DE112004000423T5 - Aufschleuder-Polymere für organische Speicherelemente - Google Patents

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Jane V. Mountain View Oglesby
Christopher F. Fremont Lyons
Ramkumar Sunnyvale Subramanian
Angela T. Fremont Hui
Minh Van Fremont Ngo
Suzette K. Cupertino Pangrle
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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer organischen Speicherzelle mit:
Bereitstellen einer ersten Elektrode;
Bilden einer passiven Schicht mit einer Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung über der ersten Elektrode;
Bilden einer organischen Halbleiterschicht über der passiven Schicht unter Verwendung einer Aufschleudertechnik, wobei die Aufschleudertechnik umfasst: Aufbringen einer Mischung aus i) mindestens einem der folgenden: ein konjugiertes organisches Polymer, eine konjugierte organometallische Verbindung, ein konjugiertes organometallishes Polymer, ein Fulleren, eine Kohlenstoffnanoröhre und ii) mindestens einem Lösungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen; und
Bereitstellen einer zweiten Elektrode über der organischen Halbleiterschicht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zur Herstellung organischer Speicherbauelemente. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Aufschleuder-Techniken und gewissen Lösungsmittel, um eine organische Halbleiterschicht in organischen Speicherbauelementen herzustellen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die grundlegenden Funktionen eines Computers und von Speicherbauelementen beinhalten die Informationsverarbeitung und die Informationsspeicherung. In typischen Computersystemen werden dies arithmetischen und logischen Funktionen sowie Speicherfunktionen durch Bauelemente ausgeführt, die in der Lage sind, reversibel zwischen zwei Zuständen, die häufig als „0" und „1" bezeichnet werden, umzuschalten. Derartige Schaltereinrichtungen werden aus Halbleiterbauelementen hergestellt, die diese diversen Funktionen ausführen und die in der Lage sind, zwischen zwei Zuständen mit hoher Geschwindigkeit hin- und herzuschalten.
  • Elektronische adressierbare Bauelemente oder Logikbauelemente, beispielsweise zur Speicherung oder Verarbeitung von Daten, werden mittels einer anorganischen Halbleitertechnologie, insbesondere mittels kristalliner Siliziumbauelemente hergestellt. Der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist einer der wesentlichen Bestandteile dieser Technologie.
  • Ein Großteil des Fortschritts bei der Herstellung von schnelleren, kleineren und billigeren Computern und Speicherbauelementen gründet sich auf die Integration, d. h. auf das Aufbringen einer immer noch größeren Anzahl an Transistoren oder anderen elektronischen Strukturen auf ein briefmarkengroßes Siliziumstück. Ein briefmarkengroßes Siliziumstück kann viele Millionen Transistoren aufweisen, wobei jeder Transistor nur einige 100 nm groß ist. Jedoch nähern sich Bauelemente auf Siliziumbasis ihrer fundamentalen physikalischen Grenze hinsichtlich der Größe. Anorganische Halbleiterbauelemente weisen eine komplexe Architektur auf, die zu hohen Kosten und zu einem Verlust an Datenspeicherdichte führt.
  • Die Schaltung von flüchtigen Halbleiterspeichern auf der Grundlage eines anorganischen Halbleitermaterials muss ständig mit Strom versorgt werden, woraus sich eine Erwärmung und eine hohe elektrische Leistungsaufnahme ergibt, um damit die gespeicherte Information zu bewahren. Nicht-flüchtige Halbleiterbauelemente besitzen eine reduzierte Datenrate und eine relativ hohe Stromaufnahme und ein hohes Maß an Komplexität.
  • Ferner nimmt in dem Maße, wie in anorganischen Halbleiterbauelementen die Größe reduziert und die Integration erhöht wird, die Empfindlichkeit für Justierfehler zu, wodurch die Herstellung in marktgerechter Weise immer schwieriger wird. Die Ausbildung von Strukturelementen mit kleinen minimalen Größen führt nicht zwangsläufig dazu, dass die minimale Größe auch für die Herstellung von arbeitenden Schaltungen eingesetzt werden können. Es ist notwendig, Justiertoleranzen zu verwenden, die wesentlich kleiner sind als die kleine minimale Größe, d. h. beispielsweise ein Viertel der minimalen Größe.
  • Das Größenreduzieren anorganischer Halbleiterbauelemente ergibt auch Probleme hinsichtlich der Dotierstoffdiffusionslängen. In dem Maße, wie Abmessungen reduziert werden, führen die Dotierstoffdiffusionslängen in Silizium zu Schwierigkeiten bei der Prozessgestaltung. In dieser Hinsicht werden viele Anstrengungen unternommen, um die Dotierstoffbeweglichkeit zu reduzieren und um die Prozesszeiten bei hohen Temperaturen zu verringern. Es ist jedoch nicht klar, wie derartige Einschränkungen ständig fortgesetzt werden können.
  • Das Anlegen einer Spannung über einem Halbleiterübergang (in der Sperrrichtung) erzeugt ein Verarmungsgebiet an dem Übergang. Die Breite des Verarmungsgebiets hängt von den Dotierpegeln des Halbleiters ab. Wenn sich das Verarmungsgebiet soweit ausdehnt, dass ein anderes Verarmungsgebiet berührt wird, kann ein Durchschlag oder ein ungesteuerter Stromfluss auftreten. Höhere Dotierpegel tendieren dazu, die Grenzgebiete zu minimieren, die für eine Verhinderung des Durchschlags erforderlich sind. Wenn jedoch die Spannung pro Einheitslänge groß ist, werden weitere Schwierigkeiten dahingehend hervorgerufen, dass eine große Spannung pro Einheitslänge dazu führt, dass die Größe des elektrischen Feldes groß ist. Ein Elektron, das einen derartigen steilen Gradienten durchläuft, kann bis zu einem Energiepegel beschleunigt werden, das deutlich höher ist als die minimale Leitungsbandenergie. Ein derartiges Elektron ist als energiereiches oder heißes Elektron bekannt und kann ausreichend Energie besitzen, um durch einen Isolator hindurchzutreten, wodurch eine irrverisible Beeinträchtigung eines Halbleiterbauelements auftreten kann.
  • Die Größenreduzierung und die Integration macht die Abtrennung in einem monolithischen Halbleitersubstrat zu einer immer herausfordernderen Aufgabe. Insbesondere die laterale Isolierung bzw. Trennung von Bauelementen untereinander ist in vielen Situationen schwierig. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Skalierung der Leckströme. Des weiteren ergibt sich eine Schwierigkeit durch die Diffusion der Ladungsträger innerhalb des Substrats; d. h. freie Ladungsträger können über viele Mikrometer diffundieren und eine gespeicherte Ladung neutralisieren.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Der folgende Abschnitt gibt einen Überblick über die Erfindung, um ein grundlegendes Verständnis gewisser Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Dieser Überblick soll keine Schlüsselelemente oder entscheidenden Elemente der Erfindung kennzeichnen oder den Schutzbereich der Erfindung umreißen. Es sollen lediglich einige Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als eine Einleitung zur detaillierten Beschreibung, die später angegeben ist, präsentiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt organische Speicherbauelemente bereit, die eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: eine geringe Größe im Vergleich zu anorganischen Speicherbauelementen, die Fähigkeit, mehrere Bits an Information zu speichern, eine kurze Zeitdauer zum Umschalten des/der Widerstands/Impedanz, geringe Betriebsspannungen, geringe Kosten, eine hohe Zuverlässigkeit, eine lange Lebensdauer (Tausende/Millionen Zyklen), die Möglichkeit, in dreidimensionaler Weise angeordnet zu werden, die Möglichkeit, bei geringen Temperaturen verarbeitet zu werden, geringes Gewicht, eine hohe Dichte/Integration und eine ausgedehnte Speicherhaltezeit.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer organischen Speicherzelle mit: Bilden einer passiven Schicht, die eine eine Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung enthält, über einer ersten Elektrode, Bilden einer organischen Halbleiterschicht über der passiven Schicht unter Anwendung einer Aufschleudertechnik, wobei die Aufschleudertechnik umfasst: Aufbringen einer Mischung aus i) mindestens eines organischen Halbleitermaterials und ii) mindestens eines Lösungsmittels aus: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole und Bereitstellen einer zweiten Elektrode über der organischen Halbleiterschicht. Die Aufschleudertechniken ermöglichen das Herstellen der organischen Halbleiterschicht in einer zuverlässigen, robusten und effizienten Weise.
