WO2008043475A1 - Feldeffekttransistor sowie elektrische schaltung - Google Patents

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WO2008043475A1
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effect transistor
field effect
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Andreas Ullmann
Walter Fix
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Polyic Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a field effect transistor having at least one source electrode layer and at least one arranged in the same plane drain electrode layer, a semiconductor layer, an insulator layer and a gate electrode layer.
  • the invention further relates to a logic device, electrical circuits and a method for producing electrical circuits.
  • Substrate are disclosed interdigitated source and drain electrode layers, which are covered in this order with a patterned semiconductor layer and a full-surface insulator layer. On the insulator layer is a patterned gate electrode layer. Between the source electrode layer and the drain electrode layer is the so-called channel, over which the Gate electrode layer, here as a top gate electrode, is arranged.
  • the field effect transistor can be produced in a low-cost printing process.
  • Such a field effect transistor has, in the end, regardless of the exact arrangement of the gate electrode layer with respect to the source / drain electrode layers, a good on and off behavior.
  • high capacitances, so-called register capacitances form by means of which such a field effect transistor is formed
  • the object is achieved for the field effect transistor having at least one source electrode layer and at least one in-plane drain electrode layer, a semiconductor layer, an insulator layer and a gate electrode layer in that the gate electrode layer, perpendicular to the plane of the at least one source Electrode layer and the at least one drain electrode layer seen, a partially arranged between the at least one source electrode layer and the at least one drain electrode layer channel.
  • the surface area of the gate electrode layer is thus clearly not formed as the surface area of the source and drain electrode layers and the channel region arranged therebetween.
  • the result is a functional field effect transistor, which has a similar ON electric current and similarly low capacitances as a field effect transistor with accurate positioning of the gate electrode layer in register with the source / drain electrode layers, although exact registration is not present.
  • the surface area of the gate electrode layer is made smaller in relation to the sum of the area expansions of the source / drain electrode layers and the channel region by the amount of maximum register tolerance with the printing method used.
  • the printing methods preferred here such as gravure printing, high-pressure, planographic printing, through-printing (screen printing or stencil printing) or pad printing, usually register tolerances in the range of 400 to 40 ⁇ m can be achieved. Both side register tolerances perpendicular to the printing direction and longitudinal register tolerances in the printing direction must be taken into account.
  • the reduction of the area dimension of the gate electrode layer preferably takes place in that its length in the printing direction is chosen smaller than the sum of the lengths of the source / drain. Electrode layers and the channel region in the printing direction.
  • the width of the gate electrode layer perpendicular to the printing direction can also be reduced with respect to the sum of the widths of the source / drain electrode layers and the channel region perpendicular to the printing direction.
  • an increase in the width of the gate electrode layer perpendicular to the printing direction in accordance with the above-described known method has proven itself in combination with a reduction in the length of the gate electrode layer in the printing direction.
  • the channel extends between the at least one source electrode layer and at least two drain electrode layers, wherein the drain electrode layers are designed to be electrically insulated from one another.
  • the at least one source electrode layer is comb-shaped or in the form of parallel, electrically insulated from each other lines.
  • the at least one drain electrode layer has become also proven a comb-shaped configuration or in the form of parallel, electrically insulated from each other lines.
  • an embodiment of each drain electrode layer has proven to be in comb shape in each case.
  • Particularly preferred is a comb-shaped configuration of the at least one source electrode layer in combination with a comb-shaped configuration of the at least one drain electrode layer, wherein the comb teeth of the source and drain electrode layers intermesh, so that the channel meander between the at least one source electrode layer and the at least one drain electrode layer extends.
  • a gate electrode layer according to the invention which is preferably formed overlapping with such comb-shaped, interlocking source and drain electrode layers, covers the meandering channel region only partially, so that channel regions which are not intended for
  • a position inaccuracy of the gate electrode layer in the region of the channel region due to the unavoidable register tolerances during printing is without or almost without significance for the electrical behavior of the field effect transistor. It has proven useful if the gate electrode layer, viewed perpendicularly to the plane of the at least one source electrode layer and the at least one drain electrode layer, covers an area of 10 to 90% of the channel, in particular an area of 25 to 50%.
  • the gate electrode layer may be formed as a bottom gate electrode or as a top gate electrode.
  • the gate electrode layer is first formed, then the insulator layer, the semiconductor layer and the source / drain electrode layers.
  • the source / drain electrode layers are formed, then the semiconductor layer, the insulator layer and the gate electrode layer.
  • a suitable carrier substrate on which the source electrode layer, the at least one drain electrode layer, the preferably completely printed semiconductor layer, preferably also the entire surface printed insulating layer and the gate electrode layer are preferably arranged is preferably made of a flexible plastic film, in particular made of polyester, Polyethylene, polyethylene terephthalate or polyimide formed. It is particularly preferred in this case if the carrier substrate used is an elongate flexible substrate made of plastic film, which is optionally of multilayered design. It also proves to be useful if a thickness of the carrier substrate in the range of
  • a flexible carrier substrate it is particularly advantageous that it can be processed in a continuous process, in particular a roll-to-roll transport can be carried out.
  • the uncoated flexible carrier substrate is wound onto a roll, the carrier substrate is pulled off the roll and through one or more process machines for forming electrical functional layers of a plurality of
  • the field-effect transistor comprises at least one organic functional layer.
  • organic materials for forming an organic functional layer all types of organic, organometallic and inorganic plastics are referred to here, which are referred to in English as "plastics".
  • plastics A limitation in the dogmatic sense of organic material as a carbon-containing material is therefore not provided, but it is rather intended to the use of, for example, silicones.
  • the term should not be subject to any restriction with regard to the molecular size, in particular to polymeric and / or oligomeric materials, but it is also quite possible to use "small molecules”.
  • inorganic, in particular formed by sputtering or vapor deposition functional layers can be combined with organic functional layers or the field effect transistor can be completely built up with organic functional layers. It has proven useful if at least one organic Functional layer, in particular the semiconductor layer and / or the insulator layer is formed by printing.
  • electrode layers and the gate electrode layer each of at least one metallic layer, for example of at least one of the materials gold, silver, copper, aluminum, platinum, titanium or the like. These are then preferably structured by means of laser or etching. Polyaniline or polypyrrole, inter alia, have proven to be suitable as electrically conductive organic materials for forming electrode layers. Also, a layer stack of at least two layers can be used to form an electrode layer.
  • PHS / PVP polyvinylphenol or polyhydroxystyrene
  • organic semiconductor material for example, polythiophene is suitable.
  • a functional layer for example, with an etch-resistant mask layer already printed in the desired areas and the non-printed areas of the functional layer can be removed by etching. Subsequently, the etch-resistant mask layer is peeled off and the areas of the functional layer remaining underneath and structured in the desired shape are uncovered.
  • Mask layer result as well as the direct pressure of a functional layer as well as deviations from the ideal position. These are transferred from the mask layer directly to the functional layer structured therewith.
  • ink jet patterning process where high process speeds are possible. It can a functional layer by ink jet printing directly and already formed in the desired shape on the carrier substrate. However, the ink jet method also allows the application of a mask layer to pattern a previously formed functional layer therewith.
  • a relative speed of the carrier substrate to a structuring unit in a continuous processing process in the range of 0.5 to 200 m / min, preferably in the range of 10 to 100 m / min, is selected. This allows mass production of electronic components and circuits with low manufacturing costs.
  • a logic component which has at least one field effect transistor according to the invention has proven itself.
  • a logic component is in particular a component from the group comprising inverter components, NOR gates, NAND gates, AND gates and OR gates.
  • the logic component is an inverter component which comprises a field effect transistor and at least one charging component which has at least one first electrode and at least one second electrode, wherein the at least one second electrode is designed for connection to a supply voltage, and at least one of the first electrodes is electrically conductively connected to at least one drain electrode layer of the field effect transistor, which at least partially overlaps the gate electrode layer when viewed perpendicular to the plane of the at least one source electrode layer and the at least one drain electrode layer.
  • a drain electrode layer is connected, which adjoins a channel region with gate electrode layer.
  • the electrically conductive connection between the at least one first electrode and the at least one drain electrode layer of the field effect transistor is formed by at least one conductor track and / or at least one via.
  • the conductor track is understood to mean an electrical connection in one plane, while the via is understood to be an electrically conductive connection over several levels.
  • the inverter component preferably comprises a field-effect transistor having at least one source electrode layer and at least two drain electrode layers and the at least one charging component having at least two first electrodes, one of the drain electrode layers being electrically conductively connected to one of the first electrodes.
  • An electrical circuit comprising at least one logic component according to the invention has proven itself. Particularly preferred is an electrical circuit which comprises at least two logic components, in particular at least two inverter components.
  • a first inverter component has a first gate electrode layer and the first gate electrode layer is electrically conductively connected to the at least one conductor track and / or the at least one via of a second inverter component which (s) a second Inverter component is assigned and the at least one drain electrode layer and the at least one first electrode of the
  • the second inverter component electrically conductively connects to each other. It has proven useful if the at least one conductor track is arranged on the level of the at least one souce electrode layer and the at least one drain electrode layer and that the first gate electrode layer and the at least one conductor track via at least one via in the semiconductor layer and the Insulator layer are electrically connected to each other.
  • the first gate electrode layer is electrically conductively connected to the at least one drain electrode layer and the at least one first electrode of the second inverter component via at least one via in the semiconductor layer and the insulator layer.
  • a method is particularly preferred in which at least one via in the semiconductor layer and the insulator layer with formation of the gate electrode layer simultaneously also form the electrically conductive connection with the at least one drain electrode layer and the at least one first electrode of the second inverter component.
  • the object is for the electrical circuit on a carrier substrate, wherein on the carrier substrate at least a first component and at least one second component are formed, which are electrically conductively connected to each other, in that at least two second components are formed, wherein an electrically conductive functional layer of the first component is electrically conductively connected by a printed conductor to an electrically conductive functional layer of one of the at least two second components, wherein the at least one first component alternatively with the one or another of the at least two second components is connected and thus at least one unused, redundant second component is present.
  • one of the at least two second components is connected in an electrically conductive manner to the at least one first component.
  • the at least two second components viewed in the printing direction of the conductor track successively and adjacent to each other are arranged.
  • the distance between the second components is to match the actually occurring register tolerances during printing.
  • At least two first components are formed and electrically conductively connected to one of the second components by the conductor track of one of the first components, so that at least one first component and at least one second component are unused and redundant.
  • the at least two first components if they are arranged successively and adjacent to one another when viewed in the printing direction of the conductor track.
  • a field effect transistor according to the invention is formed as the first component, which has at least one drain electrode layer as the electrically conductive functional layer.
