專利名稱：有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(此后稱為“有機(jī)FET”)。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用含有有機(jī)半導(dǎo)體材料的薄膜的有機(jī)薄膜晶體管(此后稱為“有機(jī)TFT”)。
背景技術(shù)：
在集成有半導(dǎo)體元件的各種半導(dǎo)體設(shè)備例如電視接收機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電話中，人們需要用于顯示文本和/或圖像的顯示器來(lái)識(shí)別信息。最近，人們積極地采用平板顯示器，例如使用液晶的電光特性的液晶顯示器和使用有機(jī)材料的電場(chǎng)發(fā)射光的有機(jī)EL顯示器。
眾所周知，有源矩陣驅(qū)動(dòng)方法作為平板顯示器的一種形式，其中提供薄膜晶體管(TFT)用于每個(gè)像素，順次寫(xiě)入數(shù)據(jù)信號(hào)用于視頻顯示。TFT可以是一種用于執(zhí)行有源矩陣驅(qū)動(dòng)方法所需的元件。
尤其重要的是，已經(jīng)通過(guò)使用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料例如非晶硅和晶體硅來(lái)制造大多數(shù)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)例如TFT。然而，當(dāng)通過(guò)采用這些無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料來(lái)形成FET時(shí)，在制造半導(dǎo)體層的工藝中襯底加工溫度將例如超過(guò)350℃。結(jié)果，就不能采用許多有用的襯底材料(例如塑料)。這是一個(gè)缺點(diǎn)。
當(dāng)通過(guò)采用常規(guī)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料來(lái)制造FET時(shí)，就通過(guò)采用等離子體CVD設(shè)備和濺射設(shè)備來(lái)分別形成絕緣層、半導(dǎo)體層和電極。然而，這些CVD設(shè)備和濺射設(shè)備相當(dāng)昂貴并需要維護(hù)時(shí)間。
另一方面，已經(jīng)提出一種通過(guò)使用有機(jī)半導(dǎo)體材料來(lái)制造FET方法。有機(jī)化合物自身沒(méi)有載流子并且基本上具有良好的絕緣特性。然而，可以通過(guò)采用稱為有機(jī)半導(dǎo)體材料(或通常稱為π共軛有機(jī)化合物)的一系列材料來(lái)通過(guò)有機(jī)化合物傳導(dǎo)電流。
例如，與導(dǎo)電的高聚合物一樣，將受主(電子受主)或施主(電子施主)摻雜到π共軛有機(jī)化合物，使得由于雜質(zhì)則π共軛有機(jī)化合物就具有載流子。因此，可以產(chǎn)生導(dǎo)電性(參見(jiàn)對(duì)比文件1HidekiSHIRAKAWA等，1997年的“化學(xué)通訊(CHEMISTRY COMMUNICATION)”、第16卷、第578-580頁(yè))。通過(guò)增加摻雜的數(shù)量，載流子的數(shù)量提高到確定的范圍。因此，黑導(dǎo)電率增加且更多數(shù)量的電流就會(huì)在其中流動(dòng)。
以此方式，為了通過(guò)有機(jī)半導(dǎo)體材料傳導(dǎo)電流通過(guò)摻雜雜質(zhì)(例如受主和施主)提高黑導(dǎo)電率的方法，在電子領(lǐng)域中已經(jīng)部分地應(yīng)用。實(shí)例包括使用聚苯胺和/或多并苯的可充電二次電池和使用聚吡咯的場(chǎng)效應(yīng)電容器。
通過(guò)應(yīng)用有機(jī)半導(dǎo)體材料的這種方法，有機(jī)FET就可以工作。除了使用有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有源層來(lái)代替無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料(此后將含有有機(jī)半導(dǎo)體材料的有源層稱為“有機(jī)半導(dǎo)體膜”)之外，有機(jī)FET基本上具有與使用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的常規(guī)FET相同的結(jié)構(gòu)。許多論文已經(jīng)報(bào)道了這種有機(jī)FET。
例如，已經(jīng)報(bào)道了采用一種導(dǎo)電的高聚合物材料的聚(2，5-聚亞乙烯基亞噻吩基(polythienylenevinylene))(此后稱為“PTV”)作為有源層的有機(jī)FET。該論文在對(duì)比文件2中提出，對(duì)比文件2H.Fuchigami等，1993年的“應(yīng)用物理雜志(Applied PhysicsLetters)”，第63卷，第1372-1374頁(yè)。對(duì)比文件2中描述的PTV在空氣中由氧摻雜為p型，其為弱受主并暴露為作為有源層適合的導(dǎo)電率。以此方式，通過(guò)摻雜就能容易地控制導(dǎo)電的高聚合物材料的導(dǎo)電率。因此，導(dǎo)電的高聚合物材料就引起注意以作為在有機(jī)FET中采用的材料。
在對(duì)比文件2中，通過(guò)應(yīng)用借助摻雜雜質(zhì)在有機(jī)半導(dǎo)體膜中產(chǎn)生載流子的方法，適合的電流就可以在源和漏之間流動(dòng)。此后該有機(jī)FET稱為“摻雜型有機(jī)FET”。
另一方面，例如，可以采用含有低聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料的微晶薄膜而不將雜質(zhì)摻雜到有機(jī)半導(dǎo)體膜中來(lái)制造有機(jī)FET。在對(duì)比文件3中描述了這種實(shí)例，對(duì)比文件3D.J.Gandranch等1997年的“IEEE電子器件雜志(IEEE Electron Device Letters)”，第18卷，第87-89頁(yè)。在對(duì)比文件3中，在高摻雜的硅晶片上形成氧化硅膜作為絕緣膜。然后，通過(guò)真空蒸發(fā)在其上疊置有機(jī)半導(dǎo)體材料的并五苯的微晶體。此外，在其上形成金的源電極和漏電極。結(jié)果，就獲得了有機(jī)FET。
在對(duì)比文件3中，在有機(jī)半導(dǎo)體膜中不存在由于雜質(zhì)的載流子。然而，因?yàn)椴捎镁哂休^高遷移率的微晶薄膜，所以從源和漏注入的載流子就會(huì)移動(dòng)。因此，結(jié)果就運(yùn)行為FET，此后這種FET稱為“載流子注入的有機(jī)FET”。
在較低的襯底溫度下可以形成這些類型的有機(jī)FET。因此，例如可以使用塑料的柔性襯底。此外，通過(guò)常規(guī)的蒸發(fā)淀積或旋涂涂敷就容易形成除了單晶薄膜和微晶薄膜之外的有機(jī)FET。因此，可以簡(jiǎn)化制造步驟并節(jié)約能量。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，所以有機(jī)FET引起了注意，作為替代含有無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的FET的新型FET。
然而，上述的常規(guī)有機(jī)FET存在一些問(wèn)題，即由于雜質(zhì)(受主和/或施主)或有機(jī)半導(dǎo)體膜自身的特性的問(wèn)題。
首先，如對(duì)比文件2中所述，當(dāng)受主和/或施主摻雜到有機(jī)半導(dǎo)體材料以便在其中產(chǎn)生載流子(也就是說(shuō)，摻雜型有機(jī)FET的情況下)時(shí)，受主和/或施主它們自身是化學(xué)上不穩(wěn)定的且不容易產(chǎn)生。例如，可以采用堿金屬和堿土金屬作為施主。然而，施主自身對(duì)水、氧等非?；钴S。因此，使用就困難。
