Bekannt ist aus C. J. Dury et al., Appl. Phys. Lett. 73 1998, p. 108) dass Polyhydroxystyrol (PHS) als Isolator in OFETs eingesetzt wird. Hauptnachteil dieses Materials ist, dass bisher keine Möglichkeit bekannt ist, diesen Isolator wirt- schaftlich zu strukturieren. Ein weiteres Problem mit diesem Material sind bewegliche Ionen, die zu einem extrem langsamen Schaltverhalten führen. Außerdem ist das PHS relativ teuer.

In einer neueren Veröffentlichung wurde kommerziell verfügba- rer Fotolack (SC100, Olin Hunt) als Isolator verwendet (G. H. Gelinck et al., Appl. Phys. Lett. 77,2000, p. 1487).

Wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch die Strukturierung des Fotolacks darunterliegende Schichten stark angegriffen oder zerstört werden. Damit ist es praktisch nicht möglich, diesen Isolator auf schon bestehenden Halblei- terschichten, wie z. B. Polyalkythiophen, zu verwenden. Für die Herstellung eines OFETs wird jedoch die Isolatorschicht über der halbleitenden Schicht, in die die Source und/oder Drain Elektroden eingebettet sind, aufgebracht. Eine Beschä- digung der bereits bestehenden halbleitenden Schicht ist im Herstellungsprozess nicht tolerierbar.

Es wurde auch Polyimid als Isolatormaterial vorgestellt (J. A.

Rogers et al., IEEE Electron Devices Letters, Vol 21, No 3, 2000, p. 100). Auch bei Verwendung dieses Materials ist eine Beschädigung der bereits fertigen Schichten eines OFETs zu befürchten, da dieses Materials nur bei extrem hoher Tempera- tur (-400 °C) verarbeitet werden kann. Da organische Halblei-

ter bzw. Leiter typischerweise nur deutlich niedrigere Tempe- raturen unbeschadet überstehen ( « 200 °C), kann Polyimid nicht in vollorganischen OFETs eingesetzt werden.

Unabhängig von den Verarbeitungseigenschaften der bekannten Materialien ist es bisher noch nicht gelungen, einen Isolator zu finden, dessen Dielektrizitätskonstante bei Änderung der eingestrahlten Frequenz grundsätzlich konstant bleibt. Viel- mehr zeigen alle diese Materialien eine frequenzabhängige Än- derung der Dielektrizitätskonstante, die ganze Größenordnun- gen betrifft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Isola- tor für einen zumindest teilweise aus organischem Material aufgebauten Feld-Effekt-Transistor zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Isolator für ein organisches Elektronikbauteil, insbesondere für einen organischen Feld- Effekt-Transistor und/oder einen zumindest teilweise auf or- ganischem Material basierenden Kondensator, wobei die Die- lektrizitätskonstante der Isolatorschicht im wesentlichen konstant bleibt in einem Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 100 kHz.

Nach einer Ausführungsform umfasst der Isolator Polyisobuty- len oder unvernetztes EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer), als Basispolymer (Hauptkomponente) die nur in unpolaren Koh- lenwasserstoffen (Hexan, Heptan) löslich sind. Die erreichba- re homogene Schichtdicke mit dem Material liegt zwischen ca.

2 um-250 nm, wobei diese Schichten eine noch hinreichend hohe Isolationseigenschaft besitzen. Ein weiterer wichtiger Vor- teil dieses Materials liegt in der sehr einfachen Struktu- rierbarkeit um Durchkontakte zu ermöglichen (z. B. mittels Li- thographie).

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Isolatormate- rial handelsübliches PVDC-PAN-PMMA-Copolymer der allgemeinen Formel (-CE2C12-) x- (-CH2CH (CN)-) y- (-CH2C (CH3) (C02CH3)-) z, wobei x, y, und z jeweils, unabhängig voneinander, Werte zwi- schen 0 und 1, bevorzugt die in den Beispielen angegebenen Werte annehmen können.

Das PVDC-PAN-PMMA-Copolymer wird bevorzugt zusammen mit Ver- netzerkomponenten HMMM (Hexamethoxymethalmelamin) und/oder Cymel eingesetzt, deren Verhältnis breit variiert werden kann (gelöst in Dioxan). Dieses Material ermöglicht ebenfalls eine sehr einfache Strukturierung, wobei es dabei noch nicht ver- netzt ist. Durch sehr geringe Temperaturen (ca. 70°C) lässt sich dieses Material vernetzen und wird dann resistent gegen alle nachfolgenden Schritte, die nötig sind um einen OFET fertigzustellen und eine integrierte Schaltung aufzubauen.

Nach einer Ausführungsform umfasst eine Isolatormischung ein Basispolymer der allgemeinen Formel [A/Bi-J, eingesetzt, wobei A z. B. Polyhydroxystyrol und B Poly (styrol-co- allylalkohol) z. B. Polyvinyltoluol, Poly-alpha-methylstyrol ist.