  • Zum Erreichen des Vorgesagten und dazu gehörige Aspekte umfasst die Erfindung die Merkmale, die im Weiteren vollständig beschrieben sind und insbesondere in den Patentansprüchen dargelegt sind. Die folgende Beschreibung und die dazugehörigen Zeichnungen zeigen detailliert gewisse anschauliche Aspekte und Implementierungen der Erfindung auf. Diese sind jedoch lediglich anschaulicher Natur für einige der diversen Arten, in denen die Prinzipien der Erfindung angewendet werden können. Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gegen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese in Zusammenhang mit den Zeichnungen studiert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zweidimensionalen mikroelektronischen Bauelements, das mehrere organische Speicherzellen entsprechend einem Aspekt der Erfindung aufweist.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dreidimensionalen mikroelektronischen Bauelements, das mehrere organische Speicherzellen gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet.
  • DETAILLLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft organische Speicherzellen, die aus zwei Elektroden aufgebaut sind, wobei ein steuerbar leitendes Medium zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist. Das steuerbar leitende Medium enthält eine organische Halbleiterschicht und eine passive Schicht. Die organische Halbleiterschicht wird unter Anwendung von Aufschleudertechniken gebildet, die die Ausbildung von billigen, effizienten und hochqualitativen organischen Halbleiterschichten im Vergleich zur Anwendung chemischer Dampfabscheideverfahren ermöglichen.
  • Die organischen Speicherzellen können optional zusätzliche Schichten aufweisen, etwa zusätzliche Elektroden, Ladungsträgerrückhalteschichten und/oder chemisch aktive Schich ten. Die Impedanz der steuerbar leitenden Medien ändert sich, wenn ein externer Stimulus, etwa ein angelegtes elektrisches Feld, auftritt. Mehrere organische Speicherzellen, die auch als ein Array bezeichnet werden können, bilden ein organisches Speicherbauelement. In diesem Zusammenhang können organische Speicherzellen ein organisches Speicherbauelement bilden und in ähnlicher Weise funktionieren, wie Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETS) in konventionellen Halbleiterspeicherbauelementen. Jedoch ergeben sich Vorteile durch die Verwendung der organischen Speicherzellen anstelle konventioneller MOSFETS in Speicherbauelementen.
  • Mit Bezug zu 1 wird eine kurze Beschreibung eines mikroelektronischen organischen Speicherbauelements 100 gegeben, das mehrere organische Speicherzellen gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält, wobei eine Aufrissansicht 102 einer beispielhaften organischen Speicherzelle 104 gezeigt ist. Das mikroelektronische organische Speicherbauelement 100 enthält eine gewünschte Anzahl an organischen Speicherzellen, wie sie durch die Anzahl der Reihen, Spalten und Schichten (die dreidimensionale Anordnung wird später beschrieben) gegeben ist. Die ersten Elektroden 106 und die zweiten Elektroden 108 sind im Wesentlichen in einer senkrechten Orientierung zueinander gezeigt, obwohl andere Orientierungen möglich sind, um die Struktur der Aufrissansicht 102 zu erreichen. Jede organische Speicherzelle 104 enthält eine erste Elektrode 106 und eine zweite Elektrode 108, wobei ein steuerbar leitendes Medium 110 dazwischen angeordnet ist. Das steuerbar leitende Medium 110 enthält eine organische Halbleiterschicht 112 und eine passive Schicht 114. Der Einfachheit halber sind periphere Schaltungen und Bauelemente nicht gezeigt.
  • Die organischen Speicherzellen enthalten mindestens zwei Elektroden, da eine oder mehrere Elektroden zwischen den beiden Elektroden angeordnet sein können, die das steuerbar leitende Medium einschließen. Die Elektroden sind aus einem leitenden Material hergestellt, etwa einem leitenden Metall, leitenden Metalllegierungen, leitenden Metalloxiden, leitenden Polymerfilmen, Halbleitermaterialien und dergleichen.
  • Zu Beispielen von Elektroden gehören eines oder mehrere der folgenden Materialien: Aluminium, Chrom, Kupfer, Germanium, Gold, Magnesium, Mangan, Indium, Eisen, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Zink und Legierungen davon; Indium-Zinn-Oxid (ITO); Polysilizium; dotiertes amorphes Silizium; Metallsilizide; und dergleichen. Zu Legierungselektro den gehören insbesondere Hastelloy®, Kovar®, Invar®, Monel®, Inconel®, Messing, rostfreier Stahl, eine Magnesium-Silber-Legierung und diverse andere Legierungen.
  • In einer Ausführungsform beträgt die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,01 μm und mehr und ungefähr 10 μm oder weniger. In einer weiteren Ausführungsform ist die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,05 μm oder mehr und ungefähr 5 μm oder weniger. In einer noch weiteren Ausführungsform beträgt die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,1 μm oder mehr und ungefähr 1 μm oder weniger.
  • Das bzw. die steuerbar leitenden Medien, die zwischen den beiden Elektroden angeordnet sind, können in einer steuerbaren Weise leitend oder nicht leitend sein, wobei ein externer Stimulus verwendet wird. Im Allgemeinen ist bei Abwesenheit eines externen Stimulus das steuerbar leitende Medium nicht leitend oder besitzt eine hohe Impedanz. Ferner können in einigen Ausführungsformen viele Grade an Leitfähigkeit/Widerstandsfähigkeit für das steuerbar leitende Medium in einer steuerbaren Weise eingerichtet werden. Beispielsweise können die mehreren Grade an Leitfähigkeit/Widerstandsfähigkeit für das steuerbar leitende Medium einen nicht leitenden Zustand, einen gut leitenden Zustand und eine halbleitenden Zustand beinhalten.
  • Das steuerbar leitende Medium kann leitend oder nichtleitend gemacht werden oder in einen beliebigen Zwischenzustand (Grad an Leitfähigkeit) in einer steuerbaren Weise gebracht werden mittels eines externen Stimulus (wobei extern bedeuten soll, dass die Einwirkung von außerhalb des steuerbar leitenden Mediums kommt). Beispielsweise kann unter Einwirkung eines externen elektrischen Feldes, einer Strahlung und dergleichen ein gegebenes nicht leitendes steuerbar leitendes Medium in leitendes steuerbar leitendes Medium umgewandelt werden.
