, wobei das organische Material in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweist, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
In Beispiel 2 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass das organische Material ein energiereichstes besetztes Molekülorbital, HOMO, mit einem Energiewert in einem Bereich von 5 eV bis 5,6 eV aufweist in Bezug auf das Vakuum-Niveau, vorzugsweise mit einer energetischen Zustandslücke zwischen energiereichsten besetztem und energieärmsten unbesetzten Niveau zwischen 1,5 eV und 3 eV; und der Dotierstoff einen LUMO-Energiewert aufweist, welcher unter dem LUMO-Energiewert von molekularem Sauerstoff liegt.
In Beispiel 3 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß Beispiel 1 oder Beispiel 2 optional aufweisen, dass der Dotierstoff sauerstofffrei ist.
In Beispiel 4 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional aufweisen, dass das organische Material wenigstens teilweise in amorpher Form vorliegt.
In Beispiel 5 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional aufweisen, dass der Dotierstoff ein Oxidationsmittel ist, welches das organische Material oxidieren kann ohne Sauerstoff in ein oder mehrere Moleküle des organischen Materials einzubauen.
In Beispiel 6 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass der Dotierstoff ein Oxidationsmittel ist, welches das organische Material oxidieren kann ohne ein Fremdatom (beispielsweise Atom, welches vor der Oxidation zum organischen Material nicht gehören) in ein oder mehrere Moleküle des organischen Materials einzubauen.
In Beispiel 7 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional aufweisen, dass der Anteil des Dotierstoffes in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-% bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des vor-oxidierten, organischen Materials liegt.
In Beispiel 8 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 optional aufweisen, dass der Anteil des organischen Materials in einem Bereich von 80 Mol.-% bis 99,8 Mol.-% bezogen auf dem Gesamtgewicht des vor-oxidierten, organischen Materials liegt.
In Beispiel 9 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 optional aufweisen, dass das organische Material und der Dotierstoff derart ausgewählt sind, dass, wenn das vor-oxidierte, organische Material einer elektromagnetischen Bestrahlung, beispielsweise in sauerstoffhaltigen Atmosphäre-Bedingungen, unterzogen wird, das vor-oxidierte, organische Material kristallisieren kann.
In Beispiel 10 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional aufweisen, dass die elektromagnetische Bestrahlung mittels einer Blitzlampe erfolgen kann.
In Beispiel 11 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional aufweisen, dass das organische Material Rubren ist.
Beispiel 12 ist die Verwendung des vor-oxidierten, organischen Materials gemäß einem der Beispiele 1 bis 11 zum Bilden eines Mischkristalls mittels einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung.
Beispiel 13 ist ein Mischkristall aufweisend Rubren, mehr als 2 Mol.-% eines organischen Dotierstoffes, beispielsweise von 2 Mol.-% bis 5 Mol.-%, wobei der Dotierstoff die elektronischen Eigenschaften des Rubrens modifiziert.
In Beispiel 14 kann der Mischkristall gemäß Beispiel 13 optional aufweisen, dass der Dotierstoff eingerichtet ist, dass Rubren mittels des Dotierstoffes in einen oxidierten Zustand ist, so dass Rubren bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert ist, wobei Rubren in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweist, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
In Beispiel 15 kann der Mischkristall gemäß Beispiel 13 oder 14 optional aufweisen, dass der Mischkristall frei von Kristallgemisch ist; und/oder dass der Mischkristall Kristalle mit unterschiedlichen Größen und Ausrichtungen aufweist, wobei die Kristalle des Mischkristalls die selbe Kristallstruktur haben.
In Beispiel 16 kann der Mischkristall gemäß einem der Beispiele 13 bis 15 optional aufweisen, dass der Dotierstoff interstitiell in eine Kristallstruktur aus Rubrenmolekülen eingebaut ist.
In Beispiel 17 kann der Mischkristall gemäß einem der Beispiele 13 bis 16 optional aufweisen, dass der Mischkristall eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von 0, 1 S ·m^-1 bis 5000 S ·m^-1 aufweist.