  • the second component is designed as a charging component, which at least one first electrode as an electrically conductive functional layer and at least a second electrode, wherein the at least one second electrode is designed for connection to a supply voltage.
  • the object is for the method for producing an electrical circuit on a carrier substrate, wherein on the carrier substrate at least one first component and at least one second component are formed, which are electrically conductively connected to each other, solved by at least two second components are formed that an electrically conductive functional layer of the first component is electrically conductively connected to an electrically conductive functional layer of one of the at least two second components by printing a conductor, wherein the at least one first component depending on the register tolerance in printing the conductor alternatively with the one or the other of the at least two second components is connected and thus at least a second component remains unused.
  • the at least two second components prefferably be arranged successively and adjacent to one another when viewed in the printing direction of the conductor track.
  • at least two first components are formed and electrically conductively connected to one of the second components by the conductor track of one of the first components, so that at least one first component and at least one second component remain unused.
  • the at least two first components are preferably arranged successively and adjacent to one another as viewed in the printing direction of the conductor track.
  • FIGS. 1 a to 7 are intended to illustrate the field effect transistor according to the invention and its use in logic components and electrical circuits by way of example. So shows:
  • Figure Ia is a cross section A - A 'by a
  • Figure Ib is a simplified plan view of the
  • FIG. 2 a shows a cross section B - B 'through a further field effect transistor, which is arranged on a carrier substrate;
  • FIG. 2b shows the simplified plan view of FIG.
  • FIG. 3 shows a logic component in the form of an inverter component in a simplified plan view
  • FIG. 4 shows an electrical circuit with two logic devices, each
  • Logic component comprises a charging component
  • FIG. 5 shows an electrical circuit with two logic components, each logic component comprising two charging components
  • FIG. 6 shows a further electrical circuit with two logic components, each logic component comprising two charging components, and
  • FIG. 7 shows a preferred layout for an electrical circuit with a multiplicity of logic components according to FIG. 6.
  • FIG. 1a shows a cross section A - A 'through a field effect transistor 1, which is arranged on a carrier substrate 10 made of PET.
  • the Field effect transistor 1 comprises as function layers a comb-shaped structured source
  • a semiconductor layer 5 of polythiophene and an insulator layer 6 of polyhydroxystyrene (PHS / PVP) are printed.
  • PHS / PVP polyhydroxystyrene
  • Electrode layer 2 and the drain electrode layer 3 only partially covered.
  • FIG. 1 b shows a simplified plan view of the field-effect transistor 1 and the carrier substrate 10 from FIG. 1 a, the illustration of the semiconductor layer 5 and of the insulator layer 6 being neglected.
  • FIG. 1b thus shows the position of the comb-shaped source electrode layer 2 with three comb teeth opposite the comb-shaped drain electrode layer 3 with two comb teeth which are arranged on the carrier substrate 10 in a toothed manner. Between the source electrode layer 2 and the drain electrode layer 3 there is the channel 7, which shows a meandering course perpendicular to the plane of the carrier substrate 10.
  • the semiconductor layer 5 disposed on the source electrode layer 2 and the drain electrode layer 3 and the insulator layer 6 are not drawn here in order to be able to show the position and areal extent of the gate electrode layer 4 with respect to the channel 7. It can be seen that the gate electrode layer 4 only partially covers the channel 7. A positional shift of the gate electrode layer 4 with respect to its alignment with the source electrode layer 2 and the drain electrode layer 3 in the designated x-directions or y-directions due to
  • Register tolerances in the formation of the gate electrode layer 4 does not affect significant electrical properties of the field effect transistor 1 (ON current, capacitance), since the surface area of the gate electrode layer 4 is chosen so that even with a production-related maximum possible displacement of the gate Electrode layer 4 in the x and / or y direction a position of parts of the gate electrode layer 4 outside of the source and drain
  • the simplest embodiment of the field effect transistor according to the invention would be one which shows a comb-shaped source electrode layer, which is formed at least with two comb teeth connected to one another and has a merely strip-shaped drain electrode layer. which is located between the two comb teeth of the source electrode layer.
  • FIG. 2 a shows a cross section B - B 'through a further field effect transistor 1', which is arranged on a carrier substrate 10.
  • the field effect transistor 1 ' comprises as function layers a comb-shaped source electrode layer 2 of gold, silver, PEDOT or PANI and in the same plane two mutually electrically insulated, comb-shaped drain electrode layers 3a, 3b of the same material, on the whole surface are a semiconductor layer 5 of a printable polymeric material, such as polythiophene, and an insulator layer 6 of
  • a gate electrode layer 4 which only partially covers the channel 7 (see FIG. 2b) between the source electrode layer 2 and the drain electrode layers 3a, 3b.
  • the drain electrode layers could here alternatively also be designed such that they are formed only in the form of four adjacent lines, which respectively protrude into the comb-shaped source electrode layer 2 and are not electrically conductively connected to one another. Even a purely linear formation of the source electrode layer would be possible, so that several, here in particular five source layers Electrode layers could be present side by side on the carrier substrate 10 without electrical contact.
  • FIG. 2b shows the simplified plan view of the field effect transistor 1 'and the FIG
  • Carrier substrate 10 of Figure 2a wherein the representation of the semiconductor layer 5 and the insulator layer 6 has been neglected.
  • the position of the comb-shaped source electrode layer 2 with five comb teeth relative to the two comb-shaped drain electrode layers 3a, 3b, each having two comb teeth, which are arranged on the carrier substrate 10 in a toothed manner, can thus be seen from FIG. 2b.
  • a positional shift of the gate electrode layer 4 with respect to its alignment with the source electrode layer 2 and the drain electrode layers 3a, 3b in FIG characterized by register tolerances in the formation of the gate electrode layer 4 does not affect the electrical properties of the field effect transistor 1 ', since the surface area of the gate electrode layer 4 is chosen so that even with a production-related maximum possible displacement of the gate In the marked x-direction, it is not possible to position parts of the gate electrode layer 4 outside the channel region bounded by the source and drain electrode layers 2, 3a, 3b.
  • the field-effect transistor according to FIGS. 2 a and 2 b may alternatively also be formed with three or more drain electrode layers, wherein the gate electrode layer covers at least one drain electrode layer or even several drain electrode layers simultaneously. However, at least one drain electrode layer and / or one channel region is present as a surplus or unused structure.
  • FIG. 3 shows a simplified plan view of a logic component in the form of an inverter component with a field-effect transistor 1 '"and a charging component 9.
  • the inverter input of the inverter component is identified by the reference numeral 8.
  • the field effect transistor 1 ''' has a source electrode layer 2 and four mutually electrically insulated drain electrode layers 3a, 3b, 3c, 3d.
  • the source electrode layer 2 can be connected to a first supply voltage Ui.
  • the gate electrode layer 4 of the field effect transistor 1 ''' covers only the two middle drain electrode layers 3a, 3b, while the two outer drain electrode layers 3a, 3d are not covered and thus unused.
  • a positional inaccuracy of the gate electrode layer 4 due to register tolerances is compensatable in the y-directions by the surplus drain electrode layers 3a, 3d.
  • a positional inaccuracy of the gate electrode layer 4 due to register tolerances in the x-directions is compensated by the increased width of the gate electrode layer 4 relative to the width of the source and drain electrode layers 2, 3a, 3b, 3c, 3d.
  • the charging component 9 has a first electrode 12 and a second electrode 13, wherein the second electrode 13 is connectable to a supply voltage.
  • the drain electrode layers 3b, 3c are electrically conductively connected to the first electrode 12 of the charging component 9 by means of a conductor track 11.
  • vias IIa are provided in order to produce an electrically conductive connection between the source / drain level and the gate level can.
  • Field effect transistor 1 '' ' or the inverter input 8 of the inverter component, or is electrically conductively connected to this directly or indirectly via vias.
  • FIG. 4 shows, in the simplified plan view, an electrical circuit with a first logic component in the form of a first inverter component 100, bounded by a line for identifying the associated components, and a second logic component, which is designed in the form of a second inverter component 100 'and used to identify the components associated components is also bounded by a line.
  • the first inverter component 100 has a field effect transistor 1 'according to FIGS. 2a, 2b and a first charging component 9'.
  • the source electrode layer 2 (see FIG. 2 b) of the first field effect transistor 1 ' is connected to a first
  • the first charging component 9 ' has a first electrode 12' and a second electrode 13 ', wherein the second electrode 13' is connected to a second supply voltage Ü 2 .
  • Inverter device 100 is indicated by the reference numeral 8 '.
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ' is electrically conductively connected to the first electrode 12' of the first charging component 9 'by means of a conductor track 11'.
  • the second inverter component 100 ' has a field effect transistor 1 ", which is of identical construction to the first inverter component 1', and a second charging component 9", which is of identical construction to the first charging component 9 'and has a first electrode 12 "and a second electrode having a second supply voltage U 2 connected second electrode 13 ''.
  • the inverter input of the second inverter device 100 ' is identified by the reference numeral 8 ".
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1 '' is connected by means of a Conductor H '' electrically conductively connected to the first electrode 12 '' of the second charging component 9 ''.
  • vias IIa ', Ha' ' are provided in order to establish an electrically conductive connection between the source / drain level and the gate level can.
  • the interconnect H '' of the second inverter device 100 ' which has the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1' ', electrically conductively connected to the first electrode 12' via at least one of the two vias Ha "disposed above or below it.
  • the second charging device 9' 'connects forms the gate electrode layer 4 of the first field effect transistor 1', or the inverter input 8 'of the first inverter device 100, or is this me directly or indirectly via vias electrically connected.
  • first field effect transistor 1 'electrically conductively connected to the first electrode 12' of the first charging component 9 ' is at least one of the above or below arranged two vias IIa 'electrically connected to a further electrical component.
  • the interconnects 11 ', H' 'of the first and second inverter devices 100, 100' are formed here simultaneously with the formation of the gate electrode layers 4.
  • FIG. 5 shows in the simplified plan view a similar electrical circuit as in FIG. 4.
  • the electrical circuit has a first logic component in the form of a first inverter component 101, bounded by a line for identifying the associated components, and a second logic component in the form of a second inverter component 101 '. on, which is also bounded by a line to identify the associated components.
  • the first inverter device 101 has a
  • Field effect transistor 1 ' according to Figures 2a, 2b and a first charging component 9a and a second charging component 9b.
  • the source electrode layer 2 (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ' is connected to a first supply voltage Ui.
  • the first charging component 9a has a first electrode 12a and second electrode 13a, the second electrode 13a is connected to a second supply voltage U. 2
  • Charging component 9b has a first electrode 12b and a second electrode 13b, wherein the second electrode 13b is also connected to the second supply voltage U 2 .
