DE69531477T2 - Halbleiteranordnung aus halbleitendem, organischem material - Google Patents

Halbleiteranordnung aus halbleitendem, organischem material Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die mit einem organischen Material versehen ist, die von einer Festkörpermischung aus organischen Donator- und organischen Akzeptormolekülen gebildet wird. Unter „Donatormolekül" soll hier ein Molekül verstanden werden, das verhältnismäßig einfach ein Elektron abgeben kann, und unter „Akzeptormolekül" ein Molekül, das verhältnismäßig einfach ein Elektron aufnehmen kann.
  • Ein Festkörpermischung der eingangs erwähnten Art ist aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 423956 bekannt. Die Festkörpermischung ist bei einem Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen von 1,3 : 2 und 1,66 : 2 halbleitend. Die bekannte beschriebene Festkörpermischung hat den Nachteil, dass die elektrische Leitfähigkeit der bekannten Festkörpermischung verhältnismäßig hoch ist, sodass es nicht möglich ist, die Leitfähigkeit des Festkörpermischung in dem Maße zu beeinflussen, dass schaltbare Anordnungen hergestellt werden können.
  • Der Erfindung liegt u. a. als Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil zu begegnen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein n-Halbleitermaterial umfasst, bei dem das n-Halbleitermaterial ein Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen unterhalb von 0,05 aufweist, d. h. D : A = 1 : > 20.
  • Die erfindungsgemäßen Festkörpermischungen können zum Herstellen von schaltbaren Halbleiteranordnungen verwendet werden. Die n-Materialien können zum Herstellen von Transistoren, Dioden und Feldeffekttransistoren in gleicher Weise wie beispielsweise dotiertes Silicium oder Germanium verwendet werden.
  • Die bekannten Festkörpermischungen werden zum Herstellen eines organischen Leiters verwendet. Bei einem Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen von 1 : 1 wird die Festkörpermischung halbmetallisch. Bei Donator/Akzeptorverhältnissen von 1,3 : 2 und 1,66 : 2, d. h. verhältnismäßig dicht bei 1 : 1, ist die Leitfähigkeit der Festkörpermischung geringer als bei rein metallischer Leitfähigkeit, aber die Leitfähigkeit ist noch so hoch, dass mit der Festkörpermischung keine Schaltelemente hergestellt werden können. Außerdem weisen die bekannten Festkörpermischungen kein n- oder p-Verhalten auf, d. h. die Leitfähigkeit wird nicht durch verhältnismäßig lose gebundene Elektronen oder Löcher bestimmt. Die erfindungsgemäße Festkörpermischung verhält sich dagegen wie ein n-Halbleiter. Das bedeutet, dass Effekte wie Verarmung, Anreicherung, Injektion von Ladungsträgern, Feldeffekt usw., die aus anderen Halbeitermaterialien bekannt sind, zum Herstellen von Schaltelementen verwendet werden können. Im Fall eines Festkörpermischungs-Molverhältnisses zwischen Donatoren und Akzeptoren unterhalb von 0,05, d. h. D : A = 1 : > 20, wobei das Material eine relativ sehr große Zahl Akzeptormoleküle aufweist, verhält sich die Festkörpermischung wie ein n-Halbleiter. Für den Fall eines Molverhältnisses oberhalb 20, d. h. D : A = 1 : < 0,5, wobei das Material eine relativ sehr große Anzahl von Donatormolekülen hat, verhält sich die Festkörpermischung wie ein p-Halbleiter. Dieses p-Material ist nicht Teil der beanspruchten Erfindung. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Mischung führt das Vorhandensein von Akzeptoratomen in Halbleitermaterialien, wie z. B. Silicium, zu einem p-Verhalten, während das Vorhandensein von Donatoratomen zu einem n-Verhalten führt.
