JP6005057B2 - 半導体構造およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体構造の分野、特に、ジケトピロロピロール（ＤＰＰ）ポリマーをベースとする縦型半導体構造の分野に関する。特に、本発明は、半導体構造およびその製造方法に関し、当該半導体構造は、少なくとも１つの導体領域と当該少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されている少なくとも２つの半導体領域を含み、当該少なくとも１つの導体領域は、それぞれの導体領域によって部分的に分離されている当該半導体領域の間に延びる開口部を含み、当該半導体領域は、特定のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギーレベルを有する少なくとも１種の有機半導体材料、特にＤＰＰ（ジケトピロロピロール）ポリマー、を含み、当該導体領域は、特定の仕事関数を有する導体材料を含む。
国際公開第２０１０／０４９３２１号および同第２００８／０００６６４号には、半導体材料がジケトピロロピロール（ＤＰＰ）ポリマーである有機半導体構造について記載されている。さらに、当該構造内におけるゲート誘電体によって絶縁されたゲートの使用について、概して開示されている。しかしながら、これらの先行技術文献は、ゲートの形態または構造には触れていない。
米国特許出願公開第２００６／００８６９３３（Ａ１）号には、櫛形電極またはメッシュ状電極を有する有機半導体構造が記載されている。当該ゲート電極は、フォトリソグラフィをベースとしてパターン形成されている。
米国特許出願公開第２００９／０００１３６２（Ａ１）号には、電子ビーム直接リソグラフィによってパターン形成された櫛形電極を有する有機半導体構造が記載されている。
先行技術におけるこれらのパターン形成方法は、かなりの時間を必要とし、高スループット加工には適していない。
さらに、Ｙｕ−Ｃｈｉａｎｇ Ｃｈａｏ ｅｔ．ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ"，Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ９（２００８），ｐｐ．３１０−３１６には、２００ｎｍの直径を有する開口部を備えた導電性Ａｌ層の使用について記載されている。それらのサイズに起因して、開口部は、Ａｌおよびポリスチレン球を被着させてからそれを除去することによって形成されている。半導体として、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）などの材料が用いられている。なお、この技術に関して、ポリスチレン球の除去は、自動化されたハイスループットプロセスでは信頼性高く実現することができない。さらに、結果として得られるパターンは、統計的に配置された球に基づくことになる。特に、球が詰まることで、結果として、詰まったクラスター当たりの球の数に依存する開口部のサイズが生じており、これは、かなりの程度まで変わり得る。したがって、当該パターンは、信頼性高く決定することができず、ならびに不適当に大きな開口部サイズを排除することができない。
米国特許出願公開第２００９／０１８１５１３（Ａ１）号ならびにＣｈａｏ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８８（２００６）２２３５１０では、２００ｎｍおよび５００ｎｍのサイズにおいて、導電性Ａｌ層に開口部を導入している。２００ｎｍおよびとりわけ５００ｎｍの大きな開口部は、トランジスタにおいて大きなオフ電流を示しているが、これは、Ａｌとポリ（ヘキシル−チオフェン）の間の小さい空乏幅は電荷輸送を防ぐには不十分であるため、これが、結果として大きなオフ電流および低いトランジスタ性能の原因となっている。
Ｙａｓｕｙｕｋｉ Ｗａｔａｎａｂｅ ｅｔ．ａｌ．，"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ− ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ−ｔｙｐｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ"，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ５１６（２００８），ｐｐ．２７３１−２７３４において、半導体としてペンタセンをベースとするトランジスタが示されており、ペンタセン内のゲートは、スリット状の形態である。しかしながら、スリットは、ゲート材料の周期系列と、一方向、すなわちスリットに対して垂直な方向、のみにおける中間の空間とを提供している。ゲート材料に起因する高いゲート電圧感度と中間の空間に起因する高いソース−ドレイン電流とを同じエリアにおいて提供することができないような代替の方法では、スリットに沿って、ゲート材料および中間の空間は提供されない。このことが、結果として、トランジスタの乏しい電気特性の原因となっている。
米国特許出願公開第２００５／０１９６８９５（Ａ１）号ならびに同第２００９／００４２１４２（Ａ１）号において、グリッドとして表された導体材料による穿孔された中間層を有する有機半導体デバイスが示されている。グリッドの開口部は、５０〜２００ｎｍの突起を備えるパターン形成ダイによって提供される。当該グリッドは、有機半導体材料に関して絶縁されている。ｐ型半導体材料として、ＰＴＣＤＡ、ＣｕＰｃ、およびａ−ＮＰＤのような有機半導体材料が提案されている。パターン形成ダイは、機械的に当該パターンを半導体材料に転写する。しかしながら、これらのサイズ、すなわち、５０〜２００ｎｍ、の当該突起は、当該パターン形成ダイのかなりの公差により、ならびに当該突起の摩耗および変形により、信頼性高い方法において提供することができない。したがって、当該開口部サイズから結果として生じる当該半導体デバイスの電気特性（利得、ドレイン−ソース電流など）も、信頼性高く再現することができない。
したがって、本発明の目的は、半導体構造と、信頼性高い電気特性およびハイスループットを可能にするそのような半導体構造を製造する方法とを提供する。
驚くべきことに、前記課題は少なくとも１つの導体領域と該少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されている少なくとも２つの半導体領域とを含み、該少なくとも１つの導体領域が、該それぞれの導体領域によって部分的に分離されている該半導体領域の間に延びる開口部を含む半導体構造であって、該有機半導体領域が、ＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギーレベルＥHを有する少なくとも１種の有機半導体材料を含み、ＥHがサイクリック・ボルタンメトリー（下記参照）により決定される、５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶによって定義され、ならびに該導体領域が、｜ＥH｜−１．５ｅＶ≦｜ＥC｜≦｜ＥH｜−０．４ｅＶによって定義される仕事関数ＥCを有する導体材料を含むことを特徴とする、半導体構造によって解決されることが判明した。
エネルギーレベルＥHに対する代替の範囲は：５．１ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶまたは５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．７ｅＶ、または好ましくは５．１ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．７ｅＶである。
当該少なくとも１つの導体領域のそれぞれは、当該少なくとも２つの半導体領域を分離している。各導体領域の各側において、半導体領域のうちの１つが、当該導体領域に接している。各導体領域と各半導体領域との接触は、ショットキー接触である。
当該少なくとも１つの導体領域によって分離された半導体領域の間の自由電荷キャリアの流れは、自由電荷キャリアが一方の半導体領域から導体領域の向こう側のもう一方の半導体領域へと通過することができる開口部を含む導体領域によって制御することができる。したがって、当該導体領域は、当該半導体領域と当該少なくとも１つの導体領域とによって形成された縦型トランジスタのゲートまたは基盤と見なすことができる。さらに、当該導体領域は、電子管構造の固体同等物のグリッドと見なすことができる。当該少なくとも１つの導体領域は、少なくとも１つの半導体領域内に電界を生じさせるように適合され、当該電界によって、自由電荷キャリアの流れを制御することができる。少なくとも２つの半導体領域の間におけるそのような自由電荷キャリアの流れは、ソース−ドレイン電圧という意味において当該半導体領域に印加された電圧の結果であり、当該流れは、ゲートの機能を有する導体領域の電圧によって制御することができる。導電性領域におけるゲート電圧は、グリッド開口部まで広がる空乏領域の幅を制御する。さらに、当該空乏層の幅は、開口部を通る電流を制御する。本発明の半導体構造の特定の電気特性は、導体領域を通る最大バルク電流密度ならびに、当該少なくとも１つの導電層に印加された制御電圧または制御電流に対する当該電流の依存性によって定義される利得である。本発明の半導体構造は、著しく改良された電気特性を示すことがわかった。
さらに、当該改良された電気特性は、導電層の構造要素がより大きい寸法において提供される場合にも達成される。本発明によれば、より大きなゲート構造により、公差または変形の絶対的影響が低減されるので、より高い精度において半導体構造を製造することができる。さらに、複数のパターン形成メカニズム、特に、より大きな構造寸法にのみ適しているパターン形成メカニズム、を使用することができる。その上、本発明における材料の組み合わせにより、大きな空乏幅を提供することができる。より大きな開口部により、公差の影響が低減され、精度を向上させることができる。したがって、構造に関連する電気特性を、より高い精度において確定することができる。結果として、製造された半導体構造の不良率が著しく減じられる。
本発明により、当該少なくとも１つの導体領域は、導体材料によって作成された１つ以上の導体領域である。導体材料として、１０4Ωｍ未満、１０3Ωｍ未満、１０2Ωｍ未満、または１０Ωｍ未満の電気比抵抗を有する材料を指定する。好ましくは、当該導体材料は、１０-3Ωｍ未満、１０-5Ωｍ未満、または１０-6Ωｍ未満の電気比抵抗を有する。最も好ましくは、当該導体材料の電気比抵抗は、５×１０-7Ωｍ未満、または１×１０-7Ωｍ未満、特に、アルミの電気比抵抗の範囲である。
導体領域は、一体化領域であり、ならびに各半導体領域については、当該半導体領域のすべての部分領域が電気的に接続されている。さらに、２つの導体領域を分離している半導体領域は、これらの半導体領域と同じ広さに広がっている、またはこれらの半導体領域の一部と同じ広さに広がっている。特に、当該少なくとも１つの導体領域および当該少なくとも２つの半導体領域は、重畳することができる、または積層構造において提供することができる。本発明の文脈内において、半導体領域は、少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されており、当該半導体領域は、中間の導体領域における開口部によって接続されている。さらに、当該開口部の外側、すなわち当該開口部の側部、における導体材料は、それぞれの半導体領域を物理的に分離している。
