DE112009001881T5 - Verfahren zur Herstellung von organischen Dünnschichttransistoren unter Verwendung eines laserinduzierten thermischen Transferdruckprozesses - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von organischen Dünnschichttransistoren unter Verwendung eines laserinduzierten thermischen Transferdruckprozesses Download PDF

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Jeremy Burroughes
Julian Carter
Euan Smith
Jonathan Halls
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT), umfassend:
Bereitstellen einer Substratschicht;
Bereitstellen einer Gate-Elektrodenschicht;
Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht;
Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC);
Bereitstellen einer Source- und Drainelektrodenschicht; und
wobei eine oder mehrere der Schichten mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI) abgeschieden werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf organische Dünnschichttransistoren und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Transistoren lassen sich in zwei Hauptarten einteilen: Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Beide Arten teilen einen gemeinsamen Aufbau, der drei Elektroden aufweist, wobei zwischen diesen ein halbleitendes Material in einem Kanalbereich angeordnet ist. Die drei Elektroden eines Bipolartransistors sind als Emitter, Kollektor und Basis bekannt, wohingegen in einem Feldeffekttransistor die drei Elektroden als Source, Drain und Gate bezeichnet werden. Bipolartransistoren können als strombetätigte Bauelemente beschrieben werden, da der Strom zwischen Emitter und Kollektor durch den zwischen der Basis und dem Emitter fließenden Strom gesteuert wird. Dagegen können Feldeffekttransistoren als spannungsbetätigte Bauelemente beschrieben werden, da der zwischen Source und Drain fließende Strom durch die zwischen Gate und Source anliegende Spannung gesteuert wird.
  • Je nach dem, ob sie ein halbleitendes Material umfassen, das positive Ladungsträger (Löcher bzw. Defektelektronen) oder negative Ladungsträger (Elektronen) führt, können Transistoren auch als P-Typ bzw. N-Typ klassifiziert werden. Das halbleitende Material kann entsprechend seiner Fähigkeit zur Aufnahme, Leitung und Abgabe von Ladung ausgewählt werden. Die Fähigkeit des halbleitenden Materials zur Aufnahme, Leitung und Abgabe von Löchern oder Elektronen kann durch eine Dotierung des Materials verstärkt werden. Auch das für die Source- und Drainelektrode verwendete Material kann entsprechend seiner Fähigkeit zur Aufnahme und Injektion von Löchern oder Elektroden ausgewählt werden. So kann zum Beispiel ein P-Typ-Transistorbauelement gebildet werden, indem ein halbleitendes Material ausgewählt wird, welches in Bezug auf die Aufnahme, Leitung und Abgabe von Löchern effizient ist, und für die Source- und Drainelektrode ein Material ausgewählt wird, welches dahingehend effizient ist, Löcher in das halbleitende Material zu injizieren bzw. von diesem aufzunehmen. Eine gute Energieniveauabstimmung des Fermi-Niveaus in den Elektroden mit dem HOMO-Niveau (HOMO = höchstes besetztes Molekülorbital) des halbleitenden Materials kann die Löcherinjektion und -aufnahme verstärken. Dagegen kann ein N-Typ-Transistorbauelement gebildet werden, indem ein halbleitendes Material gewählt wird, welches bei der Aufnahme, Leitung und Abgabe von Elektronen effizient ist, und für die Source- und Drainelektrode ein Material gewählt wird, welches dahingehend effizient ist, Elektronen in das halbleitende Material zu injizieren bzw. von diesem zu empfangen. Eine gute Energieniveauabstimmung des Fermi-Niveaus in den Elektroden mit dem LUMO-Niveau (LUMO = niedrigstes unbesetztes Molekülorbital) des halbleitenden Materials kann die Elektroneninjektion und -aufnahme verstärken.
  • Transistoren können gebildet werden, indem die Komponenten in dünnen Schichten abgeschieden werden, um Dünnschichttransistoren zu bilden. Wenn in so einem Bauelement als halbleitendes Material ein organisches Material verwendet wird, ist es als organischer Dünnschichttransistor bekannt.
  • Für organische Dünnschichttransistoren sind verschiedene Anordnungen bekannt. Ein derartiges Bauelement ist ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, der eine Source- und Drainelektrode mit einem dazwischen in einem Kanalbereich angeordneten halbleitenden Material, eine angrenzend an das halbleitende Material angeordnete Gate-Elektrode, und eine Schicht aus Isoliermaterial aufweist, die zwischen der Gate-Elektrode und dem halbleitenden Material im Kanalbereich angeordnet ist.
  • Ein Beispiel für einen solchen organischen Dünnschichttransistor ist in 1 gezeigt. Die dargestellte Struktur kann auf einem Substrat 1 abgeschieden sein und weist eine Source- bzw. Drainelektrode 2, 4 auf, die durch einen dazwischen angesiedelten Kanalbereich 6 voneinander beabstandet sind. Ein organischer Halbleiter (OSC) 8 ist im Kanalbereich 6 abgeschieden und kann sich über zumindest einen Teilbereich der Source- und Drainelektrode 2, 4 erstrecken.
  • Eine Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material ist über dem organischen Halbleiter 8 abgeschieden und kann sich über zumindest einen Teilbereich der Source- und Drainelektrode 2, 4 erstrecken. Schließlich ist über der Isolierschicht 10 eine Gate-Elektrode 12 abgeschieden. Die Gate-Elektrode 12 befindet sich über dem Kanalbereich 6 und kann sich über zumindest einen Teilbereich der Source- und Drainelektrode 2, 4 erstrecken.
  • Die vorstehend beschriebene Struktur ist als organischer Dünnschichttransistor mit oberseitigem Gate bekannt, da das Gate auf der Oberseite des Bauelements sitzt. Alternativ dazu ist es auch bekannt, das Gate auf der Unterseite des Bauelements vorzusehen, um einen sogenannten organischen Dünnschichttransistor mit unterseitigem Gate zu bilden.
  • Ein Beispiel für solch einen organischen Dünnschichttransistor mit unterseitigem Gate ist in 2 gezeigt. Um die Beziehung zwischen den in 1 und 2 erläuterten Strukturen deutlicher zu zeigen, sind für entsprechende Teile gleiche Bezugszahlen verwendet worden. Die in 2 dargestellte Struktur mit unterseitigem Gate umfasst eine Gate-Elektrode 12, die auf einem Substrat 1 abgeschieden ist, mit einer darüber abgeschiedenen Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material. Über der Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material ist eine Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) 8 abgeschieden. Über der OSC-Schicht 8 sind eine Source- und Drainelektrode 2, 4 abgeschieden. Die Source- und Drainelektrode 2, 4 sind voneinander beabstandet, wobei sich zwischen ihnen über der Gate-Elektrode ein Kanalbereich 6 befindet.
