FI116704B - Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor - Google Patents

Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor Download PDF

Info

Publication number
FI116704B
FI116704B FI20031435A FI20031435A FI116704B FI 116704 B FI116704 B FI 116704B FI 20031435 A FI20031435 A FI 20031435A FI 20031435 A FI20031435 A FI 20031435A FI 116704 B FI116704 B FI 116704B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
film transistor
layer
thin film
transistor device
dielectric layer
Prior art date
Application number
FI20031435A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20031435A0 (en
FI20031435A (en
Inventor
Henrik Stubb
Ronald Oesterbacka
Tomas Baecklund
Henrik Sandberg
Original Assignee
Avantone Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avantone Oy filed Critical Avantone Oy
Priority to FI20031435A priority Critical patent/FI116704B/en
Publication of FI20031435A0 publication Critical patent/FI20031435A0/en
Publication of FI20031435A publication Critical patent/FI20031435A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI116704B publication Critical patent/FI116704B/en

Links

Description

116704116704

Menetelmiä ja järjestelyjä parannetun elektronisen johtavuuden aikaansaamiseksi ja hyödyntämiseksi orgaanisessa ohutkalvotransistorissa - Förfar-anden och arrangemang för att ästadkomma ooh utnyttja förbättrad elektro-nisk ledningsförmäga i en organisk tunnfilmtransistor 5Methods and Arrangements for Improving and Conducting Electronic Conductivity in an Organic Thin Film Transistor - Förfar-anden och arrangemang för att ästadkomma ooh utnyttja förbättrad electro-nisk ledningsförmäga i en organic tunnel film transistor 5

Keksintö kohdistuu yleisesti orgaanisten materiaalien käyttöön ohutkalvotransisto-rien valmistuksessa ja siten valmistettujen ohutkalvotransistorien hyödyntämiseen. Erityisesti keksinnössä hyödynnetään orgaanisten ohutkalvotransistorien tiettyjä sähköiseen johtavuuteen liittyviä ominaisuuksia ja osoitetaan, kuinka materiaalien 10 ja valmistusmenetelmien oikea valinta voi johtaa orgaanisten ohutkalvotransistorien hyödyntämiseen jopa täysin uusilla alueilla.The invention generally relates to the use of organic materials in the manufacture of thin-film transistors and to the utilization of thin-film transistors thus produced. In particular, the invention utilizes certain electrical conductivity properties of organic thin-film transistors and demonstrates how the correct choice of materials and manufacturing methods can lead to the utilization of organic thin-film transistors, even in entirely new areas.

Orgaanisten ohutkalvokanavatransistorien (OFET) perustekniikka on tunnettua ja vakiintunutta. Kuva 1 esittää poikkileikkausta eräästä perus-OFET-rakenteesta, joka tunnetaan "top-gate"-rakenteena. Substraatti eli alusta 101 muodostaa tasaisen 15 johtamattoman tukipinnan, jonka päällä ovat muut kerrokset. Alustan 101 päällä ovat lähde- ja nieluelektrodit 102 ja 103, jotka on tehty jostakin erittäin johtavasta materiaalista, kuten ohuesta metallikerroksesta tai johtavasta polymeeristä. Aktiivi-kerros 104 yhdistää lähde- ja nieluelektrodit 102 ja 103 toisiinsa. Joissakin lähdeteoksissa aktiivikerrosta nimitetään kanavakerrokseksi. Aktiivikerros 104 on tehty j ;’: 20 puolijohtavasta orgaanisesta polymeeristä; edullisimmin käytetään konjugoituja polymeerejä.The basic technology of organic thin-film channel transistors (OFET) is known and well established. Figure 1 is a cross-sectional view of a basic OFET structure known as a "top-gate" structure. The substrate, or substrate 101, forms a flat non-conducting support surface 15 on which are deposited other layers. On top of the substrate 101 are the source and sink electrodes 102 and 103 made of a highly conductive material, such as a thin layer of metal or a conductive polymer. The active layer 104 connects the source and drain electrodes 102 and 103 to each other. In some source works, the active layer is called the channel layer. The active layer 104 is made of a semiconductor organic polymer; most preferably conjugated polymers are used.

Aktiivikerroksen 104 päällä on eristekerros 105, jonka tehtävänä on toimia sähkö-| eristeenä. Niinpä eristekerroksella 105 on hyvät sähköiset eristysominaisuudet, ja ·' ·* se on valmistettu polymeeristä (esimerkiksi polystyreenistä) tai epäorgaanisesta 25 materiaalista (esim. S1O2). Eristekerros 105 voidaan rakentaa useista päällekkäisistä osakerroksista tiettyjen ominaisuuksien, kuten pintamodifikaation, diffuusioni· sulun tai liuotinyhteensopivuuden, saavuttamiseksi. Eristekerroksen 105 päällä on : *1 ‘: hilaelektrodikerros 106, joka on tehty metallista tai erittäin johtavasta polymeeristä.On top of the active layer 104 is an insulating layer 105 which serves to act on the electrical | insulation. Thus, the insulating layer 105 has good electrical insulating properties and is made of a polymer (eg, polystyrene) or an inorganic material (eg, S1O2). The dielectric layer 105 may be constructed from a plurality of overlapping sublays to achieve certain properties such as surface modification, diffusion barrier, or solvent compatibility. On top of the insulating layer 105 is: * 1 ': a gate electrode layer 106 made of metal or a highly conductive polymer.

/ . Rakenteeseen kuuluu myös erilaisia elektrodeihin kytkettyjä liitosjohtoja ja kytken- 30 tätäpliä, mutta niitä ei piirroksen selkeyden vuoksi ole esitetty kuvassa./. The structure also includes various connecting wires and terminals connected to the electrodes, but for the sake of clarity of the drawing, they are not shown in the figure.

*1111* 1111

Kuvan 1 rakenne toimii kanavatransistorina niin, että hilan 106 sähköinen potenti- > » .. . _ aali lisää varauksenkuljettajien määrää aktiivikerroksessa 104, mikä vaikuttaa säh- ' ’’ kövirran mahdollisuuteen kulkea sen läpi. Yksinkertaisimmassa muodossaan ku van 1 OFET toimii kytkimenä, jolloin yhdellä hilapotentiaalin arvolla sähkövirta 116704 2 pääsee kulkemaan lähteen ja nielun välillä, kun taas jollakin toisella hilan arvolla sähkövirran kulku estyy. Yksi OFETin toimintaan vaikuttavia keskeisiä tekijöitä on varauksenkuljettajien liikkuvuus kanavamateriaalissa. Tyypillisesti tavoitteena on suuri liikkuvuus, koska varauksenkuljettajien suuri liikkuvuus kanavassa merkitsee 5 parempaa herkkyyttä, so. nopeaa kytkentäaikaa ja vahvaa vastaavuutta hilajännit-teen ja lähde-nieluvirran välillä.The structure of Fig. 1 functions as a channel transistor so that the electric potential of the gate 106 is> »... This increases the number of charge carriers in the active layer 104, which affects the ability of the electric current to pass through it. In its simplest form, the OFET of Fig. 1 acts as a switch, whereby at one gate potential value, the electric current 116704 2 can travel between the source and the drain, while at another gate value the current flow is prevented. One of the key factors affecting the operation of OFET is the mobility of reservation carriers in duct material. Typically, the goal is high mobility, since the high mobility of the charge carriers in the channel means 5 better sensitivity, i.e. fast switching time and strong correspondence between the gate voltage and the source drain current.

OFET-tekniikan tämänhetkistä tilaa käsitellään esimerkiksi julkaisuissa US 2003/0059984 A1, W002/095805, US 6 380 558, US 6 506 438, US 6 429 450, W099/10939 ja US 6 344 660. Lisäksi puolijohdeohutkalvorakenteiden tiettyjä val-10 mistusmenetelmiä käsitellään dokumenteissa EP-A1 -0 701 290, US 6 150 692 ja US 2002/0158574 A1. Ohutkalvotransistorien valmistuksessa voidaan yhdistellä orgaanisia ja epäorgaanisia materiaaleja, mutta epäorgaanisten aineiden ja pienien orgaanisten molekyylien käyttö yleensä edellyttää monimutkaista tyhjöhöyrys-tysmenettelyä ja kallista laitteistoa, jolloin menetetään monia liuosmuotoisiin or-15 gaanisiin materiaaleihin liittyvistä eduista.The current state of the OFET technology is discussed, for example, in US 2003/0059984 A1, WO02 / 095805, US6380558, US6506438, US6429 450, WO99 / 10939 and US63444660. In addition, certain methods of fabricating semiconductor thin film structures are discussed. EP-A1 -0 701 290, US 6 150 692 and US 2002/0158574 A1. In the manufacture of thin-film transistors, organic and inorganic materials can be combined, but the use of inorganic materials and small organic molecules generally requires a complex vacuum-vaporization process and expensive equipment, thereby losing many of the benefits of solution-form organic materials.

Suurin osa transistorin toiminnallisista ominaisuuksista liittyy virtakanavan muodostumiseen aktiivisen kerroksen läpi lähde- ja nieluelektrodin välille. Epäpuhtaudet eli seostusaineet vaikuttavat ratkaisevasti puolijohdemateriaalien ominaisuuksiin, joten erityisesti aktiivikerroksen ja hilaeristeen välinen rajapinta tulisi pitää va-20 paana kaikista epäpuhtauksista. Esimerkiksi julkaisussa US 2003/0059984 A1 se-·'··' lostetaan, kuinka pelkästään lähde- ja nieluelektrodit voidaan muodostaa alustalle i · ilmaympäristössä, minkä jälkeen alusta on vietävä inerttiin (typpi)kaasukehään loppuprosessin ajaksi. Mainitussa julkaisussa esitetään, että jopa OFETien käyt-: · ‘: täytymistä kuvaavat mittaukset olisi suoritettava inertissä kaasukehässä.Most of the functional properties of the transistor are related to the formation of a current channel through the active layer between the source and drain electrode. Impurities, or doping agents, have a decisive influence on the properties of semiconductor materials, so the interface between the active layer and the gate insulation, in particular, should be kept free of any impurities. For example, US 2003/0059984 A1 describes how source and sink electrodes alone can be formed on a substrate in an i · air environment, after which the substrate must be introduced into an inert (nitrogen) atmosphere for the remainder of the process. It is stated in that publication that even measurements of the use of OFETs should be made in an inert atmosphere.

25 Muita tunnettujen valmistusprosessien epäedullisia ominaisuuksia ovat suuritöiset ‘ ‘’ puhdistus- ja pintojenvalmisteluvaiheet, joita tarvitaan eritoten, mikäli hilaeristeenä käytetään termistä piidioksidia (Si02). Materiaalien valinnalla on merkitystä: esi-···: merkiksi lähde- ja nieluelektrodien materiaalien on yhtäältä kiinnityttävä hyvin alus- taan ja toisaalta muodostettava hyvä sähköinen kosketus aktiivikerroksen konju-; ‘: 30 goituun polymeerimateriaaliin. Jotta hilajännite moduloisi tehokkaasti kanavavirtaa, hilaeristemateriaalilla on oltava suuri dielektrisyysvakio ja hilaeriste pitäisi voida valmistaa mahdollisimman ohueksi. Orgaanisten eristeiden perinteisillä ominai-: ' suuksilla on vaikea saavuttaa näitä tavoitteita, jolloin laitteen toiminta usein edellyt- : tää suhteellisen suuria jännitteitä. Suuret jännitteet puolestaan lisäävät läpilyönti- 35 purkauksien vaaraa ja vähentävät piirien käyttökelpoisuutta. Artikkelissa Bao, Z. ym.: "Soluble and processable regioregular poly(3-hexylthiophene) for thin film 116704 3 field-effect transistor applications with high mobility", Applied Physics Letters, 69 (26) ss. 4108-4110 (1996), todetaan, että tavalliset polymeeritransistorit edellyttävät 20-30 voltin tai suurempaa hilajännitettä, jotta saavutetaan nieluvirran saturaa-tio ja transistorille tyypilliset l-V-käyrät (virta-jännitekäyrät), jotka osoittavat, miten 5 hilajännite moduloi lähde-nieluvirtaa.Other disadvantages of the known manufacturing processes include the heavy-duty cleaning and surface preparation steps, which are particularly required if the silica (SiO 2) is used as the gate insulation. The choice of materials matters: pre- ···: as a source, the materials of the source and sink electrodes must, on the one hand, adhere well to the substrate and, on the other hand, provide good electrical contact with the conjugate of the active layer; ': 30 g of polymeric material. In order for the gate voltage to effectively modulate the duct current, the gate insulation material must have a high dielectric constant and the gate insulation should be made as thin as possible. The traditional properties of organic insulators make it difficult to achieve these objectives, whereby the operation of the device often requires relatively high voltages. High voltages, in turn, increase the risk of break-throughs and reduce the usefulness of the circuits. Bao, Z. et al., "Soluble and processable regioregular poly (3-hexylthiophene) for thin film 116704 3-field transistor applications with high mobility", Applied Physics Letters, 69 (26) p. 4108-4110 (1996), it is found that conventional polymer transistors require a gate voltage of 20-30 volts or more in order to achieve sink current saturation and transistor-typical 1-V curves (current-voltage curves) which indicate how the 5 gate voltage modulates the source sink current.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää menetelmiä ja järjestelyjä (erityisesti kokonaan orgaanisten) ohutkalvotransistorien valmistamiseksi ja hyödyntämiseksi pienin jännitevaatimuksin. Lisäksi keksinnön tavoitteena on esittää orgaanisten ohutkalvotransistorien käytännön sovelluksia, joissa ei tarvita laboratorio-olosuh-10 teitä. Keksinnön tavoitteena on myös mahdollistaa orgaanisiin ohutkalvotransisto-reihin perustuvien piirien halpa sarjatuotanto keksinnön mukaisesti.It is an object of the present invention to provide methods and arrangements for manufacturing and utilizing (in particular organic) thin-film transistors at low voltage requirements. It is a further object of the invention to provide practical applications of organic thin-film transistors which do not require laboratory conditions. It is also an object of the invention to provide cheap serial production of circuits based on organic thin film transistors according to the invention.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan käyttämällä hygroskooppista polymeeriä orgaanisen ohutkalvotransistorin hilaeristekerroksessa ja antamalla ympäristön kosteuden vaikuttaa elektronivirtaan orgaanisen ohutkalvotransistorin kanavassa. Kek-15 sinnön tietyt aspektit toteutetaan myös antamalla ylemmän kerroksen supistumisen valmistuksen aikana mekaanisesti vetää aktiivikerroksen molekyylejä tiettyyn suuntaan lisäten orientaatiota aktiivikerroksen sisällä.The objects of the invention are achieved by the use of a hygroscopic polymer in the gate insulation layer of an organic thin film transistor and by allowing ambient humidity to influence the electron current in the channel of the organic thin film transistor. Certain aspects of the Kek-15 invention are also accomplished by allowing the upper layer molecules to be mechanically drawn in a specific direction during the contraction manufacturing process, increasing orientation within the active layer.

Keksinnön mukaiseen ohutkalvotransistorilaitteeseen kuuluu: : - orgaaninen puolijohdekerros, • v ’ 20 - lähde-elektrodi ja nieluelektrodi, jotka on kytketty toisiinsa orgaanisen puolijohde- ‘ ! kerroksen kautta, *":. - hilaelektrodi ja -hygroskooppisesta polymeeristä muodostettu dielektrinen kerros orgaanisen • · ’ puolijohdekerroksen ja hilaelektrodin välissä; 25 laitteelle on tunnusomaista, että dielektrinen kerros on järjestetty sellaiseksi, että dielektriseen kerrokseen polaarisen liuottimen muodossa absorboitunut kosteus ;: · parantaa ohutkalvotransistorilaitteen toimintaa ionivaikutusten avulla.The thin-film transistor device according to the invention comprises: - an organic semiconductor layer, - v '20 - a source electrode and a drain electrode connected to one another by an organic semiconductor'! through the layer, * ":. - a gate electrode and a dielectric layer made of a hygroscopic polymer between an organic semiconductor layer and a gate electrode; activity through ionic effects.

;' Keksintö kohdistuu myös elektroniseen mittauspiiriin, johon kuuluu: ...,: - edellä kuvatun kaltainen ohutkalvotransistorilaite, joka on alttiina ympäristöolo- t · 30 suhteille, : : - biasointipiiri biasjännitteen järjestämiseksi mainitussa ohutkalvotransistorilaittees- • ‘: sa sijaitsevalle ohutkalvotransistorille, - käyttöjännitepiiri käyttöjännitteen järjestämiseksi mainitulle ohutkalvotransistori-laitteelle, ja 116704 4 - mainittuun ohutkalvotransistorilaitteeseen kytketty ilmaisinpiiri, joka on järjestetty ilmaisemaan muuttuvista ympäristöolosuhteista johtuva mainitun ohutkalvotransis-torilaitteen virranmodulointikyvyn muutos.; ' The invention also relates to an electronic measuring circuit comprising: ...,: - a thin-film transistor device, as described above, exposed to ambient conditions · 30,: - a biasing circuit for supplying a bias voltage to said thin-film transistor operating system in said thin-film transistor device, said thin-film transistor device, and 116704 4 - an indicator circuit coupled to said thin-film transistor device, arranged to detect a change in current modulation capability of said thin-film transistor device due to changing environmental conditions.

