专利名称：应用于有机电路的双金属电极结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机电子学技术领域，特别涉及一种应用于有机电路的双金属电极结构及其制备方法。
背景技术：
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大。传统的基于无机半导体材料的器件和电路很难满足这些要求，因此，可以实现这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技术，在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。
由于有机半导体材料的特性，为了在电极和有机半导体材料之间获得较好的欧姆接触，目前人们主要使用的电极为单层的高功函数贵重金属
(Au， Pt)，厚度在50 100nm之间。由于采用了贵重金属，使用该电极结构将会增加有机电路的成本，成为制备低成本有机电路的主要障碍之
目前解决这一问题的一个主要方法是采用高功函数的有机导电材料来代替金属电极，然而有机电极的电阻率较大，性能不稳定，不利于做长距离的传输导线。且和金属接触时会产生较大势垒，降低互连线整体的电导率。
因此，有机电极还有待进一步的开发才能在有机电路中获得更为广泛的应用，寻找一种低成本高性能的电极结构成为当前制备低成本有机电路的 一个迫切需要解决的关键问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种应用于有机电路的双金属电极结构，以解决单层金属薄膜电极中存在的问题，在保证性能的前提下降低电极成本，推动有机电路的实用化。
本发明的另一个目的在于提供一种应用于有机电路的双金属电极结构的制备方法，以解决单层金属薄膜电极中存在的问题，在保证性能的前提下降低电极成本，推动有机电路的实用化。
(二)技术方案为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的-
一种应用于有机电路的双金属电极结构，该双金属电极结构由有机半导体薄膜、第一层金属薄膜，以及沉积在该第一层金属薄膜上的第二层金属薄膜构成。
上述方案中，对于顶接触式器件结构，该第一层金属薄膜为高功函数金属薄膜，该第二层金属薄膜为廉价金属薄膜，该第一层金属薄膜与有机半导体薄膜直接接触，该第二层金属薄膜与互连线接触。
上述方案中，对于底接触式器件结构，该第一层金属薄膜为廉价金属薄膜，该第二层金属薄膜为高功函数金属薄膜，该第二层金属薄膜与有机半导体薄膜直接接触，且该第二层金属薄膜与互连线接触。
上述方案中，所述高功函数金属为贵重金属材料金或铂。
上述方案中，所述廉价金属为铝或铜。
上述方案中，所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜的总厚度在
50nm至100nm之间，其中，高功函数金属层的厚度为总厚度的三分之一，
廉价金属层的厚度为总厚度的三分之二。
上述方案中，所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜在未进行低温退
火之前，均由各自的金属纳米颗粒组成，颗粒的粒径在100nm以下。一种应用于有机电路的双金属电极结构的制备方法，该方法包括制备用于沉积第一层金属薄膜和第二层金属薄膜的金属纳米颗粒分
散体系；
对于顶接触式结构，釆用金属纳米颗粒分散体系在有机半导体薄膜上沉积第一层金属薄膜；对于底接触式结构，采用金属纳米颗粒分散体系在衬底上沉积第一层金属薄膜；采用金属纳米颗粒分散体系在第一层金属薄膜上沉积第二层金属薄
膜；
对制备的第一层金属薄膜和第二层金属薄膜进行低温退火处理。 上述方案中，所述制备用于沉积第一层金属薄膜和第二层金属薄膜的 金属纳米颗粒分散体系的步骤中，采用溶胶凝胶法、化学共沉积或水热法 进行制备，制备该金属纳米颗粒分散体系采用的分散剂为甲苯、氯苯、苯
甲醚或松油醇，该金属纳米颗粒分散体系是采用粒径在100nm以下的金属 纳米颗粒，其中的金属是金、铂、铝或铜。
上述方案中，所述第一层金属薄膜或第二层金属薄膜的沉积方法均为 喷墨打印。所述喷墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于1000dpi的 高分辨率打印机。
上述方案中，所述对制备的第一层金属薄膜和第二层金属薄膜进行低 温退火处理的歩骤中，低温退火处理工艺温度在20(TC以下，保证在形成 良好的导电金属电极的同时不损坏有机半导体材料的性能。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 本发明提供的这种应用于有机电路的双金属电极结构，由于引入廉价 金属来代替非关键位置的贵重金属，使得在不降低器件性能的前提能够大 幅度降低有机器件制作的成本。本发明另提供的这种应用于有机电路的双 金属电极结构的制备方法，采用了喷墨打印工艺，能够和制备有机电路的 其他工艺完全兼容，并且是低温工艺，不会对已做好的其他有机功能薄膜 造成损伤。所采用的设备相比硅基芯片的制作设备便宜很多，有利于制作 出极低成本的有机电路；同时功能材料的图形转移通过加法工艺来完成， 能够大幅减少材料的浪费，有利于降低电路制作的成本。综上所述，本发 明提供的双金属电极结构及其制备方法，能够在不降低器件性能前提下多 方面降低成本，推动有机电路的实用化。
