專(zhuān)利名稱：光電子元件的電極及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括球狀同素異性(形)體，特別是硅-和/或碳-納米管電極及其在有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用。
從DE10126859.9中已知PANI、PEDOTPSS(聚苯乙烯磺酸)等為基礎(chǔ)的有機(jī)導(dǎo)體可用作光電子元件的電極。
經(jīng)衍生的納米管和球狀同素異性(形)體用作(光)電子元件從DE1015316.0中是已知的。
這類(lèi)電極的導(dǎo)電性、透光性、電子學(xué)的工作功能和/或表面特性還可以進(jìn)行優(yōu)化。
所以在有機(jī)物基礎(chǔ)上，存在創(chuàng)制新型的和更好的電極的需求用于所謂的“聚合物電子學(xué)”，即由傳統(tǒng)的如硅、鍺等材料實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體技術(shù)的電子學(xué)的一個(gè)分支。
因而本發(fā)明的任務(wù)是為有機(jī)半導(dǎo)體元件和光電子元件提供一種新型的并在其(光)電子性能上有所改善的電極。
本發(fā)明的對(duì)象包括用于光電子的-和/或有機(jī)-半導(dǎo)體元件的電極，包括同素異性體。
本發(fā)明也將同素異性體例如與有機(jī)導(dǎo)體或半導(dǎo)體(典型的是共軛聚合物)組合成一半透明或不透明的電極。
電極可以包括或者是作為金屬導(dǎo)電形式的或者是作為半導(dǎo)電形式的同素異性體。金屬導(dǎo)電的同素異性體的實(shí)例從文獻(xiàn)(Z.F.Ren，Z.P.Huang，J.W.Xu，D.Z.Wang，J.H.Wang，L.Calvet，J.Chen，J.F.Klemic and M.A.Reed，“Large Arrays of Well-Aligned CarbonNanotubes Proceedings of 13thInternational Winter School on ElectronicProperties of Nove Materials，P.263-267(1999))中已知。
納米管具有很多獨(dú)特的電子學(xué)的、光學(xué)的和力學(xué)的性能。單壁納米管的拉伸強(qiáng)度高、根據(jù)其直徑和空間螺旋特性成為金屬性的、半導(dǎo)電的或絕緣性的。為了在納米技術(shù)應(yīng)用中利用這些特性對(duì)納米管施以化學(xué)衍生改性是有意義的。因?yàn)樗捎绊懫淙芙庑院图庸ば?，特別是經(jīng)衍生的和/或溶解的納米管，可用作微電子技術(shù)的有機(jī)功能聚合物中的部分相混合物。
球形的同素異性體如納米管例如在Nature1991.vol.354，P56-58中描述了硅和碳-納米管。
同素異性體可以或者加入到可導(dǎo)電的有機(jī)材料中和/或在基質(zhì)上牽引。電極可以用純金屬的同素異性體或者通過(guò)含金屬的同素異性體的和/或含半導(dǎo)電同素異性體的復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)事先在基質(zhì)上如玻璃、金屬(鉬)、半導(dǎo)體(硅)或在薄膜(PET)上附著一種適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，所生成的同素異性體適宜用于正/負(fù)電極，至少選擇以下類(lèi)別的兩種成分的組合物也適宜用于正/負(fù)電極-可導(dǎo)電的基質(zhì)(可導(dǎo)電的氧化物(ITO))，-經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體(硅、鍺…)，-金屬類(lèi)如鋁、銀…或-在非導(dǎo)電的基質(zhì)(玻璃、薄膜…)上涂敷同素異性體，它或是以純態(tài)的或者是以含導(dǎo)電或非導(dǎo)電的粘合材料(高聚物…)混合物的形式存在。
