JP2006278804A

JP2006278804A - 有機トランジスタの形成方法

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Publication number: JP2006278804A
Application number: JP2005096730A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kino; 修喜納; Ryuichi Nakamura; 隆一中村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】印刷法により、プラスチックフィルムを基板として用いて、高寸法精度の有機トランジスタを形成することができる有機トランジスタの形成方法を提供する。
【解決手段】本発明の有機トランジスタの形成方法は、プラスチック基材１上に有機トランジスタを形成する方法であって、プラスチック基材１上に下部電極インクを塗布した後、下部電極インクを乾燥する工程と、下部電極インクを覆うように絶縁インクを塗布した後、絶縁インクを乾燥する工程と、絶縁インク上に上部電極インクを塗布する工程と、下部電極インク、絶縁インクおよび上部電極インクのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体とする工程と、積層体上に有機半導体層６を積層する工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機トランジスタの形成方法に関し、さらに詳しくは、石英ガラスや耐熱ガラスに代えて、プラスチックフィルムを基板として用いた有機トランジスタを、印刷法により、高寸法精度に形成することができる有機トランジスタの形成方法に関するものである。

各種の半導体装置のうち、液晶表示装置（ＬＣＤ）、電界発光表示装置（ＬＥＤ）、電気泳動型表示装置（ＥＰＤ）などの表示装置を構成するアクティブマトリックス基板は、絶縁表面を有する基板の一主面にフォトリソグラフィなどの方法を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたものである。
従来、薄膜トランジスタを作製する場合、金属、半導体、絶縁体などからなる薄膜を成膜する工程では、高温の熱処理が施されるため、基板としては、耐熱性に優れる石英ガラスや耐熱ガラスが用いられている。

また、これらの表示装置の応用例としては、携帯機器、大型壁掛テレビなどへの利用が注目されている。
しかしながら、薄膜トランジスタの基板として用いられている石英ガラスや耐熱ガラスは、耐熱性に優れるものの、重く、割れや易く、柔軟性に欠ける。そこで、軽量、薄型、柔軟かつ安価な半導体装置を得るために、印刷法や塗布法により、プラスチックフィルム上に有機トランジスタや、その周辺回路を形成する技術が開発されている。

一般に、有機半導体をデバイスの構成として用いる場合、液体でのプロセスが可能となるため、大面積化，印刷法の適用、さらにプラスチック基板の利用が可能となり、フレキシブル化，低コスト化及び軽量化の目的を達成できる利点がある（例えば、非特許文献１参照）。

また、低コスト化やフレキシブル化を実現する上においては、半導体のみでなく、ゲート電極，ソース・ドレイン電極やゲート絶縁膜も印刷法などにより形成されることが望ましい。
印刷法を用いた電極の形成においては、導電性高分子や金属コロイド溶液などを用いた電極パターンの形成に関する開発も行われている（非特許文献２参照）。
Ｓｃｉｅｎｃｅｖｏ１．２６５、１６８４（１９９４）ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓＶｏｌ．２７９、４３８（２００３）

プラスチックフィルム上に有機トランジスタを形成する工程としては、電極層や絶縁層をなすインクのプラスチックフィルム上への印刷工程・塗布工程、電極層や絶縁層をなすインクの熱処理工程などが挙げられる。この印刷工程、塗布工程、熱処理工程などは、有機トランジスタを構成する電極層や絶縁層毎に行われる。
また、良好な電気特性の半導体装置を得るためには、熱処理工程にて、加熱温度を１００℃から２００℃程度にする必要がある。

しかしながら、プラスチックフィルムは耐熱性が低く、熱処理により収縮するか、または膨張するので、有機トランジスタを構成する電極層と絶縁層を適切に重ね合わせて積層するためには、アライメントマージンを大きくしなければならないという問題点があった。
特に、ゲート電極とソースドレイン電極のアライメントマージンの増加は、上部電極と下部電極との間の寄生容量に起因する応答速度の低下やゲートリーク電流の増加を引き起こす。

また、印刷工程や塗布工程は、インク溶液、ペースト、懸濁液、コロイド液などの流体を用いたウェットプロセスであるが、ウェットプロセスによる積層体の形成では、上層を形成する際に、下層を浸食することがないようにする必要がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、印刷法により、プラスチックフィルムを基板として用いて、高寸法精度の有機トランジスタを形成することができる有機トランジスタの形成方法を提供することを目的とする。

