JP2003309265A - 有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーク電流が少なく、かつ、スイッチング速
度の改良されたノーマリーＯＮ型の有機薄膜トランジス
タを提供することにあり、又、別の目的は、大気圧環境
下で製造することのできる、より低コストの有機薄膜ト
ランジスタの製造方法を提供することである。さらに、
別の目的は、安価なＦＰＤ等の有機薄膜トランジスタを
提供することである。 【解決手段】 支持体上にゲート電極、ゲート絶縁膜、
ソース電極、ドレイン電極、及び少なくとも一種の有機
半導体材料を含む活性半導体層を有する有機薄膜トラン
ジスタにおいて、前記有機半導体材料の導電率が１０^-2
Ｓ／ｃｍ以上であり、又、前記活性半導体層は絶縁体材
料の微粒子を含有することを特徴とする有機薄膜トラン
ジスタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機半導体材料を
含む活性半導体層を有する有機薄膜トランジスタおよび
その製造方法に関する。特にポリマー材料を用いたフレ
キシブル基板上に形成可能な有機薄膜トランジスタおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報端末の普及に伴い、コンピュータ用
のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対
するニーズが高まっている。また、情報化の進展に伴
い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提
供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可
能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいは
デジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

【０００３】一般に平板型のディスプレイ装置において
は液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用い
て表示媒体を形成している。また、このような表示媒体
では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保す
るために、アクティブ駆動素子を用いる技術が主流にな
っている。通常のコンピュータディスプレイは、ガラス
基板上にこれらアクティブ駆動素子を形成し、液晶、有
機ＥＬ等が封止されている。

【０００４】一方、最近、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
内の活性半導体層として使用するために有機材料が検討
されている。有機材料は加工が容易であり、一般にＴＦ
Ｔが形成されるプラスチック基板と親和性が高いので、
薄膜デバイス内の活性半導体層としての利用が期待され
ている。従って、低コストで大面積のデバイス、特にデ
ィスプレイのアクティブ駆動素子として検討が進められ
ており、例えば特開平１０−１９０００１号、特開２０
００−３０７１７２などの技術が開示されている。有機
半導体材料がＴＦＴ内の活性半導体層として使用される
ためには、結果として得られるデバイスのオン／オフ比
やリーク電流、ゲートの駆動電圧が充分に満たされるも
のでなくてはならない。

【０００５】２００１年高分子学会予稿集５０巻１３号
３１７５ページに、ノーマリーＯＮ型の有機薄膜トラン
ジスタが、非常に簡便な方法で作成できることが記載さ
れている。しかしながら、この有機薄膜トランジスタは
スイッチングの応答速度が遅く、かつ、リーク電流が大
きいという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リー
ク電流が少なく、かつ、スイッチング速度の改良された
ノーマリーＯＮ型の有機薄膜トランジスタを提供するこ
とにあり、又、別の目的は、大気圧環境下で製造するこ
とのできる、より低コストの有機薄膜トランジスタの製
造方法を提供することである。さらに、別の目的は、安
価なＦＰＤ等の有機薄膜トランジスタを提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第一の本発明の有機薄膜
トランジスタは、支持体上にゲート電極、ゲート絶縁
膜、ソース電極、ドレイン電極、及び少なくとも一種の
有機半導体材料を含む活性半導体層を有する有機薄膜ト
ランジスタにおいて、前記有機半導体材料の導電率が１
０^-2Ｓ／ｃｍ以上であり、又、前記活性半導体層は絶縁
体材料の微粒子を含有することを特徴とするものであ
る。

【０００８】又、前記絶縁体材料の微粒子が、比誘電率
が３以上であることが好ましい。比誘電率の上限は特に
制限はないが概ね３０である。

【０００９】さらに、前記微粒子の平均粒径が、１μｍ
以下であることが好ましい。より好ましくは、１ｎｍ〜
５μｍ、さらに好ましくは１０〜１００ｎｍである。

【００１０】又、前記絶縁体材料が、無機酸化物である
ことが好ましく、具体的には酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル、酸化チタンであることが好まし
い。

