JP6356240B2 - 電子デバイスのための電極表面改質層 - Google Patents
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Description
(i)M(tfd)3(式中、MはMo、WまたはCrである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液を、この電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部に堆積させる工程;および
(ii)この溶媒の少なくとも一部を除去して、この電極上にこの表面改質層を形成する工程
を含む。
(i)先に規定されるような方法によって少なくとも1つの改質電極を調製する工程;および
(ii)この改質電極の表面上に少なくとも1つの有機半導体を含む有機半導体性層を堆積させる工程
を含む有機電子デバイスを調製するための方法を提供する。
本明細書で使用される場合、用語「改質電極」は、電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部が、電極の本体に存在しない化合物の存在により改質されている電極を指す。
本発明の方法において、改質電極、好ましくは有機電子デバイスのための金属電極が調製される。改質電極は、電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部と接触した表面改質層を含む。表面改質層の存在により、有利なことには、上層の有機半導体性層への電極からの電荷注入を改善する。電荷注入は、金属電極の仕事関数を増大させることによって改善される。故に、本発明の基礎となる機構は、p−ドーパントを有機半導体性層にドープして電荷移動度を改善する上記で議論される先行技術の機構とは異なると考えられる。
(i)M(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液をこの電極表面の少なくとも1つの表面の少なくとも一部上に堆積させる工程(例えばM(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液中に電極を含浸させる);
(ii)この電極をすすいで、非吸着M(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)を除去する工程;および
(iii)この溶媒の少なくとも一部を除去して、この表面改質層を電極上に形成する工程
を含む。
各基X1は、同一または異なっていてもよく、(i)1〜20個の炭素原子を有する非置換または置換の直鎖、分岐または環状アルキル基、1〜12個の炭素原子を有するアルコキシ基、非置換であってもよくまたは1〜8個の炭素原子を有する1もしくは2つのアルキル基で置換されてもよいアミノ基(そのそれぞれは同一または異なっていてもよい)、アミド基、シリル基、2〜12個の炭素原子を有する非置換または置換のアルケニル基および2〜12個の炭素原子を有する非置換または置換のアルキニル基、または(ii)ハロゲン、ボロン酸、ジボロン酸ならびにボロン酸およびジボロン酸のエステル、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基およびスタンニル基からなる群から選択される重合性または反応性基からなる群から選択される。
式X1の少なくとも1つの基で置換されるフェニル基と縮合したチオフェン基、または
非置換であってもよくまたは式X1の少なくとも1つの基で置換されてもよいフェニル基から選択され、このフェニル基はさらに、非置換であることができ、または式X1の少なくとも1つの基で置換できるチオフェン基と縮合してもよく、および/またはベンゾチオフェン基と縮合してもよく、このベンゾチオフェン基は、非置換であるか、または式X1の少なくとも1つの基で置換される。
R4は、C1−6アルキル、OC1−6アルキル、またはC(O)OC1−6アルキルから選択され;および
R5およびR6はそれぞれ独立に、H、C1−6アルキル、OC1−6アルキルまたはC(O)OC1−6アルキルから選択され、および
nは1、2または3である。
(i)それらの間に位置するチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極を基板上に堆積させる工程;
(ii)M(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液を、この電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部分と接触した状態で堆積させ、この溶媒の少なくとも一部を除去してこの電極上に表面改質層を形成する工程;
