專利名稱：制造電元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造電元件的方法以及制造包含這種元件的電子器 件的方法，其中該電元件包括第一和第二電極以及中間自組裝系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及帶有第一和第二電極以及中間自組裝系統(tǒng)的 電元件，以及隨之的電子器件。
背景技術(shù)：
自組裝系統(tǒng)的基本例子是自組裝單分子層(self-assembled monolayer),也稱為SAM。這種單分子層及其制備本身是公知的。 特別地，帶有鏈和端基的有機(jī)化合物被涂覆于表面。這樣使得端基鍵 合到表面，而鏈以類陣列方式基本垂直于表面定向。有機(jī)化合物的一 個(gè)例子是硫醇。例如C16-SH，而表面的一個(gè)例子是金。對(duì)自組裝單分子層的研究已經(jīng)提出了數(shù)種應(yīng)用。在第一應(yīng)用中， 以圖案化方式將單分子層設(shè)置在表面上。隨后用作構(gòu)造表面尤其金的 抗蝕劑。這種工藝被稱為微接觸印刷。其他應(yīng)用例如在生物傳感器領(lǐng) 域，其中單分子層可保護(hù)選擇性表面，或其中有待測(cè)試的標(biāo)記物 (label)或化合物設(shè)在表面上作為自組裝單分子層。在另一個(gè)應(yīng)用中，出于電氣的用途開發(fā)有限厚度的自組裝單分子 層。眾所周知，電容器的電容隨著第一和第二電極之間的距離、因而 中間電介質(zhì)的厚度而減小。因此使用單分子層作為電介質(zhì)將產(chǎn)生具有 很高電容的電容器。例如這種系統(tǒng)可從Reed等人，Science, 278 (1997)， 252中獲知。此處，將Ar-Ac-Nar-Nar-Ac-Ar-S用作單分子 層，其中Ar是亞苯基，Ac是乙炔而Nar是2-氨基-l， 6-亞苯基。盡管這種應(yīng)用很引人關(guān)注，但事實(shí)證明制造適當(dāng)工作的電容器是 個(gè)難題。形成這種具有金底部電極、硫醇單分子層和氣相沉積或?yàn)R射 的金頂部電極的電容器之后，結(jié)果在該電容器中形成短路。換句話說，有一塊區(qū)域，其中單分子層己經(jīng)被中斷，而第一電極直接接觸第二電 極。這可能是有缺陷的制造的結(jié)果?；蛘?，可能所得到的電容器具有 非常有限的擊穿電壓，使得在單分子層上應(yīng)用任何電壓都足以形成穿 過單分子層的短路。而且，所得到的單分子層具有實(shí)質(zhì)上的負(fù)微分電阻(NDR)。當(dāng)從0到2.5伏特增加所施加的偏壓時(shí)，電流密度在第一 段0到IV之間增加，在第二段1到1.5V之間降低，并且最后又增 加。這是不希望有的結(jié)果，其妨礙實(shí)際應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容因而本發(fā)明的第一目的是提供制造首段中提到的這種電元件的 方法，得到能夠經(jīng)受住自組裝系統(tǒng)上的極小電壓差的適當(dāng)工作的元 件。通過濕式化學(xué)沉積將包括有機(jī)材料的組合物涂覆在自組裝系統(tǒng) 上，從而形成聚合物接觸層，并且第二電極被沉積在導(dǎo)電接觸層上， 由此實(shí)現(xiàn)該目的。本發(fā)明的發(fā)明人已注意到，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，對(duì)第二電極 的氣相沉積引起電容器的故障。所沉積的金粒子足夠小以在垂直定向 的單分子層鏈之間擴(kuò)散。因?yàn)榻鹆Ｗ游赐耆馗街趩畏肿訉拥姆菢O 性有機(jī)鏈，單分子層中的這種擴(kuò)散或形成空穴(hole-forming)的過 程被增強(qiáng)。