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CN116326239A - 具有高载流子迁移率和原位绝缘的有机半导体层的场效应晶体管 - Google Patents

具有高载流子迁移率和原位绝缘的有机半导体层的场效应晶体管 Download PDF

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CN116326239A
CN116326239A CN202180068745.XA CN202180068745A CN116326239A CN 116326239 A CN116326239 A CN 116326239A CN 202180068745 A CN202180068745 A CN 202180068745A CN 116326239 A CN116326239 A CN 116326239A
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CN
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organic semiconductor
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layer
organic
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莱夫·约瑟夫·普尔维斯二世
坦娅·马尔霍特拉
安德鲁·约翰·欧德科克
饶婷凌
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Meta Platforms Technologies LLC
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Abstract

一种有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管包括沟道结构,该沟道结构限定位于源极与漏极之间的有源区。该沟道结构包括光配向层和有机半导体层,该有机半导体层直接设置在该光配向层的上方。光配向层被配置为影响有机半导体层内的分子的取向,并且由此而影响电荷载流子在有源区内和与有源区相邻区域的电荷载流子迁移率。

Description

具有高载流子迁移率和原位绝缘的有机半导体层的场效应晶 体管
技术领域
本发明总体上涉及有机半导体材料,并且更具体地涉及用于在有机场效应晶体管(organic field effect transistor,OFET)、有机发光二极管(organic light emittingdiode,OLED)、有机光伏器件等中实现有机半导体薄膜的分子工程。
背景技术
在各种器件架构中,有机半导体层可以设置在导电电极之间,该导电电极可以包含示例性逻辑器件的源极及漏极。有机半导体层可以是半晶质或单晶。电荷载流子的迁移率以及由此的有机半导体层内的电导率可以与有机半导体的结晶度和结晶取向有关。
发明内容
根据本发明的一方面,提供了一种有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管包括:沟道结构,该沟道结构限定了位于源极与漏极之间的有源区,该沟道结构包括光配向层(photoalignment layer)和有机半导体层,该有机半导体层直接设置在该光配向层的上方。
在一些实施方案中,光配向层可以包含选自偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基(chalconyls)、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺的材料。
在一些实施方案中,光配向层可以被配置为影响有机半导体层内的分子的取向。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括多晶层或单晶层。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括多环芳烃。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包含选自萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯(polycene)、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯(benzochromene)、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯的材料。
在一些实施方案中,有机场效应晶体管还可以包括栅极结构,该栅极结构位于沟道结构附近,该栅极结构被配置为控制有源区内的沟道结构的导电性。
在一些实施方案中,有机半导体层的特性可以在于在有源区内沿源极与漏极之间的方向的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1
在一些实施方案中,有机半导体层的特性可以在于在有源区内沿源极与漏极之间的方向的电荷载流子迁移率至少为约1cm2V-1s-1
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括与有源区相邻的绝缘区域。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括在绝缘区域内的非晶层。
根据本发明的另一方面,提供一种方法,该方法包括:形成光配向层;用偏振光照射该光配向层,以形成经取向的光配向层;以及,在该经取向的光配向层上方直接形成有机半导体层。
在一些实施方案中,光配向层可以包含选自偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺的材料。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括多环芳烃。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包含选自萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯的材料。
