專利名稱：電化學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)器件，特別是基于導(dǎo)電有機(jī)材料的、可印刷的電化學(xué)晶體管器件。
背景技術(shù)：
已經(jīng)成功地將半導(dǎo)電和導(dǎo)電的有機(jī)材料—聚合物和分子包含在大規(guī)模的電子器件(例如電化學(xué)器件)中，例如作為靈敏窗口(smart window)和聚合物電池中的動(dòng)態(tài)著色劑(dynamic colorant)。涉及運(yùn)動(dòng)離子的可逆摻雜和去雜使材料在不同的氧化還原狀態(tài)之間切換。
已經(jīng)使用高分子半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)器件。這些器件的晶體管通道含所討論的高分子半導(dǎo)體，它們的作用基于由外加電場(chǎng)所引起的高分子半導(dǎo)體中載流子特性的變化。在這種晶體管中，使用該聚合物作為常規(guī)的半導(dǎo)體，因?yàn)殡妶?chǎng)僅僅使電荷在該聚合物材料內(nèi)再分布。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這樣一種晶體管，其適宜小型化，并可以用于制造完全由聚合物材料組成的集成電路(PCT公開(kāi)WO 99/10939)。描述了具有頂門(mén)(top-gate)或底門(mén)(bottom-gate)的夾層式疊層組件(stack)。在歐洲專利申請(qǐng)EP1041653中描述了具有相似構(gòu)造的晶體管器件，其也使用聚合物作為晶體管通道中的半導(dǎo)電材料。
另一類基于有機(jī)材料的晶體管器件利用了有機(jī)材料的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)。這些器件含電解質(zhì)和能夠在氧化與還原狀態(tài)之間切換的導(dǎo)電聚合物。這些氧化狀態(tài)中的一種相應(yīng)于材料的電導(dǎo)率低，優(yōu)選為零，而另一種氧化狀態(tài)則相應(yīng)于比第一種狀態(tài)高的電導(dǎo)率。已經(jīng)使用電化學(xué)晶體管器件作為傳感器，例如用于檢測(cè)溶液中氧化劑的傳感器(見(jiàn)Baughman和Shacklette，Proceedings of the Sixth Europhysics Industrial Workshop(1990)，第47-61頁(yè)，用于參考)。此外，在Rani等人，固態(tài)電子學(xué)雜志，(1998)，第2卷，第99-101頁(yè)中報(bào)道了一種電化學(xué)型晶體管。此參考文獻(xiàn)的圖1中顯示了該現(xiàn)有技術(shù)晶體管中的柵極構(gòu)造。
現(xiàn)有技術(shù)電化學(xué)晶體管器件具有的問(wèn)題包括它們難以制造，并且制造起來(lái)很昂貴。特別是沒(méi)有公開(kāi)能夠大量生產(chǎn)的電化學(xué)晶體管器件。而且，現(xiàn)有技術(shù)電化學(xué)晶體管器件比較高的功耗妨礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。此外，現(xiàn)有技術(shù)器件中使用的材料對(duì)環(huán)境的友好性、加工性能和經(jīng)濟(jì)制造可能性都不夠。因此，需要一種新的且改進(jìn)的電化學(xué)晶體管器件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)發(fā)展電化學(xué)晶體管器件的技術(shù)，并通過(guò)提供一種處理(handling)、制造、處置及其它特性均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的器件，以滿足這種要求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電化學(xué)晶體管器件，該器件可以通過(guò)常規(guī)的印刷方法沉積在各種不同的、堅(jiān)硬或柔軟的基質(zhì)上。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供對(duì)環(huán)境安全的電化學(xué)晶體管器件，使得該器件及器件沉積于其上的任何支撐物的處置不產(chǎn)生操作問(wèn)題，并且使得該器件的使用沒(méi)有任何安全性限制。
本發(fā)明的再一個(gè)目的綜合利用這種材料的若干不同性能，使導(dǎo)電有機(jī)材料具有新的應(yīng)用。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供制造這種器件的方法，該方法采用常規(guī)的印刷方法或其它眾所周知、相對(duì)廉價(jià)且易于按比例放大(scaled up)的沉積方法。
通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中限定的電化學(xué)晶體管器件，可以滿足前述的目的。從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的特定實(shí)施方案。此外，從以下的詳細(xì)說(shuō)明中可以明顯看出，本發(fā)明還具有其它優(yōu)點(diǎn)和特征。
因此，本發(fā)明提供一種支撐式或自支撐式的電化學(xué)晶體管器件，該器件包括-源極接點(diǎn)；-漏極接點(diǎn)；-至少一個(gè)柵極；-排列在源極和漏極接點(diǎn)之間并與之直接電接觸的電化學(xué)活性元件，該電化學(xué)活性元件包含晶體管通道，并且由包含有機(jī)材料的材料制成，所述有機(jī)材料能夠通過(guò)改變其氧化還原狀態(tài)而在電化學(xué)上改變其電導(dǎo)率；及-固化的電解液，該固化電解液與電化學(xué)活性元件和所述至少一個(gè)柵極直接電接觸，并以阻止電化學(xué)活性元件與所述柵極之間的電子流的方式放入其間，由此可以通過(guò)施加到所述柵極上的電壓控制電子在源極接點(diǎn)與漏極接點(diǎn)之間流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件的結(jié)構(gòu)是有益的，因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)只有幾層的層狀晶體管器件，例如具有一層帶有圖案的包含有機(jī)材料的材料層，該層包含源極、漏極接點(diǎn)和柵極，以及電化學(xué)活性元件。然后，優(yōu)選地，用一所述材料的連續(xù)片形成源極和漏極接點(diǎn)和電化學(xué)活性元件?；蛘呖梢杂昧硪环N與電化學(xué)活性元件形成直接電接觸的導(dǎo)電材料形成源極和漏極接點(diǎn)。也可以用另一種導(dǎo)電材料形成柵極。為了提供必要的電化學(xué)反應(yīng)，從而改變活性元件的電導(dǎo)率，安裝固化電解液以使它與活性元件和柵極都形成直接電接觸。