JP2007311677A - 有機薄膜トランジスタの製造方法、有機薄膜トランジスタ - Google Patents

有機薄膜トランジスタの製造方法、有機薄膜トランジスタ Download PDF

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Abstract

【課題】一定の条件で短時間に自己組織化単分子膜を形成し、高性能でローコストな有機薄膜トランジスタの製造方法、および有機薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】基板の上にゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、ソース電極とドレイン電極の間に、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布して半導体層を成膜することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法、および有機薄膜トランジスタに関する。
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。このような背景から平板型のディスプレイ装置の開発が進められるようになってきた。
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと呼ぶ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
ここで有機ＴＦＴ素子は、通常、ガラス基板上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。
従来は、基板上にバスラインや電極パターン、半導体層を形成するために、フォトリソグラフィ技術（以下、フォトリソグラフィ法ともいう）で回路形状にパターニングするのが一般的である。フォトリソグラフィ技術とは、パターニングしたい薄膜上に感光性レジストを塗布し、フォトマスクを介して露光、現像した後、露出した薄膜部分をドライエッチングあるいはウエットエッチングしてパターニングを行う方法である。そして、パターニングを行った後、不要となったレジストを剥離し、さらにその上に材料の成膜を繰り返し行って半導体層を作製する。
このように、フォトリソグラフィ法が有機ＴＦＴ素子の作製に用いられてきたが、製造工程が複雑であるとともに、クリーンルームなどの大規模な施設が必要になるという問題があった。近年、従来のフォトリソグラフィ工程を用いた有機ＴＦＴ素子の製造工程のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴ素子の研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。
有機ＴＦＴの製造方法は素子構造にもよるが、例えば、ゲート電極を基板上に形成するボトムゲート−ボトムコンタクト構造の場合、基板上にゲート電極を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成した後、ゲート電極上にゲート絶縁膜としてプラズマＣＶＤでＴＥＯＳソースを用いて形成したり、塗布絶縁材料を印刷により形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用いてソース電極とドレイン電極を形成し、この後、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部に有機半導体層を形成している。
有機半導体層の形成方法としては、真空下での蒸着などの成膜方法も行われているが、製造設備が高価であり製造した有機ＴＦＴが高コストになるという問題がある。そのため、有機半導体材料を溶媒に分散させた分散液や、有機半導体材料を溶解させた溶解液を塗布して成膜する方法が用いられている。塗布にはスピンコート法、インクジェット法などが用いられており、その他、マイクロコンタクトプリント法なども検討されている。
一般に有機半導体層を形成する際は、有機半導体層とソース電極、またはドレイン電極との間の接触抵抗をできるだけ小さくなるよう半導体層を形成して、移動度が高くバラツキの少ない有機ＴＦＴを得ることが課題である。
このような課題に対応するため、チオール化合物の自己組織化単分子膜をソース電極とドレイン電極の表面に形成した後、半導体部分をチャネル部に成膜して接触抵抗を低減する方法が提案されている（例えば特許文献２、特許文献３参照）。
特開平１０−１９０００１号公報 ＵＳＰ６，３３５，５３９号公報 ＵＳＰ６，５６９，７０７号公報 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ誌 ２００２年 第２号 ９９頁（レビュー）
しかしながら、特許文献２、特許文献３に開示されている方法では、チオール化合物の自己組織化単分子膜をソース電極とドレイン電極の表面に形成するために、ソース電極とドレイン電極をチオール含有溶液に浸積させる工程と、チオールを乾燥させる工程が必要であり製造に時間がかかるという問題があった。また、浸積工程と乾燥工程の条件設定が難しく、わずかな条件の違いからＴＦＴの特性のばらつきが生じるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高性能でローコストな有機薄膜トランジスタの製造方法、および有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
１．
基板の上にゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布して前記半導体層を成膜することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
２．
