專利名稱：電子器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含場效應(yīng)晶體管的電子器件，該場效應(yīng)晶體管設(shè)有通過包含有機半導(dǎo)體材料的溝道而互相連接的源電極和漏電極以及通過電介質(zhì)層與溝道分隔的柵電極。
本發(fā)明還涉及該器件的制造方法。
從WO03/030278已知該器件。該器件是有機電子領(lǐng)域器件的典型例子。其包含作為半導(dǎo)體元件的場效應(yīng)晶體管。此處該有機半導(dǎo)體材料為p型材料，這暗示著源電極和漏電極之間是通過空穴實現(xiàn)載流子輸運。
已經(jīng)顯示出這種類型的有機半導(dǎo)體器件是可行的，且其正被產(chǎn)業(yè)化。除此之外，已經(jīng)有離散的n型晶體管的報道。分立的p溝道和n溝道晶體管已經(jīng)組合成互補型邏輯門，例如反相器和環(huán)形振蕩器(A.Dodabalapur等，Appl.Phys.Lett.69(1996)4227)。已經(jīng)使用48級移位寄存器證明了邏輯功能性(B.Crone，A.Dodabalapur，Y.Y.Lin，R.W.Filas，Z.Bao，A.LaDuca，R.Sarpeshkar，H.E.Katz和W.Li，Nature(London)403(2000)521)。然而，問題在于使用了兩種不同的半導(dǎo)體，其中一種用于p溝道，一種用于n溝道。必須局部依次沉積和圖形化這兩種材料。我們從艱難的經(jīng)驗了解到有機單極PMOS電路的制造已經(jīng)較為困難。當(dāng)使用兩種不同半導(dǎo)體材料時，最小化參數(shù)值擴展都是不現(xiàn)實的目標(biāo)，更別提n溝道和p溝道跨導(dǎo)的匹配。分立雙極晶體管的實現(xiàn)將是互補邏輯發(fā)展的一個重大突破。Schoen等(Science287(2000)1022)已經(jīng)報導(dǎo)了這種器件。使用并五苯單晶，以金為電極，氧化鋁為柵電介質(zhì)。然而，鑒于2002年調(diào)查委員會對Hendrik Schon及其合著者的工作中科學(xué)偽造可能性的報告，該論文被撤消。因此需要找到允許實現(xiàn)互補邏輯(例如通常在CMOS設(shè)計中被實踐)的有機半導(dǎo)體。
因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供在開篇段落中所提及類型的器件，與使用p型或者n型有機半導(dǎo)體材料進(jìn)行工作的已知器件相比，該器件的可應(yīng)用范圍更廣且更為通用。
根據(jù)本發(fā)明的該目標(biāo)是這樣實現(xiàn)的其中有機半導(dǎo)體材料為小帶隙材料，且源和漏電極包含相同的材料。以小帶隙材料作為半導(dǎo)體的結(jié)果為該晶體管呈現(xiàn)雙極特性。“小帶隙”的表述在本申請上下文中應(yīng)該理解成，可同時注入電子和空穴的材料，特別是結(jié)合由一種相同材料制成的電極時。理論上，帶隙定義成最高占據(jù)分子軌道(HOMO)的頂部和最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)的底部之間的能量之差。在雙極晶體管中，電子注入LUMO，空穴注入HOMO。為了實現(xiàn)該注入，注入勢壘不能太高。因此，電極的功函數(shù)優(yōu)選在該帶隙內(nèi)。通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，也可通過提供功函數(shù)可調(diào)的特定表面層，獲得這樣的功函數(shù)，這將在隨后得到解釋。
本發(fā)明的重要優(yōu)點在于可使用單一材料實現(xiàn)該雙極特性，選擇該材料使得可在溶液中加工該材料。此外，可以使用同一種材料作為電極的基礎(chǔ)材料。因此無需像在發(fā)光二極管中那樣，同時使用銀和金，或者應(yīng)用一個由Ba或Ca制成的電極。而且，因此無需限定具有相同或者不同的有機半導(dǎo)體材料但具有不同電極材料的分隔開的n型晶體管和p型晶體管。這對于簡化處理和集成是大的優(yōu)點。