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將源極和漏極接點(diǎn)與門(mén)電極，以及活性元件全都安排在一個(gè)平面內(nèi)，進(jìn)一步通過(guò)普通的印刷方法簡(jiǎn)化器件的制造。這樣，依據(jù)本發(fā)明此實(shí)施方案的電化學(xué)器件使用橫向器件構(gòu)造。有益的是，可以這樣沉積一層固化電解液其至少部分覆蓋柵極，并覆蓋電化學(xué)活性元件。此固化電解液層可以是連續(xù)的或間斷的，這部分取決于要實(shí)現(xiàn)兩種主要類型晶體管構(gòu)造中的哪一種(見(jiàn)下文)。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件便于控制源極和漏極接點(diǎn)之間的電子流。可以通過(guò)改變其中有機(jī)材料的氧化還原狀態(tài)來(lái)改變電化學(xué)活性元件晶體管通道的電導(dǎo)率。這可以通過(guò)向柵極施加電壓實(shí)現(xiàn)，而這樣會(huì)在電解質(zhì)中產(chǎn)生電場(chǎng)。在電解質(zhì)與電化學(xué)活性元件之間的接觸區(qū)域中，發(fā)生改變有機(jī)材料電導(dǎo)率的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)。
所述氧化還原反應(yīng)的結(jié)果是使晶體管通道中的有機(jī)材料從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)或者從截止?fàn)顟B(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解的，與常規(guī)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管類似，可以通過(guò)使柵極和源極接點(diǎn)短路或使柵極和漏極接點(diǎn)短路而容易地使本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件起二極管器件的作用。在下面的描述中描述了其一個(gè)非限制的實(shí)施例。然而，當(dāng)然可以這種方式使用任何構(gòu)型的電化學(xué)晶體管器件作為二極管。
根據(jù)導(dǎo)電有機(jī)材料和電解質(zhì)的精密刻畫(huà)，本發(fā)明電化學(xué)晶體管器件可以為雙穩(wěn)態(tài)型或動(dòng)態(tài)型。在雙穩(wěn)態(tài)晶體管的實(shí)施方案中，施加到柵極上的電壓導(dǎo)致晶體管通道的電導(dǎo)率發(fā)生改變，當(dāng)中止外部電流即去掉外加電壓時(shí)，這種變化能夠維持。由于電化學(xué)活性元件和柵極互相不直接電接觸，而是被電解質(zhì)隔開(kāi)，所以由外加電壓誘導(dǎo)的電化學(xué)反應(yīng)不能反向。在此實(shí)施方案中，只使用小的、瞬間的門(mén)極電壓就可以使晶體管通道在非導(dǎo)通狀態(tài)與導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。雙穩(wěn)態(tài)晶體管可以保持誘發(fā)的氧化還原狀態(tài)幾天，在最優(yōu)選的理想情況下，可以無(wú)限期地保持。因此，本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)晶體管實(shí)施方案提供一種記乙功能，因?yàn)橹皇褂檬┘拥綎艠O上的短電壓脈沖就可能使其導(dǎo)通或截止。即使在去掉施加的電壓后，晶體管還會(huì)處于導(dǎo)電或不導(dǎo)電的氧化還原狀態(tài)。這種雙穩(wěn)態(tài)晶體管具有的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于有可能實(shí)現(xiàn)接近零功率的操作，因?yàn)槭┘拥介T(mén)上的短電壓脈沖無(wú)須大于操作相應(yīng)動(dòng)態(tài)型器件所需的一部分門(mén)極電壓。
在動(dòng)態(tài)晶體管的實(shí)施方案中，材料氧化還原狀態(tài)的改變自發(fā)隨門(mén)極電壓的撤消而反轉(zhuǎn)。這種反轉(zhuǎn)是通過(guò)電化學(xué)活性元件中與晶體管通道相鄰的氧化還原沉沒(méi)體積(redox sink volume)的供給來(lái)獲得的。此外，還提供第二柵極，并這樣安裝將兩個(gè)柵極設(shè)置在電化學(xué)活性元件的任何一邊上，一個(gè)更接近于晶體管通道，另一個(gè)更接近于氧化還原沉沒(méi)體積。兩個(gè)柵極通過(guò)電解質(zhì)與電化學(xué)活性元件分開(kāi)。將電壓施加在兩個(gè)柵極之間導(dǎo)致電化學(xué)活性元件被極化，由此發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中當(dāng)氧化還原沉沒(méi)體積中的有機(jī)材料被氧化時(shí)，晶體管通道中的有機(jī)材料被還原，反之亦然。因?yàn)榫w管通道與氧化還原沉沒(méi)體積彼此形成直接電接觸，撤消門(mén)極電壓導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)自發(fā)反轉(zhuǎn)，因此晶體管通道的初始電導(dǎo)率得以重建。要強(qiáng)調(diào)的是與現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)晶體管相反，依據(jù)本發(fā)明此實(shí)施方案的動(dòng)態(tài)晶體管自發(fā)回復(fù)到初始電導(dǎo)率狀態(tài)而不需要反向偏壓。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件的優(yōu)點(diǎn)還在于它可以容易地在支撐物如聚合物膜或紙上實(shí)現(xiàn)。因此，可以通過(guò)以下方法將不同的組分沉積在支撐物上，例如Modern Coating and Drying Technology(1992)，eds E.D.Cohen andE.B.Gutoff，VCH Publisher Inc，New York，NY，USA中描述的常規(guī)印刷方法如絲網(wǎng)印刷、膠印、墨噴式印刷和膠版印刷，或涂布方法如刮涂法、流延涂布、擠壓涂布和淋涂法。在本發(fā)明的利用導(dǎo)電聚合物作為有機(jī)材料的那些實(shí)施方案(見(jiàn)下文材料說(shuō)明)中，還可以通過(guò)以下方法進(jìn)行原位聚合沉積此材料，例如電聚合、紫外線聚合、熱聚合和化學(xué)聚合。作為這些刻畫(huà)元件的加法的替換方法，也可以使用減法，例如通過(guò)化學(xué)或氣體刻蝕，通過(guò)機(jī)械方法如刮、劃、折或研磨，或通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它減法來(lái)局部破壞材料。本發(fā)明的一個(gè)方面提供這種由本文中規(guī)定的材料制造電化學(xué)晶體管器件的方法。
