JP2007019121A - Substrate for manufacturing organic semiconductor device, organic semiconductor device, and method for manufacturing same - Google Patents

Substrate for manufacturing organic semiconductor device, organic semiconductor device, and method for manufacturing same Download PDF

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Norifumi Nakamoto
憲史 中本
Yoshitaka Fujita
佳孝 藤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for manufacturing an organic semiconductor device by which an organic semiconductor film having a higher orientation order can be formed more easily and efficiently, and also to provide an organic semiconductor device using the same and method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The substrate for manufacturing the organic semiconductor device includes a substrate, a gate electrode formed on the substrate, a gate insulation film formed on the gate electrode, and an organic thin film formed on the gate insulation film. The organic thin film is formed from a solution for forming an organic thin film which contains: a silane-based surfactant expressed by the formula (1) R<SB>n</SB>-Si-X<SB>4-n</SB>(wherein R is 1-20C hydrocarbon or the like which may include a substituent, X is hydroxyl or the like, and n is an integer from 1 to 3); and a catalyst which can interact with the silane-based surfactant. The organic semiconductor device includes the substrate, and a source electrode, a drain electrode, a semiconductor film, and a protection film which are formed on the substrate. The method of manufacturing the organic semiconductor device is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高い配向秩序を有する有機半導体膜を、簡便且つ効率よく形成できる有機半導体装置形成用基板、この基板を用いる有機半導体装置、およびこの有機半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an organic semiconductor device forming substrate capable of easily and efficiently forming an organic semiconductor film having a high orientation order, an organic semiconductor device using the substrate, and a method for manufacturing the organic semiconductor device.

有機半導体装置(以下、「有機TFT」ということがある。)は、基板、ゲート電極、絶縁膜、ドレイン電極、ソース電極および有機半導体膜などから構成される。   An organic semiconductor device (hereinafter sometimes referred to as “organic TFT”) includes a substrate, a gate electrode, an insulating film, a drain electrode, a source electrode, an organic semiconductor film, and the like.

有機TFTは、ゲート電極への印加電圧により、絶縁膜と有機半導体膜の界面に蓄積されるキャリア量を過剰状態から不足状態に変調して、ドレイン電極とソース電極の間を流れる電流量を変化させて、スイッチング動作を行うものである。   The organic TFT changes the amount of current flowing between the drain electrode and the source electrode by modulating the amount of carriers accumulated at the interface between the insulating film and the organic semiconductor film from the excess state to the insufficient state by the voltage applied to the gate electrode. Thus, a switching operation is performed.

ところで、これらの有機半導体膜で高いスイッチング動作を得るには、絶縁膜表面に形成される有機半導体膜において、有機半導体分子同士が互いに向きを揃えて周密に配置した膜(すなわち、高い配向秩序を有する有機半導体膜)を形成する必要がある。   By the way, in order to obtain a high switching operation with these organic semiconductor films, in the organic semiconductor film formed on the surface of the insulating film, the organic semiconductor molecules are arranged in a close-packed manner so that the directions of the organic semiconductor molecules are aligned with each other (that is, a high orientation order). It is necessary to form an organic semiconductor film).

従来、このような高い配向秩序を有する有機半導体膜を形成する方法として、絶縁膜表面を予め有機薄膜(「自己組織化単分子膜」、「SAM膜」ともいう。)で被覆する方法が知られている。   Conventionally, as a method of forming an organic semiconductor film having such a high orientation order, a method in which the surface of an insulating film is previously coated with an organic thin film (also referred to as “self-assembled monomolecular film” or “SAM film”) is known. It has been.

例えば、非特許文献1には、シリコン熱酸化膜からなる絶縁膜表面をオクタデシルトリクロロシラン(OTS)などの自己組織化単分子膜で被覆すると、F8T2半導体高分子からなる有機半導体膜の配向秩序が向上してスイッチング性能が向上する旨が記載されている。
また、非特許文献2には、シリコン熱酸化膜からなる絶縁膜表面をOTSで被覆すると、ペンタセン半導体低分子を真空蒸着法で堆積した有機半導体膜の配向秩序が向上し、配向秩序が高い領域である結晶粒径がOTS被覆しない場合より増大して、TFTのスイッチング性能が向上することが報告されている。
さらに非特許文献3には、絶縁膜表面を予めヘキサメチルジシラザンからなる有機薄膜で被覆してから、その上にP3HTを塗布形成した有機半導体膜の電界効果移動度が0.01〜0.1cm/Vsまで向上することが報告されている。
For example, in Non-Patent Document 1, when the surface of an insulating film made of a silicon thermal oxide film is coated with a self-assembled monomolecular film such as octadecyltrichlorosilane (OTS), the orientation order of the organic semiconductor film made of F8T2 semiconductor polymer is described. It is described that the switching performance is improved.
In Non-Patent Document 2, when the surface of the insulating film made of a silicon thermal oxide film is coated with OTS, the orientation order of the organic semiconductor film in which the pentacene semiconductor small molecules are deposited by the vacuum deposition method is improved, and the orientation order is high. It has been reported that the crystal grain size of the TFT increases as compared with the case where the OTS coating is not performed, thereby improving the switching performance of the TFT.
Further, in Non-Patent Document 3, the field effect mobility of an organic semiconductor film in which the surface of an insulating film is previously coated with an organic thin film made of hexamethyldisilazane and then P3HT is applied thereon is 0.01 to 0. 0. It has been reported to improve to 1 cm 2 / Vs.

このように、予め有機薄膜で修飾した絶縁膜表面に有機半導体膜を形成すると、有機半導体膜の配向秩序が向上してスイッチング性能が向上し、アモルファスシリコン無機半導体を半導体膜とする現行のTFTと同等以上の性能を有する有機TFTが得られる。   As described above, when an organic semiconductor film is formed on the surface of an insulating film previously modified with an organic thin film, the alignment order of the organic semiconductor film is improved and switching performance is improved. An organic TFT having equivalent or better performance can be obtained.

しかしながら、このような有機TFTにおいて、有機半導体分子の配向秩序を向上してスイッチング性能を向上するために、有機薄膜を用いて絶縁膜表面を修飾すると、光リーク電流が増加し、その上に塗布プロセスで電極を微細形成できないという問題があった。   However, in such an organic TFT, if the insulating film surface is modified with an organic thin film in order to improve the alignment order of the organic semiconductor molecules and improve the switching performance, the light leakage current increases, and the coating is performed thereon. There was a problem that electrodes could not be finely formed by the process.

この問題を解決すべく、非特許文献4、および特許文献1、2には、基板上に積層された、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体膜および保護膜からなる有機半導体装置において、絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された半導体膜と絶縁膜の界面には自己組織化単分子膜が介在し、前記領域外に形成された半導体膜と絶縁膜の界面には自己組織化単分子膜が介在しないことを特徴とする有機半導体装置が提案されている。   In order to solve this problem, Non-Patent Document 4 and Patent Documents 1 and 2 describe an organic semiconductor comprising a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, a semiconductor film, and a protective film stacked on a substrate. In the apparatus, a self-assembled monomolecular film is interposed at the interface between the semiconductor film and the insulating film formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film, and at the interface between the semiconductor film and the insulating film formed outside the region. Has proposed an organic semiconductor device characterized in that no self-assembled monolayer is present.

この文献に記載された有機半導体装置によれば、絶縁膜表面のゲート電極投影領域内のみに自己組織化単分子膜を配置して、前記領域内の有機半導体膜部分のみ選択的に配向秩序を向上させることができ、光リーク電流を増加せずにオン電流を増加でき、スイッチング性能を向上することができる。
A,Salleoほか、Applied Physics Letters 81(23),pp.4383−4385(2002) Y.Y.Linほか、IEEE Trans.Electron.Devices,44,pp.1325−1331(1997) H.Sirringhausほか、SCIENCE,Vol.280,pp.1741−1743(1998) E−Express,2004年7月15日号,37頁−43頁 特開2001−94107号公報 特開2005−79560号公報
According to the organic semiconductor device described in this document, a self-assembled monomolecular film is disposed only in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film, and only the organic semiconductor film portion in the region is selectively aligned. The on-current can be increased without increasing the light leakage current, and the switching performance can be improved.
A, Salleo et al., Applied Physics Letters 81 (23), pp. 4383-4385 (2002) Y. Y. Lin et al., IEEE Trans. Electron. Devices, 44, pp. 1325-1331 (1997) H. Sirringhaus et al., SCIENCE, Vol. 280, pp. 1741-1743 (1998) E-Express, July 15, 2004, pages 37-43 JP 2001-94107 A JP 2005-79560 A

本発明は、高い配向秩序を有する有機半導体膜を、簡便且つ効率よく形成できる有機半導体装置形成用基板、この基板を用いる有機半導体装置、およびこの有機半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a substrate for forming an organic semiconductor device that can easily and efficiently form an organic semiconductor film having a high orientation order, an organic semiconductor device using the substrate, and a method for manufacturing the organic semiconductor device. To do.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、基板上にゲート電極およびゲート絶縁膜を順次形成し、さらに該ゲート絶縁膜上に、特定のシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から有機薄膜を形成した。次いで、前記有機薄膜上にフォトレジストを成膜し、基板裏面側からゲート電極をフォトマスクとしてフォトレジストを露光し、同様に酸素プラズマ処理で有機薄膜をエッチング処理することにより、ゲート絶縁膜表面のゲート電極投影領域内にのみ有機薄膜を有する構造の有機半導体装置製造用基板を得た。さらに、この有機半導体装置製造用基板を使用すると、該基板の有機薄膜上に、高い配向秩序を有する有機半導体膜を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the inventors of the present invention sequentially formed a gate electrode and a gate insulating film on a substrate, and further, a specific silane-based surfactant and the silane on the gate insulating film. An organic thin film was formed from an organic thin film forming solution containing a catalyst capable of interacting with a surfactant. Next, a photoresist is formed on the organic thin film, the photoresist is exposed from the back side of the substrate using the gate electrode as a photomask, and similarly, the organic thin film is etched by oxygen plasma treatment to form the surface of the gate insulating film. An organic semiconductor device manufacturing substrate having a structure having an organic thin film only in the gate electrode projection region was obtained. Furthermore, when this organic semiconductor device manufacturing substrate is used, it has been found that an organic semiconductor film having a high orientation order can be formed on the organic thin film of the substrate, and the present invention has been completed.

かくして本発明の第1によれば、下記(1)〜(8)いずれかに記載の有機半導体装置製造用基板が提供される。
(1)基板と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成された有機薄膜とを有する有機半導体装置製造用基板であって、前記有機薄膜が、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜であることを特徴とする有機半導体装置製造用基板。
Thus, according to the first aspect of the present invention, there is provided the organic semiconductor device manufacturing substrate according to any one of (1) to (8) below.
(1) A substrate for manufacturing an organic semiconductor device, comprising: a substrate; a gate electrode formed on the substrate; a gate insulating film formed on the gate electrode; and an organic thin film formed on the gate insulating film. a is, the organic thin film is of the formula (1): R n in -Si-X 4-n (wherein, R represents a hydrocarbon group having C1~20 which may have a substituent, have a substituent Represents a C1-20 halogenated hydrocarbon group, a C1-20 hydrocarbon group containing a linking group, or a C1-20 halogenated hydrocarbon group containing a linking group, wherein X is a hydroxyl group, a halogen atom , A C1-6 alkoxy group or an acyloxy group, n represents an integer of 1 to 3), and an organic thin film comprising a catalyst capable of interacting with the silane surfactant It is an organic thin film formed from a forming solution. A substrate for manufacturing organic semiconductor devices.

(2)前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(1)の有機半導体装置製造用基板。
(3)前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする(1)に記載の有機半導体装置製造用基板。
(4)金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする(2)または(3)に記載の有機半導体装置製造用基板。
(2) The catalyst is a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to (1), which is at least one selected from a hydrolysis product obtained by treatment with at least double equivalent water; an organic acid; a silanol condensation catalyst; and an acid catalyst. .
(3) The catalyst comprises (a) a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; a metal alkoxide as the metal alkoxide. A hydrolyzate obtained by treating with water at least twice the equivalent of the above; organic acid; silanol condensation catalyst; and at least one selected from acid catalysts, and (b) containing the silane-based surfactant The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to (1), which is a composition.
(4) The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to (2) or (3), wherein the metal alkoxide is a titanium alkoxide.

