TWI227064B - Silicon particles as additives for improving the charge carrier mobility in organic semiconductors - Google Patents

Silicon particles as additives for improving the charge carrier mobility in organic semiconductors Download PDF

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Description

1227064 五、發明說明（1) 敎述 以石夕微粒做為添加物以改善有機半導體内載流 動性 /本發明係關於一種由有機半導體材料所製造的半導體 路徑之半導體裝置，及關於一種製造半導體裝置的方法。 已發現半導體晶片在廣範圍的技術應用有普及的用途，然 而’它們仍為非常複雜及昂貴地製造。雖然矽基材可被薄 化為非常小的層厚度，以使它們變得更具彈性，這些方法 亦為高^昂貴的，且結果為彈性的或曲度的微型晶片僅合 適用於南成本為可接受的需求應用。有機半導體的使用提 供在彈性基材上微電子半導體電路的不昂貴製造的可能 ，。應用的一個實例為用於液晶螢幕的具積分控制元件的 溥膜進步的應用為在異頻雷達收發器技術，其中例如 有關產品的資料被儲存於已知如貨籤的物品上。 有機半導體為容易存取的且非常容易被型式化，例如，使 用印刷^法'然而，此種型式的有機半導體之使用 受：於在5機聚合物半導體的載流子的低移動性。目前： ϊϊΐΐ:為1气2 Cm2/Vs。電晶體的最大操作頻率，及因 H 2 Γ衆大操作頻率受限於載流子的移動性，雖 造之驅動器應用已足夠，迄人右嫌 、，車、列顯不的製 用於設頻應用。基於技術理I X — 一體尚未被證明合適 系統）僅能在高於某個最率 交流場取出及因而亦不產生任何它們自己磁
1227064 五、發明說明（2) 125 kHz或13· 6 MHz的載波頻率被廣泛使用。此種形式的 系統被使用於如辨識或標籤於智慧卡的物件、辨識貨 電子郵票。 σ ^ 些方法，其中半導體分子，如並五苯或低睡吩可儘可炉 以已被發展的次序方式沉積以改善在有機半導體内的載= 子的傳輸，此是可能的，如藉由真空昇華。有機半導體= 合適沉積造成半導體材料的結晶度之增加，在分子或側 間的經改良-重疊允許載流子的傳輸之能量障壁被減、 夕。藉由在有機半導體自液相或氣相沉積期 取代半導體分子單元，此可產生具液晶性質的區域^圏 j::由使用不對稱單冑，一些合成方法已被發展 在聚合物中可達到儘可能高的立體規則性。 無機半導體，一些有機半導體材 引入而被增加，•而，在推雜期 有機半導體中，掺雜劑未連結至特定 經訂定2 動。即使該摻雜方法原先被限制於 n接:二带例如，源極及汲極接觸點周圍的區域，該摻 鲁 影響：於整個半導體詹移動…場在;原 雷i道μ接觸點間被施用以操作該電晶體。 件，此種於如場效電晶體或基於場效的電子組 千此種形式的裝置之敘述可被發現 • M.s. Ha麵nd、F.p. cuGmQ、B. Green =ng nWKJ.A.LNl;h°ls、D.J. Gu—、J.R. • ·⑽、L. Jla、H. Klauk、T.M. Jackson，
1227064 五、發明說明（3) IEEE Electron Device Letter 21 卷，11 期（2〇〇〇 )， 5 34 或 D.J· Gundiach、Η· Klauk、C.D· Sheraw、C.C·
Kuo、J\R· Huang、Τ·Μ· Jackson，1999 國際電子裝置會 議，十二月，1 9 9 9。 "曰 對要使用於場效電晶體或類似電子組件的有機聚合 物，當沒有電場被施用時，聚合物必須行為類似絕緣體， 在電場影響下，聚合物必須形成半導體性質或導電通道， 例如，聚亞苯基或荼衍生物具此種性質，然而，因為它們 溶解性，它們是不能加工的，亦即，這些化合物不能 被用做製造場效電晶體。 所以，本發明目的為提供一種具由 造的半導體路徑之半導體裝置， 二 ，機半導體的電子性質，特別是其以材:=製 機半導體材料製造的半導體路徑之半 >，口 +導體路徑的有機半導體材料中。 子隹於 與相對應純有機半導體相較， 導體粒子及/或半導俨群I &组在有機+導體材料中半 相♦ ^ ^ +導體群集的棱供允許載流子的移動性被 相田耘度地增加。