專利名稱：電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括平面電子器件在內(nèi)的電子器件、此類電子器件的應(yīng) 用及其制造方法。本發(fā)明尤其適合納米電子器件，但并不局限于此。
背景技術(shù)：
EP 0464,831描述了一種利用諸如2DEG (二維電子氣)之類的2D (二維)電荷載流子層的晶體管器件。為了形成2DEG， 2D電荷載流子 層必須具有小于電荷載流子波長(即，電子波長)的厚度，以使電荷載 流子只能在該層的兩個維度內(nèi)運動。該晶體管是通過在2D電荷載流子 層中構(gòu)造橫向勢壘而形成的。
WO 02/086973描述了怎樣可以形成二極管器件(例如，自開關(guān)二極 管)。WO 06/008467描述了基于這種SSD的電壓-電流特性具有一定程 度的滯后的未預(yù)料到的效應(yīng)，怎樣可以將這種SSD用作存儲單元。圖 1A示出了可以用于形成這種SSD的半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)。
圖1A示出了晶片120'。晶片120，是調(diào)制摻雜的Ina75Gao.25AS/InP 量子阱晶片。用于形成SSD/存儲單元110的襯底120的晶片120'可以視 為由至少四個離散層120a、 120b、 120c和120d形成。兩個層120a和 120b由未摻雜InP形成，這些層是由雜質(zhì)(即，摻雜物)分離的。
第三層120c由未摻雜GalnAS形成。典型地，第三層大約是9nm厚 (即，小于電子波長)。第三層為二維電子氣提供量子阱。
第四層是由未摻雜InP形成的另一層。因此，用于形成量子阱的層 夾在另一半導(dǎo)體的兩層(120b， 120d)之間。上面兩層120a和120b限 定了存儲單元襯底表面下量子阱的深度。典型地，其他層120a和120b 各自均有20nm厚，g卩，包含二維電子氣的量子阱形成在襯底表面下大 約40nm。圖1B和1C分別示出了 SSD 120的平面圖和沿圖IB中線CC的截 面圖。一旦形成了晶片120，，則在表面上形成絕緣特征(例如，絕緣凹 槽)130、 132和134，以提供器件功能性?？梢允褂眉{米光刻來形成凹 槽130、 132和134。將凹槽130、 132和134蝕刻通過二維電子氣層142。凹槽用于將襯底120的上表面分成兩個區(qū)域122和124。兩個區(qū)域 122和124通過在凹槽132和134之間延伸并由凹槽132和134限定的 溝道140連接。凹槽130延伸至存儲單元120的上表面的邊緣，從而將 上表面分離成兩個離散區(qū)域122和124，溝道140提供這兩個表面區(qū)域 122和124之間的電流流動路徑。溝道140具有寬度Wc和長度Lc。凹槽或溝槽具有寬度Wt，并延 伸至襯底表面下的深度Dt。 二維電子氣在襯底表面下的深度是Dg。 Dt 大于Dg。典型尺寸是Dg在30nm到50nm之間。2DEG的厚度在5nm 到10nm之間(即，小于電子波長)。溝道寬度Wc在10nm到50nm之 間。凹槽寬度Wt在10nm到300nm之間。溝道長度Lc是溝道寬度Wt 的3到4倍，即，Lc在30腿到1.2拜之間。溝道的導(dǎo)電率取決于區(qū)域122和124之間的電勢差(即，器件用作 二極管)。導(dǎo)電率的改變是由于對溝道內(nèi)電荷載流子的橫向耗盡區(qū)的改變 /控制。可以通過提供附加凹槽來實現(xiàn)晶體管，從而限定與溝道140相鄰的 第三區(qū)域。向該區(qū)域施加適當(dāng)電壓也可以改變與溝道側(cè)壁相鄰的橫向耗 盡區(qū)，從而也可以改變溝道電導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例的目的是提供一種改進的平面電子器件。具體實施例 的目的是提供更易制造的平面電子器件以及制造此類器件的方法。在第一方面，本發(fā)明提供了一種電子器件，包括用于支持遷移電荷 載流子的襯底，形成在襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩 側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限 定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一 和第二襯底區(qū)域之間的電勢差，其中在所述襯底內(nèi)三個維度中的每一維 度上，所述遷移電荷載流子均可以處于至少兩種模式。包含所述遷移電荷載流子的襯底層可以具有比所述電荷載流子波 長大的厚度。本發(fā)明人認(rèn)識到，無論現(xiàn)有技術(shù)的一般教義如何，這種電子器件不 需要二維電子氣來起作用。因此，不需要形成包含遷移電荷載流子(例 如，空穴或電子)的層來限制電荷載流子的運動以共享單一的良好限定 的局域模，例如，具有小于電荷載流子波長的厚度。因為不需要針對相 關(guān)的二維電荷載流子(例如，電子氣)形成量子阱，所以允許使用替代 的制造材料和成本較低的制造方法。在第二方面，本發(fā)明提供了一種電子器件，包括用于支持遷移電荷 載流子的襯底，形成在襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩 側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限 定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域 的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一 和第二襯底區(qū)域之間的電勢差，其中所述襯底包括有機材料。以前， 一般認(rèn)為這種器件需要由無機半導(dǎo)體材料形成，以提供靠近 溝道側(cè)壁的相關(guān)橫向耗盡區(qū)。有機材料被視為不適合形成平面電子器件， 這是因為在有機材料中至今還未報道過明顯的耗盡區(qū)。但是，本發(fā)明人 所做的實驗證明了并不需要耗盡區(qū)，并且可以成功地使用有機材料來形 成此類電子器件。相比于傳統(tǒng)無機電子器件，可以更低成本制造有機電 子器件，并且有機電子器件可以具有更簡單的封裝，并與柔性電路兼容。在第三方面，本發(fā)明提供了一種電子器件，包括用于支持遷移電荷 載流子的襯底，形成在襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩 側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限 定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域 的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一 和第二襯底區(qū)域之間的電勢差，其中所述遷移電荷載流子具有0.01cm2/Vs到100cmVVs范圍內(nèi)的遷移率。以前， 一般認(rèn)為這種器件需要由高電子遷移率材料形成。雖然這種 看法對于包括納米器件在內(nèi)的許多電子器件而言是正確的，但是本發(fā)明 人認(rèn)識到具有上述結(jié)構(gòu)的電子器件(例如，平面器件，包括平面納米晶 體管)不需要高電子遷移率材料來起作用。遷移電荷載流子可以具有至少為O.lcmVVs的遷移率。所述伸長溝道可以具有預(yù)定寬度，從而當(dāng)在所述第一和第二襯底區(qū) 域之間施加電壓差以使所述遷移電荷載流子流經(jīng)所述伸長溝道時，第二 襯底區(qū)域中存在的電壓經(jīng)由所述絕緣特征影響到所述伸長溝道內(nèi)存在的 耗盡區(qū)的大小，由此所述溝道的導(dǎo)電率特性取決于所述電壓差。所述器件可以包括用于對RF信號進行整流的二極管。RF信號可以 在0.5MHz到lGHz之間。RF信號可以在0.5MHz到400MHz之間。所述遷移電荷載流子可以是電子。所述遷移電荷載流子可以是空穴。所述襯底的厚度可以大約20rnn。所述器件可以用作二極管。所述絕緣特征還可以限定與所述伸長溝道相鄰的第三襯底區(qū)域，用 于施加電壓以控制所述溝道的導(dǎo)電率。在所述溝道的與第三襯底區(qū)域相對的一側(cè)上，所述絕緣特征還可以 限定與所述伸長溝道相鄰的第四襯底區(qū)域，用于施加電壓以控制所述溝 道的導(dǎo)電率。所述器件可以用作晶體管。所述器件可以是平面器件，其中將所述襯底設(shè)置在單個層內(nèi)。 所述單個層可以不夾在疊層結(jié)構(gòu)內(nèi)其他材料的兩個附加層之間。 所述單個層可以限定所述器件的外表面。 所述襯底可以形成為薄膜，并設(shè)置在絕緣襯底上。 所述襯底可以包括如下中的至少一種半導(dǎo)電聚合物；聚(3-己基) 噻吩(P3HT);有機小分子；并五苯；溶液處理的半導(dǎo)體納米顆粒/量子 點材料。所述絕緣襯底可以包括柔性紙、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET) 和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料中的至少一種。所述器件還可以包括位于每一個所述區(qū)域上的相應(yīng)電端子，用于向 所述區(qū)域施加電壓。電子電路可以包括如上所述的至少一個電子器件。所述電子電路可以包括在所述第一和第二襯底區(qū)域之間并聯(lián)設(shè)置 的多個所述電子器件，以提供所需阻抗。所述電子電路可以包括RPID標(biāo)簽。在第四方面，本發(fā)明提供了一種制造上述器件的方法，包括提供 用于支持遷移電荷載流子的襯底；在所述襯底表面上形成絕緣特征，以 限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通 過由所述絕緣特征限定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從 第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間 的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯底區(qū)域之間的電勢差，由此形成上述器件。在第五方面，本發(fā)明提供了一種將有機膜形成圖案的方法，包括-(a)提供襯底并在襯底上形成光抗蝕劑材料層；(b)通過光刻過程在光 抗蝕劑材料中形成所需圖案；(c)在形成圖案的光抗蝕劑材料上形成有 機材料層；(d)執(zhí)行剝離(lift off)過程，以選擇性地去除有機材料， 使有機材料與光抗蝕劑材料的圖案形成一致。得到的形成圖案的有機材料可以形成上述器件。所述有機材料可以包括聚合物材料或小分子材料。聚合物材料可以 是P3HT。小分子材料可以是并五苯?？梢允褂貌慌c光抗蝕劑材料發(fā)生反應(yīng)的溶劑來涂敷P3HT。光抗蝕 劑材料可以是二甲苯。用于執(zhí)行剝離過程的溶劑可以具有足夠弱的作用，以避免使整個有 機材料層剝離。所述溶劑可以是稀釋的丙酮。所述襯底可以是硅，所述硅上具有二氧化硅層。所述襯底可以具有源極和漏極接觸，所述形成圖案的有機材料可以 形成源極和漏極接觸之間的導(dǎo)電溝道。在剝離之后可以保持形成圖案的有機材料的整體性，從而不影響所 述材料的電性能。在第六方面，本發(fā)明提供了一種將有機膜形成圖案的方法，包括(a)提供襯底并在襯底上形成有機材料層；(b)允許所述有機材料完全 干燥；(c)在所述有機材料上形成光抗蝕劑材料層；(d)通過光刻過程 在光抗蝕劑材料中形成所需圖案；(e)通過蝕刻，選擇性地去除所述有 機材料，以使剩余的有機材料與光抗蝕劑材料的圖案形成一致。得到的形成圖案的有機材料可以形成上述器件。所述有機材料可以是P3HT。


