CN105144417A - 有机半导体薄膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液(6)向基板(1)上供给，通过使溶媒蒸发而使有机半导体材料的结晶析出，在基板上形成有机半导体薄膜(7)。使用在一侧面上设有接触面(2a)的端面成形部件(2)；以接触面相对于基板的表面以一定的角度交叉的方式，使端面成形部件对置配置；将原料溶液向基板上供给而形成与接触面接触的原料溶液的液滴(6a)；向作为与基板的表面平行的方向、端面成形部件从液滴远离的方向，使基板和端面成形部件相对移动，并且，一边供给原料溶液以将伴随着相对移动的液滴的大小的变动维持在规定的范围，一边使液滴中的溶媒蒸发而在接触面移动后的基板上形成有机半导体薄膜。通过使用基于液滴形成的溶媒蒸发法的简单的工序，能够制作大面积且具有较高的电荷移动度的有机半导体单结晶薄膜。

Description

有机半导体薄膜的制造方法
技术领域
本发明涉及通过溶媒蒸发法制作有机半导体薄膜的方法，特别是适合于制作大面积高移动度的有机半导体单结晶薄膜的制造方法。此外，涉及具备这样的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体装置。
背景技术
近年来，有机半导体材料具有比无机半导体材料更好的电气特性变得清楚，向各种各样的电子设备领域的应用开发正在被推进。在半导体沟道中使用有机半导体薄膜的有机TFT(薄膜晶体管)等的有机半导体装置与使用无机半导体的装置相比加工较容易，能够采用简单而便宜的制造工艺。此外，由于能够进行室温附近的制造，所以能够实现使用塑料基板的半导体技术，作为后硅半导体受到期待。
作为制作在有机TFT中使用的结晶性的有机半导体薄膜的方法，以往研究了蒸镀法、分子线外延生长法、溶媒蒸发法、熔液法、Langmuir－Blodgett法等，根据材料的特性而研究了各种各样的方法。在这些方法中，根据溶媒蒸发法，在是简单的方法的同时能够得到高性能的有机半导体薄膜。特别是，基于液滴成形、旋涂、印刷那样的使用溶液的涂敷法的溶媒蒸发法的工艺从简单而便宜、能够进行室温附近的制造的观点看，是非常受到期待的方法。
在涂敷法中，将有机半导体材料溶液向基板面涂敷或滴下，使溶液中包含的溶媒干燥。由此，溶媒蒸发而溶液成为饱和状态，使结晶析出，形成有机半导体薄膜。如旋涂或液滴成形那样的周知的技术能够容易地应用到大面积的有机半导体薄膜的制造中。通过涂敷法形成的典型的有机FET的性能呈现0.1cm2/Vs左右的相当高的载体移动度。但是，这样的以往的移动度的值不是能够满足的值。不充分的移动度起因于结晶粒界的存在及分子取向的不规则性成为电荷输送的障碍。
所以，为了改善分子排列中的规则性，进行了用来使单结晶的有机半导体薄膜成长的研究。例如，在专利文献1中，公开了一种使用基于液滴成形的溶媒蒸发法改良了用来制作具有在有机TFT等的用途中希望的电气的特性、特别是较高的电荷移动度的有机半导体单结晶膜的方法。
参照图12～图15对在专利文献1中公开的有机半导体薄膜的制造方法进行说明。图12是表示基本工序的立体图，图13是其剖视图。在该制造方法中，使用基板20及树脂制的端面接触部件21。如图所示，为了形成液滴22，将包含有机半导体材料及溶媒的原料溶液向基板20上供给，以使其与端面接触部件21接触。通过在该状态下使液滴22干燥，在基板20上形成有机半导体薄膜23。端面接触部件21作为与基板20的表面交叉的端面的一部分而包括平面形状的接触面21a。将液滴22向该接触面21a供给以使其接触。
在制造工序中，首先，将端面接触部件21以接触面21a与基板20的规定的A方向正交的方式载置到基板20上。如果在该状态下供给原料溶液，则原料溶液的液滴22被接触面21a保持，成为一定的力作用的状态。在该状态下进行干燥工艺，使液滴22中的溶媒蒸发。于是，如在液滴22中用图13表示那样，在A方向上的距接触面21a的远端缘的部分处，原料溶液依次成为饱和状态，有机半导体材料的结晶开始析出。将伴随着溶媒的蒸发的液滴22的远端缘的移动用单点划线e1、e2表示。随着溶媒的蒸发，结晶的成长沿着基板20的A方向朝向接触面21a发展，逐渐形成有机半导体薄膜23。
