DE112009001944T5

DE112009001944T5 - Oberflächenbehandelte Substrate für organische Dünnschichttransistoren mit oben liegendem Gate

Info

Publication number: DE112009001944T5
Application number: DE112009001944T
Authority: DE
Inventors: Thomas Kugler; Jeremy Burroughes; Julian Carter; Jonathan Halls; Christopher Newsome
Original assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Current assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-06-16
Also published as: US20110186829A1; GB0814534D0; WO2010015833A1; GB2474406B; JP2012509573A; GB201101759D0; JP2014143430A; KR20110056505A; GB2474406A; CN102144311A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrats mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und Abscheidung einer Halbleiterschicht in dem Kanal.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Transistoren, insbesondere auf organische Dünnschichttransistoren.
Hintergrund der Erfindung
Transistoren lassen sich in zwei Haupttypen einteilen: Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Beide Typen besitzen eine gemeinsame Struktur aus drei Elektroden mit einem in einem Kanalbereich dazwischen befindlichen halbleitenden Material. Die drei Elektroden des Bipolartransistors sind als Emitter, Kollektor und Basis bekannt, die drei Elektroden in einem Feldeffekttransistor als Source, Drain und Gate. Bipolartransistoren können als strombetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor durch den zwischen Basis und Emitter fließenden Strom gesteuert wird. Im Gegensatz dazu können Feldeffekttransistoren als spannungsbetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der zwischen Source und Drain fließende Strom durch die Spannung zwischen Gate und Source gesteuert wird.
Transistoren lassen sich je nachdem, ob sie ein halbleitendes Material umfassen, das positive Ladungsträger (Löcher) leitet, oder ein halbleitendes Material, das negative Ladungsträger (Elektronen) leitet, in Transistoren vom p-Typ und vom n-Typ einteilen. Das halbleitende Material kann entsprechend seiner Fähigkeit, Ladung aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, ausgewählt werden. Die Fähigkeit des halbleitenden Materials, Löcher oder Elektronen aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, kann durch Dotierung des Materials verbessert werden.
Ein Transistor vom p-Typ lässt sich beispielsweise durch Wahl eines halbleitenden Materials, das effizient Löcher aufnimmt, leitet und abgibt, sowie Wahl eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, das effizient Löcher in das halbleitende Material injiziert bzw. aus dem halbleitenden Material aufnimmt, erzeugen. Eine gute Energieniveauangleichung des Fermi-Niveaus in den Elektroden an das HOMO-Niveau des halbleitenden Materials kann die Lochinjektion und -aufnahme verbessern. Im Gegensatz dazu lässt sich ein Transistor vom n-Typ durch Wahl eines halbleitenden Materials, das effizient Elektronen aufnimmt, leitet und abgibt, sowie Wahl eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, das effizient Elektronen in das halbleitende Material injiziert bzw. aus dem halbleitenden Material aufnimmt, erzeugen. Eine gute Energieniveauangleichung des Fermi-Niveaus in den Elektroden an das LUMO-Niveau des halbleitenden Materials kann die Elektroneninjektion und -aufnahme verbessern.
Transistoren können durch Abscheidung der Komponenten in Dünnfilmen zur Bildung eines Dünnschichttransistors (TFT) erzeugt werden. Wird ein organisches Material als halbleitendes Material in einer solchen Vorrichtung verwendet, ist diese als organischer Dünnschichttransistor (OTFT) bekannt. Organische Halbleiter sind eine Klasse organischer Moleküle mit umfangreich konjugierten, delokalisierten pi-Systemen, die eine Bewegung der Elektronen erlauben.
OTFTs können mittels kostengünstiger Niedertemperaturverfahren wie Lösungsabscheidung hergestellt werden. Darüber hinaus sind OTFTs mit flexiblen Kunststoffsubstraten kompatibel, was eine Herstellung der OTFTs im Industriemaßstab auf flexiblen Substraten mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens ermöglicht.
Mit Bezug auf 1 umfasst die allgemeine Struktur eines organischen Dünnschichttransistors (OTFT) mit unten liegendem Gate eine auf einem Substrat 10 abgeschiedene Gate-Elektrode 12. Auf der Gate-Elektrode 12 ist eine Isolierschicht 11 aus einem nichtleitenden Material abgeschieden, auf der wiederum die Source- und Drain-Elektroden 13, 14 abgeschieden sind. Die Source- und Drain-Elektroden 13, 14 sind beabstandet und definieren einen dazwischen liegenden Kanalbereich über der Gate-Elektrode 12. In dem Kanalbereich zwischen den Source- und Drain-Elektroden 13, 14 ist ein organisches Halbleitermaterial (OSC) 15 abgeschieden. Das OSC-Material 15 kann sich zumindest teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 13, 14 erstrecken.
Alternativ ist bekannt, eine Gate-Elektrode auf der Oberseite eines organischen Dünnschichttransistors bereitzustellen, so dass ein sogenannter organischer Dünnschichttransistor mit oben liegendem Gate entsteht. In einer solchen Struktur sind die Source- und Drain-Elektroden auf einem Substrat abgeschieden und beabstandet, so dass sie einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren In dem Kanalbereich zwischen den Source- und Drain-Elektroden ist eine Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial abgeschieden, die sich zumindest teilweise über die Source- und Drain-Elektroden erstrecken kann. Auf dem organischen Halbleitermaterial ist eine Schicht aus einem nichtleitenden Material abgeschieden, die sich ebenfalls zumindest teilweise über die Source- und Drain-Elektroden erstrecken kann. Auf der Isolierschicht ist über dem Kanalbereich eine Gate-Elektrode abgeschieden.
Die Leistung organischer Halbleiter und diese Halbleiter enthaltender Transistoren wird typischerweise durch Messung ihrer ”Ladungsmobilität” (cm² V^–1s^–1) beurteilt, die je nachdem, ob es sich bei der Vorrichtung um eine n-Kanal-Vorrichtung oder eine p-Kanal-Vorrichtung handelt, auch als ”Elektronenmobilität” bzw. ”Lochmobilität” bekannt ist. Diese Messung bezieht sich auf die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger durch ein Material in einem angelegten elektrischen Feld.
