DE112010000849T5

DE112010000849T5 - Verfahren zum Bilden von Source- und Drain-Elektoden organischer Dünnfilmtransistoren durch stromloses Plattieren

Info

Publication number: DE112010000849T5
Application number: DE112010000849T
Authority: DE
Inventors: Jeremy Burroughes; Julian Carter; Gregory Whiting; Jonathan James Michael Halls; Karl Weber
Original assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Current assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2012-11-29
Also published as: JP2012516560A; KR20110122693A; GB2467357A; JP5770104B2; GB0901578D0; WO2010086594A1; US20120037907A1; CN102388476A; GB2467357B

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnfilmtransistors, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Source- und Drain-Elektrode auf einem Substrat unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung; Bilden einer die Austrittsarbain-Elektroden unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung; und Abscheiden eines organischen Halbleitermaterials in einem Kanalbereich zwischen der Source- und Drain-Elektrode unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung betreffen organische Dünnfilmtransistoren und Verfahren zur Herstellung derselben.
Hintergrund der Erfindung
Transistoren können in zwei Hauptformen unterteilt werden: Bipolar-Transistoren und Feldeffekt-Transistoren. Beide Formen teilen eine gemeinsame Struktur umfassend drei Elektroden, wobei zwischen diesen ein Halbleitermaterial in einem Kanalbereich angeordnet ist. Die drei Elektroden eines Bipolar-Transistors sind als Emitter, Kollektor und Basis bekannt, wohingegen die drei Elektroden in einem Feldeffekt-Transistor als Source, Drain und Gate bekannt sind. Bipolar-Transistoren können als strombetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor durch den Strom gesteuert wird, welcher zwischen der Basis und dem Emitter fließt. Im Gegensatz dazu können die Feldeffekt-Transistoren als spannungsbetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der Strom, welcher zwischen Source und Drain fließt, durch die Spannung zwischen dem Gate und der Source gesteuert wird.
Transistoren können auch als p-leitend und n-leitend klassifiziert werden, abhängig davon, ob sie ein Halbleitermaterial enthalten, welches positiv geladene Träger (Löcher) oder negativ geladene Träger (Elektronen) leitet. Das Halbleitermaterial kann gemäß seiner Fähigkeit, eine Ladung aufzunehmen, zu leiten und abzugeben ausgewählt werden. Die Fähigkeit des Halbleitermaterials Löcher oder Elektronen aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, kann durch das Dotieren des Materials gesteigert werden. Das Material, welches für die Source- und Drain-Elektroden verwendet wird, kann auch gemäß dessen Fähigkeit ausgewählt werden, Löcher oder Elektronen aufzunehmen und zu injizieren. Z. B. kann eine p-leitende Transistorvorrichtung gebildet werden, indem ein Halbleitermaterial ausgewählt wird, welches darin wirksam ist, Löcher aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, und durch das Auswählen eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, welches darin wirksam ist, Löcher in das Halbleitermaterial zu injizieren und Löcher aus diesem aufzunehmen. Ein gutes Energieniveau, welches das Fermi-Niveau der Elektroden an das HOMO-Niveau des Halbleitermaterials anpasst, kann die Lochinjektion und -aufnahme unterstützen. Im Gegensatz dazu kann eine n-leitende Transistorvorrichtung gebildet werden, indem ein Halbleitermaterial ausgewählt wird, welches darin wirksam ist, Elektronen aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, und durch das Auswählen eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, welches darin wirksam ist, Elektroden in das Halbleitermaterial zu injizieren und Elektronen aus diesem aufzunehmen. Ein gutes Energieniveau, welches das Fermi-Niveau der Elektroden an das LUMO-Niveau des Halbleitermaterials anpasst, kann die Elektrodeninjektion und -aufnahme unterstützen.
Transistoren können gebildet werden, indem die Bestandteile in dünnen Filmen abgeschieden werden, um Dünnfilmtransistoren zu bilden. Wenn ein organisches Material als das Halbleitermaterial in solch einer Vorrichtung verwendet wird, ist es als ein organischer Dünnfilmtransistor bekannt.
Verschiedene Anordnungen für organische Dünnfilmtransistoren sind bekannt. Eine solche Vorrichtung ist ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, welcher Source- und Drain-Elektroden umfasst, wobei ein Halbleitermaterial zwischen diesen in einem Kanalbereich angeordnet ist, eine Gate-Elektrode in der Nähe des Halbleitermaterials angeordnet ist und eine Schicht aus isolierendem Material zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleitermaterial in dem Kanalbereich angeordnet ist.
Ein Beispiel solch eines organischen Dünnfilmtransistors ist in 1 dargestellt. Die dargestellte Struktur kann auf einem Substrat (nicht dargestellt) abgeschieden sein und umfasst Source- und Drain-Elektroden 2, 4, welche voneinander beabstandet sind und wobei ein Kanalbereich 6 zwischen diesen angeordnet ist. Ein organischer Halbleiter (OSC) 8 ist in dem Kanalbereich 6 abgeschieden und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Eine Isolationsschicht 10 aus dielektrischem Material ist auf dem organischen Halbleiter 8 abgeschieden und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Schließlich ist eine Gate-Elektrode 12 auf der Isolationsschicht 10 abgeschieden. Die Gate-Elektrode 12 ist auf dem Kanalbereich 6 angeordnet und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken.
Die oben beschriebene Struktur ist als ein organischer Dünnfilmtransistor mit oberem Gate bekannt, da das Gate an einer oberen Seite der Vorrichtung angeordnet ist. Alternativ ist es auch bekannt, das Gate an einer unteren Seite der Vorrichtung bereitzustellen, um einen sogenannten organischen Dünnfilmtransistor mit unterem Gate zu bilden.
Ein Beispiel solch eines organischen Dünnfilmtransistors mit unterem Gate ist in 2 dargestellt. Um die Beziehung zwischen den Strukturen, welche in den 1 und 2 dargestellt sind, deutlicher zu zeigen, wurden gleiche Bezugszeichen für sich entsprechende Teile verwendet.
Die Struktur mit unterem Gate, welche in 2 dargestellt ist, umfasst eine Gate-Elektrode 12, welche auf einem Substrat 1 abgeschieden ist, wobei eine Isolationsschicht 10 aus dielektrischem Material darüber abgeschieden ist. Source- und Drain-Elektroden 2, 4 sind auf der Isolationsschicht 10 aus dielektrischem Material abgeschieden. Die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 sind voneinander beabstandet, wobei ein Kanalbereich 6 zwischen diesen über der Gate-Elektrode angeordnet ist. Ein organischer Halbleiter (OSC) 8 ist in dem Kanalbereich 6 angeordnet und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken.