在一些实施方案中,该方法还可以包括:形成与有机半导体层的第一区域相邻的源极;以及形成与有机半导体层的第二区域相邻的漏极,其中,在源极域漏极之间的有源区内的有机半导体层的电荷载流子迁移率大于在与有源区相邻的绝缘区域内的有机半导体层的电荷载流子迁移率。
在一些实施方案中,可以在有源区内用第一偏振光照射光配向层,并且在绝缘区域内用第二偏振光照射光配向层。
在一些实施方案中,有机半导体层的特性可以在于在有源区内沿源极与漏极之间的方向的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1
根据本公开的另一方面,提供了一种有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管包括光配向层以及有机半导体层,该有机半导体层直接设置在该光配向层的上方,其中有机半导体层的第一区域的特性在于具有第一电荷载流子迁移率,并且有机半导体层的第二区域的特性在于具有第二电荷载流子迁移率。
在一些实施方案中,第一区域可以位于源极与漏极之间的有源区内,并且第二区域包括与有源区相邻的绝缘区域。
应当理解的是,本文中描述为适合于结合到本公开的一个或多个方面、或实施方案中的任何特征旨在在本公开的任何方面和所有方面和实施方案中通用。根据本公开的描述、权利要求和附图,本领域技术人员可以理解本公开的其它方面。上述一般性描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的,而不是对权利要求的限制。
附图说明
附图示出了多个示例性实施方案并且是说明书的一部分。与以下描述一起,这些附图展示和解释了本公开的各种原理。
图1为根据一些实施方案的具有模板化有机半导体层和升高的栅极的有机场效应晶体管的横截面示意图。
图2为根据一些实施方案的具有模板化有机半导体层和掩埋的栅极的有机场效应晶体管的横截面示意图。
图3为根据一些实施方案的一对有机场效应晶体管的横截面示意图,每个有机场效应晶体管都具有模板化有机半导体层和升高的栅极,并且它们由绝缘区分开。
图4至图14描绘了根据某些实施方案的能够结合到有机半导体层中的示例性可结晶分子。
图15为能够与本公开的实施方案结合使用的示例性增强现实眼镜(augmented-reality glasses)的图示。
图16为能够与本公开的实施方案结合使用的示例性虚拟现实头带式受话器(virtual-reality headset)的图示。
在所有附图中,相同的附图标记和描述表示相似但不一定相同的元件。虽然本文中所描述的示例性实施方案易受各种修改及替代形式的影响,但已经在附图中借助于实施例示出了特定实施方案,并且将在本文中进行详细描述。然而,本文中描述的示例性实施方案不旨在限定所公开的特定形式。相反地,本公开涵盖落入所附权利要求书的范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
本发明总体上涉及有机半导体材料,并且更具体地涉及用于在有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机光伏器件等中实现有机半导体薄膜的分子工程。
在各种器件结构中,有机半导体层可以设置在多个导电电极之间,该导电电极可以包括示例性逻辑器件的源极及漏极。有机半导体层可以是半晶质或单晶。电荷载流子的迁移率以及由此的有机半导体层内的电导率可能与有机半导体的结晶度和结晶取向有关。
尽管最近有所发展,但是提供能够形成具有可重复且可靠的晶体分子排列的有机半导体层和相关联的器件的制造方法和相关结构将是有利的,该可重复且可靠的晶体分子排列沿预先设计的方向(即,沿源极与漏极之间的方向)提供增强的电荷载流子迁移率。
根据各种实施方案,有机半导体层可以直接形成在光配向层的上方。光配向层可以作为模板层使用,以在有机半导体层形成期间对有机半导体层内的微晶进行配向。
根据进一步的实施方案,光配向层可以用于对具有低电荷载流子迁移率的有机半导体的形成进行模板化。也就是说,光配向层也可以作为模板层使用,以在有机半导体形成期间不对机半导体层内的微晶进行配向。
光配向层的局部化处理可以用于产生具有导电性质及绝缘性质这两者的有机半导体层。具有高电荷载流子迁移率区域的有机半导体层例如可以在源极与漏极之间的沟道结构内实现,而低电荷载流子迁移率的区域例如可以在位于与沟道结构相邻的绝缘区域内实现。绝缘区域可以被配置为减少泄漏电流路径和/或抑制多个相邻器件之间的串扰。
有机半导体中的传输是指电荷载流子在施加电场下如何移动通过材料。例如,传输可以指激子沿聚合物链和/或晶体、或在聚合物链和/或晶体之间的迁移,并且可以涉及从一个链和/或晶体到另一个链和/或晶体的能量转移的过程。
如将理解的,有机器件的功能及性能典型地与电荷载流子的迁移率有关。例如,在OLED中,光子的发射可能取决于器件内电流的产生,该电流的产生可能与电荷载流子往返于电极的运动相关。另一方面,晶体管中的电荷载流子迁移率可以决定器件能够多快地接通和断开。
电荷载流子迁移率是电荷载流子在施加的电场(V/cm)下沿给定方向在材料中移动的速度(cm/s)。
如将理解的,可以通过增加相邻单元(即,分子、聚合物链段或晶体)之间的电子耦合来提高电荷载流子迁移率。有机半导体内的电荷载流子迁移率可以取决于材料的结构或形态。
具有平面π-共轭型芯的有机半导体材料通常显示出沿π-π堆叠方向的有效电荷传输。有机分子可以根据分子间相互作用而聚集,并且可能倾向于在共同基底上表现出边朝上(edge-on)的分子取向。在边朝上取向的情况下,分子平面可以平行于基底表面,基底表面能够沿电流的期望方向。因此,边朝上取向可以适用于有机场效应晶体管(OFET)中的平面内电荷传输,从而得到高电荷载流子迁移率。另一方面,具有垂直于基底的分子平面的面朝上(face-on)分子取向对于平面外电荷传输可能是有益的,在该平面外电荷传输中电荷垂直于基底流动。
模板分层技术(template layering technique)可以用于在不改变分子结构的情况下、控制有机半导体层的分子取向(例如,从边朝上到面朝上或反之亦然,以及中间取向),并且因此影响电荷载流子沿特定方向(例如,在OFET的源极与漏极之间)的迁移率。
模板层可以包括光配向层,并且有机半导体层可以在该光配向层暴露至偏振光之后直接形成在该光配向层的上方。暴露于偏振光可以建立光配向层的取向,并且因此建立在其上方形成的有机半导体的取向。
根据各种实施方案,有机半导体层可以包括多环芳烃中的一种或组合,该多环芳烃例如为萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋、偶氮苯、及它们的衍生物。