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例，对本发明
6做详细描述，
图1为本发明提供的应用于顶接触式结构有机场效应晶体管的双金属 电极结构的示意图2为本发明提供的应用于有机场效应晶体管的双金属电极结构的工
艺流程图；其中
图2-1为在有机半导体层上制备第一层金属薄膜的示意图2-2为在第一层金属薄膜上制备第二层金属薄膜的示意图2-3为对制备的双金属电极进行低温退火处理的示意图3为本发明提供的应用于底接触式结构有机场效应晶体管的双金属
电极结构的示意图4为本发明提供的应用于有机场效应晶体管的双金属电极结构的工
艺流程图；其中
图4-1为在绝缘层上制备第一层金属薄膜的示意图4-2为在第一层金属薄膜上制备第二层金属薄膜的示意图4-3为对制备的双金属电极进行低温退火处理的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种应用于有机电路的双金属电极结构 可以应用于顶 接触式和底接触式有机场效应管。
如图1所示，图1为本发明提供的应用于顶接触式结构有机场效应晶 体管的双金属电极结构的示意图，该结构包括第一层金属薄膜101，第
二层金属薄膜102和有机半导体层103。第一层金属薄膜为高功函数金属 薄膜，第二层金属薄膜为廉价金属薄膜。高功函数金属薄膜与有机半导体 薄膜直接接触，廉价金属薄膜与互连线接触。
所述高功函数金属为金或铂等贵重金属材料，所述廉价金属为铝或铜 等。第一层金属薄膜与第二层金属薄膜的总厚度在50nm至100nm之间， 其中，高功函数金属层的厚度为总厚度的三分之一，廉价金属层的厚度为 总厚度的三分之二。所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜在未进行低温退火之前，均由各自的金属纳米颗粒组成，颗粒的粒径在100nm以下。
基于图l所述的应用于双金属电极的结构示意图，图2示出了本发明 提供的应用于有机场效应晶体管的双金属电极结构的工艺流程图，该方法 包括以下步骤-.
步骤201，制备用于沉积第一层金属薄膜和第二层金属薄膜的金属纳 米颗粒分散体系；
在本步骤中，采用粒径在100nm以下的金属纳米颗粒赖配制分散体 系；分散体系所用的金属有金、铂金等贵重金属，以及铝、铜等廉价金属； 分散体系所用的分散剂为甲苯，氯苯，苯甲醚和松油醇等有机溶剂。
步骤202，在有机半导体层103上制备第一层金属薄膜101;
如图2-l所示，在本步骤中，所述的第一层金属薄膜的材料为金、铂 金等高功函数的贵重金属。所述的第一层金属薄膜的制备方法为喷墨打印 技术；所述喷墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于1000dpi的高分 辨率打印机。
步骤203，在第一层金属薄膜上制备第二层金属薄膜102;
如图2-2所示，在本步骤中，所述的第二层金属薄膜的材料为铝、铜 金等廉价金属。所述的第二层金属薄膜的制备方法为喷墨打印技术；所述 喷墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于1000dpi的高分辨率打印 机。
步骤204，对制备的双金属电极进行低温退火处理；
如图2-3所示，在本步骤中，所述的低温退火处理工艺的温度在200°C 一下，使双金属电极形成平坦的、紧密的金属导体，并在第一层和第二层 金属薄膜接触的地方形成良好的接触，减少整体的电阻率。
如图3所示，图3为本发明提供的应用于底接触式结构有机场效应晶 体管的双金属电极结构的示意图；该结构包括第一层金属薄膜301，第 二层金属薄膜302，绝缘层303。第一层金属薄膜为廉价金属薄膜，第二 层金属薄膜为高功函数金属薄膜。高功函数金属薄膜与有机半导体薄膜直 接接触，且高功函数金属薄膜与互连线接触。
所述高功函数金属为金或铂等贵重金属材料，所述廉价金属为铝或铜 等。第一层金属薄膜与第二层金属薄膜的总厚度在50nm至100nm之间，
8其中，高功函数金属层的厚度为总厚度的三分之一，廉价金属层的厚度为 总厚度的三分之二 。所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜在未进行低温
退火之前，均由各自的金属纳米颗粒组成，颗粒的粒径在100nm以下。
基于图3所述的应用于双金属电极的结构示意图，图4示出了本发明 提供的制备应用于底接触式结构有机场效应晶体管的双金属电极结构的
工艺流程图，该方法包括以下步骤
步骤401，制备所用的金属纳米颗粒分散体系；
在本步骤中，采用粒径在100nm以下的金属纳米颗粒赖配制分散体 系；分散体系所用的金属有金、铂金等贵重金属，以及铝、铜等廉价金属； 分散体系所用的分散剂为甲苯，氯苯，苯甲醚和松油醇等有机溶剂。
歩骤402，在绝缘层上303制备第一层金属薄膜301;
如图4-l所示，在本步骤中，所述的第一层金属薄膜的材料为铝、铜 金等廉价金属。所述的第一层金属薄膜的制备方法为喷墨打印技术，该喷 墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于1000dpi的高分辨率打印机。