  • Es wird vermutet, dass das Verhalten der Festkörpermischung mit verhältnismäßig niedrigen und hohen molaren Donator/Akzeptorverhältnissen durch einen so genannten Hopping-Mechanismus verursacht wird. Dieses n-Verhalten der Festkörpermischung mit einem niedrigen molaren Donator/Akzeptorverhältnis könnte durch die Tatsache bewirkt sein, dass die Leitfähigkeit durch Elektronen von Donatormolekülen, von denen es verhältnismäßig wenige gibt, bestimmt wird, welche Elektronen sich zu Gitterplätzen (Löchern) auf Akzeptormolekülen bewegen (engl. "hop"), von denen es verhältnismäßig viele gibt. Das Umgekehrte könnte für p-Material der Fall sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Anordnung sowohl ein n-Gebiet, das aus dem n-Material hergestellt ist, als auch ein p-Gebiet, das aus dem oben erwähnten p-Material hergestellt ist. Die in einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung verwendete Festkörpermischung kann durch Kodeposition aus zwei Dampfquellen, eine für Donatormoleküle und eine für Akzeptormoleküle, bei verringertem Druck, beispielsweise unterhalb 1,3 × 103 n/m2 (10–5 Torr) verhältnismäßig einfach hergestellt werden. Das molare Donator/Akzeptorverhältnis kann verhältnismäßig einfach verändert werden, indem die Ausbeuten der Quellen angepasst werden, beispielsweise durch Anpassen einer Quellentemperatur. So können sowohl n- als auch p-Gebiete des organischen Halbleiters in einem einzigen Dampfabscheidungsprozess hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Halbleiteranord nung ist daher viel einfacher herzustellen als beispielsweise Siliciumhalbleiteranordnungen, bei denen Hochtemperaturdiffusion bei der Herstellung von n- und p-Gebieten eine Rolle spielt. Vorzugsweise umfasst die Anordnung einen pn-Übergang zwischen den p- und n-Gebieten. Ein solcher pn-Übergang verhält sich wie eine Diode und ist die Grundform eines Schaltelementes. Der pn-Übergang kann, ebenso wie die separaten p- und n-Gebiete, durch Veränderung der Ausbeuten der Dampfabscheidungsquellen von Donator- und Akzeptormolekülen ebenfalls in einfacher Weise hergestellt werden.
  • Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn die Anordnung ein weiteres Gebiet umfasst, das aus einer Festkörpermischung der organischen Donator- und organischen Akzeptormoleküle hergestellt ist, wobei das Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen nahezu gleich 1 ist. Ein solches Gebiet hat halbmetallische Eigenschaften und kann daher beispielsweise als Verbindungsgebiet, vergrabener Leiter oder Verbindung zwischen halbleitenden Gebieten verwendet werden. Halbleitende Gebiete können in einem einzigen Prozessschritt hergestellt werden, zusammen mit n- und p-Gebieten, indem das molare Donator/Akzeptorverhältnis während der Herstellung auf ungefähr 1 : 1 verändert wird. Bei der Herstellung eines solchen leitfähigen Gebietes ist im Fall von Halbleitermaterialien wie z. B. Silicium ein zusätzlicher Metallisierungsschritt erforderlich.
  • Die Anordnung umfasst eine aus n-Material hergestellte Schicht, die mit einem an eine Oberfläche angrenzenden Gebiet versehen ist, das eine passivierte Oberflächenschicht aufweist. In der Praxis hat sich gezeigt, dass n-Material eine Passivierungsoberflächenschicht bildet, wenn es nach der Fertigung unter reduziertem Druck Luft ausgesetzt wird (einer Mischung aus N2 und O2). Wenn die Halbleiteranordnung so gefertigt wird, dass Gebiete n-Material an eine Oberfläche grenzen, dann wird die Anordnung nach einer Dampfabscheidung unter Vakuumbedingungen passiviert, wenn sie einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Dieser Effekt kann mit der Passivierung einer Siliciumoberfläche bei der Bildung von Siliciumdioxid verglichen werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Anordnung einen Feldeffekttransistor, mit einem Source- und einem Draingebiet und mit einem dazwischen liegenden n-Kanalgebiet, das aus dem n-Material hergestellt ist, welches Kanalgebiet mit einer Gateelektrode versehen ist, die durch eine Isolierschicht von dem Kanalgebiet getrennt ist, während eine der Gateelektrode abgewandte Seite des Kanalgebietes mit einer passivierten Oberflächenschicht versehen ist, die an eine Oberfläche grenzt. Die der Gateelektrode abgewandte Seite des Kanalgebiets wird bei dem Aussetzen an Luft passiviert. Hieraus resultiert ein verhältnismäßig schmales Kanalgebiet. Ein solches schmales Kanalgebiet hat einen günstigen Einfluss auf ein so genanntes Ein-/Aus-Verhältnis des Feldeffekttransistors, d. h. den Unterschied der Leitfähigkeit im Kanalgebiet, wenn der Kanal gesperrt ist oder in bekannter Weise über die Gateelektrode leitend gemacht wird.
  • Bekannte Donatormoleküle sind beispielsweise TTF: Tetrathiafulvalen, TMTTF: Tetramethyltetrathiafulvalen, TSF: Tetraselenafulvalen, TMTSF: Tetramethyltetraselenafulvalen. Bekannte Akzeptormoleküle sind beispielsweise TCNQ: Tetracyanoquinodimethan, TNAP: Tetracyanonaphtoquinodimethan und TCNDQ: Tetracyanodiquinodimethan. Alle diese Moleküle können als Donator- und Akzeptormoleküle in einer erfindungsgemäßen Festkörpermischung verwendet werden. Für weitere Beispiele von organischen Donator- und Akzeptormolekülen wird der Leser auf das Buch: Organic Charge-Transfer Complexes von R. Foster, Academic Press 1996, Tabelle 1.1, S. 5–11 verwiesen. Vorzugsweise umfasst das organische Donatormolekül TTF: Tetrathiafulvalen und das organische Akzeptormolekül TCNQ: Tetracyanoquinodimethan. Diese Materialien sind verhältnismäßig gut verfügbar und können in einfacher Weise bei einer Temperatur unter 200°C verwendet werden.
  • Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn eine Oberfläche der Anordnung mit einer Oberflächenschicht versehen wird, die die Anordnung gegen Sauerstoff abdichtet. Die Stabilität der Festkörpermischung wird dadurch erhöht. Vorzugsweise umfasst die Oberflächenschicht Siliciummonoxid. Siliciummonoxid kann bei verhältnismäßig niedriger Temperatur von ungefähr 200°C verwendet werden, sodass die organischen Donator- und Akzeptormoleküle nicht angegriffen werden.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Weiteren näher beschreiben. Es zeigen:
  • 1 die Leitfähigkeit S als Funktion des molaren Donator/Akzeptorverhältnisses D/A der Festkörpermischung,
  • 2 eine Halbleiteranordnung mit einem MOSFET-Transistor, die mit einem erfindungsgemäßen organischen Halbleitermaterial versehen ist,
  • 3 den Strom Isd zwischen der Source 1 und der Drain 2 der Halbleiteranordnung von 1 als Funktion der Spannung Vg an der Gateelektrode 4,
  • 4 die Halbleiteranordnung mit einer MIS-Diode, die mit einem erfindungsgemäßen organischen Halbleitermaterial versehen ist,
  • 5 die differenzielle Kapazität dQ/dV, wobei Q die Ladung an den Elektroden 4, 8 und V die Spannung Vg an der Gateelektrode 4 der Halbleiteranordnung von 4 ist, als Funktion der Spannung Vg an der Gateelektrode 4 und
  • 6 die Halbleiteranordnung mit einer Diode, die mit einem pn-Übergang versehen ist, die aus erfindungsgemäßem organischem Halbleitermaterial hergestellt ist.
  • Die Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu. Entsprechende Teile haben in der Zeichnung im Allgemeinen die gleichen Bezugszeichen.
  • 2, 4 und 6 zeigen Halbleiteranordnungen, die mit einem organischen Halbleitermaterial versehen sind, das von einer Festkörpermischung aus organischen Donator- und organischen Akzeptormolekülen gebildet wird. Unter einem Donatormolekül soll hier ein Molekül verstanden werden, das verhältnismäßig einfach ein Elektron abgeben kann, und unter einem Akzeptormolekül ein Molekül, das verhältnismäßig einfach ein Elektron aufnehmen kann.
  • Bekannte halbleitende Festkörpermischungen haben Molverhältnisse zwischen Donator- und Akzeptormolekülen von 1,3 : 2 und 1,66 : 2. Solche Festkörpermischungen haben den Nachteil, dass die elektrische Leitfähigkeit verhältnismäßig hoch ist, sodass es nicht möglich ist, schaltbare Anordnungen mit der Mischung herzustellen.
  • Gemäß der Erfindung umfasst das Halbleitermaterial ein n-Halbleitermaterial, sodass das n-Material ein Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen unterhalb von 0,05 hat, D : A = 1 : > 20. Die Festkörpermischung verhält sich wie ein n-Halbleiter, wenn sie ein Molverhältnis zwischen den Donatoren und Akzeptoren unterhalb 0,05 hat (D : A = 1 : > 20), d. h. bei einer relativ sehr großen Zahl Akzeptormoleküle. Die Halbleitermischung verhält sich bei einem Molverhältnis oberhalb von 20 (D : A = 1 : < 20), d. h. bei einer relativ sehr großen Zahl von Donatormolekülen, wie ein p-Leiter.
  • 1 zeigt, wie die Leitfähigkeit S sich als Funktion des molaren Donator/ Akzeptorverhältnisses D/A in einem n-Halbleitermaterial ändert, das aus TCNQ als Akzeptormolekül und TTF als Donatormolekül hergestellt worden ist. Die elektrische Leitfähigkeit kann daher über viele Größenordnungen verändert werden, indem das Molverhältnis zwischen Donator- und Akzeptormolekülen gesteuert wird. 1 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Mischungen eine elektrische Leitfähigkeit haben, die sehr stark von der Halbmetallleitfähigkeit abweicht, wie sie für bekannte Festkörpermischungen mit einem molaren Donator/Akzeptorverhältnis D/A von ungefähr 1 gefunden wird.
  • 2 zeigt einen Feldeffekttransistor mit einem Sourcegebiet 1, einem Draingebiet 2 und einem dazwischen liegenden n-Kanalgebiet 3, das aus dem n-Material hergestellt ist, wobei das Kanalgebiet 3 mit einer Gateelektrode 4 versehen ist, die vom Kanalgebiet 3 durch eine Isolierschicht 5 getrennt ist, wobei eine von der Gateelektrode 4 abgewandte Seite 3' des Kanalgebietes 3 mit einer passivierten Oberflächenschicht 7 versehen ist, die an eine Oberfläche 6 grenzt. Eine derartige Anordnung wird folgendermaßen hergestellt. Eine stark dotierte p-Siliciumscheibe (ungefähr 0,02 Ωcm) wird als Gateelektrode 4 verwendet. Auf dieser Scheibe wird in bekannter Weise eine 50 nm dicke Siliciumdioxidschicht als Isolierschicht 5 thermisch aufgewachsen. Auf dieser Isolierschicht 5 wer den ein Sourcegebiet 1 und ein Draingebiet 2 aus einer dampfabgeschiedenen Goldschicht von ungefähr 0,1 μm Dicke gebildet, die mittels Photolithographie und einem Ätzprozess in bekannter Weise strukturiert wird. Der Abstand zwischen dem Source- und Draingebiet, die Kanallänge L, beträgt 5 μm; während die Kanalbreite Z, d. h. die Breite des Kanalgebiets 3 quer zur Zeichenebene, 10 mm beträgt. Der elektrische Widerstand zwischen Source 1/ Drain 2 und der Gateelektrode 4 ist hier größer als 1012 Ω. Dann wird auf der Isolierschicht 5 und dem Source- und Draingebiet 1, 2 eine Festkörpermischung aufgebracht. Hierzu ist die Siliciumscheibe in einer Aufdampf-Glasglocke platziert, in der eine Festkörpermischung aus Donator- und Akzeptormolekülen, TTF bzw. TCNQ, in einem Molverhältnis von ungefähr 1 : 200 bis zu einer Dicke von 0,17 μm bei einem Druck von 1,3 × 10–4 N/m2 (1 × 10–6 Torr) aufgebracht ist. Das TCNQ und TTF werden aus verschiedenen Dampfquellen verschafft, die auf einer Temperatur von ungefähr 150°C gehalten werden. Die elektrische Leitfähigkeit der verwendeten Festkörpermischung beträgt 5 × 10–6 Scm–1. Die von der Gateelektrode 4 abgewandte Seite 3' des Kanalgebietes 2 wird beim Aussetzen des Kanalgebietes 3 an Luft während des Entfernens aus der Glasglocke passiviert. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst dann ein Kanalgebiet 3 aus n-Halbleitermaterial der Festkörpermischung, versehen mit einer passivierten Oberflächenschicht 7. In der Praxis hat sich gezeigt, dass n-Material 3 eine passivierende Oberflächenschicht 7 von ungefähr 0,15 μm bildet, wenn es nach seiner Herstellung im Vakuum einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Der Sauerstoff macht die n-Festkörpermischung isolierender. Dieser Effekt ist am stärksten an der Grenzfläche zwischen der n-Mischung und der Atmosphäre und wird zum Körper der Festkörpermischung hin allmählich geringer. Durch diese Passivierung wird ein verhältnismäßig flaches Kanalgebiet 3 erzeugt. Ein solches flaches Kanalgebiet 3 beeinflusst ein so genanntes Ein-/Aus-Verhältnis des Feldeffekttransistors in günstiger Weise, d. h. es gibt einen großen Unterschied in der Leitfähigkeit im Kanalgebiet 3, wenn der Kanal in bekannter Weise über die Gateelektrode 4 gesperrt wird und wenn der Kanal leitend gemacht wird. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im leitenden Zustand nimmt infolge der Passivierung ab, weil das Kanalgebiet 3 flacher (weniger dick) wird. 3 ist eine graphische Darstellung, bei der ein Strom Isd zwischen Source 1 und Drain 2 vertikal aufgetragen ist und eine an die Gateelektrode 4 angelegte Spannung Vg horizontal aufgetragen ist. Die Spannung zwischen Source 1 und Drain 2 wurde hier auf einen festen Wert von 20 V gesetzt. Die Kurve von 3 wurde 47 Tage nach der Herstellung aufgenommen, d. h. mit einer vollständig passivierten Oberfläche. Aus 3 wird deutlich, dass das Ein-/Aus-Verhältnis (für Vg von +20 und –20 V gemessen) groß ist: 3 × 10–7/10–9, d. h. ungefähr 300.
  • 4 zeigt eine so genannte MIS-(Metal Insulator Semiconductor-)Diode gemäß der Erfindung. Diese MIS-Diode wird in analoger Weise hergestellt wie der Feldeffekttransistor des vorhergehenden Beispiels, aber jetzt werden keine Source- und Draingebiete angebracht, wohingegen auf der Oberfläche 6 eine zweite Goldelektrode 8 angebracht wird. Die MIS-Diode hat eine Fläche von 0,31 mm2. Die MIS-Diode verhält sich wie eine Kapazität, die an ihren Elektroden 8 und 4 eine Ladung Q speichern kann. 5 zeigt eine differenzielle Kapazität DQ/dVg als Funktion der an der Gateelektrode 4 angelegten Spannung Vg. 5 wurde bei einer Frequenz von 1 kHz und einer Amplitude von 0,5 V aufgezeichnet, wobei die Spannung Vg an den Elektroden 4 und 8 mit einer Geschwindigkeit von 20 V pro Minute verändert wurde. Die gestrichelte Linie 10 gibt die differenzielle Kapazität der Anordnung ohne Halbleiterschicht 3 wieder, die ausgezogene Linie 11 die differenzielle Kapazität der Anordnung mit Halbleiterschicht 3. Der Wert der differenziellen Kapazität von Kurve 11 nähert sich dem Wert von Kurve 10 für Vg größer als ungefähr 20 V. Dies gibt an, dass das Halbleitermaterial 3 mit Elektronen angereichert wird, sodass das Halbleitergebiet 3 für die differenzielle Kapazität dQ/dV als Leiter betrachtet wird und die differenzielle Kapazität durch die Isolierschicht 5 bestimmt wird, wie es für die Kurve 10 der Fall ist, wo die Elektrode 8 direkt auf der Isolierschicht liegt. Der Wert der differenziellen Kapazität von Kurve 11 nähert sich dem Wert von dQ/dV, der zu einer Isolierschicht gehört, die sowohl die Isolierschicht 5 als auch das Halbleitergebiet 3 umfasst, wenn Vg kleiner als ungefähr –20 V wird. Dies ist ein Anzeichen, dass das Halbleitergebiet 3 bei diesen Spannungen vollständig ladungsverarmt ist. 5 zeigt daher deutlich, dass die Festkörpermischung sich wie ein n-Halbleiter verhält. Es sei bemerkt, dass die MIS-Diode in ihrer differenziellen Kapazitätskurve eine Hysterese aufweist. Der Grund für diese Hysterese ist nicht deutlich, aber es könnte an verschiedenen Mechanismen liegen, wie z. B. Ladung die an einer Grenzfläche gehalten wird, Oxidladung oder Migration von Donator- oder Akzeptormolekülen.
  • 6 zeigt eine Anordnung, die sowohl ein n-Gebiet 23 umfasst, das aus dem n-Material hergestellt ist, als auch ein p-Gebiet 22, das aus p-Material hergestellt ist, wobei zwischen dem p- und n-Gebiet ein pn-Übergang 35 gebildet wird. Die Anordnung umfasst auch ein weiteres Gebiet 24, das aus einer Festkörpermischung der organischen Donator- und organischen Akzeptormoleküle hergestellt ist, in der das Molverhätlnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen nahezu gleich 1 ist. Die Anordnung von 6 ist eine Diode. Eine solche Anordnung wird folgendermaßen hergestellt. Festkörpermischungen der Donator- und Akzeptormoleküle werden auf einem aus Glas hergestellten isolierenden Substrat 20 aufgebracht. Die Siliciumscheibe wird hierzu in einer Aufdampf-Glasglocke platziert, in der bei einem Druck von 1,3 × 10–4 N/m2 (1 × 10–6 Torr) eine Festkörpermischung aus TTF und TCNQ als Donator- bzw. Akzeptormaterialien aus verschiedenen Dampfquellen aufgebracht wird. Die Temperaturen der Dampfquellen werden in Abhängigkeit von dem gewünschten Verhältnis zwischen Donator- und Akzeptormolekülen eingestellt. Verschiedene Schichten 21 bis 24 werden in einer einzigen Prozessfolge aufgebracht, d. h. ohne dass das Substrat 20 aus der Glasglocke genommen wird. Zunächst wird eine leitende Halbmetallschicht 21, die eine Festkörpermischung mit einem Molverhältnis TTF/TCNQ von ungefähr 1 : 1 umfasst, bis zu einer Dicke von 0,2 μm aufgebracht. Diese Schicht 21 wirkt als erste Elektrode der Halbleiteranordnung. Die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Festkörpermischung beträgt ungefähr 1 Scm–1. Dann wird eine p-Halbleiterschicht 20 von 0,2 μm Dicke aufgebracht, die eine Festkörpermischung mit einem Molverhältnis TTF/TCNQ von ungefähr 200 : 1 umfasst, ohne dass das Substrat 20 aus der Glocke entfernt wird. Die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Festkörpermischung beträgt 5 × 10–6 Scm–1. Auf der p-Schicht 22 wird eine n-Halbleiterschicht 23 aufgebracht, die eine Festkörpermischung mit einem Molverhältnis TTF/TCNQ von ungefähr 1 : 200 umfasst. Die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Festkörpermischung beträgt 5 × 10–6 Scm–1. Auf der n-Schicht 23 ist eine Halbmetallschicht 24 aufgebracht, die eine Festkörpermischung der organischen Donator- und der organischen Akzeptormoleküle um fasst, wobei das Molverhältnis zwischen den Donator- und Akzeptormolekülen nahezu gleich 1 ist hier. Auf dieser Halbmetallschicht 24 wird eine Goldschicht 25 von 0,2 μm Dicke als zweite Elektrode aufgebracht. Die Goldschicht wird in bekannter Weise durch Dampfabscheidung, einen photolithographischen Prozess und Ätzen geformt. Die organischen Schichten 21 bis 24 werden dann durch Plasmaätzen strukturiert. Anschießend werden erfindungsgemäß die Oberfläche 30 und die durch Plasmaätzen erzeugten lateralen Seiten der Anordnung mit einer Oberflächenschicht 26 versehen, die die Anordnung gegen Sauerstoff abdichtet.