特別地，小帶隙指小于1.8eV的帶隙，更優(yōu)選小于1.5eV。可由其得到多種結(jié)構(gòu)不同的化合物，例如，比如squaraine、croconaine、四硫代配合物、酞菁(phtalocyanine)、低聚亞芳香基及其聚合物、以及聚乙烯芴。這些材料的合成本身是已知的。在US-A 5,380,807中可以找到該合成方法的例子，該專利公開了交替共聚物的合成。然而，該專利公開了將這些類型的材料單獨用作導(dǎo)電材料。從第4欄的段落中可顯著地明確這一點，該專利在該段落中聲稱通過摻雜可提高電導(dǎo)率。然而，在本申請中，半導(dǎo)體材料為溝道的一部分，且摻雜完全是有害的。這將導(dǎo)致第一和第二電極之間的寄生漏電流，并因此導(dǎo)致晶體管的完全失效。
在一個優(yōu)選實施例中，小帶隙材料具有包含位于端基之間的共軛中間部分的結(jié)構(gòu)，所述中間部分和至少一個所述端基起著電子受主和電子施主對的作用。該中間基團在此特別地指帶有例如羧基的四元或五元環(huán)。優(yōu)選帶隙材料為各種類型的squaraine和croconaine。這些材料包含分別作為中間部分的四元或五元環(huán)和作為端基的芳香族或共軛(雜)環(huán)基團。這里的共軛從中間部分?jǐn)U展到端基。所述端基通常帶有側(cè)基。適當(dāng)?shù)膫?cè)基有例如烷基、烷氧基，包含叔丁基、異丙基和n烷基。同樣可以應(yīng)用前體類型的化合物。該材料可以是對稱的，但無需如此。
在第二實施例中，該小帶隙材料為多環(huán)系統(tǒng)，其中這些環(huán)通過諸如Ni、Pt等原子或金屬離子連接，并形成共軛系統(tǒng)?？梢詮脑S多族中選擇該共軛多環(huán)系統(tǒng)。優(yōu)選雜原子以建立與金屬的相互作用，并因此獲得穩(wěn)定的合成物。優(yōu)選的實例為四硫代配合物。可提供側(cè)基以優(yōu)化穩(wěn)定性和可加工性。該材料可以是對稱的，但無需如此。
在第三實施例中，從(聚)茚并芴類中選擇該小帶隙材料。這些化合物合成本身從Synt.Met.101(1999)，128-129是已知的。
在非常適當(dāng)?shù)脑斒鲋?，該有機半導(dǎo)體材料為電絕緣有機聚合物結(jié)構(gòu)的一部分。從WO-A 03/79400已知該聚合物結(jié)構(gòu)。有機半導(dǎo)體材料可嵌入在這種結(jié)構(gòu)中，作為聚乙烯聚合物中的側(cè)基，作為形成共聚物(特別是嵌段共聚物)的單體之一并且處于(例如其中利用丙烯酸脂作為網(wǎng)絡(luò)建造聚合物的)聚合物網(wǎng)絡(luò)中。注意，可選擇該絕緣結(jié)構(gòu)，使得可以以極佳的方式從溶液中加工該系統(tǒng)。此外，該結(jié)構(gòu)的基質(zhì)材料提供了優(yōu)化所需加工和電學(xué)特性的可能性。
可選擇地或者另外，該半導(dǎo)體材料可具有另外的單獨的載體材料。該載體材料改善了采用例如旋轉(zhuǎn)涂敷、印刷、滾動條式鍍膜(webcoating)等從溶液中加工該半導(dǎo)體材料。同時，溝道中的遷移率幾乎不降低。適當(dāng)?shù)妮d體材料的例子包括聚乙烯化合物、聚酰亞胺、聚酯。
在另一個實施例中，該溝道同時包含雙極小帶隙材料和p型或者n型有機半導(dǎo)體材料。p型或n型材料起著源和漏之間的附加并聯(lián)連接的作用。因此可以提高最終的遷移率。其結(jié)果為，p型輸運模式和n型輸運模式中的電流可以匹配，或者可以以任何其它所需方式調(diào)整。
特別優(yōu)選地，第一和第二電極被定義為電極層中的圖形。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不必要使用不同的電極材料獲得n型或p型特性。因此，無需使用相同的半導(dǎo)體材料和不同的電極制造兩個元件。也無需通常像發(fā)光二極管和光伏電池中那樣區(qū)分一個電極和另一個電極。閱讀本申請的技術(shù)人員將了解到，這以集成的方式大大簡化了該器件的制造。