步骤403，在第一层金属薄膜301上制备第二层金属薄膜302;
如图4-2所示，在本步骤中，所述的第二层金属薄膜的材料为金、铂 金等高功函数的贵重金属。所述的第二层金属薄膜的制备方法为喷墨打印 技术，该喷墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于1000dpi的高分辨 率打印机。
步骤404，对制备的双金属电极进行低温退火处理； 如图4-3所示，在本步骤中，所述的低温退火处理工艺的温度在200°C 一下，使双金属电极形成平坦的、紧密的金属导体，并在第一层和第二层 金属薄膜接触的地方形成良好的接触，减少整体的电阻率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种应用于有机电路的双金属电极结构，其特征在于，该双金属电极结构由有机半导体薄膜、第一层金属薄膜，以及沉积在该第一层金属薄膜上的第二层金属薄膜构成。
2、 根据权利要求1所述的应用于有机电路的双金属电极结构，其特征在于，对于顶接触式器件结构，该第一层金属薄膜为高功函数金属薄膜， 该第二层金属薄膜为廉价金属薄膜，该第一层金属薄膜与有机半导体薄膜 直接接触，该第二层金属薄膜与互连线接触。
3、 根据权利要求1所述的应用于有机电路的双金属电极结构，其特 征在于，对于底接触式器件结构，该第一层金属薄膜为廉价金属薄膜，该 第二层金属薄膜为高功函数金属薄膜，该第二层金属薄膜与有机半导体薄 膜直接接触，且该第二层金属薄膜与互连线接触。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的应用于有机电路的双金属电 极结构，其特征在于，所述高功函数金属为贵重金属材料金或铂。
5、 根据权利要求1至3中任一项所述的应用于有机电路的双金属电 极结构，其特征在于，所述廉价金属为铝或铜。
6、 根据权利要求1至3中任一项所述的应用于有机电路的双金属电 极结构，其特征在于，所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜的总厚度在 50nm至100nm之间，其中，高功函数金属层的厚度为总厚度的三分之一， 廉价金属层的厚度为总厚度的三分之二 。
7、 根据权利要求1至3中任一项所述的应用于有机电路的双金属电 极结构，其特征在于，所述第一层金属薄膜与第二层金属薄膜在未进行低 温退火之前，均由各自的金属纳米颗粒组成，颗粒的粒径在100nm以下。
8、 一种应用于有机电路的双金属电极结构的制备方法，其特征在于， 该方法包括制备用于沉积第一层金属薄膜和第二层金属薄膜的金属纳米颗粒分 散体系；对于顶接触式结构，采用金属纳米颗粒分散体系在有机半导体薄膜上 沉积第一层金属薄膜；对于底接触式结构，采用金属纳米颗粒分散体系在衬底上沉积第一层金属薄膜；采用金属纳米颗粒分散体系在第一层金属薄膜上沉积第二层金属薄膜；对制备的第一层金属薄膜和第二层金属薄膜进行低温退火处理。
9、 根据权利要求8所述的应用于有机电路的双金属电极结构的制备 方法，其特征在于，所述制备用于沉积第一层金属薄膜和第二层金属薄膜 的金属纳米颗粒分散体系的步骤中，采用溶胶凝胶法、化学共沉积或水热 法进行制备，制备该金属纳米颗粒分散体系采用的分散剂为甲苯、氯苯、 苯甲醚或松油醇，该金属纳米颗粒分散体系是采用粒径在100nm以下的金 属纳米颗粒，其中的金属是金、铂、铝或铜。
10、 根据权利要求8所述的应用于有机电路的双金属电极结构的制备 方法，其特征在于，所述第一层金属薄膜或第二层金属薄膜的沉积方法均 为喷墨打印。
11、 根据权利要求10所述的应用于有机电路的双金属电极结构的制 备方法，其特征在于，所述喷墨打印采用的打印设备为分辨率大于或等于 1000dpi的高分辨率打印机。
12、 根据权利要求8所述的应用于有机电路的双金属电极结构的制备 方法，其特征在于，所述对制备的第一层金属薄膜和第二层金属薄膜进行 低温退火处理的步骤中，低温退火处理工艺温度在20(TC以下，保证在形 成良好的导电金属电极的同时不损坏有机半导体材料的性能。
全文摘要
本发明公开了一种应用于有机电路的双金属电极结构，该结构由有机半导体薄膜、第一层金属薄膜和沉积在该第一层金属薄膜上的第二层金属薄膜构成。对于顶接触式器件结构，该第一层金属薄膜为高功函数金属薄膜，该第二层金属薄膜为廉价金属薄膜，该第一层金属薄膜与有机半导体薄膜直接接触，该第二层金属薄膜与互连线接触。对于底接触式器件结构，该第一层金属薄膜为廉价金属薄膜，该第二层金属薄膜为高功函数金属薄膜，该第二层金属薄膜与有机半导体薄膜直接接触，且该第二层金属薄膜与互连线接触。本发明同时公开了一种应用于有机电路的双金属电极结构的制备方法。利用本发明，能够在不降低器件性能前提下多方面降低成本，推动有机电路的实用化。
文档编号H01L51/10GK101661993SQ20081011908
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者明 刘, 舸 刘, 刘兴华, 商立伟, 涂德钰, 甄丽娟 申请人:中国科学院微电子研究所