Die Behandlung der nichtleitenden Schicht in Vorrichtungen mit unten liegendem Gate ist im Stand der Technik zum Zwecke der Reduktion des Kontaktwinkels des organischen Halbleiters und zur Verbesserung der molekularen Ordnung des Halbleiters (insbesondere zur Erzielung einer höheren Kristallinität) bekannt.
Sirringhaus et. al [Nature, Band 401, S. 685–688, 1999] offenbaren beispielsweise eine mit einer Siliziumdioxid-Isolierschicht vorbehandelte selbstorganisierte Monoschicht (SAM) mit einer (mittels Hexamethyldisilazan erzeugten) endständigen Methylgruppe, die die Morphologie von P3HT beeinflusst, was zu einer Verbesserung der Feldeffektmobilität des OTFT auf 0,1 cm²/Vs führt. Diese Methode wurde auch von Wu et. al [Appl. Phys. Lett. Band 86, 142101, 2005] mit einer Reihe von Alkylketten-SAMs angewandt.
Kumaki et. al. [Appl. Phys. Lett. Band 90, 133511 (2007)] offenbaren die Verwendung eines Phenethyltrichlorsilans zum Zwecke der Vorbehandlung der nichtleitenden Schicht einer Vorrichtung mit unten liegendem Gate mit einem Siliziumdioxid-Nichtleiter. Der hier verwendete Halbleiter war ein thermisch verdampfter Film aus Pentacen. Die daraus resultierenden Verbesserungen der Leistung der Vorrichtung werden einer Reduktion der Wasseradsorption an der Siliziumdioxid-Schicht zugeschrieben, die ansonsten zur Bildung von Fangstellen führen würde.
Eine (mittels Phenyltrichlorsilan) erzeugte SAM mit einer endständigen Phenylgruppe wurde von Rawcliffe et. al [Chem. Commun., 871–73, 2008] bei der Struktur einer SiO₂-Vorrichtung mit unten liegenden Gate unter Verwendung eines annelierten Polythiophens untersucht.
Eine Kombination aus Kanal- und Elektrodenvorbehandlungen einer Vorrichtung mit unten liegendem Gate mittels selbstorganisierter Monoschichten für eine organische halbleitende Schicht aus Bis(triisopropylsilylethnyl)pentacen (TIPS-Pentacen) ist in Park et. al Appl. Phys. Lett., Band 91, 063514 (2007) offenbart. Hier war die zur Behandlung des Elektrodenkontakts ausgewählte SAM Pentafluorbenzolthiol (PFB-Thiol) bzw. Hexamethyldisilazan (HMDS) für die Oberfläche der den Kanalbereich der Vorrichtung bildenden Siliziumdioxid-Nichtleiterschicht.
Der zuvor genannte Stand der Technik bezieht sich auf Vorrichtungen mit unten liegendem Gate. Bei der Entwicklung von OTFT-Vorrichtungen mit oben liegendem Gate haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass solche Vorrichtungen einen hohen Abschaltstrom und eine schlechte Mobilität aufweisen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass diese Probleme zumindest teilweise durch auf der Substratoberfläche in dem Kanal befindliche Gruppen, z. B. polare Gruppen auf der Substratoberfläche im Falle eines Glassubstrats, entstehen. Diese Gruppen können durch die Reinigungsprozesse (UV-Ozon und Sauerstoffplasma usw.) entstehen und Carbonsäuregruppen und -OH-Oberflächengruppen einschließen. In einigen Fällen kann ein UV-Ozon- oder Sauerstoffplasmaprozess auch zur Reduktion des Kontaktwiderstandes durch Modifikation der Metalloberfläche eingesetzt werden.
Diese polaren Gruppen können zur Dotierung des organischen Halbleiters an der Grenzfläche mit dem Glassubstrat und zur Bildung eines leitenden ”Rückkanals” führen, was das Fließen eines Source-Drain-Stroms gestattet, wenn sich der TFT im ”Aus-Zustand” befindet. Dies erhöht den Abschaltstrom, wodurch das Verhältnis von Abschaltstrom zu Anschaltstrom und der Subthreshold-Swing reduziert werden. Diese Leistungsminderung reduziert die nützliche Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten für diese Vorrichtungen. Dieser Effekt ist für eine Vorrichtung mit oben liegendem Gate, bei der die Halbleiter/Substrat-Grenzfläche (”Rückkanal”) von der Halbleiter/Nichtleiter-Grenzfläche (dem aktiven Kanal im Transistor) entfernt liegt, besonders problematisch. Im Gegensatz dazu ist die Substrat/Halbleiter-Grenzfläche bei Vorrichtungen mit unten liegendem Gate gleichzeitig die Nichtleiter/Halbleiter-Grenzfläche. Folglich ist die Reduktion der induzierten Ladungen an der Substrat/Halbleiter-Grenzfläche bei Vorrichtungen mit oben liegendem Gate schwieriger, mit dem Ergebnis, dass die Abschaltströme höher sind.
Die vorliegende Erfindung versucht den Abschaltstrom zu reduzieren und die Mobilität von Vorrichtungen mit oben liegendem Gate zu erhöhen.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrate mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und Abscheidung einer Halbleiterschicht in dem Kanal.
Ein organischer Dünnschichttransistor kann auf einem starren oder flexiblen Substrat hergestellt werden. Starre Substrate können aus Glas oder Silizium ausgewählt sein und flexible Substrate können dünnes Glas oder Kunststoffe wie Poly(ethylenterephthalat) (PET), Poly(ethylennaphthalat) (PEN), Polycarbonat und Polyimid umfassen.
Das organische halbleitende Material kann unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels mittels Lösungsabscheidung hergestellt werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind Mono- oder Polyalkylbenzole wie Toluol und Xylol, Tetralin und Chloroform. Bevorzugte Lösungsabscheidungstechniken sind z. B. Schleuderbeschichten und Tintenstrahldrucken. Weitere Lösungsabscheidungstechniken schließen Tauchbeschichten, Walzendruck und Siebdruck ein. Bevorzugte organische Halbleiter sind z. B. Pentacen und anneliertes Thiophen. Bevorzugte annelierte Thiophene schließen Thiophen ein, das mit einer oder mehreren Arylgruppen, vorzugsweise einer oder mehreren aus Thiophen (z. B. zur Bildung von Dithiophen oder Dithienothiophen) und Benzol ausgewählten Arylgruppen anneliert ist. Der organische Halbleiter kann wahlweise substituiert sein. Vorzugsweise ist der organische Halbleiter mit einer löslich machenden Gruppe wie Alkyl, Alkoxy oder Trialkylsilylethynyl substituiert. In einer bevorzugen Ausführungsform besteht die organische Halbleiterschicht aus einer Mischung von Materialien, z. B. einem kleinen Molekül und einem Polymer.
