NO321391B1

NO321391B1 - Integrated inorganic / organic complementary thin film transistor circuit

Info

Publication number: NO321391B1
Application number: NO19993037A
Authority: NO
Inventors: Thomas Jackson; Mathias Bonse; Daniel B Thomasson; Klauk Hagen; David J Gundlach
Original assignee: Thomas Jackson; Mathias Bonse; Daniel B Thomasson; David J Gundlach; Klauk Hagen
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2006-05-08
Also published as: NO993037L; NO993037D0

Description

Oppfinnelsen angår en integrert, uorganisk/organisk, komplementær tynnfilmtransistorkrets omfattende en første og en annen transistor som er operativt sammenkoblet og anordnet på et felles substrat, hvor den første transistor er en uorganisk tynnfilmtransistor og den annen transistor en organisk tynnfilmtransistor, og hvor den komplementære tynnfilmtransistorkrets danner en flernivås tynnfilmstruktur. The invention relates to an integrated, inorganic/organic, complementary thin-film transistor circuit comprising a first and a second transistor which are operatively connected and arranged on a common substrate, where the first transistor is an inorganic thin-film transistor and the second transistor an organic thin-film transistor, and where the complementary thin-film transistor circuit forms a multi-level thin film structure.

Oppfinnelsen angår også en første og en annen fremgangsmåte til fremstilling av en integrert, uorganisk/organisk komplementær tynnfilmtransistorkrets omfattende en første og en annen transistor som er operativt sammenkoblet og anordnet på et felles substrat, hvor den første transistor er en uorganisk tynnfilmtransistor og den annen transistor en organisk tynnfilmtransistor, og hvor den komplementære tynnfilmtransistorkrets utgjør en flernivås tynnfilmstruktur med suksessivt avsatte og mønstrede tynnfilmsjikt, og hvor den første fremgangsmåte dessuten omfatter å avsette separate grindelektroder for henholdsvis den første og den annen transistor på et felles substrat, og å avsette materiale for en kildeelektrode og en drenelektrode i en organisk tynnfilmtransistor på samme nivå i tynnfilmstrukturen til den organiske tynnfilmtransistor. The invention also relates to a first and a second method for producing an integrated, inorganic/organic complementary thin film transistor circuit comprising a first and a second transistor which are operatively connected and arranged on a common substrate, where the first transistor is an inorganic thin film transistor and the second transistor an organic thin-film transistor, and where the complementary thin-film transistor circuit constitutes a multi-level thin-film structure with successively deposited and patterned thin-film layers, and where the first method also comprises depositing separate gate electrodes for the first and second transistors, respectively, on a common substrate, and depositing material for a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor at the same level in the thin film structure of the organic thin film transistor.

Integrerte kretser av silisium utført som komplementære metalloksydhalvledere dominerer markedet for en rekke mikroelektroniske anvendelser så som mikroprosessorer. Men komplementære kretser kan også ha interesse for mer generell anvendelse, f.eks. i bærbare, batteridrevne, elektroniske produkter, da de kan gi en meget lav statisk effektdissipasjon for digitale kretser. Det har imidlertid vist seg vanskelig å realisere komplementære, integrerte tynnfilmkretser med tilstrekkelig ytelse for kommersiell anvendelser. Silicon integrated circuits made as complementary metal oxide semiconductors dominate the market for a variety of microelectronic applications such as microprocessors. But complementary circuits may also be of interest for more general application, e.g. in portable, battery-powered, electronic products, as they can provide very low static power dissipation for digital circuits. However, it has proven difficult to realize complementary, integrated thin film circuits with sufficient performance for commercial applications.

Hydrogenene, amorfe tynnfllmtransistorer av silisium (a-Si:H TFT) har funnet en ny anvendelse i tynnfilmkomponenter, spesielt i væskekrystalldisplayer med aktiv matrise. Imidlertid er komplementære a-Si:H-kretser problematiske, da hulltransportmobiliteten typisk er meget lavere enn elektrontransportmobiliteten. Nylig har TFT med organiske, aktive lag blitt fremstilt og med ytelse sammenlignbar med den som kan fas for amorfe silisiumkomponenter (a-Si:H-komponenter). Hydrogenene amorphous silicon thin film transistors (a-Si:H TFT) have found a new application in thin film components, especially in active matrix liquid crystal displays. However, complementary a-Si:H circuits are problematic, as the hole transport mobility is typically much lower than the electron transport mobility. Recently, TFTs with organic active layers have been produced and with performance comparable to that which can be phased for amorphous silicon components (a-Si:H components).

Eksempelvis er det i US patent nr. 5 347 144 (Garnier & al.) vist en tynnsjiktfelteffekttransistor med en MIS-struktur som innbefatter et tynt halvlederlag mellom en kilde- og drenelektrode. Det tynne halvlederlag står i kontakt med en overflate av et tynnsjikt laget av isolerende materiale som ved sin annen overflate står i kontakt med et ledende gitter. Halvlederen er sammensatt av minst en polykonjugert, organisk forbindelse med en bestemt molekylvekt. Som organisk halvledermateriale nevner Garnier & al. blant annet forskjellige aromatiske, polysykliske hydrokarboner og blant disse spesielt polyacener. Transistoren til Garnier & al. angis å være spesielt egnet som en svitsjende eller forsterkende komponent. For example, US patent no. 5 347 144 (Garnier & al.) shows a thin film field effect transistor with an MIS structure which includes a thin semiconductor layer between a source and drain electrode. The thin semiconductor layer is in contact with one surface of a thin layer made of insulating material which, at its other surface, is in contact with a conductive grid. The semiconductor is composed of at least one polyconjugated, organic compound with a specific molecular weight. As an organic semiconductor material, Garnier & al. among others various aromatic, polycyclic hydrocarbons and among these in particular polyacenes. The transistor of Garnier & al. is indicated to be particularly suitable as a switching or amplifying component.

Også enkle, organiske komplementære tynnfilmtransistorkretser er beskrevet i litteraturen, men har ikke vist de ønskede ytelsesegenskaper. Videre er det forsøkt bygget komplementære kretser med kombinasjoner av uorganiske og organiske komponenter på separate substrater og med utvendig forbindelse. Simple, organic complementary thin-film transistor circuits have also been described in the literature, but have not shown the desired performance characteristics. Furthermore, attempts have been made to build complementary circuits with combinations of inorganic and organic components on separate substrates and with an external connection.

I US patent nr. 5 625 199 (Baumbach & al.) er det imidlertid vist en komplementær krets med en uorganisk n-kanals tynnfilmtransistor og en organisk p-kanals tynnfilmtransistor. Den n-kanals uorganiske tynnfilmtransistor benytter hydrogenert, amorft silisium som aktivt materiale, og den p-kanals organiske tynnfilmtransistor benytter a-heksatienylen (a-6T) som aktivt halvledermateriale. Den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til Baumbach & al. kan benyttes til å implementere en integrert komplementær inverter eller andre komplementære kretser. In US patent no. 5 625 199 (Baumbach & al.), however, a complementary circuit is shown with an inorganic n-channel thin film transistor and an organic p-channel thin film transistor. The n-channel inorganic thin-film transistor uses hydrogenated, amorphous silicon as active material, and the p-channel organic thin-film transistor uses a-hexatienyl (a-6T) as active semiconductor material. The complementary thin film transistor circuit according to Baumbach et al. can be used to implement an integrated complementary inverter or other complementary circuits.

Den integrerte komplementære uorganiske/organiske tynnfilmtransistor i henhold til Baumbach & al. er imidlertid beheftet med en rekke ulemper både fra et prosessmessig synspunkt så vel som med tanke på en generell anvendelse i mer omfattende transistorkretser. Således foreslår Baumbach & al. å anordne henholdsvis kilde- og drenelektrodene på begge sider av det organiske halvlederlag, noe som for det første ikke er nødvendig og dernest medfører en rekke ulemper ved fremstillingen. Videre må kilde- og drenkontaktene til den organiske tynnfilmtransistor dannes i forskjellige trinn, og det vil også være vanskelig å mønstre kontakter på toppen av den organiske halvleder, med mindre det benyttes skyggemasker. The integrated complementary inorganic/organic thin film transistor according to Baumbach & al. is, however, fraught with a number of disadvantages both from a procedural point of view as well as in terms of a general application in more extensive transistor circuits. Thus, Baumbach & al. to arrange the source and drain electrodes respectively on both sides of the organic semiconductor layer, which is firstly not necessary and secondly entails a number of disadvantages in the manufacture. Furthermore, the source and drain contacts of the organic thin film transistor must be formed in different steps, and it will also be difficult to pattern contacts on top of the organic semiconductor, unless shadow masks are used.

Den komplementære tynnfilmtransistor i henhold til Baumbach & al. har heller ikke et isolert, organisk halvledermateriale i den organiske tynnfilmtransistor. Da det vil være ønskelig å kunne slå på den uorganiske transistor og slå av den organiske transistor eller omvendt med bruk av potensial med samme fortegn, kan dette by på problemer. Ved den komplementære tynnfilmtransistor i henhold til Baumbach & al. er det sannsynlig at en uønsket stor lekkasje vil by på problemer dersom den komplementære tynnfilmtransistor skal benyttes i komplekse kretser. En inverter realisert i henhold til Baumbach & al. svitsjer, som angitt i det anførte US patent, ved ca. 5V for en forsyningsspenning på 7,2V. En annen ulempe med den komplementære tynnfilmtransistor i henhold til Baumbach & al. er at det benyttes en felles grindelektrode for både n-kanal- og p-kanaltransistoren. Mer komplekse transistorkretser bygget opp av komplementære komponenter vil kreve at det ikke benyttes felles elektroder i disse. Selv i enkle invertere vil en felles grindelektrode være en ulempe, da den vil gi økte blindkapasitanser. Endelig skal det bemerkes at den komplementære tynnfilmtransistor i henhold til Baumbach & al. benytter den uorganiske transistor som n-kanaltransistor og den organiske transistor som p-kanaltransistor, noe som er forståelig i lys av de foreslåtte materialer. Det fremgår imidlertid av Baumbach & al. at bruk av organiske materialer som kan benyttes til å danne aktive halvledere av n-typen krever forholdsvis kompliserte og kostbare fremstillingsprosesser og derfor for tiden ikke er lett å realisere. The complementary thin film transistor according to Baumbach & al. nor does it have an isolated organic semiconductor material in the organic thin film transistor. As it would be desirable to be able to switch on the inorganic transistor and switch off the organic transistor or vice versa using a potential with the same sign, this can present problems. In the case of the complementary thin-film transistor according to Baumbach & al. is it likely that an unwanted large leakage will cause problems if the complementary thin-film transistor is to be used in complex circuits. An inverter realized according to Baumbach & al. switches, as indicated in the cited US patent, at approx. 5V for a supply voltage of 7.2V. Another disadvantage of the complementary thin film transistor according to Baumbach et al. is that a common gate electrode is used for both the n-channel and p-channel transistors. More complex transistor circuits made up of complementary components will require that common electrodes are not used in these. Even in simple inverters, a common gate electrode will be a disadvantage, as it will give increased blind capacitances. Finally, it should be noted that the complementary thin film transistor according to Baumbach & al. uses the inorganic transistor as an n-channel transistor and the organic transistor as a p-channel transistor, which is understandable in light of the proposed materials. However, it appears from Baumbach & al. that the use of organic materials that can be used to form active semiconductors of the n-type requires relatively complicated and expensive manufacturing processes and is therefore currently not easy to realize.

