JP2005150471A

JP2005150471A - 積層体の製造方法及び有機電界効果トランジスタの製造方法

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Publication number: JP2005150471A
Application number: JP2003387053A
Authority: JP
Inventors: Yuki Masuda; 由紀益田
Original assignee: TDK Corp
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Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP4742494B2

Abstract

【課題】有機薄膜と金属膜との接触構造において、両者の接触面積を充分に大きくできる積層体及び有機ＦＥＴの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の積層体の製造方法は、有機薄膜２と金属膜４とを積層して積層体１を形成した後に、得られた積層体１に対して、有機薄膜２と金属膜４の積層方向に圧力を加えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は積層体の製造方法、より詳しくは有機薄膜及び金属膜からなる積層体の製造方法、及び有機電界効果トランジスタ（有機ＦＥＴ；ｆield-effect transistor）の製造方法に関する。

近年、有機ＥＬディスプレイや有機太陽電池等、有機材料の有している電気特性を利用した有機デバイスが盛んに研究されている。これらのデバイスにおいては、有機材料からなる有機素子部が印刷法、スプレー法、インクジェット法等の簡便なプロセスで形成され得るので、無機化合物を用いたデバイスに比して格段に安価に製造することができ、また、大面積で且つ軽量、薄型の集積回路を平易に作製できる可能性がある。

これらの有機デバイスの更なる薄型化、軽量化を実現するためには、デバイスを構成するすべての部材を有機材料から形成することが望ましい。しかし、これらのデバイスにおいて有機素子部に接続される電極の材料として有機材料を用いた場合、電極部分の強度や安定性等が顕著に低下してしまい、デバイスとしての実用には適さなくなる傾向にあった。このため、実際には、電極材料として金属や無機半導体等の無機材料を用いるのが一般的である。

無機材料から形成される電極は、安定性や強度に優れるものであり、また、有機薄膜上に真空蒸着等のプロセスにより形成することができるので膜厚の制御が容易であるといった特性を有している。しかし、これらの無機電極と有機薄膜とは機械的な密着性が悪く、また有機薄膜と金属電極との接触が点接触となり易いため、両者の接触面積が小さくなり、これに伴って接触抵抗が大きくなる傾向にあった。

例えば、下記非特許文献１には、有機半導体薄膜と金電極から構成される有機光電流増倍素子が記載されている。この素子においては、有機材料からなる多結晶性の半導体薄膜上に金を真空蒸着することによって電極が形成される。この場合、有機半導体薄膜と金電極との界面では、平均粒子径０．２μｍ程度の有機多結晶の上部に平均粒子径２０ｎｍ程度の金の凝集体が形成された状態となっている。このため、有機薄膜と金電極とは点接触を形成し、これにより両者の接触面積が小さいものとなっている。

さらに、下記非特許文献２には、このような点接触により有機薄膜と金属電極とが接合している場合に、有機薄膜と電極との界面が有する微小な空隙中に大気中の水分が吸着してしまい、これにより素子の動作安定性が損なわれるという不都合を生じ得ることが示されている。
J. Vac. Soc. Jpn., Vol. 45, No.11, 791(2002) J. Appl. Phys., Vol.42, 672(2003)

従来の有機薄膜と金属電極との積層構造を有する有機デバイスは、有機薄膜と金属膜との接触の悪さに起因して上述のような問題を有していることから、現在、この両者の接触性の改良を目的とした種々の方法が検討されている。しかし、実用に充分な接触性を実現し得た有機薄膜と金属膜の積層方法は未だ見出されていないのが現状である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、有機薄膜と金属膜との接触構造において、両者の接触面積を充分に大きくできる積層体及び有機ＦＥＴの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、金属膜と有機薄膜とを積層して積層体を形成した後に、この積層体に対して積層方向に圧力を加える積層体の製造方法を提供する。