本発明の有機トランジスタの形成方法は、プラスチック基材上に有機トランジスタを形成する方法であって、前記プラスチック基材上に下部電極インクを塗布した後、当該下部電極インクを乾燥する工程と、前記下部電極インクを覆うように絶縁インクを塗布した後、当該絶縁インクを乾燥する工程と、前記絶縁インク上に上部電極インクを塗布する工程と、前記下部電極インク、前記絶縁インクおよび前記上部電極インクのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体とする工程と、前記積層体上に有機半導体層を積層する工程と、を備えたことを特徴とする。

前記下部電極インクおよび前記上部電極インクの主構成溶媒が水系溶媒であることが好ましい。
前記絶縁インクの主構成溶媒が有機系溶媒であることが好ましい。

前記下部電極インクまたは前記上部電極インクに含まれる溶媒と、前記絶縁インクに含まれる溶媒との２５℃における相互溶解度は１０％以下であることが好ましい。
前記下部電極インクまたは前記上部電極インクは、導電性高分子からなることが好ましい。

前記下部電極インクおよび前記上部電極インクは、金属ナノ粒子を有機分散剤により水系溶媒に分散してなることが好ましい。
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属からなるナノ粒子、または、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属から選択される２種類以上の金属からなる合金からなるナノ粒子であることが好ましい。

本発明の有機トランジスタの形成方法によれば、プラスチック基材上に有機トランジスタを形成する方法であって、前記プラスチック基材上に下部電極インクを塗布した後、当該下部電極インクを乾燥する工程と、前記下部電極インクを覆うように絶縁インクを塗布した後、当該絶縁インクを乾燥する工程と、前記絶縁インク上に上部電極インクを塗布する工程と、前記下部電極インク、前記絶縁インクおよび前記上部電極インクのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体とする工程と、前記積層体上に有機半導体層を積層する工程と、を備えたので、各工程にて、プラスチック基材に高熱が加えられないため、プラスチック基材の膨張や収縮などの変形を抑制でき、上部電極と下部電極の重ね合わせを高精度に行うことができ、下部電極と上部電極を所定の配置に積層することができる。また、下部電極インク、上部電極インクおよび絶縁インクは、有機半導体層の形成に用いられる有機半導体材料を含むインクをなす芳香族系の有機系溶媒に対する耐性が弱いので、本発明のように有機半導体層を積層する前に熱処理することが有効である。

本発明の有機トランジスタの形成方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本実施形態の有機トランジスタの形成方法は、プラスチック基材上に有機トランジスタを形成する方法であって、前記プラスチック基材上に下部電極インクを塗布した後、当該下部電極インクを乾燥する工程と、前記下部電極インクを覆うように絶縁インクを塗布した後、当該絶縁インクを乾燥する工程と、前記絶縁インク上に上部電極インクを塗布する工程と、前記下部電極インク、前記絶縁インクおよび前記上部電極インクのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体とする工程と、前記積層体上に有機半導体層を積層する工程と、を備えたものである。

以下に、本実施形態の有機トランジスタの形成方法をさらに詳細に説明する。なお、本実施形態では、電界効果型トランジスタの形成方法を例示して、有機トランジスタの形成方法を説明する。
図１〜図４は、電界効果型トランジスタの形成方法を示す概略断面図である。
図１〜図４を元にして以下に説明する方法により、図４に示す積層構造の電界効果型トランジスタが得られる。

この電界効果型トランジスタ１０は、プラスチック基材１上に形成された下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂからなる上部電極層４、有機半導体層６の構成とされている。
この構成の電界効果型トランジスタ１０を形成するために、以下の工程を行う。

本実施形態の有機トランジスタの形成方法では、まず、図１に示すように、プラスチック基材１の一方の面１ａに、印刷法により、下部電極インクを塗布した後、この下部電極インクを室温にて乾燥（第一の工程）し、下部電極層２を形成する。

この第一の工程にて用いる印刷法としては、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、反転印刷法、インクジェット法、熱転写印刷法、スクリーン印刷法、ディスペンサなどのパターニング方法などが挙げられる。

また、下部電極インクを乾燥させるには、室温風乾、真空乾燥などの方法が用いられるが、２０℃〜６０℃程度に加温して乾燥してもよい。

下部電極層２の厚みは、特に限定されるものではないが、後段の工程にて、有機トランジスタを形成するための各種材料を積層するのを容易にするため、絶縁インクの厚みよりも薄いことが好ましい。また、下部電極層２は、これを後述の如く熱処理した後の表面形状が、上部電極層との短絡を防ぐために平滑となるように形成される。

