KR20010042651A - 폴리머 디바이스 - Google Patents

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Abstract

입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 입력 전극과 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 회로 구동 스위칭 소자와; 그리고 상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자로부터 구동 전류를 수신하기 위하여 상기 스위칭 소자의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 소자를 구비하는 집적 회로 디바이스가 개시된다.

Description

폴리머 디바이스{POLYMER DEVICES}
유기 물질로 제조된 트랜지스터들에 대한 광범위한 작업이 수행되어 왔다. 절연된 게이트 전계 효과 트랜지스터들(FETs)이 폴리머 그 자체 또는 전구체의 용해 공정에 의해 증착된 폴리머 반도체들과 함께 제조되어 궁극적인 폴리머층을 형성하여 왔다. 도 1은 이러한 디바이스의 일반적인 구조를 보여준다. 반도체 폴리머층(1)의 아래에는 서로 떨어져 위치하는 두 개의 금속 전극들, 즉 트랜지스터의 드레인 전극(2) 및 소스 전극(3)이 있다. 이들의 밑에는 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 스위치로서 작동한다. 반도체 폴리머가 레지오레귤러(regioregular) 폴리-헥실티오펜(P3HT)인 디바이스는 Z. Bao 등의 Appl. Phys. Lett. 69,4108 (1996)에서 상세히 설명된다.
이러한 형태의 디바이스들은 몇 가지의 문제점들을 갖는다(A. R. Brown 등의 Science 270, 972(1995) 참조). 첫 번째로, 전자 캐리어 이동도(μ)가 전형적으로 10-4내지 10-6cm/Vs의 범위내에 있기 때문에, 소스로부터 드레인으로의 통과 전류가 낮다. (J. H. Burroughes 등의 Nature 335, 137(1988) 및 A. R. Brown 등의 합성 금속 88, 37(1997)을 참조하라.) 대부분의 용해-처리된 폴리머들은 무질서한 구조를 가지며, 이러한 시스템들에서의 캐리어 이동도는 폴리머 체인들 사이에서 움직일 수 있는 가변 범위에 의해 한정되는 것으로 여겨진다. 이러한 낮은 이동도는 상기의 트랜지스터들을 일반적인 전류-공급에 적용할 수 없게 한다. 두 번째로, 온오프 비, 즉 온 및 오프 상태에서의 통과 전류 간의 비가, 예를 들어 104이하로 불량하다. 지금까지는, 무기의 비정질 실리콘 트랜지스터들의 것과 비교할만한 성능을 갖는 폴리머 트랜지스터가 발표되지 않았었다. 결과적으로, 폴리머 대신에 분자 (또는 저중합체) 유기 물질들을 이용하는 바람직한 접근이 시도되어 왔다. 분자 디바이스는 향상된 전기적인 성능을 갖는 경향이 있지만, 심각한 공정상의 단점을 갖는다. 첫 번째로, 분자들은 일반적으로, 전형적으로 약 100-200℃의 기판 온도에서 진공 증착된다. 이는 열-감지 기판들 상에서 상기 문자 물질들을 이용할 수 없게 한다. 두 번째로, 분자 물질들은 일반적으로 강하지 않으며; 특히 프렉서블한 플라스틱 기판들 상에 증착되는 경우, 상당한 결정질의 분자 필름들에서의 크랙 및 마이크로크랙의 영향에 대한 심각한 문제가 있다. 세 번째로, 분자 디바이스들은 이후의 공정 단계들에 대하여 상당히 민감하다. 증착된 분자 필름들을 후처리를 하기 위한 시도, 예를 들어 다중층 집적 디바이스를 위하여 증착된 필름들 상에 이후의 층들을 증착하고자 하는 시도는 일반적으로 내장된 FETs의 성능을 상당히 감소시키는 결과를 가져온다.
본 발명은 폴리머 디바이스에 관한 것으로서, 예를 들어 반도체 폴리머 물질을 포함하는 트랜지스터에 관한 것이다.
도 1은 폴리머층의 일반적인 단면도이다.
도 2는 집적된 폴리머 트랜지스터와 폴리머 광방출 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 3은 P3HT 폴리머 체인의 화학 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 이상적으로 정렬된 P3HT 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 집적된 트랜지스터의 출력 및 전송 특성을 보여주는 도면이다.
도 6은 LED와 도 2의 트랜지스터의 결합시의 성능을 보여주는 도면이다.
도 7은 전류 스위칭 적용을 위한 전형적인 액티브 매트릭스 디스플레이 회로의 일부를 보여주는 도면이다.
도 8은 픽셀들의 어레이를 갖는 디스플레이 디바이스의 레이아웃의 개략적인 평면도이다.
도 9는 320K 및 144K에서의 전형적인 P3HT FET의 포화 영역에서의 트랜스컨덕턴스를 보여주는 도면이다.
도 10은 기판의 표면에 평행한 층을 갖는 프렉서블한 사이드 체인들을 갖는 반도체 폴리머의 바람직한 층 정렬을 보여주는 도면이다.
도 11은 좀 더 효율적인 F8BT/BFA LED로 교체된 MEH-PPV LED를 갖는, 도 2에서와 같이 결합되는 LED와 트랜지스터의 개선된 성능을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 1에서와 같은 전형적인 P3HT FET의 출력 특성(위) 및 전송 특성(아래)을 보여주는 도면이다.
도 13 및 14는 제 1 회로 소자로서 트랜지스터를, 제 2 회로 소자로서 광전지 디바이스(도 13) 또는 광방출 디바이스(도 14)를 갖는 집적 디바이스를 보여주는 도면이다.
도 15 내지 도 18은 예시적인 집적 디바이스의 개략적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 19 및 도 20은 집적 디바이스 정렬을 위한 개략적인 회로도이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 집적 회로 디바이스가 제공되는데, 이 회로 디바이스는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 입력 전극과 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 회로 구동 스위칭 소자와; 그리고 상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자로부터 구동 전류를 수신하기 위하여 상기 스위칭 소자의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 소자를 구비한다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법이 제공되며, 이 방법은: 증착된 폴리머의 정렬을 촉진시키는 공정에 의해 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 구비한다. 본 발명의 이러한 양상에 따른 전자 디바이스는 적절하게는, 예를 들어 본 발명의 제 1 양상에 관련하여 상기 제시한 형태의 스위칭 소자가 될 수도 있다.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 집적 회로 디바이스가 제공되는데, 이 회로 디바이스는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 입력 전극과 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 회로 구동 스위칭 소자와; 그리고 상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자의 전극들 중 하나에 전기적으로 결합되는 전기-광학 회로 소자를 구비한다.
반도체 폴리머는, 예를 들어 컨쥬게이트된 폴리머(예를 들어, 본원의 참조로서 인용된 PCT/WO90/13148호 참조), 또는 비-컨쥬게이트된 세그먼트들에 의해 연결된 짧게 컨쥬게이트된 세그먼트들을 포함하는 폴리-비닐카바졸(poly-vinylcarbazole, PVK)과 같은 "분자사이의(intermolecular)" 반도체 폴리머일 수도 있다.
절연층이 전자 디바이스의 상부에 직접 또는 간접적으로 증착될 수도 있다. 이는 바람직하게는 디바이스의 성능을 실질적으로 감소시키지 않는다. (본 발명의 제 1 양상에서와 같은) 제 2 회로 소자가 또한 형성될 수도 있으며, 바람직하게는 상기 전자 디바이스와 함께 집적된다.