現(xiàn)在將通過示例，參照附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中圖1A是示出了現(xiàn)有自開關(guān)二極管在蝕刻溝道之前的層結(jié)構(gòu)的透視圖；圖1B是蝕刻了溝道的圖1A結(jié)構(gòu)的平面圖；圖1C是示出了2DEG(二維電子氣)的位置的圖1B結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖2A是示出了在形成絕緣特征之前根據(jù)本發(fā)明實施例的電子器件 的層結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2B是形成了絕緣特征的圖2A結(jié)構(gòu)的平面圖； 圖2C是圖2B結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3A是配置用作晶體管的、根據(jù)本發(fā)明實施例的電子器件的平面圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施例的納米晶體管的透視原子力顯微鏡圖像;圖3C是示出了圖3B中器件在不同柵極電壓(Vc)上的漏極-源極 電流(IDS)對漏極-源極電壓(VDS)的圖；圖4是用于測量電子器件的射頻響應(yīng)的實驗裝置的示意圖；圖5是在InGaAs-InP襯底上制造的大約100個并聯(lián)的電子器件的掃 描電子顯微鏡圖；圖6示出了在室溫下測量的電子器件在零偏置和6nA處從大約 100MHz到110GHz的頻率響應(yīng)；圖7是示出了用于微波的全波整流并包括四個SSD線性陣列的電子 電路的示意圖；圖8是示出了用于微波的全波整流并包括四個SSD折疊陣列(folded array)的電子電路的示意圖；圖9A示出了大約40個P3HTSSD的陣列的電壓-電流曲線圖；圖9B示出了圖9A的SSD對于正弦輸入電壓VPP=20V的頻率響應(yīng)；圖IOA示出了 10個PQT12SSD的陣列的電壓-電流曲線圖；圖10B示出了對于正弦輸入電壓VPP=20V、圖10A的SSD的高達 20MHz的頻率響應(yīng)；圖IOC示出了作為AC輸入電壓的函數(shù)的DC輸出電壓；圖ll示出了 (a)顯示圍繞下面有光抗蝕劑的霍爾條狀圖案的區(qū)域 中的典型P3HT反應(yīng)后表面的光學(xué)顯微鏡圖像；以及(b)顯示用二甲苯 代替P3HT溶劑氯仿的成功的圖案形成過程的結(jié)果的照片；圖12示出了 (a)P3HT的lpm寬柵極指狀圖案陣列的光學(xué)顯微鏡 圖像；以及(b)柵極指狀圖案之一的放大圖像；圖13示出了 (a)具有10pm和40nm寬的P3HT溝道的典型有機 薄膜晶體管的光學(xué)顯微鏡圖像；以及(b)具有40pm的溝道寬度和9pm 的溝道長度的OTFT在不同柵極電壓(VG)上IsD對VsD曲線圖；圖14是在柵極電壓為零時測量的、作為溝道長度的函數(shù)并用溝道寬 度(60pm)歸一化的源極-漏極電阻的圖；圖15示出了用于將P3HT膜形成圖案的"減去"方法光刻過程的示 意圖(A)通過旋涂(spin coating)在襯底上形成P3HT膜;(B)在90。C 加熱之后，向P3HT層上旋涂光抗蝕劑S1813; (C)如傳統(tǒng)光刻技術(shù)中 一樣使用UV將光抗蝕劑曝光；(D)在光抗蝕劑顯影之后；(E)通過二 甲苯中的濕法蝕刻(Ea)或氧等離子體灰化(ashing) (Eb)去除未被覆 蓋的P3HT; (F)使用丙酮和甲醇剝落光抗蝕劑。圖16示出了將柵格狀圖案轉(zhuǎn)移到50nm厚的P3HT層中的光學(xué)顯微 鏡照片(A)P3HT膜上形成圖案的光抗蝕劑；(B)10pm的P3HT柵格； (C) 5pm的P3HT柵格；(D) 2)im的P3HT柵格；圖17示出了 (A)具有Au歐姆接觸的1(HimP3HT霍爾條的顯微 鏡照片；以及(B)中心P3HT條的對應(yīng)AFM圖像；圖18示出了兩個P3HTOTFT的示意圖和傳輸特性(A)未形成圖 案的OTFT的示意圖；(B) (A)中OTFT的傳輸特性；(C)在P3HT膜 的UV圖案形成之后不同器件的草圖；(D) (C)中形成圖案的OTFT的 傳輸特性；圖19示出了兩個P3HTOTFT的輸出特性(A) P3HT膜未形成圖 案時的OTFT; (B)具有形成圖案的P3HT溝道的OTFT;圖20A示出了 PH3T平面晶體管的電流-電壓特性(VDS=-100V時 Vos対Ids);以及圖20B示出了圖20A晶體管的AFM圖像。
具體實施方式
以前， 一般認(rèn)為要實現(xiàn)諸如EP 0,464,831中描述的納米晶體管等平 面器件，需要二維電子氣(2DEG)之類的二維電荷載流子。2DEG是如 下的電子薄層(i)在2DEG層的法線方向上共享單一的良好限定的局 域模(電子量子波長的一半)；以及(ii)可以在該層的兩個維度內(nèi)自由 運動。正是由于遷移電荷載流子可以采取相對于電子的空穴形成，所以 也存在2DHG (二維空穴氣)。本發(fā)明人認(rèn)識到，雖然存在EP 0,464,831的一般教義，但是平面器 件不需要2DEG或2DHG來起作用。此外，對平面電子器件(例如，納 米器件)操作的現(xiàn)有技術(shù)說明先前已指出了與溝道側(cè)壁靠近或相鄰的橫 向耗盡區(qū)的存在。在現(xiàn)有技術(shù)中，因為諸如硅或GaAs等無機半導(dǎo)體的 晶體結(jié)構(gòu)的終止導(dǎo)致表面狀態(tài)/阱，所以形成了這種耗盡區(qū)。這種表面狀 態(tài)/阱阻止電荷載流子靠近側(cè)壁，從而形成耗盡區(qū)。本發(fā)明人認(rèn)識到，不必為用于形成平面器件的材料提供這種自然的 耗盡區(qū)。這還提供了將其他材料/制造方法用于形成平面電子器件的機 會。例如，本發(fā)明人認(rèn)識到，如這里所述，用于形成平面電子器件的合 適材料包括SOI (絕緣體上硅)和有機半導(dǎo)體，例如P3HT (聚(3-己基) 噻吩)和PQT12 (聚(3， 3"，-二烴基-四噻吩))。需要2DEG或2DHG的這種看法將現(xiàn)有技術(shù)器件限制為只包括適合 形成這種氣體的材料層。例如，只能在諸如GaAs/AlGaAs、 InGaAs/InP或Si/Si02等兩種不同類型材料的界面處實現(xiàn)2DEG或2DHG。對這種器件的現(xiàn)有技術(shù)實驗很可能強化了需要2D電荷載流子氣體 的認(rèn)識。本發(fā)明人所做的實驗表明了諸如納米晶體管之類的器件需要^U:遷移電荷載流子的層中的良好限定的狹窄溝道。通常，該伸長溝道的寬 度小于300nm，典型的是小于100nm。從圖1A-1C可見，伸長的導(dǎo)電溝 道限定在諸如溝槽之類的兩個絕緣特征(例如，線)之間。這樣，如果 包含導(dǎo)電電荷載流子的有源層的厚度較大，并使用蝕刻方法來制造平面 納米晶體管，則需要非常接近于垂直的側(cè)壁，以獲得良好限定的溝道寬度。例如，在具有V形截面的兩個平行溝槽之間限定的溝道在靠近試樣 表面處較窄，而在底部較寬。很難采用濕法化學(xué)蝕刻來制造幾乎垂直的 側(cè)壁。另一方面，干法蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻典型地在靠近側(cè)壁的區(qū)域中 產(chǎn)生電子損壞和載流子阱，從而對器件性能造成不利影響。但是，如果使用包含2DEG的材料，則只需要考慮2DEG深度上的 溝道寬度，從而消除了要在較大距離上構(gòu)造良好限定的幾乎垂直的側(cè)壁 的需要。因此，任何開始于現(xiàn)有技術(shù)材料/制造技術(shù)的構(gòu)造非2DEG平面 器件的嘗試均會遇到多種實際困難。類似地，由于認(rèn)為自然橫向耗盡區(qū)需要靠近溝道側(cè)壁，所以限制了 現(xiàn)有技術(shù)的材料選擇。至今還沒有報道過有機材料中的明顯耗盡區(qū)域， 因此也將材料選擇局限到無機材料中。此外，通常假定納米器件需要高電子遷移率材料，因為大多數(shù)納米 器件只有包括這種材料才能起作用。但是，本發(fā)明人認(rèn)識到這種淺顯的限制是錯誤的，至少對于平面器 件而言。本發(fā)明人認(rèn)識到，如圖3A和3B所示的本發(fā)明晶體管(通常稱為納 米晶體管，這是由于其尺寸原因)實際上是以與傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管(FET) 類似的方式而基于場效應(yīng)來工作的。主要差別在于，典型的FET是垂直 多層結(jié)構(gòu)，而平面晶體管是單層器件。實驗證明了要形成這種平面器件并不需要自然耗盡區(qū)。在沒有自然耗盡區(qū)時，側(cè)柵極(sidegate)電壓仍然可以調(diào)制由電荷載流子占據(jù)的費 米(Fermi)能量或能量范圍，從而調(diào)制溝道內(nèi)部所允許的載流子數(shù)目。 因此，柵極電壓仍然可以調(diào)制溝道電導(dǎo)，并提供放大或開關(guān)功能。沒有 耗盡層的缺點之一是難以構(gòu)造正常截止的晶體管(即，當(dāng)未施加?xùn)艠O電 壓時溝道電導(dǎo)為零)。但是，對于構(gòu)造包括此類器件/組件的有用電路， 這種需要不是問題。例如，基于GaAs/AlGaAs等化合物半導(dǎo)體的高電子 遷移率半導(dǎo)體(HEMT)己廣泛用于高速通信應(yīng)用。如果在晶體管工作期間施加具有與載流子電荷相同符號的柵極電壓 (即，如果遷移電荷載流子是電子，則施加負(fù)柵極電壓)，則柵極電壓將 從頂部、底部和側(cè)壁耗盡(不一定是完全耗盡)來自溝道的電荷載流子。 這種耗盡是場效應(yīng)。也可以從電荷載流子所占據(jù)的費米能量或能量范圍 減小而導(dǎo)致源極-漏極電流減小這一方面來理解這種效應(yīng)。如果在晶體管 工作期間施加與載流子電荷相反符號的柵極電壓，則對應(yīng)于費米能量的 增加，該電壓將從頂部、底部和側(cè)壁增強溝道電導(dǎo)?，F(xiàn)在將參照圖2A-3B描述示例平面器件。圖2A示出了可以用于形成平面器件的層結(jié)構(gòu)，如圖2B和2C所示 的SSD 220和圖3A和3B所示的晶體管320。圖2A示出了晶片220'。要理解，相比于圖1A所示的晶片結(jié)構(gòu)，該 晶片相對簡單。晶片220'包括兩層220a和220b的疊層。 一個層220a 是支持遷移電荷載流子的襯底。第二層是絕緣襯底220b。遷移電荷載流 子并不局限于兩個維度內(nèi)的運動(即，在襯底內(nèi)的三個維度中的每一個 上，遷移電荷載流子均可以位于至少兩種模式)。因此，遷移電荷載流子 并不形成二維氣體。圖2B和2C分別示出了 SSD 220的平面圖和沿圖1B中線CC的截 面圖。從平面圖中可觀察到，SSD 220可以具有類似于圖1B所示SSD 120 的配置。的確，形成SSD220的區(qū)域、溝道和凹槽的尺寸可以與對于圖 1B中現(xiàn)有技術(shù)SSD120而引述的尺寸中的任一個或全部尺寸相同。一旦形成了晶片220'，則在表面上形成絕緣特征(例如，絕緣凹槽) 230、 232和234，以提供器件功能性?？梢允褂眉{米光刻來形成凹槽230、 232和234。典型地，將凹槽230、232和234蝕刻穿通到絕緣襯底層220b。凹槽用于將遷移電荷載流子襯底220的上表面分離為兩個區(qū)域222 和224。這兩個區(qū)域222和224通過在凹槽232和234之間延伸并由凹 槽232和234限定的溝道240連接。凹槽230延伸至器件220上表面的 邊緣，以將上表面分離成兩個離散區(qū)域222和224，溝道240提供這兩 個表面區(qū)域222和224之間的電流流動路徑。溝道240具有寬度Wc和長度Lc。凹槽或溝槽具有寬度Wt，并延 伸至村底表面下的深度Tl。典型尺寸是:II可以在lnm到lpm之間(即， 可以大于10nm、20nm或甚至50nm)。溝道寬度Wc可以在10nm到500nm 之間。凹槽寬度Wt可以在10nm到500nm之間。溝道長度Lc典型是溝 道寬度Wt的3到4倍，Lc可以在30nm到3pm之間。溝道的導(dǎo)電率取決于區(qū)域222和224之間的電勢差(即，器件用作 二極管)。如圖3A所示，可以通過提供附加的絕緣特征(例如凹槽)260a來 實現(xiàn)晶體管，從而限定與溝道140相鄰的第三區(qū)域226a。向該區(qū)域226a 施加適當(dāng)電壓可以改變改變溝道電導(dǎo)，即，該區(qū)域用作晶體管柵極(區(qū) 域222和224用作源極或漏極)。優(yōu)選地，如圖3A所示，也可以在與區(qū) 域226a相對的溝道相反側(cè)、與溝道相鄰地(由絕緣特征260b)限定第 四區(qū)域226b。這兩個區(qū)域之一或全部用作柵極，通過附著到相關(guān)區(qū)域上 的相應(yīng)電極向該區(qū)域施加?xùn)艠O電壓。圖3B示出了這里所述的平面晶體管，標(biāo)注了柵極、源極(s)和漏 極(d)區(qū)，示出可以形成"夾緊"溝道，而不是圖2B和3A所示的平 行側(cè)導(dǎo)電溝道。該器件由在Si02絕緣襯底上的P3HT形成，而無需任何 表面處理。將該器件在空氣留置兩天，對P3HT膜進行摻雜。溝道寬度 大約是200nm，溝槽寬度(用于限定絕緣特征)大約是200nm。圖3C 示出了圖3B所示P3HT平面納米晶體管對于不同柵極電壓(Vc，單位 為伏特)的輸出特性。在該具體示例中，器件具有夾斷柵極電壓(大約 9伏特)，該器件在此電壓下用作晶體管。要理解，這里所述的平面器件可以采用任何屬性(包括尺寸)、或以 任何配置形成、或被形成用來提供WO 02/086973或WO 06/008467中所 述的任何電路。此外，該器件可以具有與此類器件不同的尺寸，例如，具有更大的溝道或凹槽寬度。WO 02/086973和WO 06/008467的內(nèi)容合 并在此作為參照。例如圖2A-3B所示的平面器件可以通過多種方法由多種材料形成。 例如，遷移電荷載流子襯底可以由諸如區(qū)域規(guī)則的(regioregular ) 聚(3-己基噻吩)(P3HT)之類的半導(dǎo)電聚合物形成，從而使平面有機 納米器件工作，例如納米晶體管。例如，可以通過暴露給空氣(光氧化) 或通過有意地引入已知量的氧氣，用氧氣摻雜P3HT。也可以對P3HT 進行化學(xué)摻雜(以變?yōu)閚或p型半導(dǎo)體)。許多用于摻雜P3HT的方法和 實際上大多數(shù)其他有機半導(dǎo)體材料(例如，聚烷基噻吩或多芳胺化合物 (polyarylamine))是已知的。