在一些实施方案中,有机半导体层可以包括多种环状结构材料中的一种或组合,该环状结构材料包括环状结构分子,该环状结构分子例如为环己烷、环戊烷、四氢吡喃、哌啶、四氢呋喃、吡咯烷、四氢噻吩、及它们的衍生物。环状结构材料的进一步示例包括噻吩、联苯、二苯乙炔(tolane)、苯并咪唑、对称二苯乙炔、氰基吡啶、二苯并噻吩、咔唑、硅杂芴、及它们的衍生物。如本文中进一步公开的,目前公开的分子的任一者可以包括一个或多个末端基团,该末端基团例如为:C1-C10烷基、烷氧基或烯基;-CN;-NCS;-SCN;-SF5;-Br;-Cl;-F;-OCF3;-CF3;以及,单氟化或多氟化的C1-C10烷基或烷氧基。
更进一步的有机半导体材料可以包括具有芳烃或杂芳烯(heteroarene)基团、及它们的衍生物的结晶性聚合物。实施例包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(乙烯基苯基硫醚)、聚(a-甲基苯乙烯、聚噻吩并噻吩(polythienothiophene)、聚噻吩、聚(n-乙烯基邻苯二甲酰亚胺)、聚对亚苯基二甲基、聚硫化物、聚砜、聚(溴苯基)、聚(乙烯基萘)、以及具有如本文所公开的一种或多种官能团的液晶聚合物。
有机半导体材料可以包括具有脂族、杂脂族、芳烃或杂芳烯基团(例如,聚苯乙烯)的非晶态聚合物,并且可以包括粘合剂和/或其它的添加剂,该其它的添加剂例如为脂肪酸、糖类、脂类、增塑剂和表面活性剂(例如,具有单氟化或多氟化烷基或烷氧基的分子)。
光配向是一种用于通过暴露于偏振光而对选定材料取向到所需配向的技术。光配向材料可以包含具有依赖于角度的吸收性的光敏感物种。例如,在液晶(liquid crystal,LC)系统中,分子能够表现出基本的重新取向自主性,并且光反应能够触发堆积状态或集体分子配向的变化。
示例性光配向组合物可以包括偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺。
一个或多个有机半导体层和一个或多个光配向层可以使用如本领域技术人员将理解的各种方法形成,诸如包括喷墨印刷、刮板涂覆、旋转涂覆、浸渍涂覆等的基于溶剂的方法。一个或多个有机半导体层和一个或多个光配向层可以使用相同的方法或使用不同的方法形成。进一步的示例性方法包括物理气相输送方法。可以实施区域退火步骤以减少晶体缺陷的数量,这可以提高电荷载流子迁移率。根据一些实施方案,有机半导体层和光配向层可以形成有机场效应晶体管的沟道结构。
根据本文中所描述的一般原理,本文中所描述的多个实施方案中的任一个实施方案的特征可以彼此组合使用。在结合附图和权利要求书阅读以下详细描述后,将更全面地理解这些和其它实施方案、特征和优点。
以下将参考图1至图16提供具有沟道结构的有机场效应晶体管的详细描述,该沟道结构包括通过光配向层模板化的有机半导体层。与图1至图3相关联的讨论包括对示例性OFET结构的描述。与图4至图14相关联的讨论包括可以结合至有机半导体层中的各种材料的描述。与图15和图16相关联的讨论涉及可以包括如本文所描述的显示设备的各种虚拟现实平台。
参考图1,示出了示例性OFET的横截面图。OFET 100可以用于各种应用中,这些应用包括集成电路、显示器、生物传感器和存储器设备。OFET 100包括基底110。基底110可以包括诸如硅(Si)或砷化镓(GaAs)的半导体,但是也可以使用其它材料,其它材料包括塑料和聚合物(例如,聚酯、聚酰亚胺或聚酰胺)。
栅极结构120覆于基底110上方。栅极结构120可以包括栅极122和覆于栅极上方的栅极电介质124。栅极122可以包括任何合适的导电材料,例如银、铂、或金、或导电聚合物。栅极电介质124例如可以包括二氧化硅或氧化铝。
OFET 100(其可以为底部接触OFET)还包括源极132和漏极134,该源极和漏极覆于栅极电介质124上方,并且间隔开以限定有源区150。沟道结构140延伸穿过有源区150、并且包括光配向层141以及有机半导体层142,该有机半导体层直接设置在光配向层141的上方。栅极122可以位于有源区150附近。在图1的OFET中,沟道结构140可以在源极电极132和漏极电极134之后沉积,这可以减小有机半导体层142在其形成过程中退化的倾向。
参考图2,示出了另一个示例性OFET的横截面图。OFET 200(其可以为顶部接触OFET)包括基底210和栅极结构220,该栅极结构嵌入在基底210内。栅极结构220可以包括栅极222和覆于栅极222上方的栅极电介质224。
OFET 200可以包括覆于嵌入式栅极结构220上方的沟道结构240。沟道结构240包括光配向层241和有机半导体层242,该有机半导体层直接设置在光配向层241的上方。源极232和漏极234设置在有机半导体层242的上方,且间隔开以限定有源区250。在图2的顶部接触OFET中,有机半导体层242的至少一部分设置在基底210与源极232和漏极234之间。
转而参考图3,OFET 300可以包括第一器件301和相邻的第二器件302。第一器件301和第二器件302可以共享一公共的基底310。设置在基底310上方的栅极结构320可以包括第一栅极322A、第二栅极322B和栅极电介质324,该栅极电介质覆于第一栅极322A和第二栅极322B中的每一者上方。
第一器件301可以包括第一源极332A和第一漏极334A,它们覆于栅极电介质324上方,且间隔开以限定第一有源区350A,而第二器件302可以包括第二源极332B和第二漏极334B,它们覆于栅极电介质324上方,且间隔开以限定第二有源区350B。
沟道结构340包括与第一器件301和第二器件302相关联的光配向层341A和341B、以及直接设置在光配向层341A和341B上方的有机半导体层342A和342B。每个栅极322A和322B可以位于相应的有源区350A和350B附近。
用偏振光照射光配向层341A和341B可以用于独立地对各个器件301和302在有机半导体层342A和342B内(即,在有源区350A和350B内)诱发期望的分子取向,并因此诱发期望的电荷载流子迁移率。此外,用不同的偏振光照射光配向层341C可以用于在器件301和302之间的有机半导体层内形成绝缘区域346。