金粒子可擴(kuò)散到單分子層中被理解為是沉積方法的結(jié)果， 例如濺射或氣相沉積。這種沉積方法為粒子提供相當(dāng)大的能量。因此， 即使單分子層的分子在分子的相對(duì)側(cè)有兩個(gè)端基，那么金粒子仍將有 足夠的能量以至于沿裸露的端基擴(kuò)散到鏈中。接著通過使用附加接觸層解決了形成改進(jìn)的頂部電極所產(chǎn)生的 問題，該附加接觸層并非電介質(zhì)的一部分，并且這不會(huì)將任何電偽差 (electrical artifact)引入電元件，例如電極表面缺乏均勻性，或者實(shí) 質(zhì)增大的接觸電阻。這種接觸層需要對(duì)單分子層具有足夠的附著力， 并且其應(yīng)用可以不導(dǎo)致單分子層形變。還必須對(duì)其上的頂部電極具有 適當(dāng)?shù)母街?。另外，在?yīng)用中使用接觸層可以不導(dǎo)致故障，例如電 容器必須具有足夠的擊穿電壓。這種接觸層被選擇為包括聚合物材料。聚合材料是粘彈性系統(tǒng)， 但對(duì)于自組裝系統(tǒng)的穩(wěn)定性這不成問題。實(shí)際上，接觸層的聚合分子 的運(yùn)動(dòng)受接觸層中其它分子的存在的限制。僅僅存在多聚物分子在鏈 的方向上的一維運(yùn)動(dòng)，而非在溶液和其它系統(tǒng)中所允許的三維運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)過程在理論文獻(xiàn)中被稱為蠕動(dòng)(reptation)。而且，通過濕式化學(xué)沉積涂覆接觸層。當(dāng)由氣相提供接觸層時(shí)， 實(shí)質(zhì)沉積個(gè)體分子。這樣還有擴(kuò)散到自組裝系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)。通常，濕 式化學(xué)沉積的材料將是接觸層的多聚物。然而不排除僅在有機(jī)材料沉 積在自組裝系統(tǒng)上之后發(fā)生聚合作用。從EP-A 615256中可獲知關(guān)于 此的適當(dāng)過程。接觸層進(jìn)一步被選擇為導(dǎo)電的。然而本征導(dǎo)電聚合物還未知。導(dǎo) 電由向聚合物提供摻雜劑引起。將會(huì)出現(xiàn)這些摻雜劑可擴(kuò)散到自組裝 系統(tǒng)中并且仍可導(dǎo)致電元件的擊穿。然而，發(fā)明人已明白導(dǎo)電有機(jī)材 料中的摻雜劑被鍵合至材料的鏈，因此不能自由擴(kuò)散穿過接觸層并進(jìn) 入自組裝系統(tǒng)中。在此注意到不排除僅在接觸層沉積在自組裝系統(tǒng)上 之后使得該接觸層導(dǎo)電。鑒于其導(dǎo)電性，適當(dāng)?shù)貙?duì)接觸層進(jìn)行構(gòu)圖。應(yīng)該明白在元件內(nèi)部 接觸層和第一電極之間沒有直接接觸，因?yàn)檫@將導(dǎo)致短路。然而，在 元件外部這可能不同；例如接觸層可以是垂直互連的一部分，并且與 通向第一電極的導(dǎo)體軌(conductortrack)連接。適當(dāng)?shù)?，本發(fā)明的自組裝系統(tǒng)包括通過自組裝形成的單分子層。 這被認(rèn)為適用于自組裝系統(tǒng)到第一電極的適當(dāng)附著。然而，不排除使 用另一種沉積單分子層的方法，例如Langmuir-Blodgett沉積。此外， 自組裝系統(tǒng)還可包括多個(gè)單分子層，這一點(diǎn)將在下面討論。更適宜將有機(jī)材料沉積在極性溶劑中，使得溶劑不被吸引到自組 裝系統(tǒng)的有機(jī)的、通常為非極性的鏈上。如果溶劑被吸引到鏈上，則 接觸層的分子將能夠在自組裝系統(tǒng)的分子之間擴(kuò)散，導(dǎo)致?lián)舸┑娘L(fēng)險(xiǎn) 增大。