I US Patent nr. 5 612 228 (Shieh & al.) er det vist en fremgangsmåte til fremstilling av en tynnfilmtransistor med separate grindelektroder. De uorganiske og den organiske tynnfilmtransistor er henholdsvis av n-typen og p-typen og er vist integrert i en komplementær krets, hvor kilde- og drenelektroden i de respektive kretser er anordnet på respektive samme nivåer, m.a.o. det felles nivå for kilde- og drenelektrodene i den ene krets er ikke identisk med det fellesnivå for kilde- og drenelektrodene i den andre transistor. Den organiske tynnfilmtransistor er vist mønstret med et aktivt halvledermateriale av p-typen, og det synes innlysende at problemet med blindkapasitans i alt vesentlig kan unngås. Shieh & al. angir bruk av lavtemperaturprosesser ved avsettingen av de aktive halvledermaterialer, men tar ikke i betraktning de iboende problemer med konvensjonelle mønstringsmetoder som anvendt på et organisk halvledermateriale. Heller ikke er transistorkretsen som vist i Shieh & al. egnet for utførelser med organiske halvledermaterialer av n-typen, spesielt da metallelektroder avsettes på toppen av det mønstrede, aktive halvledermateriale i transistoren av n-typen. US Patent No. 5,612,228 (Shieh & al.) shows a method for producing a thin film transistor with separate gate electrodes. The inorganic and the organic thin-film transistors are respectively n-type and p-type and are shown integrated in a complementary circuit, where the source and drain electrodes in the respective circuits are arranged at the respective same levels, i.e. the common level for the source and drain electrodes in one circuit is not identical to the common level for the source and drain electrodes in the other transistor. The organic thin-film transistor is shown to be patterned with an active p-type semiconductor material, and it seems obvious that the problem of blind capacitance can essentially be avoided. Shieh et al. indicates the use of low-temperature processes in the deposition of the active semiconductor materials, but does not take into account the inherent problems with conventional patterning methods as applied to an organic semiconductor material. Nor is the transistor circuit as shown in Shieh & al. suitable for designs with n-type organic semiconductor materials, especially when metal electrodes are deposited on top of the patterned, active semiconductor material in the n-type transistor.

En første hensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å overvinne de ulemper som knytter seg til kjent teknikk og spesielt å skaffe en integrert, komplementær, uorganisk/organisk tynnfilmtransistorkrets som er egnet til bruk i omfattende transistorkretser. En annen hensikt er å skaffe komplementære tynnfilmtransistorkretser som muliggjør en billig fremstilling og samtidig har lavt statisk effektforbruk, slik at de kan benyttes i bærbart, batteridrevet utstyr. A first purpose of the present invention is therefore to overcome the disadvantages associated with prior art and in particular to provide an integrated, complementary, inorganic/organic thin film transistor circuit which is suitable for use in extensive transistor circuits. Another purpose is to provide complementary thin-film transistor circuits which enable cheap manufacture and at the same time have low static power consumption, so that they can be used in portable, battery-powered equipment.

Ytterligere en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en ukomplisert og billig fremgangsmåte til fremstilling av integrerte komplementære uorganiske/organiske tynnfilmtransistorkretser og det i færrest mulig prosesstrinn, samtidig som det fås en komponent med gode elektriske egenskaper, og hvorved det spesielt skal være mulig å realisere den uorganiske transistor som en n-kanals transistor og den organiske transistor som en p-kanals transistor eller omvendt. A further purpose of the present invention is to provide an uncomplicated and inexpensive method for the production of integrated complementary inorganic/organic thin film transistor circuits and that in the fewest possible process steps, while at the same time obtaining a component with good electrical properties, and whereby it shall be possible in particular to realize the inorganic transistor as an n-channel transistor and the organic transistor as a p-channel transistor or vice versa.

De ovennevnte og andre hensikter oppnås med en integrert uorganisk/organisk komplementær tynnfilmtransistorkrets som i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den uorganiske tynnfilmtransistor er en n-kanaltransistor og at den organiske tynnfilmtransistor er en p-kanaltransistor, eller omvendt, idet et organisk, aktivt transistormateriale i hvert tilfelle henholdsvis er et p-kanals organisk halvledermateriale eller et n-kanals organisk halvledermateriale, og at det organiske halvledermateriale er anordnet hovedsakelig globalt som det øverste lag i kretsen over minst ett, passende mønstret, isolerende lag, slik at det isolerende lag eller de isolerende lag er brutt i området omkring den annen transistor, hvorved det organiske halvledermateriale i den annen transistor kontakterer kilde- og drenelektroden til denne og er anordnet fullstendig elektrisk isolert mot den første transistor. The above and other purposes are achieved with an integrated inorganic/organic complementary thin-film transistor circuit which, according to the invention, is characterized by the inorganic thin-film transistor being an n-channel transistor and the organic thin-film transistor being a p-channel transistor, or vice versa, as an organic, active transistor material in each case respectively is a p-channel organic semiconductor material or an n-channel organic semiconductor material, and that the organic semiconductor material is arranged essentially globally as the topmost layer in the circuit over at least one suitably patterned insulating layer, so that the insulating layer or the insulating layers are broken in the area around the second transistor, whereby the organic semiconductor material in the second transistor contacts the source and drain electrodes of this and is arranged completely electrically isolated from the first transistor.

Fordelaktig er i henhold til oppfinnelsen det uorganiske, aktive halvledermateriale valgt blant hydrogenert, amorft silisium (a-Si:H), hydrogenen eller uhydrogenert, mikrokrystallinsk silisium (|Xc-Si:H;m>Si), hydrogenert eller uhydrogenert, polykrystallinsk silisium (pc-Si:H;pc-Si), énkrystallinsk silisium, kobberdopet, polykrystallinsk germanium (pc-Ge:Cu), kadmiumselenid (CdSe), kadmiumtellurid (CdTe), eller sammensatte, uorganiske halvledere basert på de nevnte materialer, eventuelt i énkrystallinsk form. Advantageously, according to the invention, the inorganic, active semiconductor material is selected from hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H), hydrogen or unhydrogenated, microcrystalline silicon (|Xc-Si:H;m>Si), hydrogenated or unhydrogenated, polycrystalline silicon (pc-Si:H;pc-Si), single-crystalline silicon, copper-doped, polycrystalline germanium (pc-Ge:Cu), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), or composite, inorganic semiconductors based on the aforementioned materials, optionally in single crystalline form.

Hvor den uorganiske tynnfilmtransistor er en n-kanaltransistor, er fortrinnsvis det uorganiske halvledermateriale hydrogenert, amorft silisium (a-Si:H); og hvor den uorganiske transistor er en p-kanaltransistor, er fortrinnsvis det uorganiske halvledermateriale et p-kanals silisiummateriale, spesielt p-kanals hydrogenert, amorft silisium (a-Si:H). Where the inorganic thin film transistor is an n-channel transistor, preferably the inorganic semiconductor material is hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H); and where the inorganic transistor is a p-channel transistor, the inorganic semiconductor material is preferably a p-channel silicon material, especially p-channel hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H).

I en fordelaktig utførelse omfatter halvledermaterialet i den organiske tynnfilmtransistor minst en polykonjugert organisk forbindelse med en spesifikk molekylvekt. Det er da fordelaktig at den eller de polykonjugerte, organiske forbindelser er valgt blant konjugerte polymerer, polysykliske, aromatiske hydrokarboner, spesielt polyacener, eller polyener. In an advantageous embodiment, the semiconductor material in the organic thin film transistor comprises at least one polyconjugated organic compound with a specific molecular weight. It is then advantageous that the polyconjugated organic compound or compounds are selected from conjugated polymers, polycyclic aromatic hydrocarbons, especially polyacenes, or polyenes.

Hvor den organiske tynnfilmtransistor er en p-kanaltransistor, er det fordelaktig at det organiske, aktive halvledermateriale er pentacen, og hvor den organiske tynnfilmtransistor er en n-kanaltransistor, er det fordelaktig at det organiske, aktive halvledermateriale er Where the organic thin film transistor is a p-channel transistor, it is advantageous that the organic active semiconductor material is pentacene, and where the organic thin film transistor is an n-channel transistor, it is advantageous that the organic active semiconductor material is

kobberheksadekafluoroftalocyanid. copper hexadecafluorophthalocyanide.

Endelig er det i henhold til oppfinnelsen spesielt fordelaktig at kildeelektroden og drenelektroden til den organiske tynnfilmtransistor er anordnet på ett og samme nivå når den organiske tynnfilmtransistors tynnfilmstruktur. Finally, according to the invention, it is particularly advantageous that the source electrode and the drain electrode of the organic thin film transistor are arranged at one and the same level when the thin film structure of the organic thin film transistor.