当該少なくとも１つの導体領域内の開口部は、好ましくは、同じ形状であり、ならびに、特に、同じ断面である。さらに、当該開口部は、好ましくは、同じ断面積を有する。当該開口部は、貫通孔である。これにより、導体領域に両側から隣接する半導体領域を接続することが可能となる。当該開口部は、導体領域が広がる方向に対して、傾斜した方向または実質的に垂直な方向に延びている。
当該半導体領域は、少なくとも１種の有機半導体材料を含む。当該少なくとも１種の有機半導体材料は、ｐ型半導体であり、自由正電荷を提供する。さらに、当該半導体材料は、好ましくは、それぞれの半導体領域の全幅にわたって広がっている。したがって、当該半導体領域は、一体化半導電性領域を形成する。当該半導体領域は、各半導体領域の全幅にわたって電流が流れることを可能にする。当該半導体領域は、導体領域の間、または電極と導体領域との間に提供することができる。さらに、半導体領域のうちの少なくとも１つにおける半導体材料は、導体領域によって分離された半導体領域の間に、当該導体領域内の開口部によって物理的接触が与えられるように、開口部に沿って広がっている。このことは、好ましくは、当該半導体構造のすべての導体領域および半導体領域に適用される。
当該少なくとも１つの導体領域および当該少なくとも２つの半導体領域は、好ましくは、重畳された構造または積層構造を提供する重畳された状態において、互いに平行に広がっている。さらに、電極も備え得、当該電極も、半導体領域および少なくとも１つの導体領域に対して平行に広がっている。当該少なくとも１つの導体領域および当該少なくとも２つの半導体領域は、好ましくは層として提供される。さらに、当該導体領域は、当該半導体領域のうちの一方から当該半導体領域のもう一方へと広がっている。好ましくは、当該少なくとも１つの導体領域および当該少なくとも２つの半導体領域のそれぞれは、一定の厚さにおいて提供され、当該厚さは、当該領域のうちの１つが広がっている方向に対して垂直な方向において提供される。
当該半導体領域の有機半導体材料は、ＨＯＭＯとも表される最高被占分子軌道のエネルギーレベルに対応する特定のエネルギーレベルＥHを有する。ＨＯＭＯレベルＥHは、自由電荷キャリアを提供するための有機半導体材料の親和力を反映している。特に、当該ＨＯＭＯレベルは、当該有機半導体材料から自由電荷キャリアを提供するために必要なエネルギーを反映しており、励起エネルギーと比較することができる。本発明により、ＥHの絶対値は、少なくとも５．０ｅＶまたは少なくとも５．１であり、５．７ｅＶまたは５．８ｅＶを超えない。さらに、ＬＵＭＯレベル、すなわち、最低空分子軌道のレベル、の絶対値は、好ましくは３．３〜４．１である。
本発明による導体領域の導体材料は、本発明の半導体構造の有益な電気特性および機械特性を提供するために、半導体材料のエネルギーレベルＥHに適合される。当該導体材料は、その絶対値が１．５ｅＶを減じたＥHの絶対値以上の仕事関数ＥCを有する。当該仕事関数ＥCの絶対値は、０．４ｅＶを減じたＥHの絶対値を超えない。したがって、仕事関数ＥCの絶対値は、ＥHの絶対値より低い。特に、仕事関数ＥCの絶対値は、ＥHの絶対値と少なくとも０．４ｅＶ異なる。さらに、仕事関数ＥCの絶対値は、ＥHの絶対値との差が１．５ｅＶを超えない。
好ましい実施形態において、前記有機半導体材料は、Ｎp≦１×１０16ｃｍ-3、Ｎp≦８×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦６×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦５×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦１０16ｃｍ-3、Ｎp≦４×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦２×１０15ｃｍ-3、もしくはＮp≦１×１０15ｃｍ-3の、正電荷キャリア等価物のバルク濃度Ｎpを有する。正電荷キャリア同等物は、自由正電荷キャリア、例えば正孔、の電気的効果を有する有機半導体材料内の正電荷分布である。正電荷キャリア同等物の静電効果が、１電荷単位によって荷電されている自由正電荷キャリアの静電効果に相当する場合、当該正電荷キャリア同等物は、電荷単位に相当する。
有機半導体材料内の電荷キャリア同等物のバルク濃度が有機半導体材料の構造に依存しているため、有機半導体材料内の異なるバルク濃度は、有機半導体材料における異なる物理構造によって提供され得る。特に、このことは、溶液として被着された有機半導体材料に当てはまり、電荷キャリア同等物は、当該溶液の濃度、溶媒の種類、プロセス温度、当該半導体材料に加えられた機械的圧力、例えば遠心力、プロセス所要時間、および当該溶液の製造後の経過時間のうちの少なくとも１つによって確定される。
より好ましい実施形態により、半導体構造は少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１２５ｎｍ、および最も好ましくは少なくとも２５０ｎｍの空乏幅Ｉdが得られるように適合される。空乏幅は、外部電圧が導体領域に印加されていない状態に対して適用される。さらに、当該半導体構造は、少なくとも７５ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも４００ｎｍ、少なくとも５００ｎｍ、少なくとも６００ｎｍ、少なくとも７００ｎｍ、少なくとも８００ｎｍ、少なくとも９００ｎｍ、または少なくとも１μｍの空乏幅Ｉdを提供するように適合される。当該空乏幅は、少なくとも１種の有機半導体材料の最高被占分子軌道のエネルギーレベルＥH、導体材料の仕事関数ＥC、および適切なレベルでの正電荷キャリア同等物のバルク濃度Ｎpのうちの少なくとも１つによって提供または適合することができる。当該空乏幅は、導体領域に外部電圧が印加されていない状態での空乏ゾーンの幅である。
半導体領域の材料に関する限り、本発明における上記において説明した実施形態を実現することができれば、いかなる特定の制限も存在しない。
好ましい実施形態により、本発明の半導体構造の半導体領域のうちの少なくとも１つは、半導体材料として少なくとも１種の好適なジケトピロロピロール（ＤＰＰ）ポリマーを含有する。好ましくは、半導体領域のうちの少なくとも１つは、半導体材料として、少なくとも１種の好適なＤＰＰポリマーを含む。より好ましくは、半導体領域のうちの少なくとも１つのそれぞれは、半伝導性材料として、少なくとも１種の好適なＤＰＰポリマーを含み、所定の半導体領域に含まれる当該少なくとも１種のＤＰＰポリマーは、別の半導体領域の少なくとも１種のＤＰＰポリマーと同じまたは異なっている。
概して、本発明のＤＰＰポリマーは、繰り返しユニットにおいて、以下の式：
Figure 0006005057
 によって表される１種以上のＤＰＰ骨格を有するポリマーである。ＤＰＰポリマーおよびそれらの合成の例は、例えば、米国特許第６４５１４５９（Ｂ１）号、国際公開第０５／０４９６９５号、同第２００８／０００６６４号、同第２０１０／０４９３２１号、同第２０１０／０４９３２３号、同第２０１０／１０８８７３号、同第２０１０／１１５７６７号、同第２０１０／１３６３５３号、国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０６０２８３号、および国際公開第２０１０／１３６３５２号に記載されている。
好ましい実施形態により、前記少なくとも１種の有機半導体材料は、繰り返しユニット中に、以下の式：
Figure 0006005057
 ［式中、Ｒ1およびＲ2は、互いに同じである、または異なっており、ならびに、水素；Ｃ1〜Ｃ100アルキル基；−ＣＯＯＲ3；１つ以上のハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、−ＣＮ、またはＣ6〜Ｃ18アリール基によって置換されている、および／または−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、または−Ｓ−で中断されているＣ1〜Ｃ100アルキル基；Ｃ7〜Ｃ100アリールアルキル基；カルバモイル基；Ｃ1〜Ｃ8アルキル基および／またはＣ1〜Ｃ8アルコキシ基で１〜３回置換されていてもよいＣ5〜Ｃ12シクロアルキル基；Ｃ1〜Ｃ8アルキル基、Ｃ1〜Ｃ25チオアルコキシ基、および／またはＣ1〜Ｃ25アルコキシ基で１〜３回置換されていてもよいＣ6〜Ｃ24アリール基、特に、フェニルまたは１−ナフチルもしくは２−ナフチル；およびペンタフルオロフェニル；からなる群より選択され、
Ｒ3は、Ｃ1〜Ｃ50アルキル基、好ましくはＣ4〜Ｃ25アルキル基である］によって表される１つ以上のジケトピロロピロール（ＤＰＰ）骨格を有するＤＰＰポリマーを含む。
さらにより好ましくは、本発明の半導体構造の少なくとも１つの半導体領域に含まれるＤＰＰポリマーは、式（Ｉａ）：
Figure 0006005057
 のポリマー、式（Ｉｂ）：
Figure 0006005057
 のコポリマー、式（Ｉｃ）：
Figure 0006005057
 のコポリマー、および式（Ｉｄ）：
Figure 0006005057
 のコポリマー
［式中、ｘ＝０．９９５〜０．００５であり、ｙ＝０．００５〜０．９９５であり、好ましくはｘ＝０．２〜０．８であり、ｙ＝０．８〜０．２であり、ただし、ｘ＋ｙ＝１であり；
ｒ＝０．９８５〜０．００５であり、ｓ＝０．００５〜０．９８５であり、ｔ＝０．００５〜０．９８５であり、ｕ＝０．００５〜０．９８５であり、ただし、ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕ＝１であり；
ｎ＝４〜１０００、好ましくは４〜２００、より好ましくは５〜１００であり、
Ａは、式：
Figure 0006005057
 ［式中、ａ’＝１、２、または３であり；ａ''＝０、１、２、または３であり；ｂ＝０、１、２、または３であり；ｂ’＝０、１、２、または３であり；ｃ＝０、１、２、または３であり；ｃ’＝０、１、２、または３であり；ｄ＝０、１、２、または３であり；ｄ’＝０、１、２、または３であり；ただし、ａ''が０の場合、ｂ’は０ではなく；
Ａｒ1、Ａｒ1’、Ａｒ2、Ａｒ2’、Ａｒ3、Ａｒ3’、Ａｒ4、およびＡｒ4’は、互いに独立して、場合により、縮合および／または置換されていてもよいヘテロ芳香族環または芳香環であり、好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、
Ｘ3およびＸ4のうちの１つはＮであり、かつもう一方はＣＲ99であり；
Ｒ99、Ｒ104、Ｒ104’、Ｒ123、およびＲ123’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、とりわけ、Ｆ、または場合により１つ以上の酸素原子または硫黄原子で中断されていてもよいＣ1〜Ｃ25アルキル基、とりわけ、Ｃ4〜Ｃ25アルキル、Ｃ7〜Ｃ25アリールアルキル、またはＣ1〜Ｃ25アルコキシ基であり；