  • Das steuerbar leitende Medium enthält eine oder mehrere organische Halbleiterschichten und eine oder mehrere passive Schichten. In einer Ausführungsform enthält das steuerbar leitende Medium mindestens eine organische Halbleiterschicht, die benachbart zu einer passiven Schicht angeordnet ist (wobei keine Zwischenschichten zwischen der organischen Halbleiterschicht und der passiven Schicht angeordnet sind).
  • Die organische Halbleiterschicht enthält mindestens einen der folgenden Stoffe: ein organisches Polymer (etwa ein konjugiertes organisches Polymer), eine organometallische Verbindung (etwa eine konjugierte organometallische Verbindung), ein organometallisches Polymer (etwa ein konjugiertes organometallisches Polymer), ein Fulleren, eine Kohlenstoffnanoröhre (etwa eine C6-C60 Kohlenstoffnanoröhre), und dergleichen. Organische Halbleiter besitzen somit eine auf Kohlenstoff beruhende Struktur, die häufig eine Kohlenstoff-Wasserstoff-basierte Struktur ist, die sich von konventionellen MOSFETS unterscheidet. Die organischen Halbleitermaterialien sind typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass diese überlappende B-Orbitale aufweisen und/oder dadurch, dass diese mindestens zwei stabile Oxidationszustände besitzen. Die organischen Halbleitermaterialien zeichnen sich auch ferner dadurch aus, dass diese zwei oder mehr resonante Strukturen annehmen können. Die überlappenden B-Orbitale tragen zu der steuerbaren Leitfähigkeit des steuerbar leitenden Mediums bei. Die Menge an Ladungen, die in die organische Halbleiterschicht eingebracht werden, kann ebenso das Maß an Leitfähigkeit der organischen Halbleiterschicht beeinflussen.
  • Eine Kohlenstoffnanoröhre ist typischerweise ein hexagonales Netz aus Kohlenstoffatomen (von ungefähr 6 bis ungefähr 60 Kohlenstoffatomen typischerweise), das in einen nahtlosen Zylinder aufgerollt ist. Jedes Ende kann mit einem halben Fullerenmolekül abgedeckt sein. Kohlenstoffnanoröhren werden durch Laserverdampfung eines Kohlenstoffausgangsmaterials (ein Kobalt-Nickel-Katalysator kann das Wachstum fördern) oder einem Kohlenstoff-Entladungs-Verfahren zum Wachsen ähnlicher Arrays aus Einzelwand-Nanoröhren hergestellt werden. Ein kuppelförmiges Fulleren ist insbesondere ein Buckminster-Fulleren, d. h. eine fussballförmige Ansammlung von 60 Atomen aus reinem Kohlenstoff.
  • Das organische Polymer enthält typischerweise ein konjugiertes organisches Polymer. Die Polymerhauptkomponente des konjugierten organischen Polymers erstreckt sich zwischen den Elektroden (im Allgemeinem im Wesentlichen senkrecht zu den inneren, einander zugewandten Flächen der Elektroden). Das konjugierte organische Polymer kann linear oder verzweigt sein, solang das Polymer seine konjugierte Natur beibehält. Konjugierte Polymere zeichnen sich dadurch aus, dass diese überlappende B-Orbitale aufweisen. Konjugierte Polymere zeichnen sich ferner dadurch aus, dass sie zwei oder mehr resonante Strukturen einnehmen können. Die konjugierte Natur des konjugierten organischen Polymers trägt zu der steuerbaren leitenden Eigenschaft des steuerbar leitenden Mediums bei.
  • In diesem Zusammenhang besitzt die organische Halbleiterschicht, etwa das konjugierte organische Polymer, die Fähigkeit, Ladungsträger bereitzustellen und aufzunehmen (Löcher und/oder Elektronen). Im Allgemeinen besitzt der organische Halbleiter oder ein Atom/Rest im dem Polymer mindestens zwei relativ stabile Oxidationszustände. Die beiden relativ stabilen Oxidationszustände ermöglichen es dem organischen Halbleiter, Ladungsträger bereitzustellen und aufzunehmen und elektrisch mit der die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung zu wechselwirken. Die Fähigkeit der organischen Halbleiterschicht, Ladungsträger bereitzustellen und aufzunehmen und elektrisch mit der passiven Schicht zu wechselwirken hängt auch von der Art der die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung ab.
  • Die organischen Polymere (oder die organischen Monomere, die die organischen Polymere bilden) können zyklisch oder azyklisch sein. Während der Herstellung oder Abscheidung ordnet sich das organische Polymer selbstständig zwischen den Elektroden an. Zu Beispielen von konjugierten organischen Polymeren gehören eines oder mehrere der folgenden: Polyazetylen; Polyphenylazetylen; Polydiphenylazetylen; Polyanilin; Poly(p-Phenylen-Vinylen); Polythiophen; Polyporphyrin; porphyrinische Makrozyklen, thiolderivatisierte Polyporphyrine; Polymetallozene, etwa Polyferrozene; Polyphthalozyanine; Polyvinylene; Polystyrole; und dergleichen.
  • Zu chemischen Strukturen von Beispielen für die Widerholung von Einheiten/Resten, die die konjugierten organischen Polymere und die konjugierten organometallischen Polymere bilden, gehören eine oder mehrere der Formeln: (I) bis (XIII):
    Figure 00090001
    Figure 00100001
    Figure 00110001
    wobei jedes R unabhängig Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff ist; jedes M unabhängig ein Metall ist; jedes E unabhängig O, N, S, Se, Te oder CH ist; jedes L unabhängig eine Gruppe ist, die eine Konjugation enthält oder diese fortsetzt (Nichtsättigung); und wobei jedes n unabhängig 1 oder mehr und ungefähr 25000 oder weniger ist. In einer weiteren Ausführungsform ist jedes n unabhängig ungefähr 2 oder mehr und ungefähr 10000 oder weniger. In einer noch weiteren Ausführungsform ist jedes n unabhängig ungefähr 20 oder mehr und ungefähr 5000 oder weniger. Zu Beispielen von Metallen gehören Ag, Al, Au, B, Cd, Co, Cu, Fe, Ga, Hg, Ir, Mg, Mn, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Sn und Zn. Zu Beispielen von L-Gruppen gehören Hydrocarbyl- bzw. Kohlenwasserstoffgruppen mit einer Konjugation oder Fähigkeit, Resonanzstrukturen zu bilden, etwa Vinylgruppen, substituierte Vinylgruppen, Azetylengruppen und dergleichen.
  • Jede der Zusammensetzungen kann eine oder mehrere anhängende Substitutionsgruppen aufweisen, die in den Formeln nicht gezeigt sind. Beispielsweise kann eine Phenylgruppe in der Polythiophen-Struktur, etwa an der dritten Position jedes Thiophen-Rests auftreten. Als weiteres Beispiel können Alkyl, Alkoxy, Zyano, Amino und/oder Hydroxy-Substitutionsgruppen in den Vinylringen jeweils in dem Polyphenylazetylen, Polydiphenylazetylen und Poly(p-Phenylenvinylen) konjugierten Polymeren vorhanden sein.
