制造有机场效应晶体管的方法和有机场效应晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造有机场效应晶体管的方法和一种有机场效应晶体管。
【背景技术】
[0002]为了实现基于有机半导体元件的柔性电子组件，开发强大且牢固的有机晶体管是必要的。由垂直有机场效应晶体管(V0FET)提供了一种有前途的方法。
[0003]V0FET( —般如场效应晶体管)形成有3个电极，即栅电极、源电极和漏电极。在V0FET中，源电极和漏电极通过有机半导体相互连接。栅电极与源电极和漏电极被绝缘体隔开。V0FET的元件在基底上形成为堆叠件，其中所述堆叠件具有以下层序列中的一种:基底/栅电极/绝缘体/源电极/漏电极或基底/漏电极/源电极/绝缘体/栅电极。总是将有机半导体布置在源电极和漏电极之间。另外，可将其布置在绝缘体和源电极之间。有两种方法已知用于制造V0FET:材料自组织(self-organizat1n)和例如利用荫罩的技术结构化。
[0004]文献W0 2010/113163 A1公开了垂直有机场效应晶体管及其制造方法。所述晶体管包含图案化的电极结构，其被封装在介电层和有源元件之间。所述有源元件是有机半导体或无定形半导体。通过使用嵌段共聚物材料作为图案化掩模将电极结构图案化。在此，可以选择图案化层的厚度和横向特征尺寸。
[0005]文献W0 2011/139774公开了用于形成具有图案化导电层的有机器件的方法。该方法包含将有机层沉积在基底上和用光刻胶溶液涂覆所述有机层以形成可光图案化层的步骤。所述光刻胶溶液包括氟化的光刻胶材料和氟化的溶剂。对可光图案化层的选定部分进行照射以形成图案。将导电层涂覆在有机层之上。将导电层的一部分去除以形成图案化导电层。
[0006]K.Nakamura 等，应用物理快报(Applied Physics Letters)，第 89 卷，第 103525页(2006)公开了有机发光晶体管。将栅电极布置在基底上并用栅绝缘层覆盖。将半导体层涂覆在栅绝缘层上。将源电极、绝缘层和空穴传输层布置在半导体层上。此外，晶体管包含发光层和漏电极。
[0007]存在提供如下晶体管设计的需要，所述晶体管设计允许器件中的高电流密度并且所述晶体管设计能够以容易且可控的方式进行制造。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供制造有机场效应晶体管的方法和有机场效应晶体管，其中所述有机场效应晶体管具有高电流密度。
[0009]通过根据独立权力要求1的方法和根据独立权力要求12的有机场效应晶体管实现了该目的。本发明的有利实施方式是从属权利要求的主题。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了制造有机场效应晶体管的方法。本方法包括如下步骤:在基底上提供栅电极和分配给栅电极的用于电绝缘的栅绝缘体，在栅绝缘体上沉积第一有机半导体层，生成第一电极和分配给第一电极的用于电绝缘的电极绝缘体，在第一有机半导体层和电极绝缘体上沉积第二有机半导体层，并且生成第二电极。此外，本方法包括以下步骤中的至少一步:在生成第一电极和电极绝缘体之前在第一有机半导体层上生成第一掺杂材料层，使得在第一掺杂材料层上至少部分地生成电极绝缘体与第一电极，和在生成第二电极之前在第二有机半导体层上生成第二掺杂材料层，使得第二电极至少部分生成在第二掺杂材料层上。
[0011]根据本发明的另一个方面，提供有机场效应晶体管，其包含第一电极和第二电极，所述电极提供源电极和漏电极，栅电极，设置在栅电极和第一电极之间的栅绝缘体，设置在第一和第二电极之间的电极绝缘体，设置在栅绝缘体和第一电极之间的第一有机半导体层，设置在第一有机半导体层和第二电极之间的第二有机半导体层，和以下层中的至少一个:第一掺杂材料层，其设置在第一电极和第一有机半导体层之间并且其至少部分地与第一电极直接接触，和第二掺杂材料层，其设置在第二电极和第二有机半导体层之间并且其至少部分地与第二电极直接接触。可将第一和第二有机半导体层构造为传输相同类型的电荷载流子，即空穴和电子。可选地或另外地，可将第一和第二有机半导体层构造为传输两种载流子类型，即空穴和电子。