En første fremgangsmåte til fremstilling av en integrert, uorganisk/organisk komplementær tynnfilmtransistorkrets er i henhold til oppfinnelsen kjennetegnet ved å danne den uorganiske tynnfilmtransistor som en n-kanaltransistor og den organiske tynnfilmtransistor som en p-kanaltransistor ved avsetning av henholdsvis et n-kanals uorganisk, aktivt halvledermateriale og et p-kanals organisk, aktivt halvledermateriale, eller tilsvarende danne den organiske tynnfilmtransistor som en n-kanaltransistor og den uorganiske tynnfilmtransistor som en p-kanaltransistor ved avsetning av henholdsvis et n-kanals organisk, aktivt halvledermateriale og p-kanals uorganisk, aktivt halvledermateriale, å anordne i hvert tilfelle et globalt isolerende lag over den første transistor og brutt i området omkring den annen transistor ved en passende mønstring for å blottlegge kilde- og drenelektroden samt grindisolatoren til den annen transistor, og å anordne det organiske, aktive halvledermateriale i et globalt lag over det eller de isolerende lag, slik at det dekker det blottlagte parti av den annen transistor, hvorved den aktive organiske halvleder i den annen transistor anordnes i kontakt med sin kilde- og drenelektrode og fullstendig elektrisk isolert mot den første transistor av en tilbakevendende kant av den brutte profil av det eller de isolerende lag. A first method for producing an integrated, inorganic/organic complementary thin-film transistor circuit is, according to the invention, characterized by forming the inorganic thin-film transistor as an n-channel transistor and the organic thin-film transistor as a p-channel transistor by depositing respectively an n-channel inorganic, active semiconductor material and a p-channel organic active semiconductor material, or correspondingly form the organic thin-film transistor as an n-channel transistor and the inorganic thin-film transistor as a p-channel transistor by depositing an n-channel organic active semiconductor material and p-channel inorganic, respectively, active semiconductor material, to arrange in each case a global insulating layer over the first transistor and broken in the area around the second transistor in a suitable pattern to expose the source and drain electrodes as well as the gate insulator of the second transistor, and to arrange the organic active semiconductor material in a global layer over the insulating layer or layers, so as to cover the exposed portion of the second transistor, whereby the active organic semiconductor in the second transistor is arranged in contact with its source and drain electrodes and completely electrically isolated from the first transistor by a return edge of the broken profile of the insulating layer or layers.

En annen fremgangsmåte til fremstilling av en integrert, uorganisk/organisk, komplementær tynnfilmtransistorkrets er i henhold til oppfinnelsen kjennetegnet ved at den omfatter trinn for å avsette separate grindelektroder av et første metall for hver av de to transistorer på et felles substrat, å avsette separate, uorganiske isolatorer av silisiumnitrid (SiNx) over hver grindelektrode, å avsette en uorganisk, aktiv halvleder i form av hydrogenert, amorft silisium (a-Si:H) over en av grindelektrodene som dermed utgjør første transistors grindelektrode, å avsette og mønstre et n<+->dopet sjikt av enten hydrogenert, amorft silisium (n<+>a-Si:H) eller hydrogenert mikrokrystallinsk silisium (n<+>|ic-Si:H) eller hydrogenert polykrystallinsk silisium (n<+>pc-Si:H) som kilde- og drenkontakter for den første transistor, å avsette og mønstre kilde- og drenelektroder for den første transistor i form av et annet metall over kilde- og drenkontaktene til denne, å avsette og mønstre kilde- og drenelektroder for den annen transistor i form av et tredje metall på samme sjiktnivå i tynnfllmstrukturen, å danne et isolerende dobbeltsjikt over hele den organiske tynnfilmtransistor, og å mønstre dette slik at kilde- og drenelektrodene samt grindisolatoren i den annen transistor blottlegges, hvoretter et sjikt av pentacen avsettes over det isolerende dobbeltsjikt og det blottlagte parti av den annen transistor, idet pentacensjiktet i det blottlagte parti utgjør den organiske tynnfilmtransistors aktive halvledermateriale og anordnes elektrisk isolert mot det øvrige pentacensjikt brutt av en tilbakevendt kant av det isolerende dobbeltsjikts profil. Another method for producing an integrated, inorganic/organic, complementary thin-film transistor circuit is, according to the invention, characterized by the fact that it includes steps for depositing separate gate electrodes of a first metal for each of the two transistors on a common substrate, depositing separate, inorganic insulators of silicon nitride (SiNx) over each gate electrode, to deposit an inorganic, active semiconductor in the form of hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H) over one of the gate electrodes which thus constitutes the first transistor's gate electrode, to deposit and pattern a n< +->doped layer of either hydrogenated, amorphous silicon (n<+>a-Si:H) or hydrogenated microcrystalline silicon (n<+>|ic-Si:H) or hydrogenated polycrystalline silicon (n<+>pc-Si :H) as source and drain contacts for the first transistor, to deposit and pattern source and drain electrodes for the first transistor in the form of another metal over the source and drain contacts thereof, to deposit and pattern source and drain electrodes electrodes for the second transistor in the form of a third metal at the same layer level in the thin film structure, to form an insulating double layer over the entire organic thin film transistor, and to pattern this so that the source and drain electrodes as well as the gate insulator in the second transistor are exposed, after which a layer of the pentacene is deposited over the insulating double layer and the exposed part of the second transistor, as the pentacene layer in the exposed part constitutes the organic thin film transistor's active semiconductor material and is arranged electrically isolated from the other pentacene layer broken by a reversed edge of the insulating double layer's profile.

I en fordelaktig utførelse av den sistnevnte fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen realiseres trinnene for å danne en uorganisk tynnfilmtransistor med en trelags prosess som danner en omvendt, forskjøvet trelags struktur. In an advantageous embodiment of the latter method according to the invention, the steps for forming an inorganic thin film transistor are realized with a three-layer process which forms an inverted, shifted three-layer structure.

I en annen fordelaktig utførelse av den sistnevnte fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen realiseres trinnene for å danne den uorganiske tynnfilmtransistor med en bakkanal-etseprosess. In another advantageous embodiment of the latter method according to the invention, the steps for forming the inorganic thin film transistor are realized with a back channel etching process.

I en fordelaktig utførelse av den sistnevnte fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen isoleres den aktive halvleder i form av pentacen i den organiske tynnfilmtransistor av en tilbakevendt profil av et brutt dobbeltsjikt av polymetylmetakrylat (PMMA) og Novolac fotoresist. In an advantageous embodiment of the latter method according to the invention, the active semiconductor in the form of pentacene in the organic thin film transistor is isolated by a reversed profile of a broken double layer of polymethyl methacrylate (PMMA) and Novolac photoresist.

I en fordelaktig utførelse av sistnevnte fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen fordampes gull termisk for å danne kilde- og drenelektrodene til den organiske tynnfilmtransistor. In an advantageous embodiment of the latter method according to the invention, gold is thermally evaporated to form the source and drain electrodes of the organic thin film transistor.

Endelig kan pentacensjiktet som er avsatt over det isolerende dobbeltsjikt, etter valg fjernes. Finally, the pentacene layer deposited over the insulating double layer can be removed if desired.

Oppfinnelsen skal nå forklares mer detaljert i tilknytning til utførelseseksempler med henvisning til den ledsagende tegning, hvor fig. 1 viser en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til kjent teknikk som eksemplifisert ved det ovenfor omtalte US patent nr. 5 675 199, fig. 2a en første utførelse av en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen, The invention will now be explained in more detail in connection with exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing, where fig. 1 shows a complementary thin film transistor circuit according to prior art as exemplified by the above-mentioned US patent no. 5,675,199, fig. 2a a first embodiment of a complementary thin film transistor circuit according to the invention,

fig. 2b en annen utførelse av en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen, fig. 2b another embodiment of a complementary thin film transistor circuit according to the invention,

fig. 2c en variant av utførelsen på fig. 2b, fig. 2c a variant of the embodiment in fig. 2b,

fig. 3a en tredje utførelse av en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen, fig. 3a a third embodiment of a complementary thin film transistor circuit according to the invention,

fig. 3b en fjerde utførelse av en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen, fig. 3b a fourth embodiment of a complementary thin film transistor circuit according to the invention,

fig. 3c en femte utførelse av en komplementær tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen, fig. 3c a fifth embodiment of a complementary thin film transistor circuit according to the invention,

fig. 3d en variant av utførelsen på fig. 3c, fig. 3d a variant of the embodiment in fig. 3c,

fig. 4a-4r skjematisk prosesstrinnene i en utførelse av en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 4a-4r schematically show the process steps in an embodiment of a method according to the present invention,

fig. 5a-5d en trelags etseprosess som benyttet ved en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 5a-5d a three-layer etching process as used in a method according to the present invention,

fig. 6a-6c en bakkanal-etseprosess som benyttet ved en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 6a-6c a back channel etching process as used in a method according to the present invention,

fig. 7a skjematisk et snitt gjennom en inverter dannet med den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 7a schematically a section through an inverter formed with the complementary thin film transistor circuit according to the present invention,

fig. 7b kretsdiagrammet for inverteren på flg. 7a, fig. 7b the circuit diagram of the inverter on fig. 7a,

fig. 7c en strektegning basert på et mikrofotografi av inverteren på fig. 7a realisert i tynnfllmteknikk, fig. 7c is a line drawing based on a photomicrograph of the inverter of fig. 7a realized in thin film technology,

fig. 8a spenningsoverføringskurven til en inverter realisert som fig. 7a, fig. 8a the voltage transfer curve of an inverter realized as fig. 7a,

fig. 8b et diagram for overgangsstrømmen til en inverter realisert som på fig. 7a, fig. 8b a diagram for the transition current of an inverter realized as in fig. 7a,

fig. 9a en strektegning basert på et mikrofotografi av en NOG-port realisert med komplementære tynnfilmtransistorkretser i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 9a a line drawing based on a photomicrograph of a NOG gate realized with complementary thin film transistor circuits according to the present invention,

fig. 9b kretsdiagrammet til NOG-porten på fig. 9a, fig. 9b is the circuit diagram of the NOG gate of FIG. 9a,

fig. 9c utgangsspenningen for NOG-porten på fig. 9a som funksjon av inngangsspenningen, fig. 9c the output voltage of the NOG gate in fig. 9a as a function of the input voltage,

fig. 10 en strektegning basert på et mikrofotografi av en femtrinns ringoscillator realisert med komplementære tynnfilmtransistorkretser i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 10 is a line drawing based on a photomicrograph of a five-stage ring oscillator realized with complementary thin-film transistor circuits according to the present invention,

fig. 11 kretsdiagrammet for ringoscillatoren på fig. 10, fig. 11 is the circuit diagram of the ring oscillator of FIG. 10,

fig. 12a-12c henholdsvis portforsinkelsen, effektdissipasjonen og effektforsinkelsesproduktet for ringoscillatoren på fig. 10 som funksjon av forsyningsspenningen, og fig. 12a-12c respectively the gate delay, the power dissipation and the power delay product for the ring oscillator of fig. 10 as a function of the supply voltage, and

fig. 13a-c henholdsvis portforsinkelsen, effektdissipasjonen og effektforsinkelsesproduktet som funksjon av forsyningsspenningen for en ellevetrinns ringoscillator realisert med komplementære tynnfilmtransistorkretser i henhold til den foreliggende oppfinnelse. fig. 13a-c respectively the gate delay, the power dissipation and the power delay product as a function of the supply voltage for an eleven-stage ring oscillator realized with complementary thin film transistor circuits according to the present invention.