合適的絕緣襯底包括二氧化硅和云母。也 可以使用柔性絕緣襯底，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚對苯二 甲酸乙二醇酯(PET)、紙或玻璃。可以用自組裝(self-assembled)的單 層(例如六甲基二硅氮垸(hexamethyldisilazane) (HMDS)或十八烷基三 氯硅烷(octadecyltrichlorosilane) (OTS)或氟硅烷 (fluoroalkylsilane ) (FAS)(例如全氟辛基三氯硅烷(perfluorooctyl trichlorosilane))對絕緣襯 底表面進行處理。但是，要生產(chǎn)能夠起作用的器件并不需要處理絕緣襯 底的表面。在P3HT的空穴傳輸模式中，施加正柵極電壓引起源極-漏極電流減 小，施加負(fù)柵極電壓引起源極-漏極電流增大。當(dāng)對襯底進行摻雜以使電 子用作遷移電荷載流子時，情況相反。典型地，形成包含有遷移電荷載流子的層/襯底的導(dǎo)電聚合物膜的厚 度在5到100nm之間?？梢酝ㄟ^多種溶液處理方法來沉積用于形成電荷載流子襯底層的 膜，這些方法包括但不限于旋涂或絲網(wǎng)印刷。用于溶液處理的合適材料 可以是聚合物(例如聚烷基噻吩或多芳胺化合物、或者取代聚烷基噻吩 或取代多芳胺化合物、或者取代并噻吩(thienothiophene)或低聚物(例 如低聚噻吩(oligothiophene))。此外，也可以通過真空沉積或氣相沉積來沉積用于形成電荷載流子 襯底層的合適導(dǎo)電膜。用于真空或氣相沉積的合適材料可以是小分子(例 如并五苯)或低聚物(例如低聚噻吩或取代低聚噻吩)。應(yīng)該理解，即使這種膜可以相對較薄(相比于遷移電荷載流子波長)， 膜仍然形成3維載流子系統(tǒng)。因為在膜的法線方向上沒有良好限定的限制模，所以即使對于厚度小于5nm的膜也沒有2DEG。相比于許多無機 半導(dǎo)體，有機材料中非常低的載流子遷移率意味著載流子的散射非常頻 繁，并且沿任何方向的載流子傳輸是相當(dāng)隨機的。此外，相比于無機材 料(例如，GaAs可以具有30或40nm的電子波長)，有機材料中的電荷 載流子波長相對較小(例如，小于lnm)。在兩個絕緣區(qū)域/特征之間形成的伸長溝道可以多種配置形成。例 如，伸長溝道可以具有如圖3A所示的統(tǒng)一寬度或點接觸式溝道(見圖 3B)，這依據(jù)所需的晶體管性能。典型地，在制造過程中不封裝遷移電荷載流子襯底(例如，膜)，這 與在多層結(jié)構(gòu)中嵌入2DEG/2DHG的2DEG/2DHG材料不同。因此，在 沒有無機半導(dǎo)體的前一種情況下更易進行光刻。例如，可以通過將絕緣 溝槽機械地切割成如圖3B所示的膜來形成絕緣特征。根據(jù)圖2A-C的SSD，晶體管中起絕緣作用的/絕緣特征不需要形成 為溝槽。可以通過其他方法，包括化學(xué)、熱、光化學(xué)、電化學(xué)方法，來 使絕緣特征具有絕緣作用。例如，可以通過在所選區(qū)域中將膜暴露給有 損導(dǎo)電率的強UV、過度熱量或特殊化學(xué)物，來損壞或減小導(dǎo)電率，從 而形成絕緣線。可選地，可以用其他材料(例如，電介質(zhì))來填充溝槽?，F(xiàn)有技術(shù)的有機電子器件所面臨的許多問題之一是工作速度相對較 低(典型地是kHz或以下)，從根本上講這是由載流子遷移率限制的。 即使小型化已成為提高硅集成電流的速度的途徑，標(biāo)準(zhǔn)有機薄膜晶體管 (OTFT)也典型地具有幾個微米的最小尺寸，在該最小尺寸以下，金屬 接觸電阻成為支配性的，難以通過噴墨印刷(由于分辨率限制)或其他 溶液處理方法來以低成本和高產(chǎn)量生產(chǎn)垂直多層OTFT結(jié)構(gòu)。由于多模對準(zhǔn)中涉及的限制，也難以通過納米壓印(nanoimprint) 技術(shù)來制造這種OTFT，在納米壓印技術(shù)中，將具有精確復(fù)制的納米尺 寸的固體模具壓在聚合物薄膜上，形成微米或納米結(jié)構(gòu)的圖案。存在多 種不同的納米壓印技術(shù)，包括由Molecular Imprints, Austin TX 78758-3605開發(fā)的技術(shù)。納米壓印是產(chǎn)量非常高的工藝，可以用于'滾筒，印刷，例如報紙。射頻標(biāo)識或RFID是使用無線電波來自動識別人或物體的技術(shù)的通稱。存在多種標(biāo)識方法，但是最常見的是在附著到天線的微型芯片上存 儲用于標(biāo)識人或物體的序列號以及可能的其他信息(芯片和天線共同稱作RFID應(yīng)答器或RFID標(biāo)簽)。天線使芯片能夠向讀取器發(fā)送標(biāo)識信息。 讀取器將從RFID標(biāo)簽反射回的無線電波轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式，然后可以將 該數(shù)據(jù)格式傳遞給計算機進行處理。RFID系統(tǒng)包括由微型芯片和天線組成的標(biāo)簽、以及具有天線的詢問 器或讀取器。讀取器向外發(fā)送電磁波。調(diào)諧標(biāo)簽天線來接收這些波。無 源RFID標(biāo)簽從讀取器產(chǎn)生的場中汲取能量，并使用該能量向微型芯片 的電路供電。然后，芯片對由標(biāo)簽發(fā)送回讀取器的波進行調(diào)制，讀取器 將新的波轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)使用多種不同頻率，但是所謂的高 頻(13.56MHz)標(biāo)簽在金屬制成的物體工作得更好，并可以在含水量較 高的貨物周圍工作。因此，如果將成本降低到可接受水平，則預(yù)計 13.56MHzRFID具有巨大的市場價值。本發(fā)明人認(rèn)識到通過采用例如這里和WO 02/086973中所述的常規(guī) 配置的自開關(guān)二極管(SSD)，可以實現(xiàn)有機電子器件的速度從KHz到 MHz的顯著提高。該速度提高可以顯著增強諸如RFID、實時有機或柔 性顯示器的驅(qū)動電路和基于有機的存儲器之類的有機電子器件的適用 性。影響納米器件的頻率響應(yīng)的常見問題之一是納米器件的端子之間的 高阻抗，這導(dǎo)致大部分施加的能量(通常由特征阻抗50Q端接的RF源 傳遞)被反射。高阻抗也導(dǎo)致極易受到寄生電容的損害，通常造成較長 的RC響應(yīng)時間。相反，由本發(fā)明人實現(xiàn)的兩個端子自開關(guān)二極管器件具有高頻工作 的固有能力，這是由于器件具有平面結(jié)構(gòu)，這表示電接觸是橫向分離的， 而不是放置在表面和背側(cè)(襯底)。這使得接觸之間的寄生電容實質(zhì)上比 相同尺寸的傳統(tǒng)垂直器件中的寄生電容小。此外，這種SSD的工作機制 不依賴于任何少數(shù)載流子擴散，并且沿電流方向不使用任何墊壘結(jié)構(gòu)。 由于不明顯受上述通常決定傳統(tǒng)半導(dǎo)體二極管的速度的因素的限制，所以SSD以非常高的頻率進行工作。該頻率主要取決于襯底，但是如這里可見的，對于低遷移率襯底，MHz的工作是可能的(并且已經(jīng)實現(xiàn))。針對本說明的目的，"RF器件"是指該器件的至少一部分在至少 0.5MHz到400MHz之間的頻率上工作，優(yōu)選的是在0.5MHz到1GHz之間。類似大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)，SSD具有非常高的阻抗，典型的是在MQ到 GQ的量級。SSD與其他納米器件的不同在于，兩端子特征使得將許多 SSD并聯(lián)集成并形成陣列非常容易，無需任何額外光刻步驟來制造互連 結(jié)構(gòu)。不僅可以設(shè)計沿單根線布置所有納米配線的線性陣列，還可以設(shè) 計更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。阻抗取決于材料遷移率、載流子濃度和并聯(lián)集成的器件的數(shù)目。因 此，可以依據(jù)待驅(qū)動電路對電流的要求，按照需要選擇阻抗；由于阻抗 的可縮放性，如果需要更多電流，則可以簡單地將更多SSD并聯(lián)。例如，在相對于傳統(tǒng)RFID而言非常小的200[imX20(^m的區(qū)域內(nèi)， 可以并聯(lián)地放置至少10,000個SSD。 SSD陣列應(yīng)該能夠產(chǎn)生足夠的DC 電流(與SSD的數(shù)目成比例)。如果需要，可以在l平方毫米內(nèi)并聯(lián)地 放置1,000,000個SSD，而不會嚴(yán)重?fù)p害RF性能。在工作在13.56MHz的無源RFID中，就速度而言最苛刻的部分是 整流器，整流器必須足夠快，以從讀取器產(chǎn)生的場中汲取DC能量并使 用該能量向微型芯片的電流供電。具體而言，整流器可以方便地由SSD 制成，更重要的是可以達到如下所述的足夠高的速度?？梢詥为毷褂肧SD來制造RFID的整流器，該整流器是在速度方面 最苛刻的部分，從而也是RFID中當(dāng)前最難實現(xiàn)的，而可以使用傳統(tǒng)的 垂直結(jié)構(gòu)晶體管和二極管或以SSD和類似于(參見例如上述圖3A到3C 或WO 02/086973的圖11) SSD的方式形成的晶體管來制造有機RFID 中的其他電子電路。本發(fā)明人還顯示了可以用有機半導(dǎo)體的薄層來實現(xiàn) 這種晶體管。SSD陣列不僅可以用作RF整流器，也可以用作RF混頻器和調(diào)制器， 這也是RFID中對速度要求苛刻的重要部件。可以使用相同的SSD陣列 來進行整流和RF調(diào)制，以向讀取器發(fā)送回信號。在本申請中，基于SSD的非線性性I-V特性和較高速度，SSD也可以用作RF調(diào)制器。在材料方面，自開關(guān)器件可以制造在任何有機或無機半導(dǎo)體膜上， 該半導(dǎo)體膜具有足夠低的表面粗糙度，以便進行納米光刻、具有針對所需工作速度的足夠高的遷移率、以及進行某種程度的n或p型摻雜以允 許自開關(guān)效應(yīng)在零偏置上起作用。如果需要，可以借助于受控的環(huán)境和 封裝來改善材料(諸如P3HT)的壽命。合適的無機材料是可以旋涂或滴落(drop cast)的溶液處理的半導(dǎo) 體納米顆粒(或量子點)材料。這些材料易于用作有機半導(dǎo)體，但是幾 乎確定地具有更長壽命、更高遷移率，并可以更好進行控制。因為這些 材料是使用化學(xué)方法合成的，所以成本非常低。關(guān)于有機半導(dǎo)體，有兩種基本類型半導(dǎo)電聚合物，典型代表是多 芳胺化合物或聚垸基噻吩(polyakylthiophene)(例如，聚(3-己基噻吩) P3HT);以及小分子，并五苯受到的研究最多并且也是最好的。針對P3HT 的參考文獻有A.Tsumura， H.Koezuka和T.Ando， Appl. Phys. Lett. Vol. 49， 1210(1986); H.Sirringhaus， N. Tessler和R.H.Friend， Science, Vol 280, 1741 (1998)。對于并五苯的參考文獻有H.Klauk, M.Halik, U. Zschieschang， G. Schmid, W.Radlik禾。W. Weber, J. Appl. Phys. 92, 5259(2002); D丄 Gundlach， C.-C. Kuo, S.F. Nelson禾口 T.N. Jackson, 57th Annual Device Research Conference (1999), pp. 164-165; J. Collet, O. Tharaud， A. Chapoton和D.Vuilla腿e, Appl. Phys. Lett. 76, 1941(2000); Y. Zhang, J.R. Patta， S. Ambily, Y. Shen， D.C, Ralph禾卩G.G. Malliaras, Adv. Mater. (Weinheim， Ger.) 15, 1632(2003)。上述膜可以形成在絕緣襯底上，可以使用在其上接受半導(dǎo)體薄膜的 任何絕緣襯底。這包括柔性襯底，例如聚對苯二甲酸乙二酯 (poly(ethylene)terephthalate ) (PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯 (poly(ethylene)naphthalate) (PEN)。但是，本發(fā)明不限于這些材料。