前記自己組織化単分子材料は、次の式（１）に示す分子構造を有していることを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
Ｒ−ＳＨ・・・・（１）
Ｒ：直鎖あるいは分岐アルキル、アルケニル、シクロアルキル、あるいは６〜２５個の炭素原子を含む芳香族化合物
ＳＨ：チオール基
３．
自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布した後、前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程を有する、ことを特徴とする１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
４．
前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程において、
前記基板に気体を吹き付けることにより前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させることを特徴とする３に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
５．
前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程において、
加熱した前記基板に、加熱した前記気体を吹き付けることにより前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させることを特徴とする４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
６．
ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
１から５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
７．
前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面は、金、白金、タングステン、パラジウム、アルミニウム、クロム、チタン、の何れかの素材により形成されていることを特徴とする６に記載の有機薄膜トランジスタ。
本発明によれば、電極表面に短時間で安定して自己組織化単分子膜を形成できるので、高性能でローコストな有機薄膜トランジスタの製造方法、および有機薄膜トランジスタを提供することができる。
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は本発明に係わる有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと記す。）の製造方法を説明する説明図である。図１を用いて、基板１上にゲート電極２ｂを設け、更にゲート絶縁層７ｂ、半導体層１０を形成してソース電極８とドレイン電極９を設けたボトムゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。なお、本発明はボトムゲート型に適用を限定されるものではなく、トップゲート型、縦型、トップアンドボトム型など、どのような素子構成にも適用可能である。
図１（１−ａ）〜図１（６−ａ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図１（１−ｂ）〜図１（６−ｂ）は基板１を図１（１−ａ）〜図１（６−ａ）の断面Ｘ−Ｘ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ７を説明する。
Ｓ１・・・・・導電性薄膜２が形成された基板１上に、各電極パターンのレジスト層４を形成する工程。
Ｓ２・・・・・基板１をエッチングする工程。
Ｓ３・・・・・ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する工程。
Ｓ４・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ５・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ６・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９の間に半導体層１０を成膜する工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ１・・・・・導電性薄膜２が形成された基板１上に、各電極パターンのレジスト層４を形成する工程。
導電性薄膜２が形成された基板１上に感光性レジストを塗布後、各電極パターンのフォトマスクを介して露光、現像して、各電極パターンのレジスト層４を形成する。工程Ｓ１では、図１（１−ａ）、図１（１−ｂ）のようにレジスト層４ｂが、基板１上に形成される。
なお、本発明において、基板１は特に材料を限定されない。例えばガラスやフレキシブルな樹脂製シートを用いることができる。導電性薄膜２は、例えば、蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ法等の方法を用いて、基板１上に導電性薄膜としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇなどの低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持基板への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。
Ｓ２・・・・・基板１をエッチングする工程。
図１（２−ａ）、図１（２−ｂ）に示すように、基板１をエッチングすることにより、導電性薄膜２上のレジスト層４が無い部分を除去する。
Ｓ３・・・・・ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する工程。
図１（３−ａ）、図１（３−ｂ）に示すように、ゲート電極２ｂ上のレジスト層４ｂを除去する。