在该干燥工艺中，通过原料溶液的液滴22附着在接触面21a上的状态，起到经由与接触面21a的接触规定结晶成长方向的作用。由此，能够得到结晶性的控制效果，有机半导体材料的分子的排列的规则性变好，有利于电子传导性(移动度)的提高。
但是，在上述的基本工序中，由于通过溶媒的蒸发而结晶的成长结束，所以形成的有机半导体薄膜23的大小是最大也不到1mm那样的较小的大小。因此，为了使用上述方法制作实用性的有机TFT，如图14～图15所示，制造有机半导体薄膜阵列。在该方法中，如图14所示，使用在辅助基板24的面上配置有多个接触凸部25的结构的接触部件26。接触凸部25分别具有与图12所示的端面接触部件21同样的功能。即，通过接触凸部25的与辅助基板24的表面交叉的端面的一部分，分别形成接触面25a。
首先，为了形成液滴保持状态，如图14所示，在基板20的上方，使接触凸部25与基板20对置而配置接触部件26，使接触凸部25抵接在基板20上。在该状态下对接触面25a分别供给原料溶液以使其接触，形成液滴22。原料溶液的液滴22分别成为被接触面25a保持的状态。如果进行干燥工艺而使液滴22中的溶媒蒸发，则与上述的情况同样，在各个液滴22中，随着溶媒的蒸发而有机半导体材料的结晶成长，如图15所示，在与多个接触面25a对应的基板20面的各自的位置形成有机半导体薄膜23a，能够制作有机半导体薄膜阵列。
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/040155号
发明内容
发明概要
发明要解决的课题
如上述那样，在专利文献1所公开的方法的情况下，在能够形成的有机半导体的单结晶膜的尺寸上有极限。此外，为了制作实用性的有机TFT，即使是制作有机半导体薄膜阵列的情况，在作为其电子设备的功能、特性及制造工序的容易性上也有极限。
因而，本发明的目的是提供一种能够通过使用基于液滴形成的溶媒蒸发法的简单的工序实施、能够制作大面积且具有较高的电荷移动度的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体薄膜的制造方法。
此外，目的是提供一种具备这样的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体装置。
解决课题的手段
本发明的有机半导体薄膜的制造方法是将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液向基板上供给、通过使上述溶媒蒸发而使上述有机半导体材料的结晶析出、在上述基板上形成有机半导体薄膜的方法。
为了解决上述课题，本发明的制造方法的特征在于，使用在一侧面上设有接触面的端面成形部件，以上述接触面相对于上述基板的表面以一定的角度交叉的方式，使上述端面成形部件对置而配置，将上述原料溶液向上述基板上供给，形成与上述接触面接触的上述原料溶液的液滴，向作为与上述基板的表面平行的方向、上述端面成形部件从上述液滴远离的朝向，使上述基板和上述端面成形部件相对移动，并且一边供给上述原料溶液以将伴随着上述相对移动的上述液滴的大小的变动维持在规定的范围，一边使上述液滴中的上述溶媒蒸发而在上述接触面移动后的上述基板上形成上述有机半导体薄膜。
本发明的有机半导体装置，具备基板和形成在其表面上的有机半导体薄膜，其特征在于，上述有机半导体薄膜具有其一边的大小为1cm以上的大小的矩形的平面形状，是厚度为100nm以下的单结晶薄膜。
发明效果
根据上述结构的有机半导体薄膜的制造方法，由于不会通过从原料溶液的溶媒的蒸发而结晶的成长结束，所以形成的有机半导体薄膜的大小可以根据端面成形部件的移动距离而通过连续的工序形成为希望的大面积。
