JP2004146575A

JP2004146575A - Organic thin film transistor element

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Publication number: JP2004146575A
Application number: JP2002309483A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hirai; 平井　桂
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP4281325B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an organic TFT element in which the substantial patterning of organic semiconductor channels can be performed very conveniently and which is stabilized in performance. <P>SOLUTION: The organic thin film transistor element has an organic semiconductor layer formed through a step of heat-treating an organic semiconductor precursor by a photothermal conversion method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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素子に関し、詳しくは作製が容易で動作性に優れる有機薄膜トランジスタ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低温プロセス、大気圧下での印刷や塗布による製造、ローコスト化をメリットに掲げた有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子の研究開発が盛んに進められており、例えば、ＷＯ０１／４７０４３にはオールポリマー型有機ＴＦＴを、インクジェットや塗布による簡易プロセスで形成することが提案されている。
【０００３】
【非特許文献１】
Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９９，ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．６，ｐ４８０〜４８３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＴＦＴ技術における重要な要件に、有機半導体チャネルの高精度パターニングがある。即ち、ＴＦＴシートを製造する場合、同一のゲートバスライン上のＴＦＴに、各々ソースバスラインから独立した信号を入力するために、活性層はＴＦＴ素子ごとに独立するべく、パターニングが必要である。活性層のパターニングはプロセスの工程数を大幅に増すこととなり、したがってローコスト化の障害となる。
【０００５】
上記非特許文献１には有機半導体であるペンタセンの薄膜は蒸着等のドライプロセスでしか形成できないところ、その前駆体が溶媒に可溶であることを利用して、塗布により形成した該前駆体の膜を熱処理することにより、前駆体を分解しペンタセンの薄膜を形成する技術が提案されている。しかしながら、前駆体またはペンタセンのパターニングを行うにはフォトリソグラフなどの複雑な工程が必要であり、現像液やエッチング液などにより有機半導体に不純物が混合ないしは付着し、ＴＦＴの性能を劣化させる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非常に簡便で実質的な有機半導体チャネルのパターニングが可能で、性能が安定な有機ＴＦＴ素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、
１）　有機半導体前駆体の熱処理を光熱変換法により行う行程を経て有機半導体層が形成された有機薄膜トランジスタ素子、
２）　前記有機半導体がアセン系化合物である１）の有機薄膜トランジスタ素子、
３）　前記有機半導体がペンタセンである２）の有機薄膜トランジスタ素子、
４）　前記熱処理が光熱変換層への光照射によるものである１）、２）又は３）の有機薄膜トランジスタ素子、
５）　光照射がレーザ光で行われる４）の有機薄膜トランジスタ素子、
６）　光熱変換層がゲート絶縁層に含まれる４）又は５）の有機薄膜トランジスタ素子、
によって達成される。
【０００８】
即ち本発明者は、有機半導体チャネルの形成をその前駆体を塗布後熱処理して行うにあたり、チャネル形成部分に光照射して光熱変換により熱を発生させれば、精度のよいパターニングが可能と考え、本発明に至った。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１０】
本発明は、有機半導体そのものは溶媒に不溶な場合、該有機半導体の溶媒に可溶な前駆体を含む層をウェットプロセスで形成し、該層の熱処理を光熱変換層を形成して光熱変換法により行い、有機半導体層に変化させることを特徴とする。従って有機半導体材料としては、有機半導体そのものは溶媒に不溶であるが、熱処理でその構造に変化し得る、溶媒に可溶な前駆体を有するものならば特に制限なく用い得る。半導体性能からはアセン系化合物が好ましく、特に好ましくはペンタセンである。
【００１１】
ペンタセンの前駆体として好ましい化合物を以下に挙げる。
【００１２】
【化１】