然而，本發(fā)明并不限于支撐式器件，因?yàn)榭梢砸员舜酥蔚姆绞脚挪冀与姾碗姌O、電化學(xué)活性元件和電解質(zhì)時(shí)。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種自支撐式器件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，為了保護(hù)該器件，部分或完全封裝電化學(xué)晶體管器件。密封保留例如固化電解液起作用所需的任何溶劑，還使氧氣不干擾器件中的電化學(xué)反應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)液相法實(shí)現(xiàn)封裝。因此，可以使用以下方法如噴涂、浸涂或上面所列的任何常規(guī)印刷方法將液相聚合物或有機(jī)單體沉積在器件上。沉積后，可以通過(guò)以下方法使密封劑硬化，例如，通過(guò)紫外線或紅外線照射、通過(guò)溶劑蒸發(fā)、通過(guò)冷卻或通過(guò)使用二組分體系如環(huán)氧膠，其中在沉積之前直接將兩種組分混合到一起?；蛘?，通過(guò)將固體膜層疊到電化學(xué)晶體管器件上實(shí)現(xiàn)封裝。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，其中將電化學(xué)晶體管器件的元件布置在一個(gè)支撐物上，此支撐物可以起底部密封劑的作用。在這種情況下，可以更方便地進(jìn)行封裝，因?yàn)橹挥衅捻敳啃枰靡合嗝芊鈩└采w或用固體膜層疊。
現(xiàn)在，將參考其具體的實(shí)施方案和具體的材料來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。此詳細(xì)描述用于說(shuō)明，而不是以任何方式限制要求保護(hù)的本發(fā)明范圍。


圖1是本發(fā)明雙穩(wěn)態(tài)晶體管實(shí)施方案之一的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(A)上視圖，(B)沿A中I-I的橫截面，和(C)施加Vg的不同位置的上視圖。
圖2是本發(fā)明動(dòng)態(tài)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(A)上視圖，和(B)沿A中I-I的橫截面。
圖3是本發(fā)明雙穩(wěn)定晶體管另一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(A)上視圖，和(B)沿A中I-I的橫截面。
圖4是在不同柵壓下，在如圖1所示的雙穩(wěn)態(tài)PEDOT-PSS晶體管上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的Ids-Vds特性，插圖顯示了恒定Vds(Vds＝2.0伏)下的Ids-Vg。
圖5是在不同柵壓下，在動(dòng)態(tài)晶體管上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的Ids-Vds特性，插圖顯示恒定Vds(Vds＝2.0伏)下的Ids-Vg。
圖6是在不同柵壓下，在如圖1所示的雙穩(wěn)態(tài)聚苯胺晶體管上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的Ids-Vds特性，其中將聚苯胺加到甲苯溶液中，(A)一般特性，(B)A中所示圖形一部分的Y-軸放大。
圖7是在不同柵壓下，在如圖1所示的雙穩(wěn)態(tài)聚苯胺晶體管上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的Ids-Vds特性，其中將聚苯胺加到間甲酚溶液中。
具體實(shí)施例方式
定義雙穩(wěn)態(tài)電化學(xué)晶體管一種電化學(xué)晶體管器件，其中當(dāng)去掉柵壓時(shí)，晶體管通道仍保持其氧化還原狀態(tài)(由此保持其導(dǎo)電特性)。
動(dòng)態(tài)電化學(xué)晶體管一種電化學(xué)晶體管器件，其中當(dāng)去掉柵壓時(shí)，晶體管通道自發(fā)恢復(fù)至其初始氧化還原狀態(tài)(由此恢復(fù)至其初始導(dǎo)電特性)。
源極接點(diǎn)為晶體管通道提供載流子的電接點(diǎn)。
漏極接點(diǎn)從晶體管通道中接收載流子的電接點(diǎn)。
柵極電接點(diǎn)，其表面區(qū)域的任何部分都與固化電解液形成直接電接觸，因此與電化學(xué)活性元件形成離子連接。
電化學(xué)活性元件根據(jù)本發(fā)明的“電化學(xué)活性元件”是一塊含有機(jī)材料的材料，該有機(jī)材料的電導(dǎo)率可以通過(guò)改變所述有機(jī)材料的氧化還原狀態(tài)而在電化學(xué)上進(jìn)行改變。電化學(xué)活性元件通過(guò)固化電解液至少與一個(gè)柵極形成離子連接。而且，該電化學(xué)活性元件還可以與由相同或不同材料組成的源極和漏極接點(diǎn)的每一個(gè)單獨(dú)集成或與它們兩個(gè)集成。本發(fā)明電化學(xué)晶體管器件中的電化學(xué)活性元件包括晶體管通道，還可以包括氧化還原沉沒(méi)體積。
晶體管通道電化學(xué)活性元件的“晶體管通道”在源極與漏極接點(diǎn)之間建立電連接。
氧化還原沉沒(méi)體積在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，電化學(xué)活性元件還包括“氧化還原沉沒(méi)體積”。它是靠近晶體管通道并與其形成直接電接觸的電化學(xué)活性元件的一部分，其可以向晶體管通道提供電子或從晶體管通道中接收電子。因此，通過(guò)氧化還原沉沒(méi)體積內(nèi)相對(duì)立的反應(yīng)，補(bǔ)充晶體管通道內(nèi)的任何氧化還原反應(yīng)。
氧化還原狀態(tài)當(dāng)提到電化學(xué)活性元件的“氧化還原狀態(tài)”改變時(shí)，其包括電化學(xué)活性元件中的有機(jī)材料被氧化或還原的情況，以及電化學(xué)活性元件內(nèi)的電荷重新分布的情況，因此一端(例如晶體管通道)被還原，另一端(例如氧化還原沉沒(méi)體積)被氧化。在后一種情況中，電化學(xué)活性元件在整體上保持其總的氧化還原狀態(tài)，但由于內(nèi)部的載流子重新分布，所以根據(jù)本文中使用的定義，其氧化還原狀態(tài)還是發(fā)生改變。
直接電接觸兩相(例如電極與電解液)間的直接物理連接(公共界面)，這使得電荷可以通過(guò)界面進(jìn)行交換。通過(guò)界面的電荷交換可以包括電傳導(dǎo)相之間的電子轉(zhuǎn)移，離子傳導(dǎo)相之間的離子轉(zhuǎn)移，或者借助于例如電極與電解液或電解液與電化學(xué)活性元件間的界面電化學(xué)，或通過(guò)因這種界面的亥姆霍茲層的充電而產(chǎn)生的電容電流，從而導(dǎo)致的電子電流與離子電流間的轉(zhuǎn)換。
