KR20140007357A - 반도체 구조물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 구조물(structure) 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 반도체 구조물은 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하며, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리된다. 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부(opening)를 포함한다. 반도체 영역은 특정 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위를 갖는 1 이상의 유기 반도체 물질, 특히 DPP 중합체를 포함한다. 도체 영역은 특정 일함수를 갖는 전도성 물질을 포함하며, 상기 특정 에너지 준위와 일함수의 조합은 전도성 영역의 단순한 제조를 가능하게 한다.
추가로 본 발명은 이러한 반도체 구조물을 제공하는 방법에 관한 것이다.
추가로 본 발명은 이러한 반도체 구조물을 제공하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유기 반도체 구조물(structure) 분야, 특히 디케토피롤로피롤(DPP) 중합체에 기초한 수직형 반도체 구조물 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 반도체 구조물은 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하며, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부(opening)를 포함하며, 반도체 영역은 특정 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위를 갖는 1 이상의 유기 반도체 물질, 특히 DPP(디케토피롤로피롤) 중합체를 포함하고, 도체 영역은 특정 일함수를 갖는 전도성 물질을 포함한다.
WO 2010/049321에서 및 WO 2008/000664에서는, 반도체 물질이 디케토피롤로피롤(DPP) 중합체인 유기 반도체 구조물이 기술되어 있다. 추가로, 구조물 내에서 게이트 유전체에 의해 절연 처리된 게이트의 사용이 일반적으로 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래 기술 문헌들은 게이트의 형태 또는 구조물에 관해서는 언급하지 않는다.
US 2006/0086933 A1에서는, 빗형(comb-like) 전극 또는 망형(meshed) 전극을 갖는 유기 반도체 구조물이 기술되어 있다. 게이트 전극은 포토리소그래피(photolithography)에 기초하여 패턴이 형성된다.
US 2009/0001362 A1에서는, 전자-빔 직접 리소그래피(lithography)에 의해 패턴이 형성된 빗형 전극을 갖는 유기 반도체 구조물이 기술되어 있다.
이러한 종래 기술의 패턴 형성 방법들은 상당한 양의 시간을 필요로 하며 고처리량(high throughput) 공정에 적합하지 않다.
추가로, 문헌[Yu-Chiang Chao et. al., "High-performance solution-processed polymer space-charge-limited transistor", Organic Electronics 9 (2008), pp. 310-316]에서는, 직경 200 nm인 개구부를 지닌 전도성 Al-층의 사용을 기술하고 있다. 이의 크기로 인해, 개구부는 Al 및 폴리스티렌 구를 침착시키고 이어서 제거함으로써 형성된다. 반도체로서, 폴리(3-헥실티오펜)과 같은 물질이 사용된다. 이 기법에 대해서, 폴리스티렌 구의 제거는 자동화된 고처리량 공정에서 확실하게 실현될 수 없다는 점을 유의해야 한다. 추가로, 결과로 생성되는 패턴은 통계적으로 배열된 구에 기초한다. 특히, 구의 막힘(clogging)은, 큰 정도로 변화할 수 있는, 막힌 클러스터당 구의 숫자에 따르는 개구부 크기를 야기한다. 따라서, 패턴은 확실하게 측정될 수 없고 부적당하게 큰 개구부 크기는 제외될 수 없다.
문헌[Chao et al., Applied Physics Letters 88 (2006) 223510]에서뿐만 아니라 US-2009/0181513 A1에서는, 200 nm 및 500 nm의 크기인 전도성 Al-층에 개구부를 도입시킨다. 200 nm 및 특히 500 nm의 큰 개구부는 트랜지스터에서 큰 오프-전류(off-current)를 나타내는데, 이는 Al과 폴리(헥실-티오펜) 사이의 작은 공핍 폭(depletion width)이 전하 수송을 방지하기에 불충분하기 때문이며, 따라서 큰 오프-전류 및 낮은 트랜지스터 성능을 야기한다.
문헌[Yasuyuki Watanabe et. al., "Characteristics of organic inverters using vertical- and lateral-type organic transistors", Thin Solid Films 516 (2008), pp. 2731-2734]에서는, 반도체로서 펜타센에 기초한 트랜지스터 구조물이 나타나 있으며, 여기서 펜타센 내의 게이트는 슬릿의 형태이다. 그러나, 슬릿은 오직 일 방향으로, 즉 슬릿에 수직으로만 게이트 물질 및 사이 공간의 주기적 시퀀스를 제공한다. 슬릿들 중에서, 게이트 물질 및 사이의 공간은 교대 방식으로 제공되지 않아 게이트 물질로 인한 높은 게이트 전압 감도와 사이 공간으로 인한 높은 소스(source)-드레인(drain) 전류가 동일한 지역에서 제공될 수 없게 한다. 이것은 트랜지스터의 낮은 전기적 특성을 야기한다.
US 2009/0042142 A1에서뿐만 아니라 US 2005/0196895 A1에서는, 격자로 나타난 전도성 물질의 관통된 중간 층을 갖는 유기 반도체 디바이스를 나타낸다. 격자의 개구부는 50~200 nm의 상승된 부분을 구비한 패턴 형성 다이에 의해 제공된다. 격자는 유기 반도체에 대하여 단리된다. p-형 반도체 물질로서, PTCDA, CuPc 및 a-NPD와 같은 유기 반도체 물질이 제안되었다. 패턴 형성 다이는 반도체 물질에 패턴을 기계적으로 전사한다. 그러나, 50~200 nm인 이 크기에서 상승된 부분은, 패턴 형성 다이의 현저한 공차로 인해 및 상승된 부분의 소모 및 변형으로 인해 확실한 방식으로 제공될 수 없다. 따라서, 또한 개구부 크기로부터 유도되는 반도체 디바이스의 전기적 특성(게인(gain), 드레인-소스 전류 등)은 확실한 방식으로 재생될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 확실한 전기적 특성 및 고처리량을 가능하게 하는 반도체 구조물 및 이러한 반도체 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 상기 목적은 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하는 반도체 구조물에 의해 해결될 수 있음이 확인되었으며, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부를 포함하며, 반도체 영역은 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위 EH를 갖는 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하고, EH는 순환 전압전류법(cyclic voltammetry)(하기 참조)에 의해 측정된 바와 같이 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV로 정의되며, 도체 영역은 |EH| - 1.5 eV ≤ |EC| ≤ |EH| - 0.4 eV로 정의된 일함수 EC를 갖는 전도성 물질을 포함한다.
에너지 준위 EH의 대안적 범위는: 5.1 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV 또는 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.7 eV 또는, 바람직하게는, 5.1 eV ≤ |EH| ≤ 5.7 eV이다.
1 이상의 도체 영역 각각은 2 이상의 반도체 영역들 중 2 개를 분리시킨다. 각 도체 영역의 각 면에서, 반도체 영역들 중 1 개는 도체 영역에 접촉한다. 각 도체 영역들과 각 반도체 영역들 사이의 접촉은 쇼트키 접촉(Schottky contact)이다.
1 이상의 도체 영역에 의해 분리된 반도체 영역들 사이의 자유 전하 운반체의 전류는, 개구부를 포함하는 도체 영역으로 제어될 수 있고, 상기 개구부를 통해 자유 전하 운반체가 하나의 반도체 영역으로부터 도체 영역에 이어지는 반도체 영역으로 통과할 수 있다. 따라서, 도체 영역은 반도체 영역 및 1 이상의 도체 영역으로 형성된 수직형 트랜지스터의 게이트 또는 기초로 여겨질 수 있다. 추가로, 도체 영역은 전자관 구조물의 고체 당량(solid equivalent)의 격자로 여겨질 수 있다. 1 이상의 도체 영역은 자유 전하 운반체의 전류를 제어할 수 있는 1 이상의 반도체 영역 내에서 전기장을 부여하도록 적용된다. 이러한 2 이상의 반도체 영역들 사이의 자유 전하 운반체의 전류는 소스-드레인 전압이라는 의미에서 반도체 영역에 부가된 전압의 결과이며, 여기서 전류는 게이트의 기능을 갖는 도체 영역의 전압으로 제어된다. 전도성 영역에서의 게이트 전압은 격자 개구부로 연장되는 공핍 영역의 폭을 제어한다. 공핍 영역의 폭은 결과적으로 개구부를 통한 전류를 제어한다. 본 발명의 반도체 구조물의 특정 전기적 특성은 1 이상의 전도성 층에 가해진 제어 전압 또는 제어 전류 상의 전류의 의존성에 의해 규정된 게인뿐만 아니라 도체 영역을 통한 전류의 최대 벌크 전류 밀도이다. 본 발명의 반도체 구조물은 현저하게 향상된 전기적 특성을 나타냄이 확인되었다.
추가로, 향상된 전기적 특성은 또한 전도성 층의 구조적 요소가 더 큰 차원에서 제공되는 경우 달성된다. 본 발명에 따라, 반도체 구조물은 더 큰 게이트 구조물로 인해 공차 또는 변형의 절대 영향(absolute influence)이 감소되기 때문에 더 큰 정밀성(precision)으로 제조될 수 있다. 추가로, 다수의 패턴 형성 매커니즘, 특히 오직 더 큰 구조물 차원에 대해서만 적합한 패턴 형성 매커니즘을 사용할 수 있다. 추가로, 큰 공핍 폭이 본 발명의 물질의 조합으로 제공될 수 있다. 더 큰 개구부로 인해, 공차의 영향이 감소되고, 정밀성이 향상될 수 있다. 따라서, 구조물과 연관된 전기적 특성은 더 큰 정밀성으로 규정될 수 있다. 결과적으로, 제조된 반도체 구조물의 폐품 발생률(scrap rate)은 현저히 감소한다.
본 발명에 따라, 상기 1 이상의 도체 영역은 전도성 물질로 제조되는 1 이상의 도체 영역이다. 전도성 물질로서, 물질은 104 Ωm 미만, 103 Ωm 미만, 102 Ωm 미만, 또는 10 Ωm 미만의 특정 전기적 저항을 갖는 것을 의미한다. 바람직하게는, 전도성 물질은 10-3 Ωm 미만, 10-5 Ωm 미만, 또는 10-6 Ωm 미만의 특정 전기적 저항을 가진다. 가장 바람직하게는, 전도성 물질의 특정 전기적 저항은 5 x 10-7 Ωm 미만이거나 1 x 10-7 Ωm 미만이며, 특히 알루미늄의 특정 전기적 저항의 범위 내이다.
도체 영역은 필수적인 영역이고, 각 반도체 영역에 대해, 반도체 영역의 모든 하부 영역(subregion)들은 전기적으로 연결되어 있다. 추가로, 2 개의 도체 영역을 분리시키는 반도체 영역은 이러한 반도체 영역들과 동일하게 연장되거나 이러한 반도체 영역들의 부분들과 동일하게 연장된다. 특히, 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역은 적층(stacked)되거나 라미네이트화(laminated)된 구조물로 제공될 수 있다. 본 발명의 내용에서, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 반도체 영역은 중간 도체 영역의 개구부를 통해 연결된다. 추가로, 개구부 바깥쪽, 즉 개구부 측면의 전도성 물질은 각각의 반도체 영역을 물리적으로 분리시킨다.
1 이상의 도체 영역 내의 개구부는 바람직하게는 동일한 형상이며 특히 동일한 단면을 가진다. 추가로, 개구부는 바람직하게는 동일한 단면적을 가진다. 개구부는 관통형 구멍(through-hole)이다. 이것은 도체 영역의 양쪽 면으로부터 인접한 반도체 영역들을 연결시킨다. 개구부는 상기 도체 영역이 따라 연장되는 방향으로 기울거나 상당히 수직인 방향을 따라 연장된다.
