[发明专利]有机场效应晶体管

说明书

发明领域

本发明总体上涉及有机场效应晶体管。特别地，本发明利用材料和制造方法的合适选择来实现有机场效应晶体管的有利电性能以及实现有机场效应晶体管的有利机械结构。 

发明背景 

有机场效应晶体管(OFET)的基本技术是公知和确定的。图1是称为顶栅(top-gate)结构的一种基本OFET结构的截面图。图中的相对尺寸不是实际尺寸而主要出于图形清楚的原因进行选择。衬底101构成平滑、不导电的支撑物表面，其它层位于其上。在衬底101之上分别有源极102和漏极103，它们由高导电材料制成，例如金属薄层或导电聚合物。有源层104将源极102和漏极103连在一起。一些教科书也将有源层称为沟道层。有源层104由半导体有机材料制成；优选共轭聚合物。 

在有源层104之上是绝缘层105，其目的在于充当电绝缘体。因此绝缘层105具有良好的电绝缘性能，而且由聚合物(例如聚苯乙烯)或无机材料(例如SiO₂)制成。例如Veres等在Chem.Mater.2004，16，4543-4555中描述了可以用于OFET中的绝缘层的性能。可以由彼此相叠的数个分层构成绝缘层105，以便获得诸如表面改性、扩散阻挡或溶剂相容性之类的特定效果。栅极层106位于绝缘层105之上而且由金属或高导电聚合物制成。该结构还包括与电极相连的多根互连线和接触垫，但是这些在图1中未显示以便提高图形清楚性。 

图1的结构用作场效应晶体管以便栅极106与源极102之间的电位差在有源层104内产生许多电荷载流子，这影响电流由此流过的可能性。在其最简单的形式下，图1的OFET用作开关，使得在一种栅极 电位值下电流可以在源极和漏极之间经过，而在另一种栅极电位值下电流无法流动。影响OFET运行的重要因素之一是电荷载流子在沟道材料中的本征迁移率。通常以高迁移率为目标，因为电荷载流子在沟道中的高迁移率转化为在短的开关时间以及栅极电压与漏-源电流之间的强关联性方面的灵敏度。 

传统OFET的典型局限是，由于栅极106与有源层104之间的低电容，它们需要相对较高的栅极106与源极102之间的电位差，往往超过10伏。在有源层104内产生许多电荷载流子的有源层104中电场的强度取决于栅极106上的表面电荷密度(库仑/cm²)。栅极106与源极102之间的电位差直接与绝缘层105中的电场强度和所述绝缘层的厚度相关。有源层中的特定电场与栅极上特定量的电荷一致。有两条基本原则用于减小与栅极上的特定量电荷一致的栅极与源极之间的电位差，也就是增大栅极与有源层之间的电容。第一，减小栅极与有源层之间的距离，也就是使绝缘层105较薄，第二，通过使用具有高的相对介电常数的绝缘材料减小绝缘层中的电场。 

现有技术的说明 

OFET技术方面的技术发展水平例如在出版物US 2003/0059984A1、WO02/095805、US 6,380,558、US 6,506,438、US 6,429,450、WO99/10939和US 6,344,660中得到论述。另外用于制造OFET的半导体薄膜结构的某些方法在EP-A1-0 701 290、US 6,150,692和US2002/0158574 A1中得到论述。可以在制造薄膜晶体管中将有机和无机材料结合，但是使用无机物质和小的有机分子往往要求复杂的真空沉积处理和昂贵的机械设备，这意味着失去许多与用于解决方案的有机材料有关的优点。 

出版物FI116704公开了一种OFET结构，其中将吸湿性聚合物用于有机场效应晶体管的栅极-绝缘层中而且使所述吸湿性聚合物中吸收极性溶剂以改善有机场效应晶体管的运行。当存在极性溶剂、例如来自大气的水分时，所需的栅极-源极电压减小到2伏以下。相应的 OFET结构由T.G. 等描述于Journal of Applied Physics 98，074504(2005)。