Eine der Herausforderungen bei allen organischen Dünnfilmtransistoren ist es, einen guten ohmschen Kontakt zwischen den Source- und Drain-Elektroden und dem organischen Halbleiter (OSC) sicherzustellen. Dies wird gefordert, um den Kontaktwiderstand zu minimieren, wenn der Dünnfilmtransistor angeschaltet wird. Eine typische Annäherung, die Extraktions- und Injektionsbarrieren für eine p-Kanalvorrichtung zu minimieren, ist es, ein Material für die Source- und Drain-Elektroden auszuwählen, welches eine Austrittsarbeit (work function) aufweist, die an das HOMO-Niveau des OSC's gut angepasst ist. Zum Beispiel besitzen viele übliche OSC-Materialien ein gutes HOMO-Niveau, welches der Austrittsarbeit von Gold angepasst ist, weshalb Gold ein relativ gutes Material für die Verwendung als Source- und Drain-Elektrodenmaterial darstellt. Ähnlich ist es für eine n-Kanalvorrichtung eine typische Annäherung zur Minimierung der Extraktions- und Injektionsbarrieren ein Material für die Source- und Drain-Elektroden auszuwählen, welches eine gute Austrittsarbeit aufweist, die gut an das LUMO-Niveau des OSC's angepasst ist.
Ein Problem bei der zuvor genannten Anordnung ist, dass eine relativ kleine Anzahl von Materialien eine gute Austrittsarbeit aufweist, welche eine gute Energieniveau-Anpassung an das HOMO/LUMO des OSC's aufweist. Viele dieser Materialien, wie Gold, können teuer und/oder schwierig abzuscheiden sein, um die Source- und Drain-Elektroden zu bilden. Abscheidungs- oder Sputterverfahren werden im Allgemeinen für solche Materialien verwendet, welche komplizierte Geräte erfordern, wie Vakuumgeräte. Des Weiteren kann, auch wenn ein geeignetes Material erhältlich bzw. vorhanden ist, dieses nicht perfekt zu einem gewünschten OSC passen, und eine Änderung des OSC's kann eine Änderung des Materials erfordern, welches für die Source- und Drain-Elektroden verwendet wird.
Statt der Verwendung einer Dampfabscheidung oder eines Sputterverfahrens zur Abscheidung von Source-, Drain- oder Gate-Elektroden bei einem organischen Dünnfilmtransistor schlägt die WO 2005/079126 ein Verfahren zur Lösungsverarbeitung vor, insbesondere ein stromloses Plattierungsverfahren. Während die WO 2005/079126 andeutet, dass dieses Verfahren für jede der Source-, Drain- oder Gate-Elektroden verwendet werden kann, wird in dem Beispiel, welches in der WO 2005/079126 beschrieben wird, das stromlose Plattierungsverfahren nur für die Gate-Elektrode verwendet, während beschrieben ist, dass die Source und der Drain ein leitfähiges Polymer oder ein metallisches Material umfassen, welches durch ein Verfahren zur Lösungsverarbeitung abgeschieden wird, wie Aufschleudern, Tauchen, Schneideverfahren, Slot-Die oder Sprühbeschichtung, Tintenstrahl, Tiefdruck, Offset- oder Siebdrucken oder durch Verdampfungsverfahren oder photolithografische Verfahren.
Der vorliegende Anmelder hat herausgefunden, dass Verfahren zur Lösungsverarbeitung, einschließlich stromloses Drucken, wie auch die unmittelbar oben aufgeführten Beschichtungs- und Druckverfahren nicht zu Source- und Drain-Elektroden führen, welche einen guten ohmschen Kontakt mit dem darüberliegenden organischen Halbleiter (OSC) aufweisen.
Die EP 1508924 beschreibt auch die Verwendung eines stromlosen Plattierungsverfahrens zur Bildung von Source- und Drain-Elektroden eines organischen Dünnfilmtransistors und löst das zuvor genannte Problem des schlechten ohmschen Kontakts, indem eine Oxidschicht über den Source- und Drain-Elektroden gebildet wird. Zwei Ausführungsformen sind zur Bildung der Oxidschicht beschrieben. In einer ersten Ausführungsform wird die Oxidschicht durch Laserablation, Sputtern, chemische Dampfabscheidung oder Dampfabscheidung abgeschieden. In einer zweiten Ausführungsform wird die Oxidschicht durch Oxidieren der Oberfläche von Source und Drain unter Verwendung einer Sauerstoffplasmabehandlung, thermischen Oxidation oder anodischen Oxidation gebildet. Während diese Verfahren den ohmschen Kontakt zwischen den Source- und Drain-Elektroden und dem organischen Halbleiter verbessern können, können sie zu dem Problem führen, dass diese Verfahren im Allgemeinen komplizierte Geräte, wie Vakuumgeräte, benötigen.
Die WO 01/01502 löst das Problem des schlechten ohmschen Kontakts zwischen den Source- und Drain-Elektroden und dem organischen Halbleiter eines organischen Dünnfilmtransistors, indem ein Ladungstransportmaterial bereitgestellt wird, welches eine sich selbst aufbauende Schicht über den Source- und Drain-Elektroden bildet. Keine Details sind bezüglich der Verfahren angeführt, welche verwendet werden, um die verschiedenen Bestandteile des organischen Dünnfilmtransistors abzuscheiden. Unter der Voraussetzung, dass Standardgoldelektroden und ein organischer Pentacen-Halbleiter in der WO 01/01502 beschrieben sind, kann angenommen werden, dass Standardvakuumabscheidungsverfahren für alle Bestandteile verwendet werden.
Die US 2005/133782 löst das Problem des schlechten ohmschen Kontakts zwischen den Source- und Drain-Elektroden und dem organischen Halbleiter eines organischen Dünnfilmtransistors, indem Source/Drain-Palladiummetall durch thermische Verdampfung, Elektrodenstrahlverdampfung oder Sputtern abgeschieden wird und anschließend das Source/Drain-Palladiummetall unter Verwendung eines Benzo-Nitrils oder substituierter Bento-Nitrile, wie Tetracyanochinodimethan (TCNQ), dotiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegende Anmelder hat realisiert, dass keine der Anordnungen des Standes der Technik ein Verfahren oder eine Vorrichtung bereitstellen, welche die Anforderungen eines leichten, schnellen und billigen Herstellungsverfahrens kombiniert, das keine komplizierten Herstellungsgeräte benötigt und welches zu einer Vorrichtung mit guten funktionellen Eigenschaften führt. Demzufolge ist es ein Ziel der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, solch eine Kombination vorteilhafter Merkmale bereitzustellen und insbesondere Herstellungsverfahren für einen organischen Dünnfilmtransistor bereitzustellen, welche einfach, schnell und billig sind, keine komplizierten Herstellungsgeräte benötigen und welche zu einer Vorrichtung mit guten funktionellen Eigenschaften führen.