(iii)ソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、チャンネル領域中に半導体性層を堆積させる工程;
(iv)ゲート誘電体を半導体性層の表面に堆積させる工程;ならびに
(v)ゲート誘電体上にゲート電極を堆積する工程
を含む。
(i)ゲート電極を基材上に堆積させる工程;
(ii)ゲート誘電体をゲート電極の表面に堆積させる工程;
(iii)それらの間に位置するチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極を、ゲート誘電体上に堆積させる工程;
(iv)M(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液を、この電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部分と接触した状態で堆積させ、この溶媒の少なくとも一部を除去してこの電極上に表面改質層を形成する工程;ならびに
(v)ソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、チャンネル領域中に半導体性層を堆積させる工程
を含む。
i)基板、
ii)この基板上に堆積され、その間にチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極であって、この電極のそれぞれの少なくとも1つの表面の少なくとも一部がM(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)を含む表面改質層で改質されている電極;
iii)このソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、チャンネル領域中に堆積される半導体性層;
iv)この半導体性層にわたって堆積されるゲート誘電体;および
v)このゲート誘電体上に堆積されるゲート電極
を含む。
i)基板、
ii)この基板上に堆積されるゲート電極;
iii)このゲート電極、好ましくはこの基板にわたって堆積されたゲート誘電体;
iv)このゲート誘電体上に堆積され、その間にチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極であって、この電極のそれぞれの少なくとも1つの表面の少なくとも一部がM(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)を含む表面改質層で改質されている電極;
v)このソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、チャンネル領域中に堆積される半導体性層
を含む。
ソースおよびドレイン電極: 金
ソースおよびドレイン電極厚さ: 5〜200nm
表面改質層: Mo(tfd)3
表面改質層厚さ: <10nm
チャンネル長さ: 20ミクロン未満、例えば10または5ミクロン
半導体性層厚さ: 30〜80nm
ゲート誘電体: PTFE
ゲート誘電体厚さ: 50〜500nm
ゲート電極: アルミニウム
ゲート電極厚さ: 20〜300nm
短いチャンネル長さ(<20μm)のデバイスにおいては、接触抵抗が、デバイスの総チャンネル抵抗に大きく寄与し得る。デバイスの接触抵抗が高くなるにつれて、ソースおよびドレインコンタクトにわたって印加される電圧の降下割合が高くなり、結果としてチャンネル領域にわたって得られるバイアスが低くなる。高い接触抵抗は、チャンネル領域にわたって印加される低いバイアス、ひいては低いデバイス移動度のためにデバイスから抽出される電流レベルが相当低くなるという影響がある。本発明の方法およびデバイスは、金属の有効な仕事関数を増大させることによって接触抵抗を低減する。改善されたエネルギー準位マッチングは、金属コンタクトの相対的な仕事関数のシフトによってもたらされる。これは、改質された金属コンタクトから生じる半導体材料に対して示される相対的な真空準位のシフトによって決定される。半導体材料がこうした改質電極と接触する場合、電荷注入は、未改質金属コンタクトの真空準位の場合を参照して半導体材料のHOMO準位の有効なシフトを介して改善される。これは、特に短いチャンネル長さ、例えば10μm以下、例えば10μmまたは5μmを有するデバイスに有利である。
材料
トルエンおよびo−キシレンはSigma−Aldrichから得られた。
サンプルは、ガラス基板上で金(40nm)を熱蒸発させることによって調製した。基板は、5分間トルエン(1mg/ml)中のMo(tfd)3の溶液中に含浸させ、次いでトルエンですすぎ、基板から非吸収錯体を除去し、60℃で10分間乾燥させる。比較金サンプルは未処理のままであった。
(i)OTFT基板のプレクリーニングおよび表面改質処理:
