Hoog performante organische transistors voor circuit integratie

P-type dunne film transistors (TFT) die gebaseerd zijn op de meest recente organische halfgeleiders (zoals bijvoorbeeld C8-BTBT en C10-DNTT) vertonen excellente karakteristieken, met mobilities die gaan tot 10 cm2/Vs in polykristallijne filmen en 16 cm2/Vs in mono-kristallijne materialen. Bovendien worden organische halfgeleiders geprocessed op grote oppervlakken en op lage temperaturen en vertonen zij de mechanische eigenschappen die compatible zijn met flexibele substraten. Omwille van deze eigenschappen zijn deze materialen beloftevolle kandidaten voor de fabricatie van large area electronics zoals backplanes en circuits op plastic films. Bovendien kunnen deze materialen door hun goede eigenschappen het kwaliteitsniveau halen van de n-type oxide halfgeleiders (IGZO), met het bijkomende voordeel van mechanisch meer flexibel te zijn en uiteindelijk zelf printbaar. Voorbeelden van zulke mogelijke toepassingen zijn RFID tags, slimme verpakking, aanstuurelektronica voor flexibele displays en zeer veel biomedische toepassingen.

Er zijn echter momenteel nog zeer veel uitdagingen om deze technologie te integreren in een echt proces. De voornaamste uitdagingen zijn de nood een zeer lage spreiding te hebben van de device parameters, de vereiste een technologie te hebben die schaalt en de vereiste dat het device stabiel is onder belasting. Er moeten proces technieken ontwikkeld worden die de intrinsieke materiaaleigenschappen behouden gedurende de integratie. Een mogelijke route om dit te realiseren is mogelijk fotolithografie om de halfgeleider te patroneren en om de metaal contacten erbovenop te integreren. Een tweede mogelijkheid is het doperen van contacten om een perfect contact te bekomen, eens de transistor geschaald is. De derde mogelijkheid is het verkennen van een nieuwe klasse diëlektrica om de zelf-samenstellende monolagen te vervangen aangezien deze monolagen niet goed gecontroleerd zijn en moeilijk op te schalen zijn.

Het doel van dit doctoraat is het onderzoeken van de hoog performante integratie processen voor nieuwe generaties van hoog performante p-type organische halfgeleiders. Teneinde voldoende snel te zijn, hebben de transistors korte kanalen  (≤ 5 µm) nodig. Dit levert belangrijke eisen voor het diëlektricum en de contactweerstand aan source en drain. Bovendien zullen we de volgende technologische en wetenschappelijke vragen adresseren: de kwaliteit van de interface tussen het diëlektricum en de halfgeleider, het patroneren van de halfgeleider, de transistor topologie (bodem versus top contacten)  en de alignement en patroneren  van de source en de drain contacten van de transistors met voldoende korte kanalen, en het verstaan van de organische diëlektrica. Dit doctoraat is multidisciplinair en bevat vele domeinen die van belang zijn in de hedendaagse micro-elektronica industrie, zoals halfgeleider groei, halfgeleider fysica, interface engineering, process technologieën, nieuwe materialen, displays en design van circuits.