有機半導體材料 勒性被 導體材料中半導體粒子及/或半 又有機半 導體粒子及/或半導體群集的材料而定Ί3組成半 造的半導體粒子及/或半導體：二=材料製 徑，則電導率亦受成份的混合比供於該丰導體路 導體路徑的電導率可被μ宏旱〜曰。以此方式，該半 導羊了被5又疋於任何所欲位準。結果，做為 ^mm 第7頁 1227064 五、發明說明⑷ ' ' ' 貫例’包曰曰體的恕限電壓及關閉性能會因所使用半導體粒 子及/或丰導體群集的形式及量而被影響及/或電晶體的恕 限電壓及關閉性能可藉以所使用半導體粒子及/或半導體 群集的形式及量而被調整。 名稱半ΤΓ體路！表示兩個接觸點間的傳導路徑，此 V路彳二由有機半$體材料組成。該載流子、電子或電洞在 第-接觸點被注入該半導體路徑，'經由 且再於第二接觸點自該半導體路徑抽 J動 Φ 文垃::該半導體路徑表示該載流子自第-接觸點移動ί第 一接觸點所沿的方向或路徑。 名稱半導體粒子被解 無機半導體，了解為表不由+導體材料，較佳為 成的個別粒子，粒子本質上可為所欲 =J2奈未至100微米，£佳為自2幻 物。 子的形式或疋可形成包括許多粒子的附聚 t導體群集被了解為表示具至少三個金屬^+^ 兩個其他金由金屬—金屬鍵化學地連結至至少 的，這此原子。半導體群集的金屬可為相同或不同 碧山其十‘金屬可在它們的自由配位位置藉由配人其 ^山 佳為選自㈡L’f穩V定化。用於半導體群集的金屬較 素。、度金屬如Ru、c。、Ph、Pt、Au、KFe的元
所使用組成半導體粒子的半導體可為由週期表族H
1227064 五、發明說明（5) T(f、Sl及=/):Λ素半導體、及IIl/v半導體（如GaAs及 InP , 、I I / 丁寻體例如鋅或鎘與氧、硫、硒或碲的化 合物、ib-vii半導體例如CuC丨及其他半導體如s、以、Te 及p的某些改良半導體或是由化合物如Cu2〇、叫、GaSef 造的半導體。該半導體材料的#電率會受合 以如得到p-Si或n-Si。 關於微粒子及奈米粒子的性質及合成之細節發現於如 A.F. Hollemann^E. Wxberg ^ N. W!berg ^ Lehrbuch der anorganischen Chemie[無機化學教科書]，WaHer ^ Gruy ter Vei* lag，Berlin，1 985，767 頁或 j· Η·
Fend 1 er*，奈米粒子及奈米結構薄膜—製備，特性及 Wiley-VCA， 1998 。 所使用的有機半導體材料本身可為具半導體性質的任 何有機材料，合適化合物的實例為凝聚芳香族，例如蔥、 亚四苯、並五苯、聚合芳香族化合物如聚亞苯基或聚荼犷 生物、基於多睡吩電半傳導化合物例如聚—3—己睡吩—2已一 二基、或基於聚乙烯噻吩或聚苯胺電半傳導化合物。除 所列的化合物，亦可使用其他有機半導體化合物。該^ 半導體材料可以如樟腦確酸或聚苯乙烯確酸摻雜。 被用來製造根據本發明半導體裝置的半導體路徑的材 1 為容易取得的且在某些情況下甚至可購自商業供應商。Y f機半導體材料或製造該有機半導體材料的前驅i1般$ · 容易地溶於溶劑中，亦可自半導體粒子或半導體群集產 溶液或懸浮液，為^改善其在溶劑中的溶解度或分散i生，=
1227064 五、發明說明（6) ί = 表面改良，例如藉由對應基團配位地鍵結 Ϊ機半；：：；=4非極性燒基鍵。所以，半導體路徑、 解形式=ί ί ¥體粒子及/或半導體群集的成份可以溶 式，軒ϊ 'ΓI液被提供及以液體形式施用於基材，以此方 由簡單的印刷方的丰導體路役可被製造，如藉 昂貴地製造。，，《該半導體兀件顯著地較容易及較不 祕& f f觸點區域，該半導體粒子及/或半導體群隼顯著 <1 料的高電導性，粒子及形成的接觸 == 常短距離（數十太半、处、士於f , j π ’丨甶電位在非 的为1〇7至5xl〇7伏特/公分的大小的高電場強度’ 在=半導體及接觸材料間的過渡所建立的場上，此掸口 電::強度導致在接觸表面較窄的電位阻障且所以導‘隧 t率=加或導致在半導體及接觸材料間的穿 加，此增加的穿随電流對應於接觸電阻的減少。告 :的功函及接觸材料的功函間的差增力” 度的增加更為顯著。 衣®智強 f半導體粒子及/或半導體群集較佳為隨機分佈於 機半¥體材料的體積内。在此具體實施例中， 子及/或半導體群集均句地分佈於整個有機半導體材 ζ 體粒 基於此目的’為產生半導體路徑’做為實例，該有機半導