Ｒ105、Ｒ105’、Ｒ106、およびＲ106’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、場合により、１つ以上の酸素または硫黄原子で中断されていてもよいＣ1〜Ｃ25アルキル；Ｃ7〜Ｃ25アリールアルキル、またはＣ1〜Ｃ18アルコキシであり；
Ｒ107は、Ｃ7〜Ｃ25アリールアルキル、Ｃ6〜Ｃ18アリール；Ｃ1〜Ｃ18アルキル、Ｃ1〜Ｃ18ペルフルオロアルキル、またはＣ1〜Ｃ18アルコキシで置換されているＣ6〜Ｃ18アリール；Ｃ1〜Ｃ18アルキル；−Ｏ−または−Ｓ−によって中断されているＣ1〜Ｃ18アルキル；または−ＣＯＯＲ124であり；
Ｒ124は、場合により、１つ以上の酸素または硫黄原子によって中断されているＣ1〜Ｃ25アルキル基、とりわけ、Ｃ4〜Ｃ25アルキル、Ｃ7〜Ｃ25アリールアルキルであり；
Ｒ108およびＲ109は、互いに独立して、Ｈ、Ｃ1〜Ｃ25アルキル、Ｅで置換されている、および／またはＤで中断されているＣ1〜Ｃ25アルキル、Ｃ7〜Ｃ25アリールアルキル、Ｃ6〜Ｃ24アリール、Ｇで置換されているＣ6〜Ｃ24アリール、Ｃ2〜Ｃ20ヘテロアリール、Ｇで置換されているＣ2〜Ｃ20ヘテロアリール、Ｃ2〜Ｃ18アルケニル、Ｃ2〜Ｃ18アルキニル、Ｃ1〜Ｃ18アルコキシ、Ｅで置換されている、および／またはＤで中断されているＣ1〜Ｃ18アルコキシ、またはＣ7〜Ｃ25アラルキルであり；または
Ｒ108およびＲ109が一緒に、式＝ＣＲ110Ｒ111の基を形成し、式中、Ｒ110およびＲ111は、互いに独立して、Ｈ、Ｃ1〜Ｃ18アルキル、Ｅで置換されている、および／またはＤで中断されているＣ1〜Ｃ18アルキル、Ｃ6〜Ｃ24アリール、Ｇで置換されているＣ6〜Ｃ24アリール、またはＣ2〜Ｃ20ヘテロアリール、もしくはＧで置換されているＣ2〜Ｃ20ヘテロアリールであり；または、
Ｒ108およびＲ109は一緒に、５または６員環を形成し、これらは、場合により、Ｃ1〜Ｃ18アルキル、Ｅで置換されている、および／またはＤで中断されているＣ1〜Ｃ18アルキル、Ｃ6〜Ｃ24アリール、Ｇで置換されているＣ6〜Ｃ24アリール、Ｃ2〜Ｃ20ヘテロアリール、Ｇで置換されているＣ2〜Ｃ20ヘテロアリール、Ｃ2〜Ｃ18アルケニル、Ｃ2〜Ｃ18アルキニル、Ｃ1〜Ｃ18アルコキシ、Ｅで置換されている、および／またはＤで中断されているＣ1〜Ｃ18アルコキシ、またはＣ7〜Ｃ25アラルキルで置換されていてもよく；
Ｄは、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−Ｓ−、−Ｏ−、または−ＮＲ112−であり；
Ｅは、Ｃ1〜Ｃ8チオアルコキシ、Ｃ1−Ｃ8アルコキシ、ＣＮ、−ＮＲ112Ｒ113、−ＣＯＮＲ112Ｒ113、またはハロゲンであり、
Ｇは、ＥまたはＣ1〜Ｃ18アルキルであり、ならびに
Ｒ112およびＲ113は、互いに独立して、Ｈ；Ｃ6〜Ｃ18アリール；Ｃ1〜Ｃ18アルキルまたはＣ1〜Ｃ18アルコキシで置換されているＣ6〜Ｃ18アリール；Ｃ1〜Ｃ18アルキル；または−Ｏ−で中断されているＣ1〜Ｃ18アルキルであり、ならびに
Ｂ、Ｄ、およびＥは、互いに独立して、式：
Figure 0006005057
 または式（Ｘ）の基であり、ただし、Ｂ、Ｄ、およびＥが式（Ｘ）の基である場合、それらはＡとは異なっており、ｋ＝１であり；ｌ＝０または１であり；ｒ＝０または１であり；ｚ＝０または１であり；ならびに
Ａｒ4、Ａｒ5、Ａｒ6、およびＡｒ7は、互いに独立して、式：
Figure 0006005057
 の基であり、
式中、Ｘ5およびＸ6のうちの１つはＮであり、もう一方はＣＲ14であり、
ｃは、１、２、または３の整数であり、
ｄは、１、２、または３の整数であり、
Ａｒ8およびＡｒ8’は、互いに独立して、式：
Figure 0006005057
 の基であり、
Ｘ1およびＸ2は、上記において定義した通りであり、
Ｒ1''およびＲ2''は、同じ、または異なっていてもよく、ならびに、水素、Ｃ1〜Ｃ36アルキル基、とりわけＣ6〜Ｃ24アルキル基、Ｃ6〜Ｃ24アリール、特に、Ｃ1〜Ｃ8アルキル、Ｃ1〜Ｃ8チオアルコキシ、および／またはＣ1〜Ｃ8アルコキシで１〜３回置換されていてもよいフェニルまたは１−ナフチルもしくは２−ナフチル、あるいはペンタフルオロフェニルから選択され、
Ｒ14、Ｒ14’、Ｒ17、およびＲ17’は、互いに独立して、Ｈ、または場合により１つ以上の酸素原子で中断されていてもよいＣ1〜Ｃ25アルキル基、とりわけＣ6〜Ｃ25アルキルである］からなる群より選択される。
Ａｒ1およびＡｒ1’は、好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、より好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、
Figure 0006005057
 が最も好ましい。
Ａｒ2、Ａｒ2’、Ａｒ3、Ａｒ3’、Ａｒ4、およびＡｒ4’は、好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、より好ましくは、
Figure 0006005057
 である。
式：
Figure 0006005057
 の基は、好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、より好ましくは、
Figure 0006005057
 であり、最も好ましくは、
Figure 0006005057
 である。
Ｒ1およびＲ2は、同じまたは異なっていてもよく、好ましくは、水素、Ｃ1〜Ｃ100アルキル基、とりわけＣ8〜Ｃ36アルキル基、から選択される。
基Ａは、好ましくは、
Figure 0006005057
 から選択される。
式：
Figure 0006005057
 の基は、好ましくは、式：
Figure 0006005057
 の基である。
式Ｉａの好ましいＤＰＰポリマーの例は、例えば、
Figure 0006005057
 である。
式Ｉｂの好ましいＤＰＰポリマーの例は、例えば、
Figure 0006005057
Figure 0006005057
 である。
式Ｉｃの好ましいＤＰＰポリマーの例は、例えば、
Figure 0006005057
 である。
特に、構造（Ｉａ）、（Ｉｂ）、および（Ｉｃ）の、上記において説明した好ましいＤＰＰポリマーにおいて、基Ｒ1およびＲ2は、互いに独立して、Ｃ1〜Ｃ36アルキル基、とりわけＣ8〜Ｃ36アルキル基である。ｎは、好ましくは４〜１０００、とりわけ４〜２００、非常にとりわけ５〜１００である。Ｒ3は、好ましくはＣ1〜Ｃ18アルキル基である。Ｒ15は、好ましくはＣ4〜Ｃ18アルキル基である。添え字に関して、ｘは、好ましくは０．９９５〜０．００５であり、ｙは、好ましくは０．００５〜０．９９５である。より好ましくは、ｘ＝０．４〜０．９、およびｙ＝０．６〜０．１であって、ｘ＋ｙ＝１である。
本発明のとりわけ好ましい実施形態により、少なくとも１つの半導体領域に含まれる少なくとも１種のＤＰＰポリマーは、構造（Ｉｂ）のＤＰＰポリマーであり、さらにより好ましくは、構造（Ｉｂ−１）、（Ｉｂ−９）、（Ｉｂ−１０）のＤＰＰポリマーである。したがって、本発明は、上記において説明した半導体構造であって、ＤＰＰポリマーが、例えば、式（Ｉｂ−１）：
Figure 0006005057
 ［式中、Ｒ1およびＲ2は、互いに独立して、Ｃ8〜Ｃ36アルキル基であり、ｎ＝４〜１０００、好ましくは４〜２００、より好ましくは５〜１００である］のポリマーである、半導体構造に関する。構造（Ｉｂ−１）による１つのとりわけ好ましいＤＰＰポリマーは、例えば、
Figure 0006005057
 であり、Ｍｗ＝３９，５００、および多分散度＝２．２（ＨＴ−ＧＰＣによって測定）である。例えば、国際公開第２０１０／０４９３２１号の実施例１を参照する。
ハロゲンは、フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨードであり、特にフルオロである。
Ｃ1〜Ｃ25アルキル（Ｃ1〜Ｃ18アルキル）は、典型的には、可能な直鎖状または分岐鎖状である。その例は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、２−ペンチル、３−ペンチル、２，２−ジメチルプロピル、１，１，３，３−テトラメチルペンチル、ｎ−ヘキシル、１−メチルヘキシル、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチルヘキシル、ｎ−ヘプチル、イソヘプチル、１，１，３，３−テトラメチルブチル、１−メチルヘプチル、３−メチルヘプチル、ｎ−オクチル、１，１，３，３−テトラメチルブチルおよび２−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、エイコシル、ヘンエイコシル、ドコシル、テトラコシル、またはペンタコシルである。Ｃ1〜Ｃ8アルキルは、典型的には、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、２−ペンチル、３−ペンチル、２，２−ジメチル−プロピル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、１，１，３，３−テトラメチルブチル、および２−エチルヘキシルである。Ｃ1〜Ｃ4アルキルは、典型的には、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチルである。
Ｃ1〜Ｃ25アルコキシ（Ｃ1〜Ｃ18アルコキシ）基は、直鎖状または分岐鎖状のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、アミルオキシ、イソアミルオキシまたはｔｅｒｔ−アミルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、イソオクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシルオキシ、テトラデシルオキシ、ペンタデシルオキシ、ヘキサデシルオキシ、ヘプタデシルオキシ、およびオクタデシルオキシである。Ｃ1〜Ｃ8アルコキシの例は、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、イソブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ｎ−ペントキシ、２−ペントキシ、３−ペントキシ、２，２−ジメチルプロポキシ、ｎ−ヘキソキシ、ｎ−ヘプトキシ、ｎ−オクトキシ、１，１，３，３−テトラメチルブトキシ、および２−エチルヘキソキシであり、好ましくはＣ1〜Ｃ4アルコキシ、例えば、典型的には、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、イソブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシである。「アルキルチオ基」なる用語は、エーテル結合の酸素原子が硫黄原子で置換されていることを除いてアルコキシ基と同じ基を意味する。
Ｃ2〜Ｃ25アルケニル（Ｃ2〜Ｃ18アルケニル）基は、直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、メタリル、イソプロペニル、２−ブテニル、３−ブテニル、イソブテニル、ｎ−ペンタ−２，４−ジエニル、３−メチル−ブタ−２−エニル、ｎ−オクタ−２−エニル、ｎ−ドデカ−２−エニル、イソドデセニル、ｎ−ドデカ−２−エニル、またはｎ−オクタデカ−４−エニルである。