Lisäksi keksintö koskee menetelmää ohutkalvotransistorilaitteen valmistamiseksi. 5 Menetelmään kuuluvat vaiheet, joissa: - muodostetaan orgaaninen puolijohdekerros yhdistämään lähde- ja nieluelektro-dipari, - muodostetaan hygroskooppisesta polymeeristä dielektrinen kerros peittämään osa orgaanisesta puolijohdekerroksesta, ja 10 - muodostetaan hilaelektrodi peittämään osa dielektrisestä kerroksesta ja sijaitse maan päällekkäin mainitun lähde-elektrodin ja mainitun nieluelektrodin välisen kanava-alueen kanssa; ja sille on tunnusomaista, että: - menetelmässä dielektrinen kerros on järjestetty absorboimaan kosteutta polaari-15 sen liuottimen muodossa ohutkalvotransistorilaitteen toiminnan parantamiseksi io- nivaikutusten avulla.The invention further relates to a method for manufacturing a thin film transistor device. The method comprises the steps of: - forming an organic semiconductor layer to combine a source and a sink electrode pair, - forming a dielectric layer of a hygroscopic polymer to cover a portion of the organic semiconductor layer, and 10 channel area; and characterized in that: - in the method, the dielectric layer is arranged to absorb moisture in the form of a polar-15 solvent to improve the performance of the thin-film transistor device by ionic effects.

Hygroskooppinen polymeeri tarkoittaa polymeeriä, joka imee eli absorboi kosteutta ympäristöstään. Hyvin kapean tulkinnan mukaan termit "hygroskooppisuus" ja "kosteus" liittyvät pelkästään vesihöyryn absorboitumiseen. Esillä olevan keksin-20 nön yhteydessä on kuitenkin otettava huomioon myös muita liuottimia kuin vesi. i' ·': Tässä selityksessä ja siihen liittyvissä patenttivaatimuksissa hygroskooppisuus tar- •: · koittaa liuotinhöyryn absorbointikykyä siten, että elektrolyytin muodostuminen hyg- ....: roskooppisessa materiaalissa ja/tai sen pinnalla on mahdollista, mikäli ioneja on läsnä. Vastaavasti tässä dokumentissa kosteuden käsitteellä viitataan höyrymäi-'·. 25 sen ja/tai nestemäisen liuottimen läsnäoloon, jollaisia liuottimia ovat mm. vesi, eta- noli ja metanoli. Tuonnempana tässä selityksessä käsitellään myös tällaisen liuottimen polaarisuuden vaikutusta.Hygroscopic polymer refers to a polymer that absorbs or absorbs moisture from its surroundings. According to a very narrow interpretation, the terms "hygroscopicity" and "moisture" are solely related to the absorption of water vapor. However, solvents other than water must also be considered in the context of the present invention. i '·': In this specification and the related claims, hygroscopicity refers to the ability of solvent vapor to absorb electrolyte in and / or on the surface of a hygroscopic material if ions are present. Similarly, in this document the term moisture refers to vapor. 25 and / or a liquid solvent, such as e.g. water, ethanol and methanol. The effect of the polarity of such a solvent is also discussed later in this specification.

Perinteisesti tiettyjen polymeerien hygroskooppisuutta on pidetty haittatekijänä . ohutkalvotransistoritekniikassa: alalla vakiintuneen tekniikan mukaan OFET-tran- ' ; 30 sistorien valmistusmateriaalit tulisi pitää mahdollisimman puhtaina kontrolloitujen ja ennustettavien toimintaominaisuuksien saavuttamiseksi. Valmistus ja mittaukset :·*: ovat tapahtuneet inertissä ympäristössä ja/tai OFET-rakenteet on peitetty läpäise- mättömillä päällysteillä ennen niiden altistamista kontrolloimattomille ympäristöolosuhteille.Traditionally, the hygroscopicity of certain polymers has been considered a drawback. in thin-film transistor technology: according to the state of the art, OFET trans; The materials used to make the sensors should be kept as clean as possible to achieve controlled and predictable performance. Preparation and Measurements: · *: have taken place in an inert environment and / or OFETs have been covered with impermeable coatings prior to exposure to uncontrolled environmental conditions.

116704 5116704 5

Keksinnön mukaisesti orgaanisen ohutkalvotransistorin hilaeristekerroksen pitäisi sisältää hygroskooppista polymeeriä. Keksintöön johtaneessa tutkimustyössä havaittiin, että OFET-transistorien tietyt ominaisuudet paranivat merkittävästi, kun ympäröivän ilmankosteuden annettiin absorboitua eristekerrokseen. Havaitut vai-5 kutukset viittaavat siihen, että eristekerroksessa oleva kosteus aiheuttaa ilmiöitä, jotka mittausten mukaan näyttävät liittyvän poikkeuksellisen hyvään varauksenkul-jettajien liikkuvuuteen kanavassa, jolloin laitteella voidaan havaita suuri sähkövirta pienellä hilajännitteellä sekä erinomainen virtamodulaatio hilajännitteellä ja vakaa lähde-nieluvirta saturaatiovyöhykkeellä tietyllä ympäristöparametrien arvoalueella. 10 Tarkemmin, saturaatiovirta näyttää olevan vakaa niin kauan kuin ympäristöpara-metrit pidetään vakioina mittauksen aikana. Mittaustulokseksi saadaan jokin toinen vakaa virta, jos esimerkiksi kosteustasoa muutetaan johonkin toiseen vakioarvoon. Samanlainen tarkoin määritelty käyttäytyminen havaitaan laajalla kosteustaso- ja muiden ympäristöparametrien arvoalueella.According to the invention, the gate insulating layer of the organic thin film transistor should contain a hygroscopic polymer. In the research leading up to the invention, it was found that certain properties of OFET transistors were significantly improved when the ambient humidity was allowed to be absorbed into the dielectric layer. The observed effects indicate that the moisture in the dielectric layer causes phenomena that, as measured, appear to be associated with exceptionally good charge carrier mobility in the duct, whereby high electrical current at low gate voltage and excellent current modulation at the gate voltage and low drainage bandwidth can be detected. More specifically, the saturation current appears to be stable as long as the environmental parameters are kept constant during the measurement. Another stable current is obtained if, for example, the humidity level is changed to another constant value. Similar well-defined behavior is observed over a wide range of moisture levels and other environmental parameters.

15 OFET-transistorien erään valmistustekniikan havaittiin myös lisäävän molekyylien orientaatiota kanavamateriaalissa, mikä yleisesti ottaen on edullinen ominaisuus. Mainitussa valmistusmenetelmässä muodostettiin top-gate-rakenne, jossa yleismuodoltaan pyöreä hilaelektrodi sijaitsee kanavaa peittävän eristekerroksen päällä. Pyöreä hilaelektrodi muodostettiin sijoittamalla pisara nestemäistä polymeeri-20 liuosta sopivaan kohtaan ja antamalla liuottimen haihtua. Haihtumisen aikana hila-: elektrodi kutistui, mikä aiheutti eristekerrosta vetävän mekaanisen voiman, joka oli J · V riittävän suuri jopa mekaanisesti saamaan aktiivikerroksen molekyylit jonkin verran järjestäytyneiksi.One technique for manufacturing OFET transistors has also been found to increase the orientation of molecules in duct material, which is generally a beneficial feature. In said manufacturing method, a top-gate structure was formed in which a generally circular gate electrode is located on a duct-insulating layer. The circular gate electrode was formed by placing a drop of liquid polymer-20 solution at a suitable location and allowing the solvent to evaporate. During evaporation, the gate: electrode shrunk, causing a dielectric pulling mechanical force that was J · V high enough, even mechanically, to cause the active layer molecules to be somewhat ordered.

: ' i Keksinnölle tunnusomaisina pidetyt uudet ominaisuudet on esitetty yksityiskohtai- 25 sesti oheisissa patenttivaatimuksissa. Itse keksintöä, sen rakennetta ja toimintape-riaatetta samoin kuin keksinnön muita tavoitteita ja etuja on kuitenkin selostettu seuraavassa eräiden nimenomaisten suoritusmuotojen avulla ja viitaten oheisiin piirustuksiin.The novel features considered to be characteristic of the invention are set forth in detail in the appended claims. However, the invention itself, its structure and principle of operation, as well as other objects and advantages of the invention, will be described below with reference to certain specific embodiments and with reference to the accompanying drawings.

«*» :: Kuva 1 esittää perinteistä OFET-rakennetta, 30 kuva 2 esittää keksinnön mukaisen kerrosrakenteen periaatetta, .,,.: kuva 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän tiettyjä menetelmävaiheita, • kuva 4 esittää kaavamaisesti kahtaistaitteisuuskuviota, * : kuva 5 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen OFET-transistorin poikki- : ’,: leikkausta, 35 kuva 6 esittää kuvan 5 mukaista OFET-transistoria ylhäältä nähtynä, kuva 7 esittää keksinnön mukaisen OFET-transistorin tiettyjä l-V-kuvaajia, 116704 6 kuva 8 esittää keksinnön mukaisen OFET-transistorin tiettyjä toisia l-V-kuvaa-jia, kuva 9 esittää keksinnön mukaisen OFET-transistorin kytkentänopeutta, kuva 10 esittää tekniikan tason mukaisen OFET-transistorin kytkentänopeutta, ja 5 kuva 11 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista kosteusilmaisinta.Fig. 1 shows a traditional OFET structure, Fig. 2 illustrates the principle of the layered structure of the invention, Fig. 3 shows certain process steps of the method according to the invention, Fig. 4 schematically shows a dual-fold pattern, *: Fig. 5 Fig. 6 is a plan view of the OFET transistor of Fig. 5, Fig. 7 is a view from above of Fig. 5, Figs. Fig. 9 illustrates a switching speed of an OFET transistor according to the invention, Fig. 10 shows a switching speed of a prior art OFET transistor, and Fig. 11 shows a humidity detector according to an embodiment of the invention.

Tässä patenttihakemuksessa esimerkkeinä esitettyjen keksinnön suoritusmuotojen ei pidä tulkita asettavan rajoituksia oheisten patenttivaatimusten sovellettavuudelle. Verbiä "käsittää" on käytetty tässä patenttihakemuksessa avoimena rajoituksena, joka ei sulje pois tässä mainitsemattomia ominaisuuksia. Epäitsenäisissä vaa-10 timuksissa mainittuja ominaisuuksia voidaan yhdistellä keskenään vapaasti ellei nimenomaan toisin ole mainittu.Exemplary embodiments of the invention exemplified in this patent application are not to be construed as limiting the applicability of the appended claims. The verb "comprising" is used in this patent application as an open limitation which does not exclude features not mentioned herein. The properties mentioned in the dependent claims may be freely combined with one another unless otherwise specifically stated.

Kuva 2 esittää poikkileikkauksena orgaanisten polymeerikerrosten ns. sandwich-rakennetta esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti. Alimmaisena on aktiivikerros 201, jonka päällä on kaksi muuta kerrosta, joita tässä selityk-15 sessä nimitetään välittäjäkerrokseksi 202 ja muuttajakerrokseksi 203. Aktiiviker-roksen 201 ja välittäjäkerroksen 202 horisontaalinen ulottuvuus eivät ole tärkeitä, mutta muuttajakerrokselle 203 oletetaan rajoitettu ulottuvuus ainakin horisontaali-suunnassa, joka on yhdensuuntainen kuvassa 2 esitetyn poikkileikkaustason kanssa. Tyypillisiä tapoja tällaisen kriteerin täyttämiseksi ovat mm. muuttajakerrok-20 sen 203 toteuttaminen pyöreänä täplänä, jossa tapauksessa kuvan 2 mitta d vas-i taa täplän halkaisijaa, tai muuttajakerroksen 203 toteuttaminen kerroksen pinnan i poikki esiintyvänä viivana, jolloin mitta d vastaa viivan leveyttä. Tietyt kerrosten vä- liset fyysiset ja kemialliset vuorovaikutukset, joita selostetaan myöhemmin, aiheut-tavat muutoksen tietyssä osassa aktiivikerrosta 201. Aktiivikerroksen muuttunutta 25 osaa voidaan erikseen kutsua muuttuneeksi aktiivikerroksen osaksi 204. Sitä on • * , ’ · . kuvassa 2 merkitty ristiviivoituksella.Figure 2 is a cross-sectional view of the so-called organic polymer layers. sandwich structure according to an embodiment of the present invention. The lowest one is the active layer 201, which has two other layers, referred to herein as the intermediate layer 202 and the transducer layer 203. The horizontal dimension of the active layer 201 and the intermediate layer 202 is not important, but the transducer layer 203 assumes a limited dimension at least is parallel to the cross-sectional plane shown in Figure 2. Typical ways of meeting such a criterion are e.g. implementing transducer layer 203 as a circular spot, in which case the dimension d of Figure 2 corresponds to the diameter of the spot, or transducer layer 203 as a line across the surface of layer i, wherein dimension d corresponds to the line width. Certain interlayer physical and chemical interactions, which will be described later, will cause a change in a certain portion of the active layer 201. The altered 25 portions of the active layer may be separately called the changed active layer portion 204. It is * *, '·. Figure 2 is marked with a cross line.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti kuvan 2 kerrosten avainominaisuudet ovat seuraavat: ,· , - aktiivikerros 201 koostuu puolijohtavasta orgaanisesta polymeeristä ’ · ‘; 30 - välittäjäkerros 202 koostuu eristävästä hygroskooppisesta orgaanisesta poly- : meeristä : i - muuttajakerroksen 203 ominaisuudet ja/tai muuttajakerroksen 203 muodostus- prosessi aktiivikerroksesta 201 ja välittäjäkerroksesta 202 koostuvan pinoraken-teen päälle aiheuttavat muutokset, jotka synnyttävät muuttuneen aktiivikerrososan 35 204.According to the present invention, the key properties of the layers of Figure 2 are as follows:, ·, - the active layer 201 consists of a semiconductor organic polymer '·'; 30 - the transducer layer 202 consists of an insulating hygroscopic organic polymer: i - the properties of the transducer layer 203 and / or the process of forming the transducer layer 203 on the stack layer 203 and the transducer layer 202 cause changes which give rise to the altered active layer portion 35 204.

116704 7116704 7

Tarkastellaan ensin tiettyjä fyysisiä muutoksia, joita syntyy muuttuneeseen aktiivi-kerroksen osaan 204 tiettyjen valmistusvaiheiden avulla. Unohdetaan toistaiseksi se, että läsnä voi olla tiettyjä muitakin rakenneosia, ja tarkastellaan pelkästään kuvassa 2 esitettyjä kolmea kerrosta. Oletetaan, että orgaanisen ohutkalvopuolijoh-5 delaitteen valmistusmenetelmään kuuluvat kuvan 3 mukaiset vaiheet. Vaiheessa 301 muodostetaan aktiivi kerros. Tyypillisesti vaiheessa 301 muodostetaan pyörimisnopeudella 1000-3000 rpm alustan päälle puolijohtava orgaaninen polymeeri-kalvo liuoksesta, jonka pitoisuus on 2-10 mg/ml. Muodostuvan kalvon paksuus on luokkaa 10-100 nm. Vaiheessa 302 peitetään vaiheessa 301 muodostettu aktiivi-10 kerros hygroskooppisella eristekerroksella, tyypillisesti pyörimisnopeudella 500-3000 rpm liuoksesta, jonka pitoisuus on 50-150 mg/ml. Muodostuvan hygroskooppisen eristekerroksen paksuus on sadoista nanometreistä muutamaan mikrometriin, tyypillisesti kuitenkin alle 2 mikrometriä.Let us first consider certain physical changes that occur to the altered active layer portion 204 by certain manufacturing steps. For the time being, it is forgotten that certain other components may be present and only the three layers shown in Figure 2 are considered. It is assumed that the process for making an organic thin-film semiconductor device includes the steps of Figure 3. In step 301, an active layer is formed. Typically, at step 301, a semiconducting organic polymer film is formed on the substrate at a rotation speed of 1000-3000 rpm from a solution of 2 to 10 mg / ml. The resulting film has a thickness in the order of 10-100 nm. In step 302, the active-10 layer formed in step 301 is covered with a hygroscopic dielectric layer, typically at a rotation speed of 500-3000 rpm, from a 50-150 mg / ml solution. The resulting hygroscopic insulating layer has a thickness of hundreds of nanometers to a few micrometers, but typically less than 2 micrometers.