固化的電解液對(duì)于本發(fā)明，“固化的電解液”是指這樣一種電解液，其在使用溫度下足夠堅(jiān)硬，使得其體相中的顆粒/薄片基本上被高粘度/剛性的電解液所固定，而且該電解液不流動(dòng)或泄漏。在優(yōu)選的情況中，這種電解質(zhì)具有適當(dāng)?shù)牧髯冃阅芤酝ㄟ^(guò)例如常規(guī)印刷方法將此材料隨時(shí)涂覆在整張片形式或有圖案的支撐物上。沉積后，電解質(zhì)配料應(yīng)該在溶劑蒸發(fā)的基礎(chǔ)上固化或由于化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)而固化，化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)是通過(guò)額外的化學(xué)試劑或通過(guò)物理效應(yīng)如用紫外線、紅外線或微波輻射照射、冷卻或任何其它方法實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，固化電解液包括水或含有機(jī)溶劑的凝膠，例如明膠或聚合物凝膠。然而，也設(shè)想了固體聚合物電解質(zhì)，因此固體聚合物電解質(zhì)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，該定義也包含滲入合適基質(zhì)材料中的液體電解質(zhì)，或合適基質(zhì)材料支持的任何其它方式的液體電解質(zhì)，基質(zhì)材料為例如紙、織物或多孔聚合物。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，實(shí)際上此材料就是支撐物，在其上排布電化學(xué)晶體管器件，因此該支撐物形成了器件運(yùn)轉(zhuǎn)不可分割的部分。
材料優(yōu)選地，固化電解液含粘結(jié)劑。優(yōu)選的是此粘結(jié)劑具有凝膠性能。優(yōu)選地，粘結(jié)劑選自明膠、明膠衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚糖、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧乙烷、聚(苯乙烯磺酸)和聚(乙烯醇)和它們的鹽及共聚物；任選地，可以使粘結(jié)劑交聯(lián)。如果使用的粘結(jié)劑是明膠，則優(yōu)選固化電解液還包含離子鹽，優(yōu)選的離子鹽是硫酸鎂。優(yōu)選固化電解液中還包含潮解鹽如氯化鎂以保持其中的含水量。
優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的有機(jī)材料含聚合物，該聚合物在至少一個(gè)氧化狀態(tài)下是導(dǎo)電的，任選地，還含聚陰離子化合物。也設(shè)想了含多于一種聚合物材料的有機(jī)材料，例如聚合物或若干層聚合物材料，其中不同的層由相同的聚合物或不同的聚合物組成。優(yōu)選本發(fā)明電化學(xué)晶體管器件中使用的導(dǎo)電聚合物選自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚異硫代萘(polyisothianaphthalene)、聚苯撐亞乙烯基(polyphenylene vinylene)和它們的共聚物，如下列文件中所描述的J.C.Gustafsson et al，Solid Ionics，69，145-152(1994)；Handbook ofOligo-and Polythiophenes，Ch.10.8，Ed D.Fichou，Wiley-VCH，Weinhem(1999)；P.Schottland et al，Macromolecules，33，7051-7061(2000)；TechnologyMap Conductive Polymers，SRI Consulting(1999)；M.Onoda，Journal of theElectrochemical Society，141，338-341(1994)；M.Chandrasekar，ConductingPolymers，F(xiàn)undamentals and Applications，a Practical Approach，KluwerAcademic Publishers，Boston(1999)；及J.Epstein et al，Macromol Chem，Macromol Symp，51，217-234(1991)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，有機(jī)材料是3，4-二烷氧基噻吩(dialkoxythiophene)的聚合物或共聚物，其中所述兩個(gè)烷氧基可以是相同的或不同的，或共同表示任意取代的氧基-亞烷基-氧基橋。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物是3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物，其選自聚(3，4-聚亞甲二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞甲二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞乙二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞乙二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞丙二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞丙二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞丁二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞丁二氧基噻吩)衍生物和它們的共聚物。優(yōu)選聚陰離子化合物是聚(苯乙烯磺酸鹽)。
在本發(fā)明的電化學(xué)晶體管器件的一些實(shí)施方案中，優(yōu)選的支撐物選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二羧酸亞乙酯(polyethylene naphthalenedicarboxylate)；聚乙烯；聚丙烯；紙；涂料紙，如涂有樹(shù)脂、聚乙烯或聚丙烯的涂料紙；紙層壓板；紙板；瓦楞紙板；玻璃和聚碳酸酯。