  • the inverter input of the first inverter component 101 is identified by the reference numeral 8 '.
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ' is electrically conductively connected to the first electrode 12b of the second charging component 9b by means of a conductor track 11'.
  • the second inverter component 101 ' has a field-effect transistor 1 ", which is of identical design to the first inverter component 1', and a third charging component 9a ', which is of identical construction to the first charging component 9a and a fourth charging component 9b', which is of identical construction to the one second charging component 9b is formed.
  • the third charging component 9a ' has a first electrode 12a' and a second electrode 13a 'connected to a second supply voltage U 2 .
  • the fourth charging component 9b ' has a first electrode 12b' and one with the second Supply voltage U 2 connected second electrode 13b 'on.
  • the inverter input of the second inverter component 101 ' is identified by the reference numeral 8 ".
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1 is electrically conductively connected to the first electrode 12b 'of the fourth charging component 9b' by means of a conductor track H".
  • vias IIa ', Ha' ' are provided in order to establish an electrically conductive connection between the source / drain level and the gate level can.
  • the interconnect H '' of the second inverter component 101 ' which has the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1'', is electrically conductively connected to the first electrode 12b via at least one of the two vias Ha "arranged above or below it. of the fourth charging component 9b ', forms the gate electrode layer 4 of the first field effect transistor 1', or the inverter input 8 'of the first inverter device 101, or is electrically conductively connected directly or indirectly via vias.
  • the interconnect 11 'of the first inverter device 101 which electrically conductively connects the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1' to the first electrode 12b of the second charge device 9b, is over at least one of the two vias disposed above or below IIa 'electrically connected to a further electrical component.
  • Inverter device 101, 101 ' are formed here simultaneously with the formation of the gate electrode layers 4. Since no electrically conductive connection is formed between the first charging component 9a and the field effect transistor 1 'and between the charging component 9a' and the field effect transistor 1 ", no leakage currents occur here as well.
  • 6 shows in the simplified plan view an electrical circuit similar to FIG. 5.
  • the electrical circuit has a first logic component in the form of a first inverter component 101, delimited by a line to identify the associated components, and a second logic component in the form of a second inverter component 101 '. on which to
  • the first inverter device 101 has a
  • Field effect transistor 1 ' according to Figures 2a, 2b and a first charging component 9a and a second charging component 9b.
  • the source electrode layer 2 (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ' is connected to a first supply voltage Ui.
  • the first charging component 9a has a first electrode 12a and a second electrode 13a.
  • the second charging component 9b has a first electrode 12b and a second electrode 13b, wherein the second electrode 13b is connected to a second supply voltage U 2 .
  • the inverter input of the first inverter component 101 is identified by the reference numeral 8 '.
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ' is electrically conductively connected to the first electrode 12b of the second charging component 9b by means of a via IIa'.
  • the second inverter component 101 ' has a field-effect transistor 1'', which is of identical design to the first inverter component 1', and further has a third charging component 9a ', which is of identical design to the first charging component 9a and a fourth charging component 9b', which is identical in construction with the second charging component 9b, on.
  • the third charging component 9a ' has a first electrode 12a' and a second electrode 13a '.
  • the fourth charging component 9b ' has a first electrode 12b' and a second electrode 13b 'connected to a second supply voltage U 2 .
  • the inverter input of the second inverter component 101 ' is identified by the reference numeral 8 ".
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1 is electrically conductively connected to the first electrode 12b 'of the fourth charging component 9b' by means of a via Ha".
  • the vias Ha ', Ha' 'form openings in the semiconductor layer (not separately shown) and the insulator layer in order to be able to produce an electrically conductive connection between the source / drain plane and the gate plane.
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the second field effect transistor 1 " which is electrically conductively connected to the first electrode 12b 'of the fourth charging component 9b', is furthermore connected to the gate electrode layer 4 of FIG first field effect transistor 1 'and the inverter input 8' of the first inverter device 101 electrically conductively connected.
  • the first drain electrode layer 3a (see FIG. 2b) of the first field effect transistor 1 ", which is electrically conductively connected to the first electrode 12b of the second charging component 9b, is furthermore electrically conductively connected via a via IIa 'to a further electrical component.
  • FIG. 7 shows a plan view of a preferred layout for a printed electrical circuit according to FIG. 6 on a carrier substrate 10, wherein a multiplicity of logic components, comprising field-effect transistors 1 and charging components 9 are provided in series one after the other in the printing direction (see arrow on the far right).
  • the electrical circuit has on the left side of the carrier substrate 10 a multiplicity of field effect transistors 1, which are similar to FIG. 1b on the carrier substrate 10, each having a source electrode layer 2, a drain electrode layer 3, a semiconductor layer not visible here, and one thereon Insulator layer 6, and in each case a gate electrode layer 4 on the insulator layer. 6 are formed.
  • the source electrode layer 2 of the field effect transistors 1 is connected to a first supply voltage Ui. Furthermore, unconnected source / drain regions, ie, channel regions not covered by a gate electrode layer 4, can be seen between the source and drain electrode layers 2, 3.
  • a plurality of charging devices 9 each having a first electrode 12 and a second electrode 13, wherein the second electrode 13 is connected to a second supply voltage U 2 .
  • the electrode layers 2, 3, 12, 13 arranged below the insulator layer 6 or under the insulator layer 6 and optionally the semiconductor layer are visible through the insulator layer 6 .
  • a drain electrode layer 3 is electrically conductively connected by means of a conductor track 14 to a first electrode 12 of a charging component.
  • a strip-shaped opening in which no semiconductor layer and no insulator layer 6 is arranged, but the carrier substrate 10 is printed with printed conductors 14 directly on it.
  • This strip-shaped opening forms a via IIa, in which an electrically conductive connection between conductor tracks 14 and the gate electrode layer 4 printed on the insulator layer 6 is formed by means of a conductor track 11.
  • An electrically conductive connection of the respective gate electrode layer 4 to charging components 9 on the right side and to drain electrode layers 3 of the adjacent field effect transistor 1 electrically conductively connected to precisely these charging components 9 is thereby produced.
  • the field effect transistor according to the invention can thus be formed in different shapes and layouts and used to form a plurality of different logic devices and electrical circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor mit mindestens einer Source-Elektrodenschicht und mindestens einer in gleicher Ebene angeordneten Drain-Elektrodenschicht, einer Halbleiterschicht, einer Isolatorschicht sowie einer Gate-Elektrodenschicht, wobei die Gate-Elektrodenschicht, senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source-Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht gesehen, einen zwischen der mindestens einen Source-Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht angeordneten Kanal nur teilweise bedeckt.

Description

Feldeffekttransistor sowie elektrische Schaltung
Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor mit mindestens einer Source-Elektrodenschicht und mindestens einer in gleicher Ebene angeordneten Drain-Elektrodenschicht, einer Halbleiterschicht, einer Isolatorschicht sowie einer Gate- Elektrodenschicht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Logikbauelement, elektrische Schaltungen sowie ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Schaltungen .
Feldeffekttransistoren mit dem oben genannten Aufbau sind aus der WO 2004/047144 A2 bekannt. Auf einem
Substrat sind ineinander greifende Source- und Drain- Elektrodenschichten offenbart, welche in dieser Reihenfolge mit einer strukturierten Halbleiterschicht und einer vollflächigen Isolatorschicht bedeckt sind. Auf der Isolatorschicht befindet sich eine strukturierte Gate- Elektrodenschicht. Zwischen der Source- Elektrodenschicht und der Drain-Elektrodenschicht befindet sich der sogenannte Kanal, über welchem die Gate-Elektrodenschicht, hier als Top-Gate-Elektrode, angeordnet ist. Der Feldeffekttransistor ist in einem preisgünstigen Druckverfahren herstellbar.
Dabei ist die genaue Registrierung bzw. Platzierung der Gate-Elektrodenschicht gegenüber den Source/Drain-Elektrodenschichten erforderlich, da dies die Schaltgeschwindigkeit des Feldeffekttransistors stark beeinflusst. So wurde zur Verbesserung der Registrierung bereits versucht, die Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht soweit zu vergrößern, dass diese - senkrecht zur Ebene der Source/Drain-Elektrodenschichten gesehen - das von den Source- und Drain-Elektrodenschichten bedeckte Gebiet sowie das dazwischen eingeschlossene
Kanalgebiet komplett überzieht und gegebenenfalls noch darüber hinausragt. Ein derartiger Feldeffekttransistor weist, letztendlich unabhängig von der genauen Anordnung der Gate-Elektrodenschicht gegenüber den Source/Drain-Elektrodenschichten, ein gutes Ein- und Ausschaltverhalten auf. Jedoch entstehen durch die vergrößerte Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht hohe Kapazitäten, so genannte Registerkapazitäten, durch welche mit einem derartigen Feldeffekttransistor gebildete
Logikbauelemente und elektronische Schaltungen an Schnelligkeit verlieren. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Feldeffekttransistor mit mindestens einer, mit Hilfe eines Druckverfahrens strukturierten elektrischen Funktionsschicht bereitzustellen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltung mit geringem Platzbedarf und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für den Feldeffekttransistor mit mindestens einer Source-Elektrodenschicht und mindestens einer in gleicher Ebene angeordneten Drain-Elektrodenschicht, einer Halbleiterschicht, einer Isolatorschicht sowie einer Gate- Elektrodenschicht dadurch gelöst, dass die Gate- Elektrodenschicht, senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht gesehen, einen zwischen der mindestens einen Source-Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht angeordneten Kanal nur teilweise bedeckt.
Die Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht ist somit deutlich keiner ausgebildet als die Flächenausdehnung der Source- und Drain- Elektrodenschichten und des dazwischen angeordneten Kanalgebiets zusammen. Es ergibt sich ein funktionsfähiger Feldeffekttransistor, der elektrisch einen ähnlichen ON-Strom und ähnlich geringe Kapazitäten aufweist, wie es ein Feldeffekttransistor mit einer genauen Positionierung der Gate- Elektrodenschicht im Register zu den Source/Drain- Elektrodenschichten erreicht, obwohl eine exakte Registrierung nicht vorhanden ist. Zudem wird erreicht, dass trotz des überzähligen Kanalgebiets der Platzbedarf zur Bildung des Feldeffekttransistors bis zu 50% reduziert werden kann, da die Source/Drain-Elektrodenschichten deutlich kleiner ausgebildet sein können.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht im Hinblick auf die Summe der Flächenausdehnungen der Source/Drain-Elektrodenschichten und des Kanalgebiets um den Betrag der mit dem eingesetzten Druckverfahren maximalen Registertoleranz verkleinert ausgebildet wird. So sind mit den hier bevorzugten Druckverfahren, wie Tiefdruck, Hochdruck, Flachdruck, Durchdruck (Siebdruck oder Schablonendruck) oder Tampondruck, üblicherweise Registertoleranzen im Bereich von 400 bis 40μm erreichbar. Dabei sind sowohl Seitenregistertoleranzen senkrecht zur Druckrichtung wie auch Längsregistertoleranzen in Druckrichtung zu berücksichtigen.