此外，當(dāng)雜質(zhì)摻雜到有機(jī)半導(dǎo)體材料時(shí)，在有機(jī)半導(dǎo)體材料和雜質(zhì)之間就產(chǎn)生電子互換，就是說(shuō)，發(fā)生一種化學(xué)反應(yīng)。因此，摻雜條件自身并不穩(wěn)定。
另一方面，在對(duì)比文件3中公開(kāi)的載流子注入有機(jī)FET的情況下，有機(jī)半導(dǎo)體材料就不需要有載流子。因此，就不會(huì)出現(xiàn)由于與受主和/或施主不穩(wěn)定相關(guān)的問(wèn)題。然而，為了使注入的載流子在源和漏之間流動(dòng)，考慮到在電流源和漏之間的距離，就需要具有比常規(guī)材料更高遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體膜。因此，目前必須采用單晶或微晶。含有有機(jī)半導(dǎo)體材料的單晶薄膜和微晶薄膜難于制造且不現(xiàn)實(shí)。這是另一個(gè)缺點(diǎn)。
此外，當(dāng)假設(shè)可以形成單晶薄膜和微晶薄膜時(shí)，基本上就難于采用高聚合物材料。因此，通過(guò)濕法涂敷形成薄膜就不容易。這是另一個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)檫@些缺點(diǎn)，所以就限制了選擇用于載流子注入型有機(jī)FET的材料數(shù)量。
考慮到這些缺點(diǎn)，期望使用通過(guò)采用最常規(guī)的蒸發(fā)淀積膜和/或涂敷的薄膜制造的有機(jī)半導(dǎo)體膜來(lái)操作FET而不添加受主和施主且不采用單晶和微晶。
例如，人們已經(jīng)作出了嘗試，其中通過(guò)光學(xué)激發(fā)有機(jī)半導(dǎo)體膜并通過(guò)由于在源和漏之間載流子饋送電流來(lái)產(chǎn)生載流子。因此，就能操作FET。對(duì)比文件4中描述了這種嘗試，對(duì)比文件4K.S.Narayan等，2001年的“應(yīng)用物理雜志”，第79卷，第12期，第1891-1893頁(yè)。
證實(shí)了作為FET的一種操作改進(jìn)，這里，通過(guò)光輻照在有機(jī)半導(dǎo)體膜中產(chǎn)生載流子。然而，在對(duì)比文件4公開(kāi)的方法中，還需要適合的光輻照步驟來(lái)用于FET操作。因此，為了只用電來(lái)操作FET，該方法就不實(shí)用且不是一種現(xiàn)實(shí)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)提出一種新穎的有機(jī)FET結(jié)構(gòu)而提供一種具有穩(wěn)定薄膜的有機(jī)FET，其可以充分地進(jìn)行操作而不使用摻有雜質(zhì)的有機(jī)半導(dǎo)體膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)提出一種新穎的有機(jī)FET結(jié)構(gòu)來(lái)提供一種具有寬范圍的材料選擇的有機(jī)FET，其制造容易，并能充分地進(jìn)行操作而不用提供單晶和/或微晶的有機(jī)半導(dǎo)體膜且不使用常規(guī)氣相淀積膜和/或涂敷的膜。
本發(fā)明人已經(jīng)提出作為許多研究結(jié)果的解決上述問(wèn)題的方法。方法是在有機(jī)半導(dǎo)體膜中埋入電極來(lái)作為浮置電極。這里，載流子可被注入到將被埋入的電極。此后浮置電極稱為“載流子產(chǎn)生電極”。換句話說(shuō)，設(shè)計(jì)本發(fā)明以便將載流子從載流子產(chǎn)生電極注入到有機(jī)半導(dǎo)體膜，載流子產(chǎn)生電極是有機(jī)半導(dǎo)體膜中將電壓提供到柵電極的浮置電極。
在此情況下，當(dāng)電壓提供到柵時(shí)，只在有源層中存在載流子。因此，在源和漏之間流動(dòng)的電流就可以通過(guò)柵電壓進(jìn)行ON/OFF控制。具有這種結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)就不必?fù)诫s到有機(jī)半導(dǎo)體膜以便在其中產(chǎn)生載流子。此外，因?yàn)槭褂脧妮d流子產(chǎn)生電極即浮置電極注入的載流子，所以就不必采用高遷移率的單晶或微晶。因此，有機(jī)FET就可以容易地被使用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在具有絕緣表面的襯底上，至少柵電極、與柵電極接觸而形成的柵絕緣膜，與柵絕緣膜接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜，和與有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的至少一對(duì)源-漏電極。在此情況下，在有機(jī)半導(dǎo)體膜中插入載流子產(chǎn)生電極。
載流子產(chǎn)生電極通常發(fā)射彼此相反方向的電子和空穴。因此，優(yōu)選圖1A-2B中所示的結(jié)構(gòu)。
換句話說(shuō)，如圖1A中所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案的一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在襯底101上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極102，與第一柵電極102接觸而形成的第一柵絕緣膜103，與第一柵絕緣膜103接觸而形成的第一源電極104a和第一漏電極104b，與第一源電極104a、第一漏電極104b和第一柵絕緣膜103接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜105，在有機(jī)半導(dǎo)體膜105之中的載流子產(chǎn)生電極106，與有機(jī)半導(dǎo)體膜105接觸而形成的第二源電極107b和第二漏電極107a，與有機(jī)半導(dǎo)體膜105接觸而形成的第二柵絕緣膜108，和與第二柵絕緣膜108接觸而形成的第二柵電極109。
如圖1B所示，有機(jī)半導(dǎo)體膜可包括第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b，且其間設(shè)置載流子產(chǎn)生電極106。因此，如圖1B所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案提供一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在襯底101上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極102，與第一柵電極102接觸而形成的第一柵絕緣膜103，與第一柵絕緣膜103接觸而形成的第一源電極104a和第一漏電極104b，與第一源電極104a、第一漏電極104b和第一柵絕緣膜103接觸而形成的第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a，與第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a接觸而形成的載流子產(chǎn)生電極106，與載流子產(chǎn)生電極106接觸而形成的第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b，與第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b接觸而形成的第二源電極107b和第二漏電極107a，與第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b接觸而形成的第二柵絕緣膜108，和與第二柵絕緣膜108接觸而形成的第二柵電極109。
