JP2009505428A - 有機電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
有機電界効果トランジスタの製造において少なくとも２つの厚みを有する誘電体が形成される。
トランジスタのアクティブ領域に形成される１つの厚みにより、デバイスの所望の閾値が調整される。
トランジスタのフィールド領域に第２の厚みが堆積されることにより、トランジスタを電気的に絶縁し、リーク電流および容量を減少させる。第１の厚みより厚く、第２の厚みよりは薄い第３の誘電体厚を用いることにより、第２の閾値電圧を有するトランジスタが定義され得る。誘電体の複数の厚みは、グラビア印刷を用いるときは、グラビアロールの複数のセルサイズ、フレキソ印刷を用いるときは、ａｎｏｌｏｘロールにおける複数のセルサイズ、インクジェット印刷を用いるときは、複数のノズルサイズおよびチャンバ圧により生じ、あるいは、単一の厚みの誘電体の連続層を印刷することにより生じる。方法は、トップゲート型、ボトムゲートトップコンタクト型、また、ボトムゲートボトムコンタクト型有機トランジスタ構造において用いられ得る。
【選択図】なし
トランジスタのアクティブ領域に形成される１つの厚みにより、デバイスの所望の閾値が調整される。
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Description
本発明は、２００５年８月１６日に出願された米国特許番号第１１／２０４，７２５号の優先権を主張し、参照によりそのすべてが本願明細書中に組み込まれる。
本発明は、有機トランジスタに関連し、より詳しくは、少なくとも２つの誘電体厚を有する有機電界効果トランジスタの製造方法に関する。
有機電界効果トランジスタ（ｏＦＥＴ）は、ディスプレイ、電子バーコード、および、センサなど多くの用途に提案されている。様々な用途でｏＦＥＴが重宝とされるのは、製造コストが安く、回路規模が大きく、有機材料の化学的活性性質による。これらの使途の多くは、フレキソ印刷およびグラビア印刷などの印刷技術を利用した製造方法に依存する。
有機ＭＯＳトランジスタの動作は、シリコン金属酸化膜半導体トランジスタと同様である。主な構成の違いは、より一般的な無機シリコンＭＯＳデバイスではシリコン層が用いられるのとは対照的に、半導体有機ＭＯＳトランジスタは、半導体有機高分子膜の薄膜層を利用してデバイスの半導体として機能することである。
図１は、トップゲートボトムコンタクト有機ＭＯＳトランジスタ１００の断面図である。金属領域１２２は、有機ＭＯＳデバイス１００のゲート１２２を形成する絶縁基板１１２に堆積される。薄い誘電体領域１２０がゲート領域１２２の上部に配置され、他の層から電気的に絶縁するＭＯＳゲート絶縁体として機能する。ゲート金属１２２の一部を覆う導体１１６および１１８間にギャップ１２４ができるようにゲート領域１２２上の誘電体領域１２０に金属導体１１８および１１６が形成される。ギャップ１２４は、トランジトリ１００のチャネル領域として知られる。有機半導体材料１１４の薄膜は、誘電体領域１２０上に金属導体１１６および１１８の少なくとも一部を覆うように堆積される。ゲート１２２およびソース１１８間に印加される電圧は、半導体領域１２４と誘電体１２０との界面近傍におけるギャップ領域１２４内の有機半導体膜１１４の抵抗を変える。これが「電界効果」である。ソース１１８およびドレイン１１６間に別の電圧が印加されると、ドレイン・ソース間には、ゲートからドレイン、および、ドレインから電源電圧の両方に基づく値を有する電流が流れる。
完全な回路を実現するには、ゲート金属とソース／ドレイン金属との間に電気的接続を設けることが必要である。この電気的接続は、ソース／ドレイン金属が堆積される前に誘電体を貫通する開口をパターン化することにより実現できる。その結果、ソース／ドレイン金属領域とゲート金属領域とを接続する開口が生じる。