上述したように、有機薄膜と金属膜との接触は、面接触ではなく点接触になりやすい傾向にある。これは、有機薄膜の表面は微細な凹凸形状を有している場合が多く、これにより金属膜との接触がこの凸部との間で生じるようになることに起因している。またこれに加えて、金属膜は、蒸着やスパッタリング等の物理的気相堆積法、或いは金属粒子を含むペーストを塗布する方法によって有機薄膜上に形成されることが一般的であり、これらの手段で形成された膜は、微視的にはその構成材料である金属が粒子状となっている場合が多いことも、有機薄膜と金属膜とが点接触になり易い原因の一つである。こうなると、有機薄膜と金属膜とは、金属の粒子と有機薄膜表面の凸部との間で点接触した状態となり、両者の接触面積は、面接触を想定した場合に比して極端に小さいものとなる。

これに対して、上記本発明の積層体の製造方法においては、金属膜と有機薄膜とを積層した後に、積層方向に圧力を付加している。このように圧力が付加されると、有機薄膜上に形成された金属膜は、この圧力によって有機薄膜表面の凹凸形状に沿った変形を生じるようになる。これにより、金属膜と有機薄膜との接触面積が増大する。さらに、かかる圧力の付加によって、金属膜において微視的に粒子状を成していた金属が押しつぶされて膜状となり、金属膜と有機薄膜との接触がより面接触に近い状態となる。

上記方法に用いられる有機薄膜としては、有機半導体薄膜を適用すると好適である。この場合に形成される、金属膜からなる電極と有機半導体薄膜とを備える有機半導体素子は、電極と有機半導体薄膜との間の接触面積が大きいことから両者の間の電荷注入効率が高く、極めて実用性に優れるものとなる。

また、金属膜と有機薄膜とを積層して積層体を得る際、金属膜は物理的気相堆積法により有機薄膜上に形成させることが好ましい。このような方法によれば、膜厚の制御が容易となる等、積層体の生産性が著しく向上するようになる。なかでも、蒸着法により金属膜を形成した場合、金属膜の構成金属は上述のような粒子状となる傾向が強いため、本発明は極めて有効となる。

上述した物理的気相堆積法以外の金属膜の形成方法としては、金属粒子を含むペーストを有機薄膜上に塗布する方法が挙げられる。このような方法により積層体を形成した場合も、積層方向に圧力を加えることで、金属膜と有機薄膜との接触面積が従来に比して格段に大きくなる。またこの場合、例えば、有機薄膜と金属膜の両方を印刷法によって形成することができ、これにより積層体の形成を更に容易に実施することができるようになる。なお、上記製造方法における金属膜とは、金属を含んでおり且つ導電性を有する層状構造をいうものとし、当該金属膜は金属以外の成分を含んでいてもよい。

なお、形成される金属膜は、白金、金、アルミニウム、銅及び銀のうち少なくとも一種の金属からなるものであるとより好ましい。これらの金属は、電極としての特性に優れるばかりでなく、展延性にも優れるという特性を有している。このため、圧力を付加した際に有機薄膜の表面形状に沿った変形を生じやすい。

より具体的には、付加する圧力の値は０．０２〜１ｋｇ／ｃｍ^２の範囲であると好ましい。この範囲で圧力を付加することで、積層体を破壊することなく金属膜の変形を生じさせることが可能になる。

圧力を加える手段としては、プレスによる方法や、一対のロール間を積層体を通過させる方法が挙げられる。これらの手段により、積層体に対して均一に圧力を付加することが可能となる。

さらに、後者のロールを用いる方法においては、積層体を搬送シート上に配した状態でロール間を通過させることもできる。このような方法によれば、複数の積層体に対して容易に均一な圧力を付加することができるようになり、製造工程をより省力化できるとともに、得られる積層体の品質にばらつきが少なくなる。