在此情況下，優(yōu)選第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a是可輸運(yùn)空穴有機(jī)半導(dǎo)體，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b是可輸運(yùn)電子有機(jī)半導(dǎo)體。相反，第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a可以是可輸運(yùn)電子有機(jī)半導(dǎo)體，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b可以是可輸運(yùn)空穴有機(jī)半導(dǎo)體。
在圖1A和1B所示的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選載流子產(chǎn)生電極106包括至少一注入電子的電極和一注入空穴的電極。
根據(jù)本發(fā)明的這些方案的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，可以連接第一源電極104a和第二源電極107b?；蛘撸梢赃B接第一漏電極104b和第二漏電極107a。
因?yàn)榧词咕哂袌D2A和2B中所示的結(jié)構(gòu)也能實(shí)施本發(fā)明，所以本發(fā)明更為優(yōu)選。換句話說(shuō)，如圖2A中所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案提供一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在襯底201上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極202，與第一柵電極202接觸而形成的第一柵絕緣膜203，與第一柵絕緣膜203接觸而形成的第一電極204，與第一電極204和第一柵絕緣膜203接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜205，在有機(jī)半導(dǎo)體膜205之中的載流子產(chǎn)生電極206，與有機(jī)半導(dǎo)體膜205接觸而形成的第二電極207，與有機(jī)半導(dǎo)體膜205接觸而形成的第二柵絕緣膜208，和與第二柵絕緣膜208接觸而形成的第二柵電極209。第一電極和第二電極分別用作源和漏。
如圖2B所示，有機(jī)半導(dǎo)體膜可包括第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b，且其間設(shè)置載流子產(chǎn)生電極206。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案提供一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在襯底201上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極202，與第一柵電極202接觸而形成的第一柵絕緣膜203，與第一柵絕緣膜203接觸而形成的第一電極204，與第一電極204和第一柵絕緣膜203接觸而形成的第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a，與第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a接觸而形成的載流子產(chǎn)生電極206，與載流子產(chǎn)生電極206接觸而形成的第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b，與第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b接觸而形成的第二電極207，與第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b接觸而形成的第二柵絕緣膜208，和與第二柵絕緣膜208接觸而形成的第二柵電極209。第一電極和第二電極分別作為源和漏的功能。
在此情況下，優(yōu)選第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a是可輸運(yùn)空穴有機(jī)半導(dǎo)體，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b是可輸運(yùn)電子有機(jī)半導(dǎo)體。相反，第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a可以是可輸運(yùn)電子有機(jī)半導(dǎo)體，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b可以是可輸運(yùn)空穴有機(jī)半導(dǎo)體。
在圖2A和2B中的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，載流子產(chǎn)生電極206優(yōu)選包括至少電子注入電極和一個(gè)空穴注入電極。
因此，通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，因?yàn)槟軌蛑圃炜梢猿浞植僮鞯挠袡C(jī)FET而不使用摻有雜質(zhì)的有機(jī)半導(dǎo)體膜，所以就能提供一種具有穩(wěn)定薄膜的有機(jī)FET。此外，因?yàn)槟軌蛑圃炜梢猿浞植僮鞯挠袡C(jī)FET而不應(yīng)用單晶和/或微晶的有機(jī)半導(dǎo)體膜并使用常規(guī)氣相淀積膜和/或涂敷膜，所以就能夠提供一種寬范圍的材料選擇易于制造的有機(jī)FBT。


圖1A和1B是分別示出本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的示圖；圖2A和2B是分別示出本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的示圖；圖3A和3B是分別示出具有電荷產(chǎn)生層的有機(jī)EL元件的示圖；圖4A和4B是分別示出從載流子產(chǎn)生電極存儲(chǔ)電荷的原理圖；圖5A和5B是分別示出本發(fā)明的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示圖；圖6A和6B是分別示出本發(fā)明的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示圖；以及圖7A和7B是分別示出本發(fā)明的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考操作原理和具體結(jié)構(gòu)實(shí)例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
首先，本發(fā)明人注意到在有機(jī)電致發(fā)光元件(此后稱為“有機(jī)EL元件”)領(lǐng)域中提出的電荷產(chǎn)生層的概念。在有機(jī)EL元件領(lǐng)域中，電荷產(chǎn)生層已經(jīng)是眾所周知的技術(shù)(參見(jiàn)對(duì)比文件5Dai 49 Kai OuyouButsuri Gakkai Kankei Rengo Kouenkai Kouen yokoushu(LectureDrafts for the 49thApplied Physics Society Related UnionLecture)，Junji KIDO et al，pgs.1308，27p-YL-3，March 2002)。
如圖3A和3B中所示，描述了電荷產(chǎn)生層的概念。圖3A和3B每個(gè)都示出了對(duì)比文件5中的有機(jī)EL元件的簡(jiǎn)圖。在有機(jī)EL元件中，順序疊置正電極、第一有機(jī)EL層、電荷產(chǎn)生層、第二有機(jī)EL層和負(fù)電極。必須注意，有機(jī)EL層是含有場(chǎng)發(fā)光型有機(jī)材料并含有有機(jī)半導(dǎo)體材料的層。電荷產(chǎn)生層并不連接到外電路并且是浮置電極。