Ｃ2〜24アルキニル（Ｃ2〜18アルキニル）は、直鎖状または分岐鎖状であり、ならびに、好ましくは、非置換であってもまたは置換されていてもよいＣ2〜8アルキニル、例えば、エチニル、１−プロピン−３−イル、１−ブチン−４−イル、１−ペンチン−５−イル、２−メチル−３−ブチン−２−イル、１，４−ペンタジイン−３−イル、１，３−ペンタジイン−５−イル、１−ヘキシン−６−イル、ｃｉｓ−３−メチル−２−ペンテン−４−イン−１−イル、トランス−３−メチル−２−ペンテン−４−イン−１−イル、１，３−ヘキサジイン−５−イル、１−オクチン−８−イル、１−ノニン−９−イル、１−デシン−１０−イル、または１−テトラコシン−２４−イルである。
Ｃ5〜Ｃ12シクロアルキルは、典型的には、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、シクロウンデシル、シクロドデシルであり、好ましくはシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、またはシクロオクチルであり、これらは、非置換であっても置換されていてもよい。シクロアルキル基、特にシクロヘキシル基は、Ｃ1〜Ｃ4アルキル、ハロゲン、およびシアノで１〜３回置換されていてもよいフェニルによって、１回または２回縮合されていてもよい。そのような縮合されたシクロヘキシル基の例は：
Figure 0006005057
 であり、特に、
Figure 0006005057
 であり、式中、Ｒ151、Ｒ152、Ｒ153、Ｒ154、Ｒ155、およびＲ156は、互いに独立して、Ｃ1〜Ｃ8−アルキル、Ｃ1〜Ｃ8−アルコキシ、ハロゲン、およびシアノであり、特に水素である。
Ｃ6〜Ｃ24アリール（Ｃ6〜Ｃ18アリール）は、典型的には、フェニル、インデニル、アズレニル、ナフチル、ビフェニル、ａｓ−インダセニル、ｓ−インダセニル、アセナフチレニル、フルオレニル、フェナントリル、フルオランテニル、トリフェンレニル、クリセニル、ナフタセン、ピセニル、ペリレニル、ペンタフェニル、ヘキサセニル、ピレニル、またはアントラセニルであり、好ましくは、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、４−ビフェニル、９−フェナントリル、２−フルオレニルもしくは９−フルオレニル、３−ビフェニルもしくは４−ビフェニルであり、これらは、非置換であっても置換されていてもよい。Ｃ6〜Ｃ12アリールの例は、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、３−ビフェニルもしくは４−ビフェニル、２−フルオレニルもしくは９−フルオレニル、または９−フェナントリルであり、これらは、非置換であっても置換されていてもよい。
Ｃ7〜Ｃ25アラルキルは、典型的には、ベンジル、２−ベンジル−２−プロピル、β−フェニル−エチル、α，α−ジメチルベンジル、ω−フェニル−ブチル、ω，ω−ジメチル−ω−フェニル−ブチル、ω−フェニル−ドデシル、ω−フェニル−オクタデシル、ω−フェニル−エイコシル、またはω−フェニル−ドコシルであり、好ましくは、Ｃ7〜Ｃ18アラルキル、例えば、ベンジル、２−ベンジル−２−プロピル、β−フェニル−エチル、α，α−ジメチルベンジル、ω−フェニル−ブチル、ω，ω−ジメチル−ω−フェニル−ブチル、ω−フェニル−ドデシル、またはω−フェニル−オクタデシルであり、特に好ましいのは、Ｃ7〜Ｃ12アラルキル、例えば、ベンジル、２−ベンジル−２−プロピル、β−フェニル−エチル、α，α−ジメチルベンジル、ω−フェニル−ブチル、またはω，ω−ジメチル−ω−フェニル−ブチルであり、これらの脂肪族炭化水素基および芳香族炭化水素基の両方は、非置換であっても置換されていてもよい。好ましい例は、ベンジル、２−フェニルエチル、３−フェニルプロピル、ナフチルエチル、ナフチルメチル、およびクミルである。
「カルバモイル基」なる用語は、典型的には、Ｃ1〜18カルバモイル基、好ましくはＣ1〜8カルバモイル基を表し、これらは、非置換であっても置換されていてもよく、例えば、カルバモイル、メチルカルバモイル、エチルカルバモイル、ｎ−ブチルカルバモイル、ｔｅｒｔ−ブチルカルバモイル、ジメチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルバモイル、またはピロリジノカルバモイルである。
ヘテロアリールは、典型的には、Ｃ2〜Ｃ26ヘテロアリール（Ｃ2〜Ｃ20ヘテロアリール）、すなわち、５〜７個の環原子を有する環または縮合した環系であり、窒素、酸素、または硫黄が、可能なヘテロ原子であり、ならびに、典型的には、少なくとも６つの共役したπ電子を有する５〜３０個の原子を有する不飽和複素環基、例えば、チエニル、ベンゾ［ｂ］チエニル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］チエニル、チアントレニル、フリル、フルフリル、２Ｈ−ピラニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、フェノキシチエニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ビピリジル、トリアジニル、ピリミジニル、ピラジニル、ピリダジニル、インドリジニル、イソインドリル、インドリル、インダゾリル、プリニル、キノリジニル、キノリル、イソキノリル、フタラジニル、ナフチリジニル、キノキサリニル、キナゾリニル、シンノリニル、プテリジニル、カルバゾリル、カルボリニル、ベンゾトリアゾリル、ベンズオキサゾリル、フェナントリジニル、アクリジニル、ピリミジニル、フェナントロリニル、フェナジニル、イソチアゾリル、フェノチアジニル、イソオキサゾリル、フラザニル、またはフェノキサジニルであり、これらは、非置換であっても置換されていてもよい。
上記において言及した基の可能な置換基は、Ｃ1〜Ｃ8アルキル、ヒドロキシル基、メルカプト基、Ｃ1〜Ｃ8アルコキシ、Ｃ1〜Ｃ8アルキルチオ、ハロゲン、ハロ−Ｃ1〜Ｃ8アルキル、シアノ基、カルバモイル基、ニトロ基、またはシリル基であり、とりわけＣ1〜Ｃ8アルキル、Ｃ1〜Ｃ8アルコキシ、Ｃ1〜Ｃ8アルキルチオ、ハロゲン、ハロ−Ｃ1〜Ｃ8アルキル、またはシアノ基である。
考えられる実施形態によれば、本発明の半導体構造が、１つの導体領域によって部分的に分離された２つの半導体領域を有する場合、当該２つの半導体領域のそれぞれは、構造（Ｉｂ）の少なくとも１種のＤＰＰポリマー、より好ましくは、構造（Ｉｂ−１）の少なくとも１種のＤＰＰポリマー、さらにより好ましくは構造（Ｉｂ−１）［式中、Ｒ1およびＲ2が、互いに独立して、Ｃ8〜Ｃ36アルキル基であり、ｎ＝４〜１０００、好ましくは４〜２００、より好ましくは５〜１００である］の少なくとも１種のＤＰＰポリマーを含むことが好ましい。本発明のさらにより好ましい実施形態により、両方の半導体領域は、同じＤＰＰポリマー、さらにより好ましくは厳密に１種のＤＰＰポリマーを含有する。
特に、当該少なくとも１種の有機半導体材料によって構成されるポリマー、好ましくは当該少なくとも１種のＤＰＰポリマー、の多分散度は、１．０１〜１０、好ましくは１．１〜３．０、より好ましくは１．５〜２．５である。
当該少なくとも１つの導体領域内の開口部は、少なくとも２００ｎｍ、好ましくは少なくとも２５０ｎｍ、最も好ましくは少なくとも５００ｎｍの内側幅を有する。さらに、当該開口部の内側幅は、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも４００ｎｍ、少なくとも６００ｎｍ、少なくとも８００ｎｍ、少なくとも１０００ｎｍ、少なくとも１２００ｎｍ、少なくとも１４００ｎｍ、少なくとも１６００ｎｍ、少なくとも１８００ｎｍ、または少なくとも２μｍであり得る。そのような開口部を提供するために、様々な簡単な方法を用いることができる。特に、開口部の内側サイズが大きいことに起因して、当該開口部を、機械的方法により容易に提供することができる。そのような開口部を提供するための特定の方法工程は、本発明の方法との関連において以下に示す。当該開口部は、実質的に円形の内側断面を有する。
本発明の実施形態により、当該少なくとも１つの導体領域内の開口部は、エンボス加工された開口部、機械的に切断された開口部、またはレーザーカットされた開口部である。特に、当該開口部は、エンボス加工された開口部であり得、これは、導体材料の層中へとプレスすることによって形成される。パターン形成されたマトリックスを使用することもでき、これを導電層中へとプレスして、導体材料を機械的に除去することにより、結果として得られる開口部を形成する。したがって、当該開口部は、パターン形成されたマトリックスを使用して形成することができる。さらに、当該開口部は、切断することによって形成することができ、２つの切断マトリックスを使用して、それらを導体材料の層中へと当該層の両側からプレスし、それによって当該開口部の位置から導体材料を切除する。特に、開口部を提供するために使用されるそのようなマトリックスは、ローラーの形状を有していてもよい。エンボス加工された開口部が提供される場合、導体材料の層は、個別の層、または基材によって支持された層、例えば、半導体領域によって支持された層であり得る。さらに、当該開口部は、レーザーカットされた開口部であり得、それらは、開口部の位置において層内の導体材料を蒸発させることによって形成される。レーザーカットされた開口部の場合、当該開口部は、導体領域を形成している導体材料の個別の層内に形成することができ、または、基材、例えば半導体領域によって、支持されている層により形成することができる。開口部を含む導体領域は、ホイル、シート、または導体材料の被着層によって提供することができる。
導体領域の導体材料は、金属、合金、または導電性ポリマー、好ましくは金属、より好ましくは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、およびＺｎからなる群より選択される金属、を含む、または好ましくは当該金属からなり、当該金属は、特にＡｌである。当該合金は、好ましくは、これらの金属のうちの少なくとも２種を含む合金である。当該導体材料は、金属、合金、または導電性ポリマーの均一な構造として提供することができ、または、金属、合金、または導電性ポリマーの少なくとも２種を含む化合物であってもよい。特定の実施形態において、当該導体材料は、ナノチューブによって提供され、これは、金属、合金、または導電性ポリマーの混合物内において提供することができる。別の実施形態において、導体材料は、濃くドープされた半導体材料によって提供される。濃くドープされた半導体材料は、高い電気伝導性を提供するので、そのような濃くドープされた半導体材料は、導体材料の電気比抵抗を示す限り、本発明の意味において、導体材料と見なされる。さらに、金属または合金の代わりに、それらの電気伝導性化合物を使用することもできる。特に、導体材料として、インジウムスズ酸化物を使用することができる。特に、濃くドープされた半導体材料は、高濃度においてｐ型ドーパント、または好ましくはｎ型ドーパントでドープすることにより結果として高い電気伝導性を有している半導体材料である。導体材料および、特に、濃くドープされた半導体材料は、１×１０2Ωｍ未満、１×１０1Ωｍ未満、または１Ωｍ未満の電気比抵抗を有する。
