JP2010062241A - Manufacturing method for organic thin film transistor, organic thin film transistor, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法、有機薄膜トランジスタ素子及び表示装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an organic thin film transistor, an organic thin film transistor element, and a display device.
液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)、電気泳動装置等のFPD(フラットパネルディスプレイ)では、アクティブマトリクス駆動方式の表示装置(ディスプレイ等ともいう)が主流となっている。 In an FPD (flat panel display) such as a liquid crystal display device (LCD: Liquid Crystal Display), an organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as an organic EL element), or an electrophoretic device, an active matrix drive type display device (also referred to as a display or the like). ) Is the mainstream.
このような表示装置(ディスプレイ)には、画素毎に薄膜トランジスタ(以下、TFTともいう)により構成された駆動部が設けられ、特にアクティブマトリクス駆動方式のディスプレイを用いることにより、画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保できるようになる。 Such a display device (display) is provided with a driving unit composed of a thin film transistor (hereinafter also referred to as TFT) for each pixel, and particularly by using an active matrix driving type display, The screen rewriting speed can be secured.
また、マトリクス型表示素子は、軽量、薄型、高画質及び高精細を実現する表示素子として、多種かつ多数用いられている。 In addition, matrix type display elements are used in various types and in large numbers as display elements that realize light weight, thinness, high image quality, and high definition.
マトリクス型表示素子は、マトリクス状のバス配線と、光学材料(発光材料または光変調材料)と、必要に応じて他の構造とにより構成される。 The matrix type display element includes a matrix-like bus wiring, an optical material (light emitting material or light modulation material), and another structure as necessary.
ここで、単色のマトリクス型表示素子であれば、配線や電極は表示基板上にマトリクス状に配置する必要はあるが、光学材料は、表示基板全面に一様に塗布することも可能である。 Here, in the case of a single-color matrix display element, wirings and electrodes need to be arranged in a matrix on the display substrate, but the optical material can be uniformly applied to the entire surface of the display substrate.
一方、自己発光するタイプである有機EL素子でカラーのマトリクス型表示素子を有する表示装置を実現しようとすると、1画素毎に、RGBという光の三原色に対応して三つの画素電極を配置し、且つ、各画素電極毎にRGBいずれかに対応した光学材料を所定の位置に選択的に配置する必要がある。 On the other hand, when trying to realize a display device having a color matrix type display element with an organic EL element which is a self-luminous type, three pixel electrodes are arranged for each pixel corresponding to the three primary colors of RGB, In addition, it is necessary to selectively arrange an optical material corresponding to one of RGB for each pixel electrode at a predetermined position.
最近、光学材料を塗布でパターニング塗布する工程において、インクジェット方式による光学材料の塗布が行われている。 Recently, an optical material is applied by an ink jet method in a process of applying an optical material by patterning.
しかし、インクジェット方式により光学材料を塗布する際には、その光学材料を溶媒により数十倍以上希釈しなければならないため、その流動性が高く、塗布した後にそれの固形化が完了するまで塗布位置に保持しておくことが困難であることが判った。 However, when applying an optical material by an ink jet method, the optical material must be diluted several tens of times with a solvent, so its fluidity is high, and after application, the application position is completely solidified. It has proved difficult to hold on.
また、液状の光学材料の流動性に起因して、パターニングの精度が不十分という問題点もあり、画素に塗布した光学材料が、隣接する画素に流出することにより、画素の光学特性が劣化する、または、各画素毎に、塗布面積にバラツキが生じることにより、塗布厚さにバラツキが生じ、光学材料の光学特性にバラツキが生じる等の問題点があった。 In addition, due to the fluidity of the liquid optical material, there is a problem in that the patterning accuracy is insufficient. The optical material applied to the pixel flows out to the adjacent pixel, so that the optical characteristics of the pixel deteriorate. Alternatively, there is a problem that, for each pixel, a variation in the coating area causes a variation in the coating thickness and a variation in the optical characteristics of the optical material.
上記のインクジェット塗布時の問題点を解決するために溶媒に溶かされた有機半導体材料を基板にインクジェット法により塗布する工程と、前記溶媒を蒸発させて前記基板に前記有機半導体膜を形成する工程と、を具備することにより、有機半導体膜を基板に選択的に形成する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 A step of applying an organic semiconductor material dissolved in a solvent to a substrate by an inkjet method in order to solve the problems at the time of applying the ink jet, and a step of forming the organic semiconductor film on the substrate by evaporating the solvent; , A method for selectively forming an organic semiconductor film on a substrate is disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記技術では、単一の成膜領域(具体的には有機層)を1滴以上のインクジェット吐出を行うことにより成膜することが必要であり、この方法では、インクジェット1滴の液量の調整、高精度よく吐出するドット間隔等の調整が困難であり、有機層の薄膜化、有機層の成膜領域の微小化が難しい等の問題点がある。 However, in the above technique, it is necessary to form a single film formation region (specifically, an organic layer) by ejecting one or more droplets of ink jet. And adjustment of the interval between dots ejected with high accuracy is difficult, and there are problems such as thinning of the organic layer and miniaturization of the film formation region of the organic layer.
一方で、ディスプレイの各画素の開口率を上げるため、また1トランジスタにより多くの電流を流すためには、微小面積中により長チャネル幅、短チャネル長を形成しなければならない。そのため櫛形形状電極を電極間の間隔を殆ど取らずに配置する必要がある。 On the other hand, in order to increase the aperture ratio of each pixel of the display and to allow more current to flow through one transistor, it is necessary to form a longer channel width and a shorter channel length in a very small area. Therefore, it is necessary to arrange the comb-shaped electrodes with almost no space between the electrodes.
また、1つのチャネル毎に溶液を吐出するのはコスト、時間的な観点から、薄膜トランジスの生産上、非効率であるという問題点があった。
本発明の目的は、1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数の薄膜を成膜可能な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供し、該製造方法によりOff電流が低く、且つ、平均移動度が良好な有機薄膜トランジスタを提供し、且つ、該トランジスタを具備する表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an organic thin film transistor capable of forming a plurality of separated thin films on a substrate by a single inkjet discharge, which has a low off current and an average mobility. An organic thin film transistor is provided, and a display device including the transistor is provided.
本発明の上記目的は下記の構成により達成された。 The above object of the present invention has been achieved by the following constitution.
1.基板上に、導電層、絶縁層、有機半導体層の少なくとも一層をインクジェットプロセスで成膜する工程を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
該導電層、該絶縁層及び該有機半導体層の少なくとも一層を成膜する際、1回のインクジェット吐出によって、該基板上に、分離された複数の薄膜を成膜する工程を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
1. In the method of manufacturing an organic thin film transistor, the method includes forming a conductive layer, an insulating layer, and an organic semiconductor layer on a substrate by an inkjet process.
When forming at least one layer of the conductive layer, the insulating layer, and the organic semiconductor layer, the method includes a step of forming a plurality of separated thin films on the substrate by one inkjet discharge. A method for manufacturing an organic thin film transistor.
2.前記基板上に、1回のインクジェット吐出により分離された2〜4の有機半導体層を形成することを特徴とする前記1に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 2. 2. The method for producing an organic thin film transistor according to 1 above, wherein 2 to 4 organic semiconductor layers separated by one inkjet discharge are formed on the substrate.
3.前記基板に表面エネルギーの異なる領域を設けることを特徴とする前記1または2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 3. 3. The method of manufacturing an organic thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein regions having different surface energies are provided on the substrate.
4.前記基板の表面が凹凸を有することを特徴とする前記1または2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 4). 3. The method for producing an organic thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein the surface of the substrate has irregularities.
5.前記有機半導体層が低分子有機半導体材料を含むことを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 5. 5. The method of manufacturing an organic thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the organic semiconductor layer includes a low molecular organic semiconductor material.
6.前記1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ素子。 6). 6. An organic thin film transistor element manufactured using the method for manufacturing an organic thin film transistor according to any one of 1 to 5 above.
7.前記6に記載の有機薄膜トランジスタ素子を具備することを特徴とする表示装置。 7). 7. A display device comprising the organic thin film transistor element as described in 6 above.
