[发明专利]具有掺杂空穴导体层的有机半导体元件

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体元件及其制备。

背景技术

在有机半导体的范围内已知，为了传输电子而必须使用电子传输层来作为载流子，并且为了传输空穴而必须使用空穴传输层来作为载流子。

在现有技术中，有机发光二极管仅为一个示例，其中为了提高电荷传输层和所谓的“电荷产生层(Charge-Generation-Layers)”的传导率而使用掺杂。还在有机场效应晶体管、太阳能电池或光电探测器中存在掺杂问题，例如对于降低接触电阻的注射层，例如通常在源极和漏极或电极附近。

基本上已知有机材料用于掺杂，例如将掺杂分子或掺杂离子加入有机物质构成的基质中。引入电子受体用于空穴导体层的p-掺杂。已知例如金属络合物作为此类适合于p-掺杂的电子受体。已知所使用的掺杂材料或者在加工中或者还在其对传导提高范围之外的半导体元件的性能影响上至少存在缺点。所述范围例如为效率和寿命。在大多数有机半导体元件中，效率和寿命严重依赖于不同界面上载流子密度。尤其在有机光电二极管中，发光层中激子密度决定了元件的光量和效率。

在现有技术中，为了制备元件而涉及到的掺杂材料的加工经常存在问题，即掺杂材料受限于沉积方法，并且相应的仅仅能够由气相或者仅仅由液相加工。因此，掺杂物质类别还受限于用于半传导基质的各个物质类别。也就是说，仅能够从液相中沉积出来的掺杂材料仅仅能够加入到聚合物基质中。仅能够从气相中沉积出来的掺杂材料仅仅能够加入到“小分子”基质中。当适合用于从气相中沉积(Abscheidung)的时候还要求，掺杂材料必须能够被加热到一定的温度而并不分解。只有当掺杂材料适合在缩合反应中与基质材料一起构成掺杂的空穴导体层时，才在元件制备中考虑使用它。

除了上述对掺杂材料额外的要求之外，首要追求的是进一步改进其掺杂效果，并由此进一步提高有机半导体层的传导率

发明内容

本发明的任务在于，提供一种元件，其具有掺杂得到改善的空穴导体层。此外，本发明的任务在于，提供一种用于所述元件的制备方法。

所述任务将通过根据权利要求1所述的设备得以完成。权利要求10给出所属的制备方法。本发明有益的实施方式为从属权利要求的主题。

依据本发明的设备是具有至少一个有机空穴导体层的半导体元件。空穴导体层具有超酸盐的p-掺杂。在本发明范畴中，作为超酸盐涉及的是超酸，但也指非常强的酸。其可以是无机的或有机的。

出人意料地，超酸盐的物质类别在空穴导体层中表现出非常好的p-掺杂。本发明的优点在于，通过在掺杂材料的浓度非常低时引入掺杂，空穴导体层剧烈提高空穴导体层的传导率。

半导体元件尤其具有超酸盐的p-掺杂，其中所述超酸为酸常数pKa＜0的酸。特别优选地，超酸具有pKa＜-4的酸常数。此类超酸盐具有以下优点，即其酸根是非常弱的配位的，并因此仅仅较弱地连接在金属络合物中。当金属原子在该络合物中是配位不饱和时，能够通过基质材料的空穴导体分子占据空的配位位置。仅当酸根非常弱地连接在金属原子上时才有可能使得空穴传导基质的空穴导体分子置换该酸根。

在本发明有益的实施方式中，半导体元件具有空穴导体层，该空穴导体层具有至少为2.5×10^-5S/m的比传导率，并且掺杂浓度在此最高达20体积%。与至此已知的掺杂物质类别相对比，超酸盐具有如下优点，即在较低浓度时在空穴传导基质中获得较高的传导率。

在本发明另一有益实施方式中，半导体元件指如下空穴导体层，即基本上并不因为具有超酸盐的p-掺杂而提高其在400nm至700nm波长范围之间的吸收能力。“基本上……不提高”意味着，不管是否在基质中加入掺杂或者不加入，元件对于人眼的颜色效果保持不变。这具有如下优点，即尤其在元件关闭状态中，掺杂并不改变颜色效果。颜色效果尤其在有机光电二极管中有意义。因此，依据本发明的掺杂在有机光电二极管中的应用是格外优选的。

超酸盐、尤其是超酸的金属盐。也就是说，超酸根连接在金属阳离子或金属螯合物阳离子上。这就具有如下优点，即能够通过此类超酸盐将金属阳离子或金属螯合物阳离子作为掺杂材料加入到空穴传导基质中。超酸盐类别的代表的主要部分对于从气相及从液相中的两种沉积变化是合适的。因而能够简单地通过超酸盐将金属阳离子和金属螯合物阳离子加入到空穴基质中。