したがって、本発明は、少なくとも１つの導体領域と当該少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されている少なくとも２つの半導体領域とを含む半導体構造を含み、当該少なくとも１つの導体領域は、それぞれの導体領域によって部分的に分離されている当該半導体領域の間に延びる開口部を含み、当該半導体領域は、上記において説明したＤＰＰポリマーから選択される少なくとも１種の有機半導体材料を含み、当該導体領域は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、およびＺｎからなる群より選択される金属を含み、当該金属は、特にＡｌである。
本発明の半導体構造の一実施形態は、半導体領域の端面に少なくとも２つの電極を備え、好ましくは当該半導体領域の両端面のそれぞれに１つの電極を備える。電極ならびに導体領域はそれぞれ、接触領域を含む、または外部接触に適した導体を備える。当該電極は、半導体の面にあり、これは、導体領域によって覆われていない。好ましくは、すべての導体領域は、２つの半導体領域間に位置し、結果として、２つの電極間に位置する。当該電極は、当該半導体領域および当該少なくとも１つの導体領域と同じ広さに広がっている。電極は、導体材料によって、好ましくは｜ＥE｜≧｜ＥH｜−０．３ｅＶの仕事関数ＥEを有する導体材料によって提供される。さらに、当該電極材料の仕事関数ＥEの絶対値は、好ましくは、｜ＥH｜＋０．９ｅＶ以下である。当該電極は、一体化層であり、これは、好ましくは連続している。一例として、当該電極は、実質的にＡｕまたはＡｇからなる。しかしながら、さらに、他の導体材料、例えばインジウムスズ酸化物または酸化亜鉛を使用することもでき、または、材料は少なくとも１種の導電性ポリマーを含む。導体が、外部接触のために提供される場合、当該導体は、少なくとも部分的に、電極の横方向に広がっている。さらに、各電極は、多層化された部分構造を有することができ、ＥEの仕事関数を有する電極材料は、半導体領域に隣接する部分構造または半導体領域のコーティングによって提供され、このコーティングは、ＥEの仕事関数を有する電気伝導性基材上に提供される。それぞれの導体領域によって部分的に分離されている半導体領域は、上記導体領域の開口部を介して互いに直接接触している。当該半導体領域は、開口部の側方に位置するそれぞれの導体領域のセクションによるそれぞれの導体領域によって分離されている。当該半導体領域は、開口部の側方に位置するセクション内の導体領域の材料によって分離されている。これらのセクションは、半導体領域のうちの少なくとも１つに電界を適用するために提供される。それぞれの導体領域の両側に位置する半導体領域は、開口部を介して互いに物理的に接続されている。好ましくは、開口部を通って延びる半導体材料が、連続的な内側開口部セクションを形成している。当該半導体領域は、それぞれの導体領域の両側に位置しており、好ましくは当該半導体材料の内側開口部セクションを介して、連続的にかつ物理的に互いと接続されている。このように、本発明の半導体構造は、導体領域によって部分的に分離されている半導体領域間に自由電荷キャリアの輸送を提供するよう適合される。
本発明の半導体構造は、２つの半導体領域を部分的に分離している導体領域を含む、または好ましくは、実質的に、２つの半導体領域を部分的に分離している導体領域からなる。当該導体領域および当該２つの半導体領域は、縦型トランジスタ構造を提供し、当該導体領域は、半導体領域間の導電率制御に適したゲート、基盤、またはグリッドを提供する。そのような半導体構造の特定の実施形態は、２つの半導体領域を分離している１つの導体領域、ならびに２つの電極を含む。導体領域とは反対側の、半導体領域のそれぞれの端面は、それぞれ、電極のうちの１つを備える。結果として得られる縦型トランジスタ構造は、電極間に、電流を制御可能に提供するよう適合されており、当該電流は、ゲート、すなわち、片側の導体領域と他方の片側の電極のうちの１つの間の電圧または電流によって制御される。そのような構造において、好ましくは、２つの半導体領域のそれぞれは、同じ有機半導体材料、好ましくは同じＤＰＰポリマー、を含む。特に、当該２つの半導体領域のそれぞれは、同じ有機半導体材料、好ましくは同じＤＰＰポリマーからなる。
当該半導体領域のうちの少なくとも１つの当該有機半導体材料は、最も好ましくは、キャストされた材料、特にスピンキャストされた材料、コーティングされた材料、または印刷された材料である。キャストされた材料は、少なくとも１種の溶媒中における有機半導体材料の溶液によって、ならびにそのような溶媒を、例えば蒸発によって、除去することにより提供される。当該半導体材料の電気特性は、有機半導体材料の微細構造によって設定することができ、当該微細構造は、主に、当該キャストされた材料の被着方法によって確定される。さらに、当該材料は、溶解された半導体材料の形態において印刷することができる。特に、当該半導体材料は、インクジェット印刷された材料であってもよい。インクジェット印刷された材料は、半導体構造が広がる方向に沿って半導体構造をパターン形成するために、所望のパターンにおいて提供することができる。
本発明のさらなる態様により、本発明の半導体構造を製造する方法が提供される。当該方法は、以下の工程：
（ａ）少なくとも１つ種の有機半導体材料を含む少なくとも２つの半導体領域を提供する工程；
（ｂ）当該少なくとも２つの半導体領域間に少なくとも１つの導体領域を提供する工程；
（ｃ）当該導体領域全体にわたって広がる当該少なくとも１つの導体領域に開口部を提供する工程；および
（ｄ）当該少なくとも１つの導体領域の開口部を介して当該少なくとも２つの半導体領域を部分的に接触させる工程
を含む。
好ましい方法において、工程（ｂ）は、導体材料の連続層として当該少なくとも１つの導体領域を提供する工程を含み、工程（ｃ）は、当該連続層を通る、２００ｎｍ超の、好ましくは２５０ｎｍ超の、より好ましくは５００ｎｍ超の内側幅の開口部を、エンボス加工、機械的切断、またはレーザーカットする工程を含む。この好ましい方法工程（ｂ）において、導体領域のうちの少なくとも１つは、通常、個別の連続シートとして提供され、ならびに工程（ｃ）は、（ｂ）の完了前かつ当該導体領域が少なくとも２つの半導体領域のうちの１つと接合される前、途中、または後に実施される。当該個別の連続シートは、好ましくは、作成済みのシートである。
あるいは、上記の好ましい方法は、工程（ｂ）において、当該導体領域の少なくとも１つが、（ａ）において提供される少なくとも２つの半導体領域のうちの１つの上に、好ましくは蒸着によって被着され、ならびに（ｂ）の完了前かつ当該導体領域が被着される途中または後に工程（ｃ）が実施されるように、実施され得る。
さらに好ましいのは、各半導体領域に対して、（ａ）が、１つ以上の工程において基材上にまたは当該少なくとも１つの導体領域上に有機半導体材料を適用する工程を含む方法であって、当該有機半導体材料が、当該有機半導体材料を含む、溶液、懸濁液、またはエマルションのような自由流動形態において、好ましくはキャスト、噴霧、または印刷によって適用される、または当該有機半導体材料が固体形態において適用され、ならびに（ｄ）が、これらの半導体領域のうちの少なくとも１つにおける当該有機半導体材料を、特にキャストにより、好ましくは（ａ）の途中に、開口部中に適用する工程を含む方法である。この方法により、当該有機半導体材料は、多くの場合、少なくとも１種の有機溶媒中における材料の溶液または分散液として提供され、当該溶液は、好ましくは、当該溶液または分散液の総質量に対して０．５〜２０質量％の有機半導体材料を含有する。当該溶液または分散液は、基材上にスピンキャストされ得る。
好ましい方法において、上記のプロセスは、下記の工程：
（ｉ）少なくとも１種の有機半導体材料を含む少なくとも１つの半導体領域を提供する工程；
（ｉｉ）当該半導体領域に接触する少なくとも１つの導体領域を提供する工程；
（ｉｉｉ）導体領域全体にわたって広がる当該少なくとも１つの導体領域に、開口部を提供する工程；
（ｉｖ）導体領域が少なくとも２つの半導体領域間に存在するように、当該導体領域と接触する、少なくとも１種の有機半導体材料を含む少なくとも１つの半導体領域を提供する工程；および
（ｖ）当該少なくとも１つの導体領域の開口部を通って、当該少なくとも２つの半導体領域５を部分的に接触させる工程
を実施することにより行われる。
上記の方法の工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の一実施形態は、予め形成された開口部（ｉｉ）を有する導体を適用しており、それらの別の実施形態は、第一半導体（ｉｉｉ）への適用後に開口部を形成する工程、すなわち、
（ａ）当該半導体領域に接触している、導体領域全体にわたって広がる当該少なくとも１つの導体領域における開口部を備える当該少なくとも１つの導体領域を提供する工程；または
（ｂ）当該半導体領域に接触する少なくとも１つの導体領域を提供し、続いて、導体領域全体に広がる当該少なくとも１つの導体領域における開口部を提供する工程
を含む。
当該第二半導体領域が提供される場合（工程ｉｖ）、開口部を通っての当該第一半導体層との接触（工程ｖ）は、別の工程として、または好ましくは直ちに形成され得る。
さらに、電極材料を半導体領域の端面の少なくとも一方の上に被着させることによって、または電極材料を提供してその上に半導体領域の少なくとも１つを適用することによって、少なくとも２つの電極が半導体領域の端面に適用される方法であって、当該電極材料が、好ましくはＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、またはこれらの材料のうち少なくとも２つの合金である方法が好ましい。
工程（ａ）の有機半導体材料は、ＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギーレベルＥHを有し、ＥHは、５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶによって定義される。工程（ｂ）において提供される少なくとも１つの導体領域は、｜ＥH｜−１．５ｅＶ≦｜ＥC｜≦｜ＥH｜−０．４ｅＶによって定義される仕事関数ＥCを有する導体材料を含む。
エネルギーレベルＥHの範囲に対する代替の範囲は、５．１ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶ、５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．７ｅＶ、または好ましくは５．１ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．７ｅＶである。
ＨＯＭＯ／ＬＵＭＯ値は、サイクリックボルタンメトリー（Ａｕｔｏｌａｂ ＰＧＳＴＡＴ３０（登録商標） Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ）を使用して、Ｐｔ作用電極、Ａｇカウンター電極、および疑似参照電極としてＡｇＣｌでコーティングされたＡｇを使用して実験的に得られ；電解質は、Ｏ−ジクロロベンゼン中における０．１Ｍテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェートであり；内部参照はフェロセンである。
