JP2008066439A - Method of manufacturing organic thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an organic thin film transistor.
近年、従来のSi系薄膜トランジスタ(TFT)素子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1参照)。Si系薄膜トランジスタ(TFT)素子のデメリットは、真空成膜、高温処理、フォトリソグラフィ工程といった大掛かりな装置や複雑な工程を必要とすることである。 In recent years, research and development of organic TFT elements using organic semiconductor materials has been actively promoted as a technique for compensating for the disadvantages of conventional Si-based thin film transistor (TFT) elements (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). The disadvantage of the Si-based thin film transistor (TFT) element is that it requires a large-scale apparatus and complicated processes such as vacuum film formation, high-temperature processing, and a photolithography process.
また、有機TFT素子は有機半導体層を塗布・印刷等の低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている(非特許文献2参照)。 In addition, the organic TFT element can be manufactured by a low-temperature process such as coating / printing of an organic semiconductor layer, so that a light, hard-to-break resin substrate can be used, and a flexible display using a resin film as a support. It is said that it is realizable (refer nonpatent literature 2).
低温プロセスの一つである転写にて有機電界発光表示装置を製造する方法として、次のような方法がある(特許文献2参照)。ディスプレイ基板上にアレイ状の第1電極を設け、パターン化されていない供与体転写基板と、供与体転写基板上にレーザー光吸収層、更にこの上に有機発光層を用意する。次に、供与体転写基板を、アレイ状第一電極のパターンを有するディスプレイ基板に対して、転写関係を有するように配置する。次に、レーザービームを供与体基板上のレーザー光吸収層に集中させ且つ走査することにより、供与体基板から有機発光層の特定部分を第1電極に電気的に接続されているディスプレイ基板上の画素に対応する指定領域へ転写させる。そしてディスプレイ基板上の転写された有機発光部分の上に第二電極を設けている。
しかしながら、特許文献1、非特許文献1及び2によれば、印刷や塗布などのウェットプロセスを用いて有機半導体材料を基板上に配置することにより薄膜トランジスタを形成するとあるがこの場合、以下ような問題がある。
However, according to Patent Document 1 and
薄膜トランジスタを構成する、例えば、ゲート絶縁膜やソース・ドレイン電極は各種の材料を用いる。これら各種の異種材料の上に有機半導体層を形成する必要がある。このため、異種材料界面、段差、表面粗さ等の表面の状態や形状の違いにより半導体材料の配列に乱れが生じる。配列に乱れが生じると、十分なキャリア移動度が得られない、もしくはアレイ状に配列した薄膜トランジスタの特性にばらつきが生じ、安定してデバイスを作製することができないという課題がある。 For example, various materials are used for the gate insulating film and the source / drain electrodes constituting the thin film transistor. It is necessary to form an organic semiconductor layer on these various dissimilar materials. For this reason, the arrangement of semiconductor materials is disturbed due to the difference in the surface state and shape such as the interface between different materials, steps, and surface roughness. When the arrangement is disturbed, there is a problem that sufficient carrier mobility cannot be obtained, or the characteristics of the thin film transistors arranged in an array are varied, so that a device cannot be manufactured stably.
特許文献2に記載の有機電界発光表示装置の製造方法は、供与体転写基板上に形成された有機発光層を昇華させ、ディスプレイ基板に転写するとあるが、有機発光層の材料および製造方法から、アモルファス状態の供与体転写基板上の有機発光層の半導体材料は転写されたディスプレイ基板の上でもアモルファス状態であると推察される。この場合、転写プロセスには所望の位置に十分に転写されずに供与体転写基板側に被転写材料である有機発光層の材料が残ってしまうことで、良好な有機発光層が形成できないという課題がある。
The method for producing an organic light emitting display device described in
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、十分なキャリア移動度を有しばらつきが少なくて製造が容易な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic thin film transistor that has sufficient carrier mobility, has little variation, and is easy to manufacture. is there.
上記の課題は、以下の構成により解決される。 Said subject is solved by the following structures.
1. 基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
第1の基板の上に加熱されることで前記有機半導体層に対する接着力が該第1の基板に対する接着力より小さくなる光熱変換層と加熱されることにより溶融または昇華して結晶化する性質を有するアモルファス状態の有機半導体を含む層とをこの順で有する第1部材、及び、第2の基板の最上層として少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられ、該ソース電極と該ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層が形成される面と溶融または昇華して結晶化して形成される前記有機半導体層との接着力が該有機半導体層と加熱される前記光熱変換層との接着力より大きくなる性質を有する第2部材を準備する工程と、
前記第1部材の前記有機半導体を含む層と前記第2部材の前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する向きで、前記第1部材と前記第2部材を重ね合わせる工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層を形成すべく、前記有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように前記第1の基板の側から前記光熱変換層に光を照射する工程と、
前記第1部材と前記第2部材を分離する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
1. Production of an organic thin film transistor having an insulating film between at least a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer connecting the source electrode and the drain electrode, a gate electrode, and the organic semiconductor layer and the gate electrode on a substrate In the method
It has the property of being melted or sublimated and crystallized by being heated with a photothermal conversion layer that is heated on the first substrate so that the adhesive force to the organic semiconductor layer becomes smaller than the adhesive force to the first substrate. A first member having a layer containing an amorphous organic semiconductor in this order, and at least the source electrode and the drain electrode as the uppermost layer of the second substrate, and the source electrode and the drain electrode The adhesive force between the surface on which the organic semiconductor layer to be connected is formed and the organic semiconductor layer formed by melting or sublimation and crystallization is larger than the adhesive force between the organic semiconductor layer and the photothermal conversion layer to be heated. Preparing a second member having the following properties:
Stacking the first member and the second member in a direction in which the layer containing the organic semiconductor of the first member and the source electrode and the drain electrode of the second member face each other;
In order to form the organic semiconductor layer that connects the source electrode and the drain electrode, the photothermal conversion layer is irradiated with light from the first substrate side so that the organic semiconductor is heated until it melts or sublimates. And a process of
The method of manufacturing an organic thin film transistor, wherein the step of separating the first member and the second member is performed in this order.