Die Länge des zwischen den Source- und Drain-Elektroden definierten Kanals kann bis zu 500 Mikrometer betragen, beträgt allerdings vorzugsweise weniger als 200 Mikrometer, noch bevorzugter weniger als 100 Mikrometer und am bevorzugtesten weniger als 20 Mikrometer.
Die Gate-Elektrode kann aus einer breiten Palette an leitenden Materialien, z. B. einem Metall (z. B. Gold, Aluminium, Silber usw.) oder einer Keramikverbindung aus einem Metalloxid (z. B. Indiumzinnoxid) ausgewählt sein. Alternativ können leitende Polymere als Gate-Elektrode abgeschieden werden. Solche leitenden Polymere können aus einer Lösung abgeschieden werden, vorzugsweise mittels eines Additivverfahrens wie Tintenstrahldrucken oder anderer zuvor diskutierter Lösungsabscheidungstechniken.
Die Isolierschicht umfasst ein aus Isoliermaterialien eines hohen spezifischen Widerstands ausgewähltes Nichtleitermaterial. Die Dielektrizitätskonstante k des Nichtleiters beträgt typischerweise etwa 2–3, auch wenn Materialien mit einem hohen k-Wert wünschenswert sind, da die bei einem OTFT erzielbare Kapazität direkt proportional zu k und der Drain-Strom I_D direkt proportional zur Kapazität ist. Um hohe Drain-Ströme mit niedrigen Betriebsspannungen zu erhalten, werden somit OTFTs mit dünnen Nichtleiterschichten in dem Kanalbereich bevorzugt.
Das Nichtleitermaterial kann organisch oder anorganisch sein. Bevorzugte anorganische Materialien sind z. B. SiO₂, SiNx und aufgeschleudertes Glas (SOG). Bevorzugte organische Materialien sind im Allgemeinen Polymere und schließen Isolierpolymere wie Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidin (PVP), Acrylate wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und Benzocyclobutane (BCBs) erhältlich von Dow Corning ein. Die Isolierschicht kann aus einer Materialmischung hergestellt werden oder eine mehrschichtige Struktur umfassen.
Das Nichtleitermaterial kann mittels thermischer Verdampfung, Vakuumabscheidung oder Laminiertechniken, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, erzeugt werden. Alternativ kann das Nichtleitermaterial z. B. mittels Schleuderbeschichten oder Tintenstrahldrucktechniken und anderer zuvor diskutierter Lösungsabscheidungstechniken abgeschieden werden. Wird das Nichtleitermaterial aus einer Lösung auf dem organischen Halbleiter abgeschieden, sollte dies nicht zu einer Auflösung des organischen Halbleiters führen. Genauso sollte sich das Nichtleitermaterial nicht auflösen, wenn der organische Halbleiter aus einer Lösung auf ihm abgeschieden wird. Techniken zur Vermeidung einer solchen Auflösung sind z. B. orthogonale Lösungsmittel, z. B. die Verwendung eines Lösungsmittels zur Abscheidung der obersten Schicht, die die darunter liegende Schicht nicht auflöst, sowie die Vernetzung der darunter liegenden Schicht.
Die Dicke der Isolierschicht beträgt vorzugsweise weniger als 2 Mikrometer, noch bevorzugter weniger als 500 nm.
Die erfindungsgemäße Behandlung des Kanals bildet eine Schicht, die zumindest einen Teil und vorzugsweise den gesamten Kanalbereich bedeckt. Alternativ oder darüber hinaus bedeckt die Schicht im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Substrats.
Die Schicht kann eine polymere organische Schicht, vorzugsweise eine Polymerschicht umfassen. Alternativ umfasst die Schicht eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht.
Vorzugsweise reagiert die reaktive Spezies mit den polaren Gruppen auf der Substratoberfläche, so dass eine selbstorganisierte Schicht entsteht. Die polaren Gruppen sind typischerweise Gruppen, die einer Dissoziation, z. B. einer Deprotonierung unterzogen werden können. Vorzugsweise reagiert die reaktive Spezies mit Hydroxyl oder sauren polaren Gruppen auf der Substratoberfläche, so dass Ether- bzw. Estergruppen entstehen. Auf diese Weise werden die polaren Gruppen, die einen hohen Abschaltstrom erzeugen, in eine nichtpolare Form umgewandelt. Die Verringerung der Polarität auf der Oberfläche des Kanals zeigt sich z. B. durch einen reduzierten Kontaktwinkel zwischen dem organischen Halbleiter und dem Kanal nach der Behandlung im Vergleich zu vor der Behandlung.
Vorzugsweise umfasst die reaktive Spezies eine reaktive Gruppe, die mit den dissoziierenden Gruppen auf der Substratoberfläche reagiert, sowie eine nichtpolare Gruppe. Dementsprechend reagiert die reaktive Spezies mit den polaren Gruppen zu einem Rest mit mindestens einer polaren Gruppe, z. B. einer linearen, verzweigten oder zyklischen endständigen Alkyl- oder wahlweise substituierten Arylgruppe, d. h. Gruppen, die eine Affinität zu dem organischen Halbleitermaterial aufweisen. Vorzugsweise besitzt die nichtpolare Gruppe keine dissoziierenden Gruppen wie Hydroxyl- oder saure Gruppen. Vorzugsweise ist die nichtpolare Gruppe eine Kohlenwasserstoffgruppe. Vorzugsweise ist die nichtpolare Gruppe eine konjugierte Gruppe und kann eine halbleitende Gruppe sein. Solche Reste können folgende Struktur umfassen:
worin Ar eine Arylgruppe ist, L eine Linkergruppe oder eine Einfachbindung ist, X¹ eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X² und X³, sofern vorhanden, unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe. Es ist anzumerken, dass andere nichtpolare Gruppen wie z. B. eine Alkylgruppe oder eine wahlweise substituierte Acengruppe anstelle der Ar-Gruppe verwendet werden kann. Die Bindung X¹ (und, soweit vorhanden, X² und X³) entsteht typischerweise durch Umsetzung einer an dem Si-Atom der reaktiven Spezies hängenden Abgangsgruppe. Eine bevorzugte Abgangsgruppe ist ein reaktives Halogen, vorzugsweise Cl.