반도체 영역은 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함한다. 1 이상의 유기 반도체 물질은 p-형 반도체이고 자유 양전하를 제공한다. 추가로, 반도체 물질은 바람직하게는 각 반도체 영역의 최대 폭(complete width)을 통해 연장된다. 따라서, 반도체 영역은 필수적인 반도체성 영역을 형성한다. 반도체 영역은 각 반도체 영역의 최대 폭을 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 반도체 영역은 도체 영역들 사이에 또는 전극과 도체 영역 사이에 제공될 수 있다. 추가로, 적어도 반도체 영역들 중의 반도체 물질은 물리적 접촉이 도체 영역 내의 개구부에 의해 도체 영역으로 분리되는 반도체 영역들 사이에 주어지도록 개구부를 따라 연장된다. 이것은 바람직하게는 반도체 구조물의 모든 도체 영역 및 반도체 영역에 적용된다.
1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역은 바람직하게는 적층된 또는 라미네이트화된 구조물을 제공하는 적층된 방식으로 서로 평행하게 연장된다. 추가로, 또한 반도체 영역 및 1 이상의 도체 영역에 평행하게 연장되는, 전극들이 또한 제공될 수 있다. 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역들은 바람직하게는 층으로 제공된다. 추가로, 도체 영역은 반도체 영역들 중 하나로부터 반도체 영역들 중 다른 하나로 연장된다. 바람직하게는, 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역의 각각은 일정한 두께로 제공되며, 여기서 두께는 영역들 중 하나가 연장하는 방향에 수직인 방향으로 주어진다.
반도체 영역의 유기 반도체 물질은, 또한 HOMO로 지칭되는 최고준위 점유 분자 궤도의 에너지 준위에 상응하는 특정 에너지 준위 EH를 가진다. HOMO 준위 EH는 자유 전하 운반체를 제공하기 위한 유기 반도체 물질의 친화도를 반영한다. 특히, HOMO 준위는 유기 반도체 물질로부터 자유 전하 운반체를 제공하기 위해 필수적인 에너지를 반영하고, 여기 에너지와 비교될 수 있다. 본 발명에 따라, EH의 절댓값은 5.0 eV 이상 또는 5.1 eV 이상이고 5.7 eV 또는 5.8 eV를 초과하지 않는다. 추가로, LUMO 준위, 즉 최저준위 비점유 분자 궤도 준위의 절댓값은 바람직하게는 3.3~4.1이다.
본 발명에 따른 도체 영역의 전도성 물질은 본 발명의 반도체 구조물의 유익한 전기적 및 기계적 특성을 제공하기 위해 반도체 물질의 에너지 준위 EH에 적용된다. 전도성 물질은 일함수 EC를 가지며, 이의 절댓값은 1.5 eV로 감소한 EH의 절댓값 이상이다. 일함수 EC의 절댓값은 0.4 eV로 감소한 EH의 절댓값을 초과하지 않는다. 따라서, 일함수 EC의 절댓값은 EH의 절댓값 미만이다. 특히, 일함수 EC의 절댓값과 EH의 절댓값의 차는 0.4 eV 이상이다. 추가로, 일함수 EC의 절댓값과 EH의 절댓값의 차는 1.5 eV 를 초과하지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 유기 반도체 물질은 Np ≤ 1 x 1016 cm-3, Np ≤ 8 x 1015 cm-3, Np ≤ 6 x 1015 cm-3, Np ≤ 5 x 1015 cm-3, Np ≤ 1016 cm-3, Np ≤ 4 x 1015 cm-3, Np ≤ 2 x 1015 cm-3, 또는 Np ≤ 1 x 1015 cm-3인 양전하 운반체 당량 Np의 벌크 농도를 가진다. 양전하 운반체 당량은 자유 양전하 운반체, 예를 들어 정공(hole)의 전기적 효과를 갖는 유기 반도체 물질 내의 양전하 분포이다. 양전하 운반체 당량은, 양전하 운반체 당량의 정전기 효과가 1 전하 단위로 충전되는 양성 자유 전하 운반체의 정전기 효과에 상응하는 경우, 전하 단위에 상응한다.
유기 반도체 물질 내 상이한 벌크 농도는 이의 구조물 상의 유기 반도체 물질 내의 전하 운반체 당량의 벌크 농도의 의존성 때문에 유기 반도체 물질의 별개의 물리적 구조물에 의해 제공될 수 있다. 특히, 이것은 용액으로 침착되는 유기 반도체 물질에 적용되고, 여기서 용액의 농도, 용매의 종류, 공정 온도, 반도체 물질 상에 가해지는 기계적 압력, 예를 들어 원심력, 공정 지속(process duration) 및 용액의 제조 이후로 경과한 시간 중 1 이상이 전하 운반체 당량을 정의한다.
더욱 바람직한 실시양태에 따라, 반도체 구조물은 반도체 영역 내에서 100 nm 이상의, 바람직하게는 125 nm 이상의, 가장 바람직하게는 250 nm 이상의 공핍 폭 ld을 제공하도록 적용된다. 공핍 폭은 외부 전압이 도체 영역에 가해지지 않는 조건으로 적용된다. 추가로, 반도체 구조물은 75 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상, 300 nm 이상, 400 nm 이상, 500 nm 이상, 600 nm 이상, 700 nm 이상, 800 nm 이상, 900 nm 이상, 또는 1 ㎛ 이상의 공핍 폭 ld를 제공하도록 적용된다. 공핍 폭은 적합한 준위에서 양전하 운반체 당량 Np의 벌크 농도 및 전도성 물질의 일함수 EC, 1 이상의 유기 반도체 물질의 최고준위 점유 분자 궤도의 에너지 준위 EH 중 1 이상에 의해, 제공되거나 적용될 수 있다. 공핍 폭은 외부 전압이 도체 영역에 가해지지 않는 조건에서의 공핍 영역의 폭이다.
반도체 영역의 물질들을 고려하는 한, 본 발명의 상기 기술된 실시양태가 실현될 수 있도록 하는 경우 어떠한 특정 제한도 존재하지 않는다.
바람직한 실시양태에 따라, 1 이상의 본 발명의 반도체 구조물의 반도체 영역은 반도체 물질로서 1 이상의 적합한 디케토피롤로피롤(DPP) 중합체를 함유한다. 바람직하게는, 1 이상의 반도체 영역은 반도체 물질로서 1 이상의 적합한 DPP 중합체를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 1 이상의 반도체 영역 각각은, 반도체성 물질로서, 1 이상의 적합한 DPP 중합체를 포함하며, 여기서 주어진 반도체 영역에 포함된 1 이상의 DPP 중합체는 또 다른 반도체 영역의 1 이상의 DPP 중합체와 동일하거나 상이하다.
일반적으로, 본 발명의 DPP 중합체는 반복 단위로 화학식 
에 의해 표시되는 1 이상의 DPP 골격을 갖는 중합체이다. DPP 중합체의 예 및 이의 합성은, 예를 들어, US6451459B1, WO05/049695, WO2008/000664, WO2010/049321, WO2010/049323, WO2010/108873, WO2010/115767, WO2010/136353, PCT/EP2011/060283 및 WO2010/136352에 기술되어 있다.
바람직한 실시양태에 따라, 1 이상의 유기 반도체 물질은 반복 단위로 하기 화학식으로 표시되는 1 이상의 DPP 골격을 갖는 디케토피롤로피롤(DPP) 중합체를 포함한다:
[상기 식에서, R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 수소; C1-C100 알킬 기; -COOR106; 1 이상의 할로겐 원자, 히드록시 기, 니트로 기, -CN, 또는 C6-C18 아릴 기로 치환되고/되거나 -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C100 알킬 기; C7-C100 아릴알킬 기; 카르바모일 기; C1-C8 알킬 기 및/또는 C1-C8 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C5-C12 시클로알킬 기; C1-C8 알킬 기, C1-C25 티오알콕시 기, 및/또는 C1-C25 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C6-C24 아릴 기, 특히 페닐 또는 1- 또는 2-나프틸; 및 펜타플루오로페닐로 이루어진 군으로부터 선택되며,
R106는 C1-C50 알킬 기, 바람직하게는 C4-C25 알킬 기이다.]
여전히 더욱 바람직하게는, 본 발명의 반도체 구조물의 1 이상의 반도체 영역에 포함된 DPP 중합체는 화학식 (Ia)의 중합체, 화학식 (Ib)의 공중합체, 화학식 (Ic)의 공중합체 및 화학식 (Id)의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다:
화학식 (Ia)
화학식 (Ib)
화학식 (Ic)
화학식 (Id)
[상기 식에서, x = 0.995 내지 0.005, y = 0.005 내지 0.995, 바람직하게는 x = 0.2 내지 0.8, y = 0.8 내지 0.2이며, 단, x + y = 1이고;
r = 0.985 내지 0.005, s = 0.005 내지 0.985, t = 0.005 내지 0.985, u = 0.005 내지 0.985이며, 단, r + s + t + u = 1이고;
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이며,
A는 화학식 (X)의 기이고,
여기서, a' = 1, 2, 또는 3, a" = 0, 1, 2, 또는 3; b = 0, 1, 2, 또는 3; b' = 0, 1, 2, 또는 3; c = 0, 1, 2, 또는 3; c' = 0, 1, 2, 또는 3; d = 0, 1, 2, 또는 3; d' = 0, 1, 2, 또는 3이며, 단, a"이 0인 경우 b'은 0이 아니고;
Ar1, Ar1', Ar2, Ar2', Ar3, Ar3', Ar4 및 Ar4'는 서로 독립적으로 임의로 축합되고/되거나 치환될 수 있는 헤테로방향족 또는 방향족 고리이고, 바람직하게는 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 또는 
이며,
여기서 X3 및 X4 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR99이고;
R99, R104, R104', R123 및 R123'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 특히 F, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C25 알콕시 기이며;
R105, R105', R106 및 R106'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C1-C25 알킬; C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C18 알콕시이고;
R107는 C7-C25 아릴알킬, C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, C1-C18 퍼플루오로알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; -O-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C18 알킬; 또는 -COOR124이며;
R124는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬이고;
R108 및 R109는 서로 독립적으로 H, C1-C25 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬이거나;
R108 및 R109는 함께 화학식 =CR110R111의 기를 형성하고, 여기서
R110 및 R111는 서로 독립적으로 H, C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, 또는 C2-C20 헤테로아릴, 또는 G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴이며; 또는
R108 및 R109는 함께 5원 또는 6원 고리를 형성하고, 이는 임의로 C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬로 치환될 수 있으며;
D는 -CO-, -COO-, -S-, -O-, 또는 -NR112-이고;
E는 C1-C8 티오알콕시, C1-C8 알콕시, CN, -NR112R113, -CONR112R113, 또는 할로겐이며,
G는 E, 또는 C1-C18 알킬이고,
R112 및 R113는 서로 독립적으로 H; C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; 또는 -O-가 개재되는 C1-C18 알킬이며
B, D 및 E는 서로 독립적으로 화학식 
(여기서, k = 1; l = 0 또는 1; r = 0 또는 1; z = 0 또는 1임) 또는 화학식 (X)의 기이며, 단, B, D 및 E가 화학식 (X)의 기인 경우, 이들은 A와 다르고,
Ar4, Ar5, Ar6 및 Ar7는 서로 독립적으로 하기 화학식의 기이며
여기서 X5 및 X6 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR14이고,
c는 1, 2, 또는 3의 정수이며,
d는 1, 2, 또는 3의 정수이고,
Ar8 및 Ar8'은 서로 독립적으로 하기 화학식의 기이며
X1 및 X2는 상기 정의된 바와 같고,
R1 " 및 R2 "은 동일하거나 상이할 수 있으며 수소, C1-C36 알킬 기, 특히 C6-C24 알킬 기, C1-C8 알킬, C1-C8 티오알콕시, 및/또는 C1-C8 알콕시로 1~3회 치환될 수 있는 C6-C24 아릴, 특히 페닐 또는 1- 또는 2-나프틸, 또는 펜타플루오로페닐로부터 선택되고,
R14, R14', R17 및 R17'은 서로 독립적으로 H, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 원자가 개재될 수 있는 C6-C25 알킬이다.]
