DE112011104034T5 - Haftschicht für lösungsbehandelte Übergangsmetalloxide auf Inertmetallkontakten - Google Patents

Haftschicht für lösungsbehandelte Übergangsmetalloxide auf Inertmetallkontakten Download PDF

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Abstract

Ein Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex wird als Haftvermittler zum Immobilisieren von temperaturstabilen Übergangsmetalloxidschichten auf einer Inertmetalloberfläche verwendet. Der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex umfasst ein Übergangsmetall, das ausgewählt ist aus Molybdän, Wolfram und Vanadium und das vorzugsweise Ammoniumtetrathiomolybdat ist. Eine Vorstufe des Übergangsmetalloxids wird mittels eines lösungsbasierten Prozesses auf der Inertmetalloberfläche abgeschieden. Die Vorstufe ist eine Dispersion oder eine Lösung des Übergangsmetalloxids, Übergangsmetalloxidhydrats, Ammoniumsalzes eines sauren Übergangsmetalloxidhydrats oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes in Wasser oder eines Phosphorsäure-Metalloxidkomplexes, der in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist.

Description

  • Sachgebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler zum Immobilisieren von temperaturstabilen Metalloxidschichten auf einer Inertmetallschicht, einen Prozess zum Ausbilden des temperaturstabilen Übergangsmetalloxids auf einer Inertmetallschicht und die Bereitstellung von organischen Dünnfilmtransistoren, die eine temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht aufweisen, welche auf einer Source- und/oder Drain-Elektrode derselben immobilisiert wird durch Verwenden eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Transistoren können in zwei Haupttypen unterteilt werden: bipolare Flächentransistoren und Feldeffekttransistoren. Beide Typen teilen sich eine gemeinsame Struktur, die drei Elektroden mit einem zwischen diesen in einer Kanalregion angeordneten Halbleitermaterial aufweist. Die drei Elektroden eines bipolaren Flächentransistors sind als der Emitter, der Kollektor und die Basis bekannt, während bei einem Feldeffekttransistor die drei Elektroden als die Source, der Drain und das Gate bekannt sind. Bipolare Flächentransistoren können als strombetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor durch den Strom gesteuert wird, der zwischen der Basis und dem Emitter fließt. Im Gegensatz dazu können Feldeffekttransistoren als spannungsbetriebene Vorrichtungen beschrieben werden, da der Strom, der zwischen der Source und dem Drain fließt, von der Spannung zwischen dem Gate und der Source gesteuert wird.
  • Transistoren können ferner als p-Typ und n-Typ klassifiziert werden, je nachdem, ob sie Halbleitermaterial aufweisen, das positive Ladungsträger (Löcher) bzw. negative Ladungsträger (Elektronen) leitet. Das Halbleitermaterial kann entsprechend seiner Fähigkeit, eine Ladung aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, ausgewählt werden. Die Fähigkeit des Halbleitermaterials, Löcher oder Elektronen aufzunehmen, zu leiten und abzugeben, kann durch Dotieren des Materials verbessert werden. Das für die Source- und Drain-Elektroden verwendete Material kann ferner entsprechend seiner Fähigkeit, Löcher oder Elektroden aufzunehmen und zu injizieren, ausgewählt werden. Zum Beispiel kann eine p-Transistorvorrichtung durch Auswählen eines Halbleitermaterials, das beim Aufnehmen, Leiten und Abgeben von Löchern effizient ist, und durch Auswählen eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, das beim Injizieren und Aufnehmen von Löchern vom Halbleitermaterial effizient ist, ausgebildet werden. Durch eine gute Energieniveauanpassung des Fermi-Niveaus in den Elektroden an das HOMO-(Highest Occupied Molecular Obital = höchstes besetztes Orbital eines Moleküls)Niveau des Halbleitermaterials können die Lochinjektion und -aufnahme verbessert werden. Im Gegensatz dazu kann eine n-Transistorvorrichtung durch Auswählen eines Halbleitermaterials, das beim Aufnehmen, Leiten und Abgeben von Elektronen effizient ist, und durch Auswählen eines Materials für die Source- und Drain-Elektroden, das beim Injizieren von Elektroden in das und Aufnehmen von Elektronen von dem Halbleitermaterial effizient ist, ausgebildet werden. Durch eine gute Energieniveauanpassung des Fermi-Niveaus in den Elektroden an das LUMO-(Lowest Unoccupied Molecular Obital = niedrigstes unbesetztes Orbital eines Moleküls)Niveau des Halbleitermaterials können die Elektroneninjektion und -aufnahme verbessert werden.
  • Transistoren können durch Abscheiden der Komponenten in dünnen Filmen ausgebildet werden, um Dünnfilmtransistoren zu bilden. Wenn bei einer solchen Vorrichtung ein organisches Material als das Halbleitermaterial verwendet wird, ist diese als ein organischer Dünnfilmtransistor bekannt.
  • Es sind verschiedene Anordnungen für organische Dünnfilmtransistoren bekannt. Eine solche Vorrichtung ist ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, der Source- und Drain-Elektroden mit einem zwischen diesen in einer Kanalregion angeordneten Halbleitermaterial, eine Gate-Elektrode, die angrenzend an das Halbleitermaterial angeordnet ist, und eine Schicht aus Isoliermaterial, das zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleitermaterial in der Kanalregion angeordnet ist, aufweist.
  • Ein Beispiel für einen solchen organischen Dünnfilmtransistor ist in 1 gezeigt. Die dargestellte Struktur kann auf einem (nicht gezeigten) Substrat abgeschieden sein und weist Source- und Drain-Elektroden 2, 4 auf, die voneinander beabstandet sind, wobei eine Kanalregion 6 zwischen diesen vorgesehen ist. Ein organischer Halbleiter 8 ist in der Kanalregion 6 abgeschieden und kann sich über mindestens einen Abschnitt der Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Eine Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material ist über dem organischen Halbleiter 8 abgeschieden und kann sich über mindestens einen Abschnitt der Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken. Schließlich ist eine Gate-Elektrode 12 über der Isolierschicht 10 abgeschieden. Die Gate-Elektrode 12 befindet sich über der Kanalregion 6 und kann sich über mindestens einen Abschnitt der Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken.
  • Die oben beschriebene Struktur ist als ein organischer Top-Gate-Dünnfilmtransistor bekannt, da sich das Gate auf einer oberen Seite der Vorrichtung befindet. Alternativ ist auch bekannt, das Gate auf einer unteren Seite der Vorrichtung vorzusehen, um einen sogenannten organischen Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor zu bilden.