【００１３】
有機薄膜トランジスタは、支持体上に有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。
【００１４】
それに対して、光熱変換層を導入する位置の例を図１に示す。
図１（ａ）は支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上に有機半導体チャネル２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設け、更にゲート絶縁層５を介してゲート電極６を設けたトップゲート型の例である。
【００１５】
図１（ｂ）は支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、ゲート絶縁層５を介して有機半導体チャネル２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例であり、このボトムゲート型において、光熱変換層７を最上層に形成する例が図１（ｃ）である。
【００１６】
図１（ｄ）は支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、更にゲート絶縁層５、有機半導体層（チャネル）２を形成し、その上にソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例である。
【００１７】
図１（ｅ）は支持体１上にゲート電極６を設け、その上にゲート絶縁層５、有機半導体層（チャネル）２を形成してソース電極３とドレイン電極４を設け、ソース電極３とドレイン電極４を覆う光熱変換層７を形成した例である。なお図１（ｆ）に示す様に、ソース電極３とドレイン電極４を保護層８で覆い、光熱変換層７を形成してもよい。
【００１８】
本発明おいて、ソース電極３、ドレイン電極４及びゲート電極６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。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。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。
【００１９】
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。
【００２０】
ゲート絶縁層５としては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、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，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、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００２１】
上記皮膜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。
【００２２】
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。
【００２３】
これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法である。
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で、その方法については特開平１１−６１４０６、同１１−１３３２０５、特開２０００−１２１８０４、同２０００−１４７２０９、同２０００−１８５３６２等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。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。
【００２４】
また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。
【００２５】
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。
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
【００２６】
また支持体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。
【００２７】
また図２（ｄ’）、（ｅ’）及び（ｆ’）に示す様に、図１（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）の構成において、配向膜９に隣接させて有機半導体層が形成されることも好ましい。配向膜９に隣接させることで、有機半導体前駆体の層の光熱変換による加熱処理で分子整合が促進され、有機半導体チャネルの移動度がより向上して好ましい。
【００２８】
配向膜としては、液晶ディスプレイなどに用いられる公知の技術、例えば特開平９−１９４７２５、同９−２５８２２９に記載される技術を用いることができる。配向膜の材料にはポリイミド、過フルオロポリマー、液晶ポリマー等が用いられ、膜形成後にラビング処理を行うことが好ましい。米国特許第５，４６８，５１９号等に記載された電磁場中で配向させる方法を利用してもよい。
【００２９】
好ましくは、光配向させた配向膜であり、特開平８−２８６１８０、同８−３１３９１０、同９−８０４４０等に記載された配向膜である。
【００３０】
配向膜の厚みは１ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜１００ｎｍである。
図３は他の好ましい例で、支持体１上にゲート電極６を設け、その上にゲート絶縁層５、光熱変換層７を形成してソース電極３とドレイン電極４を設け、ソース電極３とドレイン電極４を覆う有機半導体層（チャネル）２を形成した例である。こうすることで、光熱変換層７がゲート絶縁層の機能も担うことになる。
