JP2005294286A - 有機薄膜トランジスタの製造方法及び有機薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 チャネル長の短い有機薄膜トランジスタを容易に製造する。
【解決手段】 対向して設けられるソース電極５及びドレイン電極４と、ソース電極及びドレイン電極間に形成される溝部３ｂ内に配置される有機半導体膜７と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体膜７からなるチャネル領域にゲート絶縁層２を介して接するように設けられるゲート電極１とを備える有機薄膜トランジスタを製造する方法であり、ソース電極５とドレイン電極７を幅の狭い狭小部３ａを介して一体化した一体化電極３を基板上に形成する工程と、一体化電極３の両端部に電圧を印加して通電し、狭小部３ａにクラック３ｂを形成させて、ソース電極４とドレイン電極５に分離する工程とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法及び有機薄膜トランジスタに関するものである。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、液晶表示ディスプレイなどの駆動装置として用いられているが、従来よりＴＦＴは、非晶質ケイ素や結晶質ケイ素などの無機半導体材料を用いて作製されている。しかしながら、無機半導体材料を用いてＴＦＴを形成する場合、半導体膜などの製造プロセスにおける処理温度が３５０℃を超えるため、有用な多くの基板材料を用いることができない。

このような無機半導体材料に代えて、有機半導体膜を用いた有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）が提案されている（特許文献１など）。有機ＴＦＴは、低温で形成することができるため、基板にプラスチック材料などを使用することができる。また、有機半導体材料として高分子材料を用いる場合には、ディッピング法、キャスト法、バーコート法、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、印刷法などにより、有機半導体膜を形成している（特許文献２、特許文献３など）。

このような有機ＴＦＴにおいて、その性能を向上させるためには、チャネル長を短くする必要がある。しかしながら、無機ＴＦＴと同様の微細加工を施そうとすると、より高価な材料が要求され、加工工程も複雑なものとなるため、低コストで大面積のＴＦＴが作製できるという有機ＴＦＴのメリットが損なわれてしまう。
特公平７−３２２５３号公報 特開２０００−２９４０３号公報 特開２０００−２６９５０４号公報

本発明の目的は、従来のフォトリソグラフィー法では形成することができなかった短いチャネル長の有機ＴＦＴを製造することができる方法及び有機ＴＦＴを提供することにある。

本発明は、対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁層を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタを製造する方法であり、ソース電極とドレイン電極を幅の狭い狭小部を介して一体化した一体化電極を基板の上に形成する工程と、一体化電極の両端部に電圧を印加して通電し、狭小部にクラックを形成させて、ソース電極とドレイン電極に分離する工程とを備えることを特徴としている。

本発明の有機薄膜トランジスタは、上記本発明の製造方法により製造することができる有機薄膜トランジスタであり、対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁層を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタであり、ソース電極とドレイン電極を幅の狭い狭小部を介して一体化した一体化電極の両端部に電圧を印加して通電し、狭小部に形成されたクラックによって一体化電極を分離することにより、ソース電極とドレイン電極が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ソース電極とドレイン電極を幅の狭い狭小部を介して一体化した一体化電極の両端部に電圧を印加して通電し、狭小部にクラックを形成し、これによって一体化電極を分離してソース電極とドレイン電極を形成している。このため、ソース電極とドレイン電極間の距離、すなわちチャネル長をクラックによって形成することができ、従来のフォトリソグラフィー法では形成できない短いチャネル長の有機ＴＦＴを製造することができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明に従う有機ＴＦＴの製造工程の一実施例を示す断面図である。

図１（ａ）を参照して、ゲート電極１の上にゲート絶縁層２を形成し、これを基板として用いる。ゲート電極１は、導電性を有する材料から形成されていればよく、無機材料であっても有機材料であってもよい。無機材料としては、Ｓｉ、ＳＵＳステンレス、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）などの透明導電性金属酸化物、Ａｕなどの金属材料が挙げられる。また、有機材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸））などが挙げられる。