(5)チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする(4)に記載の有機半導体装置製造用基板。
(6)有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする(1)〜(5)いずれかに記載の有機半導体装置製造用基板。
(7)炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする(6)記載の有機半導体装置製造用基板。
(8)有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする(1)〜(7)いずれか記載の有機半導体装置製造用基板。
(5) The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to (4), wherein the titanium alkoxide is titanium tetraisopropoxide.
(6) The organic semiconductor device manufacturing substrate according to any one of (1) to (5), wherein the organic thin film forming solution is a hydrocarbon solvent solution.
(7) The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to (6), wherein the hydrocarbon solvent is toluene.
(8) The organic semiconductor device manufacturing method according to any one of (1) to (7), wherein the water content in the solution for forming an organic thin film is within the range of the saturated water content from 50 ppm to the organic solvent. substrate.

本発明の第2によれば、下記(9)〜(18)いずれかに記載の有機半導体装置が提供される。
(9)基板上に積層された、ゲート電極,ゲート絶縁膜,ソース電極,ドレイン電極,半導体膜および保護膜から構成される有機半導体装置において、前記半導体膜が有機半導体分子の集合体で構成されており、前記絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された半導体膜と絶縁膜の界面部に、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜を有することを特徴とする有機半導体装置。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an organic semiconductor device according to any one of the following (9) to (18).
(9) In an organic semiconductor device composed of a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, a semiconductor film and a protective film stacked on a substrate, the semiconductor film is composed of an aggregate of organic semiconductor molecules. At the interface between the semiconductor film and the insulating film formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film, the formula (1): R n -Si-X 4-n (wherein R represents a substituent) A C1-20 hydrocarbon group optionally having a substituent, a C1-20 halogenated hydrocarbon group optionally having a substituent, a C1-20 hydrocarbon group including a linking group, or a linking group. A C1-20 halogenated hydrocarbon group, X represents a hydroxyl group, a halogen atom, a C1-6 alkoxy group or an acyloxy group, and n represents an integer of 1 to 3). And the silane-based surfactant An organic semiconductor device comprising an organic thin film formed from an organic thin film forming solution containing a catalyst capable of interacting with the organic semiconductor device.

(10)前記領域外に形成された半導体膜とゲート絶縁膜の界面には、前記有機薄膜が介在しないことを特徴とする(9)に記載の有機半導体装置。
(11)前記絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された前記半導体膜部分の有機半導体分子の配向秩序が、前記領域外に形成された半導体膜部分の配向秩序よりも高いことを特徴とする(9)または(10)記載の有機半導体装置。
(12)前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(9)〜(11)のいずれかに記載の有機半導体装置。
(10) The organic semiconductor device according to (9), wherein the organic thin film is not interposed at an interface between the semiconductor film and the gate insulating film formed outside the region.
(11) The alignment order of the organic semiconductor molecules in the semiconductor film portion formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film is higher than the alignment order in the semiconductor film portion formed outside the region. The organic semiconductor device according to (9) or (10).
(12) The catalyst is a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; Any one of (9) to (11), characterized in that it is at least one selected from a hydrolysis product obtained by treating with double equivalent or more of water; an organic acid; a silanol condensation catalyst; and an acid catalyst. The organic semiconductor device described in 1.

(13)前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする(9)〜(11)のいずれかに記載の有機半導体装置。
(14)金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする(12)または(13)に記載の有機半導体装置。
(15)チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする(14)に記載の有機半導体装置。
(13) The catalyst comprises: (a) a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; A hydrolyzate obtained by treating with water at least twice the equivalent of the above; organic acid; silanol condensation catalyst; and at least one selected from acid catalysts, and (b) containing the silane-based surfactant It is a composition, The organic-semiconductor device in any one of (9)-(11) characterized by the above-mentioned.
(14) The organic semiconductor device according to (12) or (13), wherein the metal alkoxide is a titanium alkoxide.
(15) The organic semiconductor device according to (14), wherein the titanium alkoxide is titanium tetraisopropoxide.

(16)有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする(9)〜(15)のいずれかに記載の有機半導体装置。
(17)炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする(16)に記載の有機半導体装置。
(18)有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする(9)〜(17)のいずれか記載の有機半導体装置。
(16) The organic semiconductor device according to any one of (9) to (15), wherein the organic thin film forming solution is a hydrocarbon solvent solution.
(17) The organic semiconductor device according to (16), wherein the hydrocarbon solvent is toluene.
(18) The organic semiconductor device according to any one of (9) to (17), wherein the water content in the solution for forming an organic thin film is within the range of the saturated water content from 50 ppm to the organic solvent.

本発明の第3によれば、下記(19)〜(21)のいずれかに記載の有機半導体装置の製造方法が提供される。
(19)前記(1)〜(8)のいずれかに記載の有機半導体装置形成用基板に、フォトマスクを介して基板表面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
(20)前記(1)〜(8)のいずれかに記載の有機半導体装置形成用基板に、ゲート電極をフォトマスクとして基板裏面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
(21)一方の面側に、少なくとも酸化チタンを含有する光触媒層形成用組成物から形成された光触媒層を有する板状透明支持体を、前記光触媒層側を有機薄膜側に向けて前記基板と重ね合わせ、又は前記光触媒層側を有機薄膜が形成された基板側に向けて所定の間隔を開けて前記基板と対峙させ、前記支持体の他方の面側から活性エネルギー線を照射して、光触媒反応により活性種を生成させ、この活性種により、有機薄膜表面を所定のパターンで変性させた後、有機薄膜の照射部分のみを分解除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
According to 3rd aspect of this invention, the manufacturing method of the organic-semiconductor device in any one of following (19)-(21) is provided.
(19) The organic semiconductor device forming substrate according to any one of (1) to (8) is irradiated with light from the substrate surface through a photomask to form a semiconductor film outside the gate electrode projection region. An organic semiconductor device manufacturing method comprising removing an organic thin film from a region.
(20) A semiconductor film outside the gate electrode projection region is formed on the organic semiconductor device forming substrate according to any one of (1) to (8) above by irradiating light from the back surface of the substrate using the gate electrode as a photomask. A method of manufacturing an organic semiconductor device, comprising removing an organic thin film from a region to be manufactured.
(21) A plate-like transparent support having a photocatalyst layer formed from a photocatalyst layer-forming composition containing at least titanium oxide on one surface side, the photocatalyst layer side facing the organic thin film side, and the substrate The photocatalyst is superposed, or the photocatalyst layer side is opposed to the substrate at a predetermined interval facing the substrate on which the organic thin film is formed, and active energy rays are irradiated from the other surface side of the support. A method for producing an organic semiconductor device, wherein active species are generated by a reaction, and the surface of the organic thin film is modified with a predetermined pattern by the active species, and then only the irradiated portion of the organic thin film is decomposed and removed.

本発明によれば、絶縁膜表面のゲート電極投影領域内のみに、前記式(1)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜を配置することで、前記領域内の有機半導体膜部分のみ選択的に配向秩序を飛躍的に向上させることができる。このため光照射される有機半導体膜部分(絶縁膜表面のゲート電極投影領域外)の配向秩序は向上されることがなく、光リーク電流を増加せずにオン電流を増加でき、スイッチング性能を向上することができる。   According to the present invention, an organic thin film including the silane-based surfactant represented by the formula (1) and a catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant is formed only in the gate electrode projection region on the insulating film surface. By disposing the organic thin film formed from the solution for use, only the organic semiconductor film portion in the region can be selectively improved in the alignment order. For this reason, the alignment order of the organic semiconductor film part irradiated with light (outside the gate electrode projection area on the insulating film surface) is not improved, the on-current can be increased without increasing the light leakage current, and the switching performance is improved. can do.

また、上記のように絶縁膜表面のゲート電極投影領域内のみに選択的且つ高精細に配置された有機薄膜の撥液作用を利用して、ゲート電極に対して自己整合的に配置されたドレイン/ソース電極を塗布プロセスで高精細に形成できる。
このようにして、生産性が高く製造コストが低い高性能・高精細な有機半導体装置の製造が可能になる。
Further, the drain disposed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode by utilizing the lyophobic action of the organic thin film selectively and precisely disposed only within the gate electrode projection region on the surface of the insulating film as described above. / The source electrode can be formed with high definition by a coating process.
In this way, it is possible to manufacture a high-performance and high-definition organic semiconductor device with high productivity and low manufacturing cost.

以下、本発明を詳細に説明する。
1)有機半導体装置製造用基板
本発明の有機半導体装置製造用基板は、基板と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成された有機薄膜とを有する有機半導体装置製造用基板であって、前記有機薄膜が、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜であることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1) Organic Semiconductor Device Manufacturing Substrate The organic semiconductor device manufacturing substrate of the present invention includes a substrate, a gate electrode formed on the substrate, a gate insulating film formed on the gate electrode, and the gate insulating film. An organic semiconductor device manufacturing substrate having an organic thin film formed thereon, wherein the organic thin film has the formula (1): R n -Si-X 4-n (wherein R has a substituent). A C1-20 hydrocarbon group optionally having a substituent, a C1-20 halogenated hydrocarbon group optionally having a substituent, a C1-20 hydrocarbon group containing a linking group, or a C1-20 containing a linking group. 20 represents a halogenated hydrocarbon group, X represents a hydroxyl group, a halogen atom, a C1-6 alkoxy group or an acyloxy group, and n represents an integer of 1 to 3), and Catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant Characterized in that an organic thin film formed from an organic thin film forming solution containing.

本発明の有機半導体装置製造用基板10の層構成断面を図1に示す。
図1中、1は基板、2はゲート電極、3は絶縁膜(ゲート絶縁膜)、4は有機薄膜である。また、本発明の有機半導体装置製造用基板の製造工程断面図を図2に示す。
以下、図1、2を参照しながら、本発明の有機半導体装置製造用基板について説明する。
FIG. 1 shows a cross section of the layer structure of the substrate 10 for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a gate electrode, 3 is an insulating film (gate insulating film), and 4 is an organic thin film. Moreover, the manufacturing process sectional drawing of the board | substrate for organic-semiconductor device manufacture of this invention is shown in FIG.
Hereinafter, the substrate for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず基板1を用意する。本発明に用いる基板1としては、絶縁性の材料からなるものであれば、特に制限されない。基板材料としては、ガラス、アルミナ焼結体などの無機材料;ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレンなどの各種絶縁性プラスチック;などが挙げられる。また、本発明に用いる基板としては、単層からなるものであって、2層以上の積層体であってもよい。
基板の厚み、大きさなどに特に制限されず、従来公知の厚み、大きさの基板を用いることができる。
First, the substrate 1 is prepared. The substrate 1 used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of an insulating material. Examples of the substrate material include inorganic materials such as glass and alumina sintered bodies; various insulating plastics such as polyimide, polyester, polyethylene, polyphenylene sulfide, and polyparaxylene. The substrate used in the present invention is a single layer and may be a laminate of two or more layers.
There is no particular limitation on the thickness and size of the substrate, and a conventionally known thickness and size substrate can be used.

次に、図2(a)に示すように、基板1表面の所定領域にゲート電極2を形成する。
ゲート電極2の材料としては、ポリアニリン、ポリチオフェン、導電性インクなどの有機材料;金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケルなどの金属類;これら金属を用いた合金類;ポリシリコン、アモルファスシリコンなどのケイ素類;錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)などの金属酸化物;などが挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2A, a gate electrode 2 is formed in a predetermined region on the surface of the substrate 1.
Materials for the gate electrode 2 include organic materials such as polyaniline, polythiophene, and conductive ink; metals such as gold, platinum, chromium, palladium, aluminum, indium, molybdenum, and nickel; alloys using these metals; polysilicon And silicon such as amorphous silicon; metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO); These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

ゲート電極2の形成方法としては、特に制限されず、既存の薄膜形成方法を採用できる。例えば、前記有機材料や導電性インクを使用する場合には、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、ディッピング法、真空蒸着法などを採用できる。また、金属類、合金類、ケイ素類、金属酸化物などを用いる場合には、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD法、反応性CVD法などを採用できる。電極形成のためのパターニング加工には、既存のフォトリソグラフィー法と、ドライエッチングまたはウェットエッチング法を用いることができる。
ゲート電極2の膜厚は、通常50〜300nm程度である。
The method for forming the gate electrode 2 is not particularly limited, and an existing thin film forming method can be employed. For example, when the organic material or conductive ink is used, a spin coating method, a casting method, a pulling method, a dipping method, a vacuum deposition method, or the like can be employed. When metals, alloys, silicons, metal oxides, etc. are used, vacuum evaporation, electron beam evaporation, reactive evaporation, ion plating, sputtering, thermal CVD, plasma CVD A reactive CVD method can be employed. An existing photolithography method and a dry etching method or a wet etching method can be used for the patterning process for forming the electrode.
The film thickness of the gate electrode 2 is usually about 50 to 300 nm.