Die Verkleinerung der Flächendimension der Gate- Elektrodenschicht erfolgt vorzugsweise dadurch, dass ihre Länge in Druckrichtung kleiner gewählt wird als die Summe der Längen der Source/Drain- Elektrodenschichten und des Kanalgebiets in Druckrichtung. Die Breite der Gate-Elektrodenschicht senkrecht zur Druckrichtung kann im Hinblick auf die Summe der Breiten der Source/Drain- Elektrodenschichten und des Kanalgebiets senkrecht zur Druckrichtung ebenfalls vermindert ausgebildet werden. Aber auch eine Erhöhung der Breite der Gate- Elektrodenschicht senkrecht zur Druckrichtung gemäß dem oben beschriebenen bekannten Verfahren hat sich in Kombination mit einer Verminderung der Länge der Gate-Elektrodenschicht in Druckrichtung bewährt.
Besonders bewährt hat es sich dabei, wenn sich der Kanal zwischen der mindestens einen Source- Elektrodenschicht und mindestens zwei Drain- Elektrodenschichten erstreckt, wobei die Drain- Elektrodenschichten voneinander elektrisch isoliert ausgebildet sind. Der Leck-Strom des Feldeffekttransistors, welcher in nicht von der Gate- Elektrodenschicht bedeckten/überlagerten
Kanalbereichen entsteht, wirkt sich dadurch nicht mehr störend auf die elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors aus.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Source-Elektrodenschicht kammförmig oder in Form paralleler, elektrisch voneinander isolierter Linien ausgebildet ist. Für die mindestens eine Drain-Elektrodenschicht hat sich ebenfalls eine kammförmig Ausgestaltung oder in Form paralleler, elektrisch voneinander isolierter Linien bewährt. Sind mehrere Drain-Elektrodenschichten vorgesehen, so hat sich eine Ausgestaltung einer jeden Drain-Elektrodenschicht jeweils in Kammform bewährt. Besonders bevorzugt ist eine kammförmige Ausgestaltung der mindestens einen Source- Elektrodenschicht in Kombination mit einer kammförmigen Ausgestaltung der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht, wobei die Kammzähne der Source- und Drain-Elektrodenschichten ineinander eingreifen, so dass der Kanal mäanderförmig zwischen der mindestens einen Source-Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht verläuft. Eine Gate-Elektrodenschicht gemäß der Erfindung, welche vorzugsweise mit derart kammförmig ausgebildeten, ineinander greifenden Source- und Drain-Elektrodenschichten überlappend ausgebildet ist, bedeckt das mäanderförmige Kanalgebiet lediglich teilweise, so dass Kanalgebiete, die nicht zur
Wirkungsweise des Feldeffekttransistors beitragen, ungenutzt verbleiben. Eine Lageungenauigkeit der Gate-Elektrodenschicht im Bereich des Kanalgebiets aufgrund der beim Drucken unvermeidbaren Registertoleranzen ist für das elektrische Verhalten des Feldeffekttransistors ohne oder nahezu ohne Bedeutung . Es hat sich bewährt, wenn die Gate-Elektrodenschicht, senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht gesehen, eine Fläche von 10 bis 90% des Kanals bedeckt, insbesondere eine Fläche von 25 bis 50%.
Die Gate-Elektrodenschicht kann als eine Bottom-Gate- Elektrode oder als eine Top-Gate-Elektrode ausgebildet werden. Bei einer Ausführung als Bottom- Gate-Elektrode wird, insbesondere auf einem Trägersubstrat, zuerst die Gate-Elektrodenschicht gebildet, anschließend die Isolatorschicht, die Halbleiterschicht und die Source/Drain- Elektrodenschichten. Bei einer Ausführung als Top- Gate-Elektrode werden, insbesondere auf einem Trägersubstrat, zuerst die Source/Drain- Elektrodenschichten gebildet, anschließend die Halbleiterschicht, die Isolatorschicht und die Gate- Elektrodenschicht.
Ein geeignetes Trägersubstrat auf dem die Source- Elektrodenschicht, die mindestens eine Drain- Elektrodenschicht, die - vorzugsweise vollflächig gedruckte - Halbleiterschicht, die - vorzugsweise ebenfalls vollflächig gedruckte -Isolatorschicht und die Gate-Elektrodenschicht vorzugsweise angeordnet werden, wird vorzugsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie, insbesondere aus Polyester, Polyethylen, Polyethylenterephthalat oder Polyimid gebildet. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn als Trägersubstrat ein langgestrecktes flexibles Substrat aus Kunststofffolie, welche gegebenenfalls mehrschichtig ausgebildet ist, eingesetzt wird. Es sich weiterhin bewährt, wenn eine Dicke des Trägersubstrats im Bereich von
6 μm bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 12 μm bis 50 μm, gewählt wird
Bei einem flexiblen Trägersubstrat ist es insbesondere von Vorteil, dass es in einem kontinuierlichen Prozesses verarbeitet werden kann, insbesondere ein Transport von Rolle zu Rolle vorgenommen werden kann. Dabei wird das unbeschichtete flexible Trägersubstrat auf eine Rolle aufgewickelt, das Trägersubstrat von der Rolle abgezogen und durch eine oder mehrere Prozessmaschinen zur Bildung von elektrischen Funktionsschichten einer Vielzahl von
Feldeffekttransistoren und gegebenenfalls weiteren elektrischen Bauelementen bzw. von damit ausgestatteten elektrischen Schaltungen geführt, und schließlich als beschichtetes Trägersubstrat auf eine weitere Rolle aufgewickelt. Dies ermöglicht die
Verarbeitung langer Trägersubstratbänder, wobei die Positionierung gegenüber der/den Prozessmaschinen nur einmal zu Beginn einer neuen Trägersubstratrolle erfolgen muss.
Besonders bewährt hat es sich, wenn der Feldeffekttransistor mindestens eine organische Funktionsschicht umfasst. Als Funktionsschicht werden alle zum Aufbau des Feldeffekttransistors benötigten Schichten bezeichnet.
Als „organische" Materialien zur Bildung einer organischen Funktionsschicht werden hier alle Arten von organischen, metallorganischen und anorganischen Kunststoffen angesehen, die im Englischen mit „plastics" bezeichnet werden. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Material als Kohlenstoff enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, sondern es ist vielmehr auch an den Einsatz von beispielsweise Silikonen gedacht. Weiterhin soll der Begriff keinerlei Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien unterliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von „small molecules" möglich.
Dabei können anorganische, insbesondere durch Sputtern oder Aufdampfen gebildete Funktionsschichten mit organischen Funktionsschichten kombiniert werden oder der Feldeffekttransistor vollständig mit organischen Funktionsschichten aufgebaut werden. Es hat sich bewährt, wenn mindestens eine organische Funktionsschicht, insbesondere die Halbleiterschicht und/oder die Isolatorschicht, durch Drucken gebildet ist.
Dabei hat es sich bewährt, die Source/Drain-
Elektrodenschichten sowie die Gate-Elektrodenschicht jeweils aus mindestens einer metallischen Schicht zu bilden, beispielsweise aus mindestens einem der Materialien Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Platin, Titan oder ähnlichem. Diese werden dann vorzugsweise mittels Laser oder Ätzen strukturiert. Als elektrisch leitfähige organische Materialien zur Bildung von Elektrodenschichten haben sich unter anderem Polyanilin oder Polypyrrol bewährt. Auch ein Schichtstapel aus mindestens zwei Schichten kann zur Bildung einer Elektrodenschicht eingesetzt werden.
Eine Ausbildung der Halbleiterschicht und/oder der Isolatorschicht als organische Funktionsschicht hat sich bewährt. Als organisches Isolationsmaterial hat sich unter anderem Polyvinylphenol oder Polyhydroxystyrol (PHS/PVP) bewährt. Als organisches Halbleitermaterial eignet sich beispielsweise Polythiophen .
Bei der Positionierung eines Lasers im Hinblick auf eine bereits auf einem Trägersubstrat gebildete Funktionsschicht ergeben sich üblicherweise geringe Abweichungen zur idealen Position, so dass eine Abweichung der gebildeten strukturierten Funktionsschicht zum Layout resultiert. Wird ein Photolack vollflächig auf eine Funktionsschicht aufgetragen, dieser über eine Maske belichtet, die nicht gehärteten Bereiche des Lacks entfernt, ein Ätzprozess durchgeführt und anschließend der Photolack entfernt, so ergeben sich durch geringe Abweichungen bei der Positionierung der Maske von ihrer idealen Position auch hier für die gebildete Funktionsschicht gegenüber dem Layout Lageabweichungen .
Weiterhin kann eine Funktionsschicht beispielsweise mit einer ätzresistenten Maskenschicht bereits in den gewünschten Bereichen bedruckt und die nicht bedruckten Bereiche der Funktionsschicht durch Ätzen entfernt werden. Anschließend wird die ätzresistente Maskenschicht abgelöst und die darunter verbliebenen, in der gewünschten Form strukturierten Bereiche der Funktionsschicht freigelegt. Beim Drucken der
Maskenschicht ergeben sich wie beim direkten Druck einer Funktionsschicht ebenso Abweichungen von der idealen Position. Diese übertragen sich von der Maskenschicht direkt auf die damit strukturierte Funktionsschicht.
Weiterhin hat sich bewährt, wenn ein Tintenstrahl- Strukturierungsverfahren verwendet wird, wobei hohe Prozessgeschwindigkeiten möglich sind. Dabei kann eine Funktionsschicht mittels Tintenstrahldruck unmittelbar und bereits in der gewünschten Form auf dem Trägersubstrat gebildet werden. Das Tintenstrahlverfahren ermöglicht aber auch den Auftrag einer Maskenschicht, um eine zuvor gebildete Funktionsschicht damit zu strukturieren.
Vorzugsweise wird eine Relativ-Geschwindigkeit des Trägersubstrats gegenüber einer Strukturierungseinheit in einem kontinuierlichen Verarbeitungsprozess im Bereich von 0,5 bis 200 m/min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 m/min, gewählt. Dies ermöglicht eine Massenfertigung von elektronischen Bauelementen und Schaltungen bei geringen Herstellungskosten.