ゲート絶縁層２の材質としては、絶縁材料であればよく、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。無機材料としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅などの絶縁性金属酸化物、Ｓｉ₃Ｎ₄などの絶縁性窒化物などが挙げられる。有機材料としては、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）などが挙げられる。ゲート絶縁層２の形成方法は、特に限定されるものではなく、蒸着法、スパッタリング法などで形成することができる。また、塗料を塗布することにより塗膜として形成してもよい。ゲート絶縁層２の膜厚は特に限定されるものではないが、数１０〜数１０００Å程度であることが好ましい。

次に、ゲート絶縁層２の上に、有機半導体膜７を形成する。有機半導体膜７は、インクジェット法または印刷法などにより特定の部分のみに形成する。フォトリソグラフィー法を用いてパターニングして形成してもよい。

有機半導体膜７の材料は、特に限定されるものではなく、半導体の性質を示す有機物質であればよい。このようなものとして、具体的には、ペンタセン、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）、ポリチオフェン、ＰＴＶ（ポリチェニレンビニレン）、オリゴチオフェン、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ〔２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン〕）、ＮＴＣＤＡ（ナフタレン四無水酢酸）、ＰＴＣＤＡ（ペリレン四無水酢酸）、アントラセン、テトラセンなどが挙げられる。

有機半導体膜７は、塗料を塗布する方法により形成してもよいし、蒸着法、スパッタリング法などで形成してもよい。塗料を塗布する方法としては、ディッピング法、キャスト法、バーコート法、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法などの方法を用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、有機半導体膜７を覆うように一体化電極３を形成する。図２（平面図）に示すように、一体化電極３は幅の狭い狭小部３ａを介してドレイン電極４とソース電極５を一体化した電極である。一体化電極３は、無機材料から形成されたものであってもよいし、有機材料から形成されたものであってもよい。無機材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ合金、Ｃａ合金、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａなどの金属またはその合金、並びにＩＴＯなどの導電性金属酸化物が挙げられる。また、有機材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどが挙げられる。一体化電極３の形成方法は、特に限定されるものではなく、蒸着法、スパッタリング法、塗料塗布などの方法により形成することができる。

一体化電極３の狭小部３ａの幅は、特に限定されるものではないが、１０〜５００μｍ程度であることが好ましく、数１００μｍ程度であることがさらに好ましい。

次に図１（ｃ）及び図３（平面図）を参照して、一体化電極３の両端にパルス電圧を印加し、通電することによって、狭小部３ａにクラック３ｂを形成する。クラックを形成するためのパルス電圧としては、数１００Ｖまたはそれ以上であることが好ましく、１ｍ秒程度またはそれ以下のパルス電圧で通電することが好ましい。

一体化電極３にクラック３ｂを形成することにより、一体化電極３をドレイン電極４及びソース電極５に分離することができる。ドレイン電極４とソース電極５の間には有機半導体膜７が形成されているので、クラック３ｂの間に存在する有機半導体膜７をチャネル領域とすることができる。従って、クラック３ｂの幅をチャネル長とすることができる。

以上のように、本発明に従うえば、狭小部３ａに形成したクラック３ｂをチャネル領域とすることができ、クラック３ｂの幅をチャネル長とすることができる。従って、従来よりも短いチャネル長の有機ＴＦＴを容易に形成することができる。

図４及び図５は、本発明に従う他の実施例の有機ＴＦＴを示す断面図及び平面図である。図４及び図５に示すように、ゲート絶縁層２の上に直接一体化電極を形成し、上述のようにして一体化電極にパルス電圧を通電して狭小部にクラック３ｂを形成し、このクラック３ｂの上に有機半導体膜７を形成することによって、有機ＴＦＴを作製してもよい。