제 2 회로 소자(또는 본 발명의 제 3 양상의 전기-광학 소자)는 바람직하게는, 예를 들어 전류를 전기 또는 광전기 신호로 변환함으로써 (바람직하게는 상당한) 전기 에너지를 저장 또는 소모하는 소자이거나, 또는 광 신호를 전기 신호, 예를 들어 전압 또는 전류로 변환하는 소자이다. 제 2 회로 소자는 바람직하게는 스위칭 소자는 아니다. 제 2 회로 소자는 적절하게는 광을 방출 또는 검출하고/하거나 그를 통한 광전송을 변화시킬 수 있다. 그 예로는 광방출 디바이스들, 광전지 디바이스들, 및 액정 표시 디바이스와 같은 디바이스가 있다. 이 디바이스는 광 신호를 적절하게 방출 또는 검출하며, 디스플레이 디바이스 및/또는 광학 디스플레이의 형성부가 될 수도 있다. 제 2 회로 소자는 바람직하게는 그의 동작을 위하여 상당한 구동 전류를 필요로 한다.
제 2 회로 소자가 광방출 디바이스인 경우에는, 하나 또는 그 이상의 광방출 유기 물질들을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 또는 각각의 광방출 유기 물질은 폴리머 물질, 바람직하게는 컨쥬게이트된 또는 부분적으로 컨쥬게이트된 폴리머 물질이 될 수도 있다. 적절한 물질들로는 폴리-페닐렌-비닐렌(poly-phenylene-vinylene)(PPV), 폴리(2-메톡시-5(2'-에틸)엑시옥시페닐렌-비닐렌)(MEH-PPV), PPV-유도체(예를 들어, 다이-알콕시 또는 다이-알킬 유도체), 폴리플루오린 세그먼트들을 통합하는 폴리플루오린 및/또는 코-폴리머들, PPVs 및/또는 관련된 폴리머들(예를 들어, PCT/WO90/13148 참조). 변형적인 물질들로는 유기 분자 광방출 물질들, 예를 들어, 트리스(8-하이드록시퀴노라인)알루미늄(Alq3)(예를 들어, 본원의 참조로서 인용된 US4,539,507호 참조), 또는 종래에 공지되어 있는 다른 모든 증착된 작은 분자 또는 컨쥬게이트된 폴리머 전장 발광 물질(예를 들어, N. C. Greenham 및 R. H. Friend의 고체 상태 물리학(1995년 샌디에이고의 아카데미 인쇄소) 제49권 1-149 페이지 참조)이 있다. 상기 디바이스에 의해 방출된 광은 가시 스펙트럼 범위(400-800nm)의 안쪽 또는 바깥쪽에 있을 수 있다. 후자의 경우에는, LDS-821(A. Dodabalapur 등의, IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics 4, 67(1998)과 같은 물질이 이용될 수도 있다.
광방출 소자는 바람직하게는 음전하 캐리어들(전자들)을 주입하기 위한 음극, 및 양전하 캐리어들(정공들)을 주입하기 위한 양극을 포함한다. 바람직하게는, 전극들 간의 (성능을 향상시키기 위하여 적절하게는 다른 층들과 함께) (적절하게는 층 형태의) 광방출 물질 영역이 있다. 음극은 바람직하게는 음극의 경우에는 3.5eV 이하, 또는 음극의 경우에는 4.0eV 이상의 일함수를 갖는다. 음극 물질은 적절하게는 금속 또는 합금이다. 바람직한 물질들로는 Sm, Yb, Tb, Ca, Ba, Li 또는 상기 원소들 각각의 합금 및/또는 Al과 같은 다른 금속들과의 합금이 있다. 양극은 바람직하게는 4.0eV 이상의 일함수를 가지며, 바람직하게는 4.5eV 이상이다. 바람직한 물질들로는 (가령 ITO 및 주석 산화막과 같은) 전도성 산화막들 및 금이 있다. 바람직하게는, 전극들 중 하나는 디바이스 내에서 발생된 광이 빠져나올 수 있는 광-투과성이다. 하나의 바람직한 구성에서는, 스위칭 소자의 출력 전극 또한 광방출 소자의 한 전극(양극 또는 음극)이다.
상기 집적 회로 디바이스는 적절하게는 층들로 구성된다. 바람직하게는, 상기 스위칭 소자는 제 1 층에 의해 제공되며, 제 2 회로 소자는 제 2 층에 의해 제공되어, 결과적으로 2개의 소자들이 동일 평면 상에 형성되지는 않는다. 적절하게는, 제 1 층과 제 2 층의 사이에는 절연층이 있으며, 스위칭 소자와 제 2 회로 소자를 전기적으로 연결하기 위하여 절연층을 통과하는 전기 전도성의 상호연결부가 존재한다. "제 1 층" 및 "제 2 층"이란 용어가, 어떠한 특정한 순서로 층들이 증착된다는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 어떤 층이라도 먼저 증착될 수 있다.
바람직하게는, 절연층이 반도체 폴리머의 위에 직접 또는 간접적으로 형성된다. 절연층은 낮은 전기 전도성을 가질 수도 있다. 가령 SiOx, MgF와 같은 무기 유전체, 또는 가령 PMMA, 폴리이미드, 또는 폴리-비닐페놀(PVP)과 같은 유기 유전체가 될 수도 있다. 절연층은 진공 증착 기술 또는 용해 공정에 의해 증착될 수도 있다. 이는 다른 기능들을 갖는 몇 가지의 다른 구성요소들에 의한 복합 또는 층을 이룬 구조로 형성될 수도 있다. 절연층은 반도체 폴리머로부터 잔여 도펀트들을 끌어낼 수 있는 물질을 포함할 수도 있다. 절연층은 바람직하게는 이후 증착되는 제 2 회로 소자의 층들이 반도체 폴리머와 일정한 간격을 유지하게 한다. 가령 바람직하게는 전기 전도성 물질을 포함하는 비아홀들과 같이, 절연층을 통하여 전기적인 상호연결을 하기 위한 수단이 있을 수도 있다. 절연층은 반도체 폴리머를 적어도 부분적으로 캡슐화할 수 있도록 작용할 수도 있다. 절연층은 바람직하게는 반도체 폴리머와 접촉하고 있으며, 가장 바람직하게는 입력 전극과 출력 전극 사이의 위치에 있다. 절연층은 적절하게는, 반도체 폴리머로부터 산소와 같은 도펀트들을 끌어내는 경향이 있는 물질로 이루어진다. 산소는 대부분의 반도체 폴리머들에 대하여 목적이 없는 도펀트의 역할을 하며, 스위칭 소자의 ON/OFF 전류비를 감소시킨다. 절연층이 실리콘 산화막, 특히 서브-스토이키오메트릭(sub-stoichiometric) 실리콘 산화막(SiOx, x〈2)으로 형성될 수 있는 가능성이 있다.
존재하는 경우, 절연층이 하나 또는 그 이상의 다른 유익한 특징들을 제공할 수도 있다. 절연층은 바람직한 위치에서의 물질의 증착을 안내하도록 하는 데에 차별적인 습윤 효과가 이용될 수 있도록, 디바이스의 인접하는 전도성 부분(예를 들어, 전극)에 대하여 다른 습윤 특징들을 가질 수도 있다. 절연층 표면의 습윤 특성들은 이후 증착되는 폴리머 물질(적절하게는 용해 처리가능한 폴리머 물질)을 끌어당기거나 쫓아버리도록, 그리고/또는 다중층 구조를 제조할 수 있도록 설계될 수도 있다. 반도체 폴리머 상의 절연층 및/또는 전극들은 이후 층들의 증착시 일어나는 용제 호환성 및 표면 습윤 호환성 문제들을 극복하는 데에 이용될 수도 있다. 절연층 및 그의 표면 특성들을 적절하게 선택함으로써, 이후의 층들이 용제들로부터 증착될 수 있게 되는데, 만일 그렇지 않으면 용해되거나 반도체 폴리머 및/또는 그 아래의 층들과 습윤성을 갖지 못하게 된다. 절연층은, 가령 디바이스의 저하를 억제하기 위한 산소와 같은 도펀트들을 끌어당길 수도 있다. 절연층은 얇은 층으로 갈라지는 현상(delamination) 또는, 예를 들어 그의 어느 측면 상에서의 물질들의 차별적인 열 팽창으로 인한 다른 형태의 기계적인 실패의 방지를 도울 수도 있다. 절연층은 하부의 구조를 평탄화하는 데에 이용될 수도 있다. 이는 제 1, 2 회로 소자들을 갖는 인터페이스가, 가령 강한 접착 또는 양질의 습윤 특성과 같이 별개의 그리고 최적의 특성들을 가질 수 있도록, 복합층 또는 층을 이룬 구조를 가질 수도 있다.
