專利名稱：產(chǎn)生高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及有機(jī)半導(dǎo)體、特別地涉及高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件和產(chǎn)生高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
目前正在研究將有機(jī)和聚合物材料用作各種電子器件的活性層。有機(jī)材料可提供的優(yōu)于硅材料的優(yōu)點(diǎn)包括低成本、與可彎曲基材的相容性以及可印刷或旋涂形成電子器件的可能性。已經(jīng)設(shè)計(jì)并且制造了一些有機(jī)電子器件。例如已知有機(jī)二極管、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和具有有機(jī)活性層的薄膜晶體管。例如參見(jiàn)以下文獻(xiàn)描述的器件(1)Jie Liu，Tzung-Fang Guo and Yang Yang，″Effects of thermalannealing on the performance of polymer light emitting diodes″，J.Appl.Phys.，91，1595-1600(2002)；(2)Jie Liu，Yijian Shi and YangYang，″Solvation-induced morphology effects on the performance ofpolymer-based photovoltaic devices″，Adv.Functional Materials，11，420-424(2001)；(3)Jie Liu，Yijian Shi and Yang Yang，″Improvingthe performance of polymer light-emitting diodes using polymer solid-solutions″，J.Appl.Phys.，89，3668(2001)；(4)J.Liu，Y.Shi and Y.Yang，″Solvation induced morphological effects on the formation ofpolymer/metal contacts″，J.Appl.Phys.，89，3668(2000)；(5)YangYang，Shun-Chi Chang，Jayesh Bharathan and Jie Liu，″Organic/polymeric electroluminescent devices processed by hybridink-jet printing″，Journal of Materials ScienceMaterials inElectronics，11，89-96(2000)；(6)J.Liu，Y.Shi，and Y.Yang，Deviceperformance and polymer morphology in polymer light-emittingdiodesthe control of electric properties；J.Appl.Phys.，88，605(2000)；(7)Y.Shi，J.Liu and Y.Yang，Device performance andpolymer morphology in polymer light-emitting diodesthe control ofthin film morphology and device quantum efficiency，J.Appl.Phys.，87，4254(2000)；(8)S.C.Chang，J.Bharathan，J.Liu and Y.Yang，Multicolor organic light-emitting diodes processed by ink-jet printing，Adv.Mat.，11，734(1999)；和(9)S.C.Chang，J.Bharathan and Y.Yang，″Dual-color polymer LEDs processed by hybrid inkjet printingtechnology″，Appl.Phys.Lett.，73，2561(1998)。本文整體參考引用以上文獻(xiàn)。
本文的“有機(jī)半導(dǎo)體”是指含有大量與其它元素結(jié)合的碳、或是含有除金剛石以外的元素碳同素異形體并且在室溫下(20℃)表現(xiàn)出至少10-3cm2/V-s的載流子遷移率的材料。但是，盡管在有機(jī)半導(dǎo)體器件的研究和發(fā)展上投入了很大的努力，而這些有機(jī)器件依舊未被廣泛地商業(yè)化，很大程度上是因?yàn)橄鄬?duì)于相似的硅器件而言其差的器件特性。盡管一些有機(jī)發(fā)光器件似乎具有相似于無(wú)機(jī)發(fā)光器件的性能，但是與相似的硅器件相比，其它有機(jī)電子器件如二極管的性能差。例如，與硅制成的二極管相比，有機(jī)二極管具有很低的頻率響應(yīng)并且可處理的電流密度小。這些性能缺陷主要由于有機(jī)材料的低載流子遷移率和其它特性所致。有機(jī)晶體管的低載流子遷移率導(dǎo)致其僅可處理低電流密度，并且不適合用作高電流密度應(yīng)用比如顯示用有機(jī)發(fā)光二極管中的開關(guān)。目前，有機(jī)器件也不能在高頻下比如13兆赫(MHz)、900MHz和2.4千兆赫(GHz)下操作，而如今存在許多的硅基器件的應(yīng)用。例如，在射頻識(shí)別波段中，可在約900MHz下使用接線天線；可在約13MHz下使用線圈天線。為了由有機(jī)半導(dǎo)體元件構(gòu)成電子電路，必須解決有機(jī)半導(dǎo)體器件性能差的問(wèn)題。
共軛的有機(jī)材料是指電子在雙鍵或三鍵附近密集的有機(jī)材料。通常利用非常低濃度的摻雜來(lái)將共軛的有機(jī)材料處理為半導(dǎo)體。因此，金屬和有機(jī)層之間的界面通常是剛性能帶結(jié)構(gòu)。由于缺乏表面狀態(tài)，使得包括勢(shì)壘高度和電荷注入效率在內(nèi)的金屬-有機(jī)界面特性很容易受結(jié)合金屬功函的影響。這些現(xiàn)象與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體明顯不同，在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中，不飽和鍵產(chǎn)生的帶隙中心表面能級(jí)使表面固定在Fermi水平。因此，硅-金屬界面幾乎表現(xiàn)不出金屬功函的差別。但是對(duì)于有機(jī)二極管而言，通常由于陽(yáng)極和陰極功函的差別而導(dǎo)致電流整流。為了達(dá)到有效的電荷注入和高的整流比，有機(jī)二極管需要利用高功函金屬比如金或銦-錫氧化物作為陽(yáng)極，并且低功函金屬比如鈣作為陰極。但是，盡管在過(guò)去的十年中在有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)電致顯示領(lǐng)域具有快速的發(fā)展，但與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體器件的性能相比，一般的有機(jī)半導(dǎo)體器件比如二極管和晶體管的性能依舊差。如上所述，這主要是因?yàn)榈偷妮d流子遷移率、金屬和有機(jī)材料之間差的結(jié)合或連接以及有機(jī)材料的其它特點(diǎn)限制了有機(jī)電子器件在其它領(lǐng)域的應(yīng)用比如主要利用或全部利用有機(jī)元件來(lái)高速無(wú)線識(shí)別接頭。