Pyöritystekniikan (spin) asemesta vaiheet 301 ja 302 voidaan suorittaa käyttämällä 15 liuosvalua tai painamista. Lisäksi, käytettäessä spin-päällystystekniikkaa voidaan käyttää myös muita spin-parametrejä riippuen esimerkiksi aloitusliuospitoisuuksis-ta. Edellä esitettyjä parametrialueita tulee pitää vain esimerkkeinä, jotka eivät rajoita esillä olevan keksinnön suojapiiriä. Alan ammattimies pystyy kokeilemaan muita parametriarvoalueita löytääkseen muita tapoja saavuttaa vastaavat toimintaomi-20 naisuudet muodostuville orgaanisille ohutkalvopuolijohdelaitteille.Instead of the spin technique, steps 301 and 302 can be performed using solution casting or printing. In addition, other spin parameters may be used when using the spin coating technique, depending, for example, on the concentration of the stock solution. The above parameter ranges are to be considered as examples only and are not intended to limit the scope of the present invention. One skilled in the art will be able to experiment with other ranges of parameters to find other ways to achieve corresponding performance characteristics for the resulting organic thin-film semiconductor devices.

: Vaiheessa 303 muodostetaan muuttajakerros vaiheessa 302 muodostetun hygro- : \; skooppisen eristekerroksen päälle. Muuttajakerros muodostetaan järjestämällä ra- joitettu määrä liuosta hygroskooppisen eristekerroksen pinnalle alivaiheessa 304 *:·*: ja antamalla mainitun rajoitetun liuosmäärän kuivua alivaiheessa 305. Tyypillisiä ·’·*; 25 tapoja rajoitetun liuosmäärän pinnalle järjestämiseksi ovat mm. pipetointi ja mus- .···. tesuihkutus. Liuos, josta muuttajakerros muodostetaan, voi sisältää pinta-aktiivisia aineita, jotka vaikuttavat siihen, miten liuos käyttäytyy tässä prosessissa.: In step 303, a transducer layer is formed of the hygro- formed in step 302: \; on top of a scopic insulating layer. The transducer layer is formed by providing a limited amount of solution on the surface of the hygroscopic dielectric layer in sub-step 304 *: · *: and allowing said limited amount of solution to dry in sub-step 305. Typical · '· *; Ways to arrange a limited amount of solution on the surface are e.g. pipetting and mus. ···. tesuihkutus. The solution from which the modifier layer is formed may contain surfactants that affect how the solution behaves in this process.

Muuttajakerroksen kuivuminen alivaiheessa 305 merkitsee, että liuotin haihtuu ja sen johdosta muuttajakerros kutistuu. Kun muuttajakerros on pyöreä täplä, on ha-,·! : 30 vaittu kutistumista, joka on luokkaa 4-12 prosenttia täplän pinta-alasta. Mitä pak- sumpi liuoskerros, sitä voimakkaampi kutistuminen. Valmiin, kuivuneen muuttaja-kerroksen paksuus on tyypillisesti 100-5000 nm. Aihetta käsitellään yksityiskohtai-: sesti julkaisussa L. F. Francis, A. V. McCormick, D. M. Vaessen & J. A. Payne: j *,'· "Measurement and Development of Stress in Polymer Coatings", Journal of Mate- 35 rials Science, 37 4717-4731 (2002).Drying of the converter layer in sub-step 305 means that the solvent evaporates and consequently the converter layer shrinks. When the converter layer is a circular spot, there is a ha, ·! 30 shrinkage, which is in the order of 4 to 12 percent of the area of the spot. The thicker the solution layer, the stronger the shrinkage. The thickness of the finished, dried converter layer is typically 100-5000 nm. The subject is discussed in detail in LF Francis, AV McCormick, DM Vaessen & JA Payne, "Measurement and Development of Stress in Polymer Coatings", Journal of Materials Science, 37, 4717-4731 (2002). .

116704 8116704 8

Esillä olevan keksinnön mukaisesti vaiheita 301-305 ei ole välttämätöntä suorittaa missään ilmakehän suhteen erityisesti kontrolloidussa ympäristössä. Tavalliset huoneilmaolosuhteet riittävät. Monien aiemmin yleisten uskomusten vastaisesti epäpuhtaudet ja kosteus, jotka väistämättä joutuvat polymeerikerroksiin kontrol-5 loimattomassa ilmakehässä, eivät huononna muodostetun orgaanisen ohutkalvo-laitteen suorituskykyä; päinvastoin niillä tuntuisi olevan huomattava positiivinen vaikutus laitteen tiettyihin mitattavissa oleviin ominaisuuksiin.According to the present invention, it is not necessary to perform steps 301-305 in any atmosphere, especially in a controlled environment. Normal room air conditions are sufficient. Contrary to many previously held beliefs, impurities and moisture, which inevitably become deposited on polymer layers in an uncontrolled atmosphere, do not degrade the performance of the formed organic thin-film device; on the contrary, they would appear to have a significant positive effect on certain measurable features of the device.

Muuttajakerroksen 203 kutistuminen horisontaalisuunnassa aiheuttaa horisontaalisen mekaanisen voiman, joka vetää välittäjäkerrosta 202 ja siten myös aktiiviker-10 roksen 201 pintaa. Muuttajakerroksen ollessa pyöreän täplän muotoinen, vetävä voima toimii pyöreän täplän säteittäissuunnissa. Muuttajakerroksen ollessa muotoiltu viivaksi välittäjäkerroksen pinnalle vetävä voima suuntautuu oleellisesti kohtisuoraan viivan suuntaa vastaan. Aktiivikerroksen pintaa vetävä voima saa muuttuneen aktiivikerroksen osan 204 molekyylit jossain määrin orientoitumaan voiman 15 suuntaisesti. Kerrosten väliset adheesio-ominaisuudet ovat tärkeitä; mitä parempi adheesio yhtäältä kerrosten 201 ja 202 ja toisaalta kerrosten 202 ja 203 välillä, sitä voimakkaammin osa horisontaalisesti vetävästä voimasta välittyy aktiivikerrokseen 201.Shrinkage of the transducer layer 203 in the horizontal direction causes a horizontal mechanical force that pulls the transducer layer 202 and thus also the surface of the active layer 10 201. With the transducer layer having the shape of a round spot, the driving force acts in the radial directions of the round spot. When the transducer layer is shaped as a line on the surface of the transducer layer, the driving force is directed substantially perpendicular to the direction of the line. On the surface of the active layer, the pulling force causes the molecules of the altered active layer portion 204 to orient to some extent along the force 15. Interlayer adhesion properties are important; the better the adhesion between the layers 201 and 202 on the one hand and the layers 202 and 203 on the other hand, the more strongly a portion of the horizontal pulling force is transmitted to the active layer 201.

Kuva 4 esittää kaavamaisena viivapiirroksena kuvaa, joka otettiin muuttuneen ak-20 tiivikerroksen pinnasta optisella mikroskoopilla käyttäen ristiin asetettuja polari-. i i saattoreita. Kuvattua näytettä valmisteltiin tekemällä ensin kuvien 2 ja 3 mukainen : V kerrospolymeerirakenne ja poistamalla myöhemmin muuttaja- ja välittäjäkerrokset, ;· jolloin aktiivikerroksen pinta tuli näkyviin. Pääasiallisesti pyöreä kuvio 401 osuu ; · i samalle kohtaa kuin muuttuneen aktiivikerroksen osan 204 yläpinta; toisin sanoen i' ’ *; 25 kyseessä on aktiivikerroksen pinnan se osa, joka oli suoraan (pyöreän täplän muo- , toisen) muuttajakerroksen 203 alla ennen muuttaja- ja välittäjäkerroksen poista mista. Ristipolarisoidussa kuvassa nähdään kahtaistaitteisuuskuvio, joka viittaa , aktiivikerroksen materiaalin molekyylijärjestyksen muutokseen. Pyöreän kuvion *;;; 401 ulkokehällä nähdään voimakkaan kahtaistaitteisuuden kapea vyö 402.Fig. 4 is a schematic line drawing of an image taken from the surface of an altered ak-20 seal layer under an optical microscope using a cross-polar. i i escorts. The described sample was prepared by first making the: V layer polymer structure as shown in Figures 2 and 3 and subsequently removing the transducer and intermediary layers, · whereby the surface of the active layer was exposed. The substantially circular pattern 401 hits; · I at the same position as the upper surface of the changed active layer portion 204; in other words, i '' *; 25 is that part of the surface of the active layer which was directly beneath (circular dot, second) transducer layer 203 prior to removal of the transducer and mediator layer. The cross-polarized image shows a duplex pattern that indicates a change in the molecular order of the active layer material. Round Pattern * ;;; The outer ring of 401 shows a narrow belt 402 of strong birefringence.

9 · ; 30 Kahtaistaitteisuuskuvio on samanlainen kuin mitä voidaan havaita sferuliiteissa, i joissa on tyypillinen "Maltan risti" -kuvio. Sferuliitit kasvavat keskipisteestä ulos- I * päin. Edellä selostetussa prosessissa lähtökohtana on kiinteä, homogeeninen, :: amorfinen tai puolikiteinen polymeerikalvo, jossa tapahtuu molekyylien uudelleen järjestyminen. Kahtaistaitteisuuskuvio voi johtua vain aktiivikerroksen polymeeri-35 materiaalien järjestäytyneistä alueista. Kuvatun näytteen eri osien tutkiminen ato-mimikroskopian avulla vahvistaa, että selvästi näkyvän ulomman kahtaistaittei- 116704 9 suuskehän ulkopuolella, esimerkiksi osittaisessa suurennoksessa nähtävässä osassa 411, aktiivikerroksen pinnan topografiassa esiintyy järjestäytymättömiä oleellisesti pallomaisia epätasaisuusrakeita. Kahtaistaitteisuuskehän sisäpuolella, esimerkiksi osittaisessa suurennoksessa nähtävässä osassa 412, esiintyy saman-5 laisia rakeita, mutta ne vaikuttavat olevan venyneitä pyöreän kahtaistaitteisuusku-vion säteittäissuunnassa. Voimakkaan kahtaistaitteisuuden kehällä, esimerkiksi osittaisessa suurennoksessa nähtävässä osassa 413, pinnan topografiassa esiintyy hyvin voimakasta mekaanista muutosta, joka atomimikroskopiakuvissa nähdään säteittäissuunnassa tiiviisti pakkautuneiden viivojen järjestelynä.9 ·; 30 The pattern of duplexity is similar to that observed in spherulites, which have the typical "Maltese Cross" pattern. Spherulites grow outward from the center outward *. The process described above is based on a solid, homogeneous,? Amorphous or semicrystalline polymeric film in which the molecules are rearranged. The birefringence pattern can only be due to the organized regions of the active layer polymer-35 materials. Examination of the various portions of the described sample by atomic microscopy confirms the presence of disorganized, substantially spherical unevenness in the active layer surface topography outside the clearly visible outer binocular fold, for example at partial magnification in visible portion 411. Inside the binocular ring, for example, at partial magnification, visible part 412, similar granules occur but appear to be elongated in the radial direction of the circular binocular pattern. At the periphery of the strong birefringence, for example, at partial magnification in the visible part 413, there is a very strong mechanical change in the surface topography, which is seen in atomic microscopy as an arrangement of closely compressed lines.

10 Johtopäätöksenä ristipolarisoiduista optisista mikroskopiakuvista ja atomitason mikroskopiatutkimuksista voidaan todeta, että pyöreän täplän muotoisen muuttaja-kerroksen kutistumisvaikutus valmistuksen aikana aiheuttaa sekä molekyylien (kiteistä) järjestymistä että mekaanista pinnanmuodon muuttumista aktiivikerroksen kalvossa. Järjestäytymisellä on tavallisesti edullinen vaikutus varauksenkuljettajien 15 liikkuvuuteen aktiivikerroksessa. On tärkeää myös huomata, että mikäli pyritään vain edellä kuvattuihin järjestäytymis- ja muodonmuutosaspekteihin, voidaan luopua vaatimuksesta käyttää hygroskooppisia polymeerejä, joilla on tietyt ennalta määrätyt sähkönjohtavuus- ja eristysominaisuudet. Samanlainen kutistumiseen perustuva järjestäytymisvaikutus voidaan saavuttaa käyttämällä myös muunlaisia 20 materiaaleja "välittäjä-" ja "muuttaja"kerroksessa. Mikäli kuitenkin pyritään esillä . . olevan keksinnön mukaisiin OFET-rakenteisiin ja parannettuun transistoritoimin- :,V taan, myös hygroskooppisuus- ja sähkönjohtavuus/eristävyysominaisuudet ovat : ' olennaisia. Periaatteessa on mahdollista käyttää ensin muita välittäjä- ja muuttaja- kerrosmateriaaleja järjestäytymis- ja muodonmuutosvaikutusten aikaansaamiseksi » : 25 aktiivikerroksessa ja poistaa sitten nämä "esikerrokset" sopivalla syövytys- tai : ,: muulla aktiivikerrosta vahingoittamattomalla poistoprosessilla, ja vasta sitten muo- : dostaa lopulliset hilaeriste- ja hilaelektrodikerrokset, joilla on halutut hygroskooppi suus- ja sähkönjohtavuus/eristävyysominaisuudet.In conclusion, cross-polarized optical microscopy images and atomic microscopy studies show that the shrinkage effect of the circular spot-shaped transducer layer during fabrication causes both molecular (crystalline) ordering and mechanical surface deformation in the active layer film. The arrangement usually has a beneficial effect on the mobility of the charge carriers 15 in the active layer. It is also important to note that if only the ordering and deformation aspects described above are sought, the requirement to use hygroscopic polymers having certain predetermined electrical conductivity and insulating properties can be dispensed with. A similar shrinkage organization effect can also be achieved by using other types of materials in the "transporter" and "transducer" layers. However, if the effort is on display. . The OFET structures of the present invention and the improved transistor function also have hygroscopicity and electrical conductivity / dielectric properties. In principle, it is possible to first use other mediator and transducer layer materials to effect rearrangement and deformation in the active layer and then remove these "pre-layers" by a suitable etching or:,: other active layer-free removal process, and then formulate the final layer. and gate electrode layers having the desired oral and electrical conductivity / insulating properties of the hygroscope.