主要的器件構(gòu)造通過(guò)以不同的方式刻畫(huà)電化學(xué)活性元件和接電的有機(jī)材料，電極和電解質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)兩種主要的電化學(xué)晶體管器件?，F(xiàn)將參考它們的附圖和工作原理的要點(diǎn)(outline)，舉例說(shuō)明這兩種主要的電化學(xué)晶體管器件—雙穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)電化學(xué)晶體管器件。
雙穩(wěn)態(tài)晶體管(類型1)圖1A和1B示意性地顯示了雙穩(wěn)態(tài)晶體管的一個(gè)實(shí)施方案。該晶體管包括源極接點(diǎn)1，漏極接點(diǎn)2和電化學(xué)活性元件3，它們?nèi)坑蛇B續(xù)的有機(jī)材料片形成。源極和漏極接點(diǎn)均與外部電源電接觸，這使得它們之間可以施加電壓Vds。該晶體管還包括柵極4，它可以由與源極和漏極接點(diǎn)以及電化學(xué)活性元件相同的有機(jī)材料形成。柵極4與外部電源形成電連接，這使得可以在柵極與電化學(xué)活性元件之間施加電壓Vg。這些可以通過(guò)在門(mén)4與源極1或漏極2之間，或直接在門(mén)4與電化學(xué)活性元件3之間施加Vg實(shí)現(xiàn)。所有這些有機(jī)材料組分以一層的形式沉積在支撐物6上。在這層的上面是覆蓋部分柵極4和活性元件3的凝膠電解質(zhì)層5。而且，為了防止溶劑蒸發(fā)，用封裝層7覆蓋凝膠電解質(zhì)層5。
圖1顯示了Vg極化的工作原理，在這樣一種有機(jī)材料的情況下，即該材料在其氧化狀態(tài)下是導(dǎo)電的，當(dāng)還原為其中性狀態(tài)時(shí)是不導(dǎo)電的當(dāng)在柵極4與電化學(xué)活性元件3之間施加?xùn)艍篤g時(shí)，柵極被正極化(陽(yáng)極)，電化學(xué)活性元件被負(fù)極化(陰極)。這導(dǎo)致在電化學(xué)活性元件中且在柵極處電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始；當(dāng)在柵極處發(fā)生氧化反應(yīng)的同時(shí)，晶體管通道中的有機(jī)材料被還原。晶體管通道中還原材料的電導(dǎo)率顯著下降，這導(dǎo)致晶體管通道閉合，源極與漏極之間的電流有效降低為給定的源漏間電壓Vds，即晶體管處于“截止”模式。當(dāng)中止向柵極和電化學(xué)活性元件施加電壓的外部電路時(shí)，晶體管通道保持氧化狀態(tài)。由于電解質(zhì)5中斷了電子在柵極4與電化學(xué)活性元件3之間流動(dòng)，所以電化學(xué)反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)。
因此，雙穩(wěn)態(tài)晶體管具有記憶作用用施加到門(mén)上的短脈沖柵壓Vg可以打開(kāi)或關(guān)閉晶體管通道。當(dāng)去掉柵壓時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)電狀態(tài)會(huì)保持(零功率器件)。向柵極施加不同的電壓還可以調(diào)整電化學(xué)活性元件的導(dǎo)電特性，或?qū)⑵鋸?fù)位到初始的高電導(dǎo)率模式。
正如上面概述中所說(shuō)明的，可以容易地使本發(fā)明的晶體管器件起二極管的作用。例如，這可以通過(guò)如圖1C示意所示的晶體管器件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)。與上面關(guān)于圖1A所討論的器件相比，改為將柵壓施加在柵極4與源極接點(diǎn)1之間。對(duì)于Vg電壓的負(fù)極化，各位置之間不存在電位差，但是通過(guò)用導(dǎo)體替換Vg，這種位置改變可以使柵極和源極接點(diǎn)短路。這種短路導(dǎo)致當(dāng)向源極接點(diǎn)1施加正電壓時(shí)，柵極4也被正極化。因此，如上所述，在電化學(xué)活性元件3中的還原或氧化作用的基礎(chǔ)上，形成電阻，該電阻將阻礙電荷往復(fù)(therethrough)遷移。當(dāng)通道中的電阻形成時(shí)，施加到“共用”源極與柵極的電流更多地被引至柵極，進(jìn)而提供給電化學(xué)反應(yīng)，而進(jìn)一步提高了晶體管通道的電阻。如果源漏間電壓的極性反向，會(huì)出現(xiàn)相反的情況，因此電化學(xué)活性元件將變?yōu)槭菍?dǎo)電的。因此，當(dāng)源極與門(mén)以這種方式連接時(shí)，器件會(huì)使電流沿一個(gè)方向而不沿另一個(gè)方向流動(dòng)，因此在實(shí)踐中起二極管的作用。
動(dòng)態(tài)晶體管圖2A和2B示意性地說(shuō)明了動(dòng)態(tài)晶體管。晶體管包括源極接點(diǎn)1，漏極接點(diǎn)2和電化學(xué)活性元件3，它們?nèi)坑蛇B續(xù)的有機(jī)材料片形成。電化學(xué)活性元件3包括晶體管通道3a和氧化還原沉沒(méi)體積3b。源極和漏極接點(diǎn)都與外部電源形成電連接，這使得可以在它們之間施加電壓Vds。該晶體管還包括安裝在電化學(xué)活性元件3的任何一個(gè)面上的兩個(gè)柵極4a和4b。柵極可以由與源極和漏極接點(diǎn)以及電化學(xué)活性元件相同的有機(jī)材料形成。柵極與外部電源形成電連接，這使得可以在它們之間施加電壓Vg。所有這些有機(jī)材料元件以一層的形式沉積在支撐物6上。在這層的上面是覆蓋部分柵極4a和4b以及活性元件3的凝膠電解質(zhì)層5。而且，為了防止溶劑蒸發(fā)，用封裝層7覆蓋該凝膠電解質(zhì)層5。
圖2顯示了Vg極化的工作原理，在這樣一種有機(jī)材料的情況下，即該材料在其氧化狀態(tài)下是導(dǎo)電的，當(dāng)還原為其中性狀態(tài)時(shí)是不導(dǎo)電的當(dāng)在柵極4a與4b之間施加?xùn)艍篤g時(shí)，柵極4a被正極化(陽(yáng)極)，而電化學(xué)活性元件被負(fù)極化(陰極)。這導(dǎo)致電化學(xué)活性元件中電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始；晶體管通道3a(靠近柵極4a)中的有機(jī)材料被還原，而氧化還原沉沒(méi)體積3b(靠近柵極4b)中的有機(jī)材料被氧化。這些電化學(xué)反應(yīng)需要電子在電化學(xué)活性元件內(nèi)進(jìn)行內(nèi)部遷移。在氧化還原沉沒(méi)體積中的氧化反應(yīng)中釋放的電子遷移到晶體管通道中，在那里，它們補(bǔ)充這部分在電化學(xué)活性元件中發(fā)生的有機(jī)材料還原中消耗的電子。晶體管通道中還原體積的電導(dǎo)率急劇減小，這導(dǎo)致晶體管通道閉合，且源極-漏極電流有效降低為給定的源漏間電壓Vds，即晶體管為“截止”。當(dāng)中止向柵極4a和4b施加電壓的外電路時(shí)，出現(xiàn)自發(fā)放電，因?yàn)殡娮訌木w管通道中的還原材料流向氧化還原沉沒(méi)體積中的氧化材料，直至在電化學(xué)活性元件內(nèi)重新建立起初始的氧化還原狀態(tài)。為了保持總的電中性，電子在電化學(xué)活性元件內(nèi)的這種流動(dòng)伴隨有離子在固化電解液內(nèi)流動(dòng)。