In Beispiel 18 kann der Mischkristall gemäß einem der Beispiele 13 bis 17 optional aufweisen, dass der Mischkristall eine Ladungsträgermobilität von mehr als 1 cm²·V^-1·s^-1 bei 300 K aufweist, beispielsweise in einem Bereich von 1 cm² ·V^-1 ·s^-1 bis 20 cm² ·V^-1 ·s^-1 bei 300 K.
In Beispiel 19 kann der Mischkristall gemäß einem der Beispiele 13 bis 18 optional aufweisen, dass der Mischkristall sauerstofffrei ist.
In Beispiel 20 kann das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, oder die Verwendung nach Beispiel 11 oder 12, oder der Mischkristall gemäß einem der Beispiele 13 bis 19 optional aufweisen, dass der Dotierstoff 105 eine Elektronenaffinität in einem Bereich von 5,0eV bis 5,9eV aufweist; oder dass der Dotierstoff 105 2,2'-(Perfluoronaphthalen-2,6-diyliden)dimalononitril F6-TCNNQ ist.
Beispiel 21 ist ein Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht, das Verfahren aufweisend ein Abscheiden einer Schicht aufweisend ein vor-oxidiertes, organisches Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 und 20 auf ein Substrat, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht zu einem Mischkristall, beispielsweise in sauerstoffhaltigen Atmosphäre-Bedingungen.
Beispiel 22 ist ein Verfahren zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht, das Verfahren aufweisend ein Abscheiden einer Schicht aufweisend Rubren und einen Dotierstoff zum Dotieren des Rubrens, Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht zu einem Mischkristall, wobei das Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht in sauerstoffhaltigen Atmosphäre-Bedingungen erfolgt, und wobei der Mischkristall sauerstofffreies Rubren aufweist.
In Beispiel 23 kann das Verfahren nach Beispiel 22 optional aufweisen, dass der Dotierstoff eingerichtet ist, dass Rubren mittels des Dotierstoffes in einen oxidierten Zustand ist, so dass Rubren bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert ist, wobei Rubren in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweist, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
In Beispiel 24 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 23 optional aufweisen, dass das Kristallisieren mittels Bestrahlens der abgeschiedenen Schicht mit einer elektromagnetischen Strahlung erfolgt, beispielsweise wobei die elektromagnetische Strahlung mittels einer Blitzlampe erzeugt wird.
In Beispiel 25 kann das Verfahren nach Beispiel 24 optional aufweisen, dass ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von größer als 550 nm erzeugt wird, z.B. in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm.
In Beispiel 26 kann das Verfahren nach Beispiel 24 oder 25 optional aufweisen, dass ein Intensitätsmaximum der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von größer als 550 nm erzeugt wird, z.B. in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm.
In Beispiel 27 kann das Verfahren nach Beispiel 25 oder 26 optional aufweisen, dass ein Intensitätsanteil an elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von weniger als 550 nm geringer ist als 10 %.
In Beispiel 28 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 27 optional aufweisen, dass die hergestellte, organische Schicht der Mischkristall nach einem der Beispiele 13 bis 20 aufweist oder daraus besteht.
Beispiel 29 ist ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer organischen Schicht, das Verfahren aufweisend ein Abscheiden einer Schicht mit einem organischen Material aus Rubren auf ein Substrat, wobei das Rubren wenigstens teilweise im amorphen Zustand ist, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegt.
In Beispiel 30 kann das Verfahren nach Beispiel 29 optional aufweisen, dass das Verfahren in sauerstoffhaltigen Atmosphäre-Bedingungen erfolgen kann, wobei das organische Material und/oder die organische Schicht bezüglich einer Oxidation mit Sauerstoff im Wesentlichen inert ist.
In Beispiel 31 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 30 optional aufweisen, dass die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht nach dem Kristallisieren eine kristalline Schicht ausbildet.
In Beispiel 32 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 31 optional aufweisen, dass die Schichtdicke der organischen Schicht in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm liegt.
In Beispiel 33 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 32 optional aufweisen, dass das Kristallisieren derart erfolgt, dass die abgeschiedene Schicht auf eine Temperatur von mehr als 100 °C gebracht wird.
