WO2020188010A2 - Dünnschichttransistor und verfahren zum herstellen eines dünnschichttransistors - Google Patents

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WO2020188010A2
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    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate

Definitions

  • the invention relates to a thin film transistor in which as many system elements as possible, such as gate, source or drain electrodes, are made of biodegradable,
  • Bioresorbable and / or biocompatible materials are executed.
  • the invention further comprises a method for egg-laying such a thin-film transistor.
  • Such a thin-film transistor is suitable for use in absorbable implants or other components that are intended to decompose in a biological environment in such a way that the entire component does not need to be retrieved from the site of use.
  • Thin-film transistors consist of the system elements electrodes (gate, source and drain electrode), gate insulator and semiconductors, which are usually applied to a substrate. Since the gate insulator and the semiconductor are usually applied in layers during the egg-laying process of a thin-film transistor, they are
  • System elements of a thin-film transistor also referred to below as an insulator layer or as a semiconductor layer.
  • insulator layer or as a semiconductor layer.
  • system elements of a thin-film transistor are made from materials that are designated as biodegradable, bio-based, bio-absorbable or green. The exact meaning of these property terms is usually not explicitly defined. Often the relevant material properties are not known with certainty, but it is indirectly concluded that certain properties can be assumed for a material under consideration. Typically, research demonstrates the manufacturability and functionality of new materials in thin-film transistors in order to make certain
  • Metals from the group of chemical elements Al, Ag, Ti, Cr, Mo, W, Ta, Au, Pd, Pt, Ni are usually used as electrode materials in known thin-film transistors.
  • carbon nanotubes, graphene, oxides or organic conductive materials PEDOT: PSS
  • Metals such as the elements Mg, Fe, Z, W, Ca are considered suitable for the application goal of a bioabsorbable implant, as well as alloys that are the main constituent of these metals (Zheng, YF et al., Biodegradable metals, Materials Science and Engineering, Vol. 77, 2014, p. 1). However, these metals have so far rarely been used as electrode materials
  • Thin film transistors have been used.
  • One difficulty here is that for use as a source or drain electrode, the smallest possible Schott ky barrier to the semiconductor material used should exist. Therefore, the work function of an electrode material should correspond to a conveyor belt level (conduction or valence band) of the semiconductor material.
  • a readily biodegradable metal from the group of the previously mentioned chemical elements is typically base and has a relatively small work function and thus a high Fermi level. Therefore, when using these materials as a source or drain electrode, a small Schott ky barrier typically does not become a valence band (p-type TFT), but rather a
  • n-type TFT Conduction band
  • An n-type TFT is, however, much less stable with regard to environmental influences (oxygen, water) than a p-type TFT.
  • Another difficulty in using biodegradable metals as transistor electrodes is their sometimes very poor elastic properties on biodegradable substrate, insulator or semiconductor materials. For example, the expansion of Mg on the biodegradable substrate material polylactic acid when it is deposited by thermal evaporation in an Eloch vacuum is very poor (Eloffmann M., Conductor structures for biodegradable electronics, Coating International, 2017, pp. 23-25).
  • the process temperature be as low as possible, since in particular degradable substrate materials are not, compared to typical ones
  • degradable substrate materials are less temperature stable.
  • Organic semiconductor materials are therefore particularly suitable for a biodegradable thin-film transistor.
  • Thin-film transistors based on quinacridone are described in Glowacki E. D. et al., Hydrogen-Bonded Semiconducting Pigments for Air-Stable Field-Effect Transistors, Advanced
  • the non-degradable materials silver or gold are used for the electrodes, glass for the substrate and aluminum oxide for the gate insulator.
  • biodegradable materials such as silk, shellac, gelatine, collagen, chitin, chitosan, alginate or dextran.
  • silk, shellac, gelatine, collagen, chitin, chitosan, alginate or dextran are also examples of materials.
  • PLGA biodegradable material poly
  • Bettinger Ch. J., et al., Organic Thin-Film Transistors Fabricated on Resorbable Biomaterial Substrates, Advanced Materials, Vol. 22., 2010, pp. 651-655 Bettinger Ch. J., et al., Organic Thin-Film Transistors Fabricated on Resorbable Biomaterial Substrates, Advanced Materials, Vol. 22., 2010, pp. 651-655.
  • the non-degradable materials gold or silver for the electrode contacts.
  • biodegradable as is known, for example, from US Pat. No. 8,666,471 B2.
  • biodegradable materials for each system element of a thin-film transistor, there is still no known thin-film transistor in which all system elements consist of biodegradable materials, because either there is no functionality in the interaction
  • biodegradable materials of different thin-film transistor system elements or insufficient flapping of the layer materials could be achieved.
  • a thin-film transistor electrode according to the invention should have biodegradable materials and the method according to the invention should enable such a thin-film transistor. Furthermore, with a thin film transistor according to the invention it should be possible to make all system elements from biodegradable or non-cytotoxic
  • magnesium can be used as the material for the electrodes of a thin-film transistor if a layer of molybdenum oxide or tungsten oxide is previously used on a substrate or on a used one
  • Semiconductor material is deposited.
  • a thin-film transistor according to the invention therefore comprises a substrate, at least one semiconductor layer, at least one insulating layer, at least one source electrode, at least one drain electrode and at least one gate electrode, the at least one source electrode and / or the at least one drain electrode and / or the at least one gate electrode consists of a layer system which comprises a first layer made of molybdenum oxide or tungsten oxide and a second layer made of magnesium deposited thereon.
  • molybdenum oxide or tungsten oxide the materials vanadium oxide and nickel oxide are also conceivable for the first layer.
  • iron or zinc can also be deposited as a second layer.
  • a thin-film transistor according to the invention is particularly advantageous in which the at least one source electrode and / or the at least one drain electrode and / or the at least one gate electrode consists of a layer system which has a first layer of molybdenum oxide and a second layer deposited thereon made of magnesium. If a molybdenum oxide layer is deposited first and then a magnesium layer, both high adhesive strength of the magnesium layer and efficient hole injection into the valence band of an organic semiconductor for a p-type field effect transistor arranged under the molybdenum layer can be achieved.
  • the electrode material according to the invention for a thin-film transistor consisting of a first layer of molybdenum oxide and a second layer of magnesium deposited thereon, can preferably be used in thin-film transistors in which the semiconductor material consists of an organic semiconductor material.
  • the semiconductor material can be, for example, pentacene or quinacridone. Alternatively this can
  • electrode material according to the invention can also be used in thin-film transistors in which the semiconductor material consists of an inorganic semiconductor material.
  • the insulator layer consists of poly (4-vinylphenol), hereinafter also referred to as PVP.
  • the insulator layer and / or the substrate can alternatively also consist of an inorganic organic hybrid polymer, as known for example from EP 1 803 1 73 B1 and preferably consist of a biodegradable analog-organic hybrid polymer, which is described, for example, in DE 10 201 6 107 760 A1 and WO 201 6/037871 A1.
  • biodegradable inorganic-organic hybrid polymers can be produced by crosslinking and curing a silane resin or a silane resin mixture by means of UV radiation.
  • a silane resin or a silane resin mixture by means of UV radiation.
  • At least one crosslinker is added to the silane resin or the silane resin mixture before curing by means of UV radiation.
  • Commercially available crosslinkers for example, can be used as crosslinkers.
  • Such a biodegradable inorganic-organic hybrid polymer can be formed, for example, by silanes according to the formula (1):
  • silanes preferably have several substituents R 1 per silicon atom, which as a rule are composed exclusively of organic components and are bonded to the silicon via oxygen.
  • substituents R 1 has one
  • hydrocarbon-containing chain of variable length (straight-chain or branched, preferably ring-free), which is interrupted by at least two, preferably at least three -C (0) 0 groups.
  • a maximum of 8 preferably no more than 6 and more preferably no more than four carbon atoms follow one another, whereby the chain itself can be interrupted by oxygen and / or sulfur atoms.
  • the end of the hydrocarbon-containing chain facing away from the silicon atom or - in the case of branched structures - at least one (preferably each) of these ends has an organically polymerizable group, generally selected from groups which contain an organically polymerizable C CC double bond, preferably Acrylic or, more preferably, methacrylic groups, especially acrylate or, more preferably, methacrylate groups, and ring-opening systems such as epoxides.
  • the organically polymerizable group generally selected from groups which contain an organically polymerizable C CC double bond, preferably Acrylic or, more preferably, methacrylic groups, especially acrylate or, more preferably, methacrylate groups, and ring-opening systems such as epoxides.
  • Polymerization can be a polyaddition. This can be induced photochemically, thermally or chemically (2-component polymerisation, anerobic polymerisation, redox-induced polymerisation). The combination of self-curing, for example photo-induced or thermal curing, is also possible.
  • the hydrocarbon chain can also be interrupted by oxygen atoms (ether groups) or sulfur atoms (thioether groups).
  • ether groups oxygen atoms
  • thioether groups sulfur atoms
  • Alkylene units and can be substituted with one or more substituents, which are preferably selected from hydroxy, carboxylic acid, phosphate, phosphonic acid, phosphoric acid ester and (preferably primary or secondary) amino and
  • the index a in these silanes is selected from 1, 2, 3 or 4, the silanes of the formula (1) generally being present as mixtures of silanes with different meanings of the index a and this index frequently being a mixture
  • R is a hydrolytically condensable group and is preferably selected from groups with the formula R'COO, but can also be OR or OH, where R is alkyl and preferably methyl or ethyl.
  • R is alkyl and preferably methyl or ethyl.
  • the last of these units is esterified with ethylene dicarboxylic acid, the second carboxylic acid moiety in turn with (optionally may be here with any substituents R ", which mainly CeI3, COOEI or CH 2 OH), ethylene glycol is esterified, the second OEI-group was esterified with methacrylic acid , which ultimately resulted in a derivative of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] 4-oxo-butanoic acid (MES).