此外，通过经由与接触面的接触的对于原料溶液的液滴的控制作用，液滴在与接触面正交的方向上成为非对称的形状，起因于非对称的溶媒蒸发而起到规定结晶成长方向的作用。由此，结晶成长的方向被规定，有机半导体材料的分子的排列的规则性变好，形成连续而均匀的单结晶薄膜。
此外，上述结构的有机半导体装置通过有机半导体薄膜是厚度为100nm以下的单结晶薄膜，即使是具有一边的大小为1cm以上的大小的矩形的平面形状的大面积，也容易将厚度的离差控制在±20％的范围内。由此，能够遍及有机半导体薄膜的全区域得到均匀而较高的移动度，能够得到具有实用上良好的特性的有机半导体装置。
附图说明
图1A是表示在本发明的一实施方式的有机半导体薄膜阵列的制造方法的实施中使用的装置的剖视图。
图1B是表示该制造方法的初期的工序的状态的剖视图。
图1C是表示该制造方法的接着图1B的工序的状态的剖视图。
图1D是表示该制造方法的接着图1C的工序的状态的剖视图。
图1E是图1C所示的状态的平面图。
图2是表示在该制造方法的实施中使用的溶液供给喷嘴的其他形态的平面图。
图3A是表示在该制造方法中使用的端面成形部件的其他形态的剖视图。
图3B是表示图3A所示的端面成形部件的从上方观察的形状的平面图。
图4A是表示在该制造方法中使用的端面成形部件的再其他形态的剖视图。
图4B是表示使用该端面成形部件的工序的状态的剖视图。
图5A是表示用于通过该制造方法制作的有机半导体薄膜的面内GIXD测量的光学系统的图。
图5B是表示通过该测量得到的衍射峰值的分布的图。
图6是表示使用通过该制造方法制作的有机半导体薄膜制作的薄膜晶体管阵列的平面图。
图7是表示构成该薄膜晶体管阵列的代表例的薄膜晶体管的线性区域的传递特性的图。
图8是表示该薄膜晶体管的饱和区域的传递特性的图。
图9是表示该薄膜晶体管的输出特性的图。
图10是表示构成该薄膜晶体管阵列的全部薄膜晶体管的传递特性的分布的图。
图11是表示该薄膜晶体管阵列中的移动度的分布的图。
图12是表示以往例的有机半导体薄膜的制造方法的基本工序的立体图。
图13是表示该制造方法的基本工序的剖视图。
图14是表示使用该制造方法的基本工序的有机半导体薄膜阵列的制造方法的剖视图。
图15是通过该制造方法制作出的有机半导体薄膜阵列的平面图。
具体实施方式
本发明的有机半导体薄膜的制造方法以上述结构为基础，能够选取以下这样的形态。
即，可以为将上述液滴形成为随着从上述接触面远离而距基板面的厚度逐渐减小的形状的形态。
此外，优选的是，形成上述原料溶液的液滴的上述基板的表面其接触角是30°以下。
此外，可以做成使上述端面成形部件在与上述基板之间设置一定的间隙而对置、从在上述接触面的相反侧相邻于上述间隙而配置的一个或多个原料溶液供给口经由上述间隙供给上述原料溶液的形态。在此情况下，可以做成配置多个上述原料溶液供给口、通过从各个上述原料溶液供给口供给相互不同种类的上述原料溶液、在同一上述基板上同时形成不同种类的有机半导体薄膜的形态。
或者，可以做成经由设在上述端面成形部件的内部的一个或多个内腔，向上述接触面侧供给上述原料溶液的形态。或者，可以做成使上述端面成形部件在与上述基板之间设置一定的间隙而对置、经由设在上述端面成形部件的内部的一个或多个内腔向上述端面形成部件的正下方供给上述原料溶液的形态。在这些情况下，可以做成设有多个上述端面成形部件的内腔、通过经由各个上述内腔供给相互不同种类的上述原料溶液、在同一上述基板上同时形成不同种类的有机半导体薄膜的形态。
本发明的有机半导体装置以上述结构为基础，可以采取以下这样的形态。即优选的是，上述有机半导体薄膜其单结晶的结晶轴的分布处于8°的范围内。此外优选的是，上述基板的形成有上述有机半导体薄膜的表面其接触角是30°以下。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
<实施方式>
