(57)【要約】本発明は、有機電子デバイス用の、特に有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ）及び／又は有機キャパシタ用の絶縁体に関する。この絶縁体材料は、例えば１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの広い範囲内で周波数が変化する場合でも、ほぼ一定の比誘電率を有することを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体層の誘電率は１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数領域においてほぼ一定である、有機電子デバイス用の、特に有機電界効果型トランジスタ及び／又は少なくとも部分的に有機材料をベースとするキャパシタ用の絶縁体。
【請求項２】
ベースポリマーとしてポリイソブチレン又は未架橋のＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン−モノマー）を有する、請求項１記載の絶縁体。
【請求項３】
ベースポリマーとして、一般式
(−ＣＨ２Ｃｌ２−)ｘ−(−ＣＨ２ＣＨ(ＣＮ)−)ｙ−(ＣＨ２Ｃ(ＣＨ３)(ＣＯ２ＣＨ３)−)ｚ
［式中、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ相互に無関係で、０及び１の値を表すことができる］で示される市販のＰＶＤＣ−ＰＡＮ−ＰＭＭＡ−コポリマーを有する、請求項１記載の絶縁体。
【請求項４】
一般式
［Ａｘ／Ｂ１−ｘ］
のベースポリマーを有し、その際に、Ａは例えばポリヒドロキシスチレンであり、Ｂはポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）、ポリビニルアルコール、及び／又はポリ−α−メチルスチレンである、請求項１記載の絶縁体。
【請求項５】
ベースポリマーがポリヒドロキシスチレン５０％／ポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）５０％からなる混合物である、請求項４記載の絶縁体。
【請求項６】
ベースポリマーとして、一般式
［Ａｘ／Ｂｙ］
［式中、Ａはポリ（ビニルトルエン−コ−アルファメチルスチレン）であり、Ｂはポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）であり、その際、ｘ及びｙの値は同じ又は異なり、０．５〜１の値を有する］の２種のポリマーの混合物を有する、請求項１記載の絶縁体。
【請求項７】
ｘ及びｙの値が同じである、請求項６記載の絶縁体。
【請求項８】
極性溶剤、例えばジオキサン又は少なくとも２種の溶剤からなる極性混合物中に溶かしたベースポリマーが存在する、請求項３から７までのいずれか１項記載の絶縁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電子デバイス用の、特に有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ）及び／又は有機キャパシタ用の絶縁体に関する。
【０００２】
C. J. Dury et al.著, Appl. Phys. Lett. 73 1998, p. 108から、ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）をＯＦＥＴ中の絶縁体として使用することは公知である。この材料の主要な欠点は、この絶縁体を経済的に構造化できる方法が公知でないことである。この材料の他の問題は可動イオンであり、この可動イオンは極端に遅いスイッチング挙動を生じさせる。更に、このＰＨＳは比較的高価である。
【０００３】
比較的新しい刊行物中では、市販されているフォトレジスト（SC100, Olin Hunt）を絶縁体として使用している（G. H. Gelinck et al.著, Appl. Phys. Lett. 77,2000, p. 1487）。この方法の根本的な欠点は、フォトレジストの構造化によりその下にある層が著しく攻撃されるか又は破壊されてしまうことである。従って、既に存在している半導体層、例えばポリアルキルチオフェン上にこの絶縁体を使用することは実際には不可能である。しかしながら、ＯＦＥＴの製造のためには、絶縁体層をソース及び／又はドレイン電極が埋め込まれている半導体層上に設置する。既に存在する半導体層の損傷は製造プロセスにおいて許容できない。