  • Im Stand der Technik ist es auch bekannt, eine dünne, selbstorganisierende Dipolschicht auf der Source- und Drainelektrode vorzusehen, um die Energieniveauabstimmung zu verbessern. Obwohl man keiner speziellen Theorie anhängen will, kann eine dünne, selbstorganisierende Dipolschicht ein Feld bereitstellen, welches die Energieniveaus des OSC nahe den Source-/Drainelektroden verschiebt, um die Energieniveauabstimmung zwischen dem OSC und dem Material von Source/Drain zu verbessern. Dies hat den Effekt der Verminderung des Kontaktwiderstands an der Source- und Drainelektrode und verbessert somit die Leistungsfähigkeit des TFT.
  • Eine Energieniveauabstimmung ist erforderlich, um die Schwelle zur Löcherinjektion zu senken. Zu diesem Zweck muss die Austrittsenergie der Source- und Drainmaterialien (Kontakte) erhöht werden, insbesondere in den Fällen, wo die Austrittsenergie des Metalls zu gering ist. Dies kann auf mehrere Arten erfolgen, von denen zwei im Folgenden beschrieben werden.
  • Eine Möglichkeit besteht darin, Materialien zu verwenden, die selbstorganisierende Monoschichten ausbilden, d. h. Moleküle, die kovalent an die Metalloberfläche gebunden sind und ein permanentes Dipolmoment aufweisen, wie zum Beispiel substituierte Phenyle, Thiole oder Organosilane.
  • Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Molekülen, die starke Elektronenakzeptoren sind, bei denen das LUMO-Niveau unter dem Fermi-Energieniveau der Source- und Drainmaterialien liegt. Wenn das Material auf dem Metall absorbiert ist, tritt in diesem Fall ein spontaner Ladungsübergang vom Metall in das LUMO des Akzeptormoleküls auf, so dass sich auf der Oberfläche des Metalls eine Schicht aus negativ geladenen Akzeptormolekülen bildet. Ein Beispielmaterial ist mit Fluor substituiertes Tetracyanochinodimethan (F4-TCNQ), das in der früheren Anmeldung GB-A-0712269.0 des Anmelders offenbart ist. Auch in US 2005/133782 und J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 16418–16419 ist die Verwendung von Benzonitril oder substituierten Benzonitrilen wie etwa TCNQ offenbart.
  • Mögliche Oberflächenmodifikationen der Source- und Drainkontakte zur Bereitstellung einer besseren Energieniveauabstimmung umfassen Sauerstoffplasmabehandlungen, UV-Ozonbehandlungen und die Ausbildung von selbstorganisierenden Monoschichten mit Molekülen mit starken permanenten Dipolmomenten, wie erläutert.
  • 3 zeigt einen bekannten organischen Dünnschichttransistor mit unterseitigem Gate, bei dem auf den Source- und Drainelektroden eine dünne Schicht aus einem Dotiermaterial angeordnet ist. Die Struktur ist ähnlich der in 2 gezeigten Anordnung aus dem Stand der Technik, und der Klarheit halber wurden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet. Der Hauptunterschied in der in 3 gezeigten Anordnung besteht darin, dass eine dünne Schicht aus einem Dotiermaterial 14, zum Beispiel FTCNQ oder F4TCNQ, an der Grenzfläche zwischen der Source- und Drainelektrode 2, 4 und dem organischen Halbleiter 8 eingefügt ist.
  • 4 zeigt einen bekannten organischen Dünnschichttransistor mit oberseitigem Gate, bei dem auf der Source- und Drainelektrode eine dünne Schicht aus Dotiermaterial angeordnet ist. Die Struktur ist ähnlich der in 1 gezeigten Anordnung aus dem Stand der Technik, und der Klarheit halber wurden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet. Auch in der in 4 gezeigten Anordnung besteht der Hauptunterschied darin, dass auf der Source- und Drainelektrode 2, 4 eine dünne Schicht aus Dotiermaterial 14, zum Beispiel FTCNQ oder F4TCNQ, angeordnet ist.
  • Die in 3 dargestellte, bekannte Realisierung mit unterseitigem Gate wird üblicherweise unter Verwendung des in 5 dargestellten Verfahrens gebildet, in der schematische Querschnitte gezeigt sind.
    • 1. Abscheidung und Strukturierung des Gates 12 (z. B. Strukturierung eines mit ITO (Indiumzinnoxid) beschichteten Substrats.
    • 2. Abscheidung und Strukturierung des Dielektrikums 10 (z. B. vernetzbare, mittels Licht strukturierbare Dielektrika).
    • 3. Abscheidung des OSC 8 (z. B. durch Tintenstrahldrucken eines in Lösung verarbeitbaren Polymers).
    • 4. Abscheidung der Dotierschicht 16 (z. B. mittels einer Lochmaske). Die Dotiermoleküle treten in Wechselwirkung mit dem OSC 8, wo sie in Kontakt stehen. Für einen Akzeptordotierstoff mit einem niedrigen LUMO-Niveau werden Elektronen vom OSC zum Dotierstoff befördert, wodurch ein örtlich begrenzter Bereich des OSC leitend wird. Dies verbessert die Injektion und Extraktion von Ladungen an den Source- und Drainkontakten.
    • 5. Abscheidung und Strukturierung des Source- bzw. Drainmaterials 2, 4 (z. B. mittels einer Lochmaske).
  • Diese Technik ist auch mit Bauelementen mit oberseitigem Gate kompatibel. In diesem Fall wird zuerst die Source-Drain-Schicht abgeschieden und strukturiert (obiger Schritt 5). In Bezug auf den oben genannten Schritt 4 können Bauelemente mit oberseitigem Gate jedoch auf viele verschiedene Arten behandelt werden, um zwischen den Source- und Drainkontakten und dem OSC eine bessere Energieniveauabstimmung bereitzustellen, wie vorstehend erläutert wurde. Zum Beispiel könnte durch Schleuderbeschichtung F4-TCNQ als selbstorganisierende Dipolschicht aufgetragen werden, oder es kann aufgedampft werden, oder es kann mittels einer Oberflächenbehandlung dick aufgetragen werden. Bei den letztgenannten zwei Verfahren wirkt das F4-TCNQ als Dotierschicht.
  • In den Fällen, in denen das Source-Drain-Metall freiliegen soll (z. B. für einen elektrischen Anschluss an eine darauffolgende Leiterschicht), muss eine etwaige dicke Dotierschicht eventuell entfernt werden (z. B. durch direkte Lichtstrukturierung einer lichtreaktiven Bindungsgruppe, mittels Laserablation, etc.), oder es muss vor der Oberflächenstrukturierung eventuell definiert werden, wo die Dotierschicht erforderlich ist. Wenn die F4-TCNQ-Schicht als dünne selbstorganisierende Monoschicht aufgebracht ist und eine ausreichende Leitfähigkeit hat, kann das F4-TCNQ alternativ an Ort und Stelle belassen werden, ohne dass dies die Bildung einer leitenden Durchkontaktierung stört.
