JP2007531279A - 応力印加式有機半導体 - Google Patents

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Abstract

２つのコンポーネント間のインタフェースにおいて基板へ結合される有機半導体材料を含む半導体デバイス。上記基板は、第１の熱膨張係数を有する。上記有機半導体材料は、上記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する。インタフェースを介して基板から有機半導体へは機械的応力が移行され、機械的応力は第１の熱膨張係数と第２の熱膨張係数との差に関連づけられる。

Description

本発明は、概して有機半導体デバイスに関し、より特定的には有機半導体デバイスにおける電荷キャリア移動度の変化に関する。
従来、半導体ベースのデバイス及びシステムは、例えばシリコンを基礎とする材料である無機半導体材料を使用する。有機半導体は、幾つかのアプリケーションにおいて従来の無機半導体に代わる可能性を有し、さらには無機半導体がこれまでに使用されたことのないアプリケーションを提供する可能性がある。このようなアプリケーションには、例えば、ディスプレイ・システム、モバイル機器、センサ・システム、コンピュータ・デバイス、信号受信デバイス、信号送信デバイス及びメモリ・デバイスが含まれる。
残念ながら有機半導体は、無機半導体とは対照的に、非効率的な電荷キャリア移動度を有することが多い。この非効率の原因は、有機半導体の電気特性が内在的な材料特性により大きく制限されることにある。このような特性には、例えば分子の形態、結晶性及びパッキング密度が含まれる。
有機半導体における電荷キャリア移動度を増大させるこれまでの試行は、不適当であることが分っている。従って、有機半導体における電荷キャリア移動度を効率的に増大させる、または低下させる方法に対するニーズが存在する。
このニーズ及び他のニーズに応えるため、かつその目的に鑑みて、本発明は半導体デバイスを提供する。第１の例示的な実施形態では、本半導体デバイスは、第１の熱膨張係数を有する基板と、基板と有機半導体材料との間のインタフェースで上記基板へ結合される有機半導体材料とを含む。上記有機半導体材料は、第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する。機械的応力が、基板からインタフェースを介して有機半導体へ移動される。上記機械的応力は、第１の熱膨張係数と第２の熱膨張係数との差に関連づけられる。
本発明の別の例示的実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、第１の熱膨張係数を有する基板を供給することを含む。本方法はまた、有機半導体材料を基板と有機半導体材料との間のインタフェースにおいて基板へ結合することを含む。有機半導体材料は、第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する。本方法はまた、基板の少なくとも１つの物理的寸法が変わるように、基板の温度を変えることによりインタフェースを介して有機半導体材料へ機械的応力を印加することを含む。本文書で使用しているように、「温度を変える」という表現は、意図的な温度変動（例えば、加熱または冷却）を指す場合もあれば、周囲温度より高い、または低い温度から環境温度または周囲温度への温度変動を指す場合もある。
本発明のさらに他の例示的実施形態によれば、半導体デバイスが提供される。本半導体デバイスは、基板と、基板と有機半導体材料との間のインタフェースで上記基板へ結合される有機半導体材料とを含む。本半導体デバイスはさらに、上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方と共用されるために供給されるアクチュエータを含む。上記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、静電アクチュエータ、静磁アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、磁性形状記憶合金アクチュエータ及び電気活性高分子アクチュエータより成るグループから選択される。アクチュエータは、アクチュエータが作動されると基板または有機半導体材料の少なくとも一方へ機械力を印加する。アクチュエータによって印加される機械力は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、基板へ結合される有機半導体材料を供給することを含む。本方法はまた、上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方と共用されるためのアクチュエータを供給することを含む。上記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、静電アクチュエータ、静磁アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、磁性形状記憶合金アクチュエータ及び電気活性高分子アクチュエータより成るグループから選択される。本方法はまた、アクチュエータを作動することにより、基板または有機半導体材料の少なくとも一方へ機械力を印加することを含む。アクチュエータの作動により印加される機械力は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
