DE102009032696A1

DE102009032696A1 - Organisch elektronische Schaltung

Info

Publication number: DE102009032696A1
Application number: DE102009032696A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Ullmann; Thomas Herbst
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2011003594A1; EP2452340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine organisch-elektronische Schaltung in Form eines Folienkörpers. Die organisch-elektronische Schaltung weist eine Trägerfolie (1), eine erste und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (2, 6), eine ferroelektrische Schicht (5) und eine oder mehrere dielektrische Schichten (3, 3') auf. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') sind als elektrische isolierende Schichten ausgebildet. In der ersten und in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2, 6) sind jeweils eine oder mehrere Elektroden für ein oder mehrere organische Bauteile ausgeformt. Eine der einen oder mehreren Elektroden der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2) und eine der einen oder mehreren Elektroden der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) sind bereichsweise überlappend angeordnet und als Elektrodenplatten einer Speicherzelle (7) ausgeformt. Zwischen den Elektrodenplatten sind die ferroelektrische Schicht (5) und die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') unter Ausbildung der Speicherzelle (7) angeordnet. In dem Bereich der überlappenden Elektrodenplatten sind die eine oder mehreren dielektrischen Schichten vollflächig ausgeformt.

Description

Die Erfindung betrifft eine organisch-elektronische Schaltung in Form eines Folienkörpers.
Organisch-elektronische Schaltungen können zum Beispiel in organischen RFID-Transpondern (RFID = Radio Frequency Identification) verwendet werden. RFID-Transponder können zur Kennzeichnung von Produkten, beispielsweise als aufklebbares Preisschild oder als Produktidentifikationsaufkleber, dienen. Hierbei dienen diese RFID-Transponder zum Schutz der Produkte. Derartige RFID-Transponder können auch zum Schutz und/oder zur Identifikation von Dokumenten eingesetzt werden. Somit ist es wünschenswert, dass die organisch-elektronischen Schaltungen eine hohe Flexibilität und eine geringe Baugröße, insbesondere flache Bauart, aufweisen und dabei dennoch mechanisch beanspruchbar sind. Bei diesen organisch-elektronischen Schaltungen handelt es sich um in Massenproduktion gefertigte Produkte. Die organisch-elektronischen Schaltungen weisen im Allgemeinen mehrere übereinanderliegende elektrische Funktionsschichten auf, die nacheinander und aufeinander angeordnet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte organisch-elektronische Schaltung bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine organisch-elektronische Schaltung in Form eines Folienkörpers, wobei vorgesehen ist, dass die organisch-elektronische Schaltung eine Trägerfolie, eine erste und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht, eine ferroelektrische Schicht und eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweist, wobei die eine oder mehreren dielektrischen Schichten als elektrische isolierende Schichten ausgebildet sind, dass in der ersten und in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht jeweils eine oder mehrere Elektroden für ein oder mehrere organische Bauteile ausgeformt sind, dass eine der einen oder mehreren Elektroden der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht und eine der einen oder mehreren Elektroden der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht bereichsweise überlappend angeordnet sind und als Elektrodenplatten einer Speicherzelle ausgeformt sind, und dass zwischen den Elektrodenplatten die ferroelektrische Schicht und die eine oder mehreren dielektrischen Schichten unter Ausbildung der Speicherzelle angeordnet sind, wobei in dem Bereich der überlappenden Elektrodenplatten die eine oder mehreren dielektrischen Schichten vollflächig ausgeformt sind.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Ausgestaltung der organisch-elektronischen Schaltung die Güte der Speicherzelle, die die organisch-elektronische Schaltung aufweist, verbessert wird. D. h. der Ausschuss bedingt durch einen fehlerhaften Produktionsprozess ist verringert und der Herstellungsprozess weist Kostenvorteile auf. Überraschenderweise weisen die erfindungsgemäßen Ausführungen der organisch-elektronischen Schaltung mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten, welche zwischen einer der beiden elektrisch leitenden Funktionsschicht und der ferroelektrischen Schicht im überlappenden Bereich der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht angeordnet sind und welche elektrisch isolierend ausgebildet sind, verbesserte Speichereigenschaften auf. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten, welche elektrisch isolierend ausgebildet sind, verringern das Risiko produktionsbedingter fehlerhafter Speicherzellen. Bei mangelnder oder minderer Qualität eines Herstellungsprozesses der organisch-elektronischen Schaltung können im Bereich der Speicherzelle Leckagen in der ferroelektrischen Schicht auftreten, wodurch die Speicherzelle aufgrund von Kurzschlussströmen funktionsunfähig wird, falls keine dielektrische Schicht, welche elektrisch isolierend ausgebildet ist, zwischen der ferroelektrischen und der elektrisch leitenden Funktionsschicht angeordnet ist. Die ferroelektrische Schicht ist vorzugsweise sehr dünne ausgebildet, und kann daher, beispielsweise beim Auf- und Abrollen in einem Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren durch mechanische Belastung beim Herstellungsprozess, relativ leicht beschädigt werden. Als Leckage wird hier verstanden, dass ein Kurzschlussstrom durch die entsprechende Schicht und/oder die entsprechende Funktionsschicht fließen kann. Eine organisch-elektronische Schaltung mit einer derartigen Leckage qualifiziert die organisch-elektronische Schaltung als fehlerhaft produziert. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten verbessern schon während der Herstellung der organisch-elektronischen Schaltung die mechanische Beanspruchbarkeit der organisch-elektronischen Schaltung. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten, als integraler Bestandteil der organisch-elektronischen Schaltung, können somit als insbesondere mechanische Schutzschichten der ferroelektrischen Schicht fungieren, sowie als insbesondere mechanische Schutzschichten weiterer Schichten und/oder Funktionsschichten der organisch-elektronischen Schaltung. D. h. die eine oder mehreren dielektrischen Schichten stellen einen Schutz der darunter angeordneten Elektroden dar. Beispielsweise, wenn Kratzer in der ferroelektrischen Schicht auftreten, sind die darunter angeordneten Elektroden mit einer Schutzschicht, d. h. der ein oder mehreren dielektrischen Schichten, bedeckt. Ferner können mit der einen oder den mehreren dielektrischen Schichten während der Herstellung der erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung auch Oberflächenunterschiede ausgeglichen und/oder nivelliert werden, sodass es möglich ist weitere Schichten und/oder Funktionsschichten auf einer ebenen Oberfläche der einen oder den mehreren dielektrischen Schichten auszubilden.
Für die Herstellung der organisch-elektronischen Schaltung können Technologien wie Drucken, Rakeln oder Sputtern eingesetzt werden, die umfangreiche Spezialausrüstungen benötigen, aber dennoch Kostenvorteile für die Massenfertigung bieten. Bevorzugt erfolgt die Massenproduktion der elektronisch-organischen Schaltung mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens.
Ferner hat sich gezeigt, dass die für die übliche Kontaktierung der mittels einer derartigen Herstellungstechnologie hergestellten organisch-elektronischen Schaltungen eingesetzte Leitkleber zu mechanisch anfälligen galvanischen Verbindung führen können. Dies liegt darin begründet, dass diese Leitkleber im ausgehärteten Zustand nicht hinreichend flexibel sind. Durch die Erfindung ist es möglich, die Verwendung von Leitkleber für die Herstellung der organisch-elektronischen Schaltung zu reduzieren, denn bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Speicherzelle, bestehend aus der ersten und der zweiten sich einander bereichsweise überlappenden elektrisch leitenden Funktionsschicht mit dazwischen angeordneter ferroelektrischer Schicht und ein oder mehreren dielektrischen Schichten, können die in der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildeten ein oder mehreren Elektroden als Elektroden ein oder mehrerer organischer Bauteile, beispielsweise organischer Feldeffekttransistoren und/oder organischer Dioden, dienen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die organisch-elektronische Schaltung elektrisch halbleitende Funktionsschichten aufweist. Daher ist es bei erfindungsgemäßen Ausführungen möglich, weitgehend auf den Einsatz eines kostenintensiven Leitklebers zu verzichten. Mit der erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung ist es möglich, verbesserte Schaltungen, die Speicherzellen aufweisen, zu realisieren. Die erfindungsgemäße organisch-elektronische Schaltung ist nicht nur durch einen verbesserten Herstellungsprozess vorteilhaft, sondern weist auch eine verbesserte Ausfallsicherheit auf. D. h. die Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise fehlerhafte ferroelektrische Schichten auftreten, die zu Leckströmen in der Speicherzelle führen und diese dadurch unbrauchbar ist, ist reduziert.