  • Weil die Source- und Drainkontakte bei Bauelementen mit oberseitigem Gate vor dem OSC abgeschieden werden, kann unter Einsatz der verschiedenen beschriebenen Verfahren wie vorstehend erläutert viel dafür getan werden, die Austrittsenergie von Source und Drain anzupassen. Da die Halbleiterschicht nach der Herstellung der Source- und Drainkontakte abgeschieden wird, ermöglicht dies die Modifikation der Oberfläche der Source- und Drainkontakte vor der Abscheidung der Halbleiterschicht, mit dem Ziel, die Austrittsenergie der Kontakte zu erhöhen und dadurch den Kontaktwiderstand innerhalb der TFT-Bauelemente zu vermindern.
  • Dagegen erfordert die Herstellung von organischen TFTs mit oberseitigem Kontakt und unterseitigem Gate die Abscheidung von metallischen Source- und Drainkontakten auf der Oberseite einer vorab gebildeten halbleitenden Schicht.
  • In diesem Fall ist es entscheidend, jegliche Verunreinigung der Halbleiterschicht zu vermeiden, da das Vorhandensein von Redox-aktiven und/oder ionischen Kontaminationsstoffen den Sperrstrom des TFT erhöhen kann und/oder zum Auftreten von Hystereseeffekten führt. Von daher sind Prozesse, die chemische Reaktionen wie z. B. stromloses Beschichten beinhalten, oder die thermische/fotochemische Zersetzung von metallischen Vorläuferstoffen, zur Herstellung der Source- und Drainkontakte auf der Oberseite einer organischen halbleitenden Schicht nicht geeignet. Dieselben Begrenzungen gelten für Abhebeprozesse, die Lösungen aus Fotoresisten, Resistentwicklern und -entfernern erfordern. Es ist tatsächlich so, dass ein Großteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Abscheidung von Source- und Drainelektroden zum Einsatz bei anorganischen Halbleitern wie zum Beispiel Silizium (und dessen Abkömmlingen) entwickelt wurden, und sie extrem schädigend sind, wenn sie bei organischen Halbleitermaterialien eingesetzt werden.
  • Eine Technik zur kontaminationsfreien Abscheidung von Metallstrukturen verwendet die thermische Aufdampfung durch die bekannte Technik der „Abdeckung mittels Lochmaske”. Jedoch ist bei solchen Lochmaskenprozessen die Auflösung begrenzt und es ist sehr schwierig, die chemischen und elektronischen Eigenschaften an den Grenzflächen zwischen den aufgedampften Metallkontakten und der halbleitenden Schicht zu beherrschen – und zu verbessern.
  • Man hat herausgefunden, dass der Einsatz herkömmlicher Techniken zur Aufbringung der Source- und Drainkontakte auf ein Bauelement mit bodenseitigem Gate wenig Möglichkeiten bietet, die Unterseite der Source- und Drainkontakte adäquat zu dotieren oder das Profil des Dotierstoffs an der Grenzfläche Source/Drain/Dotierstoff/OSC in geeigneter Weise zu modifizieren.
  • Es ist ein Ziel bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Abscheidung von metallischen Source- und Drainkontakten auf der Oberseite einer organischen halbleitenden Schicht bereitzustellen. Ein weiteres Ziel besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Abscheidung von metallischen Source- und Drainkontakten auf der Oberseite einer organischen halbleitenden Schicht bereitzustellen, während gleichzeitig gewährleistet ist, dass die sich ergebenden Grenzflächen zwischen den metallischen Kontakten und der halbleitenden Schicht in geeigneter Weise dotiert sind und dadurch einen niedrigen Kontaktwiderstand zeigen. Es ist ein weiteres Ziel, einen verbesserten organischen Dünnschichttransistor bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung umfasst die Anwendung von laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozessen (LITI = laser induced thermal imaging) auf die Abscheidung von metallischen Kontakten auf der Oberseite von halbleitenden Schichten.
  • Die Erfindung umfasst darüber hinaus die Bereitstellung einer chemischen Dotierschicht an der Grenzfläche zwischen der halbleitenden Schicht und den metallischen Kontakten, was zu einer örtlich begrenzten chemischen Wechselwirkung und einer Dotierung des halbleitenden Materials an der Grenzfläche zu den metallischen Kontakten führt.
  • Die Erfindung lässt sich auf die Herstellung von organischen Dünnschichttransistoren (organischen TFTs) anwenden und gestattet die Herstellung von dotierten (und daher ohmschen) Grenzflächen zwischen Source- und Drainkontakten und der halbleitenden Schicht in Bauelementen mit oberseitigem Kontakt und unterseitigem Gate, sowie auch für Bauelemente mit oberseitigem Gate.
  • Im Hinblick auf obige Aussagen und gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrodenschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht; Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC); Bereitstellen einer Source- und Drainelektrodenschicht; und wobei eine oder mehrere der Schichten mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI) abgeschieden werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit oberseitigem Gate bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Substratschicht; Abscheiden einer Source und/oder Drainelektrode auf der Substratschicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI); Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der Source- und Drainelektrodenschicht; und Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der OSC-Materialschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der dielektrischen Materialschicht.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit unterseitigem Gate bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der Substratschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der Gate-Elektrode; Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der dielektrischen Materialschicht; und Abscheiden einer Source- und/oder Drainelektrode auf der OSC-Schicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildungsgebungsprozesses (LITI).
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit unterseitigem Gate bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der Substratschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der Gate-Elektrode; Abscheiden einer Source- und/oder Drainelektrode über der dielektrischen Materialschicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildungsgebungsprozesses (LITI); und Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der Source- und Drainschicht.
  • Vorzugsweise und gemäß dem ersten, zweiten, dritten und vierten Aspekt ist darüber hinaus das Bereitstellen eines Dotiermaterials zwischen dem OSC-Material und der Source- und Drainelektrodenschicht vorgesehen. Ferner kann das Dotiermaterial vorzugsweise auch mittels LITI abgeschieden werden.
  • Vorzugsweise kann der Dotierstoff auch ein ladungsneutraler Dotierstoff wie substituiertes TCNQ oder F4TCNQ sein. Es hat sich herausgestellt, dass sich dieses Derivat beim Dotieren des OSC und zur Anbindung an Source-/Drainelektroden besonders gut eignet und eine einwandfrei benetzbare Oberfläche für den OSC bereitstellt.
  • Das organische halbleitende Material hat vorzugsweise ein HOMO-Niveau, das tiefer liegt als das LUMO-Niveau von TCNQ. Das organische halbleitende Material hat vorteilhafterweise ein HOMO-Niveau, welches flacher als das LUMO-Niveau des Dotierstoffanteils ist.