對 于襯底，材料可以是硅[A.R. Brown， A. Pomp， C. M. Hart和D.M. de Leeuw， Science 270, 972(1995); Y.Y. Lin， A. Dodabalapur, R. Sarpeshkar, Z. Bao， W. Li, K. Baldwin, V,R. Raju和H. E. Katz, Appl. Phys. Lett. 74, 2714(1999); B. K. Crone, A. Dodabalapur, R. Sarpeshkar, R. W. Filas, Y. Y. Lin, Z. Bao, J. H.O'Neill, W. Li和H. E. Katz, J. Appl. Phys. 89, 5125 (2001),]，玻璃[H. Klauk, D. J. Gundlach禾卩T. N. Jackson，正EE Electron Device Lett. 20, 289 (1999》H. Sirringhaus, T. Kawase， R. H. Friend, T. Shimoda, M. Inbasekaran, W. Wu禾卩E, R Woo, Science 290, 2123 (2000); H. E. A. Huitema， G. H. Gelinck, J. B. P. H. van der Putten， K. E. Kuijk, K. M. Hart, E. Cantatore和 D, M. de Leeuw, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 14, 1201 (2002)];聚酰亞胺 [C. J. Drury， C. M. J. Mutsaers， C. M. Hart, M. Matters禾口 D. M. de Leeuw， Appl. Phys. Lett. 73， 108 (1998) ; G. H. Gelinck, T. C. T. Geuns和D. M. de Leeuw， Appl. Phys, Lett. 77， 1487 (2000); R J. To西slager, N. R Willard和 D. M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett. 81, 4556 (2002)]; 聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN) [M. G Kane，丄Campi， M. S. Hammond, F. P. Cuomo, B. Greening, C. D. Sheraw, J. A. Nichols, D. J. Gundlach, J. R. Huang, C. C. Kuo, L. Jia， H. Klauk禾B T, N. Jackson，正EE Electron Device Lett. 21， 534 (2000); C, D. Sheraw, L. Zhou, J. R. Huang, D. J. Gundlach, T. N. Jackson, M. G. Kane， I. G. Hill, M. S. Hammond, J. Campi, B. K. Greening, J. Francl禾口 J. West, Appl. Phys. Lett. 80, 1088 (2002)],聚對苯二甲酸乙二酯(PET) [J. A. Rogers, Z. Bao, A. Dodabalapur禾口 A. Makhija, IEEE Electron Device Lett 21, 100 (2000); P, Mach, S. J. Rodriguez, R. Nortrup, P, Wiltzius禾口 J. A. Rogers, Appl. Phys. Lett. 78, 3592 (2001); J, A, Rogers, Z. Bao， K. Baldwin, A. Dodabalapur， B. Crone， V. R. Raju， V. Kuck， H. Katz， K. Amundson, J. Ewing禾Q P. Drzaic， Proc. Natl, Acad. Sci. U.S.A. 98， 4835 (2001); W. Fix， A. Ullmann, J. Ficker和W. Clemens, Appl. Phys. Lett. 81, 1735 (2002)];聚碳 酸酯[S. K. Park, Y. H. Kim, J. I, Han, D, G. Moon和W. K. Kim,正EE Trans. Electron Devices 49, 2008 (2002)];甚至紙[F. Eder， H. Klauk， M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid禾口 C. Dehm, Appl. Phys. Lett. 84, 2673 (2004)].這里所述的新穎RF器件的材料的遷移率一般大于0.1cr^/Vs，目前 這是在工業(yè)上易于到達的。如果載流子濃度較高，則較低遷移率也是適 合的，但是優(yōu)選的是大約0.01cmVVs。根據(jù)當(dāng)前可用的材料，最大遷移 率可以是100cmVVs，但是在更優(yōu)材料可用的未來，該數(shù)字可以提高。遷移率越高，工作速度越高。相對于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料(III-V或硅)，上 述所有材料(半導(dǎo)電聚合物、小分子和溶液處理的無機半導(dǎo)體)的共同 特征是容易處理并且成本低，特別可以使用旋涂、滴落和簡單的熱蒸發(fā)。 這些允許大面積批量生產(chǎn)，從而降低成本。其他優(yōu)點包括機械柔性等。SSD與傳統(tǒng)有機薄膜器件(OTFD)的顯著不同在于平面器件結(jié)構(gòu)， 從而只需要單個可再現(xiàn)納米光刻步驟來進行制造。直接優(yōu)點是(a)不再 需要高分辨率的多層對準(zhǔn)，從而允許通過納米壓印技術(shù)進行高產(chǎn)量的制 造；(b)與有機半導(dǎo)體本身共平面地形成大多數(shù)互連，可以避免大多數(shù) 金屬連接(柵極和歐姆接觸)(稍后將進行說明)，從而接觸電阻問題不 再限制器件小型化(從而不再限制速度)。這里所述的自開關(guān)二極管是基于典型寬度在10-100nm附近的納米 溝道，即，相對較小的溝道，該溝道具有受到有意破壞的幾何對稱。但 是，不同于傳統(tǒng)二極管，可以通過簡單地調(diào)整溝道寬度，使SSD具有從 實際上0到大于10V的預(yù)定閾值電壓。納米溝道典型地限定在兩個蝕刻 (因此是絕緣的)溝槽之間，該溝槽對半導(dǎo)體薄層進行裁剪。溝槽的L 形確保納米溝道的幾何對稱受到破壞，也強制電流只流經(jīng)納米溝道。當(dāng) 配線上未施加電壓時，由于溝槽側(cè)壁上的表面狀態(tài)，納米溝道大體上耗 盡。當(dāng)施加負(fù)電壓時，納米溝道周圍的負(fù)電荷進一步耗盡配線本身，使 電流難以流動。另一方面，當(dāng)施加正電壓時，納米溝道周圍的正電荷向 納米溝道中感應(yīng)出電子，形成了使電流容易流動的導(dǎo)電溝道。這種自開 關(guān)機制得到類似二極管的行為。自開關(guān)器件可以進行高頻工作。這是由于器件的平面結(jié)構(gòu)，這意味 著電接觸是橫向分離的，而不是放置在表面或背側(cè)(襯底)。這使得接觸 之間的寄生電容實質(zhì)上比相同尺寸的傳統(tǒng)垂直器件中的寄生電容小。此 外，這種新的工作機制不依賴于任何少數(shù)載流子擴散，并且沿電流方向 不使用任何墊壘結(jié)構(gòu)。由于不受上述通常確定傳統(tǒng)半導(dǎo)體二極管的速度 的因素的較大限制，所以預(yù)期SSD能夠以非常高的頻率進行工作。為了測試SSD的速度，首先使用基于InGaAs的SSD進行實驗。在 實驗中，成功檢測到高達110GHz的微波，這是實驗設(shè)置可達到的最高 頻率。達到了 1300mV/mW的檢測靈敏度，這是典型商用微波二極管檢測器(每一個大約￡1,000)的靈敏度的大約三倍。當(dāng)頻率從100MHz到 110GHz增加了三個量級的輻度時，未觀察到微波檢測靈敏度的明顯降 低。相信這是迄今為止各種類型的新型電子納米器件中報道的最高速度。 用載流子遷移率對速度進行標(biāo)度，這顯示了可以使用有機半導(dǎo)體(遷移 率是0.1cmVVs或以上)達到MHz的工作，因此為有機電子器件大范圍 應(yīng)用的最大阻礙提供了解決方法。圖4示出了用于執(zhí)行微波實驗的實驗裝置的示意圖。射頻源和調(diào)制 器410、電容器C和電感器L用作偏置網(wǎng)絡(luò)，而DC偏置由電壓源Vbias 和相鄰的IOMQ電阻器提供。圖4右側(cè)的原子力顯微鏡圖像412示出了并聯(lián)連接的SSD的線性陣 列。類似于大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)，單個SSD具有非常高的阻抗，典型是在 MQ的量級。SSD與其他新型納米器件(例如彈道整流器(ballistic rectifier)或三端子彈道結(jié))的不同之處在于，兩端子特征使得將許多SSD 并聯(lián)集成并形成陣列非常容易，無需任何額外光刻步驟來制造互連結(jié)構(gòu)。 不僅可以設(shè)計沿單根線布置所有納米配線的線性陣列，還可以設(shè)計更加 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。例如，圖4右側(cè)圖像示出了U形溝槽(每一個由兩個L形 溝槽組成)如何限定并聯(lián)的多個SSD。此外，如圖5所示，易于將這種 線性陣列折疊所需的次數(shù)，這里并聯(lián)了大約IOO個SSD。這樣，較大區(qū) 域甚至整個晶片可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛性床牧稀２煌趥鹘y(tǒng)二極管，該平面結(jié)構(gòu) 也允許與自由空間輻射的直接耦合，其中輻射垂直入射到陣列上。這種 特征在諸如RFID等實際應(yīng)用中對微波進行整流是非常有用的。該llOGHz實驗中的SSD是用調(diào)制摻雜的InP/InGaAs/InP量子阱晶 片制造的，通過金屬有機氣相外延(MOVPE)生長而成。量子阱中的 2DEG在表面以下41nm處。SSD是通過對L或U形溝槽迸行電子束光 刻并在之后進行基于HBr的濕法蝕刻而限定的。如圖4的原子力顯微鏡 圖像所示，SSD的簡單平面結(jié)構(gòu)允許仍然在單個高分辨率光刻步驟中制 造許多元件的陣列，而不需要互連層。圖6示出了作為頻率函數(shù)的所檢測的輸出電壓V。ut。第一軌跡是偏 置電流Ito^6pA時測量的，第二軌跡是未施加偏置時測量的。測量中功 率保持不變，大約為280(LiW?？梢?，兩條軌跡都顯示了頻率依賴性中的相同特征。相信這些特征是由于測量設(shè)置和襯底布局(即，臺面和金屬 化)，而不是實際器件或噪聲。實驗顯示了當(dāng)頻率從lOOMHz到llOGHz (實驗設(shè)置的最高頻率) 增加了三個量級的輻度時，SSD的整流具有穩(wěn)定的頻率響應(yīng)。整流電路可以類似于圖4 (單個線性陣列)或圖5 (折疊陣列)所示， 如果單獨使用，則只能實現(xiàn)半波整流。圖7和圖8示出了全波整流器的 兩種設(shè)計。圖7是基于四個SSD線性陣列的微波全波整流的示意圖。該功能類 似于橋式整流器，但是該新型工作原理允許平面結(jié)構(gòu)，每個線性陣列中 的SSD無需任何互連來連接。圖8示意性地示出了如何可以使用四個SSD折疊陣列來構(gòu)造整流 器，以用于微波的全波整流。采用折疊SSD陣列，可以集成大量SSD， 并使微波整流效率更高。該功能類似于橋式整流器，但是該新型工作原 理允許平面結(jié)構(gòu)，每個折疊陣列中的SSD無需任何互連來連接。這樣， 可以將大面積的有機半導(dǎo)體膜轉(zhuǎn)變?yōu)檎髌?，用作對RJFID的其他電路 進行驅(qū)動的微波電力轉(zhuǎn)換器。該器件能夠?qū)碜员砻娣ň€方向的微波進 行整流，也可以用作RHD中的非線性組件，對標(biāo)簽發(fā)送回讀取器的微 波進行調(diào)制，讀取器將調(diào)制波轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。對于平面結(jié)構(gòu)，可以使用納米壓印技術(shù)來制造SSD陣列，優(yōu)點在于 高產(chǎn)量和高分辨率?？梢酝ㄟ^其他層面的納米壓印(因為不需要精確的 對準(zhǔn))或諸如噴墨印刷等其他標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，來制造一些附加的較大部件、 電極和其他接觸。除了納米壓印，還可以使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UV光刻。硅工業(yè)中的光刻工 藝已經(jīng)能夠生產(chǎn)90nm的特征，這足以制造SSD。這種批量生產(chǎn)方法的 優(yōu)點在于，它是CMOS兼容的。但是，通常重要的是在生產(chǎn)期間避免半 導(dǎo)電聚合物材料受到UV曝光?？梢酝ㄟ^在均勻的膜上生成絕緣溝槽來制造SSD圖案，但是也可以 通過生成絕緣線的許多其他手段來形成SSD圖案。例如通過UV曝光、 加熱、機械或化學(xué)處理，也可以通過在所需區(qū)域中進行有源材料的選擇 性沉積(遮擋)。已證明無機SSD的速度至少在100GHz的量級上。