  • MES 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] 4-oxo-butanoic acid
  • the two carboxylic ester groups present in this group are accessible to electrolysis and are referred to here as DG I and DG II.
  • the ester bond between the methacrylic acid and the ethylene glycol, which is optionally substituted with R ", can also be cleaved hydrolytically. Cleavage at" DG III ", the Si-O bond, also takes place under elydrolysis conditions. This provides a material that is also at the coupling point of the organic group is degradable to silicon
  • polyether groups are split oxidatively in vivo.
  • the substitution of silicon with two of the organic substituents R 1 in question is an average value;
  • the starting "silane” for the resin usually consists of a mixture of different silanes in which sometimes none, sometimes one, two, three or four of these organic groups are bonded to a silicon atom, with an average of two of the organic groups per silicon atom available.
  • the number of OAc (acetyl) groups on silicon is also a statistical value.
  • the acetyl groups originate, for example, from the starting material silicon tetraacetate and remain in approximately the specified proportion even under hydrolytic conditions.
  • Hybrid polymer as a substrate or as a gate insulator a specifically sought adaptation of the mechanical properties of the substrate or the gate insulator to certain
  • the cross-linking in the hybrid polymers can also be modified or reinforced.
  • This special form of post-curing does not use, or does not only use, the polymerization reaction of the organically polymerizable groups as such, as explained above.
  • polymerizable groups are possible if they are present in activated form, for example as acrylic or methacrylic groups.
  • WO 201 6/037871 A1 discloses.
  • the insulator layer and / or the substrate can also consist of a biodegradable inorganic-organic hybrid polymer, the
  • Hybrid polymer from a mixture of a crosslinker and a silane, according to the formula (2) is formed after its hydrolysis / condensation:
  • the group R or each of the groups R independently of one another is a hydrolytically condensable group
  • a thin-film transistor comprising a substrate, at least one semiconductor layer, at least one insulating layer, at least one source electrode, at least one drain electrode and at least one gate electrode, is used to form the at least one source electrode and / or the at least one drain electrode and / or the at least one gate electrode initially deposit a first layer of molybdenum oxide or tungsten oxide and then a second layer of magnesium.
  • thermal evaporation of the respective layer material is suitable for depositing the first layer made of molybdenum oxide or tungsten oxide and / or the second layer made of magnesium.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a thin film transistor
  • the thin-film transistor 10 comprises a substrate 11, on which an electrically conductive and laterally structured layer for a gate electrode 12 is first deposited.
  • An insulator layer 1 2 made of an electrically insulating material, a semiconductor layer 14 made of a semiconductor material and a laterally structured layer made of an electrically conductive material, from which a drain electrode 1 5 and a source electrode 16 are formed, are deposited thereon.
  • the gate electrode 12 is formed by thermal evaporation of aluminum in an Eloch vacuum.
  • the lateral structure of the gate electrode 1 2 is formed by means of a shadow mask arranged between the substrate and a coating source.
  • poly (4-vinylphenol) is applied by means of a spin coating, then crosslinked by heating and thus the insulator layer 13 is formed.
  • the semiconductor layer 14 is by thermal
  • the drain electrode 1 5 and the source electrode 1 6 should be formed from magnesium on the semiconductor layer 14.
  • magnesium was thermally evaporated, a shadow mask again being arranged between substrate 11 and a magnesium coating source in order to structure the electrodes laterally.
  • a semitransparent gray layer could be seen with the naked eye in the surface areas in which the drain electrode 1 5 and the source electrode 1 6 were to be deposited, which is an expression of the fact that magnesium is merely insufficient trains on pentacene.
  • no transverse conductivity could be determined in these areas, which proved that the magnesium was not for a
  • Deposition on pentacene is suitable for the formation of transistor electrodes.
  • a thin film transistor 20 according to the invention is shown schematically in section.
  • the thin-film transistor 20, like the thin-film transistor 10 from FIG. 1, comprises a substrate 11, a gate electrode 12, an insulator layer 13 and a Semiconductor layer 14, which consist of the same material and have been deposited using the same methods as the elements with the same reference symbols in FIG. 1.
  • a drain electrode 25 and a source electrode 26 were formed on the semiconductor layer 14 made of pentacene by first depositing a laterally structured first layer 27 made of molybdenum oxide and then a laterally structured second layer 28 made of magnesium.
  • the first layer 27 and the second layer 28 were deposited through thermal evaporation of the respective layer material in a high vacuum through a shadow mask.
  • FIGS. 3a and 3b show the transistor characteristics for that described for FIG.
  • Embodiment shown. 3a shows the output family of characteristics.
  • the top, first curve with the filled squares shows the value pairs at a gate voltage of -40 V, the second curve below, with the filled triangles, the value pairs at a gate voltage of -35 V, the third curve , the value pairs for a gate voltage of -30 V, the fourth curve, the value pairs for a gate voltage of -25 V, the fifth curve, the value pairs for a gate voltage of -20 V, the bottom, sixth curve with small filled circles, the value pairs at a gate voltage at 0 V.
  • the respective gate leakage current I G (V G s) (dotted line with open circle, left axis) is shown in a semi-logarithmic manner.
  • the extracted saturation mobility is 0.2 cm 2 / (Vs) at -50 V.
  • FIG. 4 an alternative thin-film transistor 40 according to the invention is shown schematically in section.
  • the thin-film transistor 40 comprises a substrate 41 made of a biodegradable inorganic-organic flybridge polymer.
  • such a biodegradable inorganic-organic hybrid polymer can be produced by, for example, a
  • Silane resin mixture is crosslinked and cured by means of UV radiation or at least still mixed with a crosslinker and then crosslinked and cured by means of UV radiation.
  • Silane resin mixture can be produced.
  • Exemplary embodiment - resin variant 1 (known from WO 2016/037871 A1)
  • Resin variant 1 is based on a silane of the above formula (1), which has the following structure:
  • MES-TEG 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester
  • MES-TEG 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester
  • the resulting mixture is then hydrolyzed in several steps at 30 ° C. To this end, 100 ml of water are added to the mixture, the mixture is stirred for 5 minutes, volatile constituents are removed for 5 hours in an oil pump vacuum and the mixture is stirred until the next interval.
  • the degree of hydrolysis of the Si-OAc and Si-OAlk groups can each be checked by means of 1 H-NMR. The addition of water is repeated until the remaining acetate content and alcohol hydrolysis are as low as possible. At this
  • Resin variant 2 is also based on a silane of the above formula (1), which has the following structure:
  • resin variant 2 7.91 g of silicon tetraacetate with 40.13 g of 4- ⁇ 1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy ⁇ -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester
  • GDM-SA-TEG (referred to as GDM-SA-TEG for short), which contain approx. 20 mol% of disubstituted by-product (proportion of GDM-SA-TEG: 28.29 g).
  • the product is then freed from volatile constituents and pressure-filtered.
  • Exemplary embodiment - resin variant 3 (known from WO 2016/037871 A1)
  • Resin variant 3 is in turn based on a silane of the above formula (1), which has the following structure:
  • resin variant 3 For the production of resin variant 3, 20 g of resin variant 2 are used in
  • Resin variant 4 is based on a silane of the above formula (2).
  • a compound HS-CH (CH 3 ) -CH (CH 3 ) -OH (hereinafter also referred to as S1) is first transesterified with silicon tetraacetate to form a silane, which can also be illustrated as follows:
  • the product mixture U 1 is then hydrolyzed at 90 ° C. in several steps. To this end, enough water is added that there is one water molecule for every fifth remaining bound acetoxy group (but at least for every twentieth acetate group present before hydrolysis). After the addition of water, the mixture is stirred at 90 ° C. for one minute and then the volatile constituents are removed in an oil pump vacuum. The degree of hydrolysis of the Si-OAc and Si-OAlk groups can each be checked by means of 1 H-NMR spectroscopy. The addition of water is repeated until essentially all of the acetate groups have been removed from the mixture. No cleavage of the alkoxy groups was observed with such an approach.
  • silane resin mixtures according to resin variants 1 to 4 can be used as starting material for the production of biodegradable inorganic-organic hybrid polymers, which can be used as a substrate and / or as an insulator layer in a thin-film transistor according to the invention.
  • a silane resin mixture according to resin variant 4 is used as the starting material for the production of the substrate 41.
  • 40.3% by weight of the silane resin mixture according to resin variant 4 58.5% by weight of a crosslinker, 0.2% by weight pyrogallol and 1% by weight 2,4,6 trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide are mixed with one another, then poured into a PET mold and the mold is covered with a glass plate and pressed. The substance filled into the casting mold is then cured photochemically on both sides for 130 s.
  • a transparent and flexible substrate 41 made of a biodegradable, inorganic-organic hybrid polymer.
  • the layer thickness of a substrate produced in this way is between 90 and 125 ⁇ m.
  • a crosslinker which is mixed with a silane resin mixture
  • 0.012 g of butylated hydroxytoluene can be dissolved in 30.00 g of glycerol acrylate methacrylate, for example.
  • the reaction mixture is then stirred at 80 ° C. and cyclopentadiene is slowly added dropwise.
  • the cyclopentadiene is produced in parallel by the thermal cleavage of dicyclopentadiene and converted into the reaction mixture by distillation.
  • the conversion of the acrylate and methacrylate groups can be monitored by 1 H-NMR spectroscopy.
  • unreacted cyclopentadiene and dicyclopentadiene are removed from the reaction mixture under reduced pressure.
  • a gate electrode is formed on the substrate 41 by a first layer 42a made of molybdenum oxide and then a second layer 42b
  • Magnesium are deposited on the substrate 41.
  • the two layers are deposited by thermal evaporation of the respective layer material under vacuum conditions through a shadow mask.
  • the adhesion of the layer sequence for forming a gate electrode on a hybrid polymer substrate can be further improved if the hybrid polymer substrate is coated with a
  • Oxygen plasma is pretreated.