스위칭 소자는 바람직하게는, 가령 광 데이터 전송 디바이스, 또는 광학 디스플레이에서 광전송 소자를 위한 액티브 매트릭스 제어 회로와 같이 제 2 회로 소자를 위한 제어 회로의 일부이다.
완성된 디바이스에서 반도체 폴리머 물질은 적어도 부분적으로 폴리머 체인들 사이에서 처럼 정렬되는 것이 바람직하다. 하나의 바람직한 정렬 형태는 폴리머 체인들 및/또는 인접하는 폴리머 체인들 간의 가장 강력한 전자 오버랩 방향(π-π 스택 방향)이, 대개 입력 전극과 출력 전극들 사이의 방향을 또한 포함하는 평면 내에 압도적으로 존재하도록 하기 위한 것이다. 폴리머는 바람직하게는 컨쥬게이트된 백본을 갖는다. 정렬은 폴리머의 최소의 부분적인 상태 분리 형태를 취할 수도 있다. 폴리머 물질은, 바람직하게는 적절한 용제에 용해될 때에 스스로 유기화되는경향이 있는 적절한 물질이다. 폴리머는 적절하게는 인접하는 폴리머 체인들의 정렬을 촉진시키는 그의 백본 내에, 또는 백본에 매달린 치환분들을 갖는다. 폴리머는 공수(hydrophobic) 사이드-체인들을 가질 수도 있다. 정렬은, 얇은 판 구조 내에 자기-정렬 또는 강제적인 정렬이 바람직한 지에 상관없이, 가장 바람직하게는 특정한 특성을 갖는 교번적인 층들을 갖는다. 예를 들어 (부분적으로 또는 완전히) 컨쥬게이트된, 그리고 (적어도 실질적으로) 비-컨쥬게이트된 층들이 교차되고, 그리고/또는 메인-체인과 사이드-체인 층들이 교차된다. 층들은, 대개 입력 및 출력 전극들 사이의 방향을 또한 포함하는 평면 내에 우선적으로 존재한다.
반도체 폴리머 물질의 하나의 바람직한 형태는, C3내지 C12범위의 길이를 갖는 알킬 사이드-체인들을 갖는 티오펜 그룹들을 포함하는 백본이다. 폴리-헥실티오펜이 특히 바람직하다.
디바이스의 더 많은 구성요소들이 유기 물질들로 이루어질 수도 있다. 하나 또는 그 이상의 (그리고 가장 바람직하게는 전체) 전극들은, 가령 폴리아닐린 또는 폴리-에틸렌-다이옥시티오펜, 폴리스티렌설폰산(polystyrenesulphonic acid)(PSS)이 도핑된 PEDOT(Carter 등의 Appl. Phys. Lett. 70, 2067(1997))와 같은 전도성 물질로 적절한 유기 물질들을 포함할 수도 있다. 디바이스에 포함된 하나 또는 그 이상 (그리고 가장 바람직하게는 전체) 절연층들은, 가령 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(G. Horowitz 등의 Adv. Mat. 8, 52(1996) 참조)와 같은 유기 절연체가 될 수도 있다. 전체 디바이스 구조는 유기 기판 상에 형성될 수도 있다.
반도체 폴리머는 바람직하게는 매끄러운 표면 상에 증착된다. 따라서, 입력 및 출력 전극들이 반도체 폴리머 위에 증착되고, 및/또는 스위치가능한 영역이 스위칭 전극과 입력 및 출력 전극들 사이에 위치되는 층의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
반도체 폴리머 증착 단계는 바람직하게는, 폴리머가 스스로 유기화되는 경향이 있는 용제 내에 폴리머를 용해하는 단계, 및/또는 폴리머가 스스로 유기화되는경향이 있는 용제로부터 폴리머를 코팅하는 단계를 구비한다. 어느 경우이건, 용제는 클로로포름이 될 수 있다. 만일 폴리머가, 예를 들어 폴리-헥실티오펜이라면 용제 내의 폴리머의 농도는 1㎖의 용제 내에 6 내지 20㎎, 더 바람직하게는 11 내지 15㎎, 가장 바람직하게는 약 13㎎이 될 수도 있다. 코팅 방법은 적절하게는 스핀-코팅이지만, 잉크젯 프린팅과 같은 다른 공정들이 적절할 수도 있다.
반도체 폴리머는 바람직하게는 층의 형태이며, 층의 두께는 적절하게는 200Å 내지 1000Å, 바람직하게는 400Å 내지 600Å, 가장 바람직하게는 약 500Å이다.
반도체 폴리머 증착 단계는 바람직하게는, 예를 들어 질소 또는 아르곤의 비활성 환경에서 수행된다.
반도체 폴리머 증착 단계는, 기판 위에서의 폴리머의 정렬 및 증착을 촉진하는 연속적인 층들로 구성될 수도 있는 기판을 준비하는 단계를 구비한다. 이는 적절하게는 폴리머 체인들의 차별적인 정렬 및/또는 기판의 표면과 평행한 인접하는 폴리머 체인들 간의 가장 강력한 전자 오버랩의 방향(π-π 스택 방향)을 야기시킨다. 기판을 준비하는 단계는 더 공수적인 표면을 만드는 단계 및/또는 표면으로부터 물을 제거하는 단계 및/또는 실리레이팅(silylating) 작용제를 이용하여 표면을 처리하는 단계를 구비한다. 기판은 바람직하게는, 상기 처리와 반도체 폴림의 증착 사이에 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 형성되어, 결과적으로 두 개의 디바이스들이 동일 평면 상에 정렬되지 않고 스택 구조로 형성된다.
폴리머/코폴리머 물질(들)을 증착하기 위한 변형적인 방법은 스핀-, 블레이드-, 메니스커스-, 딥-코팅, 자기-조립, 잉크젯 프린팅 등을 포함한다. 폴리 물질(들)은 바람직하게는 용해-가능하다. 작은 분자 물질들의 층이 진공 증착 등에 의해 증착될 수 있다.
디바이스의 다른 층들은, 가령 쉐도우-마스크 증착, 잉크젯 프린팅, 컨택 프린팅, 포토리소그래피 등과 같은 적절한 기술에 의해 측면에 패턴화될 수도 있다.
일반적으로, 전자 디바이스는 바람직하게는 스위칭 디바이스, 더 바람직하게는 트랜지스터이다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 예를 들어 설명한다.