次いで、図2(b)に示すように、少なくともゲート電極2を覆うように絶縁膜(ゲート絶縁膜)3を形成する。
絶縁膜3の形成に用いる材料としては、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド、パーフルオロポリエーテルなどの有機材料;SiO、SiNx、Alなどの無機材料;などが挙げられる。これらは一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film (gate insulating film) 3 is formed so as to cover at least the gate electrode 2.
As materials used for forming the insulating film 3, organic materials such as polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, cyanoethyl pullulan, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polyimide, perfluoropolyether; Inorganic materials such as SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 ; These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

絶縁膜3の形成方法としては、特に制限されず、既存の薄膜形成方法を採用できる。例えば、前記有機材料を使用する場合には、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、ディッピング法、真空蒸着法などを採用できる。また、無機材料を用いる場合には、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD法、反応性CVD法などを採用することができる。
絶縁膜3の膜厚は、通常100〜1000nm程度である。
The method for forming the insulating film 3 is not particularly limited, and an existing thin film forming method can be employed. For example, when the organic material is used, a spin coating method, a casting method, a pulling method, a dipping method, a vacuum deposition method, or the like can be employed. In addition, when an inorganic material is used, a vacuum vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a reactive vapor deposition method, an ion plating method, a sputtering method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, a reactive CVD method, etc. may be employed. it can.
The film thickness of the insulating film 3 is usually about 100 to 1000 nm.

次に、図2(c)に示すように、式(1):R−Si−X4−nで示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液を用いて、有機薄膜4を形成する。 Next, as shown in FIG. 2 (c), the formula (1): the silane surfactant represented by R n -Si-X 4-n , and a catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant The organic thin film 4 is formed using the organic thin film forming solution.

有機薄膜の形成に用いる有機薄膜形成用溶液は、式(1):R−Si−X4−nで示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む。
前記式(1)中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、又は連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表す。
The organic thin film forming solution used for forming the organic thin film is composed of a silane-based surfactant represented by the formula (1): R n —Si—X 4-n and a catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant. Including.
In the formula (1), R is a C1-20 hydrocarbon group which may have a substituent, a C1-20 halogenated hydrocarbon group which may have a substituent, and a C1 containing a linking group. -20 hydrocarbon group or a C1-20 halogenated hydrocarbon group containing a linking group.

前記置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−オクタデシル基などの炭素数1〜20のアルキル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンチニル基、n−デシニル基、n−オクタデシニル基などの炭素数2〜20のアルケニル基;フェニル基、ナフチル基などのアリール基;などを挙げることができるが、C8〜20の炭化水素基が好ましい。   Examples of the hydrocarbon group of the C1-20 hydrocarbon group which may have a substituent include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a sec-butyl group. , T-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, t-pentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group, n-octadecyl group, etc. An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms; an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms such as a vinyl group, a propenyl group, a butenyl group, a pentynyl group, an n-decynyl group, and an n-octadecynyl group; an aryl such as a phenyl group or a naphthyl group A C8-20 hydrocarbon group is preferable.

前記置換基を有していてもよいハロゲン化炭化水素基のハロゲン化炭化水素基としては、炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、炭素数2〜20のハロゲン化アルケニル基、ハロゲン化アリール基などが挙げられる。具体的には、上記例示した炭化水素基中の水素原子の1個以上がフッ素原子、塩素原子又は臭素原子などのハロゲン原子に置換された基を挙げることができる。   Examples of the halogenated hydrocarbon group of the halogenated hydrocarbon group which may have a substituent include a halogenated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a halogenated alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, and a halogenated aryl group. Etc. Specific examples include groups in which one or more hydrogen atoms in the hydrocarbon groups exemplified above are substituted with a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom.

前記置換基を有していてもよい炭化水素基又は置換基を有していてもよいハロゲン化炭化水素基の置換基としては、カルボキシル基;アミド基;イミド基;エステル基;メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基;または水酸基などを挙げることができる。これらの置換基の数は0〜3であるのが好ましい。   Examples of the substituent of the hydrocarbon group that may have a substituent or the halogenated hydrocarbon group that may have a substituent include a carboxyl group; an amide group; an imide group; an ester group; a methoxy group, and an ethoxy group. An alkoxy group such as a group; or a hydroxyl group. The number of these substituents is preferably 0-3.

連結基を含む炭化水素基の炭化水素基としては、具体的には、前記置換基を有していてもよい炭化水素基の炭化水素基として挙げたものと同様のものを挙げることができる。   Specific examples of the hydrocarbon group including a linking group include the same hydrocarbon groups as those described above as the hydrocarbon group of the hydrocarbon group which may have a substituent.

また、連結基を含むハロゲン化炭化水素基のハロゲン化炭化水素基としては、具体的には、前記置換基を有していてもよいハロゲン化炭化水素基のハロゲン化炭化水素基として挙げたものと同様のものを挙げることができる。   In addition, as the halogenated hydrocarbon group of the halogenated hydrocarbon group containing a linking group, specifically, those listed as the halogenated hydrocarbon group of the halogenated hydrocarbon group which may have the above substituent The same thing can be mentioned.

前記連結基は、炭化水素基若しくはハロゲン化炭化水素基の炭素−炭素結合間、又は炭化水素基の炭素とSiとの間に存在するのが好ましい。連結基の具体例としては、−O−、−S−、−SO−、−CO−、又は−C(=O)O−などを挙げるこができる。
nは1〜3の整数を表し、1であるのが好ましい。
The linking group is preferably present between a carbon-carbon bond of a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group, or between carbon of a hydrocarbon group and Si. Specific examples of the linking group include —O—, —S—, —SO 2 —, —CO—, —C (═O) O—, and the like.
n represents an integer of 1 to 3, and is preferably 1.

Xは、水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基又はアシルオキシ基を表し、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などを挙げることができ、C1〜6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基などを挙げることができ、アシルオキシ基としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基などを挙げることができる。
これらの中でも、C1〜6のアルコキシ基が好ましく、
X represents a hydroxyl group, a halogen atom, a C1-6 alkoxy group or an acyloxy group. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. And methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, sec-butoxy group, t-butoxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group and the like. Examples of the acyloxy group include an acetoxy group, a propionyloxy group, an n-propylcarbonyloxy group, an isopropylcarbonyloxy group, and an n-butylcarbonyloxy group.
Among these, C1-6 alkoxy groups are preferred,

前記式(1)で示されるシラン系界面活性剤の具体例としては、(ヘプタデカフルオリン−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)−1−トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオリン−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)−1−トリクロロシラン、(ヘプタデカフルオリン−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)−1−ジメチルクロロシラン、又はn−オクタデシルトリメトキシシランなどが挙げられる。なかでも、n−オクタデシルトリメトキシシランが特に好ましい。   Specific examples of the silane surfactant represented by the formula (1) include (heptadecafluorin-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) -1-triethoxysilane, (heptadecafluorin-1). , 1,2,2-tetrahydrodecyl) -1-trichlorosilane, (heptadecafluorine-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) -1-dimethylchlorosilane, or n-octadecyltrimethoxysilane. . Of these, n-octadecyltrimethoxysilane is particularly preferable.

前記シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒としては、シラン系界面活性剤のシラン部分又は加水分解性基部分と配位結合や水素結合などを介して相互作用をすることにより、加水分解性基又は水酸基を活性化させ、縮合を促進させる作用を有する化合物であれば特に制限されない。例えば、(A)金属酸化物、金属水酸化物、金属アルコキシド類、キレート化又は配位化された金属化合物、金属アルコキシド類部分加水分解生成物、金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物、有機酸、シラノール縮合触媒、及び酸触媒からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(以下、「触媒A成分」ということがある)、(B)前記触媒A成分と、前記シラン系界面活性剤を含有する組成物(以下、「触媒B成分」ということがある)が好ましく、金属アルコキシド類、金属アルコキシド類の部分加水分解生成物の少なくとも1種を用いるのがより好ましい。   The catalyst capable of interacting with the silane surfactant is hydrolyzable by interacting with the silane part or hydrolyzable group part of the silane surfactant via a coordination bond or a hydrogen bond. The compound is not particularly limited as long as it has a function of activating a group or a hydroxyl group and promoting condensation. For example, (A) a metal oxide, a metal hydroxide, a metal alkoxide, a chelated or coordinated metal compound, a metal alkoxide partial hydrolysis product, and a metal alkoxide equivalent to twice the metal alkoxide At least one compound selected from the group consisting of hydrolysis products obtained by treatment with water, organic acids, silanol condensation catalysts, and acid catalysts (hereinafter, also referred to as “catalyst A component”), (B) A composition containing the catalyst A component and the silane-based surfactant (hereinafter sometimes referred to as “catalyst B component”) is preferable, and the metal alkoxides and the partial hydrolysis products of the metal alkoxides are preferred. It is more preferable to use at least one kind.

金属アルコキシド類としては、特に限定されないが、透明性に優れる有機薄膜を得ることができることなどの理由から、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、インジウム、スズ、タンタル、亜鉛、タングステン及び鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属のアルコキシド類が好ましく、チタンテトライソプロポキシドなどのチタンアルコキシド類がより好ましい。また、金属アルコキシド類のアルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、含有酸化物濃度、有機物の脱離容易性、入手容易性などから、炭素数1〜4がより好ましい。   Although it does not specifically limit as metal alkoxides, it consists of titanium, zirconium, aluminum, silicon, germanium, indium, tin, tantalum, zinc, tungsten, and lead because the organic thin film excellent in transparency can be obtained. At least one metal alkoxide selected from the group is preferred, and titanium alkoxides such as titanium tetraisopropoxide are more preferred. Moreover, although carbon number of the alkoxy group of metal alkoxides is not specifically limited, C1-C4 is more preferable from the content oxide density | concentration, the detachment | desorption ease of an organic substance, availability, etc.

本発明に用いる金属アルコキシド類の具体例としては、Si(OCH、Si(OC、Si(OC−i)、Si(OCなどのケイ素アルコキシド;Ti(OCH、Ti(OC、Ti(OC−i)、Ti(OCなどのチタンアルコキシド;Ti[OSi(CH、Ti[OSi(Cなどのテトラキストリアルキルシロキシチタン;Zr(OCH、Zr(OC、Zr(OC−i)、Zr(OCなどのジルコニウムアルコキシド;Al(OCH、Al(OC、Al(OC−i)、Al(OCなどのアルミニウムアルコキシド;In(OCH、In(OC、In(OC−i)、In(OCなどのインジウムアルコキシド;Sn(OCH、Sn(OC、Sn(OC−i)、Sn(OCなどのスズアルコキシド;Ta(OCH、Ta(OC、Ta(OC−i)、Ta(OCなどのタンタルアルコキシド;W(OCH、W(OC、W(OC−i)、W(OCなどのタングステンアルコキシド;Zn(OCH、Zn(OCなどの亜鉛アルコキシド;Pb(OCなどの鉛アルコキシド;などが挙げられる。これらの金属アルコキシド類は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the metal alkoxides used in the present invention include Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OC 3 H 7 -i) 4 , Si (OC 4 H 9 ) 4 and the like. Silicon alkoxides; titanium alkoxides such as Ti (OCH 3 ) 4 , Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ti (OC 3 H 7 -i) 4 , Ti (OC 4 H 9 ) 4 ; Ti [OSi (CH 3 ) 3] 4, Ti [OSi ( C 2 H 5) tetrakis trialkylsiloxy titanium such as 3] 4; Zr (OCH 3 ) 4, Zr (OC 2 H 5) 4, Zr (OC 3 H 7 -i) 4 Zr (OC 4 H 9 ) 4 and other zirconium alkoxides; Al (OCH 3 ) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 , Al (OC 3 H 7 -i) 3 , Al (OC 4 H 9 ) 3 and the like Aluminum Indium alkoxides; In (OCH 3 ) 3 , In (OC 2 H 5 ) 3 , In (OC 3 H 7 -i) 3 , In (OC 4 H 9 ) 3, etc. Indium alkoxides; Sn (OCH 3 ) 4 , Tin alkoxides such as Sn (OC 2 H 5 ) 4 , Sn (OC 3 H 7 -i) 4 , Sn (OC 4 H 9 ) 4 ; Ta (OCH 3 ) 5 , Ta (OC 2 H 5 ) 5 , Ta Tantalum alkoxides such as (OC 3 H 7 -i) 5 and Ta (OC 4 H 9 ) 5 ; W (OCH 3 ) 6 , W (OC 2 H 5 ) 6 , W (OC 3 H 7 -i) 6 , W (OC 4 H 9) 6 tungsten alkoxides such as; Zn (OCH 3) 2, Zn (OC 2 H 5) zinc, such as 2 alkoxide; Pb (OC 4 H 9) 4 lead alkoxides such as; and the like These metal alkoxides can be used alone or in combination of two or more.