  • An ion source for example, can be used to generate such an oxygen plasma.
  • a linear ion source was used, which in a Accelerating voltage of 1 keV generates a linear ion beam on the substrate 41 while the substrate 41 is moved in an in-line configuration by the ion beam.
  • a plasma pretreatment of the substrate brings about a slight improvement in the gate leakage currents of a transistor.
  • the insulator layer 43 thus also consists of a biodegradable, inorganic-organic hybrid polymer.
  • a buffer layer 44a is first made
  • Insulator layer 43 applied, the substrate 41 after the deposition of the
  • Buffer layer 44a is baked for 1 2 h at 60 ° C in a nitrogen oven.
  • the formation of a drain electrode 45 and a source electrode 46 is also carried out according to the invention by initially forming a laterally structured first layer 47
  • Molybdenum oxide and a laterally structured second layer 48 made of magnesium is deposited thereon.
  • the first layer 47 and the second layer 48 are deposited by thermal evaporation of the respective layer material in a high vacuum through a shadow mask. After the deposition process, metallic layers with a sheet resistance of 0.5-1 ohm / sq. Were visually recognizable with the naked eye in the areas of the drain electrode 45 and the source electrode 46.
  • Embodiment shown. 5a shows the output characteristic curve field.
  • the curves show from top to bottom the value pairs for the gate voltages -40 V, -35 V, -30 V, -25 V, -20 V and 0 V.
  • the respective gate leakage current l G (V G s) (dotted line with open circle, left axis)

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichttransistor (20; 40) und ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichttransistors, umfassend mindestens eine Halbleiterschicht (14; 44b), mindestens eine Isolatorschicht (13; 43), mindestens eine Source-Elektrode (26; 46), mindestens eine Drain-Elektrode (25; 45) und mindestens eine Gate-Elektrode (12), welche auf einem Substrat (1 1; 41 ) angeordnet sind, wobei die mindestens eine Source-Elektrode (26; 46) und/oder die mindestens eine Drain-Elektrode (25; 45) und/oder die mindestens eine Gate-Elektrode (12) aus einem Schichtsystem besteht, welches eine erste Schicht (27; 42a; 47) aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und eine darauf abgeschiedene zweite Schicht (28; 42b; 48) aus Magnesium umfasst.

Description

Dünnschichttransistor und Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichttransistors
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Dünnschichttransistor, bei dem möglichst viele Systemelemente wie zum Beispiel Gate-, Source- oder Drain-Elektrode aus biodegradierbaren,
bioresorbierbaren und/oder biokompatiblen Materialien ausgeführt sind. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Eierstellen eines solchen Dünnschichttransistors.
Ein derartiger Dünnschichttransistor ist für den Einsatz in absorbierbaren Implantaten oder anderen Bauteilen geeignet, die sich in einer biologischen Umgebung derartig zersetzen sollen, dass keinerlei Rückholung des Gesamtbauteils vom Einsatzort erforderlich ist.
Dünnschichttransistoren bestehen aus den Systemelementen Elektroden (Gate-, Source- und Drain-Elektrode), Gate-Isolator und Halbleiter, welche üblicherweise auf einem Substrat aufgebracht sind. Da der Gate-Isolator und der Halbleiter beim Eierstellungsprozess eines Dünnschichttransistors üblicherweise schichtweise aufgetragen wird, werden diese
Systemelemente eines Dünnschichttransistors nachfolgend auch als Isolatorschicht bzw. als Halbleiterschicht bezeichnet. Es gibt zahlreiche Beispiele, bei denen einzelne oder mehrere Systemelemente eines Dünnschichttransistors aus Materialien hergestellt sind, die als biodegradierbar, biobasiert, bioresorbierbar oder als grün bezeichnet werden. Eine genaue Bedeutung dieser Eigenschaftsbegriffe wird dabei meist nicht explizit definiert. Oft sind die diesbezüglichen Materialeigenschaften auch nicht sicher bekannt, sondern es wird indirekt geschlossen, dass für ein betrachtetes Material bestimmte Eigenschaften vermutet werden können. Typischerweise wird in der Forschung die Herstellbarkeit und Funktionalität von neuen Materialien in Dünnschichttransistoren demonstriert, um damit bestimmte
Anwendungsziele zu verfolgen, wie zum Beispiel die Einsetzbarkeit in resorbierbaren Implantaten gemäß den Zertifizierungsregularien für Medizinprodukte oder die
Biodegradierbarkeit im Sinne einer konkreten Norm, wie zum Beispiel der EN 13432.
Als Elektroden materialien werden in bekannten Dünnschichttransistoren üblicherweise Metalle aus der Gruppe der chemischen Elemente Al, Ag, Ti, Cr, Mo, W, Ta, Au, Pd, Pt, Ni benutzt. Außerdem können auch Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Oxide oder organische leitende Materialien (PEDOT:PSS) verwendet werden. Für das Anwendungsziel eines bioresorbierbaren Implantates werden Metalle wie die Elemente Mg, Fe, Z, W, Ca als geeignet angesehen sowie Legierungen, die auf diesen Metallen als Elauptbestandteil basieren (Zheng, Y.F. et al., Biodegradable metals, Materials Science and Engineering, Vol. 77, 2014, S. 1 ). Diese Metalle sind aber bisher selten als Elektrodenmaterialien in
Dünnschichttransistoren verwendet worden.
Eine Schwierigkeit liegt hierbei darin, dass für den Einsatz als Source- oder Drain-Elektrode eine möglichst kleine Schott ky-Barriere zum verwendeten Halbleitermaterial bestehen sollte. Deshalb sollte die Austrittsarbeit eines Elektrodenmaterials einem Transportbandniveau (Leitungs- oder Valenzband) des Halbleitermaterials entsprechen. Ein gut biodegradierbares Metall aus der Gruppe der zuvor genannten chemischen Elemente ist typischerweise unedel und hat eine relativ kleine Austrittsarbeit und somit ein hoch liegendes Ferminiveau. Deshalb wird bei Anwendung dieser Materialien als Source- oder Drain-Elektrode eine kleine Schott ky-Barriere typischerweise nicht zum Valenzband (p-Typ-TFT), sondern zum
Leitungsband (n -Typ -TFT) ausgebildet. Ein n -Typ -TFT ist jedoch wesentlich unstabiler bezüglich Umgebungseinflüssen (Sauerstoff, Wasser), als ein p-Typ-TFT. Eine weitere Schwierigkeit beim Einsatz biodegradierbarer Metalle als Transistorelektroden besteht in deren teilweise sehr schlechten Elafteigenschaften auf biodegradierbaren Substrat-, Isolator- oder Halbleitermaterialien. Zum Beispiel ist die Elaftung von Mg auf dem biodegradierbaren Substratmaterial Polymilchsäure beim Abscheiden durch thermisches Verdampfen im Elochvakuum sehr schlecht (Eloffmann M., Conductor structures for biodegradable electronics, Coating International, 201 7, S. 23 - 25).
Aus Benson N. et al., Complementary organic field effect transistors by ultraviolet dielectric interface modification. Applied Physics Letters, Vol. 89, 2006, p.182105, ist es bekannt, das chemische Element Ca als Elektrodenmaterial in Verbindung mit dem Halbleitermaterial Pentacene zu verwenden. Die Funktionsfähigkeit dieser Materialkombination wird aber nur im Zusammenhang mit einem n-Typ TFT dargelegt. Des Weiteren sind die Materialien anderer Transistorkomponenten, wie Komponenten aus den chemischen Elementen Si, Si02 oder aus Polymeren wie PMMA und PVP, nicht biodegradierbar. Für eine Verwendung als Gate-Isolator bei Dünnschichttransistoren sind verschiedene biodegradierbare Materialien wie zum Beispiel Seide, Schellack, Gelatine, karamelisierte Glukose oder Albumin bekannt. In Bettinger Ch. J., et al., Organic Thin-Film Transistors Fabricated on Resorbable Biomaterial Substrates, Advanced Materials, Vol. 22., 2010,
S. 651 - 655, wird ferner vorgeschlagen, Polyvinylalkohol hierfür zu verwenden. Auch für den Halbleiter eines Dünnschichttransistors stehen biodegradierbare Materialien zur Verfügung. Bei der Zielanwendung eines vollständig degradierbaren
Dünnschichtransistors ist generell eine möglichst niedrige Prozesstemperatur wichtig, da insbesondere degradierbare Substratmaterialien im Vergleich zu typischen nicht
degradierbaren Substratmaterialien weniger temperaturstabil sind. Daher sind organische Halbleitermaterialien für einen biodegradierbaren Dünnschichttransistor besonders geeignet.
In Irimia-Vladu M., "Green” electronics: biodegradable and biocompatible materials and devices for sustainable future, Chemical Society Reviews, Vol. 43, 2014, S. 588 - 610, werden verschiedene organische Halbleitermaterialien benannt, die entweder direkt natürlichen Ursprungs oder mit solchen natürlichen Materialien chemisch nahe verwandt („Natur-inspiriert") sind. Ein hierin benanntes Material aus der Gruppe der natürlichen oder Natur-inspirierten organischen Halbleiter ist Chinacridon (CI Pigment Violet 19). Die
Zytotoxizität von Chinacridon für einen Einsatz innerhalb eines Körpers wurde
beispielsweise in Sytnyk M. et al. Cellular interfaces with hydrogen-bonded organic semiconductor hierarchical nanocrystals, Nature Communications, Vol. 8, Nr. 91 , 201 7, S. 1 bis 1 1 , getestet und negativ befunden.
Dünnschichttransistoren auf Chinacridon-Basis sind in Glowacki E. D. et al., Hydrogen- Bonded Semiconducting Pigments for Air-Stable Field-Effect Transistors, Advanced
Materials, Vol. 25, 2013, S. 1 563 - 1 569, beschrieben. Allerdings werden hierbei für die Elektroden die nicht-degradierbaren Materialien Silber bzw. Gold, für das Substrat Glas und für den Gate-Isolator Aluminiumoxid verwendet.
