CN102598232B - 有机半导体膜的制造方法及有机半导体膜阵列 - Google Patents
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Abstract
通过将包含有机半导体材料及溶剂在内的原料溶液供应于基板1上，并使原料溶液干燥，从而将有机半导体膜4形成于上述基板上。使用配置了多个接触面6a的接触件7，该多个接触面6a分别附着原料溶液。配置接触件，以使接触面相对于基板的表面成为一定的关系，在基板上形成多个原料溶液的液滴3，来形成那些液滴分别被保持在多个接触面上的液滴保持状态。使液滴中的溶剂蒸发，在与多个接触面对应的基板表面的各个位置上形成有机半导体膜。可以通过基于涂敷法的简单工序来实施，并且能够制作具有较高电荷迁移率的有机半导体膜。
Description
技术领域
本发明涉及使用有机半导体材料并通过涂敷法来制作有机半导体膜的制造方法，以及配置了有机半导体膜的多个区域的有机半导体膜阵列。
背景技术
近年来，有机半导体材料即使和无机半导体材料比较，也具有优良的电特性较为明显，对各种电子设备领域的应用开发一直在开展。把有机半导体膜用于半导体沟道的有机薄膜晶体管(TFT)与使用无机半导体的情形相比，易于加工，能够适用简单且廉价的制造工艺。另外，因为能够实现室温左右的制造，所以使用了塑料基板的半导体技术变为可能，作为后硅(Post-silicon)半导体被人们所期待。
作为制作用于有机TFT的结晶性的有机半导体薄膜的方法，以往根据材料的特性，研究了各种的方法，包括蒸镀法、分子线外延生长法、溶剂蒸发法、溶液法、朗缪尔-布洛奇特法等。
在专利文献1中，揭示了一种采用溶剂蒸发法来制作有机单结晶膜的改进后的方法例。该方法改进了下述以往的方法，该以往的方法重叠多张石英等的基板，在其基板间利用溶剂蒸发法使有机单结晶膜生长。也就是说，在包含有机物质溶液的容器内，在将基板配置成与液面水平的形态下加以变更，使基板相对于液面倾斜来实施溶剂蒸发法。因此，其目的为，在基板间的结晶生长所需要的范围以内加快溶剂蒸发的推进，使晶种的产生、生长工艺的效率得到提高。
在使用了溶剂蒸发法原理的方法中，从简单、廉价、能够实现室温左右的制造这样的观点来看，基于液滴成形、旋转涂敷、印刷那样的使用了溶液的涂敷法的工艺是用于高性能的有机TFT的开发的最为期望的方法。涂敷法通过将有机半导体材料溶液涂敷或者滴注于基板面上，使溶液中包含的溶剂干燥，来利用溶剂的蒸发使溶液达到饱和状态，析出结晶，形成有机半导体薄膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平03-59036号公报
发明概要
发明要解决的技术问题
专利文献1中所揭示的技术是用于制作光学元件用的有机单结晶膜的方法，并不是意图获得有机半导体所期望的电特性的技术。因此，即便使用专利文献1中所揭示的方法，也难以制作下述有机半导体膜，该有机半导体膜作为用于有机TFT的有机半导体膜，具有满足要求的电特性，特别是足够的电荷迁移率。
另外，为了利用涂敷法制作具有足够的电荷迁移率的有机半导体膜，已经报导了使用从低分子直至高分子的很多材料的各种技术，但是这些利用涂敷法的有机半导体膜及使用该膜的有机TFT的性能尚未充分达到在工业上置换为非结晶型硅TFT的程度。也就是说，通过采用涂敷法仅使溶剂干燥这样的手段，难以获得具有足够的迁移率的有机半导体膜。
发明内容
从而，本发明的目的为，提供一种有机半导体膜的制造方法，该制造方法能够通过基于涂敷法的简单工序来实施，并且制作具有高电荷迁移率的有机半导体膜。
另外，其目的为，提供一种利用那种有机半导体膜的制造方法获得的、配置了多个有机半导体膜区域的有机半导体膜阵列。
用于解决技术问题的手段
本发明的有机半导体膜的制造方法通过将包含有机半导体材料及溶剂在内的原料溶液供应于基板上，使上述原料溶液干燥，从而将有机半导体膜形成于上述基板上。
为了解决上述课题，本发明的制造方法其特征为，使用配置了多个接触面的接触件，该多个接触面分别附着上述原料溶液；配置上述接触件以使上述接触面相对于上述基板的表面成为一定的关系，在上述基板上形成多个上述原料溶液的液滴，来形成上述液滴分别被保持在上述多个接触面上的液滴保持状态，使上述液滴中的上述溶剂蒸发，在与上述多个接触面对应的上述基板表面的各个位置上形成上述有机半导体膜。
本发明的有机半导体膜阵列其特征为，具备：基板；有机半导体膜，在上述基板表面上的多个区域相互分离地配置；上述有机半导体膜是采用涂敷法形成的结晶性的膜。