  • Ein Beispiel für einen solchen organischen Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor ist in 2 gezeigt. Um die Beziehung zwischen den Strukturen, die in 1 und 2 gezeigt sind, deutlicher zu zeigen, werden gleiche Bezugszeichen für entsprechende Teile verwendet. Die Bottom-Gate-Struktur, die in 2 gezeigt ist, weist eine Gate-Elektrode 12 auf, die auf einem Substrat 1 abgeschieden ist, wobei eine Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material über diesem abgeschieden ist. Die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 sind über der Isolierschicht 10 aus dielektrischem Material abgeschieden. Die Source- und Drain-Elektroden 2, 4 sind voneinander beabstandet, wobei eine Kanalregion 6 zwischen diesen über der Gate-Elektrode vorgesehen ist. Ein organischer Halbleiter 8 ist in der Kanalregion 6 abgeschieden und kann sich über mindestens einen Abschnitt der Source- und Drain-Elektroden 2, 4 erstrecken.
  • Die Leitfähigkeit des Kanals kann durch Anlegen einer Spannung an das Gate verändert werden. Auf diese Weise kann der Transistor mittels einer angelegten Gate-Spannung ein- und ausgeschaltet werden. Der Drain-Strom, der bei einer vorgegebenen Spannung erreicht werden kann, ist von der Beweglichkeit der Ladungsträger im organischen Halbleitermaterial in der aktiven Region der Vorrichtung (Kanal zwischen den Source- und Drain-Elektroden) abhängig. Somit müssen zum Erreichen hoher Drain-Ströme bei niedrigen Betriebsspannungen organische Dünnfilmtransistoren einen organischen Halbleiter aufweisen, der hochbewegliche Ladungsträger im Kanal besitzt.
  • Die Beweglichkeit der Ladungsträger ist ein Maß dessen, wie leicht sich ein Träger in einem bestimmten Material bewegt. Diese Eigenschaft eines organischen Halbleiters wird jedoch häufig vom Kontaktwiderstand einer organischen Dünnfilmtransistorvorrichtung beeinträchtigt. Ein höherer Kontaktwiderstand führt zu einem höheren Verhältnis der angelegten Spannung, die über die Grenzflächen zwischen den Source- und Drain-Elektroden abfällt, und dem organischen Halbleitermaterial in der Transistorkanalregion, und folglich wird eine niedrigere Vorspannung über die Kanalregion erreicht. Ein höherer Kontaktwiderstand hat somit die Wirkung, dass aufgrund der niedrigeren Vorspannung über die Kanalregion ein viel niedrigerer Strompegel aus der Vorrichtung extrahiert wird, wodurch die Beweglichkeit der Ladungsträger des organischen Halbleitermaterials beeinträchtigt wird.
  • Herkömmlicherweise wird der Kontaktwiderstand in organischen Transistoren durch Aufbringen von Oberflächenbehandlungsschichten auf die Source- und Drain-Elektroden vor dem Abscheiden des Halbleiterfilms oder Verändern von Metall auf eine höhere Austrittsarbeit, wie erforderlich, verringert, um Ladungen bis zum HOMO-Niveau (für ein p-Material) zu injizieren. Solche Behandlungsschichten (typischerweise selbstorganisierende Monoschichten, die aus einer Lösungs- oder Dampfphase aufgebracht werden) werden verwendet, um eine Dipolschicht an der Metalloberfläche zu erzeugen zwecks Verschiebens der Austrittsarbeit der Source- und Drain-Kontakte auf effektive Weise zum Ausrichten derselben mit dem HOMO-Niveau im Halbleiter und somit Vermindern der Sperre für die Ladungsinjektion von Metall zum Halbleiter.
  • Der Bereich der elektronischen Eigenschaften, die bei den Übergangsmetalloxiden zu finden sind, bedeutet, dass diese besonders vorteilhaften Materialien zum Steuern der Austrittsarbeit und somit der Ladungsinjektionseigenschaften eines organischen Dünnfilmtransistors (OTFT = organic thin film transistor) sind. In WO 2007/005618 ist das Einsetzen von dünnen Schichten aus Übergangsmetalloxid, wie z. B. MoO3, zwischen der organischen Halbleiterschicht und den Source- und/oder Drain-Kontakten in OTFTs offengelegt. In diesem Dokument zum Stand der Technik wird jedoch ein thermisches Verdampfen zum Abscheiden des Übergangsmetalloxids angewendet. Dies hat beträchtliche Nachteile hinsichtlich seines Potenzials zu einem kommerziellen Prozess ausgebaut zu werden, da es sowohl kostspielig als auch ineffizient ist.
  • Obwohl Übergangsmetalloxide vorteilhafte Eigenschaften zeigen, wenn sie auf den Oberflächen der Source- und Drain-Elektroden von OTFTs abgeschieden sind, haften sie nicht sehr gut auf diesen.
  • Da Source- und Drain-Elektroden die Fähigkeit besitzen müssen, Löcher oder Elektronen aufzunehmen und zu injizieren, sind sie normalerweise aus metallischen Leitern, wie z. B. Kupfer, Silber oder Gold, gefertigt. Insbesondere Gold wird für qualitativ hochwertige Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakte verwendet. Diese Materialien sind jedoch ziemlich reaktionsunfähig. Reines Gold ist ein chemisch reaktionsunfähiges Metall, wohingegen Silber- und Kupferoberflächen an der Luft leicht reagieren, um eine reaktionsunfähige Metalloxidoberfläche zu bilden. Somit erfolgt bei den Source- und Drain-Elektrodenoberflächen keine chemische Reaktion mit der Übergangsmetalloxidschicht, die auf diesen abgeschieden ist. Es ist signifikant, dass diese Probleme mit der Haftung dazu führen können, dass eine nicht gleichförmige oder sogar eine diskontinuierliche Schicht des Übergangsmetalloxids abgeschieden wird, wodurch es außerordentlich schwierig wird, reproduzierbare Ergebnisse mit den OTFTs zu erzielen. Somit kann ein Übergangsmetalloxid zwar Kontakte zwischen den Elektroden und den aktiven Schichten eines OTFT verbessern, seine unzureichende Haftung an den Source- und Drain-Elektrodenoberflächen beim thermischen Abscheiden nach dem Stand der Technik kann jedoch seine Leistung einschränken.
