KR100612970B1 - 폴리머 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 집적 회로 디바이스는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 제어 전극-상기 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있다-을 갖는 전류 구동 스위칭 요소와; 그리고 상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소로부터 구동 전류를 수신하기 위해 상기 스위칭 요소의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 요소를 포함한다.
반도체 폴리머, 집적 회로, 스위칭 소자, 트랜지스터

Description

폴리머 디바이스{POLYMER DEVICES}
본 발명은 폴리머 디바이스들에 관한 것으로서, 예를 들어 반도체 폴리머 물질을 포함하는 트랜지스터들에 관한 것이다.
유기 물질들로 제조된 트랜지스터들에 대한 광범위한 작업이 수행되어 왔다. 최종 폴리머층을 형성하기 위해 전구체(precursor) 또는 폴리머 자체를 용액 처리함으로써 증착되는 폴리머 반도체들을 이용하여 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET)들이 제조되어 왔다. 도 1은 이러한 디바이스의 일반적인 구조를 보여준다. 반도체 폴리머층(1)의 아래에는 2개의 이격된 금속 전극들, 즉 트랜지스터의 드레인 전극(2) 및 소스 전극(3)이 있다. 이 전극들 아래에는 Si/SiO2층(4) 및 금속 게이트 전극(5)이 있다. 이 디바이스는 게이트 전극에 바이어스가 인가될 때 소스와 드레인 전극들 간의 전류의 흐름이 크게 증가하기 때문에 스위치의 역할을 한다. 반도체 폴리머가 레지오레귤러(regioregular) 폴리-헥실티오펜(P3HT)인 디바이스는 Z. Bao 등의 Appl. Phys. Lett. 69,4108 (1996)에 상세히 개시되어 있다.
이러한 타입의 디바이스들은 몇 가지 문제점들을 갖는다(A. R. Brown 등의 Science 270, 972(1995) 참조). 첫 번째로, 전자 캐리어 이동도(μ)가 전형적으로 10-4 내지 10-6cm2/Vs의 범위이기 때문에, 소스로부터 드레인으로의 통과 전류(through-current)가 낮다. (J. H. Burroughes 등의 Nature 335, 137 (1988) 및 A. R. Brown 등의 합성 금속(synthetic metals) 88, 37(1997)을 참조하라.) 대부분의 용액 처리된 폴리머들은 무질서한 구조를 가지며, 이러한 시스템들에서 캐리어 이동도는 폴리머 체인들 간의 가변 범위 호핑(variable-range hopping)에 의해 제한되는 것으로 여겨진다. 이러한 낮은 이동도로 인해, 이와같은 트랜지스터들은 일반적인 전류 공급 응용들에 적용될 수 없다. 두 번째로, 온 오프 비, 즉 온 상태 및 오프 상태에서의 통과 전류 간의 비가 불충분하다. 예를 들어, 104 보다 작다. 지금까지, 무기 비정질 실리콘 트랜지스터들의 성능과 견줄만한 성능을 갖는 폴리머트랜지스터는 발표되지 않았다. 결과적으로, 폴리머 대신 분자 (또는 올리고머(oligomer)) 유기 물질들을 이용하고자 하는 바람직한 시도가 이루어져 왔다. 분자 디바이스들은 향상된 전기적 성능을 갖지만, 심각한 공정상의 단점들을 갖는 경향이 있다. 첫 번째로, 분자들은 전형적으로 약 100-200℃의 기판 온도에서 진공 승화(vacuum sublimation)에 의해 증착된다. 이에 의해, 이러한 분자 물질들은 열에 민감한 기판들에서는 이용되지 못한다. 두 번째로, 분자 물질들은 일반적으로 강하지 못하며; 특히 유연한 플라스틱 기판에 증착되는 경우, 상당한 결정질의 승화 분자 필름들에서의 크랙(crack)들 및 마이크로크랙(microcrack)들의 영향으로 인해 심각한 문제가 발생한다. 세 번째로, 분자 디바이스들은 이후의 공정 단계들에 대해 매우 민감하다. 승화된 분자 필름들에 대한 후 공정 시도, 예를 들어 다중층 집적 디바이스들을 위해 승화된 필름들 상부에 후속층들을 증착하는 시도는 일반적으로 매몰 FET들의 성능을 상당히 감소시킨다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 집적 회로 디바이스가 제공되는바, 이는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합된 제어 전극-이 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있다-을 갖는 전류 구동 스위칭 요소와; 그리고 상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소로부터 구동 전류를 수신하기 위해 상기 스위칭 요소의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 요소를 포함한다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법이 제공되는바, 이 방법은 증착된 폴리머의 배열(ordering)을 촉진시키는 공정에 의해 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 포함한다. 본 발명의 이러한 양상에 따른 전자 디바이스는 적절하게는, 예를 들어 본 발명의 제 1 양상과 관련하여 상기 설명한 타입의 스위칭 요소가 될 수 있다.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 집적 회로 디바이스가 제공되는바, 이는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합된 제어 전극-이 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있다-을 갖는 스위칭 요소와; 그리고 상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소의 전극들중 하나에 전기적으로 결합되는 전기 광학 회로 요소를 포함한다.
반도체 폴리머는, 예를 들어 컨쥬게이트된(conjugated) 폴리머(예를 들어, 본원의 참조로서 인용되는 PCT/WO90/13148 참조), 또는 비 컨쥬게이트된 세그먼트들에 의해 연결되는 컨쥬게이트된 짧은 세그먼트들을 포함하는 폴리-비닐카바졸(poly-vinylcarbazole, PVK)과 같은 "분자간(intermolecular)" 반도체 폴리머일 수 있다.
절연층이 전자 디바이스의 상부에 직접 또는 간접적으로 증착될 수 있다. 이에 의해 디바이스의 성능이 크게 감소되지 않는 것이 바람직하다. (본 발명의 제 1 양상에서와 같은) 제 2 회로 요소가 또한 형성될 수 있는바, 이는 바람직하게는 상기 전자 디바이스와 함께 집적된다.
제 2 회로 요소 (또는 본 발명의 제 3 양상의 전기 광학 요소)는 바람직하게는, 예를 들어 전류를 전기 또는 광전기 신호로 변환함으로써 (바람직하게는 큰) 전기 에너지를 저장 또는 소모하는 요소이거나, 또는 광 신호를 전기 신호, 예를 들어 전압 또는 전류로 변환하는 요소이다. 제 2 회로 요소는 바람직하게는 스위칭 요소가 아니다. 제 2 회로 요소는 적절하게는 광을 방출 또는 검출하고 그리고/또는 자신을 통해 광전송을 변화시킬 수 있다. 그 예로는 발광 디바이스들, 광전지 디바이스들, 및 액정 표시 디바이스와 같은 디바이스가 있다. 이 디바이스는 적절하게는 광 신호를 방출 또는 검출하며, 디스플레이 디바이스가 될 수 있고, 그리고/또는 광학 디스플레이(visual display)의 일부를 형성할 수 있다. 제 2 회로 요소는 바람직하게는 동작을 위해 상당한 구동 전류를 필요로 한다.
제 2 회로 요소가 발광 디바이스인 경우, 1개 이상의 발광 유기 물질들을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 또는 각각의 발광 유기 물질은 폴리머 물질, 바람직하게는 컨쥬게이트된 또는 부분적으로 컨쥬게이트된 폴리머 물질이 될 수 있다. 적절한 물질들로는 폴리-페닐렌-비닐렌(poly-phenylene-vinylene)(PPV), 폴리(2-메톡시-5(2'-에틸)헥시옥시페닐렌-비닐렌)(MEH-PPV), PPV-유도체(derivatives)(예를 들어, 디-알콕시 또는 디-알킬 유도체), 폴리플루오렌 그리고/또는 폴리플루오렌 세그먼트들을 통합하는 코 폴리머들, PPV들 그리고/또는 관련된 코폴리머들(예를 들어, PCT/WO90/13148 참조)이 있다. 대안적인 물질들로는 유기 분자 발광 물질들, 예를 들어, 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Alq3)(예를 들어, 본원의 참조로서 인용되는 US4,539,507호 참조), 또는 종래에 알려져 있는 다른 어떠한 소 승화 분자(small sublimed molecule) 또는 컨쥬게이트된 폴리머 전계 발광 물질(예를 들어, N. C. Greenham 및 R. H. Friend의 고상 물리학(1995년 샌디에이고 아카데미 인쇄소) 제49권 1-149 페이지 참조)이 있다. 상기 디바이스에 의해 방출된 광은 가시 스펙트럼 범위(400-800nm) 내에 있거나 또는 범위 바깥에 있을 수 있다. 후자의 경우, LDS-821(A. Dodabalapur 등의, IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics 4, 67(1998))과 같은 물질들이 이용될 수 있다.