本発明のさらに他の例示的実施形態によれば、半導体デバイスが提供される。本半導体デバイスは、半導体パッケージと、上記半導体パッケージに供給される有機半導体材料とを含む。半導体パッケージは、半導体パッケージ内の圧力が大気圧とは異なるようにそれに印加される静水圧を有する。印加される静水圧は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、有機半導体材料を半導体パッケージに供給することを含む。本方法はまた、半導体パッケージ内の圧力が大気圧とは異なるように、半導体パッケージに静水圧を印加することを含む。印加された静水圧は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
これまでに行った概説及び下記の詳細な説明は共に本発明を例示するものであり、限定的なものではない点は理解されるべきである。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面に関連して下記の詳細な説明を読めば最も良く理解される。但し、慣行によって、図面に示される様々な機能は正確な縮尺でない点を強調する。したがって、様々な機能の大きさは明確さを期して任意に拡大、または縮小されている。図面には、以下の図が包含される。
以下、諸図面を参照して本発明の実施形態の好適な機能を説明する。但し、本発明の精神及び範囲が、説明のために選択されたこれらの実施形態に限定されないことは認識されるであろう。図１は、基板１０６により支持される有機半導体１０２を含む半導体デバイス１００を示す。半導体デバイス１００はまた、電極１０４及び１０８を含む。動作の間、電流は一方の電極（例えば、トランジスタの場合のドレイン）からもう一方の電極（例えば、トランジスタの場合のソース）へ流れる。後述するように、半導体デバイス１００は、応力が、有機半導体１０２と基板１０６との間のインタフェース１１０で発生する機械的相互作用を介して有機半導体１０２へ印加されるように形成される。
より具体的には、上記機械的相互作用は、有機半導体１０２の大きさに、対応する変化をもたらす基板１０６の大きさの変化（例えば、インタフェース１１０に平行な寸法の変化）に関連する。例えば、図１に示す横方向の構造体における機械的相互作用は、有機半導体１０２へ印加される圧縮応力をもたらす基板１０６の大きさの縮小に関連づけられる。この圧縮応力は有機半導体１０２における負の歪に繋がり、有機半導体１０２におけるキャリア移動度（例えば、電子または正孔移動度）の増加がもたらされる。
図２は、基板２０６により支持される有機半導体２０８を含む垂直に構成される半導体デバイス２００を示す。半導体デバイス２００はまた、電極２０２及び２０４を含む。電極２０４は、基板２０６と有機半導体２０８との間に位置づけられる。図１に示す半導体デバイス１００と同様に、半導体デバイス２００も、応力が、有機半導体２０８と基板２０６との間のインタフェース２１０で発生する機械的相互作用を介して有機半導体２０８へ印加されるように形成される。
より具体的には、上記機械的相互作用は、有機半導体２０８の大きさに、対応する変化をもたらす基板２０６の大きさの変化（例えば、インタフェース２１０に平行な方向への基板２０６の延長）に関連する。基板２０６のこのような延長は、有機半導体２０８において電流フローの方向に負の歪を誘発し、有機半導体２０８におけるキャリア移動度（例えば、電子または正孔移動度）の増加がもたらされる。興味深いことに、最終的に電子移動度の増加をもたらす機械的相互作用は、有機半導体２０８が基板２０６と直に接触していない（即ち、電極２０４が基板２０６と有機半導体２０８との間に位置づけられる）場合でも発生する。
本発明の様々な例示的実施形態は、基板の大きさの変化を介して有機半導体におけるキャリア（例えば、電子）移動度に影響を与える幾つかの方法を提供する。例えば、図３は、有機半導体の電子移動度に影響を与えるために、基板及び有機半導体の各々で異なる熱膨張係数を使用することを示す。第１の段階（即ち、段階「（ａ）」）の間、基板３０２上に有機半導体３００が供給される。有機半導体３００は熱膨張係数α１を有し、基板３０２は熱膨張係数α２を有する。この第１の段階（即ち、基板３０２上に有機半導体３００が堆積及び／またはアニールされる堆積段階）の間、有機半導体３００及び基板３０２の温度はＴであり、これはＴ０より高い。Ｔ０は、有機半導体デバイスが動作される温度（例えば、室温、周囲温度、他）である。
次に、図３に示す第２の段階（即ち、段階「（ｂ）」）へ移行すると、実際温度ＴはＴ０まで冷却されている。基板３０２の熱膨張係数α２が有機半導体３００の熱膨張係数α１より大きいと仮定すれば、基板３０２は、Ｔ０に冷却されると有機半導体３００より大きく収縮する。この状況は、図３の第２の段階で基板３０２が有機半導体３００より横方向に小さく示されることで視覚的に表されている。この第２の段階の間、基板３０２は有機半導体３００より大きく収縮することから、基板３０２内の引張り応力及び対応する圧縮応力は、インタフェースで付着されるこれらの２つのコンポーネント（即ち、基板３０２及び有機半導体３００）を同じ大きさに維持すべく印加される。