當(dāng)在有機(jī)EL元件中的正電極和負(fù)電極之間提供電壓V時(shí)，就從電荷產(chǎn)生層分別將電子和空穴注入到第一有機(jī)EL層件和第二有機(jī)EL層。從外電路觀察，電子從負(fù)電極流向正電極，而空穴從正電極流向負(fù)電極(參見(jiàn)圖3A)。然而，因?yàn)殡娮雍涂昭◤碾姾僧a(chǎn)生層以相反方向流動(dòng)(參見(jiàn)圖3B)，所以就會(huì)在第一有機(jī)EL層和第二有機(jī)EL層兩者之中產(chǎn)生載流子復(fù)合。因此，發(fā)射光。這里，當(dāng)電流I在其中流過(guò)時(shí)，第一有機(jī)EL層和第二有機(jī)EL層兩者都對(duì)應(yīng)于電流I發(fā)射光子。因此，與僅具有一個(gè)有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)相比、在相同電流下就可以發(fā)射兩倍的光量(其中與僅具有一個(gè)有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)相比需要兩倍的電壓)。
此處流過(guò)有機(jī)EL元件的電流是薄膜的固有電流。電流稱為空間電荷限制電流(SCLC)。SCLC是在注入空間電荷并且空間電荷移動(dòng)時(shí)流動(dòng)的電流。電流密度由Child定律表示，即滿足等式1J＝9/8*εε0μ*V2/d3等式1其中J是電流密度，ε是相對(duì)介電常數(shù)，ε0是真空介電常數(shù)，μ是載流子遷移率，V是電壓并且d是施加電壓V的深度。
當(dāng)SCLC流動(dòng)時(shí)，由等式1表示的SCLC不考慮載流子俘獲。由載流子俘獲限制的電流稱為俘獲電荷限制電流(TCLC)并與電壓功率成正比。然而，這兩種電流是體積比決定的電流并可以由下述類似方法控制。
這里，為了比較，依據(jù)歐姆定律的歐姆電流流動(dòng)時(shí)的電流密度表示為J＝σE＝σ*V/d等式2其中σ是導(dǎo)電率，E是電場(chǎng)強(qiáng)度。
因?yàn)榈仁?中的導(dǎo)電率σ由σ＝neμ表示(其中n是載流子密度，e是電荷量)，載流子密度表現(xiàn)為在其中流動(dòng)的電流量的主要因數(shù)。因此，歐姆電流通常不在具有少量載流子的有機(jī)材料中流動(dòng)，除非通過(guò)對(duì)于具有一定程度載流子遷移率的有機(jī)材料的上述摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)載流子密度的增加。
然而，如等式1中所示，確定SCLC的因數(shù)是介電常數(shù)、載流子遷移率、電壓和施加電壓的深度且與載流子密度無(wú)關(guān)。換句話說(shuō)，通過(guò)選擇對(duì)于施加電壓而具有足夠小的深度d且具有大載流于遷移率μ的材料，就可以注入載流子并甚至將電流饋送到?jīng)]有載流子的絕緣體的有機(jī)材料。
因此，在圖3A和3B中，當(dāng)有機(jī)EL層的厚度d1和d2等于或小于至多100nm-200nm時(shí)，從電極或電荷產(chǎn)生層注入的載流子就可以在其中作為SCLC流動(dòng)。換句話說(shuō)，將適合的電極安裝到具有大約亞微米厚度的有機(jī)半導(dǎo)體膜，并對(duì)其施加足夠的電場(chǎng)(或電勢(shì)差)。因此，就可以在其上注入載流子。
本發(fā)明人已經(jīng)提出了一種用于操作有機(jī)FET的方法，該方法將電荷產(chǎn)生層作為載流子產(chǎn)生源(或注入源)。這里，類似的浮置電極稱為“載流子產(chǎn)生電極”。
首先，為了存儲(chǔ)由載流子產(chǎn)生電極產(chǎn)生的載流子，例如，可以設(shè)置圖4A的簡(jiǎn)圖中所示的結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，順序疊置第一絕緣膜、第一有機(jī)半導(dǎo)體膜、載流子產(chǎn)生電極、第二有機(jī)半導(dǎo)體膜和第二絕緣膜。然后，在外電極之間提供該結(jié)構(gòu)。圖3A和3B示出為復(fù)合載流子而設(shè)計(jì)的有機(jī)EL元件。然而，在圖4A中，為了存儲(chǔ)載流子在外電極和有機(jī)半導(dǎo)體膜之間提供絕緣膜。
如果有機(jī)半導(dǎo)體膜的厚度d1和d2為大約亞微米，當(dāng)在該結(jié)構(gòu)中(圖4B)的外電極之間提供電勢(shì)差V時(shí)，由于類似于圖3A和3B中的情況的場(chǎng)，就會(huì)從載流子產(chǎn)生電極注入大量的載流子。然而，如圖4B所示，在絕緣膜和有機(jī)半導(dǎo)體膜之間的界面處存儲(chǔ)電子和空穴。
根據(jù)該原理，在柵絕緣膜之間設(shè)置注入載流子產(chǎn)生電極的有機(jī)半導(dǎo)體膜。因此，靠近有機(jī)半導(dǎo)體膜之上和之下的柵絕緣膜附近就可以存儲(chǔ)大量的正和負(fù)的載流子。換句話說(shuō)，在靠近柵絕緣膜的有機(jī)半導(dǎo)體膜的界面處附近就形成正和負(fù)的電荷存儲(chǔ)溝道。因此，采用圖4 A和4B所示的結(jié)構(gòu)在有機(jī)半導(dǎo)體膜中水平地形成源和漏電極。然后，當(dāng)在源和漏電極之間施加電壓時(shí)，空穴電流和電子電流就利用電荷存儲(chǔ)溝道分別流過(guò)上溝道和下溝道。換句話說(shuō)，通過(guò)利用在上柵電極和下柵電極之間施加的柵電壓就可以獲得控制源-漏電流的FET。
FET中重要的是即使當(dāng)采用不含有雜質(zhì)的有機(jī)半導(dǎo)體膜時(shí)，對(duì)于SCLC在電荷存儲(chǔ)溝道中流動(dòng)的電流量不滿足等式1。換句話說(shuō)，當(dāng)存在強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，對(duì)于中和存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)溝道中的正或負(fù)電荷，就不存在對(duì)于空間電荷限制的要求。因此，即使由于施加到幾微米或更寬溝道寬度的源-漏電壓電勢(shì)在幾十納米的薄溝道層中更小梯度時(shí)，存儲(chǔ)的電荷表現(xiàn)為滿足歐姆定律(等式2)并可以僅由電勢(shì)梯度和遷移率決定的速度移動(dòng)。結(jié)果，就有比SCLC決定的電流顯著更大的源-漏電流流動(dòng)。因此，就可以獲得快速地控制大電流的實(shí)用FET。
雖然第一有機(jī)半導(dǎo)體膜和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜可以含有相同的材料，但它們優(yōu)選含有具有不同極性的材料。例如，在圖4B中，下外電極比上外電極具有更高的電勢(shì)。因此，電子和空穴就分別注入到第一有機(jī)半導(dǎo)體膜和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜。因此，第一有機(jī)半導(dǎo)體膜和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜優(yōu)選分別含有可輸運(yùn)電子的材料和可輸運(yùn)空穴的材料。
接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)FET的具體結(jié)構(gòu)和操作。首先，例如將參照?qǐng)D1B描述一種情況，其中如圖1A和1B所示設(shè)置兩對(duì)源-漏電極。圖5A和5B示出結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在圖5A和5B中相同部件給出與圖1A和1B中給出的相同參考數(shù)字。