  • Der Begriff „Hydrokarbyl" beinhaltet Kohlenwasserstoff- sowie im Wasserstoff-Gruppen. Kohlenwasserstoffgruppen enthalten ein oder mehrere Kohlenstoffatome und typischerweise ungefähr 60 oder weniger Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform enthalten Kohlenwasserstoffgruppen zwei oder mehr Kohlenstoffatome und ungefähr 30 oder weniger Kohlenstoffatome. Im Wesentlichen beschreibt „Kohlenwasserstoff Gruppen, die heteroatomare Substituenten oder Heteroatome enthalten, die den vorwiegend organischen Charakter des Polymers nicht ändern und die die Fähigkeit des organischen Polymers nicht beeinträchtigen, eine konjugierte Struktur zu bilden. Zu Beispielen gehören die folgenden:
    • (1) Kohlenwasserstoffsubstituenten, d. h., aliphatische (beispielsweise Alkyl oder Alkenyl), alizyklische (beispielsweise Zykloalkyl, Zykloalkenyl) Substituenten, Azyl, Phenyl, aromatische_, aliphatische_ und alizyklisch-substituierte aromatische Substituenten und dergleichen, sowie zyklische Substituenten, wobei der Ring durch einen weiteren Teil des Moleküls geschlossen ist (d. h., beispielsweise zwei beliebige bezeichnete Substituenten können zusammen ein alizyklisches Radikal bilden);
    • (2) substituierte Kohlenwasserstoffsubstiuenten, d. h., jene Substituenten, die Nicht-Kohlenwasserstoffgruppen aufweisen, die im Zusammenhang mit dieser Erfindung die vorherrschende organische Natur des Substituenten nicht ändern; der Fachmann kennt derartige Gruppen (beispielsweise Halo-Gruppen (insbesondere Chlor und Fluoro, etwa Perfluoroalkyl, Perfluoroaryl), Zyano, Thiozyanato, Amino, Alkylamino, Sulfonyl, Hydroxy, Mercapto, Nitro, Nitroso, Sulfoxy, etc.);
    • (3) heteroatome Substituenten, d. h. Substituenten, die, obwohl sie einen vorherrschend organischen Charakter im Zusammenhang mit dieser Erfindung aufweisen, ein anderes Atom als Kohlenstoff aufweisen, das in einem Ring oder einer Kette enthalten ist, der bzw. die ansonsten aus Kohlenstoffatome zusammengesetzt ist (beispielsweise Alkoxy, Alkylthio). Wie für den Fachmann ersichtlich ist, gehören zu geeigneten Heteroatomen beispielsweise Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff, Fluor, Chlor, und derartige Substituenten, etwa beispielsweise Pyridyl, Furyl, Thienyl, Imidazoolyl, Imido, Amido, Karbamoyl, etc.
  • In einer Ausführungsform enthält die organische Halbleiterschicht eine dünne Schicht, die gestaltet ist, die Ladungsträgerverweilzeit zu verbessern oder zu verlängern. Die dünne Schicht kann irgendwo in der Halbleiterschicht angeordnet sind, ist aber typischerweise in der Nähe der Mitte der Schicht vorgesehen. Die dünne Schicht enthält ein beliebiges der Elektrodenmaterialien oder Verbindungen der nachfolgend beschriebenen heterozyklischen/aromatischen Verbindungsschicht. In einer Ausführungsform besitzt die dünne Schicht eine Dicke von ungefähr 50 Angstrom oder mehr und ungefähr 0,1 μm oder weniger. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die dünne Schicht eine Dicke von ungefähr 100 Angstrom oder mehr und ungefähr 0,05 μm oder weniger. Beispielsweise kann eine organische Speicherzelle eine erste Elektrode aus Kupfer, eine passive Schicht aus Kupfersulfid, eine organische Halbleiterschicht aus Poly(phenylenvinylen) und eine zweite Elektrode aus Aluminium aufweisen, wobei die Poly(phenylenvinylen) organische Halbleiterschicht eine 250 Angstrom dicke Schicht aus Kupfer darin aufweist.
  • In einer Ausführungsform enthält das organische Halbleitermaterial keine organometallische Verbindung. In einer weiteren Ausführungsform enthält das organische Halbleitermaterial ein organisches Polymer, das mit einer organischen Verbindung dotiert ist. In einer noch weiteren Ausführungsform enthalten die organischen Speicherzellen optional eine organometallische Verbindungsschicht. In einer noch weiteren Ausführungsform enthält das organische Halbleitermaterial eine organometallische Verbindung. Zu Beispielen der chemischen Strukturen von diversen organometallischen Verbindungen gehören die Formeln (XIV) bis (XVII);
    Figure 00140001
    wobei M und E wie zuvor definiert sind.
  • In einer Ausführungsform ist die organische Halbleiterschicht nicht mit einem Salz dotiert. In einer weiteren Ausführungsform ist die organische Halbleiterschicht mit einem Salz dotiert. Ein Salz ist eine ionische Verbindung mit einem Anion und einem Kation. Allgemeine Beispiele von Salzen, die zum Dotieren der organischen Halbleiterschicht verwendet werden können, enthalten Alkalierdmetallhalogene, Sulfate, Persulfate, Nitrate, Phosphate, und dergleichen; Alkalimetallhalogene, Sulfate, Persulfate, Nitrate, Phosphate und dergleichen; Übergangsmetallhalogene, Sulfate, Persulfate, Nitrate, Phosphate, und dergleichen; Ammoniumhalogene, Sulfate, Persulfate, Nitrate, Phosphate und dergleichen; vierkomponentige Alkylammoniumhalogene, Sulfate, Persulfate, Nitrate, Phosphate und dergleichen.
  • In einer Ausführungsform besitzt die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,01 μm oder mehr und ungefähr 5 μm oder weniger. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,01 μm oder mehr und ungefähr 2,5 μm oder weniger. In einer noch weiteren Ausführungsform weist die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,05 μm oder mehr und ungefähr 1 μm oder weniger auf.
  • Die organische Halbleiterschicht wird durch Aufschleudertechniken (Abscheidung einer Mischung) des Polymer/Polymervorstufenmaterials und eines Lösungsmittels und anschließendes Entfernen des Lösungsmittels aus dem Substrat/Elektrode gebildet. Während der Herstellung siedelt sich das organische Halbleitermaterial selbsttätig zwischen den Elektroden an. Es ist typischerweise nicht notwendig, ein oder mehrere Enden des organischen Polymers zu funktionalisieren, um dieses an einer Elektrode/passiven Schicht anzubringen. Wenn Aufschleudertechniken verwendet werden, kann das Lösungsmittel, in welchem das Polymer/Polymervorstufenmaterial vor dem Aufbringen auf die Scheibenstruktur gelöst ist, das Polymer/Polymervorstufenmaterial so lösen, dass die organische Halbleiterschicht in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise über die Oberfläche des Substrats hinweg gebildet wird. Zu Lösungsmittel, die für diesen Zweck verwendbar sind, gehören eines oder mehrere der folgenden Mittel: Glykoletherester, Glykolester, Furane und Alkylalkohole mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen. Es können zwei oder mehrere aus den Stoffen: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen als ein Lösungsmittelsystem verwendet werden. Das Lösungsmittelsys tem kann eines oder mehrere der folgenden Stoffe enthalten: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole und ein weiteres organisches Lösungsmittel.
  • Zu Beispielen von Glykoletherester gehören: Ethylenglykolmethyletherazetat, Ethylenglykolethylesterazetat, Ethylenglykolpropyletherazetat, Ethylenglykolbutyletherazetat, Propylenglykolmethyletherazetat, Propylenglykolebutyletherazetat und dergleichen.