  • Vorzugsweise ist das organische halbleitende Material in Lösung verarbeitbar, so dass das Material zum Beispiel durch Tintenstrahldrucken oder Schleuderbeschichten abgeschieden werden kann. Geeignete, in Lösung verarbeitbare Materialien umfassen Polymere, Dendrimere und kleine Moleküle.
  • Die Leitfähigkeit der an die Elektroden angrenzenden Zusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von 10–6 S/cm bis 10–2 S/cm. Die Leitfähigkeit der Zusammensetzungen lässt sich jedoch ohne Weiteres ändern, und zwar durch Veränderung der Konzentration des Dotierstoffs oder durch Verwendung eines anderen organischen halbleitenden Materials und/oder Dotierstoffs, je nach dem bestimmten Leitfähigkeitswert, der für eine bestimmte Anwendung gewünscht ist.
  • Für ein Bauelement mit unterseitigem Gate kann ein organisches dielektrisches Material eingesetzt werden, das einen großen Unterschied in den chemischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht und der Source- und Drainelektroden bereitstellt, so dass eine gezielte Verbindung des Dotierstoffanteils mit den Source- und Drainelektroden gefördert wird.
  • In entsprechender Weise kann für ein Bauelement mit oberseitigem Gate ein organisches Substrat verwendet werden, das einen großen Unterschied in den chemischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht und der Source- und Drainelektroden bereitstellt, so dass eine gezielte Verbindung des Dotierstoffanteils mit den Source- und Drainelektroden gefördert wird.
  • In einer anderen Anordnung kann die dielektrische Schicht oder das Substrat behandelt sein, um die gezielte Verbindung des Dotierstoffanteils mit den Source- und Drainelektroden zu verbessern, im Gegensatz zur dielektrischen Schicht oder zum Substrat.
  • Bei dem Source- und Drainmaterial handelt es sich vorzugsweise um eines aus der folgenden Aufzählung: Silber, ein Silberkolloid, Zinn, Kupfer, Gold, Molybdän, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom oder Indiumzinnoxid. Auf die Source- und Drainkontakte ist vorzugsweise eine weitere Schicht entweder aus Molybdäntrioxid oder Molybdänoxid aufgebracht.
  • Vorzugsweise können die Source- und Drainelektrode bei einer Temperatur von unter 150°C wärmebehandelt oder gesintert werden, vorzugsweise näher an 100°C. Einige Silberkolloide sintern bei 120–130° aus, wobei diese Materialien daher zur Verwendung als Source- und/oder Drainmaterial geeignet sein sollten. Bei Einsatz des LITI-Prozesses sollte vorzugsweise auch Licht verwendet werden, welches in einem Wellenlängenbereich von Infrarot bis Orange liegt.
  • Nach einem fünften Aspekt wird ein organischer Dünnschichttransistor (TFT) bereitgestellt, wobei der TFT nach einem der Aspekte 1 bis 3 hergestellt ist.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein organisches Licht emittierendes Diodenbauelement (OLED-Bauelement) bereitgestellt, wobei das OLED-Bauelement einen organischen TFT umfasst, der nach einem der Aspekte 1 bis 3 hergestellt ist.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich beispielhaft im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine bekannte organische Dünnschichttransistoranordnung mit oberseitigem Gate;
  • 2 zeigt eine bekannte organische Dünnschichttransistoranordnung mit unterseitigem Gate;
  • 3 zeigt einen bekannten organischen Dünnschichttransistor mit unterseitigem Gate, bei dem zwischen der Source- und Drainelektrode und der organischen Halbleiterschicht eine dünne Schicht aus Dotiermaterial angeordnet ist,
  • 4 zeigt einen bekannten organischen Dünnschichttransistor mit oberseitigem Gate, bei dem eine dünne Schicht aus Dotiermaterial auf der Source- und Drainelektrode angeordnet ist;
  • 5 zeigt bekannte Verfahrensschritte, die bei der Bildung eines organischen Dünnschichttransistors gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform beteiligt sind;
  • 6a und 6b sind Abbildungen, die die Abscheidung eines Materials aus einem Donatorsubstrat auf ein Empfängersubstrat mittels LITI zeigen, wie im Stand der Technik bekannt ist;
  • 7 ist eine Abbildung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Donatorsubstrat zeigt, das eine Zweikomponenten-Transferschicht aus einem leitenden Material und einem Dotiermaterial umfasst;
  • 8a und 8b sind Abbildungen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Übertragung der Zweikomponenten-Transferschicht von 7, die ein leitendes Material und ein Dotiermaterial enthält, auf die Halbleiterschicht eines TFT mittels eines LITI-Prozesses zeigen;
  • 9 stellt einen Abschnitt einer organischen Licht emittierenden Anzeige mit aktiver Matrix dar, die einen organischen Dünnschichttransistor und ein organisches Licht emittierendes Bauelement aufweist; und
  • 10 stellt einen Abschnitt einer anderen organischen Licht emittierenden Anzeigeanordnung mit aktiver Matrix dar, die einen organischen Dünnschichttransistor und ein organisches Licht emittierendes Bauelement aufweist.
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • Allgemein ermöglicht die laserinduzierte thermische Bildgebung (LITI) die Übertragung von Materialstrukturen von einem Donatorsubstrat auf ein Empfängersubstrat. 6a und 6b sind Abbildungen, die die Abscheidung von Material von einem Donatorsubstrat auf ein Empfängersubstrat mittels LITI zeigen, wie im Stand der Technik bekannt ist. In beiden 6a und 6b ist ein Donatorsubstrat 300 gezeigt, welches ein Basissubstrat 100, eine Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht 110, und die Transferschicht 120 mit dem zu übertragenden Material umfasst. Während des Übertragungsprozesses wird ein vorbestimmter Bereich des Basissubstrats 100 mit einem Laserstrahl 400 bestrahlt, was in dem bestrahlten Bereich zu einer Umwandlung von Licht zu Wärme führt (siehe 6a). Durch die Wärme wird die Anhaftung zwischen der Transferschicht 120 und der Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht 110 geschwächt, was dazu führt, dass die Transferschicht 120 in den erwärmten Bereichen 420A und 420B des Donatorsubstrats auf ein Empfängersubstrat 200 überfragen wird, welches in engem Kontakt mit dem Donatorsubstrat 300 steht (siehe 6b).
  • In der US-Patent-Anmeldung 2006/0068520 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Donatorsubstrats für laserinduzierte thermische Bildgebungsprozesse (LITI) offenbart: Ein Basissubstrat wird hergestellt. Auf dem Basissubstrat wird eine Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht gebildet. Auf der Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht wird eine Pufferschicht gebildet. Die Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht wird durch Behandlung der Oberfläche der Pufferschicht erhöht. Durch Bildung einer Transferschicht auf der Pufferschicht wird das Donatorsubstrat dann vervollständigt. Mittels des Donatorsubstrats können in der Transferschicht enthaltene Strukturen des Materials bei der Herstellung von OLED-Anzeigen auf einem Empfängersubstrat abgeschieden werden.