【００３１】
光熱変換層７に用いられる光熱変換剤としては、従来公知の近赤外光吸収剤を用いることができ、例えば、シアニン系、ポリメチン系、アズレニウム系、スクワリウム系、チオピリリウム系、ナフトキノン系、アントラキノン系色素等の有機化合物、フタロシアニン系、アゾ系、チオアミド系の有機金属錯体などが好適に用いられ、具体的には、特開昭６３−１３９１９１号、同６４−３３５４７号、特開平１−１６０６８３号、同１−２８０７５０号、同１−２９３３４２号、同２−２０７４号、同３−２６５９３号、同３−３０９９１号、同３−３４８９１号、同３−３６０９３号、同３−３６０９４号、同３−３６０９５号、同３−４２２８１号、同３−９７５８９号および同３−１０３４７６号に記載の化合物が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。又、カーボンブラック等も好ましいものの一つである。これらの光熱変換剤を樹脂溶液中に分散或いは溶解し、塗布、乾燥して、或いは、光熱変換剤を樹脂中に混練し延伸してフィルムとし、光熱変換層を得ることができる。
【００３２】
光熱変換層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ることができ、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。
【００３３】
光熱変換法に用いる光源としては高照度光が用いられ、光熱変換層での熱により有機半導体前駆体が有機半導体に変化する温度まで加熱することが可能であれば、特に制限はなく用いることができ、好ましくはレーザ光が用いられるが、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、マスクを介して行っても良い。レーザ光の場合は、ビーム状に絞り、目的に応じた走査露光を行うことが可能であり、さらに、露光面積を微小サイズに絞ることが容易なことから、好適に用いることができる。
【００３４】
なお、レーザ光による露光で、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める電磁波、特に波長が１ｎｍ〜１ｍｍの紫外線、可視光線、赤外線が好ましく、このようなレーザ光源としては、一般によく知られている、ルビーレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ等の固体レーザ；Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＣＯレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ｎ_２レーザ、エキシマーレーザ等の気体レーザ；ＩｎＧａＰレーザ、ＡｌＧａＡｓレーザ、ＧａＡｓＰレーザ、ＩｎＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓＰレーザ、ＣｄＳｎＰ_２レーザ、ＧａＳｂレーザ等の半導体レーザ；化学レーザ、色素レーザ等を挙げることができ、これらの中でも波長が７００〜１２００ｎｍの半導体レーザが好ましい。
【００３５】
レーザ１ビーム当たりの出力が２０〜２００ｍＷである赤外線レーザ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／ｃｍ^２、更に好ましくは１００〜２００ｍＪ／ｃｍ^２である。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
実施例１
厚さ２００μｍのポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）フィルム支持体１上に、フォトリソグラフ用の感光性レジストを塗設した後、リフトオフ法により幅２０μｍのゲートバスライン（電極）を形成した。なおゲート電極６はＡｌをスパッタリングで２０００Åの厚さに成膜した（図４（ａ））。
【００３８】
次いで、このＡｌ膜をリン酸水溶液を用いて陽極酸化処理し、１５００Åの酸化アルミニウム被膜を形成した後、大気圧プラズマ法により厚さ５００Åの酸化ケイ素膜をゲート絶縁層５として設け（図４（ｂ））、更にノボラック樹脂７０部、カーボンブラック３０部をプロピレングリコールモノメチルエーテル溶媒に分散した分散液を塗布して、厚さ２００ｎｍの光熱変換層７を設けた（図４（ｃ））。
【００３９】
光熱変換層７の上に、前記化合物Ａのジクロロメタン溶液を塗布して厚さ３０ｎｍの有機半導体前駆体膜２’を形成し（図４（ｄ））、５０ｍＷのレーザダイオードを用いて、８００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度で波長８３０ｎｍの赤外光を照射したところ、光熱変換層上の前駆体はペンタセンに変換され有機半導体層を形成した（図４（ｅ））。
【００４０】
マスクを介して厚さ２０００Åの金を蒸着し、ソース電極及びドレイン電極を形成した（図４（ｆ））。
【００４１】
以上により作製されたＴＦＴはｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の良好な静特性、及び動作性を示した。
【００４２】
実施例２
ノボラック樹脂９０部及び１０部の下記の色素１を溶解したメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶液１、ノボラック樹脂９０部及び１０部の下記の色素２を溶解したメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶液２をそれぞれ塗設して光熱変換層を形成した以外は実施例１と同様にして作製した２つのＴＦＴも、同様に良好に動作した。
【００４３】
【化２】

