JP2003309268A - 有機トランジスタ素子及びその製造方法 - Google Patents
有機トランジスタ素子及びその製造方法Info
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Abstract
かもパターン精度が高く、したがって性能の安定した、
キャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタを提供す
る。 【解決手段】 電極膜の切削により形成された間隙が有
機半導体膜で連結され、有機半導体からなるチャネルで
連結されたソース電極及びドレイン電極が構成された有
機トランジスタ素子。
Description
の安定した電界効果型有機トランジスタ素子を容易に製
造する方法に関する。
駆動素子として用いられる薄膜トランジスタ素子(TF
T素子)のスイッチング素子(トランジスタ素子)に用
いられるSi半導体材料ではソース部、ドレイン部にゲ
ート電極を組み合わせることによりチャネルを形成し、
ソース、ドレイン間の電流のON,OFFを制御する。
このTFT素子には主にa−Si(アモルファスシリコ
ン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体が用いら
れ、これらのSi半導体(必要に応じて金属膜も)を多
層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次
形成していくことでTFT素子が製造される。こうした
TFT素子の製造には通常、スパッタリング、その他の
真空系の製造プロセスが必要とされる。
ランジスタが提案されており、印刷やインクジェット法
により簡便な方法で作製できることが記載されている
(例えば特許文献1〜4参照)。
ット
ット
膜トランジスタの主要部である有機半導体チャネルの形
成には、依然フォトリソグラフ法を用いるため、プロセ
スは煩雑で、生産効率が低い。生産効率を上げると、パ
ターン精度が低く、トランジスタの性能にばらつきが生
じてしまう問題が有る。また、素子のキャリア移動度が
低いという問題があった。
であり、その目的は、簡便な方法で製作でき、生産効率
に優れ、しかもパターン精度が高く、したがって性能の
安定した、キャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタ
を提供することにある。
膜で連結され、有機半導体からなるチャネルで連結され
たソース電極及びドレイン電極が構成された有機トラン
ジスタ素子、 2) 電極膜が金属微粒子含有層である1)の有機トラ
ンジスタ素子、 3) 電極膜が導電性ポリマーからなる1)の有機トラ
ンジスタ素子、 4) 電極膜が金属微粒子含有層及び導電性ポリマー層
からなる1)の有機トランジスタ素子、 5) レーザー光の照射により切削がなされる1)〜
4)の何れかの有機トランジスタ素子、 6) 酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸
化タンタル、酸化チタンの何れかからなる絶縁層を有す
る1)〜5)の何れかの有機トランジスタ素子、 7) 前記有機半導体からなるチャネルがポリイミド、
ポリアミド、ポリエステル及びポリアクリレートの何れ
かからなる絶縁層に接して形成される1)〜6)の何れ
かの有機トランジスタ素子、 8) 有機半導体がπ共役系高分子化合物である1)〜
7)の何れかの有機トランジスタ素子、 9) 高分子支持体上に形成された1)〜8)の何れか
の有機トランジスタ素子、 10) 電極膜を切削し、それにより形成された間隙を
有機半導体膜で連結する工程を経る有機トランジスタ素
子の製造方法、 11) 支持体上に形成した電極膜を切削し、それによ
り形成された間隙を有機半導体膜で連結した後、絶縁層
を形成する工程を経る10)の有機トランジスタ素子の
製造方法、 12) 支持体上にゲート電極を形成して絶縁層で被覆
し、該絶縁層上に形成した電極膜を切削し、それにより
形成された間隙を有機半導体膜で連結する工程を経る1
0)の有機トランジスタ素子の製造方法、 13) 電極膜が金属微粒子含有層及び/又は導電性ポ
リマー層からなる10)〜12)の何れかの有機トラン
ジスタ素子の製造方法、 14) レーザー光の照射により切削がなされる10)
〜13)の何れかの有機トランジスタ素子の製造方法、
によって達成される。
し、それにより形成された間隙を有機半導体膜で連結す
れば、有機半導体チャネルを簡便に作製することができ
ると考え、本発明に至った。
に本発明の有機トランジスタ素子の構成をモデル的に示
す。図において、本発明の有機トランジスタ素子1は、
ソース電極2とドレイン電極3を連結する有機半導体か
らなるチャネル4が、ゲート電極5と絶縁層6を介して
支持体7上に形成されている。
するチャネル4に用いる有機半導体材料としては、π共
役系材料が用いられ、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