雙穩(wěn)態(tài)晶體管(類型2)圖3A和3B示意性地說(shuō)明了雙穩(wěn)態(tài)晶體管的另一個(gè)實(shí)施方案，其構(gòu)造基于上面剛描述的動(dòng)態(tài)晶體管構(gòu)造。參考圖3A和3B，雙穩(wěn)態(tài)晶體管的此實(shí)施方案具有與所述動(dòng)態(tài)晶體管相同的元件，差異在于刻畫(huà)固化電解液5的層，形成電解質(zhì)5a和5b兩個(gè)隔開(kāi)的部分。此構(gòu)造具有中斷離子在電解質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的作用，這種中斷又意味著在晶體管通道3a與氧化還原沉沒(méi)體積3b之間不能出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)逆轉(zhuǎn)。與上述第一種雙穩(wěn)態(tài)晶體管器件的情況相似，當(dāng)中止外電路，這里是向柵極供應(yīng)電壓的外電路時(shí)，晶體管通道保持氧化狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)1-材料和方法通過(guò)將具有聚(苯乙烯磺酸鹽)作為平衡離子的部分氧化的聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)(在本文中常稱為PEDOTPSS)膜刻畫(huà)成T-形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)晶體管。設(shè)計(jì)分別遵循圖1和2中給出的雙穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)晶體管的示意圖。在其原始的、部分氧化的狀態(tài)下，PEDOTPSS膜是導(dǎo)電的，通過(guò)用電化學(xué)方法還原PEDOTPSS提供調(diào)整晶體管通道中電流的機(jī)會(huì)。所有處理和原料處理都在大氣氣氛中進(jìn)行。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷進(jìn)行刻畫(huà)將PEDOTPSS以薄膜的形式涂覆到由AGFA提供的聚酯載體OrgaconTMEL-300Ω/平方上。使用絲網(wǎng)印刷的鈍化漿料形成導(dǎo)電圖案將由AGFA提供的Orgacon-Strupas凝膠與次氯酸鈉水溶液混合，產(chǎn)生的有效分解劑(degradition agent)的濃度約為1.2％。使用網(wǎng)格為77線/厘米的篩子，使用手工絲網(wǎng)印刷板(Movivis，購(gòu)于Schneidler)進(jìn)行印刷。1分鐘后，通過(guò)用大量的水充分洗滌而從PEDOTPSS膜上去掉鈍化劑。
沉積源極和漏極接點(diǎn)以及門(mén)電極刻畫(huà)PEDOTPSS膜后，將銀膏(DUPONT 5000導(dǎo)體)印刷在形成漏極和源極接點(diǎn)以及門(mén)電極的PEDOTPSS區(qū)域之上?；蛘?，通過(guò)干燥門(mén)、源極和漏極區(qū)域上的PEDOT-PSS溶液(Bayer的Baytronp)來(lái)局部增加這些區(qū)域中的PEDOTPSS的層厚而完全由有機(jī)材料制成晶體管。在聚酯箔上成功地實(shí)現(xiàn)了這種全有機(jī)的晶體管。
沉積凝膠化電解質(zhì)將氯化鈣(2％)、異丙醇(35％)和明膠(10％)(Extraco明膠粉719-30)溶于約50℃的去離子水中(括號(hào)中是得到的凝膠的重量百分?jǐn)?shù))。通過(guò)將凝膠印刷在PEDOTPSS膜上形成位于刻畫(huà)PEDOTPSS膜上的凝膠化電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。凝膠化電解質(zhì)的厚度為20-100微米。在線寬下降至300微米時(shí)實(shí)現(xiàn)凝膠化電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。使用32目篩子進(jìn)行凝膠化電解質(zhì)的絲網(wǎng)印刷。典型地，漏極接電與源極接電之間的距離為1-2毫米。
封裝用封裝該器件的防水涂層如塑性涂料或箔涂覆凝膠化電解質(zhì)。貯藏穩(wěn)定性可達(dá)幾個(gè)月。
電特性所有測(cè)試都在大氣氣氛中、室溫下進(jìn)行。用HP參數(shù)分析儀4155B與外部HPE3631A電源一起測(cè)量伏-安(I-V)晶體管曲線。
實(shí)驗(yàn)1-結(jié)果雙穩(wěn)態(tài)晶體管實(shí)現(xiàn)如圖1A和1B中示意所示的雙穩(wěn)態(tài)晶體管。雙穩(wěn)態(tài)晶體管的晶體管通道寬度為600微米，凝膠寬度為800微米，晶體管通道為0.48厘米2。然而，聯(lián)合使用光刻抗光蝕劑刻畫(huà)與活性等離子蝕刻還成功地試驗(yàn)了更小的尺寸。這些器件顯示的通道寬度為5-20微米，凝膠寬度為20微米。
典型地，施加到柵極上的柵壓Vg的間隔為0-0.7伏。通過(guò)從0伏到2伏掃描源漏間電壓確定漏極-源極特性。圖4中顯示了得到的I-V曲線。
通過(guò)施加正方形調(diào)制電壓(在0伏與1伏之間交替)，并測(cè)量產(chǎn)生的電流變化來(lái)確定用于電導(dǎo)率調(diào)制的特征轉(zhuǎn)換時(shí)間。典型的上升和下降時(shí)間(定義為電流分別上升、下降90％所需的時(shí)間)分別確定為0.1秒和0.2秒。
導(dǎo)通/截止比(定義為源漏間電壓Vds為2伏時(shí)的電流比Ids，max/Ids，min，Vg＝0伏(導(dǎo)通)，Vg＝0.7伏(截止))達(dá)15000。圖4顯示了雙穩(wěn)態(tài)晶體管的輸出特性，不同柵壓下的Ids-Vds。
圖4中的插圖說(shuō)明對(duì)于恒定的源漏間電壓Vds(Vds＝2伏)，與柵壓Vg有關(guān)的源極-漏極電流Ids。根據(jù)這些曲線，可以估算一個(gè)重要的參數(shù)跨導(dǎo)(trans-conductance)gm。gm定義為gm=δIdsδVg]]>(Vds＝常數(shù))發(fā)現(xiàn)該雙穩(wěn)態(tài)晶體管器件的跨導(dǎo)值為-1.2毫安/伏。
動(dòng)態(tài)晶體管實(shí)現(xiàn)如圖2A和2B中示意所示的動(dòng)態(tài)晶體管。動(dòng)態(tài)晶體管的通道寬度為250微米，凝膠寬度為900微米，晶體管通道為0.23厘米2。然而，使用光刻刻畫(huà)成功地達(dá)到了更小的PEDOT尺寸，且使凝膠圖案下降至4微米。這些器件顯示的通道寬度為4-20微米，凝膠寬度為20微米。
