JP2005183889A

JP2005183889A - 薄膜トランジスタシート及びその作製方法、それにより形成された薄膜トランジスタ素子

Info

Publication number: JP2005183889A
Application number: JP2003426567A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hirai; 桂平井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】フレキシブル支持体上に簡便にロールｔｏロールで有機ＴＦＴ素子を形成することができ、形成された素子の耐久性が向上し、従って製造コストを大幅に低減でき、かつソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗が低く、性能の優れた有機ＴＦＴを提供する。
【解決手段】支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有し、少なくともソースバスライン及びドレイン電極が、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成された薄膜トランジスタシート。
【選択図】なし

Description

本発明は、薄膜トランジスタシートとその作製方法に関する。

近年、有機半導体を採用する種々の有機薄膜トランジスタが提案されている。有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）はプラスチック支持体を用い、印刷などの簡易的なプロセスで製造可能な、ディスプレイや電子タグ向けのデバイスとして研究開発が進められている。有機ＴＦＴとして、オールポリマー型有機ＴＦＴ技術が開示され、インクジェットや塗布による簡易プロセスによる製造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

又、従来の有機ＴＦＴでは、ソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗を低く抑える必要があり、これらの電極として金や白金あるいは、重ドープが施された導電性ポリマー（例えば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）を用いるのが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
国際公開０１／４７０４３号パンフレット特開２０００−３０７１７２号公報

しかしながら上記の電極を用いた場合、支持体との接着性や機械的強度が低く、素子としての耐久性に問題があった。したがって、フレキシブルな基板上で安定に動作する有機ＴＦＴ装置の実現は困難であった。又、導電性ポリマーを用いた場合は、接触抵抗を低く抑えられるものの、導電性ポリマー自身の導電率が低く実用に難点があった。

特に、ＴＦＴシートのソースバスラインには、金属薄膜のような導電性の高い材料が必要であり、導電率の低い導電性ポリマーを用いることは難しいのが現実である。

そこで本件出願人は特願２００２−３０６８６１にて、ソース電極及びドレイン電極を異なる導電性材料からなる少なくとも２層で形成して、有機半導体層に接する層で接触抵抗を低く抑えると共に接着性を保証し、他方の層で導電率及び機械的強度を得ることを提案したが、複数の層を形成する煩雑さが課題として残る。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ポリマー支持体などのフレキシブル支持体上に簡便に有機ＴＦＴ素子を形成することができ、またフレキシブル支持体上に形成された素子の耐久性が向上し、従って製造コストを大幅に低減でき、かつソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗が低く、性能の優れた有機ＴＦＴを提供することをその目的とする。

本発明の上記目的は、
１）支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有し、少なくともソースバスライン及びドレイン電極が、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成された薄膜トランジスタシート、
２）前記金属微粒子が加熱処理により融着されている１）の薄膜トランジスタシート、
３）前記流動性材料に含有される金属微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下である１）又は２）の薄膜トランジスタシート、
４）半導体層が有機半導体材料からなる１）〜３）の何れかの薄膜トランジスタシート、
５）ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成された１）〜４）の何れかの薄膜トランジスタシート、
６）少なくともソースバスライン及びドレイン電極が、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成された５）の薄膜トランジスタシート、
７）前記流動性材料に含有される導電性ポリマーが金属微粒子に対して質量比で０．００００１〜０．１である１）〜６）の何れかの薄膜トランジスタシート、
８）ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、当該流動性材料がパターニングされた後、金属微粒子が融着される工程を経て形成された２）〜４）の何れかの薄膜トランジスタシート、
９）ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有し、少なくともソース電極及びドレイン電極が、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成された薄膜トランジスタ素子、
１０）前記金属微粒子が加熱処理により融着されている９）の薄膜トランジスタ素子、
１１）前記流動性材料に含有される金属微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下である９）又は１０）の薄膜トランジスタ素子、
１２）半導体層が有機半導体材料からなる９）〜１１）の何れかの薄膜トランジスタ素子、
１３）ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成された９）〜１２）の何れかの薄膜トランジスタ素子、
１４）少なくともソース電極及びドレイン電極が、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成された１３）の薄膜トランジスタ素子、
１５）前記流動性材料に含有される導電性ポリマーが金属微粒子に対して質量比で０．００００１〜０．１である９）〜１４）の何れかの薄膜トランジスタ素子、
１６）ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、当該流動性材料がパターニングされた後、金属微粒子が融着される工程を経て形成された１０）〜１２）の何れかの薄膜トランジスタ素子、
１７）支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料をパターニングした後、金属微粒子を熱融着することにより形成する薄膜トランジスタシートの作製方法、
１８）支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料を、該材料を受容する絶縁性層にパターニングして浸透させる工程を経て形成する薄膜トランジスタシートの作製方法、
１９）支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料を、該流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、パターニングした後、金属微粒子を熱融着することにより形成する薄膜トランジスタシートの作製方法、
２０）前記流動性材料を印刷法又はインクジェット法によりパターニングする１７）〜１９）の何れかの薄膜トランジスタシートの作製方法、
２１）有機半導体材料からなる半導体層を付設した後に流動性材料の層を熱融着する１７）の薄膜トランジスタシートの作製方法、
により達成される。