  • Es besteht somit Bedarf an einer verbesserten Art und Weise zum Abscheiden von Übergangsmetalloxidschichten auf Inertmetallschichten. Wir haben überraschenderweise festgestellt, dass es möglich ist, die Probleme, die mit mittels eines dem Stand der Technik entsprechenden thermischen Verdampfungsprozesses abgeschiedenen Metalloxidschichten in Zusammenhang stehen, durch Verwenden eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler zum Immobilisieren von Übergangsmetalloxiden auf Inertmetalloberflächen zu lösen. Die Motivation für das Verwenden eines solchen Komplexes ist hauptsächlich das Eliminieren der unzureichenden Haftung zwischen den Source- und Drain-Elektrodenoberflächen und der Übergangsmetallschicht. Dieser Komplex ermöglicht die Bildung einer durchgehenden Schicht von Übergangsmetalloxid, wenn das darunterliegende Substrat aus einem inerten Metall, wie z. B. Gold, gebildet ist, auf dem die Übergangsmetalloxidschicht nicht gut haftet.
  • Es gibt keine Beispiele dafür, dass beim Stand der Technik diese Komplexe als Haftvermittler für organische Dünnfilmtransistoren verwendet werden. Vielmehr liegt beim Stand der Technik der Fokus auf dem Verbessern der intrinsischen elektrischen Eigenschaften der organischen Halbleiterstruktur im OTFT und geht in Richtung der Entwicklung von Vorrichtungsherstelltechniken ("High mobility solution processes 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene organic thin film transistors"; S. K. Park et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 063514 (2007); Henning Sirringhaus, Takeo Kawase, Richard H. Friend, Tatsuya Shimoda, M. Inbasekaran, W. Wu und E. P. Woo; "High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits"; Science, 290 2123–2126 (2000)). Es ist nichts über eine Forschung bezüglich der Verwendung eines Haftvermittlers zum Immobilisieren einer Übergangsmetalloxidschicht auf den Source- und Drain-Elektroden einer OTFT-Vorrichtung veröffentlicht worden.
  • Ferner ist die Haftung von Substratschichten in organischen Dünnfilmtransistoren eine entscheidende Eigenschaft, die es zu optimieren gilt wegen der Wirkung, die eine unzureichende Haftung auf die Leistung der Vorrichtung hat. Es besteht daher Bedarf an weiteren Wegen zum Verbessern der Haftung von Übergangsmetallschichten an Inertmetalloberflächen in organischen Dünnfilmtransistoren. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesem Bedarf.
  • Übersicht über die Erfindung
  • Wir haben überraschenderweise festgestellt, dass ein Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex als Haftvermittler das Abscheiden einer durchgehenden Schicht aus Übergangsmetalloxid auf einer Inertmetalloberfläche, wie z. B. Gold, ermöglicht. Dieser Haftvermittler ermöglicht das Abscheiden einer temperaturstabilen Übergangsmetalloxidschicht auf der Source- und/oder Drain-Elektrodenoberfläche in einem organischen Dünnfilmtransistor unter Anwendung von Lösungsabscheidetechniken zum Erzeugen ohmscher Kontakte zwischen der organischen Halbleiterschicht und den Source- und/oder Drain-Elektroden. Dadurch werden somit die Nachteile des thermischen Abscheidens von Übergangsmetalloxiden, wie beim Stand der Technik beschrieben, eliminiert. Insbesondere umfassen die dem Stand der Technik entsprechenden Techniken zum thermischen Abscheiden die Verwendung von Schattenmasken, wodurch ein Scale-up des Prozesses auf große Substratgrößen im Falle eines hochaufgelösten Musters schwierig ist. Im Gegensatz dazu ermöglicht der Prozess nach der vorliegenden Erfindung die Anwendung von lösungsbasierten Prozessen, die leicht einem Scale-up auf große Substratgrößen sowohl auf eine kosteneffektive als auch effiziente Weise unterzogen werden können.
  • Somit ist bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung (1) eine Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler zum Immobilisieren von temperaturstabilen Übergangsmetalloxidschichten auf einer Inertmetalloberfläche vorgesehen.
  • Bevorzugte Verwendungen nach der vorliegenden Erfindung umfassen:
    • (2) Verwendung nach (1), wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex ein Übergangsmetall umfasst, das ausgewählt ist aus Molybdän, Wolfram und Vanadium;
    • (3) Verwendung nach (1) oder (2), wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex ein Tetrathio-Übergangsmetallkomplex ist;
    • (4) Verwendung nach (3), wobei der Ammoniumtetrathio-Übergangsmetallkomplex Ammoniumtetrathiomolybdat ist;
    • (5) Verwendung nach einem von (1) bis (4), wobei das Übergangsmetalloxid MoO3, WO3, oder V2O5 ist;
    • (6) Verwendung nach einem von (1) bis (5), wobei eine Vorstufe des Übergangsmetalloxids mittels eines lösungsbasierten Prozesses auf der Inertmetalloberfläche abgeschieden wird;
    • (7) Verwendung nach (6), wobei die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung des Übergangsmetalloxids, Übergangsmetalloxidhydrats, Ammoniumsalzes eines sauren Übergangsmetalloxidhydrats oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes in Wasser oder eines Phosphorsäure-Metalloxidkomplexes ist, der in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist;
    • (8) Verwendung nach (7), wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid MoO3 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Molybdäntrioxid, Molybdänsäure, Ammoniummolybdat oder Phosphomolybdänsäure in Wasser oder Phosphomolybdänsäure ist, die in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist;
    • (9) Verwendung nach (7), wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid WO3 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Wolframtrioxid, Wolframsäure, Ammoniumwolframat oder Phosphowolframsäure in Wasser oder Phosphowolframsäure ist, die in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist;
    • (10) Verwendung nach (7), wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid V2O5 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Vanadium(V)-oxid, Ammoniummetavanadat, Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriisopropoxid oder Vanadium(V)-oxytripropoxid, gelöst in einem polaren organischen Lösungsmittel, ist;
    • (11) Verwendung nach einem von (6) bis (10), wobei der lösungsbasierte Prozess Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten oder Tintenstrahldrucken umfasst;
    • (12) Verwendung nach einem von (1) bis (11), wobei das inerte Metall Silber, Gold oder Kupfer ist;
    • (13) Verwendung nach (12), wobei das inerte Metall Gold ist; und
    • (14) Verwendung nach einem von (1) bis (13), wobei die Übergangsmetalloxidschicht, die auf dem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex immobilisiert ist, bis zu Temperaturen von mindestens 140°C stabil ist.
  • Wir haben ferner herausgefunden, dass nach dem Abscheiden eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf einer Inertmetalloberfläche durch eine lösungsbasierte Bearbeitung des auf dieser befindlichen Übergangsmetalloxids eine temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht erzeugt wird. Die lösungsbasierte Bearbeitung des Übergangsmetalloxids ermöglicht die Anwendung einfacher und kosteneffektiver Lösungsabscheidetechniken, wie z. B. Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten oder Tintenstrahldrucken. Im Gegensatz zur thermischen Verdampfung ist bei lösungsbasierten Abscheidetechniken kein Vakuum erforderlich, und sie können daher auf einfache Weise einem Scale-up auf große Substratgrößen und/oder Spule-zu-Spule-Fertigungsprozessen unterzogen werden.