  • Zu Glykolester gehören auch: Polyalkylenglykoletherester, etwa Poly(ethylenglykol)alkyletherazetate und Poly(propylenglykol)alkyletherazetate. Zu Beispielen von Poly(ethylenglykol)alkyletherazetate und Poly(propylenglykol)alkyletherazetate gehören Poly(ethylenglykol)methyletherazetat, Poly(ethylenglykol)ethyletherazetat, Poly(ethylenglykol)propyletherazetat, Poly(ethylenglykol)butyletherazetat, Poly(propylenglykol)methyletherazetat, Poly(propylenglykol)ethyletherazetat, Poly(propylenglykol)propyletherazetat und Poly(propylenglykol)butyletherazetat.
  • Zu weiteren speziellen Beispielen von Polyalkylenglykoletherestern gehören: Di(ethylenglykol)methyletherazetat, Di(ethylenglykol)ethyletherazetat, Di(ethylenglykol)propyletherazetat, Di(ethylenglykol)butyletherazetat, Di(ethylenglykol)hexyletherazetat, Di(ethylenglykol)dodecyletherazetat, Di(propylenglykol)methyletherazetat, Di(propylenglykol)ethyletherazetat, Di(propylenglykol)butyletherazetat, Tri(ethylenglykol)methyletherazetat, Tri(ethylenglykol)ethyletherazetat, Tri(ethylenglykol)butyletherazetat, Tri(propylenglykol)methyletherazetat, Tri(propylenglykol)butyletherazetat, und dergleichen.
  • Zu Beispielen von Glykolethern gehören: Alkylenglykolether und Polyalkylenglykolether, etwa Poly(ethylenglykol)methylether, Poly(ethylenglykol)ethylether, Poly(ethylenglykol)propylether, Poly(ethylenglykol)butylether, Poly(propylenglykol)methylether, Poly(propylenglykol)ethylether, Poly(propylenglykol)propylether und Poly(propylenglykol)Butylether. Zu anderen Beispielen von Glykolethern gehören: Ethylenglykolmethylether, Ethylenglykolmethylether, Ethylenglykolethylbutylether, Ethylenglykolethylether, Ethylenglykolbutylether, Ethylenglykoldimethylether, Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykoldibutylether, Propylenglykolmethylether, Proylenglykolethylether, Propylenglykolbutylether, Propylenglykoldimethylether, Propylenglykoldibutylether, Di(Ethylenglykol)methylether, Di(ethylenglykol)ethylether, Di(ethylenglykol(hexylether), Di(ethylenglykol)dimethylether, Di(ethylenglykol)diethylether, Di(ethylenglykol)dibutylether, Di(ethylenglykol)butylmethylether, Di(ethylenglykol)dodecylether, Di(propylenglykol)methylether, Di(propylenglykol)butylether, Tri(ethylenglykol)Methylether, Tri(ethylnglykol)dimethyelether, Tri(propylenglykol)methylether und Tri(propylenglykol)butylether.
  • Furane beinhalten Tetrahydrofuran. Zu Alkylalkoholen mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen gehören insbesondere Alkylalkohle mit ungefähr 5 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatomen. Zu Beispielen von Alkylalkohlen von ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen gehören: n-Butanol, iso-Butanol, n-Pentanol, Iso-Pentanol, Zyklopentanol, n-Hexanol, Zyklohexanol, Heptanol, und dergleichen.
  • Bei Verwendung eines oder mehrere von: Glykoletherestern, Glykolether, Furanen und Alkylalkoholen mit von ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen wird die Herstellung der organischen Halbleitermatenal erleichtert. Insbesondere das Bilden des organischen Polymers in einer Richtung von der Oberfläche weg, auf der diese gebildet ist, wird dies erleichtert, wobei das Aufbringen des organischen Halbleitermatenals auf die Substratoberfläche erleichtert wird. Es werden gleichförmig beabstandete organische Polymerbasiskomponenten auf der Oberfläche gebildet; und/oder die Herstellung der organischen Halbleiterschicht schreitet in gesteuerter Weise voran.
  • In einer Ausführungsform enthält die Mischung ungefähr 0,1 % bis ungefähr 75 Gewichtsprozent eines organischen Halbleitermatenals und ungefähr 25 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,9 Gewichtsprozent eines Lösungsmittels (eines von: Glykoletherester, Glykolether, Furanen und Alkylalkoholen). In einer weiteren Ausführungsform enthält die Mischung ungefähr 0,5 Gewichtsprozent bis ungefähr 50 Gewichtsprozent an organischem Halbleitermatenal und ungefähr 50 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,5 Gewichtsprozent an Lösungsmittel. In einer noch weiteren Ausführungsform enthält die Mischung ungefähr 1 Gewichtsprozent bis ungefähr 25 Gewichtsprozent an organischem Halbleitermaterial und ungefähr 75 Gewichtsprozent bis ungefähr 99 Gewichtsprozent an Lösungsmittel.
  • Wenn die Mischung aus organischem Halbleitermaterial und Lösungsmittel auf eine Scheibenstruktur aufgebracht wird, weist die Mischung eine Temperatur auf, die geeignet ist, um die Herstellung der organischen Halbleiterschicht zu ermöglichen, die Lösung des organi schen Halbleitermaterials zu verbessern und/oder ein einfaches Entfernen des Lösungsmittels von dem Scheibensubstrat zu ermöglichen. In einer Ausführungsform liegt die Temperatur der Mischung während des Auftragens bei ungefähr 15°C bis 80°C. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Temperatur der Mischung während des Auftragens bei ungefähr 25°C bis ungefähr 70°C. In einer noch weiteren Ausführungsform liegt die Temperatur der Mischung während des Auftragens bei ungefähr 30°C bis ungefähr 60°C. ° Es kann eine kovalente Bindung zwischen dem organischen Halbleitermaterial und der passiven Schicht hergestellt werden. Alternativ ist ein enger Kontakt erforderlich, um einen guten Ladungsträger/Elektronenaustausch zwischen der organischen Halbleiterschicht und der passiven Schicht zu ermöglichen. Die organische Halbleiterschicht und die passive Schicht sind elektrisch dahingehend gekoppelt, dass ein Ladungsträger/Elektronenaustausch zwischen den beiden Schichten stattfindet.
  • Eine passive Schicht enthält mindestens eine die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung, die zu der steuerbaren Leitfähigkeit des steuerbar leitfähigen Mediums beiträgt. Die die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung besitzt die Fähigkeit, Ladungsträger (Löcher und/oder Elektronen) zu spenden und aufzunehmen. Die passive Schicht kann somit eine Transportfunktion zwischen einer Elektrode und der Grenzfläche zwischen der organischen Polymerschicht und der passiven Schicht, die Ladungsträgerinjektion in die organische Polymerschicht verbessern und/oder die Konzentration eines Ladungsträgers in der organischen Polymerschicht erhöhen. In einigen Fällen kann die passive Schicht entgegengesetzte Ladungen speichern, wodurch ein Ausgleich an Ladungen in dem organischen Speicherbauteil als ganzes stattfindet. Das Speichern von Ladungen/Ladungsträgern wird durch die Existenz zweier relativ stabiler Oxidationszustände für die die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung ermöglicht.