Det skal nå først gis en omtale av kjent teknikk med utgangspunkt i ovennevnte US patent nr. 5 625 199 (Baumbach & al.). Der er det vist en komplementær krets med uorganisk n-kanals tynnfilmtransistor og en organisk p-kanals tynnfilmtransistor, slik denne er gjengitt på fig. 1. For begge transistorene er det på et substrat 1 anordnet en felles grindelektrode 2 av metall. Over grindelektroden er det anordnet et dielektrikum 3 som utgjør grindisolatoren og som typisk er fremstilt av en ikke-ledende polymer. Over grindisolatoren 3 følger så et sjikt 4 av udopet, amorft silisium som danner det aktive sjiktet i den uorganiske n-kanaltransistor. På a-Si-sjiktet 4 er det mønstret anordnet et isolasjonssjikt 5 som tjener til å forhindre kortslutning mellom kilde- og drenområdene til n-kanaltransistoren. Over sjiktene 3, 4 og 5 er det avsatt et ytterligere sjikt 6 av n<+> amorft silisium som gjør at det fas et elektrisk kontakt til det aktive, amorfe silisiumsjikt 4. Kilde/drenelektrodene There will now first be a discussion of known technology based on the above-mentioned US patent no. 5 625 199 (Baumbach & al.). There is shown a complementary circuit with an inorganic n-channel thin-film transistor and an organic p-channel thin-film transistor, as shown in fig. 1. For both transistors, a common metal gate electrode 2 is arranged on a substrate 1. Above the gate electrode, a dielectric 3 is arranged which constitutes the gate insulator and which is typically produced from a non-conducting polymer. Above the gate insulator 3 then follows a layer 4 of undoped, amorphous silicon which forms the active layer in the inorganic n-channel transistor. An insulating layer 5 is patterned on the a-Si layer 4 which serves to prevent a short circuit between the source and drain regions of the n-channel transistor. Above the layers 3, 4 and 5, a further layer 6 of n<+> amorphous silicon is deposited, which makes an electrical contact with the active, amorphous silicon layer 4. The source/drain electrodes

7 er avsatt mønstret, slik at kildeelektroden og drenelektroden til n-kanaltransistoren ikke kortsluttes. Metallsjiktet 7 er dessuten mønstret slik at n-kanal- og p-kanaltransistorene i kretsen forbindes. Følgelig strekker sjiktet 7 seg henimot p-kanaltransistoren og danner kildekontakten i denne. Det følger nå et sjikt 8 av et isolerende materiale, eksempelvis silisiumnitrid, polyimid eller et annet dielektrikum, for å isolere kilde/drenelektrodene 7 mot det aktive, organiske halvledersjiktet 9 som dannet av ot-heksatienylen (a-6T) og eksempelvis kan være avsatt ved vakuumsublimasjon. Endelig omfatter den kjente kretsen drenelektroden 10 til p-kanaltransistoren. Kontaktmetallet kan bestå av et dampet eller sprøytet sjikt av Au eller Ag og vil være forbundet til den positive forsyningspenning. Denne kjente, komplementære transistorkrets er så i et siste trinn påført et passiveringssj ikt 11, f.eks. av silisiumnitrid eller polyimid, for å beskytte kretsen. 7 is deposited in the pattern, so that the source electrode and the drain electrode of the n-channel transistor are not short-circuited. The metal layer 7 is also patterned so that the n-channel and p-channel transistors in the circuit are connected. Consequently, the layer 7 extends towards the p-channel transistor and forms the source contact in it. There now follows a layer 8 of an insulating material, for example silicon nitride, polyimide or another dielectric, to insulate the source/drain electrodes 7 against the active, organic semiconductor layer 9 which is formed by ot-hexathienyl (a-6T) and can for example be deposited by vacuum sublimation. Finally, the known circuit comprises the drain electrode 10 of the p-channel transistor. The contact metal can consist of a vaporized or sprayed layer of Au or Ag and will be connected to the positive supply voltage. This known, complementary transistor circuit is then applied in a final step to a passivation layer 11, e.g. of silicon nitride or polyimide, to protect the circuit.

Et snitt gjennom en første utførelse av en komplementær transistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 2a. Separate grindelektroder for henholdsvis den uorganiske og den organiske transistor er avsatt på et substrat og dekket av et sjikt av silisiumnitrid som utgjør grindisolatoren. Det uorganiske, aktive halvledermateriale er her vist i form av et sjikt av hydrogenert, amorft silisium (a-Si:H) og anordnet slik at det registrerer med grindelektroden for den uorganiske transistor, men også strekker seg ut over denne hvor det danner n<+->dopede områder for kilde og dren i den uorganiske transistor. Selve kontaktmaterialet for dren- og kildeelektrodene er deretter avsatt over det aktive halvledermateriale og innbyrdes isolert av et mønstret isolasjonslag av silisiumnitrid. Materialet i kildeelektroden til den uorganiske transistor kan være et annet metall enn metallet i grindelektroden. Tilsvarende er kontaktmaterialet for kilde- og drenelektrodene til den organiske transistor avsatt over grindisolatoren, slik at kilde- og drenelektrodene i den organiske transistor i hvert tilfelle befinner seg på samme nivå i tynnfilmstrukturen. Over både den uorganiske og organiske transistors kilde- og drenkontakter er det anordnet et dobbeltsjikt av henholdsvis polymetylmetakrylat og Novolac-fotoresist, men mønstret slik at partiet mellom kilde- og drenelektrodene i den organiske transistor er blottlagt, idet det isolerende dobbeltsjikt i dette område i snitt har en tilbakevendt profil. Det organiske, aktive halvledermateriale er nå anordnet i form av et sjikt over det isolerende dobbeltsjikt der hvor dette ikke er fjernet, og i det blottlagte parti av dette, slik at halvledermaterialet kontakterer kilde og drenelektroden i den organiske transistor og samtidig også registrerer med den organiske transistors grindelektrode. Den brutte, tilbakevendte profil av det isolerende dobbeltsjikt skaffer en sikker elektrisk isolasjon mellom den organiske transistor og den uorganiske transistor. Naturligvis kan det aktive, organiske halvledermateriale etter valg fjernes der hvor det dekker det isolerende dobbeltsjikt. På fig. 2a er det imidlertid beholdt. A section through a first embodiment of a complementary transistor circuit according to the present invention is shown in fig. 2a. Separate gate electrodes for the inorganic and the organic transistor respectively are deposited on a substrate and covered by a layer of silicon nitride which forms the gate insulator. The inorganic, active semiconductor material is shown here in the form of a layer of hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H) and arranged so that it registers with the gate electrode of the inorganic transistor, but also extends beyond this where it forms n< +->doped areas for source and drain in the inorganic transistor. The contact material itself for the drain and source electrodes is then deposited over the active semiconductor material and mutually insulated by a patterned insulating layer of silicon nitride. The material in the source electrode of the inorganic transistor can be a different metal than the metal in the gate electrode. Correspondingly, the contact material for the source and drain electrodes of the organic transistor is deposited above the gate insulator, so that the source and drain electrodes in the organic transistor are in each case at the same level in the thin film structure. Above both the inorganic and organic transistor's source and drain contacts, a double layer of polymethyl methacrylate and Novolac photoresist is arranged, respectively, but patterned so that the part between the source and drain electrodes in the organic transistor is exposed, the insulating double layer in this area on average has a reversed profile. The organic, active semiconductor material is now arranged in the form of a layer above the insulating double layer where this has not been removed, and in the exposed part of this, so that the semiconductor material contacts the source and drain electrodes of the organic transistor and at the same time also registers with the organic transistor's gate electrode. The broken, reversed profile of the insulating double layer provides a secure electrical isolation between the organic transistor and the inorganic transistor. Naturally, the active organic semiconductor material can be removed where it covers the insulating double layer. In fig. 2a is, however, retained.

Det skal forstås at det aktive, uorganiske halvledermateriale ikke er begrenset til hydrogenert, amorft silisium, men godt kan bestå av hydrogenert, mikrokrystallinsk eller polykrystallinsk silisium. Kilde- og drenmateriale kan dessuten være avsatt separat og være forskjellig fra kanalområdet, eksempelvis n<+->dopet mikrokrystallinsk, hydrogenert silisium. Tilsvarende er heller ikke det organiske, aktive halvledermateriale i den organiske transistor begrenset til pentacen, men kan generelt være dannet av polykonjugerte, organiske forbindelser med passende egenskaper og være dannet av flere slike. Som eksempel på slike polykonjugerte, organiske forbindelser og som kjent fra teknikken, kan det nevnes konjugerte oligomerer hvis enheter innbefatter eller består av fenylengrupper som kan være substituerte, ortosammensmeltede eller orto- og perisammensmeltede, aromatiske, polysykliske hydrokarboner med 4-20 sammensmeltede ringer, polyener med formelen H-C(Tt) =C(T2) )-H hvor Tj og T2 uavhengig representerer -H eller et lavere alkyl og r er et heltall som kan variere fra 8 til 50, samt konjugerte oligomerer hvis gjentatte enheter inneholder minst en femledds heterosyklus. Generelt skal en polykonjugert organisk forbindelse anvendt som aktivt halvledermateriale i den organiske halvledertransistor inneholde minst 8 konjugerte bindinger og ha en molekylvekt som ikke er større enn ca. 2000. For en mer utførlig omtale av disse materialene skal det forøvrig henvises til ovennevnte US patent nr. 5 347 144 (Garnier & al.). It should be understood that the active, inorganic semiconductor material is not limited to hydrogenated, amorphous silicon, but may well consist of hydrogenated, microcrystalline or polycrystalline silicon. Source and drain material can also be deposited separately and be different from the channel area, for example n<+->doped microcrystalline, hydrogenated silicon. Correspondingly, the organic, active semiconductor material in the organic transistor is not limited to pentacene either, but can generally be formed from polyconjugated, organic compounds with suitable properties and be formed from several such. As an example of such polyconjugated organic compounds and as known from the art, mention may be made of conjugated oligomers whose units include or consist of phenylene groups which may be substituted, ortho-fused or ortho- and peri-fused, aromatic, polycyclic hydrocarbons with 4-20 fused rings, polyenes with the formula H-C(Tt) =C(T2) )-H where Tj and T2 independently represent -H or a lower alkyl and r is an integer that can vary from 8 to 50, as well as conjugated oligomers whose repeating units contain at least one five-membered heterocycle . In general, a polyconjugated organic compound used as active semiconductor material in the organic semiconductor transistor must contain at least 8 conjugated bonds and have a molecular weight that is not greater than approx. 2000. For a more detailed discussion of these materials, reference should be made to the above-mentioned US patent no. 5 347 144 (Garnier & al.).