  • In der US-Patentanmeldung 2006/0068520 A1 ist auch offenbart, dass bei der Strukturabscheidung unter Verwendung von LITI-Prozessen bei der Herstellung von OLEDs, zusätzlich zum emittierenden Material in OLEDs, auch Transferschichten mit Löcherinjektionsmaterialien, Löchertransportmaterialien, Löcherblockiermaterialien und Elektroneninjektionsmaterialien verwendet werden können.
  • Die US-Patentanmeldung 2006/0068520 A1 offenbart LITI als ein Verfahren zur strukturierten Abscheidung von für die Herstellung von OLED-Anzeigen erforderlichen funktionellen Materialien.
  • Es ist nicht bekannt, LITI zur Abscheidung von einer oder mehreren Schichten eines organischen Dünnschichttransistors zu verwenden.
  • Das Ziel einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von elektronisch leitenden Source- und Drainkontakten auf der Oberseite der Oberfläche einer halbleitenden Schicht bereitzustellen, und darüber hinaus eine dotierte Grenzschicht zwischen diesen Source- und Drainkontakten und der halbleitenden Schicht bereitzustellen. Dies wird im Folgenden mit Bezug auf die 7, 8a und 8b beschrieben.
  • 7 ist eine Abbildung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Donatorsubstrat zeigt, welches eine Zweikomponenten-Transferschicht aus einem leitenden Material und einem Dotiermaterial aufweist. In 7 ist ein Donatorsubstrat 500 gezeigt, das eine Zweikomponenten-Transferschicht A umfasst, wobei die erste (dickere) Schicht das leitende Material 530 umfasst und die zweite (dünne, Deck-)Schicht den Dotierstoff 540 aufweist. Ein Basissubstrat 510 und eine Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht 520 sind auch gezeigt.
  • Die 8a und 8b sind Abbildungen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Übertragung der Zweikomponenten-Transferschicht von 7, die ein leitendes Material und ein Dotiermaterial umfasst, auf die organische Halbleiterschicht eines TFT mittels eines LITI-Prozesses zeigt. In 8a ist ein teilweise vorbereiteter oder hergestellter TFT 650 gezeigt, der ein Substrat 680, eine unterseitige Gate-Elektrode 690, eine dielektrische Schicht 670 und eine halbleitende Schicht 660 zeigt.
  • Es ist auch ein Donatorsubstrat 600 gezeigt, welches eine Zweikomponenten-Transferschicht A' aufweist, wobei die erste (dickere) Schicht ein leitendes Material 630 umfasst und die zweite (dünne, Deck-)Schicht einen Dotierstoff 640 umfasst. Ein Basissubstrat 610 und eine Licht-zu-Wärme-Umwandlungsschicht 620 sind auch gezeigt. Das Laserlicht 820 ist auch gezeigt.
  • Die Übertragung dieses Donatorsubstrats 600 auf die Oberfläche einer Halbleiterschicht 660 führt zu Abscheidungen von metallischen Strukturen 630D, 630S, wobei zwischen den metallischen Strukturen 630D, 630S und der Oberfläche der Halbleiterschicht 660 eine dünne Schicht aus Dotierstoff 640 sandwichartig eingeschlossen ist. Dieser Lösungsansatz ermöglicht die Einbringung eines Dotierprofils 700 an der Grenzfläche zwischen den metallischen Strukturen 630D, 630S und der Halbleiterschicht 660.
  • Des Weiteren sind ein TFT-Substrat 680, eine unterseitige Gate-Elektrode 690 und eine dielektrische Schicht 670 gezeigt.
  • Einem Fachmann sollte klar sein, dass bei dem Donatorsubstrat eine Maskierung benötigt werden könnte, um das während des LITI-Prozesses auf das Donatorsubstrat aufgebrachte Licht über dem Bereich abzublocken, den das unterseitige Gate einnimmt. Von daher müssen die LITI-Lichtmaske und das unterseitige Gate sorgfältig miteinander ausgerichtet werden, so dass die Source-, Gate- und Dotiermaterialien an den korrekten Stellen auf dem Halbleitermaterial abgeschieden werden.
  • Das bei dem LITI-Prozess verwendete Licht ist vorzugsweise Infrarot, so dass der Großteil des Lichts von der Source- und Drainelektrode absorbiert wird und nicht von der organischen Halbleiterschicht. Lichtfrequenzen im Bereich rot/orange wären auch geeignet. Darüber hinaus muss wegen der Temperaturempfindlichkeit des OSC ein Ausgleich dahingehend gefunden werden, dass zum Sintern des (zum Beispiel) Silberkolloids der Source- und Drainkontakte genügend Lichtenergie verwendet wird und dabei die OSC-Schicht nicht durch zu starke Wärme in Mitleidenschaft gezogen wird. Ein Zieltemperaturbereich läge unter 150–170°C, vorzugsweise näher an 100°C. Einige Silberkolloide sintern bei 120–130° aus und sollten von daher geeignet sein.
  • Eine Zusammenfassung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, das zur Herstellung eines organischen TFT verwendet werden kann, ist wie folgt:
    • 1. Abscheidung und Strukturierung des Gates (z. B. Strukturierung eines mit ITO beschichteten Substrats) auf einem Glas- oder Kunststoffsubstrat (zum Beispiel).
    • 2. Abscheidung von unterseitigen Elektroden und Kondensatoren (zum Beispiel bei Verwendung für eine OLED – siehe folgende 9 und 10).
    • 3. Abscheidung und Strukturierung eines Dielektrikums (z. B. vernetzbare anorganische/organische, durch Licht strukturierbare Dielektrika).
    • 4. Abscheidung des OSC (z. B. durch Tintenstrahldrucken eines in Lösung verarbeitbaren Polymers).
    • 5. Abscheidung von Source, Drain und Dotierstoff mittels LITI, wie vorstehend beschrieben und gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Einem Fachmann sollte klar sein, dass der LITI-Prozess auch dazu verwendet werden könnte, nur die Source- und Drainelektrode abzuscheiden (ohne Dotiermaterial), und in so einem Fall könnte der LITI-Prozess für TFTs mit oberseitigem Gate verwendet werden. Darüber hinaus könnte der wie beschriebene LITI-Prozess dazu verwendet werden, eine beliebige Schicht eines organischen TFT mit oberseitigem Gate oder unterseitigem Gate abzuscheiden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich der LITI-Prozess am besten für TFTs mit unterseitigem Gate eignet, und für die Fälle, wo die Abscheidung der Source-, Drain- und Dotiermaterialien gemeinsam in einem einzigen Schritt erledigt wird.