在另一個實施例中，電極材料被選擇成包含貴金屬。其例子包含金、鉑、鈀、銀。這些貴金屬的功函數(shù)證明是與小帶隙材料的HOMO和LUMO能級非常符合。然而，并不排除諸如包含聚-(3，4)-亞乙基二氧噻吩(PEDOT)的有機導(dǎo)體和包含氧化銦錫(ITO)的氧化物導(dǎo)體的其它材料。
在又一個非常有利的實施例中，在電極層和具有有機半導(dǎo)體材料的溝道之間設(shè)有表面偶極層。該表面偶極層可用于調(diào)整電極層的功函數(shù)。由此可獲得與特定有機半導(dǎo)體材料能級的最優(yōu)適配。被調(diào)整電極的功函數(shù)的變化約為1eV，這是相當(dāng)大的。該表面雙極層可以涂敷到完整的電極層上，同時覆蓋源電極和漏電極?；蛘?，該表面雙極層可涂敷到一個或多個晶體管，而其它晶體管沒有單層。
該晶體管還優(yōu)選具有底柵結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，柵位于襯底或其一部分上。在其上提供電介質(zhì)層以及也優(yōu)選提供源電極和漏電極。有機半導(dǎo)體層為該結(jié)構(gòu)的頂層。出于加工的原因，底柵結(jié)構(gòu)是有利的。
本發(fā)明的有機半導(dǎo)體材料優(yōu)選被圖形化，從而將第一晶體管和第二晶體管隔離并防止任何漏電流。直接通過使用用于沉積的印刷技術(shù)實現(xiàn)該圖形化。或者，利用光刻。例如可以通過在該有機半導(dǎo)體材料頂上涂敷光致抗蝕劑材料而做到這一點。于是優(yōu)選在光致抗蝕劑材料和該有機半導(dǎo)體材料之間使用保護(hù)層，以防止有機半導(dǎo)體材料的任何污染。該保護(hù)層可以為黑色涂層，從而阻止輻射。從未公開申請EP03100574.7(PHNL030190)本身已知該保護(hù)層的使用，該申請在此引用作為參考。
場效應(yīng)晶體管適當(dāng)?shù)丶傻椒聪嗥鹘Y(jié)構(gòu)中，其中可以以良好的方式利用雙極特性。此外，這種反相器結(jié)構(gòu)可具有其第一和第二晶體管的公用柵電極。這減少了寄生效應(yīng)，并減小了由于沒有任何互連所致的電阻。而且，使用公用電極降低了對光刻圖形化的要求，這不但可以使用光刻，而且可以使用包括噴墨印刷和微接觸印刷的任何類型印刷技術(shù)實現(xiàn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，也可以使用除了上述材料之外的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，器件可包含晶體管或者反相器之外的多個元件。例如，在形成環(huán)形振蕩器時可以串聯(lián)連接多個反相器。這些反相器也可以是NAND或NOR單元的一部分?？梢允褂闷渌叽缰圃炀w管，例如使用更短的溝道長度或者更大的溝道寬度。
還觀察到，該場效應(yīng)晶體管適于集成到一個集成電路或者晶體管矩陣中。此處，無需在所有晶體管中利用雙極特性。特別地，對于某些晶體管只利用p型或者n型特性是極為有利的。例如用于顯示器的集成電路或者晶體管矩陣可設(shè)于柔性襯底上，使得該器件整體具有柔性。
本發(fā)明的第二目標(biāo)在于以適當(dāng)?shù)姆绞街圃煸撈骷２捎萌魏螡穹ɑ瘜W(xué)沉積技術(shù)涂敷該有機雙極半導(dǎo)體材料可實現(xiàn)該目標(biāo)。通過使用小帶隙半導(dǎo)體材料可實現(xiàn)這一點。優(yōu)選地，利用其中集成了第一和第二電極且可選地也集成了其它電極的單個電極層。如上述文字所解釋，本發(fā)明的一個主要優(yōu)點在于可集成到大規(guī)模電路且需要更少的不同電極材料。實際上，這意味著工藝得到大幅改進(jìn)。