* * · ·;;; Käsitellään seuraavaksi tiettyjä ioni-ilmiöitä, joita myös esiintyy kuvan 2 mukaises- t · ’ ·; · ‘ 30 sa kerrosrakenteessa ja joilla ilmeisesti on vielä suurempi vaikutus esimerkiksi or- :\i gaanisten ohutkalvotransistorien suorituskykyyn kuin edellä selostetuilla järjestäy- · tymis- ja muodonmuutosilmiöillä, jos mainitut orgaaniset ohutkalvotransistorit on • . varustettu tällaisella kerrosrakenteella.* * · · ;;; Next, certain ionic phenomena, which also occur in Fig. 2 · '·; · 30 in the sandwich structure, and which apparently have an even greater effect on the performance of, for example, organic thin-film transistors than the above-mentioned reordering and deformation phenomena if said organic thin-film transistors have. equipped with such a layer structure.

t t ;Sähkökemialliset prosessit ja ilmiöt ovat periaatteessa tunnettuja orgaanisten 35 ohutkalvopuolijohdelaitteiden alalla. Aihetta on käsitelty esimerkiksi julkaisussa D Nilsson ym.: “Bi-stabled and dynamic current modulation in electrochemical or- 116704 10 ganic transistors”, Advanced Materials 2002, 14 page 51, ja Epstein, A.J. ym.: "Electric-field induced ion-leveraged metal-insulator transition in conducting polymer-based field effect devices", Current Applied Physics Vol. 2, Issue 4, August 2002, ss. 339-343.Niissä kuvattujen sähkökemiallisten FETien toimintatapa eroaa 5 perinteisen FETin toimintatavasta. Mainittujen julkaisujen mukaan sähkökemiallinen transistori on nk. "aina päällä" -tyyppiä, jossa hilajännitettä käytetään vain alentamaan tai sammuttamaan lähde-nieluvirta, joka muuten kulkisi vapaasti. Perinteisen sähkökemiallisen FETin aktiivikerros koostuu voimakkaasti seostetusta johtavasta polymeeristä, jotta saadaan kanavan suurin saavutettavissa oleva joh-10 tavuus riittävän suureksi. Muita samantapaisia rakenteita ovat orgaaniset FET-anturit, joissa kanavan altistaminen ympäristölle aiheuttaa puolijohdepolymeerin kemiallisen hapettumisen tai pelkistymisen. Tällaisten tunnettujen laitteiden hilan dielektrisenä materiaalina on käytetty perinteistä eristettä, ja muuten tällaiset orgaaniset FET-anturit ovat käyttäytyneet kuten perinteiset FETit. Eräs toinen säh-15 kökemiallisia FETejä käsittelevä tekniikan tason julkaisu on V. Rani & K.S.V. Santhanam: "Polycarbazole based electrochemical transistor”, J. Solid state Elect-rochem., 2:99 (1998).Tekniikan tason mukaisten sähkökemiallisten FETien toimintatapa riippuu käytetyn polymeerin "luonnollisesta" redoksitilasta.Electrochemical processes and phenomena are generally known in the art of organic thin-film semiconductor devices. The subject is discussed, for example, in D Nilsson et al., "Bi-Stable and Dynamic Current Modulation in Electrochemical Organs", Advanced Materials 2002, 14 page 51, and Epstein, A.J. et al., "Electric Field Induced Ion Leveraged Metal Insulator Transition in Conducting Polymer Based Field Effect Devices," Current Applied Physics Vol. 2, Issue 4, August 2002, p. 339-343.The mode of operation of the electrochemical FETs described therein differs from that of the 5 conventional FETs. According to the publications cited, the electrochemical transistor is of the so-called "always on" type where the gate voltage is only used to lower or shut off the source-drain current that would otherwise flow freely. The active layer of a conventional electrochemical FET consists of a highly doped conductive polymer in order to obtain the highest achievable conductivity of the channel. Other similar structures are organic FET sensors, where exposure of the channel to the environment causes chemical oxidation or reduction of the semiconductor polymer. The lattice dielectric material of such known devices has used conventional dielectric material, and otherwise such organic FET sensors have behaved like conventional FETs. Another prior art publication on electrochemical FETs is V. Rani & K.S.V. Santhanam: "Polycarbazole Based Electrochemical Transistor", J. Solid State Electrochem., 2:99 (1998). The mode of operation of prior art electrochemical FETs depends on the "natural" redox state of the polymer used.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti aktiivikerroksen läpi kulkevan virran moduloin-20 tia muuttajakerrokseen kohdistuvalla jännitteellä voidaan suuresti parantaa sähkö-; kemiallisten prosessien ja muiden ionivaikutusten avulla. Transistorimielessä tämä : v’ tarkoittaa, että sähkökemialliset prosessit ja muut ionivaikutukset parantavat läh- ' ‘ de-nieluvirran modulointia hilajännitteellä. Tämän kirjoittamishetkellä ei ole tarkal- “ ”. leen selvillä, kumman merkitys on suhteellisesti suurempi, sähkökemiallisten pro- | ’ 25 sessien vai ionivaikutusten, mutta koska molemmat ovat seurausta tiettyjen mate- • ** naalien ja menetelmävaiheiden valinnasta, ne kuuluvat keksinnön suojapiiriin ja :: niitä selostetaan tarkemmin alla.According to the present invention, modulating the current through the active layer with the voltage applied to the converter layer can greatly improve the electrical; chemical processes and other ionic effects. In the transistor sense, this: v 'means that electrochemical processes and other ionic effects improve the modulation of the source de-drain current at the gate voltage. At the time of this writing there is no exact "". It will be appreciated that which one is of relatively greater importance in the electrochemical pro- | These processes, or ionic effects, but as both result from the selection of certain materials and process steps, are within the scope of the invention and will be further described below.

Sähkökemiallisia prosesseja ja ioniliikettä voi esiintyä polymeerissä silloin, kun ’·'··. läsnä on suoloja tai ioneja ja seuraavat kaksi ehtoa täyttyvät:Electrochemical processes and ionic movement can occur in the polymer when '·' ··. salts or ions are present and the following two conditions are met:

• I• I

; ’ ·, · 30 - liikkuvia ioneja varten läsnä on elektrolyytti ...,: - sähkövarauksia (elektroneja) tuottamassa on sähkövirta.; '·, · 30 - an electrolyte is present for moving ions ...,: - there is an electric current producing electric charges (electrons).

:' : Sähkökemialliset prosessit ovat täysin palautuvia ja tasapainotila saavutetaan tie- tyssä ajassa, joka riippuu polymeerin sähkökentästä sekä eri spesieksien pitoisuuksista. Sähkökemiallista prosessia orgaanisessa puolijohteessa voidaan ylei-35 sesti kuvata 116704 11 polymeeri + C+A' «-> polymeerit' + C+ + e' (1) missä "polymeeri" on konjugoitu polymeeri, C on kationi, A on anioni, e on elektroni ja plus- ja miinusmerkit osoittavat sähkövarausta. Kaava (1) tarkoittaa, että suola dissosioituu anioniksi ja kationiksi kosteuden läsnäollessa, anioni hapettaa po-5 lymeeriketjun ja kationi ja elektroni jäävät vapaiksi. Konjugoitu polymeeri jää hapettuneeseen tilaan, mikä tyypillisesti tarkoittaa, että siitä tulee johtavampi. Kationi joko jää loukkuun materiaaliin tai liikkuu rakenteessa vapaasti vallitsevan sähkökentän vaikutuksen alaisena.: ': The electrochemical processes are fully reversible and the equilibrium state is reached within a certain time, which depends on the electric field of the polymer and the concentrations of the various specifics. The electrochemical process in an organic semiconductor can generally be described by 116704 11 polymer + C + A '-> polymers' + C + + e' (1) where "polymer" is a conjugated polymer, C is a cation, A is an anion, e is an electron and the plus and minus signs indicate electrical charge. Formula (1) means that the salt dissociates into an anion and a cation in the presence of moisture, the anion oxidizes the polymer chain of po-5 and the cation and electron remain free. The conjugated polymer remains in the oxidized state, which typically means that it becomes more conductive. The cation either gets trapped in the material or moves under the influence of a free electric field in the structure.

Tarkastellaan esimerkkinä sähkökemiallisia prosesseja ja muita ioni-ilmiöitä RR-10 P3HT:ssä (regioregular poly(3-heksyylitiofeeni), joka on polymeerinen puolijohde, ja PEDOT:issa (poly(2,3-dihydrotieno-[3,4-b]-1,4-dioksiini), joka on johtava polymeeri. Käytetystä nimeämisstandardista riippuen PEDOT tunnetaan myös nimillä poly(dihydrotienodioksiini) tai polyeteenidioksitiofeeni. RR-P3HT:tä ei pidä sekoittaa regiorandom-tyyppiseen poly(3-heksyylitiofeeni)in, josta tyypillisesti käytetään 15 lyhennenimeä PHT. Toisaalta, esillä olevan keksinnön kannalta kaikkien regiore-gular-tyyppisten poly(alkyylitiofeeni)en uskotaan toimivan samalla tavoin, joten yleistyksen vuoksi voidaan käyttää termiä RR-PAT, regioregular-tyyppinen poly-(alkyylitiofeeni). PEDOTia käytetään erittäin oksidoituneessa tilassa vesidispersio-na yhdessä negatiivisesti varautuneen toisen polymeerin, tyypillisesti PSS:n (poly-, , 20 (styreenisulfonaatti)), kanssa. Näin se on käyttökelpoinen sähkönjohtimena riippu- : matta materiaalin redoksitilassa tapahtuvista pienistä muutoksista, joita voi aiheu- : ·: tua sähkökemiallisista prosesseista. Usein käytetään yhdistelmänimeä PEDOT:PSS. Sähkökemiallisen prosessin kaava on PEDOrPSS’ + C+ + e PEDOT + C+PSS‘ (2) 25 missä C on kationi, esimerkiksi metalli-ioni. Toisaalta sähkökemiallinen prosessi muuttaa merkittävästi puolijohdepolymeerin, kuten RR-PAT:n, johtavuutta sähköni· kenttien vaikutuksen alaisena, koska materiaali on luontaisesti (lähes) neutraalissa : ’ ‘ ’: tilassa. Prosessia kuvaava kaava on : Λ i RR-PAT + C+A‘ RR-PAT+A' + C+ + e' (3) I » • _ 30 Elektroni esiintyy molemmissa kaavoissa (2) ja (3), mikä osoittaa, että prosessit ' ’ tarvitsevat sähkövirtaa tapahtuakseen.Consider, by way of example, electrochemical processes and other ionic phenomena in RR-10 P3HT (regioregular poly (3-hexylthiophene), a polymeric semiconductor, and in PEDOT (poly (2,3-dihydrothieno- [3,4-b] - 1,4-dioxin) which is a conductive polymer Depending on the naming standard used, PEDOT is also known as poly (dihydrotienodioxin) or polyethylene dioxide thiophene. RR-P3HT should not be confused with regiorandom type poly (3-hexylthiophene) On the other hand, for the purposes of the present invention, all regioregular poly (alkylthiophene) are not believed to function in the same way, so for generalization the term RR-PAT, regioregular poly (alkylthiophene), PEDOT is used in the highly oxidized state in aqueous dispersion. in combination with a negatively charged second polymer, typically PSS (poly,, 20 (styrene sulfonate)). as a conductor, irrespective of minor changes in the material's redox state that may result from: · electrochemical processes. The combination name PEDOT: PSS is often used. The electrochemical process has the formula PEDOrPSS '+ C + + e PEDOT + C + PSS' (2) wherein C is a cation, for example a metal ion. On the other hand, the electrochemical process significantly changes the conductivity of a semiconductor polymer, such as RR-PAT, under the influence of electric fields, since the material is inherently in the (almost) neutral: '' 'state. The formula for the process is: Λ i RR-PAT + C + A 'RR-PAT + A' + C + + e '(3) I »• _ 30 The electron appears in both formulas (2) and (3), indicating that processes '' need electric current to take place.

Oletetaan, että kuvan 2 kerrosrakenteessa aktiivikerros 201 on RR-P3HT:tä, muut-tajakerroksen 203 materiaalina on PEDOT:PSS ja muuttajakerrokseen 203 koh- 116704 12 distetaan negatiivinen biasjännite, joka synnyttää sähkökentän. Lisäksi voidaan olettaa, että tiettyjen muiden läsnäolevien rakenteellisten tekijöiden vaikutuksesta aktiivikerros 201 on kosketuksissa muihin elektrodeihin (elektrodiin). Näin on asianlaita esimerkiksi, jos kuvan 2 mukainen kerrosrakenne on osa orgaanista 5 ohutkalvotransistoria, jossa aktiivikerroksen 201 osa muodostaa kanavan lähteen ja nielun välille, ja muuttajakerros 203 toimii hilaelektrodina (vrt. FET-laitetta havainnollistava kuva 5, jossa on esitetty laitteelle tunnusomaiset sähköiset kytkennät). Muuttaja- (tai eriste)kerroksen 202 hygroskooppisuus tarkoittaa sitä, että läsnä on elektrolyytti, ainakin mikäli hygroskooppisen polymeerin on annettu imeä it-10 seensä kosteutta. Itse asiassa myös PEDOT:PSS on hygroskooppinen, mikä tarkoittaa, että elektrolyytti on läsnä myös muuttajakerroksessa 203. Suoloja ja/tai ioneja on läsnä tarkoituksellisesti seostettuna. Tahatonta epäpuhtautta esiintyy myös todennäköisesti polymeerisynteesin jäännöksistä sekä prosessoinnin aikaisesta kontaminaatiosta johtuen.Assume that in the layer structure of Fig. 2, the active layer 201 is RR-P3HT, the material of the transducer layer 203 is PEDOT: PSS, and the negative layer biasing the transducer layer 203 generates an electric field. In addition, it can be assumed that due to certain other structural factors present, the active layer 201 is in contact with other electrodes (the electrode). This is the case, for example, if the layer structure of Figure 2 is part of an organic thin-film transistor 5 where a portion of the active layer 201 forms a channel between the source and the drain and the transducer layer 203 serves as a gate electrode (cf. Figure 5 illustrating device-specific electrical connections) . The hygroscopicity of the modifier (or dielectric) layer 202 means that an electrolyte is present, at least if the hygroscopic polymer is allowed to absorb moisture in it. In fact, PEDOT: PSS is also hygroscopic, which means that the electrolyte is also present in the transducer layer 203. Salts and / or ions are intentionally doped. Inadvertent impurity is also likely to occur due to residues in the polymer synthesis and contamination during processing.

15 Edellä esitetyillä oletuksilla kaavojen (2) ja (3) prosessit voivat molemmat tapahtua samanaikaisesti, mutta ne eivät ole välttämättä toisistaan riippuvia. Prosessi, jossa sama kationi kulkisi välittäjäkerroksen 202 paksuuden läpi ja osallistuisi molempiin redoksiprosesseihin, toteuttaisi mahdollisesti paremman pitkän ajan stabiiliuden kuin täysin itsenäiset prosessit.By the above assumptions, the processes of formulas (2) and (3) can both occur simultaneously, but are not necessarily interdependent. A process in which the same cation would pass through the thickness of the mediator layer 202 and participate in both redox processes would potentially provide better long-term stability than fully independent processes.

. , 20 Kaavan (2) kuvaama prosessi tapahtuu muuttajakerroksessa 203. Negatiivinen » · · ;;: : biasjännite synnyttää elektroneja muuttajakerrokseen 203. Samaan aikaan kaavan : · ’ (3) prosessi tapahtuu eriste/puolijohderajapinnassa tai sen läheisyydessä. Negatii- vinen biasjännite merkitsee, että se elektrodi tai ne elektrodit, jotka ovat kosketuk-: sissa aktiivikerroksen 201 kanssa, poistavat elektroneja. Hygroskooppisessa eris- : : 25 teessä 202 oleva elektrolyytti erottaa suoloja negatiivisiksi ja positiiviksi ioneiksi.. , 20 The process described by formula (2) occurs in converter layer 203. Negative »· · ;;:: bias voltage generates electrons in converter layer 203. At the same time, the process of formula: · '(3) occurs at or near the dielectric / semiconductor interface. A negative bias voltage means that the electrode or electrodes in contact with the active layer 201 remove electrons. The electrolyte in the hygroscopic isolate 202 separates the salts into negative and positive ions.

: Negatiiviset ionit (anionit) oksidoivat PHT-ketjuja ja jättävät aktiivikerroksen johta- vammaksi. Kaavan (3) oikealla puolella esiintyvät elektronit poistuvat järjestelmäs-tä edellä mainittujen elektrodien (elektrodin) toimesta tai jäävät loukkuun esimer- * *··’, kiksi rajapintatiloihin eristeessä. Kationit siirtyvät eristeeseen 202 ja mahdollisesti i' 30 aina muuttajakerrokseen 203 asti, jossa ne voivat ottaa osaa kaavan (2) mukai-•. ’ -: seen samanaikaiseen reaktioon.: Negative ions (anions) oxidize PHT chains and leave the active layer more conductive. The electrons on the right side of formula (3) leave the system by the aforementioned electrodes (electrode) or are trapped, for example, * * ·· ', therefore at the interface spaces in the dielectric. The cations migrate to dielectric 202 and possibly i '30 all the way to transducer layer 203 where they can participate in the formula (2). '- simultaneous reaction.

Edellä mainittujen kaavojen (1)-(3) kuvaamat reaktiot edustavat vain joitakin niistä mahdollisista selityksistä, miksi keksinnön mukaisella orgaanisella ohutkalvotran-sistorilla on niin huomattavan edullisia ominaisuuksia. Tämän selostuksen ei pidä 35 tulkita yrittävän poislukea muita uskottavia selityksiä. Muita ioni-ilmiöitä, joilla oletetaan olevan vaikutusta, ovat mm. suora ioniliike (ajautuminen ja diffuusio) ja puo- 116704 13 lijohteen seostuminen sekä polaarisen liuottimen (kuten esim. veden, etanolin, me-tanolin, isopropanolin tai näiden seoksen) dissosiaatio. Viimemainittu ilmiö synnyttää varautuneita spesieksiä, jotka voivat seostaa puolijohdetta. Veden tapauksessa varautuneet spesiekset ovat H+ ja/tai OH' -ioneja. Prosessin, johon liittyy polaa-5 risen liuottimen dissosiaatio, tulisi olla pH-herkkä.The reactions described by the above formulas (1) to (3) represent only some of the possible explanations for the organic thin film transistor of the invention having such remarkably advantageous properties. This statement should not be interpreted as trying to exclude other plausible explanations. Other ionic phenomena that are expected to have an effect are e.g. direct ion movement (drifting and diffusion); and semiconductor doping and dissociation of a polar solvent (such as water, ethanol, methanol, isopropanol, or a mixture thereof). The latter phenomenon gives rise to charged spe- cies, which can dip the semiconductor. In the case of water, the charged specificities are H + and / or OH 'ions. The process involving dissociation of the polar solvent should be pH sensitive.