Im Lichte des Obigen und gemäß eines ersten Gegenstandes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnfilmtransistors bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Source- und Drain-Elektrode auf einem Substrat unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung; Bilden einer die Austrittarbeit modifizierenden Schicht auf den Source- und Drain-Elektroden unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung; und Abscheiden eines organischen Halbleitermaterials in einem Kanalbereich zwischen der Source- und Drain-Elektrode unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung.
Der vorliegende Anmelder hat herausgefunden, dass es das vorgenannte Verfahren ermöglicht, einen vollständig als Losung verarbeiteten organischen Dünnfilmtransistor herzustellen, welcher gute funktionelle Eigenschaften aufweist. Während man nicht an eine Theorie gebunden sein möchte, die postuliert, dass die Verarbeitung der Source- und Drain-Elektroden als Lösung Source- und Drain-Elektroden erzeugt, welche eine große Oberfläche im mikroskopischen Level aufweisen, auf welchen unter Verwendung eines weiteren Verfahrens zur Lösungsverarbeitung eine größere Menge an die Austrittsarbeit modifizierendem Material haften kann, im Vergleich mit z. B. Dampfabscheidung oder Sputtern der Source- und Drain-Elektroden und/oder der die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht. Da eine größere Kontaktoberfläche in einem mikroskopischen Level für die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht erzielt wird, kann, wenn ein organischer Halbleiter auf dieser durch Verarbeitung als Lösung hergestellt wird, ein besserer Ladungsübergang zwischen der die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht und dem organischen Halbleiter erzielt werden, z. B. durch ein höheres Maß an Dotierung des organischen Halbleiters um die Source- und Drain-Elektrodenoberflächen herum.
Gleichzeitig scheint die Verwendung der Verfahren zur Lösungsverarbeitung für alle Source- und Drain-Elektroden, die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht und den OSC zu koherenten Schichten zu führen, wobei jede Schicht die darunterliegende Schicht ohne Lücken oder Löcher vollständig bedeckt. Ein mögliches Problem bei der Verwendung von Dampfabscheidung oder Oxidationsverfahren für eine oder mehrere der Schichten ist, dass die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht die Elektrodenoberflächen nicht vollständig bedeckt und dass Löcher oder Lücken existieren, durch die der organische Halbleiter direkt Source und Drain kontaktiert, was zu einer Verschlechterung der Leistung der Vorrichtung führt. Wenn z. B. eine die Austrittsarbeit modifizierende Schicht durch Dampfabscheidung auf einer Source- und Drain-Elektrode mit großer Oberfläche, gebildet durch ein Verfahren zur Lösungsverarbeitung, abgeschieden wird, bleibt auf einem mikroskopischen Level ein Teil der Oberfläche der Source- und Drain-Elektrode unbedeckt zurück. Wenn des Weiteren ein Verfahren mit hoher Energie verwendet wird, um den organischen Halbleiter abzuscheiden, kann dieses die darunter liegende die Austrittsarbeit modifizierende Schicht beschädigen, wodurch wiederum Source und Drain für einen direkten Kontakt mit dem organischen Halbleiter in einer Vielzahl von mikroskopischen Bereichen freigelegt werden. Unter Verwendung von sanften Verfahren zur Lösungsverarbeitung mit niedriger Energie für alle Schichten werden Schichten mit großer Oberfläche mit weniger Defekten erzeugt, was zu guten funktionellen Eigenschaften in der resultierenden Vorrichtung führt. Des Weiteren werden diese vorteilhaften Vorrichtungsmerkmale erzielt, ohne dass komplizierte Dampfabscheidungsgeräte oder dergleichen bei dem Herstellungsverfahren benötigt werden.
Verschiedene Verfahren zur Lösungsverarbeitung können für jede der Schichten verwendet werden, einschließlich von Verfahren gewählt aus stromlosem Plattieren, Elektroplattieren, Aufschleudern, Tauchen, Blade- bzw. Rackel-Beschichten, Stab- bzw. Stabrackel-Beschichten, Schlitzdüsen- oder Sprühbeschichten, und Tintenstrahldruck, Tiefdruck, Offsetdruck oder Siebdruck.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird stromloses Plattieren zur Bildung der Source- und Drain-Elektroden verwendet. Dies ist ein billiges und relativ schnelles Verfahren, um die Source- und Drain-Elektroden zu bilden. Verschiedene stromlose Plattierungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt, von denen jedes verwendet werden kann. Im Allgemeinen umfassen sie das Bilden einer strukturierten Keimschicht auf dem Substrat und Behandeln der strukturierten Keimschicht mit einer Lösung für das stromlose Plattieren enthaltend ein Metall, welches auf der strukturierten Keimschicht abgeschieden wird.
Die strukturierte Keimschicht kann durch Abscheiden eines Vorläufers/Katalysators auf dem Substrat und anschließendes Strukturieren ge bildet werden. Alternativ können der Vorläufer/Katalysator unter Verwendung eines direkten Strukturierungsverfahrens, wie Tintenstrahldruck oder eines anderen direkten Druckverfahrens, wie Siebdruck, Flexodruck, Tiefdruck oder dergleichen abgeschieden werden. Es ist bevorzugt, dass keine der Keimschichten, wenigstens in den aktiven Bereichen der Vorrichtung, nach dem stromlosen Plattieren freiliegt. Das heißt, nach der Strukturierung ist es bevorzugt, dass kein Material der Keimschicht zwischen der Struktur vorhanden ist, so dass nach dem Plattieren die ganze Keimschicht unter den Elektroden angeordnet ist. Wenn ein Teil der Keimschicht nach dem Plattieren außerhalb der Elektroden verbleibt, z. B. in dem Kanalbereich zwischen Source und Drain, kann dies die funktionellen Eigenschaften der resultierenden Vorrichtung negativ beeinflussen, welche gegenüber Materialien, die um die Oberfläche der Elektroden und zwischen den Elektroden in dem Kanalbereich der Vorrichtung angeordnet sind, sehr empfindlich ist.
Verschiedene Metalle können durch stromloses Plattieren abgeschieden werden, einschließlich Kupfer, Nickel, Platin, Palladium, Kobalt und Gold. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Kupfer für die Source- und Drain-Elektroden verwendet, da es billig ist und unter Verwendung des stromlosen Plattierungsverfahrens leicht abzuscheiden ist. Obwohl der vorliegende Anmelder herausgefunden hat, dass stromlos plattiertes Kupfer einen schlechten ohmschen Kontakt mit dem organischen Halbleiter bildet, wenn es alleine verwendet wird, kann eine gute Leistung erzielt werden, wenn es zusammen mit einem als Lösung verarbeiteten die Austrittsarbeit modifizierenden Mittel verwendet wird. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass Kupfer Komplexe mit als Lösung verarbeitbaren die Austrittsarbeit modifizierenden Mitteln bildet, welche das selektive Binden der die Austrittsarbeit modifizierenden Mitteln an die Source- und Drain-Elektroden während der Verarbeitung der die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht als Lösung ermöglicht.