參考下圖將進(jìn)一步詳述本發(fā)明的器件和方法的這些方面及其它方面，附圖中

圖1示出了一對晶體管的截面示意圖；圖2示出了在一個雙極晶體管中，柵電極電壓Vg不同時，源電極和漏電極之間的電壓Vds和所得到的電流Ids之間的關(guān)系；圖3示出了在只有n型半導(dǎo)體材料的單極晶體管中，柵電極電壓Vg不同時，源電極和漏電極之間的電壓Vds和所得到的電流Ids之間的關(guān)系；圖4示出了反相器單元的電路圖；圖5示出了包含雙極晶體管的反相器單元的輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關(guān)系；圖6示出了反相器單元實施例的示意性俯視圖；圖7示出了在本發(fā)明中應(yīng)用的以小帶隙的單一半導(dǎo)體材料作為有源層的雙極晶體管中，柵電極電壓Vg不同時，源電極和漏電極之間的電壓Vds和所得到的電流Ids之間的關(guān)系；圖8示出了多個具有小帶隙的有機半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)式；圖9示出了對于各種正的源-漏電壓Vsd，漏電流Ids和施加在柵電極上的電壓Vg之間關(guān)系的曲線圖，該圖涉及圖8中的化合物SQ3；
圖10示出了與圖9相似的曲線圖，仍是化合物SQ3，但是源-漏電源Vsd為負(fù)；圖11示出了與圖9相似的曲線圖，但是是對于圖8中的化合物SQ2；圖12示出了與圖11相似的曲線圖，仍是化合物SQ2，但是源-漏電源Vsd為負(fù)；圖13示出了與圖9相似的曲線圖，但是是對于圖8中的化合物TPDNi；以及圖14示出了與圖13相似的曲線圖，仍是化合物TPDNi，但是源-漏電源Vsd為負(fù)。
圖1所示器件10包含位于電絕緣襯底1上的第一場效應(yīng)晶體管11和第二場效應(yīng)晶體管12。第一電極層2和第二電極層3位于襯底1上。在第一電極層2中定義源電極21、21’和漏電極22、22’，分別由溝道23、23’將電極對21、22和21’、22’互相分隔。在第二電極層3中定義柵電極24、24’及將其互連的互連25。柵電極24在第一電極層2上的垂直投影中，柵電極24基本上與溝道23重疊。此外還存在中間電介質(zhì)層4和根據(jù)本發(fā)明具有小帶隙的有機半導(dǎo)體材料的有源層5。
上述各層2、3、4、5在襯底1上的順序為第二電極層3、中間層4、第一電極層2和有源層5。為了使襯底平整，提供了由例如聚乙烯醇或光致抗蝕劑制成的絕緣平整化層(未示出)。第二電極層3含有金，并借助已曝光和顯影的光敏抗蝕劑，采用已知的方法將其制成所需的圖形。中間層4通常包含諸如苯并環(huán)丁烯、聚酰亞胺、聚乙烯酚的光可結(jié)構(gòu)化的有機電介質(zhì)或者諸如SU8的光致抗蝕劑。中間層也可包含諸如SiO2的無機電介質(zhì)，在第一實驗中就是這種情況。在第二實驗中，光致抗蝕劑SU8作為中間層涂敷。這種情況下第一電極層2含有金。
第一電極層2通過旋轉(zhuǎn)涂敷被覆蓋厚50nm的有源層5。有源層5包含提供雙極特性的材料。根據(jù)本發(fā)明，該材料為小帶隙的半導(dǎo)體材料。該有源層應(yīng)盡可能地沒有任何離子，因為這些離子會導(dǎo)致漏電流。
圖2和圖3討論了與具有n型溝道的晶體管相比雙極晶體管的原理。圖4、5和6示出了將該雙極晶體管應(yīng)用于反相器結(jié)構(gòu)的實例。
圖2示出了具有有源層的晶體管的數(shù)據(jù)，其中該有源層為[6，6]-苯基C61丁酸甲脂和OC1OC10-PPV-聚[2-甲氧基，5-(3，7二甲基-辛氧基]-p-苯撐乙烯的混合物。該混合物中的比例為4∶1。圖3示出了參照晶體管的曲線圖，其中[6，6]-苯基C61丁酸甲脂用作半導(dǎo)體材料，也就是說，只有n型材料。這些曲線圖是基于對典型測試器件的測量，其中柵電極24位于硅襯底內(nèi)。襯底1的表面隨后被氧化成二氧化硅，該二氧化硅形成電介質(zhì)層4。在該電介質(zhì)層上置有由金制成的源和漏電極21、22。在其頂上是有源層5。溝道長度于是為40μm，溝道寬度為1mm。該SiO2層用涂底料處理，其中該涂底料為六甲基二硅氮烷(HMDS)。
