專利名稱：聚合物器件的制作方法
這項(xiàng)發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體聚合物材料的聚合物器件，例如晶體管。
關(guān)于用有機(jī)材料制作的晶體管已經(jīng)有多方面的工作在進(jìn)行。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)已經(jīng)用通過溶液處理聚合物本身或形成最終聚合物層的前體而淀積的聚合物半導(dǎo)體制成了。

圖1展示這種器件的一般結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體聚合物層1下面是兩個(gè)被隔開的金屬電極晶體管的漏極電極2和源電極3。在它們下面是Si/SiO2層4和金屬的柵極電極5。該器件起開關(guān)作用，因?yàn)樵诮o柵電極加偏壓時(shí)在源電極和漏極電極之間的電流大幅度增加。在Z.Bao等人的文章(Appl.Phys.Lett.69,4108(1996))中更詳細(xì)地介紹了一種這樣的器件，其中半導(dǎo)體聚合物是區(qū)域有規(guī)的聚己基噻吩(P3HT)。
這種類型的器件存在幾個(gè)問題(見A.R.Brown等人的文章(Science 270,972(1995))。首先，因?yàn)殡娮虞d流子的遷移率μ通常在10-4到10-6cm2/Vs的范圍內(nèi)，所以從源極到漏極的直通電流低。(見J.H.Burroughes等人的文章(Nature 335,137(1988))和A.R.Brown等人的文章(Synthetic Metals 88,37(1997))。大多數(shù)經(jīng)溶液處理的聚合物具有無序的結(jié)構(gòu)，并且被認(rèn)為在這些系統(tǒng)中載流子遷移率受聚合物鏈之間的可變范圍跳動(dòng)的限制。這種低遷移率把這樣的晶體管排除在一般的電源應(yīng)用之外。第二，開關(guān)比，即直通電流處于接通狀態(tài)與斷開狀態(tài)之間的比低下，例如小于104。迄今為止，尚未證明聚合物晶體管在性能方面與無機(jī)的非晶硅晶體管不相上下。因此，優(yōu)選的途徑是使用分子有機(jī)材料(或低聚物)代替聚合物。分子器件傾向于具有改進(jìn)的電性能，但是有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。第一，分子通常是在大約100-200℃的基材溫度下通過真空升華淀積的。這就把在熱敏基材上使用這樣的分子材料排除在外。第二，分子材料通常是不結(jié)實(shí)的，因此人們極為關(guān)注裂紋和微裂紋在結(jié)晶度高的升華分子膜中的影響，特別是淀積在柔軟的塑料基材上時(shí)。第三，分子器件對(duì)隨后的處理步驟是非常敏感的。例如，就多層的集成器件而言為了把后面數(shù)層淀積在升華薄膜的頂面上對(duì)升華分子膜進(jìn)行后處理的嘗試通常導(dǎo)致埋置式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能大幅度下降。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種集成電路器件，該器件包括電流驅(qū)動(dòng)開關(guān)單元，該單元具有輸入電極、輸出電極、包括在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合的半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)和控制電極，該控制電極與開關(guān)區(qū)電耦合以便允許給控制電極加偏壓改變通過輸入電極和輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流；第二電路單元，該單元與開關(guān)單元結(jié)合成一體并且與開關(guān)單元的輸出電極電耦合以便接收來自該開關(guān)單元的驅(qū)動(dòng)電流。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種形成有個(gè)區(qū)域包括半導(dǎo)體聚合物材料的電子器件的方法，該方法包括借助在淀積的聚合物中促進(jìn)有序轉(zhuǎn)變的工藝淀積半導(dǎo)體聚合物?；诒景l(fā)明這個(gè)方面的電子器件或許恰好是開關(guān)單元，例如，恰好是與上述的本發(fā)明的第一方面有關(guān)的那種類型的開關(guān)單元。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種集成電路器件，該器件包括開關(guān)單元，該單元具有輸入電極、輸出電極、包括在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合的半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)和控制電極，該控制電極與開關(guān)區(qū)電耦合以便借助給控制電極加偏壓改變通過輸入電極和輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流；以及電子光學(xué)電路單元，該單元與開關(guān)單元結(jié)合成一體并且與該開關(guān)單元的電極之一電耦合。
舉例說，該半導(dǎo)體聚合物可能是共軛聚合物(例如，參閱PCT/WO90/13148，在此通過引證把該文獻(xiàn)的內(nèi)容并入)，或者是一種那樣的“分子間的”半導(dǎo)體聚合物，例如包含用非共軛段連接起來的短共軛段的聚乙烯咔唑(PVK)。
絕緣層可以直接或間接地淀積在電子器件的頂面上。優(yōu)選的是這樣做不顯著地降低器件的性能。第二電路單元(在本發(fā)明的第一方面中)也可以形成，并且優(yōu)選與所述的電子器件結(jié)合成一體。
第二電路單元(或本發(fā)明第三方面的光電單元)優(yōu)選是一種儲(chǔ)存或消耗(優(yōu)選充分地)電能的單元，例如通過把電流轉(zhuǎn)變成電信號(hào)或光電信號(hào)的耗電單元，或者是一種把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)(例如電壓或電流)的單元。第二電路單元優(yōu)選不是開關(guān)單元。第二電路單元能夠適當(dāng)?shù)匕l(fā)射或檢測(cè)光線和/或改變光線通過它自身的傳輸。實(shí)例包括發(fā)光器件、光致電壓器件和類似液晶器件的器件。該器件可以適當(dāng)?shù)匕l(fā)射或檢測(cè)光學(xué)信號(hào)，它可能是顯示設(shè)備和/或形成光學(xué)顯示的一部分。第二電路單元優(yōu)選要為其操作提供充足的驅(qū)動(dòng)電流。
在第二電路單元是發(fā)光單元的場(chǎng)合，優(yōu)選的是包括一種或多種發(fā)光的有機(jī)材料。其中每種發(fā)光的有機(jī)材料可能是聚合物材料，優(yōu)選共軛的或部分共軛的聚合物材料。適當(dāng)?shù)牟牧习ň蹃喴蚁┗?PPV)、聚(2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)-亞苯基-亞乙烯基)(MEH-PPV)、PPV-衍生物(例如二烷氧基或二烷基衍生物)、聚芴和/或包括聚芴段的共聚物、PPV和/或相關(guān)的共聚物(例如參閱PCT/WO90/13148)。替代材料包括有機(jī)分子發(fā)光材料，例如，三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)(例如，參閱US 4539507，在此通過引證將該專利的內(nèi)容并入)或任何熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人已知的其它升華的小分子或共軛聚合物場(chǎng)致發(fā)光材料(例如，參閱N.C.Greenham和R.H.Friend的文章，Solid StatePhysics(Academic Press,San Diego,1995)Vol.49,pp 1-149)。器件發(fā)出的光可以在可見光譜范圍(400-800nm)內(nèi)也可以在其之外。在后一種情況下可以使用像LDS-821那樣的材料(A.Dodabalapur等人，IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics 4,67(1998))。