【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、有機半導体前駆体の熱処理を光熱変換法により行うので、有機半導体チャネルのパターニングが簡便で、性能が安定な有機ＴＦＴ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光熱変換層を導入する位置の例を示す図である。
【図２】配向膜に隣接させて有機半導体層が形成される例を示す図である。
【図３】他の好ましい層構成例を示す図である。
【図４】実施例のＴＦＴ作製プロセスを示すイメージ図である。
【符号の説明】
１　支持体
２　有機半導体層（チャネル）
３　ソース電極
４　ドレイン電極
５　ゲート絶縁層
６　ゲート電極
７　光熱変換層
８　保護層
９　配向膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic thin film transistor device, and more particularly, to an organic thin film transistor device that is easy to manufacture and has excellent operability.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of organic thin-film transistor (TFT) elements, which have advantages of low-temperature process, production by printing or coating under atmospheric pressure, and low cost, have been actively pursued. For example, WO01 / 47043 includes an all-polymer type. It has been proposed to form an organic TFT by a simple process using ink jet or coating.
[0003]
[Non-patent document 1]
Advanced Materials, 1999, vol. 11, No. 6, p480-483
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An important requirement in organic TFT technology is high precision patterning of organic semiconductor channels. That is, when manufacturing a TFT sheet, in order to input a signal independent from the source bus line to each TFT on the same gate bus line, the active layer needs to be patterned so as to be independent for each TFT element. The patterning of the active layer greatly increases the number of steps in the process, and thus hinders cost reduction.
[0005]
Non-Patent Document 1 discloses that a thin film of pentacene, which is an organic semiconductor, can be formed only by a dry process such as vapor deposition, and that the precursor is soluble in a solvent. A technique has been proposed in which a precursor is decomposed by forming a thin film of pentacene by heat-treating the film. However, patterning a precursor or pentacene requires a complicated process such as photolithography, and impurities may be mixed or adhered to the organic semiconductor by a developing solution or an etching solution, thereby deteriorating the performance of the TFT. is there.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic TFT element which is very simple, can substantially pattern an organic semiconductor channel, and has stable performance. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is
1) an organic thin film transistor element having an organic semiconductor layer formed through a step of performing a heat treatment of an organic semiconductor precursor by a photothermal conversion method;
2) The organic thin film transistor device according to 1), wherein the organic semiconductor is an acene-based compound,
3) The organic thin film transistor device according to 2), wherein the organic semiconductor is pentacene.
4) The organic thin film transistor element according to 1), 2) or 3), wherein the heat treatment is performed by irradiating the light-to-heat conversion layer with light.
5) The organic thin film transistor element according to 4), wherein the light irradiation is performed by a laser beam,
6) The organic thin film transistor element according to 4) or 5), wherein the photothermal conversion layer is included in the gate insulating layer;
Achieved by
[0008]
That is, the present inventor believes that in forming an organic semiconductor channel by applying a heat treatment after applying a precursor thereof, it is possible to perform accurate patterning by irradiating light to the channel forming portion and generating heat by photothermal conversion. This has led to the present invention.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
[0010]
The present invention provides a photothermal conversion method in which, when an organic semiconductor itself is insoluble in a solvent, a layer containing a precursor soluble in the solvent of the organic semiconductor is formed by a wet process, and heat treatment of the layer is performed by forming a photothermal conversion layer. And changing to an organic semiconductor layer. Therefore, as the organic semiconductor material, although the organic semiconductor itself is insoluble in a solvent, any material having a solvent-soluble precursor that can change its structure by heat treatment can be used without any particular limitation. Acene-based compounds are preferred from the viewpoint of semiconductor performance, and pentacene is particularly preferred.
[0011]
Preferred compounds as pentacene precursors are listed below.
[0012]
Embedded image