次いで、図２に示すように、下部電極層２およびプラスチック基材１の一方の面１ａの一部を覆うように、印刷法により、絶縁インクを塗布した後、絶縁インクを室温にて乾燥（第二の工程）し、絶縁層３を形成する。

この第二の工程にて用いる印刷法としては、スピンコート法、グラビアコート法、ダイコート法、スプレーコート法、ディップコート法、カーテンコート法、バーコート法などが挙げられる。

また、絶縁インクを乾燥させるには、室温風乾、真空乾燥などの方法が用いられるが、２０℃〜６０℃程度に加温して乾燥してもよい。

次いで、図３に示すように、絶縁層３の上に下部電極層２の両端部上に相互に離間して位置するように、印刷法により、対になるように、上部電極インクを塗布し、上部電極インクを室温にて乾燥（第三の工程）し、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂからなる上部電極層４を形成する。

この第三の工程にて用いる印刷法としては、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、反転印刷法、インクジェット法、熱転写印刷法、スクリーン印刷法、ディスペンサなどのパターニング方法などが挙げられる。

また、上部電極インクを乾燥させるには、室温風乾、真空乾燥などの方法が用いられるが、２０℃〜６０℃程度に加温して乾燥してもよい。

次いで、下部電極層２、絶縁層３および上部電極層４を一括して熱処理して、プラスチック基材１、下部電極層２、絶縁層３およびソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂからなる積層体５を形成する（第四の工程）。

この第四の工程にて、熱処理を施す方法としては、例えば、真空加熱乾燥する方法、＿熱風乾燥する方法、ＩＲオーブン乾燥する方法などが用いられる。

この第四の工程の熱処理にて、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを加熱する温度は、特に限定されないが、１００℃〜２００℃が好ましく、１２０℃〜１５０℃がより好ましい。下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを加熱する温度が１００℃未満では、電極材料の導電性が発現せず、緻密な絶縁層を形成できない。

この熱処理にて、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを加熱する時間は、特に限定されないが、１０分〜２時間が好ましく、３０分〜６０分がより好ましい。下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを加熱する時間が１０分未満では、電極材料の導電性が発現せず、緻密な絶縁層を形成できない。一方、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを加熱する時間が２時間を超えると、プラスチック基材１の熱変形量が大きく、工程のスループットが悪くなる。

なお、ここでは、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを一括して熱処理する場合を示したが、本発明の有機トランジスタの形成方法はこれに限定されない。本発明の有機トランジスタにあっては、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂのうち少なくとも二層を一括して熱処理すればよい。すなわち、下部電極層２と絶縁層３を一括して熱処理した後、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを形成してもよい。

次いで、図４に示すように、積層体５上に、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂの間に形成されている絶縁層３に接続するように、印刷法により、有機半導体材料を含むインク（以下、「有機半導体材料インク」と称する。）塗布した後、有機半導体材料インクを室温にて乾燥して、有機半導体層６を形成し、電界効果型トランジスタ１０を得る（第五の工程）。

この第五の工程にて用いる印刷法としては、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、反転印刷法、インクジェット法、熱転写印刷法、スクリーン印刷法、ディスペンサなどのパターニング方法などが挙げられる。

また、有機半導体材料インクを乾燥させるには、室温風乾、真空乾燥などの方法が用いられるが、２０℃〜１００℃程度に加温して乾燥してもよい。
また、有機半導体材料インクに熱処理を施す方法としては、例えば、真空加熱乾燥する方法、熱風乾燥する方法、ＩＲオーブン乾燥する方法などが用いられる。

プラスチック基材１の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、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、ポリカーボネート、セルローストリアセテートなどから適宜選択することができ、これらの樹脂を組み合わせたポリマーアロイを用いることもできる。また、プラスチック基材１としては、上記の樹脂からなるフィルム、シート、基板、もしくは、上記の樹脂から選択された１種または２種以上からなるフィルム、シート、基板などを組み合わせて積層した積層材が挙げられる。

また、プラスチック基材１としては、水蒸気バリア性を有するプラスチック、もしくは、ＳｉＯ_２などの水蒸気バリア性を有するバリア層を積層したプラスチックフィルムなどを用いることもできる。

下部電極インクとしては、主構成溶媒が水系溶媒であるものが用いられる。水系溶媒としては、有機分散剤により金属ナノ粒子を分散させることが可能であり、絶縁インクを侵食しないものであれば、特に限定されるものではないが、水、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、グリコールエーテルなどが挙げられる。