典型地，施加到柵極上的柵壓Vg的跨度間隔為0-3伏。導(dǎo)通/截至比(定義為源漏間電壓Vds為2伏時(shí)的電流比Ids，max/Ids，min，Vg＝0伏(導(dǎo)通)，Vg＝3伏(截止))達(dá)1000。圖5顯示了動(dòng)態(tài)晶體管的輸出特性，不同柵壓下的Ids-Vds。
圖5中的插圖說(shuō)明對(duì)于恒定的源漏間電壓Vds(Vds＝2伏)，與柵壓Vg有關(guān)的源極-漏極電流Ids。根據(jù)這些曲線，發(fā)現(xiàn)該動(dòng)態(tài)晶體管器件的跨導(dǎo)值為-0.10毫安/伏。
實(shí)驗(yàn)2-材料和方法通過(guò)刻畫(huà)聚苯胺層實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)(類型1)晶體管。設(shè)計(jì)遵循圖1A和1B中給出的雙穩(wěn)態(tài)晶體管的示意圖。
通過(guò)蒸發(fā)和刮刀刻畫(huà)將PanipolTMF(商業(yè)聚苯胺)溶于甲苯或間甲酚中形成溶液，在兩種情況下濃度都為10毫克/毫升。從兩種聚苯胺溶液中的每一種開(kāi)始制造一個(gè)晶體管。蒸發(fā)溶劑，聚苯胺在塑性載體(常規(guī)的透明膜)上形成薄膜。使用刮刀制造導(dǎo)電圖案。
沉積源極和漏極接點(diǎn)以及門(mén)電極刻畫(huà)聚苯胺膜后，將銀膏(DU PONT5000導(dǎo)體)印刷在形成漏極和源極接點(diǎn)的那些聚苯胺區(qū)域的上部。為了確保與電源的接觸良好，將銀膏(DUPONT5000導(dǎo)體)印刷到柵極上未用電解質(zhì)覆蓋的區(qū)域上。或者，可以通過(guò)干燥這些區(qū)域上的聚苯胺溶液(例如PanipolTM)來(lái)局部增加門(mén)中聚苯胺層的厚度而完全由有機(jī)材料制成該晶體管。
沉積凝膠化電解質(zhì)在使用最初溶于甲苯中聚苯胺的晶體管中，將明膠(Extraco明膠粉719-30)溶于約50℃的去離子水中，用量為使凝膠具有10重量％的明膠，使用其作為電解質(zhì)。在使用最初溶于間甲酚中的聚苯胺的晶體管中，使用BlagelTM作為凝膠化電解質(zhì)。通過(guò)用刷子將凝膠涂在聚苯胺膜上形成位于各個(gè)刻畫(huà)聚苯胺膜上的凝膠化電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。凝膠化電解質(zhì)的厚度為100-300微米。典型地，漏極與源極接電之間的距離為1-2厘米。
電特性所有測(cè)試都在大氣氣氛中、室溫下進(jìn)行。用HP參數(shù)分析儀4155B與外部HPE3631A電源一起測(cè)量伏-安(I-V)晶體管曲線。
實(shí)驗(yàn)2-結(jié)果實(shí)現(xiàn)如圖1A和1B中示意所示的雙穩(wěn)態(tài)晶體管。雙穩(wěn)態(tài)晶體管的晶體管通道寬度為3毫米，凝膠寬度為4毫米，晶體管通道為12毫米2。典型地，施加到柵極上的柵壓Vg的間隔為-15-15伏。通過(guò)從0伏到10伏掃描源漏間電壓確定漏極-源極特性。圖6(甲苯溶液中有聚苯胺)和圖7(間甲酚溶液中有聚苯胺)中顯示了得到的I-V曲線。
對(duì)于負(fù)的和正的柵壓來(lái)說(shuō)，導(dǎo)通/截止比(定義為源漏間電壓Vds為2伏時(shí)的電流比Ids，max/Ids，min，Vg＝0伏(導(dǎo)通)，Vg＝4伏或-4伏(截止))都達(dá)到100。
權(quán)利要求
1.一種支撐式或自支撐式的電化學(xué)晶體管器件，包括-源極接點(diǎn)；-漏極接點(diǎn)；-至少一個(gè)柵極；-安裝在源極與漏極接點(diǎn)之間，并與之直接電接觸的電化學(xué)活性元件，該電化學(xué)活性元件包含晶體管通道，并由包含有機(jī)材料的材料制成，所述有機(jī)材料能夠通過(guò)改變其氧化還原狀態(tài)而在電化學(xué)上改變其電導(dǎo)率；及-固化的電解液，該固化電解液與電化學(xué)活性元件和所述至少一個(gè)柵極直接電接觸，并以阻止電化學(xué)活性元件與所述柵極之間的電子流的方式放入其間，由此可以通過(guò)施加到所述柵極上的電壓來(lái)控制源極接點(diǎn)與漏極接點(diǎn)之間的電子流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)晶體管器件，其中將所述源極和漏極接點(diǎn)、柵極和電化學(xué)活性元件安裝在一個(gè)公共平面中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電化學(xué)晶體管器件，其中所述固化電解液的連續(xù)或間斷層覆蓋電化學(xué)活性元件，并至少部分覆蓋所述柵極。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中所述源極和漏極接點(diǎn)以及柵極中的至少一個(gè)由與電化學(xué)活性元件相同的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電化學(xué)晶體管器件，其中所述源極和漏極接點(diǎn)以及柵極全部由與電化學(xué)活性元件相同的材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4-5中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中源極和漏極接點(diǎn)以及電化學(xué)活性元件由所述包含有機(jī)材料的材料的連續(xù)片形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中當(dāng)去掉柵壓時(shí)，所述晶體管通道保持其氧化還原狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中當(dāng)去掉柵壓時(shí)，所述晶體管通道自發(fā)地恢復(fù)其初始氧化還原狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電化學(xué)晶體管器件，其中電化學(xué)活性元件還包含與晶體管通道相鄰的氧化還原沉沒(méi)體積，所述器件包含至少兩個(gè)排列于電化學(xué)活性元件相對(duì)側(cè)的柵極，使得一個(gè)柵極更接近于晶體管通道，另一個(gè)柵極更接近于氧化還原沉沒(méi)體積。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中所述有機(jī)材料是聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電化學(xué)晶體管器件，其中所述聚合物材料選自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚異硫代萘、聚苯撐亞乙烯基和它們的共聚物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電化學(xué)晶體管器件，其中所述聚合物材料為3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物，其中所述兩個(gè)烷氧基可以是相同的或不同的，或共同表示任意取代的氧基-亞烷基-氧基橋。