図３に示す第３の段階（即ち、段階「（ｃ）」）において、本デバイス（有機半導体３００及び基板３０２を含む）は温度Ｔ０におけるオペレーション用に準備される。この第３の段階では、本デバイスは有機半導体３００内に残留圧縮応力が存在する平衡状態に達している。この残留圧縮応力（及び対応する歪）は、望ましくは有機半導体３００におけるキャリア移動度の増加をもたらす。
図３に示す本発明の例示的な実施形態では、第３の段階における有機半導体３００内の圧縮応力をΔαΔＴと定義することができる。但し、Δαは有機半導体３００と基板３０２の熱膨張係数の差であり、ΔＴはＴとＴ０の温度差である。Δαを１０ｐｐｍ／摂氏温度及びΔＴを摂氏１００度とすると、圧縮応力は１０００ｐｐｍ（即ち、０．１％）になる。有機半導体３００の引張り応力を１ＧＰａ乃至１０００ＧＰａの範囲であるとすると、有機半導体３００に印加される圧縮応力は１ＭＰａ乃至１０００ＭＰａの範囲になる。これは、係数０．０１乃至１０の移動度の増加をもたらす。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、有機半導体より低い熱膨張係数（即ち、ＴＥＣ）を有する基板が使用されてもよく、有機半導体（例えば、有機半導体膜）は動作温度より低い温度で堆積されてもよい。この実施形態によれば、有機半導体において向上された電子移動度が達成される。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、本文書に開示されている技術（先に記述したような基板の大きさに影響を与える熱膨張係数の使用を含む）は、（圧縮応力に対抗するものとしての）引張り応力を有機半導体へ印加するために使用されてもよい。このような実施形態は、有機半導体の電子移動度を縮小縮小する上で有益である可能性がある。
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、炭素ベースの有機半導体分子におけるキャリア移動度（例えば、電子移動度）を示し、隣接するパイ（π）電子軌道が示されている。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに示すように、隣接する分子間の距離が短いほど、隣接する分子間での電荷キャリア（例えば、電子）の移行は容易になる。図４Ａでは、引張り応力が有機半導体へ故意に印加され、よってキャリア移動度は大幅に縮小縮小される。図４Ｂは、引張り応力または圧縮応力が印加されていない有機半導体の状態を表す。キャリアは、一方のパイ電子軌道から隣の起動へ移動（例えば、ホップ、トンネリング、他）する。図４Ｃでは、圧縮応力が有機半導体へ故意に印加され、よってキャリアは、移動度の増加によって一方のパイ軌道から隣のパイ軌道へ移行する。
従って、図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに示すように、有機半導体の電子移動度は、有機半導体の分子のパイ電子軌道の重なりを増加することによって（即ち、図４Ｃに示すように）拡大されてもよい。この重なりの増加は、有機半導体分子のパイ−パイスタッキングと記述することができる。従って、本発明の所定の例示的実施形態によれば、パイ電子軌道の重なりを拡大するために有機半導体へ圧縮応力が印加される。
本発明の所定の実施形態は、アクチュエータ（またはアクチュエータ材料）を使用して有機半導体材料におけるキャリア移動度を変える。このようなアクチュエータには、例えば、圧電アクチュエータ（即ち、圧電性結晶の場合のように、電圧が印加されると機械力を発生する材料）、圧磁アクチュエータ（即ち、磁場が印加されると機械力を発生する材料）、電歪アクチュエータ（即ち、ＰＭＮ−ＰＴ等の電歪結晶の場合のように、電圧が印加されると機械力を発生する材料）、磁歪アクチュエータ（即ち、ジュール効果としても知られる、磁場に置かれると大きさに変化をきたす材料）、静電アクチュエータ（即ち、電圧が印加されると静電力を発生するアクチュエータまたは材料）、静磁アクチュエータ（即ち、２つの磁極間に機械力を発生させるアクチュエータ）、形状記憶合金アクチュエータ（即ち、その材料（例えば、膜）が低温で変形されていれば、加熱されると上記材料に力が加わり、堆積されたそのもとの形状が再度達成される）、磁性形状記憶合金アクチュエータ（即ち、アクチュエータとして機能すべく印加された磁場において多大な可逆変形を遂げることのできるスマート材料であり、一般的な温度駆動式形状記憶合金に比較すると、加熱及び冷却は磁場の印加より遅いことから磁性制御はより速い応答をもたらす）及び電気活性高分子アクチュエータ（即ち、多大な形状またはサイズ変位を表示することにより外部の電気的刺激に応答するポリマ）が含まれる。このようなアクチュエータは、有機半導体に所望の広範な歪値をもたらすように使用されてもよい（例えば、０．１乃至４００％の範囲の歪値）。アクチュエータは、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに関して後に示しかつ述べるように基板または有機半導体とは独立していてもよく、またはアクチュエータは、基板または有機半導体の少なくとも一方へ統合されてもよい。