【００１１】さらに、前記有機半導体材料が、ドーピン
グされたπ共役系化合物であることが好ましく、π共役
系化合物としては、ポリチオフェン類であることが好ま
しい。さらに、より好ましくは、前記有機半導体材料が
導電率が１Ｓ／ｃｍ以上である。

【００１２】前記ゲート絶縁膜が、酸化ケイ素、窒化ケ
イ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル又は酸化チタン
から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

【００１３】第２の本発明の有機薄膜トランジスタの製
造方法は、フレキシブルな基板上にゲート電極、ゲート
絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び少なくとも一
種の有機半導体材料を含む活性半導体層を有する有機薄
膜トランジスタの製造方法において、フレキシブルな基
板を準備する工程、導電率が１Ｓ／ｃｍ以上の有機半導
体材料、平均粒径が０．１μｍ以下で比誘電率が３以上
の無機酸化物及び溶媒を含む溶液を準備する工程、基板
に溶液を供給する工程、及び有機半導体材料を含む活性
半導体層を形成するため溶媒を蒸発させる工程を含むこ
とを特徴とする。又、基板に溶液を供給する工程がイン
クジェット方式により溶液の液滴を飛翔させる工程であ
ることが好ましい。

【００１４】以下、本発明を以下の実施の形態により具
体的に説明する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の有機薄膜トランジスタの
構成は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体材料を
含む活性半導体層、ソース電極、ドレイン電極から成
り、その構成、材質、製造プロセスについて以下に説明
する。

【００１６】＜有機半導体材料＞本発明に係る活性半導
体層に用いる有機半導体材料としては、導電率が１０^-2
Ｓ／ｃｍ以上のものであれば、公知の有機半導体材料を
用いることができる。好ましくは、以下のπ共役系材料
である。例えば、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロー
ル）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置
換ピロール）などのポリピロール類、ポリチオフェン、
ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チ
オフェン）、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェ
ン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテ
ン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビ
ニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ
（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ
（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポ
リ（２，３−置換アニリン）などのポリアニリン類、ポ
リアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレ
ンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリ
アズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカル
バゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカ
ルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェ
ン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン
類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレ
ン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリ
ピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペン
タセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセ
ン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレ
ン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレ
ン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリア
セン類およびポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏな
どの原子、カルボニル基などの官能基に置換した化合物
（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘ
キサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバ
ゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスル
フィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号に
記載された多環縮合体などを用いることができる。

【００１７】また、これらのポリマーと同じ繰返し単位
を有するたとえばチオフェン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、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適
に用いることができる。さらに銅フタロシアニンや特開
平１１−２５１６０１号に記載のフッ素置換銅フタロシ
アニンなど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類、ナフタレン２，３，６，７
テトラカルボン酸ジイミドなど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などのアントラセンテトラカ
ルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイ
ミド類、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等フ
ラーレン類、ＳＷＮＴなど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などの色素など
があげられる。

【００１８】これらのπ共役系材料のうちでも、チオフ
ェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニ
レン、ｐ−フェニレン、これらの置換体またはこれらの
２種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数ｎが
４〜１０であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数ｎ
が２０以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環
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よりなる群から選ばれ
た少なくとも１種が好ましい。さらに好ましい有機半導
体材料はポリチオフェン類である。

【００１９】また、その他の有機半導体材料としては、
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、ＢＥＤＴＴ
ＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、などの有機
分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポ
リゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開２０００−６
０６９９に記載の有機・無機混成材料も用いることがで
きる。

【００２０】本発明においては、有機半導体層に、たと
えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、
シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有
する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレ
ンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体な
どのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、
たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸
基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材
料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラ
セン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン
類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導
体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電
子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、
いわゆるドーピング処理を施してもよい。