Ferner sind auch Dünnschichttransistoren bekannt, bei denen die Substrate aus
biodegradierbaren Materialien wie zum Beispiel aus Seide, Schellack, Gelatine, Kollagen, Chitin, Chitosan, Alginat oder Dextran bestehen. Darüber hinaus sind auch
Dünnschichttransistoren bekannt, bei dem das Substrat aus dem biodegradierbaren Material Poly(lactid-co-glycolid), verkürzt als PLGA bezeichnet, ausgebildet wird (Bettinger Ch. J., et al., Organic Thin-Film Transistors Fabricated on Resorbable Biomaterial Substrates, Advanced Materials, Vol. 22., 2010, S. 651 - 655). Hierbei wird jedoch vorgeschlagen, die nicht degradierbaren Materialien Gold oder Silber für die Elektrodenkontakte zu verwenden.
Oftmals ist es ebenso von Nachteil, dass nicht alle benötigten Komponenten
biodegradierbar sind, wie es zum Beispiel aus US 8,666,471 B2 bekannt ist. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass es zwar für jedes Systemelement eines Dünnschichttransistors geeignete biodegradierbare Materialien gibt, dass aber dennoch kein Dünnschichttransistor bekannt ist, bei dem alle Systemelemente aus biodegradierbaren Materialien bestehen, weil entweder keine Funktionalität im Zusammenwirken
biodegradierbarer Materialen verschiedener Dünnschichttransistor-Systemelemente oder keine hinreichende Flaftung der Schichtmaterialien erzielt werden konnte.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen Dünnschichttransistor und ein Verfahren zum Fierstellen eines Dünnschichttransistors zu schaffen, mittels denen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll ein erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor-Elektrode aus biodegradierbaren Materialien aufweisen und das erfindungsgemäße Verfahren einen solchen Dünnschichttransistor ermöglichen. Des Weiteren soll es bei einem erfindungsgemäßen Dünnschichttransistor möglich sein, alle Systemelemente aus biodegradierbaren bzw. nicht-zytotoxischen
Materialien auszubilden.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Überraschend hat sich gezeigt, dass Magnesium als Material für die Elektroden eines Dünnschichttransistors verwendet werden kann, wenn zuvor eine Schicht aus Molybdänoxid oder Wolframoxid auf einem verwendeten Substrat bzw. auf einem verwendeten
Halbleitermaterial abgeschieden wird.
Ein erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor umfasst daher ein Substrat, mindestens eine Halbleiterschicht, mindestens eine Isolatorschicht, mindestens eine Source-Elektrode, mindestens eine Drain-Elektrode und mindestens eine Gate-Elektrode, wobei die mindestens eine Source-Elektrode und/oder die mindestens eine Drain-Elektrode und/oder die mindestens eine Gate-Elektrode aus einem Schichtsystem besteht, welches eine erste Schicht aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und eine darauf abgeschiedene zweite Schicht aus Magnesium umfasst. Als Alternativen zum Molybdänoxid bzw. zum Wolframoxid sind für die erste Schicht auch die Materialien Vanadiumoxid und Nickeloxid denkbar. Als zweite Schicht können alternativ auch Eisen oder Zink abgeschieden werden. Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor, bei welchem die mindestens eine Source-Elektrode und/oder die mindestens eine Drain-Elektrode und/oder die mindestens eine Gate-Elektrode aus einem Schichtsystem besteht, welches eine erste Schicht aus Molybdänoxid und eine darauf abgeschiedene zweite Schicht aus Magnesium umfasst. Wird zuerst eine Molybdänoxidschicht und nachfolgend eine Magnesiumschicht abgeschieden, kann sowohl eine hohe Haftfestig keit der Magnesiumschicht als auch eine effiziente Lochinjektion in das Valenzband eines unter der Molybdänschicht angeordneten organischen Halbleiters für einen p-artigen Feldeffekttransistor erzielt werden. Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial für einen Dünnschichttransistor, bestehend aus einer ersten Schicht aus Molybdänoxid und einer darauf abgeschiedenen zweiten Schicht aus Magnesium, kann bevorzugt bei Dünnschichttransistoren eingesetzt werden, bei denen das Halbleitermaterial aus einem organischen Halbleitermaterial besteht. Derartige Materialien können beispielsweise Pentacen oder Chinacridon sein. Alternativ kann das
erfindungsgemäße Elektrodenmaterial aber auch bei Dünnschichttransistoren eingesetzt werden, bei denen das Halbleitermaterial aus einem anorganischen Halbleitermaterial besteht.
Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dünnschichttransistors besteht die Isolatorschicht aus Poly(4-vinylphenol), nachfolgend auch als PVP bezeichnet.
Die Isolatorschicht und/oder das Substrat können alternativ auch aus einem anorganisch organischem Elybridpolymer, wie zum Beispiel aus EP 1 803 1 73 B1 bekannt und vorzugsweise aus einem biodegradierbaren anoganisch-organischen Elybridpolymer bestehen, welche beispielsweise in DE 10 201 6 107 760 A1 und WO 201 6/037871 A1 beschrieben sind.
So können biodegradierbare anorganisch-organische Elybridpolymere beispielsweise hergestellt werden, indem ein Silanharz oder ein Silanharzgemisch mittels UV-Strahlung vernetzt und ausgehärtet wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird dem
Silanharz oder dem Silanharzgemisch vor dem Aushärten mittels UV-Strahlung zumindest noch ein Vernetzer beigemischt. Als Vernetzer können zum Beispiel kommerziell verfügbare Vernetzer verwendet werden. Ein solches biodegradierbares anorganisch-organisches Hybridpolymer kann beispielweise durch Silane gemäß der Formel (1 ) gebildet werden:
R1aSiR4-a (1 )
wobei die Silane vorzugsweise mehrere Substituenten R1 pro Siliciumatom aufweisen, die in der Regel ausschließlich aus organischen Komponenten aufgebaut und über Sauerstoff an das Silicium gebunden sind. Jeder dieser Substituenten R1 besitzt eine
kohlenwasserstoffhaltige Kette variabler Länge (geradkettig oder verzweigt, vorzugsweise ringfrei), die durch mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei -C(0)0-Gruppen unterbrochen ist. Dabei folgen in den einzelnen, durch die Unterbrechungen gebildeten Kohlenwasserstoffeinheiten innerhalb dieser Kette maximal 8, vorzugsweise nicht mehr als 6 und stärker bevorzugt nicht mehr als vier Kohlenstoffatome aufeinander, wobei die Kette ihrerseits durch Sauerstoff- und/oder Schwefelatome unterbrochen sein kann. Außerdem weist das dem Siliciumatom abgewandte Ende der kohlenwasserstoffhaltigen Kette oder - im Falle verzweigter Strukturen - mindestens eines (vorzugsweise jedes) dieser Enden eine organisch polymerisierbare Gruppe auf, in der Regel ausgewählt aus Gruppen, die eine organisch polymerisierbare C=C-Doppelbindung enthalten, vorzugsweise Acryl- oder, stärker bevorzugt, Methacrylgruppen, insbesondere Acrylat- oder, stärker bevorzugt, Methacrylatgruppen, und ringöffnenden Systemen wie Epoxiden. Die organische
Polymerisation kann eine Polyaddition sein. Diese kann photochemisch, thermisch oder chemisch (2-Komponenten-Polymerisation, anerobe Polymerisation, redoxinduzierte Polymerisation) induzierbar sein. Die Kombination von Selbsthärtung, mit zum Beispiel photoinduzierter bzw. thermischer Härtung, ist ebenfalls möglich.
Die Kohlenwasserstoff kette kann weiterhin durch Sauerstoffatome (Ethergruppen) oder Schwefelatome (Thioethergruppen) unterbrochen sein. Die zwischen den Ether-, Thioether- bzw. Estergruppen befindlichen Kohlenwasserstoffeinheiten sind vorzugsweise
Alkyleneinheiten und können mit einem oder mehreren Substituenten substituiert sein, die vorzugsweise ausgewählt sind unter Hydroxy-, Carbonsäure-, Phosphat-, Phosphonsäure-, Phosphorsäureester- und (vorzugsweise primären oder sekundären) Amino- und
Aminosäuregruppen. Der Index a in diesen Silanen ist ausgewählt aus 1 , 2, 3 oder 4, wobei die Silane der Formel (1 ) in der Regel als Gemische aus Silanen mit unterschiedlichen Bedeutungen des Index a vorliegen und dieser Index im Gemisch häufig einen
durchschnittlichen Wert von ca. 2 besitzt. R ist eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe und vorzugsweise ausgewählt unter Gruppen mit der Formel R'COO , kann aber auch OR oder OH sein, wobei R Alkyl und vorzugsweise Methyl oder Ethyl bedeutet. Nachstehend sollen die Materialien anhand einer Schemadarstellung eines Silans der Formel (1 ) näher erläutert werden. Gezeigt wird einer der Substituenten R1, gebunden über ein Sauerstoffatom an das Siliciumatom. Dieses Sauerstoffatom ist Teil einer
Polyethylenglycolgruppe mit n Ethylenglycoleinheiten und damit n Alkylengruppen mit je zwei Kohlenstoffatomen. Die letzte dieser Einheiten ist mit Ethylendicarbonsäure verestert, deren zweite Carbonsäureeinheit wiederum mit (hier gegebenenfalls mit einem beliebigen Substituenten R " , der vor allem CEI3, COOEI oder C H2OH sein kann) Ethylenglycol verestert ist, dessen zweite OEI-Gruppe mit Methacrylsäure verestert wurde, wobei letztendlich eine Derivat von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]4-oxo-butansäure (MES) entstand. Damit ist die Gruppe (bis auf die ggf. durch R " verursachte Verzweigung) unverzweigt und besitzt an ihrem dem Siliciumatom abgewandten Ende eine Methacrylgruppe, die über ihre C=C- Doppelbindung organisch polymerisiert werden kann. Erwähnt sei, dass der Substituent R" in dieser Schemadarstellung nur exemplarisch angeführt ist; selbstverständlich können derartige Substituenten auch an anderen beliebigen Stellen vorhanden sein.