即ち本発明者は、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料をパターニングして金属微粒子を熱融着するか、当該流動性材料を受容する絶縁性層にパターニングして浸透させることでソース電極、ドレイン電極、ソースバスラインを形成すれば、導電性ポリマーにより有機半導体層とのオーミック接触を可能とし、低抵抗の金属微粒子を用いて接触面積を大きくでき、有機半導体層との接触抵抗を低減できる、また、低抵抗が求められるソースバスラインを同時に、かつ１プロセスで設けることも可能である、と考え本発明に至った。

本発明の薄膜トランジスタシートにおいては、簡便な方法でフレキシブル支持体上に有機ＴＦＴ素子が形成され、形成された素子の耐久性が向上し、ソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗が低く、トランジスタ性能に優れる。

本発明は、支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成することを特徴とし、当該流動性材料をインクジェット法等でパターニングした後、金属微粒子を熱融着するか、当該流動性材料を受容する絶縁性層にパターニングして浸透させる工程を経ることが好ましい。前者の場合、流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、流動性材料をパターニングした後、金属微粒子を熱融着しても良い。

半導体層が有機半導体材料からなる場合にその効果を遺憾なく発揮するので、以下、有機ＴＦＴの場合で説明する。

図１は、ＴＦＴシートの配置の１例を示す図である。

有機ＴＦＴは、支持体上に有機半導体層からなるチャネルで連結されたドレイン電極５とソース電極６を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極２を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極２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ドレイン電極５とソース電極６を有するボトムゲート型に大別され、ＴＦＴ素子シートはシート状支持体にそれらがゲートバスライン１２及びソースバスライン１３を介して連結され、例えば図１の様に配置されている。なおこの例では、有機半導体層は全面に塗布され、ソース電極６が画素電極を兼ねる（後述の実施例参照）。画素電極は、センサーなどの入力電極、ディスプレイなどのアドレス電極または出力電極として用いることができる。

図２は、ＴＦＴ素子が複数配置されるシートの１例の概略等価回路図である。

ＴＦＴシート１１はマトリクス配置された多数のＴＦＴ素子１４を有する。１２は各ＴＦＴ素子１４のゲート電極のゲートバスラインであり、１３は各ＴＦＴ素子１４のソースバスラインである。各ＴＦＴ素子１４のソース電極には、出力素子１６が接続され、この出力素子１６は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子１６として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１５は蓄積コンデンサ、１７は垂直駆動回路、１８は水平駆動回路である。

本発明においては、流動性材料をパターニング後、金属微粒子を熱融着して、ドレイン電極とソースバスライン、及びソース電極とを同時に形成することが好ましい。

金属微粒子として好ましくは、平均粒径が１〜５０ｎｍの、更に好ましくは平均粒径１〜１０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物を用い、加熱して金属微粒子を熱融着して電極やソースバスラインを形成する。

金属材料は白金、金、銀、コバルト、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が、特に仕事関数が４．５ｅＶ以上の白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンが好ましい。

これらの金属からなる微粒子を、好ましくは有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や有機溶剤又はその混合物である分散媒中に分散させたる。