【００２１】本発明において、ドーピングとは電子授与
性分子（アクセクター）または電子供与性分子（ドナ
ー）をドーパントとして該薄膜に導入することを意味す
る。本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ド
ナーのいずれも使用可能である。

【００２２】アクセプターとしてＣｌ₂、Ｂｒ₂、Ｉ₂、
ＩＣｌ、ＩＣｌ₃、ＩＢｒ、ＩＦなどのハロゲン、Ｐ
Ｆ₅、ＡｓＦ₅、ＳｂＦ₅、ＢＦ₃、ＢＣ１₃、ＢＢｒ₃、Ｓ
Ｏ₃などのルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ₃、Ｈ₂Ｓ
Ｏ₄、ＨＣｌＯ₄、ＦＳＯ₃Ｈ、ＣｌＳＯ₃Ｈ、ＣＦ₃ＳＯ₃
Ｈなどのプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸などの有機
酸、ＦｅＣｌ₃、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣｌ₄、ＺｒＣｌ₄、
ＨｆＣｌ₄、ＮｂＦ₅、ＮｂＣｌ₅、ＴａＣｌ₅、ＭｏＣｌ
₅、ＷＦ₅、ＷＣｌ₆、ＵＦ₆、ＬｎＣｌ₃（Ｌｎ＝Ｌａ、
Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、などのランタノイドとＹ）などの遷
移金属化合物、Ｃｌ ^-、Ｂｒ^-、Ｉ^-、ＣｌＯ₄ ^-、Ｐ
Ｆ₆ ^-、ＡｓＦ₅ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＢＦ₄ ^-、スルホン酸アニオ
ンなどの電解質アニオンなどを挙げることができる。

【００２３】又、ドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒ
ｂ、Ｃｓなどのアルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどの
アルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂなどの
希土類金属、アンモニウムイオン、Ｒ₄Ｐ⁺、Ｒ₄Ａｓ⁺、
Ｒ₃Ｓ⁺、アセチルコリンなどをあげることができる。

【００２４】これらのドーパントのドーピングの方法と
して、予め有機半導体の薄膜を作製してドーパントを後
で導入する方法、有機半導体の薄膜作製時にドーパント
を導入する方法のいずれも使用可能である。前者の方法
のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気
相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを有機半
導体薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、
固体状態のドーパントを有機半導体薄膜に接触させてド
ーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングなどの方
法をあげることができる。又、液相ドーピングにおいて
は電解を施すことによってドーピングの効率を調整する
ことができる。後者の方法では、有機半導体化合物とド
ーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥
してもよい。真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合
物とともにドーパントを共蒸着することによりドーパン
トを導入することができる。またスパッタリング法で薄
膜を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二
元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドー
パントを導入させることができる。さらに他の方法とし
て、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学
的ドーピングおよび例えば刊行物（工業材料、３４巻、
第４号、５５頁、１９８６年）に示されたイオン注入法
等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。

【００２５】活性半導体層の作成方法としては、本発明
に係る有機半導体材料と絶縁体材料の微粒子を含む有機
溶剤からなる溶液を、スピンコート法、ブレードコート
法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート
法、ダイコート法等の公知の塗布技術を用いて作成する
ことができる。ドーパントは前記したように有機半導体
膜を形成してから導入しても良い。好ましくは、本発明
に係る有機半導体材料とドーパントと絶縁体材料の微粒
子を含む有機溶剤からなる溶液を塗布することである。
後記する図３のようにゲート絶縁層に活性半導体層を設
けるには、このような塗布方法好ましい。

【００２６】又、活性半導体層の作成方法としては、本
発明に係る有機半導体材料と絶縁体材料の微粒子を含む
有機溶剤からなる溶液を、インクジェット方式により飛
翔させて形成することもできる。この方式によれば、後
記する図１のようなソース電極Ｓとドレイン電極Ｄ間の
狭い溝状に効率よく活性半導体層を、エネルギーロスが
少なく形成することができる。