此處“有機(jī)材料”或“功能高聚物”的概念包括有機(jī)的、金屬有機(jī)的和/或有機(jī)-無(wú)機(jī)的(雜配物)塑料的所有種類(lèi)，尤其是在英文中用“plastic”所表達(dá)的那些物質(zhì)。這里涉及除形成常規(guī)二極管的半導(dǎo)體(硅、鍺)和典型金屬導(dǎo)體以外的所有物質(zhì)類(lèi)別。因此不是預(yù)定局限在教條意義上的作為含碳材料的那些有機(jī)材料。而更要考慮廣泛使用的例如聚硅氧烷。另外該技術(shù)不限制考慮分子的大小，特別是受高聚物和/或齊聚物材料所從屬，也完全可以應(yīng)用“小分子”。在功能高聚物中“高聚物”的字義成分有其歷史的局限性。因而就這點(diǎn)而言，不存在實(shí)際聚合的化合物的含義。作為功能高聚物可以認(rèn)為是半導(dǎo)電的，導(dǎo)電的和/或絕緣性的物質(zhì)。
在基質(zhì)上成長(zhǎng)的(生成的)金屬同素異性體或納米管提供了特有的三維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性電極，例如在其上立有大表面納米管的二維陣列，表面增大，即敷有同素異性體的基質(zhì)表面與可利用電極的表面(有效表面)的比，可通過(guò)栽種的密度，即成長(zhǎng)的同素異性體的密度和/或通過(guò)其長(zhǎng)度進(jìn)一步提高。
用于電極的復(fù)合材料可以例如通過(guò)在由導(dǎo)電的功能高聚物組成的基體中嵌入金屬同素異性體制備。在這種同素異性體與有機(jī)功能高聚物的混合物中可以對(duì)同素異性體的數(shù)量、其在基體中的濃度、電極的導(dǎo)電性和/或透明性進(jìn)行優(yōu)化。用該復(fù)合材料例如可以作為溶液印制成一電極。
作為異質(zhì)結(jié)應(yīng)用的正電極(電子受主)，也可以特別是采用半導(dǎo)電性的同素異性體。前不久表明，含共軛聚合物的由納米管組成的復(fù)合物顯示出強(qiáng)光電效應(yīng)(S.B.Lee，T.Karayama，H.Aralo AndK.Yoshino，Synth.Met.121(2001)1591-1592)用于光電子的元件，例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDS)，也包括有機(jī)太陽(yáng)能電池和光電探測(cè)器的電極的光性能，可通過(guò)改變同素異性體的長(zhǎng)度使之相適應(yīng)。適宜長(zhǎng)度的同素異性體或納米管，猶如λ/4天線的作用，它能吸收電磁射線。為了用同素異性體實(shí)現(xiàn)吸收可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍(400-800nm)，則采用具有100-200nm長(zhǎng)度的同素異性體。
下面借助實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述第一個(gè)實(shí)例是在一金屬納米管電極基礎(chǔ)上，作為有機(jī)太陽(yáng)能電池或有機(jī)光電探測(cè)器的本發(fā)明的實(shí)施模式。首先將納米管或者是沉積在一導(dǎo)電的基質(zhì)上，或者也可以選擇另一方案，將納米管在一非導(dǎo)電的基質(zhì)上生長(zhǎng)，即“使其成長(zhǎng)而形成”。為使觸點(diǎn)相接將納米管電極與一導(dǎo)電物(往往或者選用半透明的高聚物)進(jìn)行層合(例如經(jīng)過(guò)溶液的印制工序)。這樣該電極包括的層次有-基質(zhì)-可選擇的導(dǎo)電層，例如Au、ITO、Al…-納米管(有目的地調(diào)節(jié)其長(zhǎng)度、排列)-可選擇的導(dǎo)電聚合物而后，在此電極上沉積有機(jī)半導(dǎo)體(或由有機(jī)p-型和n-型半導(dǎo)體構(gòu)成的混合物)，例如通過(guò)用溶液的印制工序。經(jīng)過(guò)加上一個(gè)對(duì)電極(典型方法是通過(guò)一薄金屬層的熱汽化)而制成部件。通過(guò)納米管長(zhǎng)度和排列的適當(dāng)選擇可以提高光的吸收率。