发明效果
根据本发明有机半导体膜的制造方法，在原料溶液的液滴附着到接触面上的状态下，通过介由和接触面之间的接触的作用，在蒸发工艺中规定有机半导体膜的区域的生长方向。其结果为，有机半导体膜分子的排列规则性变得良好，虽然是利用涂敷法的简单工序，但是能够获得具有高迁移率的有机半导体膜。而且，可以容易地制作包含多个区域的有机半导体膜在内的有机半导体膜阵列，该多个区域的有机半导体膜在基板表面上的多个区域相互分离，对应于接触件的位置而形成。
根据上述结构的有机半导体膜阵列的构成，具备具有高迁移率的有机半导体膜，同时能够容易地制造。
附图说明
图1A是表示本发明实施方式1中的有机半导体膜的制造方法的过程的立体图。
图1B是表示同一制造方法的接于图1A后的过程的立体图。
图2A是表示同一制造方法的过程的剖面图。
图2B是表示同一制造方法的过程的变形例的剖面图。
图3是表示在同一制造方法中使用的作为有机半导体材料一例的C8-BTBT的分子结构的附图。
图4A是用于说明采用同一制造方法制作出的有机半导体膜的状态的立体图。
图4B是表示同一有机半导体膜的剖面轮廓的附图。
图5A是表示使用同一有机半导体膜制作出的场效应晶体管的传递特性的附图。
图5B是表示同一场效应晶体管的输出特性的附图。
图6A是表示实施方式1中有机半导体膜阵列的制造方法的过程的剖面图。
图6B是表示同一制造方法的接于图6A后的过程的剖面图。
图6C是表示同一制造方法的接于图6B后的过程的剖面图。
图7是表示同一制造方法的过程的变形例的剖面图。
图8A是表示本发明实施方式2中的有机半导体膜的制造方法的过程的立体图。
图8B是表示同一制造方法的接于图8A后的过程的立体图。
图9是表示同一制造方法的过程的剖面图。
图10A是表示使用同一有机半导体膜制作出的场效应晶体管的传递特性的附图。
图10B是表示使用同一有机半导体膜制作出的场效应晶体管的输出特性的附图。
图11A是表示实施方式2中的有机半导体膜阵列的制造方法的过程的剖面图。
图11B是表示同一制造方法的接于图11A后的过程的剖面图。
图11C是表示同一制造方法的接于图11B后的过程的剖面图。
图11D是表示同一制造方法的接于图11C后的过程的剖面图。
图12是采用同一制造方法制作出的有机半导体膜阵列的平面图。
图13A是表示同一制造方法的第1变形例的过程的剖面图。
图13B是表示同一制造方法的第1变形例的接于图13A后的过程的剖面图。
图14A是表示同一制造方法的第2变形例的过程的剖面图。
图14B是表示同一制造方法的接于图14A后的过程的剖面图。
图14C是表示同一制造方法的接于图14B后的过程的剖面图。
图14D是表示同一制造方法的接于图14C后的过程的剖面图。
图15A是表示同一制造方法的第3变形例的过程的剖面图。
图15B是表示同一制造方法的接于图15A后的过程的剖面图。
图15C是表示同一制造方法的接于图15B后的过程的剖面图。
图15D是表示同一制造方法的接于图15C后的过程的剖面图。
图16A是表示同一制造方法的第4变形例的过程的剖面图。
图16B是表示同一制造方法的接于图16A后的过程的剖面图。
图16C是表示同一制造方法的接于图16B后的过程的剖面图。
图16D是表示同一制造方法的接于图16C后的过程的剖面图。
具体实施方式
本发明的有机半导体膜的制造方法可以以上述结构为基本，采取如下的方式。
也就是说，可以设计为下述方式，即：上述接触件由辅助基板和该辅助基板上所形成的多个接触凸部构成，由上述接触凸部的与上述辅助基板的表面交叉的端面的一部分分别形成上述接触面，在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以使上述接触凸部从上方抵接于上述基板的表面。
该方式的场合下，优选的是，使上述基板维持在倾斜成规定角度的状态，将上述接触件载置于上述基板上，以便形成上述接触面的端面横切在上述基板倾斜的方向上。
另外，在其他的方式中，上述接触件由辅助基板和该辅助基板上所形成的多个接触凸部构成，上述接触凸部的上表面分别形成上述接触面，在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以便上述多个接触凸部的上述接触面至少在一部分上设置间隙，并与上述基板的表面对置，上述原料溶液的液滴分别被保持于上述基板的表面和上述多个接触面之间。
该方式的场合下，优选的是，上述多个接触面各自具有相对于上述辅助基板的表面倾斜的倾斜部。