Besonders bevorzugt sind dabei Mischungen, wie z. B. [50 % Po- lyhydroxystyrol/50 % Poly (styrol-co-allylalkohol) ], gelöst in polaren Lösungsmitteln wie z. B. Dioxan. Ein großer Vorteil dieses Materials ist die sehr defektarme Schichtaufbringung auf P3AT.

Schließlich wird nach einer weiteren Ausführungsform ein Iso- lator eingesetzt, der ein Gemisch zweier Copolymere umfasst, nach der allgemeinen Formel lAs/Byl wobei insbesondere eine Mischung von Poly (vinyltoluol-co- alphamethylstyrol) /Poly (styrol-co-allylalkohol) geeignet ist.

Die Indizes x und y können dabei gleich oder ungleich sein und Werte zwischen 0,5 und 1 annehmen. Besonders bevorzugt sind x und y gleich. Das Gemisch ist wiederum bevorzugt in polaren Lösungsmitteln gelöst, insbesondere in Dioxan.

Die genannten Materialien erfüllen überraschenderweise Eigen- schaftsprofile, die insbesondere ihre Verwendung als Isola- torschicht in OFETs ermöglicht : Dies insbesondere, weil eine Isolatorschicht aus einem oder einer Mischung mehrerer der genannten Materialien folgende prozesstechnische, elektrische und mechanische Anforderungen erfüllt und gleichzeitig ein sehr preiswertes Materialsystem ist : a) Prozesstechnische Anforderungen : b) Die Isolatorschicht hat eine gute Löslichkeit in herkömmlichen organischen Lösungsmitteln wie z. B. Dio- xan, Butanol andere Alkohole etc.

Das Aufbringen der Isolatorschicht auf schon bestehende Schichten des OFETs (z. B. die Halbleiterschicht) schä- digt diese Schichten weder durch Angreifen, Anlösen noch durch Veränderung ihrer Eigenschaften.

Die Isolatorschicht ist nach dem Aufbringen struktu- rierbar. Das Strukturieren beeinflusst ebenfalls beste- hende Schichten nicht negativ. Die Strukturierbarkeit

ist unabdingbar nötig, um integrierte Schaltungen her- zustellen, die aus mehreren OFETs bestehen, da erst mit der Strukturierung die Verbindungsleitungen zwischen der Gate-Elektrode eines OFETs und der Source-bzw.

Drain-Elektrode eines anderen OFETs möglich wird.

Nach dem Strukturieren ist die Isolatorschicht che- misch und thermisch stabil gegenüber den Prozessschrit- ten, die nötig sind um nachfolgende Schichten des OFETs aufzubringen und zu strukturieren (z. B. die Gate- Elektrode) b) Elektrische Anforderungen : Die relative Dielektrizitätskonstante der Isolator- schicht ist in etwa konstant in einem Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 100 kHz. Als"in etwa konstant"wird die relative Dielektrizitätskonstante hier bezeichnet, wenn ihre Änderung kleiner gleich 50% beträgt.

Die relative Dielektrizitätskonstante der Isolator- schicht hat bevorzugt mindestens einen Wert von etwa 2 bei den genannten Systemen. Damit lassen sich OFETs re- alisieren, die bei niedrigen Spannungen arbeiten.

Die Leckströme durch die Isolatorschicht sind vor- teilhafterweise auch bei sehr dünnen Schichten vernach- lässigbar klein gegenüber den Source-Drain-Strömen, d. h. sie liegen bevorzugt unter 1 nA (hängt von der 0- FET-Geometrie ab).

Die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Isolator- schicht ist hoch, hat bevorzugt einen Wert von mindes- tens 5*105 V/cm.

Das Isolatormaterial soll bevorzugt keine bewegli- chen Verunreinigungen enthalten (z. B. Ionen).

- Die Schwellwertspannung des OFETs wird bevorzugt durch das Isolatorsystem nicht verschoben. mechanische Anforderungen : Die Isolatorschicht ist in Grenzen beständig gegen- über mechanischen Belastungen wie Verbiegen, Dehnen o- der Stauchen.

Das Aufbringen der Isolatorschicht durch Aufschleu- dern, Rakeln, Drucken oder Aufsprühen erfolgt so, dass eine planparallele, glatte, homogene und defektfreie Schicht entsteht.

Zur Herstellung des fertigen OFETs werden auf die Isolator- schicht strukturierbare Schichten aus entweder Photolack oder Metall aufgebracht. Nach deren Strukturierung kann die Isola- torschicht mit geeigneten Lösungsmitteln definiert entfernt und somit ebenfalls strukturiert werden. Die Isolatorschicht wird auf diese Weise stets bei Temperaturen unter 100 °C strukturiert, so dass diese Prozessierung keinen negativen Einfluss auf die bereits vorhandenen Funktionsschichten (z. B.

Halbleiter) hat.