發(fā)光單元優(yōu)選包括注射負(fù)電荷載流子(電子)的陰極和注射正電荷載流子(空穴)的陽極。在兩個(gè)電極之間優(yōu)選有一個(gè)(適當(dāng)?shù)赜闷渌觼砀纳菩阅艿?發(fā)光材料區(qū)(適當(dāng)?shù)匾阅有问?。陰極優(yōu)選具有小于3.5eV或大于4.0eV的逸出功。陰極材料是適當(dāng)?shù)慕饘倩蚝辖?。?yōu)選的材料包括用互相和/或類似的其他的金屬Sm、Yb、Tb、Ca、Ba、Li或這些元素相互組合構(gòu)成的合金和/或與其它材料(如Al)構(gòu)成的合金。陽極優(yōu)選具有超過4.0eV、更優(yōu)選超過4.5eV的逸出功。優(yōu)選的材料包括導(dǎo)電的氧化物(例如，ITO和氧化錫)和金。優(yōu)選的是電極之一是透光的，以便允許器件中產(chǎn)生的光線逸出。在一種優(yōu)選的構(gòu)型中，開關(guān)單元的輸出電極也是發(fā)光單元的一個(gè)電極(陽極或陰極)。
所述的集成電路器件是由適當(dāng)?shù)哪訕?gòu)成的。優(yōu)選的是開關(guān)單元是由第一層提供的，而第二電路單元是由第二層提供的，這樣兩個(gè)單元不在同一平面上。在第一層和第二層之間有適當(dāng)?shù)慕^緣層，并且可以有穿過絕緣層電連接開關(guān)單元和第二電路單元的導(dǎo)電的互連。術(shù)語“第一層”和“第二層”并非意味著這些層是按任何特定順序淀積的；兩者中任何一層都可能被先淀積。
在半導(dǎo)體聚合物的頂面上優(yōu)選有直接和間接形成的絕緣層。絕緣層可以具有低電導(dǎo)率。它可以是諸如SiOx、MgF之類的無機(jī)電介質(zhì)或者是諸如PMMA、聚酰亞胺或聚乙烯酚(PVP)之類的有機(jī)電介質(zhì)。絕緣層可以借助真空淀積技術(shù)或溶液處理來淀積。它可以由復(fù)合結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中包括功能性不同的幾個(gè)不同的組成部分。絕緣層可以包括能吸引來自半導(dǎo)體聚合物的殘留摻雜物的材料。絕緣層優(yōu)選把第二電路單元按順序淀積的各個(gè)膜層與半導(dǎo)體聚合物隔開?？赡苡幸恍┐┻^絕緣層實(shí)現(xiàn)電互連的措施，例如借助優(yōu)選包含導(dǎo)電材料的通孔。絕緣層的作用可以是為了密封半導(dǎo)體聚合物。絕緣層優(yōu)選與半導(dǎo)體聚合物接觸，最優(yōu)選在輸入電極和輸出電極之間的位置與半導(dǎo)體聚合物接觸。絕緣層屬于傾向于吸引來自半導(dǎo)體聚合物的摻雜物(例如，氧)的材料。就大多數(shù)半導(dǎo)體聚合物而言，氧扮演無意摻雜的角色并且起減少開關(guān)單元的電流開關(guān)比的作用。一種可能性是絕緣層與氧化硅，特別是與亞化學(xué)計(jì)量的氧化硅(SiOx,x＜2)的性質(zhì)相同。
在本發(fā)明中，絕緣層可以提供一個(gè)以上更有利的特點(diǎn)。絕緣層可以對(duì)器件中相鄰的導(dǎo)電部分(例如，電極)具有不同的潤(rùn)濕性以便允許利用潤(rùn)濕效果的差異引導(dǎo)材料淀積在需要的位置。絕緣層表面的潤(rùn)濕性可以是為了吸引或排斥隨后淀積的聚合物材料(可適當(dāng)?shù)赝ㄟ^溶液處理的聚合物材料)和/或?yàn)榱耸苟鄬咏Y(jié)構(gòu)的制作成為可能而設(shè)計(jì)的。絕緣層和/或半導(dǎo)體聚合物的項(xiàng)面上的電極可以用來解決在淀積后續(xù)膜層時(shí)出現(xiàn)的溶劑兼容性問題和表面潤(rùn)濕兼容性問題。通過適當(dāng)?shù)倪x擇絕緣層及其表面性質(zhì)，后續(xù)的膜層可以用在其它情況下將溶解或不潤(rùn)濕下面的半導(dǎo)體聚合物和/或膜層的溶劑來完成淀積。絕緣層或許能夠吸引摻雜物(例如，氧)以抑制器件的老化。絕緣層可以有助于提高耐分層或其它形式的機(jī)械故障(例如由于其兩側(cè)材料的熱膨脹差異引起的機(jī)械故障)的能力。絕緣層可以被用來整平下面的結(jié)構(gòu)。它可以具有這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，以致與第一和第二電路單元的界面可以具有不同的優(yōu)化性能，例如強(qiáng)有力的粘接或良好的潤(rùn)濕性。
開關(guān)單元優(yōu)選是用于第二電路單元的控制電路的一部分，例如在光學(xué)顯示器中用于發(fā)光單元的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸器件或有源矩陣控制電路。
優(yōu)選的是在成品器件中半導(dǎo)體聚合物材料至少部分地在聚合物鏈之間發(fā)生了有序轉(zhuǎn)變。有序轉(zhuǎn)變的一種優(yōu)選形式是聚合物鏈和/或毗鄰聚合物鏈之間最強(qiáng)的電子重疊方向(π-π堆積方向)主要是在一個(gè)包括通常在輸入電極和輸出電極之間的方向的平面內(nèi)。聚合物優(yōu)選具有共軛的主鏈。有序轉(zhuǎn)變可以采取聚合物至少局部相分離的形式。聚合物材料最好是一種具有自組織傾向的材料，優(yōu)選在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙鈺r(shí)具有這種傾向。聚合物最好具有促進(jìn)毗鄰聚合物鏈發(fā)生有序轉(zhuǎn)變的取代基，該取代基既可以在其主鏈中也可以掛在其主鏈上。聚合物可以具有疏水的側(cè)鏈。有序轉(zhuǎn)變，無論是自動(dòng)有序轉(zhuǎn)變還是被迫有序轉(zhuǎn)變都優(yōu)選變成層狀結(jié)構(gòu)，最優(yōu)選具有某種特征交替的層，例如，(局部或全部共軛的)共軛層與至少基本上非共軛的層交替和/或主鏈層與側(cè)鏈層交替。這些薄層優(yōu)選在一個(gè)也包括通常在輸入電極與輸出電極之間的方向的平面內(nèi)。
半導(dǎo)體聚合物材料的一種優(yōu)選形式是主鏈包括帶長(zhǎng)度在C3至C12范圍內(nèi)的烷基側(cè)鏈的噻吩基團(tuán)。聚己基噻吩是尤為優(yōu)選的。
器件的大部分組成部分可以都具有有機(jī)材料的屬性。一個(gè)或多個(gè)電極(并且優(yōu)選全部電極)可以包括有機(jī)材料，一種適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料，例如，聚苯胺或聚亞乙二氧基噻吩，用聚苯乙烯磺酸(PSS)摻雜的PEDOT(Carter等人，Appl.Phys.Lett.70,2067(1997))。一個(gè)或多個(gè)(最優(yōu)選全部)包含在器件中的絕緣層可以是有機(jī)的絕緣體，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(參閱G.Horowitz等人的文章，Adv.Met.8,52(1996))。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)可以在有機(jī)基材上形成。
半導(dǎo)體聚合物優(yōu)選被淀積在平滑的表面上。所以優(yōu)選的是把輸入和輸出電極淀積在半導(dǎo)體聚合物上和/或使開關(guān)區(qū)呈位于開關(guān)電極與輸入和輸出電極之間的膜層形式。
淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟優(yōu)選包括把聚合物溶解在該聚合物在其中有自組織傾向化的溶劑中和/或涂布來自聚合物在其中具有自組織傾向溶劑的聚合物的步驟。在這兩種情況下，溶劑都可以是氯仿。舉例說，如果聚合物是聚己基噻吩，那么聚合物在溶劑中的濃度可以在6至20毫克聚合物/毫升溶劑的范圍內(nèi)，更優(yōu)選11至15毫克聚合物/毫升溶劑、最優(yōu)選13毫克聚合物/毫升溶劑。涂布方法最好是旋涂，但是，類似于噴墨印刷的其他方法也是適當(dāng)?shù)摹?br> 半導(dǎo)體聚合物優(yōu)選呈膜層形式，并且膜層的厚度最好在200至1000埃范圍內(nèi)，優(yōu)選在400埃到600埃，最優(yōu)選大約500埃。
淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟優(yōu)選在惰性氣氛(例如，氬氣或氮?dú)?中完成。
淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟包括準(zhǔn)備基材(該基材可以由一系列促進(jìn)聚合物有序轉(zhuǎn)變的膜層構(gòu)成)和把聚合物淀積到該基材上。這適當(dāng)?shù)貙?dǎo)致聚合物鏈和/或相鄰聚合物鏈之間最強(qiáng)的電子重疊方向(π-π堆積方向)的優(yōu)先校直到與基材表面平行。準(zhǔn)備基材的步驟包括使基材表面變得更疏水和/或從表面上除掉水和/或用甲硅烷基化制劑處理該表面。在這樣的處理和淀積半導(dǎo)體聚合物之間基材優(yōu)選保持在惰性氣氛中。
基于本發(fā)明的方法優(yōu)選包括把光電器件與包括半導(dǎo)體聚合物的電子器件結(jié)合成一體的步驟。光電器件最好直接或間接在該電子器件的頂面上形成，以致兩個(gè)器件呈堆疊狀態(tài)，而不是在同一平面上。
淀積聚合物/共聚物的替代方法包括旋涂、刮涂、滴涂、浸涂、自組裝、噴墨印刷等。聚合物材料優(yōu)選是可溶解處理的。小分子材料的膜層可以用真空升華等方法淀積。
器件中不同的膜層可以借助適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(例如遮蔽掩模蒸鍍、噴墨印刷、接觸式印刷、光刻等)被制成橫向圖案。
一般的說，電子器件優(yōu)選是開關(guān)器件，更優(yōu)選晶體管。
現(xiàn)在將參照附圖通過實(shí)施例介紹本發(fā)明，其中圖2展示結(jié)合成一體的聚合物晶體管和聚合物發(fā)光器件的示意截面；圖3展示P3HT聚合物鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)；圖4展示P3HT理想化的有序結(jié)構(gòu)；圖5展示圖2所示集成晶體管的輸出和轉(zhuǎn)移特征；圖6展示圖2所示的LED和晶體管的組合性能；圖7展示用于電流開關(guān)應(yīng)用的典型的有源矩陣顯示器電路的一部分；圖8展示具有像素陣列的顯示設(shè)備的電路設(shè)計(jì)的示意平面圖；圖9展示在320 K和144 K下典型的P3HT FET的飽和區(qū)中的跨導(dǎo)；圖10展示帶柔性側(cè)鏈的半導(dǎo)體聚合物的優(yōu)選的層狀有序轉(zhuǎn)變，其中諸層平行于基材表面；圖11展示在用更有效的F8BT/BFA LED代替圖2中的MEH-PPVLED得到的組合中LED和晶體管的改進(jìn)的性能；圖12展示圖1所示的典型的P3HT FET的輸出特征(頂部)和轉(zhuǎn)移特征(底部)；圖13和圖14展示兩種集成器件，其中晶體管作為第一電路單元，而光生伏特器件(圖13)或發(fā)光器件(圖14)作為第二電路單元。
圖15至圖18展示集成器件的示意結(jié)構(gòu)的實(shí)例；以及圖19和圖20展示集成器件的示意電路圖。
圖2展示把晶體管(通常用10表示)和發(fā)光器件(通常用11表示)結(jié)合成一體的多層器件。發(fā)光器件采用共軛聚合物材料MEH-PPV來發(fā)射光線(D.Braun和A.J.Heeger,Appl.Phys.Lett.58,1982(1991))。晶體管利用P3HT(另一種共軛聚合物)的半導(dǎo)體層起發(fā)光器件(LED)的電源開關(guān)作用。當(dāng)把電源電壓接在晶體管的源電極12和LED的陰極13之間并且把偏壓加在晶體管的柵電極14上時(shí)，電流從源電極12通過晶體管的半導(dǎo)體層15流向漏極16。漏極16還作為L(zhǎng)ED的陽極起作用，所以電流隨后從漏極16通過LED的發(fā)光層17流向陰極，從而使膜層17發(fā)光(用箭頭hγ表示)。氧化硅絕緣層18、19和摻雜的n+-Si層20橫臥在半導(dǎo)體層15和柵電極14之間，把源電極12和發(fā)光層17分開。這種類型的器件以前是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫w移率低(通常為10-4至10-6cm2/Vs)(A.R.Brown等人，SyntheticMetais 88,37(1997))、與LED比較高的電流要求相比現(xiàn)有技術(shù)的聚合物晶體管的直通電流性能低下、以及有機(jī)分子晶體管的后處理困難。例如，業(yè)已發(fā)現(xiàn)結(jié)晶度高的分子晶體管傾向于當(dāng)后續(xù)的膜層在被激活的半導(dǎo)體頂面上淀積時(shí)大幅度地降解，因此可能形成微裂紋，而聚合物晶體管的優(yōu)點(diǎn)在于它們通常不易發(fā)生這種模式的故障。正象下面將更詳細(xì)地介紹的那樣，采用本發(fā)明的器件與成功的晶體管后處理相結(jié)合業(yè)已實(shí)現(xiàn)了在1至10mA/cm2范圍內(nèi)的直通電流。這種制作晶體管的方法把注意力集中在促進(jìn)半導(dǎo)體聚合物中的有序轉(zhuǎn)變，因此與現(xiàn)有技術(shù)的器件相比大大改進(jìn)了電性能。聚合物晶體管獲得高達(dá)0.1cm2/V的遷移率和106至108的開/關(guān)電流比，這與無機(jī)的非晶硅晶體管的性能不相上下。
為了制作該器件，首先要準(zhǔn)備晶片，用2300埃干熱的SiO2柵氧化層(18)覆蓋高度摻雜的n+-Si層20，然后用鋁柵電極14封底。SiO2層18的電容量(Ci)是15 nF/cm2。
用于半導(dǎo)體層15的P3HT是按Rieke的合成路線合成的(見T.A.Chen等人的文章，J.Am.Chem.Soc.117,233(1995))。這種類型的P3HT可以從Aldrich公司購(gòu)買。P3HT的化學(xué)結(jié)構(gòu)用圖3表示。該聚合物鏈具有共軛的噻吩(25)主鏈(通常用26表示)和C6H13烷基側(cè)鏈27。該聚合物優(yōu)選是高度區(qū)域有規(guī)的，在噻吩環(huán)的位次3處己基側(cè)鏈的頭至尾耦合HT適當(dāng)?shù)卮笥?5％。(較少區(qū)域有規(guī)的聚合物可以被使用)。
P3HT將被旋涂到SiO2層上。但是，首先要采取一些步驟來改善最后的P3HT層和P3HT與SiO2的界面的有序轉(zhuǎn)變。目標(biāo)是采用在圖4和圖10中用理想化形式表示的結(jié)構(gòu)的P3HT，在圖3和圖10中P3HT相的側(cè)鏈被分開，從而給出近距離有序，并且P3HT鏈的主鏈橫臥在P3HT層的平面內(nèi)。因此，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)屬于層狀類型的，其中通過主鏈和π-π堆積相鄰鏈形成的二維共軛層被相分離的側(cè)鏈層分開。P3HT層的結(jié)構(gòu)可以用X射線衍射進(jìn)行研究。事實(shí)上，有序轉(zhuǎn)變不可能是完全的，可能有近距離有序的和/或鏈處在優(yōu)選的取向上的局部區(qū)域(域)以及其他雜亂無章的區(qū)域。有序轉(zhuǎn)變可能不延伸到P3HT層的整個(gè)厚度；例如，它可能被局限在靠近一個(gè)或兩個(gè)主要表面的區(qū)域。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，即使有序轉(zhuǎn)變的程度有限，器件的性能也能得到改進(jìn)；遍布P3HT層的全面的有序轉(zhuǎn)變并非是必不可少的。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為了促進(jìn)形成有序的層狀結(jié)構(gòu)，在淀積P3HT層15之前對(duì)層18的表面進(jìn)行預(yù)處理是有用的(見圖4)。通常SiO2的表面是用羥基終止的，從而使該表面具有親水性。因此，在該表面上可能總有薄薄的一層水。為了促進(jìn)P3HT的烷基鏈到SiO2基材表面上(如圖4所示)，表面將用甲硅烷基化制劑(例如六甲基二硅氮烷(HMDS)或烷基三氯硅烷)進(jìn)行處理，以便用烷基(特別是甲基)代替天然的羥基。在用這種處理除掉表面的水并且使基材表面變成疏水的之后，P3HT的烷基鏈將對(duì)基材有更大的吸引力。
