[发明专利]制造有机场效应晶体管的方法和有机场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及制造有机场效应晶体管的方法和有机场效应晶体管。

背景技术

为了实现基于有机半导体元件的柔性和透明的电子组件，必须开发能胜任的和稳健的有机晶体管。通过垂直有机场效应晶体管(VOFET)提供了一种有前景的方法。

由三种电极，即栅电极、源电极和漏电极，形成VOFET(通常作为场效应晶体管)。在VOFET中，源电极和漏电极通过有机半导体彼此连接。栅电极通过绝缘层(insulator)与源电极和漏电极隔开。VOFET的元件作为堆叠体形成在基底上，其中该堆叠体具有以下层序列之一：基底/栅电极/绝缘层/源电极/漏电极或基底/漏电极/源电极/绝缘层/栅电极。有机半导体总是布置在源电极和漏电极之间。另外，其可布置在绝缘层和源电极之间。已知两种用于制造VOFET的方法：材料的自组(self-organization)和技术结构化(technical structuring)，例如使用荫罩(shadow mask)。

文献WO 2010/113163 A1公开了垂直有机场效应晶体管及其制造方法。该晶体管包括封闭在介电层和有源元件之间的图案化电极结构。该有源元件为有机半导体或无定形半导体。该电极结构通过使用嵌段共聚物材料作为图案化掩模而图案化。由此可选择图案化层的厚度和横向特征尺寸。

形成具有图案化导电层的有机器件的方法公开在文献WO2011/139774中。该方法包括将有机层沉积在基底上并用光刻胶(photoresist)溶液涂布该有机层以形成可光图案化的层的步骤。所述光刻胶溶液包含氟化光刻胶材料和氟化溶剂。照射该可光图案化的层的所选部分以形成图案。将导电层涂布在该有机层之上。将该导电层的一部分除去以形成图案化导电层。

K.Nakamura等，Applied Physics Letters(应用物理快报)，第89卷，第103525页(2006)公开了一种有机发光晶体管。栅电极布置在基底上且被栅极绝缘层覆盖。半导体层涂布在该栅极绝缘层上。源电极、绝缘层和空穴传输层布置在该半导体层上。另外，所述晶体管包括发光层和漏电极。

文献US 2009/0315043 A1公开了一种如下的有机发光晶体管，其具有源电极层、朝向该源电极层的漏电极层和在该源电极层和该漏电极层之间形成的有机发光层。

需要提供一种如下的晶体管设计，其允许在该器件中的高电流密度且其能够以简单和可控的方式制造。

发明内容

一个目的在于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。

通过根据独立权利要求1所述的方法和根据独立权利要求6所述的有机场效应晶体管而实现该目的。本发明的有利实施方式为从属权利要求的主题。

根据一个方面，提供一种制造有机场效应晶体管的方法，其包括以下步骤：在基底上提供栅电极和分配给所述栅电极以电绝缘的栅极绝缘层，在所述栅极绝缘层上沉积第一有机半导体层，在所述第一有机半导体层上产生第一电极和分配给所述第一电极以电绝缘的电极绝缘层，将第二有机半导体层沉积在所述第一有机半导体层和所述电极绝缘层上，和在所述第二有机半导体层上产生第二电极，其中在所述第一有机半导体层上产生所述第一电极和所述电极绝缘层的步骤和在所述第二有机半导体层上产生所述第二电极的步骤中的至少一个包括分别在所述第一和第二有机半导体层上光刻结构化的步骤。

根据另一个方面，提供如下的有机场效应晶体管，其包括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，设置在所述栅电极和所述第一电极之间的栅极绝缘层，设置在所述第一和第二电极之间的电极绝缘层，设置在所述栅极绝缘层和所述第一电极之间的第一有机半导体层，和设置在所述第一有机半导体层和所述第二电极之间的第二有机半导体层，其中所述第一和第二有机半导体层被构造成传输相同类型的电荷载流子，即空穴和电子。

本发明涉及垂直晶体管设计。第一和第二电极中的每个提供用于施加电压到所述晶体管的触点。所述栅电极提供用于控制所述晶体管的状态的触点。通过所述电极绝缘层，降低所述晶体管的并联电阻且增加在接通状态下的电流与断开状态下的电流之间的比率。

已知使用荫罩制造VOFET。这些VOFET具有小的比边长(specific edge length)。在光刻结构化的情况下，在使用技术完全可控的步骤时可使边长最大化。本发明提供不需要复杂的光刻设备的高性能器件。具有约1μm的分辨率和对齐登记(alignment registry)的常规设备对于制造晶体管绰绰有余。