JP2004281477A

JP2004281477A - 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法

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Publication number: JP2004281477A
Application number: JP2003067404A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hirai; 桂平井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】簡易な製造方法により、容易に有機薄膜トランジスタを提供することができ、更には製造工程におけるキャリア移動度の低下を抑えた有機薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェット法によりチャネル長を規定する皮膜を形成した後、前記皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極、およびドレイン電極の形成を行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【選択図】なし

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の製造方法、該製造方法により製造した有機薄膜トランジスタに関する。
【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（ＦＰＤ）に対するニーズが高まっている。またさらに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ＦＰＤ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。またこうした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、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも言う）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
【０００４】
ここでＴＦＴは、通常、ガラス基板上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このＴＦＴを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ（化学蒸着）、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。
【０００５】
近年、従来のＴＦＴのデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴの研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。この有機ＴＦＴは低温プロセスで製造可能であるため、軽くて、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている（非特許文献２参照）。もし、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できることになれば、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できることとなる。
【０００６】
その一つの方法として、ソース電極、ドレイン電極にポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）（以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと略す。）の錯体導電性ポリマーの水分散液を使用することによるトップゲート型の有機ＴＦＴ技術が開示されている（特許文献２参照）。この方法によれば、インクジェットなどのウェットプロセスで電極形成が可能であるが、チャネル領域にフォトリソグラフで形成したポリイミド皮膜を用いており、製造プロセスとしては、精度が高く、バラツキの少ないチャネル領域の形成が可能であるが、煩雑な工程が必要となり製造コストも高いものであった。また、ＴＦＴとしてのキャリア移動度が低いという問題もあることがわかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１９０００１号公報
【０００８】
【特許文献２】
ＷＯ０１／４７０４３号公報
【０００９】
【非特許文献１】
ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー）
【００１０】
【非特許文献２】
ＳＩＤ‘０２Ｄｉｇｅｓｔｐ５７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、係る課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、大規模で高精度な製造工程が不要で、簡易な製造方法により、容易に有機ＴＦＴを提供することができ、更には製造工程におけるキャリア移動度の低下を抑えた有機ＴＦＴの製造方法、該製造方法により製造された有機ＴＦＴを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
【００１３】
（１）インクジェット法によりチャネル長を規定する皮膜を形成した後、前記皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極、およびドレイン電極の形成を行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１４】
（２）ゲート電極、絶縁膜、有機半導体層をこの順に形成した後、有機半導体層上に、インクジェット法によりチャネル長を規定する皮膜を形成し、前記皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極、およびドレイン電極を形成することを特徴とする（１）に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１５】
（３）前記皮膜形成に用いるインクジェットの吐出液の溶媒又は分散媒が水を５０％以上含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１６】