また、下部電極インクは、導電性高分子からなるものである。
導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリピロールなどの高分子化合物が挙げられる。

さらに、下部電極インク２は、金属ナノ粒子を有機分散剤により水系溶媒に分散してなるものである。
金属ナノ粒子としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属からなるナノ粒子、または、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属から選択される２種類以上の金属からなる合金からなるナノ粒子が挙げられる。有機分散剤としては、例えば、アルカンオール、テトラメチルアンモニウム、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンイミンなどが挙げられる。

絶縁インクとしては、主構成溶媒が有機系溶媒であるものが用いられる。
有機系溶媒としては、絶縁材料を溶解するものが用いられるが、例えば、シクロヘキサノン、トルエン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。

絶縁材料としては、例えば、ポリビニルフェノール、ポリパラキシレン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シアノエチルプルランなどの樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられる。これらの絶縁材料の中でも、絶縁インク３の乾燥後に芳香族系溶媒への耐性のあるもの、もしくは、乾燥後に熱硬化または光硬化により、芳香族系の溶媒に対する耐性が得られるものが好ましい。

上部電極インクとしては、上記の下部電極インクと同様のものが用いられるが、上部電極層４と有機半導体層６とのオーミックな接触が求められるため、有機半導体層６をなす有機半導体材料に適した仕事関数を持つものが好ましい。この点から、上部電極インクと下部電極インクは異なる材料であってもよい。このような有機半導体材料に適した仕事関数を持つ上部電極インクとしては、例えば、ｎ型半導体には亜鉛、ジルコニウム、マンガン、鉛などの低仕事関数の金属を含む電極インク、ｐ型半導体には白金、金、パラジウム、ニッケルなどの高仕事関数の金属を含む電極インクが挙げられる。

また、下部電極インクまたは上部電極インクに含まれる溶媒と、絶縁インクに含まれる溶媒との２５℃における相互溶解度は１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。相互溶解度が１０％を超えると、下部電極インクおよび上部電極インクに含まれる溶媒が絶縁インクを侵食するか、または、絶縁インクに含まれる溶媒が下部電極インクおよび上部電極インクを侵食して、目的とする下部電極層２、絶縁層３、上部電極層４を形成することができない。

有機半導体材料インクとしては、有機半導体材料と有機系溶媒を含有してなるものが用いられる。
有機半導体材料としては、有機系溶媒に溶解するものが用いられ、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）類などのπ共役ポリマー、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などの低分子物質が挙げられる。

有機系溶媒としては、有機半導体材料を溶解し、上部電極インクを侵食しないものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、トルエン、クロロホルム、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。

本実施形態の有機トランジスタの形成方法によれば、プラスチック基材１上に下部電極インクを塗布した後、下部電極インクを乾燥し、下部電極層３を形成する第一の工程と、下部電極層２を覆うように絶縁インクを塗布した後、絶縁インクを乾燥し、絶縁層３を形成する第二の工程と、絶縁層３上に上部電極インクを塗布し、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂを形成する第三の工程と、下部電極層２、絶縁層３、ソース電極４Ａとドレイン電極４Ｂのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体５とする第四の工程と、積層体５上に有機半導体層６を積層する第五の工程と、を備えたので、各工程にて、プラスチック基材１に熱処理の高熱が加えられないため、プラスチック基材１の膨張や収縮などの変形を抑制でき、上部電極インクからなるソース電極４Ａおよびドレイン電極４Ｂと下部電極層２の重ね合わせ位置を高精度に行うことができ、上部電極インクからなるソース電極４Ａおよびドレイン電極４Ｂと下部電極層２を所定の重ね合わせ位置に積層することができる。また、下部電極インク、上部電極インクおよび絶縁インクは、有機半導体材料インクに含まれる芳香族系の有機系溶媒に対する耐性が弱いので、有機半導体層６を積層する前に熱処理することにより、所定の下部電極層２、絶縁層３および上部電極層４を形成することができる。よって、本実施形態の有機トランジスタの形成方法によれば、有機トランジスタをプラスチック基材１上に形成することができるので、ガラス基板上に形成されたものと比較して、軽量で薄く、多少の変形に耐える柔軟性を有し、落下などによって破損することのない耐衝撃性の高い有機トランジスタが得られる。