例如，合適的溶劑是水、乙醇、有機(jī)酸(例如甲酸和乙酸)、 二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、乙腈、丙酮、N—甲基一2 —吡咯烷酮 以及其任何合適的混合物?？梢杂脭?shù)種方法沉積接觸層。在第一實(shí)施例中，為接觸層選擇材料，可使其局部導(dǎo)電。這種材料是例如從WO-A 99/10939中獲知的 聚苯胺。然后沉積接觸層并使其在自組裝系統(tǒng)區(qū)域?qū)щ?。該區(qū)域之外 的材料可除去，但這不是必須的。第二，最優(yōu)選地，將接觸層沉積到預(yù)先生成的電介質(zhì)材料的空腔 中。適宜地，該電介質(zhì)材料是光致抗蝕劑材料。這已經(jīng)證實(shí)是可信賴 的方法。接著出于實(shí)踐上的原因，在沉積單分子層之前生成空腔是有 利的。第三，具有第一電極的襯底可以具有三維形狀，例如溝槽形或空 腔形。適宜地可通過干式蝕刻在半導(dǎo)體襯底中制作溝槽，而使用這種 溝槽來制造電容器本身是公知的。可通過使例如帶有銅導(dǎo)體的犧牲層 箔的箔形變來產(chǎn)生空腔，在空腔中第一電極在多個(gè)表面上延伸。在封 裝領(lǐng)域這種箔及其形變本身是公知的。接觸層的材料最優(yōu)選為導(dǎo)電聚合物，例如這種聚合材料，其中由 于摻雜劑與聚合物材料尤其與其中的導(dǎo)電基相互作用而使導(dǎo)電性增 強(qiáng)。這些材料的例子是可用如垸氧基(alkoxy)、烷基(alkyl)、芳基 (aryl)等等這種側(cè)基取代的聚苯胺(polyanilines )、聚噻吩 (polythiophenes)、多'炔(polyacetylenes)、聚吡咯(polypyrrols)?；?者，接觸層的材料可以是其中結(jié)合有導(dǎo)電元素的材料，例如填充有銀、 石墨等等的環(huán)氧樹脂或其它聚合物。然而，后面的這些材料顯然不是 優(yōu)選，因?yàn)樗鰧拥木鶆蛐苑浅Ｐ?，而因此其表面區(qū)域上的元件的均 勻性被降低。較優(yōu)選地，接觸層的材料為結(jié)合了作為固有摻雜劑的多酸的導(dǎo)電 聚合物。這種材料具有以下優(yōu)勢(shì)其可用水作為溶劑來進(jìn)行沉積，在 這里水中的具有多酸的導(dǎo)電聚合物的組合物可被稱為溶液，而非懸浮 液或乳濁液。最優(yōu)選地，使用聚(3,4-取代的噻吩) (poly-(3，4-substituted-thiophene))作為導(dǎo)電聚合物。眾所周知的這類 聚合物例子是帶有 3，4-亞烷基二氧基取代 (3,4-alkylenedioxy-substitution)的聚合物，通常被稱為PEDOT。亞烷基(alkylenegroup)適宜是任選地被取代的C,-Cr亞烷基，并且在此處優(yōu)先選自一個(gè)組群，該組群包括任選地被C,到d2-垸基-或苯基取代的亞甲基、任選地被Q到Q2-烷基-或苯基取代的1,2-亞乙基、1,3-亞丙基和1，2-亞環(huán)己基。可增加添加劑以增強(qiáng)導(dǎo)電性和處理特性，例如表面活性劑。在一個(gè)例子中，將光化學(xué)引發(fā)劑加到多酸和導(dǎo)電聚合物的組合物中。在沉積之后這種引發(fā)劑接著被用以允許材料的交聯(lián) (cross-linking)。交聯(lián)的好處在于材料再也不能溶解在其原溶劑中， 從而允許在進(jìn)一步的處理步驟中使用更多種溶劑。而且，交聯(lián)允許用 多元醇(例如山梨醇)進(jìn)行后處理，以增強(qiáng)該層的導(dǎo)電性。從WO-A 01/20691中可獲知這種工藝。引發(fā)劑的另一好處在于可形成在自組裝 系統(tǒng)和接觸層之間的鍵合。多種方法可被用于沉積接觸層，以及適宜地用于其圖案化。在一 個(gè)例子屮，使用旋涂或網(wǎng)紋涂布(webcoating)以及隨后的蝕刻步驟。 