本発明により、1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数の薄膜を成膜可能な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供し、該製造方法によりOff電流が低く、且つ、平均移動度が良好な有機薄膜トランジスタを提供し、且つ、該トランジスタを具備する表示装置を提供することができた。 According to the present invention, a method for manufacturing an organic thin film transistor capable of forming a plurality of separated thin films on a substrate by a single inkjet discharge is provided. The manufacturing method provides low off current and good average mobility. An organic thin film transistor was provided, and a display device including the transistor could be provided.
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、請求項1〜5のいずれか1項に規定される構成により、1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数の薄膜を成膜可能な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供し、該製造方法によりOff電流が低く、且つ、平均移動度が良好な有機薄膜トランジスタを提供することができた。
In the method for producing an organic thin film transistor of the present invention, an organic film capable of forming a plurality of separated thin films on a substrate by a single ink jet discharge with the structure defined in any one of
また、本発明の有機薄膜トランジスタ素子を具備した表示装置は良好な発光特性を示すことが判った。 Further, it was found that the display device provided with the organic thin film transistor element of the present invention exhibits good light emission characteristics.
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。 Hereinafter, details of each component according to the present invention will be sequentially described.
《有機薄膜トランジスタの製造方法》
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1に記載のように、基板上に、導電層、絶縁層、有機半導体層の少なくとも一層をインクジェットプロセスで成膜する工程を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
導電層、絶縁層及び有機半導体層の少なくとも一層を成膜する際、1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数薄膜の成膜を可能にしたものであり、パターニング膜の微小化、薄膜化を容易にしたものです。
<< Method for Manufacturing Organic Thin Film Transistor >>
The method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention includes the step of forming at least one layer of a conductive layer, an insulating layer, and an organic semiconductor layer on a substrate by an inkjet process as described in
When forming at least one layer of a conductive layer, an insulating layer, and an organic semiconductor layer, it is possible to form a plurality of separated thin films on a substrate by a single inkjet discharge. It has been made thinner.
また、従来、パターニングに複数回のインクジェットの吐出が必須であったインクジェットプロセスでのパターニング膜の形成を1回のインクジェット吐出により可能(インクジェット吐出回数の低減)になり、薄膜トランジスタの製造の低コスト化を実現することができました。 In addition, it is possible to form a patterning film in an inkjet process, which conventionally required multiple inkjet ejections for patterning (reducing the number of inkjet ejections), thereby reducing the cost of manufacturing thin film transistors. Was able to be realized.
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法では、導電層、絶縁層及び有機半導体層の少なくとも一層を成膜する際、1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数薄膜の成膜(具体的には、複数のトランジスタの導電層、絶縁層及び有機半導体層が1回のインクジェット吐出により形成されるを意味しています。)が行われますが、好ましくは、前記の導電層、絶縁層及び有機半導体層の全てが各々1回のインクジェット吐出により基板上に、分離された複数薄膜の成膜が行われることが好ましく、特に好ましくは、1回のインクジェット吐出により、2〜4個の各々分離したトランジスタの有機半導体層を各々形成することが好ましい。 In the method for producing an organic thin film transistor of the present invention, when forming at least one layer of a conductive layer, an insulating layer, and an organic semiconductor layer, a plurality of separated thin films are formed on a substrate by a single inkjet discharge (specifically, Means that the conductive layers, insulating layers, and organic semiconductor layers of a plurality of transistors are formed by a single inkjet discharge.) Preferably, the conductive layers, insulating layers, and organic layers described above are used. It is preferable that a plurality of separated thin films are formed on the substrate by each inkjet discharge, and particularly preferably, 2 to 4 semiconductor layers are separated by one inkjet discharge. Each of the organic semiconductor layers of the transistor is preferably formed.
本発明に係る導電層(電極)、絶縁層及び有機半導体層の少なくも1層を基板上に分離された複数の薄膜として形成させる手段としては、
(a)基板に表面エネルギーの異なる領域を設ける、
(b)基板の表面に凹凸を設ける、
等が好ましい方法としてあげられる。
As a means for forming at least one layer of the conductive layer (electrode), insulating layer and organic semiconductor layer according to the present invention as a plurality of thin films separated on a substrate,
(A) providing regions with different surface energies on the substrate;
(B) providing irregularities on the surface of the substrate;
Etc. are mentioned as a preferable method.
尚、本発明に係る導電層(電極)、絶縁層及び有機半導体層等については、後述する有機薄膜トランジスタの構成のところで詳細に説明する。 The conductive layer (electrode), insulating layer, organic semiconductor layer and the like according to the present invention will be described in detail in the configuration of the organic thin film transistor described later.
以下、順に説明する。 Hereinafter, it demonstrates in order.
(a)基板に表面エネルギーの異なる領域を設ける
基板に表面エネルギーの異なる領域を設けることについては、図1(a)〜(c)に示す本発明の表示装置の製造工程の一部分において、1画素上にある2個のトランジスタの各々に1滴のインクジェット吐出により各々有機半導体層を設ける工程に焦点をしぼって説明する。
(A) Providing a Region with Different Surface Energy on the Substrate As for providing a region with different surface energy on the substrate, one pixel in a part of the manufacturing process of the display device of the present invention shown in FIGS. A description will be given focusing on the process of providing each of the two transistors on the top with an organic semiconductor layer by one drop of ink jet ejection.
尚、実施例では、高表面エネルギー領域に有機半導体層を形成する態様、ソース電極及びドレイン電極等の導電層を形成する態様を具体的に示している。 In the embodiment, a mode in which an organic semiconductor layer is formed in a high surface energy region and a mode in which conductive layers such as a source electrode and a drain electrode are formed are specifically shown.
図1(a)は、本発明の表示装置100の一部を示す回路図を表すものである。表示装置100は、基板(図示していない)上に複数の走査線103と、これら複数の走査線103に対して交差する方向に設けられている複数の給電線108とが、各々配設された構成を有している。そして、走査線103と給電線108の交点毎に、画素領域(単に画素ともいう)が設けられている。
FIG. 1A is a circuit diagram showing a part of the
図1(a)〜図1(c)において、2個のトランジスタ、即ち、スイッチング薄膜トランジスタT1と駆動薄膜トランジスタT2が1画素上に設けられる。 1A to 1C, two transistors, that is, a switching thin film transistor T1 and a driving thin film transistor T2 are provided on one pixel.
画素領域には、走査線103を介して走査信号がゲート電極(図示していない)に供給され、スイッチング薄膜トランジスタT1と、このスイッチング薄膜トランジスタT1を介して画像信号が保持される保持容量Cと、該保持容量Cによって保持された画像信号をゲート電極に供給する駆動薄膜トランジスタT2、駆動薄膜トランジスタT2には、有機EL素子106が設けられている。109は接地を表す。
In the pixel region, a scanning signal is supplied to a gate electrode (not shown) through a
図1(a)では、画素領域に配設されているスイッチング薄膜トランジスタT1と駆動薄膜トランジスタT2を設けるための領域として、T1及びT2が設けられる画素領域では高表面エネルギー領域101が形成されている。
In FIG. 1A, as a region for providing the switching thin film transistor T1 and the driving thin film transistor T2 disposed in the pixel region, a high
上記の高表面エネルギー領域101以外の領域は、画素領域における低表面エネルギー領域102として示す。
A region other than the high
スイッチング薄膜トランジスタT1と駆動薄膜トランジスタT2の形成において、各々有機半導体層が設けられる領域に各々高表面エネルギー領域101を設けることについての詳細は、後述する実施例の有機薄膜トランジスタ2のところで説明するが、基材(図1では、具体的に示していない。)上にゲート電極(図示していない)、ゲート絶縁層(図示していない)を設けた後に、オクチルトリクロロシラン(OTS)の単分子膜(SAM膜:Self assembled monolayer(自己組織化膜))を形成させた後に、低圧水銀灯からマスクを介して紫外線照射(254nm)を行い、露光部のOTSを光分解させ、SAM膜が消失した領域が、高表面エネルギー領域101を形成し、該高表面エネルギー領域101にインクジェット吐出により有機半導体材料が供給されて有機半導体層111が形成されることになる。
In the formation of the switching thin film transistor T1 and the driving thin film transistor T2, details of providing each of the high
(高表面エネルギー領域)
図1(a)において、高表面エネルギー領域を形成しているスイッチング薄膜トランジスタT1と駆動薄膜トランジスタT2の各々の領域と、画素領域におけるそれ以外の領域の表面エネルギーの差は、3mN/m〜50mN/mの範囲であるように調整することが好ましい。
(High surface energy region)
In FIG. 1A, the difference in surface energy between each of the switching thin film transistor T1 and the driving thin film transistor T2 forming the high surface energy region and the other region in the pixel region is 3 mN / m to 50 mN / m. It is preferable to adjust so that it is the range.