能基に置換した誘導体(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に記載された多環縮合体などを用い
ることができる。
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。
51601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(1
H,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、C
60、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。
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。
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2000−2
60999に記載の有機・無機混成材料も用いることが
できる。
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。
セプター)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。従って,ド
ーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合
物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いる
ドーパントとしては公知のものを採用することができ
る。
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、プラズマ重
合法、電解重合法、化学重合法、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
ト法およびLB法等が挙げられ、材料に応じて使用でき
る。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液
を用いて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート
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、ダイコート法等が好まれる。
誌 1999年 第6号、p480〜483に記載の様
に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗
布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有
機材料の薄膜を形成しても良い。
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。
電極5を形成する材料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。
ース電極2及びドレイン電極3は、導電性材料を含む、
溶液、ペースト、インク、金属薄膜前駆体材料、液状分
散物などを用いて作成されることが好ましい。導電性材
料としては、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に
用いることができる。また、溶媒や分散媒体としては、
有機半導体へのダメージを抑制するため、水を60%以
上、好ましくは90%以上含有する溶媒または分散媒体
であることが好ましい。
とえば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好
ましくは、粒子径が1〜50nm、好ましくは1〜10
nmの金属微粒子を含有する分散物である。
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、亜鉛等を用いることができ
る。
材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤
である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成す
るのが好ましい。
として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合
成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法など
の、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する
化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平11
−76800号、同11−80647号、同11−31
9538号、特開2000−239853等に示された
コロイド法、特開2001−254185、同2001
−53028、同2001−35255、同2000−
124157、同2000−123634などに記載さ
れたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物
である。これらの金属微粒子分散物を用いて電極を成形
し、溶媒を乾燥させた後、必要に応じて100〜300
℃、好ましくは150〜200℃の範囲で形状様に加熱
することにより、金属微粒子を熱融着させ、目的の形状
を有する電極パターンを形成するものである。
しては、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電
性ポリマーを用いることも好ましく、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。これによりソ
ース電極とドレイン電極とのショットキー障壁を低減す
ることができる。
ができるが、特に無機酸化物被膜が好ましい。とりわけ
SiO2、SiN、Al2O3、Ta2O5、TiO2が好ま
しい。他の好ましい絶縁膜として、ポリイミド、ポリア
ミド、ポリエステル、ポリアクリレートの何れかからな
る層が挙げられる。SiO2、SiN、Al2O3、Ta2
O5及びTiO2等の無機酸化物又は無機窒化物が有機半
導体チャネルのキャリア密度を増大させる点で、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリエステル及びポリアクリレート
がラビング処理等の配向処理を施した後に該チャネルに
隣接させることによるキャリアの電界効果移動度の増大
という点で好ましく、併用することがより好ましい。そ
の他光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹
脂、或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等を用いることも
できる。例えばSiO2、SiN、Al2O3、Ta
2O5、TiO2等の無機酸化物又は無機窒化物によって
絶縁層を形成する場合は大気圧下でのプラズマ処理によ
る膜形成が有効である。
しては特にSiO2、SiN、Al2O3、Ta2O5、T
iO2を用い、該ゲート絶縁膜が有機半導体層を介して
接する層としてポリイミド、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリアクリレートの何れかからなり、配向処理を施
した後有機半導体膜が設けられた層を設けることが好ま
しい。
圧下又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11−61406、同11−1
33205、特開2000−121804、同2000
−147209、同2000−185362等に記載さ
れている。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く
形成することができる。
TiO2等による絶縁層6を形成する場合、金属アルコ
キシド及びその加水分解物から選ばれる少なくとも一
つ、及び有機溶媒を含有する組成物を浸漬塗布等で塗布
し、活性エネルギー線、例えば熱線あるいは紫外線など
のエネルギーをかけて、硬化させることができ、例え
ば、特開2000−327310や特開2000−34
4504を参考にすることができる。
ポリアクリレートの何れかからなる層は、フィルム化し
た膜を用いても良いし、溶媒に溶解或いは分散した塗布
液を用いて塗布しても良い。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、スプレー
コート、ダイコート等の公知の塗布方法を採用でき、連
続塗布又は薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いら
れる。またインクジェットやスクリーン印刷などにより
パターニングしても良い。
好ましい。支持体7としては高分子フィルムを用いるこ
とが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート(P
ET)、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、ポリカーボネート(P
C)、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。
ルホスフェートやジブチルフタレート等の可塑剤を添加
してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系
等の公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。また、テト
ラエトキシシラン等の無機高分子の原料を添加し、化学
触媒や熱、光等のエネルギーを付与することにより高分
子量化する、いわゆる有機−無機ポリマーハイブリッド
法を適用して作製した樹脂を原料として用いることもで
きる。
れた間隙を有機半導体膜で連結して、有機半導体からな
るチャネルで連結されたソース電極及びドレイン電極を
構成することを特徴とする。
ブレーション法、ダイシングソーやダイアモンドブレー
ド、ダイアモンドニードルによる加工等が挙げられる。