Ｓ４・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
図１（４−ａ）、図１（４−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスで形成する。ゲート絶縁層７としては、特に材料を限定されず種々の絶縁膜を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンなどの比誘電率の高い無機酸化物皮膜が用いられる。または、塗布材料としてＰＶＰ、ポリイミド、ポリシロキサン系などの有機材料や塗布可能な無機膜材料を用いることもできる。
Ｓ５・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
図１（５−ａ）、図１（５−ｂ）に示すように、ソース電極８、ドレイン電極９を形成する。
本発明では、ステップＳ６の半導体層１０を成膜する工程において、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布し、半導体層１０を成膜することにより、ソース電極８、ドレイン電極９の表面に自己組織化単分子層を形成するので、ソース電極８、ドレイン電極９の少なくとも表面は自己組織化単分子材料と親和性の高い材料であることが望ましい。自己組織化単分子材料と親和性の高い材料として、金、白金、タングステン、パラジウム、アルミニウム、クロム、チタン等を用いることができる。
ソース電極８、ドレイン電極９は、これらの材料を、例えばスパッタにより成膜することにより形成する。なお、ソース電極８、ドレイン電極９がこれらの材料で一体に形成されている必要は無く、少なくとも表面がこれらの材料で形成されていれば良い。
Ｓ６・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９の間に半導体層１０を成膜する工程。
図１（６−ａ）、図１（６−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたソース電極８、ドレイン電極９と電気的に接合し、かつゲート絶縁層７ｂに接するように半導体層１０を成膜する。
本発明では、前述したように、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布して、半導体層１０を成膜する。
本発明に適用可能な自己組織化単分子材料は、式１の構造式に示すようにチオール基を含む材料が好ましい。式１のＲは、直鎖あるいは分岐アルキル、アルケニル、シクロアルキル、あるいは６〜２５個の炭素原子を含む芳香族化合物である。
Ｒ−ＳＨ・・・・・・式１
Ｒ：直鎖あるいは分岐アルキル、アルケニル、シクロアルキル、あるいは６〜２５個の炭素原子を含む芳香族化合物
ＳＨ：チオール基
本発明に適用可能なチオール基を含む自己組織化単分子材料の代表例としては、３，４−ジクロロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、１−ヘキサデカンチオールなどがあげられる。各材料の構造式は下記の通りである。
３，４−ジクロロベンゼンチオール
Figure 2007311677
ペンタフルオロベンゼンチオール
Figure 2007311677
１−ヘキサデカンチオール
Figure 2007311677
その他、本発明に適用するにあたって好ましい自己組織化単分子材料として４−ニトロベンゼンチオール、２−メルカプトベンジミダゾール、１−オクタデカンチオールがあげられる。４−ニトロベンゼンチオール、２−メルカプトベンジミダゾールの構造式は下記の通りである。
４−ニトロベンゼンチオール
Figure 2007311677
２−メルカプトベンジミダゾール
Figure 2007311677
そのほか、チオール化合物以外でも、シランカップリング材料等、自己組織化単分子膜が形成可能な材料であれば用いることが出来る。シランカップリング材料の具体例としては、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン等が好ましい。
有機半導体材料は溶媒に溶解または分散させるものであれば、その材料については問わない。有機高分子材料はもちろんのこと、最近、低分子材料であるペンタセンも、加熱した溶媒に溶かし塗布されているが、それらについても同様であり、有機半導体材料は低分子材料でも高分子材料でも構わない。
塗布できる有機半導体材料の代表例としては、ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン、ビス（トリエチルシリルエチニル）アントラジチオフェン、ポリ３ヘキシルチオフェンなどがあげられる。構造式は下記の通りである。
ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン
Figure 2007311677
ビス（トリエチルシリルエチニル）アントラジチオフェン
Figure 2007311677
ポリ３ヘキシルチオフェン
Figure 2007311677
上記以外の有機半導体材料でも有機溶媒に可溶であれば材料は問わない。例えば、ポリフルオレン系のＦ８Ｔ２や、特開２００４−１８６６９５号公報に開示されているチオフェン系材料を選択することが出来る。
自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を作成するために用いる代表的な溶媒はトルエンである。その他、溶媒としてクロロフォルム、キシレン、テトラヒドロナフタレン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどを選択することが出来る。