また、下部電極インクおよび上部電極インクは水系溶媒を含有し、絶縁インクは有機系溶媒を含有するので、下部電極インクおよび上部電極インクは絶縁インクを侵食することがなく、所定のパターンに下部電極インク、絶縁インクおよび上部電極インクを塗布することができ、その結果として、所定の下部電極層２、絶縁層３および上部電極層４を形成することができる。また、水系溶媒は、下部電極インクおよび上部電極インクに含まれる金属ナノ粒子を、有機分散剤により均一に分散させることが可能である。

また、金属ナノ粒子は、バルク金属より表面エネルギーが大きいため金属固有の融点より低い温度で焼結することができるので、下部電極層２、絶縁層３、上部電極層４を熱処理する温度を、プラスチック基材１が膨張や収縮などの変形をしない程度にすることができる。

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（実施例）
表面にＳｉＯ_２のバリア層が形成されたポリイミドフィルム（カプトン５００Ｖ：東レデュポン社製）上に、凸版印刷法により、下部電極インクを所定のパターンに印刷した後、この下部電極インクを室温にて乾燥し、下部電極層を形成した。下部電極インクとしては、金ナノ粒子を含む電極インク（ファインスフェアゴールドＥ１０１：日本ペイント社製）、または、銀ナノ粒子を含む電極インク（銀インクＡｇｉｎ−Ｗ、銀インクＡｇｉｎ−ＷＥ：住友電気工業社製）を用いた。
次いで、下部電極層およびポリイミドフィルムの一部を覆うように、スピンコート法により、ポリビニルフェノール溶液からなる絶縁インクを所定のパターンに印刷した後、この絶縁インクを室温にて乾燥し、絶縁層を形成した。
次いで、絶縁層上に、凸版印刷法により、上部電極インクを所定のパターンに印刷し、乾燥してソース・ドレイン電極を形成した。上部電極インクとしては、下部電極インクと同様のものを用いた。
次いで、下部電極層、絶縁層およびソース・ドレイン電極を一括して、２００℃にて熱処理して、ポリイミドフィルム、下部電極層、絶縁層およびソース・ドレイン電極からなる積層体を形成した。
次いで、積層体上に、インクジェット印刷法により、９，９−ジオクチルフルオレンコビチオフェン溶液からなる有機半導体材料インクを所定のパターンに印刷して室温で乾燥することにより、有機半導体層を形成し、有機トランジスタを得た。

本実施例の有機トランジスタの形成方法では、上部電極インクを印刷するまで熱処理の熱が加えられないので、ポリイミドフィルムの熱収縮はなく、有機トランジスタが完成するまでに、下部電極層、絶縁層およびソース・ドレイン電極を一回のみ２００℃にて一括して熱処理しただけであるから、有機トランジスタの完成までに、ポリイミドフィルムは０．０５％熱収縮したのみであった。また、本実施例で用いた下部電極インクおよび上部電極インクは、１５０〜２００℃にて焼結すると、良好な導電性を示す。

（比較例１）
ポリエチレンテレフタレートフィルム（メリネックスＳ１５０：帝人デュポンフィルム社製）上に、凸版印刷法により、下部電極インクを所定のパターンに印刷した後、この下部電極インクを２００℃にて熱処理し、下部電極層を形成した。下部電極インクとしては、金ナノ粒子を含む電極インク（ファインスフェアゴールドＥ１０１：日本ペイント社製）、または、銀ナノ粒子を含む電極インク（銀インクＡｇｉｎ−Ｗ、銀インクＡｇｉｎ−ＷＥ：住友電気工業社製）を用いた。
次いで、下部電極層およびポリエチレンテレフタレートフィルムの一部を覆うように、スピンコート法により、ポリビニルフェノール溶液からなる絶縁インクを所定のパターンに印刷した後、この絶縁インクを２００℃にて熱処理し、絶縁層を形成した。
次いで、絶縁層上に、凸版印刷法により、上部電極インクを所定のパターンに印刷した後、この上部電極インクを２００℃にて熱処理し、ソース・ドレイン電極を形成した。上部電極インクとしては、下部電極インクと同様のものを用いた。
次いで、ポリエチレンテレフタレートフィルム、下部電極層、絶縁層およびソース・ドレイン電極からなる積層体上に、インクジェット印刷法により、９，９−ジオクチルフルオレンコビチオフェン溶液からなる有機半導体材料インクを所定のパターンに印刷して室温で乾燥することにより、有機半導体層を形成し、有機トランジスタを得た。