Die organisch-elektronische Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführung weist ein oder mehrere organische Bauteile auf, die sich in den verwendeten Materialien und Herstellungsprozessen grundlegend von einem üblicherweise für integrierte Schaltungen verwendetem Silizium-Chip unterscheidet. Die organisch-elektronische Schaltung kann eine oder mehrere elektrisch halbleitende und/oder elektrisch isolierende Funktionsschichten aufweisen. Die elektrisch leitenden, elektrisch halbleitenden und/oder elektrisch isolierenden Funktionsschichten, sowie die ein oder mehreren dielektrischen Schichten und die ferroelektrische Schicht dieser organisch-elektronischen Schaltung wird von Schichten eines mehrschichtigen Folienkörpers gebildet. Diese Schichten könne durch Drucken, Rakeln, Aufdampfen oder Aufsputtern aufgebracht werden. Die elektrisch leitenden, halbleitenden und/oder isolierenden Funktionsschichten, sowie die ferroelektrische Schicht und die dielektrischen Schichten der organisch-elektronischen Schaltung werden hierbei im Gegensatz zu einem Silizium-Chip auf einem flexiblen Trägersubstrat, d. h. einer Trägerfolie, aufweisend eine oder mehrere Kunststofffolien und/oder Papier einer Dicke von vorzugsweise 10 μm bis 100 μm, aufgebaut. Diese Trägerfolie bildet so das Trägersubstrat der integrierten elektronisch-organischen Schaltung anstelle eines Siliziumdioxidplättchens bei einer von einem Silizium-Chip gebildeten integrierten elektronischen Schaltung. Die elektrisch leitenden, elektrisch halbleitenden, und/oder die elektrisch isolierenden Funktionsschichten, die dielektrischen und/oder ferroelektrischen Schichten dieser organisch-elektronischen Schaltung werden vorzugsweise in einer Lösung aufgebracht und können somit beispielsweise durch Drucken, Sprühen, Rakeln und/oder Gießen aufgebracht werden. Bevorzugt ist das Material einer in Lösung aufgebrachten Schicht und/oder Funktionsschicht unlöslich im Material einer anderen in Lösung aufgebrachter Schicht und/oder Funktionsschicht. Die in Lösung aufgebrachte Schicht und/oder Funktionsschicht ist vorzugsweise benachbart zu der anderen in Lösung aufgebrachter Schicht und/oder Funktionsschicht ausgebildet. Die erfindungsgemäße organisch-elektronische Schaltung wirkt mittels der erfindungsgemäß angeordneten einen oder mehreren dielektrischen Schichten Leckagen in der ferroelektrischen Schicht entgegen, welche beispielsweise durch unterschiedliche Trocknungseigenschaften der ersten und/oder der zweiten elektrisch leitende Funktionsschicht und der ferroelektrischen Schicht auftreten, weil die eine oder mehreren dielektrischen Schichten die ferroelektrische Schicht gegenüber der ersten und/oder der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht elektrisch isolieren. Mögliche Leckagen bedingt durch eine ungewollte oder produktionsbedingte Entnetzung der ferroelektrischen Schicht beeinflussen bei erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltungen nicht die Funktionsfähigkeit der organisch-elektronischen Schaltung. Es ist auch möglich, dass die Leckagen durch Verunreinigungen, beispielsweise durch Partikel, der Oberflächen der Schichten und/oder der Funktionsschichten auftreten, insbesondere bei produktionsbedingtem mehrfachen Auf- und Abwickeln der organisch-elektronischen Schaltung, auch diesem wird mittels der dielektrischen Schicht entgegengewirkt. Des Weiteren können während der Produktion auch Kratzer oder Verletzungen der ferroelektrischen Schicht auftreten, welche auch zu einer Leckage der ferroelektrischen Schicht führen und welche die ein oder mehrere dielektrischen Schichten verhindern.
Als Materialen für halbleitenden Funktionsschichten kommen hierbei vorzugsweise halbleitende Funktionspolymere wie Polythiophen, Polyterthiophen, Polyfluoren, Pentaceen, Tetraceen, Oligothiophen, in angoranischem Silizium eingebettet in einer Polymermatrix, Nano-Silizium oder Polyarylamin in Frage, jedoch auch anorganische Materialien, welche in Lösung oder durch Sputtern oder Aufdampfen aufbringbar sind, beispielsweise ZnO, a-Si.
Unter einem organischen beziehungsweise organisch elektronischen Bauelement wird hier ein elektrisches Bauelement verstanden, welches überwiegend aus organischem Material besteht, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% aus organischem Material besteht. Ein einzelnes organisches Bauelement setzt sich dabei aus unterschiedlichen Schichtlagen mit elektrischer Funktion, insbesondere in Form von nicht selbsttragenden, dünnen Schichten, und weiterhin mindestens aus den, den Schichtlagen zuordenbaren Bereichen eines Trägersubstrats, d. h. der Trägerfolie, zusammen, auf welchem sich die Schichtlagen befinden. Die einzelnen Schichtlagen können dabei aus organischem oder anorganischem Material gebildet sein, wobei nur organische, nur anorganische, oder organische und anorganische Schichtlagen in Kombination zur Bildung eines organischen Bauelements eingesetzt werden können. So wird ein elektrisches Bauelement umfassend eine organische Trägerfolie und ausschließlich anorganische Schichtlagen mit elektrischer Funktion aufgrund der üblicherweise großen Masse des Trägersubstrats, d. h. der Trägerfolie, im Vergleich zur Masse der Funktionsschichten insgesamt als organisches Bauelement angesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die eine oder mehreren dielektrischen Schichten eine relative Dielektrizitätskonstante kleiner 10, vorzugsweise von 3,5 bis 5, auf.
