制造有机晶体管的方法和有机晶体管技术

本发明专利技术涉及一种制造有机晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：在基底(1)上提供第一电极(2)，产生至少部分分配给所述基底(1)和/或至少部分分配给所述第一电极(2)的源极‑漏极绝缘体(3)，产生分配给所述源极‑漏极绝缘体(3)的第二电极(4)，在所述第一电极(2)、所述第二电极(4)和所述源极‑漏极绝缘体(3)上沉积有机半导体层(5)，产生分配给所述有机半导体层(5)的栅极绝缘体(6)，以及提供分配给所述栅极绝缘体(6)的栅极(7)。此外，本发明专利技术涉及一种有机晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及制造有机晶体管的方法和有机晶体管。
技术介绍
垂直有机场效应晶体管(VOFET)(通常为场效应晶体管)由三个电极即栅极、源极和漏极形成。在VOFET中，源极和漏极通过有机半导体彼此连接。栅极通过绝缘体与源极和漏极分开。VOFET被认为是用于AMOLED(AMOLED-有源矩阵有机发光二极管)背板技术的潜在器件。由于其垂直沟道几何形状，垂直晶体管概念被认为优于水平薄膜晶体管(OTFT)，因为其提供高的通态电流。然而，仍要显示足够的开/关比、对绝缘体材料的特定性质的降低的敏感性、更大的性能稳定性和改进的均匀性。此外，VOFET需要复杂的制造方案，这可能限制它们的应用领域和总的利用。因此，特别感兴趣的是具有带有高导通电流密度、高开/关比、大程度的操作稳定性和均匀性的VOFET以及与大规模生产技术相容的简单制造方案。已知的VOFET具有以下层序列：基底/栅极/绝缘体/源极/漏极，所谓的底栅结构。在这种设计中，可以将k-高绝缘体用作栅极绝缘体，并且可以通过现有技术的光刻法将栅图案化。然而，在该布局中也存在几个缺点。为了实现例如显示应用所需的高分辨率，需要快速且可靠的图案化技术。然而，该结构需要在有机半导体材料上构造源极和漏极。即使理论上通过阴影掩模(shadowmasks)可以完成该结构，但是背板晶体管需要诸如光刻的高分辨率技术。然而，对有机半导体材料的光刻具有有限的加工自由度。特别地，由于有机材料的敏感性而很少应用蚀刻方法。由于低产率、有限的分辨率和耐久性，微电子工业不期望剥离工艺(蚀刻的替代)。文献WO2010/113163A1公开了一种垂直有机场效应晶体管及其制造方法。该晶体管包含封装在介电层和有源元件之间的图案化电极结构。该有源元件是任一种有机半导体。通过使用嵌段共聚物材料作为图案化掩模对电极结构进行图案化。由此，可以选择图案化层的厚度和横向特征尺寸。然而，文献WO2010/113163A1中描述的器件通过阴影掩模和特殊的自组装工艺来图案化并因此不适于大规模生产工艺如光刻和蚀刻。在文献WO2011/139774中公开了用于形成具有图案化的导电层的有机器件的方法。所述方法包括以下步骤：在基底上沉积有机层并利用光致抗蚀剂溶液涂覆有机层以形成可光图案化层。光致抗蚀剂溶液包含氟化光致抗蚀剂材料和氟化溶剂。照射可光图案化层的选定部分以形成图案。导电层涂覆在有机层上。移除导电层的一部分以形成图案化导电层。文献WO2011/139774中公开的该特定方法使得能够在有机半导体上进行光刻。然而，为了将例如在有机半导体的上部的金属层图案化，必须使用剥离或蚀刻。已经在有机半导体上展示了剥离和蚀刻。然而，由于低的工艺成品率而导致两种方法都不适合大规模生产。K.Nakamura等，应用物理快报(AppliedPhysicsLetters)，89卷，第103525页(2006年)公开了一种垂直有机发光晶体管。将栅极布置在基底上并用栅绝缘层覆盖。将半导体层涂覆在栅绝缘层上。在半导体层上布置源极、绝缘层和空穴传输层。此外，晶体管包括发光层和漏极。以这种方式，产生垂直型有机发光晶体管。然而，这些器件也难以与大规模生产相容，因为它们需要阴影掩模图案化，其不能用于微电子学中所需的小结构。Kleemann等在文献WO2013/149947A1中公开了通过光刻法集成的垂直有机晶体管。