例えば、自己組織化単分子材料として３，４−ジクロロベンゼンチオールを０．００５質量％の濃度で、有機半導体材料としてビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンを０．１質量％の濃度で、それぞれをトルエンに混合して溶かした半導体溶液を用いて、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９の間に塗布して半導体層１０を形成する。
なお、半導体層１０の成膜方法はディスペンサー法だけでなく、スピンコート法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリント法を用いることも可能であり、成膜方法を問わない。有機半導体材料を溶媒とともに塗布し、その後乾燥させて半導体層を形成する成膜方法であれば本発明に適用することができる。
Ｓ７・・・・・半導体溶液中の自己組織化単分子材料をソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させる工程。
次に、工程Ｓ６で自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布した後、半導体溶液中の自己組織化単分子材料をソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させる工程Ｓ７について説明する。
図２は、自己組織化単分子材料がソース電極８とドレイン電極９の表面に析出するまでを模式的に説明する説明図である。
図２（ａ）は、図１（５−ｂ）に示す断面図のソース電極８とドレイン電極９の間を部分的に拡大した模式図である。また、図２（ｂ）、図２（ｃ）は図１（６−ｂ）に示す断面図のソース電極８とドレイン電極９の間を部分的に拡大した模式図である。
図２（ａ）は、工程Ｓ６において、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を図中の矢印方向に滴下する状態を示している。２１は滴下する半導体溶液の滴であり、２０ａは半導体溶液の滴２１に含まれる自己組織化単分子材料を模式的に表している。
図２（ｂ）は、滴下した半導体溶液の滴２１が自己組織化単分子材料２０ａの作用により、ソース電極８、ドレイン電極９の表面に広がって半導体層１０を形成した状態を示している。
図２（ｃ）は、工程Ｓ７において、自己組織化単分子材料２０ａがソース電極８、ドレイン電極９の表面に析出し、自己組織化単分子膜２０ｂを形成した状態を示している。このように、自己組織化単分子材料２０ａを電極表面に析出させると、半導体層１０の半導体部分と電極間の接触抵抗が少なくなり、移動度の高い高性能な有機ＴＦＴを作製することができる。
工程Ｓ７は、例えば自然乾燥により工程Ｓ６で塗布した半導体溶液の溶媒を蒸発させ、図２（ｃ）のように半導体溶液中の自己組織化単分子材料をソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させても良い。
より好ましくは、基板１に気体を吹き付けることにより半導体溶液の溶媒を蒸発させ、自己組織化単分子材料２０ａをソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させると、基板１上の有機ＴＦＴをすべて一定の条件で乾燥させることができるので、作製した有機ＴＦＴの特性のバラツキが少なくなる。
さらに好ましくは、一定の温度に加熱した基板１に、一定の温度に加熱した気体を吹き付けて、自己組織化単分子材料２０ａをソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させると、基板１上の有機ＴＦＴをより短時間で乾燥させることができるので、さらに作製した有機ＴＦＴの特性のバラツキが少なくなる。
工程Ｓ７において、Ｓ６で形成した半導体層１０の溶媒を蒸発させるために気体を吹き付ける方法を図３を用いて説明する。
図３は図１（６−ａ）、図１（６−ｂ）で説明したソース電極８、ドレイン電極９の間に形成された半導体層１０を乾燥する工程を説明する説明図である。図１と同じ構成要素には同番号を付し、説明を省略する。図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）を断面Ｘ−Ｘ’で切断した、断面図である。
図３のＬ１で示す矢印は基板１の搬送方向を示している。
図３のＤ１で示す矢印は、基板１上に形成された半導体層１０の溶媒を蒸発させるため、図示せぬエアーブロア３１から気体を吹き付ける方向を示している。また、θ１は基板１に対して気体を吹き付ける角度である。
気体を吹き付ける方向は、図２の例に限定されるものではなく、真上からでも良いし、基板が搬送される方向に対して平行でも、直角方向でもよいが、基板１の搬送方向と同一方向に気体を送り乾燥させるのが好ましい。
基板１に対して気体を吹き付ける角度はθ１は９０°、すなわち基板１に対し真上からでも良いし、基板１に対してθ１は０°すなわち平行でも溶媒を蒸発させる効果は得られるが、θ１が約３０°のとき溶媒が蒸発するまでの時間を最も短縮できる。θ１は４５°以下で、より好ましくは約３０°であることが望ましい。
乾燥に用いる気体の種類は窒素または不活性ガスが好ましい。また、気体の温度は、室温から２００℃程度である。気体の温度は使用する溶媒、有機半導体材料の耐熱温度に依存する。揮発性の高い溶媒を用いる場合は低く、沸点の高い揮発性の低い溶媒を用いる場合には高くなる。
また、気体の温度は有機半導体材料の分解温度より低い温度でなければならない。他の部材への影響がなければ、有機半導体材料の軟化点を越える温度でもよい。気体の吹き出し口の形状は特に問わないが、ライン状に気体を吹き出せるものが好ましい。
気体の単位時間当たりの流量は揮発させる溶媒によるが、０．５Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ2）以上が好ましい。気体の送る速度をはじめはやや弱くしておき、乾燥が進むにつれ強めても良い。