  • Im Allgemeinen besitzt die die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung oder ein Atom in der die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung mindestens zwei relativ stabile Oxidationszustände. Die beiden relativ stabilen Oxidationszustände ermöglichen es, dass die die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung Ladungsträger spendet und aufnimmt und elektrisch mit der organischen Halbleiterschicht wechselwirkt. Die spezielle, die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung, die in einer vorgegebenen organischen Speicherzelle verwendet wird, ist so gewählt, dass die beiden relativ stabilen Oxidationszustände den beiden relativ stabi len Oxidationszuständen des organischen Halbleitermatenals angepasst sind. Das Anpassen der Energiebänder zweier relativ stabiler Oxidationszustände des organischen Halbleitermaterials und der die Leitfähigkeit verbessernden Verbindung verbessert die Ladungsträgerverweilzeit in der organischen Halbleiterschicht.
  • Übereinstimmende bzw. angepasste Energiebänder bedeutet, dass das Ferminiveau der passiven Schicht nahe an dem Valenzband der organischen Halbleiterschicht liegt. Somit können (in die organische Halbleiterschicht) eingeführte Ladungsträger mit der Ladung in der passiven Schicht rekombinieren, wenn das Energieband der geladenen organischen Halbleiterschicht sich nicht wesentlich ändert. Das Anpassen von Energiebändern beinhaltet, einen Kompromissfinden zwischen dem einfachen Einführen von Ladungsträgern und der Länge einer Ladungs-(Daten) Verweilzeit zu finden.
  • In einer Ausführungsform liegt beim Anpassen von Energiebändern das Ferminiveau der passiven Schicht innerhalb von ungefähr 0,3 eV des Valenzbandes der organischen Halbleiterschicht. In einer weiteren Ausführungsform liegt das Ferminiveau der passiven Schicht innerhalb von ungefähr 0,25 eV des Valenzbandes der organischen Halbleiterschicht. In einer noch weiteren Ausführungsform liegt das Ferminiveau der passiven Schicht innerhalb von ungefähr 0,2 eV des Valenzbandes der organischen Halbleiterschicht; in einer noch weiteren Ausführungsform liegt das Ferminiveau der passiven Schicht in einem Bereich von ungefähr 0,15 eV in Bezug auf das Valenzband der organischen Halbleiterschicht.
  • Das angelegte externe Feld kann die Energiebarriere zwischen der passiven Schicht und der organischen Schicht in Abhängigkeit von der Feldrichtung reduzieren. Somit kann eine erhöhte Ladungsträgerinjektion in dem Feld in Vorwärtsrichtung bei einem Programmiervorgang und ebenso eine verbesserte Ladungsträgerrekombination in dem rückwärtsgerichteten Feld bei einem Löschvorgang erreicht werden.
  • Die passive Schicht kann in einigen Fällen als ein Katalysator dienen, wenn die organische Halbleiterschicht gebildet wird, insbesondere, wenn die organische Halbleiterschicht ein konjugiertes organisches Polymer enthält. In diesem Zusammenhang kann die Polymerbasiskomponente des konjugierten organischen Polymers anfänglich sich benachbart zu der passiven Schicht ausbilden, und kann im Wesentlichen senkrecht zu der passiven Schichtoberfläche wegwachsen oder sich in dieser Richtung anordnen. Somit sind die Polymer hauptkomponenten der konjugierten organischen Polymere in einer Richtung selbstjustiert, die die beiden Elektroden schneidet.
  • Zu Beispielen von die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindungen, die die passive Schicht bilden, gehören eines oder mehrere der folgenden Materialien: Kupfersulfid (Cu2S, CuS), kupferreiches Kupfersulfid (Cu3S/CuSS, Cu3S, CuS), Kupferoxid (CuO, Cu2O), Manganoxid (MnO2), Titandioxid (TiO2), Indiumoxid (I3O4), Silbersulfid (Ag2S, AgS), Goldsulfid (Au2S, AuS), Eisenoxid (Fe3O4), Nickelarsenid (NiAs), Kobaltarsenid (CoAs2) und dergleichen. Die die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindungen dissoziieren nicht in Ionen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes. Die passive Schicht kann zwei oder mehrere passive Teilschichten aufweisen, wobei jede Teilschicht die gleichen, unterschiedliche oder mehrere die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindungen enthält.
  • Die passive Schicht wird unter Anwendung von Oxidationstechniken aufgewachsen, mittels Gasphasenreaktionen gebildet oder zwischen den Elektroden abgeschieden. In einigen Fällen kann, um die Ladungsträgerverweilzeiten (in der organischen Halbleiterschicht) zu verlängern, die passive Schicht mittels eines Plasmas nach der Herstellung behandelt werden. Die Plasmabehandlung modifiziert die Energiebarriere der passiven Schicht.
  • In einer Ausführungsform besitzt die passive Schicht mit der die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindungen eine Dicke von ungefähr 2 Angstrom oder mehr und ungefähr 0,1 μm oder weniger. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die passive Schicht eine Dicke von ungefähr 10 Angstrom oder mehr und ungefähr 0,01 μm oder weniger. In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die passive Schicht eine Dicke von ungefähr 50 Angstrom oder mehr und ungefähr 0,05 μm oder weniger.
  • Um die Funktionsweise der organischen Speicherzellen zu verbessern, ist die organische Halbleiterschicht dicker als die passive Schicht. In einer Ausführungsform reicht die Dicke der organischen Halbleiterschicht von ungefähr dem 10-fachen bis ungefähr dem 500-fachen der Dicke der passiven Schicht. In einer weiteren Ausführungsform reicht die Dicke der organischen Halbleiterschicht von ungefähr dem 25-fachen bis ungefähr dem 250-fachen der Dicke der passiven Schicht.
  • In einer Ausführungsform enthalten die organischen Speicherzellen optional eine heterozyklische (aromatische) Verbindungsschicht. In einer weiteren Ausführungsform ist die organische Halbleiterschicht mit einer heterozyklischen (aromatischen) Verbindung dotiert. Wenn die heterozyklische/aromatische Verbindungsschicht vorhanden ist, besitzt diese eine Dicke von ungefähr 0,001 μm oder mehr und ungefähr 1 μm oder weniger.
  • Die Fläche der einzelnen organischen Speicherzellen (gemessen als der Oberflächenbereich der beiden sich direkt überlappenden Elektroden) kann klein sein im Vergleich zu konventionellen anorganischen Speicherzellen auf Siliziumbasis, etwa in Form von MOSFETS. In einer Ausführungsform ist die Fläche der organischen Speicherzellen in der vorliegenden Erfindung ungefähr 0,0001 μm2 oder mehr und ungefähr 4 μm2 oder weniger. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Fläche der organischen Speicherzellen ungefähr 0,001 μm2 oder mehr und ungefähr 1 μm2 oder weniger.
  • Der Betrieb der organischen Speicherbauelemente/Zellen wird ermöglicht unter Anwendung eines externen Stimulus, um eine Schaltwirkung zu erreichen. Zu externen Stimuli gehören ein externes elektrisches Feld und/oder Lichteinstrahlung. Unter diversen Bedingungen ist die organische Speicherzelle entweder leitend (geringer Widerstand oder „Ein"-Zustand) oder nicht-leitend (hoher Widerstand oder „Aus"-Zustand).