另外，P3HT層中的有序結(jié)構(gòu)還可能通過精心選擇P3HT淀積步驟本身的參數(shù)而得到促進(jìn)。在某些溶劑中P3HT傾向于在溶液中聚集。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過支持這種自組織傾向可以改善最終的P3HT層的有序轉(zhuǎn)變。更高的P3HT濃度導(dǎo)致更強(qiáng)的自組織作用，但(由于溶液更粘稠)淀積后P3HT膜也更厚。由于人們認(rèn)為貫穿P3HT體積的電荷流動(dòng)在成品器件運(yùn)行時(shí)是微不足道的，所以P3HT厚膜不是優(yōu)選的。所以，就淀積P3HT層而言優(yōu)選的工藝是把P3HT以每毫升氯仿13毫克P3HT的濃度溶解在氯仿(CHCl3)中，然后以2000rpm的旋轉(zhuǎn)速度把這種溶液旋涂到基材時(shí)，得到500埃的薄膜。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，把該溶液放到基材上、讓它在那里保留一段時(shí)間(例如，直到溶液開始變干)、然后再開始旋涂是有用的；這似乎進(jìn)一步支持P3HT的自組織作用。
人們相信在加?xùn)艍簳r(shí)電流通常是按照?qǐng)D2中箭頭A指示的方向從源電極經(jīng)過P3HT層流到漏極。人們相信采用圖4所示結(jié)構(gòu)之所以有利的原因之一是P3HT中的最佳傳導(dǎo)是在沿著共軛主鏈的方向上或者在脫離噻吩基團(tuán)的共用平面的方向上借助相鄰鏈之間的π-π轉(zhuǎn)移。人們相信P3HT通過自身校直使包含那些方向的平面平行于或大體平行于源電極與漏極電極之間的方向可以加強(qiáng)源電極與漏極之間的電荷傳導(dǎo)(如圖4所示)。
在完成P3HT膜淀積后，借助在真空中通過遮蔽掩模的蒸鍍以大約2至5埃/秒的速率淀積源電極12和漏極電極16直到厚度達(dá)到大約500至1000埃。源電極和漏極電極是金。當(dāng)然，可以使用其他材料和其他的淀積方法。這些電極可以幫助保護(hù)下面的膜層，特別是在淀積后續(xù)的聚合物膜層時(shí)防止溶蝕下面的膜層。這些電極可以幫助把更均勻電荷載流子注射到鄰近的膜層中。
然后，借助再次通過遮蔽掩模的熱蒸鍍淀積低于化學(xué)計(jì)量的氧化硅(SiOx，其中x＜2)層19。掩模在漏極電極16上方的膜層19中確定一個(gè)孔，這個(gè)孔將確定成品器件中發(fā)光區(qū)的位置。借助機(jī)械對(duì)準(zhǔn)源電極/漏極電極的遮蔽掩模與用于膜層19的遮蔽掩模有助于保證孔在漏極電極上方的正確位置。SiOx的絕緣層具有不同于Au導(dǎo)電電極區(qū)和半導(dǎo)體聚合物的潤(rùn)濕性。絕緣層及其潤(rùn)濕性被用來使隨后用溶液淀積連續(xù)的發(fā)光材料層成為可能。它還可以被用來指導(dǎo)把發(fā)光層淀積到需要的位置中。
然后，在膜層19的頂面上旋涂甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)-p-亞苯基-亞乙烯基(MEH-PPV)的膜層17并且借助蒸鍍20nm厚的半透明的Ca/Ag陰極13完成該器件的制作。
在制作該器件時(shí)不需要光刻這一事實(shí)具有顯而易見的優(yōu)點(diǎn)。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在惰性氣氛(例如氮?dú)饣驓鍤?中完成各個(gè)處理步驟是有利的?？諝夂退笄懊娼榻B的那樣傾向于使SiO2層18降解，而且似乎使P3HT摻雜。所以，在使用前把P3HT儲(chǔ)存在惰性氣氛中、在惰性氣氛中配制P3HT溶液以及在惰性氣氛中完成旋涂是令人滿意的選擇。但是，應(yīng)當(dāng)注意，一旦完成了該器件的制作，P3HT由于被夾在氧化硅層18和19之間就受到一定程度的環(huán)境保護(hù)。這是本發(fā)明的器件的重大的優(yōu)點(diǎn)。確實(shí)，人們相信低于化學(xué)計(jì)量的SiO層19可以扮演氧吸氣劑的角色以減少在P3HT的上表面附近的摻雜。這是重要的，因?yàn)槿藗兇_信電流在P3HT的那個(gè)表面上流動(dòng)對(duì)晶體管處在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)電荷從源極泄漏到漏極做出了貢獻(xiàn)。(見圖2中的箭頭B)。所以，減少對(duì)那里的摻雜可以改善晶體管的開關(guān)比。通過在P3HT層上面提供親水層可以進(jìn)一步提高SiOx層19的吸氣效果。最終P3HT層的摻雜量可能在5×1015cm-3上下。(這可以依據(jù)電容量-電壓的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行估算)。
圖5展示在本發(fā)明的器件實(shí)例中晶體管部分的輸出和轉(zhuǎn)移特性，其中溝道長(zhǎng)度(圖2中的L)是155微米，溝道寬度(W)是1500微米，而源電極與漏極電極之間的電壓(Vsd)是-80V。(顯然，可以制作比這個(gè)器件小得多的器件，并且可以期望性能獲得進(jìn)一步的改善)。圖5表明晶體管在v0=0-4V以陡峭的導(dǎo)通特性接通，其中亞閾值斜率為1-1.5V/10。在Vg～0V與Vg=-60V之間的開關(guān)比超過106，這表示該器件的性能比在前面引用的Z.Bao等人的論文中注意到的性能提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。人們認(rèn)為切斷電流受通過氧化層18的柵泄漏限制。這些圖表明本發(fā)明的晶體管器件的性能可以與非晶硅(a-Si)的常規(guī)器件不相上下(見C.Wu等人的文章，IEEE Electron DeviceLetters 18,609(1997))。依據(jù)飽和區(qū)中的轉(zhuǎn)移特性可以得到遷移率μFETsat=0.05-0.1cm2/Vs。這也是在技術(shù)上的重大改進(jìn)。體電導(dǎo)率也被減小，估計(jì)它小于10-8S/cm。
圖6圖解說明與晶體管結(jié)合的發(fā)光器件的性能，結(jié)果表明LED的亮度(三角形)和FET提供給LED的漏極電流(圓點(diǎn))是FET柵壓的函數(shù)，其中Vsd=-70V。所用器件具有300μm×430μm的LED面積并且L=75μm、W=1500μm。在Vg=-50V時(shí)，F(xiàn)ET向LED提供約10mA/cm2的電流密度，從而產(chǎn)生大約1至5cd/m2的亮度。在圖6中的插圖表明在漏極電流(Id)與用安裝在該LED上的Si光電二極管檢測(cè)到的光電流(Ip)的(線性)關(guān)系。由此可以估算出該LED的外部量子效率在ηexc=0.01％的數(shù)量級(jí)上。利用眾所周知的技術(shù)，例如在該LED電極13、16之一或兩者與發(fā)光層之間提供電荷傳輸層(例如聚苯乙烯磺酸摻雜的聚乙二氧代噻吩(PEDOT-PSS)的電荷傳輸層)；利用另一種發(fā)光材料代替MEH-PPV，或利用數(shù)種發(fā)光材料的摻混物；或者利用不同的電極材料，有可能制作出更有效的發(fā)光器件(見D.Braun和A.Heeger的文章，Appl.Phys.Lett.58,1983(1991)；以及N.C.Greenham和R.H.Friend的著作，Solid State Physics(Academic Press,San Diego,1995)Vol.49,PP 1-149))。正象下面將要展示的那樣，采用外部量子效率為1％的LED，10mA/cm2的電流密度對(duì)于100Cd/m2圖象亮度顯示是充分的。