気体を吹き付ける方法は、ライン状に気体を吹き出す部材が基板１に対して平行に動き全体に気体を送ってもよいし、ライン状に気体を吹き出す部材を固定し、基板を保持したテーブルが移動してもよいし、双方が移動していても良い。また、双方が固定されていても良い。
工程Ｓ７の後、絶縁性薄膜とコンタクトホールを形成し、塗布型ＩＴＯで画素電極を形成して有機ＴＦＴを完成させる。
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１〜７は、比較したい工程の条件だけを変え、それ以外の工程は同一の条件で実験を行っているので、実施例１で各工程の実験条件を説明した後は同一の条件の工程については説明を省略し、異なる条件のみ説明する。
実施例１〜７では、基板１上に５×５の計２５の有機ＴＦＴを作製して効果を確認した。
［実施例１］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ６の工程で作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。
Ｓ１：基板１は、導電性薄膜２としてＡｌＮｄ（アルミネオジウム）膜を表面に１２５ｎｍ形成した１５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１にレジストを約１μｍの厚みで形成し、露光、現像を行う。
Ｓ２：ＡＬＮｄ膜のエッチングを行う。
Ｓ３：ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する。
Ｓ４：ゲート絶縁層７として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ2膜を基板１上に５００ｎｍ形成する。
Ｓ５：洗浄後、ゲート絶縁層７上にポジレジスト薄膜を約１μｍ程度形成し、ソース電極８、ドレイン電極９の形状を反転させたパターンを持つフォトマスクを用いて露光する。次に、現像を行い、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残す。Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、ソース電極８、ドレイン電極９を形成し、レジストを除去する。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
自己組織化単分子材料：３，４−ジクロロベンゼンチオールを０．００５質量％
有機半導体材料：ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：６０ｎｍ
Ｓ７：自然乾燥により自己組織化単分子材料２０ａをソース電極８、ドレイン電極９の表面に析出させた。
［実施例２］
工程Ｓ６において、下記組成の半導体溶液を用いた。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
自己組織化単分子材料：ペンタフルオロベンゼンチオールを０．００５質量％
有機半導体材料：ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：６０ｎｍ
［実施例３］
工程Ｓ６において、下記組成の半導体溶液を用いた。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
自己組織化単分子材料：１−ヘキサデカンチオールを０．００５質量％
有機半導体材料：ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：６０ｎｍ
［実施例４］
工程Ｓ６において、下記組成の半導体溶液を用いた。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
自己組織化単分子材料：３，４−ジクロロベンゼンチオールを０．００５質量％
有機半導体材料：ビス（トリエチルシリルエチニル）アントラジチオフェンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：６０ｎｍ
［実施例５］
工程Ｓ６において、下記組成の半導体溶液を用いた。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、ディスペンサー法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
自己組織化単分子材料：３，４−ジクロロベンゼンチオールを０．００５質量％
有機半導体材料：ポリ３ヘキシルチオフェンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：６０ｎｍ
［実施例６］
工程Ｓ６までは実施例１と同一条件で行い、工程Ｓ７において基板１に気体を吹き付けて自己組織化単分子材料をソース電極８とドレイン電極９の表面に析出させた。
Ｓ７：基板１を乾燥用テーブルに載せ、エアーブロアーによる乾燥を行った。エアーブローは固定でテーブルを移動させることにより全体に風を送り、溶媒を蒸発させた。
エアーブロア３１から吹き付ける気体：窒素ガス
気体の流量：２．０Ｌ／（ｍｉｎ．・ｍｍ2）
気体の温度：２５℃
テーブル温度：２５℃
テーブルの移動速度：約２ｍ／分
気体の吹き付け方向：Ｌ１方向（図２に図示）
気体の吹き付け角θ１：３０°
［実施例７］
工程Ｓ６までは実施例６と同一条件であるが、工程Ｓ７において気体の温度、テーブル温度が実施例６と異なる。
Ｓ７：基板１を乾燥用テーブルに載せ、エアーブロアーによる乾燥を行った。エアーブローは固定でテーブルを移動させることにより全体に風を送り、溶媒を蒸発させた。
エアーブロア３１から吹き付ける気体：窒素ガス
気体の流量：２．０Ｌ／（ｍｉｎ．・ｍｍ2）
気体の温度：８０℃
テーブル温度：８０℃
テーブルの移動速度：約２ｍ／分
気体の吹き付け方向：Ｌ１方向（図２に図示）
気体の吹き付け角θ１：３０°
［比較例１］