Jos aktiivikerrokseen 201 on kosketuksissa kaksi elektrodia, jotka muodostavat lähde-nielu-parin (vrt. kuvan 5 selostus alla), ja jos käytetään nielujännitettä, niin aktiivikerroksen 201 liikkuvat varaukset kulkeutuvat myös aktiivikerroksessa mainittujen kahden elektrodin välillä. Näin muodostuu kanava aktiivikerrokseen 201. 10 Nielujännitteen pyyhkäisy nollasta kohti nollasta poikkeavaa arvoa aiheuttaa lopulta katkaisun joko lähde- tai nielukontaktilla, jonka pitäisi näkyä ideaalimuotoisessa l/V-kuvaajassa (so. näkyä kanavavirran saturaationa avautumisjännitteen määräämillä jännitteillä). Tarkemmin sanoen, mikäli aktiivikerros on p-tyypin puolijohdemateriaalia ja hilaelektrodilla (muuttaja 203) on negatiivinen bias pyyhkäistäessä 15 nielujännitettä nollasta negatiiviseen arvoon, katkaisu tapahtuu nieluelektrodilla hi-lajännitteen ja kynnysjännitteen määräämällä jännitteellä. Kanavan läpi kulkevalla virralla on puhtaasti elektroninen luonne ja se on siksi hyvin nopea. Sen ei toisin sanoen pitäisi asettaa mitään ajallisia rajoituksia tällaisen laitteen sovellettavuudelle. Edellä kuvatut ioniprosessit pohjautuvat kuitenkin suolojen dissosiaatioon ja io-20 nien varautuneiden spesieksien liikkeeseen. Tämä on hidas prosessi ja voi mah-: .·. dollisesti rajoittaa modulointitaajuutta, so. taajuutta, jolla tiettyjä muutoksia voidaan ··’·,' havaita laitteessa vasteena muuttuneisiin toimintaolosuhteisiin.If there are two electrodes in contact with the active layer 201 forming a source-sink pair (cf. the description in Figure 5 below), and if a sink voltage is used, the moving charges of the active layer 201 are also carried between the two electrodes in the active layer. This creates a channel for the active layer 201. 10 Swiping the drain voltage from zero to a value other than zero will eventually cause a cut-off either at source or sink contact, which should appear in an ideal I / V graph (i.e. appear as saturation of channel current at opening voltage). Specifically, if the active layer is of p-type semiconductor material and the gate electrode (converter 203) has a negative bias when sweeping the throat voltage from zero to a negative value, the trapping electrode is cut at the voltage determined by the hi voltage and threshold voltage. The current flowing through the channel has a purely electronic character and is therefore very fast. In other words, it should not place any time limits on the applicability of such a device. However, the ionic processes described above are based on the dissociation of salts and the movement of charged specificities of the io-20s. This is a slow process and can:. $ limits the modulation frequency, i.e.. the frequency at which certain changes ·· '·,' can be detected in the device in response to changed operating conditions.

.,,:' Kokeiltaessa eri liuottimia, joita voitaisiin absorboida rakenteen hygroskooppiseen kerrokseen (kerroksiin), on havaittu, että liuottimet, joiden molekyyleillä on luon-iv: 25 täistä polaarisuutta, edistävät merkittävästi ionivaikutuksia. Tällaisia liuottimia ovat :"mm. vesi, etanoli ja metanoli. Toisaalta ei-polaariset liuottimet, kuten vedetön p-ksyleeni, eivät näyttäisi saavan aikaan samanlaisia parantuneita ionivaikutuksia.. ,,: 'When testing various solvents that could be absorbed into the hygroscopic layer (s) of the structure, it has been found that solvents with natural-IV polarity of the molecules significantly promote ionic effects. Such solvents include: "water, ethanol, and methanol, for example. On the other hand, non-polar solvents, such as anhydrous p-xylene, do not appear to produce similar enhanced ionic effects.

•;;; Viedään seuraavaksi edellä esitetty melko abstraktin tason selostus pidemmälle ja ‘ tarkastellaan erästä esimerkkiä orgaanisesta ohutkalvotransistorista. Kuvissa 5 ja 30 6 on esitetty keksinnön erään suoritusmuodon mukainen top-gate-tyyppinen ohut- , kalvotransistorirakenne. Kuva 5 on poikkileikkaus ja kuva 6 esittää rakennetta yl häältä päin tarkasteltuna. Kuvassa esitetyt suhteelliset mitat eivät ole todellisia, vaan ne on valittu pääasiassa graafisen selkeyden perusteella. Periaatteessa rakenne muistuttaa kuvassa 1 esitettyä rakennetta: siinä on johtamaton alusta 501, 35 johtava lähde- ja nieluelektrodi 502 ja 503 alustan 501 pinnalla, lähde- ja nielu-elektrodin 502 ja 503 yhdistävä aktiivikerros 504, aktiivikerroksen 504 peittävä hi- 116704 14 laeriste 505 sekä hilaelektrodi 506 mainitun hilaeristeen 505 päällä. Alustan 501 materiaali on lasi tai passiivinen johtamaton polymeeri kuten PET (polyeteeniteref-talaatti) tai Pl (polyimidi). Lähde- ja nieluelektrodit 502 ja 503 on tehty ohuesta me-tallikalvosta, esimerkiksi kullasta, hopeasta tai alumiinista, tai johtavista polymee-5 reistä kuten seostetusta PAN lista (polyaniliini). Yleisesti ottaen voidaan käyttää mitä tahansa materiaalia, joka muodostaa oleellisesti ohmisen kontaktin puolijohdemateriaaliin.• ;;; The following description of the rather abstract level will be taken further and one example of an organic thin-film transistor will be considered. Figures 5 and 30 show a top-gate thin film transistor structure according to an embodiment of the invention. Figure 5 is a cross-sectional view and Figure 6 is a top view of the structure. The relative dimensions shown in the figure are not real but are mainly selected for graphical clarity. In principle, the structure resembles the structure shown in Figure 1: it has a non-conductive substrate 501, 35 conductive source and sink electrode 502 and 503 on the surface of substrate 501, an active layer 504 connecting the source and sink electrode 502 and 503, a gate electrode 506 on said gate insulation 505. The material of substrate 501 is glass or a passive non-conductive polymer such as PET (polyethylene terephthalate) or P1 (polyimide). The source and sink electrodes 502 and 503 are made of a thin metal film, for example gold, silver or aluminum, or conductive polymers such as doped PAN (polyaniline). In general, any material that provides a substantially ohmic contact with a semiconductor material can be used.

Aktiivikerros 504 koostuu puolijohtavasta konjugoidusta polymeeristä, kuten RR-P3HT:stä. Yleisemmin voidaan määritellä, että aktiivikerroksen 504 materiaali on 10 puolijohdepolymeerien ryhmästä, johon kuuluvat ainakin poly(alkyylitiofeeni)t ja poly(fluoreeni-ko-tiofeeni)t, rajaamatta pois muita puolijohdepolymeerejä. On mahdollista, että puolijohdepolymeerin yhtenä merkittävänä edellytyksenä on matala ionisaatiopotentiaali, joka mahdollistaa helpon oksidoinnin (=seostamisen) varautuneiden ionien avulla. Toisaalta on havaittu, että regiorandom-tyyppinen PHT ei 15 anna yhtä edullisia tuloksia, vaikka sen ionisaatiopotentiaali on sama kuin RR-PHTin. Yksi syy siihen, miksi regiorandom-tyyppinen PHT ei näytä toimivan, voi olla, että sen johtavuus on hyvin pieni ja näin ollen regiorandom-tyyppiseen PHTihen perustuvassa orgaanisessa ohutkalvotransistorissa mitatut virrat ovat suunnilleen vuotovirtojen luokkaa (jotka todennäköisimmin johtuvat ionien ajautu-20 misesta). Regioregular-tyyppiset poly(alkyylitiofeeni)t, joilla on pidemmät sivuketjut : .·, kuin RR-PHT:llä, käyttäytyvät samoin kuin RR-PHT, mutta niillä saturaatio ja mo- dulaatio ei ole yhtä syvää, mikä sopii hyvin yhteen sen vakiintuneen tiedon kans-‘ i sa, että regioregular-tyyppisten poly(alkyylitiofeeni)en, joilla on pidemmät sivuket- "':. jut, johtavuus on pienempi kuin RR-PHT:lla.The active layer 504 consists of a semiconductor conjugated polymer such as RR-P3HT. More generally, it can be defined that the material of the active layer 504 is of a group of 10 semiconductor polymers comprising at least poly (alkylthiophene) t and poly (fluorene-cationiophene) t, without excluding other semiconductor polymers. It is possible that one of the important prerequisites for a semiconductor polymer is the low ionization potential, which allows for easy oxidation (= doping) with charged ions. On the other hand, it has been found that regiorandom-type PHT does not give as favorable results, although it has the same ionization potential as RR-PHT. One reason why regiorandom-type PHT does not seem to work may be that its conductivity is very low and thus the currents measured in the organic thin-film transistor based on the regiorandom-type PHT are approximately in the order of leakage currents (most likely due to ion drift). Regioregular poly (alkylthiophenes) with longer side chains: ·, like RR-PHT, behave similarly to RR-PHT, but have less saturation and modulation, which is well in line with its established knowledge with regioregular poly (alkylthiophene) having longer side chains having lower conductivity than RR-PHT.

: * * ’: 25 Tekniikan tason orgaanisista ohutkalvotransistoreista poiketen hilaelektrodi 505 on tehty hygroskooppisesta polymeeristä kuten PVPistä (polyvinyylifenoli). Myös muita hygroskooppisia polymeerejä voidaan käyttää, kunhan materiaalin dielektrisyys-vakio on riittävän suuri: muihin polymeeriehdokkaisiin kuuluu mm. polyvinyylialko-’···, holi. Mitä tulee hilaelektrodin 506 materiaaliin, periaatteessa olisi mahdollista teh- 30 dä hilaelektrodi 506 metallista kuten lähde- ja nieluelektroditkin. Johtava polymeeri on kuitenkin mitä sopivin hilaelektrodin 506 materiaali, mikäli on tarkoitus säilyttää "< rakenteen täysorgaaninen luonne prosessointiin liittyvine etuineen. Ensisijainen , ,: ehdokas tällaiseksi johtavaksi polymeeriksi on PEDOTiPSS. Erääksi lisäeduksi on . . . havaittu, että koska PEDOTiPSS on hygroskooppinen, siitä tehty hilaelektrodi voi 35 toimia lisäkosteussäilönä, joka edistää hilaeristeen 505 hygroskooppisuuteen muutoin liittyviä ilmiöitä.: * * ': 25 Unlike prior art organic thin-film transistors, the gate electrode 505 is made of a hygroscopic polymer such as PVP (polyvinylphenol). Other hygroscopic polymers may also be used as long as the dielectric constant of the material is sufficiently high. polyvinyl alcohol- '···, holi. Regarding the material of the gate electrode 506, it would in principle be possible to make the gate electrode 506 of metal, as well as the source and sink electrodes. However, the conductive polymer is the most suitable material for the gate electrode 506 if it is to maintain the full organic nature of the structure with processing advantages. The primary,,: candidate for such a conductive polymer is PEDOTiPSS. One additional benefit is that. the gate electrode may serve as an additional moisture reservoir to promote phenomena otherwise associated with the hygroscopicity of the gate insulation 505.

116704 15116704 15

Hilaeristeen 505 (ja mahdollisesti myös hilaelektrodin 506) hygroskooppiset ominaisuudet, suolojen ja ionien läsnäolo, hilajännitteen käynnistämät sähkökemialliset prosessit ja muut ionivaikutukset sekä hilaelektrodin kutistumisesta liuottimen haihtuessa aiheutuneet horisontaaliset voimat johtavat kaikki yhdessä siihen, että 5 aktiivikerroksen 504 ja hilaeristeen 505 rajapintaan muodostuu muuttunut aktiivi-kerroksen osa 507.The hygroscopic properties of the gate insulation 505 (and possibly also the gate electrode 506), the presence of salts and ions, electrochemical processes initiated by the gate voltage and other ionic effects, and the horizontal forces caused by the shrinkage of the gate electrode part 507.

Materiaalien valinnassa ei ole kysymys pelkästään sähkönjohto-ominaisuuksista vaan myös liuotinyhteensopivuudesta. Edullisia liuottimia RR-P3HT:lle ovat mm. kloroformi (so. trikloorimetaani tai metyylitrikloridi) ja ksyleeni. Hilaeristeen hygro-10 skooppisen polymeerin liuottimen ei pitäisi liuottaa aktiivikerrosta; hyviä ehdokkaita tällaisiksi liuottimiksi ovat alkoholit, kuten 2-propanoli, samoin kuin etyyliasetaatti ja asetoni. Orgaaninen hilaelektrodi voidaan edullisesti muodostaa vesidispersiosta. Eräs tunnettu kaupallisesti saatavilla oleva, 1,3-painoprosenttinen PEDOT:PSS-dispersio on kauppanimeltään Baytron P, joka on H.C.Starck GmbH:n rekisteröity 15 tavaramerkki.The choice of materials is not only a matter of electrical conductivity but also of solvent compatibility. Preferred solvents for RR-P3HT are e.g. chloroform (i.e., trichloromethane or methyl trichloride) and xylene. The hygro-10 scopic polymer solvent of the lattice insulation should not dissolve in the active layer; good candidates for such solvents are alcohols such as 2-propanol as well as ethyl acetate and acetone. The organic gate electrode may preferably be formed from an aqueous dispersion. One known commercially available 1.3% by weight PEDOT: PSS dispersion is under the trade name Baytron P, a registered trademark of H.C.Starck GmbH.

Rakenteen fyysisiä mittoja kannattaa hieman tarkastella. Aktiivikerroksen 504 paksuus on viidestä viiteensataan nanometriä, edullisimmin 10-100 nanometriä. Keksinnön mukaan aktiivikerroksen 504 konjugoidun polymeerimateriaalin ei tarvitse olla puhdistettua, mikä myös rajoittaa aktiivikerroksen käyttökelpoista paksuutta: 20 sataa nanometriä suuremmilla paksuuksilla suorituskyky heikkenee kalvon bulkki- ‘ : ominaisuuksien takia. Hygroskooppisen hilaeristeen 505 paksuus on 300-2000 na- i .: nometriä, ja hilaelektrodin 506 paksuus on 100-5000 nanometriä. Lähde- ja nielu- . „:" elektrodien 502 ja 503 välisen kanava-alueen pituus L on luokkaa kymmeniä mik- ': ’ i rometrejä, ja kanavan leveys W on tyypillisesti millimetrien luokkaa. Kokeissa on 25 saatu tyydyttäviä tuloksia ainakin L:n arvoilla 10-400 mikrometriä ja W:n arvoilla 1- ;**: 100 millimetriä. Pidempiä W:n arvoja saavutetaan helpoimmin käyttämällä sormi- rakennetta. Mainittujen esimerkkiarvojen ei tule katsoa rajoittavan keksinnön so-.:. vellettavuutta L:n ja W:n arvoilla, jotka ovat mainittujen rajojen ulkopuolella.It is worth looking at the physical dimensions of the structure a bit. The active layer 504 has a thickness of 5 to 100 nanometers, most preferably 10 to 100 nanometers. According to the invention, the conjugated polymer material of the active layer 504 need not be refined, which also limits the usable thickness of the active layer: at thicknesses greater than 100 nanometers, performance is impaired due to the bulk properties of the film. The hygroscopic gate insulation 505 has a thickness of 300-2000 nm and the gate electrode 506 has a thickness of 100-5000 nanometers. Source and throat. The length L of the channel region between the electrodes 502 and 503 is in the order of tens of micrometers, and the channel width W is typically in the order of millimeters. Experiment 25 has produced satisfactory results with at least L values of 10-400 micrometres and W 1-; **: 100 millimeters. Longer W values are most easily achieved by the use of a finger structure. Said exemplary values are not to be construed as limiting the applicability of the invention to: L and W values within said limits. outside.

Rakenteessa voi olla myös muita kerroksia, erityisesti tässä esitettyjen kerrosten ;\j 30 päällä, vaikka niitä ei kuvassa 5 ole esitettykään. Mikäli tarkoituksena on altistaa ohutkalvotransistorilaite ympäristöolosuhteille ja hyötyä ympäristöolosuhteitten • · muutosten aiheuttamista laitteen toiminnan muutoksista, niin silloin mahdollisten * ‘ ulompien suojakerrosten tai koristeellisten kerrosten tulisi läpäistä kosteutta aina- : V kin yhden polaarisen liuottimen muodossa. Jos rakenne peitetään hermeettisesti 35 sulkevalla suojakerroksella, on huolehdittava siitä, että polaarisen liuottimen muo- 116704 16 dossa oleva kosteus pääsee absorboitumaan rakenteeseen ennen hermeettisesti sulkevaa päällystysvaihetta.Other layers may be present in the structure, particularly over the layers shown herein, although not shown in Figure 5. If the purpose is to expose the thin-film transistor device to environmental conditions and to benefit from changes in its operation caused by environmental conditions, then any * 'outer protective or decorative layers should be impermeable to at least one polar solvent. If the structure is hermetically covered with a barrier layer 35, care must be taken to ensure that the moisture in the polar solvent 116704 16 is absorbed into the structure prior to the hermetically sealing coating step.