在圖5A和5B中，采用可輸運(yùn)電子的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a，采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b。在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)Vg1(＞0)和Vg2(＜0)分別施加到第一柵電極102和第二柵電極109時(shí)，電子和空穴就分別從載流子產(chǎn)生電極106注入到第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a(可輸運(yùn)電子)和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b(可輸運(yùn)空穴)。然后，電子和空穴分別存儲(chǔ)在靠近第一柵絕緣膜103的表面并靠近第二柵絕緣膜108的表面附近的有機(jī)半導(dǎo)體膜中。結(jié)果，獲得了電子和空穴的電荷存儲(chǔ)溝道層。
此處，在第一源電極104a和第一漏電極104b之間和第二源電極107b和第二漏電極107a之間分別施加Vsd1(＞0)和Vsd2(＜0)。然后，在靠近第一柵絕緣膜103的電子電荷溝道層中的電子和靠近第二柵絕緣膜108的空穴電荷溝道層中的空穴導(dǎo)致電流在各源-漏電路中流動(dòng)(圖5B)。
可以采用包括兩個(gè)柵電極和兩對(duì)源-漏電極的晶體管作為用于控制兩個(gè)獨(dú)立的源-漏電流的一對(duì)晶體管。在此情況下，通過(guò)共同的載流子產(chǎn)生電極來(lái)連接這兩個(gè)晶體管。因此，就不總是單獨(dú)地操作Vg1和Vsd1以及Vg2和Vsd2。因此，必須檢查操作特性，并必須優(yōu)化操作條件。
為了避免由于電路和操作特性的復(fù)雜性，需要一種新的想法來(lái)用于提供柵電壓和源-漏電壓。就是說(shuō)，可在上柵電極和下柵電極之間提供電勢(shì)而不用設(shè)置上電勢(shì)和下電勢(shì)，同時(shí)可以串聯(lián)連接上源-漏電極和下源-漏電極。
圖6A和6B示出該實(shí)例，其中連接第一源電極104a和第二源電極107b，第二漏電極107a接地。Vg(＞0)提供到第一柵電極102，第二柵電極109接地。如圖6A所示，柵電壓應(yīng)用導(dǎo)致了靠近第一柵絕緣膜103的界面處存儲(chǔ)電子，靠近第二柵絕緣膜108處存儲(chǔ)空穴。此處，當(dāng)Vsd(＞0)提供到第一漏電極104b時(shí)的電流流動(dòng)被作為源-漏電流(圖6B)。
借助這些連接，即使具有兩個(gè)柵電極和兩對(duì)源-漏電極的FET可以基本上與具有一個(gè)柵電極和一對(duì)源-漏電極的FET相同的方式來(lái)進(jìn)行操作。
在圖5A-6B中，采用可輸運(yùn)電子的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a，而采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b。然而，相反地，可以采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜105a，而采用可輸運(yùn)電子的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜105b。在此情況下，在圖5A和5B中Vg1＜0且Vg2＞0。在圖6A和6B中Vg＜0。
即使如圖1A所示當(dāng)載流子產(chǎn)生電極位于給出的有機(jī)半導(dǎo)體膜之中時(shí)，操作原理也相同。在此情況下，有機(jī)半導(dǎo)體膜可以包含雙極材料以致可以注入電子和空穴并向那里饋送源-漏電流。此外在此情況下，即使當(dāng)提供到第一柵電極和第二柵電極的電壓的正和負(fù)相反時(shí)，也能夠通過(guò)采用最佳的載流子產(chǎn)生電極來(lái)進(jìn)行操作。
接著，例如，將參照?qǐng)D2B來(lái)描述一種情況，其中如圖2A和2B所示設(shè)置一對(duì)源-漏電極。圖7A和7B中示出了該結(jié)構(gòu)的實(shí)例。圖7A和7B中相同的部件給出與圖2A和2B中相同的參考數(shù)字。
在圖7A和7B中，采用可輸運(yùn)電子的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a，同時(shí)采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b。除了去除第一源電極104a和第二源電極107b之外，該結(jié)構(gòu)與圖6A和6B中所示的結(jié)構(gòu)相同。在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)Vg(＞0)提供到第一柵電極202時(shí)，電子和空穴從載流子產(chǎn)生電極206分別注入到第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a(可輸運(yùn)電子)和第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b(可輸運(yùn)空穴)。然后，電子和空穴存儲(chǔ)在靠近第一柵絕緣膜203的表面和靠近第二柵絕緣膜208的表面的有機(jī)半導(dǎo)體膜中。因此，形成用于電子和空穴的電荷存儲(chǔ)溝道層。雖然通過(guò)采用Vg(＞0)作為第一柵電極202的電勢(shì)和地電勢(shì)作為第二柵電極209的電勢(shì)來(lái)形成電勢(shì)差，但第二柵電極209可以具有負(fù)電勢(shì)。
此處，在第一電極204和第二電極207之間施加Vsd(＞0)。然后，在靠近第一柵絕緣膜203的電子存儲(chǔ)溝道層中的電子和靠近第二柵絕緣膜208的空穴存儲(chǔ)溝道層中的空穴在第一電極204和第二電極207之間供給電流(圖7B)。在此情況下，響應(yīng)一個(gè)柵極信號(hào)就可以操作串聯(lián)連接的n型晶體管和p型晶體管。
在圖7A和7B中，采用可輸運(yùn)電子的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a，同時(shí)采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b。然而，相反地可以采用可輸運(yùn)空穴的材料作為第一有機(jī)半導(dǎo)體膜205a，同時(shí)采用可輸運(yùn)電子的材料作為第二有機(jī)半導(dǎo)體膜205b。在此情況下，Vg＜0。此外，第二柵電極209可以具有地電勢(shì)或正電勢(shì)。
如圖2A中所示，當(dāng)載流子產(chǎn)生電極位于有機(jī)半導(dǎo)體膜之中時(shí)，操作原理相同。在此情況下，有機(jī)半導(dǎo)體膜含有雙極材料，以致通過(guò)將電子和空穴注入到有機(jī)半導(dǎo)體膜，電流可以在第一電極和第二電極之間流動(dòng)。此外，在此情況下，最佳化載流子產(chǎn)生電極以便即使當(dāng)提供到第一柵電極和第二柵電極的電壓的正和負(fù)相反時(shí)也能進(jìn)行操作。
必須注意，本發(fā)明的載流子產(chǎn)生電極可以是含有不僅一種材料而是多種材料的電極。例如，在圖5A-7B中，分別向上和朝下注入電子和空穴。因此，形成容易注入電子的電極(例如含有具有低功函數(shù)的金屬的薄膜)。然后，在其上疊置容易注入空穴的電極(例如含有具有高功函數(shù)的金屬的薄膜)。以此方式，當(dāng)采用多種材料(容易注入電子的材料和容易注入空穴的材料時(shí)，優(yōu)選多種材料中的每一種都具有歐姆接觸。
此外，當(dāng)載流子產(chǎn)生電極含有多種材料時(shí)，可以配對(duì)注入電子的電極和注入正空穴的緩沖層或注入正空穴的電極和電子注入緩沖層。在此采用的注入正空穴的緩沖層和注入電子的緩沖層并不總是作為電極的功能，且僅需要促進(jìn)從注入電子的電極或注入正空穴的電極注入的載流子。例如，在圖5A-7B中，分別向上和向下注入電子和正空穴。因此，首先形成容易注入電子的電極(例如含有具有低功函數(shù)的金屬的薄膜)。然后，在其上疊置容易注入正空穴的注入正空穴的緩沖層(例如含有受主型有機(jī)半導(dǎo)體材料和可輸運(yùn)正空穴的有機(jī)半導(dǎo)體材料的組合膜)。
