JP2004055649A - 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで製造可能であり、優れたスイッチングを有する有機薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】有機半導体層４、該有機半導体層に接するソース電極５、前記有機半導体層に接するドレイン電極６、ゲート電極２、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁膜３ならびにこれらを支持する支持体１を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層を無機酸化物の微粒子とポリマーで構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】有機半導体層４、該有機半導体層に接するソース電極５、前記有機半導体層に接するドレイン電極６、ゲート電極２、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁膜３ならびにこれらを支持する支持体１を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層を無機酸化物の微粒子とポリマーで構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機半導体層を活性層とする有機薄膜トランジスタが注目されており、特開平１０−１９０００１、特開２０００−３０７１７２、ＷＯ ０１／４７０４３、ＷＯ ００／７９６１７等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスにおける絶縁層を形成する方法としては、一般に、シリコン基板を熱酸化することにより酸化ケイ素膜を形成する方法やスパッタリング、ＣＶＤ等のように真空条件下におけるドライプロセスにより無機酸化物膜を形成する方法が知られている。
【０００４】
しかしながらこれらの方法は、生産効率が低く、生産設備に多大なコストを要するという問題がある。
【０００５】
ＷＯ ０１／４７０４３及びＷＯ ００／７９６１７には、ゲート絶縁層を樹脂の塗布膜で構成することが開示されている。樹脂膜は塗布法を用いて形成することができることから、高い生産効率で低コストに生産できるという利点を有する。しかしながら、樹脂膜は無機酸化物膜に比較して比誘電率が低いために、有機半導体層で形成されるチャネル部分に与える電界効果が低く、ゲート電圧が高くなり、結果としてスイッチング電流のＯＮ／ＯＦＦ比が低くなるという問題がある。
【０００６】
特開平１０−２７０７１２ではゾルゲル法で形成された無機酸化物からなるゲート絶縁層を有する有機薄膜トランジスタが開示されているが、このような有機薄膜トランジスタでは、絶縁層の絶縁耐性が低く、ゲートバイアスによるリーク電流が問題となる。
【０００７】
本発明は、塗布等の高い生産効率で製造することにより製造コストを大幅に引き下げることが可能であり、しかも、性能の優れた有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の本発明の目的は下記の発明により達成される。
【０００９】
１．有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層は、実質的に無機酸化物の微粒子及びポリマーからなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【００１０】
２．前記無機酸化物の微粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下であ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。
【００１１】
３．前記無機酸化物の微粒子は、無機酸化物のゾルからなり、その平均粒径は２０ｎｍ以下であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
４．前記無機酸化物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ又は酸化鉛からなることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１３】
５．前記有機半導体層を構成する有機半導体は、π共役系ポリマーからなる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。
【００１４】
６．前記支持体は、ポリマーからなることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１５】
７．有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
ポリマーを含有し、無機酸化物の微粒子が分散された液を塗布することにより前記ゲート絶縁層を形成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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの層構成の例を示すが、本発明はこれらの層構成に限られない。
【００１７】
図１において、１は支持体、２はゲート電極、３はゲート絶縁層、４は有機半導体層、５はソース電極、６はドレイン電極である。ソース電極５及びドレインり電極６は有機半導体層４に接触し、両電極間に有機半導体層４のチャネルが形成される。これらによって、ゲート絶縁層３により、ゲート電極２が有機半導体層４、ソース電極５及びドレイン電極６から絶縁された電界効果トランジスタが構成される。図１（ａ）はゲート電極２が最上層として形成されたトップゲート型有機薄膜トランジスタを示し、図１（ｂ）はゲート電極２が支持体１に接する最下層として形成されたボトムゲート型の有機薄膜トランジスタを示す。図１（ｃ）は、有機半導体層４がパターンとして形成されない有機薄膜トランジスタを示す。
【００１８】
支持体１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。このように、プラスチックフィルムを用いることで、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。
【００１９】
有機半導体層４を構成する有機半導体材料としては、π共役系材料が用いられる。たとえばポリピロール、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、ポリフェニレンスルフィド、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。
【００２０】
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。
【００２１】
さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ＢＥＤＴＴＴＦ−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２０００−２６０９９９に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセプター）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アクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。