図５Ａは、半導体デバイス５００のブロック図である。半導体デバイス５００は、基板５０２上へ取り付けられる有機半導体５０４を含む。有機半導体５０４上には、アクチュエータ５０６が設けられる。例えば、アクチュエータ５０６は圧電アクチュエータであってもよい。このような実施形態においては、圧電アクチュエータ５０６へ予め決められた電圧が印加されると、圧電アクチュエータ５０６の大きさが変わる（例えば、圧電アクチュエータ５０６は収縮する）。圧電アクチュエータ５０６のこの大きさの変化は、圧電アクチュエータ５０６と有機半導体５０４との間のインタフェースにおける機械力の印加をもたらす。例えばこの機械力は、例えば図１に関連して先に述べたように、有機半導体５０４のキャリア移動度を変える、有機半導体５０４へ印加される応力であっても歪であってもよい。当然ながら、圧電アクチュエータは単にあるタイプのアクチュエータ５０６の一例であり、アクチュエータがアクチュエータ５０６と有機半導体５０４との間のインタフェースにおいて所望される機械力（例えば、応力、歪、他）の印加をもたらす限り、幾つかの代替作動用材料またはメカニズムのうちのどれが使用されてもよい。
図５Ｂは、半導体デバイス５１０のブロック図である。半導体デバイス５１０は、基板５１２上へ取り付けられる有機半導体５１４を含む。アクチュエータ５１８は、基板５１２の下に供給される。例えば、アクチュエータ５１８は圧磁アクチュエータであってもよい。このような実施形態においては、圧磁アクチュエータ５１８へ予め決められた磁場が印加されると、圧磁アクチュエータ５１８の大きさが変わる（例えば、圧磁アクチュエータ５１８は収縮する）（予め決められた磁場は、その印加前はランダムとは反対にかなり予測可能な場である）。圧磁アクチュエータ５１８におけるこの大きさの変化は、圧磁アクチュエータ５１８と基板５１２との間のインタフェースにおける機械力の印加をもたらす。
例えばこの機械力は、基板５１２へ印加される応力であっても、歪であってもよい。この応力または歪は、基板５１２を介して基板５１２と有機半導体５１４との間のインタフェースへ移行される。この応力または歪は、基板５１２と有機半導体５１４との間のインタフェースを介して有機半導体５１４へ印加され、有機半導体５１４のキャリア移動度を変える。当然ながら、圧磁アクチュエータは単にあるタイプのアクチュエータ５１８の一例であり、アクチュエータが基板５１２を介して基板５１２と有機半導体５１４との間のインタフェースへ所望される機械力（例えば、応力、歪、他）の印加をもたらす限り、幾つかの代替作動用材料またはメカニズムのうちのどれが使用されてもよい。
図５Ｃは、半導体デバイス５２０のブロック図である。半導体デバイス５２０は、基板５２２上へ取り付けられる有機半導体５２４を含む。有機半導体５２４上には、アクチュエータ５２６が供給される。さらに、基板５２２の下にはアクチュエータ５２８が供給される。例えば、アクチュエータ５２６及び５２８は圧電アクチュエータであってもよい。このような実施形態においては、圧電アクチュエータ５２６へ予め決められた電圧が印加されると、圧電アクチュエータ５２６の大きさが変わる（例えば、圧電アクチュエータ５２６は収縮する）。圧電アクチュエータ５２６のこの大きさの変化は、圧電アクチュエータ５２６と有機半導体５２４との間のインタフェースにおける機械力の印加をもたらす。例えばこの機械力は、先に述べたように、有機半導体５２４のキャリア移動度を変える、有機半導体５２４へ印加される応力であっても歪であってもよい。
さらに、圧電アクチュエータ５２８へ予め決められた電圧が印加されると、圧電アクチュエータ５２８の大きさが変わる（例えば、圧電アクチュエータ５２８は収縮する）。圧電アクチュエータ５２８のこの大きさの変化は、圧電アクチュエータ５２８と基板５２２との間のインタフェースにおける機械力の印加をもたらす。例えばこの機械力は、基板５２２へ印加される応力であっても歪であってもよい。この応力または歪は、基板５２２を介して基板５２２と有機半導体５２４との間のインタフェースへ移行される。この応力または歪は基板５２２と有機半導体５２４との間のインタフェースを介して有機半導体５２４へ印加され、有機半導体５２４のキャリア移動度を変える。
従って、図５Ｃに示す本発明の例示的な実施形態では、有機半導体５２４のキャリア移動度はアクチュエータ５２６及びアクチュエータ５２８の使用によって変えられる。
本発明の所定の他の例示的実施形態によれば、アクチュエータ（例えば、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ及びこれらに類似するもの）は実際には有機半導体または上記有機半導体が上に取り付けられる基板のうちの少なくとも一方へ統合されてもよい。例えば、有機半導体が圧電材料を含む基板上へ取り付けられれば、有機半導体のキャリア移動度は、予め決められた電圧を基板へ印加することによって変えられてもよい。同様に、有機半導体が圧磁材料を含む基板上へ有機半導体が取り付けられれば、有機半導体のキャリア移動度は予め決められた磁場を有機半導体へ印加することによって変えられてもよい。さらには、有機半導体及び基板の双方が圧電材料を含む基板上へ有機半導体が取り付けられれば、有機半導体のキャリア移動度は予め決められた磁場を有機半導体、基板または双方へ印加することによって変えられてもよい。