另外，為了產(chǎn)生高性能的有機(jī)晶體管，通常需要電極和有機(jī)材料之間高質(zhì)量的歐姆接觸以達(dá)到有效的電荷注入。但是，目前有機(jī)電子器件缺乏好的歐姆接觸，并且現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有產(chǎn)生歐姆接觸的可控工藝。事實(shí)上，產(chǎn)生高性能有機(jī)晶體管的關(guān)鍵技術(shù)之一是與有機(jī)層形成好的源極和漏極歐姆接觸。對(duì)于一些類型的器件而言，產(chǎn)生高質(zhì)量的整流結(jié)比如肖特基(Schottky)勢(shì)壘結(jié)或p-n結(jié)很重要。
因此，需要高性能的有機(jī)半導(dǎo)體器件以及制造它們的方法。該高性能器件應(yīng)具有改進(jìn)的操作特性包括例如金屬和有機(jī)材料之間更好的接觸和結(jié)合、在比目前更高的頻率下操作的可能性和/或更高的電流容量。
發(fā)明概述本發(fā)明新方法的一個(gè)實(shí)施方案產(chǎn)生了金屬材料和有機(jī)材料之間接觸電阻低的有機(jī)半導(dǎo)體器件，它改進(jìn)了載流子注入的效率，提高了有機(jī)半導(dǎo)體器件的操作性能比如操作速度和載流容量，和/或可產(chǎn)生歐姆接觸和/或肖特基勢(shì)壘結(jié)。另外，該方法可使金屬離子或原子遷移或擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)材料，從而導(dǎo)致有機(jī)材料或二者均結(jié)晶。本發(fā)明新方法可使有機(jī)半導(dǎo)體器件經(jīng)受熱或其它形式的能量比如電壓、電流、用于局部加熱的電磁輻射能(比如激光能)、紅外能和/或紫外能。本發(fā)明新方法的結(jié)果例如提供了可在高頻下操作的改進(jìn)的有機(jī)二極管，它含有鋁、碳C60和銅。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)研究以下的附圖和詳細(xì)的描述可明顯地理解本發(fā)明的其它體系、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)。本說(shuō)明書意欲包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有諸如此類的體系、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明受所附權(quán)利要求的保護(hù)。
附圖簡(jiǎn)述附圖中元件的尺寸不一定要成比例，重點(diǎn)是解釋本發(fā)明的原理。而且在附圖中，不同的圖中的相同附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。但是，相同的部件并非一直具有相同的附圖標(biāo)記。而且，所有的說(shuō)明是為了體現(xiàn)思路，對(duì)相對(duì)尺寸、形狀和其它詳細(xì)特征的描述是系統(tǒng)性的而非精確的描述。


圖1代表高水平的高性能有機(jī)二極管示范性實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖2代表圖1高性能有機(jī)二極管的電子符號(hào)和電流。
圖3是碳C60的高水平代表。
圖4表示當(dāng)將本發(fā)明新方法的實(shí)例應(yīng)用于結(jié)上時(shí)，鋁電極和碳C60有機(jī)層之間的結(jié)的圖示。
圖5表示當(dāng)將本發(fā)明新方法的實(shí)例施加在結(jié)上時(shí)，銅電極和碳C60有機(jī)層之間的結(jié)的圖示。
圖6利用激光加熱有機(jī)半導(dǎo)體器件局部區(qū)域的簡(jiǎn)圖。
圖7表示未處理的試驗(yàn)用有機(jī)二極管和退火的試驗(yàn)用有機(jī)二極管的電流-電壓特性。
圖8表示五個(gè)退火并且每個(gè)在不同溫度下退火的試驗(yàn)用有機(jī)二極管的電流-電壓特性。
圖9表示具有1兆赫AC電壓信號(hào)的退火試驗(yàn)用有機(jī)二極管的輸入電壓-輸出電流特性。
圖10表示在不同溫度下操作的試驗(yàn)用有機(jī)二極管的電流-電壓特性。
圖11表示已用8伏AC電壓處理的退火試驗(yàn)用有機(jī)二極管的電流-電壓特性。
圖12表示退火的試驗(yàn)用有機(jī)二極管對(duì)1兆赫AC電壓信號(hào)的高頻性能響應(yīng)特性。
圖13是表面電池構(gòu)型基材上的有機(jī)半導(dǎo)體器件的部分剖面圖；圖14是縱橫構(gòu)型基材上的有機(jī)半導(dǎo)體器件的部分剖面圖；圖15有機(jī)半導(dǎo)體絕緣的柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一示范性實(shí)施方案；圖16有機(jī)半導(dǎo)體絕緣的柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二示范性實(shí)施方案；圖17表示通過(guò)本發(fā)明新方法在有機(jī)Cu/C60/Al二極管器件上形成的觸點(diǎn)和結(jié)。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述由制備有機(jī)和聚合物半導(dǎo)體的本發(fā)明新方法得到了改進(jìn)的性能特性。有機(jī)材料是那些含有、包括或與碳有關(guān)的材料。術(shù)語(yǔ)“聚合物”是指有機(jī)材料的子集如具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的天然和合成化合物。為了方便和簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文所用的術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”包括了聚合物。
圖1表示高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件10之器件結(jié)構(gòu)的示范性實(shí)施方案。有機(jī)半導(dǎo)體器件10包括有機(jī)層或有機(jī)多層20、第一電極22和第二電極24。為了方便起見(jiàn)，附圖標(biāo)記20指有機(jī)層或有機(jī)多層，術(shù)語(yǔ)“有機(jī)層”應(yīng)既包括有機(jī)層又包括有機(jī)多層。盡管圖1中未示出，但是如果需要，可使有機(jī)半導(dǎo)體器件10被基材支撐。當(dāng)有機(jī)半導(dǎo)體器件10是二極管或電荷整流器件時(shí)，例如第一電極22可以是陽(yáng)極并且第二電極24可以是陰極。也可選擇第一電極22可以是陰極并且第二電極24可以是陽(yáng)極。電極22和24可以是純金屬、合金、多層金屬、金屬化合物或其它一些含有導(dǎo)電性非金屬的導(dǎo)電材料。盡管在圖1中示出的第一電極和第二電極22、24彼此具有相同的尺寸并且其尺寸與有機(jī)層20相同，但該圖實(shí)質(zhì)上僅僅是示意性的。實(shí)質(zhì)上有機(jī)層20、第一電極22和第二電極24的尺寸可相對(duì)作調(diào)整。例如，第一電極22和第二電極24可以比有機(jī)層20薄而且小，這由所需的器件特性來(lái)決定。