【００２６】
このアクセプターとしてＣｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＩＣｌ、ＩＣｌ３、ＩＢｒ、ＩＦなどのハロゲン、ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣ１３、ＢＢｒ３、ＳＯ３などのルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、ＦＳＯ３Ｈ、ＣｌＳＯ３Ｈ、ＣＦ３ＳＯ３Ｈ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、ＭｏＣｌ５、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 −、ＰＦ６ −、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。
【００２７】
またドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、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、Ｓｍ、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。
【００２８】
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おき、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該薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを該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の方法をあげることができる。また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。たとえば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。
【００２９】
これら有機薄膜の作製法としては、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、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、ディップコート法、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、ディップコート法、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。
【００３０】
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。
【００３１】
ゲート電極２、ソース電極５及びドレイン電極６を形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、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。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なども好適に用いられる。ソース電極５及びドレイン電極６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の少ないものが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
ゲート絶縁層３は、実質的に無機酸化物の微粒子及びポリマーからなる。
無機酸化物としては、比誘電率が３以上の材料が好ましく、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、酸化鉛、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、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などが挙げられる。こ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、酸化スズ、酸化鉛である。
【００３４】
微粒子の粒径は、数平均粒径で１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、１〜２０ｎｍが特に好ましい。なお、以下の説明において、微粒子の平均粒径は数平均粒径である。
【００３５】
このような無機酸化物の微粒子についてはこれを、特開２０００−７３４０、特開２００１−１２２６２１、特開２００２−６０６５１、特開平５−２４８２３、特開平５−２４８２４、特開平５−８５７１８、特開平５−９７４２２、特開平６−１６４１４、特開平６−２４７４６、特開平６−３１６４０７、特開平７−１０５２２、特開平７−１１８００８、特開平７−１３３１０５、特開平７−２９１６２１、特開平８−２０８２２８、特開平８−２７７１１５、特開平９−７７５０３、特開平９−８０２０３、特開平９−２０８２１３、特開平１０−４５４０３、特開平１０−８７３２４、特開平１０−３１０４２９、特開平１１−２９２５２０、特開平１１−３２２３０７等に開示された方法により作製することができる。
【００３６】
ポリマーとしては、アクリル樹脂、アクリルスチレン樹脂、ノボラックやポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂とアクリロニトリル成分を含有する共重合体、シアノエチルプルラン等を用いることができる。
【００３７】
前記ポリマーに対する前記無機酸化物の添加量は、ポリマー１質量部に対して、０．５〜５質量部、好ましくは１〜３質量部である。
【００３８】
前記無機酸化物の微粒子と前記ポリマーとの混合物を、水系又は有機溶媒系の溶媒に溶解又は分散し、必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて調整した液を塗布、乾燥することにより、絶縁性被膜を構成する。塗布方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、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一般的な方法の他に、印刷やインクジェット等のパターン方法が挙げられる。
【００３９】
本発明においては、ゲート絶縁層３として、前記のようにして構成した絶縁性被膜を真空蒸着法、イオンプレーティング法、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で形成された無機酸化物被膜と併用することも可能であり、無機酸化物微粒子のポリマー分散層と無機酸化物層が積層された絶縁層を用いることができる。なお、ゲート絶縁層３は残留界面活性剤等の副成分をその特性を損なわない範囲で含有することができる。
【００４０】
ゲート絶縁層３は、５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍの膜厚を有する。
【００４１】
【実施例】
（１）実施例１
