JP2012521076A - 有機ツェナーダイオード、電子回路、および、有機ツェナーダイオードを動作させる方法 - Google Patents
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Abstract
Description
超小型電子技術の着実な発展により、構造物は、所定の区域に搭載されるコンポーネントの数が増えているにもかかわらず、ますます小型化されている。この傾向は、データメモリが増え続けていることにおいても明らかである。従来のシリコンベースの半導体技術は、物理的および経済的理由のために、その限界に近づいており、まもなく、この小型化への道を進み続けることは不可能になるであろう。今日製造されているコンポーネントは、数十ナノメートルの構造サイズを有している。構造サイズを縮小させること、つまり全てのコンポーネントを数ナノメートルまでさらに小型化させることが可能な、新規の原理および材料が求められている。
本発明の目的は、構成が簡素であり、絶縁破壊電圧に関して改善された性能を提供する、改善されたツェナーダイオードを提供することにある。ツェナーダイオードは、安定し、かつ、再現可能な動作を示すと共に、順方向バイアスの特性曲線を変化させることなく、絶縁破壊電圧を調節可能でなければならない。
− 真空蒸着法:これは、極めて薄い層を製造するための一般的な方法である。有機層は、主に、熱蒸着またはPVD(Physical Vapour Deposition:「物理蒸着法」)によって蒸着させることが可能である。無機層は、熱蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、噴霧熱分解法、CVD法(Chemical Vapour Deposition:「化学気相蒸着法」)、および他の方法によって成長させることが可能である。これらの方法は、必ずしも、真空において行われる必要はなく、遮蔽ガスの雰囲気下で行われてもよい。
− 湿式化学処理法または溶液からの沈殿法:これは、「スピンコーティング」、「ブレードギャップコーティング法」、「スタンピング法」、印刷法(インクジェット法)、または類似のものといった方法を含む。
− 「有機気相成長法」:この方法によって混合層を製造することは、EP第1780816 A1号(段落[0011]〜[0013]を参照)に説明されている。この方法によって、ドープされた層を製造することは、EP第1780816 A1号に記載されている(段落[0017]〜[0019]を参照)。
以下に、典型的な実施形態を用いると共に図面を参照することにより、本発明をより詳細に説明する。
(21.1) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.1) 正孔用の注入層:4重量%の2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリルでドープされた2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メチルフェニルアミノ)−9,9’−スピロビフルオレン(50nm)、
(23.1) ハイブリッド中間層:TCTA:TPBi(5nm)、
(24.1) 電子用の注入層:セシウムでドープされたBPhen(50nm)、
(25.1) カソード:アルミニウム(100nm)。
(21.2) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.2) 正孔用の注入層:4重量%の2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリルでドープされた2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メチルフェニルアミノ)−9,9’−スピロビフルオレン(50nm)、
(23.2) ハイブリッド中間層:TCTA:TPBi(10nm)、
(24.2) 電子用の注入層:セシウムでドープされたBPhen(50nm)、
(25.2) カソード:アルミニウム(100nm)。
(21.3) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.3) 正孔用の注入層:4重量%の2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリルでドープされたMeo−TPD(50nm)、
(23.3) ハイブリッド中間層:Balq:NPB(5nm)、
(24.3) 電子用の注入層:セシウムでドープされたBPhen(50nm)、
(25.3) カソード:アルミニウム(100nm)。
(21.4) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.4) 正孔用の注入層:RE68、2重量%の2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリル(50nm)、
(23.4) ハイブリッド中間層:RE68(5nm)、
(24.4) 電子用の注入層:RE68、2重量%のテトラキス(1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−2H−ピリイミド(pyrimido)[1,2−a]ピリイミジナト(pyrimidinato))ジタングステン(II)(50nm)、
(25.4) カソード:アルミニウム(100nm)。
(21.4) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.4) 正孔用の注入層:2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリルでドープされた4重量%のペンタセン(50nm)、
(23.4) ハイブリッド中間層:ペンタセン(30nm)、
(24.4) 電子用の注入層:セシウムでドープされたBPhen(50nm)
(25.4) カソード:アルミニウム(100nm)。
(21.4) アノード:インジウムスズ酸化物(ITO)、
(22.4) 正孔用の注入層:2,2’−(ペルフルオロナフタリン−2,6−ジイリデン)−ジマロジニトリルでドープされた4重量%のMeo−TPD(50nm)、
(23.4) ハイブリッド中間層:BAlq(8nm)および/またはNPB(8nm)、
(24.4) 電子用の注入層:セシウムでドープされたBPhen(50nm)、
(25.4) カソード:アルミニウム(100nm)。
HTM:正孔を輸送する半導体材料(p型導体とも呼ばれ、p型ドープされ得る)
ETM:電子を輸送する半導体材料(n型導体とも呼ばれ、n型ドープされ得る)
Bphen:4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン
BCP:2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(通常ETMとして用いられる)
Alq3:アルミニウム−トリス(8−ヒドロキシキノリン)(通常ETMとして用いられる)
C60:フラーレンC60(ETMとして用いられる)
PTCBI:3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール
PTCDI:3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド
TCNQ:テトラシアノキノジメタン