Vorzugsweise umfasst die Linkergruppe eine substituierte oder nicht substituierte gerade, verzweigte oder zyklischen Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Reste eine oder mehrere der nachfolgend dargestellten Strukturen:
worin X¹ eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X² und X³, sofern vorhanden, unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erfindung den Schritt der Behandlung der Source- und Drain-Elektroden mit einer Verbindung zur Verringerung des Kontaktwiderstandes der Elektroden entweder vor oder nach der Behandlung des Kanalbereichs. Hierdurch entsteht eine Elektrodenbehandlungsschicht, die zumindest einen Teil der Oberfläche der Source- und/oder Drain-Elektrode bedeckt. Die Elektrodenbehandlungsschicht kann eine Polymerschicht umfassen. Noch bevorzugter umfasst die Elektrodenbehandlungsschicht eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht. Vorzugsweise umfasst die Verbindung zur Verringerung des Kontaktwiderstandes eine Verbindung, die sich chemisch an die Source- und Drain-Elektroden binden kann. Noch bevorzugter umfasst die Verbindung ein Thiol oder Disulfid, und die Source- und Drain-Elektroden umfassen Gold, Silber, Kupfer oder Legierungen daraus.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit einem negativen Dipolmoment auf der Oberfläche der Elektrode(n), z. B. halogenierte oder perhalogenierte Reste. In anderen Ausführungsformen umfasst die Elektrodenkontaktschicht Reste mit einem positiven Dipolmoment auf der Oberfläche der Elektrode(n), z. B. Alkanreste.
Vorzugsweise bestehen die Source- und/oder Drain-Elektroden aus Kupfer, Silber oder Gold.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Elektrodenkontaktschicht Reste mit folgenden Strukturen:
worin Y eine Elektronen aufnehmende Gruppe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitro, Cyano, Alkoxy (vorzugsweise Methoxy) und einem Halogen, vorzugsweise Fluor, darstellt und Z eine Bindung zwischen einem oder mehreren Schwefelatomen und der Elektrodenoberfläche darstellt.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts kann die reaktive Spezies eine reaktive Gruppe umfassen, die bei Aktivierung ein freies Radikal erzeugt. Dies ist bei Kunststoffsubstraten, bei denen Behandlungen wie z. B. eine UV-Ozonbehandlung die Kunststoffoberfläche beschädigen kann, besonders nützlich. Die reaktive freie Radikal-Spezies kann mit der beschädigten Oberfläche reagieren, so dass eine ”reparierte” Oberfläche zur Abscheidung des Halbleiters entsteht.
Bei einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen Transistor bereit, der sich nach dem Verfahren des ersten Aspekts der Erfindung herstellen lässt.
Bei einem dritten Aspekt stellt die Erfindung einen Transistor mit oben liegendem Gate und einem Kanalbereich aus einer organischen Schicht zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht bereit. Die organische Schicht kann eine Schicht sein, die mit Hilfe der zuvor beim ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Behandlung erzeugt worden ist.
Bei einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrats mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Abscheidung einer organischen Schicht auf dem Substrat im Kanalbereich und Abscheidung einer Halbleiterschicht auf der organischen Schicht.
Bei einem fünften Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttransistors bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung von Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und anschließende Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche der Source- und Drain-Elektroden zur Reduktion ihres Kontaktwiderstandes.
Die einzelnen Behandlungsschritte des fünften Aspekts der Erfindung können der Definition im ersten bis dritten Aspekt der Erfindung entsprechen.
Der fünfte Aspekt der Erfindung kann auf die Herstellung einer Vorrichtung mit oben oder unten liegendem Gate angewendet werden.
1 stellt einen Transistor aus dem Stand der Technik dar.
2 stellt einen erfindungsgemäßen Transistor dar.
3 stellt Herstellungsstadien eines Transistors dar.
4 stellt einen weiteren erfindungsgemäßen Transistor dar.
5 stellt ein Herstellungsstadium eines Transistors dar.
6 ist eine graphische Darstellung der Mobilität erfindungsgemäßer Transistoren und Transistoren aus dem Stand der Technik.
7 stellt eine Kurve der Mobilität gegen die Kanallänge erfindungsgemäßer Transistoren und Transistoren aus dem Stand der Technik dar.
8 stellt die Übertragungscharakteristiken bei linearen und Sättigungsregimes für erfindungsgemäße Transistoren und Transistoren aus dem Stand der Technik dar.
9 stellt eine Kurve der Mobilität gegen die Kanallänge erfindungsgemäßer Transistoren und Transistoren aus dem Stand der Technik dar.
10 stellt die Übertragungscharakteristiken bei linearen und Sättigungsregimes für erfindungsgemäße Transistoren dar.
11 stellt eine Kurve des Kontaktwiderstandes gegen die Gate-Vorspannung erfindungsgemäßer Transistoren und eines Transistors aus dem Stand der Technik dar.
12 stellt Kurven der Mobilität gegen die Kanallänge erfindungsgemäßer Transistoren dar.
2 ist eine schematische Darstellung eines Transistors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Transistor 20 umfasst ein ebenflächiges Substrat 22 aus Glas, z. B. einem Silicatglas, Kunststoff oder aufgeschleudertem Glas. Auf dem Substrat 22 befinden sich eine Source-Elektrode aus Gold 24 und eine Drain-Elektrode aus Gold 26, die einen dazwischen liegenden Kanal 28 definieren. Eine nichtpolare selbstorganisierte Schicht 30 umgibt die Oberfläche des Substrats 22.
Eine Schicht aus einem halbleitenden Material 32 bedeckt die Source-Elektrode 24 und die Drain-Elektrode 26 und steht mit der selbstorganisierten Schicht 30 in Kontakt.
Zwischen dem halbleitenden Material 32 und einer Gate-Elektrode 36 befindet sich eine Schicht aus einem Nichtleitermaterial 34.