（４）前記皮膜が親水性ポリマーを主成分とすることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１７】
（５）インクジェット法により、チャネル長を規定する皮膜を形成した後、前記皮膜の上に第２の皮膜を設け、次に第２の皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極およびドレイン電極の形成を行うことを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１８】
（６）第２の皮膜が、ソース電極およびドレイン電極の形成に用いるインクジェットの吐出液の溶媒又は分散媒に不溶であることを特徴とする（５）に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１９】
（７）チャネル長を規定する皮膜の樹脂が親水性ポリマーであることを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２０】
（８）前記（１）〜（７）の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【００２１】
本発明の有機ＴＦＴの製造方法は、インクジェット法を用いてチャネル長を規定する皮膜を形成する工程と、その上にインクジェット法を用いてソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有していることを特徴としている。
【００２２】
好ましくは、ボトムゲート、トップコンタクト型有機ＴＦＴの製造方法に適用することであり、樹脂からなる支持体上に、ゲート電極を形成する工程、ゲート絶縁層を形成する工程、有機半導体層を形成する工程をこの順に行った後、本発明のインクジェット法を用いてチャネル長を規定する皮膜を形成する工程、次にインクジェット法を用いてソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有していることであり、更には、チャネル長を規定する皮膜を形成した後、該皮膜の上に第２の皮膜を形成する工程を有することが更に好ましものである。
【００２３】
本発明は、トップゲート型有機ＴＦＴの製造方法にも適用することができ、先ず、本発明のインクジェット法を用いて、支持体上にチャネル領域の樹脂皮膜を形成する工程、次にインクジェット法を用いてソース電極及びドレイン電極を形成する工程を行った後、有機半導体層を形成する工程、ゲート絶縁層を形成する工程、ゲート電極を形成する工程を経て行うものである。
【００２４】
これにより、チャネル領域を容易に形成することができ、その後に形成されるソース電極及びドレイン電極を、インクジェット法を用いて容易に形成することができ、その際電極間の距離を正確に規定することができ、短絡を容易に防止することができ、また水系の溶液又は分散物を用いることにより、製造工程におけるキャリア移動度の低下を出来るだけ防止することができたものである。
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のチャネル長を規定する皮膜について説明する。
【００２６】
本発明のチャネル長を規定する皮膜を形成する樹脂層としては、先ず有機半導体層へ影響を与えない材料であることが必要であり、更には該皮膜の両端にインクジェット法により、ソース電極、およびドレイン電極を形成を行うことから、ソース電極、およびドレイン電極の形成工程で影響を受けない材料を用いることが必要である。そのような材料として、好ましくは樹脂皮膜であり、更に好ましくは親水性ポリマーを主成分とするで樹脂皮膜であり、親水性ポリマーを含有する材料としては、親水性ポリマーの水溶液又は水分散液である。
【００２７】
親水性ポリマーは、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を有するポリマーである。たとえばポリビニルアルコールや、ＨＥＭＡ、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。
【００２８】
チャネル長を規定する皮膜を形成した後、その上に第２の皮膜を設け、次に第２の皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極およびドレイン電極の形成を行うことも本発明の好ましい形態である。
【００２９】
第２の皮膜はソース、ドレイン電極の形成に用いる液滴の混合をより防止するためのものであり、ソース、ドレイン電極材料の溶液あるいは分散液に溶解しない、或いは分散しない材料で形成されていることが必要でありる。
【００３０】
例えば、電極材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体の水分散液を用いた場合は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの親水性樹脂を用いてもよく、シリコーンゴムやシランカップリング剤などの撥水性材料を用いることが好ましい。
【００３１】
この方法により、インクジェット法で形成されたソース電極およびドレイン電極を形成する吐出液が有機半導体層上で混合する可能性が非常に低くなり、短絡を防止することができる。
【００３２】
本発明におけるソース電極およびドレイン電極は、導電性材料を含む、溶液又は液状分散物を用いインクジェット法により作製した電極である。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。
【００３３】
金属微粒子を含有する分散物としては、好ましくは、粒子径が１〜５０μｍ、更に好ましくは１〜５０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物である。
【００３４】
金属微粒子の材料としては白金、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、亜鉛等を用いることができる。
【００３５】
これらの金属からなる微粒子を、主に有機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。
【００３６】
このような金属微粒子の分散物の製造方法として、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１１−３１９５３８号、特開２０００−２３９８５３号等に示されたコロイド法、特開２００１−２５４１８５号、同２００１−５３０２８号、同２００１−３５２５５号、同２０００−１２４１５７号、同２０００−１２３６３４号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。