[0013]
An organic thin-film transistor has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel on a support, and a top-gate type having a gate electrode therethrough via a gate insulating layer, and a gate electrode on the support first. And a bottom gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel via a gate insulating layer.
[0014]
On the other hand, FIG. 1 shows an example of a position where the light-to-heat conversion layer is introduced.
FIG. 1A shows that a photothermal conversion layer 7 is formed on a support 1, a source electrode 3 and a drain electrode 4 connected by an organic semiconductor channel 2 are provided thereon, and a gate electrode is further provided via a gate insulating layer 5. 6 is an example of a top-gate type provided with 6.
[0015]
FIG. 1B shows a light-to-heat conversion layer 7 formed on a support 1, a gate electrode 6 provided thereon, and a source electrode 3 and a drain electrode 4 connected by an organic semiconductor channel 2 via a gate insulating layer 5. FIG. 1C shows an example in which the light-to-heat conversion layer 7 is formed as the uppermost layer in the bottom gate type.
[0016]
FIG. 1D shows a photothermal conversion layer 7 formed on a support 1, a gate electrode 6 provided thereon, a gate insulating layer 5, an organic semiconductor layer (channel) 2 formed thereon, and a source electrode formed thereon. This is an example of a bottom gate type provided with a drain electrode 3 and a drain electrode 4.
[0017]
FIG. 1E shows that a gate electrode 6 is provided on a support 1, a gate insulating layer 5 and an organic semiconductor layer (channel) 2 are formed thereon, and a source electrode 3 and a drain electrode 4 are provided. This is an example in which a photothermal conversion layer 7 covering the drain electrode 4 is formed. As shown in FIG. 1F, the light-to-heat conversion layer 7 may be formed by covering the source electrode 3 and the drain electrode 4 with a protective layer 8.
[0018]
In the present invention, the material forming the source electrode 3, the drain electrode 4, and the gate electrode 6 is not particularly limited as long as it is a conductive material, and platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, and antimony lead are used. , Tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony, indium / tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, Silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, mag A mixture of calcium / copper, a mixture of magnesium / silver, a mixture of magnesium / aluminum, a mixture of magnesium / indium, a mixture of aluminum / aluminum oxide, a mixture of lithium / aluminum and the like are used. In particular, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO and carbon are preferred. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity has been improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, or the like is also preferably used. Among them, those having low electric resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable.
[0019]
As a method of forming an electrode, a method of forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method on a conductive thin film formed by using a method such as evaporation or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method of etching using a resist by thermal transfer, ink jet or the like. Further, a solution or dispersion of a conductive polymer or a dispersion of conductive fine particles may be directly patterned by ink jet, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Further, a method of patterning an ink, a conductive paste, or the like containing a conductive polymer or conductive fine particles by a printing method such as letterpress, intaglio, lithographic, or screen printing can also be used.
[0020]
Various insulating films can be used as the gate insulating layer 5, but an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. As the inorganic oxide, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lanthanum lead titanate, strontium titanate, Examples include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Among them, preferred are silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide and titanium oxide. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
[0021]
Examples of the method for forming the film include a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a dry process such as a sputtering method and an atmospheric pressure plasma method, and a spray method. Wet processes such as a coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a coating method such as a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, and a patterning method such as printing or inkjet, Can be used depending on the material.
[0022]
The wet process is a method in which fine particles of an inorganic oxide are dispersed in an optional organic solvent or water using a dispersing aid such as a surfactant, if necessary, and a method of drying, or a method of drying an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method of applying and drying a solution of the alkoxide compound is used.
[0023]
Of these, the atmospheric pressure plasma method is preferable.
The method of forming an insulating film by plasma film formation under atmospheric pressure is a process of forming a thin film on a substrate by discharging under an atmospheric pressure or a pressure close to the atmospheric pressure, exciting a reactive gas by plasma, and forming a thin film on the substrate. The method is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP-A-2000-121804, JP-A-2000-147209, and JP-A-2000-185362 (hereinafter also referred to as atmospheric pressure plasma method). Thereby, a highly functional thin film can be formed with high productivity.
[0024]
As the organic compound film, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo-radical polymerization type, photo-cationic polymerization type photo-curable resin, or copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolak resin, And cyanoethyl pullulan can also be used.
[0025]
As the method for forming the organic compound film, the wet process is preferable.
The inorganic oxide film and the organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
[0026]
The support 1 is made of a sheet made of glass or a flexible resin. For example, a plastic film can be used as the sheet. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), polyether imide, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), Examples include a film made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. As described above, by using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, portability can be improved, and resistance to impact can be improved.