Ferner werden bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung Schichten und Funktionsschichten beziehungsweise deren Material als elektrisch isolierend verstanden, die einen elektrische Leitfähigkeit kleiner als 100 μS/cm aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die eine oder mehreren dielektrischen Schichten eine elektrische Leitfähigkeit auf, die kleiner ist als 100 μS/cm. Vorzugsweise ist die elektrische Leitfähigkeit der eine oder mehreren dielektrischen Schichten kleiner als 50 μS/cm oder 10 μS/cm. Eine besonders geringe Leitfähigkeit der eine oder mehreren dielektrischen Schichten begünstigt deren elektrische Isolationseigenschaften, wenn diese eine oder mehreren dielektrischen Schichten eine sehr geringe Dicke von beispielsweise kleiner als 50 nm aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die organisch-elektronische Schaltung zwei dielektrischen Schichten auf. Die ferroelektrische Schicht ist zwischen den zwei dielektrischen Schichten angeordnet und/oder eingebettet ist. Hierdurch ergibt sich, dass die ferroelektrische Schicht besonders vor mechanischen Einflüssen, wie etwa Abrieb, Verkratzen, Staubpartikel beim Herstellungsprozess, geschützt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bedecken die eine oder mehreren dielektrischen Schichten die erste elektrisch leitende Funktionsschicht vollflächig. Es ist auch möglich, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten die Trägerfolie vollflächig bedecken.
Vorzugsweise ist es möglich, dass die bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine oder mehreren dielektrischen Schichten die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht vollflächig bedecken.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren dielektrischen Schichten auf einer Oberfläche der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt. Es kann vorgesehen, alternativ oder zusätzlich, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten auf einer Oberfläche der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren dielektrischen Schichten mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 100 nm, von vorzugsweise 10 nm bis 50 nm ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bestehen die eine oder mehreren dielektrischen Schichten aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe Silizium-Oxide, Cer-Oxide, anorganisch elektrisch isolierende Elemente und Metalloxidverbindungen.
Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten aus einem zähen Kunststofflack und/oder einer zähen Kunststofffolie bestehen. Hierbei kann die Kunststofffolie einen oder mehrere Kunststoffe ausgewählt aus PET (PET = Polyethylenterephthalat) aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten mechanisch stabile sind. Unter mechanisch stabil wird verstanden, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten unempfindlich auf mechanische äußere Einflüsse, wie beispielsweise Verformung oder Verkratzen sind. D. h. die eine oder mehreren dielektrischen Schichten sind vorzugsweise flexible, insbesondere aufgrund ihrer Schichtdicke, mechanisch nicht verformbar bzw. deformierbar. Vorzugsweise weist die dielektrische eine Härte auf, die größer oder gleich als die von Glas und/oder Siliziumoxid ist, oder eine Mohshärte von mindesten 7 auf. Hierdurch kann verhindert werden, dass im Produktionsprozess die ferroelektrischen Schicht, insbesondere bei deren Aufbringung, die darunter angeordnete dielektrische Schicht mechanisch beschädigt, wodurch die Produktionsausschussrate deutlich verringert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bestehen die eine oder mehreren dielektrischen Schichten aus einem Material, welches unlöslich im Material und/oder im Lösungsmittel der ferroelektrischen Schicht ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die ferroelektrische Schicht aus einem Material besteht, dass eine hohe relative Dielektrizitätskonstante von 5 bis 10000, von vorzugsweise von 5 bis 10 aufweist. Somit ist es möglich, dass die Speicherzelle als elektrischer Kondensator, vorzugsweise mit einer hohen Volumenkapazität, fungiert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die ferroelektrische Schicht mit einer Schichtdicke von 50 nm bis 250 nm, von vorzugsweise 75 nm bis 150 nm ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die organisch-elektronische Schaltung zwei oder mehrere ferroelektrische Schichten auf. Organisch-elektronische Schaltung mit zwei oder mehreren ferroelektrischen Schichten ermöglichen die Realisierung komplexer Schaltung mit Speicherfunktionalität gegenüber organisch-elektronische Schaltung mit nur einer ferroelektrische Schicht.
Es kann vorgesehen sein, dass die ferroelektrische Schicht aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe organisches oder anorganisches Material, dielektrisches Material, Bariumnitrat, Blei-Zirkonat-Titanat, PVDF (PVDF = Polyvinylidenfluorid), Polyvinylidencyanid, PVF3 (PVF3 = Copolymerisate von PVDF mit Trifluoroethylen) und elektrisch isolierendes Material bestehen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die organisch-elektronische Schaltung ein oder mehrere Kontaktverstärkungen auf. Die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen sind auf der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen mit der ersten und/oder der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschichten elektrisch leitend, vorzugsweise mittels einer oder mehrere als elektrisch leitende Leiterbahnen ausgebildet Schichten der organisch-elektronischen Schaltung, verbunden sind. Ferner ist es möglich, alternativ oder zusätzlich, dass die organisch-elektronische Schaltung eine oder mehrere Kontaktverstärkungen aufweist, welche auf der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildet sind.