デバイスの製作における第1の工程は、デバイス基板のプレクリーニングならびにソースおよびドレイン電極の表面処理におけるMo(tfd)3の適用を必要とした。基板は、ガラス表面上のクロム接着層(5/40nmのCr/Au)の頂部における金ソースおよびドレイン電極からなる。基板は、残留フォトレジスト材料(ソース−ドレイン電極の規定のために使用した)が確実に除去されるように、酸素プラズマによって洗浄した。
非ポリマー性半導体およびポリマー性半導体のブレンドは、o−キシレン中の溶液として調製された。ブレンドは、予備加重非ポリマー性およびポリマー性半導体および溶媒から所望の濃度の溶液を製造することによって調製された。ブレンドは、1.2%w/v(1mlの溶媒あたり12mgの固体)の濃度に調製された。ポリマー性半導体は、上記およびWO2010/084977に開示されるように、F8−TFBであった。非ポリマー性半導体は、以下に示され、WO2011/004869に開示される方法に従って調製された):
次いで誘電体層は、この半導体フィルムにおいてPTFEの溶液をスピンコーティングすることによって堆積させた。誘電体層の厚さは300nmであった。
最終的に、ゲート電極は、所望のトップゲート有機薄膜トランジスタを得るために、シャドウマスクを通して300nmのアルミニウムの熱蒸発によって堆積させた。
比較例が調製され、ここでフラーレンはMo(tfd)3の代わりに表面改質層に使用された。製作方法は、プラズマ処理の後、(C60F36)を、5分間、トルエン溶液に基板をフロッドすることによって、1mMの濃度でトルエン溶液から適用したこと以外は同一であった。
上記で記載されるように製造されたデバイスは、Hewlett Packard 4156C半導体パラメータ分析器を用いて、出力およびトランスファデバイス特性を測定することによって、周囲条件(デバイスの封入を使用しなかった)にて測定された。飽和移動度は、ゲートバイアスの関数(+40V〜−40Vの掃引)として、ソース(0V)に対して−40Vのドレインバイアスにて特性評価される場合のデバイスから計算した。ゲートバイアスの関数としての移動度の最大値はピーク飽和移動度である。結果を図4aおよび4bに示す。平均のために多くのTFTを使用するので(チャンネルン長さあたり8個のTFT)、平均および最大値データ表示を示す。まず、各TFTについてゲートバイアスの関数としての飽和移動度におけるピークが同定される(移動度は、ゲートバイアス依存パラメータである)。これらのピーク飽和移動度結果における平均および最大値の両方(すなわち、考慮されるすべてのTFTに関してピーク飽和移動度の単一の最大値)が、5および10ミクロン両方のチャンネル長さデバイスについて計算され、示される。
Claims (12)
- 有機電子デバイスのための改質電極を調製するための方法であって、ここで前記改質電極は表面改質層を含み、前記方法は:
(i)M(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)および少なくとも1つの溶媒を含む溶液を、前記電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部に堆積させる工程;および
(ii)前記溶媒の少なくとも一部を除去して、前記電極上に前記表面改質層を形成する工程
を含む、方法。 - 前記表面改質層が有機半導体を含まない、請求項1に記載の方法。
- 前記表面改質層が、MがMoであるM(tfd)3からなる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記電極が、Au、AgまたはCuを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- (i)請求項1から4のいずれか一項に記載の方法によって少なくとも1つの改質電極を調製する工程;および
(ii)前記改質電極の表面に少なくとも1つの有機半導体を含む有機半導体性層を堆積させる工程
を含む有機電子デバイスを調製するための方法。 - 前記デバイスが薄膜トランジスタである、請求項5に記載の方法。
- 前記有機半導体性層が、ポリマー性半導体および少なくとも1つの非ポリマー性半導体を含む、請求項5または6に記載の方法。
- 前記非ポリマー性半導体が、式(I)を有する、請求項7に記載の方法:
式中、Aは、フェニル基またはチオフェン基であり、前記フェニル基またはチオフェン基は、非置換または式X1の少なくとも1つの基で置換できるフェニル基またはチオフェン基と縮合してもよく、および/またはフェニル基、チオフェン基およびベンゾチオフェン基から選択される基で縮合してもよく、前記フェニル、チオフェンおよびベンゾチオフェン基のいずれかは、非置換または式X1の少なくとも1つの基で置換され;