然而，即使能够如该文献中所示在有机半导体材料上进行光刻、剥离和蚀刻，但由于有机半导体的自然的化学和机械敏感性而在大规模生产中不期望这种工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于有机晶体管的改进的技术。需要提供一种允许器件中高电流密度的晶体管设计以及以容易且可控的方式制造这种晶体管的方法。该目的通过根据独立权利要求1的制造有机晶体管的方法和根据独立权利要求14的有机晶体管来解决。另外的实施方案是从属权利要求的主题。根据一个方面，提供了一种用于制造有机晶体管的方法。所述方法包括以下步骤：在基底上提供第一电极，产生至少部分地分配给基底和/或至少部分地分配给第一电极的源极-漏极绝缘体，产生分配给所述源极-漏极绝缘体的第二电极，在所述第一电极和所述第二电极上沉积有机半导体层，产生分配给所述有机半导体层的栅极绝缘体，以及提供分配给所述栅极绝缘体的栅极。在另一方面，提供了一种有机晶体管，包含：在基底上的第一电极，至少部分地分配给基底和/或至少部分地分配给第一电极的源极-漏极绝缘体，分配给所述源极-漏极绝缘体的第二电极，布置在所述第一电极和所述第二电极上的有机半导体层，分配给所述有机半导体层的栅极绝缘体，以及分配给所述栅极绝缘体的栅极。提供了所谓的顶栅设计中的有机晶体管。顶栅设计有利地适合于用于源极和漏极的图案化的大规模生产技术，例如通过光刻和蚀刻。因此它与在平板工业中使用的现有技术的背板工艺相容。此外，栅极绝缘体可以充当有机半导体材料的劣化屏障，因为绝缘体材料在有机材料的上部。在如上所述的电极的构造中，第一电极可以充当晶体管的漏极，而第二电极可以充当源极。此外，第一电极可以用作源极，而在这种情况下第二电极是晶体管的漏极。在本申请中，分配给层B的层A可以意味着层A与层B接触。例如，层A和B彼此直接接触。在一个实施方案中，层A至少部分地在层B的上部。层A和B可以是晶体管的所有部件。漏极和源极各自提供用于向晶体管施加电压的触点。栅极提供用于控制晶体管的状态的触点。晶体管可以是垂直晶体管。此外，晶体管可以是薄膜晶体管。第一电极(至少部分地或完全地)可以与基底直接接触。此外，源极-漏极绝缘体(至少部分地或完全地)可以与基底直接接触。该方法还可以包括在沉积有机半导体层之前产生分配给第二电极的第二电极层，使得第二电极至少部分地被第二电极层覆盖的步骤。该方法还可以包括在沉积有机半导体层之前产生分配给第一电极的第一电极层，使得第一电极被第一电极层至少部分覆盖的步骤。第二电极层和/或第一电极层可以分别是掺杂层或注入改进层。在一个实施方案中，通过物理气相沉积、特别是通过热蒸发产生例如各自是掺杂层的第二电极层和/或第一电极层。由此，产生第二电极和/或第一电极层的步骤可以以简单的方式集成在已知的制造工艺中。在另一实施方案中，通过溶液处理产生例如各自为注入改进层的第二电极层和/或第一电极层。第二电极层和/或第一电极层可以包含掺杂剂材料。第二电极层和/或第一电极层可以包含基质材料。基质材料可以是有机半导体材料。在一个实施方案中，作为第一掺杂层的第一电极层和/或作为第二掺杂层的第二电极层可以分别由纯的掺杂剂材料制成。第一掺杂层和第二掺杂层可以由相同的纯掺杂剂材料制成。或者，两个掺杂层可以都由不同的纯掺杂剂材料制成。第一掺杂层和/或第二掺杂层可分别包含含掺杂剂材料的基质材料。第一掺杂层和第二掺杂层可以包含含相同掺杂剂材料的相同基质材料。或者，两个掺杂层都包含含不同掺杂剂材料的相同基质材料。在另一替代方案中，两个掺杂层都包含具有相同或不同掺杂剂材料的不同基质材料。在包含基质材料和掺杂剂材料的第一和/或第二掺杂层中，掺杂剂材料可以以在层中小于5摩尔％，优选小于2摩尔％的比例存在。在掺杂层中使用的基质材料可以与有机半导体层的材料相同或者可以与有机半导体层的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造有机晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：‑在基底(1)上提供第一电极(2)，‑产生至少部分分配给所述基底(1)和/或至少部分分配给所述第一电极(2)的源极‑漏极绝缘体(3)，‑产生分配给所述源极‑漏极绝缘体(3)的第二电极(4)，‑在所述第一电极(2)、所述第二电极(4)和所述源极‑漏极绝缘体(3)上沉积有机半导体层(5)，‑产生分配给所述有机半导体层(5)的栅极绝缘体(6)，以及‑提供分配给所述栅极绝缘体(6)的栅极(7)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 EP 14162388.41.