Die Bereitstellung der nichtpolaren selbstorganisierten Schicht 30 bewirkt eine Zunahme der Mobilität sowie des Verhältnisses von Anschaltstrom zu Abschaltstrom, was für das Umschalten bei Vorrichtungen wie Pixelelementen in einem Display ausschlaggebend ist.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird postuliert, dass die ursprüngliche Oberfläche des Substrats 30 typischerweise polare Hydroxylgruppen enthält. Darüber hinaus kann die Erzeugung polarer Spezies durch den Abbau organischer Reste wie z. B. Photoresiste zu Spezies wie z. B. Carbonsäuregruppen führen. Das Vorliegen dieser hydrophilen Gruppen erzeugt einen Dotiereffekt der halbleitenden Schicht in dem Kanal, was in einer erhöhten Leitfähigkeit resultiert. Daher ist der Abschaltstrom in Vorrichtungen mit einem kurzen Kanal (< 20 Mikrometer) bei hohen Source-Drain-Feldern drastisch erhöht. Durch Schutz des Halbleiters vor dem Einfluss dieser polaren Gruppen wird der Dotiereffekt drastisch reduziert.
3 ist eine schematische Darstellung des Substrats 22 vor und nach dem Auftragen der nichtpolaren selbstorganisierten Schicht.
3A stellt die Hydroxylgruppen auf der Substratoberfläche dar, 3B einen Phenethylsilan-Rest, einen bevorzugten Rest zur Erzeugung der nichtpolaren Schicht 30, der an das Substrat gebunden ist und somit die polaren Gruppen bedeckt.
Das erste Herstellungsstadium eines solchen Transistors ist vorzugsweise die Herstellung der Source- und Drain-Elektroden 24, 26. Dies lässt sich mit Hilfe bekannter Metallmusterungstechniken wie Abscheidung eines negativen Lift-off-Photoresists auf einem Substrat und dessen Belichtung und Entwicklung zur Erzeugung der vorgesehenen Elektrodenform, Ätzen einer Schicht des Source-Drain-Metalls oder Aufdrucken leitender Kontakte erreichen.
Auf das geätzte Muster wird eine dünne, als Haftmittel dienende Chromschicht von 3 nm aufgebracht, gefolgt von einer dickeren Goldschicht von etwa 30 nm.
Anschließend wird der Photoresist abgehoben, so dass die gemusterten Elektrodenbestandteile auf dem Substrat verbleiben. Die Elektroden erzeugen vorzugsweise einen Kanal einer Länge von 5 μm oder weniger bis 200 μm und einer Breite von bis zu 2 mm.
Anschließend wird das Substrat in einer UV-Ozon- oder Sauerstoffplasmavorrichtung etwa 10 Minuten lang gereinigt. Hierdurch werden organische Verunreinigungen auf der Oberfläche des Substrats 22 und der Elektroden 24, 26 entfernt und/oder abgebaut und die Substratoberfläche freigelegt. Diese Behandlung führt jedoch typischerweise zur Bildung einer polaren Substratoberfläche (insbesondere im Fall eines Glassubstrats) und einer Beschädigung des Substrats (insbesondere im Fall eines Glassubstrats). Nach der Reinigung kann die nichtpolare Schicht 30 aufgebracht werden. Es wird eine Lösung aus einem Mono-, Di- oder Trihalogenid des gewünschten Arylsilans hergestellt und anschließend mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht. Die Silanlösung kann mittels einer Spritze, eines Aerosols, eines Druckers oder einer anderen Technik auf der Oberseite des Substrats verteilt werden oder das Substrat kann alternativ in die Silanlösung eingetaucht werden. Nach einem Zeitraum von bis zu einigen Minuten wird die Lösung z. B. mittels Schleudern in einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung entfernt.
Dann wird die Oberfläche des Substrats 22 gewaschen, um Nebenprodukte der Beschichtungsreaktion sowie nicht umgesetztes Arylsilan zu entfernen, so dass die darauf befindliche selbstorganisierte Schicht zurückbleibt. Verbleibendes Lösungsmittel kann ebenfalls mittels Schleudern in einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung oder einer anderen Technik entfernt werden.
Das halbleitende Material wird in Form eines Films aus einer organischen Halbleiterlösung mittels Schleuderbeschichten auf dem Substrat abgeschieden; das verbleibende Wirtslösungsmittel trocknet ab. Alternative Verfahren zur Beschichtung mit einer OSC sind z. B., aber nicht darauf beschränkt Tintenstrahldrucken, Sprühbeschichten, LITI und flexographische Beschichtung.
Anschließend wird ein Nichtleitermaterial wie Teflon^® AF2400 (DuPont) mittels Schleuderbeschichten auf die halbleitende Schicht aufgebracht und getrocknet.
Schließlich wird durch Abscheiden einer dünnen Chromschicht von 3 nm und einer dickeren Aluminiumschicht von 30 nm bis 50 nm durch eine Schattenmaske auf der Nichtleiterschicht eine Gate-Elektrode hinzugefügt.
In 4 ist ein Transistor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Der Transistor 40 ist im Wesentlichen wie zuvor beschrieben aufgebaut; neben einer nichtpolaren, selbstorganisierten Schicht auf dem Substrat 22 besitzt der Transistor 40 auch eine Elektrodenkontaktschicht 42 auf den Source- und Drain-Elektroden 24, 26.
Die Elektrodenkontaktschicht 42 umfasst vorzugsweise eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht aus Resten mit einem endständigen Fluorarylen.
5 stellt ein Substrat 22 und Source- und Drain-Elektroden 24, 26 dar, wobei das Substrat mit einer Phenylethylsilan-Schicht beschichtet ist. Die Source- und Drain-Elektroden weisen eine selbstorganisierte Perfluorbenzolthiol-Schicht, einen bevorzugten Rest der Elektrodenkontaktschicht auf.
Das durch die perfluorierte Oberflächenschicht der Elektroden erzeugte negative Dipolmoment verringert die Lochinjektionsbarriere gegen den Halbleiter proportional zu seiner Dipolstärke. Die Kontaktmodifikation kann auch die Morphologie der OSC durch Säen von Kristallkeimen von den Rändern der Elektrode modifizieren.
Der Transistor 20 wird im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie zuvor mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben hergestellt, mit Ausnahme des Schritts der Erzeugung der Elektrodenbehandlungsschicht, der vor oder noch bevorzugter nach der Erzeugung der Kanalbehandlungsschicht erfolgen kann.