Ar1 및 Ar1'은 바람직하게는 
, 또는 
, 더욱 바람직하게는 
, 
, 또는 
이며, 여기서 
가 가장 바람직하다.
Ar2, Ar2', Ar3, Ar3', Ar4 및 Ar4'은 바람직하게는 
, 더욱 바람직하게는 
이다.
화학식 
의 기는 바람직하게는 
, 
, 또는 
, 더욱 바람직하게는 
, 
, 
, 또는 
, 가장 바람직하게는 
, 또는 
이다.
R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있고 바람직하게는 수소, C1-C100알킬 기, 특히 C8-C36알킬 기로부터 선택된다.
기 A는 바람직하게는 하기로부터 선택된다:
화학식 
의 기는 바람직하게는 화학식 
, 또는 
의 기이다.
화학식 Ia의 바람직한 DPP 중합체의 예는, 예를 들어 하기와 같다:
화학식 Ib의 바람직한 DPP 중합체의 예는, 예를 들어 하기와 같다:
화학식 Ic의 바람직한 DPP 중합체의 예는, 예를 들어 하기와 같다:
특히 구조 (Ia), (Ib), 및 (Ic)의 상기 기술된 바람직한 DPP 중합체에서, 기 R1 및 R2는, 서로 독립적으로, C1-C36알킬 기, 특히 C8-C36알킬 기이다. n은 바람직하게는 4~1000, 특히 4~200, 매우 특히 5~100이다. R3는 바람직하게는 C1-C18알킬 기이다. R15는 바람직하게는 C4-C18알킬 기이다. 지수를 고려하는 한, x는 바람직하게는 0.995 내지 0.005의 범위 내이고, y는 바람직하게는 0.005 내지 0.995의 범위 내이다. 더욱 바람직하게는, x + y = 1이면서, x = 0.4 내지 0.9, 및 y = 0.6 내지 0.1이다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에 따라, 1 이상의 반도체 영역에 포함되는 1 이상의 DPP 중합체는 상기 구조 (Ib)의 DPP 중합체, 심지어 더욱 바람직하게는 상기 구조 (Ib-1), (Ib-9), (Ib-10)의 DPP 중합체이다. 따라서, 본 발명은 상기 기술된 반도체 구조물에 관한 것이며, 여기서 DPP 중합체는, 예를 들어 하기 화학식 (Ib-1)에 따른 중합체이며:
상기 식에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C8-C36 알킬 기이고,
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이다. 구조 (Ib-1)에 따른 하나의 특히 바람직한 DPP 중합체는, 예를 들어, Mw = 39,500, 및 다분산성 = 2.2 (HT-GPC로 측정)인 하기 화학식이다:
할로겐은 플루오로, 클로로, 브로모, 아이오도, 특히 플루오로이다.
C1-C25알킬(C1-C18알킬)은 가능한 한 통상적으로 선형 또는 분지형이다. 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸, tert-부틸, n-펜틸, 2-펜틸, 3-펜틸, 2,2-디메틸프로필, 1,1,3,3-테트라메틸펜틸, n-헥실, 1-메틸헥실, 1,1,3,3,5,5-헥사메틸헥실, n-헵틸, 이소헵틸, 1,1,3,3-테트라메틸부틸, 1-메틸헵틸, 3-메틸헵틸, n-옥틸, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 및 2-에틸헥실, n-노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 에이코실, 헤네이코실, 도코실, 테트라코실 또는 펜타코실이 있다. C1-C8알킬은 통상적으로 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸, tert-부틸, n-펜틸, 2-펜틸, 3-펜틸, 2,2-디메틸-프로필, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 및 2-에틸헥실이다. C1-C4알킬은 통상적으로 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸, tert-부틸이다.
C1-C25알콕시(C1-C18알콕시) 기는 직쇄 또는 분지형 알콕시 기, 예를 들어 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, sec-부톡시, tert-부톡시, 아밀옥시, 이소아밀옥시 또는 tert-아밀옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 이소옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 테트라데실옥시, 펜타데실옥시, 헥사데실옥시, 헵타데실옥시 및 옥타데실옥시이다. C1-C8알콕시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, sec-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, n-펜톡시, 2-펜톡시, 3-펜톡시, 2,2-디메틸프로폭시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, 1,1,3,3-테트라메틸부톡시 및 2-에틸헥속시, 바람직하게는 C1-C4알콕시, 예컨대 통상적으로 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, sec-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시가 있다. 용어 "알킬티오 기"는 에테르 결합의 산소 원자가 황 원자로 치환된 것을 제외하고는 알콕시 기와 동일한 기를 의미한다.
C2-C25알케닐(C2-C18알케닐) 기는 직쇄 또는 분지형 알케닐 기, 예컨대 비닐, 알릴, 메트알릴, 이소프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 이소부테닐, n-펜타-2,4-디에닐, 3-메틸-부트-2-에닐, n-옥트-2-에닐, n-도데크-2-에닐, 이소도데세닐, n-도데크-2-에닐 또는 n-옥타데크-4-에닐 등이다.
C2 - 24알키닐(C2 - 18알키닐)은 직쇄 또는 분지형, 바람직하게는 C2 - 8알키닐이며, 이는 치환 또는 비치환될 수 있고, 예컨대, 에티닐, 1-프로핀-3-일, 1-부틴-4-일, 1-펜틴-5-일, 2-메틸-3-부틴-2-일, 1,4-펜타디인-3-일, 1,3-펜타디인-5-일, 1-헥신-6-일, 시스-3-메틸-2-펜텐-4-인-1-일, 트랜스-3-메틸-2-펜텐-4-인-1-일, 1,3-헥사디인-5-일, 1-옥틴-8-일, 1-노닌-9-일, 1-데신-10-일, 또는 1-테트라코신-24-일 등이다.
C5-C12시클로알킬은 통상적으로 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 시클로노닐, 시클로데실, 시클로운데실, 시클로도데실, 바람직하게는 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 또는 시클로옥틸이며, 이는 치환 또는 비치환될 수 있다. 시클로알킬 기, 특히 시클로헥실 기는, C1-C4-알킬, 할로겐 및 시아노로 1~3 회 치환될 수 있는 페닐에 의해 1회 또는 2회 축합될 수 있다. 이러한 축합된 시클로헥실 기의 예는 하기와 같다: 
, 
또는 
, 특히 
또는 
(상기 식에서 R151, R152, R153, R154, R155 및 R156은 서로 독립적으로 C1-C8-알킬, C1-C8-알콕시, 할로겐 및 시아노, 특히 수소이다).
C6-C24아릴(C6-C18아릴)은 통상적으로 페닐, 인데닐, 아줄레닐, 나프틸, 비페닐, as-인다세닐, s-인다세닐, 아세나프틸레닐, 플루오레닐, 페난트릴, 플루오란테닐, 트리페닐레닐, 크리세닐, 나프타센, 피세닐, 페릴렌일, 펜타페닐, 헥사세닐, 피레닐, 또는 안트라세닐, 바람직하게는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 4-비페닐, 9-페난트릴, 2- 또는 9-플루오레닐, 3- 또는 4-비페닐이며, 이는 치환 또는 비치환될 수 있다. C6-C12아릴의 예로는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 3- 또는 4-비페닐, 2- 또는 9-플루오레닐 또는 9-페난트릴이 있으며, 이는 치환 또는 비치환될 수 있다.
C7-C25아르알킬은 통상적으로 벤질, 2-벤질-2-프로필, β-페닐-에틸, α,α-디메틸벤질, ω-페닐-부틸, ω,ω-디메틸-ω-페닐-부틸, ω-페닐-도데실, ω-페닐-옥타데실, ω-페닐-에이코실 또는 ω-페닐-도코실, 바람직하게는 C7-C18아르알킬, 예컨대 벤질, 2-벤질-2-프로필, β-페닐-에틸, α,α-디메틸벤질, ω-페닐-부틸, ω,ω-디메틸-ω-페닐-부틸, ω-페닐-도데실 또는 ω-페닐-옥타데실, 특별히 바람직하게는 C7-C12아르알킬, 예컨대 벤질, 2-벤질-2-프로필, β-페닐-에틸, α,α-디메틸벤질, ω-페닐-부틸, 또는 ω,ω-디메틸-ω-페닐-부틸이며, 여기서 지방족 탄화수소 기 및 방향족 탄화수소 기는 둘 다 치환 또는 비치환될 수 있다. 바람직한 예로는 벤질, 2-페닐에틸, 3-페닐프로필, 나프틸에틸, 나프틸메틸, 및 쿠밀이 있다.
용어 "카르바모일 기"는 통상적으로 C1 - 18카르바모일 라디칼, 바람직하게는 치환 또는 비치환될 수 있는 C1 - 8카르바모일 라디칼을 의미하며, 예컨대, 카르바모일, 메틸카르바모일, 에틸카르바모일, n-부틸카르바모일, tert-부틸카르바모일, 디메틸카르바모일옥시, 모폴리노카르바모일 또는 피롤리디노카르바모일 등이다.
헤테로아릴은 통상적으로 C2 -C26헤테로아릴(C2 -C20헤테로아릴), 즉 5원 내지 7원 고리 원자를 지닌 고리 또는 축합 고리 시스템이며, 여기서 질소, 산소 또는 황 원자가 가능한 헤테로 원자이고, 통상적으로 6 개 이상의 공액 π-전자를 갖는 5~30 개의 원자를 지닌 불포화 헤테로고리 기, 예컨대 티에닐, 벤조[b]티에닐, 디벤조[b,d]티에닐, 티안트레닐, 퓨릴, 퍼퓨릴, 2H-피라닐, 벤조퓨라닐, 이소벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 페녹시티에닐, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 피리딜, 비피리딜, 트리아지닐, 피리미디닐, 피라지닐, 피리다지닐, 인돌리지닐, 이소인돌릴, 인돌릴, 인다졸릴, 퓨리닐, 퀴놀리지닐, 키놀릴, 이소키놀릴, 프탈아지닐, 나프티리디닐, 키녹살리닐, 키나졸리닐, 시놀리닐, 프테리디닐, 카르바졸릴, 카르볼리닐, 벤조트리아졸릴, 벤족사졸릴, 페난트리디닐, 아크리디닐, 피리미디닐, 페난트롤리닐, 페나지닐, 이소티아졸릴, 페노티아지닐, 이속사졸릴, 퓨라자닐 또는 페녹사지닐이며, 이는 치환되거나 비치환될 수 있다.
상기 언급된 기의 가능한 치환기는 C1-C8알킬, 히드록시 기, 메르캅토 기, C1-C8알콕시, C1-C8알킬티오, 할로겐, 할로-C1-C8알킬, 시아노 기, 카르바모일 기, 니트로 기 또는 실릴 기, 특히 C1-C8알킬, C1-C8알콕시, C1-C8알킬티오, 할로겐, 할로-C1-C8알킬, 또는 시아노 기이다.
가능한 실시양태에 따라, 본 발명의 반도체 구조물이 1 개의 도체 영역으로 부분적으로 분리되는 2 개의 반도체 영역을 가지는 경우, 2 개의 반도체 영역 각각은 구조 (Ib)의 1 이상의 DPP 중합체, 더욱 바람직하게는 구조 (Ib-1)의 1 이상의 DPP 중합체, 심지어 더욱 바람직하게는 R1 및 R2는 서로 독립적으로 C8-C36 알킬 기이고, n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100인 구조 (Ib-1)의 1 이상의 DPP 중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 심지어 더욱 바람직한 실시양태에 따라, 두 반도체 영역 모두는 동일한 DPP 중합체들, 심지어 더욱 바람직하게는 정확히 1 개의 DPP 중합체를 함유한다.
특히, 1 이상의 유기 반도체 물질에 의해 포함되는 중합체의 다분산성, 바람직하게는 1 이상의 DPP 중합체의 다분산성은 1.01~10, 바람직하게는 1.1~3.0, 더욱 바람직하게는 1.5~2.5의 범위이다.
