具有改進開/關電流比和可控閾移的有機場效應電晶體的製作方法

2023-09-21 07:36:10

專利名稱：具有改進開/關電流比和可控閾移的有機場效應電晶體的製作方法
具有改進開/關電流比和可控閾移的有機場效應電晶體本發明提供半導體器件，尤其是有機場效應電晶體，其包含含有聚合物和受體化合物的層，所述聚合物包含具有二酮吡咯並吡咯骨架的重複單元(DPP聚合物)，所述受體化合物具有在真空下4. 6eV或更大的電子親合力。將DPP聚合物用受體化合物摻雜導致具有改進空穴遷移率、開/關電流比和可控閾移的有機場效應電晶體。矽半導體的摻雜已是幾十年來的技術發展水平。通過該方法，起初非常低的導電率提高通過在材料中產生電荷載體，以及取決於所用摻雜劑的類型，半導體的費米能級的變化而得到。然而，數年前，還公開了有機半導體在其導電率方面同樣可受摻雜強烈影響。這類有機半導體基體材料可由具有良好給電子性能的化合物或具有良好受電子性能的化合物構成。對於摻雜電子給體材料，強電子受體如四氰基醌二甲烷(TCNQ)或2，3，5，6-四氟四氰基-1，4-苯並醌二甲烷(F4TCNQ)變得熟知。M. Pfeiffer,A. Beyer,T. Fritz,K. Leo, Appl.Phys.Lett. ,73 (22),3202-3204 (1998)和 J.Blochwitz, M.Pfeiffer, T.Fritz,K. Leo, Appl. Phys. Lett.，73 (6)，729-731 (1998)。通過電子轉移方法，這些在類電子給體基體材料(空穴傳輸材料)中產生所謂的空穴，因為基體材料的數和遷移率相對顯著地改變。例如N，N』 -全芳基化聯苯胺TH)或N，N』，N"全芳基化形狀爆炸型化合物，例如物質TDATA，而且某些金屬酞菁，例如特別是酞菁鋅ZnPc作為具有空穴傳輸性能的基體材料已知。EP1538684A1 (US2005121667)涉及一種使用有機內消旋化合物作為有機摻雜材料用於摻雜有機半導體材料已改變它的電性能的方法。內消旋化合物為醌或醌衍生物或1，3，2-二氧雜硼烷(1，3，2-dioxaborin)或1,3, 2-二氧雜硼烷衍生物，且內消旋化合物具有在相同蒸發條件下比四氟四氰基醌二甲烷更低的揮發度。據說摻雜劑可用於生產有機發光二極體(OLED)、有機太陽能電池、有機二極體或有機場效應電晶體。優選，基體材料部分地或完全由金屬酞菁配合物、葉啉配合物、低聚噻吩化合物、低聚苯基化合物、低聚亞苯基亞乙烯基化合物、低聚芴化合物、並五苯化合物、具有三芳胺單元的化合物和螺二芴化合物組成。W02009003455A1進一步公開了醌型化合物及其在半導體基體材料、電子和光電子組件中的用途。US2008265216A1涉及碳氧_、擬碳氧-和軸烯化合物，以及它們在摻雜有機半導體基體材料中作為摻雜劑，作為阻斷劑材料，作為電荷注入層，作為電極材料的用途，以及使用它們的有機半導體以及電子組件和有機半導體材料。W02008138580A1涉及咪唑衍生物及其在摻雜有機半導體基體材料中作為摻雜劑的用途，有機半導體基體材料和電子或光電子組件。EP1681733和US2010005192公開了包含放入源-漏觸點與半導體層之間的受體層的有機薄膜電晶體。該方法需要在蒸發步驟上進行的另一層，這不是優選的。E. Lim等人，J. Mater. Chem. 2007，17，1416-1420提出關於有機電晶體的結果，所述電晶體使用被電子受體2，5，6，-四氟-7，7，8，8-四氰基喹啉並二甲烷(F4TCNQ)摻雜的P型聚合物半導體(F8T2)。使用8重量％摻雜F8T2膜的最佳摻雜比，發現提高的空穴遷移率，而開/關比對摻雜(8重量％)和未摻雜膜而言是相同的。