如果圖1的有機(jī)半導(dǎo)體器件10是二極管的構(gòu)型，則如圖2所示，二極管的電子符號(hào)具有正端和負(fù)端以及電流I。
有機(jī)半導(dǎo)體器件10的優(yōu)選實(shí)施方案基于俗稱為“巴基球”(buckyball)、″Buckminsterfullerene″或″富勒烯″結(jié)構(gòu)的已知結(jié)構(gòu)，這是由設(shè)計(jì)網(wǎng)格球頂(geodesic domes)的設(shè)計(jì)者R.Buckminster Fuller的名字命名的。富勒烯包括C60分子(也被稱為碳-60)、C60化合物和其它有機(jī)分子。C60化合物是C60分子和其它材料的混合物，例如可通過(guò)將它們?cè)谝黄鹫舭l(fā)來(lái)制備該化合物。C60具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗蔷哂懈咻d流子遷移率(～2cm2/vs)的穩(wěn)定的材料，并且能夠形成高質(zhì)量的膜。另外，當(dāng)利用下述熱退火處理時(shí)，C60另外提供了可在空氣中進(jìn)行熱退火的優(yōu)點(diǎn)。圖3表示C60的分子結(jié)構(gòu)25?？捎葾ldrichChemical購(gòu)買純度為98％的C60。
結(jié)果是，盡管其它實(shí)施方案可利用其它的有機(jī)材料，但優(yōu)選實(shí)施方案利用C60作為有機(jī)層。例如，有機(jī)層可包括C60、C70和C80系列(family)材料中的任何一種、其它富勒烯和上述化合物的任何衍生物或變體。而且，有機(jī)層可包括富勒烯的聚合物形式。例如，可通過(guò)使C60與聚合物骨架的各種位置結(jié)合來(lái)產(chǎn)生聚合物形式。聚合物具有更易于處理和印刷的優(yōu)點(diǎn)。
仍可選擇有機(jī)層包括納米管比如碳納米管。納米管的長(zhǎng)度、直徑、電子性能和材料可以變化。例如，納米管可小至直徑上有100個(gè)原子，并且可將其自組裝入埃級(jí)尺寸的電路元件中。例如參見(jiàn)″Nanotubes Self-assemble into Circuit Elements″，EE Times，March28，2002；″IBM says nanotube transistor beats silicon″，EE Times，May 20，2002。
可選擇的其它有機(jī)材料可以是如下表1所示的空穴和電子遷移材料表1

可選擇的其它有機(jī)材料可以是如下表2所示的有機(jī)化合物表2
可選擇用于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的有機(jī)材料化合物通常包括如表3所示的小分子材料表3
可選擇用于聚合物發(fā)光二極管(PLED)的有機(jī)材料可以是表4所示的化合物。
表4

因此，有機(jī)層20可包括各種類型的有機(jī)材料。例如可基于熔點(diǎn)、形成膜的好壞、電負(fù)性以及電荷遷移率等來(lái)選擇有機(jī)材料?？衫貌钍緬呙枇繜岱y(cè)量有機(jī)材料的熔點(diǎn)。
下面將描述產(chǎn)生高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件的本發(fā)明新方法的示范性實(shí)施方案。本方法的示范性實(shí)施方案描述了關(guān)于產(chǎn)生高性能有機(jī)二極管的方法；但是，可容易地采用該方法來(lái)形成其它類型的有機(jī)器件。因?yàn)樵摼唧w實(shí)施例是二極管，它具有兩個(gè)電極—陽(yáng)極和陰極。如果高性能有機(jī)半導(dǎo)體器件是其它一些器件，術(shù)語(yǔ)“電極“可以指與器件的電接觸。因此，所有的術(shù)語(yǔ)”電極“是指與器件的導(dǎo)電性電連接或來(lái)自器件的導(dǎo)電性電連接。如果需要，可由基材來(lái)支撐形成的有機(jī)半導(dǎo)體器件10。首先因?yàn)閮?yōu)選有基材，優(yōu)選通過(guò)熱蒸發(fā)將第一電極材料22比如銅沉積在基材上?；目梢允莿傂浴闲曰虬雱傂院屯该?、半透明或不透明的基材。例如，基材可以是預(yù)清潔的玻璃、硅(Si)層、氧化硅(SiO)層、石英或其它一些基材。也可選擇沉積、生長(zhǎng)、印刷、壓印第一電極材料，或是將其成型于玻璃、硅或氧化硅層上。仍可選擇沉積、生長(zhǎng)、印刷、壓印第一電極材料，或是將其成型于撓性基材例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，由此可得到撓性結(jié)構(gòu)。可利用包括噴墨印刷法在內(nèi)的印刷方法將導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料印刷在基材上。例如參見(jiàn)本發(fā)明在背景技術(shù)部分列出的參考引用的文獻(xiàn)。當(dāng)然也可選擇沉積、生長(zhǎng)、印刷、壓印該材料，或是以各種方式來(lái)形成。例如，可以相互交叉的形式形成該材料，該材料在生物傳感器和其它用途中有潛在的應(yīng)用。在基材上沉積或形成第一電極22之后，可在第一電極22上沉積或形成有機(jī)層(20)。接著將第二電極24沉積或形成在有機(jī)層20上。
如果有機(jī)器件是發(fā)光器件比如發(fā)光二極管(LED)，則優(yōu)選基材是透明或至少半透明，由此可使光透過(guò)該器件。該透明狀基材包括PET和聚酰亞胺(PI)。另一方面，如果有機(jī)器件不是發(fā)光器件，則基材可以是任何功能性的聚合物或金屬?；睦缈梢允蔷酆衔锬?、聚合物基材、金屬箔或金屬層。
基材可具有所需要的許多性能。例如，基材可以是導(dǎo)電、不導(dǎo)電、電磁、鐵磁或鐵電基材。導(dǎo)電基材材料包括鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鐵(Fe)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、銦(In)、鎢(W)、鉑(Pt)、鉀(K)、砷(As)、鈣(Ca)、鋰(Li)、適當(dāng)摻雜的硅(Si)、不銹鋼、其它導(dǎo)電材料和包括例如上述元素合金的金屬合金。當(dāng)然也可基于基材的性能來(lái)選擇基材材料。鎂、鉀和鋰-鋁(Li-Al)具有反應(yīng)性，因此僅適用于特定的應(yīng)用。不銹鋼導(dǎo)電，但是導(dǎo)電性不強(qiáng)并且適用于一些應(yīng)用。非導(dǎo)電基材材料包括聚合物、有機(jī)材料、溶膠凝膠(Solgel)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、PTFE(聚四氟乙烯)、PET、Kapton、玻璃、硅和具有PS涂層的硅。溶膠凝膠是已知可摻雜空氣氣泡、陶瓷材料和其它顆粒的一類材料。優(yōu)選基材是聚合物，因?yàn)榭傻玫奖∧罨?。電磁、鐵磁和鐵電基材材料是子系列的導(dǎo)電材料?？衫没男纬山拥匕濉⑻炀€和其它功能結(jié)構(gòu)，這取決于所選擇的基材的性質(zhì)。