  • Die organische Speicherzelle kann ferner mehr als einen leitenden Zustand oder Zustand mit geringer Impedanz aufweisen, etwa einen sehr leitfähigen Zustand (Zustand mit sehr geringer Impedanz), einen gut leitenden Zustand (Zustand mit geringer Impedanz), einen leitenden Zustand (Zustand mit einem mittleren Maß an Impedanz) und einen nichtleitenden Zustand (hochohmiger Zustand), um damit das Speichern mehrerer Bits an Informationen in einer einzelnen organischen Speicherzelle zu ermöglichen, etwa zwei oder mehr Bits an Information oder 4 oder mehr Bits an Information.
  • Das Umschalten der organischen Speicherzelle aus dem „Aus"-Zustand in den „Ein"-Zustand tritt ein, wenn ein externer Stimulus, etwa ein angelegtes elektrisches Feld, einen Schwellwert übersteigt. Das Umschalten der organischen Speicherzelle von dem „Ein"-Zustand in den „Aus"-Zustand tritt ein, wenn ein externer Stimulus einen Schwellwert nicht übersteigt oder nicht vorhanden ist. Der Schwellwert variiert in Abhängigkeit einer Reihe von Faktoren, zu denen die Art der Materialien gehört, die die organische Speicherzelle und die passive Schicht bilden, die Dicke der diversen Schichten, und dergleichen.
  • Allgemein gilt, dass das Vorhandensein eines externen Stimulus, etwa eines angelegten elektrischen Feldes, das einen Schwellwert übersteigt („Ein"-Zustand), es ermöglicht, dass mittels einer angelegten Spannung Information in die organische Speicherzelle geschrieben wird oder aus dieser gelöscht wird und das Vorhandensein eines externen Stimulus, etwa eines angelegten elektrischen Feldes, das kleiner ist als ein Schwellwert, ermöglicht es, dass mittels einer angelegten Spannung Information aus der organischen Speicherzelle ausgelesen wird; wohingegen das Fehlen des externen Stimulus, der einen Schwellwert übersteigt („Aus"-Zustand) verhindert, dass mittels einer angelegten Spannung Information in die organische Speicherzelle geschrieben wird oder aus dieser gelöscht wird.
  • Um Information in die organische Speicherzelle zu schreiben, wird eine Spannung oder ein Pulssignal, das den Schwellwert übersteigt, angelegt. Um Information, die in die organische Speicherzelle geschrieben ist, auszulesen, wird eine Spannung oder ein elektrisches Feld einer beliebigen Polarität angelegt. Die Messung der Impedanz bestimmt, ob die organische Speicherzelle sich in einem niederohmigen Zustand oder hochohmigen Zustand befindet (und somit, ob diese sich in einem „Ein"- oder „Aus"-Zustand befindet) ist. Um eine in die organische Speicherzelle geschriebene Information zu löschen, wird eine negative Spannung oder eine Polarität entgegengesetzt zu der Polarität des Schreibsignals angelegt, wobei ein Schwellwert überschritten wird.
  • Die hierin beschriebenen organischen Speicherbauelemente können verwendet werden, um Logikbauelemente zu bilden, etwa zentrale Recheneinheiten (CPUs); flüchtige Speicherbauelemente, etwa DRAM-Bauelemente, SRAM-Bauelement und dergleichen; Eingabe/Ausgabe-Bauelemente (I/O-Chips); und nicht-flüchtige Speicherbauelemente, etwa EEPROMS, PROMS und dergleichen. Die organischen Speicherbauelemente können in einer planaren Orientierung (zweidimensional) oder in einer dreidimensionalen Anordnung mit mindestens zwei planaren Arrays aus organischen Speicherzellen aufgebaut werden.
  • In 2 ist ein dreidimensionales mikroelektronisches organisches Speicherbauelement 200 mit mehreren organischen Speicherzellen gemäß einem Aspekt der Erfindung gezeigt. Das dreidimensionale mikroelektronische organische Speicherbauelement 200 enthält meh rere erste Elektroden 202, mehrere zweite Elektroden 204 und mehrere Speicherzellenschichten 206. Zwischen entsprechenden ersten und zweiten Elektroden sind die steuerbar leitenden Medien (nicht gezeigt) angeordnet. Die mehreren ersten Elektroden 202 und die mehreren zweiten Elektroden 204 sind in einer im Wesentlichen senkrechten Orientierung zueinander dargestellt, obwohl andere Orientierungen möglich sind. Das dreidimensionale mikroelektronische organische Speicherbauelement kann eine äußerst hohe Anzahl an Speicherzellen enthalten, wodurch die Bauteildichte verbessert wird. Der Einfachheit halber sind periphere Schaltungen und Bauelemente nicht gezeigt.
  • Die organischen Speicherzellen/Bauelemente sind in einem beliebigen Bauelement verwendbar, in denen ein Speicher erforderlich ist. Beispielsweise sind die organischen Speicherbauelemente einsetzbar in Computern, Geräten, Industrieanlagen, tragbaren Geräten, Telekommunikationsanlagen, medizinischen Anlagen, Forschungs- und Entwicklungsanlagen, Transportfahrzeugen, Radar/Sattelitengeräten, und dergleichen. Portable Geräte und insbesondere portable elektronische Geräte erreichen einen verbesserten Grad an Mobilität auf Grund der geringen Größe und des geringen Gewichts der organischen Speicherbauelemente. Zu Beispielen von tragbaren Geräten gehören Mobiltelefone und andere Zweiwege-Kommunikationsgeräte, persönliche Datenassistenten, Kleinrechner, Rufanlagen, Notebook-Computer, Fernsteuerungen, Recorder (Video und Audio), Radios, kleine Fernsehgeräte und Netzwerkdarstellungsgeräte, Kameras und dergleichen.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf eine gewisse bevorzugte Ausführungsform oder Ausführungsformen gezeigt und beschrieben ist, ist es offenkundig, dass äquivalente Änderungen und Modifizierungen vom Fachmann auf der Grundlage des Verständnisses dieser Schrift und der begleitenden Zeichnungen durchgeführt werden können. Insbesondere im Hinblick auf die diversen Funktionen, die von den zuvor beschriebenen Komponenten ausgeführt werden (Anordnungen, Bauelemente, Schaltungen, etc.), werden die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf „eine Einrichtung") verwendet, um derartige Komponenten zu beschreiben, wobei beabsichtigt ist, dass eine Entsprechung, sofern dies nicht anderweitig gekennzeichnet ist, zu beliebigen Komponenten gegeben ist, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführen (d. h. deren Funktionsweise äquivalent ist), obwohl diese unter Umständen strukturell nicht zu der offenbarten Struktur äquivalent sind, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführen. Obwohl ferner ein spezielles Merkmal der Erfindung in Bezug auf ledig lich eine von mehreren Ausführungsformen offenbart sein kann, kann ein derartiges Merkmal auch mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wenn dies gewünscht und vorteilhaft ist für eine gegebene oder spezielle Anwendung.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die Verfahren und Bauelemente der vorliegenden Erfindung sind auf dem Gebiet der Halbleiterspeicher und der Halbleiterherstellung verwendbar.