有機トランジスタ２００もまた、図２に示されるようなトップゲートトップコンタクト構造として構築されることができる。導体層２２２は、基板２１２上に堆積されてパターニングされる。誘電層２２０は、導体層２２２上に堆積される。半導体材料２１４は、誘電層２２０上に堆積される。導電性薄膜が有機半導体２１４の上部に堆積されてパターン化されることにより、ゲート金属層２２４と重なるギャップ２２４が生じるように導電性ソース／ドレイン領域２１６および２１８が形成される。ギャップ２２４は、トランジスタ２００のチャネル領域として知られる。電界効果により、ゲート導体２２２とソース２１８との間に印加される電圧は、半導体領域２２４および誘電体２２０との間の界面近傍におけるギャップ領域２２４における有機半導体２１４の抵抗を変える。ソース２１８とドレイン２１６との間に別の電圧が印加される場合、ドレインとソースとの間には、ゲート・ソース間、および、ドレイン・ソース電圧間両方に基づく値を伴う電流が流れる。
また、完全なプロセスでは、ゲート金属とソース／ドレイン金属間の接続は、ソース／ドレインが堆積される前に誘電体および有機半導体を貫通する開口をパターニングすることにより実現する。その結果、ソース／ドレイン金属領域とゲート金属領域とを接続する開口が生じる。
有機トランジスタ３００は、図３に示すようなトップゲート構造として構築される。導電性薄膜が絶縁基板３１２に堆積されてパターン化されることにより、導電性領域３１８および３１６が形成される。これら導電性領域の１つは、ソース３１８として知られ、その他は、ドレイン３１６として知られる。それらの間のギャップ３２４は、チャネル領域３００として知られる。薄い有機半導体層は、ギャップ３２４全体と、導電性領域ソース３１８およびドレイン３１６の少なくとも一部がカバーされるよう、導電性領域ソース３１８およびドレイン３１６の上部に堆積される。誘電層３２０は、半導体層３２０の上部に堆積される。導体層３２２は、ギャップ３２４と、ソース３１６およびドレイン３１６の少なくとも一部が覆われるよう、堆積されてパターン化される。電界効果により、ゲート３２０とソース３１８との間に電圧が印加されるにつれ、半導体３２０と誘電体３２０との界面近傍におけるギャップ３２４の内側の有機半導体３２０の抵抗は減少する。ソース３１８とドレイン３１６との間に別の電圧が印加されると、ソース３１８とドレイン３１６との間にゲート３００とソース３１８との間の電圧に基づく値を有する電流が流れる。
同様に、完全な回路を生成するためには、ゲート金属とソース／ドレイン金属との間に電気的接続を確立する必要がある。この電気的接続は、ゲート金属が堆積される前に誘電体を貫通する開口をパターン化することにより得られる。結果としてソース／ドレイン金属領域とゲート金属領域とを接続する開口が生じる。
これらの構造のすべてにおいて、すべての層は、ゲート導体がチャネル領域のギャップ、および、ソース／ドレインの少なくとも一部と重なり、有機半導体、および、誘電体が配置される限りパターン化されるので、ゲート導体およびソース／ドレイン導体は、電気的に絶縁される。
有機半導体材料は、ポリマー、低分子量、あるいは、ハイブリッドとしてしばしば分類される。ペンタセン、ヘキシチオフェン、ＴＰＤ、および、ＰＢＤは、低重量分子の例である。ポリチオフェン、パラセニレン、ビニレン、および、ポリフェニレン、エチレンは、高分子半導体の例である。ポリビニルカルバゾールは、ハイブリッド材料の一例である。これらの材料は、絶縁体または導体として分類されない。有機半導体の動作は、無機半導体におけるバンド理論と類似するといえよう。しかしながら、有機半導体に電荷キャリアを生じさせる実際の仕組みは、無機半導体とは実質的に異なる。シリコンなどの無機半導体では、異なる原子値の原子をホスト結晶格子に導入することによりキャリアが生成され、その量は、伝導帯に印加されるキャリア数によって表され、その動作は、波数ベクトルｋにより表され得る。有機半導体では、炭素分子のハイブリダイゼーションにより、特定の材料内にキャリアが生成され、Π電子と呼ばれる結合の弱い電子が非局在化するようになり、元々はその電子を生じた原子から比較的遠くへと移動する。この効果は、共役分子またはベンゼンリング構造を含む材料内で顕著に見られる。非局在化により、これらΠ電子は、伝導帯にあるときのような状態になると、おおざっぱに言うことができる。この仕組みは、電荷の移動性を低下させ、ある尺度は、これらの電荷が半導体を介して移動する速度を示し、無機半導体に比べ、有機半導体の電流特性は著しく低くなる。