このような金属微粒子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分散物である。

これらの金属微粒子分散物と導電性ポリマーを含有する流動性材料で、下記に示す方法により層を成形した後、溶媒を乾燥させ、更に５０〜３５０℃、好ましくは１００〜３００℃、より好ましくは１５０〜２００℃の範囲で熱処理することにより、金属微粒子を熱融着させることで電極やバスラインを形成する。

導電性ポリマーとしては、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が好ましく、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が好適に用いられる。

なお、流動性材料を受容する絶縁性層を用いる場合と、この様な受容層や導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層を用いない場合、流動性材料に含有される導電性ポリマーは金属微粒子に対して質量比で０．００００１〜０．１であることが本発明の効果を得る点で好ましい。

ここに、導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に流動性材料をパターニングする場合（例えば絶縁性層が金属微粒子の直径以下の孔を有する多孔質の層である場合）、導電性ポリマーが受容層中に浸透して有機半導体層と接触してオーミック接触を可能とし、かつ該絶縁性層上に残存した金属微粒子が融着されて電極の導電率と機械的強度を確保する。この場合は、絶縁性層の厚みによって導電性ポリマーと金属微粒子の比率が変わるので系によって最適な質量比を選定すればよい。

上記流動性材料を用いて電極やバスラインをパターニングする方法、或いは流動性材料層を形成した後、電極やバスライン形状様に加熱して金属微粒子を熱融着する方法として種々の方法を用いることができ、印刷法やインクジェット法によりパターニングする方法、流動性材料層を形成して熱融着をサーマルヘッドで行なう方法、同熱融着を光熱変換法で行なう方法、流動性材料層を形成してアブレーションによりパターニングする方法、フォトレジストを用いてパターニングする方法等が挙げられるが、簡便な方法として印刷法、インクジェット法が好ましい。

印刷法によりパターニングを行う場合、本発明の流動性材料をインクとして用いてパターニングするものであり、印刷法としては、凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、凹版印刷、孔版印刷等任意の印刷法によりパターニングすることができる。

また、インクジェット法によりパターニングする場合、本発明の流動性材料をインクジェットヘッドより吐出してパターニングする方法であり、インクジェットヘッドからの吐出方式としては、ピエゾ方式、バブルジェット（Ｒ）方式等のオンデマンド型や静電吸引方式などの連続噴射型のインクジェット法等公知の方法によりパターニングすることができる。

また流動性材料を、それを受容する絶縁性層に浸透させてパターニングする方法としては、直接インクジェット法で吐出してパターニングしてもよいし、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。

流動性材料を受容する絶縁性層としては、無機微粒子と少量の親水性ポリマーを含有する多孔質皮膜が好ましい。

このような無機微粒子としては、例えば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリン、クレー、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、ハイドロタルサイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ、アルミナ、コロイダルアルミナ、擬ベーマイト、水酸化アルミニウム、リトポン、ゼオライト、水酸化マグネシウム等を挙げることができる。

親水性ポリマーとしては、例えば、ゼラチン（例えば、アルカリ処理ゼラチン、酸処理ゼラチン、アミノ機をフェニルイソシアネートや無水フタル酸等で封鎖した誘導体ゼラチンなど）、ポリビニルアルコール（平均重合度が３００〜４０００、ケン化度が８０〜９９．５％が好ましい）、ポリビニルピロリドン、ポリエチオレンオキシド、ヒドロキシルエチルセルロース、ポリアクリルアミド、寒天、プルラン、デキストラン、アクリル酸、カルボキシメチルセルロース、カゼイン、アルギン酸等が挙げられ、２種類以上を併用することもできる。

本発明においては加熱して金属微粒子を熱融着して電極やバスラインを形成する際に、それらの電極に接合する有機半導体層は既に形成されていることが望ましい。即ち、有機半導体材料と金属微粒子及び導電性ポリマーが同時に加熱されることで、電極と有機半導体層の物理的接合が強化され、接触抵抗がより低減し、トランジスタをスイッチングさせたときの電流を大きくすることができる。尚、流動性材料層の形成と有機半導体層の形成の順は特に制限されるものではない。

本発明に係る有機ＴＦＴに用いられ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号に記載された多環縮合体などを用いることができる。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。さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号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。

