TWI269350B - Electronic device including a self-assembled monolayer, and a method of fabricating the same - Google Patents

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1269350 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 相關申請案交又參照 此申請案係關於美國專利申請案第10/ 號，中請日期為-----------------―，名稱為「共軛分子 組裝件、製造該組裝件之方法以及包括該組裝件之裝置， 其係讓渡給具有律師訴訟事件表第YOR9200300 12US 1號的 國際商務機械有限公司，並係以引用的方式併入本文中。 本發明係關於一種包括作為主動材料的一自我組裝單層 之電子（例如分子電子）裝置，特定言之，係關於一種具有置 放成鄰近於一導電（例如金屬）基板的一自我組裝單層之電 子裝置。 【先前技術】 有機薄膜電晶體（Organic thin-film transistors ; OTFT)作 為基於非.晶矽通道的傳統無機半導體電晶體之替代物，已 不斷党到關注。圖1B至圖1D顯示兩共同研究的底部接點及 頂部接點幾何0TFT之結構。有機半導體材料及裝置的準備 及製造方面的進展，已將0TFT的場效活動性增強至q cm2/V-sec，接近於單一晶體有機固體中發現的數值之期望 限度。 在有機薄膜及晶體中，分子或低聚合物係由弱凡得瓦力 (Van der Waals force)支撐在一起，以便相鄰分子上的冗軌道 f豐，從而提高固體狀態中的電荷傳輸。但是電荷傳輸係 錯由弱分子間連結而限制在有機固體中，從而提高窄化合 91635 1269350 4貝及傳導帶，並藉由電子聲子I馬合而限制在有機固體中。 最近已對以下進行研究··製造具有窄通道的〇TFT ,以及 才木用一絕緣、自我組裝單層（self-assembled monolayer ; SAM)(例如長鏈、烷基三氯矽烷）來取代共用閘極絕緣無機 氧化物或聚合物薄膜（J. Collet等人，「具有有機自我組裝單 層作為閘極絕緣體的奈米場效電晶體」，應用物理學報第乃 卷第18號；；1998年ι^2曰；J C〇llet等人，「具有一自我組 裝單層作為閘極絕緣膜的低電壓3〇 通道長度之有機電 晶體」，應用物理學報第76卷第14號，2〇〇〇年4月3曰）。 力一 、方面，共軛自我組裝單層作為分子電子及光子裝置 中的活動層’已受到特定關;主。已得到研究的共軛自我组 裝單層通常為短（例如小於4nm)共輕分子。一分子亦可包含 其他群組或功能性，共輛分子為—較大分子的—區段。3 分子電子及記憶體裝置係基於分子内電荷傳輸，並建立 =2.性，例如在分子㈣行交換。—分子縮放電晶體 之-重要組件，並已通常稱為分子電子的「聖 杯J 〇 但是，需要改善傳統分子裝 提供具有帶改善電性特性的一 之一電子裝置。 【發明内容】 置的性能。明確地說，需要 分子層（例如自我組裝單層） 考慮到傳統系 本發明之一目的 一電子裝置。 :及方法之上述及其他問題、劣勢及缺點， 係提供具有帶改善電性特性的一分子層之 91635 1269350 本發明包括一電子裝置（例如一場效電晶體），其包括一源 極區域及一汲極區域、置放成鄰近於該源極區域及該汲極 區域的一自我組裝單層，該自我組裝單層包括至少一共耗 分子及、置放成鄰近於該自我組裝單層的一導電基板（例如 金屬基板）。例如’該至少一共|厄分子可包括一低苯基乙炔、 一多並苯、一低噻唑、一低亞苯基、一低亞苯基聚乙烯基 及一外琳衍生物之至少之一者。 明確地說’自我組裝單層可包括電晶體之活動通道層。 在此情況下，載子可注入自我組裝單層並沿由自我組裝單 層置放的一平面傳播。例如，自我組裝單層可包括一活動 層，其負貝在與一絕緣體的一介面處進行電流調變及電荷 傳輸。 自我組裝單層亦可包括-功能群組，其幫助組裝分子以 採用一良序方式形成自我組裝單層於基板上。 电子波置亦可包括置放成鄰近於自我組裝單層的—間極 電極。此外，閘極電極可與導電基板為相同層。此外，基 板可控制通道層的靜電功能，並且閘㈣極與基板之至二 之一者可與自我組裝單層電性隔離。 乂 ,、/祕丄1、， ⑽7夂妖I因刀于，其係選^ 以通這層中的分子之間I重疊。此外，複數個分子; 對準並封裝在一起，以开）也必 刀 /成自我組裝單層（例如—二 此外，自我組裝單層亦可包 、，曰） 自我㈣單展, 兀了匕括一功能群組，其用以減d 我、，且衷早層之T電子系統 導。此外，自我”單声…“之間的電性肩 破早層可包括-功能群組，其提供㈣ 91635 1269350 組裝單層與源極區域及没極區域之間的一電性接點。 此外，自我組裝單層可包括一第一功能群組，其用以附 於基板；及一第二功能群組，其增加自我組裝單層與一鄰 近層之間的電性隔離。