Som et alternativ til utførelsen på fig. 2a kan isolasjonen av det aktive, organiske halvledermateriale i p-kanaltransistoren oppnås med en forenklet versjon av den komplementære tynnfilmtransistorkrets. På fig. 2b er dette vist ved å anordne et mønstret fotoresistsjikt over det komplementære tynnfilmtransistorkrets, hvoretter det organiske, aktive halvledermateriale fjernes utenfor den organiske tynnfilmtransistor. Maskesjiktet eller fotoresisten kan beholdes som vist på fig. 2b, men den kan også fjernes, slik dette er vist på fig. 2c. I hvert tilfelle blir det aktive halvledermateriale i den organiske transistor elektrisk isolert overfor den uorganiske transistor. I den forbindelse skal det bemerkes at det generelt har vært ansett som et problem å fjerne et aktivt, organisk halvledermateriale ved etsing, da slike materialer vanligvis skades eller ødelegges når de utsettes for vanlige fotoresister og kjemikalier for behandling av fotoresisten. Imidlertid har det vist seg at en vannbaserte etseprosess med vannbasert materiale gir svært gode resultater. Ved mønstring av f.eks. organiske, optoelektroniske materialer, kan eksempelvis polyvinylalkohol som løsningsmiddel og gelatin som fotoresist være et gunstig alternativ. Ellers er både fotolitografi og trykking andre mulige alternativer til etsing - særlig trykking kan i det lange løp vise seg både som enklest og billigst. As an alternative to the embodiment of fig. 2a, the isolation of the active, organic semiconductor material in the p-channel transistor can be achieved with a simplified version of the complementary thin-film transistor circuit. In fig. 2b this is shown by arranging a patterned photoresist layer over the complementary thin-film transistor circuit, after which the organic, active semiconductor material is removed outside the organic thin-film transistor. The mask layer or photoresist can be retained as shown in fig. 2b, but it can also be removed, as shown in fig. 2c. In each case, the active semiconductor material in the organic transistor is electrically isolated from the inorganic transistor. In this connection, it should be noted that it has generally been considered a problem to remove an active, organic semiconductor material by etching, as such materials are usually damaged or destroyed when exposed to common photoresists and photoresist processing chemicals. However, it has been shown that a water-based etching process with water-based material gives very good results. When sampling e.g. organic, optoelectronic materials, for example polyvinyl alcohol as solvent and gelatin as photoresist, can be a favorable alternative. Otherwise, both photolithography and printing are other possible alternatives to etching - printing in particular can in the long run prove to be both the easiest and cheapest.

Fig. 3a viser et snitt gjennom en organisk/uorganisk tynnfilmtransistor i henhold til den foreliggende oppfinnelse hvor det benyttes en organisk tynnfilmtransistor med en n-kanals organisk halvleder. Fig. 3 viser den enklest mulige utførelse, hvor separate grindelektroder er anordnet på substratet, grindisolatoren består av det samme materiale i begge tilfeller og metallet for kilde/drenelektrodene likeledes er det samme for begge transistorer. Fig. 3a shows a section through an organic/inorganic thin film transistor according to the present invention where an organic thin film transistor with an n-channel organic semiconductor is used. Fig. 3 shows the simplest possible embodiment, where separate gate electrodes are arranged on the substrate, the gate insulator consists of the same material in both cases and the metal for the source/drain electrodes is likewise the same for both transistors.

Som et eksempel på et organisk n-kanalmateriale kan nevnes kobber-heksadekafluoroftalocyanin (F|5CuPc) (se Y.Y. Lin & al., "Organic complementary ringoscillators" Appl. Phys. Lett. bind 74, nr. 18 (1999)). Denne organiske halvleder viser felteffektmobiliteter inntil IO'2 cmVVs og er ikke så følsom overfor ytre betingelser som andre organiske halvledermaterialer av n-typen, så som buckminsterfullerene (Ceo)-Organiske n-kanals tynnfilmtransistorer basert på kobber-heksadekafluoroftalocyanin (F16CuPc) eller et annet organisk halvledermateriale av n-typen kan kombineres med et av flere forskjellige uorganiske p-kanalhalvledermaterialer for å danne den komplementære tynnfilmtransistorkrets. As an example of an organic n-channel material, copper hexadecafluorophthalocyanine (F|5CuPc) can be mentioned (see Y.Y. Lin & al., "Organic complementary ring oscillators" Appl. Phys. Lett. vol. 74, no. 18 (1999)). This organic semiconductor exhibits field-effect mobilities up to IO'2 cmVVs and is not as sensitive to external conditions as other n-type organic semiconductor materials, such as buckminsterfullers (Ceo)-Organic n-channel thin-film transistors based on copper-hexadecafluorophthalocyanine (F16CuPc) or another n-type organic semiconductor material can be combined with one of several different p-channel inorganic semiconductor materials to form the complementary thin-film transistor circuit.

Som eksempler på egnede uorganiske halvledere av p-typen kan nevnes p-kanals amorft silisium som har felteffektmobiliteter sammenlignbare med F|6CuPc, eller kobberdopet polykrystallinsk germanium (Pc-Ge:Cu) som i litteraturen er vist benyttet i kombinasjon med indiumdopet kadmiumselenid (Cd-Se:In) i en komplementær polykrystallinsk tynnfilmteknologi (se J. Doutreloigne & al., "The electrical performance of a complementary CdSe:In/Ge:Cu thin film transistor technology for flat panel displays", Solid-State Electronics, bind 34, nr. 2 (1991)). Polykrystallinsk germanium har vist felteffektmobiliteter på ca. 5-15 cm<2>/Vs, men krever en mer komplisert prosessering enn amorft silisium. Examples of suitable p-type inorganic semiconductors include p-channel amorphous silicon, which has field-effect mobilities comparable to F|6CuPc, or copper-doped polycrystalline germanium (Pc-Ge:Cu) which is shown in the literature to be used in combination with indium-doped cadmium selenide (Cd -Se:In) in a complementary polycrystalline thin film technology (see J. Doutreloigne & al., "The electrical performance of a complementary CdSe:In/Ge:Cu thin film transistor technology for flat panel displays", Solid-State Electronics, volume 34 , No. 2 (1991)). Polycrystalline germanium has shown field effect mobilities of approx. 5-15 cm<2>/Vs, but requires more complicated processing than amorphous silicon.

Fig. 3b viser en utførelse av den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen med en n-kanals organisk transistor. Utførelsen på fig. 3b er analog til den på flg. 2a, men med samme metall benyttet for kilde-og drenelektroden i begge transistorer. Det isolerende dobbeltsjikt kan være utført som på fig. 2a, nemlig bestående av polymetylmetakrylat og Novolac-fotoresist og mønstret slik at partiet over den n-kanals organiske halvleder blottlegges, idet det isolerende dobbelsjikt også her brytes av en tilbakevendt profil. Dermed vil den aktive halvleder i den n-kanals organiske transistor være isolert fra den p-kanals uorganiske transistor, noe som kan være fordelaktig, men som ikke er en nødvendig betingelse for å benytte et organisk, aktivt n-kanals halvledermateriale. Fig. 3b shows an embodiment of the complementary thin-film transistor circuit according to the invention with an n-channel organic transistor. The embodiment in fig. 3b is analogous to that on fig. 2a, but with the same metal used for the source and drain electrodes in both transistors. The insulating double layer can be designed as in fig. 2a, namely consisting of polymethyl methacrylate and Novolac photoresist and patterned so that the part above the n-channel organic semiconductor is exposed, the insulating double layer here too being broken by a reversed profile. Thus, the active semiconductor in the n-channel organic transistor will be isolated from the p-channel inorganic transistor, which can be advantageous, but is not a necessary condition for using an organic, active n-channel semiconductor material.

Isolasjonen av det organiske, aktive n-kanalhalvledermateriale kan også oppnås på tilsvarende måte som vist for utførelsen på fig. 2b, nemlig som vist på fig. 3c, hvor en fotoresist etses og maskes slik at den n-kanals organiske, aktive n-kanalhalvleder isoleres. Etsemasken, dvs. fotoresisten, kan også her fjernes fra den organiske n-kanaltransistor, og det fås da den på fig. 3d viste variant av utførelsen på fig. 3c. The isolation of the organic, active n-channel semiconductor material can also be achieved in a similar way as shown for the embodiment in fig. 2b, namely as shown in fig. 3c, where a photoresist is etched and masked so that the n-channel organic active n-channel semiconductor is isolated. The etching mask, i.e. the photoresist, can also here be removed from the organic n-channel transistor, and the one in fig. 3d showed variant of the embodiment in fig. 3c.

Det skal nå med henvisning til fig. 4a-4r som skjematisk viser prosesskjemaet for integrert komplementær a-Si:H/organisk transistorteknologi, gis en omtale av spesifikke trekk ved fremstillingen av den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen. Den uorganiske a-Si:H-tynnfilmtransistor fremstilles i en prosess som gir en omvendt, forskjøvet trelags struktur, hvilket skal omtales nærmere i det følgende. Lagene av a-Si:H/SiN ble avsatt med bruk av plasmaforsterket, kjemisk pådamping (PECVD). Det etterfølgende prosesstrinn omfattet standard litografiske teknikker og våtetseteknikker så vel som sprutavsetning av kilde- og drenmetall for den uorganiske tynnfilmtransistor. Kilde- og drenelektrodene til den organiske tynnfilmtransistor ble avsatt ved bruk av termisk damping. For å isolere den organiske tynnfilmtransistors aktive halvledermateriale, i dette tilfelle pentacen, ble det brukt en tilbakvendt fotoresistprofil bestående av polymetylmetakrylat (PMMA) og Novolac-fotoresist som tilsammen utgjør et isolerende dobbeltsjikt i den komplementære transistorkrets. Dette er et nødvendig trinn, da tynnfilmtransistorer med pentacen som p-kanals aktivt halvledermateriale vanligvis vil ha en positiv terskelspenning, dvs. at det må benyttes en positiv spenning på grindelektroden for å slå transistoren av. Det er derfor nødvendig å isolere en aktiv p-kanalhalvleder av pentacen i den organiske transistor for å forhindre lekkasje i pentacenlaget, men da pentacen er følsomt for de fleste former for kjemisk prosessering, er det vanskelig å oppnå isolasjon med bruk av fotolitografi etter at det organiske halvledersjikt er avsatt. Med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fås isolasjon under avsetningen av pentacensjiktet ved at dette brytes over den tilbakevendte kant av dobbeltsjiktprofilen i den organiske transistor. Maksimumstemperaturen som ble benyttet under fremstillingen var 250°C. It must now with reference to fig. 4a-4r which schematically show the process diagram for integrated complementary a-Si:H/organic transistor technology, a description of specific features in the production of the complementary thin film transistor circuit according to the invention is given. The inorganic a-Si:H thin-film transistor is manufactured in a process that gives an inverted, offset three-layer structure, which will be described in more detail below. The layers of a-Si:H/SiN were deposited using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The subsequent process step included standard lithographic and wet etching techniques as well as sputter deposition of source and drain metal for the inorganic thin film transistor. The source and drain electrodes of the organic thin film transistor were deposited using thermal evaporation. In order to isolate the organic thin-film transistor's active semiconductor material, in this case pentacene, an inverted photoresist profile consisting of polymethyl methacrylate (PMMA) and Novolac photoresist was used, which together form an insulating double layer in the complementary transistor circuit. This is a necessary step, as thin-film transistors with pentacene as the p-channel active semiconductor material will usually have a positive threshold voltage, i.e. a positive voltage must be used on the gate electrode to turn the transistor off. It is therefore necessary to isolate an active p-channel semiconductor of pentacene in the organic transistor to prevent leakage in the pentacene layer, but as pentacene is sensitive to most forms of chemical processing, it is difficult to achieve isolation using photolithography after it organic semiconductor layers are deposited. With the method according to the invention, insulation is obtained during the deposition of the pentacene layer by breaking this over the back-facing edge of the double-layer profile in the organic transistor. The maximum temperature used during production was 250°C.