Kontaktverstärkungen haben sich insbesondere bewehrt, wenn die erste und/oder die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht vollständig durch die eine oder mehren dielektrischen Schichten bedeckt sind, weil Kontaktverstärkungen eine einfach elektrische Kontaktierung der ersten und/oder die zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht ermöglichen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bestehen die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe Carbon Black, Carbon Black/Graphit, Leitsilberpaste, partikelbasierenden elektrisch leitfähigen Material.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen aus einem Material ausgebildet. Die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen weisen eine Vielzahl an elektrisch leitenden Partikeln eingebunden in eine Bindemittelmatrix auf. Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen mittels eins Druckverfahrens ausgebildet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Material der eine oder mehreren Kontaktverstärkungen Massenanteile von mindestens 30%, vorzugsweise von 30% bis 70% an der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel aufweisen, wobei vorzugsweise Massenanteile von 20% bis 70% an Material der Bindemittelmatrix vorgesehen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel eine Korngröße von 500 nm bis 5 μm auf. Vorzugsweise beträgt die Korngröße der Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel 1 μm.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel stabförmig, plattenförmig, sternförmig ausgebildet. Insbesondere können die Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel als konkaver Polyeder ausgebildet sein.
Vorzugsweise verringert das Bindemittel beim Trocknen und/oder Aushärten sein Volumen, sodass die Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel eine Oberfläche mit einer raue Oberflächenstruktur der einen oder mehreren Kontaktverstärkungen bilden. D. h. die Oberfläche der Kontaktverstärkung weist eine Rauigkeit auf.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen jeweils mit einer Schichtdicke ausgebildet, welche mehr als doppelt so dick ist, wie die der ferroelektrische Schicht. Eine relativ hohe Schichtdicke der einen oder mehreren Kontaktverstärkungen ermöglicht eine zuverlässige Durchkontaktierung der einen oder mehreren dielektrischen Schichten.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen jeweils mit einer Schichtdicke von 500 nm bis 5 μm ausgebildet. Vorzugsweise sind die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen jeweils mit einer Schichtdicke von 2 μm ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen eine Oberfläche mit einer hohen Rauigkeit auf. Die Rauigkeit der Oberfläche weist einen Wert von 500 nm bis 4 μm auf. Vorzugsweise weist die Rauigkeit der Oberfläche einen Wert von 1 μm auf. Die Rauigkeit der Oberfläche kann mit einem Messverfahren bestimmt werden. Als Messverfahren zur Bestimmung der Rauigkeit der Oberflächen haben sich Oberflächenprofilometer, beispielsweise ein Dektak, bewert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die ein oder mehreren organischen Bauteile aus der Gruppe Speicherzelle, Kondensator, Feldeffekttransistor und/oder organische Dioden auswählt. Ferner ist es somit möglich die organisch-elektronische Schaltung als Logikschaltung und/oder als integrierten Schaltkreis, d. h. IC (IC = Integrated Circuit), auszubilden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die organisch-elektronische Schaltung zwei oder mehrere organische Bauteile auf.
Mindestens zwei der zwei oder mehreren organischen Bauteile weisen einen zueinander unterschiedliche Bauteiletyp auf.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die erste und die zweite elektrisch leitenden Funktionsschicht, die ferroelektrische Schicht und/oder die eine oder mehreren dielektrischen Schichten mittels eines Druckverfahrens auf die Trägerfolie aufgebracht. Insbesondere, kann es sich bei dem Druckverfahren um ein Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren handeln.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die eine oder mehreren dielektrischen Schichten als eine beziehungsweise mehrere elektrische isolierende vollflächige Schichten aufgebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die organisch-elektronische Schaltung eine weitere dielektrischen Schichten auf. Vorzugsweise ist die weitere dielektrische Schicht elektrisch isolierend ausgebildet. Die weitere dielektrische Schicht ist auf einer der Trägerfolie gegenüberliegenden Seite der organisch-elektronischen Schaltung vollflächig aufgebracht. Die weitere dielektrische Schicht kann als abschließende Schicht, beispielsweise durch Aufdampfen, aufgebracht sein. Bevorzugt kann die weitere dielektrische Schicht aus einem Silizium-Oxid, insbesondere aus Siliziumdioxid, d. h. SiO₂, und/oder SiO_x, bestehen. Die weitere dielektrische Schicht kann als Schutzschicht fungieren, und insbesondere die Funktionsweise der organisch-elektronischen Schaltung vor äußeren elektrischen und/oder mechanischen Einwirkungen schützen. Mit einer der arten Kapselung kann die Funktionsweise der organisch-elektronischen Schaltung gewährleistet werden. Beispielsweise, werden aufgrund von aufliegenden Fingern und/oder Fingerabdrücken, welche bei einem etwaigen Berühren der organisch-elektronischen Schaltung vorliegen, entstehende Leckströme durch die weitere dielektrische Schicht verhindert. Insbesondere, verhindert dies weitere dielektrisch Schicht in Bereichen der organisch-elektronischen Schaltung, in denen Elektroden oder Leiterbahnen vorliegen, die ohne die weitere dielektrisch Schicht frei liegen würden, deren Korrosion.