１００μｍ厚のポリイミドフィルム上にマスクを用いて、５０ｎｍのＡｕ薄膜を蒸着しそれぞれソース電極及びドレイン電極を形成した。チャネルの長さを２０μｍとした。更に、よく精製したポリ（３−ヘキシルチオフェン）のクロロホルム溶液をピエゾ方式のインクジェットを用いて飛着させ、ソース電極とドレイン電極間の前記チャネルを満たし、乾燥によりクロロホルムを除去した後に、１００℃で５分間熱処理し、２４時間真空中に放置して有機半導体層を形成した。形成された有機半導体層の厚さは５０ｎｍであった。更に、アンモニアガス雰囲気下に室温で５時間暴露した後に、下記の方法でゲート絶縁層を形成した。
【００４２】
よく精製したノボラック樹脂１質量部を溶解したプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液に対し、平均粒径３０ｎｍのシリカ粒子２．０質量部を含むＭＥＫ分散液を添加し、超音波分散した。この液を、前記のソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層上に塗布し、１２０℃で１０分間乾燥することにより、厚さ０．３μｍのゲート絶縁層を形成した。次に、市販のＡｇペーストを用いて幅３０μｍのゲート電極を形成し、図１（ａ）に示す有機薄膜トランジスタ素子を得た。
【００４３】
（２）比較例
シリカ粒子を添加せずに、厚さ０．３μｍのノボラック樹脂からなる絶縁膜でゲート絶縁層を形成した他は実施例１と同様な工程で有機薄膜トランジスタ素子を作製した。
【００４４】
（３）実施例２
平均粒径が１５ｎｍのプロピレングリコールモノメチルアセテート分散シリカゾルに、よく精製したポリビニルフェノールを、追加し溶解させた。ここで、シリカゾル３質量部に対してポリビニルフェノール１質量部とした。この分散液を塗布・乾燥し、厚さ０．３μｍのゲート絶縁層を形成する以外は実施例１と同様にして有機薄膜トランジスタを作成した。
【００４５】
実施例１、２及び比較例で作製した有機薄膜トランジスタ素子を図２に示す評価回路を用いて評価した。即ち、電源Ｅ１によりソース電極５とドレイン電極６間に流れる電流を、電源Ｅ２によるゲート電圧の印加時と非印加時について測定し、ＯＮ／ＯＦＦ比を得た。なお、印加時のゲート電圧を−３０Ｖとした。
【００４６】
得られたＯＮ／ＯＦＦは次のとおりであった。
実施例１・・・・・１０００
比較例・・・・・・３００
実施例２・・・・・１５００
これらの結果から明らかなように、本発明に係る有機薄膜トランジスタは高いＯＮ／ＯＦＦ比を示し、優れたスイッチング特性を有する。
【００４７】
【発明の効果】
請求項に記載の発明により、オール塗布の製造工程によって、低コストで有機薄膜トランジスタを製造することが可能になる。特に、原料をロールから供給し、塗布等の処理を経て製品又は半製品をロールに巻き取るロールツウロール（ＲＯＬＬ ｔｏ ＲＯＬＬ）方式で有機薄膜トランジスタを製造することが可能になり、低コストの製造方法が実現される。また、優れたスイッチング特性の有機薄膜トランジスタが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの層構成を示す図である。
【図２】有機薄膜トランジスタの評価回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁層
４ 有機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機半導体層を活性層とする有機薄膜トランジスタが注目されており、特開平１０−１９０００１、特開２０００−３０７１７２、ＷＯ ０１／４７０４３、ＷＯ ００／７９６１７等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスにおける絶縁層を形成する方法としては、一般に、シリコン基板を熱酸化することにより酸化ケイ素膜を形成する方法やスパッタリング、ＣＶＤ等のように真空条件下におけるドライプロセスにより無機酸化物膜を形成する方法が知られている。
【０００４】
しかしながらこれらの方法は、生産効率が低く、生産設備に多大なコストを要するという問題がある。
【０００５】
ＷＯ ０１／４７０４３及びＷＯ ００／７９６１７には、ゲート絶縁層を樹脂の塗布膜で構成することが開示されている。樹脂膜は塗布法を用いて形成することができることから、高い生産効率で低コストに生産できるという利点を有する。しかしながら、樹脂膜は無機酸化物膜に比較して比誘電率が低いために、有機半導体層で形成されるチャネル部分に与える電界効果が低く、ゲート電圧が高くなり、結果としてスイッチング電流のＯＮ／ＯＦＦ比が低くなるという問題がある。
【０００６】
特開平１０−２７０７１２ではゾルゲル法で形成された無機酸化物からなるゲート絶縁層を有する有機薄膜トランジスタが開示されているが、このような有機薄膜トランジスタでは、絶縁層の絶縁耐性が低く、ゲートバイアスによるリーク電流が問題となる。
【０００７】
本発明は、塗布等の高い生産効率で製造することにより製造コストを大幅に引き下げることが可能であり、しかも、性能の優れた有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の本発明の目的は下記の発明により達成される。
【０００９】
１．有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層は、実質的に無機酸化物の微粒子及びポリマーからなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【００１０】
２．前記無機酸化物の微粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下であ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。
【００１１】
３．前記無機酸化物の微粒子は、無機酸化物のゾルからなり、その平均粒径は２０ｎｍ以下であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
４．前記無機酸化物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ又は酸化鉛からなることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１３】
５．前記有機半導体層を構成する有機半導体は、π共役系ポリマーからなる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。
【００１４】
６．前記支持体は、ポリマーからなることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１５】
７．有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
ポリマーを含有し、無機酸化物の微粒子が分散された液を塗布することにより前記ゲート絶縁層を形成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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの層構成の例を示すが、本発明はこれらの層構成に限られない。
【００１７】