當(dāng)載流子產(chǎn)生電極含有單一材料時(shí)，該材料必須能夠接受電子和空穴二者的注入。在此情況下，材料可以是具有分別在電子價(jià)帶和導(dǎo)帶中的空穴和電子的本征半導(dǎo)體、或可以氧化并還原的氧化還原聚合物。
上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的基本操作原理和結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，下面將列舉包含在本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管中的優(yōu)選材料。然而，本發(fā)明并不限制于此。
襯底材料可以包括硅晶片、玻璃、氧化銦錫、云母、石墨、硫化鉬、例如銅、鋅、鋁、不銹鋼、鎂、鐵、鎳、金和銀的金屬、例如聚酰亞胺、聚酯、聚碳酸酯和丙烯酸樹(shù)酯的塑料膜。然而，本發(fā)明并不限制于此。
用于柵絕緣膜的材料可以包括例如聚(乙烯基苯酚)、聚(對(duì)亞二甲苯酯)和它的衍生物、聚酰亞胺和它的衍生物、聚丙烯腈、聚(異丁烯酸甲酯(poly(methalmethacrylate))、聚苯乙烯、多酚衍生物、聚脲、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙二烯、聚氟乙烯、乙酸纖維素和它的衍生物的聚合物薄膜，例如鋁的金屬氧化物薄膜、例如二氧化硅的無(wú)機(jī)氧化物薄膜，以及氮化硅薄膜。形成柵絕緣膜可以是方法通過(guò)旋涂的濕法方法，通過(guò)真空淀積用于形成聚對(duì)二甲苯基(parylene)膜的干法方法，通過(guò)電解氧化、電解聚合的薄膜形成方法，通過(guò)濺射用于形成二氧化硅和/或氧化鋁的薄膜的方法。然而，材料和方法并不限制于此。
有機(jī)半導(dǎo)體膜的材料可以包括聚合物、特別是共軛聚合物；以及低聚物(origomer)、例如聚亞苯基亞乙烯基衍生物、聚氟烯衍生物、聚噻吩介質(zhì)、聚亞苯基衍生物和它的共聚物；以及芳烴低聚物(origomer)、例如低聚亞苯(origophenylene)、低聚噻吩(origothiophene)和低聚苯乙烯(origophenilenevinylene)。在此情況下，可以采用例如旋涂、浸涂、噴墨印刷、屏幕印刷和噴濺涂敷的濕法方法。主要采用真空蒸發(fā)方法用于低聚合物材料，例如并五苯、并四苯、銅酞菁(phtalocyanine)、氟取代酞菁(fluorine substitution phtalocyanine)和二萘嵌苯衍生物。然而，可以采用電解聚合方法、電解沉淀方法等。
載流子產(chǎn)生電極可以是金屬薄膜、金屬氧化物薄膜、有機(jī)導(dǎo)體薄膜、有機(jī)半導(dǎo)體膜或它們的組合物?？梢栽谪?fù)極側(cè)緩沖層和正極側(cè)緩沖層之間設(shè)置載流子產(chǎn)生電極。負(fù)極側(cè)緩沖層可以是例如LiF的無(wú)機(jī)電介質(zhì)薄膜和含有金屬氧化物例如Li氧化物、堿金屬和/或堿土金屬離子的有機(jī)薄膜層。正極側(cè)緩沖層可以包含受主型的有機(jī)半導(dǎo)體材料例如TCNQ和F4-TCNQ、受主型的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料例如VOx和銅酞菁。在此作為載流子產(chǎn)生電極的電極可以包括這種緩沖層。
用于柵電極、源電極和漏電極(或第一電極和第二電極)的材料可以包括一種或多種金屬，例如金、銅、鋁、鉑、鉻、鈀、銦、鎳、鎂、銀和鎵或它們的合金；氧化物半導(dǎo)體，例如氧化銦錫、多晶硅、非晶硅、氧化錫、氧化銦和氧化鈦；以及化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵和氮化鎵。然而，材料并不限制于此。
實(shí)例實(shí)例1在本實(shí)例中，將具體說(shuō)明圖1B中所示的有機(jī)FET。首先，通過(guò)具有第一柵電極圖案的掩模由真空蒸發(fā)在玻璃襯底上形成50nm厚的金膜。因此，形成每側(cè)具有500μm長(zhǎng)度的第一柵電極。
將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱Xylylene Dimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱(pyrosis)。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第一柵絕緣膜。
接著，為了形成第一源電極和第一漏電極，提供掩模圖案以致源-漏的長(zhǎng)度為50μm。由此，形成50nm厚的金薄膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的可輸運(yùn)電子的材料的三(8-羥基喹啉)化鋁(Tris(8-quinolinolato)aluminum)絡(luò)合物(Alq3)以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第一有機(jī)半導(dǎo)體膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)在上述表面上通過(guò)掩模圖案順序形成10nm厚的鎂和Alq3的組合層和10nm厚的V2O5緩沖層作為浮置電極的載流子產(chǎn)生電極。這作為具有緩沖層的載流子產(chǎn)生電極。
在其上形成50nm厚的可輸運(yùn)正空穴的材料的N，N′-二苯基-N，N′(雙-3-甲基苯)-1，1′-二苯基-4，4′-雙胺酯( N，N′-diphenyl-N，N′-(bis-3-methylphenyl)-1，1′-diphenyl-4，and 4′-diamine)(TPD)，以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第二有機(jī)半導(dǎo)體膜。
此外，為了形成第二源電極和第二漏電極，制造掩模圖案以致源-漏的長(zhǎng)度為50μm。然后，形成50nm厚的金薄膜。掩模圖案可以與用于形成第一源電極和第一漏電極的掩模圖案相同。
接著，將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱XylyleneDimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第二柵絕緣膜。
最后，通過(guò)具有第二柵電極圖案的掩模通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的金薄膜。由此，形成每側(cè)長(zhǎng)為500μm的第二柵電極。掩模圖案可以與用于形成第一柵電極的掩模圖案一樣。將制造的有機(jī)FET移到測(cè)量容器。在容器抽真空之后，測(cè)量元件特性。
實(shí)例2在本實(shí)例中，將具體描述圖1B中所示的有機(jī)FET。首先，通過(guò)具有第一柵電極圖案的掩模由真空蒸發(fā)在玻璃襯底上形成50nm厚的金膜。因此，形成每側(cè)具有500μm長(zhǎng)度的第一柵電極。
將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱Xylylene Dimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第一柵絕緣膜。
接著，為了形成第一源電極和第一漏電極，提供掩模圖案以致源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。由此，形成50nm厚的金薄膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的n型半導(dǎo)體材料的銅1，2，3，4，8，9，10，11，15，16，17，18，22，23，24，25-十六氟酞菁(Copper 1，2，3，4，8，9，10，11，15，16，17，18，22，23，24，25-Hexadecafluorophthalocyanine)(F16-CuPC)，以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第一有機(jī)半導(dǎo)體膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)在上表面上通過(guò)掩模圖案順序形成10nm厚的鎂和F16-CuPC的組合層和10nm厚的V2O5緩沖層作為浮置電極的載流子產(chǎn)生電極。這作為具有緩沖層的載流子產(chǎn)生電極。