  • Zusammenfassung
  • Es ist ein Verfahren offenbart zum Herstellen organischer Speicherzellen die aus zwei Elektroden mit einem dazwischen angeordneten steuerbar leitendem Medium ausgebildet sind. Das steuerbar leitende Medium enthält eine organische Halbleiterschicht und eine passive Schicht. Die organische Halbleiterschicht wird unter Anwendung von Aufschleudertechniken mit Unterstützung von gewissen Lösungsmitteln gebildet.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer organischen Speicherzelle mit: Bereitstellen einer ersten Elektrode; Bilden einer passiven Schicht mit einer Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung über der ersten Elektrode; Bilden einer organischen Halbleiterschicht über der passiven Schicht unter Verwendung einer Aufschleudertechnik, wobei die Aufschleudertechnik umfasst: Aufbringen einer Mischung aus i) mindestens einem der folgenden: ein konjugiertes organisches Polymer, eine konjugierte organometallische Verbindung, ein konjugiertes organometallishes Polymer, ein Fulleren, eine Kohlenstoffnanoröhre und ii) mindestens einem Lösungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen; und Bereitstellen einer zweiten Elektrode über der organischen Halbleiterschicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel mindestens ein Glykoletherester aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe: Ethylenglykolmethyletherazetat, Ethylenglykoletherakzetat, Etylenglykolpropyletherazetat, Ethylenglykolbutyletherazetat, Propylenglykoletherazetat, Propylenglykolethyletherazetat, Propylenglykolpropyletheraztet, Proylenglykolbutyletherazetat, Poly(ethylenglykol)methyletherazetat, Poly(ethylglykol)etyletherazetat, Poly(ethylglykol)propyletherazetat, Poly(ethylenglykol)butyletherazetat, Poly(propylenglykol)methyletherazetat, Poly(propylenglykol)ethyletherazetat, Poly(propylenglykol)propyletherazetat und Poly(propylenglykol)butyletherazetat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel mindestens ein Glykolether aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Poly(ethylglykol)methylether, Poly(ethylenglykol)ethylether, Poly(ethylenglykol)propylether, Poly(ethylenglykol)butylether, Poly(propylenglykol)methylether, Poly(propylenglykol)ethylether, Poly(propylenglykol)propylether, Poly(propylenglykol)butylether, Ethylenglykolmethylether, Ethylenglykolmetylbutylether, Ethylenglykolethylbutylether, Ethylenglykolethylether, Ethy lenglykolbutylether, Ethylenglykoldimethylether, Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykoldibutylether, Propylenglykolmethylether, Propylenglykolethylether, Propylenglykolbutylether, Propylenglykoldimethylether, Propylenglykoldiethylether und Propylenglykolbutylether.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel Tetrahydrofuran und/oder n-Butanol und/oder iso-Butanol und/oder n-Pentanol und/oder iso-Pentanol und Zyklopentanol und/oder Hexanol und/oder Zyklohexanol und/oder Heptanol aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung ungefähr 0,5 Gewichtsprozent bis ungefähr 50 Gewichtspronzent i) eines konjugierten organischen Polymers und/oder einer konjugierten organometallischen Verbindung und/oder eines konjugierten organometallischen Polymers und/oder eines Fullerens und/oder einer Kohlenstoffnanoröhre, und ungefähr 50 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,5 Gewichtsprozent ii) mindestens eines Lösungsmittels aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eine Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung mindestens einen der folgenden Stoffe umfasst: Kupfersulfid, Kupferoxid, Manganoxid, Indiumoxid, Silbersulfid, Nickelarsenid, Kobaltarsenid und Eisenoxid, und wobei die organische Halbleiterschicht mindestens ein konjugiertes organisches Polymer aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyazetylen; Polyvinylazetylen, Polydivinyleazetylen; Polyanilin; Poly(p-pheylenvinylen); Polythiophen; Polyporphyrin; porphorinische Makrozyklen, thiolderivatisierte Polyporphyrine; Polymetallozene, Polyphthalocyanine; Polyvinylene; und Polystyrole.
  7. Verfahren zur Herstellung einer organischen Speicherzelle mit: Bereitstellen einer ersten Elektrode; Bilden einer passiven Schicht mit einer eine Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung über der ersten Elektrode; Bilden einer organischen Halbleiterschicht über der passiven Schicht unter Anwendung einer Aufschleudertechnik, wobei die Aufschleudertechnik umfasst: Aufbringen einer Mischung aus ungefähr 0,1 Gewichtsprozent bis ungefähr 75 Gewichtsprozent mindestens eines von i) einem konjugierten organischen Polymer, einer konjugierten organometallischen Verbindung, einem konjugierten organometallischen Polymer, einem Fulleren, einer Kohlenstoffnanoröhre und ungefähr 25 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,9 Gewichtsprozent von ii) mindestens einem Lösungsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe aus: Glykoletherester, Glykolether, Furane und Alkylalkohole mit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Kohlenstoffatomen; und Bereitstellen einer zweiten Elektrode über der organischen Halbleiterschicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mischung eine Temperatur von ungefähr 15°C bis ungefähr 80°C aufweist und wobei das Lösungsmittel ein Glykoletherester aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Ethylenglykolmethyletherazetat, Ethylenglykoletherakzetat, Etylenglykolpropyletherazetat, Ethylenglykolbutyletherazetat, Propylenglykoletherazetat, Propylenglykolethyletherazetat, Propylenglykolpropyletheraztet, Proylenglykolbutyletherazetat, Poly(ethylenglykol)methyletherazetat, Poly(ethylglykol)etyletherazetat, Poly(ethylglykol)propyletherazetat, Poly(ethylenglykol)butyletherazetat, Poly(propylenglykol)methyletherazetat, Poly(propylenglykol)ethyletherazetat, Poly(propylenglykol)propyletherazetat und Poly(propylenglykol)butyletherazetat.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die eine Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung mindestens eines der folgenden Stoffe umfasst: Kupfersulfid, Kupferoxid, Manganoxid, Indiumoxid, Silbersulfid, Nickelarsenid, Kobaltarsenid und Eisenoxid, und wobei die organische Halbleiterschicht mindestens ein konjugiertes organisches Polymer aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyazetylen; Polyvinylazetylen, Polydivinyleazetylen; Polyanilin; Poly(p-pheylenvinylen); Polythiophen; Polyporphyrin; porphorinische Makrozyklen, thiolderivatisierte Polyporphyrine; Polymetallozene, Polyphthalocyanine; Polyvinylene; und Polystyrole.
  10. Verfahren zur Herstellung einer organischen Speicherzelle mit: Bereitstellen einer ersten Elektrode; Bilden einer passiven Schicht mit einer eine Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung über der ersten Elektrode; Bilden einer organischen Halbleiterschicht über der passiven Schicht unter Anwendung einer Aufschleudertechnik, wobei die Aufschleudertechnik umfasst: Auftragen einer Mischung aus ungefähr 0,1 Gewichtsprozent bis ungefähr 75 Gewichtsprozent i) mindestens eines konjugierten organischen Polymers, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyatzetylen; Polyvinylazetylen; Polydivinylazetylen; Polyanilin; Poly(p-phenylenvinylen); Polythiophen; Polyporphyrin; porphyrinische Makrozyklen, thiolderivatisierte Polyporphyrine; Polymetallozene, Polyphthalozyanine; Polyvinylene; und Polystyrole; und ungefähr 25 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,9 Gewichtsprozent ii) mindestens eines Glykoletheresters; und Bereitstellen einer zweiten Elektrode über der organischen Halbleiterschicht.
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