此外，第一群組可包括氧化碟、亞 磷酸鹽、磷酸鹽、膦嗪、疊氮化物、聯氨、磺酸、硫化物、 二硫化物、乙醛、酮、矽烷、氫化鍺、胂、腈、異腈、異 氰酸鹽、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、氨基化合物、醇、砸醇、 硝基、硼酸、醚、硫醚、氨基甲酸鹽、硫代氨基曱酸鹽、 二硫代氨基甲酸鹽、二硫代羧酸鹽、黃酸鹽、硫代黃酸鹽、 烷基硫代磷酸鹽、二烷基二硫代磷酸鹽之至少之一者，以 及該等群組之任一組合。 弟一功能群組具有絕緣特徵，例如一烧基鏈。 源極區域及沒極區域可包括一金屬接點。源極區域及沒 極區域可置放在（例如）自我組裝單層之一頂部表面上。源極 區域及汲極區域可各置放在自我組裝單層之一側面上。此 外’導電基板可以置放在自我組裝單層之一頂部表面上。 或者，源極區域及汲極區域之一者可置放在自我組裝單 層之一側面上，而源極區域及汲極區域之另一者可置放在 自我組裝單層之一頂部上。此外，源極區域及沒極區域之 一者可置放在自我組裝單層之一底部及側面上，而源極區 域及汲極區域之另一者可置放在自我組裝單層之一頂部及 側面上。 本發明亦包括製造一電子裝置之一發明方法。本發明方 法包括形成一源極區域及一汲極區域；形成鄰近於該源極 91635 -9- 1269350 -Λ 一自我組裝罝 至少-共軛分子；以及开……玄自我組裝單層包括 電基板。 ^及形成鄰近於該自我組裝單層的—導 衣置（及製造该電子萝罟沾十 甩卞 v 的方法），該裝置具有帶改善電性牯 十的一 /刀子層（例如自我組裝單層）。明確地 、 裝置提供優於一傳咣。，本^明電子 予、、元有機潯胰電晶體的性能。 【實施方式】 參考附圖，圖4解說依據本發明之-電子（例如分子電子） 襞置的-範例。明確地說，圖 T鮮况的電子裝置4〇〇僉括 一源極區域452及一汲極區域4 匕括 i+- α Λ 置放成鄰近於該源極區 極區域的—自我組裝單層·，該自我組裝單層包 括至少一共軛分子41〇、以及鄰近於該自我組裝單層的一導 電（例如金屬）基板459。 -鉸而s ’本發明包括—場效電晶體，其可包括位於一 導電（例如金屬）基板上或接近於該基板的—自我組裝分子 單層或多層（讓）。自我組裝單層可用作活動半導體通道。 注入自我組裝單層的载子將沿由自我組裝單層置放的平面 傳播。 、本發明至少在以下方面與傳統有機薄膜電晶體（⑽項 然不同（例如參見〇· Horowitz ’「有機場效電晶體」，先進材 料’ 1〇’365 (刪）；「有機電子」，刪研究與發展雜諸第 45(1)卷，2001): υ雖然傳統OTFT中的導電通道包括—共^電子系統， 91635 -10- 1269350 仁疋本毛明之導電通道材料不同，明確地說係在由本發明 之幾何結構所建立的實體特性方面不同。 特定言之，本發明令的通道包括一自我組裝單層（例如在 -導電(例如金屬)表面上或接近於該表面自我組裝的一分 曰）自我、，且衣單層—旦組裝在金屬基板上’則該單層的 包ί•生特1·生會仔到極大地改善。顯然’基於場效電晶體（FET) 的-自我組裝單層提供優於一傳統有機薄膜電晶體的性 能0 2) 在本發明中’閘極電極可放置成接近於自我組裝單層， 其係在（平行或傾斜於）分子膜及金屬基板的平面中。閑極0亦 可為^屬基板本身^在此情;兄下，基板的功能係組裝自我 組裝單層並控制半導體FET通道的靜電。 3) 在本發明中，源極及汲極電極可與自我組裝單層之冗電 子系統直接接觸。但是，閘極及（或）金屬基板可與自我組^ 單層之f電子電性隔離。亦即，自我組裝單層（例如形成自 我組裝單層的分子）可具有多個功能性，例如包括， a) 自我組裝單層可設計成具有一共軛部分，其最大化薄 膜中的分子之間的；Γ重疊。 b) 自我組裝單層可具有一功能群組，用以幫助採用一良 序方式組裝分子於一表面（例如一金屬表面或基板）上。例 如，數個對準的1D(—維）結構（例如有機分子）可封裝在_ 起’以形成一2D(二維）結構（例如一層）。 C)自我組裝單層可包括另一化學群組（或附於自我組裝 件所用的端群組之一懸掛區段），用以減小π電子系統與支 91635 -11 - 1269350 樓金屬（例如閘極區域）之間的電性傳導。但是，用於 裝件的端群組可將系統與支撐金屬充分絕緣。 、·、 d)自我組„層可其允許藉由 及汲極電極與自我組裝單層之4子電性接觸。此群組亦可 設計成控制可改善裝置特徵的方位。 自我組裝單層（SAM)可包括含—共輥區段（例如苯 的分子之-單層（❹層），該區段係封裝在—起並在一導: 基板（例如—金屬（例如金）)上或接近於該基板而組裝。B 4)自我組裝早層亦可將活動層中的電荷傳輸限制為二 維。減小的維度及幾何結構能增強控制裝置的操作之靜電， 包括來自源極及汲極電極的注入。 不帶基板的分子之特性 圖1A解說—分子層1G，而解說裝置15〇、16〇、 17〇’該等裝置並沒有置放成鄰近於自我組裝單層的一導電 基板。-. 田離的”輛刀子具有一較大帶隙。在有機固體狀態中， 作為-薄膜或單-晶體，電荷傳輸係起於鄰近共耗分子之 軌道重疊，從而形成較窄「帶」或狀態。在室溫下電 何傳輸係起於分子間声孩，L —