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。

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。

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。

前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセクター）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り、公知の材料、プロセスを用いることができる。

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もち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。又、有機半導体の溶液あるいは分散液をインクジェットで吐出し、溶媒を乾燥、除去することにより有機半導体層を形成してもよい。

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。

ゲート電極、ゲートバスライン及び画素電極としては導電性材料であれば特に限定されず、任意の材料を用いることができる。ゲート電極、ゲートバスライン及び画素電極の形成方法としては、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。又、前述したソース電極、ドレイン電極、ソースバスラインの形成方法を用いてもよい。

ゲート絶縁層としては、種々の絶縁材料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、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。

無機酸化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。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。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とは、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を指し、その方法については特開平１１−１３３２０５号、特開２０００−１８５３６２、特開平１１−６１４０６号、特開２０００−１４７２０９、同２０００−１２１８０４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。

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、ポリマー体、エラストマー体を含むホスファゼン化合物、等を用いることもできる。

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。

支持体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。

実施例１
まず、基板として厚さ２００μｍのポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）フィルムを用い、該フィルム上に市販の銀ペーストを用いて、スクリーン印刷法で厚さ３μｍ、Ｌ／Ｓ＝５０μｍのゲートバスラインを設け、加熱処理により銀ペーストを硬化させた。ここに、Ｌ／Ｓはラインアンドスペースで、Ｌ／Ｓ＝５０μｍは、５０μｍおきに電極部と非電極が交互にパターン化されていることを示し、以後この様に表記する。

次いで、基板のゲートバスラインを有する面上に、スノーテックス−ＰＳＭ（日産化学社製、固形分２０質量％）を塗布、乾燥し、厚さ３μｍの受容層を形成した。

次に、導電性ポリマー溶液として、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）のポリスチレンスルホン酸錯体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体）の水分散液（バイエル製、ＢａｙｔｒｏｎＰ）に、ノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を０．０５質量％添加し、調製した。この導電性ポリマー溶液を、ピエゾ方式のインクジェットヘッドを用いて、図１に示す位置に吐出し、受容層に含浸させ、乾燥させることで、ゲート電極を形成した。また、このとき、画素電極上の電荷を保持するアディショナルキャパシタとしての電極を、設けてもよい。

さらにゲート絶縁層として厚さ２００ｎｍの酸化珪素被膜を、下記条件の大気圧プラズマ法にて形成した。なお、このときフィルムの温度は１８０℃とした。

（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／ｃｍ²
（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。

さらに、酸化珪素皮膜上に、反応性ガスにトリメトキシプロピルシランのみを用いて、大気圧プラズマ処理を行い、撥水処理を施した。

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、Ｎ₂ガスでバブリングすることで、溶液中の溶存酸素を除去し、Ｎ₂ガス雰囲気中で前記酸化ケイ素皮膜の表面にアプリケーターを用いて塗布し、室温で乾燥させた後、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５０ｎｍであった。

下記の組成物をサンドミルを用いて別々に混練分散して得られたＡ液、Ｂ液及びポリイソシアネート化合物〔日本ポリウレタン工業（株）製、コロネート３０４１；有効成分５０％〕を質量比で１００：２．３９：０．３７に混合し、ディゾルバーで撹拌して塗工液を調製した。

該塗工液を、超音波分散後、エクストルージョン方式の押し出しコーターで塗布し、乾燥し、窒素ガス雰囲気中１００℃５分で熱処理し、厚さ０．３μｍのアブレーション層を形成した。
〈組成物〉
Ａ液
Ｆｅ−Ａｌ系強磁性金属粉末１００部
ポリウレタン樹脂〔東洋紡績（株）製、バイロンＵＲ−８２００〕１０．０部
ポリエステル樹脂〔東洋紡績（株）製、バイロン２８０〕５．０部
リン酸エステル３．０部
メチルエチルケトン１０５．０部
トルエン１０５．０部
シクロヘキサノン９０．０部
Ｂ液
α−アルミナ（平均粒子径：０．１８μｍ）
〔住友化学（株）製、高純度アルミナＨＩＴ６０Ｇ〕１００部
ポリウレタン樹脂〔東洋紡績（株）製、バイロンＵＲ−８７００〕１５部
リン酸エステル３．０部
メチルエチルケトン４１．３部
トルエン４１．３部
シクロヘキサノン３５．４部
アブレーション層上に下記組成物をアイソパーＥ”（イソパラフィン系炭化水素、エクソン化学（株）製）単独溶媒で固形分濃度１０．３質量％に希釈した液体を塗設し、厚さ０．４μｍのシリコーンゴム層（電極材料反発層）を形成した。