W0200906068869公開了通過使用F4TCNQ作為自組裝單層的化學改性銀電極。SAM的這一存在顯著改變了轉移特性，這導致正範圍內的閾電壓剛性位移。這需要更複雜的電路，因此不是優選的。W. Takashima 等人，Appl. Physics Letters 91 (7)，071905 和 US201000065833 公開了具有P型有機和η型材料的互補FET電路，而單極化通過對應變換器結構中的P型傳導電晶體而言插入受體層而進行。X. Cheng 等人，Adv. Funct. Material 2009,19, 2407-2415 報告了通過自組裝的硫醇基單層與二極聚芴半導體(F8BT)組合改進金和漏電極。發現同時增強了電子和空穴注入，其沒有提供任何用於改進空穴/電子比以實現高開/管比的方法。L.Ma 等人，Applied Physics Letters 92 (2008) 063310 報告了以非常少量引入F4TCNQ改進了聚(3-己基噻吩)(P3HT)薄膜電晶體的性能。器件的場效應遷移率增強且閾電壓可通過調整F4TCNQ濃度而控制。W02010/063609涉及一種電子器件，其包含下式化合物
權利要求
1.半導體器件，其包含含有聚合物和受體化合物的層，所述聚合物包含具有二酮吡咯並吡咯骨架的重複單元(DPP聚合物)，所述受體化合物具有4. 6eV或更大的電子親合力(在真空下)。
2.根據權利要求I的半導體器件，其為有機場效應電晶體。
3.根據權利要求2的半導體器件，其中所述有機場效應電晶體包含柵極、柵絕緣層、半導體層、源極和漏極，半導體層代表包含DPP聚合物和受體化合物的層。
4.根據權利要求1-3中任一項的有機電子器件，其中DPP聚合物選自
5.根據權利要求1-4中任一項的有機電子器件，其中DPP聚合物選自下式的聚合物
6.根據權利要求1-5中任一項的半導體器件，其中受體化合物為選自如下的化合物醌型化合物，例如醌或醌衍生物，I, 3，2- 二氧雜硼烷、1，3，2- 二氧雜硼烷衍生物，氧碳_、擬氧碳-和軸烯化合物，以及咪唑衍生物。
7.根據權利要求1-6中任一項的半導體器件，其中受體化合物為式
8.根據權利要求7的半導體器件，其中所述受體化合物選自
9.根據權利要求6的半導體器件，其中所述受體化合物為選自如下的化合物2-(6- 二氰基亞甲基-1，3，4，5，7，8-六氟-6H-萘_2_亞基)-丙二腈、
10.根據權利要求9的半導體器件，其中所述受體化合物為2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基喹啉並二甲烷(F4-TCNQ)。
11.根據權利要求10的半導體器件，其中DPP聚合物由下式表示
12.根據權利要求1-11中任一項的半導體器件，其中基於DPP聚合物和受體化合物的量以O. 1-8重量％,優選O. 5-5重量％的量包含受體化合物。
13.包含聚合物和受體化合物的有機層，尤其是半導體層，所述聚合物包含具有二酮吡咯並吡咯骨架的重複單元(DPP聚合物)，所述受體化合物具有大於4. 6eV，尤其是大於4.8eV,非常尤其是大於5. OeV的電子親合力。
14.根據權利要求13的有機層在有機半導體器件中的用途。
15.包含根據權利要求1-12中任一項的有機半導體器件或根據權利要求13的有機層的設備。
全文摘要
本發明提供半導體器件，尤其是有機場效應電晶體，其包含含有聚合物和受體化合物的層，所述聚合物包含具有二酮吡咯並吡咯骨架的重複單元(DPP聚合物)，所述受體化合物具有在真空下4.6eV或更大的電子親合力。將DPP聚合物用受體化合物摻雜導致具有改進空穴遷移率、開/關電流比和可控閾移的有機場效應電晶體。
文檔編號H01L51/05GK102959753SQ201180031221
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月21日 優先權日2010年6月24日
發明者B·施密德哈爾特, N·舍博塔萊瓦, P·哈約茲 申請人:巴斯夫歐洲公司