一 不移因此潯膜及單一晶體之有機FET 焉丁車乂低載子活動性’其最好為〜卜⑺cm2/v-sec. [G.

Hf〇r〇WltZ，「有機場效電晶體」，先進材料，10,365 (1998); 有械包子」IBM研究與發展雜諸第卷，· ^。 例如，圖1A解說一分子層1〇(例如一沈積分子層），其包 括至少一共概分子。此外，分子層1〇亦可包括附於共輛分 91635 -12- 1269350 子的一頭端群組（例如用以附於一基板），及一尾端群組（例 如用以附於另一分子或層）。 圖1B解說一頂部接點薄膜電晶體15〇，其中分子層1〇係置 放在閘極絕緣體151上；而源極區域及汲極區域152、153係 置放在分子層10上。閘極絕緣體15丨係沈積或生長在一閘極 電極158上，該電極可沈積在基板ι59上或為該基板。圖lc 解說一底部接點薄膜電晶體丨6〇，其中源極區域及汲極區域 1 6 2、16 3係置放在閘極絕緣膜1 6 1上；而分子層1 〇係置放在 源極區域及汲極區域162、163以及閘極絕緣膜161上。閘極 絕緣體161係沈積或生長在一閘極電極168上，該電極可沈 積在基板169上或為該基板。圖1D解說一單一晶體場效電晶 體170(例如具有一閘極174)，其中分子層1〇係置放在閘極絕 緣膜171以及源極區域及汲極區域172、ι73下面。 在該等結構之各個中，負責電流調變及電荷傳輸的活動 層為分子層10,明確地說，為分子層1〇之部分，其係定位 在與一絕緣體的介面（最接近於閘極電極的分子與絕緣體 之介面）處。 — 基板的作用及自我組裝單層的形成 分子層中的分子係附於(例如化學鍵結或吸附)一導電(例 如金屬）基板之一表面上戋 飞接近於该表面。基板為模板，分 子曰係形成於該模板上一 板（例如最佳全屬表面h t 此外，顯然基 墓册 、’屬表面)此改善τ系統的電性特性並修改傳 導πχ採用閘極場進行較好的傳導及調變。 因為係在有機薄膜中，所以自我組裝單層亦包心裝分 91635 -13 - 1269350 較強τ重疊。但是’自我組裝單層膜中的電子狀態 $歹1如金屬)基板的呈現而得到改善。盖主 =分子得到較佳地對準，並因為與導電基板的；子互 動而形成較寬狀態。 於二卜值：子層包括一自我組裝單層，其為-單層(例如用 ^㈣輸的-薄通道）。此層的電子狀態因此係較佳地限 娱的平面内。分子層（例如沈積分子層）可以比-單一單 層但是^鄰近於基板（例如金屬基板）表面的分子層才得 兔並且僅鄰近於閘極絕緣體的分子層才藉由閘 極場加以調變。 自我組裝單層的結構 自餘裝單層的β統可採用—化學群組或—緩衝層與 土 離例如，已知一硫醇群組能形成一傳輸阻障（M. a. Reed等人，「分子接面之傳導率」，科學，278,252 (i997); M.DiVeiUra等人’「分子裝置之傳輸特性的首要原理計算」， 物理修訂學報，84,979 (2_))。