可在提供第二電極之后實(shí)施這種蝕刻步驟，以便第二電極用作對(duì)接觸 層進(jìn)行構(gòu)圖的蝕刻掩模。在另一例子中，使用旋涂或網(wǎng)紋涂布接觸層。 然后接著對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖。做到這一點(diǎn)的一個(gè)方法是在用于接觸層的組 合物中摻入光化學(xué)引發(fā)劑，從而按照預(yù)期圖案照射它，并且除去不希 望有的區(qū)域，該區(qū)域最好是未經(jīng)照射的區(qū)域。做到這一點(diǎn)的另一個(gè)方 法是在空腔中提供接觸層，并且除去空腔外部的材料。在另一個(gè)例子 中，通過對(duì)接觸層進(jìn)行印刷；適宜地在此使用噴墨印刷。第二電極可包括導(dǎo)電材料。材料的選擇主要由電子器件中的集成 確定。金可以容易地被沉積。其可以提供另一自組裝單分子層。而且， 如果例如電元件被制成電路板、智能卡或封裝基板(package substrate) 的一部分，或者如果電元件設(shè)在鍵合焊盤的正下方，那么金可以提供 焊料。銅和鋁及其常規(guī)合金是用于提供集成電路中、以及其它元件例 如顯示器、傳感器、印刷電路板等等中的互連的標(biāo)準(zhǔn)材料。導(dǎo)電氧化 物，例如氧化銦錫(indium-tin-oxide)是透明的，被用作光電應(yīng)用(例 如顯示器)中的導(dǎo)電材料。或者，導(dǎo)電有機(jī)材料可用于第二電極，盡 管對(duì)于將其用作互連來說這些材料的導(dǎo)電性仍然相當(dāng)?shù)汀＿x擇第一電極的和鍵合到第一電極的自組裝系統(tǒng)中的化合物的 材料，以便形成充分的鍵合。用于第一電極的合適材料包括金、銅、導(dǎo)電氧化物、鋁、摻雜硅的GaAs、其它III-V族半導(dǎo)體、汞、鎳、鉑、 鈀等等。例如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說本身已知的，以及在Whitesides 和Xia, Angewandte Chem. Int. Ed.， 37, 1998, 550-575中}是到的，相對(duì) 于所選擇的端基，相應(yīng)的化合物不同。其例子是硫醇、異氰酸鹽、二 硫化物、硫醚、硫代酸，其中分子可提供有附加端基。較優(yōu)選地，自組裝系統(tǒng)設(shè)有第一和第二官能團(tuán)(functional group), 其中第一官能團(tuán)是形成單分子層的化合物的一部分，并且在自組裝之 后鍵合到第一電極，第二官能團(tuán)暴露在自組裝系統(tǒng)上并且能夠與有機(jī) 接觸層形成鍵合。在自組裝系統(tǒng)和有機(jī)接觸層之間提供鍵合被認(rèn)為不 是必需的，但是對(duì)元件的穩(wěn)定性和性能非常適合。這種鍵可以是化學(xué)鍵，因?yàn)榈诙倌軋F(tuán)被結(jié)合到有機(jī)接觸層的網(wǎng) 絡(luò)中。這一點(diǎn)可以借助于光化學(xué)引發(fā)劑以及接觸層中的鍵合位點(diǎn)(bonding site)通過交聯(lián)實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)逆I合位點(diǎn)基于通過縮合反應(yīng)形 成鍵合。如果第二官能團(tuán)是硫醇、或醇或氮化物(-NH2)，適當(dāng)?shù)逆I 合位點(diǎn)是例如酸基。如果第二官能團(tuán)是酸，那么鍵合位點(diǎn)適宜是堿(base)。鍵合還可以是物理鍵合，以氫鍵結(jié)合(hydrogen bonding)作為 優(yōu)選例子。具有例如多酸的系統(tǒng)具有足夠的允許氫鍵結(jié)合的基。如果 例如PEDOT的聚-3,4-取代的噻吩作為導(dǎo)電聚合物，也還是這樣?？梢钥闯稣掣降降谝浑姌O的化合物通常是單分子層。