도 2는 (일반적으로 10으로 나타낸) 집적된 트랜지스터 및 (일반적으로 11로 나타낸) 광방출 디바이스를 갖는 다중층 디바이스를 보여준다. 광방출 디바이스는 광전송을 위하여 컨쥬게이트된 폴리머 물질, MEH-PPV를 이용한다(D. Braun 및 A.J.Heeger 등의 Appl. Phys. Lett. 58, 1982(1991) 참조). 트랜지스터는 P3HT의 반도체층, 컨쥬게이트된 다른 폴리머를 이용하여 공급된 전류가 광방출 디바이스(LED)로 스위치되도록 작동한다. 공급 전압이 트랜지스터의 소스 전극(12)과 LED의 음극(13) 사이에 연결되고 트랜지스터의 게이트 전극(14)에 바이어스가 인가될 때, 전류는 소스 전극(12)로부터 트랜지스터의 반도체층(15)을 통하여 드레인 전극(16)으로 흐른다. 드레인(16)은 또한 LED의 양극으로 작동하여 전류가 드레인(16)으로부터 LED의 광전송층(17)을 통하여 음극으로 흐르게 되며, 결과적으로 층(17)으로부터의 광전송이 화살표(hv)로 나타낸 바와 같이 된다. 실리콘 산화막으로 된 절연층들(18, 19) 및 n+도핑된 실리콘층(20)은 반도체층(15)과 게이트(14)의 사이에 형성되며 광전송층(17)으로부터 소스(12)를 격리시킨다. 이러한 타입의 디바이스는 이전에는 실행이 불가능하였는데, 이는 전형적으로 10-4-10-6의 낮은 이동도(A. R. Brown 등의 합성 금속 88, 37(1997)을 참조) 및 LEDs의 비교적 높은 전류 수요와 비교하여 이전의 폴리머 트랜지스터들의 낮은 통과 전류 성능, 그리고 유기 분자 트랜지스터들의 후처리의 어려움 때문이다. 예를 들어, 상당한 결정질의 분자 트랜지스터들은 마이크로크랙의 형성 결과로서 이후의 층들의 액티브한 반도체 위에 증착될 때 상당히 저하되는 경향이 있을 수도 있는 반면, 폴리머 트랜지스터들은 이들이 이러한 방식에서 전형적으로 실패하는 경향이 없다는 장점을 갖는 다는 것을 발견하였다. 하기에서 좀 더 상세히 설명되는 바와 같이, 트랜지스터의 성공적인 후처리와 함께 본 디바이스에 의해 1 내지 10mA/cm2범위의 통과 전류가 얻어졌다. 반도체 폴리머(들) 내에서의 정렬을 촉진시키는 데에 촛점을 둔 이러한 트랜지스터 제조 방법은 종래 기술의 디바이스들과 비교하여 전기적인 성능을 상당히 향상시켰다. 폴리머 트랜지스터들은 0.1cm2/Vs까지의 이동도, 및 무기의 비정질 실리콘 트랜지스터의 성능과 비교할 수 있는 106-108의 ON/OFF 전류비를 달성한다.
디바이스를 제조하기 위해서는, 먼저 높게 도핑된 n+-Si 층(20)이 준비되는데, 이 층(20)의 위에는 2300Å의 건식 열 SiO2게이트 산화막층(18)이 덮여져 있고 이 층(20)의 뒷면에는 알루미늄 게이트 전극(14)이 형성되어 있다. SiO2층(18)의 캐패시턴스(Cj)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 제조된다. P3HT의 화학 구조는 도 3에 도시된다. 폴리머 체인은 컨쥬게이트된 티오펜(25) 백본(일반적으로 26으로 나타냄) 및 C6H13알킬 사이드-체인들(27)을 갖는다. 폴리머는 바람직하게는, 티오펜 링들의 3-위치에서의 헥실 사이드 체인들의 머리-대-꼬리 결합(HT)이 적절하게는 95% 이상이기 때문에 상당히 레지오레귤러하다.
P3HT는 SiO2층 위에 스핀 코팅된다. 그러나, 결과적인 P3HT층, 및 P3HT와 SiO2와의 인터페이스의 정렬을 개선하는 단계가 먼저 수행된다. 도 4 및 10에서의 이상적인 형태로 도시된 구조는 P3HT의 채택을 지지하는데, 여기에서는 P3HT의 사이드-체인들의 위상이 분리되어 짧은 범위로 정렬이 되며, P3HT 체인들의 백본은 P3HT층의 평면에 있다. 따라서, 백본 및 이웃하는 체인들의 π-π 스택에 의해 형성되며 위상-분리 사이드-체인들에 의해 분리되는 2-차원의 컨쥬게이트된 층들을 갖는 층 형태의 구조가 바람직하다. P3HT층의 구조는 X-선 회절을 이용하여 조사될 수 있다. 실질적으로, 정렬은 완료될 것 같지 않다. 즉 짧은 범위로 정렬된 국부화된 영역들(도메인들)이 있을 수도 있으며, 그리고/또는 체인들이 바람직한 방위 및 다른 무질서한 영역들에 있다. 정렬은 P3HT층의 전체 두께를 통하여 계속되지 않을 수도 있으며; 이는, 예를 들어 하나 또는 두 개의 주요 표면들 가까이 영역들에 한정될 수도 있다. 정렬의 한계 정도에 의해 디바이스의 성능이 개선된다는 것이 발견되었지만; P3HT층 전체를 통하여 완전하게 정렬할 필요는 없다.
정렬된 층 구조의 형성을 촉진하기 위해서는, P3HT층(15)을 증착하기 전에 SiO2층(18)의 표면을 선처리하는 것이 유용하다는 것을 발견하였다(도 4 참조). 대개, SiO2의 표면은 하이드록실 그룹들로 종결되어 표면을 친수성으로 만든다. 따라서, 얇은 물층이 표면 위에 놓여있는 경향이 있다. (도 4에 나타낸 바와 같이) SiO2기판의 표면으로 P3HT의 알킬 체인들을 조장하기 위해서는, 자연적인 하이드록실 그룹들을 알킬 그룹들(특히 메틸 그룹들)로 교체할 수 있도록 SiO2의 표면이, 가령 헥사메틸디살라제인(hexamethyldisalazane)(HMDS) 또는 알킬트리클로로사일렌(alkyltrichlorosilane)과 같은 실리레이팅 작용제로 처리된다. 이러한 처리 이후, 표면의 물을 제거하고 기판을 공수적으로 만들기 위하여, P3HT의 알킬 체인들이 기판으로 더 많이 흡인된다.
P3HT층에서의 정렬된 구조는 또한 P3HT 증착 단계 자체의 파라미터들을 신중하게 선택됨으로서도 촉진될 수 있다. 어떠한 용제들에서, P3HT는 용액 내에 집중되는 경향이 있다. 스스로 유기화되는 이러한 경향을 지원함으로써 최종적인 P3HT층의 정렬이 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 더 강한 P3HT의 농도는 더 큰 자기 유기화를 야기시키지만, (용액이 더 점성이기 때문에) 증착후 P3HT 막이 더 두꺼워지게 된다. P3HT의 벌크를 통한 전하의 흐름이 최종적인 디바이스의 동작에 거의 관련이 없기 때문에, 더 두꺼운 P3HT막은 선호되지 않는다. 따라서, P3HT층을 증착하기 위한 바람직한 공정은 클로로포름 1㎖에 P3HT 13㎎의 농도로 클로로포름(CHCl3)에 P3HT를 용해한 다음, 이 용액을 2000rpm의 스핀 속도로 기판에 스핀 코팅하여 500Å 두께의 막을 형성하는 것이다. 또한, 기판 위에 상기 용액을 위치시키고, 이를 얼마의 시간, 예를 들어 마르기 시작한 다음 스핀 코팅을 시작한 것 처럼 보일 때 까지 방치하는 것이 유용하다는 것을 발견하였는데, 이는 P3HT의 자기 유기화를 더 지지하는 것 같다.
게이트 전압이 인가될 때 소스로부터 P3HT층을 통하여 드레인까지의 전류의 흐름은 일반적으로 도 2의 화살표(A)로 나타낸 것처럼 되는 것으로 여겨진다. 도 4에 도시한 구조를 채택하는 것이 유익할 수도 있는 하나의 이유는, P3HT에서의 최상의 전도가 컨쥬게이트된 백본을 따르는 방향에 있거나 티오펜 그룹들의 일반적인 평면을 벗어나는 방향에서의 인접하는 체인들간의 π-π 전송에 의해서라는 데에 있다고 여겨진다. P3HT는 (도 4에 도시한 바와 같이) 이러한 방향들을 포함하는 평면이 소스 전극과 드레인 전극들 간의 방향과 평행하거나 또는 일반적으로 평행하도록, 그 자체를 정렬함으로써 소스와 드레인 간의 전하 전도를 향상시킬 수도 있다.