此阻障可幫助進—步限制冗 電^並將傳導通道與基板（例如金（金屬）基板）隔離。此限制 可紅作以減小短通這特性，並經由接點阻障改善電荷注入。 分子層1〇〇(例如半導體分子膜）可具有（例如圖2)所解說 的-般性結構。如圖2所示，_般性自我組裝單層100可置 放在-基板210上’該單層包括—共輛分子11〇(例如_ 4 子系統），该分子具有附於其上的頭端1U及尾端U2。在圖 2中’雖然可用其他導電基板，但是基板21〇為一金屬基板。 圖3解s兄一；τ分子系統之一自我組裝單層3〇〇的一特定範 91635 -14- 1269350 例。在此範例中，自我組裝單層3〇〇係置放為二硫醇分子。 明確地說我組裝單層则包括-共輕分子31〇(例如4 子賊20系統）、與該共概分子31〇黏、结的一頭端硫醇分子 3η及-尾端硫醇分子312。自我組襄單層則可組裝在一美 板3 10(例如金基板）上。 土 在此：例中’金基板可由任一導電膜或功能化金屬，或 具有-溥乳化層或其他包括高摻雜半導體的支撐物之金屬 取代。而1 ’分子的頭端可由任一有助於在該等基板上對 個別为子進行化學自我組裝的化學群組製成。 自我組裝單層可採用以上參考相關專利中請案（例如美 國專利申請案第10/ _ 、 號’名稱為 「共軛分子組裝件、製造該組裝件的方法以及包括該組裝 件的装置」，其係讓渡給具有律師訴訟事件表第 YOR9200300l2US i號的國際商務機械有限公司)中說明的 方式加以置放，並(結合自我組裝單層係置放於其上的導電 基板)可具有類似於以上參考相關專利申請案中詳細說： 的共軛分子組裝件之一結構。 更明確地說’形成自我組裝單層的分子可具有相同端群 組（例如頭端群組與尾端群組相同），或二不同功能端群组 (頭端群組與尾料組不同）。_料組（其術語為「頭」端 群組）係選擇以附於（例如黏結或吸附）所需的基板表面。頭 端群組亦可在基板與由自我組裝單層置放的：共輛層之間 提供電性隔離。另-端群組（其術語為「尾」料組）可加以 選擇以形成—電性接點，並減小源極及没極電極的電阻 91635 -15 - 1269350 例如金屬及半導體表面之「頭」端群組可選自包括硫醇/ 石机醇瓜月安、亞胺、腈、異腈、碟化氣、石西化物及硫化物 的功能群組。例如對於一氧化物表面而言，頭端功能群組 可包括-石夕烧、填酸、經氨基酸及氫氧化氮酸功能群組。 此清單並不詳盡而且不希望限於此清單。 端功能群組（例如頭端群組及/或尾端群組）亦可加以選擇 以包含一間隔群組（例如一烷基鏈），從而增加另一層（例如 基板或置放在自我組裝單層上的一層）與自我組裝單層（例 如π分子層）之間的電性隔離。 尾」端群組可選自上以列舉的與頭端群組相同的群組。 此外、,’尾端群組可具有與「頭」端群組相同或不同的功能 性’亚且可加以選擇以控制自我組裝單層對金屬接點（例如 刀子層與置放在分子層上的—源極或汲極之間的接點）。例 如，異腈已顯示出能提供具有較低電阻的金屬對分子接點