발광 요소는 바람직하게는 음전하 캐리어들(전자들)을 주입하기 위한 음극 및 양전하 캐리어들(정공들)을 주입하기 위한 양극을 포함한다. 바람직하게는, 전극들 간에는 (적절하게는 성능을 향상시키기 위해 다른 층들과 함께) 발광 물질 영역(적절하게는 층 형태를 갖는다)이 있다. 음극은 바람직하게는 3.5eV 보다 적은 일함수를 갖고, 양극은 4.0eV 보다 큰 일함수를 갖는다. 음극 물질은 적절하게는 금속 또는 합금이다. 바람직한 물질들로는 Sm, Yb, Tb, Ca, Ba, Li, 또는 이러한 요소들 서로 간의 합금 그리고/또는 Al과 같은 다른 금속들과의 합금이 있다. 양극은 바람직하게는 4.0eV 보다 큰, 바람직하게는 4.5eV 보다 큰 일함수를 갖는다. 바람직한 물질들로는 (ITO 및 주석 산화물과 같은) 전도성 산화물들 및 금이 있다. 바람직하게는, 전극들중 하나는 광 투과성이며, 이에 따라 디바이스에서 발생된 광이 빠져나올 수 있다. 하나의 바람직한 구성에서, 스위칭 요소의 출력 전극은 또한 발광 요소의 한 전극(양극 또는 음극)이다.
상기 집적 회로 디바이스는 적절하게는 층들로 구성된다. 바람직하게는, 상기 스위칭 요소는 제 1 층에 의해 제공되고, 제 2 회로 요소는 제 2 층에 의해 제공되며, 결과적으로 2개의 요소들이 동일 평면 상에 존재하지 않는다. 제 1 층과 제 2 층 사이에는 적절하게는 절연층이 있고, 스위칭 요소와 제 2 회로 요소를 전기적으로 연결하기 위해 절연층을 통과하는 전기 전도성 배선(interconnect)들이 있을 수 있다. 여기서 "제 1 층" 및 "제 2 층"이란 용어가 이러한 층들이 어떠한 특정 순서로 증착됨을 의미하는 것은 아니다. 즉, 어느 층이라도 먼저 증착될 수 있다.
바람직하게는, 절연층이 반도체 폴리머 상부에 직접 또는 간접적으로 형성된다. 이 절연층은 낮은 전기 전도성을 가질 수 있다. 이는 SiOx, MgF와 같은 무기 유전체, 또는 PMMA, 폴리이미드, 또는 폴리-비닐페놀(PVP)과 같은 유기 유전체가 될 수 있다. 절연층은 진공 증착 기술 또는 용액 처리에 의해 증착될 수 있다. 이는 서로 다른 기능들을 갖는 몇 개의 서로 다른 구성요소들을 갖는 층을 이룬 구조 또는 합성물(composite)로 구성될 수 있다. 절연층은 반도체 폴리머로부터 잔여 도펀트들을 끌어낼 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 절연층은 바람직하게는 제 2 회로 요소의 이후 증착될 층들과 반도체 폴리머를 이격시킨다. 바람직하게는 전기 전도성 물질을 포함하는 비아홀들과 같이, 절연층을 통한 전기적 배선 수단이 있을 수 있다. 절연층은 반도체 폴리머를 적어도 부분적으로 캡슐화할 수 있다. 절연층은 바람직하게는 반도체 폴리머와 접촉하되, 가장 바람직하게는 입력 전극과 출력 전극 사이의 위치에서 접촉한다. 절연층은 적절하게는, 반도체 폴리머로부터 산소와 같은 도펀트들을 끌어내는 경향이 있는 물질로 이루어진다. 산소는 대부분의 반도체 폴리머들에 대해 비목적 도펀트(unintentional dopant)의 역할을 하며, 스위칭 요소의 온 오프 전류비를 감소시킨다. 절연층은 실리콘 산화물, 특히 서브 화학량론적(sub-stoichiometric) 실리콘 산화물(SiOx, x<2)로 형성될 수 있다.
존재하는 경우, 절연층은 1개 이상의 다른 유익한 특징들을 제공할 수 있다. 절연층은 디바이스의 인접하는 전도성 부분(예를 들어, 전극)에 대해 다른 습윤 특성(wetting property)을 갖는바, 이에 의해 바람직한 위치로 물질의 증착을 안내하는 데에 차별적인 습윤 효과들이 이용될 수 있다. 절연층 표면의 습윤 특성들은 이후 증착되는 폴리머 물질(적절하게는 용액 처리가능한 폴리머 물질)을 끌어당기거나 배척하도록, 그리고/또는 다중층 구조를 제조할 수 있도록 처리될 수 있다. 반도체 폴리머 상의 전극들 그리고/또는 절연층은 후속층들이 증착될 때 발생하는 용매 호환성(solvent compatibility) 및 표면 습윤 호환성 문제들을 극복하는 데에 이용될 수 있다. 절연층 및 그 표면 특성들을 적절하게 선택함으로써, 이후의 층들이 용매들로부터 증착될 수 있는바, 그렇지 않은 경우에는 반도체 폴리머 그리고/또는 그 아래의 층들을 용해시키거나 적시지 않는다. 절연층은 디바이스의 열화를 막기 위해 산소와 같은 도펀트들을 끌어당길 수 있다. 절연층은, 예를 들어 그의 어느 측에서의 물질들의 차별적인 열 팽창으로 인한 층균열(delamination) 또는 다른 형태의 기계적인 결함들을 막는 것을 돕는다. 절연층은 하부의 구조를 평탄화하는 데에 이용될 수 있다. 이는 복합층 또는 층을 이룬 구조를 갖는바, 이에 따라 제 1, 2 회로 요소들과의 인터페이스들은 강한 접착력 또는 우수한 습윤 특성과 같은 별개의 그리고 최적의 특성들을 가질 수 있다.
스위칭 요소는 바람직하게는, 광 데이터 전송 디바이스와 같은 제 2 회로 요소를 위한 제어 회로, 또는 광학 디스플레이의 발광 요소를 위한 액티브 매트릭스 제어 회로의 일부이다.
완성된 디바이스에서 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로는 폴리머 체인들 사이에 배열되는 것이 바람직하다. 하나의 바람직한 배열 형태는 폴리머 체인들 그리고/또는 인접하는 폴리머 체인들 간의 가장 강력한 전자 오버랩 방향(π- π 스택(stacking) 방향)이 입력 전극과 출력 전극들 사이의 방향을 또한 포함하는 평면 내에서 압도적이 되도록 하는 것이다. 폴리머는 바람직하게는 컨쥬게이트된 백본(backbone)을 갖는다. 배열은 폴리머의 최소의 부분적인 상 분리의 형태를 취할 수 있다. 폴리머 물질은, 바람직하게는 적절한 용매에 용해될 때 자가 조직화(self-organization) 경향을 갖는 물질인 것이 적절하다. 폴리머는 적절하게는 인접하는 폴리머 체인들의 배열을 촉진시키는, 그 백본 내의 또는 백본에 매달린 치환체(substituent)들을 갖는다. 폴리머는 소수성(hydrophobic) 사이드 체인들을 가질 수 있다. 자가 배열(self-ordering)이든 강제 배열(imposed-ordering)이든지 간에, 배열은 가장 바람직하게는 -예를 들어 컨쥬게이트된(부분적으로 또는 완전히 컨쥬게이트됨) 층과 (적어도 실질적으로) 비 컨쥬게이트된 층이 교대(alternating)하고 그리고/또는 메인 체인 층과 사이드 체인 층이 교대하는 것과 같이- 임의 특성의 층들이 교대하는 라멜라 구조(lamellar structure)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 라멜라들은 일반적으로 입력 및 출력 전극들 사이의 방향을 또한 포함하는 평면 내에 우선적으로 존재한다.