特に、当該半導体領域、当該有機半導体材料、当該少なくとも１つの導体領域、および／または当該導体材料は、本発明の半導体構造に関して上記において提供された定義に従って提供される。
好ましくは、工程（ｂ）は、導体材料の連続層として少なくとも１つの導体領域を提供する工程を含む。さらに、工程（ｃ）は、当該連続層を通る、２００ｎｍ超の、好ましくは２５０ｎｍ超の、より好ましくは５００ｎｍ超の内側幅の開口部を、エンボス加工、機械的切断、またはレーザーカットする工程を含む。特に、工程（ｃ）によって提供される開口部は、少なくとも１５０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、または６００ｎｍの内側幅で提供される。さらに、当該内側幅は、少なくとも８００ｎｍ、少なくとも１０００ｎｍ、少なくとも１２００ｎｍ、少なくとも１４００ｎｍ、少なくとも１６００ｎｍ、少なくとも１８００ｎｍ、または少なくとも２μｍであり得る。当該導体領域はコーティングすることができ、ならびに当該開口部は、コーティングとして連続層を適用した後に提供することができる。あるいは、当該導体領域は、当該導体領域が提供されるときに当該開口部が形成されるようにパターン形成することによって、適用することもできる。
当該導体領域は、導体材料をコーティングまたはパターン形成することによって、特に、溶媒中に溶解された導体材料をコーティングまたはパターン形成することによって、提供することができる。当該導体材料は、例えば化学蒸着によって、または他の好適なコーティング方法もしくはパターン形成方法によって、スプレーコーティング、印刷（特にインクジェット印刷）、被着することができる。概して、当該導体領域を提供するためにサブトラクティブ法またはアディティブ法を使用することができる。特に、これらの方法は、ロールツーロール技術である。アディティブ法は、導体材料の、特に、蒸着、スパッタリング、コーティング、または印刷による被着を含む。当該パターンは、当該導体材料の除去または改質によって形成される。特に、除去は、当該導体材料のエッチング、リフトオフ、層間剥離、またはレーザーアブレーション／レーザーカットと組み合わされたリソグラフ法を含む。改質は、当該導体材料のエンボス加工、酸化、露光、または化学処理を含む。サブトラクティブ法は、印刷、例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、マイクロコンタクトプリント法を含む。さらに、サブトラクティブ法は、導体材料を加える前のシャドウマスクの適用を含み、当該導体材料は、蒸発またはスパッタリングによって加えられる。さらに、サブトラクティブ法は、特にスタンピングによる、ラミネート加工による、または熱転写による、導体材料の転写を含む。
これらの方法は、半導体材料の端面に電極を提供するために使用することもでき、導体材料の代わりに電極材料が用いられる。
有利なことに、導体領域のうちの少なくとも１つは、個別の連続シートとして提供される。さらに、開口部を提供する工程（ｃ）は、当該少なくとも１つの導体領域を提供する工程（ｂ）の完了前に実施される。当該開口部は、個別の連続シートを使用して、この個別の連続シートに、エンボス加工、機械的切断、またはレーザーカットにより穿孔し、当該穿孔された連続シートを、特にラミネート加工によって半導体領域上に適用することによって、当該少なくとも１つの導体領域に提供することができる。さらに、１工程として、当該開口部は、連続シートを当該半導体領域のうちの１つと接合することによって、例えば、当該シート中に当該開口部をプレスまたは切断するのに適した外構造を有するローラーを使用して、当該連続シートを当該半導体領域上にプレスすることによって提供することができる。したがって、当該ローラーは、導体領域と半導体領域を接合すると同時に当該シートに開口部をエンボス加工または切断するために、当該シートを当該半導体領域上にプレスする。さらに、当該開口部は、導体領域が半導体領域と接合された後に、レーザーカットによって、機械的切断によって、またはエンボス加工によって提供することができる。このように、第一工程として、例えばラミネート加工または蒸着によって、導体領域が半導体領域と接合され、続く第二工程として、既に半導体領域と接合されているシート中に、開口部が切断またはエンボス加工される。好ましくは、エンボス加工は、当該開口部の構造に対して相補的な構造を有するスタンプを使用したナノインプリンティングによって提供される。
例示的実施形態において、当該個別の連続シートは、作成済みのシートである。当該個別の連続シートは、当該シートを半導体領域と接合する前に、既にすべての構造的特徴を備えている。当該作成済みのシートと半導体構造内の導体領域は、開口部をはじめとする同じ構造的特徴を有する。
別の実施形態において、当該少なくとも１つの導体領域は、工程（ａ）において提供される少なくとも２つの半導体領域のうちの１つの上に被着される。当該少なくとも１つの導体領域は、好ましくは、蒸着によって被着される。開口部を提供する工程（ｃ）は、当該少なくとも１つの導体領域を提供する工程（ｂ）の完了前、かつ当該導体領域が被着される途中または後に実施される。したがって、当該開口部は、当該導体領域が当該少なくとも２つの半導体領域のうちの１つと接合される途中または後に、工程（ｃ）により提供される。したがって、当該開口部は、隣接する半導体領域と既に接合されている導体領域中に、エンボス加工、機械的切断、またはレーザーカットされる。
各半導体領域に対して、工程（ａ）は、１つ以上の工程において、基材上または少なくとも１つの導体領域上に有機半導体材料を適用する工程を含む。有機半導体材料は、当該有機半導体材料を含む、溶液、懸濁液、またはエマルションのような自由流動形態において、好ましくはキャスト、噴霧、または印刷によって適用される。あるいは、当該有機半導体材料は、固体形態において適用され、工程（ｄ）は、好ましくは当該半導体領域を提供する工程（ａ）の途中に、これらの半導体領域のうちの少なくとも１つにおける当該有機半導体材料を、特にキャストすることによって、開口部中に適用する工程を含む。当該有機半導体材料は、特に、スプレーコーティング、ナイフコーティング、または他の適切な被着技術により、自由流動形態において適用される。
当該半導体材料を適用するための好適なコーティング方法としては、スピンコーティング、スロットダイコーティング（押出コーティングとも呼ばれる）、カーテンコーティング、リバースグラビアコーティング、ブレードコーティング、スプレーコーティング、およびディップコーティングが挙げられる。
半導体材料を適用するための好適な印刷方法としては、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、特に順方向でのグラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、オフセット印刷、およびリバースオフセット印刷が挙げられる。
スピンコーティングおよびインクジェット印刷は、好ましい方法である。概して、当該少なくとも２つの半導体領域を適用するための方法は、同じ方法である、または異なる方法である。特に、少なくとも２つの半導体領域のうちの１つは、スピンコーティングによって適用することができ、ならびにこれらの少なくとも２つの半導体領域のうちの別の１つは、インクジェット印刷によって提供することができる。
さらに、当該有機半導体材料は、固体形態において、特に半導体材料の固体層として適用することができ、当該層は、ラミネート加工によって適用される。
これらの半導体領域のうちの少なくとも１つにおける有機半導体材料は、液体形態において、特に溶液として、特に当該半導体材料をキャストすることによって、開口部中に適用される。このようにして、当該開口部は、開口部を含む導体領域によって分離された２つの半導体領域間に物理的接触を提供するために、半導体材料によって満たされる。当該開口部中への半導体材料の適用は、半導体材料を当該開口部に向かってプレスすることによって、例えば、スピンコーティングによってまたは開口部に向かって表面を当該半導体材料上にプレスすることによって、支援することができる。
自由流動形態において有機半導体材料を適用する場合、当該半導体材料は、少なくとも１種の溶媒中における当該材料の溶液または分散液として提供される。当該溶液は、好ましくは、０．１〜２０質量％の当該有機半導体材料を含有する。特に、当該含有量は、０．１〜８質量％、例えば、１〜８質量％、とりわけ０．５〜４質量％、または１〜２質量％の有機半導体材料であり、当該半導体材料のさらに有利な範囲は、２〜６質量％または３〜５質量％である。有利には、有機半導体材料の含有量は、１０質量％、または８質量％、あるいは５質量％を超えず、ならびに、少なくとも０．５質量％、好ましくは少なくとも１質量％、より好ましくは少なくとも２質量％である。当該有機溶媒は、単一の溶媒または二成分溶媒（すなわち、２種以上の溶媒の混合物）であってもよく、それらは、添加剤を用いてまたは用いずに使用することができる。特に、ジクロロベンゼン、好ましくは１，２−ジクロロベンゼンまたは１，３−ジクロロベンゼン、を使用することができる。さらに、トルエンも溶媒として使用することができる。
本出願により配合物を製造する好適な溶媒は、ＤＰＰポリマーと可能な添加剤とが十分な溶解性を有する有機溶媒である。さらなる好適な有機溶媒の例としては、これらに限定されるわけではないが、石油エーテル、芳香族炭化水素、例えば、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、トルエン、アニソール、キシレン、ナフタレン、クロロナフタレン、テトラリン、インデン、インダン、シクロオクタジエン、スチレン、デカリン、およびメシチレン；ハロゲン化脂肪族炭化水素、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、および塩化エチレン；エーテル、例えば、ジオキサン、およびジオキソラン；ケトン、例えば、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノン；脂肪族炭化水素、例えば、ヘキサンおよびシクロヘキサン；ならびに上記溶媒の２つ以上の混合物が挙げられる。
好ましい溶媒は、ジクロロベンゼン、トルエン、キシレン、テトラリン、クロロホルム、メシチレン、およびそれらの２つ以上の混合物である。
好ましくは、当該有機半導体材料は、自由流動形態において、溶液として、特に、少なくとも１種の有機溶媒中における当該半導体材料の溶液として適用され、当該溶液は、有機半導体材料が適用される基材上にスピンキャストされる。当該基材および／または溶液は、当該半導体材料の適用の際に、少なくとも４５℃、少なくとも６０℃、好ましくは少なくとも７０℃で加熱することができる。さらに、適用の際の当該基材および／または当該有機半導体材料の温度は、１５０℃、１４０℃、好ましくは１２０℃を超えない。特に、当該半導体材料の適用中、当該溶液および／または基材の温度は、当該少なくとも１種の有機溶媒の沸点を超えない。しかしながら、当該半導体材料（ならびに、適切であれば基材も）は、好ましくは、その適用の際に室温である。