1227064
: = =半==可溶解於共同溶劑且 該有機半導體材料及料導= ; = ===同時施用於基材上r; 口=導 ::在導=i;或 何移動。 个丹有这牛導體粒子或半導體群集的任 施例， 集基本上被置於沿由該有機 之一個表面。在此情況下， 造，首先一層該半導體粒子 且而後一層該有機半導體材 導體群集層。然而，此步驟 況首先一層該有機半導體材 導體粒子或半導體群集被沉 於自有機半導體材料的基材 導體群集較佳為以一種方式 與有機半導體材料間的接觸 體群集覆蓋。所以該半導體 的表面一般在第一及第二接 在較佳具體實施例中， 集以連接分子鍵結。連接分 半導體粒子或半導體群集表 車父佳為具放置於官能基間的 該半導體粒子及/或半導體群 半導體材料製造的半導體路徑 該半導體路徑可以一種方式製 或半導體群集被施用於基材， 料被施用於該半導體粒子或半 亦可以相反順序進行，於此情 料在基材上產生，且而後該半 積於未被覆蓋的表面，被沉積 之相反側。該半導體粒子或半 被放置以使第一或第二接觸點 表面亦被該半導體粒子或半導 粒子及/或半導體群集被放置 觸點間延伸。 該半導體粒子及/或半導體群 子為具至少兩個配位鍵結至該 面的基團之分子。該連接分子 具共軛-電子系統。該連接分
第11頁 1227064 1五、發明說明（8) 子連通在該有機半導體材料内的其他電傳導路徑，故半導 體路徑的導電性質被進一步改良。而且，該連接分子做動 該有機半導體材料内的該半導體粒子或半導體群集的進一 步固定。 ,該連接分子可藉由配位鍵結至該半導體粒子或半導體 群集表面，為此目的，做為實例，該連接分子包括硫代基 或胺基。然而，該連接分子較佳為藉由共價鍵鍵結至該半 導體粒子及/或半導體群集，此種形式的半導體粒子可藉 如以氯化來活化該半導體粒子表面及再反應該經活化 ::體粒子與合適配合| (如硫赶類 '醇類、胺類或 離子）而得到。 ^導體粒子及/或半導體群集較佳為以隔離位置放 道二疋做為該有機半導體材料内的該半導體粒子及/或半 Λ隔離附聚物。在奈来粒子及/或奈米束或奈米 i 米束的附聚物間的平均間隔可在廣範圍内選 pi 1¾ ^•二1例，在自約〇. 1奈米至5 000奈米的範圍的平均 间隔马合適的。 決定該ΐϊϋ徑的半導體性質基本上由有機半導體材料 或ΐ導= 材料的導電性質由該半導體粒子及/ 或ί導添加而被改良，所以，該半導體粒子及/ 體積％ 。_ /、較佳為被選擇以形成少於該半導體路徑的50 半導ίίίί置較佳為被設計為電晶體，為達此目的，該 二源極、汲極及閘極補充以形成電晶體。被選 $ 12頁 1227064 五、發明說明（9) "~^ 擇用做接觸點的材料較佳為具高導 例包括電傳導金屬，例如金、鈦或鈀^ ^，料，合適的實 物，如以樟腦磺酸摻雜的聚笨胺或以浐^疋電傳導聚合 (二氧亞乙基）噻吩。接觸點材料應罝队本乙烯磺摻雜的聚 率^票準材料如二氧化石夕、氧化紹或絕&可取能高的導電 乙烯、聚乙烯、聚酯、聚氨基甲酸酯、取二合物，如聚笨 酸酯、聚醯亞胺、聚醚、聚苯並噁唑、♦碳酸酯、聚丙烯 混合物可被使用以絕緣該閘極。4 、或這些化合物的 根據本發明的半導體元件 低的成本製造且因此特別適合 置，如市場貨物的標籤。 用於料以非常 叮阿成本壓力的裝 不贫明亦關於 囚此 法，其中有機半導體及半導體粒子及;V半導導體體裝置的方 齊二中：溶液，孚液被製造，該溶液被施 材、了 被洛發’以得到半導體路徑，且該半導體路徑j他= 補充以形成半導體元件。 A 、、、件 在根據本發明方法的此具體實施例中，該半導體 及/或半導體群集均勻地分佈於半導體路徑的有機半導體 中。有機半導體材料及半導體粒子或半導體群集的共同溶 液先被製傷及而後施用於基材。然而，亦可產生有機半導 體材料及半導體粒子或半導體群集的個別溶液或懸浮液並 僅在基材上由這些溶液或懸浮液產生共同溶液。因此，在 根據本發明方法的此具體實施例中，半導體粒子或半導體 群集被植入該有機半導體材料的體積内。 1227064 五、發明說明（10) 根據本發明製造上述半導體裝置的第二個呈 例，在溶劑中的有機半導體的第一種溶 1 於溶劑中的半導禮粒子及/或半導體群集的第及。括 懸浮液被製造，以使有機半導體材料及半導 及^ 半導體群集的個別溶液被使用。如在根據本發明或 -個具體實^，兩種溶液或m浮液的溶劑可為相同的或 徂，見勺括$ w 例中’ 一種基材被提 :第：層的其中一個係由第一溶液製造且二 上，第 ί:!