Figure imgf000009_0001
Die beiden in dieser Gruppe vorhandenen Carbonsäureestergruppen sind einer Elydrolyse zugänglich und hier mit DG I und DG II bezeichnet. Auch die Esterbindung zwischen der Methacrylsäure und dem gegebenenfalls mit R" substituierten Ethylenglycol ist hydrolytisch spaltbar. Die Spaltung an " DG III " , der Si-O-Bindung, erfolgt unter Elydrolysebeding ungen ebenfalls. Damit wird ein Material bereitgestellt, das auch an der Kopplungsstelle der organischen Gruppe zum Silicium degradierbar ist. Darüber hinaus können
Polyethergruppen in manchen Konstellationen in vivo oxidativ gespalten werden.
Man erkennt aus den obigen Erläuterungen, dass das Vorsehen von nur kurzen, durch Sauerstoffatome, Schwefelatome oder Estergruppen (-C(O)O-) unterbrochenen Kohlenwasserstoffketten beim hydrolytischen Abbau großenteils zu kleinmolekularen Produkten führt, die in der Regel als solche physiologisch unbedenklich sind. Im obigen Beispiel entstehen zum Beispiel Bernsteinsäure und ein vernetztes Polymethacryl-Bruchstück, das aufgrund seiner Vernetzung ebenfalls toxikologisch unbedenklich ist. Letzteres fällt je nach den Vernetzungsbedingungen in der Regel auch relativ kleinmolekular aus, da die Silan-Moleküle aufgrund der vorhergehenden hydrolytischen Kondensation schon relativ starr zueinander ausgerichtet sind, weshalb eine übergeordnete Vernetzung einer ununterbrochenen Vielzahl von Methacrylatgruppen eher unwahrscheinlich ist. Werden Materialen eingesetzt, die zusätzliche OH- oder COOH-Substituenten oder ähnliches an den jeweiligen Kohlenwasserstoffketten aufweisen, entstehen gegebenenfalls Moleküle, die im menschlichen Körper als Zwischenprodukte auftreten, wie Milchsäure oder Citronensäure, so dass sie in dessen Metabolismus eingeschleust werden könnten. Die verbleibenden, im Wesentlichen anorganischen Reste sind im Wesentlichen Bruchstücke mit Si-O-Si- Verknüpfungen, die nach außen hin mit Hydroxygruppen belegt sind.
Durch Hydrolyse und Kondensation des oben gezeigten Silans der Formel (1 ) mit R = OAc, das heißt CH3C(0)0) entsteht ein Harz, welches ein organisch modifiziertes
Kieselsäurepolykondensat ist.
Die Substitution des Siliciums mit zwei der in Rede stehenden organischen Substituenten R1 ist ein Durchschnittswert; das Ausgangs-" Silan " für das Harz besteht in der Regel aus einem Gemisch verschiedener Silane, in denen teils keine, teils eine, zwei, drei oder vier dieser organischen Gruppen an ein Siliciumatom gebunden sind, wobei im Mittel zwei der organischen Gruppen pro Siliciumatom vorhanden sind. Die Anzahl der OAc- (Acetyl-)Gruppen am Silicium ist ebenfalls ein statistischer Wert. Die Acetylgruppen stammen beispielsweise aus dem Ausgangsmaterial Siliciumtetraacetat und bleiben auch unter hydrolytischen Bedingungen in etwa dem angegebenen Anteil erhalten. Die
Hydroxygruppen, die durch Hydrolyse von OAc-Gruppen entstanden sind, werden unter den Bedingungen der hydrolytischen Kondensation in Si-O-Si-Brücken umgewandelt.
Über die Anzahl der organisch polymerisierbaren C=C-Doppelbindungen pro Substituent R1 können die mechanischen Eigenschaften ebenfalls stark beeinflusst werden: Ist dieser Substituent verzweigt und enthalten die beiden Verzweigungs-Enden jeweils eine organisch polymerisierbare C=C-Doppelbindung, steigen die Werte für die Zugdehnung und das E- Modul um mehr als eine Zehnerpotenz. Es ist somit ersichtlich, dass beim Verwenden eines anorganisch-organischen
Hybridpolymers als Substrat oder als Gate-Isolator eine spezifisch gesuchte Anpassung der mechanischen Eigenschaften des Substrates bzw. des Gate-Isolators an bestimmte
Anforderungen bewirken lässt. Da sich sowohl die anorganische als auch die organische Vernetzungsdichte einstellen lässt, kann der Fachmann durch geeignete Wahl innerhalb der Parameter genau die gewünschten Werte erzielen.
Die Quervernetzung in den Hybridpolymeren kann auch noch modifiziert bzw. verstärkt werden. Diese spezielle Form der Nachhärtung nutzt nicht, bzw. nutzt nicht nur die Polymerisationsreaktion der organisch polymerisierbaren Gruppen als solcher wie oben erläutert. Sofern es sich bei den organisch polymerisierbaren Gruppen um C=C- Doppelbindungen oder ringöffnende Systeme wie Epoxide handelt, ist nämlich auch eine Umsetzung der diese Doppelbindungen enthaltenden Kieselsäurepolykondensate mit Di- oder höheren Aminen oder Di- oder höheren Thiolen über eine Michael-Addition (Thiol-En- Umsetzung bzw. die analoge Umsetzung mit Aminen) möglich. Dies gelingt mit Di-, Tri, Tetra- oder sogar noch höher funktionalisierten Aminen oder Mercaptanen (Thiolen), wobei die Reaktion mit Aminen im Falle von C=C-Doppelbindungen als organisch
polymerisierbaren Gruppen dann möglich ist, wenn diese in aktivierter Form vorliegen, beispielsweise als Acryl- oder Methacrylgruppen. Die Polymerisation der restlichen C=C- Doppelbindungen bzw. ringöffnenden Systeme wie Epoxygruppen wird anschließend wie zuvor beschrieben durchgeführt. Weitere Variationsmöglichkeiten sind in
WO 201 6/037871 A1 offenbart.
Als weitere Alternative können die Isolatorschicht und/oder das Substrat auch aus einem biodegradierbaren anorganisch-organischen Hybridpolymer bestehen, wobei das
Hybridpolymer aus einem Gemisch eines Vernetzers und eines Silans, gemäß der Formel (2) nach dessen Hydrolyse/Kondensation gebildet wird:
R2 bSiR4.b (2)
sowie aus oder nach der Formel (2) hergestellten anorganisch vernetzten Kondensaten und/oder organisch vernetzten Polymeren, wobei die Gruppe R2 oder jede der Gruppen R2 unabhängig voneinander
über ein Sauerstoffatom an das Silicium gebunden ist,
eine geradkettige oder verzweigte, kohlenwasserstoffhaltige mit einem oder mehreren Elementen aufweist, die entweder
(a) jeweils nicht mehr als 8 aufeinander folgende Kohlenstoffatome besitzen, wobei jedes von mehreren Elementen der kohlenwasserstoffhaltigen Kette durch eine spaltbare Gruppe vom nächsten Element getrennt ist, und/oder (b) eine oder mehrere spaltbare Gruppen besitzen und alle bei Spaltung dieser Gruppe(n) verbleibenden kohlenwasserstoffhaltigen Ketten wasserlöslich sind, wobei die spaltbaren Gruppen ausgewählt sind unter Ester-, Anhydrid-, Amid-, Carbonat-, Carbamat-, Ketal-, Acetal-, Disulfid-, Imin-, Flydrazon-, und Oxim-
Gruppen,
mindestens eine Thiol- oder primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweist. die Gruppe R oder jede der Gruppen R unabhängig voneinander eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe ist, und
b = 1 , 2, 3 oder 4 ist.
Geeignete Vernetzerkomponenten für das Vermischen mit dem Silan nach dessen
Hydrolyse/Kondensation und weitere Variationsmöglichkeiten sind in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE1020181 14406.7 offenbart.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichttransistors, umfassend ein Substrat, mindestens eine Halbleiterschicht, mindestens eine Isolatorschicht, mindestens eine Source-Elektrode, mindestens eine Drain-Elektrode und mindestens eine Gate-Elektrode, wird zum Ausbilden der mindestens einen Source-Elektrode und/oder der mindestens einen Drain-Elektrode und/oder der mindestens einen Gate-Elektrode zunächst eine erste Schicht aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und darauf eine zweite Schicht aus Magnesium abgeschieden. Zum Abscheiden der ersten Schicht aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und/oder der zweiten Schicht aus Magnesium ist zum Beispiel thermisches Verdampfen des jeweiligen Schichtmaterials geeignet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Dünnschichttransistors;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Dünnschichttransistors;
Fig. 3a, 3b Transistorkennlinien des Dünnschichttransistors aus Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines alternativen erfindungsgemäßen
Dünnschichttransistors;
Fig. 5a, 5b Transistorkennlinien des Dünnschichttransistors aus Fig. 4. In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Dünnschichttransistors 10 schematisch im Schnitt dargestellt. Der Dünnschichttransistor 10 umfasst ein Substrat 1 1 , auf welchem zunächst eine elektrisch leitfähige und lateral strukturierte Schicht für eine Gate-Elektrode 12 abgeschieden wird. Darauf abgeschieden werden eine Isolatorschicht 1 2 aus einem elektrisch isolierenden Material, eine Halbleiterschicht 14 aus einem Halbleitermaterial und eine lateral strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitfähigem Material, aus welcher eine Drain-Elektrode 1 5 und eine Source-Elektrode 16 herausgebildet werden.