当該少なくとも１種の溶媒を除去するため、当該基材および／または溶液は、当該少なくとも１種の溶媒を強制的に蒸発させるために加熱される。当該溶媒は、溶存形態における半導体材料の適用の後に除去される。当該加熱工程は、熱気流を適用することによって、赤外線を基材および／または溶液に照射することによって、または基材および／または溶液をホットプレート上もしくは乾燥オーブン内に置くことによって、実施することができる。
好ましい実施形態の場合、当該半導体材料は、室温（２０℃）において適用される。当該半導体材料は、より高い温度において、ただし、好ましくは溶媒の沸騰より低い温度において乾燥される。当該半導体材料は、好ましくは、少なくとも４５℃、少なくとも６０℃、有利には７０℃の温度において乾燥される。好ましくは、当該半導体材料は、１５０℃、１４０℃、または好ましくは１２０℃を超えない温度において乾燥される。
本発明の方法のさらなる実施形態は、電極の適用に関する。この実施形態において、少なくとも２つの電極は、電極材料を半導体領域の端面の少なくとも一方の上に被着させることによって、またはその上に半導体材料のうちの少なくとも１種が適用される半導体材料を提供することによって、当該半導体領域の両面に適用される。したがって、使用される電極材料は、好ましくはＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、これらの金属のうちの少なくとも２つの合金もしくは化合物、または電極に使用される任意の他の導体材料である。当該電極材料は、金属、少なくとも２種の金属の合金、少なくとも１種の導電性ポリマー、または少なくとも電気伝導性の金属化合物であり得る。特に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または他の電気伝導性金属化合物を使用することができる。さらに、導電性ポリマー、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳまたはポリアニリンを、電極材料として使用することができる。当該電極材料は、蒸着によって適用することができ、または当該半導体領域の端面上にラミネート加工することができる。さらに、当該電極材料は、導電性接着剤を使用して、当該端面のうちの少なくとも一方に取り付けることができる。
さらに、当該電極は、半導体材料と反対側に接触領域を備え得る、またはそれらに取り付けられた、外部接触を提供するために適した導体を備え得る。
好ましくは、開口部の内側幅と、当該開口部が提供されている半導体領域の厚さとの比率は、少なくとも２、４、５、１０、または２０である。
本発明を、以下の実施例によって説明する。特に明示されない限り、室温は、１８〜２３℃を意味し、「仕事関数」なる用語は、真空での仕事関数を意味し、百分率は、質量百分率である（多くの場合、質量％または質量％なる略語）。
実施例
実施例１
厚さ４０ｎｍの金電極が上に蒸着されているガラス基板を提供した。次に、国際公開第２０１０／０４９３２１号の実施例１によるＤＰＰポリマー（サイクリックボルタンメトリー／Ａｕｔｏｌａｂ ＰＧＳＴＡＴ（登録商標） ３０によって特定した場合のＨＯＭＯ：｜ＥH｜＝５．３５ｅＶ）を、トルエン中における５％のＤＰＰの溶液の形態において適用する。５％のＤＰＰを含有する当該溶液を、１０００ｒｐｍでスピンキャストし、９０℃で乾燥させる。当該スピンキャストしたＤＰＰは、第一半導体領域を形成する。特に、当該溶液は、５０℃未満、または室温（２０℃）において乾燥させることができる。
この第一半導体領域を適用した後に、当該半導体領域の上に導体領域を、厚さ４０ｎｍにおいて、蒸発させたアルミニウムの形態において適用する（仕事関数｜ＥC｜＝４．３ｅＶ）。当該蒸発させたアルミニウムに、ナノインプリントリソグラフィによって開口部を提供する。当該開口部は、３００〜５００ｎｍの直径を有している。当該開口部はグリッド状において配置し、当該開口部は、２μｍの中心間距離を有する。導体領域の面積に対する当該開口部の断面積の比率は０．１９６％である。当該第一半導体領域の厚さは１μｍである。当該導体層は、蒸発技術によって、特にスパッタリングによって適用した。
当該開口部は、シリコンウェハを含むナノインプリントスタンプによって提供する。当該シリコンウェハは、１００ｍｍの直径を有する。当該スタンプは、およそ１３５ｎｍの高さと３５０ｎｍの直径を有する突起部を備える。当該突起部は、およそ円形の断面を有する。当該スタンプを、２０〜８０Ｎの力、特に２０〜４０Ｎの力で導体領域上にプレスした。この力を、１００ｍｍのシリコンウェハのエリアに適用した。当該導体層（およびその下の半導体層）内の、結果として得られる窪みは、およそ１００ｎｍの深さおよび３００〜５００ｎｍの幅を有する。当該スタンプを、室温（２０℃）において導体層中へとプレスする。好ましくは、１００℃未満、特に５０℃未満において、当該スタンプを導体領域中へとプレスする。
当該スタンプは、ＵＶリソグラフィによって形成されており、レジストは、酸素プラズマによって除去される。結果として得られる構造は、アイソトープ乾式エッチングにより形成する。
４０ｎｍのアルミニウム層の形態において導体領域を適用した後、ジクロロベンゼン中におけるＤＰＰの４％溶液を、インクジェット印刷によって適用する。当該溶液を被着させ、７５℃で乾燥させる。結果として得られる半導体領域は、１μｍの平均厚さを有する。
第二半導体領域を適用した後、厚さ４０ｎｍの金の電極を、蒸着により適用した。
１００μＡの電流が、３Ｖのゲート電圧において達成された。さらに、移動度は０．０５ｃｍ2／Ｖｓであった。バルク電荷キャリア濃度は、２×１０15ｃｍ-3であり、バルク導電率は５００Ωｍであった。第一半導体領域の厚さは、キャパシタンス法を用いて測定した。当該移動度は、結果として得られる、ＦＥＴ構成の半導体構造を用いて測定し、当該バルク電荷キャリア濃度は、導体領域と第一半導体領域とによって形成されるショットキー接触における容量／電圧法を用いて測定した。トランジスタは、０．１ｍｍ2の断面積を有しており、導体領域内の開口部の総数は２４０００であった。
半導体材料としてのＤＰＰと導体材料としてのアルミニウムとを含む半導体構造により、１〜２×１０15ｃｍ-3のバルク電荷キャリア密度および０．８〜０．４Ｖの順バイアス電圧降下を有するショットキー接触を形成することができた。さらに、０．３〜０．８μｍの空乏幅が得られた。これらの結果は、４％または５％のＤＰＰの溶液をスピンキャストすることによって提供される半導体領域と、３３ｎｍまたは４０ｎｍのアルミニウムによる導体領域とを備える半導体構造を意味する。当該導体領域は、直径２００〜５００ｎｍの開口部を有するアルミニウムによって形成した。
実施例２
第二実施例において、導体領域は、２００ｎｍの内側幅の開口部を有する、蒸着された４０ｎｍのアルミニウム層により形成した。当該開口部は、５００ｎｍの中心間距離においてグリッド状に整列させた。当該半導体領域は、実施例１に従って製造した。実施例１と対照的に、結果として得られた実施例２の開口部は、結果として、導体領域の面積に対する当該開口部の断面積の比率が０．１２６であった。実施例１のように、実施例２では、３Ｖにおいて０．５３Ａ／ｃｍ2のバルク電流密度が得られた。実施例２の開口部の総数は、０．１６ｍｍ2の面積に対して６０００００であった。実施例１のように、キャパシタンス法により測定した半導体領域の厚さ１μｍにおいて、３Ｖにおいて１００μＡの電流が得られた。バルク電荷キャリア濃度、導電率、および移動度に関して、実施例１と同じ結果が得られた。
半導体材料としてＤＤＰおよび導体材料としてアルミニウムを用いた、本発明のさらなる実施例において、１．３×１０15ｃｍ-3の電荷キャリア濃度ならびに７６０ｎｍの空乏幅が得られた。さらに、２．３×１０15ｃｍ-3の電荷キャリア濃度および４５０ｎｍの空乏幅が、半導体材料としてのＤＰＰおよび導体材料としてのアルミニウムによって得られた。
図１は本発明の半導体構造の概略図である。
図の詳細な説明
図１において、本発明の半導体構造の実施形態が、側断面図において示されている。当該描画は、特に当該構造の要素の幅に関して、一定の縮尺で描かれているわけではない。当該半導体構造は、電気接続１２を有する電極１０を備える。電極１０は、導体材料で作成されている。さらに、当該構造は、導体領域２０を含み、これは開口部２２を備える。当該開口部２２は、導体領域２０が広がる方向に対して垂直に延びている。第一電極１０と導体領域２０との間に、第一電極１０から導体領域２０へと広がっている第一半導体領域３０が提供されている。半導体領域３０と反対側の、導体領域２０の側部に、第二半導体領域４０が位置している。さらに、第二電極５０は、電気接続５２を有する。第二電極５０は、導体領域２０および第一半導体領域３０の反対側の、第二半導体領域４０の側部に配置されている。したがって、第一電極１０および第二電極５０は、半導体構造の反対側の端面に位置している。特に、電極１０および５０は、導体領域２０の反対側の、半導体領域３０および４０の端面に位置している。
図１の構造は、電極１０および５０、導体領域２０、ならびに第一および第二半導体領域３０および４０が、一定の厚さの層として提供されるような積層構造である。第一半導体領域３０および第二半導体領域４０が、開口部２２内において半導体材料によって互いに物理的に接続されるよう、開口部２２は半導体材料で満たされている。導体領域２０は、当該導体領域２０に対してある特定の電圧を印加するために、電気コネクタを備えていてもよい。
例えば、ある特定の電圧が第二電極５０と導体領域２０の間に印加される場合、中間の半導体領域４０、すなわち、第二半導体領域は、その電気特性に関して変化する。特に、導体領域２０と第二電極５０の間の電圧は、第二半導体領域４０内に電界を生じ、これが、第二半導体領域４０内の自由電荷キャリアまたはそれらの同等物のバルク濃度を上昇させる。したがって、追加の電圧が電極５０および１０に印加される場合、半導体領域３０、４０内の自由電荷キャリアに基づいて電流が発生し、当該自由電荷キャリアのバルク濃度は、導体領域２０に適用される電圧によって制御される。このように、利得が発生され得、ならびに導体領域２０における電圧は、第一および第二電極１０、５０の電気接続１２と５２の間の電流を制御する。特に、電極１０と５０の間に電圧差を適用することより、電荷キャリア移動が、導体領域２０に電圧を印加することによって制御される。この電圧は、導体領域２０および半導体領域３０に広がる空乏の範囲を変える。さらに、導体領域２０および半導体領域４０に広がる空乏の範囲を変えることができる。これにより、電荷キャリアのためのチャネルが開かれ、当該電荷キャリアが、当該開口部２２を通って半導体領域３０から半導体領域４０へと移動する。導体領域２０に電圧が印加されていない場合、空乏の範囲は、２２のエリアを覆い、電荷は、開口部を通って移動せず、結果、半導体領域３０と４０の間の輸送電流はゼロとなる。
例示的実施形態により、電極１０および５０は、金の層を蒸着させることによって形成することができ、ならびに第一および第二半導体領域３０、４０は、ＤＰＰの層によって提供することができ、当該層は、好ましくは、溶媒中に溶解させた有機半導体材料をキャストすることによって製造される。当然のことながら、溶解させた有機半導体材料を適用した後、当該溶媒は、それぞれの半導体領域３０、４０に別の構造要素が適用される前に除去しなければならない。導体領域２０は、好ましくは１００ｎｍ未満または５０ｎｍ未満の厚さを有する、アルミニウムの層によって形成することができる。導体領域２０における開口部２２は、アルミニウムの層中にナノインプリンティングリソグラフィによって提供され、当該アルミニウムの層は、導体領域２０を提供し、ならびに半導体領域３０または４０のうちの一方へのアルミニウムの蒸着によって形成される。当該開口部２２は、例えば５００ｎｍの内側幅を有する。
