用于檢測(cè)在結(jié)構(gòu)元件試樣中材料的特性的檢驗(yàn)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)包含在結(jié)構(gòu)元件試樣中的至少一個(gè)材料的特性的檢驗(yàn)裝置，尤其是用于在結(jié)構(gòu)元件試樣上進(jìn)行至少一種電測(cè)量的基礎(chǔ)上檢測(cè)電子結(jié)構(gòu)元件的，如例如有機(jī)的發(fā)光二極管的材料的特性的檢驗(yàn)裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種用于檢測(cè)包含在結(jié)構(gòu)元件試樣中的材料的特性的方法，尤其是用于檢測(cè)電子結(jié)構(gòu)元件的材料的特性的檢驗(yàn)方法，其中，該方法包含在結(jié)構(gòu)元件試樣上進(jìn)行至少一種電測(cè)量。本發(fā)明尤其是在對(duì)電子結(jié)構(gòu)元件的，尤其是光電結(jié)構(gòu)元件的材料進(jìn)行表征的情況下得以應(yīng)用。本發(fā)明尤其適用于對(duì)有機(jī)材料、無(wú)機(jī)材料或具有有機(jī)和無(wú)機(jī)的組成部分的混合的材料進(jìn)行表征。
【背景技術(shù)】
[0002]在有機(jī)材料的基礎(chǔ)上制造電子結(jié)構(gòu)元件(有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件)是普遍公知的。有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件具有如下電特性，即，由于電的載流子的發(fā)生和運(yùn)動(dòng)的不同而明顯與無(wú)機(jī)的半導(dǎo)體有區(qū)別。迄今，有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件的特征尤其在于具有較小的電導(dǎo)率和較小的載流子迀移率，從而有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件僅有限地適用于無(wú)機(jī)的半導(dǎo)體的傳統(tǒng)應(yīng)用，例如在計(jì)算機(jī)技術(shù)或開(kāi)關(guān)電子器件中。然而仍存在有對(duì)有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件的強(qiáng)烈興趣，這是因?yàn)檫@些有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件能相對(duì)簡(jiǎn)單地制成，并且由于大多值得關(guān)注的有機(jī)材料與光的交互作用擁有許多的光電應(yīng)用。如下例如是普遍公知的，即，有機(jī)的發(fā)光二極管也或者光伏的結(jié)構(gòu)元件(太陽(yáng)能電池)都由有機(jī)材料制成。
[0003]由于有機(jī)分子的復(fù)雜性和有機(jī)材料的電特性對(duì)有機(jī)材料在有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件中的具體的特性的敏感的依賴性而存在有如下益處，即，盡可能準(zhǔn)確地表征出有機(jī)材料的特性，如例如載流子迀移率或起電作用的陷講態(tài)(Fallenzustand)(雜質(zhì)或所謂的“Traps”)。此夕卜，為了對(duì)用于例如制造有機(jī)的發(fā)光二極管(OLED’s)的有機(jī)材料進(jìn)行表征例如所公知的是，例如如下地檢測(cè)材料的特性。在有機(jī)材料的試樣上例如以層形式的方式執(zhí)行電測(cè)量，例如測(cè)量電流-電壓特征曲線(1-U特征曲線)。緊接著，將如下的基于模型的且數(shù)字化的模擬函數(shù)匹配于電測(cè)量的結(jié)果，這些模擬函數(shù)包含作為參數(shù)的試樣的值得關(guān)注的材料特性，例如載流子迀移率。然后，從被匹配的模擬函數(shù)中直接查明材料特性。
[0004]在實(shí)踐中所使用的如下的技術(shù)例如被稱作“SimOLED FITTING”(制造商:sim4teGmbH公司，德國(guó))可供商業(yè)使用，在該技術(shù)中，如所述的那樣的有機(jī)材料的特性從電測(cè)量和將模擬函數(shù)匹配于電測(cè)量的結(jié)果中來(lái)檢測(cè)。在該常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用中如下已經(jīng)被證明是不利的，即，有機(jī)的試樣的所期望的特性經(jīng)常只有當(dāng)電測(cè)量由有經(jīng)驗(yàn)的操作者來(lái)執(zhí)行和評(píng)估時(shí)，才能夠以足夠的可重復(fù)性來(lái)查明。常規(guī)技術(shù)雖然提供了在設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)構(gòu)元件時(shí)的輔助器件，但是其中，輔助器件的應(yīng)用卻附加地要求在對(duì)電測(cè)量進(jìn)行執(zhí)行和評(píng)估時(shí)的經(jīng)驗(yàn)。