図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに描かれた本発明の例示的な実施形態は、基板、有機半導体及びアクチュエータのみを含む半導体デバイスを示しているが、本文書に記述されているこれらの、及び他の半導体デバイスが幾つかの他の機能を含んでもよいことは明らかである。例えば、半導体材料には、端子（例えば、２端子デバイス、３端子デバイス、多端子デバイス、他）、電極、絶縁膜層及び他のエレメント（例えば、ゲート絶縁体、ゲート電極、他）が含まれてもよい。圧電アクチュエータを使用する実施形態では、アクチュエータへ印加される電圧を分離するためにこのような絶縁層が供給されてもよく、これにより短絡の可能性が防止される。
アクチュエータを使用する本発明の様々な例示的実施形態は、主に、アクチュエータの作動を介して（直接、または基板との機械的相互作用を介して）有機半導体のキャリア移動度を変えるアクチュエータに関連する。但し、逆のプロセスも考えられる。より具体的には、アクチュエータは、有機半導体のキャリア移動度を変える機械的相互作用（例えば、基板及び／または有機半導体の大きさの変化）を引き起こすために作動を止められてもよい（例えば、圧磁アクチュエータの場合は磁場が除去される）。従って、アクチュエータが作動されている（機械力が有機半導体のキャリア移動度を変える）ことによる基板または有機半導体の少なくとも一方への機械力の印加は、アクチュエータの正作動（例えば、圧磁アクチュエータの場合の磁場の印加）を介する場合もあれば、アクチュエータの負作動（例えば、圧磁アクチュエータの場合の磁場の除去）を介する場合もある。
図６は、パッケージされた半導体デバイス６００を示す。半導体デバイス６００は、半導体パッケージ６０４にパッケージされた有機半導体６０２を含む。本発明の例示的実施形態では、パッケージ６０４内の有機半導体６０２に静水圧を印加することができる。印加される圧力は、パッケージ６０４内に密閉される。静水圧は、大気圧に比較して正圧（即ち、圧縮性）である場合もあれば、負圧（即ち、真空）である場合もある。静水圧は、ガス圧、液圧、ゲル圧、固体圧力またはこれらのメカニズムの組合わせを含む、但しこれらに限定されない幾つかの例示的メカニズムを介してパッケージ６０４へ印加されてもよい。有機半導体６０２のキャリア移動度は、パッケージ６０４内の有機半導体６０２へ静水圧を印加することによって影響されてもよい。
例えば、印加される静水圧は、有機半導体６０２への圧力印加を介してキャリア移動度を直接変えることができる。このような実施形態では、最終的に有機半導体６０２へ圧縮力を印加させる正の静水圧が、望ましくは有機半導体６０２のキャリア移動度を増加させることができる。或いは、最終的に有機半導体６０２へ引張り力を印加させる負の静水圧が、望ましくは有機半導体６０２のキャリア移動度を低下させることができる。
さらに、静水圧はパッケージ６０４内の基板（図６に基板は示されていない）へ機械力を印加することができ、ここにおいて機械力は基板の大きさを変え、これにより、先に記述したように基板上へ取り付けられた有機半導体６０２のキャリア移動度が変わる。またさらに、静水圧は、これらの方法の双方を介して（即ち、（ａ）有機半導体６０２への圧力の直接印加、及び（ｂ）有機半導体６０２と有機半導体６０２を支持する基板との間のインタフェースを介する有機半導体６０２への応力または歪の印加、を介して）有機半導体６０２のキャリア移動度を変えることができる。
図７は、半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。ステップ７００において、第１の熱膨張係数を有する基板が供給される。ステップ７０２において、これらの２つのコンポーネント間のインタフェースで基板に有機半導体材料が結合される。上記有機半導体材料は、第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する。ステップ７０４において、基板の少なくとも１つの物理的寸法が変わるように基板の温度を変えることにより、インタフェースを介して有機半導体材料へ機械的応力が印加される。本文書で使用しているように、「温度を変える」という表現は故意による温度変化（例えば、加熱、冷却）を指す場合もあれば、環境温度または周囲温度への自然な温度変化を指す場合もある。
ステップ７０４において印加される応力が圧縮応力であれば、本方法はステップ７０６からステップ７０８へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が縮小され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は増加される。ステップ７０４において印加される応力が引張り応力であれば、本方法はステップ７１０からステップ７１２へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が増加され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は縮小される。
図８は、半導体デバイスの別の製造方法を示すフローチャートである。ステップ８００において、基板に結合される有機半導体材料が供給される。ステップ８０２において、基板または有機半導体材料の少なくとも一方と共用されるアクチュエータが供給される。アクチュエータは、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、磁性形状記憶合金アクチュエータ及び電気活性高分子アクチュエータより成るグループから選択される。ステップ８０４において、アクチュエータの作動により、基板または有機半導体材料の少なくとも一方へ機械力が印加される。アクチュエータの作動により印加される機械力は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