1 이상의 도체 영역 내의 개구부는 200 nm 이상, 바람직하게는 250 nm 이상, 가장 바람직하게는 500 nm 이상의 내부 폭을 가진다. 추가로, 개구부의 내부 폭은 150 nm 이상, 200 nm 이상, 300 nm 이상, 400 nm 이상, 600 nm 이상, 800 nm 이상, 1000 nm 이상, 1200 nm 이상, 1400 nm 이상, 1600 nm 이상, 1800 nm 이상, 또는 2 ㎛ 이상일 수 있다. 여러 가지 간단한 방법이 이러한 개구부를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 특히 개구부의 큰 내부 크기 때문에, 개구부는 기계적 방법으로 용이하게 제공될 수 있다. 이러한 개구부를 제공하기 위한 특정 방법의 단계들이 본 발명의 방법에 대해 하기에 제공된다. 개구부는 상당히 원형인 내부 단면을 가진다.
본 발명의 실시양태에 따라, 1 이상의 도체 영역 내의 개구부는 엠보싱된(embossed) 개구부, 기계적으로 커팅된 개구부, 또는 레이저-커팅된 개구부이다. 특히, 개구부는 전도성 물질의 층 내로 압축시킴으로써 형성되는 엠보싱된 개구부일 수 있다. 생성되는 개구부가 전도성 물질의 기계적 제거로 형성되도록 전도성 층 내로 압축되는, 패턴 형성된 매트릭스가 사용될 수 있다. 따라서, 개구부는 패턴 형성된 매트릭스를 사용하는 형성에 의해 형성될 수 있다. 추가로, 개구부는 커팅에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 층의 양쪽 면으로부터 전도성 물질의 층 내로 압축되는 2 개의 커팅 매트릭스가 사용되고, 그렇게 함으로써 개구부의 위치로부터 전도성 물질을 커팅한다. 특히, 개구부를 제공하기 위해 사용된 이러한 매트릭스는 롤러의 형상을 가질 수 있다. 엠보싱된 개구부가 제공되는 경우, 전도성 물질의 층은 개별 층이거나 기재에 의해 지지되는, 예를 들어 반도체 영역에 의해 지지되는 층일 수 있다. 추가로, 개구부는 개구부의 위치에서 층 내의 전도성 물질의 증발에 의해 형성된 레이저-커팅된 개구부일 수 있다. 레이저-커팅된 개구부의 경우, 개구부는 도체 영역을 형성하는 전도성 물질의 개별 층 내에서 형성될 수 있거나 기재에 의해, 예를 들어 반도체 영역에 의해 지지되는 층에 의해 형성될 수 있다. 개구부를 포함하는 도체 영역은 호일(foil), 시트(sheet) 또는 전도성 물질의 침착된 층에 의해 제공될 수 있다.
도체 영역의 전도성 물질은 금속, 합금 또는 전도성 중합체, 바람직하게는 금속, 더욱 바람직하게는 Al, Cr, Cu, Fe, In, Sb, Si, Sn, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하거나 바람직하게는 이들로 이루어지며, 상기 금속은 특히 Al이다. 합금은 바람직하게는 상기 금속들 중 2 이상을 포함하는 합금이다. 전도성 물질은 금속, 합금 또는 전도성 중합체의 균일한 구조로서 제공될 수 있거나, 전도성 중합체, 합금 또는 2 이상의 금속을 포함하는 화합물일 수 있다. 특정 실시양태에서, 전도성 물질은, 금속, 합금 또는 전도성 중합체의 매트릭스 내로 제공될 수 있는 나노 튜브에 의해 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 전도성 물질은 고도로 도핑된 반도체성 물질에 의해 제공된다. 고도로 도핑된 반도체 물질이 높은 전기 전도성을 제공하기 때문에, 이러한 고도로 도핑된 반도체 물질은, 이것이 도체 물질의 특정 전기적 저항을 나타내는 한, 본 발명의 측면에서 전도성 물질로 여겨진다. 추가로, 금속 또는 합금 대신에, 이들의 전기 전도성 화합물이 사용될 수 있다. 특히, 인듐 주석 산화물이 전도성 물질로 사용될 수 있다. 특히, 고도로 도핑된 반도체 물질은 높은 전기 전도성을 유도하는 고농도로 p-도판트 또는, 바람직하게는, n-도판트로 도핑된 반도체 물질이다. 전도성 물질 및 특히 고도로 도핑된 반도체 물질은 1 x 102 미만, 1 x 101 미만, 또는 1 Ωm 미만의 특정 전기 비저항(electrical resistivity)을 가진다.
따라서 본 발명은 1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하는 반도체 구조물을 포함하며, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부를 포함하며, 반도체 영역은 상기 기술된 DPP 중합체들로부터 선택되는 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하고, 도체 영역은 Al, Cr, Cu, Fe, In, Sb, Si, Sn, 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하며, 상기 금속은 특히 Al이다.
본 발명의 반도체 구조물의 일 실시양태는 반도체 영역의 말단 면(end face)에 2 개 이상의 전극, 바람직하게는 반도체 영역의 양쪽 말단 면 각각에 1 개의 전극을 포함한다. 각각의 도체 영역뿐만 아니라 전극은 접촉 영역을 포함하거나 외부 접촉에 적합한 도체가 구비된다. 전극은 도체 영역에 의해 덮히지 않는 반도체 영역의 면에서 제공된다. 바람직하게는, 모든 도체 영역은 두 개의 반도체 영역들 사이에 위치하고, 그 결과, 두 전극들 사이에 위치한다. 전극은 반도체 영역 및 1 이상의 도체 영역과 동일하게 연장된다. 전극은 전도성 물질, 바람직하게는 |EE| ≥ |EH| - 0.3 eV인 일함수 EE를 갖는 전도성 물질에 의해 제공된다. 추가로, 전극 물질의 일함수 EE의 절댓값은 바람직하게는 |EH| + 0.9 eV 이하이다. 전극은 필수적인 층이며, 이는 바람직하게는 연속적이다. 일례로써, 전극은 Au 또는 Ag로 실질적으로 이루어진다. 그러나, 또한 다른 전도성 물질들, 예를 들어 인듐 주석 산화물 또는 산화 아연 또는 1 이상의 전도성 중합체를 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 도체가 외부 접촉을 위해 제공되는 경우, 도체는 전극에 측면으로 적어도 부분적으로 연장된다. 추가로, 전극 각각은 다층 하부 구조를 가질 수 있고, 여기서 일함수 EE를 갖는 전극 물질은 반도체 영역에 인접한 하부 구조 또는 반도체 영역의 코팅에 의해 제공될 수 있고, 상기 코팅은 일함수 EE를 지닌 전기 전도성 기재 상에 제공된다.
각 도체 영역으로 부분적으로 분리된 반도체 영역은 상기 도체 영역의 개구부를 통해 서로 직접 접촉한다. 반도체 영역은 개구부 측면인 각 도체 영역의 섹션(section)에 의해 각 도체 영역으로 분리된다. 반도체 영역은 개구부 측면의 섹션 내의 도체 영역의 물질에 의해 분리된다. 이 섹션들은 1 이상의 반도체 영역에 전기 장을 가하기 위해 제공된다. 각 도체 영역의 양쪽 면 상의 반도체 영역은 개구부를 통해 서로 물리적으로 연결된다. 바람직하게는, 개구부를 통해 연장되는 반도체 물질은 연속적인 내부 개구부 섹션을 형성한다. 반도체 영역은 각 도체 영역의 양쪽 면 상에 있고 연속적으로 및 물리적으로 서로 연결되며, 바람직하게는 반도체 물질의 내부 개구부 섹션을 통해 연결된다. 이렇게 하여, 본 발명의 반도체 구조물은 도체 영역으로 부분적으로 분리되는 반도체 영역들 사이에 자유 전하 운반체의 전달을 제공하기 위해 적용된다.
본 발명의 반도체 구조물은 두 반도체 영역을 부분적으로 분리하는 도체 영역을 포함하거나, 바람직하게는 이것으로 상당히 이루어진다. 도체 영역 및 2 개의 반도체 영역은 수직형 트랜지스터 구조물을 제공하며, 여기서 도체 영역은 반도체 영역들 사이에서 전도성 제어에 적합한 게이트, 기저(basis) 또는 격자를 제공한다. 이러한 반도체 구조물의 특정 실시양태는 2 개의 전극뿐만 아니라 2 개의 반도체 영역을 분리하는 1 개의 도체 영역을 포함한다. 도체 영역에 마주하는 반도체 영역들 각각의 말단 면은 각각 전극들 중 하나를 지닌다. 생성되는 수직형 트랜지스터 구조물은 전극들 사이의 전류를 제어 가능하게 제공하도록 적용되며, 여기서 전류는 게이트 사이에서, 즉 한 쪽에 도체 영역과 다른 한 쪽에 전극인 사이에서 전압 또는 전류에 의해 제어된다. 이러한 구조물에서, 바람직하게는 2 개의 반도체 영역들 각각은 동일한 유기 반도체 물질, 바람직하게는 동일한 DPP 중합체를 포함한다. 특히, 2 개의 반도체 영역들 각각은 동일한 유기 반도체 물질, 바람직하게는 동일한 DPP 중합체로 이루어진다.
1 이상의 반도체 영역의 유기 반도체 물질은 가장 바람직하게는 캐스트(cast) 물질, 특히 스핀-캐스트 물질, 코팅된 물질 또는 프린팅된 물질이다. 캐스트 물질은 1 이상의 용매 중 유기 반도체 물질의 용액에 의해, 그리고 예를 들어 증발로 이러한 용매를 제거함으로써 제공된다. 반도체 물질의 전기적 특성은 유기 반도체 물질의 미세 구조물로 구성될 수 있으며, 상기 미세 구조물은 캐스트 물질의 침착 방법으로 주로 정의된다. 추가로, 물질은 용해된 반도체 물질의 형태로 프린팅될 수 있다. 특히, 반도체 물질은 잉크젯-프린팅된 물질일 수 있다. 잉크젯-프린팅된 물질은 반도체 구조물이 따라 연장되는 방향으로 반도체 구조물을 패턴 형성시키기 위해서 소정의 패턴으로 제공될 수 있다.
본 발명의 추가 양태에 따라, 본 발명의 반도체 구조물을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(a) 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하는 2 이상의 반도체 영역을 제공하는 단계;
(b) 2 이상의 반도체 영역들 사이에 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계;
(c) 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부를 제공하는 단계; 및
(d) 1 이상의 도체 영역의 개구부를 통해 2 이상의 반도체 영역을 부분적으로 접촉시키는 단계.
바람직한 방법에서, 단계 (b)는 전도성 물질의 연속 층으로 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계를 포함하고, 단계 (c)는 연속 층을 통해 200 nm 초과, 바람직하게는 250 nm 초과, 더욱 바람직하게는 500 nm 초과의 개구부의 내부 폭을 지닌 개구부를 엠보싱, 기계적 커팅 또는 레이저 커팅시키는 단계를 포함한다. 이 바람직한 방법의 단계 (b)에서, 1 이상의 도체 영역은 보통 개별 연속 시트로 제공되고, 단계 (c)는 단계 (b)가 완료되기 전에 및 도체 영역이 2 이상의 반도체 영역들 중 하나와 연결되기 전에, 중간에 또는 이후에 수행된다. 개별 연속 시트는 바람직하게는 조립식 시트이다.
대안적으로, 상기 바람직한 방법은, 단계 (b)에서 1 이상의 도체 영역이 바람직하게는 증착(vapor deposition)에 의해 단계 (a)에 제공되는 2 이상의 반도체 영역들 중 하나 위에 침착되도록 수행될 수 있고, 단계 (c)는 단계 (b)가 완료되기 전에 및 도체 영역이 침착되는 중간에 또는 이후에 수행될 수 있다.