参照图1A～图1C对本发明的一实施方式的有机半导体薄膜的制造方法进行说明。根据该制造方法，将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液向基板1上供给。并且，通过使溶媒蒸发而使有机半导体材料的结晶析出，在基板上形成有机半导体薄膜。图1A是表示在有机半导体薄膜阵列的制造方法的工序中使用的装置的剖视图。图1B～图1D是依次表示该制造方法的工序的状态的剖视图，图1E是图1C所示的状态的平面图。另外，在图1E中，对一部分的要素赋予的点是用来判别各要素的，不是表示界面的。
在图1A所示的装置中，在基板1上配置有端面成形部件2，在与基板1之间设置一定的间隙g而对置。端面成形部件2的一个侧面(图中右侧面)形成了用来控制有机半导体薄膜的结晶的析出的接触面2a。端面成形部件2相对于基板1的表面使接触面2a以一定的角度交叉而对置配置。在图1B中，接触面2a与基板1的表面正交。在基板1的上表面上，形成有用来将浸润性调整为适当的范围的表面改性层3。相对于端面成形部件2在接触面2a的反对侧(左侧)的位置配置有溶液供给喷嘴4，使其前端的原料溶液供给口与间隙g相邻。在基板1的下表面上配置有热板5，将基板1例如保持为80℃。
在制造工序的实施时，如图1B所示，将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液6经由溶液供给喷嘴4的内部空洞注出。由此，从溶液供给喷嘴4的前端向表面改性层3上供给原料溶液6。同时，由热板5将基板1保持为规定温度，将原料溶液6加热为规定的温度。这样，如果从接触面2a的相反侧将原料溶液6向基板1(表面改性层3)上供给，则原料溶液6经由间隙g达到接触面2a侧，与接触面2a接触而形成原料溶液6的液滴6a。
液滴6a的截面形状形成为随着从接触面2a离开即在图中向右方远离、距基板1的表面的厚度变小。该形状通过经由与接触面2a的接触保持液滴6a的一侧而形成。液滴6a的形状可以通过调整表面改性层3的接触角来适当地控制。表面改性层3只要通过提高了浸润性的表面调整液滴6a的形状，就能够充分得到后述那样的规定结晶成长的方向的作用。
如果如以上那样设定并实施工序，则通过来自热板5的加热而液滴6a中的溶媒蒸发。随着蒸发，在距接触面2a的远端缘的部分，原料溶液6依次成为饱和状态，有机半导体材料的结晶7a开始析出。
在本实施方式中，随着工序的进展，如图1C所示，匹配于溶媒的蒸发速度，使基板1和端面成形部件2向由箭头X1或X2表示的朝向相对移动。即，进行基板1的向朝向X1的移动及端面成形部件2的向朝向X2的移动的至少一方的移动。这里，以使基板1移动的情况为例进行说明。另外，在以下的记述中，将包括朝向X1、X2的方向称作X方向。该X方向与基板1的表面平行，朝向X1、X2是使端面成形部件2从液滴6a远离的朝向。由该相对移动带来的基板1和端面成形部件2的相对位置的变化在图1A～图1C中表示。
随着该相对移动而供给原料溶液6，以使伴随着相对移动的液滴6a的大小的变动被维持在规定的范围。即，通过将原料溶液6以与溶媒的蒸发速度同等的速度供给，将矩形状的液滴6a维持为相同尺寸。同时，匹配于原料溶液6的供给而使基板1移动。从原料溶液6的结晶化的速度根据通常的设定是1mm/分～几cm/分左右，所以将基板1和端面成形部件2的相对速度也调整为同等的速度。通过这些操作，当从图1B所示的状态进展到图1C所示的状态时，在接触面2a移动后的基板1的表面上连续地形成有机半导体薄膜7。
在图1E中表示图1C所示的状态的平面图。液滴6a的平面形状如图1E所示，为以接触面2a的宽度为一边的矩形状。更详细地讲，将从基板1的水平面测出的液滴6a的气液边界的等高线规定为与接触面2a平行。同样，随着基板1和端面成形部件2的相对移动而连续形成的有机半导体薄膜7也为矩形状。
根据本实施方式的制造方法，由于将原料溶液6连续地供给，所以不会通过从原料溶液6的溶媒的蒸发而结晶的成长结束。因而，形成的有机半导体薄膜7的大小如图1D所示，能够对应于端面成形部件2(接触面2a)的宽度及移动距离而形成为希望的大面积。例如，能够将5cm×5cm以上的矩形状的有机半导体单结晶通过连续的工序容易地制作。