然而不排除 使用單分子層分子的混合物。尤其，化合物可具有不同的鏈長(zhǎng)?；旌?物可以使自組裝系統(tǒng)穩(wěn)定，尤其對(duì)于電性重要否則可能機(jī)械穩(wěn)定性不 好的單分子層化合物。 一個(gè)例子是例如辛硫醇和己硫醇的混合物，其 形成極薄的單分子層。如應(yīng)該明白的，此處硫醇官能團(tuán)可用另一種官 能團(tuán)代替，而帶有單個(gè)官能團(tuán)的化合物可用帶有兩個(gè)官能團(tuán)的化合物 代替。適宜地制造電元件是制造電子器件的一個(gè)步驟。這種電子器件可 包括如按照本發(fā)明制造的多種電元件并適宜地還包括其它無源和有源元件。本發(fā)明的元件還可被集成到陣列中，這允許制造存儲(chǔ)器。在 電子器件是集成電路的情況下，顯示出適宜將本發(fā)明的元件集成到互 連結(jié)構(gòu)中，或者甚至更適宜集成到鈍化層頂部上。應(yīng)該明白第一和第 二電極適宜被設(shè)為層的一部分，在這些層中限定其它圖案，例如互連、電極、鍵合焊盤等等。其制造適宜在板級(jí)(plate-level)上進(jìn)行，之 后將單個(gè)器件彼此分開。本發(fā)明的另一目的是提供在第---和第二電極之間包含自組裝系 統(tǒng)的電元件。聚合導(dǎo)電接觸層位于自組裝系統(tǒng)和第二電極之間，由此 實(shí)現(xiàn)該目的。如上說明，使用聚合接觸層允許用可靠的方式制造這種元件并且 使元件具有高電容密度而無不切實(shí)際地低的擊穿電壓或任何短路。該 元件尤其可用本發(fā)明的方法獲得，并且參照該方法所討論的論述和實(shí) 施例也應(yīng)用于該元件，反之亦然。自組裝系統(tǒng)適宜僅是單個(gè)單分子層，例如垸基硫醇或垸基二硫 醇。顯然，單分子層可以具有其它端基，并且是異氰酸鹽/酯、二硫 化物、硫醚、硫代酸、羥基硅垸、氯代硅烷?；衔镞m宜是帶有垸烴 鏈的自組裝單分子層，盡管現(xiàn)有技術(shù)闡明了存在替代方案。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，烷烴通常是Q-C2o烷烴，但主鏈可含有多種其它結(jié) 構(gòu)或官能團(tuán)，例如酰胺基、氨基、酯基、醚基、酮基、甲硅烷基等。 這些基團(tuán)可構(gòu)成例如低聚(乙二醇)基(OCH2CH2)n中的鏈的主要部 分。而且，烷烴優(yōu)選是線性的，但可存在甲基或乙基側(cè)基?？捎萌魏?其它方式對(duì)烷烴進(jìn)行分支或取代。然而，在大多數(shù)情況下，用非線性 烷基鏈得到不太好的單分子層堆疊(packing)。用氫鍵結(jié)合的官能團(tuán)修 飾的鏈?zhǔn)抢狻＿@些氫鍵結(jié)合的官能團(tuán)能夠顯著增強(qiáng)形成不同單分子 層的分子間的相互作用。于是，它們可使單分子層穩(wěn)定化。然后最后 所得的元件是電容器。然而，不限于此。此處可注意到電流密度依賴 于單分子層鏈長(zhǎng)的倒指數(shù)(inversely exponential):對(duì)于鏈長(zhǎng)為20埃 的垸基硫醇，在0.2V的偏壓下電流密度大約為105 A/m2，而對(duì)于鏈 長(zhǎng)為15埃的垸基硫醇，在同樣的0.2V的偏壓下電流密度大于108 A/m2。在第二例子屮，自組裝系統(tǒng)不僅僅包括單個(gè)分子層，而是包括已 經(jīng)通過自組裝設(shè)置到彼此之上的兩個(gè)或一對(duì)單分子層。如此可形成雙 層或多層，其中不同層具有不同的性質(zhì)?；蛘?，可用以形成擊穿電壓增大的電容器。這種雙層或多層的優(yōu)選型將包括結(jié)(junction).將P-型有機(jī)半導(dǎo)體材料用于第一單分子層，而n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料用于第 二單分子層，由此可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。