Vorzugsweise werden die Source- und Drain-Elektroden vor dem Bilden der die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht gereinigt. Verdünnte Säuren, wie verdünntes HCl, haben sich als besonders wirksam zur Reinigung stromlos plattierter Metalle, wie Kupfer, erwiesen, so dass eine vollständige die Austrittsarbeit modifizierende Schicht mit sehr wenig mikroskopischen Defekten oder Löchern darauf gebildet wird.
Die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht kann jedes als Lösung verarbeitbare Material umfassen, welches den ohmschen Kontakt mit einem darüberliegenden organischen Halbleiter verbessert.
In einer Anordnung ist die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht eine weitere metallische Schicht. Diese kann durch stromloses Plattieren oder Elektroplattieren abgeschieden werden. Z. B. kann der Großteil der Source- und Drain-Elektroden durch stromloses Plattieren eines relativ billigen, stark leitfähigen Materials, wie Kupfer, gebildet werden, und anschließend kann eine Oberflächenschicht aus einem Metall, welches einen besseren ohmschen Kontakt mit dem OSC-Material bildet, wie Gold oder Palladium, darauf abgeschieden werden.
In einer anderen Anordnung wird die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht durch ein organisches Dotiermittel zum chemischen Dotieren des organischen Halbleitermaterials durch Aufnehmen oder Abgeben von Ladung gebildet.
Das Dotiermittel kann elektronenannehmend sein, um Elektronen aus dem organischen Halbleitermaterial aufzunehmen, wodurch das organische Halbleitermaterial p-dotiert wird. Vorzugsweise weist ein p-Dotiermittel ein LUMO-Niveau von weniger als –4,3 eV auf, um die Elektronen leicht aufzunehmen. Das organische Halbleitermaterial zur Verwendung mit einem p-Dotiermittel kann ein HOMO-Niveau von –5,5 eV oder mehr aufweisen, um Elektronen abzugeben. Besonders bevorzugt weist das Dotiermittel für p-leitende Kanalvorrichtungen ein LUMO-Niveau von weniger als –4,3 eV auf und das organische Halbleitermaterial weist ein HOMO-Level von –5,5 eV oder mehr auf.
Um ein Missverständnis in Bezug auf diese negativen Werte zu vermeiden, umfasst der Bereich „–5,5 eV oder größer” –5,4 eV und schließt –5,6 eV aus, und der Bereich „geringer als –4,3 eV” schließt –4,4 eV ein und schließt –4,2 eV aus.
Man hat herausgefunden, dass die Kombination eines organischen Halbleitermaterials mit einer HOMO-Niveau von –5,5 eV und einem Dotiermittel mit einem LUMO-Niveau von weniger als –4,3 eV zu einer leitfähigen Zusammensetzung in den Bereichen der Source und Drain-Kontakte führt. Während man nicht an eine Theorie gebunden werden möchte, wird ausgeführt, dass ein organisches Halbleitermaterial mit einem HOMO-Niveau von –5,5 eV oder mehr ausgezeichnete Lochtransport- und -injektionseigenschaften bereitstellt, während das Dotiermittel mit einem LUMO-Niveau von weniger als –4,3 eV leicht die Elektronen aus solch einem organischen Halbleitermaterial aufnimmt, um freie Löcher in dem organischen Halbleitermaterial zu erzeugen.
In dem Fall eines p-Dotiermittels ist das HOMO-Niveau des organischen Halbleitermaterials vorzugsweise höher (d. h. weniger negativ) als das LUMO-Niveau des Dotiermittels. Dies stellt einen besseren Elektronentransfer von dem HOMO-Niveau des organischen Halbleitermaterials zu dem LUMO-Niveau des Dotiermittels zur Verfügung. Die Ladungsübertragung wird jedoch weiterhin beobachtet, wenn das HOMO-Niveau des organischen Halbleitermaterials nur etwas niedriger als das LUMO-Niveau des Dotiermittels ist.
Vorzugsweise weist das organische Halbleitermaterial für eine p-leitende Einrichtung ein HOMO-Niveau in dem Bereich von 4,6 bis 5,5 eV auf. Dies ermöglicht eine gute Lochinjektion und Transport von den Elektroden und durch das organische Halbleitermaterial.
Vorzugsweise ist das Dotiermittel ein ladungsneutrales Dotiermittel, besonders bevorzugt gegebenenfalls substituiertes Tetracyanochinodimethan (TCNQ), eher als eine ionische Art, wie Protonsäuredotiermittel. Die Bereitstellung einer hohen Konzentration von Säure in der Nähe der Elektroden kann zu einem Ätzen der Elektroden führen, wobei das Elektrodenmaterial freigegeben wird, wodurch das darüberliegende organische Halbleitermaterial zerstört werden kann. Des Weiteren kann die Säure mit dem organischen Halbleitermaterial reagieren, was zu einer Ladungstrennung führt, was für die Leistung der Vorrichtung schädlich ist. Als solches ist ein ladungsneutrales Dotiermittel, wie TCNQ, bevorzugt.
Vorzugsweise ist das gegebenenfalls substituierte TCNQ ein fluoriniertes Derivat, z. B. Tetrafluoro-Tetracyanochinodimethan (F4-TCNQ). Man hat herausgefunden, dass dieses Derivat besonders gut im Hinblick auf das Aufnehmen von Elektronen ist.
Die Leitfähigkeit des organischen Halbleiters liegt vorzugsweise in dem Bereich von 10^–8 S/cm bis 10^–2 S/cm in der Nähe der Elektroden. Die Leitfähigkeit der Zusammensetzung kann jedoch leicht durch Verändern der Konzentration des Dotiermittels oder durch Verwendung eines anderen organischen Halbleitermaterials und/oder Dotiermittels verändert werden, gemäß dem bestimmten Leitfähigkeitswert, welcher für eine bestimmte Verwendung gewünscht wird.
Als eine Alternative zu den oben beschriebenen p-leitenden Kanalvorrichtungen kann das Dotiermittel Elektronen abgeben, um dem organischen Halbleitermaterial Elektroden zu geben, wodurch das organische Halbleitermaterial n-dotiert wird.
Das organische Dotiermittel kann ein Dotiermittelteil umfassen, um ein organisches Halbleitermaterial chemisch zu dotieren durch Aufnehmen oder Abgeben von Ladung und einem separaten Attachment-Teil (attachment moiety) verbunden mit dem Dotiermittelteil, um selektiv an die Source- und Drain-Elektroden gebunden zu werden. Der Attachment-Teil kann eine Abgangsgruppe umfassen, so dass der Bindungsteil mit dem Material von Source und Drain reagiert, um eine Bindung mit diesen zu formen, wenn die Gruppe abgeht. Zum Beispiel kann der Attachment-Teil wenigstens eine Silylgruppe, eine Thiolgruppe, eine Amingruppe und eine Phosphatgruppe umfassen.