図１において、１は支持体、２はゲート電極、３はゲート絶縁層、４は有機半導体層、５はソース電極、６はドレイン電極である。ソース電極５及びドレインり電極６は有機半導体層４に接触し、両電極間に有機半導体層４のチャネルが形成される。これらによって、ゲート絶縁層３により、ゲート電極２が有機半導体層４、ソース電極５及びドレイン電極６から絶縁された電界効果トランジスタが構成される。図１（ａ）はゲート電極２が最上層として形成されたトップゲート型有機薄膜トランジスタを示し、図１（ｂ）はゲート電極２が支持体１に接する最下層として形成されたボトムゲート型の有機薄膜トランジスタを示す。図１（ｃ）は、有機半導体層４がパターンとして形成されない有機薄膜トランジスタを示す。
【００１８】
支持体１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。このように、プラスチックフィルムを用いることで、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。
【００１９】
有機半導体層４を構成する有機半導体材料としては、π共役系材料が用いられる。たとえばポリピロール、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、ポリフェニレンスルフィド、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。
【００２０】
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。
【００２１】
さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ＢＥＤＴＴＴＦ−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２０００−２６０９９９に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセプター）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アクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。
【００２６】
このアクセプターとしてＣｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＩＣｌ、ＩＣｌ３、ＩＢｒ、ＩＦなどのハロゲン、ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣ１３、ＢＢｒ３、ＳＯ３などのルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、ＦＳＯ３Ｈ、ＣｌＳＯ３Ｈ、ＣＦ３ＳＯ３Ｈ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、ＭｏＣｌ５、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 −、ＰＦ６ −、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。
【００２７】
またドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、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、Ｓｍ、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。
【００２８】
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おき、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該薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを該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の方法をあげることができる。また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。たとえば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。
【００２９】
これら有機薄膜の作製法としては、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、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、ディップコート法、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、ディップコート法、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。
【００３０】
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。
【００３１】
ゲート電極２、ソース電極５及びドレイン電極６を形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、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。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なども好適に用いられる。ソース電極５及びドレイン電極６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の少ないものが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
ゲート絶縁層３は、実質的に無機酸化物の微粒子及びポリマーからなる。
無機酸化物としては、比誘電率が３以上の材料が好ましく、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、酸化鉛、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、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などが挙げられる。こ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、酸化スズ、酸化鉛である。
【００３４】
微粒子の粒径は、数平均粒径で１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、１〜２０ｎｍが特に好ましい。なお、以下の説明において、微粒子の平均粒径は数平均粒径である。
【００３５】
このような無機酸化物の微粒子についてはこれを、特開２０００−７３４０、特開２００１−１２２６２１、特開２００２−６０６５１、特開平５−２４８２３、特開平５−２４８２４、特開平５−８５７１８、特開平５−９７４２２、特開平６−１６４１４、特開平６−２４７４６、特開平６−３１６４０７、特開平７−１０５２２、特開平７−１１８００８、特開平７−１３３１０５、特開平７−２９１６２１、特開平８−２０８２２８、特開平８−２７７１１５、特開平９−７７５０３、特開平９−８０２０３、特開平９−２０８２１３、特開平１０−４５４０３、特開平１０−８７３２４、特開平１０−３１０４２９、特開平１１−２９２５２０、特開平１１−３２２３０７等に開示された方法により作製することができる。