之后，已沉積或成型于基材上的銅層形成了第一電極22。將有機(jī)材料比如C60沉積、生長(zhǎng)、印刷、壓印或成型于第一電極22上以產(chǎn)生有機(jī)層20。接著，將第二電極材料比如鋁(Al)沉積或成型于有機(jī)層20上以產(chǎn)生第二電極24。也可選擇利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法來(lái)形成有機(jī)半導(dǎo)體器件10的組件。
除了可利用銅和鋁作為電極22、24之外，其它導(dǎo)電材料、甚至導(dǎo)電的非金屬材料也可用于形成第一電極22和第二電極24。例如，以上所列用于導(dǎo)電基材的任何一種導(dǎo)電材料或其組合也可用作任意一個(gè)電極?？衫眠@些材料的組合和其它導(dǎo)電材料來(lái)形成電極?？苫诶绮牧系慕饘俟?、擴(kuò)散系數(shù)以及與有機(jī)化合物的電荷轉(zhuǎn)移能力來(lái)選擇形成電極的材料。
利用C60作為有機(jī)層并且將其夾在鋁電極和銅電極之間形成了有機(jī)二極管(下文稱之為“Cu/C60/Al”)。如此沉積的“Cu/C60/Al”二極管顯示出低注入電流和低整流比的差性能。
由于有機(jī)材料對(duì)環(huán)境的敏感性，硅技術(shù)中使用的許多工藝都不能直接將其施加在有機(jī)器件上。例如，常規(guī)技術(shù)指出有機(jī)材料不能受熱，因?yàn)樗鼈円资軣岬挠绊?。但是，利用本發(fā)明新方法的優(yōu)選實(shí)施方案制造有機(jī)半導(dǎo)體器件(例如“Cu/C60/Al”二極管)時(shí)，對(duì)制造的器件進(jìn)行了熱退火處理，并且如果需要可將加熱的器件冷卻。冷卻步驟可以是通過(guò)將加熱的器件例如經(jīng)受冷空氣而將其主動(dòng)冷卻。也可選擇讓加熱的器件自己冷卻的被動(dòng)冷卻步驟將其冷卻。本發(fā)明新方法將有機(jī)半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芴匦愿倪M(jìn)的器件。改進(jìn)的性能特性可包括例如器件在高速和高電流密度下操作的能力。
認(rèn)為在有機(jī)半導(dǎo)體器件10上施加熱或?qū)ζ溥M(jìn)行熱退火、使得有機(jī)半導(dǎo)體器件10的有機(jī)材料和金屬材料之間產(chǎn)生了更有利于有效電荷注入的低電阻接觸。產(chǎn)生的金屬-有機(jī)材料接觸可包括正向的歐姆接觸和/或肖特基勢(shì)壘結(jié)。另外，熱退火可導(dǎo)致第一電極22和第二電極24的離子或原子(此時(shí)是金屬原子)遷移或擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)層20，導(dǎo)致有機(jī)層或二者均結(jié)晶。在退火期間，第一電極22和第二電極24之電極離子/原子向有機(jī)層20的遷移或擴(kuò)散可使有機(jī)層20和電極22或24的界面上摻雜有機(jī)層20。在金屬電極-有機(jī)層界面可能會(huì)發(fā)生一些電荷轉(zhuǎn)移。另外，熱退火工藝可導(dǎo)致有機(jī)層20的形態(tài)改變。例如，有機(jī)材料在存在退火時(shí)會(huì)結(jié)晶，這明顯提高了載流子遷移率?？衫霉鈱W(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和/或X-射線衍射來(lái)評(píng)估有機(jī)材料的性能比如膜成形性能和形態(tài)，這些檢測(cè)方式會(huì)顯示出有機(jī)材料的表面形態(tài)和結(jié)晶。
圖4表示已熱退火的Cu/C60/Al有機(jī)半導(dǎo)體器件的鋁-C60接觸的示意圖。該圖包括導(dǎo)帶30和價(jià)帶31。電荷32應(yīng)不易從金屬(例如鋁)流向有機(jī)層(例如C60)，而電荷33應(yīng)容易地從有機(jī)層(例如C60)流向金屬材料(例如鋁)。
圖5表示已熱退火的Cu/C60/Al有機(jī)半導(dǎo)體器件的銅-C60接觸的示意圖。該圖包括導(dǎo)帶35和價(jià)帶36。當(dāng)對(duì)金屬銅和有機(jī)材料的接觸進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶饡r(shí)，銅原子自金屬(例如銅)向有機(jī)層20(例如C60)擴(kuò)散，由此摻雜了有機(jī)層界面并且在銅金屬和有機(jī)層之間形成了歐姆接觸。電荷37似乎在兩個(gè)方向都容易流動(dòng)，也就是說(shuō)，容易從金屬(例如銅)流向有機(jī)層(例如C60)并且容易地從有機(jī)層(例如C60)流向金屬材料(例如銅)。帶的急劇傾斜表明有機(jī)層20被摻雜了。
也可選擇任何工藝來(lái)處理有機(jī)半導(dǎo)體器件10，以使有機(jī)半導(dǎo)體器件10的有機(jī)材料和金屬材料之間產(chǎn)生更有利于有效電荷注入的低電阻接觸?？蛇x擇的工藝也可使器件在正向產(chǎn)生歐姆接觸和/或肖特基結(jié)。另外，選擇的工藝可導(dǎo)致第一電極22和第二電極24的離子/原子遷移進(jìn)入有機(jī)層20，由此導(dǎo)致有機(jī)層或二者均結(jié)晶。例如，可選擇的工藝包括以下中的任何一種或其組合使電流自一個(gè)電極流到另一個(gè)電極；在第一電極22和第二電極24之間加偏壓；在其中一個(gè)電極和有機(jī)層20之間加偏壓；利用提供局部加熱的激光能；紅外能和紫外能。電流和/或偏壓可以是任何所需要的極性或方向。而且，電流可以是交流(AC)、直流(DC)或其組合。例如，以下參考圖11和12的描述中，在試驗(yàn)用的有機(jī)二極管上加了8V的AC電壓，這導(dǎo)致了器件操作性能的提高。其它可能的處理包括將任何其它形式的能量比如輻射能和聲能引入有機(jī)半導(dǎo)體或有機(jī)半導(dǎo)體的一部分。在退火(或施加其它形式的能量)期間，第一電極22和第二電極24之電極離子/原子向有機(jī)層20的遷移或擴(kuò)散被認(rèn)為導(dǎo)致有機(jī)層20和電極22或24的界面上摻雜了有機(jī)層20。
圖6是利用激光加熱有機(jī)半導(dǎo)體器件局部區(qū)域164的簡(jiǎn)圖。激光160向有機(jī)半導(dǎo)體器件10的局部發(fā)射電磁輻射束162?？衫靡阎脑热珑R子、透鏡、光柵和分光器來(lái)對(duì)該輻射束162進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)、聚焦或其它調(diào)整。
作為在器件制造好之后對(duì)器件施加能量的另一種可替代的選擇，可在制造或沉積過(guò)程中在原地將本文所述的任何一種能量施加于器件。例如，在對(duì)有機(jī)層20進(jìn)行加熱的同時(shí)進(jìn)行沉積工藝。