移動性の低下の他に、キャリア生成の化学作用は、有機ＭＯＳトランジスタと無機半導体との動作間に別の重要な相違をもたらす。無機半導体の典型的な動作では、チャネル領域の抵抗は、半導体内に少数存在するタイプの電荷で形成される電荷キャリアからなる逆転層により変更される。導通のために用いられるものと逆のタイプのキャリアがシリコンバルクにドーピングされる。例えば、ｐ型無機半導体は、ｎ型半導体で形成され、ｎ型半導体ホールとも呼ばれるｐ型キャリアを用いてソース／ドレイン間に電流を導く。しかしながら、有機半導体の典型的な動作において、チャネル領域の抵抗は、半導体内に多数存在するタイプの電荷で形成される電荷キャリアからなる「蓄積層」により変更される。例えば、ＰＭＯＳ有機トランジスタの典型的な動作では、ｐ型半導体、およびｐキャリアあるいはホールを用いて電流を生じる。
シリコンなどの無機半導体の処理では、しばしばフィールド酸化物層と呼ばれるトランジスタ間の誘電体を用いて互いに絶縁される。このフィールド酸化物層を形成する１つの一般的な方法は、ＬＯＣＯＳと呼ばれるプロセスによるもので、トランジスタのチャネル、ソース／ドレイン領域が窒化シリコンによりマスクされ、該シリコンは、その後高温の酸素または水蒸気にさらされる。そして酸素または水蒸気にさらされたシリコンが酸化して二酸化ケイ素が形成され、一方、窒化シリコンマスクにより保護されているシリコンは、酸化しない。この酸化物を形成する他の方法は、トレンチアイソレーションプロセスと呼ばれ、フィールド領域内のシリコンへのエッチング、誘電体の堆積、および、表面の平坦化を含む。フィールド酸化物層は、また、アイソレーションをもたらすばかりでなく、フィールド酸化物層（第１の金属層）の下の金属相互接続がフィールド酸化物層（第２の金属層）の上の金属相互接続と重なるときに上昇する寄生容量を引き下げる。さらに、第１の金属層および金属の第２の金属層から誘電体を通じてのリークも減少する。フィールド酸化物層が厚いほど、誘電体を通じての寄生容量およびリークは望ましく減少する。
有機半導体処理では、トランジスタ間のアイソレーションは一般的に、フィールド領域内に半導体を堆積せずにもたらされるこのような処理では、誘電体の厚みは、トランジスタの閾値を最適化するよう選択され、アクティブおよびフィールド領域の両方に堆積される。フィールド領域内に半導体は存在しないので、キャリアは、キャリアチャネルを形成せず、よって所望のアイソレーションが実現する。しかしながら、この策は、誘電体を通じてのリークを大きくするばかりでなく、金属の第１の層と第２の層との間の容量も大きくしてしまう。
この従来技術の他の制限は、いくつかの印刷技術を用いる場合に、フィールド領域内に全く半導体が堆積しないとは言い切れないことである。例えば、グラビア印刷では、印刷ローラの非画像領域は、非画像領域内のインクを掻き落とすドクターブレードブレードに潤滑性を与えるべく、故意に少量のインクを取り込むよう設計されている。非画像領域にクロスハッチが刻み込まれることにより、過剰なインクを取り除くドクターブレードが磨耗したり、あるいは、ガタついたりしなくなる。グラビアがビジュアルプリントに用いられる場合は、この少量のインクは取るに足りないものだが、この少量のインクから生じる電気的性質は、非常に有害なものとなり得る。この場合、半導体インクの薄いコーティングが基板上に堆積されることもあり、トランジスタのフィールド領域内に、個々のトランジスタ間の望ましくないクロストークの原因となる電荷キャリアを生じ得る。