【００３７】
また、公知の導電性のペースト材料も用いることができる。
さらに、ソース電極、ドレイン電極としては、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。
【００３８】
本発明のチャネル領域の樹脂皮膜およびソース、ドレイン電極の形成に用いるインクジェット法としては、特に制限はなく、使用するインクジェット記録ヘッドはオンデマンド方式でもコンティニュアス方式でも構わない。又、吐出方式としては、電気−機械変換方式（シングルキャビティ型、ダブルキャビティ型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等）、電気−熱変換方式（サーマルインクジェット型、バブルジェット（Ｒ）型等）、静電吸引方式等、何れの吐出方式を用いても構わないが、好ましくは、静電吸引方式又はピエゾ方式が好ましい。
【００３９】
本発明の有機ＴＦＴに用いる有機半導体層の材料としては、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８４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。
【００４２】
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。
【００４３】
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号に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
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は公知のものを採用することができる。
【００４６】
これら有機半導体層の作製法としては、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。
【００４７】
なおＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ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。
【００４８】
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。
【００４９】
本発明の有機ＴＦＴのゲート絶縁層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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
ゲート絶縁層と有機半導体層の間に、任意の配向処理を施してもよい。シランカップリング剤、たとえばオクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザンや、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸などの自己組織化配向膜が好適に用いられる。
【００５３】
本発明において支持体は樹脂からなり、例えばプラスチックフィルムシートを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）、公知の液晶ポリマー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。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施形態について述べる。
【００５５】
図１は、本発明の好ましい実施形態の１つであるボトムゲート、トップコンタクト型の有機ＴＦＴの製造工程を示す図である。
【００５６】
同図（ａ）は、支持体１上に、ゲート電極２、ゲート絶縁層３、有機半導体層４を常法により形成し、（ｂ）インクジェット法によりポリビニルアルコール水溶液を吐出し、液滴５′を形成し、（ｃ）乾燥して、チャネル長を規定する皮膜５を形成し、（ｄ）チャネルの両端に、インクジェット法を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液吐出し、液滴６′、７′を形成し、（ｅ）乾燥して、ソース電極６およびドレイン電極７を形成し、有機ＴＦＴを形成するものである。
【００５７】
図２は、図１（ｄ）のチャネル長を規定する皮膜を形成した後、インクジェット法によりソース電極およびドレイン電極を形成する工程を上部からみた模式図である。チャネル長を規定する皮膜５のチャネル長Ｌやチャネル幅Ｗは、図１（ｂ）におけるインクジェットの液滴５′の容量や吐出量（描き込み密度）で一意に制御できるため、極めて簡単な方法で、精度の高いＴＦＴを形成することができる。
【００５８】
また、図３は広がり防止皮膜を形成した有機ＴＦＴの製造方法を示す図である。図に示すように広がり防止皮膜９を形成しておけば、ソース電極用の液滴６′とドレイン電極用の液滴７′が必要以上に広がることを防止できる。広がり防止皮膜９は、チャネル長を規定する皮膜５の形成に用いたインクと同じものを用いてもよい。
【００５９】
図４は、図１の有機ＴＦＴの形成と同様にして、チャネル長を規定する皮膜５を形成した後、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、該皮膜５の上に更に第２の皮膜５２を形成し、その後図１と同様にしてソース電極６およびドレイン電極７を形成し、有機ＴＦＴを形成する製造工程を示す図である。
【００６０】
この方法により、チャネル長を規定する皮膜を極めて簡単な方法で形成することができ、更にその後のソース電極およびドレイン電極の形成時、電極間の短絡を防止し、精度の高い有機ＴＦＴを形成することができる。
【００６１】
図５は、本発明の好ましい実施形態の１つであるトップゲート型の有機ＴＦＴの製造工程を示す図である。
【００６２】
図５（ａ）において、先ず、支持体上に、チャネル領域となる部分に、ポリビニルアルコール水溶液をインクジェット法により吐出して、液滴５′を形成し、（ｂ）乾燥して、チャネル長を規定する皮膜５を形成し、（ｃ）チャネルの両端に、インクジェット法を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液を吐出し、液滴６′、７′を形成し、（ｄ）乾燥して、ソース電極６およびドレイン電極７を形成し、（ｅ）両電極間に有機半導体層４を形成し、（ｆ）ゲート絶縁層３を形成した後、（ｇ）インクジェット法を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液を吐出し液滴２′を形成し、（ｈ）乾燥して、ゲート電極２を形成し、有機ＴＦＴを形成するものである。