P-型材料是例如低聚噻吩，而n-型材料為C6(T巴克球型材料。低聚噻吩本身不具有用于形成自組裝單 分子層的合適官能團(tuán)。然而其可具有非極性鏈，而因此還具有帶有官 能團(tuán)的非極性鏈。在非提前公開(non-prepublished)申請(qǐng)EP05101249.0 (PHNL050166)中描述了提供具有非極性鏈的低聚噻吩的合適的合 成。在第三例子中，自組裝系統(tǒng)包括作為單分子層化合物的材料，該 材料包括p-型基和n-型基兩種，或者為施主基和受主基。優(yōu)選地， 這種基團(tuán)被非極性基分離，例如烷基(-R-)或鄰亞烴基(orthoalkylene) (-OR-， -ORO-)等等。具有特定特性的分子可被包括在例如從WO-A 2003/079400獲知的較大的網(wǎng)絡(luò)或非極性鏈中。在第四例子中，自組裝系統(tǒng)包括納米材料，并且尤其包括碳納米管或半導(dǎo)體納米線。這些材料被認(rèn)為是用于高級(jí)半導(dǎo)體例如光電子應(yīng)用的感興趣的選則。然而，它們的主要制造方法基于化學(xué)氣相沉積或?qū)Π雽?dǎo)體襯底的蝕刻。如果這些納米材料可被分別制備，隨后通過濕式化學(xué)沉積集成，那么將是高效的。本發(fā)明允許這樣。關(guān)于這點(diǎn)的一個(gè)例子中使用納米線，該納米線可通過干式蝕刻從半導(dǎo)體襯底制備。從襯底除去納米線成為分散體(dispersion)之后，可以通過向分散體添加氨和四乙氧基原硅酸酯或衍生的原硅酸鹽來為它們提供表面層。衍生的正硅酸鹽可包括如上所述的反應(yīng)端基?；蛘?，可進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)來為具有衍生的正硅酸鹽的納米線提供用于集成為自組裝系統(tǒng)的一部分的所需反應(yīng)端基。提供具有功能化表面的納米線(例如氧化物或其衍生物)的例子本身從WO-A2004/046021中獲知，例如其由(3-氨基丙基)-三乙氧基硅垸與納米線的溶膠-凝膠反應(yīng)而獲得，通過引用 將其內(nèi)容并入此處。


參照附圖將進(jìn)一步說明本發(fā)明的這些和其它方面，其中 圖1示出了本發(fā)明的元件的第一實(shí)施例的截面圖； 圖2示出了這樣形成的電元件(電容器)的電流密度作為所施加的偏壓的函數(shù)的曲線圖；圖3示出了在多種溫度下具有直徑為20微米的空腔40的元件50的電流密度作為所施加的偏壓的函數(shù)的曲線圖；圖4示出了電流密度作為所施加的偏壓的函數(shù)的另一曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了本發(fā)明元件的第一實(shí)施例的截面示意圖。該圖沒有按 比例繪制。元件50被制備在直徑為4英寸(10 cm)的硅襯底10上。 用Si02的熱生長(zhǎng)層11鈍化襯底10。通過熱蒸發(fā)lnm鉻和40nm金、 隨后通過光刻制得第一、底部電極51。接著，將空腔40限定在電絕 緣層41中。將負(fù)性光刻膠用作絕緣層41。限定具有從1到100微米 的多種直徑的空腔40。將自組裝系統(tǒng)52應(yīng)用在由此形成的空腔40 中。在該實(shí)施例中系統(tǒng)42是單分子層。在不同的實(shí)施例中使用1，8-辛二硫醇和1,12-十二烷基二硫醇(1,12-dodecanedithiol)和十二烷基 硫醇(dodecanethiol)。隨后，旋轉(zhuǎn)涂布導(dǎo)電材料的組合物從而形成聚 合接觸層53 。