可以用于形成有机半导体层的示例性分子在图4至图13中示出。所示的材料可以用作对映体纯组合物(enantiomerically pure compositions)或外消旋混合物(racemicmixtures),并且可以单独使用或以任何组合使用。在所示的结构中,“R”可以包括任何合适的官能团,这些官能团包括但不限于,CH3、H、OH、甲氧基(OMe)、乙氧基(OEt)、异丙氧化物(OiPr)、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、异丙基(i-Pr)、Pr、叔丁基(t-Bu)、仲丁基(sec-Bu)、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH和C2H2,并且“n”可以是0至4之间(包括0和4)的任何整数值。
各种示例性分子在图4中示出。在图5中示出了向蒽添加甲基-、羟基-和氟-官能团的具体示例性组合物。在图6中示出了示例性氨基酸,在图7中示出了示例性糖类,并且在图8中示出了示例性脂肪酸。作为进一步实施例,在图9中示出了合适的烃,并且在图10中示出了合适的甾族化合物组合物。
参考图11和图12,分别示出了示例性阴离子型分子和阳离子型分子。参考图13,示出了模块化分子结构(A-B-C-D-E),其中可以以任何组合选择多个单独的部分(A、B、C、D和E)。在图14中示出了可以用于形成有机半导体层的示例性分子。可以对图14中示出的分子进行处理,以在相对高的生长速率下形成大晶体,同时具有更少的整体缺陷,并且可以用于形成以高电荷迁移率为特征的OFET。
如本文中所公开的,有机场效应晶体管(OFET)包括位于源极与漏极之间的沟道,其中沟道由有机半导体层形成。例如,该有机半导体可以包括单晶材料或多晶材料。光配向层可以用于使有机半导体层的生长模板化并影响结晶相的取向,这能够影响沟道内的载流子迁移率。
在某些实施方案中,沟道内的晶体取向可以被布置为提供超过约0.01cm2V-1s-1(即,沿源极与漏极之间的方向)的电荷载流子迁移率值。根据进一步的实施方案,光配向层可以被配置为对其上所覆的、具有低载流子迁移率的有机半导体内的多个区域进行模板化。这样的区域可以限定多个绝缘区域,这些绝缘区域阻挡泄漏电流路径和/或抑制相邻器件之间的串扰。因此,根据几个实施方案,光敏感材料层可以用于局部地(空间地)调节在其上方形成的层中的有机半导体的电荷载流子迁移率。
示例性制造方法可以包括形成光配向层,用偏振光照射该光配向层,且随后在该光配向层上形成有机半导体层。
示例性实施方案
实施例1:一种有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管具有沟道结构,该沟道结构限定位于源极与漏极之间的有源区,其中该沟道结构包括光配向层和有机半导体层,该有机半导体层直接设置在该光配向层的上方。
实施例2:根据实施例1所述的有机场效应晶体管,其中,该光配向层包括选自以下的材料:偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺。
实施例3:根据实施例1和2中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该光配向层被配置为影响该有机半导体层内的分子的取向。
实施例4:根据实施例1至3中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层包括多晶层或单晶层。
实施例5:根据实施例1至4中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层包括多环芳烃。
实施例6:根据实施例1至5中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层包括选自以下的分子:萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯。
实施例7:根据实施例1至6中任一项所述的有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管还包括位于该沟道结构附近的栅极结构,该栅极结构被配置为控制在该有源区内该沟道结构的电导率。
实施例8:根据实施例1至7中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层的特性在于,沿该源极与该漏极之间的方向,在该有源区内的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1
实施例9:根据实施例1至8中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层的特性在于,沿该源极与该漏极之间的方向、在该有源区内的电荷载流子迁移率至少为约1cm2V-1s-1
实施例10:根据实施例1至9中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层包括与该有源区相邻的绝缘区域。
实施例11:根据实施例1至10中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,该有机半导体层包括在该绝缘区域内的非晶层。
实施例12:一种方法,该方法包括:形成光配向层;用偏振光照射该光配向层以形成经取向的光配向层;以及在经取向的光配向层的上方直接形成有机半导体层。
实施例13:根据实施例12所述的方法,其中,该光配向层包括选自以下的材料:偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺。
实施例14:根据实施例12和13中任一项所述的方法,其中,该有机半导体层包括多环芳烃。
实施例15:根据实施例12至14中任一项所述的方法,其中,该有机半导体层包括选自以下的分子:萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯。
实施例16:根据示例12至15中任一项所述的方法,该方法还包括:形成与该有机半导体层的第一区域相邻的源极,以及形成与该有机半导体层的第二区域相邻的漏极,其中,该有机半导体层在该源极与该漏极之间的有源区内的电荷载流子迁移率大于该有机半导体层在与该有源区相邻的绝缘区域内的电荷载流子迁移率。
实施例17:根据实例16所述的方法,其中,在该有源区内用第一偏振光照射该光配向层,且在该绝缘区域内用第二偏振光照射该光配向层。
实施例18:根据实施例16和17中任一项所述的方法,其中,该有机半导体层的特性在于,沿该源极与该漏极之间的方向、在该有源区内的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1