반도체 폴리머 물질의 하나의 바람직한 형태는, C3 내지 C12 범위의 길이의 알킬 사이드 체인들을 갖는 티오펜 그룹들을 포함하는 백본이다. 폴리-헥실티오펜이 특히 바람직하다.
디바이스의 보다 많은 구성요소들이 유기 물질들로 이루어질 수 있다. 1개 이상의 (그리고 가장 바람직하게는 전체) 전극들은 적절한 전도성 물질로서, 폴리아닐린 또는 폴리-에틸렌-다이옥시티오펜, 폴리스티렌술폰산(polystyrenesulphonic acid)(PSS)이 도핑된 PEDOT(Carter 등의 Appl. Phys. Lett. 70, 2067(1997))와 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 디바이스에 포함된 1개 이상의 (그리고 가장 바람직하게는 전체) 절연층들은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(G. Horowitz 등의 Adv. Mat. 8, 52(1996) 참조)와 같은 유기 절연물이 될 수 있다. 전체 디바이스 구조가 유기 기판에 형성될 수 있다.
반도체 폴리머는 바람직하게는 매끄러운 표면에 증착된다. 따라서, 입력 및 출력 전극들은 반도체 폴리머 위에 증착되고, 그리고/또는 스위치가능한 영역은 스위칭 전극과 입력 전극 및 출력 전극 사이에 위치되는 층의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
반도체 폴리머를 증착하는 단계는 바람직하게는, 폴리머가 자가 조직화 경향을 갖는 용매 내에서 폴리머를 용해하는 단계, 그리고/또는 폴리머가 자가 조직화 경향을 갖는 용매로부터 폴리머를 코팅하는 단계를 포함한다. 어느 경우에든, 용매는 클로로포름이 될 수 있다. 폴리머가 예를 들어 폴리-헥실티오펜이면, 용매 내의 폴리머의 농도는 1㎖의 용매에 대해 6 내지 20㎎, 보다 바람직하게는 11 내지 15㎎, 가장 바람직하게는 약 13㎎이 될 수 있다. 코팅 방법은 스핀 코팅인 것이 적절하지만, 잉크젯 프린팅과 같은 다른 공정들 또한 적절하다.
반도체 폴리머는 바람직하게는 층의 형태를 갖고, 층의 두께는 적절하게는 200Å 내지 1000Å, 바람직하게는 400Å 내지 600Å, 가장 바람직하게는 약 500Å이다.
반도체 폴리머 증착 단계는 바람직하게는, 예를 들어 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 환경에서 수행된다.
반도체 폴리머 증착 단계는, 폴리머의 배열을 촉진시키기 위해 일련의 층들로 구성되는 기판을 준비하는 단계 및 이 기판 위에 폴리머를 증착하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 폴리머 체인들 그리고/또는 인접하는 폴리머 체인들 간의 가장 강력한 전자 오버랩 방향(π- π 스택 방향)은 기판의 표면에 평행하게 우선적으로 배열된다. 기판을 준비하는 단계는 기판의 표면을 보다 소수성이 되게 하는 단계 그리고/또는 표면으로부터 물을 제거하는 단계 그리고/또는 실리레이팅 약품(silylating agent)으로 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 기판은 바람직하게는 이러한 처리와 반도체 폴리머의 증착 사이에서 비활성 환경에서 유지된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 반도체 폴리머를 포함하는 전자 디바이스와 전기 광학 디바이스를 집적하는 단계를 포함한다. 이 전기 광학 디바이스는 적절하게는 전자 디바이스의 상부에 직접 또는 간접적으로 형성되며, 이에 따라 2개의 디바이스들은 동일 평면 배열이 아닌 스택 배열이 된다.
폴리머/코폴리머 물질(들)을 증착하기 위한 대안적인 방법들은 스핀-, 블레이드(blade)-, 메니스커스(meniscus)-, 딥-코팅, 자가-구성(self-assembly), 잉크젯 프린팅 등을 포함한다. 폴리머 물질(들)은 바람직하게는 용액 처리가 가능하다. 소분자 물질층들은 진공 승화 등에 의해 증착될 수 있다.
디바이스의 서로 다른 층들은 쉐도우 마스크 진공증착(shadow-mask evaporation), 잉크젯 프린팅, 컨택 프린팅, 포토리소그래피 등과 같은 적절한 기술에 의해 측면으로 패터닝될 수 있다.
일반적으로, 전자 디바이스는 바람직하게는 스위칭 디바이스이고, 보다 바람직하게는 트랜지스터이다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 예시적으로 설명한다.
도 1은 반도체 폴리머 디바이스의 일반적인 단면도이다.
도 2는 집적된 폴리머 트랜지스터 및 폴리머 발광 디바이스의 개략 단면도이다.
도 3은 P3HT 폴리머 체인의 화학 구조를 보여준다.
도 4는 이상적으로 배열된 P3HT 구조를 보여준다.
도 5는 도 2의 집적 트랜지스터의 출력 및 전송 특성을 보여준다.
도 6은 도 2의 트랜지스터와 LED의 결합시의 성능을 보여준다.
도 7은 전류 스위칭 응용들을 위한 전형적인 액티브 매트릭스 디스플레이 회로의 일부를 보여준다.
도 8은 픽셀들의 어레이를 갖는 디스플레이 디바이스 레이아웃의 개략 평면도이다.
도 9는 320K 및 144K에서의 전형적인 P3HT FET의 포화 영역(saturation regime)에서의 트랜스컨덕턴스를 보여준다.
도 10은 유연한 측면 체인들을 갖는 반도체 폴리머의 바람직한 라멜라 배열을 보여주는바, 여기서 라멜라들은 기판의 표면에 평행하다.
도 11은 도 2에서와 같은 LED와 트랜지스터의 결합시의 개선된 성능을 도시한 것으로서, 여기서 MEH-PPV LED는 보다 효율적인 F8BT/BFA LED로 교체된다.
도 12는 도 1에서와 같은 전형적인 P3HT FET의 출력 특성(위) 및 전송 특성(아래)을 보여준다.
도 13 및 14는 제 1 회로 요소로서 트랜지스터를 갖고, 제 2 회로 요소로서 광전지 디바이스(도 13) 또는 발광 디바이스(도 14)를 갖는 집적 디바이스를 보여준다.
도 15 내지 도 18은 집적 디바이스들의 개략적인 구조들의 예를 보여준다.
도 19 및 도 20은 집적 디바이스 배열들에 대한 개략 회로도이다.
도 2는 집적된 트랜지스터(10) 및 발광 디바이스(11)를 갖는 다중층 디바이스를 보여준다. 발광 디바이스는 광전송을 위해 컨쥬게이트된 폴리머 물질, MEH-PPV를 이용한다(D. Braun 및 A.J.Heeger 등의 Appl. Phys. Lett. 58, 1982(1991) 참조). 트랜지스터는 다른 컨쥬게이트된 폴리머인 P3HT의 반도체층을 이용하여 발광 디바이스(LED)에 전류 공급을 스위치시킨다. 트랜지스터의 소스 전극(12)과 LED의 음극(13) 사이에 공급 전압이 연결되고, 트랜지스터의 게이트 전극(14)에 바이어스가 인가되면, 소스 전극(12)으로부터 트랜지스터의 반도체층(15)을 통해 드레인 전극(16)으로 전류가 흐른다. 드레인(16)이 LED의 양극의 역할을 하여, 전류가 드레인(16)으로부터 LED의 발광층(17)을 통해 음극으로 흐름으로써, 화살표(hv)로 나타낸 바와 같이 발광층(17)으로부터 발광이 일어난다. 실리콘 산화물로 된 절연층들(18, 19) 및 n+ 도핑된 실리콘층(20)이 반도체층(15)과 게이트(14)의 사이에 있는바, 이들은 발광층(17)으로부터 소스(12)를 절연시킨다. 이러한 타입의 디바이스는 이전에는 실행이 불가능했는데, 그 이유는 전형적으로 10-4-10-6cm2/Vs의 낮은 이동도(A. R. Brown 등의 합성 금속 88, 37(1997)을 참조), LED들의 비교적 높은 전류 수요와 비교하여 이전 폴리머 트랜지스터들의 낮은 통과 전류 성능, 및 유기 분자 트랜지스터들의 후처리의 어려움 때문이다. 예를 들어, 상당한 결정질의 분자 트랜지스터들은 액티브 반도체의 상부에 후속층들이 증착될 때 아마도 마이크로크랙의 형성 결과로서 상당히 열화되는 경향이 있는 반면, 폴리머 트랜지스터들은 전형적으로 이러한 실패를 겪지 않는 장점을 갖는 다는 것을 발견했다. 하기에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 디바이스를 이용하여 트랜지스터의 후 공정을 성공적으로 수행함으로써, 1 내지 10mA/cm2의 통과 전류를 얻었다. 반도체 폴리머(들)에서의 배열 촉진에 중점을 둔 본 발명의 트랜지스터 제조 방법은 종래 기술의 디바이스들과 비교하여 전기적인 성능을 상당히 향상시켰다. 폴리머 트랜지스터들은 0.1cm2/Vs까지의 이동도, 및 106-108의 온 오프 전류비를 달성하는바, 이는 무기 비정질 실리콘 트랜지스터의 성능에 필적한다.