[0005]在對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行表征的情況下，尤其是在固體材料中的能量級(jí)的位置，例如最高占據(jù)分子軌道(highest occupied molecular orbital，HOMO)和/或最低占據(jù)分子軌道(lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)是值得關(guān)注的。迄今，物理的或化學(xué)的方法僅對(duì)于HOMO測(cè)量來(lái)說(shuō)能供使用，執(zhí)行這些方法是復(fù)雜的并且需要昂貴的儀器。因此，作為對(duì)有機(jī)材料的固態(tài)的層的HOMO測(cè)量的物理的方法標(biāo)準(zhǔn)化地使用了 UPS測(cè)量(Ultrav1let Photon Spectroscopy) ο由于試樣的必要的制備和在真空中的測(cè)量，該措施是煩瑣且非常昂貴的。作為HOMO測(cè)量和LUMO測(cè)量的化學(xué)的方法使用了循環(huán)伏安法。但是，該方法擁有一系列缺點(diǎn)。有機(jī)分子在溶液中并不作為固態(tài)的層被測(cè)量，其中，存在有測(cè)量結(jié)果對(duì)參考電極和溶劑的質(zhì)量敏感的依賴性。通常，該方法也是復(fù)雜且昂貴的。
[0006]迄今，污物濃度仍利用化學(xué)的方法來(lái)測(cè)量，以便查明污物對(duì)電特性的影響，但是，化學(xué)的方法卻擁有受限制的精度，并且尤其擁有不足的分辨率。利用化學(xué)的方法，所有污物并不依賴于這些污物是否電相關(guān)或不相關(guān)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
[0007]所提到的問(wèn)題不僅出現(xiàn)在利用提到的方法對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行表征的情況下，而且還出現(xiàn)在對(duì)有機(jī)材料，例如金屬或氧化物或混合的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料利用匹配于這些有機(jī)材料的檢驗(yàn)方法進(jìn)行表征的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于改進(jìn)了的檢測(cè)尤其用以在電結(jié)構(gòu)元件中使用的材料的特性的檢驗(yàn)裝置，利用該檢驗(yàn)裝置克服常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)。該檢驗(yàn)裝置應(yīng)尤其能夠使如下得以實(shí)現(xiàn)，即，以提升了的可靠性和/或可復(fù)制性來(lái)檢測(cè)材料特性，并且/或者適合于擴(kuò)大了的應(yīng)用。此外本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種改進(jìn)了的用于檢測(cè)材料特性的檢驗(yàn)方法，利用該檢驗(yàn)方法避免常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)，并且該檢驗(yàn)方法尤其能以提升了的可靠性和/或可復(fù)制性來(lái)實(shí)施，并且/或者適合于擴(kuò)大了的應(yīng)用。本發(fā)明應(yīng)尤其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料特性的檢測(cè)的自動(dòng)化。
[0009]這些任務(wù)通過(guò)分別具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的檢驗(yàn)裝置和檢驗(yàn)方法來(lái)解決。本發(fā)明的有利的實(shí)施方式和應(yīng)用方案由從屬權(quán)利要求得出。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)通常的觀點(diǎn)提供了如下檢驗(yàn)裝置，該檢驗(yàn)裝置被配置用于檢測(cè)包含在結(jié)構(gòu)元件試樣中的材料的特性，并且該檢驗(yàn)裝置包括測(cè)量設(shè)備、模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備和輸出設(shè)備。測(cè)量設(shè)備被設(shè)計(jì)用于在結(jié)構(gòu)元件試樣上進(jìn)行電測(cè)量并且包括至少兩個(gè)電接口，經(jīng)由電接口在結(jié)構(gòu)元件試樣上能檢測(cè)電測(cè)量值，如例如電壓和/或電流和/或由它們推導(dǎo)出的變量。模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備被配置用于將如下模擬函數(shù)匹配于測(cè)量設(shè)備的電測(cè)量值，這些模擬函數(shù)包含作為變化的參數(shù)的所尋求的特性中的至少一個(gè)。模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備例如包括在其上運(yùn)行模擬程序的計(jì)算機(jī)電路或基于硬件地被設(shè)計(jì)用于對(duì)模擬函數(shù)進(jìn)行匹配的模擬電路。