JP2007076171A - 有機薄膜、及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン化された有機薄膜を、簡易な工程で形成する。
【解決手段】基板上に、下記式（１）で示される化学構造を末端に有する有機膜を形成し、所望のパターン形状に応じ、下記式（２）で示される化学構造に変換して、有機薄膜の形成をする。
【化１】

【化２】

但し、上記式（２）中、Ｒは炭化水素基を表す。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機薄膜、及びその形成方法に関する。

従来、有機薄膜は、エレクトロニクス素子分野への適用や応用が期待されており、近年、様々な研究開発が行われている。
エレクトロニクス素子の多くは、電気的な刺激を与えるために、一般的に、有機薄膜上に所望の形状にパターン化された電極を設ける構成を有している。
このような電極形成を行う際には、有機薄膜をパターン化して形成しておくことにより、後工程で、容易に電極を所望の形状に形成することができるようになる。

従来、有機薄膜のパターン化については、剥離可能な樹脂組成物を基板上に特定のパターンに成膜し、次いで有機薄膜を基板全面に成膜した後、パターンに成膜した樹脂組成物の膜を除去することにより、パターン化された有機薄膜を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、酸化膜を有する基板上に、パターン形成材料によってパターンを形成した後、基板面上にシランカップリング剤を接触させ、パターン形成材料を除去し、その後前記シランカップリング剤とは異なるシランカップリング剤を基板上に接触させることによるパターン化された有機薄膜を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上述した各方法によって得られたパターン化された有機薄膜は、パターン形成材料としての樹脂膜を剥離除去するという工程を必須の要素とするため、実際には、基板上に剥離しきれない樹脂膜が残留したりし、更には、樹脂膜等によるパターン形成工程、有機膜形成、剥離工程、洗浄工程等という工程も煩雑であるという問題も有している。

特開平１１−３０７２４６号公報 特許第３２９０７４５号公報

そこで本発明においては、上述した従来の有機薄膜の形成方法の課題の解決を図り、簡易な工程で、明瞭にパターン化された有機薄膜を形成することとした。

本発明においては、下記式（１）で示される化学構造を末端に有する有機膜と、下記式（２）で示される化学構造を末端に有する有機膜とが、特定のパターンにより形成されている有機薄膜を形成する。

但し、上記式中Ｒは炭化水素基を表す。

本発明においては、基板上に、下記式（１）で示される化学構造を末端に有する有機材料膜を形成する工程と、所望のパターン形状に応じ、下記式（２）で示される化学構造に変換する工程とを経て有機薄膜の形成する。

但し、上記式（２）中、Ｒは炭化水素基を表す。

本発明によれば、簡易な工程により、確実に、パターン化された有機薄膜を作製することができた。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。

本発明の有機薄膜は、下記式（１）で表される構造を末端に有する有機膜と、下記式（２）で表される構造を末端に有する有機膜とにより構成されており、これらが所定のパターンを形成しているものとする。但し、式中Ｒは炭化水素基を表す。

本発明の有機薄膜は、先ず、所定の基板上に、上記式（１）で表される構造を末端に有する有機膜を形成し、続いて、予め定めた所望のパターン形状に従って、末端を上記式（２）で表される構造に変換することにより形成できる。
なお、上記式（１）で表される構造を末端に有する有機膜は、予め所定の基板の表面に、アミノ基が露出するように処理し、続いて下記式（３）で表される化合物を作用させることにより得られる。

但し、Ａｒ₁は、炭化水素から構成される基であり、構成炭化水素基に置換基を有していても良く、またヘテロ原子から構成される基を有していても良い。
Ａｒ₁の具体例を下記に示すが、本発明は下記の例に限定されるものではない。

上述した最表面にアミノ基を露出させた基板は、例えば、アミノ基を有するシラン化合物を用いて処理することにより得ることができる。
アミノ基を有するシラン化合物としては、アミノアルキルトリアルコキシシランが好適である。
アミノアルキルトリアルコキシシランとしては、具体的には、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、１１−アミノウンデシルトリエトキシシラン、１１−アミノウンデシルトリメトキシシラン等が挙げられる。

基板は、特に限定されるものではないが、工程中に使用される溶媒に溶解しないものが好適である。例えば、金属、シリコン、ガラス、プラスチック等が挙げられる。
また、前記シラン化合物を用いてアミノ基を基板の最表面に露出させる際、シラン化合物が共有結合を形成するために、基板表面には、親水基が露出している必要がある。親水基としては水酸基が好適である。

基板の表面は、予め有機溶媒等により脱脂した後、アルカリ処理や酸処理を必要に応じて行うことが好ましい。
また、超音波洗浄、高圧溶剤処理、又は高圧水噴射洗浄等を組み合わせて行うことが好ましい。
更に、紫外線あるいは酸素プラズマ処理により洗浄することが望ましい。

シリコン基板を適用する場合、自然酸化膜（ＳｉＯ₂）に覆われているので、基板表面は直ちに大気中の水蒸気が吸着して表面が水酸基で覆われ親水性表面になるが、プラスチック基板のように表面に親水基の露出が低い場合は、あらかじめ酸素又は窒素雰囲気中で電子線照射等の手法で親水化して用いることが好ましい。

次に、最表面にアミノ基が露出した基板に、上記式（３）の化合物を作用させる方法について説明する。
最表面にアミノ基が露出した基板を、上記式（３）の化合物を含有する溶液に浸漬し、マイクロ波を照射する。
上記式（３）の化合物を含有する溶液を調製するための溶媒としては、これら化合物と不活性であり、溶解可能であるものが好ましい。溶液濃度は溶解していれば特に限定されないが、後工程の洗浄工程を容易にするためには、０．１ｍｍｏｌ／リットル〜１００ｍｍｏｌ／リットルが好ましく、更には１ｍｍｏｌ／リットル〜１０ｍｍｏｌ／リットルである。