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電化學(xué)晶體管器件，其中所述3，4-二烷氧基噻吩的聚合物或共聚物選自聚(3，4-聚亞甲二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞甲二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞乙二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞乙二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞丙二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞丙二氧基噻吩)衍生物、聚(3，4-聚亞丁二氧基噻吩)、聚(3，4-聚亞丁二氧基噻吩)衍生物和它們的共聚物。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中所述有機(jī)材料還含聚陰離子化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電化學(xué)晶體管器件，其中所述聚陰離子化合物是聚(苯乙烯磺酸)或其鹽。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中所述固化電解液包含粘結(jié)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的電化學(xué)晶體管器件，其中所述粘結(jié)劑是膠凝劑，選自明膠、明膠衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚糖、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧乙烷、聚(苯乙烯磺酸)和聚(乙烯醇)以及它們的鹽和共聚物。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，其中所述固化電解液包含離子鹽。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，該電化學(xué)晶體管器件是自支撐式的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的電化學(xué)晶體管器件，該電化學(xué)晶體管器件安裝在支撐物上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電化學(xué)晶體管器件，其中所述支撐物選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二羧酸亞乙酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、紙、涂料紙、涂覆樹(shù)脂的紙、紙層壓板、紙板、瓦楞紙板和玻璃。
22.一種制造支撐式電化學(xué)晶體管器件的方法，所述電化學(xué)晶體管器件包括-源極接點(diǎn)；-漏極接點(diǎn)；-至少一個(gè)柵極；-安裝在源極與漏極接點(diǎn)之間，并與之直接電接觸的電化學(xué)活性元件，該電化學(xué)活性元件包含晶體管通道，并由包含有機(jī)材料的材料制成，所述有機(jī)材料能夠通過(guò)改變其氧化還原狀態(tài)而在電化學(xué)上改變其電導(dǎo)率；及-固化的電解液，該固化電解液與電化學(xué)活性元件和所述至少一個(gè)柵極直接電接觸，并以阻止電化學(xué)活性元件與所述柵極之間的電子流的方式放入其間，該方法包括在支撐物上沉積所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)活性元件和電解液。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)活性元件和/或電解液是通過(guò)印刷技術(shù)沉積的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述接點(diǎn)、電極、電化學(xué)活性元件和/或電解液是通過(guò)涂布技術(shù)沉積的。
25.根據(jù)權(quán)利要求22-24中任一項(xiàng)的方法，在該器件中，所述有機(jī)材料包含聚合物，該方法包括通過(guò)就地聚合將所述聚合物沉積在支撐物上。
26.根據(jù)權(quán)利要求22-25中任一項(xiàng)的方法，包括使用相減法刻畫(huà)所述接點(diǎn)、電極和電化學(xué)活性元件中的任何一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中通過(guò)化學(xué)侵蝕進(jìn)行所述刻畫(huà)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中通過(guò)氣體刻蝕進(jìn)行所述刻畫(huà)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中通過(guò)機(jī)械法，包括刮、劃、折和研磨進(jìn)行所述刻畫(huà)。
30.根據(jù)權(quán)利要求22-29中任一項(xiàng)的方法，其中所述支撐式電化學(xué)晶體管器件為權(quán)利要求2-18和20-21中任一項(xiàng)所限定的電化學(xué)晶體管器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電化學(xué)晶體管器件，該器件包括源極接點(diǎn)；漏極接點(diǎn)；至少一個(gè)柵極；安裝在源極與漏極接點(diǎn)之間并與之直接電接觸的電化學(xué)活性元件，該電化學(xué)活性元件包含晶體管通道，并由包含有機(jī)材料的材料制成，所述有機(jī)材料能夠通過(guò)改變其氧化還原狀態(tài)而在電化學(xué)上改變其電導(dǎo)率；及固化的電解液，該固化電解液與電化學(xué)活性元件和所述至少一個(gè)柵極直接電接觸，并以阻止電化學(xué)活性元件與所述柵極之間的電子流的方式放入其間。在該器件中，可以通過(guò)施加在所述柵極上的電壓來(lái)控制源極接點(diǎn)與漏極接點(diǎn)之間的電子流。本發(fā)明還提供包括這種電化學(xué)晶體管器件的顯示器(display)及制造這種器件的方法。
文檔編號(hào)H01L27/28GK1494743SQ02806052
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日
發(fā)明者馬滕·阿姆加思, 托馬斯·庫(kù)格勒, 馬格努斯·伯格倫, 湯米·雷莫南, 戴維·尼爾森, 陳苗祥, 庫(kù)格勒, 尼爾森, 斯 伯格倫, 雷莫南, 馬滕 阿姆加思 申請(qǐng)人:阿克里奧公司