また、表面エネルギーは、接触角の測定により求めることができ、接触角の測定は、接触角計(CA−DT・A型:協和界面科学社製)を用いて20℃、50%RHの環境下で測定し、得られたものである。 The surface energy can be obtained by measuring the contact angle. The contact angle can be measured using a contact angle meter (CA-DT • A type: manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) in an environment of 20 ° C. and 50% RH. Measured below and obtained.
接触角により、基板表面における疎水性の度合を水の接触角による測定によって知ることが出来る。また、1画素上での高表面エネルギー領域とそれ以外の領域の表面エネルギーの測定は、例えば、別途、前記SAM膜の有無のある試料を別途作製し、各々表面エネルギーを測定することによって間接的に測定することもできる。 From the contact angle, the degree of hydrophobicity on the substrate surface can be determined by measuring the contact angle of water. In addition, the measurement of the surface energy of the high surface energy region and other regions on one pixel is performed indirectly by separately preparing a sample with or without the SAM film and measuring the surface energy, for example. Can also be measured.
(b)基板の表面に凹凸を設ける、
基板の表面に凹凸を有する領域を設けることについては、例えば、上記のSAM膜のような薄膜を形成後、マスクを介して光照射することにより、凹凸を有する領域を設けることができる。
(B) providing irregularities on the surface of the substrate;
As for providing a region having unevenness on the surface of the substrate, for example, after forming a thin film such as the SAM film, the region having unevenness can be provided by light irradiation through a mask.
本発明に係る凹凸とは、JIS B 0601−1994に記載の表面粗さRaで表されるものであり、具体的な測定には、従来公知の表面粗さ計とか、AFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)等を用いることができる。 The unevenness | corrugation which concerns on this invention is represented by surface roughness Ra as described in JISB0601-1994, and a concrete surface roughness meter or an AFM (Atomic Force Microscope: An atomic force microscope) can be used.
図1(a)において、トランジスタT1、T2の各々に高表面エネルギー領域101を設けた後、図1(b)に示すように、1回のインクジェット吐出により、2個のトランジスタT1、T2の高表面エネルギー領域101を覆うように有機半導体材料を含むインクジェット液滴110が供給される。
In FIG. 1A, after the high
インクジェット液滴110が供給され、乾燥される過程で、有機半導体材料を含む液滴が高表面エネルギー領域101に収斂し、図1(c)に示すように、トランジスタT1、T2上に有機半導体層111がれる。
In the process in which the inkjet droplet 110 is supplied and dried, the droplet containing the organic semiconductor material converges on the high
上記の図1(a)〜図1(c)の工程で作製された本発明の表示装置の回路図を具備する好ましい一例として有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル(有機ELディスプレイパネルともいう)があり、以下、図2を用いて簡単に説明する。 As a preferable example having a circuit diagram of the display device of the present invention manufactured in the steps of FIGS. 1A to 1C, there is an organic electroluminescence display panel (also referred to as an organic EL display panel). This will be briefly described with reference to FIG.
図2の有機ELディスプレイパネルにおいては、基板502上に、互いに直行する位置に電気的に離間して配列された走査線103と給電性108が設けられ、更に、走査線103及び給電線108に接続された有機薄膜トランジスタ素子505(図1では、T1及びT2の2トランジスタを有する構成が示されている。)と、有機薄膜トランジスタ素子505に接続された発光部R(赤)、G(緑)、B(青)に対応する複数の島状の画素電極(表示電極ともいう)が形成されている。
In the organic EL display panel of FIG. 2, the
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法に係るインクジェット吐出に係る溶媒、有機半導体層を構成する基板、電極、有機半導体層の詳細は、また、別途説明するが、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、有機薄膜トランジスタを構成する場合、ゲート絶縁膜(例えばシリコンの熱酸化膜)等の疎水性の高い膜を有する基板上に形成されるため、有機半導体材料を溶解する溶媒としては、基板への親和性が高いものが好ましい。基板への親和性が高い溶媒としては、脂肪族炭化水素が好適である。トルエン等の芳香族炭化水素、ヘキサン、ヘプタンなどの鎖状脂肪族炭化水素、また、シクロヘキサン、シクロペンタンなどの環状脂肪族炭化水素、更に例えばクロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、ジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類等用いられる有機半導体材料の種類等により、又、これらの溶媒を混合して用いてもよい。有機半導体材料膜を形成する基板材料により最適なものを選んで用いることができる。 The details of the solvent for inkjet discharge, the substrate constituting the organic semiconductor layer, the electrode, and the organic semiconductor layer according to the method for manufacturing the organic thin film transistor of the present invention will be described separately. In the method for manufacturing the organic thin film transistor of the present invention, In the case of constituting an organic thin film transistor, it is formed on a substrate having a highly hydrophobic film such as a gate insulating film (for example, a thermal oxide film of silicon). A thing with high property is preferable. As the solvent having a high affinity for the substrate, an aliphatic hydrocarbon is suitable. Aromatic hydrocarbons such as toluene, chain aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane, cyclic aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane and cyclopentane, and halogenated hydrocarbons such as chloroform and 1,2-dichloroethane, Depending on the type of organic semiconductor material used, such as chain ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, etc. Good. An optimum material can be selected and used depending on the substrate material on which the organic semiconductor material film is formed.
その他、有機半導体材料の溶解の促進のため有機半導体材料に対する溶解性の高い他の溶剤を用いてもよい、基板上に適用したときに、溶液のはじきを起こさない範囲で用いることができる。 In addition, another solvent having high solubility in the organic semiconductor material may be used to promote the dissolution of the organic semiconductor material. When applied on the substrate, the solvent can be used within a range that does not cause repelling.
溶媒中における有機半導体材料の含有量は、用いる溶媒の種類、また、後述する有機半導体材料等の具体的選択によって変わってくるが、塗布によりこれ等液状材料を基板上に適用して、薄膜を形成させるためには、基板上への均一な延展性や、基板上での塗膜のピンホール等を効果的に防止する観点からは、溶液中(分散液中)の有機半導体材料の含有量は、0.01質量%〜10.0質量%、好ましくは0.1質量%〜5.0質量%の範囲で溶解(部分的分散していてもよい)していることが好ましい。 The content of the organic semiconductor material in the solvent varies depending on the type of the solvent to be used and the specific selection of the organic semiconductor material to be described later, but by applying these liquid materials on the substrate by coating, the thin film is formed. In order to form it, the content of the organic semiconductor material in the solution (in the dispersion) from the viewpoint of effectively preventing uniform spreading on the substrate and pinholes of the coating film on the substrate, etc. Is dissolved (may be partially dispersed) in the range of 0.01% by mass to 10.0% by mass, preferably 0.1% by mass to 5.0% by mass.
なお、本発明では、導電層、該絶縁層及び該有機半導体層の少なくとも一層を成膜する際、1回のインクジェット吐出によって、該基板上に、分離された複数の薄膜を成膜する工程を有するものであるが、インクジェット吐出以外に、成膜方法としては、スピンコート法やスクリーン印刷法、インクジェット印刷法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法、スプレー法、滴下法、ラングミャー・ブロジェット法などといった各種の溶液プロセスを必要に応じて用いることができる。 Note that in the present invention, when forming at least one layer of the conductive layer, the insulating layer, and the organic semiconductor layer, a step of forming a plurality of separated thin films on the substrate by one inkjet discharge is performed. In addition to inkjet discharge, the film formation method includes spin coating, screen printing, inkjet printing, air doctor coater, blade coater, rod coater, knife coater, squeeze coater, Reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method, dipping method, spray method, dripping method, Langmyer / Blodgett method, etc. Various solution processes as required It can be used.