Ferner, hat sich gezeigt, dass bei Ausführung der Erfindung, die eine oder mehrere Kontaktverstärkungen aufweisen, dass die weitere dielektrische Schicht zwar vollflächig aufgebracht ist, aber dass die weitere dielektrische Schicht im Bereich der einen oder mehrere Kontaktverstärkungen höchstens teilweise ausgebildet ist. Die teilweise Ausbildung der weiteren dielektrischen Schicht ist durch die hohe Oberflächenrauhigkeit der einen oder mehrere Kontaktverstärkungen bedingt. Somit ist es möglich, dass eine oder mehrere Elektroden der ersten oder zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht mittels der ein oder mehreren Kontaktverstärkungen zu kontaktieren. Vorzugsweise, sind die eine oder mehrere Kontaktverstärkung wie zuvor beschrieben ausgebildet. D. h. aufgrund der Kontaktverstärkung und deren Oberflächenrauigkeit können die Elektroden, insbesondere elektrisch, zugänglich sein, wobei die organisch-elektronische Schaltung vollständig gekapselt sein kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Trägerfolie aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe Kunststofffolie, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, PEN (PEN = Polyethylennaphthalat) und PE (PE = Polyethylennaphthalat) besteht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung. Die organisch-elektronische Schaltung ist in Form eines Folienkörpers ausgebildet. Die organisch-elektronische Schaltung weist mehrere Funktionsschichten, auch kurz als Schichten bezeichnet, auf. Die organisch-elektronische Schaltung weist auf einer Trägerfolie 1 in aufeinanderfolgender Reihenfolge eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht 2, eine Kontaktverstärkung 4, eine dielektrische Schicht 3, eine ferroelektrische Schicht 5 und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 aufeinander angeordnet auf. Ferner kann die organisch-elektronische Schaltung in einer nicht gezeigten Ausführung elektrisch halbleitenden Funktionsschichten aufweisen.
Die Trägerfolie besteht bevorzugt aus PET und weist eine bevorzugte Schichtdicke von 50 μm auf.
Die erste elektrisch leitende Funktionsschicht 2 besteht bevorzugt aus Kupfer und weist eine bevorzugte Schichtdicke von 40 nm auf. In der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 sind eine oder mehrere Elektroden für ein oder mehrere organische Bauteile ausgeformt.
Die Kontaktverstärkung 4 ist auf der Oberfläche der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 angeordnet. Die Kontaktverstärkungen 4 besteht bevorzugt aus Carbon Black. Die Kontaktverstärkung 4 weist eine Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel eingebunden in eine Bindemittelmatrix auf. Dabei weisen die elektrisch leitenden Partikel eine Korngröße von 1 μm auf. Nach einem Austrocknungsprozess oder Aushärtungsprozess weist die Kontaktverstärkung 4 eine relative raue Oberfläche mit einer Rauigkeit von mindestens 500 nm auf.
Die dielektrische Schicht 3 ist als elektrische isolierende Schichten ausgebildet. Die dielektrische Schicht 3 besteht bevorzugt aus einen hochisolierenden Material. Die dielektrische Schicht 3 ist mit einer bevorzugten Schichtdicke von 50 nm ausgebildet. Insbesondere weist die dielektrische Schicht 3 eine kleine relative Dielektrizitätskonstante von weniger als 5 auf. Die dielektrische Schicht 3 bedeckt die Trägerfolie 1 und die erste elektrisch leitende Funktionsschicht 2 vollflächig. Vollflächige Bedeckung einer Oberfläche einer Schicht bedeutet hier, dass der nicht durch eine weitere Schicht bereits bedeckte Bereich der Oberfläche der Schicht vollständig bedeckt wird. Die dielektrische Schichte 3 wird vollflächig, beispielsweise durch Aufdampfen, aufgebracht. Die hohe Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 verhindert eine vollständige Bedeckung der Kontaktverstärkung 4 durch die dielektrische Schicht 3. D. h. die Kontaktverstärkung 4 weist auf ihrer Oberfläche Teilbereiche auf, die frei von der dielektrischen Schicht 3 sind. Die Kontaktverstärkung 4 wird somit höchstens teilweise von der dielektrische Schicht 3 bedeckt und daher ermöglicht die Kontaktverstärkung 4 ein elektrische Kontaktierung der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 durch die dielektrische Schicht 3 hindurch. Die Kontaktverstärkung 4 ermöglicht eine Kontaktierung der ersten elektrisch leitfähigen Funktionsschicht 2 aufgrund ihrer relativ hohen Rauigkeit der Oberfläche. Die hohe Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 verhindert, dass die Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 vollständig mit der dielektrischen Schicht 3 bedeckt werden kann.