Nå skal eksplisitt prosesseringstrinnene for fremstillingen av en slik transistor omtales med en konkret, kortfattet henvisning til fig. 4a-4r, som imidlertid hovedsakelig vil være selvforklarende for en fagmann. På flg. 4a avsettes grindelektrodemetallet på substratet ved spruting og deretter mønstres de separate grindelektroder med en første maske I som vist på fig. 4b. Deretter avsettes ved hjelp av plasmaforsterket kjemisk pådamping et trelags struktur bestående av en grindisolator av SiNx over begge grindelektroder, derover et lag av hydrogenert amorft silisium og endelig et isolasjonssjikt, igjen dannet av silisiumnitrid, slik dette er vist på fig. 4c. I det påfølgende trinn vist på fig. 4d, mønstres nå med annen maske II en fotoresist for aktivt å definere en tynnfilmtransistor med hydrogenert, amorft silisium. På fig. 4e etses det øverste silisiumnitridsjikt, og i det påfølgende prosesstrinn på fig. 4f etses sjiktet av hydrogenert, amorft silisium. I prosesstrinnet vist på fig. 4g mønstres en fotoresist for etsing av i-stopper og den nederste nitridsjikt ved hjelp av en tredje maske III. Selve etsingen av i-stopper og det nederste silisiumnitridsjikt er vist på flg. 4h. Now the processing steps for the production of such a transistor will be explicitly mentioned with a concrete, concise reference to fig. 4a-4r, which will however be largely self-explanatory to a person skilled in the art. On fig. 4a, the gate electrode metal is deposited on the substrate by spraying and then the separate gate electrodes are patterned with a first mesh I as shown in fig. 4b. A three-layer structure is then deposited using plasma-enhanced chemical vapor deposition, consisting of a gate insulator of SiNx over both gate electrodes, above that a layer of hydrogenated amorphous silicon and finally an insulating layer, again formed of silicon nitride, as shown in fig. 4c. In the subsequent step shown in fig. 4d, a photoresist is now patterned with second mask II to actively define a hydrogenated, amorphous silicon thin film transistor. In fig. 4e, the top silicon nitride layer is etched, and in the subsequent process step in fig. 4f the layer of hydrogenated, amorphous silicon is etched. In the process step shown in fig. 4g, a photoresist is patterned for etching i-stops and the bottom nitride layer using a third mask III. The actual etching of i-stops and the bottom silicon nitride layer is shown in Fig. 4h.

For å danne kilde- og drenområdene til n-kanaltransistoren pådampes som vist på fig. 4i nå ved hjelp av plasmaforsterket kjemisk pådamping n<+> a-Si:H, og i det påfølgende prosesstrinn vist på fig. 4j skjer det ved hjelp av en fjerde maske IV for mønstring av en fotoresist for avløfting av kilde/drenelektrodemetallet. Dette sprutes på i prosesstrinnet vist på flg. 4k og er betegnet med M2 som kan være et annet metall forskjellig fra det første metall benyttet i grindelektrodene. I prosesstrinnet vist på fig. 41 blir kilde/drenmetallet M2 for den uorganiske transistor løftet av, og deretter følger i prosesstrinnet vist på flg. 4m en etsing av n<+->sjiktet av hydrogenert amorft silisium, som dermed kommer til å utgjøre kilde- og drenområdene i den uorganiske transistor. To form the source and drain regions of the n-channel transistor, as shown in fig. 4i now by means of plasma-enhanced chemical vapor deposition n<+> a-Si:H, and in the subsequent process step shown in fig. 4j, it takes place with the help of a fourth mask IV for patterning a photoresist for lifting off the source/drain electrode metal. This is sprayed on in the process step shown in Fig. 4k and is denoted by M2, which can be another metal different from the first metal used in the gate electrodes. In the process step shown in fig. 41, the source/drain metal M2 for the inorganic transistor is lifted off, and then, in the process step shown in Fig. 4m, an etching of the n<+->layer of hydrogenated amorphous silicon, which will thus form the source and drain regions of the inorganic transistor, follows transistor.

Nå følger i prosesstrinnet vist på fig. 4n en mønstring av en fotoresist for avløfting av metalliseringen i den organiske tynnfilmtransistor. Dette skjer ved hjelp av en femte maske V. Et metallsjikt av et tredje metall M3 avsettes nå over hele transistorkretsen, som vist på flg. 4o, og deretter følger avløftingen av dette metallsjiktet M3, slik at den organiske tynnfilmtransistor fremstår med kilde- og drenelektroder av metallet M3 anordnet på samme nivå i tynnfilmstrukturen. For å isolere den organiske tynnfilmtransistor elektrisk overfor den uorganiske tynnfilmtransistor, avsettes nå ved fotolitografi et dobbeltsjikt bestående av polymetylmetakrylat PMMA og en eksempelvis Novolac-fotoresist. Det isolerende dobbeltsjikt mønstres slik at kilde- og drenelektrodene av metallet M3 for den organiske tynnfilmtransistor blottlegges mellom tilbakevendte, brutte profiler av det isolerende dobbeltsjikt, slik dette er vist på flg. 4q. Endelig avsettes nå det organiske, aktive halvledermateriale i form av pentacen over hele kretsen og danner i det blottlagte parti den organiske, p-kanals transistors aktive halvledermateriale. Det skal forstås at pentacensjiktet hvor det dekker det isolerende dobbeltsjikt, ellers kan fjernes derfra i et avsluttende, ikke vist prosesstrinn. Ytterligere kan naturligvis elektrisk isolerende passiverings- og planariseringssjikt avsettes over hele den komplementære tynnfiimkrets, slik dette er kjent i teknikken, men ikke her er spesifikt vist. Den komplementære, organiske tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen fremstår nå hovedsakelig som vist på fig. 4r og tilsvarende utførelsen vist på fig. 2a. Now follows in the process step shown in fig. 4n a patterning of a photoresist for lifting the metallization in the organic thin film transistor. This takes place with the help of a fifth mask V. A metal layer of a third metal M3 is now deposited over the entire transistor circuit, as shown in Fig. 4o, and this metal layer M3 is then removed, so that the organic thin film transistor appears with source and drain electrodes of the metal M3 arranged at the same level in the thin film structure. In order to electrically isolate the organic thin-film transistor from the inorganic thin-film transistor, a double layer consisting of polymethyl methacrylate PMMA and a Novolac photoresist, for example, is now deposited by photolithography. The insulating double layer is patterned so that the source and drain electrodes of the metal M3 for the organic thin film transistor are exposed between reversed, broken profiles of the insulating double layer, as shown in Fig. 4q. Finally, the organic, active semiconductor material in the form of pentacene is now deposited over the entire circuit and forms the organic, p-channel transistor's active semiconductor material in the exposed part. It should be understood that the pentacene layer, where it covers the insulating double layer, can otherwise be removed therefrom in a final process step, not shown. Furthermore, of course, an electrically insulating passivation and planarization layer can be deposited over the entire complementary thin film circuit, as is known in the art, but is not specifically shown here. The complementary, organic thin film transistor circuit according to the invention now appears mainly as shown in fig. 4r and corresponding to the embodiment shown in fig. 2a.

Den trelags etseprosess som er benyttet ved den foreliggende oppfinnelsen og som er gjengitt i prosesstrinnene vist på flg. 4c-4h, skal nå omtales litt mer detaljert med henvisning til flg. 5a-5d. I den trelags etseprosess avsettes som vist på fig. 5a, et trippellag av silisiumnitrid, udopet, hydrogenert, amorft silisium og ytterligere et lag av silisiumnitrid på den mønstrede grindelektrodestruktur. Den øverste silisiumnitridsjikt mønstres som vist på flg. 5b, og et n<+->dopet sjikt av amorft hydrogenert silisium avsettes over det hele som vist på fig. 5c. Metallet til kilde- og drenelektrodene mønstres, og det dopede amorfe silisiummateriale over det øverste silisiumnitridlag etses bort som vist på fig. 5d. Da det øverste silisiumnitridlag beskytter kanalområdet til den uorganiske tynnfilmtransistor, er dette etsetrinnet ikke kritisk. Imidlertid krever trelagsprosessen to avsetningstrinn for amorft silisium, og da kilde- og drenelektrodene må mønstres på toppen av det øverste silisiumnitridsjikt som er mønstret med kanallengden, krever dette en mer aggressiv fotolitografi for en gitt kanallengde. The three-layer etching process which is used in the present invention and which is reproduced in the process steps shown on fig. 4c-4h, will now be described in a little more detail with reference to fig. 5a-5d. In the three-layer etching process, as shown in fig. 5a, a triple layer of silicon nitride, undoped, hydrogenated, amorphous silicon and an additional layer of silicon nitride on the patterned gate electrode structure. The top silicon nitride layer is patterned as shown in fig. 5b, and an n<+-> doped layer of amorphous hydrogenated silicon is deposited over the whole as shown in fig. 5c. The metal of the source and drain electrodes is patterned, and the doped amorphous silicon material above the top silicon nitride layer is etched away as shown in fig. 5d. As the top silicon nitride layer protects the channel region of the inorganic thin film transistor, this etching step is not critical. However, the three-layer process requires two amorphous silicon deposition steps, and since the source and drain electrodes must be patterned on top of the top silicon nitride layer patterned with the channel length, this requires a more aggressive photolithography for a given channel length.