另外，优选的是，在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以便上述接触面的一部分抵接于上述基板的表面。
另外，还可以设计为下述方式，即：在为了形成上述液滴而供应上述原料溶液之后，使上述辅助基板及上述基板维持在倾斜成规定角度的状态，来形成上述液滴保持状态。
另外，作为上述有机半导体材料，可以使用从[1]benzothieno[3，2-b]benzothiophene衍生物、2，9-Dialkyldinaphtho[2，3-b:2’，3’-f]thieno[3，2-b]thiophene衍生物、dinaphth[2，3-b:2，3-f]thiopheno[3，2-b]thiophene衍生物、TIPS-并五苯(pentacene)、TES-ADT及其衍生物、苝(perylene)衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、F4-TCNQ、红荧烯(rubrene)、并五苯、p3HT、pBTTT及pDA2T-C16中选择出的任一种材料。
在上述结构的有机半导体膜阵列中，优选的是，上述有机半导体膜的电荷迁移率为3.5cm2/Vs以上。
下面，对于本发明的实施方式，一边参照附图一边进行说明。
(实施方式1)
A.实施方式1的基本过程
对于本发明实施方式1中的有机半导体膜制造方法的基本过程，参照图1A、图1B及图2A进行说明。该制造方法是一种基于涂敷法的方法，使用基板1及端面接触件2。也就是说，如图1所示，将包含有机半导体材料及溶剂在内的原料溶液，供应于基板1上，使之与端面接触件2接触，来形成液滴3。通过在该状态下使液滴3干燥，而在基板1上形成有机半导体膜4。
端面接触件2作为载置到基板1表面上的状态下与该表面交叉的端面一部分，包含平面形状为直线状或者曲线状的接触面2a，平面形状也就是从基板1的上方观察到的形状。液滴3被供应以使其与端面接触件2的接触面2a接触。端面接触件2例如可以采用树脂来形成，但只要是恰当产生下面说明的功能的材料，也可以使用树脂以外的任何材质。
作为有机半导体膜的制造过程，首先如图1A所示，将端面接触件2载置于基板1上，以使接触面2a横切在基板1的规定的A方向上，优选的是使接触面2a和A方向正交。在该状态下，将原料溶液供应于基板1的表面上，使之与接触面2a接触。所供应的原料溶液的液滴3由接触面2a保持，成为作用一定的力的状态。将该状态的剖面形状表示于图2A中。
在通过接触面2a保持液滴3的状态下，实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发。由此，在液滴3中如图2A所示，在A方向上距接触面2a的远端边缘的部分上依次因溶剂的蒸发而使原料溶液达到饱和状态，有机半导体材料的结晶开始析出。用点划线e1、e2来表示伴随溶剂蒸发的液滴3的远端边缘的移动。如图1B所示，有机半导体材料的结晶化和溶剂的蒸发一起进展，有机半导体膜4生长。也就是说，沿着基板1的A方向结晶的生长朝向接触面2a前行，渐渐形成有机半导体膜4。
在该干燥工艺中，原料溶液的液滴3在附着到接触面2a上的状态下，介由和接触面2a之间的接触来发挥规定结晶生长方向的作用。由此，获得结晶性的控制效果，有机半导体材料的分子排列的规则性变得良好，认为有助于电子传递性(迁移率)的提高。还有，形成的有机半导体膜4即便是多结晶状态，结晶性也良好，能获得足够良好的半导体特性。
作为上述制造方法的变形例，如图2B所示，使基板1在A方向上倾斜为规定角度并维持，将端面接触件2载置于基板1上，以使接触面2a横切在基板1的倾斜方向上，最好使接触面2a与倾斜方向正交。在该状态下，将原料溶液供应于基板1的表面上使之与接触面2a接触。所供应的原料溶液的液滴3通过接触面2a保持，成为沿基板1的倾斜方向悬挂的状态。通过使基板1倾斜，易于控制液滴3的沾湿面的大小，获得所需特性的有机半导体膜。
还有，形成液滴3的方法不限于上述的方法。例如，也可以通过将基板1和端面接触件2一起，从浸入到原料溶液中的状态取出，来形成附着在接触面2a上的液滴。
为了检验根据本实施方式的方法而产生的效果，实施了如下实验：作为有机半导体材料，使用C8-BTBT，该C8-BTBT是[1]benzothieno[3，2-b]benzothiophene(BTBT)的衍生物。作为溶剂，使用庚烷(heptane)，作为原料溶液准备了C8-BTBT的0.4wt％溶液。作为基板1，使用了在杂质添加Si层上形成SiO2层后的基板。作为端面接触件2，使用了硅晶片的小片。