組成物
α，ω−ジビニルポリジメチルシロキサン（分子量約６０，０００）１００部
ＨＭＳ−５０１（両末端メチル（メチルハイドロジェンシロキサン）（ジメチルシロキサン）共重合体、ＳｉＨ基数／分子量＝０．６９ｍｏｌ／ｇ、チッソ（株）製）７部
ビニルトリス（メチルエチルケトキシイミノ）シラン３部
ＳＲＸ−２１２（白金触媒、東レ・ダウコーニングシリコーン（株）製、）５部
これに対して、発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザーで３００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度でソース電極（画素電極）、ドレイン電極、ソースバスラインの電極パターンを露光した後、露光部のシリコーンゴム層をブラシ処理で除去した。

さらに水でよく洗浄すると、露光部のアブレーション層が除去された。

特開平１１−８０６４７に記載される製法を用いて平均粒径１０ｎｍの銀微粒子の水分散液を調製した後、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体の水分散液（バイエル社製ＢＡＹＴＲＯＮＰ）と０．０１質量％のノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を添加し、流動性材料とした。ここで、銀微粒子と導電性ポリマーの質量比は５０００：１となるよう調整した。

これをフィルムのシリコーンゴム層側に塗布すると、流動性電極材料が電極およびバスラインとなる領域に堆積した。これを、乾燥した後、窒素ガス雰囲気下で１８０℃、１０分間熱処理すると、銀微粒子が融着し、厚さ約３００ｎｍの各電極、およびソースバスライン（幅２μｍ）が形成された。

フィルム上に形成された各ＴＦＴは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴとして良好に動作し、飽和領域の移動度は、０．０４５ｃｍ²／Ｖ・ｓであった。

また、ソースバスラインには、銀粒子が融着した薄膜が形成されているため、抵抗値が十分に低く、実用上の障害はない。

比較例１
流動性材料に、導電性ポリマーを添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてＴＦＴシートを作成した。

実施例２
流動性材料を以下に変えたこと以外は実施例１と同様にしてＴＦＴシートを作成した。

特開平１１−８０６４７に記載される製法を用いて平均粒径１０ｎｍの銅微粒子の水分散液を調製した後、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体の水分散液（バイエル社製ＢＡＹＴＲＯＮＰ）と０．０１質量％のノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を添加し、流動性材料とした。

比較例２
流動性材料に、導電性ポリマーを添加しないこと以外は、実施例２と同様にしてＴＦＴシートを作成した。

実施例３
流動性電極材料を以下に変えたこと以外は実施例１と同様にしてＴＦＴシートを作成した。

特開平１１−８０６４７に記載される製法を用いて平均粒径１０ｎｍの金微粒子の水分散液を調製した後、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体の水分散液（バイエル社製ＢＡＹＴＲＯＮＰ）と０．０１質量％のノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を添加し、流動性材料とした。

比較例３
流動性材料に、導電性ポリマーを添加しないこと以外は、実施例３と同様にしてＴＦＴシートを作成した。

以上で作成したＴＦＴシートの各ＴＦＴのキャリア移動度を以下に示す。

試料キャリア移動度（ｃｍ²／Ｖ・ｓ）
実施例１０．０４５
比較例１０．００７２
実施例２０．０１０
比較例２０．００１２
実施例３０．０６３
比較例３０．０１５
実施例４
実施例１のＴＦＴシートの作成において半導体層の形成工程以降を変更した。