此外，在其上形成50nm厚的p型有機(jī)半導(dǎo)體材料并五苯，以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第二有機(jī)半導(dǎo)體膜。
此外，為了形成第二源電極和第二漏電極，制造掩模圖案以便源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。然后，形成50nm厚的金薄膜。掩模圖案可以與用于形成第一源電極和第一漏電極的掩模圖案相同。
接著，將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱XylyleneDimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第二柵絕緣膜。
最后，通過(guò)具有第二柵電極圖案的掩模通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的金薄膜。由此，形成每側(cè)長(zhǎng)為500μm的第二柵電極。掩模圖案可以與用于形成第一柵電極的掩模圖案一樣。將制造的有機(jī)FET移到測(cè)量容器。在容器抽真空之后，測(cè)量元件特性。
實(shí)例3在本實(shí)例中，將具體說(shuō)明圖1B中所示的有機(jī)FET。首先，通過(guò)具有第一柵電極圖案的掩模由真空蒸發(fā)在玻璃襯底上形成50nm厚的金膜。因此，形成每側(cè)具有500μm長(zhǎng)度的第一柵電極。
將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱并蒸發(fā)XylyleneDimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第一柵絕緣膜。
接著，為了形成第一源電極和第一漏電極，提供掩模圖案以致源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。由此，形成50nm厚的金薄膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的可輸運(yùn)電子的材料的三(8-羥基喹啉)化鋁絡(luò)合物(Alq3)以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第一有機(jī)半導(dǎo)體膜。
通過(guò)真空蒸發(fā)，借助具有用于是浮置電極的載流子產(chǎn)生電極的圖案的掩模，在上表面上順序形成5nm厚的LiF緩沖層、100nm厚的鋁薄膜和5nm厚的銅酞菁緩沖層。這用作具有緩沖層的載流子產(chǎn)生電極。
在其上形成50nm厚的可輸運(yùn)正空穴材料的N，N′-二苯基-N，N′(雙-3-甲基苯)-1，1′-二苯基-4，4′-雙胺酯(TPD)，以便覆蓋整個(gè)襯底。這是第二有機(jī)半導(dǎo)體膜。
此外，為了形成第二源電極和第二漏電極，制造掩模圖案以使源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。然后，形成50nm厚的金薄膜。掩模圖案可以與用于形成第一源電極和第一漏電極的掩模圖案相同。
接著，將玻璃襯底移到化學(xué)蒸發(fā)設(shè)備。在減壓下加熱XylyleneDimer(亞二甲苯二聚物)(產(chǎn)品名稱聚對(duì)二甲苯基，日本Parylene制造的parylene，插入加熱到680℃的加熱管用于灼熱。因此，產(chǎn)生游離基單體。將產(chǎn)生的游離基單體引入到保持在室溫下的襯底上，形成300nm厚的聚對(duì)亞二甲苯酯膜。這是第二柵絕緣膜。
最后，通過(guò)具有第二柵電極圖案的掩模通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的金薄膜。由此，形成每側(cè)長(zhǎng)為500μm的第二柵電極。掩模圖案可以與用于形成第一柵電極的掩模圖案一樣。將制造的有機(jī)FET移到測(cè)量容器。在容器抽真空之后，測(cè)量元件特性。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，將具體說(shuō)明圖1A中所示的有機(jī)FET。首先，通過(guò)具有第一柵電極圖案的掩模由真空蒸發(fā)在玻璃襯底上形成50nm厚的金膜。因此，形成每側(cè)具有500μm長(zhǎng)度的第一柵電極。
此外，通過(guò)旋涂在玻璃襯底上涂敷聚乙烯苯酚的水溶液，形成第一柵絕緣膜。
接著，為了形成第一源電極和第一漏電極，提供掩模圖案以使源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。由此，形成50nm厚的金薄膜。
通過(guò)旋涂形成源規(guī)則聚(3-辛基噻吩-2，5-二甲芐基)(regioregular poly(3-octylthiophene-2，5-diyl))(P3OT)的氯仿溶液的膜，以便覆蓋襯底的整個(gè)表面。由此，形成50nm厚度的有機(jī)半導(dǎo)體膜。
接著，由水溶液通過(guò)旋涂形成50nm厚的聚亞乙基二氧基噻吩/磺酸聚苯乙烯酯(polyethelenedioxithiophene/polystylene-sulfonic acid)(PEDOT/PSS)薄膜作為緩沖層。通過(guò)真空蒸發(fā)在上表面上通過(guò)具有用于浮置電極的掩模形成100nm厚的金薄膜。通過(guò)旋涂在上表面上再次形成50nm厚的聚亞乙基二氧基噻吩/磺酸聚苯乙烯酯(PEDOT/PSS)薄膜作為緩沖層。此薄膜作為具有緩沖層的載流子產(chǎn)生電極。
通過(guò)旋涂在其上形成源規(guī)則聚(3-辛基噻吩-2，5-二甲芐基)(P3OT)的氯仿溶液的膜，以便覆蓋襯底的整個(gè)表面。由此，形成50nm厚度的有機(jī)半導(dǎo)體膜。結(jié)果，獲得了一種結(jié)構(gòu)，其中在同一有機(jī)半導(dǎo)體膜中注入載流子產(chǎn)生電極。
此外，為了形成第二源電極和第二漏電極，制造掩模圖案以使源-漏的長(zhǎng)度可為50μm。然后，形成50nm厚的金薄膜。掩模圖案可以與用于形成第一源電極和第一漏電極的掩模圖案相同。
此外，通過(guò)旋涂在玻璃襯底上涂敷聚乙烯苯酚的水溶液，形成第一柵絕緣膜。
最后，通過(guò)具有第二柵電極圖案的掩模通過(guò)真空蒸發(fā)在其上形成50nm厚的金薄膜。由此，形成每側(cè)長(zhǎng)為500μm的第二柵電極。掩模圖案可以與用于形成第一柵電極的掩模圖案一樣。將制造的有機(jī)FET移到測(cè)量容器。在容器抽真空之后，測(cè)量元件特性。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在具有絕緣表面的襯底之上，柵電極；與該柵電極接觸而形成的柵絕緣膜；與該柵絕緣膜接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜；以及與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的至少一對(duì)源一漏電極，其中在該有機(jī)半導(dǎo)體膜之中插入載流子產(chǎn)生電極。
2.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在襯底之上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極；與該第一柵電極接觸而形成的第一柵絕緣膜；與該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一源電極和第一漏電極；與該第一源電極、該第一漏電極和該第一柵絕緣膜接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜；在該有機(jī)半導(dǎo)體膜內(nèi)的載流子產(chǎn)生電極；與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二源電極和第二漏電極；與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二柵絕緣膜；以及與該第二柵絕緣膜接觸而形成的第二柵電極。