实施例19:一种有机场效应晶体管,该有机场效应晶体管包括光配向层和有机半导体层,该有机半导体层直接设置在光配向层的上方,其中有机半导体层的第一区域的特性在于具有第一电荷载流子迁移率,并且有机半导体层的第二区域的特性在于具有第二电荷载流子迁移率。
实施例20:根据实施例19所述的有机场效应晶体管,其中,该第一区域位于源极与漏极之间的有源区内,并且该第二区域包括位于该有源区附近的绝缘区域。
本公开的实施方案可以包括各种类型的人工现实系统或者与各种类型的人工现实系统结合来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式,人工现实例如可以包括虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)、混合现实(hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全计算机生成内容或与所采集的(例如,现实世界)内容组合的计算机生成内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合,它们中的任一者可以在单信道中或在多信道(例如,向观看者产生三维(3D)效果的立体视频)中呈现。另外,在一些实施方案中,人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或它们的某种组合相关联,该应用、产品、附件、服务或它们的某种组合例如用于在人工现实中创建内容和/或以其它方式用于人工现实中(例如,在人工现实中执行活动)。
人工现实系统可以以各种不同的形状要素和配置来实现。一些人工现实系统可以被设计为在没有近眼显示器(near-eye displays,NED)的情况下工作。其它人工现实系统可以包括还提供对现实世界的可见性的NED(例如,图15中的增强现实系统1500)、或在视觉上使用户沉浸在人工现实中的NED(例如,在图16中的虚拟现实系统1600)。虽然一些人工现实设备可以是自包含系统,但是其它人工现实设备可以与外部设备通信和/或协调以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的实施例包括手持控制器、移动设备、台式计算机、由用户穿戴的设备、由一个或多个其它用户穿戴的设备、和/或任何其它合适的外部系统。
转而参考图15,增强现实系统1500可以包括具有框架1510的眼镜设备1502,该框架配置为将左显示设备1515(A)和右显示设备1515(B)保持在用户双眼的前方。显示设备1515(A)和1515(B)可以一起或独立地起作用、以向用户呈现一个图像或一系列图像。尽管增强现实系统1500包括两个显示器,但是本公开的实施方案可以在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实现。
在一些实施方案中,增强现实系统1500可以包括一个或多个传感器,例如传感器1540。传感器1540可以响应于增强现实系统1500的运动而生成测量信号,并且可以位于框架1510的基本上任何部分上。传感器1540可以是位置传感器、惯性测量单元(inertialmeasurement unit,IMU)、深度相机组件、结构化光发射器和/或检测器、或它们的任意组合。在一些实施方案中,增强现实系统1500可以包括或不包括传感器1540、或者可以包括多于一个传感器。在传感器1540包括IMU的实施方案中,IMU可以基于来自传感器1540的测量信号生成校准数据。传感器1540的实施例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其它合适类型的传感器、用于IMU的误差校准的传感器、或它们的某种组合。
增强现实系统1500还可以包括具有多个声换能器1520(A)至1520(J)的传声器阵列,统称为声换能器1520。声换能器1520可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声换能器1520可以配置为检测声音并将所检测到的声音转换成电格式(例如,模拟格式或数字格式)。图15中的传声器阵列可以包括例如十个声换能器:可以被设计成放置在用户的相应耳部内的声换能器1520(A)和1520(B),可以位于框架1510上的各个位置处的声换能器1520(C)、1520(D)、1522(E)、1523(F)、1524(G)和1525(H),和/或可以位于相应的颈带1505上的声换能器1520(I)和1520(J)。
在一些实施方案中,声换能器1520(A)至(F)中的一个或多个声换能器可以用作输出换能器(例如,扬声器)。例如,声换能器1520(A)和/或1520(B)可以是耳塞、或任何其它合适类型的耳机或扬声器。
传声器阵列中的多个声换能器1520的配置可以改变。虽然在图15中示出的增强现实系统1500具有十个声换能器1520,但是声换能器1520的数量可以多于或少于十个。在一些实施方案中,使用更多数量的声换能器1520可以增加所收集的音频信息的量和/或提高音频信息的灵敏度和准确性。与之不同,使用更少数量的声换能器1520可以降低相关联的控制器1550处理所收集的音频信息所需的计算能力。另外,传声器阵列的每个声换能器1520的位置可以改变。例如,声换能器1520的位置可以包括在用户身上的定义的位置、在框架1510上定义的坐标、与每个声换能器1520相关联的方向、或它们的某种组合。
声学换能器1520(A)和1520(B)可以位于用户耳朵的不同部位上,这些部位例如为耳廓(pinna)后面、耳屏后面、和/或耳廓(auricle)或耳窝内。或者,除了耳道内部的声换能器1520之外,还可以在耳朵上或耳朵周围存在附加的多个声换能器1520。使声换能器1520位于用户的耳道附近能够使传声器阵列收集关于声音如何到达耳道的信息。通过使多个声换能器1520中的至少两个声换能器位于用户头部的两侧(例如,作为双耳传声器),增强现实设备1500可以模拟双耳听觉并且采集用户头部周围的3D立体声声场。在一些实施方案中,声换能器1520(A)和1520(B)可以经由有线连接1530连接到增强现实系统1500,而在其它实施方案中,声换能器1520(A)和1520(B)可以经由无线连接(例如,蓝牙连接)连接到增强现实系统1500。在另一些实施方案中,声换能器1520(A)和1520(B)可以根本不与增强现实系统1500结合使用。