F4−TCNQ:2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(強力な有機アクセプタ、通常ドーピングHTMのために用いられる)
PBD:2−(4−ビフェニルイル)−5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール
OXD:1,3−ビス[(p−tert−ブチル)フェニル−1,3,4−オキサジアゾリル]ベンゼン
TAZ:3−(ビフェニル−4−イル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール
TPOB:1,3,5−トリス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)−ベンゼン
TCTA:4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾール)−トリフェニルアミン
TPBI:2’,2’’−(1,3,5−フェニレン)トリス[1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール]
NPB:N,N’−ビス(ナフタリン−1−イル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン
MeO−TPD:(N,N,N’,N’−テトラキス(4−メトキシフェニル)−ベンジジン)
RE68:トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(III)
トラップ状態:電子を捕獲する、伝導帯における電子の最低状態(LUMO)。正孔の場合は、正孔を捕獲する、価電子帯における最高状態(HOMO)。
アクセプタ:p型ドーパント
マトリクス分子:ドーパント分子が組み込まれた層を形成するマトリクス材料,マトリクス分子
HOMO:最高占有準位(Highest Occupied Molecular Orbital)
LUMO:最低非占有準位(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)
前駆体:修飾されるまで、アクティブな分子に変換されない物質
「高ギャップ」材料:材料を実質的に透明にするような寸法の光学バンドギャップを有する材料。ギャップは、典型的には、2eVよりも大きい。
Claims (14)
- 一つの電極および一つの対向電極、並びに、上記電極と上記対向電極とに電気接触して形成された有機層構造を備えるツェナーダイオードであって、
上記有機層構造は、
−有機マトリクス材料とn型ドーパントとの混合物から構成された、上記電極側のn型ドープされた電荷キャリア注入層、
−上記電極側の上記電気的にn型ドープされた電荷キャリア注入層の有機マトリクス材料と任意に同一または異なる別の有機マトリクス材料と、p型ドーパントと、の混合物から構成された、上記対向電極側のp型ドープされた電荷キャリア注入層、および、
−上記電極側の上記n型ドープされた電荷キャリア注入層と、上記対向電極側の上記p型ドープされた電荷キャリア注入層と、の間に配置された、電気的に非ドープの有機中間層、を含む、ツェナーダイオード。 - 上記n型ドーパントおよび/または上記p型ドーパントは、分子ドーパントであることを特徴とする、請求項1に記載のツェナーダイオード。
- 上記電気的に非ドープの有機中間層は、単極性の電荷キャリア輸送特性を有しており、電子の形をした電荷キャリアの可動性と正孔の形をした電荷キャリアの可動性とが異なることを特徴とする、請求項1または2に記載のツェナーダイオード。
- 上記電気的に非ドープの有機中間層は、両極性の電荷キャリア輸送特性を有しており、電子の形をした電荷キャリアの可動性と正孔の形をした電荷キャリアの可動性とが略同一であることを特徴とする、請求項1または2に記載のツェナーダイオード。
- 上記電気的に非ドープの有機中間層は、正確に一つの有機材料を含む、または、正確に一つの有機材料から構成されることを特徴とする、請求項4に記載のツェナーダイオード。
- 上記電気的に非ドープの有機中間層は、多数の有機材料の混合物を含む、または、多数の有機材料の混合物から構成されることを特徴とする、請求項4に記載のツェナーダイオード。
- −上記電極側の上記電気的にn型ドープされた電荷キャリア注入層は、上記有機マトリクス材料および上記有機n型ドーパントを、上記有機n型ドーパントの上記有機マトリクス材料に対する比率が少なくとも1モル%となるように含み、
−上記対向電極側の上記電気的にp型ドープされた電荷キャリア注入層は、上記有機マトリクス材料および上記有機p型ドーパントを、上記有機p型ドーパントの上記有機マトリクス材料に対する比率が少なくとも1モル%となるように含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。 - 上記電極側の上記電気的にn型ドープされた電荷キャリア注入層、および、上記対向電極側の上記電気的にp型ドープされた電荷キャリア注入層は、金属イオンを介して、電気的にドープされていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。
- 上記有機マトリクス材料および上記別の有機マトリクス材料は、同一であり、
上記電気的に非ドープの有機中間層は、上記同一の有機マトリクス材料を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。 - 上記電気的に非ドープの有機中間層は、約1オングストローム〜約100nm、好ましくは約1nm〜約10nmの層厚にて形成されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。
- 上記電極側の上記電気的にn型ドープされた電荷キャリア注入層、上記対向電極側の上記電気的にp型ドープされた電荷キャリア注入層、および上記電気的に非ドープの有機中間層、のうちの少なくとも一つの層は、少なくとも一つの無機材料を含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。
- 上記電極側の上記電気的にn型ドープされた電荷キャリア注入層、上記対向電極側の上記電気的にp型ドープされた電荷キャリア注入層、および上記電気的に非ドープの有機中間層、のうちの少なくとも一つの有機層は、オリゴマー材料とポリマー材料とから構成される有機材料の群から選択される少なくとも一つの有機材料を含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のツェナーダイオード。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の有機ツェナーダイオードと、上記有機ツェナーダイオードと組み合わされた記憶素子と、を有する電子回路構造。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の有機ツェナーダイオードを電子回路中で動作させる方法であって、
上記電極および上記対向電極に印加される電圧を絶縁破壊電圧の値に制限すること、および、印加された上記電圧によって生成された電流を、上記有機ツェナーダイオードを介して排出することによって、上記電子回路中で、上記有機ツェナーダイオードに直列に接続されているコンポーネントに保護状態を生成する、方法。
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