In Beispiel 34 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 33 optional aufweisen, dass die Pulsdauer, die Intensität und die Bestrahlungsdauer der elektromagnetischen Strahlung derart ausgewählt werden, dass die abgeschiedene Schicht auf eine Temperatur von mehr als 100 °C gebracht wird.
In Beispiel 35 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 34 optional aufweisen, dass das Verfahren ferner aufweist, vor dem Abscheiden der organischen Schicht ein Abscheiden einer Unterschicht mit einem organischen Material auf das Substrat, wobei das organische Material der organischen Unterschicht derart ausgewählt ist, so dass eine Glasübergangstemperatur des organischen Materials unter der Temperatur, beispielsweise wenigstens 20 °C unter der Temperatur, liegt, welche die abgeschiedene, am kristallisierende Schicht während des Bestrahlens erreicht.
In Beispiel 36 kann das Verfahren nach Beispiel 35 optional aufweisen, dass die Glasübergangstemperatur des organischen Materials der Unterschicht in einem Bereich von 55 °C bis 110 °C liegt, vorzugsweise von 65 °C bis 80 °C.
In Beispiel 37 kann das Verfahren nach Beispiel 35 oder 36 optional aufweisen, dass die das organische Material der Unterschicht einen Dotierstoff aufweist, vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-%.
In Beispiel 38 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 35 bis 37 optional aufweisen, dass die Unterschicht wenigstens teilweise amorph ist; und/oder dass die Schichtdicke der Unterschicht gleich oder weniger als 20 nm ist.
In Beispiel 37 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 36 optional aufweisen, dass das Verfahren ferner aufweist ein Abscheiden einer weiteren Schicht aufweisend das vor-oxidierte, organische Material gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 und 20 auf die kristallisierte Schicht, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen, weiteren Schicht, beispielsweise mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung.
In Beispiel 38 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 36 optional aufweisen, dass das Verfahren ferner aufweist ein Abscheiden einer weiteren Schicht aufweisend Rubren und einen Dotierstoff zum Dotieren des Rubrens, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen, weiteren Schicht zu einem Mischkristall, wobei das Kristallisieren der abgeschiedenen Schicht in sauerstoffhaltigen Atmosphäre-Bedingungen erfolgt, und wobei der Mischkristall sauerstofffreies Rubren aufweist.
In Beispiel 39 kann das Verfahren nach Beispiel 37 oder 38 optional aufweisen, dass das vor-oxidierte, organische Material in der weiteren Schicht einen Anteil des Dotierstoffes aufweist, welcher unterschiedlich ist im Vergleich zu dem Anteil des Dotierstoffes in der ersten, kristallisierten Schicht.
In Beispiel 40 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 36 optional aufweisen, dass das Verfahren ferner aufweist ein Abscheiden einer weiteren Schicht aufweisend ein organisches Material aus Rubren auf die kristallisierte Schicht, und ein Kristallisieren der abgeschiedenen, weiteren Schicht mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung, wobei ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegt.
Beispiel 41 ist eine Vorrichtung, welche eingerichtet ist zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Beispiele 21 bis 40.
Beispiel 42 ist ein Computerprogrammprodukt, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass das Verfahren nach einem der Beispiele 21 bis 40 ausgeführt wird.
Es versteht sich, dass Funktionen, Algorithmen, etc. die hierin mit Bezug auf ein Verfahren beschrieben sind auch in gleicher oder ähnlicher Weise in einer Vorrichtung implementiert sein können und vice versa.