圖2示出了對于不同的柵電壓Vg，電流Ids(單位為nA)與源和漏電極間電壓Vds的關(guān)系曲線的圖示。柵電極上為大的負(fù)電壓Vg時，如圖2(a)所示，該晶體管處于“空穴增強模式”。該晶體管的特性在此與由半導(dǎo)體材料OC1OC10-PPV制成的單極晶體管相同。柵電壓低且漏電壓Vds高時，電流Ids隨漏電壓Vds明顯增加。這是雙極晶體管的典型特性，參照單極晶體管沒有該特性。
如圖2(b)所示，當(dāng)柵電極上為正電壓Vg時，該晶體管工作于“電子增強模式”，Vg＝30伏時遷移率為3.10-5cm2/Vs。當(dāng)漏電壓Vds低時，電流的非線性增加顯著。當(dāng)柵電壓Vg低(例如15V)且漏電壓Vds高(例如25V)時，再次發(fā)現(xiàn)電流的顯著增加，這對于雙極晶體管是典型的。電流的增加歸結(jié)于如下事實在特定條件下，該晶體管中同時存在空穴和電子，使得在溝道中形成p-n結(jié)。
當(dāng)晶體管處于“空穴增強模式”時，可以用基于指數(shù)態(tài)密度(DOS)的載荷子跳躍的模型描述該電流，這從Phys.Rev.B 57，12964(1998)已知。對于n型電導(dǎo)率的描述，考慮注入限制電流。當(dāng)Vds增加到Vds等于Vg-Vso(開啟電壓)時，溝道在漏電極被截止。對于更大的漏電壓Vds，在單極晶體管中將在漏電極周圍形成耗盡區(qū)，并且電流將飽和。然而，對于雙極晶體管，當(dāng)漏電壓Vds進(jìn)一步增加時，電子聚集在漏電極。這兩個聚集區(qū)為pn結(jié)的出現(xiàn)做準(zhǔn)備。假設(shè)pn結(jié)的電流不能變，并假設(shè)電子積聚區(qū)域和空穴積聚區(qū)域的組合長度等于溝道長度，則可接著計算源和漏之間的電流Ids。由此可推知，電流Ids由空穴電流和電子電流之和構(gòu)成。因此雙極晶體管物理上可看作是并聯(lián)的p型和n型晶體管。
雙極晶體管非常適于集成為反相器。圖4示出了基于雙極晶體管的反相器單元的電路圖。圖5示出了該反相器單元的傳輸特性，其中采用了具有相同有源層的兩個晶體管。所采用的晶體管的有源層為[6，6]-苯基C61丁酸甲脂和OC1OC10-PPV的混合物。參考圖2描述了所采用的晶體管。取決于電源電壓VDD的極性，根據(jù)本發(fā)明的反相器工作于第一或者第三象限。另一方面，基于單極邏輯的反相器僅工作于第一象限。而且，在輸入電壓VIN的值低和高時，可觀察到輸出電壓VOUT的微小增加。該增加可歸結(jié)于這一事實兩個晶體管起著n型和p型晶體管的并聯(lián)電路的作用。然而，輸入電壓VIN高和低時，反相器仍然都能抽取一些電流。這導(dǎo)致了所發(fā)現(xiàn)的輸出電壓VOUT的增加?？梢杂脩B(tài)密度(DOS)方法模擬該反相器的性能。這產(chǎn)生圖中用黑線所示的特性。而且，VOUT和VIN之間的曲線圖在該象限內(nèi)顯著地具有相當(dāng)對稱的位置。這是有利的，因為斷開電壓—輸入電壓VIN的值等于輸出電壓VOUT的值時的電壓—位于具有最小輸出的輸入電壓和具有最大輸出的輸入電壓的中間。其結(jié)果為，噪聲容限最為理想。另一方面，使用單極邏輯時，斷開電壓偏離所述中間值，從而噪聲容限進(jìn)一步降低。
圖6為圖4所示的反相器單元10的實施例的平面視圖。此處使用了公用柵電極24，且源和漏電極21、22實現(xiàn)為成叉指結(jié)構(gòu)。這使得在有限的表面上形成寬溝道23、23’。于是由第一晶體管的源電極21和第二晶體管的源電極21’共用漏電極22。