디바이스를 제조하기 위해서는, 먼저 고도핑된 n+-Si 층(20)을 갖는 웨이퍼가 준비되는바, 이 층(20)은 2300Å 두께의 건식의 열 SiO2 게이트 산화물층(18)으로 덮여지고, 이 층(20)의 뒷면에는 알루미늄 게이트 전극(14)이 있다. SiO2 층(18)의 캐패시턴스(Ci)는 15nF/cm2이다.
반도체층(15)을 위한 P3HT는 Rieke route(T. A. Chen 등의 J. Am. Chem. Soc. 117, 233(1995) 참조)에 의해 종합된다. 이러한 타입의 P3HT는 Aldrich로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 도 3은 P3HT의 화학 구조를 도시한다. 폴리머 체인은 컨쥬게이트된 티오펜(25) 백본(일반적으로 26으로 나타냄) 및 C6H13 알킬 사이드 체인들(27)을 갖는다. 폴리머는 바람직하게는 매우 리지오레귤러(regioregular)한바, 티오펜 링들의 3-위치에서의 헥실 사이드 체인들의 머리-대-꼬리 결합(HT)은 적절하게는 95% 이상이다. (덜 리지오레귤러한 폴리머들이 이용될 수 있다.)
P3HT가 SiO2층 위에 스핀 코팅된다. 그러나, 최종 P3HT층의 배열 및 P3HT와 SiO2의 인터페이스를 개선하는 단계들이 먼저 수행된다. 도 4 및 10의 이상적인 형태로 도시된 구조의 P3HT의 채택을 지원하는 것이 목적인바, 여기서 P3HT의 사이드 체인들은 상이 분리됨으로써 단범위 배열(short-range order)을 제공하고, P3HT 체인들의 백본은 P3HT층의 평면에 있다. 따라서, 2차원의 컨쥬게이트된 층들이 백본 및 이웃하는 체인들의 π-π 스택에 의해 형성되고 상 분리된 사이드 체인들의 층들에 의해 분리되는 라멜라 타입의 구조가 바람직하다. P3HT층의 구조는 X-선 회절을 이용하여 조사될 수 있다. 실제로, 이러한 배열은 완전할 것 같지 않다. 즉, 국부화된 단범위 배열 영역들(도메인들)이 있을 수 있고, 그리고/또는 체인들이 바람직한 방위 및 다른 무질서한 영역들에 있다. 배열은 P3HT층의 전체 두께를 통해 연장되지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 하나 또는 양쪽 주 표면들 가까이의 영역들로 제한될 수 있다. 배열의 정도를 제한함으로써 디바이스의 성능이 더욱 개선된다는 것이 밝혀졌지만, P3HT층 전체를 통해 완전하게 배열될 필요는 없다.
배열된 라멜라 구조의 형성을 촉진하기 위해서는, P3HT층(15)을 증착하기 전에 SiO2층(18)의 표면을 선처리하는 것이 유용하다는 것을 발견했다(도 4 참조). 대개, SiO2의 표면은 하이드록실 그룹(hydroxyl group)들로 종결됨으로써, 표면을 친수성(hydrophilic)이 되게 한다. 따라서, 표면 위에 얇은 물층이 위치하는 경향이 있다. (도 4에 나타낸 바와 같이) SiO2 기판의 표면에 P3HT의 알킬 체인들을 조장하기 위해, SiO2의 표면은 헥사메틸디살라제인(hexamethyldisalazane)(HMDS) 또는 알킬트리클로로시레인(alkyltrichlorosilane)과 같은 실리레이팅 약품으로 처리되어, 자연적인 하이드록실 그룹들을 알킬 그룹들(보다 명확하게는 메틸 그룹들)로 교체한다. 이러한 처리 이후, 표면의 물을 제거하고 기판을 소수성으로 하기 위해, P3HT의 알킬 체인들을 기판으로 더욱 끌어들인다.
P3HT층의 배열된 구조는 또한 P3HT 증착 단계 자체의 파라미터들을 신중하게 선택함으로써 촉진될 수 있다. 특정한 용매들에서, P3HT는 용액 내에서 집결하는 경향이 있다. 이러한 자가 조직화 경향을 지원함으로써 최종 P3HT층의 배열을 개선할 수 있음을 발견했다. P3HT의 농도가 높을 수록, 자가 조직화를 더욱 크게 하지만, (용액이 보다 점성이 되기 때문에) 증착 후의 P3HT 필름이 더 두꺼워지게 된다. P3HT의 벌크를 통한 전하의 흐름이 최종 디바이스의 동작에 거의 관계가 없는 것으로 여겨지기 때문에, 두꺼운 P3HT 필름은 바람직하지 않다. 따라서, P3HT층을 증착하기 위한 바람직한 공정은 클로로포름 1㎖에 P3HT 13㎎의 농도로 클로로포름(CHCl3)에 P3HT를 용해한 다음, 이 용액을 2000rpm의 스핀 속도로 기판 위에 스핀 코팅하여 500Å 두께의 필름을 생성하는 것이다. 또한, 기판 위에 상기 용액을 배치하고, 이를 얼마의 시간, 예를 들어 마르기 시작하는 듯 할 때까지 남겨둔 다음, 스핀 코팅을 시작하는 것이 유용하다는 것을 발견했는데, 이 또한 P3HT의 자가 조직화를 지지하는 것으로 여겨진다.
게이트 전압이 인가될 때 소스로부터 P3HT층을 통한 드레인으로의 전류의 흐름은 일반적으로 도 2의 화살표(A)로 나타낸 바와 같은 것으로 여겨진다. 도 4에 도시한 구조를 채택하는 것이 유익한 하나의 이유는, P3HT의 최상의 전도가 컨쥬게이트된 백본을 따르는 방향에서 이루어지거나, 또는 티오펜 그룹들의 일반적인 평면을 벗어나는 방향에서 인접하는 체인들 간의 π-π 이송(transfer)에 의해 이루어지기 때문이라고 여겨진다. P3HT는 그 자체를 배열함으로써 소스와 드레인 간의 전하 전도를 강화하며, 이에 따라 (도 4에 도시된 바와 같이) 이러한 방향들을 포함하는 평면이 소스 전극과 드레인 전극들 간의 방향과 평행하거나 또는 일반적으로 평행하게 되는 것으로 여겨진다.
P3HT 필름이 형성된 후, 소스 전극(12) 및 드레인 전극(16)이 쉐도우 마스크(shadow mask)를 통해 고진공에서의 진공증착에 의해 약 2 내지 5Å/s의 속도에서 약 500 내지 1000Å의 두께로 증착된다. 소스 전극 및 드레인 전극은 금으로 이루어진다. 물론, 다른 증착 방법들 및 물질들이 이용될 수 있다. 전극들은, 특히 이후의 폴리머층을 증착하는 동안 하부의 층들이 용해되는 것을 막는다. 전극들은 인접하는 층들로 보다 균일한 전하 캐리어가 주입되게 한다.