或弟二層的層堆疊被提供於基材 於山赞—、六制4 -不 浴欣眾造且另一層 以得到半導體路徑。而後，如在根據 實施例，該半導體路徑由其他組 件補充以形成半導體裝置。 美材用ΠίΞϊ本發明的半導體裝置之基材可為非彈性 =用石英或石夕晶圓製造的載體 '然而，較佳 ίϊ 由聚苯乙烯、$乙稀、聚醋、聚氨基甲 ::唑：π、聚丙烯酸醋、聚醯亞胺、聚醚、或聚苯 在ζ姑上二ί、二製造的塑膠薄膜。半導體裝置的組件可 « 相對應閘介電體絕；極。該閘極與 ^ ^ ^ ^ ^ . 而後，洛液或含有機半導體材料及 r άΓ二士 ^ 6 ^半導體群集的溶液被施用於基材，此溶 Ϊ 二噴霧、浸塗方☆，或較佳為藉由印刷方 + =半導體粒子層先於基材上被製造，這些 广’、9 軋相沉積而被沉積。依據根據本發明方法 具體實施例而定，有機半導體材料及半導體體
1227064 五、發明說明（11) __ 群集可一起或是以連續步驟施 製造層結構，可先將有機半道雕从二材以產生層結構。為 將半導體粒子或半導體群隼二=轭用於基材，接著再 是先將半導體粒子或半導體^ 3有機半導體材料層，或 半導體材料層施用於半導體粒；二基材’再將有機 藉由如定義及沉積在半導體拉句f + 冷體群集層，最後， 成半導體路徑以形成半導體_ 2的絕緣層或接觸點，完 點，半導體元件被連接為%:;:電：後’藉由中間連接 粒子及連接分子因配位二執行’以使奈米 導體粒子及/或半導體群隼:果///基材上的網路’該半 卞守歷野杲白形成在網路上 :’該半導體粒子及/或半導體群集亦可先與連^子= f且反應產物以如懸浮液的形式施用於 :體=導體粒子不必由連接分子完全交聯：於口 由連接分子交聯結及除經交聯結的半導 : = 被施用或是亦可先自可溶的粒子材料先驅
體產生浴液且在此情況下的奈米粒子僅在藉由如 積之後被製造。 的L 若該半導體粒子及/或半導體群集懸浮困難，該半 體粒子及/或半導體群集亦可先藉由如烷基鏈被表面官能 基化’此烧基鏈藉由相對應官能基配位地鍵結至該半導體 粒子及/或半導體群集的表面。亦可先活化該半導體粒子 麵 第15頁 1227064 五、發明說明（12) 及/或干寺體群系的表面且之後再使之與表面官能基化的 化合物反應以使該表面官能基化的化合物共價地鍵結至該 半‘體粒子及/或半等體群集。如上所說明的相同方法及 材料與連接分子可被用於此目的。 第1圖說明電晶體的兩個具體實施例，其包括置於源 極及汲極3的半導體路徑。載流子通道的形成可由閘極4 的場而被控制，閘極4藉由介電體5與半導體路徑丨或源極2 及汲極3絕緣。使用第1 a圖所示的電晶體裝置，源極2及汲 極3-與半導體路徑i被直接置於該介電體，然而，在第“圖 所示的裝置中，源極2及沒極3被置於該半導體路徑1的層 上做為頂部電極。該半導體路徑丨由有機半導體材料6組 成，有機半導體材料6形成該源極2及該汲極3間的連續。 =體粒子7被植入半導體材料6，該半導體粒子7或由許 ::導體粒子7a至7d所形成的附聚物被彼此絕緣放置。該 子7隨機放置於有機半導體材料6或是該半導體路 Ϊ Μ & Μ積&内。源極2或沒極3及有機半導體材料6間的載流 Μ ^電阻可由相鄰放置於源極2的表面2a或沒極3 的表面3a的半_導體粒州、7g而被顯著減少。 r排導體粒子7及有機半導體材料6的其他可 ^ ^ 圖所示的電晶體結構對應於第1a及11)圖 半導體粒ί 7L而，在第2圖所示的具體實施例中，該 實二例，表面8斜徑1的一個表面8。使用第2a圖所示的具體 子應於有機半導體材料6及介電體5間的空
1227064 五、發明說明（13) 間及亦包括表面區段2 a及3 a，其在源極2及半導體路徑1或 ’及及丰導體路徑1間形成，該半導體粒子7被沿此表面 排列’彼此分開放置。放置於表面2a及仏的半導體粒子 、7g再一次使得減少在源極2及半導體路徑1或半導體路 =1及汲極3間載流子轉移的接觸電阻為可行。在第2b圖所 j明的電晶體之具體實施例中，該半導體粒子7被沿半導 f路捏1的表面8排列，其在介電體5的相反側，在此具體 貝&例中i該有機半導體材料6先沉積於該介電體5上，及
在該有機半導體材料6的層形成後，該半導體粒子7被沉積 於此層的頂部，最後，源極2及汲極3被形成，以使半導體 路徑1被補充以形成場效電晶體。在此具體實施例中，半 導體粒子7f、亦被放置於接觸表面2a及3a，以減少在源 極2及有機半導體材料6或有機半導體材料6及汲極3間電流 子轉移。 在第3圖所示的場效電晶體之裝置對應於第丨人及16圖 所二的裝置。在此情況下，該半導體粒子7亦隨機分佈於 該半導體路徑的體積内，然而，此外，連接分子9被提