本比較例１の有機トランジスタの形成方法では、ソース・ドレイン電極を形成する前に熱処理が２回行われるので、ポリエチレンテレフタレートフィルムは２．０％以上熱収縮した。さらに、有機トランジスタの完成までに、ソース・ドレイン電極を熱処理するので、ポリエチレンテレフタレートフィルムは２．７％以上熱収縮した。

（比較例２）
ポリイミドフィルム（カプトン５００Ｖ：東レデュポン社製）上に、凸版印刷法により、下部電極インクを所定のパターンに印刷した後、この下部電極インクを２００℃にて熱処理し、下部電極層を形成した。下部電極インクとしては、金ナノ粒子を含む電極インク（ファインスフェアゴールドＥ１０１：日本ペイント社製）、または、銀ナノ粒子を含む電極インク（銀インクＡｇｉｎ−Ｗ、銀インクＡｇｉｎ−ＷＥ：住友電気工業社製）を用いた。
次いで、下部電極層およびポリイミドフィルムの一部を覆うように、スピンコート法により、ポリビニルフェノール溶液からなる絶縁インクを所定のパターンに印刷した後、この絶縁インクを２００℃にて熱処理し、絶縁層を形成した。
次いで、絶縁層上に、凸版印刷法により、上部電極インクを所定のパターンに印刷した後、この上部電極インクを２００℃にて熱処理し、ソース・ドレイン電極を形成した。上部電極インクとしては、下部電極インクと同様のものを用いた。
次いで、ポリイミドフィルム、下部電極層、絶縁層およびソース・ドレイン電極からなる積層体上に、インクジェット印刷法により、９，９−ジオクチルフルオレンコビチオフェン溶液からなる有機半導体材料インクを所定のパターンに印刷して室温で乾燥することにより、有機半導体層を形成し、有機トランジスタを得た。

本比較例２の有機トランジスタの形成方法では、上部電極層を形成する前に熱処理が２回行われるので、ポリイミドフィルムは０．０９％以上の熱収縮が起こり、有機トランジスタの完成までに３回の熱処理工程が行われるため、ポリイミドフィルムは０．１３％以上熱収縮した。

本発明の有機トランジスタの形成方法は、複数層の電極回路からなる積層体を印刷的手法により形成する際にも適用できる。

本発明の有機トランジスタの形成方法の一実施形態として、電界効果型トランジスタの形成方法を示すもので、プラスチック基材上に下部電極層を形成した状態を示す概略断面図である。本発明の有機トランジスタの形成方法の一実施形態として、電界効果型トランジスタの形成方法を示すもので、下部電極層上に絶縁層を形成した状態を示す概略断面図である。本発明の有機トランジスタの形成方法の一実施形態として、電界効果型トランジスタの形成方法を示すもので、ソース・ドレイン電極を形成した状態を示す概略断面図である。本発明の有機トランジスタの形成方法の一実施形態として、電界効果型トランジスタの形成方法を示すもので、ソース・ドレイン電極に接続させて有機半導体層を形成した状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１プラスチック基材
２下部電極層
３絶縁層
４上部電極層
４Ａソース電極
４Ｂドレイン電極
５積層体
６有機半導体層
１０電界効果型トランジスタ

Claims

プラスチック基材上に有機トランジスタを形成する方法であって、
前記プラスチック基材上に下部電極インクを塗布した後、当該下部電極インクを乾燥する工程と、前記下部電極インクを覆うように絶縁インクを塗布した後、当該絶縁インクを乾燥する工程と、前記絶縁インク上に上部電極インクを塗布する工程と、前記下部電極インク、前記絶縁インクおよび前記上部電極インクのうち少なくとも二層を一括して熱処理して積層体とする工程と、前記積層体上に有機半導体層を積層する工程と、を備えたことを特徴とする有機トランジスタの形成方法。
前記下部電極インクおよび前記上部電極インクの主構成溶媒が水系溶媒であることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタの形成方法。
前記絶縁インクの主構成溶媒が有機系溶媒であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタの形成方法。
前記下部電極インクまたは前記上部電極インクに含まれる溶媒と、前記絶縁インクに含まれる溶媒との２５℃における相互溶解度は１０％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機トランジスタの形成方法。
前記下部電極インクまたは前記上部電極インクは、導電性高分子からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の有機トランジスタの形成方法。
前記下部電極インクおよび前記上部電極インクは、金属ナノ粒子を有機分散剤により水系溶媒に分散してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機トランジスタの形成方法。
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属からなるナノ粒子、または、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属から選択される２種類以上の金属からなる合金からなるナノ粒子であることを特徴とする請求項６に記載の有機トランジスタの形成方法。