Die ferroelektrische Schicht 5 besteht bevorzugt z. B. aus PVDF und weist eine bevorzugte Schichtdicke von 120 nm auf. Die ferroelektrische Schicht 5 bedeckt die Kontaktverstärkung 5 und die dielektrische Schicht 3. Die hohe Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 verhindert, dass die Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 vollständig mit der ferroelektrischen Schicht 5 bedeckt werden kann. Somit ist ein Kontaktieren der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 möglich.
Die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 besteht bevorzugt aus Kupfer und weist eine bevorzugte Schichtdicke von 40 nm auf. In der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 sind eine oder mehrere Elektrode für ein oder mehrere organische Bauteile ausgeformt.
Eine Elektrode der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 2 und eine Elektroden der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 sind bereichsweise überlappend angeordnet und als Elektrodenplatten einer Speicherzelle 7 ausgeformt. Die Speicherzelle 7 kann beispielsweise Bauteil eines Ferroelectric Random Access Memory sein.
Ferner weist die ferroelektrische Schicht 5 eine Dielektrizitätskonstante von mindesten 9 auf. Somit kann die Speicherzelle 7 auch als Kondensator, d. h. als Speicherzelle für eine elektrische Ladung, fungieren.
Bei den ein oder mehreren organischen Bauteilen kann es sich um Bauteile ausgewählt aus der Gruppe Speicherzelle, Kondensator, Feldeffekttransistor und/oder organische Dioden handeln. Ferner ist es möglich, dass die organisch-elektronische Schaltung zwei oder mehrere organische Bauteile aufweist, wobei mindestens zwei der zwei oder mehreren organischen Bauteile einen zueinander unterschiedliche Bauteiletyp aufweisen.
Beispielsweise kein eine RFID-Chip die erfindungsgemäße organisch-elektronische Schaltung aufweisen.
Die organisch-elektronische Schaltung wird bevorzugt mit einem der zuvor beschriebenen Verfahren, insbesondere eine Druckverfahrens in einem Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren hergestellt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Schichten miteinander laminiert sind.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung. Die in 2 gezeigte zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung ist ähnlich zu der ersten in 1 gezeigten Ausführung einer erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung ausgebildet. Die zweite Ausführung der erfindungsgemäßen organisch-elektronischen Schaltung weist lediglich eine weitere dielektrische Schicht 3' auf. Die weitere dielektrische Schicht 3' wird bevorzugt aus demselben Material und mit derselben Schichtdicke wie die dielektrische Schicht 3 ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die weitere dielektrische Schicht 3' aus einem anderen Material und/oder mit einer anderen Schichtdicke als die dielektrische Schicht 3 ausgebildet ist. In diesem Fall besteht die weitere dielektrische Schicht 3' bevorzugt mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 50 nm aus Cerox. Die weitere dielektrische Schicht 3' bedeckt die dielektrischen Schicht 3 und die ferroelektrischen Schicht 5 vollflächig. Die weitere dielektrische Schicht 3' wird vollflächig, beispielsweise durch Aufdampfen, aufgebracht. Die Kontaktverstärkung 4 erlaubt jedoch höchstens eine teilweise Ausbildung der weiteren dielektrischen Schicht 3' auf der Kontaktverstärkung 4 aufgrund ihrer hohen Oberflächenrauhigkeit. Die Kontaktverstärkung 4 weist gegenüber der Kontaktverstärkung der ersten Ausführung der organisch-elektronischen Schaltung eine höhere Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktverstärkung auf. Diese höhere Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktverstärkung 4 verhindert, dass die Kontaktverstärkung 4 vollständig mit der weiteren dielektrischen Schicht 3' bedeckt ist.
Die weitere dielektrische Schicht 3' ist zwischen der ferroelektrischen Schicht 5 und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 angeordnet. Die ferroelektrischen Schicht 5 ist zwischen der dielektrischen Schicht 3 und der weiteren dielektrischen Schicht 3' eingebettet.