《有機薄膜トランジスタの構成》
本発明の有機薄膜トランジスタ素子の層構成例について図3を用いて説明する。
<Structure of organic thin film transistor>
A layer configuration example of the organic thin film transistor element of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の有機薄膜トランジスタ素子は、基材、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極から形成され、一般にMIS型(金属−絶縁体−半導体型)トランジスタと呼ばれる種類のトランジスタである。 The organic thin film transistor element of the present invention is formed of a base material, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, and is a type of transistor generally called a MIS type (metal-insulator-semiconductor type) transistor. is there.
MIS型トランジスタにおいては、ゲート電極に印加する電界を調節することで、絶縁層を介して半導体層の導電性を制御し、ひいては半導体層の両端に設置されたソース電極からドレイン電極へと電流量を制御することができる。 In the MIS transistor, the electric field applied to the gate electrode is adjusted to control the conductivity of the semiconductor layer through the insulating layer, and as a result, the amount of current flows from the source electrode installed at both ends of the semiconductor layer to the drain electrode. Can be controlled.
このようなMIS型トランジスタの中でも、上記各層の構成によっていくつかの形式に分類することができる。 Among such MIS transistors, they can be classified into several types according to the structure of each layer.
まず、基体上に有機半導体膜(以下、有機半導体層ともいう)で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、基体上に先ずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体膜で連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。 First, a top gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film (hereinafter also referred to as an organic semiconductor layer) on a substrate, and having a gate electrode on the gate electrode via a gate insulating layer, First, it is roughly classified into a bottom gate type having a gate electrode and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film through a gate insulating layer.
更に、ゲート電極から見てソース電極、ドレイン電極が、有機半導体層の手前にあるボトムコンタクト型と、有機半導体層の向こう側にあるトップコンタクト型に区別することができ、両者を組み合わせることによって、4種類の有機薄膜トランジスタの構成が可能である。本発明の有機薄膜トランジスタはこれらトップゲート型またボトムゲート型、またトップコンタクト型およびボトムコンタクト型のいずれでもよく、有機薄膜トランジスタを用いる用途に応じて選択することができる。 Furthermore, when viewed from the gate electrode, the source electrode and the drain electrode can be distinguished into a bottom contact type in front of the organic semiconductor layer and a top contact type on the other side of the organic semiconductor layer, and by combining both, Four types of organic thin film transistors can be configured. The organic thin film transistor of the present invention may be any of the top gate type, the bottom gate type, the top contact type, and the bottom contact type, and can be selected according to the use of the organic thin film transistor.
具体的な素子の層構成例の一例を、以下、図3(a)〜(e)に示す。 An example of a specific layer structure of the element is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e) below.
図3(a)、(c)はトップゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体6上に、ソース電極2及びドレイン電極3を有し、その上から有機半導体膜1が形成されている。さらに有機半導体膜1に接してゲート絶縁層5が形成され、その上にゲート電極4を有する、といった構成である。
3A and 3C show top layer / bottom contact layer configuration examples. A
図3(b)はトップゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上に有機半導体膜1が形成され、さらに有機半導体膜1に接してソース電極2及びドレイン電極3が形成されている、といった構成である。
FIG. 3B shows an example of a layer structure of a top gate / top contact type. A
図3(d)、(f)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上にソース電極2及びドレイン電極3が形成され、その上に有機半導体膜1が形成されている、といった構成である。
FIGS. 3D and 3F show examples of bottom gate / bottom contact type layer structures. A
図3(e)は、ボトムゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上に有機半導体膜1が形成され、その上にソース電極2及びドレイン電極3が形成されている、といった構成である。
FIG. 3E shows a layer configuration example of a bottom gate / top contact type. A
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、より好ましくは、上記図3(c)、(f)で表されるボトムゲート・ボトムコンタクト型の構成を有することが好ましい。 More preferably, the organic thin film transistor of the present invention has a bottom-gate / bottom-contact type structure shown in FIGS. 3 (c) and 3 (f).
有機半導体材料は酸素・水分・熱などによって劣化することがあるため、なるべく後半の工程で形成することで、他の層を形成する際のダメージを低減することができる。 Since the organic semiconductor material may be deteriorated by oxygen, moisture, heat, or the like, the damage in forming other layers can be reduced by forming it in the latter half of the process as much as possible.
このような観点で考えると、ボトムゲート・ボトムコンタクト型素子が最も後半の工程で有機半導体層を形成できるため、劣化の少ない良好な特性を有する有機薄膜トランジスタを得ることができる。 From this point of view, the bottom gate / bottom contact type element can form the organic semiconductor layer in the second half of the process, so that an organic thin film transistor having good characteristics with little deterioration can be obtained.
《電極(導電層ともいう)》
次に、ゲート電極及びソース・ドレイン電極を形成する電極材料とその形成方法について説明する。
<< Electrode (also referred to as conductive layer) >>
Next, an electrode material for forming the gate electrode and the source / drain electrode and a method for forming the electrode material will be described.
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極、及び電極と電源とをつなぐ配線部を構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、公知の電極材料にて形成される。電極材料としては導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。あるいは、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン(ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等)も好適に用いられる。 In the organic thin film transistor of the present invention, the material constituting the gate electrode and the wiring portion connecting the electrode and the power source is not particularly limited as long as it is a conductive material, and is formed of a known electrode material. The electrode material is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, Germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium , Scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum Miniumu mixture, a magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.) is also preferably used.
また、ソース・ドレイン電極を形成する材料としては、上に挙げた中でも、前述の電極修飾化合物と結合可能な金属を含有材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等を挙げることができる。 Further, the material for forming the source / drain electrode is not particularly limited as long as it contains a metal that can be combined with the above-described electrode modifying compound among the materials listed above. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, Copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc , Carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, Lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, and lithium / aluminum mixtures.
中でも、半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、半導体層がp型半導体の場合は、白金、金、銀、銅が好ましい。中でも好ましくは有機半導体材料との電位差が少なく、電極から有機半導体へのキャリア注入障壁の小さい金である。また、金は酸化などによって電極表面に酸化皮膜を作ることがないため、電極表面と本発明に係る電極修飾化合物との反応性が低下するといった恐れがない。 Among them, those having a small electric resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable, and platinum, gold, silver, and copper are preferable when the semiconductor layer is a p-type semiconductor. Among them, gold is preferable because it has a small potential difference with respect to the organic semiconductor material and has a small carrier injection barrier from the electrode to the organic semiconductor. Further, since gold does not form an oxide film on the electrode surface due to oxidation or the like, there is no fear that the reactivity between the electrode surface and the electrode modifying compound according to the present invention is lowered.
半導体との接触面以外の導電材料としては、金以外の金属あるいは他の導電性材料も用いることがより好ましい。例えば、ソース・ドレインの接触面より下層の材料や、ソース・ドレインへの接続配線などである。 As the conductive material other than the contact surface with the semiconductor, it is more preferable to use a metal other than gold or another conductive material. For example, there are materials below the contact surface of the source / drain and connection wiring to the source / drain.
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等のドライプロセスを用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形状を形成する方法、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングによって形成したパターニングし、レーザーアブレーション等により転写する方法、また導電性ポリマーの溶液あるいは金属微粒子を含有する分散液、導電性インク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等印刷法、インクジェットプロセス(単に、インクジェット法、インクジェット印刷法等ともいう)などの溶液プロセスによって形成する方法が好ましく、特に好ましくは、インクジェットプロセスが挙げられる。 As a method for forming an electrode, a conductive thin film formed using a dry process such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, and a method for forming an electrode shape using a known photolithography method or a lift-off method, aluminum, copper, or the like A method in which a resist is formed on a metal foil by thermal transfer, ink jet, etc., patterned by etching, transferred by laser ablation, etc., or a conductive polymer solution or dispersion containing metal fine particles, conductive ink, conductive A method of forming a conductive paste or the like by a solution process such as a printing method such as relief printing, intaglio printing, lithographic printing, screen printing, and ink jet process (also simply referred to as an ink jet method or an ink jet printing method) is preferable, and an ink jet process is particularly preferable. It is done.