Die exzellenten elektrischen Eigenschaften, d. h. hohe Die- lektrizitätskonstante, hohe Durchschlagsspannung und niedrige Leckströme der betrachteten Materialsysteme erlauben weiter- hin die Erzeugung von relativ dünnen Isolatorschichten, was zu einer drastischen Reduzierung der benötigten Gate-Spannung auf bevorzugte Werte unter 10 V führt.

Der Begriff"organisches Material"oder"organisches Funkti- onspolymer"umfasst hier alle Arten von organischen, metall- organischen und/oder organisch-anorganischen Kunststoffen (Hybride), insbesondere die, die im Englischen z. B. mit "plastics"bezeichnet werden. Es handelt sich um alle Arten

von Stoffen mit Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden (Germanium, Silizium), und der typischen metal- lischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Material als Kohlenstoff-enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den brei- ten Einsatz von z. B. Siliconen gedacht. Weiterhin soll der Term keiner Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien un- terliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von "small molecules"möglich. Der Wortbestandteil"polymer"im Funktionspolymer ist historisch bedingt und enthält insofern keine Aussage über das Vorliegen einer tatsächlich polymeren Verbindung.

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger Beispie- le, die Ausführungsformen der Erfindung beschreiben, erläu- tert : Beispiel 1 : Verwendung von Polyisobutylen (PIB) als Isolator - 0, 4 g PIB (Aldrich) werden in 9,6 g Hexan bei Raumtempera- tur gelöst ; - die Lösung wird durch einen 0,45 um PTFE-Spritzenfilter filtriert ; - die Lösung wird dann durch spin-coating (4000 U/min ; 20 sec) auf das bereits mit Source/Drain-Elektroden und Halblei- ter versehene Substrat aufgeschleudert (top-Gate Aufbau) und man erhält eine sehr homogene, ca. 260 nm dicke Schicht - die Probe wird ca. 30 min bei Raumtemperatur im dynamischen Vakuum getrocknet - anschließend wird eine dicke Schicht Photolack auf den Iso- lator aufgebracht, belichtet und unter normalen Bedingungen entwickelt ; - die Probe wird in ein Hexanbad getaucht und an den vom Pho- tolack befreiten Stellen wird der Isolator abgelöst - der restliche Photolack wird durch ein geeignetes Lösungs- mittel entfernt

Beispiel 2 : Verwendung von PVDC-PAN-PMMA (x = 0.89, y = 0.03, z 0.08) als Isolator - 0, 4 g PVDC-co-PAN-co-PMMA (Aldrich) werden in 9 g Dioxan bei 40-50 °C gelöst - dann werden 0,5 g Cymel 327 (Cytec Industries Inc. ) und 0,1 g Kamphersulfonsäure zugesetzt und noch einige Sekunden ge- schüttelt ; - die Lösung wird durch einen 0,45 um PTFE-Filter gefiltert ; - die Lösung wird durch Aufschleudern (8000 U/min ; 20 sec) auf das bereits mit Source/Drain-Elektroden und Halbleiter versehene Substrat aufgeschleudert (top-Gate Aufbau) und man erhält eine sehr homogene, ca. 400 nm dicke Schicht ; - die Probe wird ca. 30 min bei Raumtemperatur im dynamischen Vakuum getrocknet ; - die Schicht wird dann mit einer dünnen Goldschicht be- dampft, die wiederum mittels Photolithographie strukturiert wird (Photolack, dann Ätzen mit KJ/J2-Lösung) - diese aufgebrachte Metallmaske erlaubt die Strukturierung der Isolatorschicht, indem die nun freiliegenden Isolatorflä- chen mit einem mit Toluol getränkten Tuch entfernt werden - dann erfolgt die Entfernung der Goldreste mit KJ/J2-Lösung - letzter Schritt ist die Vernetzung des Isolators (10 min bei 90 °C) Beispiel 3 : Verwendung von [50 % Polyhydroxystyrol/50 % Po- ly (styrol-co-allylalkohol)] als Isolator. Diese Polymermi- schung wird anschließend mittels Dioxan gelöst und mit einem 0, 2um Filter gefiltert. Anschließend wird die Isolatorschicht 30 Minuten bei ca. 100°C auf einer Heizplatte"ausgebacken".

Die Strukturierung erfolgt ebenfalls mittels"Metallmasken" wie in Beispiel 2.

Das Isolatormaterial nach der Erfindung zeigt keine wesentli- che frequenzabhängige Änderung der relativen Dielektrizi- tätskonstante. Für dieses Phänomen kann zum einen eine Aus- richtung vorhandener anisotroper Moleküle verantwortlich sein oder ein Fehlen beweglicher Ladungsträger wie beweglicher Io- nen. Jedenfalls wird über einen Frequenzbereich von nahezu 100 kHz keine wesentliche, also ca. 50 % übersteigende, Ände- rung der Dielektrizitätskonstante festgestellt.