Die Elektrodenbehandlungsschicht wird weitgehend auf dieselbe Weise wie die Kanalbehandlungsschicht erzeugt. Es wird eine Lösung des gewünschten substituierten Arylthiols oder substituierten Aryldisulfids hergestellt und auf der Oberfläche der Elektroden verteilt. Nach Verstreichen einiger Minuten ist die Elektrodenbehandlungsschicht fertig und die überschüssige Lösung wird durch Schleudern in einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung entfernt. Es erfolgt eine Spülung und überschüssiges Lösungsmittel wird mittels Schleuderbeschichten oder einer anderen Technik entfernt.
Zwar können zur erfolgreichen Erzeugung von Elektrodenbehandlungsschichten Monothiole eingesetzt werden, Di- oder Trithiole haben jedoch eine höhere Wärmebeständigkeit und damit auch einen höheren Widerstand gegen Desorption von der Metalloberfläche.
Beispiel 1
Es wurde eine Dünnschichttransistorvorrichtung mit oben liegendem Gate mit einer Kanalbehandlungsschicht wie nachfolgend beschrieben hergestellt:
Ein Paar Source- und Drain-Elektroden wurden auf der Oberfläche eines Glassubstrats abgeschieden. Auf das Muster wurde eine 3 nm dicke Chromschicht und anschließend eine 30 nm dicke Goldschicht aufgedampft. Anschließend wurde der Photoresist entfernt, so dass die auf der Oberfläche des Glassubstrats befindlichen Elektroden freilagen. Dann wurde das Glassubstrat in einer UV-Ozon-Vorrichtung 10 Minuten lang gereinigt.
Es wurde eine Lösung zur Herstellung der Kanalbehandlungsschicht hergestellt, indem 10 ml Toluol mit 0,05 ml Phenethyltrichlorsilan versetzt und gerührt wurden, um sicherzustellen, dass eine homogene Lösung entsteht. Anschließend wurde die Lösung durch einen Filter (0,45 μm) auf einem Glassubstrat verteilt, um das Substrat vollständig zu bedecken, und das Ganze 2 Minuten lang stehen gelassen, so dass eine ausreichend dichte Kanalbehandlungsschicht auf der Glasoberfläche kondensierte.
Die Kanalbehandlungslösung wurde mittels 30-sekündigem Schleuderbeschichten mit 1000 UpM entfernt.
Das Substrat wurde mit dem Wirtslösungsmittel Toluol gespült, um die bei der Reaktion zum Aufbau der Kanalbehandlungsschicht entstandene HCl zu entfernen. Das Toluol wurde durch einen Filter (0,45 μm) verteilt und 5 Sekunden lang, auf dem Substrat belassen, bevor ein Schleuderbeschichtungszyklus begonnen wurde. Mittels eines 30-sekündigen Schleuderbeschichtungszyklus mit 1000 UpM wurde weiteres Toluol (10 ml) auf dem Substrat verteilt. Der Kanalbehandlungsschritt war in diesem Stadium abgeschlossen.
Die Halbleiterschicht wurde in Form eines Films aus Bis(triisopropylsilylethnyl)-Pentacen – (TIPS-Pentacen) mittels Schleuderbeschichten mit 1000 UpM aus einer Tetralinlösung mit 20 mg Feststoff pro 1 ml Lösungsmittel abgeschieden. Der Film wurde mittels Schleuderbeschichten aufgebracht und in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bei 100°C 5 Minuten lang getrocknet, um das Wirtslösungsmittel aus dem Film zu entfernen.
Die 250 nm dicke Nichtleiterschicht wurde ebenfalls mittels Schleuderbeschichten aus einer Lösung aufgebracht. Es wurde eine Lösung aus Teflon^® AF2400 von DuPont in einem perfluorierten Lösungsmittel wie dem von 3M unter dem Handelsnamen Fluorinert erhältlichen Lösungsmittel FC-75 (20 mg Feststoff pro 1 ml Lösungsmittel) verwendet, und das Schleuderbeschichten erfolgte mit 1000 UpM über 60 Sekunden. Anschließend wurde die Nichtleiterschicht bei 80°C 10 Minuten lang getrocknet.
Zur Fertigstellung der Vorrichtung wurde durch thermisches Verdampfen durch eine Schattenmaske eine Gate-Elektrode abgeschieden. Durch die Maske wurden 3 nm Chrom und anschließend 30 nm bis 50 nm Aluminium aufgedampft.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Dünnschichttransistorvorrichtung mit oben liegendem Gate wurde im Wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben mit dem UV-Ozon-Reinigungsschritt, jedoch ohne den Kanalbehandlungsschritt hergestellt.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Dünnschichttransistorvorrichtung mit oben liegendem Gate wurde im Wesentlichen wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt, schloss jedoch den zusätzlichen Schritt des Waschens des Substrats in Isopropanol vor dem Aufbringen der Halbleiterschicht ein.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
Die Vorrichtungen wurden unter Umgebungsbedingungen ohne Verkapselung getestet.
Die so hergestellten Vorrichtungen wurden auf ihre Sättigungsmobilität hin getestet; die Ergebnisse sind in 6 dargestellt.
Wie deutlich ersichtlich, zeigen die gemäß Vergleichsbeispiel 1 und insbesondere die gemäß Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Vorrichtungen weit auseinander liegende Mobilitätswerte. Es ist anzumerken, dass die Vorrichtungen mit einer kürzeren Kanallänge die geringste Mobilität aufwiesen.
Die gemäß Beispiel 1 hergestellten Vorrichtungen, die somit die selbstorganisierte nichtpolare Schicht enthalten, weisen ungeachtet der Kanallänge eine weitaus einheitlichere Mobilität auf.
Die Abhängigkeit der Mobilität von der Kanallänge ist auch in 7 veranschaulicht, die die Mobilitäten gegen die Kanallänge bei den gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen in Form einer Kurve darstellt.