Eine Abstandsgruppe kann zwischen dem Attachment-Teil und dem Dotiermittelteil bereitgestellt sein. Die Abstandsgruppen können verwendet werden, um die Dotiermittelteile besser innerhalb des OSC anzuordnen, wodurch ein besseres Dotieren erzielt wird. Des Weiteren können die Abstandsgruppen etwas Flexibilität in der Oberfläche bereitstellen, auf welche der OSC abgeschieden werden soll, was zu einer besseren Filmbildung des OSC darauf führt. Die Abstandsgruppe kann eine Alkylenkette sein, z. B. eine C₁-C₂₀ Alkylenkette. Die Abstandsgruppen können unterschiedliche Längen aufweisen, um so einen Konzentrationsgradienten des Dotiermittelteils zu bilden, welcher in Richtung der Source- und Drainelektroden zunimmt.
Das organische Dotiermittel kann eine dünne, selbst aufbauende Schicht formen, wie eine selbst aufbauende Monoschicht (SAM), z. B. ein Thiol, wie Pentafluorophenylthiol.
Das organische Halbleitermaterial kann ein als Lösung verarbeitbares Polymer, Dendrimer oder kleines Molekül sein.
Für eine Vorrichtung mit unterem Gate kann ein organisches dielektrisches Material eingesetzt werden, um einen großen Unterschied in den chemischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht und der Source- und Drain-Elektroden bereitzustellen, so dass das selektive Binden des Bindungsteils an die Source- und Drain-Elektroden unterstützt wird.
Ähnlich kann bei einer Vorrichtung mit oberem Gate ein organisches Substrat eingesetzt werden, um einen grollen Unterschied der chemischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht und der Source- und Drain-Elektroden bereitzustellen, so dass das selektive Binden des Attachment-Teils an die Source- und Drain-Elektroden unterstützt wird.
In einer anderen Anordnung kann die dielektrische Schicht oder das Substrat behandelt werden, um das selektive Binden des Attachment-Teils an die Source- und Drain-Elektroden zu steigern, im Gegensatz zu der dielektrischen Schicht oder dem Substrat.
Vorzugsweise wird die dielektrische Schicht durch eines der zuvor genannten Verfahren zur Lösungsverarbeitung abgeschieden. Des Weiteren kann das Gate-Dielektrikum auch unter Verwendung einer der zuvor genannten Verfahren zur Lösungsverarbeitung abgeschieden werden. Demzufolge ist es möglich, einen vollständig als Lösung verarbeiteten Dünnfilmtransistor mit guten funktionellen Eigenschaften zu bilden, Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein organischer Dünnfilmtransistor bereitgestellt, gebildet gemäß der zuvor beschriebenen Verfahren. Der organische Dünnfilmtransistor umfasst: eine als Lösung verarbeitete Source- und Drain-Elektrode; ein als Lösung verarbeitetes, die Austrittsarbeit modifizierendes Material, abgeschieden auf der Source- und Drain-Elektrode; und ein als Lösung verarbeitetes organisches Halbleitermaterial abgeschieden zwischen den Source- und Drain-Elektroden in einem Kanalbereich. Wenn die Source- und Drain-Elektroden unter Verwendung des bevorzugten stromlosen Plattierungsverfahrens abgeschieden werden, umfassen sie das in dem Elektrodenmetall abgeschiedene Keimmaterial.
Zusammenfassung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine bekannte organische Dünnfilmtransistoranordnung mit oberem Gate darstellt;
2 eine bekannte organische Dünnfilmtransistoranordnung mit unterem Gate darstellt;
3 einen organischen Dünnfilmtransistor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein stromloses Plattierverfahren darstellt;
5 die Verfahrensschritte darstellt, welche bei dem Former eines organischen Dünnfilmtransistors gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform durchgeführt werden;
6 einen Pixel darstellt, umfassend einen organischen Dünnfilmtransistor und eine benachbarte organische, lichtemittierende Einrichtung, hergestellt auf einem gemeinsamen Substrat; und
7 einen Pixel darstellt, umfassend einen organischen Dünnfilmtransistor, hergestellt in einer gestapelten Beziehung mit einer organischen lichtemittierenden Einrichtung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
3 zeigt einen Dünnfilmtransistor mit oberem Gate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat, auf welchem Source- und Drain-Elektroden 2, 4 voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Kanalbereich 6 zwischen diesen angeordnet ist. Ein organischer Halbleiter (OSC) 8 ist in dem Kanalbereich 6 angeordnet und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Eine Isolationsschicht 10 aus dielektrischem Material ist auf dem organischen Halbleiter 8 abgeschieden und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Schließlich ist eine Gate-Elektrode 12 auf der Isolationsschicht 10 abgeschieden. Die Gate-Elektrode 12 ist auf dem Kanalbereich 6 angeordnet und kann sich wenigstens teilweise über die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken.
Die Struktur ist der Anordnung des Standes der Technik, welche in 1 dargestellt ist, ähnlich und zur Klarheit wurden gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet. Ein Schlüsselunterschied der Anordnung, welche in 3 dargestellt ist, ist, dass die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 auf einer die Austrittsarbeit modifizierende Schicht 14 abgeschieden wurden. Ein weiterer Unterschied ist, dass alle Source- und Drain-Elektroden 2, 4, die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht 14 und der organische Halbleiter als Lösung verarbeitet wurden. Dies kann durch eine mikroskopische Analyse der Schichten sichergestellt werden. Zum Beispiel in dem Fall, dass die Source- und Drain-Elektroden durch das bevorzugte stromlose Plattierungsverfahren abgeschieden wurden, umfassen sie das Keimmaterial 16, das in den Elektroden angeordnet ist.
Ein Verfahren zum Bilden einer strukturierten Keimschicht für das stromlose Plattieren der Source- und Drain-Elektroden ist in 4 dargestellt. Eine Mischung aus Katalysator für das stromlose Plattieren und löslichem Bestandteil 14 wird z. B. durch Aufschleudern (sein coating) auf ein Substrat 41 abgeschieden. Die abgeschiedene Mischung wird selektiv unter Verwendung von z. B. einer Maske 42, wie in Schritt 1 dargestellt, mit UV-Strahlen belichtet, anschließend entwickelt und der lösliche Bestandteil wird entfernt, um die strukturierte Keimschicht 44 zu erhalten, wie in Schritt 2 dargestellt. Das Substrat mit der strukturierten Keimschicht kann anschließend in einen Behälter mit der Lösung für stromloses Plattieren eingeführt werden, so dass das Metall aus der Lösung auf der strukturierten Keimschicht wächst, um die Elektroden 46 zu bilden, in welchen das Keimmaterial angeordnet ist.