ステップ８０４において印加される機械力が圧縮応力であれば、本方法はステップ８０６からステップ８０８へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が縮小され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は増加される。ステップ８０４において印加される応力が引張り応力であれば、本方法はステップ８１０からステップ８１２へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が増加され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は縮小される。
図９は、半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。ステップ９００において、半導体パッケージ内の有機半導体材料が供給される。ステップ９０２において、半導体パッケージ内の圧力が大気圧とは異なるように、半導体パッケージへ静水圧が印加される。印加される静水圧は、有機半導体材料のキャリア移動度を変える。
静水圧により有機半導体材料に圧縮応力が印加されることになれば、本方法はステップ９０４からステップ９０６へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が縮小され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は増加される。静水圧により有機半導体材料に引張り応力が印加されることになれば、本方法はステップ９０８からステップ９１０へ進み、有機半導体材料内の隣接する分子間の距離が増加され、これにより、有機半導体材料のキャリア移動度は縮小される。
本明細書に開示されている本発明の様々な例示的実施形態により、圧縮応力の有機半導体への印加を主としてキャリア移動度の増加に関連して説明した。同様に、引張り応力の有機半導体への印加を主としてキャリア移動度の縮小に関連して説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば有機半導体への（直接または基板を介する）圧縮応力の印加がキャリア移動度の低下をもたらす場合もある。同様に、有機半導体への（直接または基板を介する）引張り応力の印加がキャリア移動度の増加をもたらす場合もある。この結果は、例えば、圧縮／引張り応力の結果としての有機半導体材料の位相変換または物理的構成（例えば、形態）の変化を基礎として達成することができる。
本発明に関連して使用される基板は、例えばプレート基板、ワイヤ基板、球面基板、立体基板及びこれらに類似するものを含む幾つかのタイプの基板のどれであってもよい。
本文書において記述されているように、本発明の所定の例示的実施形態によれば、基板は、温度変更によって大きさを変更され得ることが望ましい。この目的を推し進めるために、基板は有機材料（例えば、Ｌｅｘａｎ（登録商標）樹脂、ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓから市販されている高性能ポリカーボネート）で製造されてもよい。Ｌｅｘａｎ（登録商標）樹脂は、熱処理を介して１０乃至５００ｐｐｍの範囲で、さらには１０００ｐｐｍまで収縮することが実証されている。このレベルの収縮は、有機半導体への応力印加に使用されることが望ましい可能性がある。
本文書に記述されているデバイスの構造及び製造方法は、半導体デバイスの様々なコンポーネント間の直接的な接続（例えば、基板と有機半導体との直接的接続、アクチュエータと基板または有機半導体の何れかとの直接的接続、他）を示しているが、本発明はこのような直接的構成に限定されない。開示されている発明概念は、多種多様なセットのデバイス構成及び製造方法に適用されてもよい。例えば、様々な構成コンポーネント間には絶縁層、電気接続及び他のエレメントが供給されてもよい。従って、本文書において使用しているように、「結合する」という用語は必ずしも直接的接続を指すものではなく、これは、有機半導体材料の所望される機械的相互作用及びキャリア移動度の最終的移動を促進する任意の接続に適用することができる。
本発明概念は、広範な伝統的及び非伝統的半導体アプリケーションに適用することができる。より具体的には、本文書に開示されている概念は、有機半導体材料を使用する任意のアプリケーションに適する。
以上、特定の実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は提示された詳細に限定されるべきものではなく、請求の範囲に記載されている等価物の範囲内で本発明を逸脱することなく詳細な変更を様々に行うことができる。