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・ 国際公開第０５／０４９６９５号
・ 国際公開第２０１０／０４９３２３号
・ 国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５３６５５号
・ 国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５４１５２号
・ 国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５６７７８号
・ 国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５６７７６号
１０ 第一電極、 １２ 電気接続、 ２０ 導体領域、 ２２ 開口部、 ３０ 第一半導体領域、 ４０ 第二半導体領域、 ５０ 第二電極、 ５２ 電気接続

Claims (16)

  1. 少なくとも１つの導体領域と前記少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されている少なくとも２つの半導体領域とを含み、前記少なくとも１つの導体領域が、前記それぞれの導体領域によって部分的に分離されている前記半導体領域の間に延びる開口部を含む半導体構造であって、前記半導体領域の少なくとも１つが半導体材料としてジケトピロロピロールポリマーを含有し、前記半導体領域が、最高被占分子軌道エネルギーレベルＥHを有する少なくとも１種の有機半導体材料を含み、ＥHが、５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶによって定義され、ならびに前記導体領域が、｜ＥH｜−１．５ｅＶ≦｜ＥC｜≦｜ＥH｜−０．４ｅＶによって定義される仕事関数ＥCを有する導体材料を含むことを特徴とする前記半導体構造。
  2. 前記有機半導体材料が、Ｎp≦１×１０16ｃｍ-3、Ｎp≦８×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦６×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦５×１０15ｃｍ-3 、Ｎp≦４×１０15ｃｍ-3、Ｎp≦２×１０15ｃｍ-3、もしくはＮp≦１×１０15ｃｍ-3 の、正電荷キャリア濃度Ｎpを有する、請求項１に記載の半導体構造。
  3. 前記有機半導体材料が、Ｎ p ≦２．３×１０ 15 ｃｍ -3 の、正電荷キャリア濃度Ｎ p を有する、請求項２に記載の半導体構造。
  4. ＥH、ＥC、およびＮpが、前記半導体領域内において、１００ｎｍ超の空乏幅Ｉdが得られるように適合される、請求項２または３に記載の半導体構造。
  5. 前記少なくとも１種の有機半導体材料が、繰り返しユニット中に、以下の式：
    Figure 0006005057
     ［式中、Ｒ1およびＲ2は、互いに同じである、または異なっており、ならびに、水素；Ｃ1〜Ｃ100アルキル基；−ＣＯＯＲ3；１つ以上のハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、−ＣＮ、またはＣ6〜Ｃ18アリール基によって置換されている、および／または−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、または−Ｓ−で中断されているＣ1〜Ｃ100アルキル基；Ｃ7〜Ｃ100アリールアルキル基；カルバモイル基；Ｃ1〜Ｃ8アルキル基および／またはＣ1〜Ｃ8アルコキシ基で１〜３回置換されていてもよいＣ5〜Ｃ12シクロアルキル基；Ｃ1〜Ｃ8アルキル基、Ｃ1〜Ｃ25チオアルコキシ基、および／またはＣ1〜Ｃ25アルコキシ基で１〜３回置換されていてもよいＣ6〜Ｃ24アリール基；およびペンタフルオロフェニルからなる群より選択され、
    Ｒ3は、Ｃ1〜Ｃ50アルキル基である］によって表される１つ以上のジケトピロロピロール骨格を有するジケトピロロピロールポリマーを含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体構造。
  6. 前記ジケトピロロピロールポリマーが、
    式（Ｉａ）：
    Figure 0006005057
     のポリマー、
    式（Ｉｂ）：
    Figure 0006005057
     のコポリマー、
    式（Ｉｃ）：
    Figure 0006005057
     のコポリマー、および
    式（Ｉｄ）：
    Figure 0006005057
     のコポリマー
    からなる群より選択され、
    ここで、ｘ＝０．９９５〜０．００５であり、ｙ＝０．００５〜０．９９５であり、ただし、ｘ＋ｙ＝１であり；
    ｒ＝０．９８５〜０．００５であり、ｓ＝０．００５〜０．９８５であり、ｔ＝０．００５〜０．９８５であり、ｕ＝０．００５〜０．９８５であり、ただし、ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕ＝１であり；
    ｎ＝４〜１０００であり、
    Ａは、式：
    Figure 0006005057
     ［式中、ａ’＝１、２、または３であり；ａ''＝０、１、２、または３であり；ｂ＝０、１、２、または３であり；ｂ’＝０、１、２、または３であり；ｃ＝０、１、２、または３であり；ｃ’＝０、１、２、または３であり；ｄ＝０、１、２、または３であり；ｄ’＝０、１、２、または３であり；ただし、ａ''が０の場合、ｂ’は０ではなく；
    Ａｒ1、Ａｒ1’、Ａｒ2、Ａｒ2’、Ａｒ3、Ａｒ3’、Ａｒ4、およびＡｒ4’は、互いに独立して、場合により、縮合および／または置換されていてもよいヘテロ芳香族環または芳香環であり、
    ならびに
    Ｂ、Ｄ、およびＥは、互いに独立して、式：
    Figure 0006005057
     または式（Ｘ）の基であり、ただし、Ｂ、Ｄ、およびＥが式（Ｘ）の基である場合、それらはＡとは異なっており、式中、ｋ＝１であり；ｌ＝０または１であり；ｒ＝０または１であり；ｚ＝０または１であり；ならびに
    Ａｒ4、Ａｒ5、Ａｒ6、およびＡｒ7は、互いに独立して、式：
    Figure 0006005057
     の基であり、
    Ｘ5およびＸ6のうちの１つはＮであり、もう一方はＣＲ14であり、
    Ｒ14、Ｒ14’、Ｒ17、およびＲ17’は、互いに独立して、Ｈ、または場合により、１つ以上の酸素原子によって中断されていてよいＣ1〜Ｃ25アルキル基である］の基である、請求項５に記載の半導体構造。
  7. 前記ジケトピロロピロールポリマーが、式（Ｉｂ−１）、（Ｉｂ−９）、（Ｉｂ−１０）：
    Figure 0006005057
     ［式中、Ｒ1およびＲ2は、互いに独立して、Ｃ8〜Ｃ36アルキル基であり、ｎ＝４〜１０００である］によるポリマーである、請求項６に記載の半導体構造。
  8. 前記有機半導体材料が、１．０１〜１０の範囲の多分散度を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  9. 前記導体領域に含まれる前記開口部が、２００ｎｍ超の内側幅を有する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  10. 前記導体領域の前記導体材料が、金属、合金、または導電性ポリマーを含む、請求項１から９までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  11. さらに、前記半導体領域の端面に少なくとも２つの電極を備え、前記電極および前記導体領域が、それぞれ、接触領域を含む、または外部接触に適した導体を備える、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  12. 前記それぞれの導体領域によって部分的に分離されている前記半導体領域が、前記導体領域の前記開口部を介して互いに直接接触しており、前記半導体領域が、前記それぞれの導体領域のセクションによる前記それぞれの導体領域によって分離されており、前記セクションが前記開口部の側方に位置している、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  13. ２つの半導体領域を部分的に分離している導体領域を含む半導体構造であって、前記導体領域および前記２つの半導体領域が縦型トランジスタ構造を提供し、かつ前記導体領域が、前記半導体領域間の導電率制御のために適合されたゲートを提供し、前記２つの半導体領域が、同じ有機半導体材料を含む、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の半導体構造。
  14. 少なくとも１つの導体領域および前記少なくとも１つの導体領域によって部分的に分離されている少なくとも２つの半導体領域を含む半導体構造であって、前記少なくとも１つの導体領域が、前記それぞれの導体領域によって部分的に分離されている前記半導体領域間に延びる開口部を含み、前記半導体領域が、請求項４〜８に記載されるジケトピロロピロールポリマーから選択される少なくとも１種の有機半導体材料を含み、前記導体領域が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、およびＺｎからなる群より選択される金属を含む、半導体構造。
  15. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の半導体構造を製造する方法であって、
    （ａ）少なくとも１種の有機半導体材料を含む少なくとも２つの半導体領域を提供する工程；
    （ｂ）前記少なくとも２つの半導体領域間に少なくとも１つの導体領域を提供する工程；
    （ｃ）導体領域全体にわたって広がる前記少なくとも１つの導体領域に開口部を提供する工程；および
    （ｄ）前記少なくとも１つの導体領域の前記開口部を介して前記少なくとも２つの半導体領域を部分的に接触させる工程；
    を含み、
    工程（ａ）の前記有機半導体材料が、ＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギーレベルＥHを有し、ＥHが、５．０ｅＶ≦｜ＥH｜≦５．８ｅＶによって定義され、ならびに工程（ｂ）において提供される前記少なくとも１つの導体領域が、｜ＥH｜−１．５ｅＶ≦｜ＥC｜≦｜ＥH｜−０．４ｅＶによって定義される仕事関数ＥCを有する導体材料を含む前記方法。
  16. 工程（ｂ）が、前記導体材料の連続層として前記少なくとも１つの導体領域を提供する工程を含み、工程（ｃ）が、前記連続層を通る、２００ｎｍ超の内側幅の開口部を、エンボス加工、機械的切断、またはレーザーカットする工程を含む、請求項１５に記載の方法。
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