該器件作為用于光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸單元的實(shí)例，圖7展示控制有源矩陣LED顯示器的像素的常規(guī)電路(例如，參閱美國(guó)專利第5,550,066號(hào)，在此將其內(nèi)容引入作為參考)，其中線30是電源線、線31a和31b是行線和列線，晶體管32是開關(guān)晶體管，電容器33是存儲(chǔ)電容器，晶體管34是閘流晶體管，而35表示發(fā)光像素本身。圖2中結(jié)合成一體的LED和晶體管可以體現(xiàn)在圖7中用虛線36圍住的像素35和晶體管34上。這代表這種有源矩陣電路的特別方便的實(shí)施方案。圖8展示可能在多像素顯示器中使用的一種設(shè)計(jì)的平面圖，其中電源線30鋪設(shè)在一行像素35的側(cè)面并且與那些像素的晶體管的源電極12(在圖7中用37表示)連接在一起。晶體管的柵極14(在圖7中用38表示)可能來自同一平面的下方或來自在同一平面上的其它電路系統(tǒng)。晶體管32可能由上述類型的其他晶體管提供，而電容器33可能由有機(jī)或無機(jī)的電介質(zhì)層提供。
在圖2所示器件的各個(gè)膜層中都可以使用替代材料?？梢杂妙愃朴赑3HT的烷基側(cè)鏈更長(zhǎng)或更短的聚合物或其他帶自組織傾向的半導(dǎo)體聚合物，例如聚壓噻吩基乙烯(PTV)(A.R.Brown等人，Science270,972(1995))、聚對(duì)苯(PPP)(G.Klarner等人，Synth.Met.84,297(1997))、聚聯(lián)乙炔(K.Donovan等人，Phil.Mag.B 44,9(1981))或者液晶分子和聚合物，來代替P3HT。一種優(yōu)選的途徑可能是所有的膜層都使用聚合物，用導(dǎo)電聚合物(例如聚苯胺)代替金屬電極、用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之類的聚合物代替氧化硅(見G.Horowitz等人的文章，Adv.Mat.8,52(1996))。這種類型的全聚合物器件在制作中具有明顯的工藝優(yōu)勢(shì)。
層狀結(jié)構(gòu)通常采取聚合物的共軛區(qū)與非共軛區(qū)的交替膜層的形式可能是有利的。
聚3-己基噻吩是一個(gè)共軛聚合物實(shí)例，它具有剛性棒共軛主鏈和柔性側(cè)鏈。后者使該聚合物可溶于普通的有機(jī)溶劑。不過，該側(cè)鏈往往是電絕緣的。
其它類似的帶柔性側(cè)鏈的剛性棒聚合物，例如聚(二烷氧基-p-亞苯基-亞乙烯基)(S.-A.Chen,E.-C.Chang,Macromoelcules 31,4899(1998))、聚烷基聯(lián)乙炔或聚對(duì)苯二甲酸苯二醇酯(見D.Neher的綜述，Adv.Mat.7,691(1995))、聚3-烷基噻吩，在固體狀態(tài)中都沿用疊層式結(jié)構(gòu)。二維(2D)共軛平面是通過共軛主鏈和在相鄰鏈之間π-π鏈間堆積形成的。諸共軛平面被絕緣的側(cè)鏈分開。如果諸共軛層平行于薄膜平面取向，則在FET器件中獲得電荷載流子的高遷移率。如果聚合物沒有優(yōu)先的取向或者如果層面取向垂直于薄膜，那么遷移率將減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這被認(rèn)為是因?yàn)榘雌叫腥∠螂姾奢d流子可能容易沿著π-π鏈間堆積的方向從一條鏈移動(dòng)到另一條鏈，不受絕緣的側(cè)鏈妨礙。所以，共軛層的取向平行的層狀結(jié)構(gòu)在帶柔性側(cè)鏈的剛性棒共軛聚合物中極有可能獲得高遷移率。其它呈現(xiàn)這種性質(zhì)的聚合物包括聚芴，例如聚(2,7-9,9-二辛芴-3,6-苯并噻二唑)(“F8BT”)。
由于在晶體管中電流通常是按圖2中用箭頭A表示的方向流動(dòng)的，所以除了按垂直于P3HT層的平面的方向促進(jìn)有序轉(zhuǎn)變之外，按那個(gè)電流流動(dòng)方向促進(jìn)P3HT鏈校直可能是有利的，例如，在借助機(jī)械摩擦、光致校直(M.Schadt等人，Nature 381,212(1996))等方法誘導(dǎo)優(yōu)選的線性取向的情況下把P3HT淀積到基材上。
人們相信在本文中介紹的晶體管所具有的改進(jìn)性能可能是由于形成擴(kuò)展的電流傳輸狀態(tài)。就將要形成的這些狀態(tài)而言，如果不是微晶序列，則將期望是顯著的近距離。P3HT有序的層狀結(jié)構(gòu)可能由于自組織的近距離序列和與晶粒界面、集聚、構(gòu)象缺陷、殘留的摻雜物相關(guān)的局部狀態(tài)導(dǎo)致廣延態(tài)電子結(jié)構(gòu)。這可能是費(fèi)米能級(jí)(EF)進(jìn)入局部狀態(tài)的分布所至，例如，情況可能這樣的，比較寬的小能態(tài)密度分布使μFET呈現(xiàn)對(duì)柵壓Vg強(qiáng)烈的依賴性。圖9展示在320 K和144 K下P3HT FET飽和區(qū)中的跨導(dǎo)。
應(yīng)該注意，使用源和漏極的頂部觸點(diǎn)(如圖2所示)而不是底部觸點(diǎn)(如圖1所示)被認(rèn)為由于允許P3HT淀積在平滑的表面上而有助于P3HT的有序轉(zhuǎn)變。不過，底部電極(或其他的電極配制)有可能被使用。
使用聚合物共軛材料(如P3HT)而不是低聚物/小分子材料也提供一些工藝優(yōu)勢(shì)。聚合物材料通常是在室溫下進(jìn)行處理的，因此使該處理變得更容易、更便宜，而且與更寬范圍的基材材料具有兼容性(例如，可以用塑料代替玻璃用于顯示器件)。另外，聚合物在后處理階段通常是更堅(jiān)固而且不大容易受損。
聚合物器件尤為優(yōu)于無機(jī)物器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是聚合物膜層通常是柔軟的。這可以減少后續(xù)膜層之間配合不當(dāng)?shù)膯栴}，從而使多層一體化變得更容易。
如果象前面表明的那樣提供有機(jī)的LED，那么圖2中的晶體管就可以作為任何兼容的集成電路的一部分被用于提供發(fā)射光學(xué)信號(hào)的光電器件或提供無機(jī)的LED或其它類型的顯示器件(如液晶像素或存儲(chǔ)單元)、邏輯單元或另一種聚合物晶體管。器件的直通電流被提高使它特別適合提供使用大電流(例如，為了實(shí)現(xiàn)象發(fā)射光線那樣的功能或?yàn)榱藘?chǔ)存電荷的目的)的電路元件而不是(或不僅是)僅僅用于開關(guān)目的的電路元件。
SiOx層19可以被省略，而依賴電極13和16的覆蓋區(qū)確定該器件的發(fā)光區(qū)。那么，在制作該器件時(shí)保證溶劑在淀積膜層17期間與膜層15的兼容性將是至關(guān)重要的。避免了這個(gè)困難是膜層19的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
用雙層的LED代替上述的單層MEH-PPV可以改善FET-LED的性能，其中雙層的LED采用聚(2,7-(9,9-二辛基芴)-(1,4-亞苯基)-((3-羧苯基)氨基-1,4-亞苯基)-((3-羧苯基)氨基)-1,4-亞苯基))(BFA)的孔中傳輸層和F8BT的發(fā)光聚合物層。用這樣的雙層LED，已經(jīng)獲得了超過100 Cd/m2的圖象亮度(見圖11)。
場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.05-0.1cm2/Vs而電流開關(guān)比為106-108的P3HTFET已被制造出來。為了獲得高電流開關(guān)比，處理是在惰性的氮?dú)釴2氣氛中完成的并且用化學(xué)方法(例如，通過把低于化學(xué)計(jì)量的SiOx層蒸鍍到P3HT的表面上，或者讓薄膜在還原性的肼蒸汽中暴露幾分鐘)來減少殘留的摻雜原子。這種器件的特性用圖12展示。它們與a-Si薄膜晶體管的特性不相上下。