Die gemäß Beispiel 1 hergestellten Vorrichtungen weisen eindeutig eine höhere durchschnittliche Mobilität und eine höhere maximale Mobilität bei allen Kanallängen sowie weniger weit auseinander liegende Werte auf, was sich, wie in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt, im Mobilitätsverhältnis in Vorrichtungen mit einer Kanallänge von 10 μm und 200 μm zeigt. Tabelle 1

	Durchschnittliche Mobilität			Maximale Mobilität
Beispiel	Mobilität @10 μm	Mobilität @200 μm	Verhältnis 200:10	Mobilität @10 μm	Mobilität @200 μm	Verhältnis 200:10
1	0,052	0,263	5,05	0,106	0,519	4,89
CE1	0,284	0,583	2,05	0,358	0,895	2,5

CE1 = Vergleichsbeispiel 1

Das Verhältnis von Anschaltstrom zu Abschaltstrom in einigen gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen ist in 8 dargestellt. Es ist eindeutig, dass bei Vorrichtungen mit der nichtpolaren Schicht im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne die Schicht, aber mit derselben Kanallänge dieses Verhältnis größer und der Swing geringer ist.
Beispiel 2
Es wurde ein Dünnschichttransistor mit oben liegendem Gate mit einer Kanalvorbehandlung und einer Elektrodenkontaktschicht hergestellt. Das Herstellungsverfahren entsprach dem in Beispiel 1 beschriebenen, schloss aber den Schritt der Erzeugung der Elektrodenkontaktschicht unmittelbar nach der Erzeugung der Kanalkontaktschicht ein.
Die Elektrodenkontaktschicht wurde durch Herstellung einer 10 mM Konzentration von Pentafluorbenzolthiol in Isopropanol und Aufbringen der Lösung auf die Source- und Drain-Elektroden mittels eines Filters (0,45 μm) erzeugt. Nach etwa 2 Minuten wurde die Lösung mit Hilfe einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung entfernt. Anschließend wurden die Elektroden in Isopropanol schleudergespült, um verbliebenes, nicht umgesetztes Thiol zu entfernen.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
Vergleichsbeispiel 3
Es wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, ein Dünnschichttransistor mit oben liegendem Gate mit einer entsprechend der Beschreibung erzeugten Elektrodenkotaktschicht, jedoch ohne die Kanalschicht, hergestellt.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
9 stellt die Sättigungsmobilität gegen die Kanallänge von gemäß Beispiel 1, 2 und 3 sowie Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen in Form einer Kurve dar.
Bei den gemäß Beispiel 2 hergestellten Vorrichtungen wird infolge des reduzierten Kontaktwiderstandes, wie in 11 dargestellt, bei allen Kanallängen eine einheitlich hohe Mobilität erzielt. Weiterhin wird, ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, postuliert, dass auch die verbesserte Kristallisation des Halbleiters an den Source- und Drain-Elektroden zu dem verbesserten Wirkungsgrad beitragen könnte.
10 stellt die Übertragungscharakteristiken von gemäß Beispiel 2 hergestellten Vorrichtungen, d. h. mit Kanal- und Elektrodenbehandlungen und einer Länge von 10 μm und 200 μm dar. Wie ersichtlich weisen beide Vorrichtungen einen geringen Abschaltstrom und einen hohen Anschaltstrom auf. Außerdem besitzen beide Vorrichtungen einen sehr niedrigen Subthreshold-Swing.
11 stellt den durchschnittlichen Kontaktwiderstand gegen die Gate-Vorspannung von gemäß Beispiel 1, 2 und 3 sowie Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Vorrichtungen in Form einer Kurve dar. Die Vorrichtung von Beispiel 3 mit der Kanalbereichschicht und der Elektrodenbehandlungsschicht wies den geringsten Kontaktwiderstand auf.
Beispiel 4
Es wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, ein Dünnschichttransistor mit oben liegendem Gate hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Elektrodenkontaktschicht vor der Kanalbereichschicht erzeugt wurde.
Nach diesem Verfahren wurden Transistoren mit einer Kanallänge von 10 μm, 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm und 200 μm hergestellt.
12 stellt die durchschnittlichen und Sättigungsmobilitäten gegen die Kanallänge bei gemäß Beispiel 2 und 4 hergestellten Vorrichtungen in Form von Kurven dar.
Zwar weisen die Vorrichtungen von Beispiel 4, bei denen die Elektrodenkontaktschicht vor der Kanalbereichschicht aufgebracht wird, verbesserte Eigenschaften gegenüber einfach mit UV und Ozon gereinigten Vorrichtungen sowie ähnliche Kontaktwiderstände wie die Vorrichtungen von Beispiel 2 auf. 12 zeigt jedoch, dass die Mobilität geringer ist. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, glaubt man, dass die Abnahme der Mobilität durch die fehlende Kristallkeimbildung aus den Elektroden hervorgerufen wird.