Nach dem stromlosen Plattieren zur Bildung der Source- und Drain-Elektroden, werden die restlichen Schichten des OTFT hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung des OTFT ist in 5 dargestellt.
In Schritt 1 werden die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 auf einem Substrat 1 unter Verwendung einer strukturierten Keimschicht 16 gebildet, wie zuvor beschrieben. Das Substrat wird vorzugsweise mit verdünntem HCl gereinigt, um jede natürliche Oxidschicht zu entfernen. In Schritt 2 wird eine F4TCNQ-Schicht 14 aus einer Ortho-Chlorobenzollösung aufgebracht und die Lösung wird anschließend abgespült. Das F4TCNQ 14 komplexiert mit den Source- und Drain-Elektroden 2, 4. In Schritt 3 wird der OSC 8 durch Schleuderbeschichten aufgebracht und getrocknet. In Schritt 4 wird das Dielektrikum 10 aufgeschleudert und getrocknet. Schließlich wird in Schritt 5 eine Gate-Elektrode 12 gebildet.
Dieses Verfahren ist auch für Vorrichtungen mit unterem Gate geeignet. In diesem Fall wird zunächst die Gate-Elektrode abgeschieden und mit einem Gate-Dielektrikum bedeckt. Die Source- und Drain-Elektroden werden anschließend darüber abgeschieden und mit einer die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht bedeckt. Schließlich wird der OSC abgeschieden.
Eine Behandlung kann in spezifischen Bereichen durchgeführt werden, um eine Haftung des die Austrittsarbeit modifizierenden Materials zu verhindern. Dies kann notwendig sein, um das Haften in dem Kanalbereich zu verhindern, wenn dies selektiv nicht direkt erzielt werden kann.
Wenn das Source-Drain-Metall freiliegen muss (z. B. für elektrische Verbindung mit einer nachfolgenden leitenden Schicht), kann die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht entfernt werden (z. B. durch direktes Fotostrukturieren einer fotoreaktiven gebundenen Gruppe, Laserablation etc.) oder ein vorheriges Oberflächenstrukturieren kann notwendig sein, um zu definieren, wo die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht notwendig ist. Alternativ kann, wenn die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht dünn und leitend genug ist, diese in situ gelassen werden, ohne die Bildung einer Verbindungsleitung zu verhindern.
Andere Merkmale organischer Filmtransistoren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
Substrat
Das Substrat kann starr oder flexibel sein. Starre Substrate werden gewählt aus Glas oder Silizium und flexible Substrate können dünnes Glas oder Kunststoff enthalten, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenenaphthalat (PEN), Polycarbonat und Polyimid.
Das organische Halbleitermaterial kann als Lösung verarbeitbar sein durch die Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels. Beispielhafte Lösungsmittel umfassen Mono- oder Polyalkylbenzole, wie Toluol und Xylol; Tetralin und Chloroform. Bevorzugte Abscheidungsverfahren als Lösung umfassen Aufschleudern und Tintenstrahldruck. Andere Abscheidungsverfahren aus der Lösung umfassen Tauchen, Rolldruck und Siebdruck.
Organische Halbleitermaterialien
Bevorzugte organische Halbleitermaterialien umfassen kleine Moleküle, wie gegebenenfalls substituiertes Pentazen; gegebenenfalls substituierte Polymere, wie Polyarylene, insbesondere Polyfluorene and Polythiophene; und Oligomere. Mischung aus Materialien, einschließlich Mischungen aus unterschiedlichen Materialarten (z. B. eine Mischung eines Polymers und eines kleinen Moleküls) können verwendet werden.
Source- und Drain-Elektroden
Die Source- und Drain-Elektroden umfassen als Lösung verarbeitbare Materialien, welche in der Form eines Metalls oder eines leitfähigen Polymers vorhanden sein können. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Source- und Drain-Elektroden durch stromloses Plattieren eines Metalls gebildet.
Die Source- und Drain-Elektroden werden vorzugsweise zur Vereinfachung der Herstellung aus dem gleichen Material gebildet. Es lässt sich jedoch leicht nachvollziehen, dass die Source- und Drain-Elektroden aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichen Dicken hergestellt werden können, zur Optimierung der Ladungsinjektion und -extraktion.
Die Länge des Kanals, welcher zwischen den Source- und Drain-Elektroden definiert wird, kann bis zu 500 μm betragen, vorzugsweise beträgt die Länge jedoch weniger als 200 μm, noch bevorzugter weniger als 100 μm, besonders bevorzugt weniger als 20 μm.
Gate-Elektrode
Die Gate-Elektrode 4 kann aus einem breiten Bereich leitfähiger Materialien ausgewählt werden, z. B. einem Metall (z. B. Gold) oder einer Metallverbindung (Indiumzinnoxid). Alternativ können leitfähige Polymere als die Gate-Elektrode 4 abgeschieden werden. Solche leitfähigen Polymere können unter Verwendung von z. B. Aufschleuder- oder Tintenstrahldruckverfahren und anderen Verfahren zur Abscheidung als Lösung, welche oben diskutiert wurden, als Lösung abgeschieden werden.
Die Dicke der Gate-Elektrode, der Source- und Drain-Elektroden kann in dem Bereich von 5 bis 200 nm liegen, obwohl z. B. typischerweise 50 nm durch ein Atomkraftmikroskop (AFM) gemessen wird.
Isolationsschicht
Die Isolationsschicht umfasst ein dielektrisches Material gewählt aus Isolationsmaterialien mit einem hohen Widerstand. Die dielektrische Konstante k des Dielektrikums liegt typischerweise um 2 bis 3, obwohl Materialien mit einem hohen k-Wert wünschenswert sind, da die Kapazität, welche für ein OTFT erzielbar ist, zu k direkt proportional ist, und der Drainstrom I_D zu der Kapazität direkt proportional ist. Um daher hohe Drainströme mit niedrigen Betriebsspannungen zu erzielen, sind OTFT's mit dünnen dielektrischen Schichten in dem Kanalbereich bevorzugt.
Das dielektrische Material kann organisch oder anorganisch sein. Bevorzugte anorganische Materialien umfassen SiO₂, SiN_x und Spin-On-Glas (SOG). Bevorzugte organische Materialien sind im Allgemeinen Polymere und umfassen isolierende Polymere, wie Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Acrylate, wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und Benzocyclobutane (BCBs), erhältlich von Dow Corning. Die Isolationsschicht kann aus einer Mischung aus Materialien gebildet werden und eine Mehrschichtstruktur aufweisen.