  • Somit ist bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen:
    • (15) ein Prozess zum Ausbilden eines Übergangsmetalloxids auf einer Inertmetalloberfläche, der umfasst: (a) Vorbehandeln der Metalloberfläche mit einem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex; (b) Abscheiden einer Lösung, die eine Übergangsmetalloxid-Vorstufe umfasst, auf der vorbehandelten Oberfläche; und (c) Tempern der abgeschiedenen Lösung zum Bilden einer Schicht aus Übergangsmetalloxid.
  • Bevorzugte Aspekte des zweiten Aspekts der Erfindung umfassen:
    • (16) einen Prozess nach (15), wobei Schritt (a) umfasst: (i) Reinigen der Metalloberfläche zum Entfernen von organischen Fremdstoffen; (ii) Abscheiden des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf der Metalloberfläche; und (iii) Tempern der behandelten Oberfläche an der Luft;
    • (17) einen Prozess nach (16), wobei die Metalloberfläche mittels einer UV-Ozon-Behandlung oder einer Sauerstoffplasmabehandlung gereinigt wird; und
    • (18) einen Prozess nach einem von (15) bis (17), wobei die lösungsbasierte Abscheidung durch Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten oder Tintenstrahldrucken durchgeführt wird.
  • Eine bevorzugte Anwendung der Abscheidung einer temperaturstabilen Übergangsmetalloxidschicht, die mittels eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes nach der vorliegenden Erfindung unterstützt wird, ist die Fertigung einer organischen Dünnfilm-Transistorvorrichtung unter Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf deren Source- und/oder Drain-Elektroden vor dem Abscheiden der Übergangsmetalloxidschicht. Bezeichnenderweise führt dies zur Herstellung von ohmschen Kontakten zwischen der organischen Halbleiterschicht und den Source- und/oder Drain-Elektroden der Vorrichtung.
  • Somit ist bei einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen:
    • (19) ein organischer Dünnfilmtransistor, der Source- und Drain-Elektroden, eine Gate-Elektrode und eine organische Halbleiterschicht umfasst, wobei die Source- und Drain-Elektroden ein inertes Metall umfassen, auf dem eine temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht unter Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler immobilisiert wird.
  • Bevorzugte Aspekte des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung weisen auf:
    • (20) einen organischen Dünnfilmtransistor nach (19), wobei das Transistormetalloxid entsprechend dem Prozess immobilisiert wird, der in einem von (15) bis (18) oben definiert ist;
    • (21) einen organischen Dünnfilmtransistor nach (19) oder (20), wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex so ausgebildet ist, wie in einem von (1) bis (4) oben definiert ist; und
    • (22) einen organischen Dünnfilmtransistor nach einem von (19) bis (21), wobei das Übergangsmetalloxid MoO3, WO3 oder V2O5 ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Wie oben erläutert ist, haben wir herausgefunden, dass die Verwendung eines Haftvermittlers ein ausgezeichnetes Mittel zum Erzeugen einer temperaturstabilen Metalloxidschicht auf einer Inertmetalloberfläche ist. Durch Verwenden eines Haftvermittlers, wie z. B. eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes, besitzt die daraus resultierende Übergangsmetalloxidschicht im Vergleich zu einer Inertmetalloberfläche ohne einen Haftvermittler eine stabilere Austrittsarbeit, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
  • Zum Beispiel ist die Austrittsarbeit einer mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelten Goldoberfläche mit darauf abgeschiedener Molybdänsäure wesentlich stabiler bei Temperaturen bis zu 140°C verglichen mit der Austrittsarbeit einer mit UV-Ozon gereinigten Goldoberfläche mit darauf abgeschiedener Molybdänsäure ohne die Vorbehandlung. Die Stabilität der Austrittsarbeit ist besonders vorteilhaft bei einer organischen Dünnfilmtransistorvorrichtung, bei der die temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht, die mittels des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes immobilisiert wird, zum Dotieren der Grenzfläche zwischen den Source- und/oder Drain-Elektroden und der organischen Halbleiterschicht verwendet werden kann, wodurch ohmsche Kontakte an diesen Grenzflächen gebildet werden. Folglich wird der Kontaktwiderstand an den Grenzflächen zwischen den Source-/Drain-Kontakten und dem organischen Halbleiter im Transistorkanal minimiert, wodurch die Sperre für die Ladungsinjektion von Metall zum Halbleiter vermindert wird und ein organischer Hochleistungs-Dünnfilmtransistor gebildet wird.
  • Bevorzugte Haftvermittler sind Thio-Übergangsmetallkomplexe. Diese umfassen Komplexe aus einem Übergangsmetall mit mindestens einer Thio-Übergangsmetallbindung. Besonders bevorzugt sind Ammoniumthio-Metallkomplexe, z. B. Ammoniumtetrathiomolybdat.
  • Das Übergangsmetall des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Wolfram und Vanadium. Besonders bevorzugte Komplexe weisen Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) auf.
  • Der Ausdruck ”inertes Metall” wird hier so verwendet, dass er jedes Metall einschließt, das keine gute Haftung eines Übergangsmetalls an der Metalloberfläche ermöglicht. Diese Metalle ermöglichen jedoch eine gute Haftung der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Thio-Übergangsmetallkomplexe an deren Oberfläche. Es wird angenommen, dass es diese Eigenschaft von Schwefel in der Metallthiobindung, eine Haftung an den Inertmetalloberflächen zu ermöglichen, ist, die es erlaubt, dass der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex als Haftvermittler für die Übergangsmetallschicht fungiert.
  • Bevorzugte inerte Metalle für die Verwendung bei der Erfindung sind Gold, Silber oder Kupfer. Ein besonders bevorzugtes Metall ist Gold.
  • Das Übergangsmetalloxid, das nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird unter Anwendung eines lösungsbasierten Prozesses abgeschieden. Es wird stärker bevorzugt, eine Vorstufe des Übergangsmetalloxids unter Anwendung eines lösungsbasierten Prozesses abzuscheiden. Der lösungsbasierte Prozess kann aus Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten, Tintenstrahldrucken oder jeder geeigneten Technik bestehen, die einem Kenner der Technik bekannt ist und die die Abscheidung von Material aus einer Lösung auf einer Oberfläche umfasst.