供’共價地連結至相鄰半導體粒子7，該半導體粒子7及連 接分子9不可形成連續網路。 實例 用於上述實例的Si粒子係使用下列參考文獻1至3所敘 述的方法製造 (l)Holleman 、Wiberg 、Lehrbuch der anorganischen Chemie[無機化學教科書]，Walte：r de Gruyter Berlin，
第17頁 1227064 五、發明說明（14) 紐約1 9 8 5 ; (2) M· Kauzlarich 等J· Am· Chem Soc. 1996， 1 1 8, 1 246 f ; (3 ) U. H i11er i ngmann, Silizium-
Halbleitertechnologie [矽半導體技術]β· g· Teubner Stuttgart, Leipzig, 1999 ο 實例1 : 藉由氯化氫於氣相S i微粒子的表面活化 10公克的經粉碎Si〈p-摻雜，1· 8 Qcm，晶粒尺寸<5微 米〉與氯化氳於350 °C反應15分鐘，之後為以氮氣冷卻至 室溫並進行3 0分鐘。經活化粒子可立即於反應器中反應或 在乾燥氬氣環境下儲存於惰性、乾燥溶劑〈如二乙二 醇〉。 產率：11公克灰色粉末 實例2 : 藉由氯化氫於氣相S i奈米粒子的表面活化 8公克的S i奈米粒子〈晶粒尺寸約5 〇奈米〉與队1於流體化 床反應器於350 °C反應15分鐘，之後為以氮氣冷卻至室溫 並進行3 0分鐘。經活化奈米粒子可立即於反應器中反應或 在乾燥氬氣環境下儲存於惰性、乾燥溶劑〈如二乙二 醇〉。 產率：10.5公克棕色粉末 實例3 : 藉由溶液中四氣化矽Si微粒子的表面活化
第18頁 Ϊ227064 五、發明說明（15) 丄〇·1公克（0.36莫耳）的經粉碎石夕〈n一摻雜，8·6Ω(：πι， 晶粒尺寸< 5微米〉被懸浮於3 〇 〇毫升的二乙二醇及與6 1 · 2 公克（0 · 3 6莫耳）的四氯化矽於圓底燒杯裝置回流7 2小時 加熱，此圓底燒杯裝置配備有回流冷凝器及氬氣清洗。冷 卻後，溶劑及過量S i C14在減壓下被蒸餾出。經活化粒子可 在乾燥氬氣下儲存於惰性、乾燥溶劑〈如二乙二醇〉。 實例4 :
藉由溶液中四氯化矽矽奈米粒子的表面活化 7 · 〇公克（0 · 2 5莫耳）的矽奈米粒子〈晶粒尺寸約5 〇奈 米〉被懸浮於2 00毫升的二乙二醇及與42·5公克（0.25莫 耳）的四氯化矽加熱至沸騰72小時於圓底燒杯裝置中回 流’此圓底燒杯裝置配備有回流冷凝器及氬氣清洗。冷卻 後’溶劑及過量S i C I4在減壓下被蒸鶴出。經活化奈米粒子 可在乾燥氬氣環境下儲存於惰性、乾燥溶劑〈如二乙二 醇〉〇 實例5 : 藉由溶液中四氯化矽矽奈米粒子的表面活化 1 · 〇公克的矽化鉀（KSi )被懸浮於80毫升的二乙二醇及|
3公克（0· 25莫耳）的四氣化矽加熱至沸騰72小時於圓底 f杯裝置中回流，此圓底燒杯裝置配備有回流冷凝器及邊 氣清洗。冷卻後，溶劑及過量Sici4在減壓下被蒸餾出。 活化奈米粒子可在乾燥氬氣環境下儲存於惰性、乾燥溶聋 〈如二乙二醇〉。 a 實例6 :
第19頁 1227064 五、發明說明（16) 错由丁醇於氣相S i微粒子的表面官能基化 5公克的經氯活化的微粒子（於實例1得到）以3 〇 〇毫升卜 丁醇於1 5 0 °C在流體化床反應器於氮氣環境下驟冷。冷卻 · 至室溫後’得到在丁醇中丁氧基-官能基化的微粒子的懸 浮液’且這些微粒子藉由以水洗及接著在減壓下乾燥被隔 離為灰褐色粉末。 產率：5·5 公克，FTIR 1；公分-1 :2926、2855、1464、1384 實例7 : · 藉由丁醇於溶液中矽奈米粒子的表面官能基化 5公克的經氯活化的奈米粒子（於實例4得到）於丨〇 〇毫升 《Ϊ 二乙二醇懸浮且10毫升丨—丁醇缓慢加入於圓底燒杯裝置 中’此圓底燒杯裝置配備有回流冷凝器及氬氣清洗。此之 後為至室溫冷卻1 2小時，該混合物被置於正己烷及以水洗 三次。己烷相被乾燥且溶劑在減壓下被蒸餾出。 產率·· 4· 8公克褐色粉末；ft IR v公分-1 : 293 1、2857、 1460 、 1377 實例8 : 藉由紛於溶液中矽奈米粒子的表面官能基化 3公克的經氣活化的奈米粒子（於實例4得到）於7 〇毫升二 3 =醇懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有回 流冷凝器及氬氣清洗，且緩慢混合3公克的酚。此之後為 . 於室溫授拌1 2小時，該混合物被置於甲苯及以水洗三次。 該有機相被乾燥且溶劑被蒸餾出。 - 產率：3· 1公克褐色粉末；FT IR v公分一1 : 3 0 3 1、1 588、