ソース電極及びドレイン電極の形状を形成する手段としては、フォトリソグラフ法またはインクジェット法を用いて形成することが好ましい。 As a means for forming the shape of the source electrode and the drain electrode, it is preferable to use a photolithographic method or an inkjet method.
なお、上述した電極修飾化合物は、電極の表面が酸化されて酸化皮膜を形成したり、有機物などによる汚れが付着していると、電極との反応性が低下し、制御された厚みを有する電極修飾化合物のコーティング層を形成することが困難となる場合があるため、前述の電極修飾化合物を用いてコーティング層を形成する際は、コーティング層を形成する直前に、公知の洗浄方法を用いて電極表面を清浄に洗浄しておくことが好ましい。 The above-described electrode modifying compound is an electrode having a controlled thickness because the surface of the electrode is oxidized to form an oxide film, or when dirt due to an organic substance is attached, the reactivity with the electrode decreases. Since it may be difficult to form a coating layer of a modifying compound, when forming a coating layer using the above-described electrode modifying compound, an electrode is formed using a known cleaning method immediately before forming the coating layer. It is preferable to clean the surface cleanly.
このような電極表面洗浄方法としては、強酸、強アルカリによる処理、紫外線照射、オゾン処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等を挙げることができる。中でも好ましくはプラズマ処理であり、更に好ましくは大気圧プラズマ処理である。 Examples of such an electrode surface cleaning method include treatment with strong acid and strong alkali, ultraviolet irradiation, ozone treatment, corona discharge treatment, plasma treatment and the like. Of these, plasma treatment is preferred, and atmospheric pressure plasma treatment is more preferred.
大気圧プラズマ処理とは、大気圧下において対向する電極間に電界を印加することにより発生したプラズマを含有するガスを基材に吹き付けるという処理である。大気圧プラズマ処理では真空プラズマ処理に比して活性種の密度が高いために、高速、高効率で電極表面の処理ができ、また処理時に真空にする必要がないために、少ない工程数で処理ができるといったメリットがある。大気圧プラズマ処理は、特開2003−309266号公報等を参考にして行うことができる。 The atmospheric pressure plasma treatment is a treatment in which a gas containing plasma generated by applying an electric field between opposing electrodes under atmospheric pressure is sprayed onto a substrate. Atmospheric pressure plasma processing has a higher density of active species than vacuum plasma processing, so the electrode surface can be processed at high speed and high efficiency, and since there is no need to use a vacuum during processing, the number of processes can be reduced. There is an advantage that you can. The atmospheric pressure plasma treatment can be performed with reference to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-309266.
また、ソース電極、ドレイン電極等の形状は櫛形形状であることが望ましい。 In addition, it is desirable that the source electrode, the drain electrode, and the like have a comb shape.
《有機半導体層(有機半導体膜ともいう)》
本発明に係る有機半導体層(有機半導体膜)を構成する有機半導体材料としては、低分子有機半導体材料を用いることが好ましく、該低分子有機半導体材料としては、下記に示す種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物を用いることもできる。
<< Organic semiconductor layer (also referred to as organic semiconductor film) >>
As the organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer (organic semiconductor film) according to the present invention, it is preferable to use a low molecular organic semiconductor material. Examples of the low molecular organic semiconductor material include various condensed polycyclic aromas shown below. Group compounds and conjugated compounds can also be used.
縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, thacumanthracene, bisanthene, zeslen, heptazelene. , Pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, and the like, and derivatives and precursors thereof.
共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。 Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.
また、特にポリチオフェン及びそのオリゴマーの内、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン等のオリゴマーが好適に用いることができる。 In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- Oligomers such as butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.
更に、ポルフィリンや銅フタロシアニン、特開平11−251601号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N′−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N′−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、更にポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
Furthermore, porphyrin, copper phthalocyanine, metal phthalocyanines such as fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A No. 11-251601,
これらのπ共役系材料の内でも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニン、金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。 Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, metal phthalocyanines, and metal porphyrins is preferable.
有機半導体層を形成する方法としては、真空蒸着法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、スパッター法、などの物理的気相成長法(PVD法)や化学的気相成長法(CVD法)のようなドライプロセス、スピンコート法やスクリーン印刷法、インクジェットプロセス、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法、スプレー法、滴下法、ラングミャー・ブロジェット法などといった溶液プロセスを挙げることができるが、本発明では、特にインクジェットプロセスを用いることが好ましい。 As a method for forming the organic semiconductor layer, physical vapor deposition methods such as a vacuum deposition method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, and a sputtering method ( PVD method) and chemical vapor deposition (CVD method) dry process, spin coating method, screen printing method, ink jet process, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater Method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method, dipping method, spray method, dripping method, Langmyr A solution process such as a blow jet method can be mentioned, but in the present invention, it is particularly preferable to use an ink jet process.
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、上記のプロセスの内、溶液プロセスで有機半導体層を形成することが好ましい。溶液プロセスで形成することができれば工程数の大幅な削減ができ、簡便な工程で有機薄膜トランジスタを形成することができるだけでなく、ドライプロセスで形成するよりも大きな結晶を形成することが可能であり、ひいては良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタを形成することができる。 In the organic thin film transistor of the present invention, it is preferable to form the organic semiconductor layer by a solution process among the above processes. If it can be formed by a solution process, the number of steps can be greatly reduced, and not only can an organic thin film transistor be formed by a simple process, but also a crystal larger than that formed by a dry process can be formed. As a result, an organic thin film transistor having good mobility can be formed.
これら有機半導体膜の膜厚としては特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は有機半導体により異なるが、一般に10nm〜1μm、好ましくは20nm〜500nm、より好ましくは30nm〜300nmである。 The film thickness of these organic semiconductor films is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the organic semiconductor film, and the film thickness varies depending on the organic semiconductor, but is generally 10 nm. ˜1 μm, preferably 20 nm to 500 nm, more preferably 30 nm to 300 nm.
《ゲート絶縁膜(絶縁層ともいう)》
本発明の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層(絶縁層)としては、種々の絶縁膜を用いることができるが、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム、等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、エポキシ樹脂やオキセタン樹脂等の光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルランやトリアセチルセルロース等の天然多糖類を原料とした樹脂、ゼラチン、低温化学的気相成長法で形成したパリレン等の有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。
<< Gate insulating film (also called insulating layer) >>
As the gate insulating layer (insulating layer) of the organic thin film transistor of the present invention, various insulating films can be used. For example, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium titanate. Strontium, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, barium titanate, magnesium barium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, niobium tantalate Metal oxides such as bismuth and trioxide yttrium, metal nitrides such as silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and titanium nitride, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylphenol (PVP), poly Nyl alcohol (PVA), polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization system, photo cation polymerization photo curable resin such as epoxy resin and oxetane resin, or copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, Examples include polyvinyl alcohol, novolak resin, and organic insulating materials such as resins made from natural polysaccharides such as cyanoethyl pullulan and triacetyl cellulose, gelatin, and parylene formed by low-temperature chemical vapor deposition, Combinations of these can also be used.
