制造有機場效應晶體管的方法和有機場效應晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造有機場效應晶體管的方法和一種有機場效應晶體管。
【背景技術】
[0002]為了實現基于有機半導體元件的柔性電子組件，開發(fā)強大且牢固的有機晶體管是必要的。由垂直有機場效應晶體管(V0FET)提供了一種有前途的方法。
[0003]V0FET( —般如場效應晶體管)形成有3個電極，即柵電極、源電極和漏電極。在V0FET中，源電極和漏電極通過有機半導體相互連接。柵電極與源電極和漏電極被絕緣體隔開。V0FET的元件在基底上形成為堆疊件，其中所述堆疊件具有以下層序列中的一種:基底/柵電極/絕緣體/源電極/漏電極或基底/漏電極/源電極/絕緣體/柵電極?？偸菍⒂袡C半導體布置在源電極和漏電極之間。另外，可將其布置在絕緣體和源電極之間。有兩種方法已知用于制造V0FET:材料自組織(self-organizat1n)和例如利用蔭罩的技術結構化。
[0004]文獻W0 2010/113163 A1公開了垂直有機場效應晶體管及其制造方法。所述晶體管包含圖案化的電極結構，其被封裝在介電層和有源元件之間。所述有源元件是有機半導體或無定形半導體。通過使用嵌段共聚物材料作為圖案化掩模將電極結構圖案化。在此，可以選擇圖案化層的厚度和橫向特征尺寸。
[0005]文獻W0 2011/139774公開了用于形成具有圖案化導電層的有機器件的方法。該方法包含將有機層沉積在基底上和用光刻膠溶液涂覆所述有機層以形成可光圖案化層的步驟。所述光刻膠溶液包括氟化的光刻膠材料和氟化的溶劑。對可光圖案化層的選定部分進行照射以形成圖案。將導電層涂覆在有機層之上。將導電層的一部分去除以形成圖案化導電層。
[0006]K.Nakamura 等，應用物理快報(Applied Physics Letters)，第 89 卷，第 103525頁(2006)公開了有機發(fā)光晶體管。將柵電極布置在基底上并用柵絕緣層覆蓋。將半導體層涂覆在柵絕緣層上。將源電極、絕緣層和空穴傳輸層布置在半導體層上。此外，晶體管包含發(fā)光層和漏電極。
[0007]存在提供如下晶體管設計的需要，所述晶體管設計允許器件中的高電流密度并且所述晶體管設計能夠以容易且可控的方式進行制造。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供制造有機場效應晶體管的方法和有機場效應晶體管，其中所述有機場效應晶體管具有高電流密度。
[0009]通過根據獨立權力要求1的方法和根據獨立權力要求12的有機場效應晶體管實現了該目的。本發(fā)明的有利實施方式是從屬權利要求的主題。
[0010]根據本發(fā)明的一個方面，提供了制造有機場效應晶體管的方法。本方法包括如下步驟:在基底上提供柵電極和分配給柵電極的用于電絕緣的柵絕緣體，在柵絕緣體上沉積第一有機半導體層，生成第一電極和分配給第一電極的用于電絕緣的電極絕緣體，在第一有機半導體層和電極絕緣體上沉積第二有機半導體層，并且生成第二電極。此外，本方法包括以下步驟中的至少一步:在生成第一電極和電極絕緣體之前在第一有機半導體層上生成第一摻雜材料層，使得在第一摻雜材料層上至少部分地生成電極絕緣體與第一電極，和在生成第二電極之前在第二有機半導體層上生成第二摻雜材料層，使得第二電極至少部分生成在第二摻雜材料層上。
[0011]根據本發(fā)明的另一個方面，提供有機場效應晶體管，其包含第一電極和第二電極，所述電極提供源電極和漏電極，柵電極，設置在柵電極和第一電極之間的柵絕緣體，設置在第一和第二電極之間的電極絕緣體，設置在柵絕緣體和第一電極之間的第一有機半導體層，設置在第一有機半導體層和第二電極之間的第二有機半導體層，和以下層中的至少一個:第一摻雜材料層，其設置在第一電極和第一有機半導體層之間并且其至少部分地與第一電極直接接觸，和第二摻雜材料層，其設置在第二電極和第二有機半導體層之間并且其至少部分地與第二電極直接接觸?？蓪⒌谝缓偷诙袡C半導體層構造為傳輸相同類型的電荷載流子，即空穴和電子?？蛇x地或另外地，可將第一和第二有機半導體層構造為傳輸兩種載流子類型，即空穴和電子。
[0012]本發(fā)明涉及垂直晶體管設計。第一和第二電極各自提供了向晶體管施加電壓的接觸。柵電極提供了控制晶體管狀態(tài)的接觸。通過電極絕緣體降低了晶體管的并聯電阻并且提高了 ON (開)狀態(tài)的電流和OFF (關)狀態(tài)的電流之間的比。