第20頁 1227064 五、發明說明（17) 1498 、 1198 實例9 : 藉由丁基鋰於溶液中矽奈米粒子的表面官能基化 4公_克的經氯活化的奈米粒子（於實例2得到）於7〇毫升二 乙一 S子懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有回 /荒冷减裔及就氣清洗且緩慢混合丨2毫升的2. 5 μ於己烷中 的丁基鐘。此之後為於室溫攪拌丨2小時，該混合物被置於 己烧及以水洗三次。該有機相被乾燥且溶劑被蒸餾出。
產率·3·4公克褐色粉末；FTIR υ公分-1 :2957、2929、 2858 、 1378 實例1 0 : 藉由己基鎖溴於溶液中石夕微粒子的表面官能基化 3公克的經氣活化的微粒子（於實例3得到）於70毫升二乙 二醇懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有回流 冷滅器及鼠氣清洗且緩,1¾混合1 〇毫升的2 · 〇 Μ於乙鍵中的 己基鎂溴。此之後為於室溫攪拌1 2小時，該混合物被過濾 及以水洗三次及以曱醇洗兩次。於減壓下乾燥後，得到 2. 7公克灰色粉末。
FT IR ^ 公分一1 ·· 296 7 、2933 、2868、1 460 、1365 實例11 : 藉由1，4- 丁二醇於溶液中矽奈米粒子的共價連結 5公克的經氯活化的奈米粒子（於實例4得到）於1 〇 〇毫升 二乙二醇懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有 回流冷凝器及氬氣清洗且緩慢混合1 0毫升的1，4 - 丁二醇。
第21頁 1227064 五、發明說明（18) 此之後為於室溫攪拌1 2小時，該混合物被過濾及餘留物以 水洗三次及以曱醇洗兩次。於真空下乾燥後，得到5. 1公 克褐色粉末。 FTIR ^ 公分-1 :3300、2951 、2923、2878、1460、1365、 1098 實例1 2 : 藉由對苯二酚於溶液中矽奈米粒子的共價連結 4公克的經氯活化的奈米粒子（於實例4得到）於1 0 0毫升 二乙二醇懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有 回流冷凝器及氬氣清洗且緩慢混合2. 6公克的對苯二酚。 此之後為於室溫攪拌1 2小時，該混合物被過濾及以水洗三 次及以乙醇洗兩次。於真空下乾燥後，得到4. 5公克褐色 粉末。 FTIR > 公分―1 :3520、3031、1680、1581、1488、1193 實例1 3 : 藉由1，4-二Μ基丁烷於氣相S i微粒子的共價連結 5公克的經氣活化的微粒子（於實例1得到）以1 5毫升1，4 -二髓基丁烷於1 50 °C在流體化床反應器於氮氣環境下驟 冷。冷卻至室溫後，產物以1 0 0毫升二乙二醇自反應器壁 洗，藉由以水洗及接著在真空下乾燥被隔離為灰褐色粉 末。 產率·· 5· 5 公克，FTIR 〉公分―1 : 342 0、2940、286 5、 1474 、 1374 實例1 4 :
第22頁 1227064 五、發明說明（19) 猎由己基鎂溴於溶液中矽奈米粒子的表面官能基化 〇二5公克的經氯活化的奈米粒子（於實例5得到）於5 〇毫升 一乙一醇懸浮於圓底燒杯裝置中，此圓底燒杯裝置配備有 回流冷凝器及氬氣清洗且緩慢混合3毫升的2 · 〇 Μ於乙醚中 的己基鎂溴。此之後為於室溫攪拌12小時，該混合物被過 濾及以水萃取三次及以正己烷萃取兩次。在己烷相被乾燥 後且溶劑在減壓下被蒸餾出，得到8 〇毫克褐色粉末。 FTIR 公分]:2957 、2923 、2858 、1460 、1458 實例1 5 : ❿ 在有機半導體中含無機半導體微粒子的薄膜之製造 20毫克的粉碎矽〈p-摻雜，丨· 8 Qcm，晶粒尺寸<5微米〉 懸浮於在2.5¾升氯仿的20宅克的聚—3-己睡吩—2，5 -二基 之溶液。