通過用載流子遷 移率對頻率進行標(biāo)度，可以理解，如實驗數(shù)據(jù)已證明的，當(dāng)使用合適的 有機半導(dǎo)體材料時，圖7和8所示的基于有機SSD陣列的整流器可以在 MHz頻率上起作用。例如，實驗顯示了 P3HT SSD陣列達到lMHz。圖9A和9B分別示 出了該陣列的電流-電壓曲線圖、以及在20V的正弦峰峰輸入電壓(Vpp) 上的SSD頻率響應(yīng)?？梢杂^察到，3dB點上的頻率響應(yīng)大約是lMHz。 該陣列由并聯(lián)設(shè)置的大約40個SSD組成(例如，見圖4右側(cè))。承載遷 移電荷載流子的襯底是在經(jīng)OTS處理的云母絕緣襯底上的、大約20nm 厚的P3HT膜。SSD是使用作為絕緣特征的溝槽而形成的，溝槽大約寬 50nm。溝道寬度大約是500nm，長度是850nm。將器件在空氣中放置兩 天，以對P3HT膜進行摻雜。PQT12SSD陣列顯示出更好的性能，達到至少20MHz。圖10A-10C 分別示出了該陣列的電流-電壓曲線圖、在20V的正弦峰峰輸入電壓上 的SSD頻率響應(yīng)、以及作為AC輸入電壓函數(shù)的DC輸出電壓。3dB點 上的頻率響應(yīng)大約是30MHz，盡管實驗測量只能最高執(zhí)行到20MHz。 該陣列由并聯(lián)設(shè)置的IO個SSD組成。承載遷移電荷載流子的襯底是在 經(jīng)OTS處理的云母絕緣襯底上的、大約20nm厚的P3HT膜。SSD是使 用作為絕緣特征的溝槽而形成的，溝槽大約寬200nm。溝道寬度大約是 500nm，長度是lpm。將器件在空氣中放置7天，以對PQT12膜進行摻 雜。根據(jù)這里的教義，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見的是可以使 用多種技術(shù)來制造這種有機平面二極管(例如，SSD)和晶體管。典型 地，本發(fā)明使用三步驟過程來形成這種器件。首先，在絕緣襯底上形成有機半導(dǎo)體材料膜或?qū)?用于承載遷移電 荷載流子)(典型地，在第一步驟期間也形成電極區(qū))。其次，將有機膜 形成圖案(例如，使用UV光刻)，以為用于形成器件的最終光刻步驟限 定大小合適的區(qū)域，例如，典型尺寸在微米或幾十微米量級上并適合納 米光刻的區(qū)域。最后，使用AFM (原子力顯微鏡)來限定各個器件的結(jié) 構(gòu)，即，形成用于限定導(dǎo)電溝道的絕緣溝槽，以執(zhí)行納米光刻。現(xiàn)在更加詳細(xì)地描述用于形成器件的這三個步驟的示例。應(yīng)該注意， 這些步驟內(nèi)列舉的材料僅僅是示例，可以利用其他材料，如本申請其他 位置所列舉的材料或根據(jù)這里的教義而對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯可用 的材料。現(xiàn)在描述第一步驟，典型地用于形成有機半導(dǎo)體材料的初始膜或?qū)?。一般使用原子水平平整的云母?Agar Scientific Ltd., UK)作為絕 緣襯底。在丙酮和甲醇(Reagent Grade, Aldrich)中將試樣脫脂，并在 高純度的去離子水(Millipore Q, Rs>18MQcm)中清洗幾次，最后在純 氮下進行干燥。隨后，使用光刻和剝離來限定50-75nm厚的金膜(99.99 X,Goodfellow)層，以形成電極。典型地，電極之間的溝道長度是I^8pn， 溝道寬度是W=80pm。然后，在清洗后的襯底上形成例如1,1,1,3,3,3-六甲基二硅氮烷 (hexametyldisilazane) (HMDS, 99.9%, Aldrich)或正十八烷基三氯硅烷 (OTS，Aldrich)的自組裝單層(SAM)，該襯底分別在70C被浸入 甲苯(HPLC Grade, Aldrich)中50%wt的HMDS中3個小時，或被浸 入環(huán)己烷(HPLC Grade, Aldrich)中ImM的OTS溶液中。SAM形成穩(wěn) 定、很有序和強健的層[L. Houssiau， P. Bertrand， Applied Surface Science, 203-204, 580 (2003)]。必要的是應(yīng)該在SAM形成的閾值溫度Tc以下執(zhí) 行OTS處理(OTS的Tc^28。C)。只有在Tc以下，才能形成很有序的 單層[J. Duchet, B. Chabert， J. P. Chapel， J. F. Gerard, J. M. Chovelon, N. Jaffrezic-Renault, Langmuir， 13,2271 (1997)]。因此，為了準(zhǔn)備非常密集的 單層，并為了縮短SAM沉積的時間，將襯底浸在冷卻至5° C的硅烷化 溶液中60分鐘。然后，依據(jù)SAM處理，在新鮮的甲苯(HMDS改性的 試樣)或環(huán)己烷(OTS改性的試樣)中小心清洗改性的襯底，用純氮進 行干燥，并在100。C下在熱板上烘焙20分鐘，以完成硅垸化反應(yīng)。接下來，生成所需的有機半導(dǎo)體層，例如，區(qū)域規(guī)則的聚(3-己烷基) 噻吩(poly(3-hexylthiophene)-2，5-diyl) (P3HT,Aldrich)或區(qū)域規(guī)則的聚 (3, 3"'-二烴基四噻吩)3 (poly(3, 3"'-dialkyl- quaterthiophene) 3) (PQT)膜 [BENG S. ONG， YILIANG衡，AND PING LIU， PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL, 93, NO. 8， AUGUST 2005]。對于P3HT，在空氣中以2000rpm旋涂(TCB, Anhydrous Grade, Aldrich) 1，2,4-三氯苯的10g/L溶液 120秒。己發(fā)現(xiàn)，如果從TCB處理聚合物，則材料的光刻和剝離/蝕刻不 會影響有源層的電性能，從而可以成功地將半導(dǎo)體形成圖案，而不會引 起任何損壞。最后，在IOOC，在稍微過度壓縮的N2中將P3HT退火1 小時。一旦形成了適當(dāng)?shù)膶?用于承載遷移電荷載流子)，則使用光刻(即， 第二步驟)來限定微米/幾十微米量級的區(qū)域?？梢允褂脗鹘y(tǒng)光刻，但是 為了提高器件性能并避免在過程中對有機半導(dǎo)體造成損壞，本發(fā)明人采 用了兩種新的光刻方法。 一種方法稱為"剝離"技術(shù)，另一種方法稱為 "減去"技術(shù)。兩種方法均可以用作第二光刻步驟。首先詳細(xì)描述"剝離"技術(shù)，然后描述"減去"技術(shù)。要理解，這 種光刻技術(shù)不僅可以用在上述平面器件的形成中，還可以用于形成一般 的OTFT。為了說明該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將參照形成OTFT來描述剝離 和減去技術(shù)。對于實際應(yīng)用，必要的是裁剪晶體管溝道并減小柵極尺寸，以提高 OTFT的所需速度(目前僅在kHz附近或以下)、隔離各個器件來避免串 擾、并提高導(dǎo)通/截止比率見S. Holdcroft， Adv. Mater. {13}, 1753 (2001); I. Kymissis, C. D. Dimitrakopoulos禾卩 S Purushothaman， J. Vac. Sci. Technol.B {20}, 956 (2002)。為了滿足這些要求，開發(fā)了幾種對有機材料 形成圖案的方法，包括絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、軟光刻沖壓(stamping) 和光化學(xué)交聯(lián)見Z. Bao, Y. Feng， A. Dodabalapur， V. R. Raju和A. J. Lovinger, Chem. Mater. {9}, 1299 (1997); S. C. Chang, Y. Bharathan, Y. Yang， R. Helgeson， F. Wudl， M. B. Ramey禾口 J. R. Reynolds, Appl. Phys. Lett., 2561 (1998); T. R. Hebner, C. C. Wu, D. Marcy， M. H. Lu禾卩J. C. Sturm， Appl. Phys. Lett., 519 (1998); J. A. Rogers, Z. Bao, A. Makhijia和P. Braun， Adv. Mater. {11}, 741 (1999); F. J. Touwslager, N. P. Willard和D. M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett" 4556 (2002)。盡管存在這些方法，但是通常不將迄今為止報道的OTFT中的導(dǎo)電 聚合物形成圖案，這大部分是由于缺乏可用的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和方法。即使 噴射印刷是針對未來有機電子器件的最有希望選擇之一，但是可達到的特征尺寸受到典型大小在幾十微米左右的微滴的尺寸的限制見J. R.Sheats, J, Mater. Res. {19}， 1974 (2004)。UV光刻是良好創(chuàng)建的CMOS技術(shù)，并已用于制造在現(xiàn)代硅芯片上 GHz范圍中的時鐘速度進行工作的數(shù)十億晶體管。迄今為止，少有報道 的是將這種高產(chǎn)量技術(shù)用來將共軛聚合物(例如受到很好研究的聚(3-己基噻吩)(P3HT))形成圖案見A. Tsumura, H. Koezuka和T. Ando， Appl. Phys. Lett" 1210 (1986); H. Sirringhaus, N. Tessler和R. H. Friend, Science, 1741 (1998);以前認(rèn)為這不兼容或非常困難見Z. L. Li， S， C. Yang， H. F. Meng， Y, S. Chen, Y. Z. Yang, C. H. Liu， S. R Homg， C. S. Hsu, L. C. Chan， J. P. Hu和R. H. Lee, Appl. Phys. Lett" 3558 (2004)。由于共軛聚合物中的 弱鍵，UV曝光可能嚴(yán)重?fù)p害材料的電子性能見J. Ficker， H. von Seggern: H. Rost, W. Fix, W. Clemens和I. McCulloch, Appl. Phys. Lett. {85}， 1377 (2004)。導(dǎo)電聚合物與光刻中使用的溶劑和其他材料也可能發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)見M. Halik, H. Klauk， U, Zschieschang， T. Kriem, G. Schmid和W. Radlik, Appl. Phys. Lett. {81}, 289 (2002)。最近，Austin和Chou開發(fā)了 將P3HT膜形成圖案的間接方法。直接在P3HT膜上蒸發(fā)Si02層，并執(zhí) 行光刻以將Si02形成圖案，形成蝕刻掩膜。通過CHF3反應(yīng)蝕刻在所需 區(qū)域中去除Si02和P3HT，從而完成圖案轉(zhuǎn)移見M. D. Austin和S. Y. Chou, Appl. Phys. Lett. {81}, 4431 (2002)。下述新型技術(shù)提供了通過光刻將P3HT膜以及其他導(dǎo)電聚合物膜形 成圖案的直接方法。將有機膜形成圖案的方法包括步驟(a)提供襯底 (例如，絕緣襯底)并在襯底上形成光抗蝕劑材料層；(b)通過光刻過 程在光抗蝕劑材料中形成所需圖案；(c)在形成圖案的光抗蝕劑材料上 形成有機材料層；(d)執(zhí)行剝離過程，選擇性地去除有機材料，以使有 機材料與光抗蝕劑材料的圖案形成一致。典型地，有機材料用作襯底， 用于承載空穴或電子等遷移電荷載流子。在剝離之后保持形成圖案的有機材料的整體性，以免材料的電性能 受到影響。主要存在兩種有機材料，即半導(dǎo)體小分子，它們在純狀態(tài)下是導(dǎo)電 的，但是典型的是不溶的，從而是真空沉積的。 一種常用的此類材料是并五苯。第二種材料是聚合物，包括碳原子長鏈。它們在其自然狀態(tài)下是非 常差的導(dǎo)體，因此添加'摻雜'齊U，例如顯著提高它們導(dǎo)電率的氯或碘。 聚合物比小分子有機物容易處理，這是因為聚合物在常用有機溶劑中更 易溶解，意味著可以使用噴墨或其他傳統(tǒng)印刷方法來印刷聚合物，從而 實現(xiàn)低成本、相對容易和高產(chǎn)量的電子器件制造。大部分工作在溶液處 理的材料上進行。常用材料是P3HT。在該方法的優(yōu)選方式中，以高成品率實現(xiàn)低至liLim的特征尺寸，并 制造基于P3HT的OTFT。因為光刻也是可廣泛獲得的，所以這種方法 可以為材料和器件研究提供預(yù)先限定和良好控制的結(jié)構(gòu)。在該新方法中， 在通過旋涂、UV曝光和光抗蝕劑顯影而處理光抗蝕劑之后，涂敷導(dǎo)電 聚合物。