또한, 반도체 영역들 각각에 대해, 단계 (a)는 1 이상의 단계에서 1 이상의 도체 영역 상에 또는 기재 상에 유기 반도체 물질을 도포하는 단계를 포함하는 것인 방법이 바람직하고, 여기서 유기 반도체 물질은 바람직하게는 캐스팅, 스프레잉 또는 프린팅에 의해 유기 반도체 물질을 포함하는 용액, 현탁액, 또는 에멀션과 같은 자유-유동(free-flowing) 형태로 도포되거나, 유기 반도체 물질은 고체 형태로 도포되고, 여기서 단계 (d)는 개구부 내로 이 반도체 영역들 중 1 이상의 유기 반도체 물질을, 특히 캐스팅으로, 그리고 바람직하게는 단계 (a) 중에 도포하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따라, 유기 반도체 물질은 종종 1 이상의 유기 용매 중 물질의 용액 또는 분산액으로서 제공되며, 상기 용액은 바람직하게는 용액 또는 분산액의 총 중량에 대해 0.5~20 중량%의 유기 반도체 물질 함량을 가진다. 용액 또는 분산액은 기재 상에 스핀 캐스팅될 수 있다.
바람직한 방법에서, 상기 방법은 하기 단계들을 실시함으로써 수행된다:
(i) 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하는 1 이상의 반도체 영역을 제공하는 단계;
(ⅱ) 반도체 영역에 접촉하는 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계;
(ⅲ) 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부를 재공하는 단계;
(ⅳ) 도체 영역이 2 이상의 반도체 영역들 사이에 있도록 도체 영역과 접촉하는 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하는 1 이상의 반도체 영역을 제공하는 단계; 및
(ⅴ) 1 이상의 도체 영역의 개구부를 통해 2 이상의 반도체 영역(5)들을 부분적으로 접촉시키는 단계.
상기 방법의 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)의 일 실시양태는, 예비 형성된 개구부를 갖는 도체에 도포시키고(ⅱ), 이의 또 다른 실시양태는 제1 반도체에 도포시킨 후 개구부를 형성하는 것을 포함하며(ⅲ), 즉
(a) 반도체 영역에 접촉하는 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부와 함께 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계;
또는
(b) 반도체 영역에 접촉하는 1 이상의 도체 영역을 제공하고, 이어서 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부를 제공하는 단계.
제2 반도체 영역이 제공되는 경우(단계 ⅳ), 개구부를 통한 제1 반도체 층과의 접촉(단계 ⅴ)은 별도 단계로 또는 바람직하게는 즉시 형성될 수 있다.
또한, 2 이상의 전극이, 전극 물질을 1 이상의 말단 면에 침착시킴으로써, 또는 1 이상의 반도체 물질이 그 위에 도포되는 전극 물질을 제공함으로써 반도체 영역의 말단 면에 도포되는 방법이 바람직하며, 여기서 전극 물질은 바람직하게는 Au, Ag, Pt, Pd 또는 상기 물질 중 2 이상의 합금이다.
단계 (a)의 유기 반도체 물질은 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위 EH를 가지고, EH는 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV로 정의된다. 단계 (b)에 제공되는 1 이상의 도체 영역은 |EH| - 1.5 eV ≤ |EC| ≤ |EH| - 0.4 eV로 정의되는 일함수 EC를 갖는 전도성 물질을 포함한다.
에너지 준위 EH의 범위에 대한 대안은 하기와 같다: 5.1 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV, 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.7 eV 또는 바람직하게는 5.1 eV ≤ |EH| ≤ 5.7 eV.
HOMO/LUMO 값은 순환 전압전류법(Autolab PGSTAT30® Potentiostat)을 사용하여 실험적으로 얻으며, 작업 전극으로 Pt을, 상대 전극으로 Ag을, 유사-기준(pseudo-reference) 전극으로 AgCl 코팅된 Ag를 사용하고; 전해액은 o-디클로로벤젠 중 0.1M 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트이며; 내부 기준은 페로센이다.
특히, 반도체 영역, 유기 반도체 물질, 1 이상의 도체 영역 및/또는 전도성 물질은 본 발명의 반도체 구조물에 관해 상기 제공된 정의에 따라 제공된다.
바람직하게는, 단계 (b)는 전도성 물질의 연속 층으로서 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계를 포함한다. 추가로, 단계 (c)는, 연속 층을 통해, 200 nm 초과, 바람직하게는 250 nm 초과, 더욱 바람직하게는 500 nm 초과의 개구부의 내부 폭을 지닌 개구부를 엠보싱, 기계적 커팅 또는 레이저-커팅하는 단계를 포함한다. 특히, 단계 (c)에 의해 제공되는 개구부는 150 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm 또는 600 nm 이상의 내부 폭으로 제공된다. 추가로, 내부 폭은 800 nm 이상, 1000 nm 이상, 1200 nm 이상, 1400 nm 이상, 1600 nm 이상, 1800 nm 이상 또는 2 ㎛ 이상일 수 있다. 도체 영역은 코팅될 수 있고 개구부는 코팅으로써 연속 층을 도포한 후 제공될 수 있다. 대안적으로, 도체 영역은, 도체 영역이 제공되는 경우 개구부가 형성되도록 패턴을 형성시킴으로써 도포될 수 있다.
도체 영역은 전도성 물질을 코팅하거나 패턴을 형성시킴으로써, 특히 용매에 용해된 전도성 물질을 코팅하거나 패턴을 형성시킴으로써 제공될 수 있다. 전도성 물질은 예를 들어 화학적 증착으로, 또는 다른 적합한 코팅 또는 패턴 형성 방법으로 스프레이-코팅되거나, 프린팅되거나, 특히 잉크젯-프린팅되거나, 침착될 수 있다. 일반적으로, 도체 영역을 제공하기 위한 감산법(subtractive method) 또는 가산법(additive method)을 사용할 수 있다. 특히, 이러한 방법은 롤-투-롤(role-to-role) 기법이다. 상기 가산법은 침착을 포함하고, 특히, 전도성 물질의 증발, 스퍼터링(sputtering), 코팅 또는 프린팅에 의한 침착을 포함한다. 패턴은 전도성 물질의 제거 또는 변형으로 형성된다. 특히, 제거는 전도성 물질의 에칭과 조합한 리소그래피 방법, 리프트-오프(lift-off), 박리(delamination) 또는 레이저 절삭(ablation)/레이저 커팅을 포함한다. 변형은 전도성 물질의 엠보싱, 산화, 광 노출 또는 화학 처리를 포함한다. 감산법은 프린팅, 예를 들어 그라비어, 스크린 프린팅, 플렉소 프린팅 또는 μ-접촉 프린팅을 포함한다. 추가로, 감산법은 전도성 물질을 첨가하기 전에 섀도우 마스크(shadow mask)의 도포를 포함하고, 여기서 전도성 물질은 증발 또는 스퍼터링으로 첨가된다. 추가로, 감산법은, 특히 스탬핑에 의한, 라미네이션에 의한 또는 열 전달에 의한, 전도성 물질의 전달을 포함한다.
상기 방법들은 또한 반도체성 물질의 말단 면에 전극을 제공하도록 사용될 수 있으며, 전극 물질은 전도성 물질을 대신한다.
유리하게는, 1 이상의 도체 영역은 개별 연속 시트로 제공된다. 추가로, 개구부를 제공하는 단계 (c)는 1 이상의 전도성 영역을 제공하는 단계 (b)가 완료되기 전에 수행된다. 개구부는, 개별 연속 시트를 사용하여, 이 개별 연속 시트를 엠보싱, 기계적 커팅 또는 레이저-커팅으로 관통시키고, 관통된 연속 시트를 반도체 영역 상에, 특히 라미네이션으로 도포함으로써 1 이상의 도체 영역에 제공될 수 있다. 추가로, 개구부는, 하나의 단계로 연속 시트를 반도체 영역들 중 하나와 연결시킴으로써, 예를 들어 시트 내로 개구부를 압축시키거나 또는 커팅시키기에 적합한 외부 구조를 포함하는 롤러를 사용하여 반도체 영역 상에 연속 시트를 롤링시킴으로써 제공될 수 있다. 따라서, 롤러는 반도체 영역 상에 시트를 압축시켜 도체 영역과 반도체 영역을 연결시키고, 동시에, 시트 내로 개구부를 엠보싱시키거나 커팅시킨다. 추가로, 개구부는 도체 영역이 반도체 영역과 레이저 커팅으로, 기계적 커팅으로 또는 엠보싱으로 연결된 후에 제공될 수 있다. 이렇게 하여, 도체 영역은 제1 단계로서, 예를 들어 라미네이션으로 또는 증착으로 반도체 영역과 연결되며, 그리고 후속 제2 단계로서, 개구부는 반도체 영역과 이미 연결된 시트로 커팅되거나 엠보싱된다. 바람직하게는, 엠보싱은 개구부의 구조에 상호 보완적인 구조를 갖는 스탬프를 사용하는 나노 임프린팅에 의해 제공된다.
예시적 실시양태에서, 개별 연속 시트는 조립식 시트이다. 개별 연속 시트는 시트를 반도체 영역과 연결시키기 전에 모든 구조적 특징을 이미 구비한다. 반도체 구조물 내의 조립식 시트 및 도체 영역은 개구부를 비롯한 동일한 구조적 특징을 제공한다.
또 다른 실시양태에서, 1 이상의 도체 영역은 단계 (a)에 제공되는 2 이상의 반도체 영역들 중 하나 상에 침착된다. 1 이상의 도체 영역은 바람직하게는 증착으로 침착된다. 개구부를 제공하는 단계 (c)는 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계 (b)가 완료되기 전에 및 도체 영역이 침착되는 중간에 또는 이후에 수행된다. 따라서, 개구부는, 도체 영역이 2 이상의 반도체 영역들 중 하나와 연결되는 중에 또는 이후에 단계 (c)에 따라 제공된다. 따라서, 개구부는 인접한 반도체 영역과 이미 연결된 도체 영역 내로 엠보싱되거나, 기계적으로 커팅되거나 레이저-커팅된다.
반도체 영역들 각각에 대해, 단계 (a)는 1 이상의 단계에서 1 이상의 도체 영역 상에 또는 기재 상에 유기 반도체 물질을 도포하는 단계를 포함한다. 유기 반도체 물질은, 바람직하게는 캐스팅, 스프레잉 또는 프린팅에 의해, 유기 반도체 물질을 포함하는 용액, 현탁액 또는 에멀션과 같은 자유-유동 형태로 도포된다. 대안적으로, 유기 반도체 물질은 고체 형태로 도포되며, 여기서 단계 (d)는, 이 반도체 영역들 중 1 이상의 유기 반도체 물질을, 특히 캐스팅에 의해, 및 바람직하게는 반도체 영역을 제공하는 단계 (a) 중간에 개구부 내로 도포시키는 단계를 포함한다. 유기 반도체 물질은, 특히 스프레이-코팅, 나이프-코팅 또는 다른 적합한 침착 기법에 의해 자유-유동 형태로 도포된다.
반도체 물질에 도포하기 위한 적합한 코팅 방법은 스핀-코팅, 슬롯-다이 코팅(또한 압출 코팅으로 지칭됨), 커튼 코팅, 리버스 그라비어 코팅, 블레이드 코팅, 스프레이 코팅 및 딥(dip) 코팅을 포함한다.
반도체 물질을 도포하기 위해 적합한 프린팅 방법은 잉크젯 프린팅, 플렉소그래피(flexography) 프린팅, 그라비어 프린팅, 특히 정방향 그라비어(forward gravure) 프린팅, 스크린 프린팅, 패드 프린팅, 오프셋 프린팅 및 리버스 오프셋 프린팅을 포함한다.
스핀 코팅 및 잉크젯 프린팅은 바람직한 방법이다. 일반적으로, 동일한 또는 별개의 방법이 2 이상의 반도체 영역에 적용된다. 특히, 2 이상의 반도체 영역들 중 하나는 스핀 코팅으로 제공될 수 있고 2 이상의 반도체 영역들 중 다른 하나는 잉크젯 프린팅으로 제공될 수 있다.