  • Der LITI-Prozess kann also zur Abscheidung von Metallverbindungen wie zum Beispiel ITO, Zinkoxid, Molybdänoxid etc. verwendet werden, die sonst mittels Zerstäubungsverfahren aus dem Stand der Technik nicht verarbeitet werden können, da sie den OSC beschädigen würden.
  • Nachstehend werden weitere Merkmale von organischen TFTs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Substrat
  • Das Substrat kann starr oder flexibel sein. Starre Substrate können aus Glas oder Silizium ausgewählt sein, und flexible Substrate können dünne Gläser oder Kunststoffe wie zum Beispiel Poly(ethylenterephthalat) (PET), Poly(ethylen-Naphthalat) PEN, Polycarbonat und Polyimid umfassen.
  • Durch den Einsatz eines geeigneten Lösungsmittels kann das organische halbleitende Material dazu gebracht werden, dass es in Lösung verarbeitbar ist. Beispielhafte Lösungsmittel umfassen Alkylbenzole wie zum Beispiel Toluol und Xylol; Tetralin; und Chloroform. Bevorzugte Lösungsabscheidungstechniken umfassen das Schleuderbeschichten und Tintenstrahldrucken. Andere Lösungsabscheidungstechniken umfassen das Tauchbeschichten, den Walzendruck und Siebdruck.
  • Organische Halbleitermaterialien
  • Bevorzugte organische Halbleitermaterialien umfassen kleine Moleküle wie optional substituiertes Pentacen; optional substituierte Polymere wie zum Beispiel Polyarylene, insbesondere Polyfluorene und Polythiophene; und Oligomere. Es können auch Materialmischungen verwendet werden, einschließlich Mischungen aus verschiedenen Materialarten (z. B. eine Mischung aus einem Polymer und einem kleinmoleküligen Stoff). Die Dicke der organischen Halbleiterschicht beträgt vorzugsweise 50–80 nm.
  • Source- und Drainelektrode
  • Die leitende Materialkomponente (Source- und Drainelektrode) in der LITI-Transferschicht kann so gewählt sein, dass sie ein anorganisches Metall, ein leitendes Metalloxid, oder ein leitendes Polymer darstellt. Ein Beispiel für ein leitfähiges Polymer dieser Art ist Poly(ethylendioxythiophen) (PEDOT), obwohl im Stand der Technik auch andere leitfähige Polymere bekannt sind.
  • Das leitende Material besitzt vorzugsweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit und könnte auch so ausgewählt sein, dass es Silbernanopartikel enthält, die bei niedrigen Temperaturen gesintert werden können, um die hohe Leitfähigkeit zu erhalten.
  • Für einen organischen P-Kanal-TFT umfassen die Source- und Drainelektrode vorzugsweise ein Material mit hoher Austrittsenergie, vorzugsweise ein Metall mit einer Austrittsenergie von mehr als 3,5 eV, zum Beispiel Gold, Platin, Palladium, Molybdän, Wolfram oder Chrom. Noch bevorzugter hat das Metall eine Austrittsenergie im Bereich von 4,5 bis 5,5 eV. Auch andere geeignete Verbindungen, Legierungen und Oxide wie zum Beispiel Indiumzinnoxid können verwendet werden. Es können auch weitere Schichten aus Molybdäntrioxid oder Molybdänoxid aufgebracht werden.
  • Der leichteren Herstellung halber werden die Source- und Drainelektrode vorzugsweise aus demselben Material gebildet. Zur Optimierung der Ladungsinjektion bzw. -extraktion können die Source- und Drainelektrode natürlich auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. In diesem Fall müsste die Transferschicht des LITI-Donatorsubstrats entsprechend modifiziert werden.
  • Die Länge des zwischen der Source- und Drainelektrode definierten Kanals kann bis zu 500 μm betragen, vorzugsweise jedoch beträgt die Länge unter 200 μm, noch bevorzugter unter 100 μm, und am meisten bevorzugt beträgt sie weniger als 20 μm.
  • Gate-Elektrode
  • Die Gate-Elektrode kann aus einer breiten Palette von leitenden Materialien ausgewählt werden, zum Beispiel aus einem Metall (z. B. Gold) oder einer Metallverbindung (z. B. Indiumzinnoxid). Alternativ können als Gate-Elektrode leitfähige Polymere abgeschieden werden. Solche leitfähigen Polymere können aus einer Lösung heraus unter Verwendung von z. B. Schleuderbeschichtungs- oder Tintenstrahldruckverfahren sowie anderen vorstehend erläuterten Lösungsabscheidungstechniken abgeschieden werden. Die Dicken der Gate-, Source- und Drainelektroden kann im Bereich von 5–200 nm liegen, obwohl sie typischerweise z. B. 50 nm betragen, durch Rasterkraftmikroskopie (AFM) gemessen.
  • Isolierschicht (Gate-Dielektrikum)
  • Die Isolierschicht weist ein dielektrisches Material auf, das aus isolierenden Materialien mit hohem spezifischen Widerstand ausgewählt ist. Die Dielektrizitätskonstante k des Dielektrikums liegt typischerweise um 2–3, obwohl Materialien mit einem hohen k-Wert wünschenswert sind, weil die für einen organischen TFT erzielbare Kapazitanz direkt proportional zu k und der Drainstrom ID direkt proportional zur Kapazitanz ist. Um bei niedrigen Betriebsspannungen hohe Drainströme zu erreichen, sind folglich organische TFTs mit dünnen dielektrischen Schichten im Kanalbereich bevorzugt.
  • Das dielektrische Material kann organisch oder anorganisch sein. Bevorzugte anorganische Materialien umfassen SiO2, SiNx und Spin-on-Glas (SOG). Bevorzugte organische Materialien sind allgemein Polymere und umfassen isolierende Polymere wie etwa Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Acrylate wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und Benzocyclobutane (BCBs), die von Dow Corning erhältlich sind. Die Isolierschicht kann aus einer Mischung von Materialien gebildet sein oder eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
  • Das dielektrische Material kann durch thermische Verdampfung, Vakuumbearbeitung oder Laminierungstechniken abgeschieden werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Alternativ kann das dielektrische Material aus einer Lösung heraus abgeschieden werden, beispielsweise durch Schleuderbeschichtungs- oder Tintenstrahldrucktechniken sowie andere, vorstehend erläuterte Lösungsabscheidungstechniken.
  • Wird das dielektrische Material aus einer Lösung auf dem organischen Halbleiter abgeschieden, darf dies nicht zur Auflösung des organischen Halbleiters führen. Auch sollte das dielektrische Material nicht angelöst werden, wenn der organische Halbleiter auf ihm aus der Lösung heraus abgeschieden wird. Verfahren zur Vermeidung solcher Lösungsvorgänge umfassen: den Einsatz von orthogonalen Lösungsmitteln, d. h. die Verwendung eines Lösungsmittels zur Abscheidung der obersten Schicht, welches die darunterliegende Schicht nicht auflöst; und Vernetzen der darunterliegenden Schicht.