另外，不是通過把來自第一電路單元(FET)的驅(qū)動(dòng)電流提供給第二電路單元使第二電路單元(例如LED)發(fā)射光信號(hào)，而是用第二電路單元檢測(cè)光學(xué)信號(hào)，也可以用第一電路單元把它轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)。一種可能實(shí)現(xiàn)這種功能的裝置用圖13展示，其中第二電路單元是夾在聚合物晶體管的陰極和浮動(dòng)?xùn)艠O之間的既可以在光致電壓模式下操作又可以在光致電流模式下操作的聚合物光敏二極管。當(dāng)該光敏二極管吸收光線時(shí)，光致電壓在柵極上出現(xiàn)，從而導(dǎo)致晶體管中源電極到漏極電極的電流被調(diào)制。這種光敏二極管與FET的集成器件的構(gòu)型類似于LED與FET的集成器件的構(gòu)型(為了對(duì)比用圖14表示)。在邏輯電路中可以用作第一級(jí)把來自光敏二極管的信號(hào)放大用于進(jìn)一步的處理。
在圖13至圖18中被圖解說明的器件的各個(gè)組成部分是用下面的參考數(shù)字表示的基材50、漏極電極51、源電極52、晶體管的活性區(qū)53、柵極絕緣層54、絕緣層55、柵極電極56、發(fā)光/光敏區(qū)57、電極58、光線方向箭頭59、開關(guān)電流流動(dòng)箭頭60。
圖13的聚合物光敏二極管的活化層57包括呈單層或多層構(gòu)型的光電導(dǎo)聚合物或多種光電導(dǎo)聚合物的混合物?？赡艿膶?shí)例是聚辛基噻吩(P3OT)或P3HT與甲氧基-5-(2’-乙基-己氧基)-氰基-亞苯基-亞乙烯基(MEH-CN-PPV)的混合物(見M.Granstrom,K.Petritsch,A.C.Arias,A.Lux,M.R.Andersson,R.H.Friend的文章，Nature 395,257(1998)；J.J.M.Halls等人的文章，Nature 376,498(1995))。
上述的發(fā)射器和接收器可以一起使用以便形成光電集成電路，其中光學(xué)信號(hào)被檢測(cè)，然后根據(jù)指定的邏輯函數(shù)被轉(zhuǎn)換成另一個(gè)光學(xué)信號(hào)。該邏輯函數(shù)可以由與作為關(guān)鍵單元的晶體管結(jié)合成一體的邏輯電路來執(zhí)行(C.J.Drury等人，Appl.hys.Lett.73,108(1998))。這是用圖19示意地圖解說明的。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波長(zhǎng)既可以是相同的也可以是不同的。兩者之一或兩者可以在人眼的可見光譜之外。該器件可以通過把檢測(cè)元件、傳輸元件和電子元件統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)共用基材上得以實(shí)現(xiàn)。操作這樣的電路所需要的電力可以由集成在同一基材上的光電池(J.J.M.Halls等人，Nature 376,498(1995))或薄膜電池(A.G.Mac Diarmid.R.B.Kaner的論文，被T.A.Skotheim編輯在“導(dǎo)電聚合物手冊(cè)(Handbook of Conducting Polymers)”中，Vol.1,p.689(Marcel Dekker,New York,1986))。集成光電子電路中一些或全部組成部分可能是有機(jī)的。一些或全部組成部分可能是聚合物，這些聚合物可以通過溶液進(jìn)行處理并且可以通過噴墨印刷之類的適當(dāng)技術(shù)形成圖案。
另外，發(fā)射器和接收器可以是在分開的基材上制造的。光信號(hào)可以被用于在兩個(gè)器件之間傳輸數(shù)據(jù)。這是用圖20予以圖解說明的。
光信號(hào)發(fā)射器和接收器可以按不同的構(gòu)型作為第一和第二電路單元被結(jié)合成一體。第二電路單元既可以在第一單元的頂面上(圖15)，也可以在第一單元的下面(圖16)，還可以靠在第一個(gè)單元的旁邊(圖17)。圖15至圖17展示不同構(gòu)型的實(shí)例。光線可以通過頂面或底面的電極被發(fā)射出來。LED的電極可以是半透明的(例如，薄金屬膜)也可以是透明的(例如氧化銦錫導(dǎo)體)。
另外，光信號(hào)可以與波導(dǎo)耦合(圖18)。為了提供波導(dǎo)，折射系數(shù)的一般關(guān)系必須在這樣的情況(即n2＞n1(空氣)、n3(SiOx)、n4(P3HT))下進(jìn)行觀察。這可以被用于溝通具有光/電功能性的外部端口和內(nèi)部端口。為了把光線耦合到下一級(jí)或上一級(jí)的晶體管或者其它元件，折射系數(shù)差可以適當(dāng)?shù)販p少或反轉(zhuǎn)，以便允許通過弱波導(dǎo)模式或真導(dǎo)波模式的尾部(the tail oftruly guided mode)實(shí)現(xiàn)耦合。
器件的一個(gè)或多個(gè)膜層可以包括納米級(jí)的顆粒以改善它們的工作性能。
本發(fā)明可以包括在本文中暗示或明確地揭示的任何特征及其組合或廣義的綜合，不管它是否與目前提出的權(quán)利要求有關(guān)。按照上述觀點(diǎn)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作出各種各樣的修改方案，這對(duì)于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人是顯而易見的。
權(quán)利要求
1．集成電路器件，包括電流驅(qū)動(dòng)的開關(guān)單元，該單元具有輸入電極、輸出電極、在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合并且包括半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)、以及控制電極，該控制電極與開關(guān)區(qū)電耦合以便允許給控制電極加偏壓以改變通過輸入電極與輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流；以及第二電路單元，該單元與開關(guān)單元結(jié)合成一體并且與開關(guān)單元的輸出電極電耦合以便接收來自該開關(guān)單元的驅(qū)動(dòng)電流。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路器件，其中所述的集成電路器件是由若干層構(gòu)成的，開關(guān)單元是由第一層提供的，第二電路單元是由第二層提供的。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的集成電路器件，進(jìn)一步包括在第一層與第二層之間的絕緣層。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的集成電路器件，進(jìn)一步包括穿過絕緣層電連接開關(guān)單元與第二電路單元的導(dǎo)電的互連。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的第二電路單元是顯示單元。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的第二電路單元是發(fā)光單元。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的集成電路器件，其中所述的發(fā)光單元包括發(fā)光有機(jī)材料。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的集成電路器件，其中所述的發(fā)光有機(jī)材料是發(fā)光聚合物材料。
9．根據(jù)權(quán)利要求6至8中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中開關(guān)單元的輸出電極是發(fā)光單元的一個(gè)電極。