【０００４】
絶縁体材料としてポリイミドも提案されている（J. A. Rogers et al.著, IEEE Electron Devices Letters, Vol 21, No 3, 2000, p. 100）。この材料を使用する場合でも、既に製造されたＯＦＥＴの層を損傷するおそれがある、それというのもこの材料は極端に高温（約４００℃）でしか加工できないためである。有機半導体もしくは導電体は、一般に明らかに低温（＜＜２００℃）でしか損傷なしに処理できないため、ポリイミドは完全に有機のＯＦＥＴにおいて使用できない。
【０００５】
公知の材料の加工特性とは無関係に、今までに、入射された周波数の変化の際に誘電率が原則として一定である絶縁体を見出すことを達成していない。むしろ、これら全ての材料は、全ての範囲に関する誘電率の周波数依存性の変化を示す。
【０００６】
従って、本発明の課題は、先行技術の欠点を克服する、少なくとも部分的に有機材料から構成された電界効果型トランジスタ用の絶縁体を提供することであった。
【０００７】
本発明の対象は、有機電子デバイス用の、特に有機電界効果型トランジスタ及び／又は少なくとも部分的に有機材料をベースとするキャパシタ用の絶縁体であり、その際、この絶縁体層の誘電率は１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数領域においてほぼ一定である。
【０００８】
実施態様によると、この絶縁体は、ベースポリマー（主成分）としてポリイソブチレン又は未架橋のＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン−モノマー）を有し、これは無極性炭化水素（ヘキサン、ヘプタン）中でだけ可溶性である。この材料を用いて達成可能な均質な層厚は、約２μｍ〜２５０ｎｍであり、その際、この層はなお十分に高い絶縁特性を有する。この材料の更に重要なり点は、貫通接続部を可能にするために、極めて簡単に構造化できることにある（例えばリソグラフィーを用いて）。
【０００９】
他の実施態様によると、この絶縁体材料は一般式
(−ＣＨ２Ｃｌ２−)ｘ−(−ＣＨ２ＣＨ(ＣＮ)−)ｙ−(ＣＨ２Ｃ(ＣＨ３)(ＣＯ２ＣＨ３)−)ｚ
［式中、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ相互に無関係で、０及び１の値を表し、有利に実施例中に記載された値を表すことができる］で示される市販のＰＶＤＣ−ＰＡＮ−ＰＭＭＡ−コポリマーを有する。
【００１０】
このＰＶＤＣ−ＰＡＮ−ＰＭＭＡ−コポリマーは有利に架橋剤成分のＨＭＭＭ（ヘキサメトキシメタルメラミン）及び／又はCymelと一緒に使用され、この割合は広範囲に変えることができる（ジオキサン中に溶かして）。この材料は同様に極めて容易に構造化することができ、その際にこの材料は未架橋の状態である。極めて低い温度（約７０℃）により、この材料は架橋され、次いで、ＯＦＥＴを製造しかつ集積された回路を構築するために必要な以後の全ての工程に対して耐性となる。
【００１１】
実施態様によると、絶縁体混合物は一般式
［Ａｘ／Ｂ１−ｘ］
のベースポリマーを有し、その際に、Ａは例えばポリヒドロキシスチレンであり、Ｂはポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）、例えばポリビニルトルエン、ポリ−アルファ−メチルスチレンである。
【００１２】
この場合、極性溶剤、例えばジオキサン中に溶かした混合物、例えば［ポリヒドロキシスチレン５０％／ポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）５０％］が特に有利である。この材料の大きな利点は、Ｐ３ＡＴ上に極めて欠陥のない層を設置できることである。
【００１３】
最後に、他の実施態様によると、一般式
［Ａｘ／Ｂｙ］