したがって、有機統合プロセスにおけるトランジスタの実用的な絶縁方法が望まれる。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも２つの厚みを有する誘電体が有機電界効果トランジスタの製造において形成される。トランジスタのアクティブ領域が一の厚みを有することにより、デバイスの所望の閾値を調整する手段が提供される。トランジスタのフィールド領域が第２の厚みを有することにより、トランジスタを電気的に絶縁する手段が提供される。また、誘電体のこの第２の厚みは、誘電体の下の第１の金属層と誘電体の上の第２の金属層との間のリーク電流、および、容量を減少させる役割を果たす。本発明の他の実施形態では、第１の厚みより厚く、第２の厚みよりは薄い第３の厚みが用いられることにより、第２の閾値電圧を有するトランジスタを定義し得る。誘電体のこれら複数の厚みは、グラビア印刷を用いるときは、グラビアロールの複数のセルサイズ、フレキソ印刷を用いるときは、ａｎｏｌｏｘロールにおける複数のセルサイズ、インクジェット印刷を用いるときは、複数のノズルサイズおよびチャンバ圧により生じ、あるいは、単一の厚みの誘電体の連続層を印刷することにより生じる。この方法は、トップゲート、ボトムゲートトップコンタクト、および、ボトムゲートボトムコンタクト構造において用いられ得る。
本発明を添付の図面により例示するがこれに限定されない。図面における同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
図４を参照すると、トップゲート構造への本発明の一実施形態が示される。有機ＦＥＴの製造プロセスは、従来技術において知られる技術から始まる。ソース４１８およびドレイン電極４１６が絶縁基板４１２上に堆積される。絶縁基板は、ガラス、二酸化ケイ素を含むシリコン、あるいは、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＴＧ（ポリエチレンテレフタレート共重合体）、ポリカーボネート、または、カプトンなどのフレキシブル基板を含む。ソース４１８およびドレイン４１６電極は、パターン化された導体により形成される。パターン化された導体の材料は、金、銀、ニッケル、銅、あるいは、ＰＥＤＯＴなどの導電性ポリマー、および、導電性ポリチオフェンを含む。堆積方法は、蒸着、スピニング、または、印刷を含む。パターニング方法は、レーザアブレーション、化学エッチング、ドライエッチングなどの実質的技術と、印刷、インクジェット、表面修飾を含む付加的技術を含む。
その後、有機半導体４２４は、ヘキシチオフェン、ペンタセン、ペリレン、ＴＰＤなどの低分子重量材料、あるいは、ポリチオフェン、ポリ(パラフェニレン・ビニレン)、ＰＰＶ、ＭＥＨ−ＰＰＶなどの高分子有機半導体、あるいは、ポリ(ビニルカルバゾール)（ＰＶＫ）などのハイブリッド材料を含む材料でできたパターン化されたソース／ドレイン層上に堆積される。
従来技術では、単一の厚さの誘電材料が有機半導体４２４上に堆積される。このシステムでは、金属相互接続で２つのトランジスタを接続すると、その相互接続の下の半導体内に電荷キャリアが生じ得る。そして、これらのキャリアが２つのトランジスタ間に望ましくないリーク電流を生じる可能性がある。本願明細書中に開示される本発明の一実施形態では、誘電体４２０は、少なくとも２つの厚みをもって堆積される。薄い誘電層４２３は、ソース／ドレイン間の領域、および、ソース／ドレインの少なくとも一部として定義されるトランジスタのアクティブ領域に配置される。厚い誘電体４２１および４２５は、アクティブ領域ではないフィールド領域と呼ばれるすべての領域に配置される。この厚みのある誘電体は、十分厚いため、最大電圧が相互接続金属に印加される場合、相互接続金属下ではキャリアが発生せず、それによって、トランジスタ間のリーク電流は、著しく減少する。したがって、このフィールド誘電体４２１および４２５は、トランジスタのアクティブ領域を電気的に絶縁し、第１の金属層と金属の第２の金属層との間の容量を減らす役割を果たす。フィールド誘電体は、図４に示される様に、誘電体セクション４２０内のソース４１８またはドレイン４１６の一部の上、あるいは、基板４１２に直接堆積されてもよい。あるいは、フィールド酸化物層は、図４に示されるように、誘電体セクション４２５における有機半導体４２４上に堆積されてもよい。