P3HT 막이 형성된 후, 소스(12) 및 드레인(16) 전극들이 약 2 내지 5Å/s의 속도로 쉐도우 마스크를 통한 고진공에서의 증착에 의해 약 500 내지 1000Å의 두께까지 증착된다. 소스 및 드레인 전극들은 금으로 이루어진다. 물론, 다른 증착 물질들 및 다른 증착 방법이 이용될 수도 있다. 전극들은 하부의 층들을 보호, 특히 이후의 폴리머 층을 증착하는 동안 하부의 층들이 용해되는 것을 막을 수도 있다. 전극들은 인접하는 층들로 좀 더 균일한 전하 캐리어가 주입되도록 도울 수도 있다.
이후, 서브-스토이키오메트릭 실리콘 산화막(SiOx, x〈2) 층(19)이 또한 쉐도우 마스크를 통하여 열 증착에 의해 증착된다. 마스크는 드레인 전극(16) 위의 층(19) 내에, 최종적인 디바이스 내에서의 광전송 영역의 위치를 규정하게 될 구멍을 규정한다. 드레인 전극 위에서의 구멍의 정확한 위치를 보장하기 위해서는, 소스/드레인 쉐도우 마스크 및 층(19)에 대한 쉐도우 마스크를 기계적으로 정렬시키는 것이 유익하다. SiOx의 절연층은 전도성 Au 전극 영역들과 반도체 폴리머와 다른 습윤 특성들을 갖는다. 절연층 및 그의 습윤 특성들은 용액으로부터 광전송 물질의 연속적인 이후의 층이 증착될 수 있도록 하는 데에 이용된다. 이는 또한, 광전송 층의 증착이 바람직한 위치들로 향하게 하는 데에 이용될 수도 있다.
이후, 메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-피-페닐렌 비닐렌 (MEH-PPV)의 층(17)이 층(19) 위에 스핀 코팅되며, 20nm 두께의 반투명 Ca/Ag 음극(13)의 증착에 의해 디바이스가 완성된다.
디바이스를 제조하는 데에 어떠한 포토리소그래피도 필요하지 않다는 사실은 명백한 장점들을 갖는다.
가령 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 환경에서 공정 단계들을 수행하는 것이 유익하는 것을 발견하였다. 공기 및 물은 상기 설명한 바와 같이 SiO2층(18)의 표면을 저하시키는 경향이 있으며, 또한 P3HT를 도핑시키는 것 처럼 보인다. 따라서, 사용전에 P3HT를 비활성 환경에 저장하고, 비활성 환경에서 P3HT 용액을 형성하고 비활성 환경에서 스핀 코팅을 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, 일단 디바이스가 제조되면, P3HT는 실리콘 산화막층들(18 및 19) 사이에 샌드위치됨으로써 어느 정도 환경적으로 보호됨을 유념해야 한다. 이는 본 디바이스의 중요한 장점이다. 실제로는, 서브-스토이키오메트릭 SiOx층(19)이 P3HT의 상부 표면 가까이의 도핑을 줄이기 위하여 산소 게터의 역할을 할 수도 있다. 이는, 트랜지스터가 오프 상태에 있을 때 P3HT의 표면에서의 전류의 흐름이 소스로부터 드레인으로의 전하 누출량에 기인하는 것으로 여겨지기 때문에 중요하다. (도 2의 화살표(B)를 참조하라.) 따라서, 도핑의 감소는 트랜지스터의 ON/OFF 비를 개선할 수도 있다. SiOx층(19)의 개터링 효과는 P3HT층 위에 친수층을 제공함으로써 더 개선될 수도 있다. 최종적인 P3HT층의 벌크 도핑은 약 5×1015cm-3이 될 수도 있다. (이는 캐패시턴스-전압 측정치로부터 추정될 수 있다.)
도 5는 본 발명의 디바이스의 예로서 트랜지스터부의 출력 및 전송 특성을 보여주며, 여기서 채널 길이(도 2에서 L)는 155㎛이며, 채널 폭(W)은 1500㎛이고, 소스-드레인 전압(Vsd)은 -80V이다. (물론, 이 보다 더 작은 디바이스가 제조될 수 있고, 다른 성능의 향상이 기대될 것이다.) 도 5는 1 내지 1.5V/decade의 서브임계 기울기들을 갖는 선명한 턴온 특성을 가지면서 약 VO=0 내지 4V에서 트랜지스터 스위치가 온됨을 보여준다. Vg~0V와 Vg=-60V 간의 온/오프 비는 106을 초과하며, 이는 상기 인용된 지 바오 등의 논문에서 설명된 성능을 두 배 이상의 크기 정도로 향상됨을 나타낸다. 오프 전류는 산화막층(18)을 통한 게이트 누출량 만큼 한정되는 것으로 여겨진다. 이러한 도면들은 본 트랜지스터 디바이스의 성능이 종래의 비정질 실리콘(a-Si) 디바이스들(C. C. Wu 등의 IEEE Electron Device Letters 18, 609(1997) 참조)과 동등하다는 것을 보여준다. 포화 영역에서의 전송 특성으로부터, μsat=0.05 내지 0.1cm2/Vs의 이동도가 얻어질 수 있다. 이 또한 종래 기술에 비하여 상당히 개선된 점이다. 벌크 전도도가 또한 감소되는데, 이는 10-8S/cm 이하로 측정된다.
도 6은 트랜지스터와 협력하는 광방출 디바이스의 성능을 도시한 것으로서, Vsd=-70V와 함께 FET 게이트 전압의 함수인 LED의 휘도(삼각형) 및 FET에 의해 LED에 공급되는 드레인 전류(원형)를 보여준다. 사용되는 디바이스는 300㎛×430㎛의 LED 영역 및 L=75㎛를 갖는다. Vg=-50V에서, FET는 LED에 ~10㎃/cm2의 전류 밀도를 공급하여, 1 내지 5cd/m2정도의 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 측정될 수 있다. 가령 LED 전극들(13, 16) 및 광방출층 중 하나 또는 둘 모두의 사이에, 예를 들어 폴리에틸렌 다이옥시티오펜이 도핑된 폴리스틸렌 설폰산(PEDOT-PSS)의 전하 전송층들을 제공하는 것과 같은 종래의 공지 기술을 이용하고; MEH-PPV, 또는 물질들의 혼합물 대신에 다른 광방출 물질을 이용하거나; 또는 전극들에 대하여 다른 물질들을 이용하여 효율적인 광방출 디바이스들이 제조될 수 있다. (D. Braun 및 A. Heeger의 Appl. Phys. Lett. 58, 1983(1991); 및 N.C. Greenham 및 R.H. Friend의 고체 상태 물리학(1995년 샌디에이고의 아카데미 인쇄소) 제49권 1-149 페이지를 참조하라.) 1%의 외부 양자 효율을 갖는 LED에 의해 하기에 보인 바와 같이, 10㎃/cm2의 전류 밀도는 100Cd/m2의 비디오-휘도 디스플레이에 충분하다.
상기 디바이스가 이용되는 광 데이터 전송 소자에 대한 예로서, 도 7은 액티브 매트릭스 LED 디스플레이의 픽셀을 제어하기 위한 통상적인 회로를 보여주는데(예를 들어, 본원의 참조로서 인용된 미국 특허 제5,550,066호 참조), 여기에서 라인(30)은 전류 공급 라인이고, 라인들(31a 및 31b)은 로우 및 칼럼 라인들이며, 트랜지스터(32)는 스위칭 트랜지스터이고, 캐패시터(33)는 저장 캐패시터이며, 트랜지스터는 전류 트랜지스터이고, 35는 광방출 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 특히 상기 액티브 매트릭스 회로의 편리한 구현을 보여준다. 도 8은 다중-픽셀 디스플레이에 이용될 수 있는 한 레이아웃의 평면도를 나타낸 것으로서, 픽셀들의 로우(35) 곁에서 가동되고 이러한 픽셀들의 트랜지스터의 소스 전극들(37)(도 7에서 37로 나타냄)을 함께 연결하는 전류 공급 라인(30)을 구비한다. (도 7에서 38로 나타낸) 트랜지스터들의 게이트들(14)은 아래로부터, 또는 동일 평면 상의 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.