3.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在襯底之上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極；與該第一柵電極接觸而形成的第一柵絕緣膜；與該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一源電極和第一漏電極；與該第一源電極、該第一漏電極和該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一有機(jī)半導(dǎo)體膜；與該第一有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的載流子產(chǎn)生電極；與該載流子產(chǎn)生電極接觸而形成的第二有機(jī)半導(dǎo)體膜；與該第二有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二源電極和第二漏電極；與該第二有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二柵絕緣膜；以及與該第二柵絕緣膜接觸而形成的第二柵電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中第一有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)的空穴，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)電子的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中第一有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)電子的，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)空穴的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一源電極和第二源電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一源電極和第二源電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一源電極和第二源電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一漏電極和第二漏電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一漏電極和第二漏電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中連接第一漏電極和第二漏電極。
12.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在襯底之上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極；與該第一柵電極接觸而形成的第一柵絕緣膜；與該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一電極；與該第一電極和該第一柵絕緣膜接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜；在該有機(jī)半導(dǎo)體膜內(nèi)插入的載流子產(chǎn)生電極；與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二電極；與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二柵絕緣膜；以及與該第二柵絕緣膜接觸而形成的第二柵電極。
13.一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在襯底之上與絕緣表面接觸而形成的第一柵電極；與該第一柵電極接觸而形成的第一柵絕緣膜；與該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一電極；與該第一電極和該第一柵絕緣膜接觸而形成的第一有機(jī)半導(dǎo)體膜；與該第一有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的載流子產(chǎn)生電極；與該載流子產(chǎn)生電極接觸而形成的第二有機(jī)半導(dǎo)體膜；與該第二有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二電極；與該第二有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的第二柵絕緣膜；以及與該第二柵絕緣膜接觸而形成的第二柵電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中第一有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)空穴的，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)電子的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中第一有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)電子的，第二有機(jī)半導(dǎo)體膜是可輸運(yùn)空穴的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中載流子產(chǎn)生電極包括注入電子的電極和注入空穴的電極的至少兩層。
17.根據(jù)權(quán)利要求2的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中載流子產(chǎn)生電極包括注入電子的電極和注入空穴的電極的至少兩層。
18.根據(jù)權(quán)利要求3的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中載流子產(chǎn)生電極包括注入電子的電極和注入空穴的電極的至少兩層。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中載流子產(chǎn)生電極包括注入電子的電極和注入空穴的電極的至少兩層。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中載流子產(chǎn)生電極包括注入電子的電極和注入空穴的電極的至少兩層。
全文摘要
在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，該有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在具有絕緣表面的襯底之上，至少柵電極、與該柵電極接觸而形成的柵絕緣膜、與該柵絕緣膜接觸而形成的有機(jī)半導(dǎo)體膜、以及與該有機(jī)半導(dǎo)體膜接觸而形成的至少一對(duì)源－漏電極，在該有機(jī)半導(dǎo)體膜之中插入載流子產(chǎn)生電極，響應(yīng)柵極信號(hào)載流子可被注入到該載流子產(chǎn)生電極。
文檔編號(hào)H01L51/40GK1459877SQ03136880
公開(kāi)日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者筒井哲夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所