[0012]本发明涉及垂直晶体管设计。第一和第二电极各自提供了向晶体管施加电压的接触。栅电极提供了控制晶体管状态的接触。通过电极绝缘体降低了晶体管的并联电阻并且提高了 ON (开)状态的电流和OFF (关)状态的电流之间的比。
[0013]在一个示例性实施方式中，本方法包括如下步骤:在基底上提供栅电极和分配给栅电极的用于电绝缘的栅绝缘体，在栅绝缘体上沉积第一有机半导体层，在第一有机半导体层上生成第一掺杂材料层，至少部分地在第一掺杂材料层上生成第一电极和分配给所述第一电极的用于电绝缘的电极绝缘体，在第一有机半导体层和电极绝缘体上沉积第二有机半导体层，和在第二半导体层上生成第二电极。
[0014]在另一个实施方式中，本方法包括如下步骤:在基底上提供栅电极和分配给栅电极的用于电绝缘的栅绝缘体，在栅绝缘体上沉积第一有机半导体层，在第一半导体层上生成第一电极和分配给所述第一电极的用于电绝缘的电极绝缘体，在第一有机半导体层和电极绝缘体上沉积第二有机半导体层，在第二有机半导体层上生成第二掺杂材料层，和至少部分地在第二掺杂材料层上生成第二电极。
[0015]在一个可选实施方式中本方法包括如下步骤:在基底上提供栅电极和分配给栅电极的用于电绝缘的栅绝缘体，在栅绝缘体上沉积第一有机半导体层，在第一有机半导体层上生成第一掺杂材料层，至少部分地在第一掺杂材料层上生成第一电极和分配给所述第一电极的用于电绝缘的电极绝缘体，在第一有机半导体层和电极绝缘体上沉积第二有机半导体层，在第二有机半导体层上生成第二掺杂材料层，和至少部分地在第二掺杂材料层上生成第二电极。
[0016]可以以使得第一和第二电极分别完全覆盖第一和第二掺杂材料层的方式生成第一和第二电极。
[0017]由于源电极和漏电极到栅绝缘体的距离不同，VOFET 一般对于由从栅电极到源电极和漏电极的不同电场引起的正和负的漏-源电压Vsd具有不对称响应。发现通过分别使用在源电极和第一半导体层之间的第一掺杂材料层和/或在漏电极和第二有机半导体层之间的第二掺杂材料层，可以控制不对称性。优选地，第一和/或第二掺杂材料层分别具有少于5nm的厚度。
[0018]在空穴传输层(HTL)中，空穴的迀移率大于电子的迀移率。在电子传输层(ETL)中，电子的迀移率大于空穴的迀移率。
[0019]在单独的步骤中生成第一和第二有机半导体层。第一和第二有机半导体层中的至少一个可以完全由基质材料制成。在第一或第二电极中的一个与有机半导体材料的界面处有结，即肖特基势皇。该结取决于电极(用作源电极或漏电极)的极性。肖特基势皇由来自栅绝缘体的场进行调节。注入势皇仅在相邻有机半导体层的材料未掺杂，并且无注入层的情况下形成。仅在这种情况下，第一电极和第二电极之间的通路主要用于传输。
[0020]或者，对第一或第二有机半导体层中的至少一个进行掺杂，这降低了晶体管的不对称性质。掺杂层包含基质材料和至少一种掺杂剂。掺杂层可由基质材料和一种掺杂剂制成，所述掺杂剂优选为基质材料的90摩尔％以上，甚至更优选为95摩尔％以上。如果对有机半导体层的一个或两个进行掺杂，则第一和第二有机半导体层优选地包含被构造为传输相同类型的电荷载流子的基质材料。甚至更优选地，两层的有机基质材料是同种材料。
[0021]优选地，所有有机半导体材料都具有等于或小于2eV、优选小于1.85eV的单重态激发能，和/或单重态跃迀被禁止。从吸收峰(单峰的最大值)的波长的光子能计算单重态激发能，其意味着发光小于1.83eV以及通常在红外区的结合能。因此，该材料不发射可见光。
[0022]在本方法的一个实施方式中，生成第一电极和电极绝缘体的步骤，生成第一掺杂材料层的步骤，生成第二电极的步骤和生成第二掺杂材料层的步骤中的至少一个包括分别在第一和第二有机半导体层上进行光刻结构化的步骤。已知使用网板掩蔽(shadowmasking)制造V0FET。这些V0FET具有小的比边长。利用光刻结构化，在使用技术充分控制程序的同时可以将边长最大化。在不需要精密光刻设备的条件下提供了高性能器件。具有约1 μπι的分辨率和对齐登记(alignment registry)的普通设备制造晶体管掉掉有余。优选地，在应用光刻掩模之后但在沉积第一和第二电极之前分别生成第一和/或第二掺杂材料层。由此，可将掺杂限制于连接至各个接触材料的区域。原则上，这可以通过网板掩蔽工艺来实现。
[0023]在优选的实施方式中，通过物理气相沉积特别是热蒸发生成第一掺杂材料层和/或第二掺杂材料层。在此，可以以简单的方式将生