BTBT衍生物不管是真空蒸镀还是旋转涂敷都表现出优秀的TFT性能。其分子包含除BTBT骨架结构外的烷基链(参见图3)。烷基链借助于被称为分子捆绑(fastener)效应的链之间的引力相互作用，使相邻的分子间的结合力得到提高。其结果为，根据结晶结构解析，还有分子间距离小，并且承担电子传递的π骨架的距离接近的效果，成为迁移率进一步增高的主要原因。另一方面，因为引力的相互作用还有使之快速结晶生长的效果，所以易于形成多结晶。
首先，通过decyltriethoxysilane(正癸基三乙氧基硅烷；DTS)的真空蒸镀，在实施基板1的表面处理之后，在倾斜的基板1上形成原料溶液的液滴3，并由端面接触件2的接触面2a保持该液滴3。和溶剂的蒸发一起，结晶区域沿倾斜的方向生长。在结晶性膜生长后，去除端面接触件2，为了完全去除溶剂，在真空中，以50℃进行了5小时的干燥。
在图4A中，表示和上述同样形成的C8-BTBT膜的通过原子间力显微镜观察的表面形态。在图4B中表示剖面轮廓。遍及微米标尺的阶梯部区域，按分子级别(level)是平坦的，阶梯差相当于C8-BTBT分子的高度的一个分子层。阶梯部及阶梯差结构是和红荧烯或并五苯那样的代表性有机单结晶相同的典型的部分及结构。良好的平坦性和明确规定的分子阶梯差表示高度取向后的结晶膜正在基板1的SiO2电介质表面生长。
接下来，对于如上所形成的C8-BTBT的有机半导体膜，通过蒸镀来形成源电极及漏电极，以使沟道与A方向也就是结晶生长的方向平行。沟道的长度及宽度分别设为0.1mm及1.5mm。利用基板1上的杂质添加Si层来作为栅电极，由此对500nm厚的SiO2(介电常数约为3.9)施加电场。
在图5A中表示这样制作出并使之工作的TFT的饱和区域内的传递特性。在图5A中，横轴、左侧的纵轴及右侧的纵轴以对数标尺分别表示栅极电压(V)、漏电流的绝对值的平方根及漏电流(A)。用空心圆所示的测量值表示漏电流的绝对值的平方根，实心圆表示漏电流(A)。
图5A曲线(plot)的倾斜表示出5cm2/Vs左右的迁移率。亚阈值特性3V/decade较为良好。以同样的方法制作出的良好的器件大部分表示出3.5～5cm2/Vs范围的值。另一方面，若是存在能够用光学显微镜观察的明显的结晶缺陷的器件，则是2cm2/Vs。如果减小器件的尺寸，更加缓慢地进行半导体膜的干燥，则能够进一步改进成品率。接通断开比对于制作出的全部器件而言，都大致超过了106。
图5B表示上述制作出的器件的输出特性。表示栅极电压VG＝0、-20、-30、-40、-50V的各个情形。
作为以往由涂敷法得到的最高的迁移率，在C13-BTBT膜的场合下获得了2.3cm2/Vs，但是再现性较低。和本实施方式相同，在使用了C8-BTBT的情况下，采用以往的涂敷法，实现了1.8cm2/Vs左右的高迁移率。与之相对，本实施方式的场合下，如上面那样，获得再现性良好并且达到5cm2/Vs的迁移率。该迁移率的值对于典型的非结晶硅TFT的迁移率为1cm2/Vs左右来说，相当于其5倍，表示由本实施方式得到的有机TFT的优越性。
如上所述，根据本实施方式，虽然是基于涂敷法的简单的制造法，但是可以生长取向良好的结晶性膜，能够制作可获得高迁移率的有机半导体膜。从而，能够成为简单、低成本地批量生产高性能的有机晶体管所用的基本技术。
作为基板1的材料，不限于上述在杂质添加Si层上形成了SiO2层的材料，还可以使用在铜或铝等的导电性金属表面上涂敷了聚对二甲苯(parylene)或聚乙烯苯酚(polyvinyl phenol)等的高分子绝缘膜而成的材料等。另外，作为端面接触件2，例如即便是硅晶片以外，只要适合于上述的功能，也可以使用任何材质。
另外，最好使之适应有机半导体材料，或者想要制作的有机半导体膜的特性或形态等，来适当调整基板1的倾斜角度、干燥工艺的速度、溶剂等。
B.有机半导体膜阵列的制造过程
下面，参照图6A～6C，来说明基于上述过程的、对于有机薄膜晶体管(TFT)的制作来说实用价值较高的制造有机半导体膜阵列所用的方法。
这里，本发明的有机半导体膜阵列的制造方法的特征，基本上作为使用下述接触件而在基板上形成液滴保持状态的特征进行定义，上述接触件配置了分别附着有原料溶液的多个接触面。液滴保持状态指的是，配置接触件以使接触面对于基板的表面成为一定的关系，在基板上形成多个原料溶液的液滴，将那些液滴分别保持在多个接触面上的状态。在该状态下，使液滴中的溶剂蒸发，在与多个接触面对应的基板表面各自的位置上形成有机半导体膜。基于这种定义的特征在本发明全部实施方式的有机半导体膜阵列的制造方法中是共通的。