また、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、少なくとも一方が金属材料から構成されているソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極と接するとともに、当該両電極間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極とを有する積層体を得る工程、及び、この積層体に対して、金属材料から構成されている電極と有機半導体層との積層方向に圧力を加える工程を有することを特徴とする。

このような方法によると、上述した積層体の場合と同様に、金属材料から構成される電極と有機半導体層との接触面積が顕著に増大する。こうなると、電極と有機半導体層との接触による電位障壁が小さくなり、これにより両者の間の電荷注入効率が増大して、有機ＦＥＴにおける電荷移動度が大きくなるとともに、動作電圧のしきい値が低下する等、有機ＦＥＴとして優れた特性が得られるようになる。

また、本発明の有機ＦＥＴの製造方法としては、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、金属材料から構成され、且つ、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、有機材料から構成され、且つ、ソース電極及びドレイン電極とゲート電極との間に、ゲート電極に接するように配置される絶縁層とを有する積層体を得る工程、及び、この積層体に対して、ゲート電極と絶縁層との積層方向に圧力を加える工程を有する方法も好適である。

かかる方法によれば、金属からなるゲート電極と有機材料からなる絶縁膜との接触面積が大きくなり、その結果、得られた有機ＦＥＴの動作しきい電圧を小さくすることができるようになる。

本発明によれば、有機薄膜と金属膜との接触構造において、両者の接触面積を充分に大きくできる積層体及び有機ＦＥＴの製造方法を提供することが可能となる。これにより、有機半導体層と電極との接触抵抗が極めて小さい有機ＦＥＴを製造することができるようになる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。

まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る積層体の製造方法について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の積層体の製造方法を模式的に示す工程図である。この製造方法においては、まず、有機材料からなる有機薄膜２を準備する（図１（ａ））。有機薄膜２に用いる有機材料としては、膜状に成形可能なものであれば特に制限なく用いることができ、有機材料を適用した電解コンデンサ、サーミスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機ガスセンサ、その他半導体素子等の有機デバイスに用いられる樹脂や有機半導体材料等が好適であり、特に有機半導体材料が好ましい。

次に、有機薄膜２上に、金属材料からなる金属膜４を積層して積層体１を形成する（図１（ｂ））。有機薄膜２上に形成させる金属膜４の材料としては、通常電極等の材料として用いられる金属材料が挙げられ、白金、金、アルミニウム、銅及び銀のうち少なくとも一種の金属が好ましい。

有機薄膜２上に金属膜４を形成させて積層体１を得る場合、金属膜４の形成方法としては、金属材料を物理的気相堆積法により積層する方法や、金属粒子を含むペーストを有機薄膜２上に塗布した後に焼成又は乾燥させる方法が挙げられる。なかでも、積層を容易に行う観点からは、スパッタ法や蒸着法等の物理的気相堆積方法が好ましく、蒸着法が特に好ましい。

図２は、図１（ｂ）に示す状態の積層体１の要部を拡大して示す模式断面図である。なお、図２に示される積層体１において、金属膜４は蒸着法により形成されたものである。図示されるように、有機薄膜２は表面に凹凸を有しており、また、金属膜４を構成する金属材料は粒子状を成している。このため、有機薄膜２と金属膜４との接触は、有機薄膜２表面の凸部と金属膜４の粒子との間で生じており、有機薄膜２の表面積に対して、有機薄膜２と金属膜４との接触面積は極めて小さい状態となっている。

次いで、こうして得られた積層体１に対して、その積層方向に圧力を加える（図１（ｃ））。同図中の矢印は加圧方向を示している。このときの加圧方法としては、プレスによる方法や、一対のロール間を積層体１を通過させる方法が挙げられる。積層体１に対して付加する圧力は、少なくとも金属膜４に変形を生じさせることができ、また積層体１における有機薄膜２に剥離やクラック等の破壊が生じない程度の値とすることが好ましい。したがって、圧力の値は、有機薄膜２や金属膜４に用いた材料に応じて適宜変更して、上述の条件を満たすようにすることが望ましい。例えば、有機デバイスに一般的に用いられる材料から積層体１を構成する場合、圧力の値は、好ましくは０．００１〜２ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、より好ましくは０．０２〜１ｋｇｆ／ｃｍ^２とする。また、金属膜４は、有機薄膜表面の凹凸に追従した充分な変化を生じさせるため、このような圧力が考えられる場合には、最低でも３０％程度の伸びを有するものであることが好ましい。