此外，有机半导体薄膜7通过以下这样的作用，成为具有良好的结晶性的单结晶。即，在液滴6a中，通过在X方向上为非对称的上述那样的液滴6a的截面形状，溶媒在X方向上非对称地蒸发。由此，起到规定结晶成长方向的作用。即，结晶以从距接触面2a较远的位置向接触面2a接近的朝向成长。这是因为，由于液滴6a的厚度较薄的部分比较厚的部分热容小，所以由在溶媒蒸发时带走的热(蒸发热或潜热)带来的温度的下降较大，溶解在溶液中的有机半导体化合物先析出，它规定结晶成长的方向。
通过这样的结晶性的控制效果，有机半导体材料的分子的排列的规则性变好，形成连续而均匀的结晶薄膜。实际成形的有机半导体薄膜7如后述那样呈现高度结晶化的形态，给由溶液形成得到的有机晶体管带来以往所没有的高移动度。为了充分发挥这样的特性，有机半导体薄膜7的单结晶当使一边的大小为1cm以上时，优选的是将厚度制作为100nm以下。由此，厚度的离差被控制在±20％的范围内，能够遍及大面积的有机半导体薄膜7的全域得到在实用上充分均匀的移动度特性。
作为基板1的材料，可以使用树脂基板、玻璃基板、在杂质添加Si层上形成有SiO2层的基板、在铜或铝等的导电性金属表面上涂层了聚对苯二甲基或聚乙烯醇缩丁醛等的高分子绝缘膜的基板等各种各样的基板。
在上述形态中，端面成形部件2以接触面2a与基板1的表面正交的方式配置，但也可以以一定的角度配置。即，使接触面2a相对于X方向倾斜为规定角度而配置到基板1上。如果在该状态下供给原料溶液以使其与接触面2a接触，则容易控制由液滴6a带来的浸润面的大小而得到希望的特性的有机半导体薄膜。
端面成形部件2例如可以由树脂、硅晶片等形成，但只要起到如上述那样适当地形成液滴6a的功能，使用其他怎样的材质都可以。
溶液供给喷嘴4也可以如图2的平面图所示那样构成。在图1E所示的结构中，配置有1个溶液供给喷嘴4，而在图2的结构中，配置3个溶液供给喷嘴4a～4c。这样，根据需要可以配置一个或多个溶液供给喷嘴4，从一个或多个原料溶液供给口经由间隙g供给原料溶液6。另外，在配置有多个溶液供给喷嘴4的情况下，也可以从各个溶液供给喷嘴4供给相互不同种类的原料溶液。由此，能够在相同的基板1上同时形成不同种类的有机半导体薄膜。
此外，作为原料溶液6的供给源而省略图示，但并不限定于喷嘴，使用周知的怎样的结构都可以。喷嘴的形状也可以根据目的而各种各样地选择。
溶液供给喷嘴4也可以代替图1A所示的构造而如图3A、图3B所示那样配置。图3A是表示与上述不同的形态的端面成形部件8的剖视图，图3B是表示端面成形部件8的从上方观察的形状的平面图。在该结构中，经由设在端面成形部件8的内部的内腔配置溶液供给喷嘴4，经由向端面成形部件8的接触面8a侧的开口供给原料溶液6。由此，能够使端面成形部件8与基板1之间的间隙变得很小。
进而，图3A所示的端面成形部件8也可以如图4A所示的端面成形部件9那样变形。即，做成使端面成形部件9在与基板1之间设置一定的间隙g而对置、溶液供给喷嘴4的前端朝向端面成形部件9的正下方开口的结构。如图4B所示，一边向端面形成部件9的正下方供给原料溶液6，一边使端面成形部件9和基板1相对移动。由此，与图1B～图1D所示的情况同样，能够在伴随着通过接触面9a进行的控制的同时，连续地形成有机半导体薄膜7。
在图3A、图4A的结构中，溶液供给喷嘴4也可以配置一个或多个。此外，在配置有多个溶液供给喷嘴4的情况下，从各个溶液供给喷嘴4供给相互不同种类的原料溶液，能够在相同的基板1上同时形成不同种类的有机半导体薄膜。
通过用来上述方法形成有机半导体薄膜的有机半导体化合物优选的是自凝聚性能较高的材料。所谓自凝聚性能，是指当分子从溶媒析出时自发地凝聚而容易结晶化的趋向。因而，作为适合于本实施方式的有机半导体材料，可以举出以下这样的有机半导体化合物。
[1]苯并噻吩并[3，2－b]苯并噻吩衍生物，2，9－二烷基二萘并[2，3－b：2'，3'－f]噻吩并[3，2－b]噻吩衍生物，二萘并[2，3－b：2，3－f]噻吩并[3，2－b]噻吩衍生物，TIPS－戊省，TES－ADT及其衍生物，二萘嵌苯衍生物，TCNQ，F4－TCNQ，F4－TCNQ，红荧烯，戊省，p3HT，pBTTT，pDA2T－C16，二萘并二噻吩，二萘并苯并二噻吩、二萘并萘并二噻吩或弯曲型硫属元素的吩(chalcogenophene)化合物及其衍生物等。
优选的是，通过表面改性层3的形成，将结晶成长中的原料溶液6与基板1的接触角调整为30°以下。由此，能够容易地以充分的程度得到基于液滴6a的形状的规定结晶成长的方向的作用。表面改性层3通过由硅烷类自组织化单分子膜等的处理形成以便提高基板1的表面的浸润性是有效的。
关于以上那样的、通过本实施方式的方法形成的有机半导体薄膜，为了研究单结晶薄膜的结晶性而进行了X射线衍射测量。
作为有机半导体材料，使用作为新开发的材料的二癸基二萘并苯并二噻吩。该材料在单结晶晶体管的形态下显现16cm2/Vs左右的良好的移动度。将二癸基二萘并苯并二噻吩粉末向典型的高沸点溶媒以0.025wt％的浓度投入，通过加热到70℃而使其完全溶解。使用该溶液形成有机半导体薄膜。
将制作出的薄膜通过显微镜观察，能够观察到非常均匀的结晶状态。此外，如果通过交叉偏光显微镜使偏光板旋转使偏光的方向和结晶轴的方向变化而进行观察，则薄膜的光泽随着试料的旋转而遍及薄膜整面同时变化。通过该观察结果，能够确认遍及薄膜整面结晶轴对齐于大致相同方向，可知遍及几cm平方的全区域被形成为单结晶薄膜。这样的单结晶薄膜对于向大面积的电子设备的应用而言是有利的。
为了检查薄膜的结晶构造及结晶性，进行了X射线衍射(XRD)测量。为了进行XRD测量，将薄膜形成在厚度20μm的玻璃基板上，使得X射线能够透过基板。XRD测量的结果可知，有机半导体的分子在基板上直立(边在最前取向)而整齐排列，能够确认得到的薄膜是优质的有机薄膜单结晶。
此外，进行了使用图5A所示的光学系统的低角入射X射线衍射(GIXD)测量。即，一边使薄膜向ψ方向旋转，一边通过检测器D检测来自光源L的X射线被有机薄膜单结晶衍射的衍射光。由此，测量将薄膜向ψ方向旋转时的衍射峰值的分布。2θx轴设定为22.56度。将测量的结果表示在图5B中。据此可知，几cm边长的有机薄膜单结晶的结晶轴的分布很均匀，进入到稍稍8°的范围中。
为了评价使用通过本实施方式的方法得到的有机半导体单结晶薄膜的薄膜晶体管(TFT元件)的特性，制作出了图6所示那样的由5×5个TFT元件10构成的阵列。作为基板1而使用硅晶片，将100nm厚的热氧化SiO2膜形成为栅极绝缘膜。在其上，如上述那样形成有机半导体薄膜，将表面用β－PTS－SAM处理。在其上形成2nm厚的p掺杂剂层，再形成30nm厚的源极及漏极电极，制作出TFT元件10的阵列。源极及漏极电极其沟道与X方向即结晶成长的方向平行地配置。
关于构成这样制作的薄膜晶体管阵列的代表例的TFT元件10，将线性区域的传递特性表示在图7中。在图7中，横轴表示栅极电压(V)，纵轴表示漏极电流(μA)。将TFT元件10的饱和区域的传递特性表示在图8中。在图8中，横轴表示栅极电压(V)，左侧的纵轴表示漏极电流的绝对值的平方根，右侧的纵轴将漏极电流(A)用对数标度表示。根据标绘的倾斜计算出的移动度在饱和区域中达到了7.6cm2/Vs以上，在线性区域中达到了6.5cm2/Vs以上。这样的移动度的差异与图9所示的输出特性的非线性对应。图9所示的输出特性表示栅极电压VG＝0，－20，－30，－40，－50V的各自的情况。
将上述薄膜晶体管阵列的全部的TFT元件10的传递特性的分布表示在图10中，将移动度的分布表示在图11中。可知全部的TFT元件10以3cm2/Vs以上的高移动度动作。25个TFT元件10的移动度的平均值达到6.0cm2/Vs，移动度的标准偏差是1.5cm2/Vs，是移动度的平均值的20％，可知是极小的。
如以上这样，通过本实施方式制作出的有机半导体薄膜是具有良好的结晶性的单结晶薄膜，能够容易地以大面积形成。并且，使用该有机半导体薄膜制作出的薄膜晶体管阵列遍及全区域呈现较高的移动度。
产业上的可利用性