一种制造有机晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：-在基底(1)上提供第一电极(2)，-产生至少部分分配给所述基底(1)和/或至少部分分配给所述第一电极(2)的源极-漏极绝缘体(3)，-产生分配给所述源极-漏极绝缘体(3)的第二电极(4)，-在所述第一电极(2)、所述第二电极(4)和所述源极-漏极绝缘体(3)上沉积有机半导体层(5)，-产生分配给所述有机半导体层(5)的栅极绝缘体(6)，以及-提供分配给所述栅极绝缘体(6)的栅极(7)。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤中的至少一个：-在沉积所述有机半导体层(5)之前产生分配给所述第二电极(4)的第二电极层(8a)，使得所述第二电极(4)至少部分地被所述第二电极层(8a)覆盖，和-在沉积所述有机半导体层(5)之前产生分配给所述第一电极(2)的第一电极层(8b)，使得所述第一电极(2)至少部分地被所述第一电极层(8b)覆盖。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二电极层(8a)和/或所述第一电极层(8b)分别是掺杂层或注入改进层。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中通过物理气相沉积来产生所述第二电极层(8a)和/或所述第一电极层(8b)。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中通过溶液处理来产生所述第二电极层(8a)和/或所述第一电极层(8b)。6.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其中所述第二电极层(8a)和/或所述第一电极层(8b)包含电掺杂剂材料。7.根据权利要求2～6中任一项所述的方法，其中所述第二电极层(8a)和/或所述第一电极层(8b)包含基质材料。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述基质材料是有机半导体材料。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以下步骤中的至少一个包括光刻结构化的步骤：-提供所述第一电极(2)的步骤，-产生所述源极-漏极绝缘体(3)的步骤，-产生所述第二电极(4)的步骤，-产生所述第二电极层(8a)的步骤，-产生所述第一电极层(8b)的步骤，-产生所述栅极绝缘体(6)的步骤，以及-产生所述栅极(7)的步骤。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电极(2)具有第一子电极部并且所述第二电极(4)具有第二子电极部，所述多个子电极部布置在交叠子电极部的分开的组中，其中所述交叠子电极部的分开的组各自具有与至少一个第二子电极部交叠的至少一个第一子电极部。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供所述第一电极(2)的步骤包括以下步骤：-沉积第一导电层，-沉积第一光致抗蚀剂层，-通过图案化所述第一光致抗蚀剂层来限定用于所述第一电极(2)的电极区域，由此提供第一光致抗蚀剂图案，-蚀刻所述第一导电层，以及-通过剥去工艺除去所述第一光致抗蚀剂图案，由此产生所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·克勒曼，扬·布洛赫维茨尼莫特，格雷戈尔·施瓦茨，
申请(专利权)人：诺瓦尔德股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE