Self-aligned OTFT Technologie

Organische Transistoren mit kurzen Kanallängen

Die Schaltgeschwindigkeit organischer Dünnfilmtransistoren (OTFTs) wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt:

  • die Kanallänge, d.h. den Abstand zwischen den Kanalelektroden (Source und Drain)
  • die parasitäre Gatekapazität, die in erster Linie durch den geometrischen Überlapp zwischen den Kanalelektroden und der Gate-Elektrode bestimmt wird

Je kleiner die Kanallänge und der Überlapp sind, desto schneller kann ein OTFT werden. Um beide Parameter in einem Prozess zu minimieren, haben wir einen Self-Aligned-Prozess für OTFTs entwickelt, bei dem ein Nanoprägeverfahren (Nanoimprintlithographie, NIL)  mit einem Rückseitenbelichtungsschritt kombiniert wird.  Mittels NIL wird in einem ersten Schritt die hochfeine Gateelektrode hergestellt, welche in einem weiteren Schritt als intrinsische Photomaske für die photolithographische Definition der Kanalelektroden dient, wobei die UV-Belichtung durch das transparente Substrat erfolgt. Damit werden kurzkanalige OTFTs mit minimiertem Elektrodenüberlapp realisiert. Dieser Prozess wurde in einem großen europäischen Projekt (POLARIC) erfolgreich zur Herstellung einer OTFT-basierten flexiblen Aktivmatrix-Adressierungs-Backplane von LCD-Displays eingesetzt.

Die Gate-Elektrode wird in einer Variante dieses Prozesses mit Kontakt-Fotolithografie anstelle von NIL definiert. Damit werden nicht ganz so kurze Kanallängen erreicht, es können jedoch aktive Flächen von bis zu 6“ auf einem einzelnen flexiblen Substrat strukturiert werden. Auf diese Weise wurden Analogschaltungen mit -zig OTFTs und einem Footprint von einem Bruchteil eines cm² realisiert, wie z.B. ein mit 10kHz getakteter Komparator.

Minimierung des Source-Drain zu Gate Überlapps durch Self-Alignment

Digitale und Analoge Schaltkreise of Polymerfolie

Publika- tionen

Organic Thin Film Transistors with Minimized Gate Overlaps by Self-Aligned Nanoimprinting
U. Palfinger et al., Adv. Mat. 22, 5115 (2010)

Self-aligned flexible organic thin-film transistors with gates patterned by nano-imprint lithography; H. Gold et al. Org. Electron. 22, 140 (2015)

High-Speed Plastic Integrated Circuits: Process, Integration, Design, and Test
Miguel Torres-Miranda et al., IEEE J. Emerg. Sel. Top. Circuits Syst.7, 133 (2017)

Self-Aligned Megahertz Organic Transistors Solution-Processed on Plastic
Stuart G. Higgins et al., Adv. Electron. Mater. 1, 1500024 (2015)

Switching from weakly to strongly limited injection in self-aligned, nano-patterned organic transistors.
Karin Zojer et al., Sci. Rep. 6, 31387 (2016)

Channel length variation in self-aligned, nanoimprint lithography structured OTFTs,
T. Rothländer et al., Org. Electron. 15, 3274 (2014)

Design and modeling of self-aligned nano-imprinted sub-micrometer pentacene-based organic thin-film transistors; F. Zanella et al., Org. Electron. 14,  2756 (2013)

High-performing submicron organic thin-film transistors fabricated by residue-free embossing
C. Auner et al., Org. Electron. 11, 552 (2010)

Residue-free room temperature UV-nanoimprinting of submicron organic thin film transistors
 C. Auner et al., Org. Electr. 10, 1466 (2009)

Submicron pentacene-based organic thin film transistors on flexible substrates
U. Haas et al., Appl. Phys. Lett. 91, 043511 (2007)

Orders-of-Magnitude Reduction of the Contact Resistance in Short-Channel Hot Embossed Organic Thin Film Transistors by Oxidative Treatment of Au-Electrodes
B. Stadlober et al., Adv. Funct. Mat. 17, 2687 (2007)