Für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden folgende Schichtmaterialien und
Abscheideverfahren verwendet:
Auf dem Substrat 1 1 aus Glas wird die Gate-Elektrode 12 durch thermisches Verdampfen von Aluminium im Elochvakuum ausgebildet. Dabei wird mittels einer zwischen dem Substrat und einer Beschichtungsquelle angeordneten Schattenmaske die laterale Struktur der Gate-Elektrode 1 2 geformt. Auf der Gate-Elektrode 1 2 wird Poly(4-vinylphenol) mittels einer Rotationsbeschichtung aufgetragen, anschließend durch Erhitzen vernetzt und somit die Isolatorschicht 13 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 14 wird durch thermisches
Verdampfen von Pentacen bei erhitztem Substrat 1 1 auf der Isolatorschicht 13
abgeschieden.
In einem Versuch sollten auf der Halbleiterschicht 14 die Drain-Elektrode 1 5 und die Source- Elektrode 1 6 aus Magnesium ausgebildet werden. H ierzu wurde Magnesium thermisch verdampft wobei erneut eine Schattenmaske zwischen Substrat 1 1 und einer Magnesium- Beschichtungsquelle angeordnet wurde, um die Elektroden lateral zu strukturieren. Nach dem Beschichtungsprozess konnte in den Oberflächenbereichen, in denen die Drain- Elektrode 1 5 und die Source-Elektrode 1 6 abgeschieden werden sollten, mit bloßem Auge lediglich eine semitransparente graue Schicht festgestellt werden, was ein Ausdruck dafür ist, dass Magnesium lediglich eine unzureichende Elaftung auf Pentacen ausbildet. Mittels Vier-Spitzen-Messtechnik konnte in diesen Bereichen auch keine Querleitfähigkeit festgestellt werden, wodurch nachgewiesen wurde, das Magnesium nicht für eine
Abscheidung auf Pentacen für das Ausbilden von Transistorelektroden geeignet ist.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor 20 schematisch im Schnitt dargestellt. Der Dünnschichttransistor 20 umfasst ebenso wie Dünnschichttransistor 10 aus Fig. 1 ein Substrat 1 1 , eine Gate-Elektrode 12, eine Isolatorschicht 13 und eine Halbeiterschicht 14, welche aus dem gleichen Material bestehen und mit den gleichen Verfahren abgeschieden wurden, wie die bezugszeichengleichen Elemente in Fig. 1 .
Erfindungsgemäß wurden jedoch auf der Halbleiterschicht 14 aus Pentacen eine Drain- Elektrode 25 und eine Source-Elektrode 26 ausgebildet, indem zunächst eine lateral strukturierte erste Schicht 27 aus Molybdänoxid und darauf eine lateral strukturierte zweite Schicht 28 aus Magnesium abgeschieden wurde. Die erste Schicht 27 und die zweite Schicht 28 wurden durch thermisches Verdampfen des jeweiligen Schichtmaterials im Hochvakuum durch eine Schattenmaske hindurch abgeschieden. Nach dem
Abscheideprozess waren in den Bereichen der Drain-Elektrode 25 und der Source-Elektrode 26 visuell mit bloßem Auge metallische Schichten erkennbar, wie sie auch bei einer Magnesium-Abscheidung auf Glas entstehen. Die Querleitfähigkeit zeigte in den Bereichen der Drain-Elektrode 25 und der Source-Elektrode 26 einen Schichtwiderstand von ca. 0,4 Ohm/sq bei 200 nm Magnesium-Schichtdicke. Dies entspricht dem Wert wie bei einer Magnesium-Abscheidung auf Glas. Der Absolutwert ist um einen Faktor 1 ,8 größer als es der nominellen Bulk-Leitfähigkeit von Magnesium entsprechen würde. Diese gemessene Querleitfähigkeit bestätigt damit das typische Verhalten einer für Elektroden-Anwendungen relevanten metallenen Dünnschicht. In den Fig. 3a und 3b sind die Transistorkennlinien für das zu Fig. 2 beschriebene
Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt Fig. 3a das Ausgangskennlinienfeld. Die oberste, erste Kurve mit den ausgefüllten Vierecken, zeigt die Wertepaare bei einer Gate- Spannung von -40 V, die zweite, darunter liegende Kurve, mit den ausgefüllten Dreiecken, die Wertepaare bei einer Gate-Spannung von -35 V, die dritte Kurve, die Wertepaare bei einer Gate-Spannung von -30 V, die vierte Kurve, die Wertepaare bei einer Gate-Spannung von -25 V, die fünfte Kurve, die Wertepaare bei einer Gate-Spannung bei -20 V, die unterste, sechste Kurve mit kleinen ausgefüllten Kreisen, die Wertepaare bei einer Gate- Spannung bei 0 V. In Fig. 3b ist eine Übertragungskennlinie lD(VGs), abgeleitet aus den Ausgangskennlinien bei UDS = -80 V, in halblogarithmischer Darstellung (durchgezogene Linie mit gefülltem Raute-Symbol, linke Achse) und als Wurzel-Darstellung (durchgezogene Linie mit offenem Raute-Symbol, rechte Achse) dargestellt. Zusätzlich ist der jeweilige Gate- Leckstrom lG(VGs) (Punktlinie mit offenem Kreis, linke Achse) halblogarithmisch dargestellt. Die extrahierte Sättigungsbeweglichkeit beträgt 0,2 cm2/(Vs) bei -50 V. In Fig. 4 ist ein alternativer erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor 40 schematisch im Schnitt dargestellt. Der Dünnschichttransistor 40 umfasst ein Substrat 41 aus einem biodegradierbaren anorganisch-organischen Flybridpolymer.
Wie zuvor schon dargelegt wurde, kann ein solches biodegradiebares anorganisch organisches Hybridpolymer hergestellt werden, indem beispielsweise eine
Silanharzmischung mittels UV-Strahlung vernetzt und ausgehärtet bzw. zumindest noch mit einem Vernetzer vermischt und anschließend mittels UV-Strahlung vernetzt und ausgehärtet wird. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele aufgezeigt, wie solch eine
Silanharzmischung hergestellt werden kann.
Ausführungsbeispiel - Harzvariante 1 (bekannt aus WO 2016/037871 A1 )
Die Harzvariante 1 basiert auf einem Silan der oben genannten Formel (1 ), welches folgende Struktur aufweist:
Figure imgf000015_0001
Für das Herstellen der Harzvariante 1 werden 10,37 g Siliciumtetraacetat mit 36,40 g 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (verkürzt als MES-TEG bezeichnet), die ca. 1 5 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt MES2TEG enthalten, versetzt. Dies entspricht einem Anteil an MES-TEG von 28,44 g. Diese Mischung wird zunächst eine Minute lang bei Raumtemperatur gerührt und daraufhin 3 h bei 1 5 mbar auf 50 °C erhitzt. Das Produkt wird anschließend 8 h im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit und mit Hilfe von Druckluft über einen Filter mit 30 pm Porengröße filtriert.
Die daraus entstehende Mischung wird im Anschluss bei 30 °C in mehreren Schritten hydrolysiert. Dazu wird die Mischung jeweils mit 100 mI Wasser versetzt, 5 min gerührt, 5 h im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit und bis zum nächsten Intervall weiter gerührt. Der Hydrolysegrad der Si-OAc- und der Si-OAlk-Gruppen kann jeweils mittels 1 H-NMR überprüft werden. Die Wasserzugabe wird solange wiederholt bis der restliche Acetatgehalt und die Alkoholhydrolyse möglichst gering sind. Bei dieser
Vorgehensweise entstehen ca. 34 g der Harzvariante 1 .
Ausführungsbeispiel - Harzvariante 2 (bekannt aus WO 2016/037871 A1 ) Die Harzvariante 2 basiert ebenfalls auf einem Silan der oben genannten Formel (1 ), welches folgende Struktur aufweist:
Figure imgf000016_0001
Für das Herstellen der Harzvariante 2 werden 7,91 g Siliciumtetraacetat mit 40, 13 g 4-{1 ,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester
(verkürzt als GDM-SA-TEG bezeichnet), die ca. 20 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt enthalten (Anteil an GDM-SA-TEG: 28,29 g), umgesetzt. Das Produkt wird anschließend von flüchtigen Bestandteilen befreit und druckfiltriert.
Die Hydrolyse/Kondensation erfolgt, wie zuvor bei der Synthese von Harzsystem 1 erläutert, schrittweise bei 30 °C und kann mittels 1 H-NMR kontrolliert werden. Hierbei entstehen in etwa 32 g der Harzvariante 2.
Ausführungsbeispiel - Harzvariante 3 (bekannt aus WO 2016/037871 A1 )
Die Harzvariante 3 basiert wiederum auf einem Silan der oben genannten Formel (1 ), welches folgende Struktur aufweist:
Figure imgf000016_0002
Für das Herstellen der Harzvariante 3 werden 20 g der Harzvariante 2 in
80 mg Butylhydroxytoluol gelöst. Die Reaktionsmischung wird anschließend bei 90 °C gerührt und langsam Cyclopentadien zugetropft. Das Cyclopentadien wird parallel durch die thermische Spaltung von Dicyclopentadien hergestellt und durch Destillation in die Reaktionsmischung überführt. Der Umsatz der Acrylat- und Methacrylatgruppe kann durch 1 H-NMR-Spektroskopie überwacht werden. Nach Beendigung der Reaktion wird nicht umgesetztes Cyclopentadien und Dicyclopentadien unter reduziertem Druck aus dem Reaktionsgemisch entfernt.