Kuva 7 esittää kuvien 5 ja 6 rakenteen mukaisen todellisen testilaitteen tiettyjä l-V-kuvaajia, kun testilaitteessa on PET-alusta, PANI-lähde- ja nieluelektrodit, RR-5 P3HT-aktiivikerros, PVP-hilaeriste ja PEDOT:PSS-hilaelektrodi. Kanavan pituus mainitussa todellisessa testilaitteessa oli 20 mikrometriä ja kanavan leveys W oli 7,2 millimetriä. Kuvassa 7 vaaka-akselina on lähde-nielu-jännite ja pystyakselina on mitattu nieluvirta. Eri käyrät edustavat eri hilajännitteitä Vg siten, että käyrällä 701 Vg = -0,4 volttia, käyrällä 702 Vg = -0,2 volttia, käyrällä 703 Vg = -0,0 volttia, 10 käyrällä 704 Vg= +0,2 volttia ja käyrällä 705 Vg= +0,4 volttia. Kuvan 7 käyrät osoittavat, että keksinnön suoritusmuodon mukainen orgaaninen ohutkalvotransis-tori kykenee voimakkaaseen virtamodulaatioon samoin kuin suhteellisen suureen nieluvirtaan ohjaus(hila)jännitteillä, jotka ovat oleellisesti pienempiä kuin tekniikan tason laitteista tunnetut tyypilliset 20-30 voltin arvot. Kyky toimia pienillä jännitteillä 15 on erittäin edullinen, koska pienten jännitteiden muodostus ja käyttö on yksinkertaista käytännön sovelluksissa ja koska sähköisen läpilyönnin riski pienenee, vaikka asianmukaisten eristemateriaalien dielektrisyysominaisuudet heikkenisivätkin esimerkiksi ympäristöolosuhteiden vaikutuksesta.Fig. 7 shows certain 1-V curves of the actual test apparatus of Figures 5 and 6 with a PET substrate, PANI source and throat electrodes, RR-5 P3HT active layer, PVP gate insulation, and PEDOT: PSS gate electrode. The channel length in said actual test apparatus was 20 micrometers and the channel width W was 7.2 millimeters. Figure 7 shows the source-throat voltage as the horizontal axis and the measured throat current as the vertical axis. The different curves represent different gate voltages Vg such that 701 Vg = -0.4 volts, curve 702 Vg = -0.2 volts, curve 703 Vg = -0.0 volts, 10 curves 704 Vg = +0.2 volts, and with a curve of 705 Vg = +0.4 volts. The curves in Figure 7 show that the organic thin film transistor according to the embodiment of the invention is capable of high current modulation as well as control of a relatively large drain current (lattice) at voltages substantially lower than typical values of 20-30 volts known from prior art devices. The ability to operate at low voltages 15 is extremely advantageous because of the ease of application and use of low voltages in practical applications and because the risk of electrical breakdown is reduced, even if the dielectric properties of appropriate dielectric materials are diminished, for example by environmental conditions.

Avautumisjännite, joka vastaa sitä hilajännitettä, jolla puolijohdekerroksen läpi kul-. . 20 keva virta alkaa kasvaa hilajännitteen vaikutuksesta, on noin 0,0...0,5 volttia. Nk.The opening voltage corresponding to the gate voltage passing through the semiconductor layer. . 20 spring current starts to increase due to the gate voltage, is about 0.0 ... 0.5 volts. Nk.

: subthreshold swing on alle 1 voltti/dekadi, ja ON/OFF-suhde on 100-1000. Esimer- : kiksi julkaisussa S.M. Sze: "Physics of semiconductor devices", 2nd ed., John Wi- ley & son, New York 1981, on kuvattu standarditekniikoita, joita voidaan soveltaa varauksenkuljettajien liikkuvuuden arviointiin, joka liikkuvuus näyttäisi olevan luok-; ‘ : 25 kaa yhdestä muutamaan sataan cm2/Vs.: The subthreshold swing is less than 1 volts / decade and the ON / OFF ratio is 100-1000. For example, in S.M. Sze: "Physics of Semiconductor Devices", 2nd ed., John Willy & Son, New York 1981, describes standard techniques that can be applied to assess the mobility of reservation carriers that appear to be class; ': 25 boil from one to a few hundred cm2 / Vs.

Arvioidut varauksenkuljettajien liikkuvuusarvot ovat huomattavasti suurempia kuin tunnetun tekniikan tason mukaiset arvot, aina epäfysikaalisuuteen asti. Polymeeri-··: en tyypilliset luontaiset liikkuvuusarvot ovat päällystysmenetelmistä ja materiaalin puhtaudesta riippuen luokkaa 10'5-10'2 cm2/Vs. Artikkelissa C.D. Sheraw ym.: "Or-;'.tj 30 ganic Thin-Film Transistor-Driven Polymer-Dispersed Liquid Crystal Displays on ....: Flexible Polymeric Substrates", Applied Physics Letters, vol. 80, no. 6, February 2002, ilmoitetaan, että suurimmat varauksenkuljettajien liikkuvuudet orgaanisille ‘ * puolijohteille ovat luokkaa 0,1-1 cm2/Vs pienillä molekyyleillä tai oligomeereillä.Estimated mobility values for booking carriers are significantly higher than prior art values, down to non-physicality. Typical intrinsic mobility values for polymers are in the range of 10'5-10'2 cm2 / Vs, depending on the coating methods and the purity of the material. In the article C.D. Sheraw et al., "Or -; '. Tj 30 ganic Thin-Film Transistor-Driven Polymer-Dispersed Liquid Crystal Displays on ....: Flexible Polymeric Substrates," Applied Physics Letters, vol. 80, no. 6, February 2002, it is reported that the largest charge carrier mobility for organic '* semiconductors is in the order of 0.1-1 cm 2 / Vs for small molecules or oligomers.

Toisessa artikkelissa Sirringhaus ym.: "Two-dimensional charge transport in self-35 organized, high-mobility conjugated polymers", Nature 401, ss. 685-688 (1999), esitetään luontaisesti johtaville polymeereille parhaaksi saavutettavissa olevaksi 116704 17 arvoksi 0,1 cm2/Vs, joka on saatu korkeasti orientoituneella poly(3-heksyylitiofee-ni)llä. Tiedetään, että suuria liikkuvuusarvoja voidaan saavuttaa myös kasvattamalla puolijohdemateriaalin bulkki(ominais)johtavuutta, mutta suuri ominaisjohta-vuus tyypillisesti merkitsee huonoa virtamodulaatiota ja virtasaturaatiota.In another article by Sirringhaus et al., "Two-Dimensional Charge Transport in Self-35 Organized, High-Mobility Conjugated Polymers", Nature 401, p. 685-688 (1999), discloses the best achievable 11670417 for intrinsically conductive polymers of 0.1 cm 2 / V s obtained with highly oriented poly (3-hexylthiophene). It is known that high mobility values can also be achieved by increasing the bulk (intrinsic) conductivity of a semiconductor material, but high intrinsic conductivity typically implies poor current modulation and current saturation.

5 Hilaeristeen ja myös hilaelektrodin hygroskooppisuuden erityisestä merkityksestä edellä selostetuille mittaustuloksille on useita todisteita. Ensinnäkin on havaittu, että kun edellä kuvatun kaltainen orgaaninen ohutkalvotransistori viedään huoneilmasta joko tarkoituksella kuivattuun ilmaan tai puhdasta typpeä käsittävään kontrolloituun ympäristöön, monet edullisista ilmiöistä katoavat: ei virtamodulaatiota, ei 10 l-V-käyrien saturaatiota, ei kykyä toimia pienillä ohjausjännitteillä. Mainitut edulliset ilmiöt palaavat, kun laite tuodaan takaisin huoneilmaan. Toiseksi, jos polymeerihi-laelektrodi ja alkuperäinen hilaeriste syövytetään pois ja korvataan uudella hila-eristeellä ja metallisella hilaelektrodilla, alun perin havaittu edullisen voimakas vir-tamodulaatio-ominaisuus heikkenee huomattavasti, vaikka kahtaistaitteisuuskuvi-15 oiden osoittamat järjestäytymisilmiöt olisivatkin vielä läsnä. Asiaan liittyvä havainto on, että jos hilaelektrodi mustesuihkutulostettiin viivaksi eikä pipetöity pyöreäksi täpläksi, kahtaistaitteisuutta havaitaan vain vähän (tai ei ollenkaan), vaikka voimakkaan virtamodulaation ja pienen ohjausjännitteen ilmiöt pysyvätkin. Kolmanneksi, arvioidut varauksenkuljettajien liikkuvuusarvot ovat selvästi suurimmat ra-20 kenteilla, joissa sekä hilaeriste että hilaelektrodi ovat hygroskooppisia. On kuiten-: kin huomattava, että standardimenetelmät varauksenkuljettajien liikkuvuuden arvi- j! V oimiseksi eivät ota huomioon mitään ioni- tai sähkökemiallisia ilmiöitä; edellä esite tyt arvioidut arvot ainoastaan kvalitatiivisesti havainnollistavat laitteiden parem-L": ( muutta verrattuna tekniikan tason orgaanisiin ohutkalvotransistoreihin.There is ample evidence of the particular importance of the gate insulation, as well as the hygroscopicity of the gate electrode, for the measurement results described above. First, it has been found that when an organic thin-film transistor of the kind described above is introduced from room air to either intentionally dried air or a controlled nitrogen-containing environment, many of the beneficial phenomena disappear: no current modulation, no saturation of 10V curves. These advantageous phenomena return when the device is brought back into the room air. Secondly, if the polymeric gate electrode and the original gate insulation are etched and replaced with a new gate insulator and a metallic gate electrode, the advantageously high current modulation property initially observed, even if still showing the orderly phenomena of the dual refractive patterns, is significantly reduced. A related observation is that if the gate electrode was inkjet printed and not pipetted into a circular spot, little, if any, duplexing is observed, although the phenomena of high current modulation and low control voltage remain. Third, the estimated mobility values of charge carriers are by far the highest in structures where both the gate insulation and the gate electrode are hygroscopic. However, it should be noted that standard methods for assessing the mobility of booking carriers! Do not account for any ionic or electrochemical phenomena; the estimated values above only qualitatively illustrate the better L "of the equipment (compared to prior art organic thin-film transistors).

i 1 » »# 25 Neljäs todiste on virtamodulaatiovaikutuksen havaittu lämpötilariippuvuus: matali-‘; en lämpötilojen, joiden tiedetään haittaavan ionien liikettä, voidaan osoittaa myös vähentävän virtamodulaatiota keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa or-gaanisessa ohutkalvotransistorissa. Viidenneksi, jos suoritetaan ensimmäinen l-V-‘ > mittaus positiivisella hilajännitteellä +0,5 volttia, saadaan kuvan 8 käyrä 801. Käyrä ;* 30 801 antaa suurimmat virta-arvot nielujännitteellä -0,5...-1,0 volttia. Käyrät 802 ja V·· 803 edustavat seuraavia mittauksia hilajännitteillä 0,0 V ja -0,5 V. Käyrän 801 : · · i "kumpare" osoittaisi laitteessa luontaisesti esiintyvien ionien jonkinlaista alkujärjes- ‘,; täytymistä.i 1 »» # 25 The fourth proof is the observed temperature dependence of the current modulation effect: low '; Temperatures known to interfere with ion movement can also be shown to reduce current modulation in an organic thin-film transistor according to one embodiment of the invention. Fifth, if the first I-V- '> measurement is made with a positive gate voltage of +0.5 volts, the curve 801 of Figure 8 is obtained. The curve; * 30 801 gives the highest current values at a drainage voltage of -0.5 ... -1.0 volts. Curves 802 and V ··· 803 represent the following measurements at gate voltages of 0.0 V and -0.5 V. The curve 801: · · i "curve" would indicate some sort of initial order of ions naturally occurring in the device ,; behavior.

Pelkkä RR-P3HT-kerroksen johtavuuden mittaus ennen ja jälkeen dielektrisen 35 PVP-kerroksen asentamista sen päälle antaa tuloksia, jotka ovat samansuuntaiset muiden huomioiden kanssa. RR-P3HT:n johtavuus kasvaa suoraan PVP:n asen- 18 1 1 6704 tamisen myötä, mikä viittaa siihen, että PVP:ssä on läsnä epäpuhtaus-spesieksiä, jotka aiheuttavat RR-P3HT:n seostumista. Johtavuutta voidaan pienentää tyhjö-lämpökäsittelemällä näyte, mutta se ei saavuta paljaan RR-P3HT-kalvon alkuperäistä johtavuutta. PVP-kerroksen asentamisen jälkeen mitatuista arvoista johta-5 vuus entisestään kasvaa, kun PEDOT: PSS-kerros asennetaan PVP:n päälle hila-elektrodin muodostamiseksi. Ilman PEDOT:PSS-kerrokseen johdettua jännitettä mitataan noin 10'4S/cm:n suuruinen OFF-tilan johtavuus. Hilajännitteen läsnäollessa mitattu johtavuus on luokkaa 10'2 S/cm.Just measuring the conductivity of the RR-P3HT layer before and after installing the dielectric 35 PVP layer on it gives results that are consistent with other considerations. The conductivity of RR-P3HT increases directly with the installation of PVP 18,16704, suggesting the presence of impurity specificities in PVP that cause the mixing of RR-P3HT. The conductivity can be reduced by vacuum-heat treatment of the sample but does not achieve the original conductivity of the exposed RR-P3HT film. From the values measured after the PVP layer is installed, the conductivity is further increased when the PEDOT: PSS layer is applied over the PVP to form the gate electrode. Without the voltage applied to the PEDOT: PSS layer, the OFF state conductivity is measured at about 10'4S / cm. In the presence of a gate voltage, the measured conductivity is in the order of 10'2 S / cm.

On havaittu, että kosteissa olosuhteissa esiintyy vuotovirta sellaisenkin PVP-ker-10 roksen läpi, jonka päällä on PEDOT:PSS-kerros. Tällainen vuotovirta asettaa äärimmäisen alarajan keksinnön mukaisen orgaanisen ohutkalvotransistorin vuotovirrat. PVP-kerroksen johtavuus mitattiin levykondensaattorijärjestelyssä, jossa oli yksi kultaievy ja yksi PEDOT:PSS-levy ja dielektrinen PVP-eriste niiden välissä. Mittaus antaa johtavuudeksi noin 10'11...10'12 S/cm huoneilmassa ja merkitykset-15 tömän pienen johtavuuden kuivassa typpikaasuympäristössä. Nämäkin havainnot tukevat edellä esitettyjä kosteusavusteiseen ioniliikkuvuuteen ja sähkökemiallisiin vaikutuksiin perustuvia selityksiä.It has been found that under wet conditions, a leakage current also occurs through a PVP layer overlaid with a PEDOT: PSS layer. Such leakage current sets an extremely low limit for the leakage currents of the organic thin-film transistor of the invention. The conductivity of the PVP layer was measured in a plate capacitor arrangement with one gold plate and one PEDOT: PSS plate and a dielectric PVP dielectric between them. The measurement gives a conductivity of about 10'11 ... 10'12 S / cm in room air and a significant-15 low conductivity in a dry nitrogen gas environment. These observations also support the above explanations based on moisture-assisted ion mobility and electrochemical effects.