ーザー、ガラスレーザー、YAGレーザー、GaAlA
sやInGaAsP等の半導体レーザー、ArF,Kr
F,XeCl,XeF等のエキシマレーザー、炭酸ガス
レーザー、Arイオンレーザー等が挙げられ、これらの
うちエキシマレーザー、例えばKrFエキシマレーザー
や、半導体レーザーが好ましい。
ョン法は、常温常圧で、短時間にミクロンオーダーの精
度の、熱歪みやバリの無い穴や溝を形成できる。またマ
スクを通してエキシマレーザー光を被加工物(ワーク)
に照射すれば、マスクパターンを転写して任意の形状の
穴や溝を形成できる。エキシマレーザーはパルスとして
発振され、材料を1パルスで約0.01〜0.5μm除
去できるので、パルス数で除去する深さを正確に制御で
きる。
方法として、半導体レーザー等を用いた可視から赤外域
の高密度エネルギー光の照射によるアブレーションが挙
げられる。
により切削が可能になる。なお電極膜を構成する金属微
粒子含有層はそれ自身がアブレーション層として機能す
ることができるが、絶縁性アブレーション層と併用して
も良い。ソース電極またはドレイン電極の抵抗率を下
げ、かつ有機半導体層と電極の接触抵抗を軽減できるた
め、下記の中ではの構成が最も好ましい。
支持体 金属微粒子含有層(同上)/絶縁性アブレーション
層/支持体 導電性ポリマー層(電極膜)/絶縁性アブレーショ
ン層/支持体 導電性ポリマー層(電極膜)/金属微粒子含有層(ア
ブレーション層)/支持体 ここでいうアブレーション層とは、高密度エネルギー光
の照射によりアブレートする層を指し、ここで言うアブ
レートとは、物理的或いは化学的変化によりアブレーシ
ョン層が完全に飛散する、一部が破壊される或いは飛散
する、隣接する層との界面近傍のみに物理的或いは化学
的変化が起こるという現象を含む。このアブレートを利
用して電極膜を切削する。
剤、バインダー樹脂および必要に応じて添加される各種
添加剤から構成することができる。
ー光を吸収する各種の有機および無機材料が使用可能で
あり、たとえばレーザー光源を赤外線レーザーとした場
合、赤外線を吸収する顔料、色素、金属、金属酸化物、
金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、グラファイ
ト、カーボンブラック、チタンブラックや、Al,F
e,Ni,Co等を主成分とするメタル磁性粉末等の強
磁性金属粉末などを用いることができ、中でも、カーボ
ンブラック、シアニン系などの色素、Fe系強磁性金属
粉末が好ましい。エネルギー光吸収剤の含有量は、アブ
レーション層形成成分の30〜95質量%程度、好まし
くは40〜80質量%である。
記色材微粒子を十分に保持できるものであれば、特に制
限無く用いることができ、ポリウレタン系樹脂、ポリエ
ステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアセター
ル系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、フェノ
キシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂、フェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
バインダー樹脂の含有量は、アブレーション層形成成分
5〜70質量%程度、好ましくは20〜60質量%であ
る。
させる活性光であれば特に制限はなく用いることができ
る。露光方法としては、キセノンランプ、ハロゲンラン
プ、水銀ランプなどによるフラッシュ露光を、フォトマ
スクを介して行ってもよいし、レーザー光等を収束させ
走査露光を行っても良い。レーザー1ビーム当たりの出
力は20〜200mWである赤外線レーザー、特に半導
体レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度
としては、好ましくは50〜500mJ/cm2、更に
好ましくは100〜300mJ/cm2である。
をアブレーションにより切削する方法を示す。図2
(a)に示す、支持体7上に均一に形成された金属微粒
子含有層2(3)に対し、図2(b)の如く支持体側か
らのレーザ露光によりアブレーションを行い、露光部分
の分解物を吸引装置10により吸引し、その後全体を加
熱することにより金属微粒子を熱融着して、ソース電極
2及びドレイン電極3を得るものである。なお図2
(c)の様に金属微粒子含有層2側からの露光によるア
ブレーションとしても良い。
間に、接着性調整のためのプライマー層を設けても良
く、金属微粒子含有層上にこれを保護する保護層を設け
ても良い。金属微粒子含有層の厚さは0.01〜1μm
程度、好ましくは0.1〜0.5μmである。
をアブレーションにより切削する方法を示す。図3
(a)に示す、支持体7と導電性ポリマー層2(3)の
間に形成されたアブレーション層(金属微粒子含有層)
20に対し、図3(b)の如く支持体側からのレーザ露
光によりアブレーションを行って、支持体から分離した
露光部分のアブレーション層3を導電性ポリマー層20