Ausführungsbeispiel - Harzvariante 4
Die Harzvariante 4 basiert auf einem Silan der oben genannten Formel (2). Hierfür erfolgt zunächst eine Umesterung einer Verbindung HS-CH(CH3)-CH(CH3)-OH (nachfolgend auch mit S1 bezeichnet) mit Siliciumtetraacetat zu einem Silan, was sich auch wie folgt veranschaulichen lässt:
Figure imgf000017_0001
Konkret werden hierfür 37,33 g Siliciumtetraacetat mit 30,00 g der als S1 bezeichneten Komponente 2-Mercapto-3-butanol versetzt. Die daraus resultierende Reaktionsmischung wird zunächst eine Minute bei Raumtemperatur gerührt und daraufhin 1 ,5 h bei 1 5 mbar auf 50 °C erhitzt. Danach wird der Druck für weitere 1 ,5 h auf 1 mbar reduziert. Das Reaktionsgemisch wird 8 h im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit und mit Hilfe von Druckluft über einen Filter mit 1 5 miti Porengröße filtriert. Bei dem entstehenden Produktgemisch, welches oben als U1 bezeichnet ist, sind durchschnittlich zwei Alkoxygruppen und zwei Acetoxygruppen an ein Siliciumatom gebunden. Bei der beschriebenen Vorgehensweise werden etwa 50 g des Produktgemisches U 1 erzielt.
Das Produktgemisch U 1 wird im Anschluss bei 90 °C in mehreren Schritten hydrolysiert. Dazu wird so viel Wasser zugegeben, dass auf jede fünfte übrige gebundene Acetoxy- Gruppe ein Wassermolekül (mindestens jedoch auf jede zwanzigste vor der Hydrolyse vorhandene Acetat-Gruppe) kommt. Nach der Wasserzugabe wird das Gemisch bei 90 °C eine Minute gerührt und anschließend die flüchtigen Bestandteile im Ölpumpenvakuum entfernt. Der Hydrolysegrad der Si-OAc- und der Si-OAlk-Gruppen kann jeweils mittels 1 H- NMR-Spektroskopie überprüft werden. Die Wasserzugabe wird solange wiederholt, bis im Wesentlichen alle Acetat-Gruppen aus dem Gemisch entfernt sind. Bei solch einer Vorgehensweise wurde keine Spaltung der Alkoxy-Gruppen beobachtet. Bei den entstehenden Endprodukten sind durchschnittlich zwei Alkoxygruppen an ein Siliziumatom gebunden. Die zuvor beschriebenen Silanharzmischungen gemäß der Harzvarianten 1 bis 4 können als Ausgangsmaterial für das Herstellen von biodegradierbaren anorganisch-organischen Hybridpolymeren verwendet werden, welche als Substrat und/oder als Isolatorschicht bei einem erfindungsgemäßen Dünnschichttransistor eingesetzt werden können.
Bei dem zu Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Silanharzmischung gemäß der Harzvariante 4 als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Substrates 41 verwendet. Hierbei werden 40,3 Gew% der Silanharzmischung gemäß Harzvariante 4, 58,5 Gew% eines Vernetzers, 0,2 Gew% Pyrogallol und 1 Gew% 2,4,6 Trimethylbenzoyldiphenyl- phosphineoxide miteinander vermischt, danach in eine PET-Gießform gefüllt und die Gießform mit einer Glasplatte abgedeckt und verpresst. Anschließend wird die in die Gießform gefüllte Substanz beidseitig für 130 s photochemisch ausgehärtet. Nach dem Entfernen der PET-Folie und der Glasplatte liegt ein transparentes und flexibles Substrat 41 aus einem biodegradierbaren, anorganisch-organischen Hybridpolymer vor. Die Schichtdicke eines auf diese Weise hergestellten Substrats liegt zwischen 90 - 125 pm.
Für das Herstellen eines Vernetzers, welcher mit einer Silanharzmischung vermischt wird, können beispielsweise in 30,00 g Glycerinacrylatmethacrylat 0,012 g Butylhydroxytoluol gelöst werden. Die Reaktionsmischung wird anschließend bei 80 °C gerührt und langsam Cyclopentadien zugetropft. Das Cyclopentadien wird parallel durch die thermische Spaltung von Dicyclopentadien hergestellt und durch Destillation in die Reaktionsmischung überführt. Der Umsatz der Acrylat- und Methacrylatgruppe kann durch 1 H-NMR-Spektroskopie überwacht werden. Nach Beendigung der Reaktion wird nicht umgesetztes Cyclopentadien und Dicyclopentadien unter reduziertem Druck aus dem Reaktionsgemisch entfernt.
Erfindungsgemäß wird eine Gate-Elektrode auf dem Substrat 41 ausgebildet, indem eine erste Schicht 42a aus Molybdänoxid und anschließend eine zweite Schicht 42b aus
Magnesium auf dem Substrat 41 abgeschieden werden. Das Abscheiden der beiden Schichten erfolgt durch thermisches Verdampfen des jeweiligen Schichtmaterials unter Vakuumbedingungen durch eine Schattenmaske hindurch. Die Haftung der Schichtfolge für das Ausbilden einer Gate-Elektrode auf einem Hybridpolymersubstrat kann weiter verbessert werden, wenn das Hybridpolymersubstrat vor der Schichtabscheidung mit einem
Sauerstoffplasma vorbehandelt wird. Zum Erzeugen eines solchen Sauerstoffplasmas kann beispielsweise eine lonenquelle verwendet werden. Im zu Fig. 4 beschriebenen
Ausführungsbeispiel wurde eine lineare lonenquelle eingesetzt, welche bei einer Beschleunigungsspannung von 1 keV einen linearen lonenstrahl auf das Substrat 41 erzeugt, während das Substrat 41 in einer In-Line-Konfiguration durch den lonenstrahl bewegt wird. Bei Optimierungsversuchen bezüglich der Transistoreigenschaften wurde auch gefunden, dass eine Plasma-Vorbehandlung des Substrats eine geringfügige Verbesserung der Gate-Leckströme eines Transistors bewirkt.
Nach dem Ausbilden der Gate-Elektrode wird eine Isolatorschicht 43 abgeschieden, indem eine Silanharzmischung, gemäß der Harzvariante 3 in Verbindung mit dem kommerziell erhältlichen Vernetzer Trimethylolpropane tri(3-mercaptopropionat) (im molaren Verhältnis von C=C : SH = 1 : 0,9), mittels Rotationsbeschichtung in einer Zeitspanne von einer Minute aufgetragen wird. Vor der Rotationsbeschichtung wurde die Silanharzmischung jedoch in Aceton, mit einem Masseanteil von 10 % gelöst. Nach der Rotationsbeschichtung wird das Substrat 41 für 30 Minuten bei 65 °C auf einer Heizplatte aufgeheizt und dann mit einem UV-Strahler (beim Ausführungsbeispiel wurde eine eisendotierte Quecksilberdampflampe verwendet) 400 s bei ca. 70 mW/cm2 UV-A-lntensität belichtet, infolgedessen das
Schichtmaterial vernetzt wird. Die Isolatorschicht 43 besteht somit auch aus einem biodegradierbaren, anorganisch-organischen Hybridpolymer.
Für das Ausbilden eines Halbleiters 44 werden zunächst eine Pufferschicht 44a aus
Tetratetracontan und anschließend eine Schicht 44b aus Chinacridon durch thermisches Verdampfen des jeweiligen Schichtmaterials unter Vakuumbedingungen auf die
Isolatorschicht 43 aufgetragen, wobei das Substrat 41 nach dem Abscheiden der
Pufferschicht 44a für 1 2 h bei 60 °C in einem Stickstoffofen ausgeheizt wird. Auch das Ausbilden einer Drain-Elektrode 45 und einer Source-Elektrode 46 erfolgt erfindungsgemäß, indem zunächst eine lateral strukturierte erste Schicht 47 aus
Molybdänoxid und darauf eine lateral strukturierte zweite Schicht 48 aus Magnesium abgeschieden wird. Die erste Schicht 47 und die zweite Schicht 48 werden durch thermisches Verdampfen des jeweiligen Schichtmaterials im Hochvakuum durch eine Schattenmaske hindurch abgeschieden. Nach dem Abscheideprozess waren auch hier in den Bereichen der Drain-Elektrode 45 und der Source-Elektrode 46 visuell mit bloßem Auge metallische Schichten erkennbar, welche einen Schichtwiderstand von 0,5 - 1 Ohm/sq aufwiesen. Die erfindungsgemäß hergestellten Dünnschichttransistoren, gemäß des in Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels, zeigen ein normales Transistorverhalten mit
Sättigungsbeweglichkeiten in der Größenordnung von 0.01 cm2/(Vs). Dieses Ergebnis belegt die Wirksamkeit einer Molybdän-Zwischenschicht als wirksame Löcherinjektionsschicht auch für das Interface Magnesium-Chinacridon.
In den Fig. 5a und 5b sind die Transistorkennlinien für das zu Fig. 4 beschriebene
Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt Fig. 5a das Ausgangskennlinienfeld. H ierbei zeigen die Kurven von oben nach unten die Wertepaare für die Gate-Spannungen -40 V, - 35 V, -30 V, -25 V, -20 V und 0 V. In Fig. 5b ist eine Übertragungskennlinie lD(VGs), abgeleitet aus den Ausgangskennlinien bei UDS = -80 V, in halblogarithmischer Darstellung (durchgezogene Linie mit gefülltem Raute-Symbol, linke Achse) und als Wurzel-Darstellung (durchgezogene Linie mit offenem Raute-Symbol, rechte Achse) dargestellt. Zusätzlich ist der jeweilige Gate-Leckstrom lG(VGs) (Punktlinie mit offenem Kreis, linke Achse)
halblogarithmisch dargestellt. Die extrahierte Sättigungsbeweglichkeit beträgt
0,01 5 cm2/(Vs) bei -35 V.
Mit dem zu Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen Dünnschichttransistoren vor, bei welchen alle Transistormaterialien entweder biodegradierbar oder zumindest nicht zytotoxisch wirksam sind. Ein solcher erfindungsgemäßer Dünnschichttransistor kann zum Beispiel für das Herstellen eines Bauteils verwendet werden, welches als biodegradierbares Implantat in einen tierischen oder menschlichen Körper implantiert bzw. eingebracht wird.