照射用のマイクロ波の発信周波数は、特に限定されるものではないが、一般的に汎用されている２４５０ＭＨｚが好適である。
また、マイクロ波の照射を行うと、温度が上昇するため、工程中、強制的に冷却することが好ましい。冷却方法としては、照射効率を考慮して空冷が好適である。
マイクロ波照射時間は、数秒〜数十分程度であるが、通常、３０秒〜５分程度の照射を行う。

有機薄膜のパターン化を行うためには、上述した工程により、上記式（１）で表される構造を末端に有する有機膜を形成した後、所望のパターン形状に従い、アミン化合物を含有する溶液を用いて反応させ、上記と同様にしてマイクロ波を照射すればよい。
本発明方法において適用するアミン化合物としては、炭化水素基、好ましくは、直鎖アルキル基、芳香族炭化水素基により置換されている構成のものを適用する。
アミン化合物の溶液を、所望のパターンに従って塗布する方法としては、インクジェット法、キャスト法、印刷等が利用可能である。

本発明の有機薄膜は、エレクトロニクス素子として利用でき、例えば、有機薄膜トランジスタ、発光素子、太陽電池、センサ等を構成する導電性材料、または半導体材料、光伝導性材料、非線形光学材料等を構成する薄膜として有用である。

次に、具体的な実施例及び比較例を挙げて本発明方法について具体的に説明するが、本発明方法は、以下の例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
基板として単結晶シリコンを用意した。
このシリコン基板表面を、純水に浸し超音波を３０分間照射し洗浄した。
次に、アセトンに浸し、同様に超音波を３０分間照射し、有機不純物を除去した。
更に、酸素プラズマに曝して洗浄し、親水性表面を得た。
５ｍｍｏｌ／リットルの３−アミノプロピルトリエトキシシランのトルエン溶液を調整し、この溶液３０ｍｌを１００ｍｌの容器にとり、基板を浸漬し、ＣＥＭ社製マイクロ波フォーカスド化学合成システムを用いて、空気による強制冷却を行いながら２４５０ＭＨｚのマイクロ波を１０分間照射した。
その後、この基板をトルエン、アセトンを用い順次、超音波照射による洗浄を行い、アミノ基が表面に露出した基板を得た。
次に、５ｍｍｏｌ／リットルの１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物の水溶液を調整し、この溶液３０ｍｌを１００ｍｌの容器にとり、アミノ基が表面に露出した基板を浸漬し、ＣＥＭ社製マイクロ波フォーカスド化学合成システムを用いて、空気による強制冷却を行いながら２４５０ＭＨｚのマイクロ波を１０分間照射した。
その後、この基板を純水、アセトンを用い順次、超音波照射による洗浄を行い、最表面に、上記式（１）の構造の、末端に有する有機膜を得た。
次に、５ｍｍｏｌ／リットルのｎ−オクタデシルアミンのトルエン溶液を調整し、マイクロピペットを利用して、円形状にキャストした。
この基板に対し、ナショナル製電子レンジＮＥ−Ｓ２００Ｆを用いて５００Ｗで１分間マイクロ波を照射し、その後、基板をトルエン中で超音波照射によって洗浄することにより、パターン化された有機薄膜が形成された。
このパターン化された有機薄膜が形成された基板を、水溶性インキ中に浸した後、基板をゆっくり引き上げると、アミン化合物をキャストした円形部分を除いた領域に水溶性インキが塗布された状態となり、良好なパターン化された有機薄膜が得られていることが確認された。

〔実施例２〕
上記実施例１で適用したｎ−オクタデシルアミンに代えて、ｎ−ドデシルアミンを用いた。
その他の条件は、実施例１と同様にして、パターン化された有機薄膜を作製した。
このパターン化された有機薄膜を有する基板を水溶性インキ中に浸した後、この基板をゆっくり引き上げると、アミン化合物をキャストした円形部分を除いた領域に水溶性インキが塗布された状態となり、良好なパターン化された有機薄膜が得られていることが確認された。

〔実施例３〕
上記実施例１で適用したｎ−オクタデシルアミンに代えて、アニリンを用いた。
その他の条件は、実施例１と同様にして、パターン化された有機薄膜を作製した。
このパターン化された有機薄膜を有する基板を水溶性インキ中に浸した後、この基板をゆっくり引き上げると、アミン化合物をキャストした円形部分を除いた領域に水溶性インキが塗布された状態となり、良好なパターン化された有機薄膜が得られていることが確認された。

〔実施例４〕
上記実施例１で適用したｎ−オクタデシルアミンに代えて、フェニチルアミンを用いた。
その他の条件は、実施例１と同様にして、パターン化された有機薄膜を作製した。
このパターン化された有機薄膜を有する基板を水溶性インキ中に浸した後、この基板をゆっくり引き上げると、アミン化合物をキャストした円形部分を除いた領域に水溶性インキが塗布された状態となり、良好なパターン化された有機薄膜が得られていることが確認された。

Claims (2)

1. 下記式（１）で示される化学構造を末端に有する有機膜と、
   下記式（２）で示される化学構造を末端に有する有機膜とが、
   特定のパターンにより形成されていることを特徴とする有機薄膜。
   

   

   
   

   

   
   但し、上記式（２）中Ｒは炭化水素基を表す。
2. 下記式（１）で示される化学構造を末端に有する有機膜を形成する工程と、
   所望のパターン形状に応じ、下記式（２）で示される化学構造に変換する工程とを有することを特徴とする有機薄膜の形成方法。
   

   

   
   

   

   
   但し、上記式（２）中Ｒは炭化水素基を表す。