Bakkanaletseprosessen er vist på fig. 6a-6c. Et isolasjonslag av silisiumnitrid er avsatt over grindelektroden og substratet og følges av udopet, hydrogenert silisium og n<+->dopet silisium samt et ytterligere lag av n<+->dopet, hydrogenert, amorft silisium. Dette er vist på fig. 6a. Kilde- og drenelektroder mønstres og det dopede, hydrogenerte amorfe silisium i kanalområdet etses bort, slik dette er vist på henholdsvis fig. 6b og flg. 6c. Bakkanaletseprosessen er meget enkel, men etsingen av den n<+->dopedc, hydrogenerte, amorfe silisium i kanalområdet er et kritisk trinn. Typisk resulterer bakkanaletsing i uorganiske tynnfilmtransistorer av dårligere kvalitet enn det som kan fås ved å benytte en trelags etseprosess. Fig. 7a viser et skjematisk snitt gjennom en inverter dannet med den integrerte, komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen. Funksjonelt svarer inverteren på fig. 7a hovedsakelig til den komplementære transistorkrets i kjent teknikk som gjengitt på fig. 1, men er basert på utførelsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse slik den eksempelvis er vist på fig. 2a. Som der er inverterens organiske transistor basert på et p-kanals halvledermateriale, nemlig pentacen, og hydrogenert amorft silisium på dopet og udopet form er benyttet som halvledermateriale i den uorganiske transistor. Da inngangssignalet til inverteren skal føres til grindelektrodene, er det for dette formål anordnet en grindelektrodekontakt som vist til venstre på fig. 7a. Denne grindelektrodekontakten kan da være avsatt i samme prosesstrinn som vist på fig. 4a-4b med bruk av maske I. Som på fig. 2a vil det isolerende dobbeltsjikt av polymetylmetakrylat på Novolac-fotoresist isolere både den organiske transistor så vel som inverterens grindkontakt overfor den uorganiske transistor. Ellers kan også her pentacensjiktet som befinner seg over det isolerende dobbeltsjikt samt over inverterens grindelektrodekontakt, fjernes. Inverterens velkjente, skjematiske kretsdiagram er vist på fig. 7b, og en inverter realisert med bruk av den komplementære transistorkrets og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er vist ved strektegningen på flg. 7c. Den organiske tynnfilmtransistor befinner seg her til venstre og den uorganiske tynnfilmtransistor i den komplementære tynnfilmtransistorkrets til høyre på fig. 7c. Fig. 8a viser spenningsoverføringskurvene for forskjellige forsyningsspenninger for en inverter med et p-forhold på 1. p-forholdet er her definert ved The back channel etching process is shown in fig. 6a-6c. An insulating layer of silicon nitride is deposited over the gate electrode and the substrate and is followed by undoped, hydrogenated silicon and n<+->doped silicon as well as a further layer of n<+->doped, hydrogenated, amorphous silicon. This is shown in fig. 6a. Source and drain electrodes are patterned and the doped, hydrogenated amorphous silicon in the channel area is etched away, as shown in fig. 6b and etc. 6c. The back channel etching process is very simple, but the etching of the n<+->dopedc, hydrogenated, amorphous silicon in the channel region is a critical step. Typically, back channel etching results in poorer quality inorganic thin film transistors than can be obtained using a three-layer etching process. Fig. 7a shows a schematic section through an inverter formed with the integrated, complementary thin film transistor circuit according to the invention. Functionally, the inverter corresponds to fig. 7a mainly to the complementary transistor circuit in the prior art as shown in fig. 1, but is based on the design according to the present invention as shown, for example, in fig. 2a. As there, the inverter's organic transistor is based on a p-channel semiconductor material, namely pentacene, and hydrogenated amorphous silicon in doped and undoped form is used as semiconductor material in the inorganic transistor. As the input signal to the inverter is to be fed to the gate electrodes, a gate electrode contact is arranged for this purpose as shown on the left in fig. 7a. This gate electrode contact can then be deposited in the same process step as shown in fig. 4a-4b with the use of mask I. As in fig. 2a, the insulating double layer of polymethyl methacrylate on Novolac photoresist will insulate both the organic transistor as well as the gate contact of the inverter opposite the inorganic transistor. Otherwise, the pentacene layer above the insulating double layer and above the inverter's gate electrode contact can also be removed. The well-known schematic circuit diagram of the inverter is shown in fig. 7b, and an inverter realized using the complementary transistor circuit and the method according to the invention is shown by the line drawing on fig. 7c. The organic thin-film transistor is here on the left and the inorganic thin-film transistor in the complementary thin-film transistor circuit on the right in fig. 7c. Fig. 8a shows the voltage transfer curves for different supply voltages for an inverter with a p-ratio of 1. The p-ratio is here defined by

I den forbindelse skal det bemerkes at i CMOS-kretser vil begge transistorer kunne virke både som driver og last. På grunn av en topologisk likhet defineres p undertiden som bredde/lengdeforholdet W/L for n-kanalkomponenten dividert med lengde/breddeforholdet for p-kanalkomponenten. - Inverteren viser skarpe overganger med en forsterkning (gain) som overstiger 22 for en forsyningsspenning på 20 V. På-spenningen til inverteren er tik forsyningsspenningen og av-spenningen er 0 V. Dette viser den fulle opprettholdelse av spenningsnivåene i den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen. Transientstrømmen for inverteren når en topp nær den logiske overgangsspenning og er ellers meget lav, slik dette fremgår av fig. 8b. Dette viser at den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse har en sann komplementær virkemåte. In this connection, it should be noted that in CMOS circuits both transistors will be able to act as both driver and load. Because of a topological similarity, p is sometimes defined as the aspect ratio W/L of the n-channel component divided by the aspect ratio of the p-channel component. - The inverter shows sharp transitions with a gain exceeding 22 for a supply voltage of 20 V. The on-voltage of the inverter is equal to the supply voltage and the off-voltage is 0 V. This shows the full maintenance of the voltage levels in the complementary thin-film transistor circuit according to to the invention. The transient current for the inverter reaches a peak close to the logic transition voltage and is otherwise very low, as can be seen from fig. 8b. This shows that the complementary thin film transistor circuit according to the present invention has a true complementary mode of operation.

Med den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse lar det seg naturligvis realisere logiske porter som ellers velkjent i CMOS-teknikken. Et eksempel på en komplementær NOG-port (NAND-port) realisert ved hjelp av en komplementær transistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse er vist på strektegningen på fig. 9a og det tilhørende skjematiske kretsdiagram på fig. 9b. Ved å koble utgangen på NOG-porten til inverteren som vist på fig. 7c, fås naturligvis en komplementær OG-port hvis utgang da blir det inverterte av utgangssignalet fra NOG-porten. Spenningsoverføringskurven for forskjellige inngangsspenninger for NOG-porten er vist på fig. 9c og har de samme egenskaper som spenningsoverføringskurvene for den enkle inverter, slik disse er vist på fig. 8a. En fagmann vil naturligvis skjønne at generelt kan alle logiske porter som kjent fra CMOS-teknikken, og de tilsvarende boolske funksjoner realiseres med bruk av NOG-porter som vist på fig. 9a og invertere som vist på flg. 7c. Den integrerte, komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen benyttes allment til å realisere logiske porter i komplementær tynnfilmteknologi. With the complementary thin-film transistor circuit according to the present invention, it is naturally possible to realize logic gates as otherwise well-known in CMOS technology. An example of a complementary NOG gate (NAND gate) realized by means of a complementary transistor circuit according to the present invention is shown in the line drawing in fig. 9a and the associated schematic circuit diagram in fig. 9b. By connecting the output of the NOG port to the inverter as shown in fig. 7c, a complementary AND gate is naturally obtained, the output of which is then the inverted of the output signal from the AND gate. The voltage transfer curve for different input voltages for the NOG gate is shown in fig. 9c and has the same characteristics as the voltage transfer curves for the simple inverter, as shown in fig. 8a. A person skilled in the art will naturally understand that, in general, all logic gates as known from CMOS technology, and the corresponding Boolean functions can be realized with the use of NOG gates as shown in fig. 9a and inverters as shown in Fig. 7c. The integrated, complementary thin-film transistor circuit according to the invention is generally used to realize logic gates in complementary thin-film technology.

Ved hjelp av integrerte, komplementære tynnfilmtransistorkretser er det fremstilt ringoscillatorer med henholdsvis 5 og 11 invertertrinn og med forskjellige p-forhold. Disse ringoscillatorene viser en enkeltportforsinkelse så lav som 5 |lis, en porteffektdissipasjon på mindre enn 0,2 jiW pr. trinn og et effektforsinkelsesprodukt så lavt som 15 pJ. Portforsinkelsen minker raskt med økende forsyningsspenning, slik at høye driftsfrekvenser kan oppnås med relativt lave forsyningsspenninger. By means of integrated, complementary thin-film transistor circuits, ring oscillators have been produced with respectively 5 and 11 inverter stages and with different p-ratios. These ring oscillators exhibit a single gate delay as low as 5 |lis, a gate power dissipation of less than 0.2 jiW per stage and a power delay product as low as 15 pJ. The gate delay decreases rapidly with increasing supply voltage, so that high operating frequencies can be achieved with relatively low supply voltages.

En strektegning av en femtrinns ringoscillator er vist på fig. 10 og med kretsskjemaet gjengitt på fig. 11.1 tillegg til de fem invertertrinnene er det benyttet en ytterligere sjette inverter for å isolere kretsen fra den kapasitive last til et oscilloskop som ble benyttet til å måle ringoscillatorens karakteristikker. Fra den målte oscillasjonsfrekvens kan forsinkelsen for et enkelt invertertrinn utledes. Fig. 12a viser enkeltportforsinkelsen for den viste femtrinns ringoscillator, fig. 12b effektdissipasjonen og fig. 12c effektforsinkelsesproduktet for den samme, idet alle figurer viser disse karakteristikkene for et p-forhold på 1/2. A line drawing of a five-stage ring oscillator is shown in fig. 10 and with the circuit diagram shown in fig. 11.1 in addition to the five inverter stages, a further sixth inverter has been used to isolate the circuit from the capacitive load to an oscilloscope which was used to measure the ring oscillator's characteristics. From the measured oscillation frequency, the delay for a single inverter stage can be derived. Fig. 12a shows the single-gate delay for the five-stage ring oscillator shown, Fig. 12b the power dissipation and fig. 12c the power delay product for the same, all figures showing these characteristics for a p-ratio of 1/2.