  • Der Ausdruck ”Vorstufe”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Dispersion oder eine Lösung eines Übergangsmetalls in einer Lösung. Eine bevorzugte Vorstufe ist eine Dispersion oder eine Lösung eines Übergangsmetalloxids, Übergangsmetalloxidhydrats, Ammoniumsalzes eines sauren Übergangsmetalloxidhydrats oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes in Wasser oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes, der in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist.
  • Beispiele für Vorstufen, die nach der vorliegenden Erfindung zum Abscheiden von Molybdäntrioxid verwendet werden können, umfassen eine Dispersion oder eine Lösung einer der folgenden Verbindungen in Wasser: Molybdäntrioxid, Molybdänsäure, Ammoniummolybdat oder Phosphomolybdänsäure; oder die Dispersion oder Lösung einer Heteropolysäure in einem polaren organischen Lösungsmittel, wie z. B. Phosphomolybdänsäure.
  • Für die Abscheidung von Wolframtrioxid ist die bevorzugte Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung einer der folgenden Verbindungen in Wasser: Wolframtrioxid, Wolframsäure, Ammoniumwolframat oder Phosphowolframsäure; oder die Dispersion oder Lösung einer Heteropolysäure in einem polaren organischen Lösungsmittel, wie z. B. Phosphowolframsäure.
  • Für die Abscheidung von Vanadiumpentoxid ist die bevorzugte Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung einer der folgenden Verbindungen in Wasser: Vanadium(V)-oxid, Ammoniummetavanadat, Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriisopropoxid oder Vanadium(V)-oxytripropoxid; oder eine Dispersion oder Lösung einer Heteropolysäure in einem polaren organischen Lösungsmittel, wie z. B. Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriisopropoxid oder Vanadium(V)-oxytripropoxid. Mögliche organische Lösungsmittel umfassen Pyridin, Acetonitril, Tetrahydrofuran oder jedes andere geeignete polare organische Lösungsmittel, das einem Kenner der Technik bekannt ist.
  • Das abgeschiedene Übergangsmetalloxid nach der vorliegenden Erfindung schließt jedes geeignete Übergangsmetalloxid ein, bei dem die Metallkationen einen hohen Oxidationszustand annehmen und in der Lage sind, das organische Halbleitermaterial im Transistorkanal einer p-Dotierung zu unterziehen. Vorzugsweise ist das Übergangsmetalloxid ein Oxid von Molybdän, Wolfram oder Vanadium, stärker bevorzugt ein Oxid von Molybdän. Bevorzugte Übergangsmetalloxide sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MoO3, WO3 oder V2O5, am stärksten bevorzugt MoO3.
  • Die daraus resultierende Metalloxidschicht ist temperaturstabil. Die Stabilität wird vorzugsweise anhand der Oberflächen-Austrittsarbeit bei Temperaturen von bis zu mindestens 140°C, bevorzugt bei Temperaturen von bis zu 170°C und stärker bevorzugt bei Temperaturen von bis zu 200°C gemessen.
  • Der Prozess nach der Erfindung umfasst die Bildung eines isolierenden Übergangsmetalloxids auf einer Inertmetalloberfläche. Dieser Prozess umfasst typischerweise eine Vorbehandlung der Oberfläche mit einem Haftvermittler, eine Abscheidung einer Übergangsmetalloxidvorstufe und ein Tempern zum Bilden einer Übergangsmetalloxidschicht. Der Haftvermittler, die Vorstufe, der Abscheidungsprozess der Vorstufe und des Übergangsmetalloxids sind so ausgelegt, wie oben definiert ist. Der Temperprozess zum Bilden einer Übergangsmetalloxidschicht wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C durchgeführt.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorbehandlung der Inertmetalloberfläche:
    • (i) Reinigen der Metalloberfläche;
    • (ii) Abscheiden eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf der Metalloberfläche; und
    • (iii) Tempern der behandelten Oberfläche an der Luft.
  • Der Reinigungsschritt des Prozesses nach der vorliegenden Erfindung umfasst jede geeignete Behandlung, bei der organische Fremdstoffe entfernt werden. Vorzugsweise wird die Inertmetalloberfläche mittels einer UV-Ozon-Behandlung oder einer Sauerstoffplasmabehandlung gereinigt. Besonders bevorzugt wird eine UV-Ozon-Behandlung. Mittels eines solchen oxidativen Reinigungsprozesses wird die Metalloberfläche hydrophil gemacht und ihre Oberflächen-Austrittsarbeit erhöht. Bei Verwendung einer Goldoberfläche, die mit UV-Ozon einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, als ein Beispiel erhöht sich die Oberflächen-Austrittsarbeit auf ungefähr 5,6 eV, und die Goldoberfläche wird hydrophil gemacht.
  • Eine Abscheidung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf der gereinigten Metalloberfläche erfolgt vorzugsweise mittels eines lösungsbasierten Prozesses. Die verwendete Lösung ist vorzugsweise eine Lösung des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes in Wasser, wobei die Konzentration von der Löslichkeit des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes in Wasser abhängig ist (z. B. eine Lösung von 0,5 Gew.-%), und nach dem Abscheiden wird die vorbehandelte Oberfläche mit einem dem Kenner der Technik bekannten Mittel getrocknet. Es hat sich herausgestellt, dass die vorbehandelte Oberfläche im Vergleich zu der oben beschriebenen gereinigten Metalloberfläche typischerweise eine niedrigere Austrittsarbeit aufweist. Bei Verwendung von Ammoniumtetrathiomolybdat in Wasser als ein Beispiel wird dann, wenn das Substrat in eine Lösung aus 0,5 Gew.-% Ammoniumtetrathiomolybdat in Wasser getaucht wird und dann mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen wird, durch diese Vorbehandlung die Oberflächen-Austrittsarbeit auf ungefähr 4,6 eV verringert.
  • Das Trocknen oder Tempern der behandelten Oberfläche an der Luft wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C durchgeführt. Besonders bevorzugt ist das Trocknen der behandelten Oberfläche bei einer Temperatur in Richtung des unteren Endes dieses Bereichs (z. B. 120°C bis 150°C) über einen Zeitraum (z. B. 5 bis 20 Minuten), gefolgt von einem Tempern der behandelten Oberfläche bei einer Temperatur in Richtung des oberen Endes dieses Bereichs (z. B. 150°C bis 250°C) über einen Zeitraum (z. B. 5 bis 30 Minuten). Es hat sich generell herausgestellt, dass das Tempern der behandelten Oberfläche an der Luft zu einer Erhöhung der Oberflächen-Austrittsarbeit führt. Bei Verwendung eines mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelten Goldsubstrats als ein Beispiel wird die Oberfläche zuerst 5 Minuten lang bei 125°C getrocknet und dann 10 Minuten lang bei 175°C getempert. Die Oberflächen-Austrittsarbeit steigt entsprechend von 4,6 eV auf 4,95 eV und dann auf 5,1 eV.