Eräs toinen havaittu ominaisuus, joka luultavimmin liittyy muihin kuin puhtaasti sähköisiin ilmiöihin, on keksinnön suoritusmuodon mukaisen orgaanisen ohutkal-20 votransistorilaitteen vaatimaton taajuussieto. Kuva 9 esittää mittaustuloksia järjes- : : telystä, jossa PVP-hilaelektrodilla varustettuun OFET-transistoriin johdettiin hila-Another observed feature, most probably related to non-purely electrical phenomena, is the modest frequency tolerance of the organic thin-film transistor device according to an embodiment of the invention. Fig. 9 shows the measurement results of an arrangement in which a OFET transistor with a PVP gate electrode

: .: jännitteiden sarja 0,0 V, -1,0 V, 0,0 V, -1,0 V, 0,0 V, +0,5 V, 0,0 V, -1,0 V ja 0,0 V:.: Voltage series 0.0 V, -1.0 V, 0.0 V, -1.0 V, 0.0 V, +0.5 V, 0.0 V, -1.0 V and 0 , 0V

siten, että hilajännite pysyi vakiona 60 sekunnin ajan sarjan kussakin vaiheessa. * ί Lähde-nielujännite oli 1,0 V. Kuvassa 9 vaaka-akselina on aika sekunteina ja pys- 25 tyakselina on nieluvirta ampeereina. On helppo nähdä käyrän 901 pyöristyneistä kulmista, että kunkin hilajännitemuutoksen jälkeen kesti useita kymmeniä sekunteja, ennen kuin nieluvirta vakavoitui. Vertailun vuoksi kuva 10 esittää mittaustulok-siä samanlaisesta järjestelystä, jossa on käytetty ei-hygroskooppista polystyreeni-hilaeristettä. Tällä kertaa lähde-nielujännite oli 10,0 V ja hilajännitearvojen sarja oli ' ; * ‘ 30 0,0 V, -10,0 V, 0,0 V, -10,0 V, 0,0 V, +5,0 V, 0,0 V, -10,0 V ja 0,0 V. Käyrä 1001 on oleellisesti suorakulmainen ja osoittaa paljon nopeampaa nieluvirran asettumista. On kuitenkin huomattava, että jopa kymmenen kertaa suuremmilla hila- ja nielu-' . jännitteen arvoilla jälkimmäisessä tapauksessa (jossa ei käytetä keksinnön mu- . . kaista hygroskooppista hilaeristettä) mitatut nieluvirrat jäävät yhden dekadin pie- 35 nemmiksi kuin kuvan 9 tapauksessa.so that the gate voltage remained constant for 60 seconds at each stage of the series. * ί The source-drain voltage was 1.0 V. In Figure 9, the horizontal axis is the time in seconds and the vertical axis is the drain current in amperes. It is easy to see from the rounded corners of the curve 901 that after each change in the gate voltage it took several tens of seconds before the drainage current stabilized. By way of comparison, Figure 10 shows the results of a similar arrangement using a non-hygroscopic polystyrene gate insulation. This time, the source-drain voltage was 10.0 V and the series of gate voltage values was'; * '30 0.0V, -10.0V, 0.0V, -10.0V, 0.0V, +5.0V, 0.0V, -10.0V and 0.0 A. The curve 1001 is substantially rectangular and indicates much faster drainage current settling. However, it should be noted that up to ten times the gate and throat. voltage values measured in the latter case (which does not use the hygroscopic lattice insulation of the band according to the invention) remain one decade lower than in the case of Figure 9.

116704 19116704 19

Se, että keksinnön mukaisen orgaanisen ohutkalvotransistorin virtamodulaatio osoittaa merkittävää herkkyyttä ympäristön kosteudelle, johtaa ajatukseen, että keksinnön yksi mahdollinen käytännön sovellus voisi olla kosteusanturi. Kuva 11 esittää kaavamaisesti laitetta, jossa OFET-yksikkö 1101 on kytketty biasointipiiriin 5 1102, käyttöjännitepiiriin 1103 ja ilmaisinpiiriin 1104. OFET-yksikköön 1101 kuuluu kaksi sarjaan kytkettyä keksinnön mukaista orgaanista ohutkalvotransistoria 1111 ja 1112. Ylemmän transistorin 1111 lähde on kytketty maapotentiaaliin, ja alemman transistorin 1112 nielu on kytketty negatiiviseen käyttöjännitteeseen. Alemman transistorin 1112 hila ja lähde on kytketty yhdessä ylemmän transistorin 1111 10 nieluun, josta on kytkentä myös ilmaisinpiirille 1104. Biasointipiiri 1102 on kytketty ylemmän transistorin 1111 hilaan.The fact that the current modulation of the organic thin-film transistor according to the invention exhibits significant sensitivity to ambient humidity leads to the idea that one possible practical application of the invention could be a humidity sensor. Fig. 11 schematically illustrates a device in which the OFET unit 1101 is coupled to a bias circuit 5 1102, an operating voltage circuit 1103, and a detector circuit 1104. The OFET unit 1101 comprises two series-connected organic thin-film transistors 1111 and 1112 of The 1112 drain is connected to a negative operating voltage. The gate and source of the lower transistor 1112 are coupled together to the drain of the upper transistor 1111 10, which is also coupled to the detector circuit 1104. The biasing circuit 1102 is coupled to the gate of the upper transistor 1111.

Biasointipiiri 1102 on järjestetty syöttämään hitaasti oskilloivaa biasjännitettä ylemmän transistorin 1111 hilalle. Ottaen huomioon keksinnön mukaisten orgaanisten ohutkalvotransistorien nyt tunnetun muodon ja suorituskyvyn, hitaasti oskilloivan 15 biasjännitteen aikavakio on tyypillisesti useiden sekuntien tai kymmenien sekuntien luokkaa, ja se oskilloi itseisarvoltaan suhteellisen lähellä nollaa olevien jänni-tearvojen välillä, esimerkiksi 0,0 voltin ja +0,5 voltin välillä tai 0,0 voltin ja -0,5 voltin välillä. Ilmaisinpiiriin 1104 kuuluu huipusta-huippuun -ilmaisin, joka on järjestetty mittaamaan oskilloivan jännitteen suurinta havaittavissa olevaa amplitudia tran-20 sistorien 1111 ja 1112 välisessä pisteessä. Jos OFET-yksikkö 1101 on hyvin kuivassa ympäristössä, transistorien 1111 ja 1112 virtamodulaatiokyky on pieni ja siten myös ilmaisinpiirissä 1104 mitattu lähtöjännitteen amplitudi on pieni. Toisaalta jos OFET-yksikkö altistetaan normaalissa huoneilmassa esiintyville kosteusmää- \ rille, transistoreilla 1111 ja 1112 havaitaan voimakas virtamodulaatiokyky, mikä ai- ► * ' 25 heuttaa suhteellisen suuret oskillaatiot lähtöjännitteessä. On helppoa toteuttaa il- : .* maisinpiiriin 1104 digitaalinen taulukko, jossa liitetään kukin ilmaistu lähtöjännit- ; teen amplitudi tiettyyn kosteusarvoestimaattiin.The biasing circuit 1102 is arranged to supply a slowly oscillating bias voltage to the gate of the upper transistor 1111. Given the known shape and performance of the organic thin-film transistors of the invention, the time constant of the slowly oscillating bias 15 is typically in the order of several seconds or tens of seconds, and oscillates between voltages relatively close to zero, for example 0.0 volts and +0.5 volts. or between 0.0 volts and -0.5 volts. The detector circuit 1104 includes a peak-to-peak detector arranged to measure the maximum detectable amplitude of the oscillating voltage at the point between transistors 1111 and 1112. If the OFET unit 1101 is in a very dry environment, the current modulation capability of the transistors 1111 and 1112 is low and hence the output voltage amplitude measured in the detector circuit 1104 is small. On the other hand, if the OFET unit is exposed to humidity levels occurring in normal room air, the transistors 1111 and 1112 exhibit a strong current modulation capability, which causes relatively large oscillations at the output voltage. It is easy to implement il-: * a digital table of maize circuit 1104 that plots each detected output voltage-; the amplitude of the tea to a given moisture value estimate.

Edellä esimerkkeinä esitettyjä suoritusmuotoja ei tule ymmärtää niin, että ne olisi-"!! vat ainoa tapa toteuttaa keksintö käytännössä. Esimerkiksi keksinnön mukaisen 30 OFET-transistorin esimerkkiselostuksessa käsiteltiin ainoastaan ns. top-gate-ra- * · V·: kennetta, joka on vain yksi tunnetuista ohutkalvotransistorien perusrakenteista.The exemplary embodiments set forth above are not to be construed as being the only way to put the invention into practice. For example, in the exemplary description of the 30 OFET transistors of the invention, only the so-called top-gate structure * · V · was discussed. just one of the known thin-film transistor infrastructures.

;*·: Orgaanisen ohutkalvotransistorilaitteen ioni-ilmiöihin perustuva toiminnan paran- ‘ ; nus voidaan saada aikaan myös muunlaisilla rakenteilla. Tunnetaan esimerkiksi transistorirakenne, jossa hilaelektrodi on pohjalla hilaeristeen ja aktiivikerroksen al-35 la. Lähde- ja nieluelektrodit ovat ylinnä. Jos tällainen rakenne muodostetaan siten, että hilaeristeenä on hygroskooppinen polymeeri, joka jätetään alttiiksi ympäristön 20 116704 kosteudelle, se voi toimia oleellisesti kuten edellä kuvatut top-gate-rakenteet. Eräs tapa varmistaa hilaeristeen altistuminen ympäristölle on tehdä aktiivikerros ja lähde- ja nieluelektrodi riittävän pieniksi niin, että kosteus pääsee hilaeristeeseen ak-tiivikerroksen ja lähde- ja nieluelektrodin ympäriltä. Toinen mahdollisuus on tehdä 5 aktiivikerros ja lähde- ja nieluelektrodi verkkomaisiksi siten, että kosteus pääsee verkon reikien läpi kosketuksiin hilaeristeen kanssa.; * ·: Functional enhancement based on ionic effects of an organic thin film transistor device; Other types of structures may also be used. For example, a transistor structure is known in which the gate electrode is at the bottom of the gate dielectric and the active layer al-35a1a. Source and sink electrodes are uppermost. If such a structure is formed such that the gate is insulated with a hygroscopic polymer which is exposed to ambient humidity, it may function substantially as the top-gate structures described above. One way to ensure the environmental exposure of the gate insulation is to make the active layer and source and sink electrode small enough to allow moisture to enter the gate insulation around the active layer and the source and sink electrode. Another possibility is to make the active layer 5 and the source and drain electrode mesh-like so that moisture can penetrate through the holes in the mesh to contact the gate insulation.

Top-gate-rakennetta voidaan muunnella kuvan 5 esittämästä mallista sijoittamalla lähde- ja nieluelektrodi aktiivikerroksen ja hilaeristekerroksen väliin sen sijaan, että ne sijoitettaisiin alustan ja aktiivikerroksen väliin kuten kuvassa 5. Kokeilut tällai-10 sella muunnellulla rakenteella osoittavat, että saturaatiota tapahtuu paljon vähemmän kuin kuvan 5 rakenteella, mikä voitaisiin tulkita tehottomammaksi katkaisuksi.The top-gate structure can be modified from the model shown in Figure 5 by positioning the source and sink electrode between the active layer and the gate dielectric layer instead of being positioned between the substrate and the active layer as in Figure 5. Experiments with such a modified structure show much less saturation 5, which could be interpreted as a less efficient cut.

Seostusepäpuhtauksia voi esiintyä aktiivikerroksessa monista syistä. Ensiksikin, käytössä voi olla puhdistamaton alkuperäinen liuos, jossa epäpuhtauksia on valmiiksi läsnä. Toiseksi, käytössä voi olla puhdistettu alkuperäinen liuos, johon on 15 tarkoituksella lisätty seostusainetta (-aineita). Kolmanneksi, epäpuhtauksia voi tulla viereisestä eristekerroksesta, joka samoin voi olla tehty puhdistamattomasta materiaalista tai puhdistetusta materiaalista, johon on tarkoituksella lisätty ionista ainetta (aineita).Doping impurities can occur in the active layer for many reasons. First, an unpurified original solution may be used in which impurities are present. Second, a purified original solution may be used with the deliberately added dopant (s). Third, impurities can come from the adjacent dielectric layer, which may likewise be made of unpurified material or purified material to which an ionic substance (s) have been intentionally added.

Vaikka hygroskooppinen hilaeristekerros (ja mahdollisesti hygroskooppinen hila-: 20 elektrodi) olisikin eristetty ympäristöstä tiettyjen muiden kerrosten alle, keksinnön mukainen parannettu toiminta voidaan saavuttaa varmistamalla, että riittävästi kosteutta imeytyi mainittuihin hygroskooppisiin kerroksiin (tai kerrokseen) ennen rakenteen valmistumista. Tämä on helppoa, jos valmistusprosessi tapahtuu huo-. neilmassa, jossa kosteutta on luontaisesti läsnä, tai jossakin ainakin tietyssä mää- 25 rin kontrolloidussa ympäristössä, johon on tarkoituksella järjestetty kosteutta. Kos- * *' teuden absorboitumista hygroskooppisiin kerroksiin voidaan edistää valmistuksen aikana altistamalla mainitut kerrokset tahallaan vesihöyrylle tai jonkin muun liuot-timen höyrylle ennen niiden peittämistä muilla kerroksilla. Rakenteessa, jossa hyg-roskooppiset kerrokset on eristetty ympäristövaikutuksilta, transistoritoiminnan : 30 sähkökemiallinen ja muu ioni-ilmiöihin perustuva parantaminen on luonnollisesti , *., * ympäristöolosuhteista riippumatonta.Even if the hygroscopic gauze insulation layer (and possibly the hygroscopic gate electrode) is isolated from the environment below certain other layers, the improved function of the invention can be achieved by ensuring that sufficient moisture is absorbed into said hygroscopic layers (or layer) prior to construction. This is easy if the manufacturing process is careful. in a loop where moisture is naturally present, or in at least a certain amount of a controlled environment deliberately provided with moisture. The absorption of water into the hygroscopic layers can be promoted during manufacture by deliberately exposing said layers to water vapor or another solvent vapor prior to covering them with other layers. In a structure in which the hygoscopic layers are isolated from environmental influences, electrochemical and other ion-based enhancement of transistor function is, of course, *,, * independent of environmental conditions.

t ·t ·

Claims (22)