輸出設(shè)備是模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備的一部分或與模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備連接，并且適合于將有機(jī)材料的所尋求的特性從被匹配的模擬函數(shù)，尤其是被匹配的模擬函數(shù)的相關(guān)的參數(shù)中輸出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，檢驗(yàn)裝置包括如下控制設(shè)備，該控制設(shè)備匹配用于控制測(cè)量設(shè)備和/或模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備。控制設(shè)備匹配用于存儲(chǔ)材料特定的控制函數(shù)。依賴于控制函數(shù)地，測(cè)量設(shè)備被調(diào)整到經(jīng)確定的測(cè)量程序上，并且/或者被調(diào)整用于利用經(jīng)確定的測(cè)量條件執(zhí)行至少一種電測(cè)量。備選地或附加地，模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備依賴于控制函數(shù)地被調(diào)整用于經(jīng)確定的模擬函數(shù)的應(yīng)用。至少一種電測(cè)量例如包括電流-電壓測(cè)量和/或阻抗光譜測(cè)量(阻抗和尤其是電容量對(duì)比頻率的測(cè)量)和/或CV光譜測(cè)量(電容量對(duì)比電壓的測(cè)量)。對(duì)測(cè)量設(shè)備和/或模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備的控制依賴于結(jié)構(gòu)元件試樣的預(yù)先已知的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，預(yù)先已知的特性例如包括試樣的試樣結(jié)構(gòu)的預(yù)先已知的特性(例如層的數(shù)量、橫向的層伸展長(zhǎng)度和/或?qū)雍穸?、物理化學(xué)特性(例如化學(xué)組成、物理功能)和/或幾何特性(試樣性質(zhì)、接觸部的方位和類似特性)。
[0012]控制函數(shù)包含如下規(guī)定，即，哪種結(jié)構(gòu)元件試樣以哪種測(cè)量程序并且/或者在哪種條件下被測(cè)量。發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)，通過(guò)利用控制函數(shù)來(lái)控制測(cè)量設(shè)備和/或模擬與評(píng)價(jià)設(shè)備，也就是說(shuō)，尤其通過(guò)預(yù)先給定測(cè)量程序和/或測(cè)量條件能夠最小化或克服常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)。在常規(guī)測(cè)量期間會(huì)強(qiáng)烈地依賴于使用者的經(jīng)驗(yàn)和技巧，進(jìn)而必要時(shí)僅提供受限制地可比較的且可重復(fù)的結(jié)果，并且在應(yīng)用常規(guī)測(cè)量中經(jīng)常局限于實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，而本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用于有機(jī)的光電結(jié)構(gòu)元件的有機(jī)材料的特性的表征進(jìn)行自動(dòng)化。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于在自動(dòng)工作的設(shè)施的范圍中，尤其是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上檢測(cè)有機(jī)的、無(wú)機(jī)的或混合材料的特性的本身已公知的方法的新型應(yīng)用。本發(fā)明有利地能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。相比常規(guī)技術(shù)得到了在一個(gè)過(guò)程之內(nèi)獲得多個(gè)參數(shù)的同時(shí)性的可能性的情況下的明顯更低的成本。
[0013]本發(fā)明的另一重要的優(yōu)點(diǎn)是，檢驗(yàn)裝置適合于檢測(cè)多個(gè)不同的材料特性?？朔顺Ｒ?guī)技術(shù)對(duì)已確定的各個(gè)材料特性的測(cè)量的受限制的專業(yè)化。例如，根據(jù)本發(fā)明可以檢測(cè)在有機(jī)材料中的能量級(jí)，尤其最高占據(jù)分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO)和/或最低占據(jù)分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)和在HOMO與LUMO之間的能量差、在有機(jī)材料中的載流子的迀移率、起電作用的陷阱態(tài)的濃度，尤其是起電子作用的污物、雜質(zhì)和/或缺陷的濃度、和/或摻雜物濃度。根據(jù)另一示例，根據(jù)本發(fā)明例如在無(wú)機(jī)材料上可以檢測(cè)逸出功。
[0014]本發(fā)明的特別優(yōu)點(diǎn)是，可以簡(jiǎn)化迄今僅能夠利用物理的或化學(xué)的方法來(lái)確認(rèn)的