本発明の例示的な実施形態による半導体デバイスのブロック図である。 本発明の別の例示的な実施形態による別の半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による製造の様々な段階の間の半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による様々な構成におけるキャリア移動度を表す図である。 本発明の例示的な実施形態による様々な構成におけるキャリア移動度を表す図である。 本発明の例示的な実施形態による様々な構成におけるキャリア移動度を表す図である。 本発明の例示的な実施形態によるアクチュエータを含む半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態によるアクチュエータを含む半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態によるアクチュエータを含む半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態によるパッケージされた半導体デバイスのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の別の例示的な実施形態による半導体デバイスの別の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の別の例示的な実施形態による半導体デバイスのさらに別の製造方法を示すフローチャートである。

Claims (26)

  1. 第１の熱膨張係数を有する基板と、
    上記基板に両者間のインタフェースで結合される有機半導体材料と
    を備え、
    上記有機半導体材料は、上記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有し、これにより、上記基板から上記インタフェースを介して機械的応力が上記有機半導体材料へ移動され、上記機械的応力は上記第１の熱膨張係数と上記第２の熱膨張係数との差に関連づけられる半導体デバイス。
  2. 上記機械的応力は、上記インタフェースを介して上記基板から上記有機半導体材料へ移行される圧縮応力である請求項１に記載の半導体デバイス。
  3. 上記圧縮応力は、上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより、上記有機半導体材料のキャリア移動度が増加される請求項２に記載の半導体デバイス。
  4. 上記機械的応力は、上記インタフェースを介して上記基板から上記有機半導体材料へ移行される引張り応力である請求項１に記載の半導体デバイス。
  5. 上記引張り応力は、上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増大し、これにより、上記有機半導体材料のキャリア移動度が縮小される請求項４に記載の半導体デバイス。
  6. 第１の熱膨張係数を有する基板を供給するステップと、
    上記基板へ両者間のインタフェースで有機半導体材料を結合するステップと
    を含み、
    上記有機半導体材料は、上記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有し、
    上記基板の少なくとも１つの物理的寸法が変わるように、上記基板の温度を変えることにより上記インタフェースを介して上記有機半導体材料へ機械的応力を印加するステップを含む方法。
  7. 上記機械的応力を印加するステップは、上記インタフェースを介して上記有機半導体材料へ圧縮応力を印加することを含む請求項６に記載の方法。
  8. 上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を増加させるステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
  9. 上記印加するステップは、上記インタフェースを介して上記有機半導体材料へ引張り応力を印加することを含む請求項６に記載の方法。
  10. 上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増加し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を縮小させるステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
  11. 基板と、
    上記基板へ両者間のインタフェースで結合される有機半導体材料と、
    上記基板または上記有機半導体の少なくとも一方と共用されるために供給されるアクチュエータと
    を備え、
    上記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、静電アクチュエータ、静磁アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、磁性形状記憶合金アクチュエータ及び電気活性高分子アクチュエータより成るグループから選択され、上記アクチュエータは、上記アクチュエータが作動されていると上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ機械力を印加し、上記機械力は上記有機半導体のキャリア移動度を変える半導体デバイス。
  12. 上記機械力は圧縮応力であり、上記圧縮応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより、上記有機半導体材料のキャリア移動度が増加される請求項１１に記載の半導体デバイス。