相比于蝕刻方法，完全避免了導(dǎo)電聚合物的UV曝光，縮短了 導(dǎo)電聚合物與周圍空氣中的氧氣和水分反應(yīng)的施加，這對于大多數(shù)類型 的共軛聚合物而言是非常重要的見G. Wang, J. Swensen， D. Moses和 A. J. Heeger, J. Appl. Phys. {93}, 6137 (2003); G. Wang, D. Moses， A. J, Heeger, H. M. Zhang， M. Narasimhan禾卩R. E. Demaray, J. Appl. Phys. {95}， 316 (2004). S. Hoshino, M. Yoshida, S. Uem腦，T. Kodzasa， N. Takada, T. Kamata禾Q K. Yase， J. Appl. Phys. {95}， 5088 (2004). C. Vaterlein, B. Ziegler, W. Gebauer, H. Neureiter. M. Stoldt， M. S. Weaver, P. Bauerle， M. Sokolowski， D. D, C. Bradley和E. Umbach, Synth. Met. {76}, 133 (1996). G. Horowitz, R Deloffre, F. Gamier, R. Hajlaoui. M. Hmyene禾口 A. Yassar, Synth. Met, {54}, 435 (1993). M. S. A. Abdou, F. P. Orfmo， Y. Son和S. Holdcroft, J. Am. Chem. Soc. {119}， 4518 (1997). D. M. Taylor, H. L. Gomes, A. E. Underhill, S, Edge和P. I. Clemenson, J. Phys. D {24}， 2032 (1991)。該方法也可應(yīng)用于對小分子(例如可溶并五苯)形成圖案見J. E. Anthony, D. L. Eaton, S. R. Parkin, Org. Lett. {4}, 15 (2002)?，F(xiàn)在將提供對"剝離"方法的更詳細(xì)描述。使用如下步驟制造基于P3HT的OTFT。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)光刻，以在200nm 厚的Si02層上制造Ti-Au源極和漏極歐姆接觸、然后是Ti-Au焊盤。Si02層是在n+硅襯底上熱生長的。然后旋涂光抗蝕劑，使用光刻將其形成圖案，隨后進行P3HT的旋涂或滴落。最后，通過將試樣浸入光抗蝕劑溶劑中執(zhí)行P3HT的剝離，以將形成圖案的光抗蝕劑上面的半導(dǎo)電聚合物 剝離，得到所需的P3HT圖案。雖然這些處理步驟類似于將Ti-Au歐姆接觸和焊盤等金屬薄膜形成 圖案的處理步驟，但是必須進行許多改變以將P3HT形成圖案。這是由 于導(dǎo)電聚合物具有十分不同的物理和化學(xué)屬性。首先，已發(fā)現(xiàn)了最常用的P3HT的溶劑(即，氯仿)與標(biāo)準(zhǔn)正光抗 蝕劑Shipley S1813很快發(fā)生反應(yīng)。在S1813上旋涂或滴落P3HT之后， 該反應(yīng)導(dǎo)致P3HT膜的表面明顯粗糙，也導(dǎo)致光抗蝕劑圖案的邊緣變形， 如圖11 (a)所示。由氯苯固化產(chǎn)生的S1813的所需底切(undercut)輪 廓也受到損壞，導(dǎo)致后續(xù)的剝離無法令人滿意。實驗還顯示了即使緊接 在干燥P3HT膜之后執(zhí)行剝離過程，得到的P3HT圖案的邊緣也是很差 地限定的。為了解決該問題，使用不同的溶劑二甲苯，二甲苯與S1813沒有明 顯反應(yīng)。如圖11 (b)中光學(xué)顯微鏡圖像所示，得到的P3HT圖案的邊 緣是良好限定的。圖案形成方法的成功也十分依賴于如何執(zhí)行剝離過程，這不同于制 造歐姆接觸或焊盤，后者是從法線方向向預(yù)先形成圖案的光抗蝕劑上蒸 發(fā)或濺射金屬膜。如果形成圖案的光抗蝕劑的邊緣具有底切輪廓，則金 屬膜在光抗蝕劑邊緣處不連續(xù)(除非金屬膜太厚)，這獲得光抗蝕劑溶劑 中的成功剝離和金屬圖案的形成。對于真空蒸發(fā)有機材料也是如此見 P. F. Tian， P. E. Burrows禾卩S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett. {71}, 3197 (1997)。但是，對于旋涂或滴落的聚合物，例如P3HT，膜一般是連續(xù)通過 預(yù)先限定的光抗蝕劑圖案的邊緣的。 一方面，這需要特定的力，可以在 形成圖案的光抗蝕劑在聚合物膜下面溶解時提供該力，以在光抗蝕劑邊 緣處打破聚合物膜。另一方面，該力必須在一定的限制范圍內(nèi)，因為聚 合物膜通常非常薄，典型的是只有幾十個nm，這使剝離過程比傳統(tǒng)的金 屬膜剝離更加脆弱。丙酮是在剝離過程中剝離正光抗蝕劑的常用溶劑。如果使用純丙酮，可觀察到通常會導(dǎo)致整個P3HT膜脫落。因此，以不同比率將丙酮稀釋， 以降低剝離的強度。當(dāng)用四份甲醇稀釋一份丙酮時，得到最佳結(jié)果。圖12 (a)是lpm寬的柵極圖案的陣列的光學(xué)顯微鏡圖像，lpm寬 的柵極圖案是本發(fā)明人嘗試用該方法生成的最小特征。在圖12 (b)的 放大圖像中更好地査看良好限定的圖案。除了P3HT膜，還使用其他可溶導(dǎo)電聚合物材料執(zhí)行成功的光刻，例如，聚(3，4-乙撐二氧噻吩y聚(苯乙烯磺酸鹽)(PEDOT/PSS)。利用預(yù)先形成圖案的歐姆接觸和焊盤來制造不同尺寸的OTFT。 n+ 硅襯底用作背柵極。從Aldrich獲得并使用區(qū)域規(guī)則的P3HT(大于98.5% 的頭尾耦合(head to tail coupling))，無需進一步凈化。通過0.2|im PTFE 注射器式過濾器過濾二甲苯中0.8%wt的P3HT溶液，以去除不溶粒子 和雜質(zhì)。在涂布P3HT之前，通過旋涂來沉積六甲基二硅氮垸 (hexamethyldisilasane) (HMDS)層，以改善Si02表面與P3HT之間的 界面見A. Salleo, M. L. Chabinyc, M. S. Yang和R. A. Street, Appl. Phys. Lett. {81}, 4383 (2002)。對剝離之后的P3HT圖案的表面拍攝原子力顯微 鏡圖，發(fā)現(xiàn)形態(tài)類似于所報道的見T. A. Skotheim， R. L. Elsenbaumer 禾口 J. R. Reynolds, Handbook of Conducting Polymers, Second ed. (Marcek Dekker， Inc, New York, 1998), p. 245。此外，丙酮看起來不會引起P3HT 遷移率的明顯降低。實際上，希望該技術(shù)也應(yīng)該允許通過封裝、然后同 時對聚合物和封裝層進行剝離來將丙酮敏感的聚合物形成圖案。圖13 (a)示出了兩個形成圖案的P3HT晶體管的光學(xué)顯微鏡圖像。 矩形P3HT圖案覆蓋了與較大的焊盤連接的源極和漏極歐姆接觸。達到 了 90%以上的的成品率。圖13 (b)示出了具有長9pm、寬40pm的P3HT 溝道的OTFT的典型源極-漏極電流IsD對源極-漏極VSD電壓特征。因為 在環(huán)境空氣中執(zhí)行光刻過程，所以氧氣對半導(dǎo)電聚合物進行了略微的摻 雜。場效應(yīng)遷移率在5X10—VmVVs左右，這與先前報道的在使用二甲苯 而不是氯仿作為P3HT的溶劑時典型值一致見Z. Bao, A. Dodabalapur 和A. J. Lovinger， Appl. Phys. Lett. {69}, 4108 (1996)。還執(zhí)行實驗在真空 中將P3HTOTFT加熱至140°C，持續(xù)大約一個小時，以對半導(dǎo)電聚合物 進行去摻雜，并達到了超過103的導(dǎo)通/截止比率。OTFT通常受到源極和漏極處較大的接觸電阻的損害，這可能比有機溝道電阻大得多見P. V. Necliudov， M. S. Shur， D. J. Gundlach和T. N. Jackson， J. Appl. Phys. {88}, 6594 (2000). K. Seshadri and CD. Frisbie， Appl, Phys. Lett., 993 (2001). H, Klauk， G. Schmid， W. Radlik， W. Weber,L. Zhou, C. D. Sheraw， J. A. Nichols禾Q T. N.Jackson， Solid State Electronics, 297 (2003). N. Yoneya, M. Noda, N. Hirai, K. Nomoto， M. Wada和J. Kasahara，Appl,Phys.Lett. {85}， 4663 (2004)。 一般而言，底部接觸(BC) OTFT比頂部接觸(TC) OTFT更容易應(yīng)用于更密集的電路，但是通常 顯示更高的接觸電阻。為了檢査P3HT膜與金屬焊盤之間的接觸是否受 到剝離過程中在光抗蝕劑圖案邊緣處打破P3HT膜的力的削弱，同時制 造具有不同溝道長度的BC OTFT。如圖14所示，通過繪制作為溝道長 度函數(shù)的總源極-漏極(S-D)電阻來確定接觸電阻。圖中的點表示溝道 長度為3、 6、 9、 12、 15、 18、 21和24pm的OTFT的實驗數(shù)據(jù)。線性 擬合的外推(虛線)通過原點，表明即使對于3pm長的OTFT，該器件 的接觸電阻也基本上比溝道電阻小。綜上所述，示出了使用標(biāo)準(zhǔn)高產(chǎn)量光刻技術(shù)以高成品率將P3HT形 成圖案的直接方法。該方法可以一般應(yīng)用于小分子和導(dǎo)電聚合物材料。 該技術(shù)可以擴展到使用光學(xué)相移掩膜來制造小至 100nm尺寸的結(jié)構(gòu)， 這可以將塑料電子器件和電路的速度大幅度提高到MHz范圍內(nèi)，這對 于實際應(yīng)用是至關(guān)重要的。剝離方法提供了使用UV光刻來制造微米尺寸的導(dǎo)電聚合物結(jié)構(gòu)的 無損方法。通過在形成圖案的光抗蝕劑上涂布聚合物膜，然后執(zhí)行剝離， 可以在整個光刻過程中避免對導(dǎo)電聚合物膜的UV曝光。該方法已用于 以高成品率來生成小至lnm的特征。這種CMOS兼容微型制造可以廣 泛應(yīng)用于多種有機膜，并可以提高有機電子器件的速度?？梢姡褂迷?剝離技術(shù)，可以利用聚(3-己基噻吩)作為有源材料來成功的制造有機 薄膜晶體管(OTFT)，并獲得典型的OTFT特性?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述第二可選的光刻技術(shù)("減去"方法)。減去方法提供了一種高產(chǎn)量、高分辨率的無損光刻圖案形成方法， 以使用良好創(chuàng)建的硅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，基于UV光刻來制造有機半導(dǎo)體器件。這里所述的方法用于制造基于聚(3-己基噻吩)(P3HT)的有機薄 膜晶體管(OTFT)，并以高成品率來生成小至2pm的特征。為了在P3HT 膜上旋涂光抗蝕劑并完全去除在經(jīng)過自組裝單層處理后的襯底上的 P3HT殘留，有必要對處理步驟進行多處修改。相比于未將P3HT溝道形 成圖案的OTFT，因為大幅度降低了柵極漏電流，所以形成圖案的器件 的導(dǎo)通/截止比率從大約70到106提高了四個量級的輻度。提取的載流子 遷移率不僅在光刻過程之后實際未改變，而且還是高達0.027cmVVs，這 是對于環(huán)境條件下制造的基于P3HT的OTFT而言最好的報道結(jié)果之一。在OTFT開發(fā)中的必要步驟之一是有源半導(dǎo)體材料的圖案形成。這 是需要的，以降低漏電流、各個器件之間的串?dāng)_、不希望的寄生電容， 并提高急需的工作速度(電流器件大部分工作在KHz頻率左右或以下)。 迄今為止已開發(fā)的最常用的圖案形成技術(shù)包括絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、軟 光刻沖壓、光化學(xué)交聯(lián)和納米壓印。盡管存在這些方法，但是通常不將 迄今為止報道的OTFT中的導(dǎo)電聚合物形成圖案，這大部分是由于缺乏 可用的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和方法。即使噴墨印刷是針對未來有機電子器件的最 有希望選擇之一，但是可達到的特征尺寸受到典型大小在幾十微米左右 的微滴的尺寸的限制。紫外線(UV)光刻是硅電子器件工業(yè)中良好創(chuàng)建的技術(shù)，并已用于 以非常高的成品率和產(chǎn)量來制造 100nm尺寸的結(jié)構(gòu)。希望將該技術(shù)擴 展到塑料電子器件，這是由于在工業(yè)上和大學(xué)實驗室中可獲得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 和創(chuàng)建的光刻過程。