アクティブ領域における薄い誘電体の垂直次元は、トランジスタが有効電流を導き始めるゲート・ソース間の電圧として定義されるトランジスタの閾値電圧を定義する。
図５は、２つのトランジスタ５０１および５０３を絶縁する役割を果たす均一な厚みの誘電体を有する領域５０２により隔てられた、トランジスタ５０１がトランジスタ５０３より厚い誘電体５２１を有する他の実施形態を示す。トランジスタにおける厚い誘電体は、薄い誘電体より高い閾値電圧を生じる。したがって、このような処理は、都合がよいことに、回路設計において異なる閾値を有するトランジスタの使用を可能にできる。
この誘電体は、スピンオンガラスなどの無機前駆物質、あるいは、架橋ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリプロピレン、ＣＹＴＯＰ、ポリビニルアルコール、ポリイソブチレン、ＰＭＭＡ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ（Ｐ−キシレン）、および、ＣＹＭＭなどの高分子誘電体を含む材料など、印刷可能な材料が望ましい。グラビア印刷、フレキソ印刷、または、インクジェット印刷によりパターン化することができる。これら印刷方法のそれぞれにおける単一のプロセスにおいて様々な厚さにすることができる。
グラビア印刷では、堆積したインクの厚みは、ローラのセルサイズに依存するところが大きい。グラビアローラの画像領域は、セル、と呼ばれるローラの小さいくぼみからなり、それぞれのくぼみは、一定量のインクを取り込むように設計されている。次に、ローラが基板に押し付けられることにより、インクが基板へと移される。Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔａｔｉｃ Ａｓｓｉｓｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ、ＥＳＡグラビア印刷と呼ばれる特殊な形式のグラビア印刷では、ローラと、基板の他の側との間の電界を利用して、基板における各セルの中身をすべて空にしてしまう。その後インクが基板上に流れ、連続したフィルムを形成する。様々な画像領域において堆積した誘電体の厚みは、誘電体が厚く堆積した領域内により深いセルを形成し、誘電体が薄く堆積している領域内にはより浅いセルを形成することにより制御される。
図６は、前述の原理を示す。領域６０１は、非画像領域６０２により隔てられた画像領域６０３と比べ比較的深いセルを有する画像領域である。したがって、領域６０３よりも領域６０１に対応する基板に多くのインクが移動することにより、誘電体は、領域６０１により厚く堆積するようになる。
堆積しているインクがセルから同時に流れるとき、均一な画像領域が形成され、それによって、セル同士が接続して１つの均一な画像領域を形成する。
堆積しているインクがセルから同時に流れるとき、均一な画像領域が形成され、それによって、セル同士が接続して１つの均一な画像領域を形成する。
図７は、画像領域内のセルが非画像領域７０６の表面準位より低い表面準位７０５と接続することにより、画像領域内のセルがさらに簡単に結合できる他の実施形態を示す。これによって、所定量のインクでより均一な層が生成され得る。より小さいセルの表面準位７０３は、非画像領域７０６の表面準位より低い。
図８は、本発明の原理の他の実施形態を示し、個別のセルからなる１つの領域というよりむしろ１つの均一な領域である画像領域を示している。画像領域８０１は、非画像領域８０２により隔てられる画像領域８０３より深い。この方法は、画像領域がキャビティ内のインクを適切に保持するのに十分な小ささであるならば機能する。
フレキソ印刷では、画像が非画像領域の上に隆起している印刷プレートにインクが移動する。移動するインク量は、インクを取り込むセルを有するａｎｏｌｏｘロールに依存する。従来技術では、ａｎｏｌｏｘロールは、所定の密度およびサイズのセルからなり、同じ量のインクを印刷基板のすべての隆起した表面に移動させる。本特許に開示される発明の一実施形態では、ａｎｏｌｏｘロールは、厚い誘電体の領域における深いセルと、薄い誘電体の領域における浅いセルとによりパターン化されることにより、適切な量のインクが印刷プレートへと移される。