Es hat sich bewährt, wenn eine Funktionsschicht des Feldeffekttransistors mit jeweils einer Schichtdicke im Bereich von 1 nm bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm bis 300 nm, ausgebildet wird.
Ein Logikbauelement, welches mindestens einen erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor aufweist, hat sich bewährt. Ein solches Logikbauelement ist insbesondere ein Bauteil aus der Gruppe umfassend Inverterbauelemente, NOR-Gatter, NAND-Gatter, AND- Gatter und OR-Gatter. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Logikbauelement ein Inverterbauelement ist, das einen Feldeffekttransistor und mindestens ein Ladebauelement umfasst, welches mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode zur Verbindung mit einer Versorgungsspannung ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der ersten Elektroden mit mindestens einer Drain- Elektrodenschicht des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden ist, welche senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht gesehen zumindest bereichsweise mit der Gate-Elektrodenschicht überlappt. Es wird also eine Drain-Elektrodenschicht angeschlossen, welche an ein Kanalgebiet mit Gate-Elektrodenschicht angrenzt.
Es hat sich bewährt, wenn die elektrisch leitende Verbindung zwischen der mindestens einen ersten Elektrode mit der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht des Feldeffekttransistors durch mindestens eine Leiterbahn und/oder mindestens ein Via ausgebildet ist. Als Leiterbahn wird dabei eine elektrische Verbindung in einer Ebene verstanden, während als Via eine elektrisch leitende Verbindung über mehrere Ebenen hinweg verstanden wird. Vorzugsweise umfasst das Inverterbauelement einen Feldeffekttransistor mit mindestens einer Source- Elektrodenschicht und mindestens zwei Drain- Elektrodenschichten sowie das mindestens eine Ladebauelement mit mindestens zwei ersten Elektroden, wobei jeweils eine der Drain-Elektrodenschichten mit jeweils einer der ersten Elektroden elektrisch leitend verbunden ist.
Eine elektrische Schaltung umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Logikbauelement hat sich bewährt. Besonders bevorzugt ist dabei eine elektrische Schaltung, die mindestens zwei Logikbauelement, insbesondere mindestens zwei Inverterbauelemente umfasst.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein erstes Inverterbauelement eine erste Gate- Elektrodenschicht aufweist und die erste Gate- Elektrodenschicht mit der mindestens einen Leiterbahn und/oder dem mindestens einen Via eines zweiten Inverterbauelements elektrisch leitend verbunden ist, welche (s) einem zweiten Inverterbauelement zugeordnet ist und die mindestens eine Drain-Elektrodenschicht und die mindestens eine erste Elektrode des
Ladebauelements des zweiten Inverterbauelements elektrisch leitend miteinander verbindet. Es hat sich dabei bewährt, wenn die mindestens eine Leiterbahn auf der Ebene der mindestens einen Souce- Elektrodenschicht und der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht angeordnet ist und dass die erste Gate-Elektrodenschicht und die mindestens eine Leiterbahn über mindestens ein Via in der Halbleiterschicht und der Isolatorschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Es hat sich dabei aber auch bewährt, wenn die erste Gate-Elektrodenschicht über mindestens ein Via in der Halbleiterschicht und der Isolatorschicht elektrisch leitend mit der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht und der mindestens einen ersten Elektrode des zweiten Inverterbauelements verbunden ist. Besonders bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei welchen über mindestens ein Via in der Halbleiterschicht und der Isolatorschicht mit Bildung der Gate-Elektrodenschicht gleichzeitig auch die elektrisch leitende Verbindung mit der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht und der mindestens einen ersten Elektrode des zweiten Inverterbauelements gebildet wird.
Die Aufgabe wird für die elektrische Schaltung auf einem Trägersubstrat, wobei auf dem Trägersubstrat mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ausgebildet sind, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, gelöst, indem mindestens zwei zweite Bauelemente ausgebildet sind, wobei eine elektrisch leitende Funktionsschicht des ersten Bauelements durch eine gedruckte Leiterbahn elektrisch leitend mit einer elektrisch leitenden Funktionsschicht eines der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden ist, wobei das mindestens eine erste Bauelement alternativ mit dem einen oder dem anderen der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden ist und somit mindestens ein ungenutztes, überzähliges zweites Bauelement vorhanden ist.
Obwohl bei der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung auf dem Trägersubstrat Platz für überzählige zweite Bauelemente vorgesehen ist, können dennoch bis zu 50% der Fläche gegenüber herkömmlichen elektrischen Schaltungen eingespart werden, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der wesentlichen Eigenschaften der elektrischen Schaltung kommt, da die einzelnen Bauteile der elektrischen Schaltung deutlich kleiner ausgebildet werden können. Je nach vorhandener Registertoleranz beim Drucken der Leiterbahn wird eines der mindestens zwei zweiten Bauelemente elektrisch leitend an das mindestens eine erste Bauelement angeschlossen.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die mindestens zwei zweiten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den zweiten Bauelementen ist dabei auf die tatsächlich auftretenden Registertoleranzen beim Drucken abzustimmen.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn mindestens zwei erste Bauelemente ausgebildet sind und durch die Leiterbahn eines der ersten Bauelemente mit einem der zweiten Bauelemente elektrisch leitend verbunden ist, so dass mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt und überzählig vorhanden sind.
Auch für die mindestens zwei ersten Bauelemente ist es von Vorteil, wenn diese in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet sind.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn als erstes Bauelement ein erfindungsgemäßer Feldeffekttransistor ausgebildet ist, der mindestens eine Drain- Elektrodenschicht als elektrisch leitende Funktionsschicht aufweist.
In Kombination mit dem erfindungsgemäßen
Feldeffekttransistor hat es sich bewährt, wenn das zweite Bauelement als Ladebauelement ausgebildet ist, welches mindestens eine erste Elektrode als elektrisch leitende Funktionsschicht und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode zur Verbindung mit einer Versorgungsspannung ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung auf einem Trägersubstrat, wobei auf dem Trägersubstrat mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ausgebildet werden, welche elektrisch leitend miteinander verbunden werden, gelöst indem mindestens zwei zweite Bauelemente ausgebildet werden, dass eine elektrisch leitende Funktionsschicht des ersten Bauelements durch Drucken einer Leiterbahn elektrisch leitend mit einer elektrisch leitenden Funktionsschicht eines der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden wird, wobei das mindestens eine erste Bauelement je nach Registertoleranz beim Drucken der Leiterbahn alternativ mit dem einen oder dem anderen der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden wird und somit mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt verbleibt .
Bevorzugt ist es dabei, wenn die mindestens zwei zweiten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet werden. Vorzugsweise werden weiterhin mindestens zwei erste Bauelemente ausgebildet und durch die Leiterbahn eines der ersten Bauelemente mit einem der zweiten Bauelemente elektrisch leitend verbunden, so dass mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt verbleiben.
Auch die mindestens zwei ersten Bauelemente werden vorzugsweise in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet.
Die Figuren Ia bis 7 sollen den erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor und seinen Einsatz in Logikbauelementen und elektrischen Schaltungen beispielhaft erläutern. So zeigt:
Figur Ia einen Querschnitt A - A' durch einen
Feldeffekttransistor, welcher auf einem Trägersubstrat angeordnet ist;
Figur Ib eine vereinfachte Draufsicht auf den
Feldeffekttransistor und das Trägersubstrat aus Figur Ia;
Figur 2a einen Querschnitt B - B' durch einen weiteren Feldeffekttransistor, welcher auf einem Trägersubstrat angeordnet ist; Figur 2b die vereinfachte Draufsicht auf den
Feldeffekttransistor und das Trägersubstrat aus Figur 2a;
Figur 3 ein Logikbauelement in Form eines Inverterbauelements in vereinfachter Draufsicht;
Figur 4 eine elektrische Schaltung mit zwei Logikbauelementen, wobei jedes
Logikbauelement ein Ladebauelement umfasst;
Figur 5 eine elektrische Schaltung mit zwei Logikbauelementen, wobei jedes Logikbauelement zwei Ladebauelemente umfasst; und
Figur 6 eine weitere elektrische Schaltung mit zwei Logikbauelementen, wobei jedes Logikbauelement zwei Ladebauelemente umfasst, und
Figur 7 ein bevorzugtes Layout für eine elektrische Schaltung mit einer Vielzahl von Logikbauelementen gemäß Figur 6.
Figur Ia zeigt einen Querschnitt A - A' durch einen Feldeffekttransistor 1, welcher auf einem Trägersubstrat 10 aus PET angeordnet ist. Der Feldeffekttransistor 1 umfasst als Funktionsschichten eine kammförmig strukturierte Source-
Elektrodenschicht 2 aus Gold, Silber, PEDOT oder PANI und in der gleichen Ebene eine kammförmig strukturierte Drain-Elektrodenschicht 3 aus dem gleichen Material. Darauf sind vollflächig eine Halbleiterschicht 5 aus Polythiophen und eine Isolatorschicht 6 aus Polyhydroxystyrol (PHS/PVP) aufgedruckt. Auf der Isolatorschicht 6 befindet sich eine Gate-Elektrodenschicht 4, welche den Kanal 7 (siehe Figur Ib) zwischen der Source-
Elektrodenschicht 2 und der Drain-Elektrodenschicht 3 nur teilweise bedeckt.
Figur Ib zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf den Feldeffekttransistor 1 und das Trägersubstrat 10 aus Figur Ia, wobei die Darstellung der Halbleiterschicht 5 sowie der Isolatorschicht 6 vernachlässigt wurde. Aus der Figur Ib wird somit die Lage der kammförmigen Source-Elektrodenschicht 2 mit drei Kammzähnen gegenüber der kammförmigen Drain-Elektrodenschicht 3 mit zwei Kammzähnen ersichtlich, welche miteinander verzahnt auf dem Trägersubstrat 10 angeordnet sind. Zwischen der Source-Elektrodenschicht 2 und der Drain-Elektrodenschicht 3 befindet sich der Kanal 7, welcher senkrecht zur Ebene des Trägersubstrats 10 gesehen einen mäanderförmigen Verlauf zeigt. Die auf der Source-Elektrodenschicht 2 und der Drain- Elektrodenschicht 3 angeordnete Halbleiterschicht 5 und die Isolatorschicht 6 sind hier nicht gezeichnet, um die Lage und Flächenausdehnung der Gate- Elektrodenschicht 4 im Hinblick auf den Kanal 7 aufzeigen zu können. Es zeigt sich, dass die Gate- Elektrodenschicht 4 den Kanal 7 nur teilweise bedeckt. Eine Lageverschiebung der Gate- Elektrodenschicht 4 hinsichtlich ihrer Ausrichtung auf die Source-Elektrodenschicht 2 und die Drain- Elektrodenschicht 3 in den gekennzeichneten x- Richtungen oder y-Richtungen aufgrund von
Registertoleranzen bei der Bildung der Gate- Elektrodenschicht 4 wirkt sich auf wesentliche elektrische Eigenschaften des Feldeffekttransistors 1 (ON-Strom, Kapazität) nicht aus, da die Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht 4 so gewählt ist, dass auch bei einer herstellungsbedingt maximal möglichen Verschiebung der Gate- Elektrodenschicht 4 in x- und/oder y-Richtung eine Position von Teilen der Gate-Elektodenschicht 4 außerhalb des von den Source- und Drain-
Elektodenschichten 2, 3 begrenzten Kanalgebiets nicht möglich ist.