ごと吸引装置10により吸引し、ソース電極2及びドレ
イン電極3を得るものである。なお導電性ポリマー層2
0側からの露光によるアブレーションとしても良い。
よる切削を行うことで、ソース電極とドレイン電極の間
隙距離の精度、つまりトランジスタのチャネル長は、レ
ーザー露光工程の精度に依存し、より簡便でかつ高精度
のパターニングが可能と成る。
子の製造プロセスを示す概念図である。
成する。電極膜は蒸着、スパッタリングによる金属薄膜
をマスクやフォトリソグラフ法によりパターニングして
もよいし、電極材料の分散物のペーストのパターニング
による形成でもよく、金属箔などを貼り付けて形成して
もよい。
ーやダイシングソーを用いて切削し、3)フォトリソグ
ラフィー法、インクジェット法などで有機半導体膜(チ
ャネル4)を形成し、4)前述の方法で絶縁層6を形成
し、5)絶縁層6の上に電極膜の形成と同様な方法でゲ
ート電極5を形成してトランジスタ素子1とする。
子の製造プロセスを示す概念図であり、支持体7上に
ゲート電極5を形成し、絶縁層6でゲート電極5を被
覆し、絶縁層6上に電極膜2(3)を形成し、電極
膜を切削し、有機半導体膜(チャネル4)を形成して
トランジスタ素子1とする。
発明はこれに限定されない。
iO2)を形成した後、その上にクロムを5nm、金を
100nm、順次蒸着して成膜した。この電極膜をエキ
シマレーザー(波長248nmのKrFレーザー、エネ
ルギー密度2.0J/cm2)で走査することで長さ5
μm、巾2mmのチャネル用溝を形成してソース電極と
ドレイン電極に分割した。ゲート部分のSiO2膜を観
察すると表面から約5nm除去されていた。
チオフェン)のクロロホルム溶液をスピンコートして有
機半導体層を形成し、乾燥してクロロホルムを除去し、
100℃で5分間熱処理して、24時間真空中で放置し
た。得られたポリ(3−ヘキシルチオフェン)膜の厚さ
は約50nmであった。
間暴露した後、図6に示す配線を付設し、トランジスタ
特性の評価を行ったところ、pチャネルのエンハンスメ
ント型FETとして良好に駆動した。飽和領域における
キャリア移動度は0.025cm2/Vsであった。
性ポリマー(バイエル社製Baytron P・・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、水分散物1質量%)をピエゾ方式のインク
ジェットで吐出し、幅約2mmの塗布膜を形成し、10
0℃で15分熱処理をして200nmの膜厚の電極とし
た。この電極を幅方向にエキシマレーザーで切削したと
ころ、導電性ポリマー膜が除去されると同時にポリイミ
ドの表面も深さ方向に約10nm削られ、幅約2mm、
長さ10μmのチャネル用溝が形成された。
クシチオフェンのクロロホルム溶液を、同様のインクジ
ェット法によりチャネル溝部分と、ソース電極、ドレイ
ン電極上にに吐出し乾燥させ、窒素ガス雰囲気中にて1
50℃で20分熱処理して、膜厚50nmの有機半導体
膜とした。
覆う様に、大気圧プラズマ法で厚さ200nmの酸化ケ
イ素被膜を形成し、その上に上記導電性ポリマーをイン
クジェット法で付着させて180℃10分の熱処理を行
うことでゲート電極を形成して図1(b)の構成のトラ
ンジスタ素子2を作製した。
好に動作し、移動度は0.022cm2/Vsであっ
た。
コロイド分散液を実施例2と同様にインクジェット法で
吐出、乾燥させて電極膜を形成した。電極膜の幅手方向
にダイアモンド針で擦ることにより切削して、電極膜を
分断した。次いで200℃で30分熱処理し、電極膜中
の金コロイドを融着させてソース電極とドレイン電極、
及び長さ20μm、巾2mmのチャネル用溝を形成さ
せ、以下は実施例2と同様にしてトランジスタ素子3を
作製した。
好に動作し、移動度は0.020cm2/Vsであっ
た。
フィルム上に、実施例3と同じ金コロイド分散液をピエ
ゾ方式のインクジェットで吐出し、幅約2mmの塗布膜
を形成し、100℃で15分熱処理をして200nmの
膜厚の電極とした。この電極を幅方向に、発振波長83
0nm、出力100mWの半導体レーザーで400mJ
/cm2の条件で切削したところ、露光部の金コロイド
分散物層が除去された。
イドを融着させてソース電極とドレイン電極、及び長さ
10μm、巾2mmの溝を形成した。以上の工程を5回
繰り返したが溝の形状は一定であった。
ン)のregioregular体のクロロホルム溶液
を、同様のインクジェット法によりチャネル溝部分とソ
ース電極、ドレイン電極上に吐出し乾燥させ、窒素ガス
雰囲気中にて150℃で20分熱処理して、膜厚50n
mの有機半導体膜とした。
覆う様に、大気圧プラズマ法で厚さ200nmの酸化ケ
イ素被膜を形成し、その上に上記導電性ポリマーをイン
クジェット法で付着させて90℃10分の熱処理を行う
ことでゲート電極を形成してトランジスタ素子4を作製
した。
好に動作し、移動度は0.035cm2/Vsであっ
た。
を作成した。
金薄膜を形成し、市販のポジ型フォトレジストをスピン
コートした後、マスクを介して露光し、アルカリ現像
し、水洗することで、レジストをパターニングした。さ