[0027]
In addition, as shown in FIGS. 2 (d ′), (e ′) and (f ′), in the configuration of FIGS. 1 (d), (e) and (f), the organic semiconductor layer is arranged adjacent to the alignment film 9. Also preferably formed. Adjacent to the alignment film 9 is preferable because molecular alignment is promoted by heat treatment of the organic semiconductor precursor layer by photothermal conversion, and the mobility of the organic semiconductor channel is further improved.
[0028]
As the alignment film, a known technique used for a liquid crystal display or the like, for example, a technique described in JP-A-9-194725 or 9-258229 can be used. Polyimide, a perfluoropolymer, a liquid crystal polymer, or the like is used as a material of the alignment film, and it is preferable to perform a rubbing treatment after forming the film. The method of orientation in an electromagnetic field described in U.S. Pat. No. 5,468,519 may be used.
[0029]
Preferably, the alignment film is photo-aligned, and is an alignment film described in JP-A-8-286180, JP-A-8-313910, JP-A-9-80440, or the like.
[0030]
The thickness of the alignment film is about 1 nm to 5 μm, preferably 5 to 100 nm.
FIG. 3 shows another preferred example, in which a gate electrode 6 is provided on a support 1, a gate insulating layer 5 and a photothermal conversion layer 7 are formed thereon, and a source electrode 3 and a drain electrode 4 are provided. This is an example in which an organic semiconductor layer (channel) 2 covering a drain electrode 4 is formed. By doing so, the photothermal conversion layer 7 also functions as a gate insulating layer.
[0031]
As the light-to-heat conversion agent used in the light-to-heat conversion layer 7, a conventionally known near-infrared light absorber can be used. Organic compounds such as dyes, phthalocyanine-based, azo-based, and thioamide-based organometallic complexes are suitably used, and specifically, JP-A-63-139191, JP-A-64-33547, and JP-A-1-160683. Nos. 1-280750, 1-293342, 2-2074, 3-26593, 3-30991, 3-34891, 3-36093, 3-36094, The compounds described in 3-36095, 3-42281, 3-97589 and 3-103476 can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Further, carbon black and the like are also preferable. The light-to-heat conversion layer can be obtained by dispersing or dissolving these light-to-heat conversion agents in a resin solution, coating and drying, or kneading and stretching the light-to-heat conversion agent in a resin to form a film.
[0032]
As a coating method of the light-to-heat conversion layer, a known coating method such as dipping, spin coating, knife coating, bar coating, blade coating, squeeze coating, reverse roll coating, gravure roll coating, curtain coating, spray coating, and die coating may be used. And a coating method capable of continuous coating or thin film coating is preferably used.
[0033]
High illuminance light is used as a light source used for the photothermal conversion method, and there is no particular limitation as long as the organic semiconductor precursor can be heated to a temperature at which the organic semiconductor precursor changes to an organic semiconductor by heat in the photothermal conversion layer. Although a laser beam is preferably used, flash exposure using a xenon lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, or the like may be performed through a mask. In the case of a laser beam, it can be suitably used because it can be squeezed into a beam and can perform scanning exposure according to the purpose, and further, it is easy to narrow the exposure area to a minute size.
[0034]
In order to obtain high resolution by exposure with a laser beam, an electromagnetic wave whose energy application area can be narrowed down, in particular, an ultraviolet ray having a wavelength of 1 nm to 1 mm, a visible ray, or an infrared ray is preferable. known, ruby laser, YAG laser, solid state laser glass laser,; the He-Ne laser, Ar ion laser, Kr ion laser, CO ₂ laser, CO laser, the He-Cd laser, _{N 2} laser, excimer laser, etc. gas laser; InGaP laser, AlGaAs laser, GaAsP laser, InGaAs laser, InAsP laser, CdSnP ₂ laser, a semiconductor laser such as GaSb laser; chemical laser, there may be mentioned a dye laser or the like, the wavelength among these 700~1200nm Are preferred.
[0035]
An infrared laser having an output per laser beam of 20 to 200 mW is most preferably used. The energy density is preferably 50 to 500 mJ / cm ^2, more preferably a 100~200mJ / cm ^2.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[0037]
Example 1
After a photosensitive resist for photolithography was applied on a polyethersulfone (PES) film support 1 having a thickness of 200 μm, a gate bus line (electrode) having a width of 20 μm was formed by a lift-off method. The gate electrode 6 was formed by sputtering Al to a thickness of 2000 ° (FIG. 4A).
[0038]
Next, this Al film is anodized using a phosphoric acid aqueous solution to form an aluminum oxide film having a thickness of 1500 °, and then a silicon oxide film having a thickness of 500 ° is provided as a gate insulating layer 5 by an atmospheric pressure plasma method (FIG. b)) Further, a dispersion obtained by dispersing 70 parts of novolak resin and 30 parts of carbon black in a propylene glycol monomethyl ether solvent was applied to form a photothermal conversion layer 7 having a thickness of 200 nm (FIG. 4C).
[0039]
A dichloromethane solution of the compound A was applied on the light-to-heat conversion layer 7 to form an organic semiconductor precursor film 2 'having a thickness of 30 nm (FIG. 4D), and 800 mJ / cm2 using a 50 mW laser diode. When irradiation with infrared light having a wavelength of 830 nm was performed at an energy density of cm ² , the precursor on the photothermal conversion layer was converted to pentacene to form an organic semiconductor layer (FIG. 4E).
[0040]
Gold was deposited to a thickness of 2000 ° through a mask to form a source electrode and a drain electrode (FIG. 4F).
[0041]
The TFT manufactured as described above exhibited good static characteristics and operability of a p-channel enhancement-type FET (field-effect transistor).
[0042]
Example 2
90 parts of novolak resin and 10 parts of methyl ethyl ketone (MEK) solution 1 in which the following dye 1 was dissolved, and 90 parts of novolak resin and methyl ethyl ketone (MEK) solution 2 in which 90 parts of the following dye 2 were dissolved and applied The two TFTs manufactured in the same manner as in Example 1 except that the conversion layer was formed also performed well.
[0043]
Embedded image