【００２７】このように、本発明の有機薄膜トランジス
タは、活性半導体層の主成分として有機材料を用いてい
るので、塗布や印刷などのウェットプロセスが可能とな
り、アモルファスシリコン等の無機半導体のように真空
系を必ずしも必要としないので、比較的安価な設備で有
機薄膜トランジスタを製造することができる。

【００２８】これら有機半導体からなる薄膜の膜厚とし
ては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性
は、有機半導体からなる活性層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１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好まし
い。

【００２９】又、本発明の有機薄膜トランジスタはノー
マリーＯＮ型であり、ゲート電界の印加により、ＯＦＦ
動作を示す。有機半導体材料はドーピングにより、導電
率１０^-2Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは１Ｓ／ｃｍ以上の導
電性を付与されるのが好ましい。又、導電率の上限は概
ね１０⁵Ｓ／ｃｍである。

【００３０】ドーパントは上記のものが使用できるが、
スルホン酸類などのアニオン種、特にスルホン酸基含有
ポリマー、例えばポリスチレンスルホン酸が好ましい。

【００３１】＜絶縁体材料の微粒子＞本発明に係る絶縁
体材料の微粒子は比誘電率が３以上であれば好ましく用
いることができる。比誘電率の上限は特に制限はない
が、概ね３０ぐらいである。又、平均粒径は１μｍ以下
であればよく、好ましくは１ｎｍ〜１μｍ、より好まし
くは１０〜１００ｎｍである。

【００３２】絶縁体材料としては無機酸化物が好まし
く、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、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、ペ
ントオキサイドタンタル、ジオキサイドチタン、トリオ
キサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち
好ましいのは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル、酸化チタンである。

【００３３】無機酸化物以外、例えば、ポリイミド、ポ
リアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコールなどポリ
マー微粒子も用いることができる。又、これらのポリマ
ー微粒子に無機酸化物を被覆した粒子も用いることがで
きる。

【００３４】本発明に係る絶縁体材料の微粒子の添加量
は、有機半導体材料１質量部に対して、０．０５〜１質
量部、好ましくは０．１〜０．６質量部である。

【００３５】＜電極＞ゲート電極、ソース電極、ドレイ
ン電極としては、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、銀ペーストおよ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
が、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウ
ム、ＩＴＯおよび炭素が好ましい。

【００３６】又、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な
ども好適に用いられる。ソース電極、ドレイン電極は、
上に挙げた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い。又、活性半導体層に含まれる
有機半導体層の導電率が１０^-2Ｓ／ｃｍ以上の場合、こ
れ自身を電極としてそのまま利用できる。

【００３７】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方法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
用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属
箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用い
てエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶
液あるいは分散液，導電性微粒子分散液を直接インクジ
ェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリ
ソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成して
もよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むイ
ンク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリ
ーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いる
ことができる。

【００３８】＜ゲート絶縁層＞種々の絶縁膜を用いるこ
とができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が
好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ
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，ペントオキサイドタンタル，ジオキサ
イドチタン，トリオキサイドイットリウムなどが挙げら
れる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、窒化ケ
イ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンで
ある。

【００３９】ゲート絶縁層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、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラ
ズマ法など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
ト法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなど
のパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙
げられ、材料に応じて使用できる。

【００４０】ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子
を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性
剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥す
る方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液
を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。
これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲ
ル法である。

【００４１】大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁
膜の形成方法については以下のように説明される。上記
大気圧下でのプラズマ製膜処理とは、大気圧または大気
圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起
し、基材上に薄膜を形成する処理を指し、その方法につ
いては特開平１１−１３３２０５号、特開２０００−１
８５３６２、特開平１１−６１４０６号、特開２０００
−１４７２０９、同２０００−１２１８０４等に記載さ
れている。

【００４２】又、比誘電率の高い有機化合物皮膜も用い
ることができる。有機化合物皮膜としては、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、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、およびシアノエチルプルラン等を用いることもで
きる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェット
プロセスが好ましい。