Die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors wäre hier eine solche, die eine kammförmige Source-Elektrodenschicht zeigt, die zumindest mit zwei, miteinander verbundenen Kammzinken ausgebildet ist und eine lediglich streifenförmige Drain-Elektrodenschicht aufweist, welche sich zwischen den beiden Kammzinken der Source-Elektrodenschicht befindet .
Figur 2a zeigt einen Querschnitt B - B' durch einen weiteren Feldeffekttransistor 1', welcher auf einem Trägersubstrat 10 angeordnet ist. Der Feldeffekttransistor 1' umfasst als Funktionsschichten eine kammförmig strukturierte Source-Elektrodenschicht 2 aus Gold, Silber, PEDOT oder PANI und in der gleichen Ebene zwei voneinander elektrisch isolierte, kammförmig strukturierte Drain- Elektrodenschichten 3a, 3b aus dem gleichen Material, Darauf sind vollflächig eine Halbleiterschicht 5 aus einem druckbaren polymeren Material, wie Polythiophen, und eine Isolatorschicht 6 aus
Polyhydroxystyrol (PSH/PVP) aufgedruckt. Auf der Isolatorschicht 6 befindet sich eine Gate- Elektrodenschicht 4, welche den Kanal 7 (siehe Figur 2b) zwischen der Source-Elektrodenschicht 2 und den Drain-Elektrodenschichten 3a, 3b nur teilweise bedeckt. Die Drain-Elektrodenschichten könnten hier alternativ auch derart ausgebildet sein, dass diese lediglich in Form von vier nebeneinander liegenden Linien ausgebildet sind, welche jeweils in die kammförmige Source-Elektrodenschicht 2 hineinragen und miteinander nicht elektrisch leitend verbunden sind. Auch eine lediglich linienförmige Ausbildung der Source-Elektrodenschicht wäre möglich, so dass mehrere, hier insbesondere fünf Source- Elektrodenschichten ohne elektrischen Kontakt nebeneinander auf dem Trägersubstrat 10 vorliegen könnten .
Figur 2b zeigt die vereinfachte Draufsicht auf den Feldeffekttransistor 1' und das
Trägersubstrat 10 aus Figur 2a, wobei die Darstellung der Halbleiterschicht 5 sowie der Isolatorschicht 6 vernachlässigt wurde. Aus der Figur 2b wird somit die Lage der kammförmigen Source-Elektrodenschicht 2 mit fünf Kammzähnen gegenüber den beiden kammförmigen Drain-Elektrodenschichten 3a, 3b mit je zwei Kammzähnen ersichtlich, welche miteinander verzahnt auf dem Trägersubstrat 10 angeordnet sind. Zwischen der Source-Elektrodenschicht 2 und den Drain- Elektrodenschichten 3a, 3b befindet sich der Kanal 7, welcher senkrecht zur Ebene des Trägersubstrats 10 gesehen einen mäanderförmigen Verlauf zeigt. Die auf der Source-Elektrodenschicht 2 und den Drain- Elektrodenschichten 3a, 3b angeordnete
Halbleiterschicht 5 und die Isolatorschicht 6 sind hier nicht gezeichnet, um die Lage und Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht 4 im Hinblick auf den Kanal 7 aufzeigen zu können. Es zeigt sich, dass die Gate-Elektrodenschicht 4 den
Kanal 7 nur teilweise bedeckt. Eine Lageverschiebung der Gate-Elektrodenschicht 4 hinsichtlich ihrer Ausrichtung auf die Source-Elektrodenschicht 2 und die Drain-Elektrodenschichten 3a, 3b in der gekennzeichneten x-Richtung aufgrund von Registertoleranzen bei der Bildung der Gate- Elektrodenschicht 4 wirkt sich auf die elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors 1' nicht aus, da die Flächenausdehnung der Gate-Elektrodenschicht 4 so gewählt ist, dass auch bei einer herstellungsbedingt maximal möglichen Verschiebung der Gate-Elektrodenschicht 4 in die gekennzeichnete x-Richtung eine Position von Teilen der Gate- Elektodenschicht 4 außerhalb des von den Source- und Drain-Elektodenschichten 2, 3a, 3b begrenzten Kanalgebiets nicht möglich ist.
Der Feldeffekttransistor gemäß den Figuren 2a und 2b kann alternativ auch mit drei oder mehr Drain- Elektrodenschichten ausgebildet werden, wobei die Gate-Elektrodenschicht mindestens eine Drain- Elektrodenschicht, oder auch mehrere Drain- Elektrodenschichten gleichzeitig, überdeckt. Mindestens eine Drain-Elektrodenschicht und/oder ein Kanalbereich liegt jedoch als überzählige bzw. ungenutzte Struktur vor.
Figur 3 zeigt in der vereinfachten Draufsicht ein Logikbauelement in Form eines Inverterbauelements mit einem Feldeffekttransistor 1' ' ' sowie einem Ladebauelement 9. Der Invertereingang des Inverterbauelements ist mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet. Zur besseren Visualisierung der Lage der diversen Elektrodenschichten zueinander wurde auf die Darstellung der Halbleiterschichten und der Isolatorschichten in Figur 3 verzichtet. Der Feldeffekttransistor 1' ' ' weist eine Source- Elektrodenschicht 2 sowie vier voneinander elektrisch isolierte Drain-Elektrodenschichten 3a, 3b, 3c, 3d auf. Die Source-Elektrodenschicht 2 ist an eine erste Versorgungsspannung Ui anschließbar. Die Gate- Elektrodenschicht 4 des Feldeffekttransistors 1 ' ' ' bedeckt lediglich die beiden mittleren Drain- Elektrodenschichten 3a, 3b, während die beiden äußeren Drain-Elektrodenschichten 3a, 3d nicht bedeckt und somit ungenutzt sind. Eine Lageungenauigkeit der Gate-Elektrodenschicht 4 aufgrund von Registertoleranzen ist in den y- Richtungen durch die überzähligen Drain- Elektrodenschichten 3a, 3d kompensierbar. Eine Lageungenauigkeit der Gate-Elektrodenschicht 4 aufgrund von Registertoleranzen in den x-Richtungen wird durch die vergrößerte Breite der Gate- Elektrodenschicht 4 gegenüber der Breite der Source- und Drain-Elektrodenschichten 2, 3a, 3b, 3c, 3d kompensiert. Das Ladebauelement 9 weist eine erste Elektrode 12 und eine zweite Elektrode 13 auf, wobei die zweite Elektrode 13 mit einer Versorgungsspannung verbindbar ist.
Die Drain-Elektrodenschichten 3b, 3c sind mittels einer Leiterbahn 11 elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12 des Ladebauelements 9 verbunden. In der nicht gesondert dargestellten Halbleiterschicht und der Isolatorschicht sind Öffnungen, sogenannte Vias IIa vorgesehen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Source/Drain-Ebene und der Gate-Ebene herstellen zu können. Die Leiterbahn 11, welche die Drain-Elektrodenschichten 3b, 3c elektrisch leitend über mindestens eine der darüber oder darunter angeordneten Vias IIa mit der zweiten Elektrode 13 des Ladebauelements 9 verbindet, bildet die Gate-Elektrodenschicht 4 des
Feldeffekttransistors 1' ' ' , bzw. den Invertereingang 8 des Inverterbauelements, oder ist mit dieser direkt oder indirekt über Vias elektrisch leitend verbunden.
Figur 4 zeigt in der vereinfachten Draufsicht eine elektrische Schaltung, mit einem ersten Logikbauelement in Form eines ersten Inverterbauelements 100, zur Identifizierung der zugehörigen Bauteile von einer Linie umgrenzt, und ein zweites Logikbauelement, welches in Form eines zweiten Inverterbauelements 100' ausgebildet und zur Identifizierung der zugehörigen Bauteile ebenfalls von einer Linie umgrenzt ist. Zur besseren Visualisierung der Lage der diversen Elektrodenschichten zueinander wurde auf die Darstellung der Halbleiterschichten und der Isolatorschichten in Figur 4 verzichtet. Das erste Inverterbauelement 100 weist einen Feldeffekttransistor 1' gemäß den Figuren 2a, 2b sowie ein erstes Ladebauelement 9' auf. Die Source- Elektrodenschicht 2 (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' wird an eine erste
Versorgungsspannung Ui angeschlossen. Das erste Ladebauelement 9' weist eine erste Elektrode 12' und eine zweite Elektrode 13' auf, wobei die zweite Elektrode 13' mit einer zweiten Versorgungsspannung Ü2 verbunden wird. Der Invertereingang des ersten
Inverterbauelements 100 ist mit dem Bezugszeichen 8' gekennzeichnet. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' ist mittels einer Leiterbahn 11' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12' des ersten Ladebauelements 9' verbunden.
Das zweite Inverterbauelement 100' weist einen Feldeffekttransistor 1'' auf, welcher baugleich mit dem ersten Inverterbauelement 1' ausgebildet ist, sowie ein zweites Ladebauelement 9'', welches baugleich zum ersten Ladebauelement 9' ausgebildet ist und eine erste Elektrode 12'' und eine mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbundene zweite Elektrode 13'' aufweist. Der Invertereingang des zweiten Inverterbauelements 100' ist mit dem Bezugszeichen 8'' gekennzeichnet. Die erste Drain- Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'' ist mittels einer Leiterbahn H'' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12'' des zweiten Ladebauelements 9'' verbunden.
In der nicht gesondert dargestellten
Halbleiterschicht und der Isolatorschicht sind Öffnungen, sogenannte Vias IIa', Ha'' vorgesehen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Source/Drain-Ebene und der Gate-Ebene herstellen zu können.