本发明的有机半导体薄膜的制造方法通过使用基于液滴形成的溶媒蒸发法的简单的工序实施，能够制作大面积且具有较高的电荷移动度的有机半导体单结晶薄膜，对于有机晶体管的制作等是有用的。
标号说明
1、20基板
2、8、9端面成形部件
2a、8a、9a、21a、25a接触面
3表面改性层
4、4a～4c溶液供给喷嘴
5热板
6原料溶液
6a、22液滴
7a结晶
7、23、23a有机半导体薄膜
10TFT元件
21端面接触部件
24辅助基板
25接触凸部
26接触部件

Claims (11)

1.一种有机半导体薄膜的制造方法，将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液向基板上供给，通过使上述溶媒蒸发而使上述有机半导体材料的结晶析出，在上述基板上形成有机半导体薄膜，其特征在于，
使用在一侧面上设有接触面的端面成形部件；
以上述接触面相对于上述基板的表面以一定的角度交叉的方式，使上述端面成形部件对置而配置，将上述原料溶液向上述基板上供给，形成与上述接触面接触的上述原料溶液的液滴；
向作为与上述基板的表面平行的方向、上述端面成形部件从上述液滴远离的朝向，使上述基板和上述端面成形部件相对移动，并且一边供给上述原料溶液以将伴随着上述相对移动的上述液滴的大小的变动维持在规定的范围，一边使上述液滴中的上述溶媒蒸发而在上述接触面移动后的上述基板上形成上述有机半导体薄膜。
2.如权利要求1所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
将上述液滴形成为随着从上述接触面远离而距基板面的厚度逐渐减小的形状。
3.如权利要求1或2所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
形成上述原料溶液的液滴的上述基板的表面接触角是30°以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
使上述端面成形部件在与上述基板之间设置一定的间隙而对置，从在上述接触面的相反侧相邻于上述间隙而配置的一个或多个原料溶液供给口经由上述间隙供给上述原料溶液。
5.如权利要求4所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
配置多个上述原料溶液供给口，通过从各个上述原料溶液供给口供给相互不同种类的上述原料溶液，在同一上述基板上同时形成不同种类的有机半导体薄膜。
6.如权利要求1～3中任一项所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
经由设在上述端面成形部件的内部的一个或多个内腔，向上述接触面一侧供给上述原料溶液。
7.如权利要求1～3中任一项所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
使上述端面成形部件在与上述基板之间设置一定的间隙而对置，经由设在上述端面成形部件的内部的一个或多个内腔，向上述端面形成部件的正下方供给上述原料溶液。
8.如权利要求7所述的有机半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
设有多个上述端面成形部件的内腔，通过经由各个上述内腔供给相互不同种类的上述原料溶液，在同一上述基板上同时形成不同种类的有机半导体薄膜。
9.一种有机半导体装置，具备基板和形成在其表面上的有机半导体薄膜，其特征在于，
上述有机半导体薄膜具有一边的大小为1cm以上的大小的矩形的平面形状，是厚度为100nm以下的单结晶薄膜。
10.如权利要求9所述的有机半导体装置，其特征在于，
上述有机半导体薄膜其单结晶的结晶轴的分布处于8°的范围内。
11.如权利要求9或10所述的有机半导体装置，其特征在于，
上述基板的形成有上述有机半导体薄膜的表面接触角是30°以下。
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