  • Eine solche Schicht wird bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (200°C oder niedriger) in einem Niedertemperatur-CVD-Prozess hergestellt (CVD: Chemical Vapor Deposition). Die Schicht dichtet die Festkörpermischung gegen Sauerstoff ab, wodurch die Stabilität der Festkörpermischung zunimmt. Vorzugsweise umfasst die Oberflächenschicht 26 Siliciummonoxid. Siliciummonoxid kann in bekannter Weise bei verhältnismäßig niedriger Temperatur von ungefähr 200°C aufgebracht werden. Die Siliciummonoxidschicht sorgt dafür, dass die organischen Donator- und Akzeptormoleküle nicht angriffen werden.
  • Bekannte Donatormoleküle sind beispielsweise TTF: Tetrathiafulvalen, TMTTF: Tetramethyltetrathiafulvalen, TSF: Tetraselenafulvalen, TMTSF: Tetramethyltetraselenafulvalen. Bekannte Akzeptormoleküle sind beispielsweise TCNQ: Tetracyanoquinodimethan, TNAP: Tetracyanonaphtoquinodimethan und TCNDQ: Tetracyanodiquinodimethan. Alle diese Moleküle können in einer erfindungsgemäßen Festkörpermischung als Donator- und Akzeptormoleküle verwendet werden. Die Erwähnung des oben genannten Donator- und Akzeptormaterials soll nicht als einschränkend betrachtet werden. Weitere Beispiele für organische Donator- und Akzeptormoleküle können in dem Buch „Organic Charge-Transfer Complexes" von R. Foster, Academic Press 1969, Tabelle 1.2, Seite 5–11, gefunden werden. Eine erfindungsgemäße Anordnung ist auch mit anderen als den erwähnten Donator- und Akzeptormolekülen möglich, beispielsweise mit den genannten Donator- und Akzeptormolekülen, die außerdem mit Gruppen versehen sind, wie z. B. langen Kohlenstoffketten und Benzenringen (Makromoleküle). Vorzugsweise umfasst das organische Donatormolekül TTF: Tetrathiafulvalen und das organische Akzeptormolekül TCNQ: Tetracyanoquinodimethan. Diese Materialien sind verhältnismäßig leicht verfügbar und können in einfacher Weise bei einer Temperatur unterhalb 200°C verwendet werden.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Halbleiteranordnung kann anstelle eines einzigen Schaltelementes viele Schaltelemente auf einem gemeinsamen Substrat umfassen. Die Halbleiteranordnung kann auch andere Schaltelemente umfassen wie z. B. Bipolartransistoren, Dioden, Feldeffekttransistoren oder Thyristoren. Diese Anordnungen werden in Analogie zu Halbleiteranordnungen entworfen, die aus der Siliciumtechnologie bekannt sind. Die Halbleiteranordnungen können dadurch hergestellt werden, dass die Festkörpermischung durch bekannte Techniken wie Photolithographie und Ätzen, beispielsweise Plasmaätzen, strukturiert wird. Dann können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Festkörpermischung leitfähige p- und n-Gebiete hergestellt und geformt werden.

Claims (5)

  1. Halbleiteranordnung, die mit einem organischen Material versehen ist, das durch eine Festkörpermischung aus organischen Donatormolekülen (D) und organischen Akzeptormolekülen (A) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Material ein n-Halbleitermaterial umfasst, das ein Molverhältnis D : A zwischen den Donatormolekülen und Akzeptormolekülen von 1 : > 20 aufweist, und – die Anordnung eine Halbleiterschicht (3) aus n-Material umfasst, wobei diejenigen Gebiete der Halbleiterschicht, die an eine Oberfläche grenzen, die nach der Herstellung der Halbleiterschicht (3) Luft ausgesetzt ist, mit einer passivierten Oberflächenschicht (7) versehen sind.
  2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Feldeffekttransistor umfasst, mit einem Source- und einem Draingebiet (1, 2), und mit der Halbleiterschicht (3) als dazwischen liegendes Kanalgebiet, welche Halbleiterschicht mit einer Gateelektrode (4) versehen ist, die von der Halbleiterschicht (3) durch eine Isolierschicht getrennt ist.
  3. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Donatormolekül TTF: Tetrathiafulvalen und das organische Akzeptormolekül TCNQ: Tetracyanoquinodimethan umfasst.
  4. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (30) der Anordnung mit einer Oberflächenschicht (26) versehen ist, die die Anordnung gegen Sauerstoff abdichtet.
  5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (26) Siliciummonoxid umfasst.
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