이후, 서브 화학량론적 실리콘 산화물(SiOx, x<2)층(19)이 쉐도우 마스크를 통해 열 증착에 의해 증착된다. 이 마스크는 드레인 전극(16) 위의 층(19) 내에 홀을 정의하는바, 이 홀은 최종 디바이스에서 발광 영역의 위치를 정의한다. 소스/드레인 쉐도우 마스크 및 층(19)을 위한 쉐도우 마스크를 기계적으로 정렬시킴으로써, 드레인 전극 위에서의 홀의 정확한 위치를 보장하는 것이 유익하다. SiOx의 절연층은 전도성 Au 전극 영역들 및 반도체 폴리머와 다른 습윤 특성들을 갖는다. 절연층 및 그 습윤 특성은 용액으로부터 이후의 발광 물질층이 연속적으로 증착될 수 있도록 하는 데에 이용된다. 이는 또한 발광층의 증착이 원하는 위치들에서 이루어지도록 하는 데에 이용될 수 있다.
이후, 메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-피-페닐렌 비닐렌(MEH-PPV)의 층(17)이 층(19) 위에 스핀 코팅된 다음, 20nm 두께의 반투명 Ca/Ag 음극(13)이 진공증착됨으로써, 디바이스가 완성된다.
디바이스를 제조하는 데에 어떠한 포토리소그래피도 필요하지 않다는 사실은 명백한 장점들을 갖는다.
질소 또는 아르곤과 같은 비활성 환경에서 공정 단계들을 수행하는 것이 유익하는 것을 발견했다. 공기와 물은 상기 설명한 바와 같이 SiO2 층(18)의 표면을 열화시키는 경향이 있으며, 또한 P3HT를 도핑시키는 것으로 여겨진다. 따라서, 이용하기 전에 P3HT를 비활성 환경에 저장하고, 비활성 환경에서 P3HT 용액을 형성한 다음, 비활성 환경에서 스핀 코팅을 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, 주목할 사항으로서, 일단 디바이스가 제조되면, P3HT는 실리콘 산화물층들(18 및 19) 사이에 샌드위치됨으로써 환경적으로 어느 정도 보호된다. 이것이 본 발명의 디바이스의 중요한 장점이다. 실제로, 서브 화학량론적 SiOx 층(19)은 P3HT의 상부 표면 근처에서의 도핑을 줄이기 위한 산소 게터(oxygen getter)의 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다. 이것이 중요한 이유는, P3HT의 표면에서의 전류 흐름은 트랜지스터가 오프 상태에 있을 때 소스로부터 드레인으로의 전하 누설에 의한 것으로 여겨지기 때문이다. (도 2의 화살표(B)를 참조하라.) 따라서, 도핑을 감소시킴으로써 트랜지스터의 온 오프비를 개선할 수 있다. SiOx 층(19)의 게터링 효과는 또한 P3HT층 위에 친수성층을 제공함으로써 개선될 수 있다. 최종 P3HT층의 벌크 도핑은 약 5×1015cm-3이 될 수 있다. (이는 캐패시턴스 전압 측정으로부터 평가될 수 있다.)
도 5는 본 발명의 예시적인 디바이스의 트랜지스터부의 출력 및 전송 특성을 보여주는바, 여기서 채널 길이(도 2의 L)는 155㎛이고, 채널 폭(W)은 1500㎛이며, 그리고 소스 드레인간 전압(Vsd)은 -80V이다. (물론, 이 보다 훨씬 더 작은 디바이스들이 제조될 수 있으며, 그 이상의 성능 개선이 기대된다.) 도 5는 트랜지스터가 약 VO=0 내지 4V에서 스위치 온되며, 1 내지 1.5V/decade의 서브 임계 기울기들을 가지며 샤프한 턴온 특성을 갖는 다는 것을 보여준다. Vg~0V와 Vg=-60V 간의 온/오프비는 106을 넘는바, 이는 상기 인용된 Z. Bao 등의 논문에 개시된 성능에 비해 성능이 두배 이상으로 향상됨을 나타낸다. 오프 전류는 산화물층(18)을 통한 게이트 누설에 의해 제한되는 것으로 여겨진다. 이러한 도면들은 본 트랜지스터 디바이스의 성능이 통상적인 비정질 실리콘(a-Si) 디바이스들(C. C. Wu 등의 IEEE Electron Device Letters 18, 609(1997) 참조)의 성능과 동등함을 보여준다. 포화 영역에서의 전송 특성으로부터, μFET sat=0.05 내지 0.1cm2/Vs의 이동도를 얻을 수 있다. 이 또한 종래 기술에 비해 상당히 개선된 것이다. 벌크의 전도성이 또한 감소되는바, 이는 10-8S/cm 보다 적은 것으로 평가된다.
도 6은 트랜지스터와 결합된 발광 디바이스의 성능을 도시한 것으로서, FET 게이트 전압의 함수로서 LED의 휘도(삼각형) 및 FET에 의해 LED에 공급되는 드레인 전류(원)를 보여주며, Vsd=-70V이다. 이용되는 디바이스는 300㎛×430㎛의 LED 영역 및 L=75㎛, W=1500㎛를 갖는다. Vg=-50V에서, FET는 LED에 ~10㎃/cm2의 전류 밀도를 공급하여, 1 내지 5cd/m2 정도의 휘도를 갖게 한다. 도 6에 삽입된 것은 드레인 전류(Id)와 LED 위에 장착된 Si 광다이오드에 의해 검출된 광전류(IP) 간의 (선형) 관계를 보여준다. 이로부터, LED의 외부 양자 효율은 ηexc=0.01% 정도로 평가될 수 있다. LED 전극들(13, 16)중 하나 또는 둘 모두와 발광층 사이에, 예를 들어 폴리에틸렌 다이옥시티오펜 도핑된 폴리스티렌 술폰산(PEDOT-PSS)으로 된 전하 이송층을 제공하는 등의 종래에 잘 알려진 기술들을 이용하고; MEH-PPV 대신 다른 발광 물질들, 또는 물질들의 혼합물을 이용하거나; 또는 전극들에 대해 서로 다른 물질들을 이용함으로써, 보다 효율적인 발광 디바이스들이 제조될 수 있다. (D. Braun 및 A. Heeger의 Appl. Phys. Lett. 58, 1983(1991); 및 N.C. Greenham 및 R.H. Friend의 고상 물리학(1995년 샌디에이고의 아카데미 인쇄소) 제49권 1-149 페이지를 참조하라.) 1%의 외부 양자 효율을 갖는 LED에 의해 하기에서 설명되는 바와 같이, 10㎃/cm2의 전류 밀도는 100Cd/m2의 비디오 휘도 디스플레이에 충분하다.
상기 디바이스가 이용될 수 있는 광 데이터 전송 요소에 대한 예로서, 도 7은 액티브 매트릭스 LED 디스플레이의 픽셀을 제어하기 위한 통상적인 회로를 보여주는바(예를 들어, 본원의 참조로서 인용되는 미국 특허 제5,550,066호 참조), 여기서 라인(30)은 전류 공급 라인이고, 라인들(31a 및 31b)은 로우 라인 및 칼럼 라인이며, 트랜지스터(32)는 스위칭 트랜지스터이고, 캐패시터(33)는 저장 캐패시터이며, 트랜지스터(34)는 전류 트랜지스터이고, 그리고 35는 발광 픽셀 자체를 나타낸다. 도 2의 집적된 LED 및 트랜지스터는 도 7에서 점선(36)으로 둘러싸여져 있는 픽셀(35) 및 트랜지스터(34)를 구현할 수 있다. 이는 이와같은 액티브 매트릭스 회로의 특히 편리한 실시예를 나타낸다. 도 8은 다중 픽셀 디스플레이에서 이용될 수 있는 한 레이아웃의 평면도로서, 여기서 전류 공급 라인(30)은 픽셀들의 로우(35) 곁에서 동작하여 이러한 픽셀들의 트랜지스터들의 소스 전극들(12)(도 7의 37)을 함께 연결한다. 트랜지스터들의 게이트들(14)(도 7의 38)은 아래로부터, 또는 동일 평면의 다른 회로로부터 공급될 수 있다. 트랜지스터들(32)은 상기 설명된 타입의 다른 트랜지스터들에 의해 제공될 수 있으며, 캐패시터(33)는 유기 또는 무기 유전층에 의해 제공될 수 있다.