【００４３】さらには、無機酸化物皮膜と有機酸化物皮
膜を積層して併用することができる。各層の組成物の塗
布方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフ
コート、バーコート、ブレードコート、スクイズコー
ト、リバースロールコート、グラビアロールコート、カ
ーテンコート、スプレイコート、ダイコート等の公知の
塗布方法を用いてことが出来、連続塗布または薄膜塗布
が可能な塗布方法が好ましく用いられる。

【００４４】ゲート絶縁膜の膜厚としては、５０ｎｍ〜
３μｍ、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。

【００４５】＜支持体＞支持体はガラスやフレキシブル
な樹脂製シートで構成され、例えばプラスチックフィル
ムをシートとして用いることができる。前記プラスチッ
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。

【００４６】本発明においては、支持体としては、プラ
スチックフィルムのようなフレキシブルな基板が好まし
く、ガラス基板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。

【００４７】＜層構成＞図１〜図３は、それぞれ本発明
の有機薄膜トランジスタの実施形態である。図１〜図３
において、Ｓ、Ｄ、Ｇ、Ｃ、Ｉｎはそれぞれ、ソース電
極、ドレイン電極、ゲート電極、活性半導体層、ゲート
絶縁層を表す。各電極の作り方については前記したいず
れの方法であってもよい。図１及び図２における活性半
導体層は、前記したインクジェット方式が好ましく、図
３における活性半導体層は塗布方式が好ましい。

【００４８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが本発明はこれにより限定されない。

【００４９】実施例１ １５０μｍ厚のポリイミドフィルム上に、２００ÅのＡ
ｕ薄膜を蒸着しフォトリソグラフィ法によりそれぞれソ
ース電極とドレイン電極を形成した。活性半導体層の長
さは５μｍとした。有機半導体材料として、ポリ（３，
４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスル
ホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体）（Ｂａｙｔｒｏｎ
Ｐ，Ｂａｙｅｒ社）と、平均粒径１００ｎｍの酸化ケイ
素微粒子（有機半導体材料１質量部に対しシリカ微粒子
０．４質量部）の水分散液をピエゾ方式のインクジェッ
トを用いて、ソース電極とドレイン電極間に溶液を満た
した。溶媒である水を乾燥後、１００℃で５分間熱処理
し、２４時間真空中で放置した。このとき、ポリ（３−
ヘキシルチオフェン）膜の厚さは約５０ｎｍであった。

【００５０】アンモニアガス雰囲気下に室温で５時間暴
露した後、ソース電極、ドレイン電極、および有機半導
体被膜の上に、上述の大気圧プラズマ法により、厚さ３
００ｎｍの酸化ケイ素膜のゲート絶縁層を形成した。有
機半導体被膜に対し密着性が良好で、緻密な膜が得られ
た。次に、市販の銀ペーストを用いて幅１０μｍのゲー
ト電極を形成し、図１に示す有機薄膜トランジスタを得
た（本発明の試料１）。又、酸化ケイ素微粒子を除いた
以外は本発明の試料１と同様に有機薄膜トランジスタを
作成した（比較試料）。

【００５１】本発明の試料１と比較試料のトランジスタ
特性を大気圧中で測定した。評価のための測定回路を図
４に示す。リーク電流はソース電極、ドレイン電極間の
電圧が−３０Ｖの時の電流値を、ＯＮ／ＯＦＦ比はソー
ス電極、ドレイン電極間の電圧を−３０Ｖとし、ゲート
電圧を−３０Ｖおよび０Ｖとしたときの電流値の比を示
す。結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１から、本発明の試料は比較試料に比べ
て、スイッチングの応答速度が速く、リーク電流が少な
いことがわかる。

【００５４】実施例２ 実施例１の本発明の試料の酸化ケイ素微粒子を酸化チタ
ン微粒子に代えた以外は、実施例１の本発明の試料と全
く同様に、本発明の試料２を作製した。実施例１と同様
に評価したところ、ほぼ本発明の試料１と同様な結果が
得られた。