不僅僅是每種材料的能帶結(jié)構(gòu)決定電極22(或24)和有機(jī)層20之間的結(jié)的特性，而且電極材料和有機(jī)層材料之間可能的化學(xué)反應(yīng)也與之相關(guān)。利用帶有氬離子濺射系統(tǒng)的俄歇分光鏡可確定擴(kuò)散深度分布(profile)。另外，可利用紫外光電子能譜學(xué)(UPS)和X-射線光電子能譜學(xué)(XPS)來(lái)表征有機(jī)層20和電極22、24之間的界面性能。
由膜厚小于100nm的C60膜、銅制成的第一電極22和鋁制成的第二電極24形成試驗(yàn)用的有機(jī)二極管。由兩個(gè)電極22、24的重疊確定的該夾心型二極管的器件面積是0.25mm2。所有的沉積均在約1×10-6托的真空下進(jìn)行。當(dāng)然可以按照需要來(lái)改變器件面積、層厚、層的取向和器件的幾何形狀。例如，器件的厚度可在10-1000納米(nm)的范圍內(nèi)變化，器件面積可以小到50×50nm2并且可以大到cm2范圍或者甚至更大。當(dāng)然公開這些范圍并不是要限制本發(fā)明新方法的范圍，因?yàn)樵诒景l(fā)明新方法所教導(dǎo)的相似原理下，其它的范圍也可實(shí)現(xiàn)。對(duì)于二極管而言，由于一定的電解質(zhì)厚度下二極管的固有寄生電容較小，因此面積小的器件可在較高的頻率下操作，但是可負(fù)載的電流小。另一個(gè)實(shí)施例中，材料的厚度可以是5微米或甚至是亞微米級(jí)(例如小于l微米)。再一個(gè)實(shí)施例中，作為二極管有機(jī)層20的C60的厚度范圍是幾百至幾千埃；陽(yáng)極和陰極材料亦是如此。但是，如果有機(jī)層20的厚度較厚，則容易制造無(wú)針孔或不發(fā)生短路的有機(jī)層。另外，用于連接有機(jī)半導(dǎo)體器件的線或?qū)щ妳^(qū)域可以是任何尺寸，該尺寸包括小于1微米的交叉點(diǎn)尺寸。也可選擇的是，如果線或?qū)щ妳^(qū)域必須負(fù)載更大的電流，則其尺寸可較大，比如在厘米范圍內(nèi)。
如此沉積的未退火有機(jī)二極管顯示出整流差的低載流子注入。在將Cu/C60/Al有機(jī)二極管器件在空氣中、在120℃下處理5分鐘之后，退火的有機(jī)二極管成為了整流比為104-106的高性能有機(jī)二極管?？雌饋?lái)在更高的溫度，例如200℃，甚至?xí)玫礁咝阅艿钠骷??；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖7表示未退火的有機(jī)二極管與退火有機(jī)二極管的電流-電壓(I-V)的比較。如圖7所示，I-V曲線46基于如此沉積(例如未退火)的有機(jī)二極管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而I-V曲線48基于退火的有機(jī)二極管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。優(yōu)選當(dāng)施加的電壓大于零時(shí)(例如正電壓)，電流盡可能地大；同樣，當(dāng)施加的電壓小于零時(shí)(例如負(fù)電壓)，電流盡可能地小。因此，I-V曲線46、48表明在二極管可處理的電流密度的量方面，退火的有機(jī)二極管優(yōu)于未退火的有機(jī)二極管。熱退火處理和I-V測(cè)量均在空氣中進(jìn)行，這表明退火的有機(jī)二極管在空氣中是穩(wěn)定的。也可選擇的是，在真空、氣體、氣體混合物、流體、流體混合物或其它環(huán)境下對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體進(jìn)行退火，以得到所需要性能特性。
而且，當(dāng)在120-200℃之間的溫度下對(duì)制造的器件退火時(shí)，隨著退火溫度的增加可逐漸的改進(jìn)器件的性能特性。圖8的曲線表示五個(gè)氧化硅基材上的Cu/C60/Al二極管，它們分別在120℃、140℃、160℃、180℃和200℃溫度下在空氣中處理10分鐘。由圖8可明顯看出，退火溫度的增加改進(jìn)了有機(jī)二極管的性能特性。這暗示著在熱退火過(guò)程中在兩個(gè)界面的其中之一上逐漸形成了整流結(jié)，并且在其它界面上產(chǎn)生了歐姆接觸。“結(jié)”是兩個(gè)不同的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬在界面的結(jié)合。例如，結(jié)包括但不限于異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘結(jié)和p-n結(jié)。得到的有機(jī)器件在空氣中非常穩(wěn)定并且可在空氣中操作至少兩周而不會(huì)有性能的降級(jí)。另外，有機(jī)器件可在400A/cm2的電流密度和6伏下操作，這超過(guò)任何其它所報(bào)道的有機(jī)器件。
為了進(jìn)一步改進(jìn)有機(jī)二極管的性能，可增加有機(jī)層20中有機(jī)材料的純度。如果有機(jī)層20中有機(jī)材料比較純，則可減少施加電壓低于零時(shí)的泄漏電流或暗電流?？稍诓煌恼舭l(fā)速度下將純化的有機(jī)材料熱涂覆于基材上并且接著在高溫下熱退火。另外，在蒸發(fā)過(guò)程中，可控制或調(diào)節(jié)基材溫度，以進(jìn)一步改變器件性能。
圖9表示試驗(yàn)用的退火有機(jī)二極管Cu/C60/Al的高頻性能響應(yīng)，該二極管在120℃下在空氣中處理5分鐘。當(dāng)將1兆赫AC頻率的AC電壓信號(hào)56加在退火的有機(jī)二極管時(shí)，信號(hào)58是退火的有機(jī)二極管的頻率響應(yīng)。盡管在該實(shí)施例中是在1MHz的頻率下操作退火的有機(jī)二極管，但是該二極管應(yīng)容易在遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的頻率下操作。
在開關(guān)速度超過(guò)1MHz的條件下，退火的有機(jī)二極管可容易地達(dá)到100A/cm2的電流密度，該開關(guān)速度比常規(guī)的Alq3型具有類似面積的有機(jī)LED快約100倍。在實(shí)驗(yàn)中，退火的有機(jī)二極管的電流密度已達(dá)到400A/cm2。具有足夠高電流密度的二極管可驅(qū)動(dòng)各種電子組件比如OLED顯示器。
施加于有機(jī)半導(dǎo)體器件的溫度范圍可以是約60℃-300℃。向有機(jī)器件施加熱的持續(xù)時(shí)間范圍可為幾秒到幾小時(shí)。對(duì)于本文所公開的這些范圍而言，引入范圍并不是要限制本發(fā)明新方法的范圍，因?yàn)樵诒景l(fā)明新方法所教導(dǎo)的相似原理下，其它的范圍也可實(shí)現(xiàn)。
也可選擇的是，如果將熱、電、光和/或輻射能形式的高強(qiáng)度能量施加于有機(jī)器件，則可極大的降低暴露的持續(xù)時(shí)間。例如，當(dāng)對(duì)試驗(yàn)用的有機(jī)二極管Al/C60/Cu施加AC電壓而不是進(jìn)行退火處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果相似。施加于有機(jī)器件的AC電壓幅度取決于器件的厚度，例如其范圍可以從幾伏至幾十伏。AC電壓的頻率也可以變化，例如從赫茲到兆赫或更高。實(shí)驗(yàn)表明向有機(jī)器件施加幾秒至幾小時(shí)的AC電壓足以產(chǎn)生高性能的有機(jī)二極管。圖10的I-V曲線表示在93-340°K的不同溫度下、退火的Al/C60/Cu有機(jī)二極管的作用狀況。該I-V曲線表明電流由歐姆接觸流向整流結(jié)。