図９は、上述の原理を示す。図９において、ａｎｏｌｏｘロール９１０の表面は、印刷プレート９２０の２つの隆起した表面に異なる量のインクを移動させる。深いセル９１１は、セル９１２より多くのインクを保持し、したがって、より多くのインクが印刷プレート表面９２１および９２２にそれぞれ移動する。その後、印刷プレートが基板上で回転することにより、これらのインク量がそれぞれ基板へと移動する。このプロセスにより、セル９１２ではなくセル９１１に対応する基板表面に誘電インクの厚い層が形成される。
インクジェット技術では、インクジェットノズルのサイズ、および、インクジェットヘッドチャンバ内のインクにかけられる圧力によりインク量を制御することができる。厚い誘電体が必要とされる領域には、薄い誘電体が必要とされる領域より多くのインクが堆積される。
図１０は、上記の原理を示す。インクジェット１００１は、制御パラメータ１００４により制御されて所望の液滴サイズを生じる。小さい液滴サイズ１００２は、大きい液滴サイズ１００３より薄い誘電層を生じる。
また、図１１に示すような多数の印刷段階により誘電体の厚みを変えてもよい。まず、薄い誘電層１１０５が誘電層を収容するすべての領域内に堆積されることにより、低閾値トランジスタ１１０３が生成される。誘電体１１０６の第２の層が、厚い誘電層が必要とされる領域内に堆積されることにより、例えば第２の閾値電圧レベルを有するトランジスタ１１０１を生成する。第３の誘電層１１０７は、例えば回路のフィールド領域１１０２など、誘電体のさらに厚い層が必要とされるところに堆積され得る。当業者であれば、図１１の構造は、図では１つしか示されていないが、トランジスタ１１０１および１１０３など複数のトランジスタの製造にまで拡張できると理解するであろう。
再び図４を参照すると、第２の金属層のゲート金属４２２が誘電体４２０内に堆積されている。トランジスタのアクティブ領域の上にある誘電体領域４２３は、それらの領域に金属インクが流れ込むようにすることにより、該インクの配置をより明確にすべく用いられるウェルを表面上に有する。さらに、金属４２６も相互接続をもたらす手段としてフィールド酸化物層の上でパターン化されてよい。この金属は、また、バイアと呼ばれる誘電体４２０内のホールを介して流されることにより、誘電体の下の第１金属層と接続する。このような構造は、所望の回路で要求されるような第１の金属層と第２の金属層との間の電気的接続をもたらす。
図１２の構造１２００は、ボトムゲート／トップコンタクトデバイスを超えた原理の応用を示す。本構造では、第１の金属層１２２２は、トランジスタのゲートとして用いられ、絶縁基板１２１２上に堆積される。多数の厚みを有する誘電体１２２０は、第１の金属層の上部に形成される。少なくとも１つの厚みを有する薄い誘電体がトランジスタのアクティブ領域内に堆積される。アクティブ領域は、ソースの少なくとも一部、ドレインの少なくとも一部、および、ソース／ドレイン間の空間からなる領域として定義される。フィールド領域は、少なくとも第２の厚みを有する誘電材料１２２０を有する。
なお図１２を参照すると、有機半導体１２２４が堆積されている。フィールド酸化物層の壁の間に形成される領域は、有機半導体溶液を導く役割を果たす。その後、第２の金属層が形成され、パターン化されて、ソース１２１８およびドレイン１２１４を形成する。ソースおよびドレインは、ソース１２１８に示されるように有機半導体上に完全に配置されることができるか、または、ドレイン１２１４に示されるように、フィールド誘電体上に一部配置されてよい。
図１３の構造１３００は、ボトムゲート／ボトムコンタクトデバイスにおける本願明細書中に開示される原理の応用を示す。この構造では、第１の金属層１３２２がトランジスタのゲートとして利用され、絶縁基板１３１２上に堆積される。複数の厚みを有する誘電体１３２０は、第１の金属層１３１２の上部に形成される。少なくとも１つの厚みを有する薄い誘電体がトランジスタのアクティブ領域に堆積される。アクティブ領域は、ソースの少なくとも一部、ドレインの少なくとも一部、および、ソース／ドレイン間の空間からなる領域として定義される。フィールド領域は、少なくとも第２の厚みを有する誘電材料１３２０を含む。