另一方面，图6A～6C所示的制造过程是与图1A、图1B所示的方式对应的有机半导体膜阵列的制造方法的一例。从而，在该方法中如图6A所示，使用接触件7，该接触件7在辅助基板5上配置了多个接触凸部6。接触凸部6具有和图1A所示的端面接触件2相同的功能。也就是说，由接触凸部6上的与辅助基板5的表面交叉的端面的一部分分别形成接触面6a。
作为有机半导体膜的制造过程，首先为了形成液滴保持状态，如图6A所示，在基板1的上方，使接触凸部6和基板1对置来配置接触件7，并如图6B所示，使接触凸部6抵接于基板1上。在该状态下供应原料溶液以使原料溶液分别与接触面6a进行接触，来形成液滴3。原料溶液的液滴3分别成为由接触面6a保持的状态。
还有，在本实施方式中，形成液滴3的方法也不限于上述方法，例如也可以通过在将基板1和接触件7一起浸入到原料溶液之后，将其从该状态取出，从而使接触面6a保持液滴3。
若在该状态下如图6C所示，实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发，则和上述的情形相同，在各个液滴3中，和溶剂的蒸发一起，有机半导体材料的结晶生长，在基板1与多个接触面6a对应的面的各个位置上形成有机半导体膜4a。这样一来，就可以制作在基板1表面上的多个区域相互分离地配置有机半导体膜4a的有机半导体膜阵列。多个有机半导体膜4a和上述的情形相同，表现出高迁移率。
C.本实施方式的变形例
还有，也可以和图2B所示的方式相同，如图7所示，采取使基板1倾斜为规定角度并维持的方法。接触件7载置于基板1上，以使接触面6a横切在基板1的倾斜方向上，最好使接触面6a与倾斜方向正交。在该状态下，形成原料溶液的液滴3，实施干燥工序。
(实施方式2)
A.实施方式2的基本过程
对于本发明的实施方式2中的有机半导体膜的制造方法的基本过程，参照图8A、8B及图9进行说明。在该制造方法中，平面接触件8的与基板1对置的面形成接触面8a。平面接触件8配置为，接触面8a相对于基板1倾斜。从而，在接触面8a和基板1的表面之间设置楔状的间隙，在形成液滴保持状态时，原料溶液的液滴3被保持于基板1的表面和接触面8a之间。
平面接触件8和实施方式1的端面接触件2相同，例如可以采用树脂来形成，但只要是恰当产生下面说明的功能的材料，也可以使用树脂以外的任何材质。另外，如下所述，使接触面8a倾斜并不是必须的。
作为制造过程，首先如图8A所示，将平面接触件8载置于基板1上，以使接触面8a的倾斜方向沿着基板1的规定的B方向。在该状态下，供应原料溶液使之与接触面8a接触，在接触面8a和基板1的表面的间隙中利用毛细管力(Capillary force)使之展开。所形成的原料溶液的液滴3由接触面8a来保持，成为作用一定的力的状态。该状态的剖面形状被表示于图9中。
在由接触面8a保持液滴3的状态下实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发。由此，在液滴3中如图8A所示，在基板1的B方向上的接触面2a的开放侧的端边缘部分上，依次因溶剂的蒸发而使原料溶液呈饱和状态，有机半导体材料的结晶开始析出。用点划线e1、e2表示伴随溶剂蒸发的液滴3的开放侧的端边缘的移动。有机半导体材料的结晶化和溶剂的蒸发一起进展，如图8B所示，有机半导体膜4生长。也就是说，结晶的生长沿着基板1的B方向朝向接触面8a的闭合侧前行，渐渐形成有机半导体膜4。
在该干燥工艺中，和实施方式1的情形相同，在原料溶液的液滴3附着到接触面8a上的状态下，介由和接触面8a之间的接触来发挥规定结晶生长方向的作用。由此，获得结晶性的控制效果，有机半导体材料的分子排列的规则性变得良好，认为有助于电子传递性(迁移率)的提高。
还有，形成液滴3的方法不限于上述的方法。例如，也可以通过将基板1和平面接触件8一起从浸入到原料溶液中的状态取出，来形成附着在接触面8a上的液滴。
本实施方式中的有机半导体膜的制造方法适于形成例如2，9-Dialkyldinaphtho[2，3-b:2’，3’-f]thieno[3，2-b]thiophenes(Cn-DNTT)那样的对有机溶剂的溶解度低的材料的结晶性膜。这种材料大多情况下采用气相生长法来制作，采用涂敷法来形成高迁移率的膜的例子却不为所知。针对于此，通过使用本实施方式的制造方法由C10-DNTT进行成膜，从而能够形成了具有下述高移动度特性的有机半导体膜，该高移动度特性表示迁移率6cm2/Vs。