因此，很顯然當(dāng)用本發(fā)明新方法處理有機(jī)二極管時(shí)，其中之一的電極接觸變?yōu)闅W姆接觸并且另一個(gè)接觸稱為整流結(jié)。整流結(jié)可以是例如肖特基勢(shì)壘結(jié)和窄p-n結(jié)?？稍贑60/Al界面形成肖特基勢(shì)壘結(jié)并且由于電荷傳輸過(guò)程而在在銅/C60界面形成歐姆接觸。如圖10所示，低溫下的行為支持肖特基勢(shì)壘結(jié)和歐姆接觸兩個(gè)機(jī)理共存。盡管本文參考引用的轉(zhuǎn)讓給Sanyo Electric Co.，Ltd.的名稱為″Display UnitHaving Transistor of Organic Semiconductor Stacked on OrganicElectroluminescence Element″的專利US6,037,718聲稱已生成了p-n、n-p、n-p-n和p-n-p結(jié)，該專利利用的方法不同。
為了產(chǎn)生高性能有機(jī)晶體管，通常需要電極和有機(jī)層20之間具有高質(zhì)量的歐姆接觸和/或結(jié)，以有利于有效電荷注入。由于本發(fā)明新方法以可控方式形成了歐姆接觸，因此可利用該方法來(lái)改進(jìn)其它有機(jī)器件比如有機(jī)晶體管和有機(jī)半導(dǎo)體器件的性能。例如，可利用本發(fā)明新方法來(lái)產(chǎn)生與有機(jī)晶體管的有機(jī)層更好的源極和漏極歐姆接觸。另外，可將本發(fā)明新方法產(chǎn)生的載流子遷移率方面的改進(jìn)用于其它有機(jī)半導(dǎo)體器件比如有機(jī)晶體管。結(jié)晶C60的遷移率例如可以至少高達(dá)2cm2/vs，從而適用于有機(jī)晶體管。
圖11表示向試驗(yàn)用有機(jī)二極管施加交流(AC)電壓的結(jié)果。垂直軸表示對(duì)夾層的Al電極(100nm)-C60(115nm)-Cu電極(82nm)有機(jī)二極管施加以安培計(jì)的電流，而水平軸表示對(duì)其施加以伏計(jì)的DC電壓。曲線70表示有機(jī)二極管在經(jīng)受電壓處理工藝之前的電流-電壓特性。曲線72表示使8伏電壓通過(guò)二極管之后有機(jī)二極管的電流-電壓特性。很明顯電壓處理改進(jìn)了有機(jī)二極管的操作性能。
圖12表示已用AC電壓處理的圖11有機(jī)二極管對(duì)輸入電壓源信號(hào)的響應(yīng)80。由此可明顯看出，改進(jìn)的有機(jī)二極管能夠在1兆赫頻率下操作，這對(duì)現(xiàn)有技術(shù)有機(jī)二極管而言是極大的改進(jìn)。
利用本發(fā)明新方法可得到其它的優(yōu)勢(shì)。一般地，特別是當(dāng)二極管具有兩個(gè)緊接的肖特基結(jié)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)利用由不同功函的金屬形成的電極來(lái)制造二極管。對(duì)于常規(guī)的單層有機(jī)二極管而言，整流源于兩種金屬電極功函的差異。功函不同的金屬電極產(chǎn)生的勢(shì)壘高度有利于在一個(gè)偏壓方向(bias direction)而不是其它方向有效的電荷載流子注入。因此，可利用低功函金屬比如鈣或鎂或鋰來(lái)形成發(fā)光二極管(OLED)的陰極，可利用高功函金屬比如金和銦錫氧化物(ITO)來(lái)形成陽(yáng)極。
與此相反的是，本發(fā)明所述的有機(jī)半導(dǎo)體可利用具有相似功函的金屬電極來(lái)形成二極管。這值得關(guān)注，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)需要不同的功函來(lái)產(chǎn)生二極管整流行為。有機(jī)二極管的一個(gè)例子可由銅/C60/鋁(Cu/C60/Al)形成，其中陰極24由銅制成并且陽(yáng)極22由鋁制成。鋁和銅的功函分別約為4.2ev和4.7ev。如果想制造二極管，盡管可利用相似功函的材料，但優(yōu)選利用不同的材料制成第一電極22和第二電極24，以在有機(jī)層20的相對(duì)側(cè)產(chǎn)生不同的結(jié)。當(dāng)然，如果需要，本發(fā)明的方法也可利用具有不同功函的金屬電極22、24。利用不同功函的實(shí)例是電極22、24可由金(5.2eV)和鈣(2.9eV)形成。
本文所述的新方法不限于制造二極管。可利用本發(fā)明新方法制造其它有機(jī)器件比如有機(jī)晶體管以及甚至更復(fù)雜的其它有機(jī)組件比如集成電路和最終產(chǎn)品?？僧a(chǎn)生的電子組件包括任何可實(shí)現(xiàn)p-n、n-p、肖特基結(jié)、這些結(jié)的任意組合或這些結(jié)與絕緣體、介電體和/或?qū)w的任意組合的組件。組件的幾何結(jié)構(gòu)可以是垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)、層疊式垂直結(jié)構(gòu)、層疊式水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的任意組合或其它三維結(jié)構(gòu)。例如，圖13是基材12上的有機(jī)半導(dǎo)體器件10的部分剖面圖，其中電極22、24的取向垂直于表面電池(surface cell)或水平方式的有機(jī)層20。另一種選擇是，圖14是基材12上的有機(jī)半導(dǎo)體器件10的部分剖面圖，其中排狀和柱狀電極22、24是縱橫(crossbar)構(gòu)型或垂直構(gòu)型。
可將本發(fā)明新方法用于有機(jī)基的半導(dǎo)體器件，包括但不限于二極管、隧道二極管、肖特基二極管、變?nèi)荻O管、結(jié)型晶體管(p-n-p和/或n-p-n)、絕緣柵PET、單結(jié)晶體管、可編程序單結(jié)晶體管、晶體閘流管、2000年11月28日提交的名稱為″Rectifying Charge StorageElement″的待審US專利申請(qǐng)No.09/723,897中所述的整流電荷存儲(chǔ)元件、有機(jī)發(fā)光二極管、聚合物發(fā)光二極管、光電二極管、電阻器、電容器、感應(yīng)器、絕緣體和互補(bǔ)晶體管對(duì)。也可利用本申請(qǐng)公開的新方法來(lái)設(shè)計(jì)未設(shè)計(jì)或描述的其它新類型器件。基于這些新器件以及它們與基材的連接可制造各種功能的集成電路。由于利用本發(fā)明新方法可制造的不同種類組件數(shù)目的增加，使得可制造的功能電路類型數(shù)量也增加。