これらの材料の中でも、絶縁破壊電圧が高く、且つ比誘電率の高い材料を用いることが好ましい。絶縁破壊電圧が高い材料では絶縁膜の膜圧を薄くすることができ、生産速度を高いものとすることができ、素子を折り曲げた際のクラックの発生や剥がれを低減することができる。また、比誘電率が高い材料を用いれば、低いゲート電圧でチャネルを形成することができ、低電圧で駆動できる有機薄膜トランジスタとすることができる。このような特性を満たす絶縁膜材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリビニルフェノール、及びポリイミドを好ましく用いることができる。 Among these materials, it is preferable to use a material having a high dielectric breakdown voltage and a high relative dielectric constant. With a material having a high dielectric breakdown voltage, the film pressure of the insulating film can be reduced, the production speed can be increased, and the occurrence of cracks and peeling when the element is bent can be reduced. If a material having a high relative dielectric constant is used, a channel can be formed with a low gate voltage, and an organic thin film transistor that can be driven with a low voltage can be obtained. As an insulating film material satisfying such characteristics, silicon oxide, silicon nitride, polyvinylphenol, and polyimide can be preferably used.
絶縁膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、化学的気相成長(CVD)法、スパッタリング法、大気圧プラズマCVD法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセス、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成する方法が挙げられ、中でも、インクジェットプロセスで形成することが好ましい。 The insulating film can be formed by vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, chemical vapor deposition (CVD) method, sputtering method, atmospheric pressure plasma CVD. Dry processes such as spray coating, spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, etc. And a method of forming the surface of the gate electrode by oxidation or nitridation. Among these, an inkjet process is preferable.
ウェットプロセスとしては、例えば、Au電極に対しては、一端をメルカプト基で修飾された炭化水素及びアルキルシランなどのように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面に絶縁膜を形成することもできる。 As a wet process, for example, for an Au electrode, an insulating molecule having a functional group capable of forming a chemical bond with a gate electrode, such as a hydrocarbon modified at one end with a mercapto group and an alkylsilane. Thus, an insulating film can also be formed on the surface of the gate electrode by coating the surface of the gate electrode in a self-organizing manner by a method such as immersion.
また、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化するといった手法を用いても絶縁膜を形成することができる。ゲート電極を酸化する方法としては、酸素プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。またゲート電極の表面を窒化する方法としては、窒素プラズマを用いた窒化法を例示することができる。 The insulating film can also be formed by using a technique such as oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode. Examples of the method for oxidizing the gate electrode include an oxidation method using oxygen plasma and an anodic oxidation method. As a method for nitriding the surface of the gate electrode, a nitriding method using nitrogen plasma can be exemplified.
これらの内、無機系の薄膜を形成する方法として好ましいのは、陽極酸化法、大気圧プラズマCVD法、及びそれらを組み合わせた方法である。 Among these, the method for forming an inorganic thin film is preferably an anodic oxidation method, an atmospheric pressure plasma CVD method, or a combination thereof.
陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより、金属の表面上に形成することができる。陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げられる。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には、硫酸、燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等、あるいはこれらを2種類以上組み合わせた混酸あるいはそれらの塩が用いられる。 The anodized film can be formed on the surface of the metal by anodizing a metal that can be anodized by a known method. Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum. Any electrolyte solution that can form a porous oxide film can be used as the anodizing treatment. Generally, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid, sulfamic acid, benzenesulfone, and the like can be used. An acid or the like, or a mixed acid obtained by combining two or more of these or a salt thereof is used.
陽極酸化の処理条件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には、電解液の濃度が1質量%〜80質量%、電解液の温度5℃〜70℃、電流密度0.5A/dm2〜60A/dm2、電圧1V〜100V、電解時間10秒〜5分の範囲に調整することが好ましい。 The treatment conditions for anodization vary depending on the electrolytic solution used, and thus cannot be specified in general. In general, the concentration of the electrolytic solution is 1% by mass to 80% by mass, and the temperature of the electrolytic solution is 5 ° C. to 70 ° C. It is preferable to adjust the current density to 0.5 A / dm 2 to 60 A / dm 2 , voltage 1 V to 100 V, and electrolysis time 10 seconds to 5 minutes.
好ましい陽極酸化処理は、電解液として硫酸、リン酸またはホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は5質量%〜45質量%であることが好ましく、電解液の温度20℃〜50℃、電流密度0.5A/dm2〜20A/dm2で20秒間〜250秒間電解処理するのが好ましい。 A preferred anodizing treatment is a method in which an aqueous solution of sulfuric acid, phosphoric acid or boric acid is used as the electrolytic solution and the treatment is performed with a direct current, but an alternating current can also be used. Preferably the concentration of these acids is 5 wt% to 45 wt%, temperature 20 ° C. to 50 ° C. of the electrolytic solution at a current density of 0.5A / dm 2 ~20A / dm 2 20 seconds to 250 seconds electrolytic treatment It is preferable to do this.
大気圧プラズマCVD法とは、大気圧下において対向する電極間に電界を印加することにより発生したプラズマ中に、薄膜を形成する原料化合物を導入し、プラズマ中で化学反応を起こして生成した微粒子を基板上に堆積させることによって薄膜を形成するという手法であり、その方法については特開平11−43781号公報、特開2003−179234号公報、国際公開第04/75279号パンフレット等に記載の公知の技術を用いて作成することができる。 The atmospheric pressure plasma CVD method is a fine particle generated by introducing a raw material compound that forms a thin film into a plasma generated by applying an electric field between opposing electrodes under atmospheric pressure, and causing a chemical reaction in the plasma. Is a method of forming a thin film by depositing on a substrate, and the method is known as described in JP-A-11-43781, JP-A-2003-179234, WO04 / 75279, etc. It can be created using the technology.
有機化合物からなる絶縁膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。 As the method for forming an insulating film made of an organic compound, the wet process is preferable.
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。また、これら絶縁膜の膜厚としては一般に50nm〜3μm、好ましくは100nm〜1μmである。 An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
《基板》
有機薄膜トランジスタを形成する基板としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素等のセラミック基体、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素等半導体基体、紙、不織布等、及び屈曲が可能な程度の厚みを有するステンレス、アルミ等の金属からなる基板等を用いることができるが、本発明において基板は樹脂からなることが好ましく、例えば、プラスチックフィルムシートを用いることができる。
"substrate"
As the substrate for forming the organic thin film transistor, various materials can be used, for example, ceramic substrates such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, A semiconductor substrate such as gallium nitrogen, paper, nonwoven fabric, etc., and a substrate made of a metal such as stainless steel and aluminum having a thickness that can be bent can be used, but in the present invention, the substrate is preferably made of a resin, For example, a plastic film sheet can be used.
プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。 Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), Examples thereof include films made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like.
プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基体を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに衝撃に対する耐性を向上できる。また、曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。 By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, and the portability can be improved and the resistance to impact can be improved. Further, it becomes possible to incorporate or integrate a field effect transistor into a display device or electronic device having a curved shape.
《下引き層》
また、本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、基板がプラスチックフィルムの場合、基板と有機薄膜トランジスタとの密着性を高めるために、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層、及びポリマーを含む下引き層の少なくとも一方を有することが好ましい。
<Underlayer>
In the organic thin film transistor of the present invention, when the substrate is a plastic film, an undercoat layer containing a compound selected from an inorganic oxide and an inorganic nitride, and a polymer in order to improve the adhesion between the substrate and the organic thin film transistor It is preferable to have at least one of the undercoat layers containing.
下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム,チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。また、無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。 Inorganic oxides contained in the undercoat layer include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, titanate Examples thereof include lead lanthanum, strontium titanate, barium titanate, barium fluoride magnesium, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Examples of the inorganic nitride include silicon nitride and aluminum nitride.
それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。 Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and silicon nitride are preferable.
本発明において、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層の形成方法としては、前述したゲート絶縁膜の形成法と同様の無機酸化物または無機窒化物の形成方法を挙げることができるが、好ましくは大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。 In the present invention, as a method for forming an undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides, the same method for forming an inorganic oxide or inorganic nitride as the above-described gate insulating film forming method is used. However, it is preferably formed by an atmospheric pressure plasma method.
ポリマーを含む下引き層に用いるポリマーとしては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、ゼラチン、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。 Polymers used for the undercoat layer containing polymer include polyester resin, polycarbonate resin, cellulose resin, gelatin, acrylic resin, polyurethane resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, phenoxy resin, norbornene resin, epoxy resin, vinyl chloride Vinyl acetate copolymer, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, copolymer of vinyl acetate and vinyl alcohol, partially hydrolyzed vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride-acrylonitrile Copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, polyvinyl alcohol, chlorinated polyvinyl chloride, ethylene-vinyl chloride copolymers, vinyl polymers such as ethylene-vinyl acetate copolymers, polyamide resins, ethylene-butadiene Down resin, a butadiene - rubber resin such as acrylonitrile resin, silicone resin, and fluorine resins.