また本発明においては、金属アルコキシド類として、2種以上の金属アルコキシド類の反応により得られる複合アルコキシド、1種もしくは2種以上の金属アルコキシド類と、1種もしくは2種以上の金属塩との反応により得られる複合アルコキシド、及びこれらの組み合わせを用いることもできる。   In the present invention, as a metal alkoxide, a reaction of a composite alkoxide obtained by reaction of two or more metal alkoxides, one or more metal alkoxides, and one or two or more metal salts. It is also possible to use a composite alkoxide obtained by the above and a combination thereof.

2種以上の金属アルコキシド類の反応により得られる複合アルコキシドとしては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルコキシドと、遷移金属のアルコキシドとの反応により得られる複合アルコキシドや、第3B族元素の組合せにより錯塩の形で得られる複合アルコキシドなどを例示することができる。   The composite alkoxide obtained by the reaction of two or more kinds of metal alkoxides includes a complex alkoxide obtained by the reaction of an alkali metal or alkaline earth metal alkoxide and a transition metal alkoxide, or a complex salt by a combination of Group 3B elements. The compound alkoxide obtained by the form of this can be illustrated.

その具体例としては、BaTi(OR’)、SrTi(OR’)、BaZr(OR’)、SrZr(OR’)、LiNb(OR’)、LiTa(OR’)、及び、これら2種以上の組合せ、LiVO(OR’)、MgAl(OR’)、(OR’)SiOAl(OR”)、(OR’)SiOTi(OR”)、(OR’)SiONb(OR”)、(OR’)SiOTa(OR”)などの、ケイ素アルコキシドと、他の金属アルコキシド類との反応生成物、及びその縮重合物などが挙げられる。ここで、R’及びR”はアルキル基などを表す。 Specific examples, BaTi (OR ') 6, SrTi (OR') 6, BaZr (OR ') 6, SrZr (OR') 6, LiNb (OR ') 6, LiTa (OR') 6 and, A combination of two or more of these, LiVO (OR ′) 4 , MgAl 2 (OR ′) 8 , (OR ′) 3 SiOAl (OR ″) 2 , (OR ′) 3 SiOTi (OR ″) 3 , (OR ′) 3 SiONb (OR ″) 3 , (OR ′) 3 SiOTa (OR ″) 4, etc., reaction products of silicon alkoxides with other metal alkoxides, condensation polymers thereof, and the like. Here, R ′ and R ″ represent an alkyl group or the like.

1種もしくは2種以上の金属アルコキシド類と1種もしくは2種以上の金属塩との反応により得られる複合アルコキシドとしては、金属塩と金属アルコキシド類との反応により得られる化合物を例示することができる。   Examples of the composite alkoxide obtained by reaction of one or more metal alkoxides with one or more metal salts include compounds obtained by reaction of metal salts with metal alkoxides. .

金属塩としては、塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩などを、金属アルコキシド類としては、上述した金属アルコキシド類と同様のものをそれぞれ例示することができる。   Examples of metal salts include hydrochlorides, nitrates, sulfates, acetates, formates, oxalates, and the like, and examples of metal alkoxides are the same as those described above.

金属アルコキシド類の部分加水分解生成物は、金属アルコキシド類を完全に加水分解する前に得られるものであって、オリゴマーの状態で存在するものである。   The partial hydrolysis product of the metal alkoxide is obtained before the metal alkoxide is completely hydrolyzed and exists in an oligomer state.

金属アルコキシド類の部分加水分解生成物の製造方法としては、有機溶媒中、上記例示した金属アルコキシド類に対し0.5〜2.0倍モル未満の水を用い、−100℃から有機溶媒還流温度範囲で加水分解する方法を好ましく例示することができる。   As a method for producing a partial hydrolysis product of a metal alkoxide, 0.5 to 2.0 times less water than the above exemplified metal alkoxide is used in an organic solvent, and the organic solvent reflux temperature is from −100 ° C. A method of hydrolyzing within a range can be preferably exemplified.

具体的には、
(i)有機溶媒中、金属アルコキシド類に対し0.5〜1.0倍モル未満の水を添加する方法、
(ii)有機溶媒中、加水分解が開始する温度以下、好ましくは0℃以下、より好ましは−20〜−100℃の範囲で、金属アルコキシド類に対し1.0〜2.0倍モル未満の水を添加する方法、
(iii)有機溶媒中、水の添加速度を制御する方法や、水に水溶性溶媒を添加して水濃度を低下させた水溶液を使用する方法などにより、加水分解速度を制御しながら、金属アルコキシド類に対し0.5〜2.0倍モル未満の水を室温で添加する方法、などを例示することができる。
In particular,
(I) A method of adding water in an amount of less than 0.5 to 1.0 times mol of the metal alkoxide in an organic solvent,
(Ii) In an organic solvent, the temperature is less than the temperature at which hydrolysis starts, preferably 0 ° C. or less, more preferably in the range of −20 to −100 ° C. How to add water,
(Iii) A metal alkoxide while controlling the hydrolysis rate by a method of controlling the rate of water addition in an organic solvent or a method of using an aqueous solution in which a water-soluble solvent is added to water to reduce the water concentration. Examples include a method of adding 0.5 to 2.0-fold moles of water at room temperature to the kind.

上記(i)の方法においては、任意の温度で所定量の水を添加した後、加水分解を開始する温度以下、好ましくは−20℃以下で、水をさらに追加して反応を行うこともできる。   In the above method (i), after adding a predetermined amount of water at an arbitrary temperature, the reaction can be carried out by further adding water at a temperature not higher than the temperature at which hydrolysis starts, preferably at -20 ° C or lower. .

金属アルコキシド類と水との反応は、有機溶媒を用いずに直接金属アルコキシド類と水を混合することにより行うこともできるが、有機溶媒中で行うのが好ましい。具体的には、金属アルコキシド類の有機溶媒溶液に有機溶媒で希釈した水を添加する方法;水が懸濁又は溶解した有機溶媒中に、金属アルコキシド類、又はその有機溶媒溶液を添加する方法;のいずれの方法でも行うことができ、前者の水を後から添加する方法が好ましい。   The reaction of the metal alkoxide with water can be carried out by directly mixing the metal alkoxide with water without using an organic solvent, but it is preferably carried out in an organic solvent. Specifically, a method of adding water diluted with an organic solvent to an organic solvent solution of a metal alkoxide; a method of adding a metal alkoxide or an organic solvent solution thereof into an organic solvent in which water is suspended or dissolved; Any of these methods can be used, and the former method in which water is added later is preferable.

有機溶媒中の金属アルコキシド類の濃度は、急激な発熱を抑制し、撹拌が可能な流動性を有する範囲であれば特に限定されないが、通常、5〜30重量%の範囲である。   The concentration of the metal alkoxides in the organic solvent is not particularly limited as long as it has a fluidity capable of suppressing rapid heat generation and can be stirred, but is usually in the range of 5 to 30% by weight.

上記(i)の方法における金属アルコキシド類と水との反応温度は特に制限されず、通常、−100〜+100℃の範囲、好ましくは、−20℃から用いる有機溶媒又は加水分解によって脱離してくるアルコールの沸点までの温度範囲である。   The reaction temperature between the metal alkoxide and water in the method (i) is not particularly limited, and is usually eliminated in the range of −100 to + 100 ° C., preferably from −20 ° C. by the organic solvent or hydrolysis. The temperature range is up to the boiling point of the alcohol.

上記(ii)の方法における水の添加温度は、金属アルコキシド類の安定性に依存するものであり、加水分解開始温度以下、又は0℃以下の温度であれば特に限定されないが、金属アルコキシド類の種類によっては、金属アルコキシド類への水の添加を−50℃〜−100℃の温度範囲で行うことが好ましい。また、低温で水を添加し、一定時間熟成した後、室温から用いた溶媒の還流温度で加水分解し、さらに脱水縮合反応を行うこともできる。   The temperature at which water is added in the method (ii) depends on the stability of the metal alkoxide, and is not particularly limited as long as it is a hydrolysis start temperature or lower or 0 ° C. or lower. Depending on the type, it is preferable to add water to the metal alkoxide in a temperature range of −50 ° C. to −100 ° C. In addition, after adding water at a low temperature and aging for a certain period of time, hydrolysis can be performed at the reflux temperature of the solvent used from room temperature, and a dehydration condensation reaction can also be performed.

上記(iii)の方法における金属アルコキシド類と水との反応は、特殊な冷却装置を用いなくても冷却可能な温度範囲、例えば、0℃から室温の範囲で、水の添加速度を制御するなどの温度以外の方法により加水分解速度を制御することにより行うことができる。一定時間熟成した後、室温から用いる溶媒の還流温度で加水分解し、さらに脱水縮合反応を行うこともできる。   The reaction of the metal alkoxides with water in the method (iii) above can be performed without using a special cooling device, for example, by controlling the rate of water addition in a temperature range that can be cooled, for example, in the range of 0 ° C. to room temperature. The hydrolysis rate can be controlled by a method other than the above temperature. After aging for a certain period of time, hydrolysis can be performed from room temperature to the reflux temperature of the solvent used, and a dehydration condensation reaction can also be performed.

用いる有機溶媒としては、その有機溶媒中で、金属アルコキシド類の加水分解生成物が、分散質となって分散できるものであるのが好ましく、シラン系界面活性剤を水で処理する反応を低温で行うことができることから、水の溶解度が大きく、低温で凝固しない溶媒がより好ましい。   As the organic solvent to be used, it is preferable that the hydrolysis product of the metal alkoxide can be dispersed as a dispersoid in the organic solvent, and the reaction of treating the silane surfactant with water at a low temperature. A solvent that has high water solubility and does not solidify at low temperatures is more preferable because it can be performed.

用いる有機溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒;メチルポリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタンシロキサン、メチルフェニルポリシロキサンなどのシリコーン(特開平9−208438号公報など)など;を挙げることができる。   Specific examples of the organic solvent used include alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropanol; halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride, chloroform and chlorobenzene; hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane, benzene, toluene and xylene. Ether solvents such as tetrahydrofuran, diethyl ether and dioxane; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; amide solvents such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; sulfoxide solvents such as dimethyl sulfoxide; methyl polysiloxane , Silicones such as octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentanesiloxane, and methylphenylpolysiloxane (Japanese Patent Laid-Open No. 9-208438). ), And the like; can be mentioned.

これらの溶媒は1種単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
混合溶媒として用いる場合には、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶媒と、メタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノールなどの低級アルコール溶媒系の組み合わせが好ましい。この場合の低級アルコール系溶媒としては、イソプロパノール、t−ブタノールなどの2級以上のアルコール系溶媒がより好ましい。混合溶媒の混合比は特に制限されないが、炭化水素系溶媒と低級アルコール系溶媒を、体積比で、99/1〜50/50の範囲で用いるのが好ましい。
These solvents can be used alone or in combination of two or more.
When used as a mixed solvent, a combination of a hydrocarbon solvent such as toluene or xylene and a lower alcohol solvent system such as methanol, ethanol, isopropanol, or t-butanol is preferable. In this case, the lower alcohol solvent is more preferably a secondary or higher alcohol solvent such as isopropanol or t-butanol. The mixing ratio of the mixed solvent is not particularly limited, but it is preferable to use a hydrocarbon solvent and a lower alcohol solvent in a volume ratio of 99/1 to 50/50.