積層体１に圧力を加える場合、この積層体１を例えば２枚のポリウレタン発泡体等の保護膜に挟んだ状態で圧力を付加することも好適である。こうすることで、圧力を付加する際の積層体１表面へのダメージを極力小さくでき、加圧による積層体１の破壊を少なくすることができる。

積層体１への圧力の付加を上記のようにロールを用いて実施する場合、例えば、積層体１を搬送用シート上に配置して、この搬送用シートを一対のロール間に送り出しつつ積層体１に対して圧力を付加することもできる。この場合、搬送シート上に複数の積層体１を並列すれば、複数の積層体に同時に圧力を付加することができるようになり、この加圧の工程の省力化を図ることができるようになる。

図３は、図１（ｃ）に示す状態の積層体１の要部を拡大して示す模式断面図である。図示されるように、金属膜４は、圧力が加えられることによって有機薄膜２の表面形状に沿った形状となっている。また、加圧前に粒子状を成していた金属膜４の金属材料は、圧力の付加により押しつぶされて膜状となっている。このように、圧力を加えた後の積層体１においては、金属膜４が有機薄膜２に密着した状態となっており、両者の接触面積が加圧前に比べて極めて大きくなっている。

次に、図４を参照して本発明による有機ＦＥＴの製造方法の一実施形態を説明する。図４は、本実施形態の製造方法により得られた有機ＦＥＴ１０の要部を模式的に示す断面図である。有機ＦＥＴ１０は、ゲート絶縁膜１４（絶縁層）の一側（図中下側）に設けられたゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４の他側（図中上側）に設けられた有機半導体層１６、ゲート絶縁膜１４の他側（図中上側）であって、有機半導体層１６の上に設けられたソース電極２０及びドレイン電極２２を有しており、いわゆるトップコンタクト型の構成を有する有機ＦＥＴである。

このような構成を有する有機ＦＥＴ１０は、例えば、以下に示すようにして製造される。まず、基板を兼ねるゲート電極１２を準備する。このゲート電極１２は、後述する有機半導体層１６を通るドレイン電流量を制御する機能を有するものとなる。このゲート電極１２の構成材料としては、例えば、ポリシリコン、ドープトＳｉ、金属、導電性ポリマー等の導電性部材が挙げられる。なお、ガラス材、セラミックス材、プラスチック材等の絶縁性材料を基板として別途設けることもでき、この場合、これらの基板上に上述した材料からなるゲート電極１２を形成させる。

次に、このゲート電極１２上に、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２等の無機誘電体や、ポリイミド、マイラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート等の有機高分子等からなるゲート絶縁膜１４を、好ましくは３０〜５００ｎｍの厚さとなるように形成する。ゲート電極１２が、例えばシリコン等のように酸化されると誘電性を示す酸化物を形成する物質である場合には、このゲート電極１２の表面に熱酸化処理を施して酸化膜を形成し、これをゲート絶縁膜１４とすることもできる。

さらに、ゲート絶縁膜１４上に、蒸着法等により有機半導体材料を堆積させて、有機半導体層１６を形成する。この有機半導体層１６は、後述するソース電極２０及びドレイン電極２２との間の電流路、いわゆるチャネルとしての機能を有するものとなる。有機半導体層１６を形成する材料としては、このチャネル構造が実現されるような半導体特性を有する有機物であれば特に制限はなく、ｐ型又はｎ型の半導体を適宜用いることができる。例えば、ｐ型半導体としてはペンタセン、テトラセンといった直列配置された４つ又は５つ以上のオルト縮合ベンゼン環からなる多環体（アセン）、ポリアルキルチオフェン、チオフェンオリゴマー等が挙げられ、ｎ型半導体としてはＣ_６０、フッ素化フタロシアニン類等が挙げられる。