らに王水でチャネル部分の金を除去した後、メチルエチ
ルケトンを用いてレジストを除去し、水洗を3回繰り返
して、ソース電極、ドレイン電極を形成した。以上の工
程を5回試みたが、チャネル長は各々、12、9、8、
11、10μmとばらついた。
7cm2/Vsであった。 実施例5 表面がラビング処理された厚さ100μmのPEN(ポ
リエチレンナフタレート)フィルム上に、前述の金コロ
イド分散液をピエゾ方式のインクジェットで吐出し、幅
約2mmの塗布膜を形成し、100℃で15分熱処理を
して200nmの膜厚の電極とした。さらにこの電極膜
上に市販の導電性ポリマー(バイエル社製Baytro
n P・・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、水分散物1質量%)を同様
のインクジェットで吐出し100℃で15分熱処理をし
て50nmの膜厚の電極膜を形成した。この電極を幅方
向に、発振波長830nm、出力100mWの半導体レ
ーザーで400mJ/cm 2の条件で切削したところ、
露光部の金コロイド分散物層、および導電性ポリマー層
が除去された。
イドを融着させてソース電極とドレイン電極、及び長さ
10μm、巾2mmの溝を形成した。
ころ、実施例4のトランジスタ素子と同様に、良好に動
作し、移動度は0.038cm2/Vsであった。
ば、電極膜の切削により形成された間隙が有機半導体膜
で連結され、有機半導体からなるチャネルで連結された
ソース電極及びドレイン電極が構成されるので、簡便な
方法で製作でき、生産効率に優れ、しかもパターン精度
が高く、したがって性能が安定で、キャリア移動度が高
い。
的に示す図である。
ョンにより切削する方法を示す図である。
ョンにより切削する方法を示す図である。
ロセスを示す概念図である。
ロセスを示す概念図である。
を示す概念図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 電極膜の切削により形成された間隙が有
機半導体膜で連結され、有機半導体からなるチャネルで
連結されたソース電極及びドレイン電極が構成されたこ
とを特徴とする有機トランジスタ素子。 - 【請求項2】 電極膜が金属微粒子含有層であることを
特徴とする請求項1に記載の有機トランジスタ素子。 - 【請求項3】 電極膜が導電性ポリマーからなることを
特徴とする請求項1に記載の有機トランジスタ素子。 - 【請求項4】 電極膜が金属微粒子含有層及び導電性ポ
リマー層からなることを特徴とする請求項1に記載の有
機トランジスタ素子。 - 【請求項5】 レーザー光の照射により切削がなされる
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の
有機トランジスタ素子。 - 【請求項6】 酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル、酸化チタンの何れかからなる絶縁
層を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1
項に記載の有機トランジスタ素子。 - 【請求項7】 前記有機半導体からなるチャネルがポリ
イミド、ポリアミド、ポリエステル及びポリアクリレー
トの何れかからなる絶縁層に接して形成されることを特
徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の有機トラ
ンジスタ素子。 - 【請求項8】 有機半導体がπ共役系高分子化合物であ
ることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載
の有機トランジスタ素子。 - 【請求項9】 高分子支持体上に形成されたことを特徴
とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の有機トラン
ジスタ素子。 - 【請求項10】 電極膜を切削し、それにより形成され
た間隙を有機半導体膜で連結する工程を経ることを特徴
とする有機トランジスタ素子の製造方法。 - 【請求項11】 支持体上に形成した電極膜を切削し、
それにより形成された間隙を有機半導体膜で連結した
後、絶縁層を形成する工程を経ることを特徴とする請求
項10に記載の有機トランジスタ素子の製造方法。 - 【請求項12】 支持体上にゲート電極を形成して絶縁
層で被覆し、該絶縁層上に形成した電極膜を切削し、そ
れにより形成された間隙を有機半導体膜で連結する工程
を経ることを特徴とする請求項10に記載の有機トラン
ジスタ素子の製造方法。 - 【請求項13】 電極膜が金属微粒子含有層及び/又は
導電性ポリマー層からなることを特徴とする請求項10
乃至12の何れか1項に記載の有機トランジスタ素子の
製造方法。 - 【請求項14】 レーザー光の照射により切削がなされ
ることを特徴とする請求項10乃至13の何れか1項に
記載の有機トランジスタ素子の製造方法。
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