[发明专利]制造电元件的方法无效

专利信息
申请号: 200680027185.9 申请日: 2006-07-21
公开(公告)号: CN101228646A 公开(公告)日: 2008-07-23
发明(设计)人: H·B·阿克曼;B·德布尔;P·W·M·布洛姆;D·M·德里兀;T·C·T·戈恩斯;E·坎塔托雷 申请(专利权)人: 皇家飞利浦电子股份有限公司
主分类号: H01L51/00 分类号: H01L51/00;H01L51/05
代理公司: 永新专利商标代理有限公司 代理人: 王英
地址: 荷兰艾*** 国省代码: 荷兰;NL
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摘要:
搜索关键词: 制造 元件 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及制造电元件的方法以及制造包含这种元件的电子器件的方法,其中该电元件包括第一和第二电极以及中间自组装系统。

本发明进一步涉及带有第一和第二电极以及中间自组装系统的电元件,以及随之的电子器件。

背景技术

自组装系统的基本例子是自组装单分子层(self-assembledmonolayer),也称为SAM。这种单分子层及其制备本身是公知的。特别地,带有链和端基的有机化合物被涂覆于表面。这样使得端基键合到表面,而链以类阵列方式基本垂直于表面定向。有机化合物的一个例子是硫醇。例如C16-SH,而表面的一个例子是金。

对自组装单分子层的研究已经提出了数种应用。在第一应用中,以图案化方式将单分子层设置在表面上。随后用作构造表面尤其金的抗蚀剂。这种工艺被称为微接触印刷。其他应用例如在生物传感器领域,其中单分子层可保护选择性表面,或其中有待测试的标记物(label)或化合物设在表面上作为自组装单分子层。

在另一个应用中,出于电气的用途开发有限厚度的自组装单分子层。众所周知,电容器的电容随着第一和第二电极之间的距离、因而中间电介质的厚度而减小。因此使用单分子层作为电介质将产生具有很高电容的电容器。例如这种系统可从Reed等人,Science,278(1997),252中获知。此处,将Ar-Ac-Nar-Nar-Ac-Ar-S用作单分子层,其中Ar是亚苯基,Ac是乙炔而Nar是2-氨基-1,6-亚苯基。

尽管这种应用很引人关注,但事实证明制造适当工作的电容器是个难题。形成这种具有金底部电极、硫醇单分子层和气相沉积或溅射的金顶部电极的电容器之后,结果在该电容器中形成短路。换句话说,有一块区域,其中单分子层已经被中断,而第一电极直接接触第二电极。这可能是有缺陷的制造的结果。或者,可能所得到的电容器具有非常有限的击穿电压,使得在单分子层上应用任何电压都足以形成穿过单分子层的短路。而且,所得到的单分子层具有实质上的负微分电阻(NDR)。当从0到2.5伏特增加所施加的偏压时,电流密度在第一段0到1V之间增加,在第二段1到1.5V之间降低,并且最后又增加。这是不希望有的结果,其妨碍实际应用。

发明内容

因而本发明的第一目的是提供制造首段中提到的这种电元件的方法,得到能够经受住自组装系统上的极小电压差的适当工作的元件。

通过湿式化学沉积将包括有机材料的组合物涂覆在自组装系统上,从而形成聚合物接触层,并且第二电极被沉积在导电接触层上,由此实现该目的。

本发明的发明人已注意到,在实现本发明的过程中,对第二电极的气相沉积引起电容器的故障。所沉积的金粒子足够小以在垂直定向的单分子层链之间扩散。因为金粒子未完全地附着于单分子层的非极性有机链,单分子层中的这种扩散或形成空穴(hole-forming)的过程被增强。金粒子可扩散到单分子层中被理解为是沉积方法的结果,例如溅射或气相沉积。这种沉积方法为粒子提供相当大的能量。因此,即使单分子层的分子在分子的相对侧有两个端基,那么金粒子仍将有足够的能量以至于沿裸露的端基扩散到链中。

接着通过使用附加接触层解决了形成改进的顶部电极所产生的问题,该附加接触层并非电介质的一部分,并且这不会将任何电伪差(electrical artifact)引入电元件,例如电极表面缺乏均匀性,或者实质增大的接触电阻。这种接触层需要对单分子层具有足够的附着力,并且其应用可以不导致单分子层形变。还必须对其上的顶部电极具有适当的附着力。另外,在应用中使用接触层可以不导致故障,例如电容器必须具有足够的击穿电压。

这种接触层被选择为包括聚合物材料。聚合材料是粘弹性系统,但对于自组装系统的稳定性这不成问题。实际上,接触层的聚合分子的运动受接触层中其它分子的存在的限制。仅仅存在多聚物分子在链的方向上的一维运动,而非在溶液和其它系统中所允许的三维运动。这种运动过程在理论文献中被称为蠕动(reptation)。

而且,通过湿式化学沉积涂覆接触层。当由气相提供接触层时,实质沉积个体分子。这样还有扩散到自组装系统中的风险。通常,湿式化学沉积的材料将是接触层的多聚物。然而不排除仅在有机材料沉积在自组装系统上之后发生聚合作用。从EP-A 615256中可获知关于此的适当过程。

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