昇華精製したペンタセンを、厚さ５０ｎｍとなるように加熱蒸着によりＴＦＴシート一面に成膜して半導体層とした。

その上にスノーテックス−ＰＳＭ（日産化学社製、固形分２０質量％）を塗布、乾燥し、厚さ２μｍの受容層を形成した。

特開平１１−８０６４７に記載される製法を用いて平均粒径１０ｎｍの銀微粒子の水分散液を調製した後、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ錯体の水分散液（バイエル社製ＢＡＹＴＲＯＮＰ）と０．０１質量％のノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を添加し、流動性材料とした。ここで、銀微粒子と導電性ポリマーの質量比は１００：１となるよう調整した。

得られた流動性材料を受容層上に、静電吸引型のインクジェット装置を用いて、ソース電極（画素電極）、ドレイン電極及びソースバスライン状にパターン化できるよう吐出した。乾燥し、窒素ガス雰囲気下で１８０℃、１０分間熱処理すると、銀微粒子が融着し、かつ、受容層中に浸透した導電性ポリマーが半導体層に接合し、チャネル長Ｌ＝５μｍ、チャネル幅Ｗ＝１００μｍのトランジスタが形成された。

フィルム上に形成された各ＴＦＴは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴとして良好に動作し、飽和領域のキャリア移動度は０．０５０ｃｍ²／Ｖ・ｓであった。

ＴＦＴシートの配置の１例を示す図である。ＴＦＴ素子が複数配置されるシートの１例の概略等価回路図である。

符号の説明

２ゲート電極
４有機半導体層
５ドレイン電極
６ソース電極
１１ＴＦＴシート
１２ゲートバスライン
１３ソースバスライン
１４ＴＦＴ素子
１５蓄積コンデンサ
１６出力素子
１７垂直駆動回路
１８水平駆動回路

Claims

支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有し、少なくともソースバスライン及びドレイン電極が、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタシート。
前記金属微粒子が加熱処理により融着されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタシート。
前記流動性材料に含有される金属微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタシート。
半導体層が有機半導体材料からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の薄膜トランジスタシート。
ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の薄膜トランジスタシート。
少なくともソースバスライン及びドレイン電極が、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成されたことを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタシート。
前記流動性材料に含有される導電性ポリマーが金属微粒子に対して質量比で０．００００１〜０．１であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の薄膜トランジスタシート。
ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、当該流動性材料がパターニングされた後、金属微粒子が融着される工程を経て形成されたことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の薄膜トランジスタシート。
ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有し、少なくともソース電極及びドレイン電極が、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料から形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ素子。
前記金属微粒子が加熱処理により融着されていることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタ素子。
前記流動性材料に含有される金属微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の薄膜トランジスタ素子。
半導体層が有機半導体材料からなることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の薄膜トランジスタ素子。
ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成されたことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の薄膜トランジスタ素子。
少なくともソース電極及びドレイン電極が、前記流動性材料を受容する絶縁性層に該流動性材料を浸透させる工程を経て形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタ素子。
前記流動性材料に含有される導電性ポリマーが金属微粒子に対して質量比で０．００００１〜０．１であることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の薄膜トランジスタ素子。
ゲートバスライン、ソースバスライン及び前記各電極から選ばれる少なくとも１つが、前記流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、当該流動性材料がパターニングされた後、金属微粒子が融着される工程を経て形成されたことを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の薄膜トランジスタ素子。
支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料をパターニングした後、金属微粒子を熱融着することにより形成することを特徴とする薄膜トランジスタシートの作製方法。
支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料を、該材料を受容する絶縁性層にパターニングして浸透させる工程を経て形成することを特徴とする薄膜トランジスタシートの作製方法。
支持体シート上に、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結された複数の薄膜トランジスタが形成され、該薄膜トランジスタはゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層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有する薄膜トランジスタシートの、少なくともソースバスライン及びドレイン電極を、金属微粒子と導電性ポリマーとを含有する流動性材料を、該流動性材料の導電性ポリマーを受容し、金属微粒子は受容しない絶縁性層上に、パターニングした後、金属微粒子を熱融着することにより形成することを特徴とする薄膜トランジスタシートの作製方法。
前記流動性材料を印刷法又はインクジェット法によりパターニングすることを特徴とする請求項１７〜１９の何れか１項に記載の薄膜トランジスタシートの作製方法。
有機半導体材料からなる半導体層を付設した後に流動性材料の層を熱融着することを特徴とする請求項１７に記載の薄膜トランジスタシートの作製方法。