圖7示出了雙極場效應(yīng)晶體管的特性，其中使用小帶隙材料作為有源層。在該實例中，利用了聚(3，9-二叔丁基茚并[1，2-b])芴(也用PIF表示)，盡管并非必須使用該材料。PIF材料以大約1％的濃度溶解到氯苯中，并使用旋轉(zhuǎn)涂敷將其涂敷到測試器件的表面。該測試器件具有如下構(gòu)造。柵電極位于硅襯底內(nèi)。襯底的表面被氧化成二氧化硅，該二氧化硅形成電介質(zhì)層。由金制成的源和漏電極位于該電介質(zhì)層上。其上為有源層。溝道的長度為40μm，溝道寬度為1mm。該SiO2層用涂底料處理，其中該涂底料為六甲基二硅氮烷(HMDS)。旋轉(zhuǎn)涂敷之后，器件在真空中加熱到90℃。曲線圖表明我們在此處理的是雙極晶體管。得到的空穴和電子遷移率約為2.10-5。
圖8示出了許多具有小帶隙的有機半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)式。這些材料都是小分子?？梢詫⑺鼈兙酆?，但并非必須如此。優(yōu)選將它們聚合成網(wǎng)絡(luò)，特別是聚合成電絕緣聚合物的網(wǎng)絡(luò)。
所示材料的前三個，SQ1、SQ2、和SQ3為squaraine類型的實例。這些材料的中間部分為帶有兩個羧基的四元環(huán)。每種情況下的端基是不同的，但是都通過亞甲基(-CH＝)連接到中間部分，該亞甲基形成了共軛系統(tǒng)的一部分。所示的結(jié)構(gòu)為所謂的Zwitter離子，其中中間部分為具有有效負(fù)電荷的電子施主，且端基為具有有效正電荷的電子受主。該實例中端基帶有叔丁基。這并非是必須的，該叔丁基基團可用其它基團代替，例如烷基或者烷氧基、特別是n-烷基或異丙基或者任何其它芳香基。從US 5,728,867、US 4,673,630和US 5,071,588可了解亞基團的更多實例。
所示化合物的正式名稱為SQ11-(2，6，-二-叔丁基吡喃-4-y1-亞甲基)-3-(2，6，-二-叔丁基吡喃-4-基iden甲基)-2-氧代-環(huán)丁-4-醇鹽；SQ21-(2，6，-二-叔丁基硫代吡喃-4-基-亞甲基)-3-(2，6，-二-叔丁基硫代吡喃-4-基iden甲基)-2-氧代-環(huán)丁-4-醇鹽；SQ32，4-二-3-guaiazylenyl-1，3-二羥基環(huán)丁烯二ylium二氫氧化二(內(nèi)鹽)；TPDNi二(4-二甲基氨基二硫代芐基)鎳；PCBM[6，6]-苯基C61丁酸甲脂。然而這不是根據(jù)本發(fā)明的小帶隙有機半導(dǎo)體材料。
圖9示出了對于不同的正的源-漏電壓Vd，漏電流Ids和施加在柵電極上的電壓Vg之間關(guān)系的曲線圖，該曲線圖涉及圖8中所示的化合物SQ3；圖10示出了和圖9類似的圖示，仍然涉及化合物SQ3，但是源-漏電壓Vd為負(fù)。通過將材料旋轉(zhuǎn)涂敷到測試襯底上而獲得這些結(jié)果。該測試襯底包含重?fù)絊i n++公用柵極，柵極上的作為柵極電介質(zhì)的SiO2層，以及由金制成的源和漏電極。在黑暗中真空下測量得到這些結(jié)果。實驗期間，源電極接地，改變漏電極上的電壓以設(shè)置源和漏電極之間的電壓Vsd。每幅圖中示出不同電壓Vsd的四條曲線。
圖9中可區(qū)分出左邊部分和右邊部分。在左邊部分，所施加的柵電壓Vg為負(fù)，發(fā)生空穴輸運。在右邊部分，所施加的柵電壓Vg為正，發(fā)生電子輸運。將該圖和圖3進(jìn)行比較，右邊部分呈現(xiàn)與單極n型晶體管類似的行為。左邊部分是雙極晶體管所特有的。對于如圖10所示的負(fù)漏電壓Vsd，存在相同的現(xiàn)象，然而此處的左邊部分為類似于傳統(tǒng)單極p型晶體管中的輸運的空穴輸運，右邊部分是雙極晶體管所特有的。換而言之，該雙極晶體管可以說成是包含基于電子輸運的第一溝道和基于空穴輸運的第二溝道。
從圖9和10可以推導(dǎo)出，該晶體管中半導(dǎo)體材料的遷移率是非常高的。開/關(guān)比非常好，閉態(tài)(Vg接近零)電流非常小，特別是Vsd位于約-15V到+15V之間時。
圖11至14示出了也可用于獲得雙極晶體管的其它半導(dǎo)體材料的曲線。圖11和12示出了squaraine類的第二個實例，此時是SQ2。發(fā)現(xiàn)該實例具有非常有限的滯后，但其開/關(guān)比小于SQ3。閉態(tài)電流和SQ相當(dāng)。