Durch Einbettung der ferroelektrischen Schicht 5 zwischen der dielektrische Schicht 3 und der weiteren dielektrischen Schicht 3' weist insbesondere die organisch-elektronische Schaltung der zweiten Ausführung gegenüber der organisch-elektronische Schaltung der ersten Ausführung eine verbesserte Güte der organisch-elektronische Schaltung, eine verbesserte mechanische Beanspruchbarkeit, also auch eine verbesserte Toleranz bei Abweichung von einem optimal ablaufenden Herstellungsprozess auf.

Claims

Organisch-elektronische Schaltung in Form eines Folienkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung eine Trägerfolie (1), eine erste und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (2, 6), eine ferroelektrische Schicht (5) und eine oder mehrere dielektrische Schichten (3, 3') aufweist, wobei die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') als elektrische isolierende Schichten ausgebildet sind, dass in der ersten und in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2, 6) jeweils eine oder mehrere Elektroden für ein oder mehrere organische Bauteile ausgeformt sind, dass eine der einen oder mehreren Elektroden der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2) und eine der einen oder mehreren Elektroden der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) bereichsweise überlappend angeordnet sind und als Elektrodenplatten einer Speicherzelle (7) ausgeformt sind, und dass zwischen den Elektrodenplatten die ferroelektrische Schicht (5) und die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') unter Ausbildung der Speicherzelle (7) angeordnet sind, wobei in dem Bereich der überlappenden Elektrodenplatten die eine oder mehreren dielektrischen Schichten vollflächig ausgeformt sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') eine relative Dielektrizitätskonstante kleiner 10, vorzugsweise von 3,5 bis 5 aufweisen.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die kleiner ist als 100 μS/cm, vorzugsweise kleiner ist als 10 μS/cm.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung zwei dielektrischen Schichten (3, 3') aufweist, und dass die ferroelektrische Schicht (5) zwischen den zwei dielektrischen Schichten (3, 3') angeordnet ist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') die erste elektrisch leitende Funktionsschicht (2) vollflächig bedeckt.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') auf einer Oberfläche der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2) ausgeformt ist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 100 nm, von vorzugsweise 10 nm bis 50 nm ausgebildet sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe Silizium-Oxide, Cer-Oxide, anorganisch elektrisch isolierende Elemente und Metalloxidverbindungen bestehen.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') aus einem Material bestehen, welches unlöslich im Material und/oder im Lösungsmittel der ferroelektrischen Schicht (5) ist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ferroelektrische Schicht (5) mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 250 nm, von vorzugsweise 75 nm bis 150 nm ausgebildet ist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung zwei oder mehrere ferroelektrische Schichten (5) aufweist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung eine oder mehrere Kontaktverstärkungen (4) aufweist, welche auf der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (2) ausgebildet sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus der Gruppe Carbon Black, Carbon Black/Graphit, Leitsilberpaste und partikelbasierenden elektrisch leitfähigen Material bestehen.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) aus einem Material ausgebildet sind, welches eine Vielzahl an elektrisch leitenden Partikeln eingebunden in eine Bindemittelmatrix aufweisen.
Organisch-elektronische Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) Massenanteile im Bereich von mindestens 30%, vorzugsweise von 30% bis 70%, an der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel aufweisen, wobei vorzugsweise Massenanteile von 20% bis 70% an Material der Bindemittelmatrix vorgesehen sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel eine Korngröße von 500 nm bis 5 μm, von vorzugsweise 1 μm aufweisen.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Vielzahl an elektrisch leitenden Partikel stabförmig oder plattenförmig ausgebildet sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) jeweils mit einer Schichtdicke ausgebildet sind, die mehr als doppelt so dick ist, wie die der ferroelektrische Schicht (5).
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) jeweils mit einer Schichtdicke von 500 nm bis 5 μm, vorzugsweise von 2 μm, ausgebildet sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktverstärkungen (4) eine Oberfläche mit einer hohen Rauigkeit aufweisen, wobei die Rauigkeit der Oberfläche einen Wert von 500 nm bis 4 μm, von vorzugsweise 1 μm aufweist.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren organischen Bauteile aus der Gruppe Speicherzelle, Kondensator, Feldeffekttransistor und/oder organische Dioden auswählt sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung zwei oder mehrere organische Bauteile aufweist, wobei mindestens zwei der zwei oder mehreren organischen Bauteile einen zueinander unterschiedliche Bauteiletyp aufweisen.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elektrisch leitenden Funktionsschicht (2, 6), die ferroelektrische Schicht (5) und/oder die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') mittels eines Druckverfahrens auf die Trägerfolie (1) aufgebracht sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren dielektrischen Schichten (3, 3') als eine beziehungsweise mehrere elektrische isolierende vollflächige Schichten aufgebracht sind.
Organisch-elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die organisch-elektronische Schaltung eine weitere dielektrische Schichten aufweist, die auf einer der Trägerfolie (1) gegenüberliegenden Seite der organisch-elektronischen Schaltung vollflächig aufgebracht ist.