の２種のコポリマーの混合物を有する絶縁体を使用し、その際、特にポリ（ビニルトルエン−コ−アルファメチルスチレン）／ポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）の混合物が適している。添字のｘ及びｙは、この場合同じ又は異なることができ、０．５〜１の値をとることができる。特に有利にｘ及びｙは同じである。この混合物はまた極性溶剤、特にジオキサン中に溶解されている。
【００１４】
前記の材料は、意外にも、特にＯＦＥＴ中での絶縁体層として使用することができる特性プロフィールを満たす。
【００１５】
これは特別である、それというのも前記の材料からなるか又は前記の材料の複数の混合物からなる絶縁体層は、次のプロセス技術的、電気的及び機械的要求を満たしかつ同時に極めて廉価な材料系であるためである：
ａ）  プロセス技術的要求：
−  この絶縁体層は慣用の有機溶剤、例えばジオキサン、ブタノール、他のアルコールなど中での良好な溶解性を示す。
【００１６】
−  絶縁体層をＯＦＥＴの既に存在する層（例えば、半導体層）上に設置することで、この層を攻撃、分解によっても、その特性の変化によっても損傷することはない。
【００１７】
−  この絶縁体層は設置後に構造化可能である。この構造化は同様に存在する層に不利な影響を与えない。この構造化能は、複数のＯＦＥＴからなる集積回路の製造のために必要不可欠である、それというのもこの構造化によって初めて一方のＯＦＥＴのゲート電極と、他方のＯＦＥＴのソース電極もしくはドレイン電極との間の接続が可能となるためである。
【００１８】
−  この構造化の後にこの絶縁体層は、ＯＦＥＴの後続する層を設置及び構造化するため（例えばゲート電極）に必要なプロセス工程に対して化学的にも、熱的にも安定となる。
【００１９】
ｂ）  電気的要求：
−  絶縁体層の比誘電率は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数領域においてほぼ一定である。「ほぼ一定」とは、この場合に比誘電率の変動が５０％より小さい場合の比誘電率を表す。
【００２０】
−  絶縁体層の比誘電率は、有利に前記の系の場合に少なくとも約２の値であるのが有利である。従って、定電圧で駆動するＯＦＥＴが実現される。
【００２１】
−  絶縁体層を通過するリーク電流は、極めて薄い層の場合であっても、ソース−ドレイン−電流と比較して極めてわずかであり、つまり、このリーク電流は有利に１ｎＡより低い（ＯＦＥＴ−寸法形状に依存する）。
【００２２】
−  この絶縁体層の電気的絶縁耐力は高く、有利に少なくとも５・１０５Ｖ／ｃｍの値を示す。
【００２３】
この絶縁体材料は、有利に可動の不純物（例えばイオン）を含有すべきでない。
【００２４】
−  ＯＦＥＴの閾値電圧は、有利にこの絶縁体系によって変更されない。
【００２５】
−  機械的要求：
−  この絶縁体層は、境界部で湾曲、伸張又は圧縮のような機械的負荷に対して耐性である。
【００２６】
−  スピンコーティング、ブレード塗布、印刷又は吹き付け塗布による絶縁体の設置は、平行平面で、平坦で、均一でかつ欠陥のない層が生じるように行われる。
【００２７】
仕上がったＯＦＥＴの製造のために、絶縁体層上に、フォトレジスト又は金属からなる構造化可能な層を設置する。この構造化の後に、絶縁体層を適当な溶剤で限定的に除去し、従って同様に構造化される。この絶縁体層はこのように常に１００℃を下回る温度で構造化されるため、この処理は既に存在する機能層（例えば半導体）に不利な影響を与えない。
【００２８】
この材料系の優れた電気的特性、例えば高い誘電率、高い破壊電圧及び低いリーク電流は、更に、比較的薄い絶縁体層の作成も可能にし、これは必要なゲート電流を有利に１０Ｖを下回る値にまで劇的に低減させる。
【００２９】
「有機材料」又は「有機機能性ポリマー」の概念は、有機の、有機金属の及び／又は有機−無機のプラスチック（ハイブリッド）特に英語で例えば「plastics」と言われる全ての種類のものが含まれる。これは典型的なダイオードを形成する半導体（ゲルマニウム、シリコン）及び典型的な金属導体を除く全ての種類の物質である。従って有機材料を炭素含有材料として教義上の意味で限定することは想定しておらず、むしろ例えばシリコーンの広範囲な使用をも念頭に置いている。更に、この用語は分子量に関して、特にポリマー及びオリゴマーの材料に関しての制限はなく、「小分子（small molecules）」の使用も可能である。機能性ポリマーにおける「ポリマー」の用語部分は、歴史的に由来するものであり、この点では実際の高分子量の化合物の存在に関する意味を有していない。