Die Leiterbahn H'' des zweiten Inverterbauelements 100', welche die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'' über mindestens eine der darüber oder darunter angeordneten beiden Vias Ha'' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12 ' ' des zweiten Ladebauelements 9'' verbindet, bildet die Gate-Elektrodenschicht 4 des ersten Feldeffekttransistors 1', bzw. den Invertereingang 8' des ersten Inverterbauelements 100, oder ist mir dieser direkt oder indirekt über Vias elektrisch leitend verbunden.
Die Leiterbahn 11' des ersten Inverterbauelements 100, welche die erste Drain-Elektrodenschicht 3a
(siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12' des ersten Ladebauelements 9' verbindet, ist über mindestens eines der darüber oder darunter angeordneten beiden Vias IIa' mit einem weiteren elektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden.
Die Leiterbahnen 11', H'' des ersten und zweiten Inverterbauelements 100, 100' sind hier gleichzeitig mit der Bildung der Gate-Elektrodenschichten 4 ausgebildet .
Figur 5 zeigt in der vereinfachten Draufsicht eine ähnliche elektrische Schaltung wie Figur 4. Die elektrische Schaltung weist ein erstes Logikbauelement in Form eines ersten Inverterbauelements 101, zur Identifizierung der zugehörigen Bauteile von einer Linie umgrenzt, und ein zweites Logikbauelement in Form eines zweiten Inverterbauelements 101' auf, welches zur Identifizierung der zugehörigen Bauteile ebenfalls von einer Linie umgrenzt ist. Zur besseren Visualisierung der Lage der diversen Elektrodenschichten zueinander wurde auch hier auf die Darstellung der Halbleiterschichten und der Isolatorschichten, wie bereits in Figur 4, verzichtet .
Das erste Inverterbauelement 101 weist einen
Feldeffekttransistor 1' gemäß den Figuren 2a, 2b sowie ein erstes Ladebauelement 9a und ein zweites Ladebauelement 9b auf. Die Source-Elektrodenschicht 2 (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' wird an eine erste Versorgungsspannung Ui angeschlossen. Das erste Ladebauelement 9a weist eine erste Elektrode 12a und eine zweite Elektrode 13a auf, wobei die zweite Elektrode 13a mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbunden wird. Das zweite
Ladebauelement 9b weist eine erste Elektrode 12b und eine zweite Elektrode 13b auf, wobei die zweite Elektrode 13b ebenfalls mit der zweiten Versorgungsspannung U2 verbunden wird. Der Invertereingang des ersten Inverterbauelements 101 ist mit dem Bezugszeichen 8' gekennzeichnet. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' ist mittels einer Leiterbahn 11' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b des zweiten Ladebauelements 9b verbunden .
Das zweite Inverterbauelement 101' weist einen Feldeffekttransistor 1'' auf, welcher baugleich mit dem ersten Inverterbauelement 1' ausgebildet ist, sowie ein drittes Ladebauelement 9a', welches baugleich zum ersten Ladebauelement 9a ausgebildet ist und ein viertes Ladebauelement 9b', welches baugleich mit dem zweiten Ladebauelement 9b ausgebildet ist. Das dritte Ladebauelement 9a' weist eine erste Elektrode 12a' und eine mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbundene zweite Elektrode 13a' auf. Das vierte Ladebauelement 9b' weist eine erste Elektrode 12b' und eine mit der zweiten Versorgungsspannung U2 verbundene zweite Elektrode 13b' auf. Der Invertereingang des zweiten Inverterbauelements 101' ist mit dem Bezugszeichen 8'' gekennzeichnet. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'' ist mittels einer Leiterbahn H'' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b' des vierten Ladebauelements 9b' verbunden.
In der nicht gesondert dargestellten
Halbleiterschicht und der Isolatorschicht sind Öffnungen, sogenannte Vias IIa', Ha'' vorgesehen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Source/Drain-Ebene und der Gate-Ebene herstellen zu können.
Die Leiterbahn H'' des zweiten Inverterbauelements 101', welche die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'' über mindestens eine der darüber oder darunter angeordneten beiden Vias Ha'' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b' des vierten Ladebauelements 9b' verbindet, bildet die Gate-Elektrodenschicht 4 des ersten Feldeffekttransistors 1', bzw. den Invertereingang 8 ' des ersten Inverterbauelements 101, oder ist mit dieser direkt oder indirekt über Vias elektrisch leitend verbunden. Die Leiterbahn 11' des ersten Inverterbauelements 101, welche die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b des zweiten Ladebauelements 9b verbindet, ist über mindestens eines der darüber oder darunter angeordneten beiden Vias IIa' mit einem weiteren elektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden.
Die Leiterbahnen 11', H'' des ersten und zweiten
Inverterbauelements 101, 101' sind hier gleichzeitig mit der Bildung der Gate-Elektrodenschichten 4 ausgebildet. Da zwischen dem ersten Ladebauelement 9a und dem Feldeffekttransistor 1' sowie zwischen dem Ladebauelement 9a' und dem Feldeffekttransistor 1'' keine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet ist, treten hier auch keine Leck-Ströme auf. Figur 6 zeigt in der vereinfachten Draufsicht eine ähnliche elektrische Schaltung wie Figur 5. Die elektrische Schaltung weist ein erstes Logikbauelement in Form eines ersten Inverterbauelements 101, zur Identifizierung der zugehörigen Bauteile von einer Linie umgrenzt, und ein zweites Logikbauelement in Form eines zweiten Inverterbauelements 101' auf, welches zur
Identifizierung der zugehörigen Bauteile ebenfalls von einer Linie umgrenzt ist. Zur besseren Visualisierung der Lage der diversen Elektrodenschichten zueinander wurde auch hier auf die Darstellung der Halbleiterschichten und der Isolatorschichten, wie bereits in den Figuren 4 und 5, verzichtet.
Das erste Inverterbauelement 101 weist einen
Feldeffekttransistor 1' gemäß den Figuren 2a, 2b sowie ein erstes Ladebauelement 9a und ein zweites Ladebauelement 9b auf. Die Source-Elektrodenschicht 2 (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' wird an eine erste Versorgungsspannung Ui angeschlossen. Das erste Ladebauelement 9a weist eine erste Elektrode 12a und eine zweite Elektrode 13a auf. Das zweite Ladebauelement 9b weist eine erste Elektrode 12b und eine zweite Elektrode 13b auf, wobei die zweite Elektrode 13b mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbunden wird. Der Invertereingang des ersten Inverterbauelements 101 ist mit dem Bezugszeichen 8' gekennzeichnet. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1' ist mittels eines Via IIa' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b des zweiten Ladebauelements 9b verbunden.
Das zweite Inverterbauelement 101' weist einen Feldeffekttransistor 1'' auf, welcher baugleich mit dem ersten Inverterbauelement 1' ausgebildet ist, und weist weiterhin ein drittes Ladebauelement 9a', welches baugleich zum ersten Ladebauelement 9a ausgebildet ist und ein viertes Ladebauelement 9b', welches baugleich mit dem zweiten Ladebauelement 9b ausgebildet ist, auf. Das dritte Ladebauelement 9a' weist eine erste Elektrode 12a' und eine zweite Elektrode 13a' auf. Das vierte Ladebauelement 9b' weist eine erste Elektrode 12b' und eine mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbundene zweite Elektrode 13b' auf. Der Invertereingang des zweiten Inverterbauelements 101' ist mit dem Bezugszeichen 8'' gekennzeichnet. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'' ist mittels eines Via Ha'' elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b' des vierten Ladebauelements 9b' verbunden.
Die Vias Ha', Ha'' bilden in der nicht gesondert dargestellten Halbleiterschicht und der Isolatorschicht Öffnungen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Source/Drain-Ebene und der Gate-Ebene herstellen zu können.
Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des zweiten Feldeffekttransistors 1'', welche elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b' des vierten Ladebauelements 9b' verbunden wird, ist weiterhin über ein Via Ha'' mit der Gate- Elektrodenschicht 4 des ersten Feldeffekttransistors 1' bzw. dem Invertereingang 8' des ersten Inverterbauelements 101 elektrisch leitend verbunden. Die erste Drain-Elektrodenschicht 3a (siehe Figur 2b) des ersten Feldeffekttransistors 1", welche elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 12b des zweiten Ladebauelements 9b verbunden wird, ist weiterhin über ein Via IIa' mit einem weiteren elektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden.
Da zwischen dem ersten Ladebauelement 9a und dem Feldeffekttransistor 1' sowie zwischen dem Ladebauelement 9a' und dem Feldeffekttransistor 1'' anders als in Figur 5 eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet ist, treten hier geringe Leck- Ströme auf.
Figur 7 zeigt in Draufsicht ein bevorzugtes Layout für eine gedruckte elektrische Schaltung gemäß Figur 6 auf einem Trägersubstrat 10, wobei in Druckrichtung (siehe Pfeil ganz rechts) eine Vielzahl an Logikbauelementen, umfassend Feldeffekttransistoren 1 und Ladebauelemente 9 in Reihe nacheinander vorgesehen sind. Die elektrische Schaltung weist auf der linken Seite des Trägersubstrats 10 eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren 1 auf, welche ähnlich zu Figur Ib auf dem Trägersubstrat 10 mit jeweils einer Source-Elektrodenschicht 2, einer Drain- Elektrodenschicht 3, darauf einer hier nicht sichtbaren Halbleiterschicht und darauf einer Isolatorschicht 6, sowie jeweils einer Gate- Elektrodenschicht 4 auf der Isolatorschicht 6 ausgebildet sind. Die Source-Elektrodenschicht 2 der Feldeffekttransistoren 1 wird an eine erste Versorgungsspannung Ui angeschlossen. Weiterhin sind nicht angeschlossene Source-/Drain-Bereiche, also nicht von einer Gate-Elektrodenschicht 4 bedeckte Kanalbereiche, zwischen Source- und Drain- Elektrodenschichten 2, 3 erkennbar.
Auf der rechten Seite des Trägersubstrats 10 befinden sich eine Vielzahl von Ladebauelementen 9, welche jeweils eine erste Elektrode 12 und eine zweite Elektrode 13 aufweisen, wobei die zweite Elektrode 13 mit einer zweiten Versorgungsspannung U2 verbunden wird.
Zur besseren Visualisierung der Lage der diversen Elektrodenschichten 2, 3, 4, 12, 13 zueinander sind hier die unter der Isolatorschicht 6 bzw. unter der Isolatorschicht 6 und gegebenenfalls der Halbleiterschicht angeordneten Elektrodenschichten 2, 3, 12, 13 durch die Isolatorschicht 6 hindurch sichtbar .