추가로, 유기 반도체 물질은, 고체 형태로, 특히 라미네이팅에 의해 적용되는 반도체 물질의 고체 층으로서 도포될 수 있다.
이 반도체 영역들 중 1 이상의 유기 반도체 물질은, 액체 형태로, 특히 용액으로 반도체 물질을 캐스팅함으로써 개구부에 도포된다. 이렇게 하여, 개구부는 반도체 물질로 채워져 개구부를 포함하는 도체 영역으로 분리되는 2 개의 반도체 영역들 사이에 물리적 접촉을 제공한다. 개구부 내로의 반도체 물질의 도포는 개구부를 향한 반도체 물질의 압축시킴으로써, 예를 들어 개구부를 향한 반도체 물질 상에 표면을 스핀-코팅시키거나 압축시킴으로써 지지될 수 있다.
자유-유동 형태인 유기 반도체 물질을 도포하는 경우, 반도체 물질은 1 이상의 유기 용매 중 물질의 용액 또는 분산액으로 제공된다. 용액은 바람직하게는 유기 반도체 물질의 0.1~20 중량%의 함량을 가진다. 구체적으로, 함량은 유기 반도체 물질의 0.1~8 중량%, 예를 들어 1~8 중량%, 더욱 구체적으로는 0.5~4 중량% 또는 1~2 중량%이며; 반도체 물질의 추가 유리한 범위는 2~6 중량%, 또는 3~5 중량%이다. 유리하게는, 유기 반도체 물질의 함량은 10 중량% 또는 8 중량%, 또는 심지어 5 중량%을 초과하지 않고, 0.5 중량% 이상, 바람직하게는 1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 2 중량% 이상이다. 유기 용매는 단일 용매 또는 이성분 용매(즉 2 이상의 용매들의 혼합물)일 수 있으며; 이는 첨가제와 함께 또는 첨가제 없이 사용될 수 있다. 특히, 디클로로벤젠, 바람직하게는 1,2-디클로로벤젠 또는 1,3-디클로로벤젠을 사용할 수 있다. 추가로, 톨루엔을 용매로 사용할 수 있다.
본원에 따른 제형(formulation)을 제조하기에 적합한 용매는 유기용매이며, 여기서 DPP 중합체 및 가능한 첨가제는 만족스러운 용해도를 가진다. 추가로 적합한 유기 용매의 예는 하기를 포함하나 이에 제한되지 않는다:
석유 에테르, 방향족 탄화수소, 예컨대 벤젠, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 시클로헥실벤젠, 톨루엔, 아니솔, 크실렌, 나프탈렌, 클로로나프탈렌, 테트랄린, 인덴, 인단, 시클로옥타디엔, 스티렌, 데칼린 및 메시틸렌; 할로겐화 지방족 탄화수소, 예컨대 디클로로메탄, 클로로포름 및 에틸렌클로라이드; 에테르, 예컨대 디옥산 및 디옥솔란; 케톤, 예컨대 시클로펜탄온 및 시클로헥산온; 지방족 탄화수소, 예컨대 헥산 및 시클로헥산; 및 상기 용매 중 2 이상의 혼합물.
바람직한 용매는 디클로로벤젠, 톨루엔, 크실렌, 테트랄린, 클로로포름, 메시틸렌 및 이들 중 2 이상의 혼합물이다.
바람직하게는, 유기 반도체 물질은, 용액과 같은, 특히 1 이상의 용매 중 반도체 물질의 용액과 같은 자유 유동 형태로 도포되며, 여기서 용액은 유기 반도체 물질이 그 위에 도포되는 기재 상에 스핀-캐스팅된다. 기재 및/또는 용액은 반도체 물질의 도포 중에 45℃ 이상, 60℃ 이상, 바람직하게는 70℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다. 추가로, 이의 도포 중의 기재 또는 유기 반도체 물질의 온도는 150℃, 140℃ 또는 바람직하게는 120℃를 초과하지 않는다. 특히, 반도체 물질의 도포 중에, 용액 및/또는 기재의 온도는 1 이상의 유기 용매의 비등점을 초과하지 않는다. 그러나, (해당되는 경우의 기재뿐만 아니라) 반도체 물질은 바람직하게는 이의 도포 중에 실온이다.
1 이상의 용매를 제거하기 위해서, 기재 및/또는 용액은 가열되어 1 이상의 용매를 강제로 증발시킨다. 용매는 용해된 형태인 반도체 물질의 도포 후에 제거된다. 가열은 고온 공기 흐름(hot air stream)을 적용시킴으로써, 기재 및/또는 용액 상에 적외 방사를 직접 가함으로써, 또는 가열 플레이트 상에서 또는 건조 오븐 내로 기재 및/또는 용액을 위치시킴으로써 수행될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 반도체 물질은 실온(20℃)에서 도포된다. 반도체 물질은 보다 높은 온도에서, 그러나 바람직하게는 용매의 비등점 미만의 온도에서 건조된다. 반도체 물질은 바람직하게는 45℃ 이상, 60℃ 이상, 유리하게는 70℃ 이상의 온도에서 건조된다. 바람직하게는, 반도체 물질은 150℃, 140℃ 또는 바람직하게는 120℃를 초과하지 않는 온도에서 건조된다.
본 발명의 방법의 추가 실시양태는 전극의 도포에 관한 것이다. 이 실시양태에서, 2 이상의 전극은, 1 이상의 말단 면 상에 전극 물질을 침착시킴으로써, 또는 1 이상의 반도체 물질이 그 위에 도포되는 전극 물질을 제공함으로써 반도체 영역의 말단 면에 도포된다. 따라서 사용되는 전극 물질은 바람직하게는 Au, Ag, Pt, Pd, 이 금속들 중 2 이상의 합금 또는 화합물, 또는 전극에 사용되는 임의 다른 전도성 물질이다. 전극 물질은 금속, 2 이상의 금속의 합금, 1 이상의 전도성 중합체 또는 적어도 전기 전도성 금속 화합물일 수 있다. 특히, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 전기 전도성 금속 화합물이 사용될 수 있다. 추가로, 전도성 중합체는 전극 물질, 예컨대 PEDOT:PSS 또는 폴리아닐린과 같이 사용될 수 있다. 전극 물질은 증착으로 도포될 수 있거나, 반도체 영역의 말단 면 상에 라미네이트될 수 있다. 추가로, 전극 물질은 전도성 접착제를 사용하여 1 이상의 말단 면에 부착될 수 있다.
추가로, 전극은 반도체 물질로부터 벗어나는(facing away) 접촉 영역을 구비할 수 있거나, 외부 접촉을 제공하기에 적합한, 이에 부착된 도체를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 개구부의 내부 폭과 개구부가 제공되는 반도체 영역의 두께의 비는 2, 4, 5, 10 또는 20 이상이다.
본 발명은 하기 실시예로 예시된다. 다르게 기재되지 않은 한, 실온은 18-23℃ 범위의 온도를 의미하며, 용어 "일함수"는 진공 일함수를 의미하고, 백분율은 중량백분율(종종 약어 중량%, 또는 % b.w.)로 주어진다.
[
실시예
]
실시예
1
유리 기재를 제공하고, 상기 유리 기재 상에서 40 nm 두께의 금 전극을 증발시켰다. 이후, WO2010/049321의 실시예 1에 따른 DPP 중합체(순환 전압전류법/Autolab PGSTAT® 30로 측정한 HOMO: |EH| = 5.35 eV)를 톨루엔 중 5% DPP의 용액의 형태로 도포하였다. 5% DPP 함유 용액을 1000 rpm에서 스핀-캐스팅시키고 90℃에서 건조시켰다. 스핀-캐스트 DPP는 제1 반도체 영역을 형성하였다. 특히, 용액은 50℃ 미만의 온도에서, 또는 실온(20℃)에서 건조될 수 있다.
상기 제1 반도체 영역을 도포한 후, 도체 영역을 40 nm 두께의 증발된 알루미늄 형태로 반도체 영역 상에 도포하였다(일함수 |EC| = 4.3 eV). 증발된 알루미늄을 나노임프린트 리소그래피에 의해 개구부로 제공하였다. 개구부의 직경은 300~500 nm였다. 개구부를 격자로 배열하고, 상기 개구부의 중심 간격(center to center distance)은 2 ㎛였다. 도체 영역의 면적에 대한 개구부 횡단면적의 비율은 0.196%였다. 제1 반도체 영역의 두께는 1 ㎛였다. 도체 층을 증발 기법으로, 특히 스퍼터링으로 도포하였다.
개구부를 실리콘 웨이퍼를 포함하는 나노 임프린트 스탬프로 제공하였다. 상기 실리콘 웨이퍼의 직경은 100 mm였다. 상기 스탬프는 높이가 약 135 nm이고 직경이 350 nm인 프로젝션(projection)을 포함하였다. 프로젝션은 거의 원형인 단면을 가졌다. 스탬프를 20~80 N의 힘으로, 특히 20~40 N의 힘으로 도체 영역 상에 압축시켰다. 상기 힘을 100 mm 실리콘 웨이퍼의 면적에 가하였다. 도체 층 (및 그 하부의 반도체 층) 내에 생성되는 함몰(depression)은 그 깊이가 약 100 nm이고 폭이 300~500 nm였다. 스탬프를 실온(20℃)에서 도체 영역 내로 압축시켰다. 바람직하게는, 스탬프를 100℃ 미만, 특히 50℃ 미만의 온도에서 도체 영역 내로 압축시켰다.
스탬프를 UV 리소그래피로 형성시켰으며, 여기서 레지스트는 산소 플라즈마로 제거하였다. 생성되는 구조물을 등방성(isotrope) 건식 에칭으로 형성시켰다.
40 nm 알루미늄 층의 형태로 도체 영역을 도포한 후, 디클로로벤젠 중 4% DPP 용액을 잉크젯-프린팅으로 도포하였다. 용액을 침착시키고 75℃로 건조시켰다. 생성된 반도체 영역의 평균 두께는 1㎛였다.
제2 반도체 영역을 도포한 후, 두께 40 nm의 금 전극을 증발로 도포하였다.
100 ㎂의 전류를 3 V의 게이트 전압에서 달성하였다. 추가로, 이동도(mobility)는 0.05 cm2/Vs였다. 벌크 전하 운반체 농도는 2 x 1015 cm-3이고 벌크 전도성은 500 Ωm였다. 제1 반도체 영역의 두께를 정전용량법(capacitance method)을 사용하여 측정하였다. 이동도는 FET 구성에서 생성된 반도체 구조물로 측정하고, 벌크 전하 운반체 농도는 도체 영역 및 제1 반도체 영역에 의해 형성된 쇼트키 접촉에서 용량/전압 방식으로 측정하였다. 트랜지스터는 0.1 mm2의 단면적을 가지고 도체 내의 개구부의 전체 수는 24000이었다.
반도체 물질로서 DPP를 및 도체 물질로서 알루미늄을 포함하는 반도체 구조물과 함께, 쇼트키 접촉은 1~2 x 1015 cm-3의 벌크 전하 운반체 밀도 및 0.8~0.4 V의 정방향 바이어스 전압 강하로 형성될 수 있었다. 추가로, 0.3-0.8 ㎛의 공핍 폭을 수득할 수 있었다. 이러한 결과는 4% 또는 5% DPP 용액 및 33 nm 또는 40 nm 알루미늄의 도체 영역을 스핀-캐스팅시킴으로써 제공되는 반도체 영역을 지니는 반도체 구조물을 나타낸다. 도체 영역을 직경 200~500 nm의 개구부를 지닌 알루미늄으로 형성시켰다.