【００３０】
次に本発明を、本発明の実施態様を記載するいくつかの実施例を用いて説明する。
【００３１】
実施例１：絶縁体としてのポリイソブチレン（ＰＩＢ）の使用
−  ＰＩＢ（Aldrich）０．４ｇをヘキサン９．６ｇ中に室温で溶かす；
−  この溶液を０．４５μｍのＰＴＦＥ−注射器型フィルタにより濾過する；
−  この溶液を次ぎにスピンコーティング（４０００ｒｐｍ；２０ｓｅｃ）により、ソース／ドレイン−電極及び半導体を備えた基板上にコーティングし（トップ−ゲート構造）、極めて均一な、約２６０ｎｍの厚さの層が得られる
−  この試料を約３０分間室温で真空ポンプによる真空中で乾燥させる
−  引き続き、フォトレジストの厚い層を絶縁体上に設置し、露光し、通常の条件下で現像する；
−  試料をヘキサン浴中に浸漬し、フォトレジストから露出した箇所に関して絶縁体を除去する
−  残りのフォトレジストを適当な溶剤により除去する。
【００３２】
実施例２：絶縁体としてのＰＶＤＣ−ＰＡＮ−ＰＭＭＡ（ｘ＝０．８９、ｙ＝０．０３、ｚ  ０．０８）の使用
−  ＰＶＤＣ−ｃｏ−ＰＡＮ−ｃｏ−ＰＭＭＡ（Aldrich）０．４ｇをジオキサン９ｇ中に４０から５０℃で溶かす
−  次いで、Cymel 327（Cytec Industries Inc.）０．５ｇ及びショウノウスルホン酸０．１ｇを添加し、なお数秒間振盪させる；
−  この溶液を０．４５μｍのＰＴＦＥ−フィルタにより濾過する；
−  この溶液をスピンコーティング（８０００ｒｐｍ；２０ｓｅｃ）により、ソース／ドレイン−電極及び半導体を備えた基板上にコーティングし（トップ−ゲート構造）、極めて均一な、約４００ｎｍの厚さの層が得られる；
−  この試料を約３０分間室温で真空ポンプによる真空中で乾燥させる；
−  この層に次ぎに薄い金層を蒸着し、この金層を再びフォトリソグラフィーにより構造化する（フォトレジスト、次ぎにＫＪ／Ｊ２−溶液でエッチング）
−  この設置された金属マスクは、露出した絶縁体面をトルエンに浸した布で除去することにより絶縁層の構造化を可能にする
−  次いで、残留する金の除去をＫＪ／Ｊ２−溶液で行う
−  最後の工程は、絶縁体の架橋である（９０℃で１０分）。
【００３３】
実施例３：絶縁体として［ポリヒドロキシスチレン５０％／ポリ（スチレン−コ−アリルアルコール）５０％］の使用このポリマー混合物を引き続きジオキサンで溶かし、０．２μｍのフィルタで濾過する。引き続き、この絶縁層を約１００℃で３０分間ホットプレート上で「焼き上げ（ausbacken）」る。この構造化は実施例２と同様に「金属マスク」を用いて行う。
【００３４】
本発明による絶縁体材料は、主に周波数依存性の比誘電率の変化を示さない。この現象について、一方で存在する異方性分子の整列が要因であるか又は可動イオンのような可動電荷キャリアが存在しないことが要因である。いずれにせよ、ほぼ１００ｋＨｚの周波数領域にわたり、著しい、つまり約５０％を上回る、誘電率の変化は確認されない。
【国際公開パンフレット】
2005507180.tif 000002
2005507180.tif 000003
2005507180.tif 000004
2005507180.tif 000005
2005507180.tif 000006
2005507180.tif 000007
2005507180.tif 000008
2005507180.tif 000009
2005507180.tif 000010
2005507180.tif 000011
2005507180.tif 000012
2005507180.tif 000013
【国際調査報告】
2005507180.tif 000014
2005507180.tif 000015
2005507180.tif 000016
2005507180.tif 000017
2005507180.tif 000018
2005507180.tif 000019
2005507180.tif 000020
2005507180.tif 000021