即使UV光刻已用于對小分子半導(dǎo)體形成圖案(J.E. Anthony, D. L. Eaton， S. R. Parkin, Org. Lett, 4 (2002) 15)，也報道過諸如 丙酮等一些常用化學(xué)物可能影響載流子遷移率。但是，少有報道是關(guān)于 將UV光刻應(yīng)用于將共軛聚合物形成圖案，例如，廣泛研究的區(qū)域規(guī)則 的聚(3-己基噻吩)(rr-P3HT)。使用上述"剝離"方法，以高成品率制造lpm精細(xì)的P3HT結(jié)構(gòu)。 但是，必須使用不常用溶劑二甲苯而不是氯仿和1,2,4-三氯苯(TCB)等 常用溶劑來制造P3HT溶液，以避免溶劑與光抗蝕劑之間發(fā)生反應(yīng)。正 如所預(yù)期的一樣，由于P3HT中的載流子遷移率對溶劑選擇的依賴性非 常敏感，所以會導(dǎo)致P3HT中相當(dāng)?shù)偷目昭ㄟw移率，大約是5X1(TW/Vso這里所述的減去方法是基于uv光刻的新方法。因為光抗蝕劑是在 有機材料(例如，P3HT膜)完全干燥之后涂布的，所以可以使用任何 合適的溶劑(例如，P3HT)。因此，在制造的OTFT中提取的載流子遷 移率達到了 0.027cmVVs，這對于環(huán)境條件下制造的基于P3HT的OTFT 而言是最好的結(jié)果之一。減去過程的另一重要優(yōu)點是能夠?qū)⒂袡C膜形成 圖案，而無需將襯底暴露給任何化學(xué)物，在采用自組裝單層(SAM)(例 如，六甲基二硅氮垸(HMDS)或正十八烷基三氯硅垸(OTS))來改善 OTFT性能時，這可能是至關(guān)重要的。該方法還提供了限定更好的圖案邊緣，這是因為通過蝕刻(溶解) 而不是通過機械撕裂來去除多余的P3HT區(qū)域，而機械撕裂典型地會造 成邊緣向上彎曲并具有尖銳特征。對于大多數(shù)有機器件而言，粗糙邊緣 無關(guān)緊要，但是對于微米或納米尺寸的結(jié)構(gòu)，這可能成為問題。已以高 成品率生產(chǎn)出了 2)im那樣小的圖案。該減去光刻技術(shù)是結(jié)合底部接觸 P3HTOTFT的制造來描述的，以顯示該技術(shù)無需僅限于制造平面器件。 使用這種減去技術(shù)，相比于未對P3HT溝道形成圖案的OTFT而言，導(dǎo) 通/截止比率和柵極漏電流方面的改進可超過四個量級的輻度。飽和區(qū)中 的遷移率在P3HT形成圖案前后實質(zhì)上未改變，證實了在該過程中未導(dǎo) 致任何明顯的材料質(zhì)量降低。實驗結(jié)果也揭示了在空氣中制造的基于未 形成圖案P3HT的OTFT的較差導(dǎo)通/截止比率主要是由于(垂直)柵極 漏電流而不是P3HT膜內(nèi)(同平面)的偽電流(spurious current)。制造傳統(tǒng)的底部接觸OTFT，以測試形成圖案前后的場效應(yīng)載流子 遷移率，從而識別出光刻期間P3HT的任何劣化。具有熱生長的Si02 (61nm厚，由獨立的電容測量來確定的)的重?fù)诫s硅晶片用作襯底。蒸 發(fā)得到金的源電極和漏電極，50nm厚，然后通過標(biāo)準(zhǔn)光刻和剝離對這些 電極進行限定。在一些襯底中采用自組裝單層OTS，以改善&02與P3HT 之間的界面。通過將襯底浸入5。C的環(huán)己烷的10—3MOTS中1小時，然 后在200°C下烘焙10分鐘以去除水分子并完成OTS聚合，來執(zhí)行OTS 沉積。區(qū)域規(guī)則的P3HT (大于98.5%的頭尾耦合(head-to-tail coupling))是從Aldrich獲得的，并通過肼(hydrazine)還原。以4000rpm向襯底上旋涂對二甲苯或l,2，4-三氯苯(TCB)中1Xwt的P3HT溶液120 秒，在裸SiO2上形成大約20nm厚的膜，并在由于不同表面疏水性而使 用OTS處理過的Si02上形成大約50nm厚的膜。在氮氣流中以100°C 將OTFT退火l小時，以提高P3HT膜的結(jié)晶度，從而也提高載流子遷 移率(例如，見A. Zen， J. Pflaum, S. Hirschmann, W. Zhuang, R Jaiser, U. Asawapirom, J, P, Rabe, U. Scherf禾卩D. Neher， Adv. Funct. Mater. 14 (2004) 757)。因為發(fā)現(xiàn)了高沸點溶劑TCB會帶來更高的載流子遷移率，所以這 里提供根據(jù)基于TCB的P3HT溶液而得到的結(jié)果?；诙妆降腜3HT 溶液得到較低的載流子遷移率，但是在圖案限定方面得到非常相似的結(jié) 果。除了Si02襯底，也可以對云母進行實驗，這些實驗顯示了非常類似 的圖案限定。圖案形成過程主要包括在P3HT膜上旋涂光抗蝕劑，光抗蝕劑顯影， 以及在未覆蓋的區(qū)域中去除P3HT，如圖15中所示。選擇從Shipley購 得的Micr叩osit S1800系列中的光抗蝕劑S1813,這是最常用的光抗蝕劑 之一，并可以通過良好創(chuàng)建的方法來處理。但是，因為光抗蝕劑設(shè)計用 于涂布親水表面，所以不可能將S1813直接旋涂在具有高度疏水表面的 P3HT膜上。因此，將S1813在熱板上的密封瓶中以90。C加熱，然后立 即以4000rmp將其旋涂在P3HT膜上，持續(xù)60秒[圖15 (B)]。升高的 溫度降低了光抗蝕劑溶液的表面張力，這是由可濕性的明顯改進和P3HT 膜表面上的更優(yōu)覆蓋所證明的。得到的光抗蝕劑層厚度是1.5pm，這是 使用Tallstep輪廓曲線儀測量的。比較而言，如果在相同旋涂條件下將 光抗蝕劑旋涂在一般的Si02襯底上，則光抗蝕劑厚度大約是1.3pm，這 反映出表面疏水性的不同。在旋涂光抗蝕劑之后，在40°C下將試樣在熱板上軟烘焙10分鐘。 已發(fā)現(xiàn)高于卯。C的烘焙溫度通常會導(dǎo)致P3HT膜在由S1813覆蓋時出現(xiàn) 裂縫，這可能是由于在剩余P3HT溶劑繼續(xù)從膜上蒸發(fā)掉時不完全干燥 的P3HT膜的熱膨脹的不同和/或可能的松弛。然后，通過掩膜將光抗蝕 劑暴露給UV光[圖15 (C)]，隨后在從Shipley購得的Microposit顯影 劑和去離子水的l: l溶液中將其顯影[圖15 (D)]。在UV曝光期間， 被掩膜覆蓋的區(qū)域中的P3HT不會受到UV光的損壞。雖然己報道過高劑量的UV輻射可能導(dǎo)致P3HT分子的交聯(lián)，并使膜不可溶解(T. K. S. Wong, S. Gao， X. Hu， H. Liu， Y C. Chan, Y. L. Lam， Mat. Sci. Eng. B 55 (1998) 71)，但是已發(fā)現(xiàn)曝光區(qū)域中的P3HT仍然可以 去除，除非已在襯底上執(zhí)行了OTS表面處理。這暗示了典型的曝光(大 約150mJ/cm2)不足以導(dǎo)致嚴(yán)重的交聯(lián)。此外，P3HT膜頂部上的光抗蝕 劑可能己吸收了大部分UV光。然后，在二甲苯中將在顯影期間己去除 光抗蝕劑的區(qū)域中的P3HT膜蝕刻(溶解)5秒閨15 (Ea)]，之后在 丙酮中進行漂洗，這使二甲苯蝕刻停止，并剝離光抗蝕劑[圖15 (F)]。 然后在甲醇中漂洗試樣，并用無水氮吹干，只在襯底上留下形成圖案的 P3HT結(jié)構(gòu)。選擇二甲苯作為蝕刻溶劑是因為其具有高沸點。低蒸發(fā)速率確保了 不會形成較多的P3HT殘留。還調(diào)查了其他高沸點溶劑，gp, TCB和氯 苯，但是它們典型地導(dǎo)致對P3HT膜的嚴(yán)重底切，很可能是由于層之間 的光抗蝕劑膨脹和溶劑擴散，這損害了所提出的方法的分辨率。但是， 可以使用這些高沸點溶劑來準(zhǔn)備P3HT溶液，即使它們在蝕刻過程中是 不適合的。已發(fā)現(xiàn)如果己使用OTS對襯底功能化，則通過二甲苯無法完全去除 P3HT膜。在這種情況下，通過光抗蝕劑顯影之后的快速氧等離子體灰 化來去除多余區(qū)域中的P3HT膜[圖15 (Eb)]。在灰化過程中將室壓保 持在60mTorr，并保持50sccm的氧氣流。在30W的功率上對試樣灰化 30秒。然后用丙酮脫離光抗蝕劑，并在甲醇中漂洗，如圖15 (F)所示。圖16示出了轉(zhuǎn)移到P3HT膜上的柵格形圖案的顯微鏡圖。圖2(B)、 2 (C)和2 (D)中孔(較明亮區(qū)域)的大小分別是10pm、 5nm和2nm。 2pm柵格顯示出點而不是方形，這是由于光刻設(shè)備的限制而不是處理過 程中的問題，因為這在圖16 (A)中的形成圖案的光抗蝕劑S1813中也 可見。形成圖案的P3HT和形成圖案的S1813之間襯度的差別是由于膜 厚度的較大差別P3HT是大約50nm，而光抗蝕劑大約是1.5pm。圖17示出了測試器件之一，包括在云母襯底上制造的10pm寬的霍 爾條結(jié)構(gòu)。通過傳統(tǒng)光刻并且接著剝離來限定圖17 (A)所示的Au歐 姆接觸，并使用上述光刻方法對20nm厚的P3HT有源層形成圖案。圖17 (B)是P3HT條的原子力顯微鏡(AFM)圖像，示出了得到的P3HT 結(jié)構(gòu)具有平滑邊緣。這與通過剝離(添加)光刻方法(如上所述，見 Nondestructive Photolithography of Conducting Polymer Structures, J. Chan, X. Q. Huang禾口 A.M. Song, Journal of Applied Physics, Vol. 99， 023710 (2006))而生成的P3HT結(jié)構(gòu)相反，后者典型地造成邊緣向上彎曲，并 具有尖銳特征，這是由于通過機械撕裂而不是蝕刻(溶解)來去除多余 的P3HT區(qū)域。圖18示出了兩個OTFT的略圖(A， C)和傳輸特性(B， D)，其中 一個沒有P3HT圖案形成，另一個具有P3HT圖案形成。該器件的較大 尺寸使得難以使用光學(xué)顯微鏡來拍攝完整的OTFT照片。從布局中可見， 在形成圖案之后，將OTFT溝道寬度從2.3mm (A)略微減小到2.0mm (C)，以簡化掩膜對準(zhǔn)。在兩個OTFT中，兩個歐姆接觸之間的距離限 定的溝道長度是75pm。因此OTFT比顯微鏡的最大光學(xué)視野大得多， 所以無法拍攝器件的照片。如果未對P3HT膜形成圖案，則器件的導(dǎo)通/ 截止比率只有大約70，如圖18 (B)中的傳輸特性所示。圖19 (A)中 繪制了器件的輸出特性，該特性明顯由柵極漏電流支配。在實驗中，在 負(fù)柵極和源極-漏極電壓的范圍內(nèi)，漏電流是在^A的量級上。這表示圖18 (B)中的低導(dǎo)通/截止比率主要由于柵極漏電流，因為是在襯底上的 整個P3HT膜區(qū)域上集成的，所以這是可以理解的。較大的漏電流也意 味著未形成圖案的OTFT的閾值電壓不一定在-7V左右。圖18 (D)中繪制了形成圖案之后的OTFT傳輸特性。由于P3HT 膜覆蓋的減少(只限于源電極與漏電極之間)，導(dǎo)通/截止比率從70大幅 度提高到大約106。在兩次測試中，漏極電壓均為-25V，以確保OTFT 飽和。虛線是對作為漏極電壓函數(shù)的漏極電流的平方根的線性擬合，用 于提取載流子遷移率。圖19 (A)和(B)分別示出了具有和不具有圖案形成的OTFT的 輸出特性。在圖19 (A)中，對于負(fù)柵極電壓，在0VD上柵極漏電流甚 至可以大于80pA。測量是在室溫下，在環(huán)境條件和黑暗中執(zhí)行的。未 形成圖案的器件顯示出非常強的柵極漏電流，該漏電流比低漏極電壓上 的飽和漏極電流大得多。因此，對P3HT溝道形成圖案的OTFT中柵極漏電流的顯著減小十分明顯，這主要決定了截止電流以及由此決定導(dǎo)通/ 截止比率。以前，在空氣中制造并測量的基于未形成圖案P3HT的OTFT —般 顯示出與圖18(B)所示的類似的較差性能。周圍環(huán)境中的摻雜通常被視 為關(guān)鍵原因。但是，實驗結(jié)果暗示主要原因?qū)嶋H上可能是器件未形成圖 案時的較大柵極漏電流。通過使用適合的光刻來限定P3HT溝道，可以 在環(huán)境條件下制造并測量高性能的OTFT。為了提取空穴遷移率lih，使用標(biāo)準(zhǔn)OTFT輸運理論，并利用如下給 定的漏極電流ID和柵極電壓Vc之間的關(guān)系 1 Pf ，其中VTH是閾值柵極電壓，C'是每單位面積的柵極電介質(zhì)的電容，W和L分別是晶體管溝道的寬度和長度。由漏極電流的平方根對柵極電 壓曲線的線性擬合確定的遷移率在未形成圖案的OTFT(0.025Cm2/VS， 形成圖案的器件(0.027cn^/Vs)中實質(zhì)上是相同的。這顯示出在整個處理 過程器件P3HT膜的電性能未發(fā)生明顯劣化。因此，丙酮和甲醇的使用 看上去并未影響基于TCB和OTS的半導(dǎo)電聚合物P3HT的載流子遷移 率，這不同于所報道的對諸如并五苯等小分子半導(dǎo)體的影響(J. E. Anthony, D. L. Eaton, S. R. Parkin, Org. Lett. 4 (2002) 15)。