(J· Chen-^ L.C. Calvet^ M. A. Reed ^ D. W. Carr ^ D S

GrUMSha及D. W. Ben鋪，「經由金屬-卜4、亞苯基二里腈 金屬接面的電子傳輸」，化學物理學報，313,741 (1999))。 自我組裝單層場效電晶體的結構 ，4至圖9解說依據本發明之一自我組裝單層場效電晶體 ㈣例。例如’如該等圖所示’自我組裝單層場效電晶體 °已括源極電極及一沒極電極（例如金屬接點），其接觸分 子冗層（例如自我組裝單層）的頂部或側面。大多數分子疋層 (例如自我組裝單層膜)應曝露於閘極場(例如接近於閘極電 極）’以便結構的閘極得到改善。 91635 -16- 1269350 例如圖4解祝一自我組裝單層場效電晶體結構， 組裝單層場效雷曰妒 x> 自我 452及^ “體45G包括二頂部接點（例如—源極電極 =及1極電極453)。明確地說，自我組裝單層_ 一共輛分子41咖”分子層）、及—頭端功能群組㈣一 尾端功能群組412，並且係置放在一導電（例如金屬）基板州 :。自我組裝單層場效電晶體45。亦包括一介細如絕緣) 極）458。 上的開極（例如金屬閘 但是，其他接點方案可產生替代注入分子自我組裝單層。 例如圖5解說-自我組裝單層場效電晶體55〇，其具有可以 為金屬的側面接點（例如—源極電極切及—沒極電極如）。 明確地說，自我組裝單層包括—共耗分子別[例如讀 子⑽或2D層）]、及一頭端功能群組川與―尾端功能群組 512 ’亚且係置放在一導電（例如金屬）基板奶上。自我組裝 單層場效.電晶體550亦包括—介電（例如絕緣）層551，及置^ 在違介電層551上的—閘極（例如金屬閘極）^8。 此外’圖6解說一自我組裝單層場效電晶體㈣，其具有 可以為金屬的-側面及一頂部接點（例如分別為一源極電 極652及-沒極電極653)。明確地說，自我組裝單層_包 括-共輛分子㈣（例如π分子（2D)層）、及_頭端功能群組 (例如硫醇群組）6U與-尾端功能群組（例如硫醇群組郎， 並且係置放在-導電（例如金屬）基板659上。自我組裝單層 場效電晶體650亦包括一介電(例如絕緣)層65丨(例如氧二 物）’及置放在該介電層651上的—問極（例如金屬問極獅。 91635 -17- 1269350 圖7解說依據本發明之—自我組裝單層場效電晶體結構 的另-可能範例。例如圖7解說—自我組裝單層場效電晶體 750，其具有置放在自我組裝單層7〇〇之頂部上的一源極π] 及沒極753。明4地說，自我組裝單層700包括—共輛分子 71〇(例如π分子層）、及—頭端功能群組川與-尾端功能群 組712 ’亚且係f放在一絕緣層（例#二氧化石幻上，該絕 緣層係置放在-基板（例如碎基板）759上。自我組裝單層場 效電晶體750亦包括一介電（例如絕緣）層751，及置放在自我 組裝單層700上的一金屬層758。 圖8顯示類似於圖7中解說的一自纟組裝單層場效電晶 體。但是在圖8中，自我組裝單層場效電晶體具有置放在一 自我組裝單層之—側面上的-源極及-汲極。明確地說， 自我組裝單層場效電晶體85〇包括一源極電極852及一汲極 電極853。自我組裝單層8〇〇包括一共軛分子8ι〇(例如v分子 層）、及一頭端功能群組811與一尾端功能群組812，並且係 置放在一絕緣層（例如二氧化矽）86〇上，該絕緣層係置放在 基板（例如矽基板）859上。自我組裝單層場效電晶體85〇 亦包括一介電（例如絕緣）層851，及置放在該介電層851以及 自我、，且衣單層8〇〇上的一閘極（例如金屬閘極）85 8。 在圖9中’自我組裝單層場效電晶體95〇具有置放在一自 我組裝單層之一側面及底部上的一源極，以及置放在該自 我組裝單層之一側面上的一汲極。明確地說，自我組裝單 層場效電晶體950包括一源極電極952及一汲極電極953。自 我組裝單層900包括一共軛分子91〇(例如冗分子（1]〇或213) 91635 -18 - 1269350 層）及頭端功能群組9 11與一尾端功能群組9丨2，並且係 置放在-基板（例如金屬基板）959上。自我組裝單層場效電 晶體950亦包括—介電（例如絕緣）層951，及置放在該介電層 95 1上的一閘極（例如金屬閘極。 、、但是’在此結構(例如圖9所示)中，在裝置之關閉狀態下 減]或甚至抑制牙隧及其他形式的寄生傳導可能會有利。 事只上存在區域，其冲源極及汲極電極952、953係相 互非常接近(約為分子膜的厚度)，或與基板959(例如金屬基 板）非常接近。頭端群組911因此應加以設計以在該等區域 中引入一較高電阻。 閘極電極 在以上參考的結構（例如圖4至圖9所解說）中，問極電極可 藉由-介電層與源極區域及汲極區域分離。此外，電場可 垂直施加於由自我組裝單層置放的平面。例如，介電層可 由氧化石夕金屬氧化物、有機膜或其他介電層材料製成。 閘極的幾何結構應力口以選擇以在分子|中獲得一有效的傳 導調變。 本發明解決以上論述的關於傳統裝置之問題。明確地說， 本I明達到傳統裝置所沒有的―優點，該達到係藉由提供 刀子FET結構，其比在一基板上進行製造及組裝廉價。 此類分子FET之性能將優於任一其他分子裝置，因為至少 I將一導電表面放置成接近於分子通道，注入分子越有效 率，則越可將電子氣體限制在通道層中，並且可更有效地 從一靜電場獲閘極。此外，本發明可用於（例如）邏輯或記憶 91635 -19- 1269350 體裝置。 此外’在依據本發明的結構之各個中，負責電流調變及 電荷傳輸的活動層為-分子層（例如_自我組裳單層），其係 在與-絕緣體的介面(最接近於閘極電極的分子與絕緣體 之介面）處。一旦組裝成接近於一金屬表面，則分子形成一 定序1D(—維）或2D(二維）分子層，其包括組裝共軛分子之 間的π重疊。此分子層可與表面（金屬或金屬氧化物）實體吸 附或化學鍵結，或接近於表面。