Das dielektrische Material kann durch thermische Verdampfung, Vakuumverarbeitung oder Laminationsverfahren abgeschieden werden, welche im Stand der Technik bekannt sind. Alternativ kann das dielektrische Material als Lösung unter Verwendung von z. B. Aufschleuderbeschichtung oder Tintenstrahldruckverfahren und den anderen oben diskutierten Verfahren zur Abscheidung als Lösung abgeschieden werden.
Wenn das dielektrische Material als Lösung auf dem organischen Halbleiter abgeschieden wird, sollte es nicht zu einer Auflösung des organischen Halbleiters führen. Gleichermaßen sollte das dielektrische Material nicht aufgelöst werden, wenn der organische Halbleiter auf dieses als Losung abgeschieden wird. Verfahren, um dieses Auflösen zu vermeiden, umfassen die Verwendung orthogonaler Lösungsmittel, d. h. die Verwendung eines Lösungsmittels für die Abscheidung der obersten Schicht, welches die darunterliegende Schicht nicht auflöst und die Barunterliegende Schicht vernetzt.
Die Dicke der Isolationsschicht beträgt vorzugsweise weniger als 2 μm, noch bevorzugter weniger als 500 μm.
Weitere Schichten
Andere Schichten können in dem Aufbau der Vorrichtung enthalten sein. Zum Beispiel kann eine selbst aufbauende Monoschicht (SAM) auf den Gate-, Source- und Drain-Elektroden, dem Substrat, der Isolationsschicht und dem organischen Halbleitermaterial abgeschieden sein, um die Kristallinität zu unterstützen, den Kontaktwiderstand zu reduzieren und die Oberflächeneigenschaften zu reparieren und die Adhäsion zu unterstützen, sofern erfordert. Insbesondere kann die dielektrische Oberfläche des Kanalbereichs mit einer Monoschicht bereitgestellt werden, welche einen bindenden Bereich und einen organischen Bereich umfasst, um die Leistung der Vorrichtung zu verbessern, z. B. durch Verbesserung der Morphologie des organischen Halbleiters (insbesondere die Polymerorientierung und -kristallinität) und um Ladungsträgerfallen zu bedecken, insbesondere bei einer dielektrischen Oberfläche mit hohem k-Wert. Beispielhafte Materialien für solch eine Monoschicht umfassen Chloro- oder Alkoxysilane mit langen Alcylketten, z. B. Oktadekyltrichlorosilan. Ähnlich können die Source- und Drain-Elektroden mit einer SAM bereitgestellt werden, um den Kontakt zwischen dem organischen Halbleiter und den Elektroden zu verbessern. Zum Beispiel können Goldelektroden mit einer SAM bereitgestellt werden, umfassend eine Thiolbindetruppe und eine Gruppe zur Verbesserung des Kontakts, welche eine Gruppe mit einem hohen Dipolmoment sein kann, ein Dotiermittel oder ein konjugierter Teil.
OTFT-Anwendungen
OTFT's gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen einen weiten Bereich möglicher Anwendungen. Eine solche Anwendung ist es, Pixels in einer optischen Vorrichtung anzutreiben, vorzugsweise in einer organischen optischen Vorrichtung. Beispiele solcher optischer Vorrichtungen umfassen lichtempfindliche Vorrichtungen, insbesondere Fotodetektoren, und lichtemittierende Vorrichtungen, insbesondere organische lichtemittierende Vorrichtungen. OTFT's sind besonders zur Verwendung mit organischen lichtemittierenden Vorrichtungen mit aktiver Matrix, z. B. zur Verwendung in Display-Anwendungen, geeignet.
6 zeigt einen Pixel umfassend einen organischen Dünnfilmtransistor und eine benachbarte organische lichtemittierende Vorrichtung, hergestellt auf einem gemeinsamen Substrat 20. Der OTFT umfasst eine Gate-Elektrode 22, eine dielektrische Schicht 24, Source- und Drain-Elektroden 23s und 23d, und eine OSC-Schicht 25. Die OLED umfasst eine Anode 27, Kathode 29 und Elektrolumineszenzschicht 28, bereitgestellt zwischen der Anode und der Kathode. Weitere Schichten können zwischen der Anode und der Kathode angeordnet werden, wie Ladungsträger transportierende, Ladungsträger injizierende oder Ladungsträger blockierende Schichten. In der Ausführungsform gemäß 6 erstreckt sich die Schicht des Kathodenmaterials sowohl über den OTFT als auch über die OLED und eine Isolationsschicht 26 ist bereitgestellt, um die Kathodenschicht 29 vor der OCS-Schicht 25 elektrisch zu isolieren. Die aktiven Bereiche des OTFT's und der OLED werden durch ein gemeinsames Bankmaterial definiert, welches durch Abscheiden einer Schicht aus einem Fotoresist auf dem Substrat 21 und Strukturieren desselben gebildet wird, um den OTFT- und OLED-Bereich auf dem Substrat zu bilden.
In dieser Ausführungsform ist die Drain-Elektrode 23d direkt mit der Anode der organischen lichtemittierenden Vorrichtung verbunden, um die organische lichtemittierende Vorrichtung zwischen emittierenden und nichtemittierenden Zuständen zu schalten.
In einer alternativen Anordnung, welche in 7 dargestellt ist, kann ein organischer Dünnfilmtransistor in einer gestapelten Anordnung mit einer organischen lichtemittierenden Vorrichtung hergestellt werden. In solch einer Ausführungsform ist der organische Dünnfilmtransistor wie oben beschrieben aufgebaut, entweder in einer oberen oder unteren Gatekonfiguration. Wie in der Ausführungsform gemäß 6 werden die aktiven Bereiche des OTFT und der OLED durch eine strukturierte Schicht aus Fotoresist 33 definiert, in dieser gestapelten Anordnung gibt es jedoch zwei getrennte Bankschichten – eine für die OLED und eine für den OTFT. Eine Planarisierungsschicht (welche auch als eine Passivierungsschicht dient) wird auf dem OTFT abgeschieden. Beispielhafte Passivierungsschichten umfassen BCB's und Parylene. Die organische lichtemittierende Vorrichtung wird elektrisch mit der Drain-Elektrode des organischen Dünnfilmtransistors über eine Verbindungsleitung 32 verbunden, welche sich durch die Passivierungsschicht 31 und die Bankschicht 33 erstreckt.
Es lässt sich leicht nachvollziehen, dass Pixelschaltkreise umfassend einen OTFT und einen optisch aktiven Bereich (z. B. lichtemittierenden oder lichtempfindlichen Bereich) weitere Elemente enthalten können. Insbesondere weisen die OLED-Pixelschaltkreise der 6 und 7 typischerweise wenigstens einen weiteren Transistor zusätzlich zu dem dargestellten Antriebstransistor und wenigstens einen Kondensator auf.