〔保護層〕
また、本発明の有機薄膜トランジスタ上には保護層を設けることも可能である。保護層としては、無機酸化物または無機窒化物、アルミニウム等の金属薄膜、ガス透過性の低いポリマーフィルム、及びこれらの積層物等が挙げられ、このような保護層を有することにより、有機薄膜トランジスタの耐久性が向上する。これらの保護層の形成方法としては、前述したゲート絶縁膜の形成法と同様の方法を挙げることができる。また、ポリマーフィルム上に各種の無機酸化物等が積層されたフィルムを単にラミネートするなどといった方法で保護層を設けてもよい。
[Protective layer]
Moreover, it is also possible to provide a protective layer on the organic thin film transistor of the present invention. Examples of the protective layer include inorganic oxides or inorganic nitrides, metal thin films such as aluminum, polymer films with low gas permeability, and laminates thereof. By having such a protective layer, organic thin film transistors Durability is improved. As a method for forming these protective layers, the same method as the method for forming the gate insulating film described above can be used. Further, the protective layer may be provided by a method such as simply laminating a film in which various inorganic oxides are laminated on a polymer film.
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
また、実施例に用いられる有機半導体材料(1)の構造を以下に示す。 Moreover, the structure of the organic-semiconductor material (1) used for an Example is shown below.
実施例1
《有機薄膜トランジスタ1の製造》:比較例
図1に記載の表示装置の一部分を示す回路図をもとに有機薄膜トランジスタ1(比較例)の製造を説明する。但し、有機薄膜トランジスタ1(比較例)の製造においては、図1(a)に記載の高表面エネルギー領域101、102は各々設けられていない。
Example 1
<< Manufacture of Organic
比抵抗0.02Ω・cmのn型Siウエハーに厚さ200nmの熱酸化膜を形成し、ゲート絶縁膜とした。 A thermal oxide film having a thickness of 200 nm was formed on an n-type Si wafer having a specific resistance of 0.02 Ω · cm to form a gate insulating film.
次に有機半導体材料(1)の1質量%トルエン溶液を調製し、ドロップサイズ14plのインクジェットヘッドを用いて、各々のチャネル(具体的には、スイッチング薄膜トランジスタT1、駆動薄膜トランジスタT2が形成される領域)の真上から各々吐出した。 Next, a 1% by weight toluene solution of the organic semiconductor material (1) is prepared, and each channel (specifically, a region where the switching thin film transistor T1 and the driving thin film transistor T2 are formed) using an inkjet head having a drop size of 14 pl. Each was discharged from directly above.
(インクジェット吐出では、液滴が2滴吐出される態様です。)
その結果、各チャネル部を含んだ領域に、有機半導体薄膜が形成されたが、他の領域にも部分的に有機半導体膜が形成され、その結果、有機半導体層が連続膜となっている部分もあった。
(Inkjet discharge is a mode in which two droplets are discharged.)
As a result, the organic semiconductor thin film was formed in the region including each channel part, but the organic semiconductor film was partially formed in the other region, and as a result, the organic semiconductor layer was a continuous film. There was also.
この有機半導体層の両端にcabot製銀ナノインクをインクジェットヘッドを用いて吐出した。 Cabot silver nano ink was ejected to both ends of the organic semiconductor layer using an inkjet head.
サテライトのドットも確認されたが、この結果形成されたトランジスタ素子のId−Vg曲線から算出した平均移動度は0.01cm2/Vs、off電流は100pAであり、off電流が多く、トランジスタ特性としては実用的に不十分であることがわかった。 Satellite dots were also confirmed, but the average mobility calculated from the Id-Vg curve of the resulting transistor element was 0.01 cm 2 / Vs, the off current was 100 pA, the off current was large, and the transistor characteristics were Was found to be practically insufficient.
尚、本比較例、実施例で形成している素子パターンは、チャネル長10μm、チャネル幅500μmのくし型電極が、1画素あたり2チャネル、100μmの間隙で配置されている。 In the element patterns formed in this comparative example and example, comb electrodes having a channel length of 10 μm and a channel width of 500 μm are arranged with a gap of 2 channels and 100 μm per pixel.
《有機薄膜トランジスタ2の製造》:本発明
図1(a)〜図1(c)に記載のようにして、本発明の表示装置の一部分を示す回路図に記載の有機薄膜トランジスタ2(本発明)が製造される。
<< Manufacture of Organic Thin-
尚、有機薄膜トランジスタ2(本発明)の製造においては、図1(a)に記載の高表面エネルギー領域101、102が設けられている。
In manufacturing the organic thin film transistor 2 (the present invention), the high
ここで、図4を用いて本発明の好ましい実施態様である、有機薄膜トランジスタ2の製造工程を説明する。
Here, the manufacturing process of the organic thin-
比抵抗0.02Ω・cmのn型Siウエハー201に厚さ200nmの熱酸化膜を形成し、ゲート絶縁膜202とした。(図4(a))
この基板をオクチルトリクロロシラン(OTS)のトルエン溶液(0.1質量%、60℃)に浸漬し、表面全面にOTSのSAM膜203を形成した。(図4(b)
この表面をチャネル部のみ開口したマスクで覆って紫外線露光(254nm)したところ、露光部204は非露光部に比べて高表面エネルギー領域の形成されていた。
A 200 nm-thick thermal oxide film was formed on an n-
This substrate was immersed in a toluene solution (0.1% by mass, 60 ° C.) of octyltrichlorosilane (OTS) to form an
When this surface was covered with a mask having an opening only in the channel portion and exposed to ultraviolet light (254 nm), the exposed
これは、別途、SAM膜203の有無の基材を作製し、表面エネルギーの測定をおこなって確認した。
This was confirmed by separately preparing a substrate with or without the
低表面エネルギーのSAM膜の表面は25mN/mであり、高表面エネルギーの露光部に相当する表面は70mN/mであった。因みに、露光部204は、図1(a)の高表面エネルギー領域101に対応します。(図4(c))。
The surface of the low surface energy SAM film was 25 mN / m, and the surface corresponding to the exposed portion of the high surface energy was 70 mN / m. Incidentally, the
次に、有機半導体材料(1)の1質量%トルエン溶液を調製し、ドロップサイズ14plのインクジェットヘッドを用いて、図1(b)に示すように画素中のスイッチング薄膜トランジスタT1、駆動薄膜トランジスタT2が配置された領域に1滴吐出した。 Next, a 1% by mass toluene solution of the organic semiconductor material (1) is prepared, and a switching thin film transistor T1 and a driving thin film transistor T2 in the pixel are arranged as shown in FIG. 1B using an ink jet head having a drop size of 14 pl. One drop was discharged to the area.
その結果、露光部204に、膜厚200nmの有機半導体層205が形成された。(図4(d))。
As a result, an
有機半導体層205の両端をチャネル部のみ開口したマスクで覆って紫外線露光(254nm)したところ、非露光部に比べて高表面エネルギーの露光部206が形成された。(図3(e))。別途、露光部204と露光部206の表面エネルギーの非露光部との表面エネルギー差は、いずれも45mN/mであった。(図4(e))。
When both ends of the
次いで、前述の銀ナノインクを露光部206にインクジェットヘッドを用いて吐出して、ソース電極207、ドレイン電極208を各々作製した。(図4(f))。
Next, the silver nano ink described above was ejected to the
得られた有機薄膜トランジスタ2のId−Vg曲線から算出した平均移動度は0.1cm2/Vs、off電流は1pAと良好なトランジスタ特性を示した。
The average mobility calculated from the Id-Vg curve of the obtained organic
《有機薄膜トランジスタ3の製造》
図1(a)〜図1(c)に記載のようにして、本発明の表示装置の一部分を示す回路図に記載の有機薄膜トランジスタ3(本発明)が製造される。
<< Manufacture of organic
As shown in FIGS. 1A to 1C, the organic thin film transistor 3 (the present invention) described in the circuit diagram showing a part of the display device of the present invention is manufactured.