  • Die Dicke der Isolierschicht beträgt vorzugsweise weniger als 2 μm, bevorzugter weniger als 500 nm.
  • Dotiermaterialien
  • Die Dotierstoffkomponente in der LITI-Transferschicht kann so gewählt werden, dass sie eine Akzeptorverbindung mit einem niedrig liegenden LUMO-Niveau darstellt. Beispiele umfassen Tetracyanochinodimethan (TCNQ) und Tetraflourotetracyanochinodimethan (F4TCNQ).
  • Die Anmelder haben in der GB 2455096 gezeigt, dass die Kombination von Silber und F4TCNQ exzellente Löcherinjektionseigenschaften besitzt, wenn sie in organischen TFTs für die Source- und Drainkontakte verwendet wird. Siehe zum Beispiel Tabelle IV, die einen Wert von 0,53 für TCNQF4 angibt und einen Wert von nur 0,17 für TCNQ, in Bezug auf eine gesättigte Kalomelelektrode in Acetonitril. Während sich TCNQF4 als Source/Drain-Dotierstoff gemäß der vorliegenden Erfindung als geeignet erwiesen hat, sind in Tabelle IV auch andere Elektronenakzeptoren offenbart, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung als Dotierstoffe geeignet sein können, zum Beispiel TCNQ(CN)2 und andere halogenierte Derivate von TCNQ wie TCNQCl2 und TCNQBr2. Es können auch Derivate wie zum Beispiel fluorierte Derivate von anderen Elektronenakzeptoren verwendet werden, zum Beispiel fluorierte Derivate von Anthrachinon, Perylenbisimid und Tetracyanoanthrachinodimethan. Andere Elektronen entziehende Substituenten zur Erhöhung der Elektronenaffinität eines Dotierstoffs umfassen Nitro-(-NO2) und Cyan-(-CN)Gruppen.
  • Ausführungsformen von GB 2455096 stellen eine Verbesserung gegenüber den in US 2005/133782 offenbarten TCNQ-Dotierstoffen dar, und zwar dahingehend, dass die Dotierstoffe über eine bessere gezielte Anbindung an die Source- und Drainelektrode verfügen, eine bessere Benetzbarkeit des OSC an der Source- und Drainelektrode zeigen, und eine verbesserte Ladungsmobilität des OSC aufgrund der besseren Dotierung haben.
  • Anwendungen von organischen TFTs
  • Organische TFTs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben eine breite Palette von möglichen Anwendungen. Eine solche Anwendung besteht in der Ansteuerung von Pixeln in einem optischen Bauelement, vorzugsweise einem organischen optischen Bauelement. Beispiele für solche optische Bauelemente umfassen lichtempfindliche Bauelemente, insbesondere Fotodetektoren, und Licht emittierende Bauelemente, insbesondere organische Licht emittierende Bauelemente (OLEDs). Organische TFTs eignen sich besonders zum Einsatz mit organischen Licht emittierenden Bauelementen mit aktiver Matrix, z. B. zur Verwendung in Anzeigeanwendungen.
  • 9 zeigt ein Pixel, das einen organischen Dünnschichttransistor und ein angrenzendes organisches Licht emittierendes Bauelement aufweist, die auf einem gemeinsamen Substrat 21 hergestellt sind. Der organische TFT umfasst eine Gate-Elektrode 22, eine dielektrische Schicht 24, eine Source- und Drainelektrode 23s bzw. 23d, und eine OSC-Schicht 25. Die OLED weist eine Anode 27, Kathode 29 und eine zwischen Anode und Kathode vorgesehene elektrolumineszierende Schicht 28 auf. Zwischen der Anode und Kathode können sich weitere Schichten befinden, wie zum Beispiel eine Ladungstransport-, Ladungsinjektions- oder Ladungssperrschicht. In der Ausführungsform von 9 kann sich die Schicht aus Kathodenmaterial sowohl über dem organischen TFT als auch der OLED erstrecken, und es ist eine Isolierschicht 26 vorgesehen, um die Kathodenschicht 29 gegenüber der OSC-Schicht 25 elektrisch zu isolieren. Die aktiven Bereiche des organischen TFT und der OLED sind durch ein gemeinsames Grundmaterial gebildet, das geformt wird, indem eine Schicht aus einem Fotoresist auf dem Substrat 21 abgeschieden und strukturiert wird, um auf dem Substrat organische TFT- und OLED-Bereiche zu bilden. Bei dieser Ausführungsform ist die Drainelektrode 23d direkt an die Anode des organischen Licht emittierenden Bauelements angeschlossen, um das organische Licht emittierende Bauelement zwischen dem emittierenden und nicht emittierenden Zustand umzuschalten.
  • In einer in 10, dargestellten alternativen Anordnung kann ein organischer Dünnschichttransistor in Stapelbauweise auf einem organischen Licht emittierenden Bauelement hergestellt werden. In so einer Ausführungsform ist der organische Dünnschichttransistor wie vorstehend beschrieben entweder in einer Konfiguration mit oberseitigem oder unterseitigem Gate aufgebaut. Wie bei der Ausführungsform von 9 sind die aktiven Bereiche des organischen TFT und der OLED durch eine strukturierte Schicht aus einem Fotoresist 33 gebildet, wobei bei dieser Stapelanordnung jedoch zwei separate Grundschichten 33 vorhanden sind – eine für die OLED und eine für den organischen TFT. Eine Planarisierungsschicht 31 (auch als Passivierungsschicht bekannt) ist über dem organischen TFT abgeschieden. Beispielhafte Passivierungsschichten umfassen BCBs und Parylene. Über der Passivierungsschicht ist ein organisches Licht emittierendes Bauelement hergestellt. Die Anode 34 des organischen Licht emittierenden Bauelements ist über einen leitenden Durchkontakt 32, der durch die Passivierungsschicht 31 und die Grundschicht 33 verläuft, an die Drainelektrode des organischen Dünnschichttransistors angeschlossen.
  • Natürlich können Pixelschaltkreise, die einen organischen TFT und einen optisch aktiven Bereich (z. B. einen Licht emittierenden oder Licht erfassenden Bereich) aufweisen, noch weitere Elemente umfassen. Insbesondere umfassen die OLED-Pixelschaltungen von 9 und 10 typischerweise noch mindestens einen weiteren Transistor zusätzlich zu dem gezeigten Ansteuerungstransistor, und mindestens einen Kondensator.
  • Es sollte klar sein, dass es sich bei den hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelementen um Einheiten mit oberseitiger oder unterseitiger Emission handeln kann. Das heißt, dass die Bauelemente Licht entweder durch die Anodenseite oder Kathodenseite des Bauelements aussenden können. In einem transparenten Bauelement sind sowohl die Anode als auch die Kathode transparent. Es sollte klar sein, dass ein Bauelement mit transparenter Kathode keine transparente Anode zu haben braucht (es sei denn, dass ein volltransparentes Bauelement gewünscht ist), und so kann die transparente Anode, die für bodenseitig emittierende Bauelemente verwendet wird, durch eine Schicht aus reflektierendem Material wie zum Beispiel eine Aluminiumschicht ersetzt oder durch diese ergänzt werden.