当成膜时，将基板1保持为约120℃，使C10-DNTT溶解于加热到120℃的o-二氯苯(dichlorobenzene)中，在接触面8a和基板1表面的间隙中展开。若采用该方法，则原料溶液被可靠地保持于间隙中，并且溶液的干燥方向被规定为一定，所以获得取向性一致的具有高结晶性的涂敷膜。
对于如上所形成的C10-DNTT的有机半导体膜，通过蒸镀来形成源及漏电极，以使沟道与B方向也就是结晶生长的方向平行。沟道的长度及宽度分别设为0.1mm及1.5mm。利用基板1上的杂质添加Si层来作为栅电极，由此对500nm厚的SiO2(介电常数约为3.9)施加电场。
在图10A中表示这样制作出并使之工作后的TFT的饱和区域内的传递特性。在图10A中，横轴、左侧的纵轴及右侧的纵轴以对数标尺分别表示栅极电压(V)、漏电流的绝对值的平方根及漏电流(A)。从图10A曲线的倾斜可知，饱和区域内的迁移率表示出6cm2/Vs。图10B表示上述制作出的器件的输出特性。栅极电压VG＝0、-20、-30、-40V的各个情形被示出。
作为本实施方式的方法所使用的有机半导体材料，可以使用实施方式1中所述的那种材料。作为基板1的材料，可以使用实施方式1中所述的那种材料。
B.有机半导体膜阵列的制造过程
下面，参照图11A～11D，来说明基于本实施方式的上述基本过程的、有机半导体膜阵列的实用性的制造方法。在该制造方法中，如图11A所示，将使用下述结构的接触件11，该结构为，具有和图8A所示的平面接触件8相同的功能的接触凸部9在辅助基板10上设置多个。接触凸部9的上表面分别形成接触面9a。在该例子中，多个接触面9a分别相对于辅助基板10的表面倾斜。另外，在基板1的背面可以使加热用的加热板12与其抵接。由此，易于在使溶解度相对于有机溶剂低的材料升温后的状态下使用。
作为制造过程，首先和图8A的情形同样，如图11A所示，使作为接触凸部9上表面(在附图中是下表面)的多个接触面9a和基板1对置。然后，为了形成液滴保持状态，如图11B所示，配置接触件11以使接触凸部9的前端抵接于基板1的表面上。也就是说，由于距辅助基板10表面的高度大的一侧的接触面9a端边缘抵接于基板1的表面上，因而在接触面9a的倾斜部分和基板1的表面之间形成间隙。如果在该状态下供应原料溶液，则在基板1的表面和多个接触面9a之间，分别保持原料溶液的液滴3。但是，为了供应形成液滴3所需的原料溶液，和实施方式1的情形相同，也可以使用其他的方法。
若在该状态下实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发，则如图11C所示，在结晶生长方向被控制的状态之下，各液滴3中的有机半导体材料的结晶化和溶剂的蒸发一起进展。其结果为，如图11D所示，在基板1与多个接触凸部9的接触面9a对应的面的各个位置上，有机半导体膜4a生长。
这样形成的有机半导体膜阵列的平面形状和图12所示的一样。可以制作下述有机半导体膜4a的阵列，该有机半导体膜4a在基板1的表面上的多个区域相互分离而对应于接触凸部9的接触面9a。形成有机半导体膜4a的阵列所用的接触凸部9的各个接触凸部也能够分别设计为不同的形状，另外，它们的排列也不需要是规则的，而能够自由设定。
C.本实施方式的第1变形例
对于本实施方式制造方法的第1变形例，参照图13A、13B进行说明。在本变形例中，将图11A所示的接触件11，变更为图13A所示的那种接触件13。就同一附图的接触件13而言，多个接触凸部14各自具有由相对于辅助基板10的表面倾斜的倾斜部所形成的接触面14a，并且一部分形成了相对于辅助基板10的表面平行的平坦抵接面14b。
当形成液滴保持状态时，如图13B所示，在基板1上载置接触件13，以使平坦抵接面14b抵接于基板1的表面上。由此，在接触面14a和基板1的表面之间形成间隙。只要在该状态下供应原料溶液，就可以形成液滴3并由接触面14a加以保持。另外，由于平坦抵接面14b与基板1的表面密接，因而能够获得对接触面14a的闭合侧的液滴3的干燥进行抑制的效果。
D.本实施方式的第2变形例
对于本实施方式的制造方法的第2变形例，参照图14A～14D进行说明。在本变形例中，如图14A所示，使用和图11A所示的部件相同的接触件11。但是，接触件11将接触凸部9的接触面9a朝向上方进行配置。在该状态下在辅助基板10上供应原料溶液使之覆盖多个接触面9a，来形成液滴3。