尚、有機薄膜トランジスタ3(本発明)の製造においては、図1(a)に記載の高表面エネルギー領域101、102が設けられている。
In the production of the organic thin film transistor 3 (the present invention), the high
ここで、図5を用いて本発明の好ましい実施態様である、有機薄膜トランジスタ3の製造工程を説明する。
Here, the manufacturing process of the organic thin-
ガラス基板上にフォトリソグラフィーを使ってCrをパターニングしゲート電極302を形成した。次いでポリシラザンのトルエン溶液をスピンコート、加熱処理してSiO2薄膜を製膜し、ゲート絶縁膜303とした。(図5(a)〜図5(c))。
A
次いで、オクチルトリクロロシラン(OTS)のトルエン溶液(0.1質量%、60℃)に浸漬し、表面全面にOTSのSAM膜(自己組織化膜)を形成した。(図5(d))。 Next, it was immersed in a toluene solution of octyltrichlorosilane (OTS) (0.1% by mass, 60 ° C.) to form an OTS SAM film (self-assembled film) on the entire surface. (FIG. 5D).
この表面をチャネル部のみ開口したマスクで覆ってUV露光(254nm)したところ、露光部305は非露光部に比べて表面エネルギーが増加した。(図5(e))。 When this surface was covered with a mask having an opening only in the channel portion and subjected to UV exposure (254 nm), the surface energy of the exposed portion 305 increased compared to the non-exposed portion. (FIG. 5 (e)).
次に有機半導体材料(1)の1質量%トルエン溶液を調製し、ドロップサイズ14plのインクジェットヘッドを用いて、1画素当たり1滴吐出した。 Next, a 1% by mass toluene solution of the organic semiconductor material (1) was prepared, and one drop was discharged per pixel using an inkjet head having a drop size of 14 pl.
その結果、各チャネル部(因みに、図1(a)のT1、T2の部分に形成されている公表面エネルギー領域101を示す。)のみに、膜厚50nmの有機半導体層306が形成され、他の領域には半導体膜は形成されなかった。(図5(f))。
As a result, an
有機半導体層306の両端をチャネル部のみ開口したマスクで覆って紫外線露光(254nm)したところ、非露光部に比べて高表面エネルギーの露光部307が形成された。(図4(g))。別途、露光部305、露光部307の各々の表面エネルギーと非露光部との表面エネルギー差は、40mN/mであった。(図5(g))。
When both ends of the
次いで、有機半導体相違306の両端に形成された露光部307に上記の銀ナノインクをインクジェットヘッドを用いて吐出し、ソース電極308、ドレイン電極308を各々形成した。(図5(h))。
Next, the above silver nano-ink was ejected to the
得られた有機薄膜トランジスタ素子3のId−Vg曲線から算出した平均移動度は0.1cm2/Vs、off電流は10pAと良好なトランジスタ特性を示した。
The average mobility calculated from the Id-Vg curve of the obtained organic thin
《有機薄膜トランジスタ4の製造》
図1(a)〜図1(c)に記載のようにして、本発明の表示装置の一部分を示す回路図に記載の有機薄膜トランジスタ4(本発明)が製造される。
<< Manufacture of organic thin film transistor 4 >>
As shown in FIGS. 1A to 1C, the organic thin film transistor 4 (the present invention) described in the circuit diagram showing a part of the display device of the present invention is manufactured.
尚、有機薄膜トランジスタ4(本発明)の製造においては、図1(a)に記載の高表面エネルギー領域101、102が設けられている。
In the manufacture of the organic thin film transistor 4 (the present invention), the high
ここで、図6を用いて本発明の好ましい実施態様である、有機薄膜トランジスタ4の製造工程を説明する。 Here, the manufacturing process of the organic thin-film transistor 4 which is a preferable embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
ガラス基板401上にインジェットヘッドを用いて銀ナノ粒子を含む電極インクをパターニング製膜しゲート電極402とした。(図6(a)及び図6(b))。
An electrode ink containing silver nanoparticles was patterned on the
次いでポリシラザンのトルエン溶液をスピンコート、加熱処理してSiO2薄膜を製膜し、ゲート絶縁層403とした。(図6(c))。
Next, a polysilazane toluene solution was spin-coated and heat-treated to form a SiO 2 thin film, which was used as the
このSiO2の表面をオクチルトリクロロシラン(OTS)のSAM膜で覆い、表面を疎水化処理(図6(d))した、その後、マスクを介してUVランプ(254nm)を照射して、OTSのSAM膜を除去し、露光部405を形成した。(図6(e))。
The surface of this SiO 2 was covered with a SAM film of octyltrichlorosilane (OTS), the surface was subjected to a hydrophobic treatment (FIG. 6 (d)), and then irradiated with a UV lamp (254 nm) through a mask. The SAM film was removed, and an exposed
次いで、この基板上にPEDOTPSS水溶液をチャネル領域中心真上より吐出した。PEDOTPSS水溶液は表面エネルギーの比較的高い領域(UV露光部)のみに製膜され、ソース電極406及びドレイン電極407を各々形成した。(図6(g))。
Next, a PEDOTPSS aqueous solution was discharged onto the substrate from directly above the center of the channel region. The PEDOTPSS aqueous solution was formed only in a region having a relatively high surface energy (UV exposure portion) to form a
この結果チャネル部が凹、ソース電極406及びドレイン電極407が凸となる、凹凸が形成された。
As a result, irregularities were formed in which the channel portion was concave and the
次に有機半導体材料(1)の1質量%トルエン溶液を図1(b)に記載のように2チャネルの中心に1滴吐出し、スイッチング薄膜トランジスタT1及び駆動薄膜トランジスタT2のチャネル部に有機半導体材料(1)を含む溶液が供給され、溶媒揮発により有機半導体層409(図1(c)では、有機半導体層111)が形成された。(図6(h))。 Next, a 1% by weight toluene solution of the organic semiconductor material (1) is discharged to the center of the two channels as shown in FIG. 1B, and the organic semiconductor material ( 1) was supplied, and the organic semiconductor layer 409 (in FIG. 1C, the organic semiconductor layer 111) was formed by solvent volatilization. (FIG. 6 (h)).
得られた有機薄膜トランジスタ素子4のId−Vg曲線から算出した平均移動度は0.1cm2/Vs、off電流は10pAと良好なトランジスタ特性を示した。 The average mobility calculated from the Id-Vg curve of the obtained organic thin film transistor element 4 was 0.1 cm 2 / Vs, and the off current was 10 pA.
1 有機半導体膜
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 ゲート絶縁層
6 基体
100 表示装置
101 高エネルギー表面領域
102 画素領域における低表面エネルギー領域
103 走査線
106 有機EL素子
108 給電線
109 接地
110 インクジェット液滴
111 有機半導体層
T1 スイッチング薄膜トランジスタ
T2 駆動薄膜トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該導電層、該絶縁層及び該有機半導体層の少なくとも一層を成膜する際、1回のインクジェット吐出によって、該基板上に、分離された複数の薄膜を成膜する工程を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 In the method of manufacturing an organic thin film transistor, the method includes forming a conductive layer, an insulating layer, and an organic semiconductor layer on a substrate by an inkjet process.
When forming at least one layer of the conductive layer, the insulating layer, and the organic semiconductor layer, the method includes a step of forming a plurality of separated thin films on the substrate by one inkjet discharge. A method for manufacturing an organic thin film transistor.
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JP2008224532A JP2010062241A (en) | 2008-09-02 | 2008-09-02 | Manufacturing method for organic thin film transistor, organic thin film transistor, and display device |
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JP2013544222A (en) * | 2010-11-17 | 2013-12-12 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Method for reducing electromigration of silver and article produced thereby |
-
2008
- 2008-09-02 JP JP2008224532A patent/JP2010062241A/en active Pending
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