用いる水は、中性であれば特に制限されないが、不純物が少なく、繊密な有機薄膜を得る観点から、純水、蒸留水又はイオン交換水を用いるのが好ましい。水の使用量は、前記金属アルコキシド類1モルに対し、0.5〜2.0倍モル未満である。   The water to be used is not particularly limited as long as it is neutral, but it is preferable to use pure water, distilled water or ion-exchanged water from the viewpoint of obtaining a fine organic thin film with few impurities. The usage-amount of water is 0.5-2.0 times mole with respect to 1 mol of said metal alkoxides.

また、金属アルコキシド類の水による部分加水分解反応においては、酸、塩基又は分散安定化剤を添加してもよい。酸及び塩基は、凝結してできた沈殿を再び分散させる解膠剤として、また、金属アルコキシド類を加水分解、脱水縮合させてコロイド粒子などの分散質を製造するための触媒として、及び生成した分散質の分散剤として機能するものであれば特に制限されない。   In the partial hydrolysis reaction of metal alkoxides with water, an acid, a base, or a dispersion stabilizer may be added. Acids and bases were produced as a deflocculant for redispersing the precipitate formed by condensation, and as a catalyst for producing dispersoids such as colloidal particles by hydrolyzing and dehydrating metal alkoxides. There is no particular limitation as long as it functions as a dispersoid dispersant.

用いる酸としては、塩酸、硝酸、ホウ酸、ホウフッ化水素酸などの鉱酸;酢酸、ギ酸、シュウ酸、炭酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸などの有機酸;ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロホスフェートなどの光照射によって酸を発生する光酸発生剤;を挙げることができる。   Examples of acids used include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, boric acid, and borofluoric acid; organic acids such as acetic acid, formic acid, oxalic acid, carbonic acid, trifluoroacetic acid, p-toluenesulfonic acid, and methanesulfonic acid; diphenyliodonium And a photoacid generator that generates an acid by light irradiation, such as hexafluorophosphate and triphenylphosphonium hexafluorophosphate.

用いる塩基としては、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、アンモニア、ジメチルホルムアミド、ホスフィンなどを挙げることができる。   Examples of the base used include triethanolamine, triethylamine, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene, ammonia, dimethylformamide, and phosphine.

分散安定化剤は、分散質を分散媒中に安定に分散させる効力を有する剤であり、解膠剤、保護コロイド、界面活性剤などの凝結防止剤などを挙げることができる。具体的には、グリコール酸、グルコン酸、乳酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸などの多価カルボン酸;ヒドロキシカルボン酸;ピロ燐酸、トリポリ燐酸などの燐酸;アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸n−プロピル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸n−ブチル、アセト酢酸sec−ブチル、アセト酢酸t−ブチル、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、2,4−オクタンジオン、2,4−ノナンジオン、5−メチルヘキサンジオンなどの金属原子に対して強いキレート能力を有する多座配位子化合物;スルパース3000、9000、17000、20000、24000(以上、ゼネカ社製)、Disperbyk−161、−162、−163、−164(以上、ビツクケミー社製)などの脂肪族アミン系、ハイドロステアリン酸系、ポリエステルアミン;ジメチルポリシロキサン、メチル(ポリシロキシアルキレン)シロキサン共重合体、トリメチルシロキシケイ酸、カルボキシ変性シリコーンオイル、アミン変性シリコーンなど(特開平9−208438号公報、特開平2000−53421号公報など)のシリコーン化合物;などが例示される。   The dispersion stabilizer is an agent having the effect of stably dispersing the dispersoid in the dispersion medium, and examples thereof include anti-caking agents such as a peptizer, a protective colloid, and a surfactant. Specifically, polyhydric carboxylic acids such as glycolic acid, gluconic acid, lactic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid and succinic acid; hydroxycarboxylic acids; phosphoric acids such as pyrophosphoric acid and tripolyphosphoric acid; acetylacetone, methyl acetoacetate, aceto Ethyl acetate, n-propyl acetoacetate, isopropyl acetoacetate, n-butyl acetoacetate, sec-butyl acetoacetate, t-butyl acetoacetate, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptane Multidentate ligand compounds having strong chelating ability for metal atoms such as dione, 2,4-octanedione, 2,4-nonanedione, 5-methylhexanedione; Sulperus 3000, 9000, 17000, 20000, 24000 ( As mentioned above, manufactured by Zeneca), Disperbyk-161, -162, -16 , -164 (above, manufactured by Vick Chemie), aliphatic amine series, hydrostearic acid series, polyester amine; dimethylpolysiloxane, methyl (polysiloxyalkylene) siloxane copolymer, trimethylsiloxysilicic acid, carboxy-modified silicone oil, Examples thereof include silicone compounds such as amine-modified silicone (JP-A-9-208438, JP-A-2000-53421, etc.).

上記のようにして得られる部分加水分解生成物は、有機溶媒中、酸、塩基及び/又は分散安定化剤の非存在下、凝集せずに安定に分散している性質を有する分散質となっている。この場合、分散質とは、分散系中に分散している微細粒子のことをいい、具体的には、コロイド粒子などを例示することができる。   The partial hydrolysis product obtained as described above becomes a dispersoid having a property of stably dispersing without aggregation in an organic solvent in the absence of an acid, a base and / or a dispersion stabilizer. ing. In this case, the dispersoid refers to fine particles dispersed in the dispersion system, and specific examples include colloidal particles.

ここで、凝集せずに安定に分散している状態とは、有機溶媒中、酸、塩基及び/又は分散安定化剤の非存在下、加水分解生成物の分散質が、凝結して不均質に分離していない状態を表し、好ましくは透明で均質な状態を表す。   Here, the state of being stably dispersed without agglomeration means that the dispersoid of the hydrolysis product is condensed and heterogeneous in the absence of an acid, a base and / or a dispersion stabilizer in an organic solvent. It represents a state where they are not separated, and preferably represents a transparent and homogeneous state.

また透明とは、可視光における透過率が高い状態をいい、具体的には、分散質の濃度を酸化物換算で0.5重量%とし、石英セルの光路長を1cmとし、対照試料を有機溶媒とし、光の波長を550nmとする条件で測定した分光透過率で表して、好ましくは80〜100%の透過率を表す状態をいう。   Transparent means a state in which the transmittance in visible light is high. Specifically, the concentration of the dispersoid is 0.5% by weight in terms of oxide, the optical path length of the quartz cell is 1 cm, and the control sample is organic. This is a state that represents a transmittance of 80 to 100%, preferably expressed as a spectral transmittance measured under the condition of using a solvent and a light wavelength of 550 nm.

部分加水分解生成物の分散質の粒子径は特に限定されないが、可視光における高い透過率を得るためには、通常1〜100nm、好ましくは1〜50nm、より好ましくは1〜10nmの範囲である。   The particle size of the dispersoid of the partial hydrolysis product is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 10 nm in order to obtain high transmittance in visible light. .

前記シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒としての触媒B成分は、触媒A成分と前記シラン系界面活性剤とを混合することにより得ることができ、より具体的には、シラン系界面活性剤を、触媒A成分の存在下、有機溶媒中、水で処理することによって調製することができる。触媒B成分中、シラン系界面活性剤を触媒A成分1モルに対して、0.5〜2.0モル含むのが好ましく、0.8〜1.5モル含むのがより好ましい。   The catalyst B component as a catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant can be obtained by mixing the catalyst A component and the silane-based surfactant, and more specifically, the silane-based surfactant. The agent can be prepared by treating with water in an organic solvent in the presence of catalyst A component. In the catalyst B component, the silane-based surfactant is preferably contained in an amount of 0.5 to 2.0 mol, more preferably 0.8 to 1.5 mol, relative to 1 mol of the catalyst A component.

前記シラン系界面活性剤を、有機溶媒中、触媒A成分の存在下、水で処理する方法としては、具体的には、(ア)シラン系界面活性剤及び触媒A成分の有機溶媒溶液に水を添加する方法、(イ)シラン系界面活性剤と水の有機溶媒溶液に触媒A成分を添加する方法などを挙げることができる。なお、触媒A成分は、水を含む有機溶媒の状態で使用されるのが一般的である。   As a method of treating the silane-based surfactant with water in the presence of the catalyst A component in an organic solvent, specifically, (a) water is added to the organic solvent solution of the silane-based surfactant and the catalyst A component. And (i) a method of adding the catalyst A component to an organic solvent solution of a silane-based surfactant and water. The catalyst A component is generally used in the state of an organic solvent containing water.

触媒B成分の調製に用いる有機溶媒としては、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒及びシリコーン系溶媒が好ましく、なかでも、沸点が100〜250℃のものがより好ましい。具体的には、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、灯油、リグロインなどの炭化水素系溶媒;CBrClCF、CClFCFCC1、CClFCFCHFCl、CFCFCHC1、CFCBrFCBrF、CClFCClFCFCCl、Cl(CFCFCl)Cl、Cl(CFCFCl)CFCCl、Cl(CFCFCl)Clなどのフロン系溶媒;フロリナート(3M社製)、アフルード(旭ガラス社製)などのフッ化炭素系溶媒;ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーンなどのシリコーン系溶媒;を挙げることができる。これらの溶媒は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 As the organic solvent used for the preparation of the catalyst B component, hydrocarbon solvents, fluorocarbon solvents and silicone solvents are preferable, and those having a boiling point of 100 to 250 ° C are more preferable. Specifically, hydrocarbon solvents such as n-hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, petroleum naphtha, solvent naphtha, petroleum ether, petroleum benzine, isoparaffin, normal paraffin, decalin, industrial gasoline, kerosene, ligroin; CBr 2 ClCF 3, CClF 2 CF 2 CC1 3, CClF 2 CF 2 CHFCl, CF 3 CF 2 CHC1 2, CF 3 CBrFCBrF 2, CClF 2 CClFCF 2 CCl 3, Cl (CF 2 CFCl) 2 Cl, Cl (CF 2 CFCl ) Fluorocarbon solvents such as 2 CF 2 CCl 3 and Cl (CF 2 CFCl) 3 Cl; Fluorocarbon solvents such as Fluorinate (manufactured by 3M) and Afludo (manufactured by Asahi Glass); dimethyl silicone, phenyl silicone, alkyl Modified Siri And silicone solvents such as corn and polyether silicone. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

また、急激な反応を抑えるためには、(ア)の方法において添加する水、(イ)の方法において添加する触媒A成分は、有機溶媒などで希釈したものであるのが好ましい。   In order to suppress a rapid reaction, the water added in the method (a) and the catalyst A component added in the method (a) are preferably diluted with an organic solvent or the like.

前記有機薄膜形成用溶液は、前記シラン系界面活性剤と触媒A成分、あるいは前記シラン系界面活性剤と触媒B成分とから得ることができる。より具体的には、前記シラン系界面活性剤、有機溶媒、触媒A成分、及び所望により水の混合物を撹拌することで、あるいは前記シラン系界面活性剤、有機溶媒、触媒B成分、及び所望により水の混合物を攪拌することで、有機薄膜形成用溶液を得ることができる。   The organic thin film forming solution can be obtained from the silane-based surfactant and the catalyst A component or the silane-based surfactant and the catalyst B component. More specifically, by stirring the mixture of the silane surfactant, organic solvent, catalyst A component, and optionally water, or the silane surfactant, organic solvent, catalyst B component, and optionally A solution for forming an organic thin film can be obtained by stirring the water mixture.

前記有機薄膜形成用溶液の調製に用いる触媒A成分や触媒B成分の使用量は、形成する単分子の有機薄膜の物性に影響を与えない量であれば特に制限されないが、シラン系界面活性剤1モルに対して酸化物換算モル数で、それぞれ通常0.001〜1モル、好ましくは0.001〜0.2モルである。   The amount of the catalyst A component and the catalyst B component used for the preparation of the organic thin film forming solution is not particularly limited as long as it does not affect the physical properties of the monomolecular organic thin film to be formed. It is usually 0.001 to 1 mol, preferably 0.001 to 0.2 mol in terms of moles in terms of oxide with respect to 1 mol.