各基X1は、同一または異なっていてもよく、(i)1〜20個の炭素原子を有する非置換または置換の直鎖、分岐または環状アルキル基、1〜12個の炭素原子を有するアルコキシ基、非置換であってもよくまたは1〜8個の炭素原子を有する1もしくは2つのアルキル基で置換されてもよいアミノ基(そのそれぞれは同一または異なっていてもよい)、アミド基、シリル基、および2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基、または(ii)ハロゲン、ボロン酸、ジボロン酸ならびにボロン酸およびジボロン酸のエステル、2〜12個の炭素原子を有するアルケニル基およびスタンニル基からなる群から選択される重合性または反応性基からなる群から選択される、
方法。 - 前記ポリマー性半導体が式(II)の繰り返しユニット:
式中、R1およびR2は、同一または異なって、それぞれは水素、1〜16個の炭素原子を有するアルキル基、5〜14個の炭素原子を有するアリール基、および1〜3個の硫黄原子、酸素原子、窒素原子および/またはセレニウム原子を含有する5〜7員のヘテロアリール基からなる群から選択され、前記アリール基またはヘテロアリール基は、非置換であるか、または1〜16個の炭素原子を有するアルキル基および1〜16個の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される1つ以上の置換基で置換される;
および式(III)の繰り返しユニット:
式中、Ar1およびAr2は、同一または異なって、それぞれは5〜14個の炭素原子を有するアリール基、および1〜3個の硫黄原子、酸素原子および/または窒素原子を含有する5〜7員のヘテロアリール基から選択され、前記アリール基またはヘテロアリール基は、非置換であるか、または1〜16個の炭素原子を有するアルキル基および1〜16個の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される1つ以上の置換基で置換され;
R3は、1〜8個の炭素原子を有するアルキル基、または非置換であってもよくもしくは1〜8個の炭素原子を有するアルキル基で置換されてもよいフェニル基であり、nは1以上の整数である
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記ポリマー性半導体が、F8−TFB[9,9’−ジオクチルフルオレン−co−N−(4−ブチルフェニル)−ジフェニルアミン]nであり、ここでnは100を超える、
請求項7に記載の方法。 - それらの間にチャンネル領域を規定するソースおよびドレイン電極;前記ソースおよびドレイン電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部と接触したM(tfd) 3 (式中、MはMo、CrまたはWである)を含む表面改質層;前記表面改質層と接触し、前記チャンネル領域にわたって延びる有機半導体性層;ゲート電極;および前記有機半導体性層と前記ゲート電極との間のゲート誘電体を含む有機薄膜トランジスタであって、
i)基板;
ii)前記基板上に堆積され、それらの間に位置するチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極であって、前記電極のそれぞれの少なくとも1つの表面の少なくとも一部がM(tfd)3(式中、MはMo、WまたはCrである)を含む表面改質層で改質されている電極;
iii)前記ソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、前記チャンネル領域中に堆積される半導体性層;
iv)前記半導体性層にわたって堆積されるゲート誘電体;および
v)前記ゲート誘電体上に堆積されるゲート電極
を含む、有機薄膜トランジスタ。 - それらの間にチャンネル領域を規定するソースおよびドレイン電極;前記ソースおよびドレイン電極の少なくとも1つの表面の少なくとも一部と接触したM(tfd) 3 (式中、MはMo、CrまたはWである)を含む表面改質層;前記表面改質層と接触し、前記チャンネル領域にわたって延びる有機半導体性層;ゲート電極;および前記有機半導体性層と前記ゲート電極との間のゲート誘電体を含む有機薄膜トランジスタであって、
i)基板、
ii)前記基板上に堆積されるゲート電極;
iii)前記ゲート電極にわたって堆積されたゲート誘電体;
iv)前記ゲート誘電体上に堆積され、それらの間にチャンネル領域を有するソースおよびドレイン電極であって、前記電極のそれぞれの少なくとも1つの表面の少なくとも一部がM(tfd)3(式中、MはMo、CrまたはWである)を含む表面改質層で改質されている電極;
v)前記ソースおよびドレイン電極の少なくとも一部にわたって、前記チャンネル領域中に堆積される半導体性層
を含む、有機薄膜トランジスタ。
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