例如，一實體吸附分子層（例如自我組裝單層）可包括一共 軛分子，其包括（例如）低苯基乙炔、多並苯（例如並五苯）、 低嗪唑（例如六嗪唑）及卟啉衍生物（例如鈦花青）。分子層可 才木用溶液或採用汽相加以沈積，以形成具有共軛分子之間 的^重疊之此類分子層。

共輕分子之間的；Γ-冗互動有助於驅動該等系統之組裝件， 並可將分.子定向為從基板表面立起。此外，該等共軛分子 的端部可採用絕緣間隔（例如一烷基鏈）加以功能化，以調諧 來自電極的分子之電阻。 91635 共幸厄區段（例如一自我組裝單層中的共軛分子）之範例包 括具有以下結構表達示的分子：

六σ塞唾 -20- 1269350

鈦花青 自我、、且衣單層亦可與基板化學鍵結（例如鄰近於基板）。合 成化子亦提供莖活性以在分子層之共軛分子中建立不同功 月匕丨生例如，分子可設計成形成具有共軛分子之間的冗重疊 之共耗分子的自我組裝單層。 此外，分子可採用與可包括—金屬、半傳導或絕緣表面 的特定材料鍵結之頭端群組加以功能化，以方便分子層 的自我組裝件。此係解說在（例如）圖ι〇α至l〇c中。 ]圖1〇八解δ兒一糸統1050，其包括-基板1059及-共 輛刀子101G ’ n统具有—頭端功能群組，用以將丘 輛分子咖附於基板1059。圖中的系統刪係類似於圖 10A中的'系統。但是，系統麵包括'絕緣功能物〇"， 其係在頭端功能群組1G11與共轭分子1G1G之間。此外，圖 10C中的系統1070係類似於圖10B中的系統。但是，李統 顧包括在共輛分子ΗΜ0上的-尾端功能群組⑻2,及一 第二絕緣功能群組_，其係置放在該尾端功能群組1012 與共軛分子1010之間。 可加以使用（例如附於共輛分子）以與具有化學特徵的一 特疋基板表面互動或與之鍵結的頭端功能群組之範例，包 括一或多個㈣或不同功能群組，例如氧㈣、亞魏鹽、 鱗酸鹽、膦嗪、疊氮化物、聯氨、錢、硫化物、二硫化 91635 -21 - 1269350 物乙酸g同、石夕烧、氫化錯、肿、猜、異腈、異氛酸鹽、 硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、氨基化合物、醇、石西醇、硝基、 侧酸、醚、硫驗、氨基甲酸鹽、硫代氨基甲酸鹽、二硫代 氨基甲酸鹽、二硫代羧酸鹽、黃酸鹽、硫代黃酸鹽、烷基 瓜代舜fee | 一烧基一硫代碟酸鹽、鱗酸、經氨酸或該等 群組之任一組合。例如在圖3之自我組裝層300中，頭端功 能群組311及尾端功能群組312皆包括一硫醇功能群組。 共軛區段可與功能化頭端群組直接黏結，或可藉由一絕 緣區段加以間隔以達到所需的裝置結構及特徵。例如可併 入絕緣區段以改善/調諧共軛區段與金屬基板的電性隔離， 並且該絕緣區段可加以選擇以作為一閘極介電質。 例如’絕緣區段可以為―簡單的烧基鍵。共㈣段可來 自於以上範例(例如並苯、噻唑、亞苯基、亞苯基聚乙烯基、 卟啉衍生物），或該技術内的範例。v共輛區段亦可採用— 絕緣間隔.並採用-尾端功能群組加以功能化。例如，尾端 功能群組可用以提供與沈積在分子層之頂部上的一金屬層 之接點。尾端群組功能性之範例清單係與以上提出的頭: 群組功能性相同。 自我組裝單層場效電晶體結構的製造 如圖η所解說，本發明亦包括製造一電子裝置⑽如 效電晶體)的一發明方法noo，該褒置包括_自我組裝單声 場效電晶體（SAMFET)。本發明方法11〇〇包括形成⑴^ 源極區域及-沒極區域；形成⑴2G)鄰近於該源極區域及沒 極區域的-自我組裝單層，該自我組裝單層包括至少一並 91635 -22- 1269350 季厄分子 板。 ，以及形成（11 30)鄰近於該自我組裝單層 的一導電基 例如，發明方法謂可用以製造—自我組裝單層場效， 晶體，其具有圖4中解說的二頂部接點。明確地說，在本： 方法1100之此範例中，―、絕緣層（例如石夕晶圓上的氧化石夕） σ力以生長在+面基板上。一金膜係沈積在絕緣層上（採 標準黏著層，例如Τ1)。金膜係㈣微影加以圖案化。 π理金層並且採用以上論述的分子自我組裝件技術來沈積 活動分子。 、 4頂部金屬層接f可經由—模板遮罩或採用微影來沈積 (藉由洛發）在分子層（例如自我組裝單層）上。此金屬層將形 成自我組裝單層電晶體之源極及祕。該金屬層亦可採用 電鍛加以生長。 採用CVD技術或另-包括自我組裝件的技術來沈積一絕 緣層，接.