接下来，如图14B所示，在接触件11的上方配置基板1，使接触凸部9的前端与基板1的表面抵接。也就是说，基板1的表面与距辅助基板10的表面的高度大的一侧的接触面9a的端边缘抵接，在多个接触面9a的倾斜部分和基板1的表面之间形成间隙。还有，为了形成液滴3，也可以在使基板1对置之后供应原料溶液。
若在该状态下实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发，则如图14C所示，和溶剂的蒸发一起，液滴3分离为辅助基板10侧的液滴3a和基板1侧的液滴3b。基板1侧的液滴3b还对应于多个接触面9a的每个进行分离，成为在基板1上由接触面9a保持的状态。
通过在该状态下进行干燥工艺，而获得和上述图11B的情形相同的作用，在干燥工艺中的结晶生长方向被规定的状态之下，有机半导体材料的结晶化进展。其结果为，如图14D所示，在基板1与多个接触面9a对应的面的各个位置上，有机半导体膜4a生长。在该过程中，有机半导体膜4a附着于与接触凸部9的接触面9a相比接合性更良好的SiO2基板1上。
E.本实施方式的第3变形例
对于本实施方式的制造方法的第3变形例，参照图15A～15D进行说明。本变形例和第2变形例大致相同，对各结构要素附上相同的参照编号进行说明。和第2变形例的不同之处为，如图15B所示，当在接触件11的上方配置基板1时，不使接触凸部9的前端与基板1的表面抵接。由此，多个接触面9a和基板1的间隔与图14B所示的状态相比变得更大。
作为制造过程，首先和第2变形例相同，在图15A所示的状态下在辅助基板10上供应原料溶液使之覆盖多个接触面9a，来形成液滴3。然后，如图15B所示，将基板1配置于上方使之不抵接于接触凸部9的前端，以与多个接触面9a之间具有一定的间隙的方式与其对置。
若在该状态下实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发，则如图15C所示，和溶剂的蒸发一起，液滴3分离为辅助基板10侧的液滴3c和基板1侧的液滴3d。基板1侧的液滴3d还对应于多个接触面9a的每个进行分离，成为在基板1上由接触面9a保持的状态。还有，对应于接触面9a的每个而进行分离的液滴3d，因为基板1未抵接到接触凸部9的前端，所以形成为与图14C所示的情形相比，相对于接触面9a的基板1方向的长度比率更大的长度。
通过在该状态下进行干燥工艺，而获得和上述图11B的情形相同的作用，在干燥工艺中的结晶生长方向被规定的状态下，有机半导体材料的结晶化进展。其结果为，如图15D所示，在基板1与多个接触面9a对应的面的各个位置上，有机半导体膜4A生长。
F.本实施方式的第3变形例
对于本实施方式制造方法的第3变形例，参照图16A～16D进行说明。在本变形例中，将图14A～14D所示的第2变形例中的接触件11，变更为图16A所示的那种接触件15。也就是说，在辅助基板10的表面上，设置多个接触凸部16，接触凸部16分别由与辅助基板10的表面平行的平坦的上端面，形成接触面16a。
作为制造过程，首先如图16A所示，在辅助基板10上供应原料溶液使之覆盖多个接触凸部16的接触面16a，来形成液滴3。然后，如图16B所示，以在与多个接触凸部16的接触面16a之间具有规定的间隔的方式从上方使基板1与其对置。由此，形成在基板1和辅助基板10之间填充了原料溶液的状态。再者，如图16C所示，在使辅助基板10及基板1倾斜成规定角度的状态下维持。但是，使辅助基板10及基板1倾斜并不是必须的。
若在该状态下实施干燥工艺，使液滴3中的溶剂蒸发，则如图16C所示，和溶剂的蒸发一起，液滴3分离为辅助基板10侧的液滴3e和基板1侧的液滴3f。基板1侧的液滴3f还对应于多个接触凸部16的每个进行分离，成为在基板1上由接触面16a保持的状态。
通过在该状态下进行干燥工艺，而在结晶生长方向被规定的状态之下，有机半导体材料的结晶生长。其结果为，如图16D所示，在基板1与多个接触凸部16的接触面16a对应的面的各个位置上，有机半导体膜4a生长。
如上的本实施方式的方法所使用的有机半导体材料最好是自凝结功能高的材料，所谓自凝结功能意味着，当分子从溶剂析出时，倾向于自发地凝结、易于结晶化。作为有机半导体材料，除上述以外，还可以使用dinaphth[2，3-b:2，3-f]thiopheno[3，2-b]thiophene衍生物、TIPS-并五苯、TES-ADT及其衍生物、苝衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、红荧烯、并五苯等的低分子半导体材料、p3HT、pBTTT、pDA2T-C16等。
产业上的可利用性