該懸浮液被施用於矽晶圓上，其已由電晶體結構 的形成製備（底部接觸），使用注射器及於2 〇 〇 〇轉每分鐘 離心。該薄膜再於氮氣環境下於7 5 t調節4分鐘。 實例1 6 : 在有機半導體中含無機半導體奈米粒子的薄膜之製造 2 0宅克的丁基g能基化的石夕奈来粒子〈於實例1 2得到〉溶 解於在2. 5毫升氯仿的20毫克的聚—3-己噻吩—2, 5 -二美之 溶液。該溶液被施用於石夕晶圓上，其已由電晶體結構的形 成製備（底部接觸），使用注射器及於2〇〇〇轉每分鐘離y 心。該薄膜再於氮氣環境下於75 °C調節4分鐘。 實例1 7 : 在有機半導體中含無機半導體奈求粒子的薄膜之穿』造
1227064 五、發明說明（20) 2 0毫克的己基官能基化的石夕奈米粒子〈於實例1 4得到〉溶 解於在2·5毫升氯仿的2〇毫克的聚-3-己噻吩—2, 5_二基之 >谷液。該〉谷液被施用於石夕晶圓上，其已由電晶體結構的形 成製備（底部接觸），使用注射器及於2 〇 〇 〇轉每分鐘離 心。該薄膜再於氮氣環境下於75 °C調節4分鐘。 實例1 8 : 在有機半導體中含無機半導體奈米粒子混合物的薄膜之製 造 4 0耄克的己基官能基化的矽奈米粒子〈於實例丨4得到〉溶 解於在3.5毫升氣仿的2〇毫克的聚—3-己睡吩—2, 5 -二基之 Φ /合液。該洛液被施用於矽晶圓上，其已由電晶體結構的形 成製備（底部接觸），使用注射器及於2〇〇〇轉每分鐘離 心。該薄膜再於氮氣環境下於75 t調節4分鐘。 實例1 9 : 在有機半V體中含無機半導體奈米粒子混合物的薄膜之製 造 1 y毫克的^己基官能基化的矽奈米粒子〈於實例14得到〉溶 解於在2¾升氣仿的20毫克的聚—3—己噻吩—2,5-二基之溶 ^該命液被施用於矽晶圓上，其已由電晶體結構的形成丨_ 广f (底部接觸），使用注射器及於2〇〇〇轉每分鐘離心。 該薄膜再於氮氣環境下於75 t調節4分鐘。 實例2 0 : _ 半導體中含無機半導體微粒子混合物的薄膜之製造_ 耄的己基g旎基化的矽微粒子〈於實例1 〇得到〉懸浮
1227064 五、發明說明（21) 於在2.5毫升氯仿的2〇毫克的聚_3_己睡吩_2,5_二基 液制：懸浮液被施用於矽晶圓上，其已由電晶體結構的； 成衣備（底部接觸），使用注射器及於2〇〇〇轉每分铲/ 心。該薄膜再於氮氣環境下於5〇 t調節4分鐘。 里 實例2 1 ·· 由累積層的薄膜之製造 1毫升的20毫克的己基官能基化的矽奈米粒子〈 得到〉於1. 5毫升氯仿之溶液被施用於矽晶圓上，龙 電晶體結構的形成製備（底部接觸），、哭、 2_轉每分鐘離心。該薄膜再於氮氣環境下於75心 分鐘之*後，1毫升的20毫克的聚_3_己噬吩_2,5_二"美「 2· 5笔升▲氯仿之溶液被施用於此層上及於2〇〇〇轉每分雜 心。該薄膜再於氮氣環境下於75 t調節4分鐘。 里 實例2 2 : 具層結構的薄膜之製造 1毫升的20毫克的丁基官能基化的石夕奈米 ”〉溶解於U毫升氯仿之溶液被施用於石夕晶圓上乂2 已由電晶體結構的形成製備（底部接 於200 0轉每分鐘離心。之，射时及 75 t調節4分鐘。之後，：ί二η ί氣環境下於 刀一傻1耄升的20¾克的聚-3-己噻吩- 絲々\基於25毫升、氯仿之溶液被施用於此層上及於2 〇 〇 〇 母刀鐘離〜。該薄膜再於氮氣環境下於75。。調節4分 鐘0 實例23 :
第25頁 1227064 五、發明說明（22) 在實例1 7至19中所製造的場效電晶體的電流-電壓特 線被決定，為比較目的，包含聚—3—己睡吩-2, 5-二 (PHT )做為活性成份且不需無機粒子的添加之電晶 特性曲線被決定。 該特性曲線被繪製於第4圖，此圖顯示與pHT相較， 性質的改良，且因此這些性質依據該混合物的化學 定。 實例2 4 : 在實=21中所製造的場效電晶體的電流-電壓特性读 及，為比較目的，具聚-3-己睡吩—2,5_二基（ρΗτ) 活性成份且不需鉦機叙早的 个而”、戍祖于的添加之電晶體（其已在 繪製A圖的特性曲線被決定。該電流-電壓特心 實例2 5 : 載流子的移動性之決定 用於實例23及24的場效電晶體的栽流子的移動性被 聚_3_己睦吩-2,5_二基（ΡΗΤ)做為活性w 機粒子的添加之場效電晶體被用於比較-二：：移動性被繪製於第6圖。在所有敘 載&子的移動性被改善至少因子2。 1 •性曲 基 3體的 電晶體 計量而 ί線 做為 才目同條 i線破 _定。 L份且 。