比較例１は本発明の効果を確認するため、自己組織化単分子材料含有溶液に浸積させる工程Ｓ１００と、自己組織化単分子材料含有溶液を乾燥させる工程１０１により自己組織化単分子膜をソース電極とドレイン電極の表面に形成し、その後に、ソース電極８、ドレイン電極９の間に半導体層１０を成膜して有機ＴＦＴを作製した。
工程Ｓ５までは実施例１と同一の条件で作製したので説明を省略し、自己組織化単分子材料含有溶液に浸積させる工程Ｓ１００から説明する。
Ｓ１００：Ｓ５までの工程を終えた基板１を下記溶液に浸積させた。
自己組織化単分子材料：３，４−ジクロロベンゼンチオールを０．００５質量％
溶媒：エタノール
Ｓ１０１：Ｓ１００の工程を終えた基板１を、３０℃のオーブンで５分間乾燥させた。
Ｓ６：下記組成の半導体溶液をディスペンサー法により、ソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。
有機半導体材料：ビス（トリエチルシリルエチニル）アントラジチオフェンを０．１質量％
溶媒：トルエン
チャンネルの幅１０００μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の厚み：６０ｎｍ
〔実験結果〕
実験結果を表１に示す。本実験では実験条件を変えて作製したガラス基板上の有機ＴＦＴ素子２５個について移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比（有機ＴＦＴがＯＮ時のソースードレイン間の電流値／有機ＴＦＴがＯＦＦ時のソースードレイン間の電流値）を評価した。
Figure 2007311677
実施例１〜７で作製した有機ＴＦＴは、いずれも移動度の平均値、標準偏差／移動度の平均値が比較例１より優れており、移動度が高く、バラツキの少ない有機ＴＦＴを作製できることが確認できた。また、実施例１〜７で作製した有機ＴＦＴは、ＯＮ／ＯＦＦ電流比も高く、またバラツキも少ないので有機ＴＦＴとして優れた性能を有することが確認できた。
半導体溶液の組成を変更して実験した実施例１〜５で作製した有機ＴＦＴは、移動度はほぼ同等の値であり大きな差は無かった。一方、工程Ｓ６までは実施例１と同一条件で行い、工程Ｓ７において基板１に気体を吹き付けた実施例６では、実施例１より約２．２倍移動度が高く、標準偏差／移動度の平均値が約１／１０と少ない有機ＴＦＴを作製することができた。この結果から、工程Ｓ７において基板１に気体を吹き付けることにより移動度が高く、バラツキの少ない有機ＴＦＴを作製できること、が確認できた。
また、実施例７と実施例６との比較では、実施例７で作製した有機ＴＦＴは実施例６で作製した有機ＴＦＴより約１．５倍移動度が高く、標準偏差／移動度の平均値は約１／２である。この結果から、工程Ｓ７において基板１と気体を加熱することにより、さらに移動度が高く、バラツキの少ない有機ＴＦＴを作製できること、が確認できた。
以上このように、本発明によれば、電極表面に短時間で安定して自己組織化単分子膜を形成できるので、高性能でローコストな有機薄膜トランジスタの製造方法、および有機薄膜トランジスタを提供できる。
本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する説明図である。 自己組織化単分子材料がソース電極８とドレイン電極９の表面に析出するまでを模式的に説明する説明図である。 ソース電極８、ドレイン電極９の間に形成された半導体層１０を乾燥する工程を説明する説明図である。
符号の説明
１ 基板
２ｂ ゲート電極
４ レジスト層
７ ゲート絶縁層
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ 半導体層
２１ 半導体溶液の滴
２０ａ 自己組織化単分子材料

Claims (7)

  1. 基板の上にゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に、自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布して前記半導体層を成膜することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 前記自己組織化単分子材料は、次の式（１）に示す分子構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
    Ｒ−ＳＨ・・・・（１）
    Ｒ：直鎖あるいは分岐アルキル、アルケニル、シクロアルキル、あるいは６〜２５個の炭素原子を含む芳香族化合物
    ＳＨ：チオール基
  3. 自己組織化単分子材料と有機半導体材料を混合した半導体溶液を塗布した後、前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程において、
    前記基板に気体を吹き付けることにより前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させる工程において、
    加熱した前記基板に、加熱した前記気体を吹き付けることにより前記自己組織化単分子材料を前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面に析出させることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  6. ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
    請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
  7. 前記ソース電極と前記ドレイン電極の表面は、金、白金、タングステン、パラジウム、アルミニウム、クロム、チタン、の何れかの素材により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタ。
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