  • Die Abscheidung der Vorstufe eines Übergangsmetalloxids erfolgt vorzugsweise mittels eines lösungsbasierten Prozesses, bei dem die mit dem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex vorbehandelte Oberfläche in eine Dispersion oder eine Lösung des Übergangsmetalloxids, Übergangsmetalloxidhydrats, Ammoniumsalzes eines sauren Übergangsmetalloxidhydrats oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes in Wasser oder eines Phosphorsäure-Metalloxidkomplexes, der in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist, eingetaucht wird und dann unter Verwendung dem Kenner der Technik bekannter Mittel getrocknet wird. Durch die Abscheidung der Vorstufe wird typischerweise die Oberflächen-Austrittsarbeit erhöht. Bei Verwendung eines mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelten Goldsubstrats und bei Abscheidung von Molybdän(IV)-oxid auf diesem als ein Beispiel wurde das Substrat in eine Lösung aus 2 Gew.-% Molybdänsäure in Wasser eingetaucht und dann mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen. Die Oberflächen-Austrittsarbeit erhöhte sich von 4,8 eV auf 5,43 eV.
  • Alternativ könnte die Molybdänsäurelösung mittels Rotationsbeschichten oder durch Anwenden eines Additivprozesses, wie z. B. Tintenstrahldrucken, aufgebracht werden. Wenn das Tintenstrahldrucken angewendet wird, wird die räumliche Auflösung dieses Prozesses vorzugsweise durch Verwenden von Oberflächenenergiemustern erhöht, um zu verhindern, dass sich die wässrige Molybdänsäurelösung von den hydrophilen Inertmetallmustern auf das Substrat ausbreitet.
  • Nach dem Aufbringen der Vorstufe eines Übergangsmetalloxids auf das mit dem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex vorbehandelte Substrat wird die Vorstufe durch thermisches Tempern in das Übergangsmetalloxid umgewandelt. Das Tempern wird vorzugsweise zwischen 120 und 200°C durchgeführt. Vorzugsweise wird die Oberfläche bei einer Temperatur in Richtung des unteren Endes dieses Bereichs über einen Zeitraum getrocknet und dann bei einer Temperatur in Richtung des oberen Endes dieses Bereichs über einen Zeitraum getempert. Beim Tempern haben wir festgestellt, dass die Oberflächen-Austrittsarbeit stabil bleibt. Bei Verwendung von Molybdänsäure auf einem mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelten Goldsubstrat als ein Beispiel wurde die Oberfläche 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet und dann 5 Minuten lang bei 140°C getempert. Die Oberflächen-Austrittsarbeit blieb bei bis zu 140°C bis zu einem Wert von ungefähr 5,4 eV stabil.
  • Die organischen Dünnfilmtransistoren nach der Erfindung können ein geeigneter Dünnfilmtransistor sein, der eine organische Halbleiterschicht umfasst. Die Transistoren können vom p-Typ oder vom n-Typ sein. Geeignete Transistorausführungen umfassen Top-Gate-Transistoren und Bottom-Gate-Transistoren. Ein bevorzugtes Beispiel für die Verwendungen und Prozesse nach der Erfindung ist die Vorbereitung eines organischen Dünnfilmtransistors, der Source- und Drain-Elektroden, eine Gate-Elektrode und eine organische Halbleiterschicht umfasst, wobei die Source- und Drain-Elektroden ein inertes Metall umfassen, auf dem eine temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht unter Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler immobilisiert wird. Sowohl die Übergangsmetalloxidschicht als auch der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex sind so ausgelegt wie vorstehend definiert ist.
  • Durch Verwenden eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes, wie vorstehend definiert ist, kann ein temperaturstabiles Übergangsmetalloxid mittels eines oben beschriebenen Prozesses auf der Inertmetalloberfläche der Source- und Drain-Kontakte des OTFT abgeschieden werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher, eine Übergangsmetalloxidschicht zum Dotieren der Grenzfläche zwischen den Source- und Drain-Kontakten und der organischen Halbleiterschicht zu verwenden, wodurch ein ohmscher Kontakt auf eine stabile, einfache und kosteneffektive Weise erzeugt wird. Ferner kann der lösungsbasierte Prozess zur Abscheidung der Schicht entsprechend dem Prozess nach der vorliegenden Erfindung einem Scale-up bis zu großen Substratgrößen unterzogen werden, wodurch er für eine industrielle Anwendung viel praktischer ist als dem Stand der Technik entsprechende Prozesse.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen typischen Top-Gate-Dünnfilmtransistor.
  • 2 zeigt einen typischen Bottom-Gate-Dünnfilmtransitor.
  • 3 ist ein Photoelektronenspektrum, aufgezeichnet mit einem AC-2-Spektrometer, einer Photoelektronenausbeute gegenüber einer Photonenenergie, gemessen für Gold-Source- und Drain-Kontakte in verschiedenen Stadien bei der Abscheidung von Ammoniumtetrathiomolybdat auf diesen, nach der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Photoelektronenspektrum, aufgezeichnet mit einem AC-2-Spektrometer, einer Photoelektronenausbeute gegenüber einer Photonenenergie, gemessen in verschiedenen Stadien für Gold-Source- und Drain-Kontakte, die bei der Abscheidung von Mo-Säure auf diesen und Tempern derselben zum Erzeugen einer Schicht aus Molybdänoxid mit einer Ammoniumthiomolybdat-Haftschicht vorbehandelt worden sind, nach der vorliegenden Erfindung.
  • Messung von Energiewerten mit dem AC-2-Spektrometer
  • Die in 3 und 4 aufgetragenen Energieniveauwerte wurden unter Verwendung des AC-2-Photoelektronenspektrometers von RK Instruments Inc. gemessen. Die Messungen wurden an der Luft durch Sondieren einer Probe, die typischerweise eine Fläche von mehreren Quadratmillimetern aufwies, durchgeführt und umfassten die folgenden Schritte:
    • • UV-Photonen, die von einer Deuteriumlampe emittiert wurden, wurden durch den Gittermonochromator monochromatisiert;
    • • die monochromatisierten UV-Photonen wurden an der Luft auf eine Probenoberfläche fokussiert;
    • • die Energie eines UV-Photons wurde Schritt für Schritt von 3,4 eV auf 6,2 eV erhöht;
    • • wenn die Energie des UV-Photons höher war als die Schwellenenergie der Photoemission des Probenmaterials (d. h. das Ionisierungspotenzial), wurden die Photoelektronen von der Probenoberfläche emittiert;
    • • Photoelektronen, die von der Probe emittiert wurden, wurden dann an der Luft detektiert und von dem offenen Zähler gezählt; und
    • • der Photoemissionsschwellenwert (Ionisierungspotenzial) wurde anhand der Energie eines Schnittpunkts zwischen einer Hintergrundlinie und der verlängerten Linie der Quadratwurzel der photoelektrischen Quantenausbeute bestimmt.