Claims

Verfahren (100) zum Bereitstellen wenigstens einer organischen Schicht, das Verfahren aufweisend: - Abscheiden (110) einer Schicht (110a) aus einem organischen Material (103) aufweisend Rubren (103a) und einen Dotierstoff (105) zum Dotieren des Rubrens (103a); - Kristallisieren (120) der abgeschiedenen Schicht (110a) zu einem Mischkristall (106), wobei das Kristallisieren (120) der abgeschiedenen Schicht (110a) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und mittels Bestrahlens der abgeschiedenen Schicht (110a) mit einer elektromagnetischen Strahlung mittels einer Blitzlampe erfolgt, und wobei der Mischkristall (106) sauerstofffreies Rubren (103a) aufweist.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Dotierstoff (105) in dem organischen Material (103) eingerichtet ist, dass Rubren (103a) mittels des Dotierstoffes (105) in einem oxidierten Zustand ist, so dass Rubren (103a) bezüglich einer chemischen Oxidation mit molekularem Sauerstoff inert ist, wobei Rubren (103a) in dem oxidierten Zustand die gleiche chemische Struktur aufweist, wie in einem nicht-oxidierten Zustand.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Abscheiden (110) das Rubren (103a) wenigstens teilweise im amorphen Zustand ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei dem Kristallisieren (120) ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 10 µm liegt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das organische Material (103) und/oder die Schicht (110a) bezüglich einer Oxidation mit Sauerstoff im Wesentlichen inert ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das organischen Material (103) ein vor-oxidiertes, organisches Material (104) ist; wobei ferner der Anteil des Dotierstoffes (105) in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-% bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des vor-oxidierten, organischen Materials (104) liegt, und/oder wobei ferner der Anteil des organischen Materials (103) in einem Bereich von 80 Mol.-% bis 99,8 Mol.-% bezogen auf dem Gesamtgewicht des vor-oxidierten, organischen Materials (104) liegt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mischkristall (106) frei von Kristallgemisch ist, und/oder wobei der Mischkristall (106) Kristalle mit unterschiedlichen Größen und Ausrichtungen aufweist, wobei die Kristalle des Mischkristalls (106) dieselbe Kristallstruktur haben.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Dotierstoff (105) 2,2'-(Perfluoronaphthalen-2,6-diyliden)dimalononitril (F6-TCNNQ) ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schicht (110a) auf oder über einem Substrat (102) abgeschieden wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei das Verfahren (100) ferner aufweist: vor dem Abscheiden (110) der Schicht (110a) ein Abscheiden einer Unterschicht mit einem organischen Material auf das Substrat (102), wobei das organische Material der Unterschicht derart ausgewählt ist, dass dieses eine Glasübergangstemperatur aufweist, welche unter der Temperatur liegt, welche die abgeschiedene Schicht (110a) während des Kristallisierens (120) erreicht.
Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei das Abscheiden (110) der Schicht (110a) und der Unterschicht derart erfolgt, dass die Unterschicht zwischen der Schicht (110a) und dem Substrat (102) angeordnet ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Glasübergangstemperatur des organischen Materials der Unterschicht in einem Bereich von 70 °C bis 110 °C liegt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das organische Material der Unterschicht einen Dotierstoff in einer Menge in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-% aufweist, bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des organischen Materials der Unterschicht.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren (100) ferner aufweist: - ein Abscheiden (110') einer weiteren Schicht (110a') aus einem weiteren organischen Material (104') aufweisend Rubren (103a) und einen weiteren Dotierstoff (105') auf eine kristallisierte Schicht (120a), welche aus der abgeschiedenen Schicht (110a) durch das Kristallisieren (120) gebildet ist, und - ein Kristallisieren (120') der abgeschiedenen, weiteren Schicht (110a') zu einem weiteren Mischkristall (106') in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung mittels einer Blitzlampe, wobei der weitere Mischkristall (106') sauerstofffreies Rubren (103a) aufweist.
Verfahren (100) nach Anspruch 14, wobei das weitere organische Material (104') in der weiteren Schicht (110a') einen Anteil von weiterem Dotierstoff (105') aufweist, welcher unterschiedlich ist verglichen mit dem Anteil von Dotierstoff (105) in der kristallisierten Schicht (120a), auf welcher die weitere Schicht (110a') abgeschieden ist.
Verwendung eines vor-oxidierten Materials zum Bilden eines Mischkristalls (106) in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mittels Bestrahlens mit einer elektromagnetischen Strahlung mittels einer Blitzlampe, wobei das vor-oxidierte Material Rubren (103a) und einen organischen Dotierstoff (105) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 16, wobei der Anteil des organischen Dotierstoffs in einem Bereich von 0,2 Mol.-% bis 20 Mol.-% bezogen auf dem Gesamtanteil aller Komponente des vor-oxidierten, organischen Materials (104) liegt.