図１３を参照すると、第２の金属層金属が堆積され、ソース１３１８およびドレイン１３１６を形成している。フィールド誘電体間のトラフは、インクをソース／ドレインの一端に導くよう用いられることができる。ソース／ドレイン間の空間は、レーザアブレーション、エッチング、または、表面エネルギー修正などの減殺法、あるいは、グラビア、フレキソ印刷、または、コンタクトプリンティングなどの加算法により設けることができる。半導体１３２４は、第２の金属層金属の上部に配置され、半導体インクは、フィールド誘電体間のトラフにより導かれる。
誘電体厚の変化を利用してトランジスタの閾値を変化させることができる。厚い誘電体を用いて上記のトランジスタを絶縁させるのはその特殊なケースである。金属の相互接続が２つのトランジスタ間（例えば、第１のトランジスタのソースと第２のトランジスタのドレイン）を走る場合、寄生トランジスタが生成されることがあり、その場合、相互接続はゲートとして機能し、ソースは、第１のトランジスタのソースであり、ドレインは、第２のトランジスタのドレインである。相互接続に電圧が印加される場合、寄生トランジスタの「相互接続ゲート」の下にキャリアが生成され、第１のトランジスタと第２のトランジスタとの間にリーク電流を生じる。第１および第２のトランジスタアクティブ領域間に配置される誘電体が十分な厚さであれば、たとえ相互接続に最大動作電圧が印加されたとしても寄生トランジスタはオンにされないだろう。したがって、リーク電流の観点から、電気的絶縁は目覚しく向上する。
これまで実施形態を例示して本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲を逸脱せずに様々な変更が成され得ることは明らかであろう。したがって、例えば、上記構造は、最適化された印刷特徴のための所望の表面エネルギー、および、接触角を得る自己組織化単層膜（ＳＡＭ）、コロナ処理、または、他の表面処理を含み得る。金属層は、粘着力を強化すべく、印刷されると同時にソース／ドレインまたはゲート層と表面との間に他の導電層を含んでよい。それによって印刷表面の濡れ方を加減できる。金属層が金浸漬法、または、チオール処理を施されることにより、酸化を緩和し、金属の有効仕事関数を向上させ、半導体ポリマーと結晶構造との所望の位置合わせを促進する。各堆積工程、あるいは、全体のプロセス終了時のいずれにおける様々な硬化工程も含まれ得る。
Claims (22)
- 一の有機トランジスタデバイス構造を形成する方法であって、
一の絶縁基板層を形成することと、
一の有機半導体層を形成することと、
ソース、ドレイン、および、ゲート領域を形成することと、
少なくとも一の第１の厚みおよび一の第２の厚みを有する一の誘電層を形成することと、
を含む方法。 - 一の第１の誘電体厚は、一の第１の閾値電圧を有する一の第１の有機トランジスタで用いられ、第２の誘電体厚は、前記有機トランジスタデバイス構造における前記第１の有機トランジスタと一の追加トランジスタとの間のリーク電流、および、容量を最小化するよう用いられる、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、前記第１の厚みより厚く、前記第２の厚みより薄い少なくとも一の第３の誘電体厚を有することにより、一の第２の閾値電圧を有する一の第２の有機トランジスタを形成する、請求項２に記載の方法。