該組合物含聚(3,4-亞乙二氧基噻吩) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene))禾口聚苯乙烯石黃酸(polystyrene sulphonic acid)-也被稱為PEDOT/PSS-如由H.C. Starck A.G.所提供的。 在分散體中添加兩滴表面活性劑(FSOIOO， DuPont)，以便降低表 面張力，從而增強(qiáng)空腔40屮PEDOT/PSS的浸潤(rùn)性。通過蒸發(fā)在此 提供頂部電極54，并通過光刻對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖。最后，利用反應(yīng)離子 蝕刻(02等離子，5min， 9 sccm， 0.009 mbar)對(duì)接觸層53進(jìn)行構(gòu) 圖。在該步驟中金頂部電極54用作蝕刻掩模。圖2示出了由此形成的電元件(電容器)的電流密度作為所施加 的偏壓的函數(shù)的曲線圖。該曲線圖基于對(duì)1，12沖二垸基二硫醇的實(shí)的偏壓的函數(shù)的曲線圖。該曲線圖基于對(duì)1，12-十二烷基二硫醇的實(shí) 驗(yàn)。該數(shù)據(jù)顯示了電阻隨接觸空腔40大小的變化。根據(jù)具有100微 米空腔的元件50中不存在短路可推斷該技術(shù)的魯棒性。在高達(dá)0.5V 的偏壓下測(cè)量輸運(yùn)。在環(huán)境條件中的室溫下進(jìn)行了測(cè)量。圖3示出了在多種溫度下具有直徑為20微米的空腔40的元件 50的電流密度作為所施加的偏壓的函數(shù)的曲線圖。使用1,12-十二烷 基二硫醇作為自組裝系統(tǒng)。在真空中進(jìn)行了該測(cè)量。首先，如從比較 圖2和圖3可看到的在真空中電流密度增大。在真空中得到的電流密 度可與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中所預(yù)期的相比較。第二，輸運(yùn)不依賴溫度。這清楚 地表明輸運(yùn)受隧穿效應(yīng)控制。最后，我們注意到在環(huán)境條件中的測(cè)量 在約1V偏壓下有時(shí)顯出負(fù)微分電阻。這可能是水的假象。在真空中 負(fù)微分電阻消失。圖4示出了電流I (A)作為所施加的偏壓的函數(shù)的另一曲線圖。 該曲線圖基于對(duì)十二垸基硫醇即單硫醇的實(shí)驗(yàn)。該結(jié)構(gòu)顯示類似于隧 道二極管的工作。基于十二烷基二硫醇的MIM 二極管(直徑100微 米)的電流對(duì)所施加的電壓的特性(I-V)示出了電流隨所施加的電 壓的非線性增加。該I-V測(cè)量在從199到293K的范圍上不存在任何 溫度依賴性證明非共振隧穿是這些器件中的主要輸運(yùn)機(jī)制。圖5a是一曲線圖，其中示出了與所施加的電壓(V)相關(guān)的電 流密度J。所示出的測(cè)量針對(duì)不同的垸基二硫醇，例如，直徑橫向尺 寸范圍從10到100微米的辛垸二硫醇、癸垸二硫醇、十二垸基二硫 醇、和十四垸基二硫醇。該曲線圖在至少17個(gè)器件上求平均值并且 包括誤差棒。發(fā)現(xiàn)電流密度隨著垸基二硫醇的長(zhǎng)度減小。因此烷基二 硫醇的長(zhǎng)度表現(xiàn)出對(duì)隧道勢(shì)壘(tunnel barrier)厚度的有效度量。圖5b是一曲線圖，其中繪出了在不同偏壓下相對(duì)于分子長(zhǎng)度的 電流密度J。所施加的偏壓是O.l、 0.3和0.5V。在對(duì)數(shù)標(biāo)度上繪制電 流密度J。數(shù)據(jù)滿足線性顯示出電流密度按照指數(shù)關(guān)系依賴于勢(shì)壘厚 度。對(duì)分子長(zhǎng)度的強(qiáng)烈依賴關(guān)系證實(shí)了，對(duì)于分子來說所測(cè)電流確實(shí) 對(duì)于結(jié)而非分子/界面相關(guān)性質(zhì)是特定的。
權(quán)利要求