【００５５】

【発明の効果】リーク電流が少なく、かつ、スイッチン
グ速度の改良されたノーマリーＯＮ型の有機薄膜トラン
ジスタを提供することができた。又、より低コストの有
機薄膜トランジスタの製造方法を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機薄膜トランジスタの一実施形態で
ある。

【図２】本発明の有機薄膜トランジスタの別の実施形態
である。

【図３】本発明の有機薄膜トランジスタのさらに別の実
施形態である。

【図４】評価のための測定回路を表す図である。

【符号の説明】

Ｓ ソース電極 Ｄ ドレイン電極 Ｇ ゲート電極 Ｃ 活性半導体層 Ｉｎ ゲート絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ａ 51/00 29/28 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０１Ｚ Ｆターム(参考） 2C056 FB01 2H090 JB03 LA01 LA04 2H092 JA25 JA26 JA28 JA33 JA34 JA35 JA37 JA41 JB22 JB31 KA09 KA10 KA12 KA13 MA03 MA04 MA07 MA08 NA22 NA29 PA01 5F110 AA06 AA30 BB01 CC03 CC05 CC07 DD01 DD02 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE07 EE41 EE43 EE44 FF01 FF02 FF03 FF21 FF28 FF29 GG05 GG06 GG07 GG25 GG41 HK02 HK32

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体上にゲート電極、ゲート絶縁膜、
   ソース電極、ドレイン電極、及び少なくとも一種の有機
   半導体材料を含む活性半導体層を有する有機薄膜トラン
   ジスタにおいて、前記有機半導体材料の導電率が１０^-2
   Ｓ／ｃｍ以上であり、又、前記活性半導体層は絶縁体材
   料の微粒子を含有することを特徴とする有機薄膜トラン
   ジスタ。
2. 【請求項２】 前記絶縁体材料の微粒子が、比誘電率が
   ３以上であることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜
   トランジスタ。
3. 【請求項３】 前記微粒子の平均粒径が、１μｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜ト
   ランジスタ。
4. 【請求項４】 前記絶縁体材料が、無機酸化物であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機
   薄膜トランジスタ。
5. 【請求項５】 前記無機酸化物が、酸化ケイ素、酸化ア
   ルミニウム、酸化タンタル、又は酸化チタンであること
   を特徴とする請求項４記載の有機薄膜トランジスタ。
6. 【請求項６】 前記有機半導体材料が、ドーピングされ
   たπ共役系化合物であることを特徴とする請求項１乃至
   ５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
7. 【請求項７】 前記π共役系化合物が、ポリチオフェン
   類であることを特徴とする請求項６記載の有機薄膜トラ
   ンジスタ。
8. 【請求項８】 前記有機半導体材料が、導電率が１Ｓ／
   ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいず
   れかに記載の有機薄膜トランジスタ。
9. 【請求項９】 前記ゲート絶縁膜が、酸化ケイ素、窒化
   ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル又は酸化チタ
   ンから選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする
   請求項１乃至８のいずれかに記載の有機薄膜トランジス
   タ。
10. 【請求項１０】 フレキシブルな基板上にゲート電極、
    ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び少なく
    とも一種の有機半導体材料を含む活性半導体層を有する
    有機薄膜トランジスタの製造方法において、フレキシブ
    ルな基板を準備する工程、導電率が１Ｓ／ｃｍ以上の有
    機半導体材料、平均粒径が０．１μｍ以下で比誘電率が
    ３以上の無機酸化物及び溶媒を含む溶液を準備する工
    程、基板に溶液を供給する工程、及び有機半導体材料を
    含む活性半導体層を形成するため溶媒を蒸発させる工程
    を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方
    法。
11. 【請求項１１】 基板に溶液を供給する工程がインクジ
    ェット方式により溶液の液滴を飛翔させる工程であるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の有機薄膜トランジスタ
    の製造方法。