框架1510上的多个声换能器1520可以沿各镜腿的长度定位、跨鼻梁定位、定位在显示设备1515(A)和1515(B)之上或之下、或以它们的某种组合定位。多个声换能器1520可以被定向为使得传声器阵列能够在佩戴增强现实系统1500的用户周围的宽范围方向上检测声音。在一些实施方案中,可以在增强现实系统1500的制造期间执行优化过程,以确定每个声换能器1520在传声器阵列中的相对定位。
在一些实施例中,增强现实系统1500可以包括或连接到外部设备(例如,配对设备),例如,颈带1505。颈带1505大体上表示任何类型或形式的配对设备。因此,下面对颈带1505的讨论还可以应用于各种其它配对设备,例如充电盒(charging cases)、智能手表、智能电话、腕带、其它可穿戴设备、手持控制器、平板计算机、便携计算机、其它外部计算设备等。
如图所示,颈带1505可以经由一个或多个连接器耦合到眼镜设备1502。连接器可以是有线的或无线的,并且连接器可以包括电子和/或非电子(例如,结构上的)部件。在一些情况下,眼镜设备1502和颈带1505可以在它们之间没有任何有线或无线连接的情况下独立地操作。尽管图15示出了在眼镜设备1502和颈带1505上的示例性位置处的、眼镜设备1502和颈带1505中的多个部件,但是这些部件可以位于其它地方和/或以不同方式分布在眼镜设备1502和/或颈带1505上。在一些实施方案中,眼镜设备1502和颈带1505中的多个部件可以位于与眼镜设备1502、颈带1505或它们的某种组合配对的一个或多个附加的外围设备上。
将诸如颈带1505等外部设备与增强现实眼镜设备进行配对可以使眼镜设备能够实现一副眼镜的形状要素,同时仍然可以为扩展的功能提供足够的电池电量和计算能力。增强现实系统1500的电池电量、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对设备提供,或在配对设备与眼镜设备之间共享以上特征,从而总体上降低眼镜设备的重量、热分布和形状要素,同时仍然保留所期望的功能。例如,颈带1505可以允许待以其它方式包括在眼镜设备上的多个部件包括在颈带1505中,因为用户在其肩部承受的重量负荷可以比在其头部承受的更重。颈带1505还可以具有较大的表面积,在该表面上将热量扩散和散发到周围环境中。因此,相较于在独立型眼镜设备上可行的电池和计算能力,颈带1505可以允许更大的电池和更强的计算能力。由于在颈带1505中携带的重量相较于在眼镜设备1502中携带的重量对用户的侵害可以更小,因此用户可以忍受佩戴较轻的眼镜设备并携带或佩戴配对设备的时间长度比用户可以忍受佩戴较重的独立式眼镜设备的时间更长,从而使用户能够更充分地将人工现实环境融入其日常活动中。
颈带1505可以与眼镜设备1502和/或其它设备通信地耦合。这些其它设备可以为增强现实系统1500提供某些功能(例如,跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图15的实施方案中,颈带1505可以包括作为传声器阵列的一部分(或者可能形成它们自己的传声器子阵列)的两个声换能器(例如,1520(I)和1520(J))。颈带1505还可以包括控制器1525和电源1535。
颈带1505的声换能器1520(I)和1520(J)可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换为电格式(模拟或数字)。在图15的实施方案中,声换能器1520(I)和1520(J)可以定位在颈带1505上,从而增加颈带声换能器1520(I)和1520(J)与位于眼镜设备1502上的其它声换能器1520之间的距离。在一些情况下,增加传声器阵列的多个声换能器1520之间的距离可以提高通过传声器阵列执行的波束成形的精度。例如,如果由声换能器1520(C)和1520(D)检测到声音,且声换能器1520(C)与声换能器1520(D)之间的距离大于例如声换能器1520(D)与声换能器1520(E)之间的距离,则与该声音已被声换能器1520(D)和声换能器1520(E)检测到相比,所检测到声音的所确定的源位置可能更准确。
颈带1505的控制器1525可以处理由颈带1505上的多个传感器和/或增强现实系统1500生成的信息。例如,控制器1525可以处理来自传声器阵列的信息,该信息描述了由传声器阵列检测到的声音。对于每个检测到的声音,控制器1525可以执行波达方向(direction-of-arrival,DOA)估算以估计一方向,而检测到的声音从该方向到达传声器阵列。当传声器阵列检测到声音时,控制器1525可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1500包括惯性测量单元的实施方案中,控制器1525可以计算来自位于眼镜设备1502上的IMU的所有惯性计算和空间计算。连接器可以在增强现实系统1500与颈带1505之间、以及在增强现实系统1500与控制器1525之间传送信息。该信息可以是光学数据形式、电数据形式、无线数据形式、或任何其它可传输的数据形式。将对增强现实系统1500所生成的信息的处理移至颈带1505可以减少眼镜设备1502的重量和热量,使得用户更舒适。
颈带1505中的电源1535可以向眼镜设备1502和/或颈带1505提供电力。电源1535可以包括但不限于锂离子电池、锂-聚合物电池、一次性锂电池、碱性电池、或任何其它形式的储能设备。在一些情况下,电源1535可以是有线电源。在颈带1505上而不是在眼镜设备1502上包括电源1535可以有助于更好地分布由电源1535生成的重量和热量。
如所指出的,一些人工现实系统可以基本上利用虚拟体验来代替用户对真实世界的多种感官知觉中的一种或多种感官知觉,而不是将人工现实与实际现实混合。这种类型的系统的一个实施例是头戴式显示系统,例如图16中的大部分或完全覆盖用户视场的虚拟现实系统1600。虚拟现实系统1600可以包括前部刚性体1602和被成形为适合围绕用户头部的带1604。虚拟现实系统1600还可以包括输出音频换能器1606(A)和1606(B)。此外,尽管在图16中未示出,但是前部刚性体1602可以包括一个或多个电子元件,该一个或多个电子元件包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其它合适的设备或系统。