圖15表示可利用本發(fā)明新方法制造的上部接觸的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGFET)的示范性實(shí)施方案。由硅、玻璃、塑料或其它材料制成的基材100上形成了有機(jī)或聚合物半導(dǎo)體102。有機(jī)半導(dǎo)體102優(yōu)選是C60。在有機(jī)半導(dǎo)體102上形成了絕緣體104。優(yōu)選源極和漏極接觸106和110由相同的材料制成，優(yōu)選該材料為銅，但可以是其它導(dǎo)電材料。柵極接觸108可以由任何導(dǎo)電材料制成，優(yōu)選該材料是金。利用本發(fā)明新方法的IGFET形成了好的歐姆接觸115。
以下描述制造圖15的IGFET的一個(gè)示范性方法。通過(guò)沉積或其它方式在基材100上形成有機(jī)半導(dǎo)體102。通過(guò)沉積或其它方式在有機(jī)半導(dǎo)體102上形成了絕緣體104。將絕緣體104的一部分蝕刻掉。將金屬優(yōu)選沉積或以其它方式形成于有機(jī)半導(dǎo)體102之上、以產(chǎn)生源極和漏極106和110，而將金屬優(yōu)選沉積或以其它方式形成于絕緣體104之上以產(chǎn)生柵極108。優(yōu)選將器件在大于60℃并且低于300℃的高溫下退火以產(chǎn)生歐姆接觸115。
圖16表示利用本發(fā)明新方法制造的“底部接觸”IGFET的示范性實(shí)施方案。硅晶片122上是有機(jī)或聚合物半導(dǎo)體120。有機(jī)半導(dǎo)體120優(yōu)選是C60。如圖16所示，在有機(jī)半導(dǎo)體120和硅晶片122之間形成了絕緣體124。優(yōu)選源極和漏極接觸126和130由相同的材料制成，優(yōu)選該材料為銅，但可以是其它導(dǎo)電材料。柵極接觸128可以由任何導(dǎo)電材料制成，優(yōu)選該材料是金。利用本發(fā)明新方法的IGFET形成了好的歐姆接觸115。
以下描述制造圖16的IGFET的一個(gè)示范性方法。優(yōu)選通過(guò)沉積或其它方式使金屬成型于基材122之上、以形成源極126、柵極128和漏極130。通過(guò)沉積或其它方式在基材122、源極126、柵極128和漏極130上形成絕緣體124。將絕緣體104的一部分蝕刻掉以露出源極126、柵極128和漏極130。在絕緣體124和基材122上沉積或以其它方式形成有機(jī)半導(dǎo)體120。優(yōu)選將器件在大于60℃并且低于300℃的高溫下退火以產(chǎn)生歐姆接觸115。
圖17表示通過(guò)本發(fā)明新方法在有機(jī)Cu/C60/Al二極管器件上形成的接觸和結(jié)的示意圖。圖17的有機(jī)二極管的有機(jī)層20含有C60、含銅的第一電極22和含鋁的第二電極24。認(rèn)為利用本發(fā)明新方法使得銅電極22和有機(jī)層20之間產(chǎn)生了歐姆接觸，在鋁電極24和有機(jī)層20之間產(chǎn)生了肖特基勢(shì)壘結(jié)152。
可利用該改進(jìn)的有機(jī)器件的基本電路和器件的實(shí)例包括整流器、邏輯柵、電源、時(shí)鐘電路、計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器、調(diào)諧天線線圈、調(diào)制器、射頻識(shí)別(RFID)接頭、光ID接頭、顯示器、撓性顯示器、靈巧的撓性顯示器、光生伏打電池、聲頻變換器、射頻(RF)轉(zhuǎn)發(fā)器、靈巧卡、計(jì)算機(jī)、電視、數(shù)據(jù)記錄器和其它電路以及器件。
在以上的說(shuō)明書中參考具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明。但是很明顯不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍可作出許多修正和變化。例如，讀者可理解的是本文工藝流程圖中處理步驟的具體排序和組合僅僅是示范性的，可利用不同的或其它的處理步驟、或是利用處理步驟的不同組合或排序來(lái)實(shí)施本發(fā)明。另外，可將示范性實(shí)施方案中的金屬和有機(jī)材料換成其它金屬和/或有機(jī)材料。另一個(gè)例子是，可將每個(gè)實(shí)施方案的特征與其它實(shí)施方案所示的其它特征組合或匹配。相似的是，可按需利用材料科學(xué)、有機(jī)材料、電子工程和半導(dǎo)體處理領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的特性和處理。另外很明顯的是，可按需增加或減少處理。因此，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求及其等同物的限制。
權(quán)利要求
1.一種在有機(jī)半導(dǎo)體器件的金屬材料和有機(jī)材料之間形成低電阻接觸的方法，該方法包括在高于60℃并且足以在有機(jī)半導(dǎo)體器件的金屬和有機(jī)材料之間形成低電阻接觸的溫度下處理有機(jī)半導(dǎo)體器件；并且冷卻該有機(jī)半導(dǎo)體器件。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在存在空氣的條件下加熱有機(jī)半導(dǎo)體器件。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在真空條件下加熱有機(jī)半導(dǎo)體器件。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在存在氣體的條件下加熱有機(jī)半導(dǎo)體器件。
5.權(quán)利要求4的方法，其中氣體是氮?dú)狻?br> 6.權(quán)利要求4的方法，其中氣體是氧氣。
7.權(quán)利要求4的方法，其中氣體是氣體混合物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中冷卻步驟使加熱的有機(jī)半導(dǎo)體器件冷卻。
9.權(quán)利要求1的方法，其中冷卻步驟包括對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體器件應(yīng)用低于加熱溫度的溫度。
10.權(quán)利要求1的方法，其中溫度足以使第一金屬材料擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)材料。
11.權(quán)利要求10的方法，其中第一電極材料包括銅。
12.權(quán)利要求10的方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體器件包括第二電極材料，并且溫度足以使第二金屬材料擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)層。
13.權(quán)利要求12的方法，其中第二金屬材料包括鋁。
14.權(quán)利要求12的方法，其中第二金屬材料包括鋁、銅、金、銀、鐵、錫、鋅、鎳、鈷、鉻、鎂、鈦、銦、鎢、鉑、鉀、砷、鈣和鋰中的至少一種。
15.權(quán)利要求1的方法，其中處理步驟增加了有機(jī)材料的結(jié)晶。
16.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)材料包括富勒烯。
17.權(quán)利要求16的方法，其中有機(jī)材料包括C60系列中的一種。
18.權(quán)利要求16的方法，其中有機(jī)材料包括C70系列中的一種。
19.權(quán)利要求16的方法，其中有機(jī)材料包括C80系列中的一種。