次いで、有機半導体層１６上に、好ましくは５０〜２００ｎｍ程度の厚さとなるようにソース電極２０及びドレイン電極２２を形成して、積層体（加圧前の有機ＦＥＴ１０）を得る。ソース電極２０及びドレイン電極２２としては、通常電極に用いられる公知の材料からなるものであれば特に制限はないが、少なくとも一方が金属材料から構成されるものであると好ましく、両方が金属材料からなるものであるとより好ましい。

これらの両電極２０，２２は、物理的気相堆積法により有機半導体層１６上に形成させることが好ましい。この物理的気相堆積法としては、スパッタ法や蒸着法が挙げられ、蒸着法が特に好ましい。なお、こうして形成される有機ＦＥＴ１０においては、好ましくはチャネル長を０．１〜１００μｍ程度とし、チャネル幅を０．１〜１０ｍｍ程度とする。

その後、得られた有機ＦＥＴ１０に対して積層方向に圧力を加える。この圧力は、必ずしも有機ＦＥＴ１０の全体に対して加える必要はなく、例えば、ソース電極２０及びドレイン電極２２のいずれか一方のみが金属材料からなる場合は、その電極が形成されている領域にのみ圧力を付加するようにしてもよい。このときの圧力の値としては、０．００１〜２ｋｇｆ／ｃｍ^２が好ましく、０．０２〜１ｋｇｆ／ｃｍ^２がより好ましい。このような圧力範囲で加圧すると、加圧による有機ＦＥＴ１へのダメージが少ない状態で電極と有機半導体層１６とが密着するようになる。

また、有機ＦＥＴ１０に圧力を加える手段としては、プレスによる方法や、一対のロール間を有機ＦＥＴ１０を通過させる方法が例示できる。これらの方法により加圧を実施する場合、有機ＦＥＴ１０を、２枚のポリウレタン発泡体に挟む等して、加圧による有機ＦＥＴ１０表面へのダメージを極力小さいものとすることが好ましい。

図５は、一対のロールによって有機ＦＥＴを加圧する状態を示す図である。図示されるように、搬送シート３０上には、複数の有機ＦＥＴ１０が配されている。この搬送シート３０を移動させながら、搬送シート３０上に配された有機ＦＥＴ１０を、ロールプレス３４の有している一対のロール３２間を通過させ、これにより有機ＦＥＴ１０に圧力を付加する。このような一対のロール３２による加圧によれば、搬送シート３０上に複数配された有機ＦＥＴ１０に、同一の工程で均一な圧力を付加することができるようになる。この場合の搬送シート３０は、有機ＦＦＴ１０を含む有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）を実装できる回路が形成された回路基板であってもよい。こうすることで、かかる有機ＴＦＴを搭載するプリント配線板の製造を容易に行うことができるようになる。

上述した実施形態による有機ＦＥＴ１０の製造方法によれば、以下に示すような効果が得られるようになる。まず、ソース電極２０及びドレイン電極２２のうち少なくとも一方が金属材料から構成された有機ＦＥＴ１０においては、金属材料から構成される電極と有機半導体層１６との積層構造に圧力が付加されて、電極を構成している金属材料が有機半導体層１６の表面形状に沿った変形を生じるようになる。また、この電極が蒸着等により形成されたものであって微視的に粒子状を成している場合、積層方向への圧力の付加によりこの粒子が押しつぶされ膜状となる。こうなると、この電極と有機半導体層１６とは面接触に近い状態となって、これにより両者の接触面積が大きくなる。その結果、両層の接触による電気抵抗が極めて小さくなる。