  • Transparente Kathoden sind für Bauelemente mit aktiver Matrix besonders vorteilhaft, weil die Emission durch eine transparente Anode in solchen Bauelementen durch die unterhalb der emittierenden Pixel sitzende Ansteuerschaltung des organischen TFT zumindest teilweise blockiert ist, wie aus der in 10 dargestellten Ausführungsform zu ersehen ist.
  • Während diese Erfindung insbesondere mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird Fachleuten klar sein, dass daran verschiedene Veränderungen an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • Zusammenfassung
  • VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ORGANISCHEN DÜNNSCHICHTTRANSISTOREN UNTER VERWENDUNG EINES LASERINDUZIERTEN THERMISCHEN TRANSFERDRUCKPROZESSES
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) bereit, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrodenschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht; Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC); Bereitstellen einer Source- und Drainelektrodenschicht; wobei eine oder mehrere der Schichten mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI) abgeschieden werden. Bei dem organischen TFT handelt es sich vorzugsweise um ein Bauelement mit bodenseitigem Gate, und die Source- und Drainelektrode werden mittels LITI auf einer organischen Halbleiterschicht oder über einer dielektrischen Materialschicht abgeschieden. Darüber hinaus kann zwischen dem OSC-Material und der Source- und Drainelektrodenschicht vorzugsweise ein Dotiermaterial vorgesehen sein, wobei auch das Dotiermaterial mittels LITI abgeschieden sein kann. Vorzugsweise kann es sich bei dem Dotierstoff auch um einen ladungsneutralen Dotierstoff wie substituiertes TCNQ oder F4TCNQ handeln.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • GB 0712269 A [0013]
    • US 2005/133782 [0013, 0089]
    • GB 2455096 [0088, 0089]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 16418–16419 [0013]

Claims (28)

  1. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT), umfassend: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrodenschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht; Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC); Bereitstellen einer Source- und Drainelektrodenschicht; und wobei eine oder mehrere der Schichten mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI) abgeschieden werden.
  2. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit oberseitigem Gate, umfassend: Bereitstellen einer Substratschicht; Abscheiden einer Source- und/oder Drainelektrode auf der Substratschicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildgebungsprozesses (LITI); Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der Source- und Drainelektrodenschicht; und Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der OSC-Materialschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der dielektrischen Materialschicht.
  3. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit unterseitigem Gate, umfassend: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der Substratschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der Gate-Elektrode; Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der dielektrischen Materialschicht; und Abscheiden einer Source- und/oder Drainelektrode auf der OSC-Schicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildungsgebungsprozesses (LITI).
  4. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors (TFT) mit unterseitigem Gate, umfassend: Bereitstellen einer Substratschicht; Bereitstellen einer Gate-Elektrode auf der Substratschicht; Bereitstellen einer dielektrischen Materialschicht über der Gate-Elektrode; Abscheiden einer Source- und/oder Drainelektrode über der dielektrischen Materialschicht mittels eines laserinduzierten thermischen Bildungsgebungsprozesses (LITT); und Bereitstellen einer Schicht aus organischem Halbleitermaterial (OSC) über der Source- und Drainschicht.
  5. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Dotiermaterials zwischen dem OSC-Material und der Source- und Drainelektrodenschicht.
  6. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 5, wobei auch das Dotiermaterial mittels LITI abgeschieden wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Dotiermaterial einen Dotierstoffanteil zur chemischen Dotierung eines organischen halbleitenden Materials durch Aufnahme von Elektronen umfasst, wobei der Dotierstoffanteil ein Redoxpotenzial von mindestens 0,3 eV in Bezug auf eine gesättigte Kalomelelektrode (SCE) in Acetonitril hat.
  8. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 7, wobei das Redoxpotenzial des Dotierstoffanteils in Bezug auf eine gesättigte Kalomelelektrode in Acetonitril mindestens 0,4 eV beträgt.
  9. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 8, wobei das Redoxpotenzial des Dotierstoffanteils in Bezug auf eine gesättigte Kalomelelektrode in Acetonitril mindestens 0,5 eV beträgt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei es sich bei dem Dotierstoffanteil um einen ladungsneutralen Dotierstoff handelt.
  11. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Dotierstoffanteil mit einer Halogen-, Nitro- und/oder CN-Gruppe substituiert ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 11, wobei der Dotierstoffanteil mit mehr als einer Halogen-, Nitro- oder CN-Gruppe substituiert ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 11 oder 12, wobei es sich bei dem Halogen um Fluor handelt.
  14. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der Dotierstoffanteil substituiertes Tetracyanochinodimethan, Anthrachinon, Perylenbisimid oder Tetracyanoanthrachinodimethan ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische halbleitende Material ein HOMO-Niveau hat, das tiefer liegt als das LUMO-Niveau von TCNQ.
  16. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische halbleitende Material ein HOMO-Niveau hat, Welches flacher als das LUMO-Niveau des Dotierstoffanteils ist.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische halbleitende Material aus einer Lösung heraus abgeschieden wird.
  18. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein an die Source- und Drainelektrode angrenzendes, dotiertes organisches halbleitendes Material eine Leitfähigkeit im Bereich von 10–6 S/cm bis 10–2 S/cm hat.
  19. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 18, wobei das dielektrische Material ein organisches dielektrisches Material umfasst.
  20. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Schicht aus dielektrischem Material so behandelt ist, dass eine selektive Bindung des Dotierstoffanteils an die Source- und Drainelektrode verstärkt ist.
  21. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei dem Source- und Drainmaterial um eines aus der folgenden Aufzahlung handelt: Silber, ein Silberkolloid, Zinn, Kupfer, Gold, Molybdän, Platin, Palladium, Wolfram, Chrom oder Indiumzinnoxid.
  22. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 21, der ferner eine Schicht aus Molybdäntrioxid oder Molybdän-Oxid aufweist.
  23. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittels LITI abgeschiedene Schicht bei einer Temperatur von unter 150°C wärmebehandelt wird.
  24. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 23, wobei die mittels LITI abgeschiedene Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 130°C wärmebehandelt wird.
  25. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach Anspruch 23 oder 24, wobei die mittels LITI abgeschiedene Schicht gesintert wird.
  26. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnschichttransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Licht im Bereich von Infrarot bis Orange verwendet wird.
  27. Organischer Dünnschichttransistor (TFT), der nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
  28. Organisches Licht emittierendes Diodenbauelement (OLED-Bauelement), wobei das OLED-Bauelement einen organischen TFT umfasst, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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