다른 물질들이 도 2의 디바이스의 모든 층들에 이용될 수 있다. P3HT 대신에, 더 길거나 더 짧은 알킬 사이드-체인들을 갖는 유사한 폴리머들, 또는 자기 유기화 경향이 있는 반도체 폴리머들, 가령 폴리-싸이에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylenes)(PTV)(A. R. Brown 등의 Science 270, 972(1995) 참조), 폴리-파라페닐렌(poly-paraphenylenes)(PPP)(지 클로너(G. Klarner) 등의, Synth. Met. 84, 297(1997) 참조), 폴리-다이세틸렌(poly-diacetylenes)(케이. 도노반(K. Donovan) 등의, Phil. Mag. B 44, 9(1981) 참조); 또는 액체의 결정질 분자 및 폴리머들이 이용될 수 있다. 하나의 바람직한 시도는 모든 층들에 폴리머들을 이용하여, 금속 전극들을, 가령 폴리아닐린 및, 예를 들어 폴리메틸메타클릴레이트(PMMA)(G. Horowitz 등의 Adv. Mat. 8, 52(1996) 참조)를 갖는 실리콘 산화막과 같은 반도체 폴리머로 대체하는 것이다. 이러한 타입의 모든 폴리머 디바이스는 그 제조에 있어서 명백한 공정 상의 장점들을 갖는다.
층 구조가, 폴리머들의 컨쥬게이트된 영역들 및 비-컨쥬게이트된 영역들의 교번적인 층들의 형태를 일반적으로 취하는 것이 유익하다.
폴리-3-헥실티오펜은 고정된-가지(rod) 컨쥬게이트된 백본 및 프렉서블한 사이드 체인들을 갖는 컨쥬게이트된 폴리머의 예이다. 사이드 체인들은 폴리머를 공통의 유기 용제들에서 용해가능하게 한다. 그러나, 사이드 체인들을 종종 전기적으로 절연된다.
가령 폴리-디알콕시-피-페닐렌-비닐렌(S.-A. Chen, E.-C, Chang, Macromoelcules 31, 4899(1998)), 폴리-알킬-디아세틸렌, 또는 폴리-페닐렌-테라프탈레이트(D. Neher, Adv. Mat. 7, 691(1995) 참조)와 같은 대부분의 다른 고정된-가지 폴리머들과 마찬가지로, 폴리-3-알킬티오펜은 고체 상태의 층 타입 구조를 채택한다. 컨쥬게이트된 백본들 및 인접하는 체인들 간의 π-π 인터체인 스택킹에 의해 2차원(2D)의 컨쥬게이트된 평면들이 형성된다. 컨쥬게이트된 평면들은 절연성의 사이드 체인들을 갖는 층들에 의해 분리된다. 컨쥬게이트된 층들이 막의 평면과 평행하게 방위가 지어진다면, FET 디바이스들 내에서 높은 전하 캐리어 이동도가 얻어진다. 만일 폴리머가 어떠한 우선적인 방위도 갖지 않거나, 층들이 막에 대하여 수직의 방위를 갖는 다면, 이동도는 더 작은 크기의 두 배 이상이 된다. 이는 평행한 방위에서, 전하 캐리어들이 절연성의 사이드 체인들에 의해 방해를 받지 않으면서 π-π 인터체인 스택킹 방향을 따라서 체인 간에 쉽게 움직일 수 있기 때문에 고려되는 것이다. 따라서, 컨쥬게이트된 층들의 평행 방위를 갖는 층 구조가 프렉서블한 사이드 체인들을 갖는 단단한-가지의 컨쥬게이트된 폴리머들에서 높은 이동도를 가장 잘 얻어낼 것 같다. 이러한 작용을 나타낼 수도 있는 다른 폴리머들은, 가령 폴리-(2,7-(9,9-다이-n-옥틸플루오린)-3,6-벤조티아디아졸(benzothiadiazole)("F8BT")과 같은 폴리플루오린을 포함한다.
트랜지스터에서의 일반적인 전류의 흐름이 도 2에서의 화살표(A) 방향이기 때문에, 예를 들어 P3HT층의 평면에 수직인 방향에서의 정렬을 조장하는 것에 부가하여, 기계적인 문지름, 광정렬 등에 의해 의해 야기된 바람직한 선형 방위를 갖는 기판 위에 P3HT를 증착함으로써, 그 방향에서의 P3HT 체인들의 정렬을 조장하는 것이 유익할 수도 있다.
본원에서 설명되는 트랜지스터의 개선된 성능은 확장된 전류 전송 상태의 형성에 기인한 것일 수도 있다고 여겨진다. 형성되는 상태들에 대해서는, 마이크로결정질 정도가 아니라면, 표명된 짧은 범위가 기대될 수 있다. P3HT의 정렬된 층 구조는 자기 유기화, 짧은 범위의 정렬에 의해 확장된 상태들, 및 그레인 바운더리, 집합, 구조적인 결합, 잔여 도핑 등과 관련된 국부화된 상태들을 갖는 전자 구조를 야기시킨다. 예를 들어 작은 상태 밀도를 갖는 비교적 큰 분포를 갖는 경우에서 처럼, 페르미 레벨(EF)이 국부화된 상태들의 분포를 인식하여, 결과적으로 μFET는 게이트 전압(Vg)에 대한 강한 의존성을 보인다. 도 9는 320K 및 144K에서의 P3HT의 포화 영역에서의 트랜스컨덕턴스를 보여준다. (도 1에 도시한) 하부 컨택들이 아닌 (도 2에 도시한) 소스 및 드레인 전극들을 이용하는 것이 P3HT에 대한 매끄러운 표면이 증착될 수 있게 함으로써 P3HT의 정렬을 돕는 것으로 여겨진다는 것을 유념하다. 그러나, 하부 전극들(또는, 다른 전극 구성들)이 이용될 수 있다.
저중합체/작은 분자 물질들이 아닌 (가령 P3HT와 같은) 폴리머 컨쥬게이트된 물질들의 이용은 또한 몇 가지의 공정 상의 장점들을 제공한다. 폴리머 물질들은 일반적으로 실온에서 증착이 가능하여, 공정을 더 용이하고 값싸게 하고 다른 광범위한 기판 물질들(예를 들어, 디스플레이 디바이스에 대하여 유리 대신 플라스틱)과의 호환성을 제공한다. 또한, 폴리머들은 일반적으로 더 강하며, 그리고 후공정 단계 동안 손상되는 경향이 덜하다.
폴리머 디바이스들의 다른 장점들, 특히 무기 디바이스들을 능가하는 장점은 폴리머층들이 일반적으로 프렉서블하다는 것이다. 이는 연속적인 층들 간의 부정합 문제를 감소시켜 다중층 집적을 더 용이하게 할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 유기 LED를 공급하는 대신에, 도 2의 트랜지스터가 호환가능한 집적 회로의 일부로서 이용될 수 있으며, 광 신호를 방출하는 광전기 디바이스를 공급하는 데에 이용되거나, 또는 무기 LED, 또는 가령 액정 픽셀 또는 메모리 소자, 로직 소자 또는 다른 폴리머 트랜지스터들과 같은 디스플레이 디바이스의 다른 형태를 공급하는 데에 이용된다. 디바이스의 개선된 통과 전류는 단지 스위칭이 아닌 (또는 스위칭에 부가하여) (예를 들어, 광 방출과 같은 기능을 수행하기 위한, 또는 전하 저장 목적을 위한) 상당한 전류를 이용하는 공급 회로 소자(들)에 대하여 특히 적절하다.