  • Beispiele
  • Die folgenden Beispiele sind auf den Prozess des Ausbildens eines Übergangsoxids auf einer Inertmetalloberfläche unter Verwendung von Ammoniumtetrathiomolybdat als Haftvermittler zum Erhalten einer temperaturstabilen organischen Dünnfilmtransistor-(OTFT-)Vorrichtung als ein Beispiel für die vorliegende Erfindung fokussiert.
  • Beispiel 1
  • (a) Vorbehandlung von Gold-Source- und Drain-Kontakten durch Aufbringen von Ammoniumtetrathiomolybdat
  • Das Ziel dieser Experimente war das Vorbehandeln der inerten Oberfläche der Gold-Source- und Drain-Kontakte durch Aufbringen von Ammoniumtetrathiomolybdat.
  • I. UV-Ozon-Reinigung
  • Ein OTFT-Substrat, das Gold-Source- und Drain-Kontakte auf einem Glassubstrat umfasste, wurde mit UV-Ozon gereinigt. Es hat sich herausgestellt, dass durch die UV-Ozon-Behandlung zusätzlich zum teilweisen Entfernen von organischen Fremdstoffen die Austrittsarbeit der Goldkontakte auf ungefähr 5,6 eV erhöht wurde und die Goldoberfläche hydrophil gemacht wurde. Diese Veränderung der Austrittsarbeit der Oberfläche ist mit der Kennzeichnung (I) in 3 gezeigt.
  • II. Adsorption von Ammoniumtetrathiomolybdat
  • Das mit UV-Ozon behandelte OTFT-Substrat wurde dann in eine Lösung aus 0,5 Gew.-% Ammoniumtetrathiomolybdat in Wasser eingetaucht und mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen.
  • Die Adsorption von Ammoniumtetrathiomolybdat führte zu einer Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit der Goldkontakte auf 4,6 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (II) in 3 gezeigt.
  • III. Tempern an der Luft
  • Die vorbehandelten Goldkontakte wurden dann 5 Minuten lang bei 125°C getrocknet und dann 10 Minuten lang bei 175°C getempert. Dieses Tempern der Oberfläche führte zu einer allmählichen Erhöhung der Oberflächen-Austrittsarbeit zuerst auf 4,95 eV und dann auf 5,1 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (III) in 3 gezeigt.
  • IV. Thermische Zersetzung an der Luft
  • Schließlich wurden die vorbehandelten Goldkontakte 10 Minuten lang bei 220°C an der Luft vorbehandelt. Dies führte zu einer starken Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit auf 4,8 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (IV) in 3 gezeigt.
  • (b) Aufbringen von Molybdänsäure
  • Das mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelte OTFT-Substrat wurde dann in eine Lösung aus 2 Gew.-% Molybdänsäure in Wasser eingetaucht und mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen.
  • Die Molybdänsäurelösung hätte auch durch Rotationsbeschichten oder mittels eines Additivprozesses, wie z. B. Tintenstrahldruckens, aufgebracht werden können. Zum Erhöhen der räumlichen Auflösung beim Tintenstrahldrucken konnten Oberflächenenergiemuster verwendet werden, um zu verhindern, dass sich die wässrige Molybdänsäurelösung von den hydrophilen Goldmustern auf das Substrat ausbreitet. Solche Oberflächenenergiemuster konnten unter Anwendung der Photolithographie vordefiniert werden.
  • (c) Umwandlung von abgeschiedener Molybdänsäure in Molybdän(IV)-oxid
  • Nach dem Aufbringen der Molybdänsäurelösung auf die vorbehandelten Goldkontakte wurde die Molybdänsäure durch thermisches Tempern in Molybdän(IV)-oxid umgewandelt. Zuerst wurde die Oberfläche 5 Minuten lang bei 120°C an der Luft getrocknet und dann 5 Minuten lang bei 140°C getempert.
  • Ohne eine Tetrathiomolybdat-Haftschicht führte das Tempern von Molybdänsäure auf Gold zu einer schnellen Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit. Dies wird anhand des folgenden Beispiels demonstriert.
  • Beispiel 2
  • (a) Ohne eine Ammoniumtetrathiomolybdat-Haftschicht
  • (I.A) UV-Ozon-Behandlung
  • Ein OTFT-Substrat, das Gold-Source- und Drain-Kontakte auf einem Glassubstrat umfasste, wurde mit UV-Ozon behandelt. Durch diese Vorbehandlung wurde die Austrittsarbeit der Goldkontakte auf 5,6 eV erhöht. Dies ist mit der Bezeichnung (I.A) in 4 gezeigt.
  • (II.A) Molybdänsäureabscheidung
  • Die mit UV-Ozon vorbehandelte Goldoberfläche wurde dann in eine Lösung aus 2 Gew.-% Molybdänsäure in Wasser eingetaucht und mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen. Die Abscheidung von Molybdänsäure führte zu einer Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit auf 5,43 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (II.A) in 4 gezeigt.
  • (III.A) Tempern an der Luft
  • Schließlich wurde die Molybdänsäure durch Tempern an der Luft in MoO3 umgewandelt; zuerst durch Trocknen an der Luft für 5 Minuten bei 115°C und dann durch Tempern für weitere 5 Minuten bei 140°C. Dies führte zu einer weiteren allmählichen Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit zuerst auf 5,3 eV und dann auf 5,2 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (III.A) in 4 gezeigt.
  • (b) Mit einer Ammoniumtetrathiomolybdat-Haftschicht
  • (I.B) UV-Ozon-Behandlung
  • Ein OTFT-Substrat, das Gold-Source- und Drain-Kontakte auf einem Glassubstrat umfasste, wurde mit UV-Ozon behandelt, in eine Lösung aus 0,5 Gew.-% Ammoniumtetrathiomolybdat in Wasser eingetaucht, mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen und dann 10 Minuten lang bei 220°C an der Luft getempert. Das daraus resultierende mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelte und getemperte Substrat besaß eine anfängliche Austrittsarbeit von 4,8 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (I.B) in 4 gezeigt.
