[发明专利]聚合物器件

说明书

这项发明涉及包括半导体聚合物材料的聚合物器件，例如晶体管。

关于用有机材料制作的晶体管已经有多方面的工作在进行。绝缘栅场效应晶体管(FET)已经用通过溶液处理聚合物本身或形成最终聚合物层的前体而淀积的聚合物半导体制成了。图1展示这种器件的一般结构。在半导体聚合物层1下面是两个被隔开的金属电极：晶体管的漏极电极2和源电极3。在它们下面是Si/SiO₂层4和金属的栅极电极5。该器件起开关作用，因为在给栅电极加偏压时在源电极和漏极电极之间的电流大幅度增加。在Z.Bao等人的文章(Appl.Phys.Lett.69,4108(1996))中更详细地介绍了一种这样的器件，其中半导体聚合物是区域有规的聚己基噻吩(P3HT)。

这种类型的器件存在几个问题(见A.R.Brown等人的文章(Science 270,972(1995))。首先，因为电子载流子的迁移率μ通常在10^-4到10^-6 cm²/Vs的范围内，所以从源极到漏极的直通电流低。(见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))。大多数经溶液处理的聚合物具有无序的结构，并且被认为在这些系统中载流子迁移率受聚合物链之间的可变范围跳动的限制。这种低迁移率把这样的晶体管排除在一般的电源应用之外。第二，开关比，即直通电流处于接通状态与断开状态之间的比低下，例如小于10⁴。迄今为止，尚未证明聚合物晶体管在性能方面与无机的非晶硅晶体管不相上下。因此，优选的途径是使用分子有机材料(或低聚物)代替聚合物。分子器件倾向于具有改进的电性能，但是有严重的缺点。第一，分子通常是在大约100-200℃的基材温度下通过真空升华淀积的。这就把在热敏基材上使用这样的分子材料排除在外。第二，分子材料通常是不结实的，因此人们极为关注裂纹和微裂纹在结晶度高的升华分子膜中的影响，特别是淀积在柔软的塑料基材上时。第三，分子器件对随后的处理步骤是非常敏感的。例如，就多层的集成器件而言为了把后面数层淀积在升华薄膜的顶面上对升华分子膜进行后处理的尝试通常导致埋置式场效应晶体管的性能大幅度下降。

按照本发明的第一方面，提供一种集成电路器件，该器件包括：电流驱动开关单元，该单元具有输入电极、输出电极、包括在输入电极和输出电极之间实现电耦合的半导体聚合物材料的开关区和控制电极，该控制电极与开关区电耦合以便允许给控制电极加偏压改变通过输入电极和输出电极之间的开关区的电流；第二电路单元，该单元与开关单元结合成一体并且与开关单元的输出电极电耦合以便接收来自该开关单元的驱动电流。

按照本发明的第二方面，提供一种形成有个区域包括半导体聚合物材料的电子器件的方法，该方法包括借助在淀积的聚合物中促进有序转变的工艺淀积半导体聚合物。基于本发明这个方面的电子器件或许恰好是开关单元，例如，恰好是与上述的本发明的第一方面有关的那种类型的开关单元。

按照本发明的第三方面，提供一种集成电路器件，该器件包括：开关单元，该单元具有输入电极、输出电极、包括在输入电极和输出电极之间实现电耦合的半导体聚合物材料的开关区和控制电极，该控制电极与开关区电耦合以便借助给控制电极加偏压改变通过输入电极和输出电极之间的开关区的电流；以及电子光学电路单元，该单元与开关单元结合成一体并且与该开关单元的电极之一电耦合。

举例说，该半导体聚合物可能是共轭聚合物(例如，参阅PCT/WO90/13148，在此通过引证把该文献的内容并入)，或者是一种那样的“分子间的”半导体聚合物，例如包含用非共轭段连接起来的短共轭段的聚乙烯咔唑(PVK)。

绝缘层可以直接或间接地淀积在电子器件的顶面上。优选的是这样做不显著地降低器件的性能。第二电路单元(在本发明的第一方面中)也可以形成，并且优选与所述的电子器件结合成一体。

第二电路单元(或本发明第三方面的光电单元)优选是一种储存或消耗(优选充分地)电能的单元，例如通过把电流转变成电信号或光电信号的耗电单元，或者是一种把光信号转变成电信号(例如电压或电流)的单元。第二电路单元优选不是开关单元。第二电路单元能够适当地发射或检测光线和/或改变光线通过它自身的传输。实例包括发光器件、光致电压器件和类似液晶器件的器件。该器件可以适当地发射或检测光学信号，它可能是显示设备和/或形成光学显示的一部分。第二电路单元优选要为其操作提供充足的驱动电流。