- 前記複数の層および複数の領域が結合されることにより、一の絶縁されたトップゲート型有機ＦＥＴ構造が形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記複数の層および複数の領域が結合されることにより、一の絶縁されたボトムゲートトップコンタクト型有機ＦＥＴ構造が形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記複数の層および複数の領域が結合されることにより、一の絶縁されたボトムゲートボトムコンタクト型有機ＦＥＴ構造が形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、複数の画像領域におけるグラビアロールの複数のセルの深さが変化するグラビア印刷を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、前記複数の画像領域における前記グラビアロールの前記複数のセルが複数の非画像領域の表面準位より低い一の表面と接合するグラビア印刷を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、前記画像領域における前記グラビアロールの前記複数のセルが単一のキャビティからなるグラビア印刷を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、複数のａｎｏｌｏｘロールにおける複数のセルの深さが変化するフレキソ印刷を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、一のインクジェットヘッドを制御する複数のパラメータが変化するインクジェット印刷を用いて形成される、
請求項１に記載の方法。 - 前記誘電層は、２つの連続する誘電層を印刷することにより形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電層は、ポリビニルフェノール、ポリプロピレン、ＣＹＴＯＰ、ポリビニルアルコール、ポリイソブチレン、ポリメチルメタクリレート、テレフタル酸ポリエチレン、ポリパラキシレン、ＣＹＭＭ、または、スピンオンガラスからなる一の層を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
- 一の絶縁基板層と、
一の有機半導体層と、
ソース、ドレイン、および、ゲート領域と、
少なくとも一の第１の厚みおよび一の第２の厚みを有する一の誘電層と、
を含む有機トランジスタデバイス構造。 - 一の第１の誘電体厚は、一の第１の閾値電圧を有する一の第１の有機トランジスタ内で用いられ、一の第２の誘電体厚は、リーク電流および容量を最小化するために用いられる、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 前記誘電層は、前記第１の厚みより厚く、前記第２の厚みより薄い少なくとも一の第３の誘電体厚を有することにより、一の第２の閾値電圧を有する一の第２の有機トランジスタを形成する、請求項１５に記載のデバイス構造。
- 前記複数の層および複数の領域は、一の絶縁されたトップゲート型有機ＦＥＴ構造を形成する、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 前記複数の層および複数の領域は、一の絶縁されたボトムゲートトップコンタクト型有機ＦＥＴ構造を形成する、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 前記複数の層および複数の領域は、一の絶縁されたボトムゲートボトムコンタクト型有機ＦＥＴ構造を形成する、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 前記誘電層は、２つの誘電層を含む、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 前記誘電層は、ポリビニルフェノール、ポリプロピレン、ＣＹＴＯＰ、ポリビニルアルコール、ポリイソブチレン、ＰＭＭＡ、テレフタル酸ポリエチレン、ポリパラキシレン、ＣＹＭＭ、または、スピンオンガラスからなる一の層を含む、請求項１４に記載のデバイス構造。
- 一の第１の厚みを有する一の誘電層を含む一の有機トランジスタと、
一の第２の厚みを有する一の誘電層を含む一の絶縁領域と、
を含む有機トランジスタデバイス構造。
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