前記有機薄膜形成用溶液は、より具体的には、(a)前記触媒B成分及びシラン系界面活性剤の有機溶媒溶液に水を添加する方法、(b)シラン系界面活性剤と水の混合溶液に、前記触媒B成分を添加する方法などを挙げることができる。また、急激な反応を抑えるためには、(a)の方法において添加する水、(b)の方法において添加する触媒B成分は、有機溶媒などで希釈したものであるのが好ましい。   More specifically, the organic thin film forming solution includes (a) a method in which water is added to the organic solvent solution of the catalyst B component and the silane surfactant, and (b) a mixture of the silane surfactant and water. Examples thereof include a method of adding the catalyst B component to the solution. In order to suppress a rapid reaction, the water added in the method (a) and the catalyst B component added in the method (b) are preferably diluted with an organic solvent or the like.

前記有機薄膜形成用溶液の調製に用いる有機溶媒としては、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒及びシリコーン系溶媒が好ましく、なかでも、沸点が100〜250℃のものがより好ましい。具体的には、前記触媒A成分や触媒B成分の調製に用いることができるものとして列記した、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒及びシリコーン系溶媒と同様のものを使用することができる。   As the organic solvent used for the preparation of the organic thin film forming solution, a hydrocarbon solvent, a fluorocarbon solvent, and a silicone solvent are preferable, and those having a boiling point of 100 to 250 ° C. are more preferable. Specifically, the same hydrocarbon solvents, fluorocarbon solvents, and silicone solvents listed as those that can be used for the preparation of the catalyst A component and the catalyst B component can be used.

前記有機薄膜形成用溶液の調製に用いる水の量は、用いるシラン系界面活性剤、触媒A成分や触媒B成分、塗布する基板などの種類に応じて適宜決定することができる。水の使用量があまり多いと、シラン系界面活性剤が互いに縮合し、基体表面への化学吸着が阻害され、単分子膜とならないおそれがある。   The amount of water used for the preparation of the organic thin film forming solution can be appropriately determined according to the type of the silane-based surfactant used, the catalyst A component or the catalyst B component, the substrate to be applied, and the like. If the amount of water used is too large, the silane-based surfactants condense with each other, and chemical adsorption to the substrate surface may be hindered, so that a monomolecular film may not be formed.

前記シラン系界面活性剤、有機溶媒、触媒A成分や触媒B成分及び水の混合物の攪拌温度は、通常−100℃〜+100℃、好ましくは−20℃〜+50℃である。攪拌時間は、通常、数分から数時間である。また、この場合においては、均一な有機薄膜形成用溶液を得るために、超音波処理を施すことも好ましい。   The stirring temperature of the mixture of the silane-based surfactant, organic solvent, catalyst A component, catalyst B component and water is usually −100 ° C. to + 100 ° C., preferably −20 ° C. to + 50 ° C. The stirring time is usually several minutes to several hours. In this case, it is also preferable to perform ultrasonic treatment in order to obtain a uniform solution for forming an organic thin film.

本発明においては、有機薄膜形成用溶液として、その水分含量が所定量範囲内になるように調整するか又は保持したものを用いることが好ましい。有機薄膜形成用溶液中における水分含量は、基体表面への化学吸着が阻害される、繊密な単分子膜が製造できない、有効に用いることのできるシラン系界面活性剤の量を損失する、又は触媒が失活するなどの問題がおきない範囲の量が好ましい。また、ディップ法により該溶液を基板に接触させる場合に、接触時間を10分間以内、好ましくは5分間以内に、緻密で均質な有機薄膜を1度にしかも該溶液が接触した基板前面に形成させるために、基板表面又は膜の形成を促進活性化させるのに十分な水分含量以上が好ましい。   In the present invention, it is preferable to use an organic thin film forming solution that has been adjusted or maintained so that its moisture content is within a predetermined range. Moisture content in the organic thin film forming solution impairs chemisorption on the substrate surface, cannot produce a fine monomolecular film, loses the amount of silane-based surfactant that can be used effectively, or An amount in a range that does not cause problems such as catalyst deactivation is preferred. Further, when the solution is brought into contact with the substrate by the dipping method, a dense and homogeneous organic thin film is formed once on the front surface of the substrate in contact with the solution within 10 minutes, preferably within 5 minutes. Therefore, it is preferable to have a moisture content that is sufficient to accelerate and activate the formation of the substrate surface or film.

前記有機薄膜形成用溶液の水分含量は、具体的には50ppm以上が好ましく、より好ましくは50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲(より具体的には、50〜1000ppmの範囲)である。   Specifically, the water content of the organic thin film forming solution is preferably 50 ppm or more, more preferably in the range of the saturated water content from 50 ppm to the organic solvent (more specifically, in the range of 50 to 1000 ppm).

前記有機薄膜形成用溶液の水分含量を所定量範囲内になるように調整するか又は保持する方法としては、(i)前記有機薄膜形成用溶液に接触して水層を設ける方法、〈ii)水分を含ませた保水性物質を共存させておく方法、(iii)水分を含む気体を吹き込む方法、などを挙げることができる。   As a method for adjusting or maintaining the water content of the organic thin film forming solution within a predetermined range, (i) a method of providing a water layer in contact with the organic thin film forming solution, <ii) Examples thereof include a method in which a water-holding substance containing moisture is allowed to coexist, and (iii) a method in which a gas containing moisture is blown.

絶縁膜上に有機薄膜を形成する方法としては、上記のようにして得られた有機薄膜形成用溶液に絶縁膜表面を接触させる方法を挙げることができる。   Examples of the method for forming the organic thin film on the insulating film include a method in which the surface of the insulating film is brought into contact with the organic thin film forming solution obtained as described above.

絶縁膜表面を有機薄膜形成用溶液に接触させる方法としては、絶縁膜が形成された基板を有機薄膜形成用溶液中に浸漬する方法、絶縁膜表面に有機薄膜形成用溶液を公知の方法で塗布する方法、絶縁膜上に有機薄膜形成用溶液をスプレーする方法などを挙げることができる。なかでも、均一な膜質を有する有機薄膜を効率よく成膜できることから、絶縁膜が形成された基板を有機薄膜形成用溶液中に浸漬する方法が好ましい。浸漬時間としては5分間以上が好ましく、また10分間以内が好ましい。そして、炭化水素系溶媒溶液などを用いて、浸漬などの接触後に超音波洗浄することがより好ましい。   As a method of bringing the surface of the insulating film into contact with the organic thin film forming solution, a method in which the substrate on which the insulating film is formed is immersed in the organic thin film forming solution, or the organic thin film forming solution is applied to the insulating film surface by a known method. And a method of spraying a solution for forming an organic thin film on the insulating film. Especially, since the organic thin film which has uniform film quality can be formed into a film efficiently, the method of immersing the board | substrate with which the insulating film was formed in the solution for organic thin film formation is preferable. The immersion time is preferably 5 minutes or longer, and preferably within 10 minutes. And it is more preferable to ultrasonically clean after contact, such as immersion, using a hydrocarbon solvent solution or the like.

有機薄膜形成用溶液に絶縁膜表面を接触させた後、膜表面に付着した余分な試剤、不純物などを除去するために、洗浄工程を設けることが好ましい。洗浄工程を設けることにより、より膜厚を制御することができる。洗浄方法は、表面の付着物を除去できる方法であれば特に制限されないが、前記のように、炭化水素系溶媒溶液などを用いて、浸漬後に超音波洗浄することがより好ましい。   After bringing the surface of the insulating film into contact with the organic thin film forming solution, it is preferable to provide a cleaning step in order to remove excess reagents, impurities, etc. adhering to the film surface. By providing the cleaning step, the film thickness can be controlled more. The cleaning method is not particularly limited as long as it can remove the deposits on the surface, but as described above, ultrasonic cleaning after immersion is more preferable using a hydrocarbon solvent solution or the like.

有機薄膜を形成又は有機薄膜を形成後洗浄した後は、形成された有機薄膜の層を安定化させるために、基板を加熱するのが好ましい。加熱する温度は、用いる基板の種類、透明導電性膜の種類、形成された有機薄膜の安定性などによって適宜選択することができる。   After the organic thin film is formed or washed after forming the organic thin film, the substrate is preferably heated in order to stabilize the formed organic thin film layer. The heating temperature can be appropriately selected depending on the type of substrate used, the type of transparent conductive film, the stability of the formed organic thin film, and the like.

前記有機薄膜形成用溶液に絶縁膜を接触させると、該溶液中のシラン系界面活性剤が絶縁膜表面に吸着され、有機薄膜が形成される。シラン系界面活性剤が絶縁膜表面に吸着される機構の詳細は明らかではないが、次のように考えることができる。すなわち、有機薄膜形成用溶液中においては、シラン系界面活性剤の加水分解性基が水により加水分解された状態となっている。そして、この状態のシラン系界面活性剤が絶縁膜表面の活性水素と反応して、絶縁膜表面と強固な化学結合を形成してなる薄膜が形成される。この薄膜は、絶縁膜の活性水素と反応して形成されるものであって、単分子膜となる。   When an insulating film is brought into contact with the organic thin film forming solution, the silane-based surfactant in the solution is adsorbed on the surface of the insulating film to form an organic thin film. Although the details of the mechanism by which the silane-based surfactant is adsorbed on the surface of the insulating film are not clear, it can be considered as follows. That is, in the organic thin film forming solution, the hydrolyzable group of the silane surfactant is in a state of being hydrolyzed by water. The silane-based surfactant in this state reacts with active hydrogen on the surface of the insulating film to form a thin film that forms a strong chemical bond with the surface of the insulating film. This thin film is formed by reacting with the active hydrogen of the insulating film and becomes a monomolecular film.

有機薄膜の膜厚は、その形成用分子のアルキル鎖長によるが、通常0.2〜10nmが好ましく、0.5〜3nmが特に好ましい。   Although the film thickness of the organic thin film depends on the alkyl chain length of the forming molecule, it is usually preferably 0.2 to 10 nm, particularly preferably 0.5 to 3 nm.

前記有機薄膜形成用溶液を使用することにより、絶縁膜表面に、光照射前において、撥油性であり、かつ撥水性である有機薄膜の層を形成することができる。より具体的には、光照射前における水の接触角が好ましくは80°以上、より好ましくは85°以上、さらに好ましくは90°以上、特に好ましくは100°以上であり、かつ、トルエンの接触角が20°以上である耐摩耗性に優れた有機薄膜を形成することができる。   By using the organic thin film forming solution, an organic thin film layer that is oil-repellent and water-repellent before light irradiation can be formed on the surface of the insulating film. More specifically, the contact angle of water before light irradiation is preferably 80 ° or more, more preferably 85 ° or more, still more preferably 90 ° or more, particularly preferably 100 ° or more, and the contact angle of toluene. It is possible to form an organic thin film having an excellent wear resistance of 20 ° or more.

次に、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去することにより、図1に示す本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。
ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去する方法としては、特に制限されないが、作業効率の観点から、次の(α)〜(γ)の方法が好ましい。
Next, the organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention shown in FIG. 1 can be obtained by removing the organic thin film from the region where the semiconductor film outside the gate electrode projection region is formed.
The method for removing the organic thin film from the region where the semiconductor film outside the gate electrode projection region is formed is not particularly limited, but the following methods (α) to (γ) are preferable from the viewpoint of work efficiency.

(α)図2(c)に示す構造を有する基板に、フォトマスクを介して基板表面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去する方法。
まず、ゲート電極2、絶縁膜3、有機薄膜4が積層された基板1の上にポジ型フォトレジスト(図示を省略。)を塗布して、基板に良く位置合せされたフォトマスクを介して紫外光を照射して、フォトレジストを露光する。用いるフォトマスクとしては、例えば、ゲート電極投影領域内を遮光して、ゲート電極投影領域外の有機半導体膜が形成される部分を透光する、Crなどからなる金属膜パターンが表面に形成された石英基板からなるフォトマスクを用いることができる。
(Α) A method of removing an organic thin film from a region where a semiconductor film is formed outside a gate electrode projection region by irradiating a substrate having a structure shown in FIG.
First, a positive photoresist (not shown) is applied on the substrate 1 on which the gate electrode 2, the insulating film 3, and the organic thin film 4 are laminated, and ultraviolet rays are passed through a photomask well aligned with the substrate. Irradiate light to expose the photoresist. As a photomask to be used, for example, a metal film pattern made of Cr or the like is formed on the surface so as to shield the inside of the gate electrode projection region and transmit the portion where the organic semiconductor film is formed outside the gate electrode projection region. A photomask made of a quartz substrate can be used.