圖13和14示出了四硫代鎳配合物TPDNi的輸運曲線。該材料的性能比squaraine的遜色。首先，開/關(guān)比小得多。第二，閉態(tài)電流大得多，使得更大的漏電流流過溝道。
在此作為比較，已經(jīng)以并五苯作為有機半導(dǎo)體材料進(jìn)行實驗。該材料并非小帶隙材料。特別地，其帶隙大于2eV。并五苯公知為p型材料。將并五苯作為前體分子涂敷到測試襯底。將其與從WO-A 03/030278已知的載體材料相混合。涂敷到襯底之后，在熱處理中將該前體轉(zhuǎn)變成并五苯。在測量中觀察到一些電子輸運，然而該材料的遷移率接近零，電極和并五苯之間的注入勢壘高。
權(quán)利要求
1.包含場效應(yīng)晶體管的電子器件，該場效應(yīng)晶體管設(shè)有通過包含有機半導(dǎo)體材料的溝道互相連接的源電極和漏電極，以及通過電介質(zhì)層與溝道分隔的柵電極，其特征在于該有機半導(dǎo)體材料為小帶隙材料，且源電極和漏電極包含相同的材料。
2.權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于第一和第二電極定義為電極層中的圖形。
3.權(quán)利要求2所述的電子器件，其特征在于該電極層包含貴金屬。
4.權(quán)利要求1或2所述的電子器件，其特征在于在電極層和具有有機半導(dǎo)體材料的溝道之間設(shè)有表面雙極層。
5.權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于所述帶隙小于1.8eV。
6.權(quán)利要求1或5所述的電子器件，其特征在于該有機半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)包含位于端基之間的共軛中間部分，所述中間部分和所述端基中的至少一個共同充當(dāng)電子施主和電子受主對。
7.權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于該有機材料是從下述組中進(jìn)行選擇，該組包括squaraine和croconaine、酞菁、naphtalocyanine、卟啉、oligoarylen、聚亞芳基、二硫戊環(huán)金屬配合物的衍生物、醌染料、5，6，10，11四硫族并四苯。
8.權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于該有機材料是從聚茚并芴族中選擇。
9.前述任一權(quán)利要求所述的電子器件，其特征在于該有機半導(dǎo)體材料為有機聚合物結(jié)構(gòu)的一部分，通過將該半導(dǎo)體材料結(jié)合到基質(zhì)材料中而獲得所述結(jié)構(gòu)。
10.權(quán)利要求1所述的電子器件，其中該聚合物結(jié)構(gòu)為聚合物網(wǎng)絡(luò)。
11.電子器件的制造方法，該電子器件包含設(shè)有第一和第二電極的半導(dǎo)體元件，通過包含有機半導(dǎo)體材料的溝道將該第一和第二電極互相連接，其特征在于該有機半導(dǎo)體材料為具有小帶隙的可溶液加工的材料，從而產(chǎn)生具有雙極特性的元件，采用濕法化學(xué)沉積技術(shù)在襯底上提供該元件。
全文摘要
提供了一種具有呈雙極特性的有機半導(dǎo)體材料的場效應(yīng)晶體管。另外，使得能夠?qū)崿F(xiàn)雙極特性的有機半導(dǎo)體材料是具有小帶隙的材料。
文檔編號H01L51/52GK1742393SQ200480002930
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者S·塞塔耶斯, D·M·德里尤, M·布伊徹, T·D·安托波洛斯, W·P·M·尼斯森, E·J·梅杰 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司