[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the heat treatment of the organic semiconductor precursor is performed by the photothermal conversion method, it is possible to provide an organic TFT element in which patterning of the organic semiconductor channel is simple and performance is stable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a position where a light-to-heat conversion layer is introduced.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which an organic semiconductor layer is formed adjacent to an alignment film.
FIG. 3 is a diagram showing another preferred layer configuration example.
FIG. 4 is an image diagram showing a TFT manufacturing process of an example.
[Explanation of symbols]
1 support 2 organic semiconductor layer (channel)
3 Source electrode 4 Drain electrode 5 Gate insulating layer 6 Gate electrode 7 Photothermal conversion layer 8 Protective layer 9 Alignment film

Claims

An organic thin-film transistor element, wherein an organic semiconductor layer is formed through a step of performing heat treatment of an organic semiconductor precursor by a photothermal conversion method.

The organic thin-film transistor element according to claim 1, wherein the organic semiconductor is an acene-based compound.

3. The organic thin film transistor device according to claim 2, wherein the organic semiconductor is pentacene.

4. The organic thin-film transistor element according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by irradiating the light-heat conversion layer with light.

The organic thin film transistor element according to claim 4, wherein the light irradiation is performed by laser light.

The organic thin film transistor device according to claim 4, wherein the photothermal conversion layer is included in the gate insulating layer.