1. Tunnfilmstransistoranordning, vilken omfattar: - ett organiskt halvledarskikt (201,504), - en emitterelektrod (502) och en kollektorelektrod (503), vilka har kopplats till var-5 andra via det organiska halvledarskiktet (201, 504), - en styrelektrod (203, 506), och - ett dielektriskt skikt (202, 505) mellan det organiska halvledarskiktet (201, 504) och styrelektroden (203, 506), vilket dielektriskt skikt (202, 505) har tillverkats av en hygroskopisk polymer, 10 kännetecknad av att det dielektriska skiktet (202, 505) har anordnats sä att fukt som absorberats i det dielektriska skiktet (202, 505) i form av en polar lösning för-bättrar tunnfilmstransistoranordningens funktion genom joniska effekter.A thin film transistor device comprising: - an organic semiconductor layer (201,504), - an emitter electrode (502) and a collector electrode (503) which are connected to each other via the organic semiconductor layer (201, 504), - a control electrode ( 203, 506), and - a dielectric layer (202, 505) between the organic semiconductor layer (201, 504) and the control electrode (203, 506), which dielectric layer (202, 505) is made of a hygroscopic polymer, characterized by that the dielectric layer (202, 505) has been arranged so that moisture absorbed in the dielectric layer (202, 505) in the form of a polar solution improves the function of the thin film transistor device by ionic effects. 2. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att en del av det dielektriska skiktet (202, 505) direkt utsätts för omgivningens fukt.Thin film transistor device according to claim 1, characterized in that a portion of the dielectric layer (202, 505) is directly exposed to the ambient moisture. 3. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att styrelektroden (203, 506) har tillverkats av en hygroskopisk polymer och utsätts för omgivningens fukt.Thin film transistor device according to claim 1 or 2, characterized in that the control electrode (203, 506) is made of a hygroscopic polymer and is exposed to the moisture of the environment. 4. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av . . att den omfattar: ;; , ’ 20 - ett substrat (501) som icke leder elström, * - pä ytan av nämnda substrat (501) elektriskt ledande monster, vilka bildar emitter- (502) och kollektorelektroden (503), ·’ - ett organiskt halvledarskikt (201, 504), vilket täcker en del av emitterelektroden ; (502), en del av kollektorelektroden (503), och en del av ytan hos nämnda substrat : 25 (501) mellan emitter- och kollektorelektroden, - ett isolerande styrskikt (202, 505) som tillverkats av en hygroskopisk polymer, ; ;vilket skikt täcker nämnda organiska halvledarskikt (201,504) vid det stället där en ,*·*. del av emitterelektroden (502), en del av kollektorelektroden (503), och en del av ytan hos nämnda substrat (501) mellan emitter- och kollektorelektroden befinner ' · 30 sig, och - ett styrelektrodskikt (203, 506), vilket täcker en del av nämnda isolerande styr-skikt (202, 505) vid det stället där en del av emitterelektroden (502), en del av kol- .·. : lektorelektroden (503), och en del av ytan hos nämnda substrat (501) mellan emit- » * · ter- och kollektorelektroden befinner sig. 116704Thin film transistor device according to claim 2 or 3, characterized by. . that it comprises: ;; - a substrate (501) which does not conduct electrical current, - on the surface of said substrate (501) electrically conductive sample forming the emitter (502) and the collector electrode (503), - an organic semiconductor layer (201, 504), which covers part of the emitter electrode; (502), a portion of the collector electrode (503), and a portion of the surface of said substrate: (501) between the emitter and collector electrode, - an insulating guide layer (202, 505) made of a hygroscopic polymer; which layer covers said organic semiconductor layer (201,504) at the site where one, * · *. a portion of the emitter electrode (502), a portion of the collector electrode (503), and a portion of the surface of said substrate (501) between the emitter and collector electrode are located; and - a control electrode layer (203, 506), which covers a part of said insulating control layer (202, 505) at the site where part of the emitter electrode (502), part of carbon. The lead electrode (503), and a portion of the surface of said substrate (501) between the emitter and collector electrode is located. 116704 5. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 4, kännetecknad av att tjock-leken för nämnda organiska halvledarskikt (201, 504) är 5-500 nanometer, tjock-leken för nämnda isolerande styrskikt (202, 505) är 300-2000 nanometer, och tjockleken för nämnda styrelektrodskikt (203, 506) är 100-5000 nanometer.Thin film transistor device according to claim 4, characterized in that the thickness of said organic semiconductor layer (201, 504) is 5-500 nanometers, the thickness of said insulating control layer (202, 505) is 300-2000 nanometers, and the thickness of said control electrode layer (203, 506) is 100-5000 nanometers. 6. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 4 eller 5, kännetecknad av att materialet för nämnda organiska halvledarskikt (201, 504) är ur poly(alkyltio-fen)ernas och poly(fluoren-ko-tiofen)ernas grupp; materialet för nämnda isolerande styrskikt (202, 505) är ur polyvinylfenol- och polyvinylalkoholgruppen; och materialet för nämnda styrelektrodskikt (203, 506) är en kombination av polyetendi-10 oxitiofen och poly(styrensulfonat).Thin film transistor device according to claim 4 or 5, characterized in that the material for said organic semiconductor layer (201, 504) is of the group of poly (alkylthiophene) and poly (fluorene-coctiophene) group; the material for said insulating guide layer (202, 505) is from the polyvinylphenol and polyvinyl alcohol group; and the material for said guide electrode layer (203, 506) is a combination of polyethenedioxitiophene and poly (styrene sulfonate). 7. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att materialet för nämnda organiska halvledarskikt (201, 504) är poly(3-hexyltiofen) av re-gioregular typ och att materialet för nämnda isolerande styrskikt (202, 505) är polyvinylfenol.Thin film transistor device according to claim 6, characterized in that the material for said organic semiconductor layer (201, 504) is poly (3-hexylthiophene) of the regular type and that the material for said insulating control layer (202, 505) is polyvinylphenol. 8. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att an- tingen materialet för nämnda organiska halvledarskikt (201, 504) eller materialet för nämnda dielektriska skikt (202, 505) är ickerenat eller alternativt är bägge ma-terialen ickerenade.Thin film transistor device according to claim 6, characterized in that either the material for said organic semiconductor layer (201, 504) or the material for said dielectric layer (202, 505) is non-pure or alternatively both materials are non-pure. : 9. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att an- j. V 20 tingen materialet för nämnda organiska halvledarskikt (201, 504) eller materialet ‘ för nämnda dielektriska skikt (202, 505) är renad polymer, till vilken med avsikt har • ·:. tillsatts jon- eller bearbetningsmedel eller alternativt är bägge materialen renad po- ' * lymer av nämnda typ.: 9. Thin film transistor device according to claim 6, characterized in that the material of said organic semiconductor layer (201, 504) or the material of said dielectric layer (202, 505) is purified polymer, which intentionally has · :. added ion or processing agent or alternatively, both materials are purified polymers of said type. :···. 10. Tunnfilmstransistoranordning enligt vilket som heist av patentkraven ovan, 25 kännetecknad av att den yta som befinner sig mot det dielektriska skiktet (202, 505) hos det organiska halvledarskiktet (201, 504) uppvisar ett omräde (204, 401, '!! / 507) inom vilket man kan skönja en omordning av molekyler och mekanisk föränd- ring av ytformen vid stället för styrelektroden (203, 506).: ···. Thin film transistor device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface located against the dielectric layer (202, 505) of the organic semiconductor layer (201, 504) has a region (204, 401, 507) within which one can discern a rearrangement of molecules and mechanical change of the surface shape at the site of the control electrode (203, 506). 11. Tunnfilmstransistoranordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den 30 omfattar absorberad fukt i det dielektriska skiktet (202, 505) säväl som ett tillslut- \v ningsarrangemang för att tätt avskilja det dielektriska skiktet (202, 505) frän tunn- :,' *; filmstransistoranordningens omgivning. 116704Thin film transistor device according to claim 1, characterized in that it comprises absorbed moisture in the dielectric layer (202, 505) as well as a closure arrangement for tightly separating the dielectric layer (202, 505) from the thin layer. *; the environment of the film transistor device. 116704 12. Elektronisk mätkrets, kännetecknad av att den omfattar: - en tunnfilmstransistoranordning (1101) enligt patentkrav 1, vilken utsätts för om-givningens päverkan, - en biaseringskrets (1102) för att anordna en biasspänning för en tunnfilmstran-5 sistor (1111) som befinner sig i nämnda tunnfilmstransistoranordning (1101), - en driftspänningskrets (1103) för att anordna en driftspänning för nämnda tunnfilmstransistoranordning (1101), och - en tili nämnda tunnfilmstransistoranordning (1101) kopplad detektorkrets (1104), vilken har anordnats att detektera en sädan förändring i strömmoduleringsförmä- 10 gan hos nämnda tunnfilmstransistoranordning (1101) som beror pä förändrade omgivningsförhällanden.Electronic measuring circuit, characterized in that it comprises: - a thin film transistor device (1101) according to claim 1, which is subjected to the influence of the environment, - a biasing circuit (1102) for providing a bias voltage for a thin film transistor (1111) which is in said thin film transistor device (1101), - an operating voltage circuit (1103) for providing an operating voltage for said thin film transistor device (1101), and in the current modulation capability of said thin film transistor device (1101) due to changed ambient conditions. 13. Elektronisk mätkrets enligt patentkrav 12, kännetecknad av att - tunnfilmstransistoranordningen (1101) omfattar en första organisk tunnfilmstran-sistor (1111) och en andra organisk tunnfilmstransistor (1112), vilka har kopplats i 15 serie pä sä sätt att kollektorelektroden hos den första organiska tunnfilmstransis-torn (1111) har kopplats tili emitterelektroden och styrelektroden hos den andra organiska tunnfilmstransistorn (1112), - nämnda biaseringskrets (1102) har kopplats att anordna en biasspänning för styrelektroden hos nämnda första organiska tunnfilmstransistor (1111), 20. nämnda driftspänningskrets (1103) har kopplats att mata en driftspänning över : , ·. den seriekoppling som nämnda första organiska tunnfilmstransistor (1111) och J ·, ' nämnda andra organiska tunnfilmstransistor (1112) bildar, och ' ; - nämnda detektorkrets (1104) har kopplats att detektera potentialförändringar i en punkt mellan den första organiska tunnfilmstransistorn (1111) och den andra or-‘ ' 25 ganiska tunnfilmstransistorn (1112) vilka bildar nämnda seriekoppling.Electronic measuring circuit according to claim 12, characterized in that - the thin-film transistor device (1101) comprises a first organic thin-film transistor (1111) and a second organic thin-film transistor (1112), which are connected in series in such a way that the collector electrode of the first organic the thin film transistor (1111) has been coupled to the emitter electrode and the control electrode of the second organic thin film transistor (1112); ) has been coupled to supply an operating voltage across:,. the series connection formed by said first organic thin film transistor (1111) and J ·, 'said second organic thin film transistor (1112), and'; - said detector circuit (1104) has been coupled to detect potential changes at a point between the first organic thin film transistor (1111) and the second organic thin film transistor (1112) forming said series circuit. 14. Elektronisk mätkrets enligt patentkrav 12 eller 13, kännetecknad av att nämnda biaseringskrets (1102) har anordnats att mata en oscillerande biasspän- : .·. ning tili tunnfilmstransistoranordningen (1101) och att nämnda detektorkrets ' · ·. ’ (1104) har anordnats att detektera en förändring i toppspänningsvärdet i mätpunk- ‘1* 30 ten inne i tunnfilmstransistoranordningen (1101).Electronic measuring circuit according to claim 12 or 13, characterized in that said biasing circuit (1102) is arranged to supply an oscillating bias voltage. to the thin film transistor device (1101) and to said detector circuit. (1104) has been arranged to detect a change in the peak voltage value in the measuring point within the thin film transistor device (1101). .···, 15. Förfarande för tillverkning av en tunnfilmstransistoranordning, vilket förfaran- / [ de omfattar steg i vilka: :.v - ett organiskt halvledarskikt bildas (301) för att sammankoppla ett emitter- och , ‘ : kollektorelektrodpar, 35. ett dielektriskt skikt bildas (302) av en hygroskopisk polymer för att täcka en del av det organiska halvledarskiktet, och 1 1 6704 - en styrelektrod bildas (302) för att täcka en del av det dielektriska skiktet och att befinna sig ovanpä varandra i förhällande tili ett kanalomräde mellan nämnda emitterelektrod och nämnda kollektorelektrod; kännetecknat av att: 5. i förfarandet har det dielektriska skiktet anordnats att absorbera fukt i form av en polar lösning för att förbättra tunnfilmstransistoranordningens funktion genom jo-niska effekter.A method of manufacturing a thin film transistor device, comprising the steps of:: v - an organic semiconductor layer is formed (301) to interconnect an emitter and collector electrode pairs, 35. a dielectric layer is formed (302) from a hygroscopic polymer to cover a portion of the organic semiconductor layer, and a control electrode is formed (302) to cover a portion of the dielectric layer and is superposed relative to each other. a channel area between said emitter electrode and said collector electrode; characterized in that: 5. In the process, the dielectric layer has been arranged to absorb moisture in the form of a polar solution to improve the function of the thin film transistor device by ionic effects. 16. Förfarande enligt patentkrav 15, kännetecknat av att dä man läter det dielektriska skiktet absorbera fukt lämnas en del av det dielektriska skiktet utsatt för 10 omgivningen i den färdiga tunnfilmstransistoranordningen.16. A method according to claim 15, characterized in that when the dielectric layer is absorbed to absorb moisture, a part of the dielectric layer is exposed to the environment in the finished thin film transistor device. 17. Förfarande enligt patentkrav 15 eller 16, kännetecknat av att det steg i vilket en styrelektrod bildas (303) omfattar understeg i vilka: - en viss mängd polymerlösning appliceras (304) pä en del av det dielektriska skiktet, och 15. nämnda mängd polymerlösning tilläts (305) torka och krympa, varvid en kraft i riktningen för planet hos det dielektriska skiktet uppstär, vilken kraft mekaniskt ändrar ytan hos det organiska halvledarskiktet.Method according to claim 15 or 16, characterized in that the step in which a control electrode is formed (303) comprises steps in which: - a certain amount of polymer solution is applied (304) to a part of the dielectric layer, and 15. said amount of polymer solution allowed (305) to dry and shrink, whereby a force in the direction of the plane of the dielectric layer rises, which force mechanically alters the surface of the organic semiconductor layer. 18. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15-17, kännetecknat av att nämnda steg (301,302, 303, 304, 305) utförs i rumsomgivning. I · .’V 20Method according to any of claims 15-17, characterized in that said steps (301,302, 303, 304, 305) are carried out in a room environment. I · .V 20 19. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15-18, kännetecknat av att ätmin- < · Stone ett av nämnda steg (301,302, 303, 304) omfattar en tillämpning av tryck- el- • ·: ler utskriftsteknik tillsammans med polymerlösningen för bildandet av skiktet. * »· * · » · • v.Method according to any one of claims 15-18, characterized in that the etheric stone of one of said steps (301,302, 303, 304) comprises an application of printing or printing technology together with the polymer solution for forming the layer. . * »· * ·» · • v. 20. Förfarande enligt patentkrav 15, kännetecknat av att dä man läter det di- I » .···. elektriska skiktet absorbera fukt lämnas en del av det dielektriska skiktet utsatt för * · 25 fukt vid skedet för tillverkning av tunnfilmstransistoranordningen och senare isole-. . ras det dielektriska skiktet tätt frän omgivningen.20. A method according to claim 15, characterized in that it is delimited. The electric layer absorbs moisture, a portion of the dielectric layer is left exposed to moisture at the stage of manufacture of the thin film transistor device and later insulated. . the dielectric layer is dense from the surroundings. 21. Förfarande enligt patentkrav 15, kännetecknat av att antingen i det skede, i vilket det organiska halvledarskiktet bildas (301) eller i det skede, i vilket det di-..... elektriska skiktet bildas (302), eller vid bäda skedena, används som skiktmaterial 30 ickerenad polymer. 1 1 670421. A method according to claim 15, characterized in that either at the stage in which the organic semiconductor layer is formed (301) or at the stage in which the di-electric layer is formed (302), or at both stages. , is used as a layer material of non-pure polymer. 1 1 6704 22. Förfarande enligt patentkrav 15, kännetecknat av att antingen i det skede, i vilket det organiska halvledarskiktet bildas (301) eller i det skede, i vilket det di-elektriska skiktet bildas (302), eller vid bäda skedena, används som skiktmaterial renad polymer till vilken med avsikt har tillsatts jon- eller bearbetningsmedel. ♦» ’ t • » t » ’ r t t > · · * i f I I IMethod according to Claim 15, characterized in that either at the stage in which the organic semiconductor layer is formed (301) or at the stage in which the dielectric layer is formed (302), or at both stages, the layer material is purified. polymer to which has been intentionally added ionic or processing agents. ♦ »'t •» t »' r t t> · · * i f I I I
FI20031435A 2003-10-03 2003-10-03 Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor FI116704B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20031435A FI116704B (en) 2003-10-03 2003-10-03 Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20031435 2003-10-03
FI20031435A FI116704B (en) 2003-10-03 2003-10-03 Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20031435A0 FI20031435A0 (en) 2003-10-03
FI20031435A FI20031435A (en) 2005-04-04
FI116704B true FI116704B (en) 2006-01-31

Family

ID=29225885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20031435A FI116704B (en) 2003-10-03 2003-10-03 Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI116704B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI20031435A0 (en) 2003-10-03
FI20031435A (en) 2005-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nketia‐Yawson et al. Recent progress on high‐capacitance polymer gate dielectrics for flexible low‐voltage transistors
Lee et al. Flexible field-effect transistor-type sensors based on conjugated molecules
Guo et al. Functional organic field‐effect transistors
Kergoat et al. A water‐gate organic field‐effect transistor
Pandey et al. Enhancement of carrier mobility along with anisotropic transport in non-regiocontrolled poly (3-hexylthiophene) films processed by floating film transfer method
US20090057660A1 (en) Method of fabricating substrateless thin film field-effect devices and an organic thin film transistor obtainable by the method
WO2006097566A1 (en) Methods and arrangements for acquiring and utilising enhanced electronic conduction in an organic thin film transistor
US9318596B2 (en) Ferroelectric field-effect transistor
JP2008141197A (en) Thin-film transistor and organic thin-film transistor
KR20150142901A (en) Semiconductor device, method of manufacturing the same and electronic device including semiconductor device
Kaihovirta et al. Printed all-polymer electrochemical transistors on patterned ion conducting membranes
US9024298B2 (en) Encapsulation layer for electronic devices
KR20230096137A (en) Organic semiconductor composition, organic thin film and organic thin film transistor
Bäcklund et al. Towards all-polymer field-effect transistors with solution processable materials
Lee et al. Air-stable polythiophene-based thin film transistors processed using oxidative chemical vapor deposition: Carrier transport and channel/metallization contact interface
JP2005175386A (en) Organic semiconductor device
Taguchi et al. Balanced ambipolar charge transport in phenacene/perylene heterojunction-based organic field-effect transistors
FI116704B (en) Methods and arrangements for providing and utilizing improved electronic conductivity in an organic thin-film transistor
JP5445533B2 (en) Semiconductor device, optical device and sensor device
Ma et al. Organic field-effect transistors with a low driving voltage using albumin as the dielectric layer
Yong et al. Analysis of influencing factors on air-stable organic field-effect transistors (OFETs)
Shi et al. High performance tetrathienoacene-DDP based polymer thin-film transistors using a photo-patternable epoxy gate insulating layer
Mello et al. Electrochemically activated polyaniline based ambipolar organic electrochemical transistor
ES2717633T3 (en) Procedure of manufacture of low voltage organic transistor
Sun et al. Ionic Liquid-Gated Near-Infrared Polymer Phototransistors and Their Persistent Photoconductivity Application in Optical Memory

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: AVANTONE OY

FG Patent granted

Ref document number: 116704

Country of ref document: FI

MA Patent expired