  13. 上記機械力は引張り応力であり、上記引張り応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増加し、これにより、上記有機半導体材料のキャリア移動度が縮小される請求項１１に記載の半導体デバイス。
  14. 上記アクチュエータは、上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ統合される請求項１１に記載の半導体デバイス。
  15. 基板へ結合される有機半導体材料を供給するステップと、
    上記基板または上記有機半導体の少なくとも一方と共用されるためのアクチュエータを供給するステップと
    を含み、
    上記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、圧磁アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、静電アクチュエータ、静磁アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、磁性形状記憶合金アクチュエータ及び電気活性高分子アクチュエータより成るグループから選択され、
    上記アクチュエータの作動により、上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ機械力を印加するステップを含み、
    上記機械力は上記有機半導体材料のキャリア移動度を変える方法。
  16. 上記機械力を印加するステップは、上記アクチュエータの作動により上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ圧縮応力を印加することを含み、上記圧縮応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を増加させる請求項１５に記載の方法。
  17. 上記機械力を印加するステップは、上記アクチュエータの作動により上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ引張り応力を印加することを含み、上記引張り応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増加し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を縮小させる請求項１５に記載の方法。
  18. 上記結合するステップは、上記アクチュエータを上記基板または上記有機半導体材料の少なくとも一方へ統合することを含む請求項１５に記載の方法。
  19. 半導体パッケージと、
    上記半導体パッケージ内に供給される有機半導体材料と
    を備え、
    上記半導体パッケージは、上記半導体パッケージ内の圧力が大気圧とは異なるようにそれに印加される静水圧を有し、上記印加される静水圧は上記有機半導体材料のキャリア移動度を変える半導体デバイス。
  20. 上記静水圧は、上記有機半導体材料へ圧縮応力を印加し、上記圧縮応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を増加させる請求項１９に記載の半導体デバイス。
  21. 上記静水圧は、上記有機半導体材料へ引張り応力を印加し、上記引張り応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増加し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を縮小させる請求項１９に記載の半導体デバイス。
  22. 上記静水圧は、ガス圧、液圧、ゲル圧、固体圧力またはこれらの組み合わせのうち少なくとも１つにより供給される請求項１９に記載の半導体デバイス。
  23. 半導体パッケージ内に有機半導体材料を供給するステップと、
    上記半導体パッケージ内の圧力が大気圧とは異なるように上記半導体パッケージへ静水圧を印加するステップと
    を含み、
    上記印加される静水圧は、上記有機半導体材料のキャリア移動度を変える半導体デバイスの製造方法。
  24. 上記印加するステップは、静水圧を介して上記有機半導体材料へ圧縮応力を印加することを含み、上記圧縮応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を縮小し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を増加させる請求項２３に記載の半導体デバイスの製造方法。
  25. 上記印加するステップは、静水圧を介して上記有機半導体材料へ引張り応力を印加することを含み、上記引張り応力は上記有機半導体材料内の隣接する分子間の距離を増加し、これにより上記有機半導体材料のキャリア移動度を縮小させる請求項２３に記載の半導体デバイスの製造方法。
  26. 上記印加するステップは、ガス圧、液圧、ゲル圧、固体圧力またはこれらの組み合わせのうち少なくとも１つを上記半導体パッケージへ印加するステップを含む請求項２３に記載の半導体デバイスの製造方法。
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