Zusammenfassung
Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrats mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und Abscheidung einer Halbleiterschicht in dem Kanal.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Sirringhaus et. al [Nature, Band 401, S. 685–688, 1999] [0011]
Wu et. al [Appl. Phys. Lett. Band 86, 142101, 2005] [0011]
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Rawcliffe et. al [Chem. Commun., 871–73, 2008] [0013]
Park et. al Appl. Phys. Lett., Band 91, 063514 (2007) [0014]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrats mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und Abscheidung einer Halbleiterschicht in dem Kanal.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Behandlung den Schritt der Erzeugung einer Schicht umfasst, die zumindest einen Teil und vorzugsweise den gesamten Kanalbereich bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Schicht im Wesentlichen die gesamte Substratoberfläche bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Schicht eine Polymerschicht umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Behandlung das Inkontaktbringen einer reaktiven Spezies mit zumindest einem Teil des Kanalbereichs zur Erzeugung einer selbstorganisierten Schicht, z. B. einer selbstorganisierten Monoschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die reaktive Spezies mit polaren Gruppen im Kanalbereich zu einem Rest mit mindestens einer nichtpolaren Gruppe, z. B. linearen, verzweigten oder zyklischen endständigen Alkyl- oder wahlweise substituierten Arylgruppen, d. h. Gruppen mit einer Affinität für das organische Halbleitermaterial reagiert.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die selbstorganisierte Schicht Reste mit folgender Struktur umfasst:
worin Ar eine Arylgruppe ist, L eine Linkergruppe oder eine Einfachbindung ist, X¹ eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X² und X³ unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem X² und X³ Bindungen mit der Oberfläche des Kanalbereichs darstellen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Linkergruppe L eine substituierte oder nicht substituierte gerade, verzweigte oder zyklische Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Reste eine oder mehrere der folgenden Strukturen aufweisen:
worin X¹ eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X² und X³, sofern vorhanden, unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem die reaktive Spezies durch Reaktion der reaktiven Spezies mit einer polaren Gruppe im Kanalbereich an den Kanalbereich gebunden ist, wobei die Reaktion eine Abgangsgruppe aus der reaktiven Spezies freisetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem die reaktive Spezies eine reaktive Gruppe umfasst, die bei Aktivierung ein freies Radikal erzeugt, wobei die reaktive Spezies durch. Reaktion der reaktiven Gruppe mit der Oberfläche des Kanalbereichs an den Kanalbereich gebunden ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das den Schritt der Behandlung der Source- und/oder Drain-Elektroden mit einer Verbindung zur Verringerung des Kontaktwiderstandes der Elektroden entweder vor oder nach der Behandlung des Kanalbereichs zur Erzeugung einer Elektrodenbehandlungsschicht umfasst, die zumindest einen Teil der Oberfläche der Source- und/oder Drain-Elektroden bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht eine Polymerschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Verbindung eine Verbindung umfasst, die sich chemisch an die Source- und Drain-Elektroden binden kann, so dass eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht entsteht.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Verbindung ein Thiol oder Disulfid umfasst und die Source- und Drain-Elektroden Gold, Silber, Kupfer oder Legierungen daraus umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit einem negativen Dipolmoment an der Oberfläche der Elektrode(n) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht halogenierte oder perhalogenierte Reste, z. B. fluorierte Reste umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit mindestens einer Elektronen aufnehmenden Gruppe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitro, Cyano und Alkoxy umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit einem positiven Dipolmoment an der Oberfläche der Elektrode(n), z. B. Alkanreste umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Elektrodenkontaktschicht Reste mit folgenden Strukturen umfasst:
worin Y eine Elektronen aufnehmende Gruppe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitro, Cyano, Alkoxy (vorzugsweise Methoxy) und einem Halogen, vorzugsweise Fluor darstellt und Z eine Bindung zwischen dem Schwefelatom und der Elektrodenoberfläche darstellt.
Transistor, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Transistor mit oben liegendem Gate mit einem Kanalbereich, der eine organische Schicht zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht umfasst.
Transistor nach Anspruch 22, bei dem die organische Schicht eine Schicht umfasst, die zumindest einen Teil und vorzugsweise den gesamten Kanalbereich bedeckt.
Transistor nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die organische Schicht eine Polymerschicht umfasst.
Transistor nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die organische Schicht eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht umfasst.
Transistor nach Anspruch 26, bei dem die selbstorganisierte Schicht Reste mit mindestens einer nichtpolaren Gruppe, z. B. linearen, verzweigten oder zyklischen endständigen Alkyl- oder wahlweise substituierten Arylgruppen, d. h. Gruppen mit einer Affinität für das organische Halbleitermaterial umfasst.
Transistor nach Anspruch 27, bei dem die selbstorganisierte Schicht Reste mit folgender Struktur umfasst:
worin Ar eine Arylgruppe ist, L eine Linkergruppe oder eine Einfachbindung ist, X1 eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X2 und X3 unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe.
Transistor nach Anspruch 28, bei dem X² und X³ Bindungen mit der Substratoberfläche darstellen.
Transistor nach Anspruch 28 oder 29, bei dem die Linkergruppe L eine substituierte oder nicht substituierte gerade, verzweigte oder zyklische Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen umfasst.
Transistor nach Anspruch 28 oder 29, bei dem die Reste eine oder mehrere der folgenden Strukturen umfassen:
worin X¹ eine Bindung mit der Substratoberfläche darstellt und X² und X³, sofern vorhanden, unabhängig voneinander eine Bindung mit der Substratoberfläche oder eine aus folgender Gruppe ausgewählte Substituentengruppe darstellen: einer wahlweise substituierten geraden, verzweigten oder zyklischen Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einer Arylgruppe.
Transistor nach einem der Ansprüche 23 bis 31 mit Source- und Drain-Elektroden, wobei eine oder beide Elektroden eine Elektrodenbehandlungsschicht zur Verringerung des Kontaktwiderstandes der Elektroden umfassen.
Transistor nach Anspruch 32, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht eine Polymerschicht umfasst
Transistor nach Anspruch 32, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht eine selbstorganisierte Schicht, z. B. eine selbstorganisierte Monoschicht umfasst.
Transistor nach einem der Ansprüche 32 bis 34, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit einem negativen Dipolmoment an der Oberfläche der Elektrode(n) umfasst.
Transistor nach Anspruch 34 oder 35, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht mittels einer Schwefelbrücke chemisch an die Source- und Drain-Elektroden gebunden ist und die Source- und Drain-Elektroden Gold, Silber, Kupfer oder Legierungen daraus umfassen.
Transistor nach Anspruch 35 oder 36, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht halogenierte oder perhalogenierte Reste, z. B. fluorierte Reste umfasst.
Transistor nach Anspruch 35 oder 36, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit mindestens einer Elektronen aufnehmenden Gruppe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitro, Cyano und Alkoxy umfasst.
Transistor nach einem der Ansprüche 32 bis 34, bei dem die Elektrodenbehandlungsschicht Reste mit einem positiven Dipolmoment an der Oberfläche der Elektrode(n), z. B. Alkanreste umfasst.
Transistor nach einem der Ansprüche 32 bis 38, bei dem die Elektrodenkontaktschicht Reste mit folgenden Strukturen umfasst:
worin Y eine Elektronen aufnehmende Gruppe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitro, Cyano, Alkoxy und einem Halogen, vorzugsweise Fluor darstellt und Z eine Bindung zwischen dem Schwefelatom und der Elektrodenoberfläche darstellt.
Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit oben liegendem Gate nach einem der Ansprüche 23 bis 40, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines Substrats mit Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Abscheidung einer organischen Schicht auf dem Substrat im Kanalbereich und Abscheidung einer Halbleiterschicht auf der organischen Schicht.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttransistors, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung von Source- und Drain-Elektroden, die einen dazwischen liegenden Kanalbereich definieren, Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche des Kanalbereichs zur Verringerung seiner Polarität und anschließende Behandlung zumindest eines Teils der Oberfläche der Source- und Drain-Elektroden zur Verringerung ihres Kontaktwiderstandes.