次に、これを現像、焼成して、ゲート電極投影領域内に配置され、ゲート電極投影領域外の有機半導体膜形成部分には配置されないフォトレジストパターンを形成する。このフォトレジストパターンをマスクにして、酸素プラズマ処理で有機薄膜4をエッチング除去した後、フォトレジストを除去することで、有機薄膜4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された、本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。   Next, this is developed and baked to form a photoresist pattern which is disposed in the gate electrode projection region and not disposed in the organic semiconductor film formation portion outside the gate electrode projection region. Using this photoresist pattern as a mask, the organic thin film 4 was etched away by oxygen plasma treatment, and then the photoresist was removed, whereby the organic thin film 4 was selectively formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3. The organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention can be obtained.

(β)光リソグラフィーの技術を用いる方法
また、この場合、図3に示すように、一方の面側に、少なくとも酸化チタンを含有する光触媒層形成用組成物から形成された光触媒層を有する板状透明支持体9を、前記光触媒層側を有機薄膜4側に向けて前記基板と重ね合わせ、又は前記光触媒層側を有機薄膜が形成された基板側に向けて所定の間隔を開けて前記基板と対峙させ、前記支持体9の他方の面側(図中、上方側)から、紫外線などの活性エネルギー線を照射して、光触媒反応により活性種を生成させ、この活性種により、有機薄膜表面を所定のパターンで変性させた後、有機薄膜4の照射部分のみを分解除去することで、有機薄膜4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された、本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。この方法によれば、フォトレジストを用いることなく、簡便且つ効率よく、本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。
(Β) Method Using Photolithographic Technology Also, in this case, as shown in FIG. 3, a plate having a photocatalyst layer formed from a composition for forming a photocatalyst layer containing at least titanium oxide on one surface side The transparent support 9 is overlapped with the substrate with the photocatalyst layer side facing the organic thin film 4 side, or the photocatalyst layer side is directed to the substrate side on which the organic thin film is formed and spaced apart from the substrate. Oppositely, active energy rays such as ultraviolet rays are irradiated from the other surface side (the upper side in the figure) of the support 9 to generate active species by a photocatalytic reaction. The organic semiconductor device of the present invention in which the organic thin film 4 is selectively formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3 by decomposing and removing only the irradiated portion of the organic thin film 4 after modification with a predetermined pattern. Manufacturing substrate 1 It is possible to obtain. According to this method, the organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention can be obtained simply and efficiently without using a photoresist.

(γ)図2(c)に示す構造を有する基板に、ゲート電極をフォトマスクとして基板裏面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去する方法(図4参照)。
まず、基板裏面からゲート電極2をフォトマスクとしてフォトレジスト(図示を省略。)を露光する。次いで、ゲート電極と概略同一形状に加工されたフォトレジストをマスクにして有機薄膜4をエッチング除去した後、フォトレジストを除去することにより、有機薄膜4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された、本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。
(Γ) A method of removing an organic thin film from a region where a semiconductor film is formed outside a gate electrode projection region by irradiating light onto the substrate having the structure shown in FIG. (See FIG. 4).
First, a photoresist (not shown) is exposed from the back surface of the substrate using the gate electrode 2 as a photomask. Next, the organic thin film 4 is removed by etching using the photoresist processed into the same shape as the gate electrode as a mask, and then the organic thin film 4 is selected as the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3 by removing the photoresist. Thus, the organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention can be obtained.

また、本発明においては、その他の方法として、以下に示すリフトオフ法を採用することもできる。
まず、絶縁膜3表面のゲート電極投影領域にフォトレジストを形成した後、その上に有機薄膜4を成膜する。ここでは、裏面露光法でフォトレジストを形成する例を示すが、この場合はネガ型フォトレジストを用い、絶縁膜3表面のゲート電極投影領域外のフォトレジストを形成する。この上に有機薄膜4を形成してからフォトレジストを除去すると、フォトレジスト表面に形成された有機薄膜4が一緒に除去(リフトオフ)されて、有機薄膜4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された、本発明の有機半導体装置製造用基板10を得ることができる。
In the present invention, the following lift-off method can also be employed as another method.
First, after forming a photoresist in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3, an organic thin film 4 is formed thereon. Here, an example is shown in which a photoresist is formed by a backside exposure method. In this case, a negative photoresist is used, and a photoresist outside the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3 is formed. When the photoresist is removed after the organic thin film 4 is formed thereon, the organic thin film 4 formed on the photoresist surface is removed (lifted off) together, and the organic thin film 4 becomes the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3. Thus, the organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention selectively formed can be obtained.

以上のようにして本発明の有機半導体装置製造用基板10を製造することができる。得られる有機半導体装置製造用基板10は、絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に、均一で高品質、且つ効率よく形成できる有機薄膜4を有しているので、その上に、高い配向秩序を有する有機半導体膜を形成することができる。   As described above, the organic semiconductor device manufacturing substrate 10 of the present invention can be manufactured. The obtained substrate 10 for manufacturing an organic semiconductor device has an organic thin film 4 that can be formed uniformly, with high quality and efficiency in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3, so that a high orientation order is provided thereon. An organic semiconductor film having the same can be formed.

2)有機半導体装置及びその製造方法
本発明の有機半導体装置は、基板上に積層された、ゲート電極、ゲート絶縁膜,ソース電極、ドレイン電極、有機半導体膜および保護膜から構成される有機半導体装置において、前記半導体膜が有機半導体分子の集合体で構成されており、前記絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された半導体膜と絶縁膜の界面部に、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜を有することを特徴とする。
2) Organic semiconductor device and manufacturing method thereof The organic semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor film, and a protective film stacked on a substrate. In the above, the semiconductor film is composed of an assembly of organic semiconductor molecules, and an interface portion between the semiconductor film and the insulating film formed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film has the formula (1): R n − Si-X 4-n (wherein, R is an optionally substituted C1-20 hydrocarbon group, an optionally substituted C1-20 halogenated hydrocarbon group, a linking group) Represents a C1-20 hydrocarbon group containing 1 or a C1-20 halogenated hydrocarbon group containing a linking group, X represents a hydroxyl group, a halogen atom, a C1-6 alkoxy group or an acyloxy group, and n represents 1 to 1 Represents an integer of 3 Silane-based surfactant represented by.), And characterized by having an organic thin film formed from an organic thin film forming solution containing a catalyst capable of interacting with the silane-based surfactant.

本発明の有機半導体装置20の層構成断面図を図5示す。図5中、1は基板、2はゲート電極、3は絶縁膜、4は有機薄膜、5はドレイン電極、6はソース電極、7は有機半導体膜、8は保護膜である。   FIG. 5 shows a sectional view of the layer structure of the organic semiconductor device 20 of the present invention. In FIG. 5, 1 is a substrate, 2 is a gate electrode, 3 is an insulating film, 4 is an organic thin film, 5 is a drain electrode, 6 is a source electrode, 7 is an organic semiconductor film, and 8 is a protective film.

図5に示す有機半導体装置は、図1に示す有機半導体装置製造用基板を用いて、ドレイン電極5及びソース電極6(以下、「ドレイン/ソース電極5,6」ということがある。)、有機半導体膜7、並びに保護膜8を形成することにより製造することができる。   The organic semiconductor device shown in FIG. 5 uses the organic semiconductor device manufacturing substrate shown in FIG. 1, and uses a drain electrode 5 and a source electrode 6 (hereinafter, also referred to as “drain / source electrodes 5 and 6”), organic. It can be manufactured by forming the semiconductor film 7 and the protective film 8.

まず、図1に示す有機半導体装置製造用基板を用いて、ドレイン/ソース電極5,6、および有機半導体膜7を形成する。この場合、ドレイン/ソース電極5,6を形成した後、有機半導体膜7を形成することもできるし、有機半導体膜7を形成した後、ドレイン/ソース電極5,6を形成することもできる。   First, the drain / source electrodes 5 and 6 and the organic semiconductor film 7 are formed using the organic semiconductor device manufacturing substrate shown in FIG. In this case, the organic semiconductor film 7 can be formed after the drain / source electrodes 5 and 6 are formed, or the drain / source electrodes 5 and 6 can be formed after the organic semiconductor film 7 is formed.

これらの中で、ドレイン/ソース電極5,6を先に形成する方法は、次のような利点を有する。絶縁膜3表面のゲート電極投影領域内に選択的に配置された有機薄膜4は、同領域上に形成された有機半導体膜7の配向秩序のみを選択的に向上して、光リーク電流を増加することなく暗状態でのスイッチング性能を向上する作用だけでなく、ドレイン電極5、ソース電極6がゲート電極に対して自己整合的に配置させる作用がある。すなわち、有機薄膜4の撥液作用で導電性インクがゲート電極投影領域内に浸透せず、ゲート電極と端部が整合したドレイン/ソース電極を形成することができる。   Among these, the method of forming the drain / source electrodes 5 and 6 first has the following advantages. The organic thin film 4 selectively disposed in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film 3 selectively improves only the alignment order of the organic semiconductor film 7 formed on the region, thereby increasing the light leakage current. In addition to improving the switching performance in the dark state, the drain electrode 5 and the source electrode 6 are arranged in a self-aligned manner with respect to the gate electrode. That is, the conductive ink does not permeate into the gate electrode projection region due to the lyophobic action of the organic thin film 4, and a drain / source electrode whose end is aligned with the gate electrode can be formed.

一般的に塗布プロセスで形成した電極はパターンおよび位置精度が低いために、両電極間が短絡しないように電極を形成した場合の電極間隔、チャネル長は約30μm程度と大きく、十分な電流が得られなかった。これに対して、本発明によれば、チャネル長はゲート電極投影領域内に配置された有機薄膜4の幅、すなわちゲート電極2の幅で決まる。従って、位置精度が高いフォトリソグラフィー法でゲート電極2を形成すれば、3μm程度のゲート電極幅すなわちチャネル長のドレイン/ソース電極5,6が塗布プロセスで形成できる。   In general, the electrodes formed by the coating process have low pattern and positional accuracy. Therefore, when the electrodes are formed so that they are not short-circuited, the electrode spacing and channel length are as large as about 30 μm, and sufficient current can be obtained. I couldn't. On the other hand, according to the present invention, the channel length is determined by the width of the organic thin film 4 arranged in the gate electrode projection region, that is, the width of the gate electrode 2. Therefore, if the gate electrode 2 is formed by a photolithography method with high positional accuracy, the drain / source electrodes 5 and 6 having a gate electrode width of about 3 μm, that is, a channel length can be formed by a coating process.

また、有機半導体膜7を形成した後、ドレイン/ソース電極5,6を形成する場合には、有機半導体膜7を覆うようにフォトレジストを成膜した後、パターニングを行い、ドレイン電極5およびソース電極6材料をマスク蒸着することで、ドレイン/ソース電極5,6を形成することができる。   Further, when forming the drain / source electrodes 5 and 6 after forming the organic semiconductor film 7, a photoresist is formed so as to cover the organic semiconductor film 7, and then patterning is performed, so that the drain electrode 5 and the source electrode are formed. The drain / source electrodes 5 and 6 can be formed by mask vapor deposition of the electrode 6 material.

ドレイン/ソース電極の形成材料としては、ほとんどの有機半導体が、電荷を輸送するキャリアがホールであるp型半導体であることから、有機半導体膜とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい金属が望ましい。具体的には、金、白金などが挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。また、半導体層表面にドーパントを高密度にドープする場合は、金属/半導体間をキャリアがトンネルすることが可能となり、金属の材質によらなくなるため、ゲート電極であげた金属材料や有機導電性材料も、ソース電極及びドレイン電極の材料として用いることができる。   As a material for forming the drain / source electrode, since most organic semiconductors are p-type semiconductors in which carriers for transporting charges are holes, a metal having a large work function is used to make ohmic contact with the organic semiconductor film. desirable. Specific examples include gold and platinum, but are not limited to these materials. In addition, when a dopant is densely doped on the surface of the semiconductor layer, carriers can tunnel between the metal and the semiconductor, and it does not depend on the material of the metal. Can also be used as a material for the source and drain electrodes.