20.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)材料包括化合物。
21.權(quán)利要求20的方法，其中化合物包括C60系列中的一種。
22.權(quán)利要求20的方法，其中化合物包括C70系列中的一種。
23.權(quán)利要求20的方法，其中化合物包括C80系列中的一種。
24.權(quán)利要求1的方法，還包括用金屬材料和有機(jī)材料形成有機(jī)半導(dǎo)體器件。
25.權(quán)利要求24的方法，其中有機(jī)材料是撓性的。
26.權(quán)利要求24的方法，還包括使形成的金屬材料為撓性的。
27.權(quán)利要求24的方法，還包括使形成的有機(jī)半導(dǎo)體器件的第二金屬為撓性的。
28.權(quán)利要求24的方法，還包括將有機(jī)半導(dǎo)體器件的有機(jī)材料印刷在基材上。
29.權(quán)利要求24的方法，還包括將有機(jī)半導(dǎo)體器件的有機(jī)材料沉積在基材上。
30.權(quán)利要求24的方法，還包括在基材上形成有機(jī)半導(dǎo)體器件。
31.權(quán)利要求30的方法，其中基材是撓性的。
32.權(quán)利要求31的方法，其中基材包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
33.權(quán)利要求30的方法，其中基材是剛性的。
34.權(quán)利要求33的方法，其中基材包括玻璃、硅或氧化硅。
35.權(quán)利要求30的方法，其中基材是透明的。
36.權(quán)利要求35的方法，其中基材包括金屬。
37.權(quán)利要求25的方法，其中金屬材料是撓性的。
38.權(quán)利要求36的方法，其中金屬包括鋁、銅、金、銀、鐵、錫、鋅、鎳、鈷、鉻、鎂、鈦、銦、鎢、鉑、鉀、砷、鈣和鋰中的至少一種。
39.權(quán)利要求36的方法，其中金屬包括不銹鋼。
40.權(quán)利要求36的方法，其中金屬包括合金。
41.權(quán)利要求35的方法，其中基材包括摻雜的硅。
42.權(quán)利要求30的方法，其中基材是不導(dǎo)電的。
43.權(quán)利要求42的方法，其中基材包括第二有機(jī)材料。
44.權(quán)利要求42的方法，其中基材包括溶膠凝膠。
45.權(quán)利要求42的方法，其中基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、PTFE或聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、Kapton和具有聚苯乙烯涂層的硅中的至少一種。
46.權(quán)利要求30的方法，其中基材包括電磁材料。
47.權(quán)利要求30的方法，其中基材包括鐵磁材料。
48.權(quán)利要求30的方法，其中基材包括鐵電材料。
49.權(quán)利要求30的方法，其中基材包括有機(jī)膜。
50.權(quán)利要求49的方法，其中基材包括聚合物膜。
51.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體器件具有第一電極和第二電極，并且第一電極和第二電極由具有相似的功函的材料形成。
52.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體器件具有第一電極和第二電極，并且第一電極和第二電極由具有基本上不同的功函的材料形成。
53.權(quán)利要求1的方法，其中還包括在金屬材料和有機(jī)材料之間形成肖特基結(jié)。
54.權(quán)利要求53的方法，其中金屬材料是鋁。
55.權(quán)利要求53的方法，其中有機(jī)材料是富勒烯。
56.權(quán)利要求1的方法，還包括在金屬材料和有機(jī)材料之間形成歐姆接觸。
57.權(quán)利要求56的方法，其中金屬材料是銅。
58.權(quán)利要求56的方法，其中有機(jī)材料是富勒烯。
59.權(quán)利要求1的方法，其中低電阻接觸包括金屬材料和有機(jī)材料之間的歐姆接觸。
60.權(quán)利要求1的方法，其中低電阻接觸包括金屬材料和有機(jī)材料之間的肖特基結(jié)。
61.一種制造高性能絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括提供絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括基材；在基材上形成的有機(jī)半導(dǎo)體；在有機(jī)半導(dǎo)體上形成的絕緣體；在有機(jī)半導(dǎo)體上形成的源極；在絕緣體上形成的柵極；以及在有機(jī)半導(dǎo)體上形成的漏極，并且對(duì)源極施加足夠的能量，以在源極和有機(jī)半導(dǎo)體之間產(chǎn)生歐姆接觸。
62.權(quán)利要求61的方法，其中提供絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的步驟還包括提供基材；在基材上形成有機(jī)半導(dǎo)體；在有機(jī)半導(dǎo)體上形成絕緣體；在有機(jī)半導(dǎo)體上形成源極；在絕緣體上形成柵極；并且在有機(jī)半導(dǎo)體上形成漏極。
63.權(quán)利要求61的方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體包括有機(jī)材料，有機(jī)材料包括富勒烯。
64.權(quán)利要求63的方法，其中有機(jī)材料包括C60系列中的一種。
65.權(quán)利要求63的方法，其中有機(jī)材料包括C70系列中的一種。
66.權(quán)利要求63的方法，其中有機(jī)材料包括C80系列中的一種。
67.權(quán)利要求61的方法，其中柵極包括金屬。
68.權(quán)利要求67的方法，其中柵極包括鋁或金。
69.權(quán)利要求61的方法，其中漏極包括金屬。
70.權(quán)利要求69的方法，其中漏極包括銅。
71.權(quán)利要求61的方法，其中源極包括金屬。
72.權(quán)利要求71的方法，其中源極包括銅。
全文摘要
對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體器件的高溫?zé)嵬嘶鹗沟迷撈骷挠袡C(jī)材料和金屬材料之間產(chǎn)生了低電阻接觸，這改進(jìn)了載流子注入效率。該處理產(chǎn)生了歐姆接觸和肖特基結(jié)。另外，該處理可導(dǎo)致金屬離子或原子遷移或擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)層，導(dǎo)致有機(jī)層或二者均結(jié)晶。得到的有機(jī)半導(dǎo)體器件具有提高的操作特性比如更快的操作速度。除了加熱之外，可利用其它形式的能量比如電壓、電流、用于局部加熱的電磁輻射能、紅外能和紫外能來(lái)處理。描述了改進(jìn)的含有鋁、碳C
文檔編號(hào)H01L21/44GK1524295SQ03800228
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者Y·楊, Y 楊, L·馬, 貝戈?duì)? M·L·貝戈?duì)?申請(qǐng)人:精密動(dòng)力公司