10．根據(jù)權(quán)利要求5至9中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的開關(guān)單元是用于顯示單元的有源矩陣控制電路的一部分。
11．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料在聚合物鏈之間至少部分地發(fā)生有序轉(zhuǎn)變。
12．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料至少部分地是相分離的。
13．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是一種具有自組織傾向的材料。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是一種具有按層狀結(jié)構(gòu)自組織傾向的材料。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是一種具有按共軛區(qū)膜層與非共軛區(qū)膜層交替排列的層狀結(jié)構(gòu)自組織傾向的材料。
16．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有共軛的主鏈。
17．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有在其主鏈中或掛在其主鏈上促進(jìn)毗鄰聚合物鏈有序轉(zhuǎn)變的取代基。
18．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有疏水的側(cè)鏈。
19．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的半導(dǎo)體聚合物是聚己基噻吩。
20．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中輸入電極、輸出電極和開關(guān)電極中至少有一個(gè)包括有機(jī)材料。
21．根據(jù)權(quán)利要求4至20中直接或間接從屬于權(quán)利要求3的任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的絕緣層包括有機(jī)材料。
22．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中所述的開關(guān)區(qū)以膜層形式定位于開關(guān)電極與輸入和輸出電極之間。
23．一種形成具有包含半導(dǎo)體聚合物材料的區(qū)域的電子器件的方法，該方法包括借助在淀積聚合物中促進(jìn)有序轉(zhuǎn)變的工藝淀積半導(dǎo)體聚合物。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟包括把聚合物溶解在該聚合物具有自組織傾向的溶劑中。
25．根據(jù)權(quán)利要求23或24的方法，其中淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟包括涂布來自聚合物在其中具有自組織傾向的溶劑的聚合物。
26．根據(jù)權(quán)利要求23至25中任何一項(xiàng)的方法，其中淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟是在惰性氣氛中完成的。
27．根據(jù)權(quán)利要求23至26中任何一項(xiàng)的方法，其中淀積半導(dǎo)體聚合物的步驟包括準(zhǔn)備基材以促進(jìn)聚合物的有序轉(zhuǎn)變和使聚合物淀積到基材上。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中準(zhǔn)備基材的步驟包括使基材表面變得更疏水。
29．根據(jù)權(quán)利要求23至28中任何一項(xiàng)的方法，其中所述方法包括在半導(dǎo)體聚合物上至少淀積一個(gè)電極。
30．根據(jù)權(quán)利要求23至29中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物是具有自組織傾向的材料。
31．根據(jù)權(quán)利要求23至29中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物具有共軛的主鏈。
32．根據(jù)權(quán)利要求23至31中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物具有在其主鏈中或懸掛在其主鏈上促進(jìn)毗鄰的聚合物鏈發(fā)生有序轉(zhuǎn)變的取代基。
33．根據(jù)權(quán)利要求23至32中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物具有疏水的側(cè)鏈。
34．根據(jù)權(quán)利要求23至33中任何一項(xiàng)的方法，其中聚合物是聚己基噻吩。
35．根據(jù)權(quán)利要求23至34中任何一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括在所述的電子器件上形成發(fā)光器件的步驟。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述的發(fā)光器件與所述的電子器件結(jié)合成一體。
37．根據(jù)權(quán)利要求34或36的方法，其中所述的發(fā)光器件包括發(fā)光有機(jī)材料。
38．根據(jù)權(quán)利要求23至37中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的電子器件是開關(guān)器件。
39．根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述的電子器件是晶體管。
40．根據(jù)權(quán)利要求38或39的方法，其中所述的電子器件包括輸入電極、輸出電極、在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合并且包括半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)、和為了允許給控制電極加偏壓以改變通過輸入電極和輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流而與所述的開關(guān)區(qū)電耦合的控制電極。
41．根據(jù)權(quán)利要求23至40中任何一項(xiàng)的方法，其中第一電路單元表面的潤(rùn)濕性是為了使后續(xù)的膜層能夠淀積在它的頂面上而設(shè)計(jì)的。
42．根據(jù)權(quán)利要求23至41中任何一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括在半導(dǎo)體聚合物的頂面上形成絕緣層的步驟。
43．根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述絕緣層屬于能夠吸引來自半導(dǎo)體聚合物的殘留摻雜物的材料。
44．根據(jù)權(quán)利要求41至43的方法，其中絕緣層表面的潤(rùn)濕性是為了使另一個(gè)膜層能夠淀積在它的頂面上而設(shè)計(jì)的。
45．根據(jù)權(quán)利要求41至44的方法，其中絕緣層表面和毗鄰傳導(dǎo)區(qū)表面的不同的潤(rùn)濕性被用于引導(dǎo)后續(xù)的膜層淀積到需要的位置。
46．根據(jù)權(quán)利要求41至45的方法，其中絕緣層被用來避免第一電路單元的諸膜層在第二電路單元的諸膜層淀積或工作期間溶解或降解。
47．根據(jù)權(quán)利要求41至46的方法，其中絕緣層的機(jī)械性能經(jīng)得起器件分層或其他類型的機(jī)械故障。