有機半導体膜7は、図1に示す本発明の有機半導体装置製造用基板10の有機薄膜4上に、有機半導体材料の薄膜を成膜することで形成することができる。有機半導体材料の層を有機薄膜4上に形成すると、有機薄膜によって有機半導体材料は結晶化・配向し、高い配向秩序を有する有機半導体膜7が形成される。なお、有機半導体材料の薄膜を成膜誤差により、有機薄膜4上以外の部位に形成されたとしても、有機半導体材料は結晶化・配向しないため、半導体として性質を有する有機半導体膜は形成されない。
有機半導体膜7の配向秩序は、有機半導体膜7の表面形状を原子間力顕微鏡(AFM)やX線回折測定装置を使用して測定し、確認することができる。
The organic semiconductor film 7 can be formed by forming a thin film of an organic semiconductor material on the organic thin film 4 of the substrate 10 for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention shown in FIG. When the layer of the organic semiconductor material is formed on the organic thin film 4, the organic semiconductor material is crystallized and oriented by the organic thin film, and the organic semiconductor film 7 having a high orientation order is formed. Note that even if a thin film of an organic semiconductor material is formed in a portion other than on the organic thin film 4 due to a film formation error, the organic semiconductor material does not crystallize and orientate, so that an organic semiconductor film having properties as a semiconductor is not formed.
The orientation order of the organic semiconductor film 7 can be confirmed by measuring the surface shape of the organic semiconductor film 7 using an atomic force microscope (AFM) or an X-ray diffraction measuring apparatus.

用いる有機半導体材料としては、特に限定されず、例えば、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機けい素化合物などが挙げられる。より具体的には、ペンタセン、テトラセン、チオフェンオリゴマ誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素などである。   The organic semiconductor material to be used is not particularly limited, and examples thereof include π electron conjugated aromatic compounds, chain compounds, organic pigments, and organic silicon compounds. More specifically, pentacene, tetracene, thiophen oligomer derivatives, phenylene derivatives, phthalocyanine compounds, polyacetylene derivatives, polythiophene derivatives, cyanine dyes, and the like.

半導体有機材料を原料とする薄膜の成膜方法としては、特に制限されず、例えば、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、ディッピング法、真空蒸着法が挙げられる。   A method for forming a thin film using a semiconductor organic material as a raw material is not particularly limited, and examples thereof include a spin coating method, a casting method, a pulling method, a dipping method, and a vacuum deposition method.

最後に基板表面全体に保護膜8を形成する。保護膜8は、前記絶縁膜3と同様の材料を用いて、同様の成膜方法により形成することができる。保護膜8の膜厚は、特に制限されないが、通常100〜1000nm程度である。   Finally, a protective film 8 is formed on the entire substrate surface. The protective film 8 can be formed by using the same material as the insulating film 3 and by the same film forming method. The thickness of the protective film 8 is not particularly limited, but is usually about 100 to 1000 nm.

以上のようにして、図5に示す構造の本発明の有機半導体装置20を得ることができる。
本発明の有機半導体装置は高い配向秩序を有する有機半導体膜を有するため、優れたトランジスタとしての特性を有する。
すなわち、本発明の有機半導体装置は、前述のように光リーク電流を増加することなくスイッチング性能を向上させているため、高輝度のバックライト光に対しても動作不良なく、液晶表示装置を駆動することができる。
As described above, the organic semiconductor device 20 of the present invention having the structure shown in FIG. 5 can be obtained.
Since the organic semiconductor device of the present invention has an organic semiconductor film having a high orientation order, it has excellent characteristics as a transistor.
In other words, since the organic semiconductor device of the present invention improves the switching performance without increasing the light leakage current as described above, the liquid crystal display device can be driven without malfunction even with high luminance backlight light. can do.

本発明の有機半導体装置製造用基板の一例の層構成断面図である。It is layer structure sectional drawing of an example of the board | substrate for organic-semiconductor device manufacture of this invention. 本発明の有機半導体装置製造用基板の製造工程を表す工程断面図である。It is process sectional drawing showing the manufacturing process of the board | substrate for organic-semiconductor device manufacture of this invention. 本発明の一実施態様である有機薄膜の選択的形成法を説明する図である。It is a figure explaining the selective formation method of the organic thin film which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施態様である有機薄膜の選択的形成法を説明する図である。It is a figure explaining the selective formation method of the organic thin film which is one embodiment of this invention. 本発明の有機半導体装置の一例の層構成断面図である。It is layer structure sectional drawing of an example of the organic-semiconductor device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…ゲート電極、3…絶縁膜(ゲート絶縁膜)、4…有機薄膜…5…ドレイン電極、6…ソース電極、7…有機半導体膜、8…保護膜、9…支持体、10…有機半導体装置製造用基板、20…有機半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Gate electrode, 3 ... Insulating film (gate insulating film), 4 ... Organic thin film ... 5 ... Drain electrode, 6 ... Source electrode, 7 ... Organic semiconductor film, 8 ... Protective film, 9 ... Support body, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate for organic semiconductor device manufacture, 20 ... Organic semiconductor device

Claims (21)

基板と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成された有機薄膜とを有する有機半導体装置製造用基板であって、前記有機薄膜が、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜であることを特徴とする有機半導体装置製造用基板。 A substrate for manufacturing an organic semiconductor device, comprising: a substrate; a gate electrode formed on the substrate; a gate insulating film formed on the gate electrode; and an organic thin film formed on the gate insulating film. , the organic thin film is of the formula (1): R n -Si- X 4-n ( wherein, R have hydrocarbon group C1~20 which may have a substituent, a substituent A C1-20 halogenated hydrocarbon group, a C1-20 hydrocarbon group containing a linking group, or a C1-20 halogenated hydrocarbon group containing a linking group, wherein X is a hydroxyl group, a halogen atom, C1 6 represents an alkoxy group or an acyloxy group, and n represents an integer of 1 to 3), and a solution for forming an organic thin film comprising a catalyst capable of interacting with the silane surfactant. It is characterized by being an organic thin film formed from Organic semiconductor device manufacturing substrate. 前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体装置製造用基板。   The catalyst is a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; a metal alkoxide more than twice the equivalent of the metal alkoxide. The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, which is at least one selected from a hydrolysis product obtained by treating with water, an organic acid, a silanol condensation catalyst, and an acid catalyst. 前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体装置製造用基板。   The catalyst comprises: (a) a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; A hydrolysis product obtained by treatment with water equivalent to a double equivalent or more; an organic acid; a silanol condensation catalyst; and an acid catalyst; and (b) a composition containing the silane-based surfactant. The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is for manufacturing an organic semiconductor device. 金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする請求項2または3に記載の有機半導体装置製造用基板。   4. The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 2, wherein the metal alkoxide is a titanium alkoxide. チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする請求項4に記載の有機半導体装置製造用基板。   The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 4, wherein the titanium alkoxide is titanium tetraisopropoxide. 有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の有機半導体装置製造用基板。   6. The organic semiconductor device manufacturing substrate according to claim 1, wherein the organic thin film forming solution is a hydrocarbon solvent solution. 炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする請求項6に記載の有機半導体装置製造用基板。   The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 6, wherein the hydrocarbon solvent is toluene. 有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の有機半導体装置製造用基板。   The substrate for manufacturing an organic semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the amount of water in the solution for forming an organic thin film is within a range of a saturated water content from 50 ppm to an organic solvent. 基板上に積層された、ゲート電極,ゲート絶縁膜,ソース電極,ドレイン電極,半導体膜および保護膜から構成される有機半導体装置において、前記半導体膜が有機半導体分子の集合体で構成されており、前記絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された半導体膜と絶縁膜の界面部に、式(1):R−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜を有することを特徴とする有機半導体装置。 In an organic semiconductor device composed of a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, a semiconductor film, and a protective film stacked on a substrate, the semiconductor film is composed of an assembly of organic semiconductor molecules, the interface portions of the semiconductor film and the insulating film formed on the gate electrode projection area of the insulating film surface, wherein (1): R n -Si- X 4-n ( wherein, R has a substituent The C1-20 hydrocarbon group which may have a substituent, the C1-20 halogenated hydrocarbon group which may have a substituent, the C1-20 hydrocarbon group containing a connecting group, or the C1-20 containing a connecting group X represents a hydroxyl group, a halogen atom, a C1-6 alkoxy group or an acyloxy group, and n represents an integer of 1 to 3), and Mutual with silane surfactant An organic semiconductor device comprising an organic thin film formed from an organic thin film forming solution containing a catalyst capable of acting. 前記領域外に形成された半導体膜とゲート絶縁膜の界面には、前記有機薄膜が介在しないことを特徴とする請求項9に記載の有機半導体装置。   The organic semiconductor device according to claim 9, wherein the organic thin film is not interposed at an interface between the semiconductor film and the gate insulating film formed outside the region. 前記絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された前記半導体膜部分の有機半導体分子の配向秩序が、前記領域外に形成された半導体膜部分の配向秩序よりも高いことを特徴とする請求項9または10に記載の有機半導体装置。   The alignment order of organic semiconductor molecules in the semiconductor film portion formed in the gate electrode projection region on the insulating film surface is higher than the alignment order in the semiconductor film portion formed outside the region. 9. The organic semiconductor device according to 9 or 10. 前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の有機半導体装置。   The catalyst is a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; a metal alkoxide more than twice the equivalent of the metal alkoxide. The organic semiconductor according to any one of claims 9 to 11, which is at least one kind selected from a hydrolysis product obtained by treating with water, an organic acid, a silanol condensation catalyst, and an acid catalyst. apparatus. 前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の有機半導体装置。   The catalyst comprises: (a) a metal oxide; a metal hydroxide; a metal alkoxide; a chelated or coordinated metal compound; a metal alkoxide partial hydrolysis product; A hydrolysis product obtained by treatment with water equivalent to a double equivalent or more; an organic acid; a silanol condensation catalyst; and an acid catalyst; and (b) a composition containing the silane-based surfactant. The organic semiconductor device according to claim 9, wherein the organic semiconductor device is provided. 金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする請求項12または13に記載の有機半導体装置。   14. The organic semiconductor device according to claim 12, wherein the metal alkoxide is a titanium alkoxide. チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする請求項14に記載の有機半導体装置。   The organic semiconductor device according to claim 14, wherein the titanium alkoxide is titanium tetraisopropoxide. 有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の有機半導体装置。   16. The organic semiconductor device according to claim 9, wherein the organic thin film forming solution is a hydrocarbon solvent solution. 炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする請求項16に記載の有機半導体装置。   The organic semiconductor device according to claim 16, wherein the hydrocarbon solvent is toluene. 有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする請求項9〜17のいずれか記載の有機半導体装置。   The organic semiconductor device according to any one of claims 9 to 17, wherein the water content in the organic thin film forming solution is within a range of a saturated water content from 50 ppm to an organic solvent. 請求項1〜8のいずれかに記載の有機半導体装置形成用基板に、フォトマスクを介して基板表面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。   The organic thin film forming substrate according to claim 1 is irradiated with light from the substrate surface through a photomask to remove the organic thin film from a region where the semiconductor film outside the gate electrode projection region is formed. A method for manufacturing an organic semiconductor device, comprising: 請求項1〜8のいずれかに記載の有機半導体装置形成用基板に、ゲート電極をフォトマスクとして基板裏面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から有機薄膜を除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。   The organic thin film is formed from the region where the semiconductor film outside the gate electrode projection region is formed by irradiating the organic semiconductor device forming substrate according to any one of claims 1 to 8 with light from the back surface of the substrate using the gate electrode as a photomask. A method for producing an organic semiconductor device, comprising removing the organic semiconductor device. 一方の面側に、少なくとも酸化チタンを含有する光触媒層形成用組成物から形成された光触媒層を有する板状透明支持体を、前記光触媒層側を有機薄膜側に向けて前記基板と重ね合わせ、又は前記光触媒層側を有機薄膜が形成された基板側に向けて所定の間隔を開けて前記基板と対峙させ、前記支持体の他方の面側から活性エネルギー線を照射して、光触媒反応により活性種を生成させ、この活性種により、有機薄膜表面を所定のパターンで変性させた後、有機薄膜の照射部分のみを分解除去することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。

A plate-like transparent support having a photocatalyst layer formed of a composition for forming a photocatalyst layer containing at least titanium oxide on one surface side is overlaid on the substrate with the photocatalyst layer side facing the organic thin film side, Alternatively, the photocatalyst layer side is opposed to the substrate at a predetermined interval toward the substrate side on which the organic thin film is formed, and activated by photocatalytic reaction by irradiating active energy rays from the other surface side of the support. A method for producing an organic semiconductor device, comprising generating seeds and modifying the surface of the organic thin film in a predetermined pattern with the active species, and then decomposing and removing only irradiated portions of the organic thin film.

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