図８は、飽和電圧と易動度（モビリティ）との関係を示す図である。図８においては、チャネル長Ｌを５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、１μｍ、及び０．１μｍと変化させた場合の、飽和電圧と易動度との関係を示している。図８から明らかなように、チャネル長Ｌを小さくすることにより、僅かな飽和電圧の変化で易動度を大きく変化させることができる。従って、チャネル長Ｌを短くすることにより、ＴＦＴ特性を高めることができる。

本発明の有機ＴＦＴは、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた表示装置に用いることができる。

図６は、本発明の有機ＴＦＴ１０と、有機ＥＬ素子２０を同一基板上に形成した一実施例を示す断面図である。図６に示すように、有機ＴＦＴ１０のドレイン電極４は、有機ＥＬ素子２０の陽極２１に接続されている。陽極２１の上には、正孔輸送層２２及び発光層２３が形成されており、発光層２３の上に陰極２３が形成されている。なお、ドレイン電極４と陽極２１は一体的に形成してもよい。

有機ＴＦＴ１０のドレイン電極の電圧が、陽極２１に印加されることにより、有機ＥＬ素子を駆動させることができる。

有機ＴＦＴ１０における有機半導体膜７は、一般に正孔輸送性材料を用いて形成されるので、有機半導体膜７を形成する際に、同時に同じ材料を用いて正孔輸送層２２を形成することができる。従って、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に有機ＴＦＴを用いれば、より簡易な工程で有機ＥＬ素子を製造することができる。

図７は、有機ＥＬ素子４０を用いた表示装置の駆動回路を示す図である。図７に示すように、有機ＥＬ素子４０の電極に、ドライバ素子４１のドレイン電極が接続されている。ドライバ素子４１のゲート電極には、スイッチング素子４２のドレイン電極が接続されており、このドレイン電極にはキャパシタ４３が接続されている。本発明の有機ＴＦＴは、このようなドライバ素子４１に用いることができ、また、スイッチング素子４２にも用いることができる。

本発明に従う有機薄膜トランジスタの製造工程の一実施例を示す断面図。 図１（ｂ）に示す工程の状態を示す平面図。 図１（ｃ）に示す工程の状態を示す平面図。 本発明に従う他の実施例の有機薄膜トランジスタを示す断面図。 図４に示す有機薄膜トランジスタの実施例を示す平面図。 本発明の有機薄膜トランジスタと有機エレクトロルミネッセンス素子を同一基板上に形成状態を示す断面図。 有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた表示装置に有機薄膜トランジスタ素子を用いた回路の一例を示す図。 薄膜トランジスタの飽和電圧と易動度との関係を示す図。

符号の説明

１…ゲート電極
２…ゲート絶縁層
３…一体化電極
３ａ…一体化電極の狭小部
３ｂ…一体化電極の狭小部に形成したクラック
４…ドレイン電極
５…ソース電極
７…有機半導体膜
１０…有機薄膜トランジスタ
２０…有機エレクトロルミネッセンス素子
２１…陽極
２２…正孔輸送層
２３…発光層
２４…陰極
４０…有機エレクトロルミネッセンス素子
４１…ドライバ素子
４２…スイッチング素子

Claims (4)

1. 対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁膜を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
   前記ソース電極と前記ドレイン電極を幅の狭い狭小部を介して一体化した一体化電極を基板上に形成する工程と、
   前記一体化電極の両端部に電圧を印加して通電し、前記狭小部にクラックを形成させて、前記ソース電極と前記ドレイン電極に分離する工程とを備えることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記基板が、前記ゲート電極の上に前記ゲート絶縁膜を形成した基板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の製造方法。
3. 対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁膜を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタであって、
   前記ソース電極と前記ドレイン電極を幅の狭い狭小部を介して一体化した一体化電極の両端部に電圧を印加して通電し、前記狭小部に形成されたクラックによって、前記一体化電極を分離することにより、前記ソース電極と前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
4. 前記基板が、前記ゲート電極の上に前記ゲート絶縁膜を形成した基板であることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタ。
   
   

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