讀栽 ，該 1227064 圖式簡單說明 第1圖顯示根據本發明半導體裝置的具體實施例其中該半 導體粒子係隨機分佈於有機半導體材料内。 第2圖顯示根據本發明半導體裝置的具體實施例其中半導 體粒子被放置於沿該半導體路徑的一個表面。 第3圖顯示根據本發明半導體裝置的具體實施例其中該半 導體粒子係以連接分子鍵結。 第4圖顯示一種圖其說明有機場效電晶體的電流-電壓特性 曲線。 第5圖顯示一種有機場效電晶體的電流-電壓特性曲線。 第6圖顯示一種圖其說明各種場效電晶體的載流子的移動 性。 元件符號說明 1 2a 2 3 4 5 6 7 7a--7d 8 3 7f、7g 半導體路徑 表面 電極 汲極 閘極 介電體源 有機半導體材料 半導體粒子 半導體粒子 表面
第27頁 1227064 圖式簡單說明 9 連接分子 «
liWII

Claims (1)

  1. 圖 月 曰 _修正 案號 92108590 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置，其具一種由一有機半導體材料所 的半導體路徑’一第一接觸點以將载流子注入該半導 徑及一第-^接觸點自該半導體路徑、半導體粒子及/ 八 該半導體路徑存在於該有機半導體材料的半導體群3 取 載流子。 一抽取 2·根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該半導體 粒子及/或半導體群集係隨機地分佈於該有機半導體 斗 的體積内。 料 3·根據申請專利範圍第丨項的半導體裝置，其中該半 粒子及/或半導體群集實質上係被放置於沿由 體材料製造的該半導體路徑之一個表面上。有機+導 專利範圍第1至3項中任-項的半導體裝置，其 體粒子及/或該半導體群集係藉由烧基鍵在其表 t根據申請專利範圍第1至3項中任一項的半導體裝置，直 6 =申導=子及/或半導體群集係藉連接分子而鍵结 子：藉由：項的半導體裝置，其中該連接分 群集。“仏鍵而鍵、纟°至該半導體粒子及/或該半導體 7·根據申晴專利範圍第1項的半導體穿置，苴中兮丰導f 半導體群集的附$ 2半導體材料内的該半導體粒子及/或 8.根據申請專利範圍 乾N第1項的半導體裝置，其中該半導體
    第29頁 1227064
    粒子及/或半導體群集形成少於該半導體路徑體積之 20 % 。 、 9.根據申請專利範圍第i項的半導體裝置，其中該半 路徑係藉源極、汲極及閘極之補充以形成一電晶體。 1二種署製Λ根據申請專利範圍第1 2 3 4 5 6 7 8至9項中任一項所述半 導體衣置的方法，其中一有機半導體及該半導體粒子及/ 或半導體群集的一溶液或懸浮液係於一溶劑中被製， ::ΐ ί:t基材且該溶劑被蒸發，以得到半導體路徑， 且4半導體路徑由其他組件補充以形成一 圍第10項的方法，其中該半導體粒子 次+導體群集係被表面官能基化。 V2' ^10 ^ ^ ^ ^ ^ ^ „ 導體的、容液及/=半導體群集的連接分子被加至該有機半 液。的…/或加至該半導體粒子及/或半導體群集的溶
    1 3· — 種製造根據申 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 2 導體裝置的方&，n 圍第項巾任—項所述半 3 第一溶液，於一溶劑中 衽 二俄牛等體的 4 群集的一第-插、々 I包括+導體粒子及/或半導體 5 ZZ 第一種溶液或懸浮液， 6 &供一基材， 7 製造包括至少一笫—顧 _ 8 第二層的直中一二^一第二層的一層堆疊，該第一及 9 液製造，以得到一插少播_ A / 層由該第一溶 10 他組件補充以π成 f體路徑，及該半導體路徑藉由其 T侧兄Μ形成一半導體裝置。 刪酬 年厶月 曰 修正 2/2 第4圖 7- B.910·11·-4 m *-· ο ο o b o 11111 :翁讓s
    第5圖 re cr7v0*9l 1 11111
    0 -20 0 20 40 60 閘-源電壓(V) ί 0000$ 1 2x1 Ο·3 _ ΙΟ"3* 7x1ο-4' 5x10 十 3x1 CT4!： 2X10-4' 10·4- 第6圖 Ex. Ex. 21 ΓΊ ~ Ex.18 VHT 3 20 40 60 80 100 續%)
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