このように製造された有機ＦＥＴ１０は、ソース電極２０又はドレイン電極２２と有機半導体層１６との接触による電位障壁が小さくなっており、このため、両層間の電荷注入効率が向上して、有機ＦＥＴ１０における電荷移動度が大きくなり、また、動作時のしきい電圧が低くなる等、好ましい特性を有するようになる。

さらに、有機ＦＥＴ１０の製造に際して、ゲート電極１２に金属材料を用い、またゲート絶縁層１４に有機材料を用いた場合、上述の製造方法によれば、ゲート電極１２とゲート絶縁膜１４との積層構造にも圧力が加えられ、これによりゲート電極１２とゲート絶縁膜１４との接触状態が良好となる場合がある。こうなると両層の密着性の向上に起因して、有機ＦＥＴ１を動作させる際のしきい電圧が小さくなる傾向にある。

以上、本発明の積層体の製造方法を適用した有機ＦＥＴ１０の製造方法について説明してきたが、かかる製造方法は、必ずしも上述した構造の有機ＦＥＴ１０に限定されるものではない。例えば、有機半導体層の下方にソース及びドレイン電極が形成されたボトムコンタクト型の有機ＦＥＴ、有機半導体層の一側にソース電極及びドレイン電極のいずれか一方の電極が形成され、他側に他方の電極が形成されたトップアンドボトムコンタクト型有機ＦＥＴ、ソース電極とドレイン電極との間にゲート電極が形成されており、ゲート電極の周囲にソース電極及びドレイン電極間のチャネルとなる有機半導体層が形成されている縦型有機ＦＥＴ等にも適用できる。そして、いずれの場合も、ソース電極若しくはドレイン電極と有機半導体層との間、又は、ゲート電極とゲート絶縁膜との間が良好な接触状態となる。

さらに、上述の製造方法は有機ＦＥＴの製造に限られず、有機薄膜と金属膜との積層構造を有している有機デバイスであれば、特に制限なく適用可能である。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は必ずしもこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
（有機ＦＥＴの製造）
まず、ゲート絶縁膜として約２００ｎｍの熱酸化膜を形成させたゲート電極を兼ねる高ドープのｎ型シリコン基板（バルク抵抗率：１Ωｃｍ）を準備した。次に、この基板におけるゲート絶縁膜上に、ペンタセンを真空蒸着して、約５０ｎｍの厚さの有機半導体層を形成させた。この有機半導体層上に、シャドウマスクを介して厚さ約１００ｎｍの金の膜を真空蒸着して、所定のパターンを有するソース電極及びドレイン電極を形成させて有機ＦＥＴを得た。なお、チャネル長は５０μｍとし、チャネル幅は５ｍｍとした。

次いで、得られた有機ＦＥＴを厚さ５ｍｍの一対のポリウレタン発泡体により挟持した後、０．０２ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で厚さ方向（積層方向）にプレスを行い、特性評価用の有機ＦＥＴサンプルを得た。

（電界効果移動度及びしきい電圧の測定）
得られた有機ＦＥＴサンプルを用い、ＦＥＴ構造における電界効果移動度及びゲート電圧のしきい値（Ｖｔｈ）を算出した。具体的には、有機ＦＥＴサンプルについて、ゲート電圧に対するドレイン電流の変化を測定した。このゲート電圧に対するドレイン電流の変化の測定は、半導体パラメータ・アナライザ（４１５５Ｃ、Agilent Technologies社製）を用いて行い、種々の値のドレイン／ソース電極間の電圧（ドレイン電圧）に対して、ゲート／ソース電極間の電圧（ゲート電圧）を連続的に変化させた場合に、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流（ドレイン電流）の値をモニターすることにより行った。