人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机制。例如,增强现实系统1500和/或虚拟现实系统1600中的多个显示设备可以包括一个或多个液晶显示器(liquid crystaldisplays,LCD)、一个或多个发光二极管(light emitting diode,LED)显示器、一个或多个有机LED(organic light emitting diode,OLED)显示器、一个或多个数字光投影(digitallight project,DLP)微型显示器、一个或多个液晶覆硅(liquid crystal on silicon,LCoS)微显示器、和/或任何其它合适类型的显示屏。人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏幕,或者可以为每只眼睛提供一个显示屏,这可以为变焦调整或校正用户的屈光不正提供附加的灵活性。一些人工现实系统还可以包括多个具有一个或多个透镜(例如,常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调节的液体透镜等)的光学子系统,用户可以通过该一个或多个透镜观看显示屏。这些光学子系统可以用于各种目的,这些目的包括准直(例如,使对象显现在比其物理距离更远的距离处)、放大(例如,使对象看起来比其实际尺寸更大)和/或传递光(例如,到观看者的眼睛)。这些光学子系统可以用于非直视型结构(non-pupil-forming architecture)(例如,直接对光进行准直而导致所谓的枕形失真的单透镜构造)和/或直视型结构(pupil-forming architecture)(例如,产生所谓的桶形失真以消除枕形失真的多透镜构造)。
除了使用显示屏之外,或者代替使用显示屏,一些人工现实系统可以包括一个或多个投影系统。例如,增强现实系统1500和/或虚拟现实系统1600中的多个显示设备可以包括将光(例如,使用波导)投射到该多个显示设备中的多个微型LED投影仪,该多个显示设备例如为允许环境光通过的透明组合透镜。该多个显示设备可以将投射的光朝向用户的瞳孔折射,并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和真实世界这两者。该多个显示设备可以使用多种不同的光学部件中的任一光学部件来实现此目的,这些光学部件包括波导部件(例如,全息元件、平面元件、衍射元件、偏振元件和/或反射波导元件)、光操纵表面和光操纵元件(例如,衍射元件、反射元件、以及折射元件和光栅)、耦合元件等。人工现实系统还可以配置有任何其它合适类型或形式的图像投影系统,例如用于虚拟视网膜显示器的视网膜投影仪。
人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如,增强现实系统1500和/或虚拟现实系统1600可以包括一个或多个光学传感器,该一个或多个光学传感器例如为二维(2D)摄像头或3D摄像头、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单波束或扫描激光测距仪、3D激光雷达(LiDAR)传感器、和/或任何其它合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或多个传感器中的数据,从而识别用户的位置、绘制真实世界地图、向用户提供关于真实世界环境的背景、和/或执行各种其它功能。
人工现实系统还可以包括一个或多个输入和/或输出音频换能器。在图16示出的实施例中,输出音频换能器1606(A)和1606(B)可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、耳屏振动换能器、和/或任何其它合适类型或形式的音频换能器。类似地,输入音频换能器可以包括电容式传声器、动态传声器、带式传声器、和/或任何其它类型或形式的输入换能器。在一些实施方案中,对于音频输入和音频输出这两者,可以使用单个换能器。
尽管在图15中没有示出,但是人工现实系统可以包括触觉(tactile)(即,触觉(haptic))反馈系统,该触觉反馈系统可以结合到头饰、手套、服装、手持控制器、环境设备(例如,椅子、地板垫等)、和/或任何其它类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈,这些类型的皮肤反馈包括振动、推力、牵拉、质地和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈,例如运动和顺应性。触觉反馈可以使用电机、压电致动器、流体系统、和/或各种其它类型的反馈机构来实现。触觉反馈系统可以独立于其它人工现实设备、在其它人工现实设备内、和/或结合其它人工现实设备来实现。
通过提供触觉感知、听觉内容和/或视觉内容,人工现实系统可以在各种背景和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的真实世界体验。例如,人工现实系统可以辅助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与真实世界中的其他人的交互,或者可以实现与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统还可以用于教育目的(例如,用于学校、医院、政府组织、军事组织、企业等中的教学或训练)、娱乐目的(例如,用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)、和/或用于可接入性目的(例如,作为助听器、视觉辅助等)。本文所公开的实施方案可以在这些背景和环境中的一者或多者中、和/或在其它背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。
本文中描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为实施例给出,并且可以根据需要改变。例如,虽然本文中示出和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或讨论,但是这些步骤不一定需要以所示或所讨论的顺序执行。本文中描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略本文描述或示出的步骤中的一者或多者,或者除了所公开的那些之外还包括附加步骤。