도 2의 디바이스의 모든 층들에는 대안적인 물질들이 이용될 수 있다. P3HT 대신, 보다 길거나 짧은 알킬 사이드 체인들을 갖는 유사한 폴리머들, 또는 자가 조직화 경향이 있는 반도체 폴리머들이 이용될 수 있는바, 예를 들어 폴리-싸이에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylenes)(PTV)(A. R. Brown 등의 Science 270, 972 (1995) 참조), 폴리-파라페닐렌(poly-paraphenylenes)(PPP)(G. Klarner 등의, Synth. Met. 84, 297 (1997) 참조), 폴리-다이세틸렌(poly-diacetylenes)(K. Donovan 등의, Phil. Mag. B 44, 9 (1981) 참조) 또는 액정 분자들 및 폴리머들이 이용될 수 있다. 하나의 바람직한 시도는 모든 층들에 폴리머들을 이용함으로써, 금속 전극들을, 폴리아닐린, 및 예를 들어 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA)(G. Horowitz 등의 Adv. Mat. 8, 52 (1996) 참조)를 갖는 실리콘 산화물 등의 전도성 폴리머로 대체하는 것이다. 이러한 타입의 모든 폴리머 디바이스는 제조에 있어서 명백한 공정 상의 장점들을 갖는다.
일반적으로, 라멜라 구조는 컨쥬게이트된 폴리머 영역의 층과 비 컨쥬게이트된 폴리머 영역의 층이 교대하는 형태를 취하는 것이 유익하다.
폴리-3-헥실티오펜은 강성 로드(rigid-rod) 컨쥬게이트된 백본 및 유연한 사이드 체인들을 갖는 컨쥬게이트된 폴리머의 예이다. 후자, 즉 사이드 체인들은 폴리머가 공통의 유기 용매들에서 용해될 수 있게 한다. 그러나, 이러한 사이드 체인들을 종종 전기적으로 절연된다.
폴리-디알콕시-피-페닐렌-비닐렌(S.-A. Chen, E.-C, Chang, Macromolecules 31, 4899 (1998)), 폴리-알킬-디아세틸렌, 또는 폴리-페닐렌-테라프탈레이트(D. Neher, Adv. Mat. 7, 691 (1995) 참조)와 같이 유연한 사이드 체인들을 갖는 대부분의 다른 강성 로드 폴리머들과 마찬가지로, 폴리-3-알킬티오펜은 고체 상태의 라멜라 타입 구조를 채택한다. 컨쥬게이트된 백본들 및 인접하는 체인들 간의 π-π 체인간 스택(interchain stacking)에 의해 2차원(2D)의 컨쥬게이트된 평면들이 형성된다. 컨쥬게이트된 평면들은 절연성 사이드 체인들의 층들에 의해 분리된다. 컨쥬게이트된 라멜라들이 필름의 평면에 평행하게 방위가 맞춰진다면, FET 디바이스들에서 높은 전하 캐리어 이동도가 얻어진다. 폴리머가 어떠한 우선적인 방위도 갖지 않거나, 층들이 필름에 수직의 방위를 갖는 다면, 이동도는 두배 이상 더 작아진다. 이는, 평행한 방위에서, 전하 캐리어들이 절연성 사이드 체인들에 의해 방해를 받지 않으면서 π- π 체인간 스택 방향을 따라 체인 간에 쉽게 이동할 수 있기 때문인 것으로 여겨진다. 따라서, 평행한 방위의 컨쥬게이트된 층들을 갖는 라멜라 구조가 유연한 사이드 체인들을 갖는 강성 로드의 컨쥬게이트된 폴리머들에서 높은 이동도를 가장 잘 야기시킨다. 이러한 작용을 나타내는 다른 폴리머들은 폴리-(2,7-(9,9-디-n-옥틸플루오렌)-3,6-벤조티아디아졸(benzothiadiazole)("F8BT")과 같은 폴리플루오렌을 포함한다.
트랜지스터에서의 일반적인 전류의 흐름은 도 2의 화살표(A) 방향으로 이루어지기 때문에, 예를 들어 P3HT층의 평면에 수직인 방향에서의 배열을 촉진시키는 것에 부가하여, 기계적인 문지름, 광정렬(M. Schadt 등의 Nature 381, 212 (1996)) 등에 의해 야기되는 바람직한 선형 방위를 갖는 기판 위에 P3HT를 증착함으로써, 그 방향에서 P3HT 체인들의 정렬을 촉진시키는 것이 유익하다.
본원에서 설명되는 트랜지스터의 개선된 성능은 확장된 전류 이송 상태(state)들의 형성에 기인한 것으로 여겨진다. 형성되는 이러한 상태들에 대해, 마이크로결정 배열이 아니라면, 단범위가 나타날 것으로 기대된다. P3HT의 배열된 라멜라 구조는 자가 조직화된 단범위 배열로 인한 확장 상태들, 및 그레인 바운더리들, 집합체들(aggregates), 구조적 결함들(conformational defects), 잔여 도핑 등과 관련된 국부 상태들을 갖는 전자 구조를 야기시킨다. 예를 들어 작은 상태 밀도로 인해 비교적 넓은 분포를 갖는 경우처럼, 페르미 레벨(EF)은 국부 상태들의 분포를 입력하며, 이에 따라 μFET는 게이트 전압(Vg)에 강한 의존성을 나타낸다. 도 9는 320K 및 144K에서 P3HT FET의 포화 영역에서의 트랜스컨덕턴스를 보여준다.
주목할 사항으로서, (도 1에 도시한) 하부 컨택들이 아닌 (도 2에 도시한) 상부의 소스 및 드레인 전극들을 이용하는 것이 P3HT에 대한 매끄러운 표면이 증착될 수 있게 함으로써 P3HT의 배열을 돕는 것으로 여겨진다. 그러나, 하부 전극들(또는, 다른 전극 구성들)이 이용될 수 있다.
또한, 올리고머/소분자 물질들이 아닌 (P3HT와 같은) 폴리머 컨쥬게이트된 물질들을 이용하게 되면, 몇 가지의 공정 상의 장점들을 제공한다. 폴리머 물질들은 일반적으로 실온에서 증착이 가능하기 때문에, 공정을 보다 용이하고 저렴하게 하고, 다른 광범위한 기판 물질들과의 호환성(예를 들어, 디스플레이 디바이스에 대해 유리 대신 플라스틱)을 제공한다. 또한, 폴리머들은 일반적으로 보다 강력하며, 후 공정 단계들 동안 덜 손상된다.
특히 무기 디바이스들에 대한 폴리머 디바이스들의 다른 장점은, 폴리머층들이 일반적으로 유연하다는 것이다. 이는 연속적인 층들 간의 부정합 문제를 감소시킴으로써, 다중층 집적을 보다 용이하게 한다.
상기 나타낸 유기 LED를 공급하는 대신, 도 2의 트랜지스터는 임의의 호환가능한 집적 회로의 일부로서 이용될 수 있으며, 광 신호를 방출하기 위한 광 전기 디바이스를 공급하거나, 또는 (액정 픽셀 또는 메모리 소자, 논리 소자 또는 다른 폴리머 트랜지스터와 같은) 무기 LED 또는 다른 타입의 디스플레이 디바이스를 공급하는 데에 이용될 수 있다. 디바이스의 개선된 통과 전류는 특히, 단지 스위칭이 아닌 (또는 스위칭에 부가하여) (예를 들어, 발광 등의 기능을 수행하기 위해, 또는 전하 저장 목적을 위해) 큰 전류를 이용하는 회로 요소(들)을 공급하는 데에 적절하다.