次に、得られたゲート電圧に対するドレイン電流の変化のプロットから、ＦＥＴ構造における電界効果移動度及びゲート電圧のしきい値（Ｖｔｈ）を算出した。より具体的には、ドレイン電圧を−１００Ｖとしたときの、ゲート電圧の値に対するドレイン電流の値の平方根をプロットした。移動度は、このプロットにおいて充分に飽和領域が得られる条件であるゲート電圧−５０Ｖにおける接線の傾きから算出した。また、Ｖｔｈはこの接線のＸ軸の切片を読み取ることにより導き出した。得られた移動度及びＶｔｈの結果を表１に示す。

（ＡＦＭによる電極表面形状の観察）
以下に示す方法にしたがって、有機ＦＥＴサンプルにおける有機半導体層に接している側のソース電極表面の形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；セイコーインスツルメンツ社製、ＳＰＩ３８００）により観察した。

すなわち、まず、有機ＦＥＴをクロロベンゼン中に浸漬し、有機半導体層を構成しているペンタセンを溶解して、ソース電極及びドレイン電極を構成している金属箔を有機ＦＥＴから剥離した。次に、剥離後の金属箔を、有機半導体層と接していた側が上になるようにシリコン基板上に移しとった後、金属箔を乾燥させてＡＦＭ観察用サンプルを作製した。このサンプルの金属箔表面をＡＦＭにより観察した。

ＡＦＭ観察により得られたＡＦＭ像を図６〜図８に示し、これらのＡＦＭ像に基づく評価結果を表１に示す。図６は、実施例１で得られたＡＦＭ観察用サンプルにおける金属箔表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。また、図７は、図６に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。さらに、図８は、図７においてＣ１で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。

［実施例２〜３］
プレスを、０．５ｋｇ／ｃｍ^２（実施例２）、又は、１ｋｇ／ｃｍ^２（実施例３）の圧力で実施したこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴサンプルを製造し、これを用いて移動度及びＶｔｈを測定した。また、この有機ＦＥＴサンプルから、実施例１と同様にしてＡＦＭ観察用サンプルを作成し、これらのサンプルの金属箔表面をＡＦＭにより観察した。得られた移動度及びＶｔｈの結果、並びに、ＡＦＭ観察に基づく評価結果をまとめて表１に示す。

［比較例１］
有機ＦＥＴのプレスを実施しなかったこと、すなわち圧力を加えなかったこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴサンプルを製造し、これを用いて移動度及びＶｔｈを測定した。また、この有機ＦＥＴサンプルから実施例１と同様にしてＡＦＭ観察用サンプルを作成し、このサンプルの金属箔表面をＡＦＭにより観察した。得られた移動度及びＶｔｈの結果を表１に示すとともに、ＡＦＭ観察により得られたＡＦＭ像を図９〜図１１に、これらに基づく評価結果を表１に示す。

図９は、比較例１で得られた観察用サンプルにおける金属箔表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。また、図１０は、図９に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。さらに、図１１は、図１０においてＣ２で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。

［参考例］
参考例として、比較例１の有機ＦＥＴサンプルにおけるソース電極の表面を直接ＡＦＭにより観察して得られたＡＦＭ像を図１２〜図１４に示す。図１２は、比較例１で得られた有機ＦＥＴサンプルにおける電極表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。また、図１３は、図１２に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。さらに、図１４は、図１３においてＣ３で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。

表１より、加圧を実施して得られた実施例１〜３の有機ＦＥＴは、加圧を行わなかった比較例１の有機ＦＥＴに比して移動度が大きく、また、しきい電圧が０に近い値となることが判明した。

また、図６〜図８で示されるＡＦＭ像と図９〜図１１で示されるＡＦＭ像とを比較した結果、圧力を付加して得られた実施例１の有機ＦＥＴサンプルにおける有機半導体層と接している側の電極表面（図６〜図８）は、圧力を加えなかった比較例１の有機ＦＥＴサンプルにおける電極表面（図９〜図１１）と比較して凹凸の数が少なく、また、平滑であり、空隙の少ない密着した形状となっていることが判明した。このことから、圧力を加えなかった場合には、電極を構成している金が微視的に粒状を成しているのに対し、圧力を加えることによって、この粒状を成している金が押しつぶされるとともに変形し、これにより電極が有機半導体層の表面形状をトレースした形状となっていることが確認された。