第二個(gè)實(shí)例描述了在一半導(dǎo)電的納米管的基礎(chǔ)上的一種有機(jī)太陽(yáng)能電池或一有機(jī)光電探測(cè)器。為使觸點(diǎn)相接該納米管或者沉積在一導(dǎo)電的基質(zhì)上；或者也可以選擇納米管在一非導(dǎo)電基質(zhì)上成長(zhǎng)的方案。為使觸點(diǎn)接通將納米管電極與一導(dǎo)電物(可選半透明的高聚物)進(jìn)行層合(例如用溶液的印制工序)。在此電極上(由基質(zhì)/(可選的導(dǎo)電層，例如Au、ITO、Al…)/納米管/(可選導(dǎo)電聚合物)構(gòu)成)沉積有機(jī)半導(dǎo)體(典型的方式是溶液的印制工序)。該電極的半導(dǎo)體納米管有n-型半導(dǎo)體的功能，這樣在聚合物半導(dǎo)體和納米管之間產(chǎn)生一光電效應(yīng)，通過(guò)加上一個(gè)對(duì)電極(典型的方式是通過(guò)薄金屬層的熱汽化)制成部件。通過(guò)適當(dāng)選擇納米管長(zhǎng)度和納米管的排列可以提高光的吸收率。
第三個(gè)實(shí)例描述可在一納米管電極(納米管電極陣列)基礎(chǔ)上的一種有機(jī)發(fā)光二極管(或一有機(jī)顯示器)，為使觸點(diǎn)相接該納米管或者沉積在一導(dǎo)電的基質(zhì)上；或者也可以選擇納米管在一非導(dǎo)電基質(zhì)上成長(zhǎng)的方案。為使觸點(diǎn)接通將納米管電極與一導(dǎo)電物(可選半透明的高聚物)進(jìn)行層合(例如經(jīng)過(guò)用溶液的印制工序)。在此電極上(由基質(zhì)/(可選的導(dǎo)電層，例如Au、ITO、Al…)/納米管/(可選導(dǎo)電聚合物)構(gòu)成)沉積有機(jī)半導(dǎo)體，優(yōu)選是p-型半導(dǎo)體(典型的方式是溶液的印制工序)。通過(guò)加上一個(gè)對(duì)電極(典型的方式是通過(guò)薄金屬層的熱汽化)制成部件。
最后還要將有機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)發(fā)光二極管或有機(jī)探測(cè)器與碳納米管電極壓緊，使其觸點(diǎn)接通。此時(shí)的半導(dǎo)體元件組成如下第一步底面的制備基質(zhì)/電極1(金屬)/有機(jī)半導(dǎo)體第二步將長(zhǎng)成的納米管電極緊壓在有機(jī)半導(dǎo)體中，通過(guò)壓緊使碳納米管滲入到有機(jī)半導(dǎo)體中可完成觸點(diǎn)接通。此項(xiàng)技術(shù)要麼用于電極1，要麼用于半透明納米管電極的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明涉及包括球形的同素異性體，特別是硅-和/或碳-納米管電極及其在有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用。該電極可以只包括同素異性體，也可以和/或?qū)⑼禺愋泽w嵌入到一有機(jī)功能高聚物中。
權(quán)利要求
1.用于光電子的和/或有機(jī)-半導(dǎo)體元件的電極，包括同素異性體。
2.在按權(quán)利要求1的電極同素異性體以金屬形式存在或?yàn)榘雽?dǎo)體的。
3.在按權(quán)利要求1或2之一的電極中，同素異性體作為復(fù)合材料存在。
4.按上述權(quán)利要求之一的電極是半透明或透明的。
5.在按上述權(quán)利要求之一的電極中，同素異性體是一納米管，特別是碳-納米管。
6.在按上述權(quán)利要求之一的電極中，通過(guò)對(duì)所用同素異性體長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)，可有目的地調(diào)控電極的光學(xué)性能。
7.按權(quán)利要求1到6之一的電極，在至少包括一種有機(jī)功能高聚物的光電子-和/或電子-元件中獲得應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括球狀同素異性體，特別是硅－和/或碳－納米管電極及其在有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用。該電極可以只包括同素異性體，也可以和/或?qū)⑼禺愋泽w嵌入到一有機(jī)功能高聚物中。
文檔編號(hào)H01L51/40GK1659721SQ03813787
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者克利斯托弗·布拉貝克, 延斯·豪赫 申請(qǐng)人:孔納爾技術(shù)公司