本发明的有机半导体膜的制造方法可通过简单的工序来实施，并且能够制作具有较高电荷迁移率的有机半导体膜，在有机晶体管的制作等中是有用的。
符号说明
1 基板
2 端面接触件
2a、6a、8a、9a、14a、16a 接触面
3、3a、3b、3c、3d、3e、3f 液滴
4、4a 有机半导体膜
5、10 辅助基板
6、9、14、16 接触凸部
7、11、13、15 接触件
8 平面接触件
12 加热板
14b 平坦抵接面
Claims (9)
1.一种有机半导体膜的制造方法，通过将包含有机半导体材料及溶剂的原料溶液供应于基板上，并使上述原料溶液干燥，从而将用于形成有机薄膜晶体管的沟道的有机半导体膜形成于上述基板上，其特征为，
使用配置了多个接触面的接触件，该多个接触面分别附着上述原料溶液，
配置上述接触件，使上述接触面相对于上述基板的表面成为一定的关系，在上述基板上形成多个上述原料溶液的液滴，来形成多个上述液滴分别接触并附着于上述多个接触面而被保持在上述多个接触面上的液滴保持状态，
使上述液滴中的上述溶剂蒸发，在与上述多个接触面对应的上述基板表面的各个位置上形成上述有机半导体膜，
上述接触件由辅助基板和该辅助基板上形成的多个接触凸部构成，由上述接触凸部的与上述辅助基板的表面交叉的端面一部分，分别形成上述多个接触面，
在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以使上述接触凸部从上方抵接于上述基板的表面，使上述多个液滴的每个液滴成为从距上述接触面远的远端边缘起朝向上述接触面析出结晶的状态。
2.如权利要求1所述的有机半导体膜的制造方法，其特征为，
使上述基板维持在倾斜成规定角度的状态，
将上述接触件载置于上述基板上，以使形成上述接触面的端面横切在上述基板的倾斜方向上。
3.一种有机半导体膜的制造方法，通过将包含有机半导体材料及溶剂的原料溶液供应于基板上，并使上述原料溶液干燥，从而将用于形成有机薄膜晶体管的沟道的有机半导体膜形成于上述基板上，其特征为，
使用配置了多个接触面的接触件，该多个接触面分别附着上述原料溶液，
配置上述接触件，使上述接触面相对于上述基板的表面成为一定的关系，在上述基板上形成多个上述原料溶液的液滴，来形成多个上述液滴分别接触并附着于上述多个接触面而被保持在上述多个接触面上的液滴保持状态，
使上述液滴中的上述溶剂蒸发，在与上述多个接触面对应的上述基板表面的各个位置上形成上述有机半导体膜，
上述接触件由辅助基板和该辅助基板上形成的多个接触凸部构成，上述接触凸部的上表面分别形成上述接触面，
在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以使上述多个接触凸部的上述接触面在至少一部分上设置间隙地与上述基板的表面对置，使上述多个液滴的每个液滴成为从上述接触面的开放侧起朝向上述接触面的闭合侧析出结晶的状态。
4.如权利要求3所述的有机半导体膜的制造方法，其特征为，
上述多个接触面各自具有相对于上述辅助基板的表面倾斜的倾斜部。
5.如权利要求4所述的有机半导体膜的制造方法，其特征为，
在形成上述液滴保持状态时，配置上述接触件，以使上述接触面的一部分与上述基板的表面抵接。
6.如权利要求3所述的有机半导体膜的制造方法，其特征为，
在为了形成上述液滴而供应上述原料溶液之后，使上述辅助基板及上述基板维持在倾斜成规定角度的状态，来形成上述液滴保持状态。
7.如权利要求1～5中任一项所述的有机半导体膜的制造方法，其特征为，
作为上述有机半导体材料，使用从[1]苯并噻吩[3,2-b]苯并噻吩衍生物、2,9-二烷基联萘[2,3-b:2',3'-f]噻吩[3,2-b]噻吩衍生物、联萘[2,3-b:2,3-f]噻吩[3,2-b]噻吩衍生物、TIPS-并五苯、TES-ADT及其衍生物、苝衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、F4-TCNQ、红荧烯、并五苯、p3HT、pBTTT、pDA2T-C16中选择出的任一种材料。
8.一种有机半导体膜阵列，其特征为，
具备：
基板；
有机半导体膜，在上述基板的表面上的多个区域相互分离而配置；
上述有机半导体膜采用权利要求1～7中任一项所述的有机半导体膜的制造方法而形成，是结晶性的膜。
9.如权利要求8所述的有机半导体膜阵列，其特征为，
上述有机半导体膜的电荷迁移率为3.5cm2/Vs以上。
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