  • (II.B) Molybdänsäureabscheidung
  • Die mit Ammoniumtetrathiomolybdat vorbehandelten Goldkontakte wurden dann in eine Lösung aus 2 Gew.-% Molybdänsäure in Wasser eingetaucht und mit einer Stickstoffpistole trockengeblasen. Die Abscheidung von Molybdänsäure führte zu einer Erhöhung der Oberflächen-Austrittsarbeit auf 5,43 eV. Dies ist mit der Kennzeichnung (II.B) in 4 gezeigt.
  • (III.B) Tempern an der Luft
  • Schließlich wurde die Molybdänsäure durch Tempern an der Luft in MoO3 umgewandelt; zuerst durch Trocknen an der Luft für 5 Minuten bei 120°C und dann durch Tempern für weitere 5 Minuten bei 140°C. Beim Tempern blieb die Oberflächen-Austrittsarbeit ziemlich stabil bei einem Wert von 5,43 eV nach 5 Minuten bei 120°C und 5,4 eV nach 5 Minuten bei 140°C. Dies ist in 4 gezeigt.
  • Dieser Vergleich zeigt, dass ohne eine Ammoniumtetrathiomolybdat-Haftschicht ein Tempern von Molybdänsäure auf Gold zu einer schnellen Verringerung der Oberflächen-Austrittsarbeit führt. Im Gegensatz dazu bleibt dann, wenn eine Ammoniumtetrathiomolybdat-Haftschicht verwendet wird, die Oberflächen-Austrittsarbeit während des Temperns der Molybdänsäure ziemlich stabil. Folglich findet die vorliegende Erfindung eine sinnvolle Anwendung bei der Fertigung von temperaturstabilen ohmschen Kontakten zwischen der organischen Halbleiterschicht und den Source- und/oder Drain-Elektroden in einer organischen Dünnfilmtransistorvorrichtung.
  • Nach der thermischen Umwandlung der Molybdänsäure in Molybdän(IV)-oxid (MoO3) wurden die organische Halbleiterschicht und die dielektrische Schicht des OTFT darauf abgeschieden, gefolgt von einer thermischen Verdampfung der Gate-Elektrode. Diese weiteren Schritte zum Erzeugen eines organischen Dünnfilmtransistors nach der vorliegenden Erfindung können mittels jeder geeigneten Technik durchgeführt werden, die dem Kenner der Technik bekannt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/005618 [0012]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ”High mobility solution processes 6,13-bis(triisopropyl-silylethynyl) pentacene organic thin film transistors”; S. K. Park et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 063514 (2007) [0016]
    • Henning Sirringhaus, Takeo Kawase, Richard H. Friend, Tatsuya Shimoda, M. Inbasekaran, W. Wu und E. P. Woo; ”High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits”; Science, 290 2123–2126 (2000) [0016]

Claims (22)

  1. Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler zum Immobilisieren von temperaturstabilen Übergangsmetalloxidschichten auf einer Inertmetalloberfläche.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex ein Übergangsmetall umfasst, das ausgewählt ist aus Molybdän, Wolfram und Vanadium.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex ein Tetrathio-Übergangsmetallkomplex ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei der Ammoniumtetrathio-Übergangsmetallkomplex Ammoniumtetrathiomolybdat ist.
  5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Übergangsmetalloxid MoO3, WO3, oder V2O5 ist.
  6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vorstufe des Übergangsmetalloxids mittels eines lösungsbasierten Prozesses auf der Inertmetalloberfläche abgeschieden wird.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung des Übergangsmetalloxids, Übergangsmetalloxidhydrats, Ammoniumsalzes eines sauren Übergangsmetalloxidhydrats oder eines Phosphorsäure-Übergangsmetalloxidkomplexes in Wasser oder eines Phosphorsäure-Metalloxidkomplexes ist, der in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist.
  8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid MoO3 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Molybdäntrioxid, Molybdänsäure, Ammoniummolybdat oder Phosphomolybdänsäure in Wasser oder Phosphomolybdänsäure ist, die in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist.
  9. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid WO3 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Wolframtrioxid, Wolframsäure, Ammoniumwolframat oder Phosphowolframsäure in Wasser oder Phosphowolframsäure ist, die in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst ist.
  10. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das abzuscheidende Übergangsmetalloxid V2O5 ist und die Vorstufe eine Dispersion oder eine Lösung von Vanadium(V)-oxid, Ammoniummetavanadat, Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriethoxid, Vanadium(V)-oxytriisopropoxid oder Vanadium(V)-oxytripropoxid, gelöst in einem polaren organischen Lösungsmittel, ist.
  11. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der lösungsbasierte Prozess Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten oder Tintenstrahldrucken umfasst.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das inerte Metall Silber, Gold oder Kupfer ist.
  13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei das inerte Metall Gold ist.
  14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Übergangsmetalloxidschicht, die auf dem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex immobilisiert ist, bis zu Temperaturen von mindestens 140°C stabil ist.
  15. Prozess zum Ausbilden eines Übergangsmetalloxids auf einer Inertmetalloberfläche, der umfasst: (a) Vorbehandeln der Metalloberfläche mit einem Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex; (b) Abscheiden einer Lösung, die eine Übergangsmetalloxid-Vorstufe umfasst, auf der vorbehandelten Oberfläche; und (c) Tempern der abgeschiedenen Lösung zum Bilden einer Schicht aus Übergangsmetalloxid.
  16. Prozess nach Anspruch 15, wobei Schritt (a) umfasst: (i) Reinigen der Metalloberfläche zum Entfernen von organischen Fremdstoffen; (ii) Abscheiden des Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes auf der Metalloberfläche; und (iii) Tempern der behandelten Oberfläche an der Luft.
  17. Prozess nach Anspruch 16, wobei die Metalloberfläche mittels einer UV-Ozon-Behandlung oder einer Sauerstoffplasmabehandlung gereinigt wird.
  18. Prozess nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die lösungsbasierte Abscheidung durch Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten oder Tintenstrahldrucken durchgeführt wird.
  19. Organischer Dünnfilmtransistor, der Source- und Drain-Elektroden, eine Gate-Elektrode und eine organische Halbleiterschicht umfasst, wobei die Source- und Drain-Elektroden ein inertes Metall umfassen, auf dem eine temperaturstabile Übergangsmetalloxidschicht unter Verwendung eines Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplexes als Haftvermittler immobilisiert wird.
  20. Organischer Dünnfilmtransistor nach Anspruch 19, wobei das Transistormetalloxid entsprechend dem Prozess immobilisiert wird, der in einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18 definiert ist.
  21. Organischer Dünnfilmtransistor nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Ammoniumthio-Übergangsmetallkomplex so ausgebildet ist, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 definiert ist.
  22. Organischer Dünnfilmtransistor nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Übergangsmetalloxid MoO3, WO3 oder V2O5 ist.
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