실시예
2
제2 실시예에서, 도체 영역을 200 nm의 개구부의 내부 폭을 지닌 40 nm의 증발된 알루미늄 층으로 형성시켰다. 개구부를 중심 간격이 500 nm인 격자로 배열하였다. 반도체 영역을 실시예 1에 따라 제조하였다. 실시예 1과 대조적으로, 실시예 2의 개구부는 도체 영역의 면적에 대한 개구부의 단면적의 비가 0.126가 되도록 하였다. 실시예 1에서와 같이, 실시예 2에서는 3 V에서 0.53 A/cm2의 벌크 전류 밀도를 수득하였다. 실시예 2의 개구부의 전체 수는 0.16 mm2의 면적에 대해 600000였다. 실시예 1에서와 같이, 정전용량법으로 측정된 1 ㎛의 반도체 영역의 두께에 대해 3 V에서 100 ㎂의 전류를 얻었다. 벌크 전하 운반체 농도, 전도성 및 이동도에 대해서, 실시예 1에서와 동일한 결과를 얻었다.
반도체 물질로서 DPP를 및 도체 물질로서 알루미늄을 사용하는 본 발명의 추가 실시예에서, 760 nm의 공핍 폭뿐만 아니라 1.3 x 1015 cm-3의 전하 운반체 농도를 수득하였다. 추가로, 반도체 물질로서 DPP를 및 도체 물질로서 알루미늄을 사용하여 2.3 x 1015 cm-3의 전하 운반체 농도 및 450 nm의 공핍 폭을 얻을 수 있었다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 본 발명의 반도체 구조물을 개략적 도면의 형태로 도시한다.
[도면의 상세한 설명]
도 1에서, 본 발명의 반도체 구조물의 실시양태를 단면식 측면도에 도시하였다. 상기 도면은, 특히 구조 요소의 폭에 대해서 일정한 비율로 도시되지 않았다. 반도체 구조물은 전기 접속부(electrical connection, 12)를 지닌 전극(10)을 포함한다. 전극(10)은 전도성 물질로 제조된다. 추가로, 구조물은 개구부(22)를 구비한 도체 영역(20)을 포함한다. 개구부(22)는 도체 영역(20)이 따라서 연장되는 방향과 수직으로 연장된다. 제1 전극(10)과 도체 영역(20) 사이에, 제1 전극(10)으로부터 도체 영역(20)으로 연장되는 제1 반도체 영역(30)이 제공된다. 도체 영역(20)의 한쪽으로, 반도체 영역(30)과 맞은편인, 제2 반도체 영역(40)이 위치한다. 추가로, 제2 전극(50)은 전기 접속부(52)와 함께 제공된다. 제2 전극(50)은, 제1 반도체 영역(30)뿐만 아니라 도체 영역(20)에도 맞은편인, 제2 반도체 영역(40)의 측면에 배열된다. 따라서, 제2 전극(50)뿐만 아니라 제1 전극(10)이 반도체 구조물의 맞은편 말단 면에 위치한다. 특히, 전극 (10) 및 (50)은 도체 영역(20)의 맞은편인 반도체 영역 (30) 및 (40)의 말단 면에 위치한다.
도 1에 도시된 구조물은 층 구조로, 제1 반도체 영역(30) 및 제2 반도체 영역(40)뿐만 아니라 전극 (10) 및 (50), 도체 영역(20)이 일정한 두께의 층으로 제공되도록 한다. 개구부(22)는 반도체 물질로 충전되어 제1 반도체 영역(30) 및 제2 반도체 영역(40)이 개구부(22) 내의 반도체 물질에 의해 서로 물리적으로 접속되도록 한다. 도체 영역(20)은 전기 접속기를 구비하여 도체 영역(20) 상에 특정 전압을 부여할 수 있다.
예를 들어, 특정 전압이 제2 전극(50)과 도체 영역(20) 사이에 가해지는 경우, 중간의 반도체 영역(40), 즉 제2 반도체 영역은 이의 전기적 특성에 대해 변형된다. 특히, 도체 영역(20)과 제2 전극(50) 사이의 전압은 제2 반도체 영역(40) 내에 전기 장을 부여하여 제2 반도체 영역(40) 내의 자유 전하 운반체의 벌크 농도 또는 이의 당량을 증가시킨다. 따라서, 전극 (50) 및 (10)에 추가 전압이 가해지는 경우, 전류가 반도체 영역 (30), (40) 내의 자유 전하 운반체에 기초하여 생성되며, 이의 벌크 농도는 도체 영역(20)에 가해진 전압을 통해 제어된다. 이렇게 하여, 게인이 제조될 수 있고 도체 영역(20)에서의 전압은 제1 전극(10) 및 제2 전극(50)의 전기 접속부 (12)과 (52) 사이의 전류를 제어한다. 특히, 전극 (10)과 (50) 사이에 전위차를 가함으로써, 전하 운반체 이동은 도체 영역(20)에 전압을 가함으로써 제어된다. 이 전압은 도체 영역(20) 및 반도체 영역(30)에 위치한 공핍 범위를 변화시킨다. 추가로, 도체 영역(20) 및 반도체 영역(40)에 위치한 공핍 범위가 변화할 수 있다. 이렇게 하여, 전하 운반체용 채널이 개방되고, 개구부(22)를 통해 전하 운반체가 반도체 영역(30)으로부터 반도체 영역(40)으로 이동한다. 전압이 도체 영역(20)에 가해지지 않는 경우, 공핍 범위는 (22)의 면적을 커버하고, 전하는 개구부를 통해 이동하지 않아 반도체 영역 (30)과 (40) 사이에 수송되는 전류가 0이 되게 한다.
예시적 실시양태에 따라, 전극 (10) 및 (50)은 증발된 금의 층으로 형성될 수 있고, 제1 반도체 영역(30) 및 제2 반도체 영역(40)은, 바람직하게는 용매에 용해된 유기 반도체 물질을 캐스팅함으로써 제조되는, DPP 층으로 제공될 수 있다. 물론, 용해된 유기 반도체 물질을 도포한 후에, 또 다른 구조 요소가 각 반도체 영역 (30), (40)에 도포되기 전에 용매는 제거되어야 한다. 도체 영역(20)은 알루미늄 층으로, 바람직하게는 100 nm 미만 또는 50 nm 미만의 두께를 지닌 층으로 형성될 수 있다. 도체 영역(20)의 개구부(22)는, 도체 영역(20)을 제공하고 반도체 영역 (30) 또는 (40) 중 하나 위에서 알루미늄의 증발에 의해 형성되는 알루미늄 층 내로 리소그래피를 나노임프린팅시킴으로써 제공된다. 개구부(22)는 예를 들어 500 nm의 내부 폭을 가진다.
부호
10 제1 전극
12 전기 접속부
20 도체 영역
22 개구부
30 제1 반도체 영역
40 제2 반도체 영역
50 제2 전극
52 전기 접속부
인용 문헌
- WO 2010/049321
- WO 2008/000664
- US 2006/0086933 A1
- US 2009/0001362 A1
- Yu-Chiang Chao et. al., "High-performance solution-processed polymer space-charge-limited transistor", Organic Electronics 9 (2008), pp. 310-316
- Yasuyuki Watanabe et. al., "Characteristics of organic inverters using vertical- and lateral-type organic transistors", Thin Solid Films 516 (2008), pp. 2731-2734
- US 2005/0196895 A1
- US 2009/0042142 A1
- US 6,451,459 B1
- WO 05/049695
- WO 2010/049323
- PCT/EP2010/053655
- PCT/EP2010/054152
- PCT/EP2010/056778
- PCT/EP2010/056776
10 제1 전극
12 전기 접속부
20 도체 영역
22 개구부
30 제1 반도체 영역
40 제2 반도체 영역
50 제2 전극
52 전기 접속부
인용 문헌
- WO 2010/049321
- WO 2008/000664
- US 2006/0086933 A1
- US 2009/0001362 A1
- Yu-Chiang Chao et. al., "High-performance solution-processed polymer space-charge-limited transistor", Organic Electronics 9 (2008), pp. 310-316
- Yasuyuki Watanabe et. al., "Characteristics of organic inverters using vertical- and lateral-type organic transistors", Thin Solid Films 516 (2008), pp. 2731-2734
- US 2005/0196895 A1
- US 2009/0042142 A1
- US 6,451,459 B1
- WO 05/049695
- WO 2010/049323
- PCT/EP2010/053655
- PCT/EP2010/054152
- PCT/EP2010/056778
- PCT/EP2010/056776
Claims (15)
1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하며, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부(opening)를 포함하는 반도체 구조물(structure)로서, 1 이상의 반도체 영역은 반도체 물질로서 디케토피롤로피롤 중합체를 함유하고, 반도체 영역은 최고준위 점유 분자 궤도 에너지 준위 EH를 갖는 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하고, EH는 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV로 정의되며, 도체 영역은 |EH| - 1.5 eV ≤ |EC| ≤ |EH| - 0.4 eV로 정의된 일함수 EC를 갖는 전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.
제1항에 있어서, 상기 유기 반도체 물질은 Np ≤ 1 x 1016 cm-3, Np ≤ 8 x 1015 cm-3, Np ≤ 6 x 1015 cm-3, Np ≤ 5 x 1015 cm-3, Np ≤ 1016 cm-3, Np ≤ 4 x 1015 cm-3, Np ≤ 2 x 1015 cm-3, 또는 Np ≤ 1 x 1015 cm-3, 바람직하게는 Np ≤ 5.5 x 1015 cm-3, 더욱 바람직하게는 Np ≤ 3.9 x 1015 cm-3, 가장 바람직하게는 Np ≤ 2.3 x 1015 cm-3인 양전하 운반체 당량(equivalent) Np의 벌크 농도를 갖는 반도체 구조물.
제2항에 있어서, EH, EC, 및 Np는 반도체 영역 내에서 100 nm 초과의, 바람직하게는 125 nm 이상의, 더욱 바람직하게는 250 nm 이상의 공핍 폭 ld을 수득하도록 적용되는 것인 반도체 구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1 이상의 유기 반도체 물질은 반복 단위로 하기 화학식으로 표시되는 1 이상의 DPP 골격을 갖는 디케토피롤로피롤(DPP) 중합체를 포함하는 것인 반도체 구조물:
[상기 식에서, R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 수소; C1-C100 알킬 기; -COOR3; 1 이상의 할로겐 원자, 히드록시 기, 니트로 기, -CN, 또는 C6-C18 아릴 기로 치환되고/되거나 -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C100 알킬 기; C7-C100 아릴알킬 기; 카르바모일 기; C1-C8 알킬 기 및/또는 C1-C8 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C5-C12 시클로알킬 기; C1-C8 알킬 기, C1-C25 티오알콕시 기, 및/또는 C1-C25 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C6-C24 아릴 기, 특히 페닐 또는 1- 또는 2-나프틸; 및 펜타플루오로페닐로 이루어진 군으로부터 선택되며,
R3는 C1-C50 알킬 기, 바람직하게는 C4-C25 알킬 기이다.]
[상기 식에서, R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 수소; C1-C100 알킬 기; -COOR3; 1 이상의 할로겐 원자, 히드록시 기, 니트로 기, -CN, 또는 C6-C18 아릴 기로 치환되고/되거나 -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C100 알킬 기; C7-C100 아릴알킬 기; 카르바모일 기; C1-C8 알킬 기 및/또는 C1-C8 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C5-C12 시클로알킬 기; C1-C8 알킬 기, C1-C25 티오알콕시 기, 및/또는 C1-C25 알콕시 기로 1~3 회 치환될 수 있는 C6-C24 아릴 기, 특히 페닐 또는 1- 또는 2-나프틸; 및 펜타플루오로페닐로 이루어진 군으로부터 선택되며,
R3는 C1-C50 알킬 기, 바람직하게는 C4-C25 알킬 기이다.]