【００６３】
更に、図５の有機ＴＦＴの形成において、（ｂ）チャネル長を規定する皮膜５を形成した後、該皮膜５の上に図４（ｄ）、（ｅ）に示すような第２の皮膜５２を形成した後、図５（ｃ）以降同様にしてゲート電極まで形成し、有機ＴＦＴを形成してもよい。これによりソース電極およびドレイン電極の形成時、電極間の短絡を防止し、精度の高い有機ＴＦＴを形成することができる。
【００６４】
【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。
【００６５】
実施例１
〈図１に示す有機ＴＦＴの製造例〉
〈下引き層、酸化ケイ素層の形成〉
厚さ２００μｍのＰＥＳフィルムの表面に５０Ｗ／ｍ^２／ｍｉｎの条件でコロナ放電処理を施し、下記組成の塗布液を乾燥膜厚２μｍになるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、６０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯下１０ｃｍの距離から４秒間硬化し、下引き層を形成した。
【００６６】
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体６０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート２量体２０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３量体以上の成分２０ｇ
ジエトキシベンゾフェノンＵＶ開始剤２ｇ
シリコーン系界面活性剤１ｇ
メチルエチルケトン７５ｇ
メチルプロピレングリコール７５ｇ
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理を施して厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素膜を設けた。
【００６７】
（使用ガス）
不活性ガス：ヘリウム９８．２５体積％
反応性ガス：酸素ガス１．５体積％
反応性ガス：テトラエトキシシラン蒸気（ヘリウムガスにてバブリング）０．２５体積％
（放電条件）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ^２
（電極条件）
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを１ｍｍ被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてＲｍａｘ５μｍとした誘電体（比誘電率１０）を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
【００６８】
さらにその上に、スパッタ法により、厚さ３００ｎｍのアルミニウム皮膜を成膜し、ゲート電極とした。
【００６９】
〈ゲート絶縁層形成工程〉
以上のフィルム基板をよく洗浄した後、３０質量％ホウ酸アンモニウム水溶液中で、２分間、６０Ｖの定電圧電源から供給される直流を用いて、ゲート電極表面に陽極酸化皮膜の厚さが１２０ｎｍになるように陽極酸化皮膜を作製した。よく洗浄した後に、１気圧、１００℃の飽和した蒸気チャンバーの中で、蒸気封孔処理を施した。
【００７０】
さらにフィルム温度２００℃にて、上述した大気圧プラズマ法により、厚さ３０ｎｍの酸化ケイ素層を設けた。
【００７１】
次に、その上に、下記化合物Ｃのクロロホルム溶液を、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき領域近傍に吐出し、窒素ガス中で、５０℃で３分乾燥し、２００℃で１０分の熱処理を行ったところ、厚さ５０ｎｍのペンタセン薄膜である有機半導体層４を形成した。
【００７２】
【化１】

【００７３】
有機半導体層の表面に、ＰＶＡの水溶液をインクジェットで吐出しながらパターニングし、乾燥させると、幅（チャネル長）２０μｍ、長さ約２ｍｍ、厚さ０．５μｍのＰＶＡからなるチャネル長を規制する皮膜５が形成された。
【００７４】
このＰＶＡの皮膜の両端に、図１（ｄ）に示すように、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）をピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させると、ソース電極６、ドレイン電極７が形成された。
【００７５】
以上の工程により、チャネル長Ｌ＝約２０μｍ、チャネル幅Ｗ＝約１．５ｍｍ、の有機ＴＦＴを作製した。
【００７６】
この有機ＴＦＴは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定した。
【００７７】
実施例２
ＰＶＡ溶液を以下のように変更する以外、実施例１と同様にして有機ＴＦＴを作製し、評価した。
【００７８】
ＰＶＡの水溶液を調製した後、メタノールを添加し、吐出液とした。
ただし、水：メタノールの質量比を７５：２５とし、吐出液のＰＶＡ含有濃度を実施例１に合わせた。
【００７９】
実施例３
水：メタノールの質量比を５０：５０とする以外は実施例２と同様にして、有機ＴＦＴを作製した。
【００８０】
実施例４
水：メタノールの質量比を２５：７５とする以外は実施例２と同様にして、有機ＴＦＴを作製した。
【００８１】
比較例１
実施例１において、チャネル長を規定する皮膜をＰＶＡから、下記の市販フォトレジストに変更した以外は実施例１と同様にして有機ＴＦＴを作製した。
【００８２】
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、幅２０μｍ、長さ約２ｍｍ、厚さ０．５μｍのレジスト皮膜をパターニングした。
【００８３】
実施例１と同様に評価したが有機ＴＦＴは動作しなかった。
実施例５
実施例１において、有機半導体層の形成を以下に示す方法に変更した以外は実施例１と同様にして有機ＴＦＴを作製した。
【００８４】
ＺｎおよびＮｉの含有量が１０ｐｐｍ以下になるよう良く精製した、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ社製）のクロロホルム溶液を調製した。この溶液を、ピエゾ型のインクジェットを用いて吐出しパターニングし、室温で乾燥させた後、窒素ガス置換雰囲気中で、５０℃、３０分間の熱処理を施した。このとき、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）の膜厚は３０ｎｍであった。
【００８５】
比較例２