SiOx층(19)은 디바이스의 광방출 영역을 규정하는 전극들(13, 16)의 오버랩 영역에 따라서 생략될 수 있다. 이렇게 되면, 디바이스 제조시 층(17)을 증착하는 동안 층(15) 물질과의 용제 호환성을 보장하는 것이 중요하다. 이러한 어려움을 피하게 하는 것이 층(19)의 다른 장점이다.
FET-LED의 성능은 폴리(2,7-(9,9-다이-n-옥틸플루오린)-(1,4-페닐렌-((3-카르복시페닐)이미노)-1,4-페닐렌-((3-카르복실페닐)이미노)-1,4-페닐렌))(BFA) 및 F8BT의 광방출 폴리머층을 이용하여, 상기 설명한 단일층 MEH-PPV를 이중층 LED로 교체함으로써 개선될 수 있다. 이러한 이중층 LED를 이용하여 100Cd/m2을 초과하는 실질적인 비디오 휘도가 얻어졌다(도 11 참조).
0.05-0.1cm2/Vs의 전계-효과 이동도 및 106-108의 ON/OFF 전류비를 갖는 P2HT FETs가 제조되었다. 높은 ON/OFF 전류비를 얻기 위하여, N2환경에서 공정이 수행되며, 잔여 도핑 원자들이, 예를 들어 P3HT의 표면 위에 서브스토이키오메트릭 SiOx층을 증착함으로써, 또는 히드라진 증기를 줄이기 위하여 막들을 몇 분 동안 노출시킴으로써 화학적으로 감소된다. 이러한 디바이스의 특성들이 도 12에 도시된다. 이들은 Si 박막 트랜지스터들의 특성들과 비교가능하다.
제 1 회로 소자(FET)로부터 제 2 회로 소자(예를 들어, LED)에 구동 전류를 공급함으로써, 제 2 회로 소자로부터 광신호를 전송하는 대신에, 제 2 회로 소자를 이용하여 광신호를 검출한 다음, 이를 제 1 회로 소자를 이용하여 전류 또는 전압 신호로 변환시킬 수도 있다. 이러한 기능에 대한 하나의 가능한 구현이 도 13에 도시되는데, 여기에서는 제 2 회로 소자가 음극과 폴리머 트랜지스터의 플로팅 게이트 전극 상에 샌드위치된 광전지 또는 광전류 모드에서 작동하는 폴리머 광다이오드이다. 광다이오드가 빛을 흡수하게 되면, 트랜지스터의 게이트 전극 상에서 광전압이 발생하여 트랜지스터 소스-드레인 전류의 변조를 야기시킨다. 이러한 집적된 광다이오드-FET 디바이스의 구성은 (도 14에 비교를 위해 도시한) LED-FET 디바이스의 것과 유사하다. 이는 로직 회로에서의 다른 처리를 위하여 광다이오드로부터 신호를 증폭하기 위한 제 1 단의 회로가 될 수 있다.
도 13 내지 18에서, 도시된 디바이스들의 구성요소들은 기판(50), 드레인 전극(51),소스 전극(52), 트랜지스터 액티브 영역(53), 게이트 절연층(54), 절연층(55), 게이트 전극(56), 광방출/광감지 영역(57), 전극(58), 광 방향 화살표(59), 스위칭 전류 흐름 화살표(60)의 참조 부호로 표시된다.
도 13의 폴리머 광다이오드의 액티브층(57)은 단일 또는 다중층 구성으로 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. Friend, Nature 395, 257(1998); 및 J.J.M Halls 등의 Nature 376, 498(1995) 참조).
상기 설명된 송신기 및 수신기 디바이스들은 함께 이용되어 집적된 광전자 회로를 형성할 수도 있는데, 이 회로에서는 광신호가 검출된 다음 이 신호가 지정된 로직 기능에 따라서 다른 광신호로 변환된다. 로직 기능은 중요한 소자들로서 트랜지스터들을 구비하는 집적된 로직 회로에 의해 실행될 수도 있다(C. J. Drury 등의 Appl. Phys. Lett. 73, 108(1998) 참조). 이는 도 19에 개략적으로 도시된다. 유입 및 유출되는 신호들의 파장은 같거나, 또는 다를 수도 있다. 이들 중 어느 하난 또는 둘 모두는 사람의 눈으로 볼 수 있는 스펙트럼의 바깥에 있을 수도 있다. 디바이스는 공통 기판 상에 검출, 전송 및 전자 요소들을 집적함으로써 구현될 수도 있다. 이러한 회로를 작동시키는 데에 필요한 전력은 동일한 기판 위에 집적된 광전지 셀(J.J.M Halls 등의 Nature 376, 498(1995)), 또는 박막 배터리(A. G. Mac Diarmid, R. B. Kaner, in "Hnadbook of Conducting Polymers", ed. T.A. Skotheim, Vol.1, p. 689(Marcel Dekker, New York, 1986)에 의해 제공될 수도 있다. 집적된 광전자 회로의 구성요소들 중 일부 또는 전부가 유기적일 수도 있다. 일부 또는 전부의 구성요소들은 용액으로부터 처리될 수 있으며, 가령 잉크젯 프린팅과 같은 적절한 기술에 의해 패턴화된다.
송신기 및 수신기 디바이스들은 또한 개별적인 기판 상에 제조될 수도 있다. 광신호가 이들 두 디바이스들 간의 데이터 전송에 이용될 수도 있다. 이는 도 20에 개략적으로 나타내었다.
광 송신기 및 수신기는 다른 구성을 갖는 제 1, 2 회로 소자들로서 집적될 수 있다. 제 2 회로 소자는 제 1 소자의 위에(도 15), 제 1 소자의 아래에(도 16), 또는 제 1 소자의 옆에(도 17) 있을 수도 있다. 도 15 내지 17은 예시적인 구성들을 보여준다. 광은 상부 또는 하부 전극을 통하여 방출될 수도 있다. LED의 전극들은 반투명(예를 들어, 금속 박막)하거나, 또는 투명(가령, 인듐-틴-옥사이드 전도체들)할 수도 있다.
광은 또한 도파관에 결합될 수도 있다(도 18). 도파관을 제공하기 위해서는, 통상적인 굴절률 관계: 이 경우에는 n2〉n1, n3(SiOx), n4(P3HT)가 준수되어야 한다. 이는 광학/전기적인 기능성을 갖는 외부 내부 포트들쪽의 채널들에 이용될 수 있다. 트랜지스터 또는, 하위 또는 상위 레벨에 있는 다른 소자들에 광을 결합하기 위해서는, 누설 도파관 모드들 또는 성실하게 가이드된 모드의 후부를 통한 결합을 허용할 수 있도록 굴절률 콘트라스트가 적절하게 감소 또는 반전될 수도 있다.
디바이스의 하나 또는 그 이상의 층들은 나노 단위의 입자들을 포함하여 그들의 작동을 개선시킬 수도 있다.