제4항에 있어서, 상기 DPP 중합체는 화학식 (Ia)의 중합체, 화학식 (Ib)의 공중합체, 화학식 (Ic)의 공중합체 및 화학식 (Id)의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 화학식 (Ib)의 중합체인 반도체 구조물:
화학식 (Ia)
화학식 (Ib)
화학식 (Ic)
화학식 (Id)
[상기 식에서, x = 0.995 내지 0.005, y = 0.005 내지 0.995, 바람직하게는 x = 0.2 내지 0.8, y = 0.8 내지 0.2이며, 단, x + y = 1이고;
r = 0.985 내지 0.005, s = 0.005 내지 0.985, t = 0.005 내지 0.985, u = 0.005 내지 0.985이며, 단, r + s + t + u = 1이고;
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이며,
A는 화학식 (X)의 기이고,
여기서, a' = 1, 2, 또는 3, a" = 0, 1, 2, 또는 3; b = 0, 1, 2, 또는 3; b' = 0, 1, 2, 또는 3; c = 0, 1, 2, 또는 3; c' = 0, 1, 2, 또는 3; d = 0, 1, 2, 또는 3; d' = 0, 1, 2, 또는 3이며, 단, a"이 0인 경우 b'은 0이 아니고;
Ar1, Ar1', Ar2, Ar2', Ar3, Ar3', Ar4 및 Ar4'는 서로 독립적으로 임의로 축합되고/되거나 치환될 수 있는 헤테로방향족 또는 방향족 고리이고, 바람직하게는
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 또는 
이며,
여기서 X3 및 X4 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR99이고;
R99, R104, R104', R123 및 R123'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 특히 F, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C25 알콕시 기이며;
R105, R105', R106 및 R106'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C1-C25 알킬; C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C18 알콕시이고;
R107는 C7-C25 아릴알킬, C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, C1-C18 퍼플루오로알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; -O-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C18 알킬; 또는 -COOR124이며;
R124는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬이고;
R108 및 R109는 서로 독립적으로 H, C1-C25 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬이거나;
R108 및 R109는 함께 화학식 =CR110R111의 기를 형성하고, 여기서
R110 및 R111는 서로 독립적으로 H, C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, 또는 C2-C20 헤테로아릴, 또는 G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴이며; 또는
R108 및 R109는 함께 5원 또는 6원 고리를 형성하고, 이는 임의로 C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬로 치환될 수 있으며;
D는 -CO-, -COO-, -S-, -O-, 또는 -NR112-이고;
E는 C1-C8 티오알콕시, C1-C8 알콕시, CN, -NR112R113, -CONR112R113, 또는 할로겐이며,
G는 E, 또는 C1-C18 알킬이고,
R112 및 R113는 서로 독립적으로 H; C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; 또는 -O-가 개재되는 C1-C18 알킬이며
B, D 및 E는 서로 독립적으로 화학식
(여기서, k = 1; l = 0 또는 1; r = 0 또는 1; z = 0 또는 1임) 또는 화학식 (X)의 기이며, 단, B, D 및 E가 화학식 (X)의 기인 경우, 이들은 A와 다르고,
Ar4, Ar5, Ar6 및 Ar7는 서로 독립적으로 하기 화학식의 기이며
, 
, 
, 
또는 
,
여기서 X5 및 X6 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR14이고,
R14, R14' , R17 및 R17'은 서로 독립적으로 H, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 원자가 개재될 수 있는 C6-C25 알킬이다.]
화학식 (Ia)
화학식 (Ib)
화학식 (Ic)
화학식 (Id)
[상기 식에서, x = 0.995 내지 0.005, y = 0.005 내지 0.995, 바람직하게는 x = 0.2 내지 0.8, y = 0.8 내지 0.2이며, 단, x + y = 1이고;
r = 0.985 내지 0.005, s = 0.005 내지 0.985, t = 0.005 내지 0.985, u = 0.005 내지 0.985이며, 단, r + s + t + u = 1이고;
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이며,
A는 화학식 (X)의 기이고,
여기서, a' = 1, 2, 또는 3, a" = 0, 1, 2, 또는 3; b = 0, 1, 2, 또는 3; b' = 0, 1, 2, 또는 3; c = 0, 1, 2, 또는 3; c' = 0, 1, 2, 또는 3; d = 0, 1, 2, 또는 3; d' = 0, 1, 2, 또는 3이며, 단, a"이 0인 경우 b'은 0이 아니고;
Ar1, Ar1', Ar2, Ar2', Ar3, Ar3', Ar4 및 Ar4'는 서로 독립적으로 임의로 축합되고/되거나 치환될 수 있는 헤테로방향족 또는 방향족 고리이고, 바람직하게는
여기서 X3 및 X4 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR99이고;
R99, R104, R104', R123 및 R123'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 특히 F, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C25 알콕시 기이며;
R105, R105', R106 및 R106'는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C1-C25 알킬; C7-C25 아릴알킬, 또는 C1-C18 알콕시이고;
R107는 C7-C25 아릴알킬, C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, C1-C18 퍼플루오로알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; -O-, 또는 -S-가 개재되는 C1-C18 알킬; 또는 -COOR124이며;
R124는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 또는 황 원자가 개재될 수 있는 C4-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬이고;
R108 및 R109는 서로 독립적으로 H, C1-C25 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C25 알킬, C7-C25 아릴알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬이거나;
R108 및 R109는 함께 화학식 =CR110R111의 기를 형성하고, 여기서
R110 및 R111는 서로 독립적으로 H, C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, 또는 C2-C20 헤테로아릴, 또는 G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴이며; 또는
R108 및 R109는 함께 5원 또는 6원 고리를 형성하고, 이는 임의로 C1-C18 알킬, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18알킬, C6-C24 아릴, G로 치환되는 C6-C24 아릴, C2-C20 헤테로아릴, G로 치환되는 C2-C20 헤테로아릴, C2-C18 알케닐, C2-C18 알키닐, C1-C18 알콕시, E로 치환되고/되거나 D가 개재되는 C1-C18 알콕시, 또는 C7-C25 아르알킬로 치환될 수 있으며;
D는 -CO-, -COO-, -S-, -O-, 또는 -NR112-이고;
E는 C1-C8 티오알콕시, C1-C8 알콕시, CN, -NR112R113, -CONR112R113, 또는 할로겐이며,
G는 E, 또는 C1-C18 알킬이고,
R112 및 R113는 서로 독립적으로 H; C6-C18 아릴; C1-C18 알킬, 또는 C1-C18 알콕시로 치환되는 C6-C18 아릴; C1-C18 알킬; 또는 -O-가 개재되는 C1-C18 알킬이며
B, D 및 E는 서로 독립적으로 화학식
Ar4, Ar5, Ar6 및 Ar7는 서로 독립적으로 하기 화학식의 기이며
여기서 X5 및 X6 중 하나는 N이고 다른 하나는 CR14이고,
R14, R14' , R17 및 R17'은 서로 독립적으로 H, 또는 C1-C25 알킬 기, 특히 임의로 1 이상의 산소 원자가 개재될 수 있는 C6-C25 알킬이다.]
제5항에 있어서, DPP 중합체는 하기 화학식 (Ib-1), (Ib-9), (Ib-10)에 따른 중합체인 반도체 구조물:
,
상기 식에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C8-C36 알킬 기이고,
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이다.
상기 식에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C8-C36 알킬 기이고,
n = 4~1000, 바람직하게는 4~200, 더욱 바람직하게는 5~100이다.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 유기 반도체 물질, 바람직하게는 DPP 중합체의 다분산성은 1.01~10, 바람직하게는 1.1~3.0, 더욱 바람직하게는 1.5~2.5의 범위인 반도체 물질.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 도체 영역에 포함된 개구부는 200 nm 초과, 바람직하게는 250 nm 초과, 더욱 바람직하게는 500 nm 초과의 내부 폭을 가지며; 여기서 개구부는 바람직하게는 엠보싱된(embossed) 개구부, 기계적으로 커팅된 개구부, 또는 레이저 커팅된 개구부인 반도체 구조물.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 도체 영역의 전도성 물질은 금속, 합금, 또는 전도성 중합체, 바람직하게는 금속, 더욱 바람직하게는 Al, Cr, Cu, Fe, In, Sb, Si, Sn, 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하며, 바람직하게는 이것으로 이루어지고, 상기 금속은 특히 Al인 반도체 구조물.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 반도체 영역의 말단 면(end face)에 2 개 이상의 전극, 바람직하게는 반도체 영역의 양쪽 말단 면 각각에 1 개의 전극을 추가로 포함하고, 도체 영역뿐만 아니라 전극은 각각 접촉 영역을 포함하거나 외부 접촉에 적합한 도체가 구비된 것인 반도체 구조물.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각 도체 영역으로 부분적으로 분리된 반도체 영역은 상기 도체 영역의 개구부를 통해 서로 직접 접촉하고, 반도체 영역은 개구부 측면인 각 도체 영역의 섹션(section)에 의해 각 도체 영역으로 분리되는 것인 반도체 구조물.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 2 개의 반도체 영역을 부분적으로 분리하는 도체 영역을 포함하며, 여기서 상기 도체 영역 및 2 개의 반도체 영역은 수직형 트랜지스터 구조물을 제공하고, 도체 영역은 반도체 영역들 사이에서 전도성 제어에 적용되는 게이트를 제공하며, 2 개의 반도체 영역은 바람직하게는 동일한 유기 반도체 물질, 특히 동일한 DPP 중합체를 포함하는 것인 반도체 구조물.
1 이상의 도체 영역 및 2 이상의 반도체 영역을 포함하는 반도체 구조물로서, 상기 반도체 영역은 1 이상의 도체 영역으로 부분적으로 분리되고, 여기서 1 이상의 도체 영역은 각각의 도체 영역에 의해 부분적으로 분리된 반도체 영역들 사이로 연장되는 개구부를 포함하며, 반도체 영역은 DPP 중합체, 특히 제4항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기술된 바와 같은 DPP 중합체로부터 선택되는 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하고, 도체 영역은 Al, Cr, Cu, Fe, In, Sb, Si, Sn, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하며, 바람직하게는 상기 금속으로 실질적으로 이루어지는 것인 반도체 구조물.
(a) 1 이상의 유기 반도체 물질을 포함하는 2 이상의 반도체 영역을 제공하는 단계;
(b) 2 이상의 반도체 영역들 사이에 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계;
(c) 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부를 제공하는 단계; 및
(d) 1 이상의 도체 영역의 개구부를 통해 2 이상의 반도체 영역을 부분적으로 접촉시키는 단계;
를 포함하는, 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 반도체 구조물을 제조하는 방법으로서,
단계 (a)의 유기 반도체 물질은 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위 EH를 가지고, EH는 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV로 정의되고;
단계 (b)에 제공되는 1 이상의 도체 영역은 |EH| - 1.5 eV ≤ |EC| ≤ |EH| - 0.4 eV로 정의되는 일함수 EC를 갖는 전도성 물질을 포함하는 것인 방법.
(b) 2 이상의 반도체 영역들 사이에 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계;
(c) 전체 도체 영역을 통해 연장되는 1 이상의 도체 영역에 개구부를 제공하는 단계; 및
(d) 1 이상의 도체 영역의 개구부를 통해 2 이상의 반도체 영역을 부분적으로 접촉시키는 단계;
를 포함하는, 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 반도체 구조물을 제조하는 방법으로서,
단계 (a)의 유기 반도체 물질은 HOMO(최고준위 점유 분자 궤도) 에너지 준위 EH를 가지고, EH는 5.0 eV ≤ |EH| ≤ 5.8 eV로 정의되고;
단계 (b)에 제공되는 1 이상의 도체 영역은 |EH| - 1.5 eV ≤ |EC| ≤ |EH| - 0.4 eV로 정의되는 일함수 EC를 갖는 전도성 물질을 포함하는 것인 방법.
제14항에 있어서, 단계 (b)는 전도성 물질의 연속 층으로서 1 이상의 도체 영역을 제공하는 단계를 포함하고, 단계 (c)는, 연속 층을 통해, 200 nm 초과, 바람직하게는 250 nm 초과, 더욱 바람직하게는 500 nm 초과의 개구부의 내부 폭을 지닌 개구부를 엠보싱, 기계적 커팅 또는 레이저-커팅하는 단계를 포함하는 것인 방법.
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