Jeweils eine Drain-Elektrodenschicht 3 ist mittels einer Leiterbahn 14 elektrisch leitend mit einer ersten Elektrode 12 eines Ladebauelements verbunden. Zwischen den Feldeffekttransistoren 1 auf der linken Seite und den Ladebauelementen 9 auf der rechten Seite des Trägersubstrats 10 befindet sich in Druckrichtung eine streifenförmige Öffnung, in der keine Halbleiterschicht und keine Isolatorschicht 6 angeordnet ist, sondern das Trägersubstrat 10 mit darauf aufgedruckten Leiterbahnen 14 unmittelbar zu erkennen ist. Diese streifenförmige Öffnung bildet ein Via IIa, in welchem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnen 14 und der auf die Isolatorschicht 6 aufgedruckten Gate- Elektrodenschicht 4 mittels einer Leiterbahn 11 ausgebildet wird. Dabei wird eine elektrisch leitende Verbindung der jeweiligen Gate-Elektrodenschicht 4 zu Ladebauelementen 9 auf der rechten Seite und zu, mit genau diesen Ladebauelementen 9 elektrisch leitend verbundenen Drain-Elektrodenschichten 3 des benachbarten Feldeffekttransistors 1 hergestellt.
Da zwischen allen ersten Elektroden 12 der Ladebauelemente 9 und den Drain-Elektrodenschichten 3 der Feldeffekttransistoren 1 jeweils eine elektrisch leitende Verbindung bzw. Leiterbahn 14 ausgebildet ist, treten hier im Bereich nicht angeschlossener Source-/ Drain-Elektrodenschichten 2, 3 geringe Leck- Ströme auf.
Der erfindungsgemäße Feldeffekttransistor kann somit in unterschiedlichen Formen und Layouts ausgebildet und zur Bildung einer Vielzahl unterschiedlicher Logikbauelemente und elektrischer Schaltungen eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Feldeffekttransistor (1, 1', 1", 1" ' ) mit mindestens einer Source-Elektrodenschicht (2) und mindestens einer in gleicher Ebene angeordneten Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) , einer Halbleiterschicht (5), einer Isolatorschicht (6) sowie einer Gate-Elektrodenschicht (4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gate-Elektrodenschicht (4), senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht (2) und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) gesehen, einen zwischen der mindestens einen Source-Elektrodenschicht (2) und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) angeordneten Kanal (7) nur teilweise bedeckt.
2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich der Kanal (7) zwischen der mindestens einen Source-Elektrodenschicht (2) und mindestens zwei Drain-Elektrodenschichten (3a, 3b, 3c, 3d) erstreckt, wobei die Drain-Elektrodenschichten (3a, 3b, 3c, 3d) voneinander elektrisch isoliert ausgebildet sind.
3. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gate-Elektrodenschicht (4), senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht (2) und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) gesehen, eine Fläche von 10 bis 90%, insbesondere von 25 bis 50% des Kanals (7) bedeckt.
4. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gate-Elektrodenschicht (4) als eine Bottom-Gate-Elektrode oder als eine Top-Gate- Elektrode ausgebildet ist.
5. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Feldeffekttransistor (1, 1', 1' ' , 1' ' ' ) mindestens eine organische Funktionsschicht umfasst.
6. Feldeffekttransistor nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eine organische Funktionsschicht durch Drucken gebildet ist.
7. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halbleiterschicht (5) und/oder die Isolatorschicht (6) als organische Funktionsschicht ausgebildet ist/sind.
8. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Source-Elektrodenschicht (2), die mindestens eine Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) , die Halbleiterschicht (5) , die
Isolatorschicht (6) und die Gate-Elektrodenschicht (4) auf einem Trägersubstrat (10) angeordnet sind.
9. Feldeffekttransistor nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Trägersubstrat (10) aus einer flexiblen Kunststofffolie, insbesondere aus Polyester, Polyethylen, Polyethylenterephthalat oder Polyimid gebildet ist.
10. Logikbauelement, welches mindestens einen Feldeffekttransistor (1, 1', 1' ' , 1' ' ' ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
11. Logikbauelement nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Logikbauelement ein Bauteil aus der Gruppe umfassend Inverterbauelemente (100, 100', 101, 101'), NOR-Gatter, NAND-Gatter, AND-Gatter und OR-Gatter ist.
12. Logikbauelement nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Logikbauelement ein Inverterbauelement (100, 100', 101, 101') ist, das einen Feldeffekttransistor (1, 1', 1'', 1''') und mindestens ein Ladebauelement (9, 9', 9'', 9a, 9b, 9a', 9b') umfasst, welches mindestens eine erste Elektrode (12, 12', 12", 12a, 12b, 12a', 12b') und mindestens eine zweite Elektrode (13, 13', 13'', 13a, 13b, 13a', 13b') aufweist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode (13, 13', 13'', 13a, 13b, 13a', 13b') zur Verbindung mit einer Versorgungsspannung ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der ersten Elektroden (12, 12', 12'', 12a, 12b, 12a', 12b') mit mindestens einer Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) des Feldeffekttransistors (1, 1', 1'', 1''') elektrisch leitend verbunden ist, welche senkrecht zur Ebene der mindestens einen Source- Elektrodenschicht (2) und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) gesehen zumindest bereichsweise mit der Gate- Elektrodenschicht (4) überlappt.
13. Logikbauelement nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (12, 12', 12'', 12a, 12b, 12a', 12b') und der mindestens einen Drain-Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) des Feldeffekttransistors (1, 1', 1'', 1' ' ' ) durch mindestens eine Leiterbahn (11, 11', H'') und/oder mindestens ein Via (IIa, IIa', Ha'') ausgebildet ist.
14. Logikbauelement nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Inverterbauelement (100, 100', 101, 101') einen Feldeffekttransistor (1, 1', 1'', 1''') mit mindestens einer Source-Elektrodenschicht (2) und mindestens zwei Drain-Elektrodenschichten (3a, 3b, 3c, 3d) umfasst sowie mindestens zwei Ladebauelemente (9', 9'', 9a, 9b, 9a', 9b') mit mindestens zwei ersten Elektroden (12', 12'', 12a, 12b, 12a', 12b') umfasst, wobei jeweils eine der Drain-Elektrodenschichten (3a, 3b, 3c, 3d) mit jeweils einer der ersten Elektroden (12', 12'', 12a, 12b, 12a', 12b') elektrisch leitend verbunden ist.
15. Elektrische Schaltung umfassend mindestens ein Logikbauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 14.
16. Elektrische Schaltung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrische Schaltung mindestens zwei Inverterbauelemente (100, 100', 101, 101') umfasst .
17. Elektrische Schaltung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erstes Inverterbauelement (100, 101) eine erste Gate-Elektrodenschicht aufweist und dass die erste Gate-Elektrodenschicht mit der mindestens einen Leiterbahn (H'') und/oder dem mindestens einen Via (Ha'') eines zweiten Inverterbauelements (100', 101') elektrisch leitend verbunden ist, welche (s) gemäß Anspruch 13 die mindestens eine Drain-Elektrodenschicht und die mindestens eine erste Elektrode (12'', 12b') des Ladebauelements (9'', 9b') des zweiten Inverterbauelements (100', 101') elektrisch leitend verbindet.
18. Elektrische Schaltung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens eine Leiterbahn (H'') auf der Ebene der mindestens einen Souce-Elektrodenschicht (2) und der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht (3, 3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet ist und dass die erste Gate-Elektrodenschicht und die mindestens eine Leiterbahn (H'') über mindestens ein Via (Ha'') in der
Halbleiterschicht (5) und der Isolatorschicht (6) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
19. Elektrische Schaltung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Gate-Elektrodenschicht gemäß Anspruch 13 über mindestens ein Via (Ha'') in der Halbleiterschicht (5) und der Isolatorschicht (6) elektrisch leitend mit der mindestens einen Drain- Elektrodenschicht und der mindestens einen ersten Elektrode (12b') des zweiten Inverterbauelements (101') verbunden ist.
20. Elektrische Schaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 15 bis 19, auf einem
Trägersubstrat ( 10) , wobei auf dem Trägersubstrat (10) mindestens ein erstes Bauelement (und mindestens ein zweites Bauelement ausgebildet sind, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens zwei zweite Bauelemente ausgebildet sind, dass eine elektrisch leitende Funktionsschicht des ersten Bauelements durch eine gedruckte Leiterbahn elektrisch leitend mit einer elektrisch leitenden Funktionsschicht eines der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden ist, wobei das mindestens eine erste Bauelement alternativ mit dem einen oder dem anderen der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden ist und somit mindestens ein ungenutztes, überzähliges zweites Bauelement vorhanden ist.
21. Elektrische Schaltung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens zwei zweiten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet sind.
22. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens zwei erste Bauelemente ausgebildet sind und dass durch die Leiterbahn eines der ersten Bauelemente mit einem der zweiten Bauelemente elektrisch leitend verbunden ist, so dass mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt und überzählig vorhanden sind.
23. Elektrische Schaltung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens zwei ersten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet sind.
24. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als erstes Bauelement ein
Feldeffekttransistor (1', 1", 1" ' ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, der mindestens eine Drain-Elektrodenschicht als elektrisch leitende Funktionsschicht aufweist.
25. Elektrische Schaltung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als zweites Bauelement ein Ladebauelement (9a, 9b; 9a', 9b') ausgebildet ist, welches mindestens eine erste Elektrode (12a, 12b, 12a', 12b') als elektrisch leitende Funktionsschicht und mindestens eine zweite Elektrode (13a, 13b, 13a', 13b') aufweist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode (13a, 13b, 13a', 13b') zur Verbindung mit einer Versorgungsspannung ausgebildet ist.
26. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche
20 bis 25, auf einem Trägersubstrat (10) , wobei auf dem Trägersubstrat (10) mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ausgebildet werden, welche elektrisch leitend miteinander verbunden werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens zwei zweite Bauelemente ausgebildet werden, dass eine elektrisch leitende Funktionsschicht des ersten Bauelements durch
Drucken einer Leiterbahn elektrisch leitend mit einer elektrisch leitenden Funktionsschicht eines der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden wird, wobei das mindestens eine erste Bauelement je nach Registertoleranz beim Drucken der
Leiterbahn alternativ mit dem einen oder dem anderen der mindestens zwei zweiten Bauelemente verbunden wird und somit mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt verbleibt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens zwei zweiten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens zwei erste Bauelemente ausgebildet werden und dass durch die Leiterbahn eines der ersten Bauelemente mit einem der zweiten Bauelemente elektrisch leitend verbunden wird, so dass mindestens ein erstes Bauelement und mindestens ein zweites Bauelement ungenutzt verbleiben.
29. Verfahren nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens zwei ersten Bauelemente in Druckrichtung der Leiterbahn gesehen nacheinander und benachbart zueinander angeordnet werden.
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