본 발명은 본원에서 함축적으로 또는 명백하게 설명된 모든 특징 또는 특징들의 결합, 또는 그들의 모든 개념을, 첨부된 청구항과의 관련 여부에 상관없이 포함할 수도 있다. 상기 설명에 비추어, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (78)

  1. 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 회로 구동 스위칭 소자와; 그리고
    상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자로부터 구동 전류를 수신하기 위하여 상기 스위칭 소자의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 제 2 회로 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집적 회로 디바이스는 층들로 구성되며, 상기 스위칭 소자는 제 1 층에 의해 제공되고, 상기 제 2 회로 소자는 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 소자와 상기 제 2 회로 소자를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 절연층을 통과하는 전기 전도성의 상호연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 회로 소자는 디스플레이 소자인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 회로 소자는 광방출 소자인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광방출 소자는 광방출 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광방출 유기 물질은 광방출 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 상기 출력 전극은 상기 광방출 소자의 한 전극인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 상기 디스플레이 소자를 위한 액티브 매트릭스 제어회로의 일부인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  11. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 폴리머 체인들 사이에서와 같이 정렬되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  12. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도체 폴리 물질은, 적어도 부분적으로, 위상-분리되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  13. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도체 폴리 물질은 자기 유기화되는 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은 층 구조로 자기 유기화되는 경향이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은, 컨쥬게이트된 영역들의 층들과 비-컨쥬게이트된 영역들의 층들이 교번되는 층 구조로 자기 유기화되는 경향이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  16. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도체 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  17. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 정렬을 촉진시키는 그의 백본 내에, 또는 백본에 매달린 치환분들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  18. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도페 폴리머는 공수 사이드-체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  19. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 반도체 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  20. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 입력, 출력 및 스위칭 전극들 중 적어도 하나는 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  21. 제 3 항에 직접 또는 간접적으로 의존하는 제 4 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층은 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  22. 선행하는 모든 항들에 있어서, 상기 스위치가능한 영역은 상기 스위칭 전극과 상기 입력 및 상기 출력 전극들 사이에 위치된 층의 형태인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  23. 반도체 폴리머 물질을 포함하는 영역을 갖는 전자 디바이스 형성 방법으로서,
    증착된 폴리머의 정렬을 촉진시키는 공정에 의해 반도체 폴리머를 증착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 증착 단계는 상기 폴리머가 자기 유기화되는 경향이 있는 용제 내에 상기 폴리머를 용해하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 증착 단계는 상기 폴리머가 자기 유기화되는 경향이 있는 용제로부터 상기 폴리머를 코팅하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 증착 단계는 비활성 환경에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 증착 단계는 상기 폴리머의 정렬을 조장하기 위한 기판을 준비하는 단계와, 그리고 상기 기판 위에 상기 폴리머를 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 기판을 준비하는 단계는 상기 기판의 표면을 더 공수적으로 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 반도체 폴리머 위에 적어도 하나의 전극을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 자기 유기화되는 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 23 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 정렬을 촉진시키는 그의 백본 내에, 또는 백본에 매달린 치환분들을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 23 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 공수 사이드-체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 23 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 23 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 디바이스 위에 광방출 디바이스를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 광방출 디바이스는 상기 전자 디바이스와 함께 집적되는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 34 항 또는 제 36 항에 있어서, 상기 광방출 디바이스는 광방출 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 23 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 디바이스는 스위칭 디바이스인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 전자 디바이스는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 상기 전자 디바이스는 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 입력 전극과 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 23 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 회로 소자 표면의 습윤 특성들은 그 위에서 이후의 층들이 증착될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 23 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머의 위에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 절연층은 상기 반도체 폴리머로부터 잔여 도펀트들을 끌어당길 수 있는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 41 항 내지 제 43 항에 있어서, 상기 절연층 표면의 습윤 특성들은 그 위에 다른 층이 증착될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 41 항 내지 제 44 항에 있어서, 절연층 표면의 다른 습윤 특성들 및 인접하는 전도성 영역들의 특성들이 이용되어 이후의 층들이 바람직한 위치에 증착되도록 안내하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 41 항 내지 제 45 항에 있어서, 상기 절연층은 제 2 회로 소자 층들이 증착 또는 작동하는 동안 상기 제 1 회로 소자의 층들의 용해 및 저하되는 것을 막는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 41 항 내지 제 46 항에 있어서, 상기 절연층의 기계적인 특성들은 디바이스가 얇은 층으로 갈라지는 현상 또는 다른 형태의 기계적인 실패를 막는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 23 항 내지 제 47 항에 있어서, 상기 제 1, 2 회로 소자 사이에는 이 두 소자들 간의 전기적인 호환성을 보장하기 위한 전도층이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 23 항 내지 제 48 항에 있어서, 상기 전도층은 상기 제 2 회로 소자 내로의 균일한 전류 주입을 보장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 23 항 내지 제 49 항에 있어서, 상기 전도층은 상기제 2 회로 소자 내로의 효율적인 캐리어 주입을 보장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 입력 전극과 출력 전극 간의 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 회로 구동 스위칭 소자와; 그리고
    상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자의 전극들 중 하나에 전기적으로 결합되는 전기-광학 회로 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 집적 회로 디바이스는 층들로 구성되며, 상기 스위칭 소자는 제 1 층에 의해 제공되고, 상기 전기-광학 회로 소자는 제 2 층에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  53. 입력 전극과, 출력 전극과, 상기 입력 전극과 출력 전극 사이에 전기적으로 결합되며 반도체 폴리머 물질을 포함하는 스위치가능한 영역과, 그리고 제어 전극에 바이어스를 적용하여 상기 입력 전극과 상기 출력 전극 간의 상기 스위치가능한 영역을 통한 전류의 흐름을 변화시킬 수 있도록, 상기 스위치가능한 영역에 전기적으로 결합되는 상기 제어 전극을 갖는 스위칭 소자와; 그리고
    다중층-스택 구성으로 상기 스위칭 소자와 함께 집적되며, 상기 스위칭 소자의 전극과 전기적으로 결합되는 제 2 회로 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 제 2 회로 소자 또한 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  55. 제 52 항 내지 제 54 항에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이의 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 스위칭 소자와 상기 전기-광학 회로 소자를 전기적을 연결하기 위하여 상기 절연층을 통과하는 전기 전도성의 상호연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  57. 제 51 항 내지 제 53 항 및 제 55 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 회로 소자는 광방출 소자인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 전기-광학 회로 소자의 입력 전극은 상기 스위칭 소자의 출력 전극에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  59. 제 51 항 내지 제 53 항 및 제 55 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 회로 소자는 광감지 소자인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  60. 제 59 항에 있어서, 상기 광감지 소자의 출력 전극은 상기 스위칭 소자의 입력 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  61. 제 59 항에 있어서, 상기 광감지 소자의 출력 전극은 상기 스위칭 소자의 제어 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  62. 제 51 항 내지 제 53 항 및 제 55 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서, 광전기 소자는 광방출 및/또는 광감지 유기 물질을 포함하는 광전기 액티브 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 광방출 및/또는 광감지 유기 물질은 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  64. 제 51 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 폴리머 체인들 사이에서와 같이 정렬되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  65. 제 51 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은, 적어도 부분적으로, 위상-분리되는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  66. 제 51 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은 자기 유기화되는 경향이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  67. 제 66 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은 층 구조로 자기 유기화되는 경향이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  68. 제 67 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 물질은, 컨쥬게이트된 영역들의 층들과 비-컨쥬게이트된 영역들의 층들이 교번되는 층 구조로 자기 유기화되는 경향을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  69. 제 51 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머는 컨쥬게이트된 백본을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  70. 제 51 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머는 인접하는 폴리머 체인들의 정렬을 촉진시키는 그의 백본 내에, 또는 백본에 매달린 치환분들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  71. 제 51 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머는 공수 사이드-체인들을 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  72. 제 51 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머는 폴리-헥실티오펜인 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  73. 제 51 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력, 출력 및 스위칭 전극들 중 적어도 하나는 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  74. 제 54 항에 직접 또는 간접적으로 의존하는 제 51 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층은 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 디바이스.
  75. 스위칭 소자들, 저항 소자들, 용량성 소자들, 광전지 소자들, 광전도성 소자들, 광방출 소자들, 및/또는 에너지 저장 디바이스들 중 어떠한 것 또는 모든 것을 포함할 수도 있는 대규모 회로의 일부를 형성하는 상기 청구항들 중 어느 한 항에서 청구된 집적 회로 디바이스.
  76. 첨부된 도면 도 2 내지 도 20을 참조하여 본원에서 실질적으로 설명된 전자 디바이스 제조 방법.
  77. 제 23 항 내지 제 50 항 또는 제 76 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성된 전자 디바이스.
  78. 첨부된 도면 도 2 내지 도 20을 참조하여 본원에서 실질적으로 설명된 전자 디바이스.
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