SiOx층(19)은 디바이스의 발광 영역을 정의하기 위한 전극들(13, 16)의 오버랩 영역에 따라 생략될 수 있다. 이렇게 되면, 디바이스 제조시, 층(17)을 증착하는 동안 층(15)의 물질과 용매 호환성을 보장하는 것이 중요하다. 이러한 어려움을 피하게 하는 것이 층(19)의 다른 장점이다.
FET-LED의 성능은, 폴리(2,7-(9,9-디-n-옥틸플루오렌)-(1,4-페닐렌-((3-카르복시페닐)이미노)-1,4-페닐렌-((3-카르복실페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(BFA) 및 F8BT의 발광 폴리머층을 이용하여, 상기 설명한 단일층 MEH-PPV를 이중층 LED로 교체함으로써 개선될 수 있다. 이러한 이중층 LED를 이용하여, 100Cd/m2를 초과하는 실질적인 비디오 휘도가 얻어졌다(도 11 참조).
0.05-0.1cm2/Vs의 전계 효과 이동도 및 106-108의 온 오프 전류비를 갖는 P3HT FET들이 제조되었다. 높은 온 오프 전류비를 얻기 위해, 공정은 비활성 N2 환경에서 수행되며, 잔여 도핑 원자들은, 예를 들어 P3HT의 표면 위에 서브 화학량론적 SiOx층을 진공증착함으로써, 또는 히드라진 증기(hydrazine vapour)를 줄이기 위해 필름들을 몇분 동안 노출시킴으로써 화학적으로 감소된다. 도 12는 이러한 디바이스의 특성들을 도시한다. 이러한 특성들은 비정질 Si 박막 트랜지스터들의 특성들과 유사하다.
제 1 회로 요소(FET)로부터 제 2 회로 요소(예를 들어, LED)에 구동 전류를 공급함으로써 제 2 회로 요소로부터 광 신호를 전송하는 대신, 제 2 회로 요소를 이용하여 광 신호를 검출한 다음, 이를 제 1 회로 요소를 이용하여 전류 또는 전압 신호로 변환시킬 수 있다. 도 13은 이러한 기능에 대한 하나의 가능한 구현을 도시하는바, 여기서 제 2 회로 요소는 폴리머 트랜지스터의 플로팅 게이트 전극과 음극 사이에 샌드위치된 광전지 또는 광전류 모드에서 동작하는 폴리머 광다이오드이다. 이 광다이오드가 빛을 흡수하면, 트랜지스터의 게이트 전극 상에서 광전압이 발생하여 트랜지스터 소스 드레인 전류를 변조시킨다. 이러한 집적된 광다이오드-FET 디바이스의 구성은 (비교를 위해 도 14에 도시한) LED-FET 디바이스의 구성과 유사하다. 이는 논리 회로에서의 다른 처리를 위해 광다이오드로부터의 신호를 증폭하기 위한 회로의 제 1 스테이지가 될 수 있다.
도 13 내지 18에서, 도시된 디바이스들의 구성요소들은 다음과 같은 참조 부호들, 즉 기판(50), 드레인 전극(51), 소스 전극(52), 트랜지스터 액티브 영역(53), 게이트 절연층(54), 절연층(55), 게이트 전극(56), 발광/광감지 영역(57), 전극(58), 광 방향 화살표(59), 스위칭 전류 흐름 화살표(60)로 표시된다.
도 13의 폴리머 광다이오드의 액티브층(57)은 단일 또는 다중층 구성의 광전도성 폴리머 또는 광전도성 폴리머들의 혼합물을 포함한다. 가능한 예들로는 폴리-옥틸-티오펜(P3OT) 또는 메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-시아노-페닐렌-비닐렌(MEH-CN-PPV)를 갖는 P3HT의 혼합물이 있다(M. Granstrom, K. Petritsch, A.C. Arias, A. Lux, M.R. Andersson, R.H. Friend의 Nature 395, 257 (1998); 및 J.J.M Halls 등의 Nature 376, 498 (1995) 참조).
상기 설명된 송신기 및 수신기 디바이스들은 함께 이용되어 집적 광전자 회로를 형성할 수 있는바, 이 회로에서 광 신호는 검출된 다음, 지정된 논리 기능에 따라 다른 광 신호로 변환된다. 논리 기능은 중요 소자들로서 트랜지스터들을 갖는 집적 논리 회로에 의해 실행될 수 있다(C. J. Drury 등의 Appl. Phys. Lett. 73, 108 (1998) 참조). 이는 도 19에 개략적으로 도시된다. 유입 및 유출 신호들의 파장은 같거나 다를 수 있다. 이들중 어느 하나 또는 둘 모두는 사람의 눈에 보이는 가시 스펙트럼의 바깥에 있을 수 있다. 이 디바이스는 검출 구성요소, 전송 구성요소 및 전자 구성요소들을 집적함으로써 공통 기판에 구현될 수 있다. 이러한 회로를 동작시키는 데에 필요한 전력은 동일한 기판 위에 집적되는 광전지 셀(J.J.M Halls 등의 Nature 376, 498 (1995)) 또는 박막 배터리(A. G. Mac Diarmid, R. B. Kaner, in "Handbook of Conducting Polymers", ed. T.A. Skotheim, Vol.1, p.689(Marcel Dekker, New York, 1986))에 의해 제공될 수 있다. 집적된 광전자 회로의 구성요소들중 일부 또는 모두가 유기적일 수 있다. 구성요소들중 일부 또는 모두는, 용액으로부터 처리될 수 있고 잉크젯 프린팅과 같은 적절한 기술들에 의해 패터닝될 수 있는 폴리머들이 될 수 있다.
송신기 및 수신기 디바이스들은 또한 개별적인 기판들에 제조될 수 있다. 광 신호는 이들 두 디바이스들 간에 데이터를 전송하는 데에 이용될 수 있다. 이는 도 20에 개략적으로 도시된다.
광 송신기 및 수신기는 다른 구성들에서 제 1, 2 회로 요소들로서 집적될 수 있다. 제 2 회로 요소는 제 1 회로 요소의 위에 있거나(도 15), 제 1 회로 요소의 아래에 있거나(도 16), 또는 제 1 회로 요소의 옆에 있을 수 있다(도 17). 도 15 내지 17은 예시적인 구성들을 보여준다. 광은 상부 또는 하부 전극을 통해 방출될 수 있다. LED의 전극들은 반투명(예를 들어, 금속 박막)하거나 투명(예를 들어, 인듐-틴-옥사이드 전도체들)하다.
광은 또한 도파관에 결합될 수 있다(도 18). 도파관을 제공하기 위해서는, 통상적인 굴절률 관계: 이 경우에는 n2>n1(공기), n3(SiOx), n4(P3HT)가 준수되어야 한다. 이는 광학/전기적 기능을 갖는 외부 내부 포트들쪽으로 채널링하는 데에 이용될 수 있다. 하위 또는 상위 레벨의 트랜지스터 또는 다른 요소들에 광을 결합시키기 위해서는, 누설 도파관 모드들 또는 올바르게 가이드된 모드(truly guided mode)의 끝(tail)을 통한 결합을 가능하게 하도록 굴절률 콘트라스트가 적절하게 감소 또는 반전될 수 있다.
상기 디바이스의 1개 이상의 층들은 그들의 동작을 강화하기 위해 나노입자(nanoparticle)들을 포함할 수 있다.
본 발명은 본원에서 암시적 또는 명시적으로 설명된 모든 특징들 또는 이러한 특징들의 결합 또는 그들의 모든 개념을 첨부된 청구항과의 관련 여부에 상관없이 포함할 수 있다. 상기 설명으로부터, 당업자에게 있어서 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경들이 이루어질 수 있음은 자명하다.