なお、参考例である図１２〜図１４で示されるＡＦＭ像から、比較例１の有機ＦＥＴサンプルにおける有機半導体層と接触していない側の電極表面は、有機半導体層と接触している側の電極表面（図９〜図１１）と同様に、微小な凹凸を多数有していることが確認された。このことからも、圧力を付加しなかった比較例１の有機ＦＥＴサンプルにおける電極は、その構成材料である金が微視的に粒状を成していることが確認された。

（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の積層体の製造方法を模式的に示す工程図である。図１（ｂ）に示す状態の積層体１の要部を拡大して示す模式断面図である。図１（ｃ）に示す状態の積層体１の要部を拡大して示す模式断面図である。本発明の製造方法により得られた有機ＦＥＴ１０の要部を模式的に示す断面図である。一対のロールによって有機ＦＥＴを加圧する状態を示す図である。実施例１で得られたＡＦＭ観察用サンプルにおける金属箔表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。図６に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。図７においてＣ１で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。比較例１で得られたＡＦＭ観察用サンプルにおける金属箔表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。図９に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。図１０においてＣ２で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。比較例１で得られた有機ＦＥＴサンプルにおける電極表面のＡＦＭによる測定結果を斜め方向から示すＡＦＭ像である。図１２に示したサンプルの測定結果を上方から示すＡＦＭ像である。図１３においてＣ３で示される切断部の断面形状を示すＡＦＭ像である。

符号の説明

１…積層体、２…有機薄膜、４…金属膜、１０…有機ＦＥＴ、１２…ゲート電極、１４…ゲート絶縁膜、１６…有機半導体層、２０…ソース電極、２２…ドレイン電極、３０…搬送シート、３２…ロール、３４…ロールプレス。

Claims

金属膜と有機薄膜とを積層して積層体を形成した後に、この積層体に対して積層方向に圧力を加える積層体の製造方法。
前記有機薄膜は、有機半導体からなる薄膜である請求項１記載の積層体の製造方法。
前記金属膜を、物理的気相堆積法により前記有機薄膜上に形成して前記積層体を形成する請求項１又は２記載の積層体の製造方法。
前記金属膜を、蒸着法により前記有機薄膜上に形成して前記積層体を形成する請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
前記金属膜を、金属粒子を含むペーストを塗布する方法により前記有機薄膜上に形成して前記積層体を形成する請求項１又は２記載の積層体の製造方法。
前記金属膜は、白金、金、アルミニウム、銅及び銀のうち少なくとも一種の金属からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
前記圧力の値を、０．０２〜１ｋｇｆ／ｃｍ^２とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
前記積層体に対して、プレスにより前記圧力を加える請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
一対のロール間を、前記積層体を通過させることにより、前記積層体に対して前記圧力を加える請求項１〜８のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
前記積層体を、搬送シート上に配して前記ロール間を通過させる請求項９記載の積層体の製造方法。
少なくとも一方が金属材料から構成されているソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接するとともに、当該両電極間のチャネルとなる有機半導体層と、前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、を有する積層体を得る工程と、
前記積層体に対して、前記金属材料から構成されている電極と前記有機半導体層との積層方向に圧力を加える工程と、
を有する有機電界効果トランジスタの製造方法。
ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、金属材料から構成され、且つ、前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、有機材料から構成され、且つ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間に、前記ゲート電極に接するように配置される絶縁層と、を有する積層体を得る工程と、
前記積層体に対して、前記ゲート電極と前記絶縁層との積層方向に圧力を加える工程と、
を有する有機電界効果トランジスタの製造方法。