【００３６】
ポリマーとしては、アクリル樹脂、アクリルスチレン樹脂、ノボラックやポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂とアクリロニトリル成分を含有する共重合体、シアノエチルプルラン等を用いることができる。
【００３７】
前記ポリマーに対する前記無機酸化物の添加量は、ポリマー１質量部に対して、０．５〜５質量部、好ましくは１〜３質量部である。
【００３８】
前記無機酸化物の微粒子と前記ポリマーとの混合物を、水系又は有機溶媒系の溶媒に溶解又は分散し、必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて調整した液を塗布、乾燥することにより、絶縁性被膜を構成する。塗布方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、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一般的な方法の他に、印刷やインクジェット等のパターン方法が挙げられる。
【００３９】
本発明においては、ゲート絶縁層３として、前記のようにして構成した絶縁性被膜を真空蒸着法、イオンプレーティング法、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で形成された無機酸化物被膜と併用することも可能であり、無機酸化物微粒子のポリマー分散層と無機酸化物層が積層された絶縁層を用いることができる。なお、ゲート絶縁層３は残留界面活性剤等の副成分をその特性を損なわない範囲で含有することができる。
【００４０】
ゲート絶縁層３は、５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍの膜厚を有する。
【００４１】
【実施例】
（１）実施例１
１００μｍ厚のポリイミドフィルム上にマスクを用いて、５０ｎｍのＡｕ薄膜を蒸着しそれぞれソース電極及びドレイン電極を形成した。チャネルの長さを２０μｍとした。更に、よく精製したポリ（３−ヘキシルチオフェン）のクロロホルム溶液をピエゾ方式のインクジェットを用いて飛着させ、ソース電極とドレイン電極間の前記チャネルを満たし、乾燥によりクロロホルムを除去した後に、１００℃で５分間熱処理し、２４時間真空中に放置して有機半導体層を形成した。形成された有機半導体層の厚さは５０ｎｍであった。更に、アンモニアガス雰囲気下に室温で５時間暴露した後に、下記の方法でゲート絶縁層を形成した。
【００４２】
よく精製したノボラック樹脂１質量部を溶解したプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液に対し、平均粒径３０ｎｍのシリカ粒子２．０質量部を含むＭＥＫ分散液を添加し、超音波分散した。この液を、前記のソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層上に塗布し、１２０℃で１０分間乾燥することにより、厚さ０．３μｍのゲート絶縁層を形成した。次に、市販のＡｇペーストを用いて幅３０μｍのゲート電極を形成し、図１（ａ）に示す有機薄膜トランジスタ素子を得た。
【００４３】
（２）比較例
シリカ粒子を添加せずに、厚さ０．３μｍのノボラック樹脂からなる絶縁膜でゲート絶縁層を形成した他は実施例１と同様な工程で有機薄膜トランジスタ素子を作製した。
【００４４】
（３）実施例２
平均粒径が１５ｎｍのプロピレングリコールモノメチルアセテート分散シリカゾルに、よく精製したポリビニルフェノールを、追加し溶解させた。ここで、シリカゾル３質量部に対してポリビニルフェノール１質量部とした。この分散液を塗布・乾燥し、厚さ０．３μｍのゲート絶縁層を形成する以外は実施例１と同様にして有機薄膜トランジスタを作成した。
【００４５】
実施例１、２及び比較例で作製した有機薄膜トランジスタ素子を図２に示す評価回路を用いて評価した。即ち、電源Ｅ１によりソース電極５とドレイン電極６間に流れる電流を、電源Ｅ２によるゲート電圧の印加時と非印加時について測定し、ＯＮ／ＯＦＦ比を得た。なお、印加時のゲート電圧を−３０Ｖとした。
【００４６】
得られたＯＮ／ＯＦＦは次のとおりであった。
実施例１・・・・・１０００
比較例・・・・・・３００
実施例２・・・・・１５００
これらの結果から明らかなように、本発明に係る有機薄膜トランジスタは高いＯＮ／ＯＦＦ比を示し、優れたスイッチング特性を有する。
【００４７】
【発明の効果】
請求項に記載の発明により、オール塗布の製造工程によって、低コストで有機薄膜トランジスタを製造することが可能になる。特に、原料をロールから供給し、塗布等の処理を経て製品又は半製品をロールに巻き取るロールツウロール（ＲＯＬＬ ｔｏ ＲＯＬＬ）方式で有機薄膜トランジスタを製造することが可能になり、低コストの製造方法が実現される。また、優れたスイッチング特性の有機薄膜トランジスタが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの層構成を示す図である。
【図２】有機薄膜トランジスタの評価回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁層
４ 有機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
Claims (7)
- 有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層は、実質的に無機酸化物の微粒子及びポリマーからなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 前記無機酸化物の微粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記無機酸化物の微粒子は、無機酸化物のゾルからなり、その平均粒径は２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記無機酸化物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ又は酸化鉛からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体層を構成する有機半導体は、π共役系ポリマーからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記支持体は、ポリマーからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 有機半導体層、該有機半導体層に接するソース電極、前記有機半導体層に接するドレイン電極、ゲート電極、該ゲート電極と、前記有機半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを絶縁するゲート絶縁層並びにこれらを支持する支持体、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
ポリマーを含有し、無機酸化物の微粒子が分散された液を塗布することにより前記ゲート絶縁層を形成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。
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