Es lässt sich leicht nachvollziehen, dass die hier beschriebenen organischen lichtemittierenden Vorrichtungen nach oben oder unten emittierende Vorrichtungen sein können. Das heißt, die Vorrichtungen können Licht entweder durch die Anoden- oder Kathodenseite der Vorrichtung emittieren. In einer transparenten Vorrichtung sind sowohl die Anode als auch die Kathode transparent. Es ist leicht nachzuvollziehen, dass eine transparente Kathodenvorrichtung keine transparente Anode benötigt (es sei denn, eine vollständig transparente Vorrichtung ist erwünscht) und daher kann die transparente Anode, welche für nach unten emittierende Vorrichtungen verwendet wird, durch eine Schicht aus reflektierendem Material, wie einer Schicht aus Aluminium, ersetzt oder ergänzt werden.
Transparente Kathoden sind besonders vorteilhaft für aktive Matrixvorrichtungen, da die Emission durch die transparente Anode in solchen Vorrichtungen wenigstens teilweise durch den OTFT-Antriebsschaltkreis blockiert werden kann, welcher unterhalb des emittierenden Pixels angeordnet ist, wie in der in 7 dargestellten Ausführungsform deutlich wird.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen dieser beschrieben und gezeigt wurde, ist Fachleuten auf dem Gebiet klar, dass verschiedene Änderungen der Form und der Details, welche hier beschrieben werden, durchgeführt werden können, ohne sich von dem Umfang der Erfindung, definiert durch die beigefügten Ansprüche, zu entfernen.
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

WO 2005/079126 [0012, 0012, 0012]
EP 1508924 [0014]
WO 01/01502 [0015, 0015]
US 2005/133782 [0016]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnfilmtransistors, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Source- und Drain-Elektrode auf einem Substrat unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung (solution processing technique); Bilden einer die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht auf den Source- und Drain-Elektroden unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung; und Abscheiden eines organischen halbleitenden Materials in einem Kanalbereich zwischen der Source- und Drain-Elektrode unter Verwendung eines Verfahrens zur Lösungsverarbeitung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verfahren zur Lösungsverarbeitung, welche für jede der Schichten verwendet werden, unabhängig gewählt werden aus stromlosem Plattieren, Elektroplattieren, Aufschleudern, Tauchen, Blade- bzw. Rackelbeschichten, Stab- bzw. Stabrackelbeschichten, Schlitzdüsen- oder Sprühbeschichten und Tintenstrahldruck, Tiefdruck, Offsetdruck oder Siebdruck.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein stromloses Plattierungsverfahren zur Bildung der Source- und Drain-Elektroden verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das stromlose Plattierungsverfahren das Bilden einer Keimschicht umfasst, umfassend eine Struktur, bei welcher kein Material der Keimschicht zwischen den Strukturen zurückbleibt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die strukturierte Keimschicht durch Abscheiden einer Schicht eines Vorläufermaterials auf dem Substrat und anschließendes Strukturieren durch Entfernen des Vorläufermaterials aus den Bereichen zwischen der Struktur gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die strukturierte Keimschicht durch Abscheiden einer Schicht aus Vorläufermaterial auf dem Substrat unter Verwendung eines direkten Strukturierungsverfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Source- und Drain-Elektroden aus einem gebildet werden, gewählt aus Kupfer, Nickel, Platin, Palladium, Kobalt und Gold.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Source- und Drain-Elektroden aus Kupfer gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Source- und Drain-Elektroden vor dem Schritt des Bildens der die Austrittsarbeit modifizierenden Schicht einem Reinigungsschritt unterworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Reinigungsschritt ein Waschen mit einer verdünnten Säure umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht eine metallische Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die metallische Schicht durch stromloses Plattieren oder Elektroplattieren abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht ein organisches Dotiermittel umfasst, um das organische Halbleitermaterial durch Aufnehmen oder Abgeben von Ladung chemisch zu dotieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das organische Dotiermittel ein ladungsneutrales Dotiermittel ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das organische Dotiermittel elektronenannehmend ist, um Elektronen aus dem organischen Halbleitermaterial aufzunehmen, wodurch das organische Halbleitermaterial p-dotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das organische Dotiermittel ein LUMO-Niveau von weniger als –4,3 eV aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das organische Halbleitermaterial ein HOMO-Niveau von –5,5 eV oder mehr aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das HOMO-Niveau des organischen Halbleitermaterials höher als das LUMO-Niveau des Dotiermittels ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das organische Halbleitermaterial ein HOMO-Niveau in dem Bereich von –4,6 bis –5,5 eV aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das organische Dotiermittel gegebenenfalls substituiertes Tetracyanochinodimethan (TCNQ) ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das gegebenenfalls substituierte TCNQ ein fluoriniertes Derivat dessen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das organische Dotiermittel einen Dotierteil umfasst, um ein organisches Halbleitermaterial durch Aufnehmen oder Abgeben von Ladung chemisch zu dotieren, und ein separates Attachment-Teil gebunden an den Dotierteil zum selektiven Binden an die Source- und Drain-Elektroden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine Abstandsgruppe zwischen dem Attachment-Teil und dem Dotierteil bereitgestellt ist.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die die Austrittsarbeit modifizierende Schicht eine selbst aufbauende Schicht umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der organische Dünnfilmtransistor eine Vorrichtung mit unterem Gate ist, umfassend eine Gate-Elektrode abgeschieden auf dem Substrat, und eine Schicht aus dielektrischem Material abgeschieden auf der Gate-Elektrode, wobei die Source- und Drain-Elektroden auf dem dielektrischen Material abgeschieden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der organische Dünnfilmtransistor eine Vorrichtung mit oberem Gate ist, bei welchem Source- und Drain-Elektroden auf dem Substrat abgeschieden sind, das organische Halbleitermaterial auf den Source- und Drain-Elektroden abgeschieden ist und in einem Kanalbereich dazwischen und wobei ein dielektrisches Material auf dem organischen Halbleitermaterial abgeschieden ist und eine Gate-Elektrode auf dem dielektrischen Material abgeschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das dielektrische Material durch ein Verfahren zur Lösungsverarbeitung abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Gate-Elektrode durch ein Verfahren zur Lösungsverarbeitung abgeschieden wird.
Organischer Dünnfilmtransistor umfassend: eine als Losung verarbeitete Source- und Drain-Elektrode; ein als Lösung verarbeitetes, die Austrittsarbeit modifizierendes Material abgeschieden auf der Source- und Drain-Elektrode; und ein als Lösung verarbeitetes organisches Halbleitermaterial abgeschieden zwischen den Source- und Drain-Elektroden in einem Kanalbereich.
Organischer Dünnfilmtransistor gemäß Anspruch 29, wobei das Keimmaterial für das stromlose Plattieren in den Source- und Drain-Elektroden abgeschieden ist.