形成圖案的器 件中遷移率的略微提高很可能由于在空氣中的少量摻雜，得到的附加載 流子可能屏蔽和/或中和了 P3HT膜中的一些電荷阱(X. Jiang, Y. Harima, K. Yamashita， Y. Tada， J. Ohshita， A. K廳i, Chem. Phys. Lett. 364 (2002) 616)。該減去方法提供了基于UV光刻將P3HT薄膜形成圖案的無損方法。 該方法已成功應(yīng)用于P3HT OTFT的圖案形成，并可以用于形成SSD和 晶體管等平面器件。電測量顯示出導(dǎo)通/截止比率從大約70到106提高了 四個量級的輻度。在飽和區(qū)中提取的遷移率實質(zhì)上未改變，大約是 0.027cmVVs，這是在環(huán)境條件下制造的基于P3HT的OTFT中的最高空 穴遷移率之一。柵極漏電流而不是P3HT膜內(nèi)的偽電流導(dǎo)致了未形成圖 案的OTFT的較差性能。一旦使用第二 (光刻)步驟形成了尺寸合適的區(qū)域，則使用納米光 刻(器件制造方法中的第三步驟)來形成最終器件，例如SSD或晶體管 之類的平面器件?，F(xiàn)在將描述所用的納米光刻步驟。將試樣轉(zhuǎn)移至原子力顯微鏡(AFM)。在實驗中使用VEECO CP-R ResearchAFM。在使用輕敲模式的成像和納米印壓(即，溝槽形成)中 均采用Si3N4尖端。該尖端具有大約20nm的半徑，大約30度的角度和 典型的14N/m的力常數(shù)。也可以使用不同類型的尖端，例如半徑小于5nm 的超尖STING探針，但是發(fā)現(xiàn)形成的溝槽寬度沒有明顯差別。典型的尖 端位移(尖端推動/移動進入有機半導(dǎo)體膜/層中的標(biāo)稱距離)在O.lpm 到0.5inm之間。尖端的切割速度通常在1至lj 100pm/s之間。溝槽一般顯 示出具有平坦底部。推測是由于膜中的應(yīng)變，所以得到的溝槽通常比 AFM尖端直徑寬得多。初始時，在形成溝槽之前，拍攝非接觸模式下溝道的快照。接著， 使用為設(shè)備提供的標(biāo)準(zhǔn)納米光刻軟件和用戶預(yù)先限定的形狀，生成SSD 或平面晶體管的陣列，即，AFM尖端切割半導(dǎo)體，形成對溝道進行限定 的絕緣溝槽和器件的不同區(qū)域。將器件轉(zhuǎn)移至測試臺，并對其進行電子 特征化，例如，記錄I (V)和響應(yīng)。圖20A示出了使用上述方法生成的納米晶體管的電流-電壓(傳輸) 特性曲線圖，圖12B示出了納米晶體管的AFM圖像。納米晶體管是使 用二甲苯中的PH3T溶液在云母絕緣襯底上形成的。晶體管具有l(wèi)pm的 溝道長度，250nm的溝道寬度。溝槽大約寬250nm。較大的柵極電壓范圍是由于使用了重?fù)诫sP3HT。使用摻雜較少的 材料和/或較窄的溝槽可以允許更低的柵極電壓范圍。有機平面納米晶體 管的傳輸特性曲線圖示出了良好的導(dǎo)通/截止比率，大約是1000，從而示 出了晶體管可以工作在增強模式(負(fù)柵極電壓，電流增大)和耗盡模式 下。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，包括用于支持遷移電荷載流子的襯底，形成在襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯底區(qū)域之間的電勢差，其中在所述襯底內(nèi)三個維度中的每一維度上，所述遷移電荷載流子均處于至少兩種模式。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中包含所述遷移電荷載流子的襯 底層具有比所述電荷載流子波長更大的厚度。
3. —種電子器件，包括用于支持遷移電荷載流子的襯底，形成在 襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一和第二襯底區(qū) 域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限定的伸長溝道連接，所 述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路 徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯底區(qū)域之間 的電勢差，其中所述襯底包括有機材料。
4. 一種電子器件，包括用于支持遷移電荷載流子的襯底，形成在 襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一和第二襯底區(qū) 域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限定的伸長溝道連接，所 述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路 徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯底區(qū)域之間 的電勢差，其中所述遷移電荷載流子具有0.01cmVVs到100cmVVs范圍內(nèi)的遷移率。
5. 如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述遷移電荷載流子具有至少 為0.1cmVVs的遷移率。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的器件，其中所述伸長溝道具有預(yù)定寬 度，從而當(dāng)在所述第一和第二襯底區(qū)域之間施加電壓差以使所述遷移電荷載流子流經(jīng)所述伸長溝道時，第二襯底區(qū)域中存在的電壓經(jīng)由所述絕 緣特征影響到所述伸長溝道內(nèi)存在的耗盡區(qū)的大小，由此所述溝道的導(dǎo) 電率特性取決于所述電壓差。
7. 如權(quán)利要求4到6之一所述的器件，其中所述器件包括用于對 例如0.5MHz到1GHz之間的RF信號進行整流的二極管。
8. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述遷移電荷載流子是 電子。
9. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述遷移電荷載流子是 空穴。
10. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述襯底的厚度大于 20nm。
11. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述器件用作二極管。
12. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述絕緣特征還限定與 所述伸長溝道相鄰的第三襯底區(qū)域，用于施加電壓以控制所述溝道的導(dǎo) 電率。
13. 如權(quán)利要求12所述的器件，其中在所述溝道的與第三襯底區(qū) 域相反的一側(cè)上，所述絕緣特征還限定與所述伸長溝道相鄰的第四襯底 區(qū)域，用于施加電壓以控制所述溝道的導(dǎo)電率。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的器件，其中所述器件用作晶體管。
15. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述器件是平面器件， 并且所述襯底設(shè)置在單個層內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求15所述的器件，其中所述單個層不夾在疊層結(jié)構(gòu) 內(nèi)由其他材料形成的兩個附加層之間。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的器件，其中所述單個層限定所述器 件的外表面。
18. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述襯底形成為薄膜， 并設(shè)置在絕緣襯底上。
19. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述襯底包括以下至少 一種半導(dǎo)電聚合物；聚(3-己基)噻吩(P3HT);有機小分子；并五 苯；溶液處理的半導(dǎo)體納米顆粒/量子點材料；并且所述絕緣襯底包括柔性紙、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN) 材料中的至少一種。
20. 如前述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述器件還包括位于每 一個所述區(qū)域上的相應(yīng)電端子，用于向所述區(qū)域施加電壓。
21. —種電子電路，包括上述權(quán)利要求之一所述的至少一個電子器件。
22. 如權(quán)利要求21所述的電子電路，包括在所述第一和第二襯底 區(qū)域之間并聯(lián)設(shè)置以提供所需阻抗的多個所述電子器件。
23. 如權(quán)利要求21或22所述的電子電路，包括RFID標(biāo)簽。
24. —種用于制造如權(quán)利要求1到20之一所述的器件的方法，包括提供用于支持遷移電荷載流子的襯底；在所述襯底表面上形成絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一 和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限定的伸長 溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載 流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯 底區(qū)域之間的電勢差，由此形成如權(quán)利要求1到20中至少一個所述的器 件。
25. —種將有機膜形成圖案的方法，包括(a) 提供襯底并在襯底上形成光抗蝕劑材料層；(b) 通過光刻過程在光抗蝕劑材料中形成所需圖案；(c) 在形成圖案的光抗蝕劑材料上形成有機材料層；(d) 執(zhí)行剝離過程，以選擇性地去除有機材料，使有機材料與光 抗蝕劑材料的圖案形成一致。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中所得到的形成圖案的有機材 料形成如權(quán)利要求1到20之一所述的器件。
27. 如權(quán)利要求25或26所述的方法，其中所述有機材料包括諸如 P3HT的聚合物材料或諸如并五苯的小分子材料。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中使用不與光抗蝕劑材料發(fā)生 反應(yīng)的溶劑來涂敷P3HT，優(yōu)選是二甲苯。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中用于執(zhí)行剝離過程的溶劑具 有足夠弱的作用，以避免使整個有機材料層剝離，優(yōu)選是稀釋的丙酮。
30. 如權(quán)利要求25到29之一所述的方法，其中所述襯底是硅，所 述硅上具有二氧化硅層。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述襯底具有源極和漏極接 觸，所述形成圖案的有機材料形成源極和漏極接觸之間的導(dǎo)電溝道。
32. 如權(quán)利要求25到31之一所述的方法，其中在剝離之后保持形 成圖案的有機材料的整體性，從而不影響所述材料的電性能。
33. —種將有機膜形成圖案的方法，包括(a) 提供襯底并在襯底上形成有機材料層；(b) 允許所述有機材料完全干燥；(C)在所述有機材料上形成光抗蝕劑材料層；(d) 通過光刻過程在光抗蝕劑材料中形成所需圖案；(e) 通過蝕刻，選擇性地去除所述有機材料，以使剩余的有機材料 與光抗蝕劑材料的圖案形成一致。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中所得到的形成圖案的有機材 料形成如權(quán)利要求1到20之一所述的器件。
35. 如權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述有機材料是P3HT。
全文摘要
一種電子器件，包括用于支持遷移電荷載流子的襯底，形成在襯底表面上的絕緣特征，以限定所述絕緣特征兩側(cè)的第一和第二襯底區(qū)域，第一和第二襯底區(qū)域通過由所述絕緣特征限定的伸長溝道連接，所述溝道在所述襯底中提供從第一區(qū)域到第二區(qū)域的電荷載流子流動路徑，第一和第二襯底區(qū)域之間的導(dǎo)電率取決于第一和第二襯底區(qū)域之間的電勢差。在所述襯底內(nèi)三個維度中的每一維度上，遷移電荷載流子均可以處于至少兩種模式。襯底可以是有機材料。遷移電荷載流子可以具有0.01cm²/Vs到100cm²/Vs范圍內(nèi)的遷移率，并且電子器件可以是RF器件。還描述了用于形成此類器件的方法。
文檔編號H01L51/05GK101283461SQ200680025067
公開日2008年10月8日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者桑艾曼 申請人:納米電子印刷有限公司