著沈積閘極金屬（或經由模板遮罩來沈積閘極層， 然後採用微影及蝕刻來打開接點）。採用光學微影來圖案化 閑極金屬’姓刻問極層，並採用微影及蝕刻來打開接點。 在具有其獨特及新穎特徵的條件下，本發明提供一電子 裝置（及製造該電子裝置的方法），該裝置具有帶改善電性特 性的一分子層（例如自我組裝單層）。明確地說，本發明電子 裝置提供優於一傳統有機薄膜電晶體的性能。 雖然已根據較佳具體實施例說明本發明，但熟悉此項技 術者將認識到’可在所附申請專利範圍之精神及範疇内對 本發明實施修改。明確地說，熟悉此項技術者將瞭解本文 91635 -23 - 1269350 的附圖係意謂著具有解說性，並且本發明組裝件之設計並 非文限於本揭示案，而係可在本發明之精神及範疇内進 修改。 此外，申請者的用意係包括所有申請專利範圍元件之等 效物，並且不應將本發明之任一申請專利範圍的改善，視 為修改的申請專利範圍之任一元件或特徵的—等效物之任 一利益或權利的否認。 【圖式簡單說明】 結合附圖，從以上本發明之較佳具體實施例的詳細說 明，將更好地瞭解上述及其他目的、方面及優點，其中·· 圖1A解說一分子層10，而圖1β至圖⑴解說裝置丨5〇、丨的、 170,該等裝置具有不帶一鄰近導電基板的分子層； 圖2解說鄰近於一金屬基板的一分子層1〇〇之一範例； 圖3解說鄰近於一金基板的一分子層3〇〇之一特定範例； 圖4解-說具有依據本發明之二頂部接點的一電子裝置 450 ； ^ 圖5解說具有依據本發明之側面接點的一電子裝置“ο · 圖6解說具有依據本發明之一側面接點及一頂部接點的 一電子裝置650 ; 圖7解說具有依據本發明之二頂部接點及一頂部金屬基 板的一電子裝置750 ; & 圖8解說具有依據本發明之一、頂部金屬基板及二側面接 點的一電子裝置850 ; 圖9解說具有依據本發明之一側面/底部接點及一頂部/側 91635 -24- 1269350 面接點的一電子裝置950 ; 圖l〇A至圖10C解說一共軛分子1010可如 乂 u ?木用依據本 ♦明之一頭端群組1 〇 11、一尾端群組10 12及絕緣群組1 ο 1 3 、 10 14加以功能化；以及 圖11解說製造依據本發明之一電子裝置的一方法1100。 【圖式代表符號說明】 10 分子層 100 分子層 110 共軛分子 111 頭端 112 尾端 150 頂部接點薄膜電晶體 151 閘極絕緣體 152 源極區域 153 ~ •沒極區域 158 閘極電極 159 基板 160 底部接點薄膜電晶體 161 閘極絕緣膜 162 源極區域、 163 沒極區域 168 閘極電極 169 基板 170 場效電晶體 91635 -25 - 閘極絕緣膜 源極區域 >及極區域 閘極 基板 自我組裝單層 共車厄分子/基板 頭端功能群組 尾端功能群組 自我組裝單層 共車厄分子 頭端功能群組 尾端功能群組 自我組裝單層場效電晶體 介電層 源極電極 汲極電極 閘極 基板 自我組裝單層 共軛分子 頭端功能群組 尾端功能群組 自我組裝單層場效電晶體 -26- 介電層 源極電極 汲極電極 閘極 基板 自我組裝單層 共輛分子 頭端功能群組 尾端功能群組 自我組裝單層場效電晶體 介電層 源極電極 汲極電極 閘極 基板 自我組裝單層 共輛分子 頭端功能群組 尾端功能群組 自我組裝單層場效電晶體 介電層 源極 汲極 金屬層 -27- 1269350 759 基板 760 絕緣層 800 自我組裝單層 810 共軛分子 811 頭端功能群組 812 尾端功能群組 850 自我組裝單層場效電晶體

851 介電層 852 源極電極 853 汲極電極 858 閘極 859 基板 860 絕緣層 900 自我組裝單層 910 •共軛分子

911 頭端功能群組 912 尾端功能群組 950 自我組裝單層場效電晶體 951 介電層 952 源極電極 953 汲極電極 958 閘極 959 基板 1010 共軛分子 91635 -28- 1269350 1011 頭端功能群組 1012 尾部功能群組 1013 絕緣功能群組 1014 第二絕緣功能群組 1050 系統 1059 基板 1060 糸統 1070 系統 1100 方法 91635 -29-

Claims (1)