実施例５において、比較例１と同様にチャネル長を規定する皮膜をＰＶＡから、市販のフォトレジストに変更した以外は実施例５と同様にして有機ＴＦＴを作製した。
【００８６】
以上のようにして作製した試料におけるキャリア移動度を評価し、結果を下記に示す。
【００８７】
実施例１３．８×１０^−１
実施例２８．２×１０^−２
実施例３５．３×１０^−３
実施例４１．５×１０^−４
比較例１駆動しない
実施例５４．１×１０^−２
比較例２駆動しない
実施例６
〈図４に示す有機ＴＦＴの製造例〉
実施例１において、ＰＶＡの樹脂皮膜上に、下記のノボラック樹脂の第２の皮膜を形成する以外は、同様にして有機ＴＦＴを作製し評価した。移動度は実施例１と同様であった。
【００８８】
皮膜形成法：ノボラック樹脂のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を、インクジェット法により吐出し乾燥することで、ＰＶＡ皮膜の上に幅１０μｍ、長さ約２ｍｍ、厚さ０．３μｍのノボラック樹脂皮膜を形成した。
【００８９】
〈図５に示す有機ＴＦＴの製造例〉
実施例７
実施例１と同様、下引き層、酸化ケイ素層が順次設けられたＰＥＳフィルムの表面に、ＰＶＡの水溶液をインクジェットで吐出しながらパターニングし、乾燥させると、幅２０μｍ、長さ約２ｍｍ、厚さ０．３μｍのＰＶＡからなる樹脂皮膜（チャネル長を規定する皮膜５）が形成された。１００℃５分の熱処理後、この皮膜の長辺方向と直交する方向に、ラビング処理を行った。
【００９０】
ＰＶＡの皮膜の両端に、図５（ｃ）、（ｄ）のようにして、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）をピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させると、ソース電極６、ドレイン電極７が形成された。
【００９１】
ＺｎおよびＮｉの含有量が１０ｐｐｍ以下になるよう良く精製した、ポリ（３−オクチルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ社製）のクロロホルム溶液を調製した。この溶液を、ピエゾ型のインクジェットを用いて、図５（ｅ）のように吐出しパターニングし、室温で乾燥させた後、窒素ガス置換雰囲気中で、５０℃、３０分間の熱処理を施した。このとき、有機半導体層４のポリ（３−ヘキシルチオフェン）の膜厚は３０ｎｍであった。
【００９２】
さらにフィルム温度２１０℃にて、上述した大気圧プラズマ法により、厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素層を設けた後、図５（ｈ）の構成になるよう、前述のＢａｙｔｒｏｎＰを、インクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させると、ゲート電極が形成された。
【００９３】
以上の工程により、チャネル幅Ｗ＝約１．５ｍｍ、チャネル長Ｌ＝約２０μｍの有機ＴＦＴを作製した。
【００９４】
比較例３
実施例７において、感光性ポリイミドをフォトリソグラフによりパターニングし、ＰＶＡの樹脂皮膜と同じ形状の樹脂皮膜を形成した以外は、実施例７と同様にして有機ＴＦＴを作製し評価した。
【００９５】
実施例７１．７×１０^−２
比較例３３．０×１０^−３
【００９６】
【発明の効果】
インクジェット法によりチャネル領域の樹脂皮膜を形成することにより、その後インクジェットによりソース電極およびドレイン電極の形成を行っても電極間の短絡が無く、又製造工程でのキャリア移動度の低下が無く、優れた有機ＴＦＴ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】本発明の好ましい実施形態の１つであるボトムゲート、トップコンタクト型の有機ＴＦＴの製造工程を示す図である。
【図２】チャネル長を規定する皮膜を形成した後、インクジェット法によりソース電極およびドレイン電極を形成する工程を上部からみたの模式図である。
【図３】広がり防止皮膜を形成した有機ＴＦＴの製造方法を示す図である。
【図４】チャネル長を規定する皮膜を形成した後、更に第２の皮膜を形成し、有機ＴＦＴを形成する製造プロセスを示す図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態の１つであるトップゲート型の有機ＴＦＴの製造工程を示す図である。
【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チャネル長を規定する皮膜
６ソース電極
７ドレイン電極
９広がり防止皮膜
５２第２の皮膜

Claims

インクジェット法によりチャネル長を規定する皮膜を形成した後、前記皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極、およびドレイン電極の形成を行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
ゲート電極、絶縁膜、有機半導体層をこの順に形成した後、有機半導体層上に、インクジェット法によりチャネル長を規定する皮膜を形成し、前記皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極、およびドレイン電極を形成す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の製造方法。
前記皮膜形成に用いるインクジェットの吐出液の溶媒又は分散媒が水を５０％以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記皮膜が親水性ポリマーを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
インクジェット法により、チャネル長を規定する皮膜を形成した後、前記皮膜の上に第２の皮膜を設け、次に第２の皮膜の両端にインクジェット法によりソース電極およびドレイン電極の形成を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
第２の皮膜が、ソース電極およびドレイン電極の形成に用いるインクジェットの吐出液の溶媒又は分散媒に不溶であることを特徴とする請求項５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
チャネル長を規定する皮膜の樹脂が親水性ポリマーであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
請求項１〜７の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。