48．根據(jù)權(quán)利要求23至47的方法，其中第一和第二電路單元之間的傳導(dǎo)層是為了保證兩個(gè)單元之間的電兼容性而淀積的。
49．根據(jù)權(quán)利要求23至48的方法，其中傳導(dǎo)層保證把均勻一致的電流注入第二電路單元。
50．根據(jù)權(quán)利要求23至49的方法，其中傳導(dǎo)層保證把有效的載流子注入第二電路單元。
51．集成電路器件，包括開關(guān)單元，該單元具有輸入電極、輸出電極、包括在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合的半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)、以及控制電極，該控制電極與開關(guān)區(qū)電耦合以便允許給控制電極加偏壓改變通過輸入電極與輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流；以及電光學(xué)電路單元，該單元與開關(guān)區(qū)結(jié)合成一體并且與開關(guān)單元的電極電耦合。
52．根據(jù)權(quán)利要求51的集成電路器件，其中所述的集成電路器件是由若干層構(gòu)成的，開關(guān)單元是由第一層提供的，電光學(xué)電路單元是由第二層提供的。
53．集成電路器件，包括開關(guān)單元，該單元具有輸入電極、輸出電極、包括在輸入電極和輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合的半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū)、以及控制電極，該控制電極與開關(guān)區(qū)電耦合以便允許給控制電極加偏壓改變通過輸入電極與輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流；以及第二電路單元，該單元與開關(guān)區(qū)按多層疊合構(gòu)型結(jié)合成一體并且與開關(guān)單元的電極電耦合。
54．根據(jù)權(quán)利要求53的集成電路器件，其中所述的第二電路單元也是開關(guān)單元。
55．根據(jù)權(quán)利要求52至54的集成電路器件，進(jìn)一步包括在第一層和第二層之間的絕緣層。
56．根據(jù)權(quán)利要求55的集成電路器件，進(jìn)一步包括穿過絕緣層電連接開關(guān)單元和電光學(xué)電路單元的導(dǎo)電的互連。
57．根據(jù)權(quán)利要求51至53和55至56中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中第二電路單元是發(fā)光單元。
58．根據(jù)權(quán)利要求57的集成電路器件，其中電光學(xué)電路單元的輸入電極與開關(guān)單元的輸出電極電耦合。
59．根據(jù)權(quán)利要求51至53和55至56中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中第二電路單元是光敏單元。
60．根據(jù)權(quán)利要求59的集成電路器件，其中光敏單元的輸出電極與開關(guān)單元的輸入電極電耦合。
61．根據(jù)權(quán)利要求59的集成電路器件，其中光敏單元的輸出電極和開關(guān)單元的控制電極電耦合。
62．根據(jù)權(quán)利要求51至53和55至61中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中光電單元具有包括發(fā)光和/或光敏有機(jī)材料的光電活性區(qū)。
63．根據(jù)權(quán)利要求62的集成電路器件，其中發(fā)光和/或光敏有機(jī)材料是聚合物材料。
64．根據(jù)權(quán)利要求51至63中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料在聚合物鏈之間至少部分地發(fā)生了有序轉(zhuǎn)變。
65．根據(jù)權(quán)利要求51至64中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料至少部分地是相分離的。
66．根據(jù)權(quán)利要求51至65中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是具有自組織傾向的材料。
67．根據(jù)權(quán)利要求66的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是具有按層狀結(jié)構(gòu)自組織傾向的材料。
68．根據(jù)權(quán)利要求67的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物材料是具有按共軛區(qū)膜層與非共軛區(qū)膜層交替毗鄰的層狀結(jié)構(gòu)自組織傾向的材料。
69．根據(jù)權(quán)利要求51至68中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有共軛的主鏈。
70．根據(jù)權(quán)利要求51至68中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有在主鏈中或掛在其主鏈上促進(jìn)毗鄰聚合物鏈有序轉(zhuǎn)變的取代基。
71．根據(jù)權(quán)利要求51至70中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物具有疏水的側(cè)鏈。
72．根據(jù)權(quán)利要求51至71中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中半導(dǎo)體聚合物是聚己基噻吩。
73．根據(jù)權(quán)利要求51至72中任何一項(xiàng)的集成電路器件，其中在輸入電極、輸出電極和開關(guān)電極當(dāng)中至少有一個(gè)包括有機(jī)材料。
74．根據(jù)權(quán)利要求51至73中任何一項(xiàng)直接或間接從屬于權(quán)利要求54的集成電路器件，其中絕緣層包括有機(jī)材料。
75．根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的集成電路器件，該器件形成可以包括下述項(xiàng)目中任何一項(xiàng)或全部的更大的電路的一部分開關(guān)單元、電阻性單元、電容性單元、光生伏特單元、光電導(dǎo)單元、發(fā)光單元和/或儲(chǔ)能器件。
76．一種形成電子器件的方法，該方法本質(zhì)上是參照這份說明書中的附圖2至20介紹的方法。
77．根據(jù)權(quán)利要求23至50中任何一項(xiàng)或權(quán)利要求76的方法制成的電子器件。
78．本質(zhì)上參照這份說明書的附圖2至20介紹的電子器件。
全文摘要
一種集成電路器件,該器件包括電流驅(qū)動(dòng)的開關(guān)單元、控制電極和第二電路單元,其中電流驅(qū)動(dòng)的開關(guān)單元具有輸入電極、輸出電極以及在輸入電極與輸出電極之間實(shí)現(xiàn)電耦合并且包括半導(dǎo)體聚合物材料的開關(guān)區(qū);控制電極與所述的開關(guān)區(qū)電耦合以便允許把偏壓加到控制電極上以改變通過輸入電極和輸出電極之間的開關(guān)區(qū)的電流;第二電路單元與開關(guān)單元結(jié)合成一體并且與該開關(guān)單元的輸入電極電耦合以便接收來自開關(guān)單元的驅(qū)動(dòng)電流。
文檔編號(hào)H01L31/153GK1301400SQ9980616
公開日2001年6月27日 申請(qǐng)日期1999年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月16日
發(fā)明者尼爾·特斯勒, 亨寧·西林格尤斯, 理查德·H·弗蘭德 申請(qǐng)人:劍橋顯示技術(shù)有限公司