Claims (95)

  1. 입력 전극, 출력 전극, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역 및 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 제어 전극을 갖는 전류 구동 스위칭 요소와; 그리고
    상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소로부터 구동 전류를 수신하기 위해 상기 스위칭 요소의 상기 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 요소를 포함하며,
    여기서, 상기 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적 회로 디바이스는 층들로 구성되고, 상기 스위칭 요소는 제 1 층에 의해 제공되며, 그리고 상기 제 2 회로 요소는 제 2 층에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이의 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 요소와 상기 제 2 회로 요소를 전기적으로 연결하기 위해 상기 절연층을 통과하는 전기 전도성 배선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 요소는 디스플레이 요소인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 요소는 발광 요소인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광 요소는 발광 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 유기 물질은 발광 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭 요소의 상기 출력 전극은 상기 발광 요소의 한 전극인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위칭 요소는 상기 디스플레이 요소를 위한 액티브 매트릭스 제어 회로의 일부인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로 폴리머 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로 상이 분리되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 라멜라 구조에서 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 컨쥬게이트된 영역들의 층들과 비 컨쥬게이트된 영역들의 층들이 교대하는 라멜라 구조에서 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 배열을 촉진시키는, 그 백본 내의 또는 상기 백본에 매달린 치환체들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 소수성 사이드 체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극과 그리고 상기 제어 전극중에서 적어도 하나는 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  21. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연층은 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치가능한 영역은 상기 제어 전극과 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극 사이에 위치되는 층의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  23. 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법에 있어서,
    증착되는 폴리머의 배열을 촉진시키는 공정에 의해 상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 상기 폴리머의 배열을 촉진시키도록 기판을 준비하는 단계 및 상기 기판 위에 상기 폴리머를 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 상기 폴리머가 자가 조직화 경향을 갖는 용매에 상기 폴리머를 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 상기 폴리머가 자가 조직화 경향을 갖는 용매로부터 상기 폴리머를 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 비활성 환경에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  27. 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법에 있어서,
    증착되는 폴리머의 배열을 촉진시키는 공정에 의해 상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 상기 폴리머가 자가 조직화 경향을 갖는 용매로부터 상기 폴리머를 코팅하는 단계를 포함하고, 비활성 환경에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 단계는 상기 기판의 표면을 보다 소수성이 되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 반도체 폴리머 위에 적어도 하나의 전극을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리머는 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 배열을 촉진시키는, 그 백본 내의 또는 상기 백본에 매달린 치환체들을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리머는 소수성 사이드 체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  34. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  35. 제 23 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스 위에 발광 디바이스를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 발광 디바이스는 상기 전자 디바이스와 집적되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 발광 디바이스는 발광 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  38. 제 23 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 스위칭 디바이스인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 상기 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 제어 전극을 포함하며,
    여기서, 상기 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  41. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머의 표면의 습윤 특성은 그 위에 후속층들이 증착될 수 있도록 처리되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  42. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머의 위에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 반도체 폴리머로부터 잔여 도펀트들을 끌어당길 수 있는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 절연층 표면의 습윤 특성은 그 위에 다른 층이 증착될 수 있도록 처리되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 절연층 표면의 습윤 특성과 인접하는 전도성 영역들의 습윤 특성이 다른 것을 이용하여, 후속층들의 증착을 원하는 위치로 안내하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  46. 제 35 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 발광 디바이스를 형성하는 동안 상기 반도체 폴리머의 용해 및 열화를 막는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  47. 제 42 항에 있어서,
    상기 절연층의 기계적인 특성들은 상기 디바이스의 층균열 또는 다른 타입의 기계적인 결함들을 막는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  48. 제 35 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스와 상기 발광 디바이스 사이에는 상기 2개의 디바이스들 간의 전기적인 호환성을 보장하기 위한 전도층이 증착되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 전도층은 상기 발광 디바이스로의 균일한 전류 주입을 보장하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 전도층은 상기 발광 디바이스로의 효율적인 캐리어 주입을 보장하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  51. 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 제어 전극을 갖는 전류 구동 스위칭 요소와; 그리고
    상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소의 전극에 전기적으로 결합되는 전기 광학 회로 요소를 포함하며,
    여기서, 상기 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 집적 회로 디바이스는 층들로 구성되고, 상기 스위칭 요소는 제 1 층에 의해 제공되며, 그리고 상기 전기 광학 회로 요소는 제 2 층에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  53. 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 사이에 전기적으로 결합된 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 제어 전극을 갖는 스위칭 요소와; 그리고
    다중층 스택 구성에서 상기 스위칭 요소와 함께 집적되며, 상기 스위칭 요소의 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 요소를 포함하며,
    여기서, 상기 제어 전극에 바이어스를 인가하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류 흐름을 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 요소도 스위칭 요소인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  55. 제 52 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이의 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 스위칭 요소와 상기 전기 광학 회로 요소를 전기적으로 연결하기 위해 상기 절연층을 통과하는 전기 전도성 배선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  57. 제 51 항에 있어서,
    상기 전기 광학 회로 요소는 발광 요소인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 전기 광학 회로 요소의 입력 전극은 상기 스위칭 요소의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  59. 제 53 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 요소는 광감지 요소인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 광감지 요소의 출력 전극은 상기 스위칭 요소의 입력 전극에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  61. 제 59 항에 있어서,
    상기 광감지 요소의 출력 전극은 상기 스위칭 요소의 상기 제어 전극에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  62. 제 51 항에 있어서,
    상기 전기 광학 요소는 발광 유기 물질 및 광감지 유기 물질 모두 또는 이들중 어느 하나를 포함하는 광 전기적 액티브 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 발광 유기 물질 및 광감지 유기 물질 모두 또는 이들중 어느 하나는 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  64. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로 폴리머 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  65. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로 상이 분리되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  66. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은 라멜라 구조에서 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 컨쥬게이트된 영역들의 층들과 비 컨쥬게이트된 영역들의 층들이 교대하는 라멜라 구조에서 자가 조직화 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  69. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  70. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 배열을 촉진시키는, 그 백본 내의 또는 상기 백본에 매달린 치환체들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  71. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 소수성 사이드 체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  72. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  73. 제 51 항에 있어서,
    상기 입력 전극과, 상기 출력 전극과 그리고 상기 제어 전극중에서 적어도 하나는 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  74. 제 55 항에 있어서,
    상기 절연층은 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  75. 스위칭 요소들, 저항 요소들, 용량성 요소들, 광전지 요소들, 광전도성 요소들, 발광 요소들 및 에너지 저장 디바이스들중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 보다 큰 회로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 제 1 항에서 청구된 집적 회로 디바이스.
  76. 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법에 있어서,
    증착되는 폴리머의 배열을 촉진시키는 공정에 의해 상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리머는 일반적으로 컨쥬게이트된 폴리머 영역들의 층과 비 컨쥬게이트된 폴리머 영역들의 층이 교대하는 형태를 취하는 라멜라 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  77. 제 23 항에 따른 방법에 의해 형성된 전자 디바이스.
  78. 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법에 있어서,
    증착되는 폴리머의 배열을 촉진시키는 공정에 의해 상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리머는 유연한 사이드 체인들, 및 컨쥬게이트된 층들의 평행한 방위를 갖는 라멜라 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  79. 제 28 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 보다 소수성이 되게 하는 단계는 자가 구성 단일층(self-assembled monolayer)으로 상기 기판의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  80. 제 28 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 보다 소수성이 되게 하는 단계는 상기 표면의 화학 구조를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  81. 제 80 항에 있어서,
    상기 표면의 화학 구조를 변경하는 단계는 상기 표면을 반응성 분자에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  82. 제 81 항에 있어서,
    상기 반응성 분자는 실리레이팅 약품인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  83. 제 81 항에 있어서,
    상기 반응성 분자는 HMDS 또는 알킬트리클로로시레인인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  84. 제 78 항에 있어서,
    상기 컨쥬게이트된 층들은 폴리머의 백본들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  85. 제 78 항에 있어서,
    상기 컨쥬게이트된 층들은 인접하는 체인들의 π- π 스택에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  86. 제 78 항에 있어서,
    상기 컨쥬게이트된 층들은 상 분리된 사이드 체인들의 층들에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  87. 제 78 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머를 증착하는 단계는 표면을 갖는 기판을 준비하는 단계 및 상기 기판의 표면을 보다 소수성이 되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  88. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.0001cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  89. 제 88 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.05cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  90. 제 51 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.0001cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  91. 제 90 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.05cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  92. 제 53 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.0001cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  93. 제 92 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.05cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  94. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.0001cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
  95. 제 94 항에 있어서,
    상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 0.05cm2/Vs 보다 큰 전계 효과 이동도를 나타내도록 체인들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 형성 방법.
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