Es sei angemerkt, dass die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Prozessparameter für Schichtabscheidungen und Mischungszusammensetzungen von verwendeten biodegradierbaren anorganisch-organischen Flybridpolymeren lediglich Beispielcharakter haben und den Schutzumfang der Erfindung nicht darauf beschränken.

Claims

Patentansprüche
1 . Dünnschichttransistor (20; 40), umfassend mindestens eine Halbleiterschicht (14; 44b), mindestens eine Isolatorschicht (13; 43), mindestens eine Source-Elektrode (26; 46), mindestens eine Drain-Elektrode (25; 45) und mindestens eine Gate-Elektrode (12), welche auf einem Substrat (1 1 ; 41 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Source-Elektrode (26; 46) und/oder die mindestens eine Drain- Elektrode (25; 45) und/oder die mindestens eine Gate-Elektrode (12) aus einem Schichtsystem besteht, welches eine erste Schicht (27; 42a; 47) aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und eine darauf abgeschiedene zweite Schicht (28; 42b; 48) aus
Magnesium umfasst.
2. Dünnschichttransistor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
mindestens eine Halbleiterschicht ein organisches Material umfasst.
3. Dünnschichttransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
mindestens eine Halbleiterschicht (14) Pentacen enthält.
4. Dünnschichttransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
mindestens eine Halbleiterschicht (44b) Chinacridon enthält.
5. Dünnschichttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolatorschicht (13) Poly(4-vinylphenol) enthält.
6. Dünnschichttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolatorschicht (43) und/oder das Substrat (41 ) ein
anorganisch-organisches Hybridpolymer umfasst.
7. Dünnschichttransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Hybridpolymer erhältlich ist durch Umsetzung eines Silans der Formel (1 )
R1aSiR4-a (1 ) wobei die Gruppe R1 oder jede der Gruppen R1 unabhängig voneinander
- über ein Sauerstoffatom an das Silicium gebunden ist. - eine geradkettige oder verzweigte, kohlenwasserstoffhaltige Kette ist, welche durch mindestens zwei -C(0)0-Gruppen unterbrochen ist und wobei in den durch die Unterbrechungen gebildeten Kohlenwasserstoff-Einheiten maximal 8
Kohlenstoffatome aufeinander folgen,
- R eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe der Formel R'COO ist, wobei R' Alkyl bedeutet, und
- a = 1 , 2, 3 oder 4 ist.
8. Dünnschichttransistor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Hybridpolymer einen Vernetzer umfasst.
9. Dünnschichttransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Hybridpolymer eine Umsetzung eines Gemisches aus einem Vernetzer und einem Silan der Formel (2) nach dessen Hydrolyse/Kondensation ist:
R2bSiR4-b (2) wobei die Gruppe R2 oder jede der Gruppen R2 unabhängig voneinander
- über ein Sauerstoffatom an das Silicium gebunden ist,
- eine geradkettige oder verzweigte, kohlenwasserstoff haltige Kette mit einem oder mehreren Elementen aufweist, die entweder
(a) jeweils nicht mehr als 8, aufeinander folgende Kohlenstoffatome besitzen, wobei jedes von mehreren Elementen der kohlenwasserstoff haltigen Kette durch eine spaltbare Gruppe vom nächsten Element getrennt ist, und/oder
(b) eine oder mehrere spaltbare Gruppen besitzen und alle bei Spaltung dieser Gruppe(n) verbleibenden kohlenwasserstoff haltigen Ketten wasserlöslich sind, wobei die spaltbaren Gruppen ausgewählt sind unter Ester-, Anhydrid-, Amid-, Carbonat-, Carbamat-, Ketal-, Acetal-, Disulfid-, Imin-, Hydrazon-, und Oxim- Gruppen,
- mindestens eine Thiol- oder primäre oder sekundäre Aminogruppe aufweist, die Gruppe R oder jede der Gruppen R unabhängig voneinander eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe ist, und
b = 1 , 2, 3 oder 4 ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichttransistors (20; 40), umfassend mindestens eine Halbleiterschicht (14; 44b), mindestens eine Isolatorschicht (13; 43), mindestens eine Source-Elektrode (26; 46), mindestens eine Drain-Elektrode (25; 45) und mindestens eine Gate-Elektrode (1 2), welche auf einem Substrat ( 1 1 ; 41 ) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der mindestens einen Source-
Elektrode (26; 46) und/oder der mindestens einen Drain-Elektrode (25; 45) und/oder der mindestens einen Gate-Elektrode (12) zunächst eine erste Schicht (27; 42a; 47) aus Molybdänoxid oder Wolframoxid und darauf eine zweite Schicht (28; 42b; 48) aus Magnesium abgeschieden wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1803173B1 (de) 2004-10-22 2010-04-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zu herstellung eines halbleiterbauelements unter verwendung von anorganisch-organischen hybridpolymeren
US8666471B2 (en) 2010-03-17 2014-03-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates
WO2016037871A1 (de) 2014-09-08 2016-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Biologisch abbaubare, in der medizintechnik oder in der biologie einsetzbare hybridpolymere, ausgangs-silane hierfür sowie deren herstellungsverfahren und verwendung
DE102016107760A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Essbare Funktionsschichten und Überzüge auf Hybridpolymerbasis für Pharmazie und Lebensmittel

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081210B2 (en) * 2002-04-22 2006-07-25 Konica Minolta Holdings, Inc. Organic semiconductor composition
JP2005045188A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Fuji Xerox Co Ltd 電子素子、集積回路およびその製造方法
JPWO2005067059A1 (ja) * 2003-12-26 2007-07-26 富士ゼロックス株式会社 整流素子およびそれを用いた電子回路、並びに整流素子の製造方法
CN101116187B (zh) * 2004-12-06 2010-05-26 株式会社半导体能源研究所 有机场效应晶体管及包含其的半导体装置
CN101461047B (zh) * 2006-06-07 2011-06-15 松下电器产业株式会社 半导体元件及其制造方法以及电子器件及其制造方法
RU2012104635A (ru) * 2009-07-10 2013-08-20 Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед Соединение замещенного бензохалькогенацена, тонкая пленка, включающая такое соединение, и органическое полупроводниковое устройство, включающее такую тонкую пленку
EP2357186A1 (de) * 2010-02-12 2011-08-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Erzeugen biologisch verträglicher, dreidimensionaler Gegenstände oder Oberflächen durch Laser-Bestrahlung, solche Gegenstände, deren Verwendung sowie Ausgangsmaterialien für das Verfahren
JP5728990B2 (ja) * 2011-02-10 2015-06-03 住友化学株式会社 ジカルコゲノベンゾジピロール化合物、該化合物の製造方法、該化合物を含む薄膜及び該薄膜を含む有機半導体デバイス
CN102956711B (zh) * 2011-08-18 2016-10-19 元太科技工业股份有限公司 金属氧化物半导体晶体管的制造方法
TWI577238B (zh) * 2012-04-25 2017-04-01 群康科技(深圳)有限公司 有機發光二極體及包含其之顯示裝置
US9331293B2 (en) * 2013-03-14 2016-05-03 Nutech Ventures Floating-gate transistor photodetector with light absorbing layer
WO2014181777A1 (ja) * 2013-05-09 2014-11-13 独立行政法人物質・材料研究機構 薄膜トランジスタおよびその製造方法
IL229837A0 (en) * 2013-12-08 2014-03-31 Technion Res & Dev Foundation electronic means
DE102015106630A1 (de) * 2015-04-29 2016-11-03 Osram Oled Gmbh Organisches lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements
JP6714412B2 (ja) * 2015-11-17 2020-06-24 国立大学法人九州大学 ２次元ペロブスカイト形成用材料、積層体、素子およびトランジスタ
DE102018114406B4 (de) * 2018-06-15 2021-07-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Degradierbare Silane mit Thio- und Aminogruppen, daraus hergestellte Kieselsäurepolykondensate und Hybridpolymere, deren Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung der Silane

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1803173B1 (de) 2004-10-22 2010-04-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zu herstellung eines halbleiterbauelements unter verwendung von anorganisch-organischen hybridpolymeren
US8666471B2 (en) 2010-03-17 2014-03-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates
WO2016037871A1 (de) 2014-09-08 2016-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Biologisch abbaubare, in der medizintechnik oder in der biologie einsetzbare hybridpolymere, ausgangs-silane hierfür sowie deren herstellungsverfahren und verwendung
DE102016107760A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Essbare Funktionsschichten und Überzüge auf Hybridpolymerbasis für Pharmazie und Lebensmittel

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BENSON N. ET AL.: "Complementary organic field effect transistors by ultraviolet dielectric interface modification", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 89, 2006, pages 182105, XP012086711, DOI: 10.1063/1.2372702
BETTINGER CH. J. ET AL.: "Organic Thin-Film Transistors Fabricated on Resorbable Biomaterial Substrates", ADVANCED MATERIALS, vol. 22, 2010, pages 651 - 655, XP055001242, DOI: 10.1002/adma.200902322
GLOWACKI E. D. ET AL.: "Hydrogen-Bonded Semiconducting Pigments for Air-Stable Field-Effect Transistors", ADVANCED MATERIALS, vol. 25, 2013, pages 1 563 - 1569
HOFFMANN M.: "Conductor structures for biodegradable electronics", COATING INTERNATIONAL, 2017, pages 23 - 25
IRIMIA-VLADU M.: "Green'' electronics: biodegradable and biocompatible materials and devices for sustainable future", CHEMICAL SOCIETY REVIEWS, vol. 43, 2014, pages 588 - 610, XP055453823, DOI: 10.1039/C3CS60235D
SYTNYK M. ET AL.: "Cellular interfaces with hydrogen-bonded organic semiconductor hierarchical nanocrystals", NATURE COMMUNICATIONS, vol. 8, no. 91, 2017
ZHENG, Y.F. ET AL.: "Biodegradable metals", MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING, vol. 77, 2014, pages 1

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