提供前述描述以使得所属领域的技术人员能够最佳地利用本文中所公开的示例性实施方案的各种方面。该示例性描述并不旨在穷举或限于所公开的任何精确形式。在不脱离权利要求的范围的情况下,许多修改和变化是可能的。本文中所公开的实施方案在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。在确定本公开的范围时,应当参考所附权利要求及其等同物。
除非另有说明,否则如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即,经由其它元件或部件)连接。另外,如在说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”应被解释为意指“至少一个”。最后,为了便于使用,如在说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“具有”(及其派生词)可以与词语“包括”互换并且具有与词语“包括”相同的含义。
应理解的是,当元件(例如,层或区域)被称为形成在另一元件上、沉积在另一元件上或设置在另一元件“上”或“上方”时,其可以直接位于另一元件的至少一部分上,或者也可以存在一或多个中间元件。相反地,当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件上方”时,其可以位于另一元件的至少一部分上,而不存在中间元件。
虽然可以使用过渡短语“包括”来公开特定实施方案的各种特征、元件或步骤,但是应当理解的是,隐含了包括可以使用过渡短语“组成”或“基本上由……组成”描述的那些替代实施方案。因此,例如,包含或包括偶氮化合物的光配向层的隐含替代实施方案包括其中光配向层基本上由偶氮化合物组成的实施方案和其中光配向层由偶氮化合物组成的实施方案。

Claims (15)

1.一种有机场效应晶体管,所述有机场效应晶体管包括:
沟道结构,所述沟道结构限定位于源极与漏极之间的有源区,所述沟道结构包括光配向层和有机半导体层,所述有机半导体层直接设置在所述光配向层的上方。
2.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管,其中,所述光配向层包括选自偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺的材料。
3.根据权利要求1或2所述的有机场效应晶体管,其中,所述光配向层被配置为影响所述有机半导体层内的分子的取向。
4.根据权利要求1、2、或3所述的有机场效应晶体管,其中,所述有机半导体层包括多晶层或单晶层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,所述有机半导体层包括多环芳烃。
6.根据前述权利要求中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,所述有机半导体层包含选自萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯的材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的有机场效应晶体管,所述有机场效应晶体管还包括栅极结构,所述栅极结构位于所述沟道结构附近,所述栅极结构被配置为控制在所述有源区内的所述沟道结构的导电性。
8.根据前述权利要求中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,所述有机半导体层的特性在于在所述有源区内沿所述源极与所述漏极之间的方向的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1,并且可选地,至少为约1cm2V-1s-1
9.根据前述权利要求中任一项所述的有机场效应晶体管,其中,所述有机半导体层包括绝缘区域,所述绝缘区域与所述有源区相邻;并且优选地,其中,所述有机半导体层包括在所述绝缘区域内的非晶层。
10.一种方法,所述方法包括:
形成光配向层;
用偏振光照射所述光配向层,以形成经取向的光配向层;以及
在所述经取向的光配向层的上方直接形成有机半导体层。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述光配向层包含选自偶氮化合物、聚酰亚胺、聚硅烷、聚苯乙烯、聚酯、肉桂酸盐(酯)、香豆素、查耳酮基、四氢邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺的材料。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其中,所述有机半导体层包含多环芳烃;和/或优选地,其中,所述有机半导体层包含选自萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、并多苯、荧蒽、二苯(甲)酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯(代)苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二羧酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、茋和偶氮苯的材料。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法,所述方法还包括:
形成与所述有机半导体层的第一区域相邻的源极;以及
形成与所述有机半导体层的第二区域相邻的漏极,其中,所述有机半导体层在所述源极与所述漏极之间的有源区内的电荷载流子迁移率大于所述有机半导体层在与所述有源区相邻的绝缘区域内的电荷载流子迁移率;并且优选地,其中:
i.在所述有源区内用第一偏振光照射所述光配向层,并且在所述绝缘区域内用第二偏振光照射所述光配向层;和/或
ii.所述有机半导体层的特性在于在所述有源区内沿所述源极与所述漏极之间的方向的电荷载流子迁移率至少为约0.01cm2V-1s-1
14.一种有机场效应晶体管,所述有机场效应晶体管包括光配向层以及有机半导体层,所述有机半导体层直接设置在所述光配向层的上方,其中,所述有机半导体层的第一区域的特性在于具有第一电荷载流子迁移率,并且所述有机半导体层的第二区域的特性在于具有第二电荷载流子迁移率。
15.根据权利要求14所述的有机场效应晶体管,其中,所述第一区域位于源极与漏极之间的有源区内,并且所述第二区域包括与所述有源区相邻的绝缘区域。
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