[0013]在一個示例性實施方式中，本方法包括如下步驟:在基底上提供柵電極和分配給柵電極的用于電絕緣的柵絕緣體，在柵絕緣體上沉積第一有機半導體層，在第一有機半導體層上生成第一摻雜材料層，至少部分地在第一摻雜材料層上生成第一電極和分配給所述第一電極的用于電絕緣的電極絕緣體，在第一有機半導體層和電極絕緣體上沉積第二有機半導體層，和在第二半導體層上生成第二電極。
[0014]在另一個實施方式中，本方法包括如下步驟:在基底上提供柵電極和分配給柵電極的用于電絕緣的柵絕緣體，在柵絕緣體上沉積第一有機半導體層，在第一半導體層上生成第一電極和分配給所述第一電極的用于電絕緣的電極絕緣體，在第一有機半導體層和電極絕緣體上沉積第二有機半導體層，在第二有機半導體層上生成第二摻雜材料層，和至少部分地在第二摻雜材料層上生成第二電極。
[0015]在一個可選實施方式中本方法包括如下步驟:在基底上提供柵電極和分配給柵電極的用于電絕緣的柵絕緣體，在柵絕緣體上沉積第一有機半導體層，在第一有機半導體層上生成第一摻雜材料層，至少部分地在第一摻雜材料層上生成第一電極和分配給所述第一電極的用于電絕緣的電極絕緣體，在第一有機半導體層和電極絕緣體上沉積第二有機半導體層，在第二有機半導體層上生成第二摻雜材料層，和至少部分地在第二摻雜材料層上生成第二電極。
[0016]可以以使得第一和第二電極分別完全覆蓋第一和第二摻雜材料層的方式生成第一和第二電極。
[0017]由于源電極和漏電極到柵絕緣體的距離不同，VOFET 一般對于由從柵電極到源電極和漏電極的不同電場引起的正和負的漏-源電壓Vsd具有不對稱響應。發(fā)現通過分別使用在源電極和第一半導體層之間的第一摻雜材料層和/或在漏電極和第二有機半導體層之間的第二摻雜材料層，可以控制不對稱性。優(yōu)選地，第一和/或第二摻雜材料層分別具有少于5nm的厚度。
[0018]在空穴傳輸層(HTL)中，空穴的迀移率大于電子的迀移率。在電子傳輸層(ETL)中，電子的迀移率大于空穴的迀移率。
[0019]在單獨的步驟中生成第一和第二有機半導體層。第一和第二有機半導體層中的至少一個可以完全由基質材料制成。在第一或第二電極中的一個與有機半導體材料的界面處有結，即肖特基勢皇。該結取決于電極(用作源電極或漏電極)的極性。肖特基勢皇由來自柵絕緣體的場進行調節(jié)。注入勢皇僅在相鄰有機半導體層的材料未摻雜，并且無注入層的情況下形成。僅在這種情況下，第一電極和第二電極之間的通路主要用于傳輸。
[0020]或者，對第一或第二有機半導體層中的至少一個進行摻雜，這降低了晶體管的不對稱性質。摻雜層包含基質材料和至少一種摻雜劑。摻雜層可由基質材料和一種摻雜劑制成，所述摻雜劑優(yōu)選為基質材料的90摩爾％以上，甚至更優(yōu)選為95摩爾％以上。如果對有機半導體層的一個或兩個進行摻雜，則第一和第二有機半導體層優(yōu)選地包含被構造為傳輸相同類型的電荷載流子的基質材料。甚至更優(yōu)選地，兩層的有機基質材料是同種材料。
[0021]優(yōu)選地，所有有機半導體材料都具有等于或小于2eV、優(yōu)選小于1.85eV的單重態(tài)激發(fā)能，和/或單重態(tài)躍迀被禁止。從吸收峰(單峰的最大值)的波長的光子能計算單重態(tài)激發(fā)能，其意味著發(fā)光小于1.83eV以及通常在紅外區(qū)的結合能。因此，該材料不發(fā)射可見光。
[0022]在本方法的一個實施方式中，生成第一電極和電極絕緣體的步驟，生成第一摻雜材料層的步驟，生成第二電極的步驟和生成第二摻雜材料層的步驟中的至少一個包括分別在第一和第二有機半導體層上進行光刻結構化的步驟。已知使用網板掩蔽(shadowmasking)制造V0FET。這些V0FET具有小的比邊長。利用光刻結構化，在使用技術充分控制程序的同時可以將邊長最大化。在不需要精密光刻設備的條件下提供了高性能器件。具有約1 μπι的分辨率和對齊登記(alignment registry)的普通設備制造晶體管掉掉有余。優(yōu)選地，在應用光刻掩模之后但在沉積第一和第二電極之前分別生成第一和/或第二摻雜材料層。由此，可將摻雜限制于連接至各個接觸材料的區(qū)域。原則上，這可以通過網板掩蔽工藝來實現。
[0023]在優(yōu)選的實施方式中，通過物理氣相沉積特別是熱蒸發(fā)生成第一摻雜材料層和/或第二摻雜材料層。在此，可以以簡單的方式將生