1、一種制造包括第一和第二電極以及中間自組裝系統(tǒng)的電元件的方法，包括以下步驟-提供具有所述第一電極的襯底；-在所述第一電極上提供所述自組裝系統(tǒng)；-通過濕式化學(xué)沉積在所述自組裝系統(tǒng)上涂覆包括有機(jī)材料的組合物，以便形成聚合接觸層；以及-在該導(dǎo)電接觸層上沉積所述第二電極。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述自組裝系統(tǒng)包括通過自 組裝在所述第一電極上形成的單分子層。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述組合物包括極性溶劑。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述具有第一電極的 襯底上提供圖案化的電介質(zhì)層，使得所述第一電極至少局部暴露，之 后在所述第一電極的暴露部分上提供所述自組裝系統(tǒng)，并且將所述聚 合接觸層設(shè)置為在所述自組裝系統(tǒng)和所述電介質(zhì)層上延伸。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述有機(jī)材料為導(dǎo)電聚 合物。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述組合物還包括聚合酸材 料，該聚合酸材料用作所述導(dǎo)電聚合物的摻雜劑。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述導(dǎo)電聚合物為聚(3,4-亞烷基二氧基噻吩)，其中所述亞垸基選自一組群，所述組群包括 任選地被d到Cu-垸基-或苯基取代的亞甲基、任選地被d到C12.垸基-或苯基取代的1,2-亞乙基、1,3-亞丙基和1,2-亞環(huán)己基。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述自組裝系統(tǒng)設(shè)有第一和 第二官能團(tuán)，其中所述第一官能團(tuán)是形成所述單分子層的化合物的一 部分，并且在自組裝之后鍵合到第一電極，所述第二官能團(tuán)暴露在所 述自組裝系統(tǒng)上并且使得能夠與有機(jī)接觸層形成鍵合。
9、 一種制造設(shè)有多個(gè)電元件的電子器件的方法，所述方法包括 如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制造所述元件的方法。
10、 一種電元件，包括第一和第二電極以及中間自組裝系統(tǒng)，其 中聚合的導(dǎo)電接觸層存在于所述自組裝系統(tǒng)和所述第二電極之間。
11、 如權(quán)利要求10所述的元件，其中所述自組裝系統(tǒng)包括結(jié)。
12、 如權(quán)利要求IO所述的元件，其中所述自組裝系統(tǒng)包括碳納 米管或納米線。
13、 一種電器件，包括如權(quán)利要求9到12中任一項(xiàng)所述的電元件。
全文摘要
一種元件(50)，包括第一電極(51)、自組裝系統(tǒng)(52)，其為或包括單分子層和第二電極(54)。濕式化學(xué)沉積的聚合接觸層(53)存在于自組裝系統(tǒng)(52)和第二電極之間(54)。適宜地，自組裝系統(tǒng)(52)和接觸層(53)兩者都設(shè)在空腔(40)中。
文檔編號(hào)H01L51/00GK101228646SQ200680027185
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者B·德布爾, D·M·德里兀, E·坎塔托雷, H·B·阿克曼, P·W·M·布洛姆, T·C·T·戈恩斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司