En ringoscillator med 11 invertertrinn er realisert på tilsvarende måte med bruk av den integrerte, komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse, men ikke vist her. Fig. 13a, 13b og 13c viser imidlertid de tilsvarende karakteristikker for denne ellevetrinns ringoscillator som vist på fig. 12a-12c for den femtrinns ringoscillator, men den ellevetrins ringoscillator har et p-forhold på 1/3. A ring oscillator with 11 inverter stages is realized in a similar way using the integrated, complementary thin film transistor circuit according to the present invention, but not shown here. Fig. 13a, 13b and 13c, however, show the corresponding characteristics for this eleven-stage ring oscillator as shown in Fig. 12a-12c for the five-stage ring oscillator, but the eleven-stage ring oscillator has a p-ratio of 1/3.

Fremgangsmåtene i henhold til den foreliggende oppfinnelse er enkle og gjør det derfor mulig å fremstille de integrerte, komplementære tynnfilmtransistorkretser i henhold til oppfinnelsen med lave kostnader. Komplementære transistorkretser har et iboende lavt statisk effektforbruk, noe som er av betydning for applikasjoner basert på batteridrift. Dette gjør den komplementære tynnfilmtransistorkrets i henhold til oppfinnelsen anvendelig i kontrollkretser for væskekrystalldisplayer, i bærbare PCer, såkalte "lap-tops" eller for lavnivås implementeringer så som programmerbare merkelapper (tags). Kretsene i henhold til oppfinnelsen har høy svitsj eforsterkning og meget god opprettholdelse av det logiske nivå i tillegg til lavt statisk strømforbruk. Portforsinkelsen i transistorkretsene fremstilt i henhold til oppfinnelsen, målt med bruk av ringoscillatorer, er som nevnt så lav som 5|is, den høyeste hastighet som hittil er oppnådd med kretser som benytter organiske transistorer. The methods according to the present invention are simple and therefore make it possible to produce the integrated, complementary thin film transistor circuits according to the invention at low costs. Complementary transistor circuits have an inherently low static power consumption, which is important for applications based on battery operation. This makes the complementary thin-film transistor circuit according to the invention applicable in control circuits for liquid crystal displays, in portable PCs, so-called "lap-tops" or for low-level implementations such as programmable labels (tags). The circuits according to the invention have high switching gain and very good maintenance of the logic level in addition to low static current consumption. The gate delay in the transistor circuits produced according to the invention, measured with the use of ring oscillators, is, as mentioned, as low as 5|is, the highest speed so far achieved with circuits using organic transistors.

Den hybride, integrerte, komplementære tynnfilmteknologi, hvor den uorganiske tynnfilmtransistor kan være en n-kanaltransistor og den organiske transistor er p-kanaltransistor eller omvendt, er naturligvis ikke begrenset til bruk av de aktive halvledermaterialer som er nevnt i utførelseseksemplene. Den pågående utvikling av egnede så vel uorganiske som organiske halvledermaterialer gjør det sannsynlig at det i fremtiden vil kunne benyttes både n- så vel som p-kanals aktive, organiske halvledermaterialer og tilsvarende n- så vel som p-kanals uorganiske, aktive halvledermaterialer med ytterligere forbedrede egenskaper. Sammensatte uorganiske halvlederforbindelser kan bli aktuelle, og det samme gjelder énkrystallsilisium, mens derimot galliumarsenid foreløpig virker mindre sannsynlig, men skal ikke på noen måte utelukkes i fremtidige hybride, komplementære tynnfilmtransistorkretser av den art som her vist. The hybrid, integrated, complementary thin-film technology, where the inorganic thin-film transistor can be an n-channel transistor and the organic transistor is a p-channel transistor or vice versa, is of course not limited to the use of the active semiconductor materials mentioned in the embodiment examples. The ongoing development of suitable inorganic as well as organic semiconductor materials makes it likely that in the future it will be possible to use both n- and p-channel active organic semiconductor materials and corresponding n- and p-channel inorganic active semiconductor materials with additional improved properties. Composite inorganic semiconductor compounds may become relevant, and the same applies to single-crystal silicon, while gallium arsenide, on the other hand, currently seems less likely, but should in no way be ruled out in future hybrid, complementary thin-film transistor circuits of the kind shown here.

Claims

1. Integrated, inorganic/organic complementary thin film transistor circuit comprising a first and a second transistor which are operatively connected and arranged on a common substrate, where the first transistor is an inorganic thin film transistor and the second transistor an organic thin film transistor, where separate gate electrodes are arranged for each of the transistors, and where the complementary thin-film transistor circuit forms a multi-level thin-film structure, characterized by that the inorganic thin-film transistor is an n-channel transistor and that the organic thin-film transistor is a p-channel transistor, or vice versa, with an organic, active transistor material in each case respectively being a p-channel organic semiconductor material or an n-channel organic semiconductor material, and that the organic semiconductor material is arranged essentially globally as the topmost layer in the circuit over at least one, suitably patterned, insulating layer, so that the insulating layer or insulating layers are broken in the area around the second transistor, whereby the organic semiconductor material in the second transistor contacts the source and drain electrode of this and is arranged completely electrically isolated from the first transistor.

2. Complementary thin-film transistor circuit according to claim 1, characterized in that the inorganic semiconductor material is selected from hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H), hydrogenated or unhydrogenated, microcrystalline silicon (|ic-Si:H;uc-Si), hydrogenated or unhydrogenated, polycrystalline silicon (pc-Si:H;pc-Si), single-crystalline silicon, copper-doped polycrystalline germanium (pc-Ge:Cu), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), or compound, inorganic semiconductors based on the said materials, possibly in single-crystalline form.

3. Complementary thin film transistor circuit according to claim 2, wherein the inorganic transistor is an n-channel transistor, characterized in that the inorganic semiconductor material is hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H).

4. Complementary thin film transistor circuit according to claim 2, wherein the inorganic transistor is a p-channel transistor, characterized in that the inorganic semiconductor material is a p-channel silicon material, in particular p-channel hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H).

5. Complementary thin-film transistor circuit according to claim 1, characterized in that the semiconductor material in the organic thin-film transistor comprises at least one polyconjugated, organic compound with a specific molecular weight.

6. Complementary thin-film transistor circuit according to claim 5, characterized in that the polyconjugated organic compound or compounds are selected from conjugated oligomers, polycyclic aromatic hydrocarbons, especially polyacenes, or polyenes.

7. Complementary thin-film transistor circuit according to claim 6, where the organic thin-film transistor is a p-channel transistor, characterized in that the organic semiconductor material is pentacene.

8. Complementary thin film transistor circuit according to claim 1, where the organic thin film transistor is an n-channel transistor, characterized in that the organic semiconductor material is copper hexadecafluorophthalocyanide (F i éCuPc).

9. Complementary thin film transistor circuit according to claim 1, characterized in that the source electrode and the drain electrode of the organic thin film transistor are arranged at one and the same level in the thin film structure of the organic thin film transistor.

10. Method for producing an integrated, inorganic/organic complementary thin-film transistor circuit comprising a first and a second transistor which are operatively connected and arranged on a common substrate, where the first transistor is an inorganic thin-film transistor and the second transistor an organic thin-film transistor, where the complementary thin film transistor circuit constitutes a multi-level thin film structure with successively deposited and patterned thin film layers, and where the method comprises depositing separate gate electrodes for the first and second transistor respectively on a common substrate, and depositing material for a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor on the same level in the thin-film structure of the organic thin-film transistor, characterized by forming the inorganic thin-film transistor as an n-channel transistor and the organic thin-film transistor as a p-channel transistor by respectively depositing an n-channel inorganic, active semiconductor material rial and a p-channel organic, active semiconductor material, or equivalently form the organic thin-film transistor as an n-channel transistor and the inorganic thin-film transistor as a p-channel transistor by depositing an n-channel organic, active semiconductor material and p-channel inorganic, active semiconductor material, to arrange in each case a global insulating layer over the first transistor and broken in the area around the second transistor in a suitable pattern to expose the source and drain electrodes as well as the gate insulator of the second transistor, and to arrange the organic active semiconductor material in a global layer over the insulating layer or layers, so that it covers the exposed part of the second transistor, whereby the active organic semiconductor in the second transistor is arranged in contact with its source and drain electrodes and completely electrically isolated from the first transistor by a recurring edge of the broken profile of the insulating layer or layers.

11. Method for manufacturing an integrated, inorganic/organic, complementary thin film transistor circuit comprising a first and a second transistor which are operatively connected and arranged on a common substrate, where the first transistor is an inorganic thin film transistor and the second transistor an organic thin film transistor, where the complementary thin-film transistor circuit constitutes a multi-level thin-film structure with successively deposited and patterned thin-film layers, and where the method is characterized in that it includes steps for depositing separate gate electrodes of a first metal for each of the two transistors on a common substrate, depositing separate inorganic insulators of silicon nitride (SiNx) over each gate electrode, depositing an inorganic, active semiconductor in the form of hydrogenated, amorphous silicon (a-Si:H) over one of the gate electrodes which thus constitutes the gate electrode of the first transistor, to deposit and pattern an n<+->doped layer of either hydrogenated, amorphous silicon (n<+>a-Si:H) or hydrogenated microcrystalline silicon (n<+>uc-Si:H) or hydrogenated polycrystalline silicon (n <+>pc-Si:H) as source and drain contacts for the first transistor, depositing and patterning source and drain electrodes for the first transistor in the form of another metal over the source and drain contacts thereof, depositing and patterning source and drain electrodes for the second transistor in the form of a third metal at the same layer level in the thin film structure, to form an insulating double layer over the entire organic thin film transistor, and to pattern this so that the source and drain electrodes as well as the gate insulator in the second transistor are exposed, after which a layer of pentacene is deposited over the insulating double layer and the exposed part of the second transistor, the pentacene layer in the exposed part constituting the active semiconductor material of the organic thin film transistor and arranged electrically insulated against the other pentacene layer broken by a reversed edge of the insulating double layer profile.

12. Procedure according to claim 11, characterized by realizing the steps to form the inorganic thin film transistor with a three-layer process forming an inverted, shifted three-layer structure.

13. Procedure according to claim 11, characterized by realizing the steps to form the inorganic thin film transistor with a back channel etching process.

14. Procedure according to claim 11, characterized by isolating the active semiconductor in the form of pentacene in the organic thin film transistor with a reversed profile of a broken double layer of polymethyl methacrylate (PMMA) and Novolac photoresist.

15. Procedure according to claim 11, characterized by thermally evaporating gold to form the source and drain electrodes of the organic thin film transistor.

16. Procedure according to claim 11, characterized by removing the pentacene layer deposited over the insulating double layer.