1269350 拾、申請專利範圍： 1. 一種電子裝置，其包括： 一源極區域及一汲極區域； 一自我組裝單層，其#罟访士、抑、匕 、 你置放成鄰近於該源極區域及該 汲極區域，該自我組裝單 、 平噌包括至少一共軛分子；以及 V私基板，其係鄰近於該自我組裝單層。 2·如申請專利範圍第1項之電 曰 子裝置，其中該導電基板包括 ’ 金屬基板。 3·如申請專利範圍第丨項之電 、^电千衷置，其中該自我組裝單層 包括一通道層，以及 其中注入該自我組裝單岸 早層的載子係沿由該自我組裝單 層置放的一平面傳播。 4·如申請專利範圍第丨項之電 、<包千凌置，其中該自我組裝單層 進一步包括一功能群組，苴幫 ^ ^ ^ ^ -、帛助抹用一定序方式組裝該 基板上.的該自我組裝單層中的分子。 5·如申請專利範圍第i項之電子裝置，其進一步包括： -閘極電極，其係鄰近於該自我組裝單層。 6 ·如申睛專利範圍第5項之電子奘蓄甘 ) .只 < 包子哀置，其中該閘極電極包括 與该基板相同的一層，以及 其中該基板組裝該自我組#罝 双、、且衣早層，亚控制該 單層之一靜電功能。 我、、且衷 7. 如申凊專利範圍第6項之電子奘w甘 置，其中該閘極電極及該 " 八一者係與該自我組裝單層電性隔離。 8. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該至少-共扼分 91635 1269350 子包括複數個分子，其係 的分子之間的，重疊。 一自我組裝單層中 9.如申請專利範圍第8項之電 係對準並封裝在-起以形成二其 1〇:申範圍第1項之電子裝置，其中該自我組裝單層 進^步包括-功能群組1用以減小該自我組裝單層: %子系、’先與一鄰近導電層之間的電性傳導。 U.如申請專利範圍第i項之電子裝置，其中該自我組裝單層

進-步包括-功能群組，其藉纟該#源極及汲極區域提 供一電性接點至該自我組裝單層。 12.如申請專利範圍第U項之電子裝置，其中該自我組裝單 層包括-活動層’其負責在與一絕緣體的該介面處進行 電流調變及電荷傳輸。 13·如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該自我組裝單層 進一步.包括用以附於該基板的一第一功能群組。

14.如申請專利範圍第13項之電子裝置，其中該自我組裝單 層進一步包括一第二功能群組，其增加該自我組裝單層 與一鄰近層之間的一電性隔離。 15.如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中該等第一及第 二功能群組包括氧化磷、亞磷酸鹽、磷酸鹽、膦嗪、疊 氮化物、聯氨、績酸、硫化物、二硫化物、乙藤、_、 矽烷、氫化鍺、胂、腈、異腈、異氰酸鹽、硫氰酸鹽、 異硫氰酸鹽、氨基化合物、醇、碼醇、确基、棚酸、鱗、 硫醚、氨基甲酸鹽、硫代氨基甲酸鹽、二硫代氨基甲酸 91635 1269350 -、二硫代羧酸鹽、黃酸鹽、硫代黃酸鹽、烷基硫代磷 酉欠鹽、二院基二硫代填酸鹽、鱗酸、經氨酸之至少之一 者以及該等群組之任一組合。 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該電子裝置包括 一場效電晶體。 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該等源極及汲極 區域之各個包括一金屬接點。 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該等源極及汲極 區域係置放在該自我組裝單層之一頂部表面上。 如申請專利範圍第18項之電子裝置，其中該導電基板係 置放在該自我組裝單層之一頂部表面上。 如申明專利範圍第1項之電子裝置，其中該等源極及汲極 區域係各置放在該自我組裝單層之一側面上。 如申請專利範圍第20項之電子裝置，其中該導電基板係 置放在.該自我組裝單層之一頂部表面上。 如申請專利範圍第丨項之電子裝置，其中該㈣極及沒極 區域之-者係置放在該自我組裝單層之一側面上，而該 等源極及汲極區域之另—者係置放在該自我組裝單層之 一頂部上。 如申請專利範㈣1項之電子裝置，其中料源極及汲極 區域之-者係置放在該自我組裝單層之—底部及側面 上:而該等源極及汲極區域之另—者係置放在該自我組 裝單層之一頂部及側面上。 如申請專利範圍第丨項之電子裝£，其中該至少—共概分 91635 1269350 子包括一低苯基乙快、一多並苯、一假遗k 低塞唾、一亞笨基、 一低亞苯基聚乙烯基及一卟琳衍生物或其任一組八 25· —種製造一電子裝置之方法，其包括： 形成一源極區域及一 >及極區域； 形成鄰近於該源極區域及該汲極區域的一自我組裝單 層，該自我組裝單層包括至少一共軛分子；以及 形成鄰近於該自我組裝單層的一導電基板。 91635 -4 -