2. 前記第1部材が、前記光熱変換層と前記有機半導体を含む層との間に、前記光を照射する工程の後で前記有機半導体層に対する接着力が前記光熱変換層に対する接着力及び前記第1の基板と前記光熱変換層との接着力のいずれよりも小さい分離層を有す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。 2. After the step of irradiating the light between the light-to-heat conversion layer and the layer containing the organic semiconductor, the first member has an adhesive force with respect to the organic semiconductor layer and an adhesive force with respect to the light-to-heat conversion layer. 2. The method for producing an organic thin film transistor according to 1, wherein the organic thin film transistor has a separation layer smaller than the adhesive force between the substrate and the photothermal conversion layer.
3. 前記光を照射する工程は、マスク露光により前記光熱変換層を露光することを特徴とする1又は2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 3. 3. The method of manufacturing an organic thin film transistor according to 1 or 2, wherein the light irradiation step exposes the photothermal conversion layer by mask exposure.
4. 前記光を照射する工程は、レーザー光を前記光熱変換層に集中させて光スポットを形成し、且つ前記光スポットを走査して前記光熱変換層を露光することを特徴とする1又は2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 4). 3. The step of irradiating the light comprises concentrating laser light on the photothermal conversion layer to form a light spot, and scanning the light spot to expose the photothermal conversion layer. Manufacturing method of organic thin film transistor.
5. 前記有機半導体層は、保有するアルキル基が配列構造を形成するπ共役系ポリマーまたはオリゴマーであることを特徴とする1乃至4の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 5. 5. The method for producing an organic thin film transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is a π-conjugated polymer or an oligomer in which an alkyl group possessed forms an array structure.
6. 前記有機半導体層は、アセン系化合物であることを特徴とする1乃至4の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 6). The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic semiconductor layer is an acene compound.
7. 前記第1の基板が前記第2の基板より小さいことを特徴とする1乃至6の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 7). The method of manufacturing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the first substrate is smaller than the second substrate.
8. 前記第2の基板にはアライメントマークが設けられており、前記第1の基板と第2の基板を重ねた際にアライメントマークの位置では前記第1の基板と第2の基板が重ならないことを特徴とする1乃至7の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 8). An alignment mark is provided on the second substrate, and the first substrate and the second substrate do not overlap at the position of the alignment mark when the first substrate and the second substrate are overlapped. The method for producing an organic thin film transistor according to any one of 1 to 7, which is characterized in that
9. 前記分離する工程の後、前記第1部材を溶媒に浸漬して、残余の前記有機半導体を含む層を剥離する工程を有することを特徴とする1乃至8の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 9. The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of detaching the remaining layer containing the organic semiconductor by immersing the first member in a solvent after the separating step. Manufacturing method.
本発明によれば、光熱変換層とアモルファス状態の有機半導体を含む層を有する第1部材と最上層に少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられている第2部材とが準備され、第1部材の半導体を含む層と第2部材のソース電極とドレイン電極が対向する向きで第1部材と第2部材を重ね合わせ、ソース電極とドレイン電極とを連結する有機半導体層を形成すべく、有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように第1の基板の側から光熱変換層に光を照射した後、第1部材と第2部材を分離している。 According to the present invention, a first member having a photothermal conversion layer and a layer containing an organic semiconductor in an amorphous state and a second member having at least the source electrode and the drain electrode provided on the uppermost layer are prepared. In order to form an organic semiconductor layer that connects the source electrode and the drain electrode by overlapping the first member and the second member in a direction in which the source electrode and the drain electrode of the second member are opposed to each other, After irradiating the photothermal conversion layer with light from the first substrate side so that the semiconductor is heated until it is melted or sublimated, the first member and the second member are separated.
有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように第1の基板の側から光を照射された光熱変換層の有機半導体層に対する接着力が第1の基板に対する接着力より小さくなる。また、溶融または昇華して結晶化した有機半導体層と第2の基板のソース電極とドレイン電極とを連結する有機半導体層が形成される面との接着力が有機半導体層と光熱変換層との接着力より大きくなる。更にアモルファス状態の有機半導体を含む層は、加熱され溶融または昇華して結晶化して有機半導体層を形成する。 The adhesive force to the organic semiconductor layer of the photothermal conversion layer irradiated with light from the side of the first substrate so as to be heated until the organic semiconductor is melted or sublimated is smaller than the adhesive force to the first substrate. Also, the adhesive force between the melted or sublimated crystallized organic semiconductor layer and the surface on which the organic semiconductor layer that connects the source electrode and the drain electrode of the second substrate is formed is the difference between the organic semiconductor layer and the photothermal conversion layer. Greater than adhesive strength. Further, the layer containing an amorphous organic semiconductor is heated and melted or sublimated to crystallize to form an organic semiconductor layer.
よって、第1部材と第2部材を分離すると、第1部材のアモルファス状態の有機半導体を含む層が結晶化されて第2部材のソース電極とドレイン電極とを連結する結晶化した有機半導体層として形成することができ、この有機半導体層は第1部材の光熱変換層と離れることができる。第1の基板の上のアモルファス状態の有機半導体を含む層から結晶化した有機半導体層は、特性のばらつきがなくキャリア移動度が良好な特性を持っている。 Thus, when the first member and the second member are separated, the layer containing the amorphous organic semiconductor of the first member is crystallized to form a crystallized organic semiconductor layer that connects the source electrode and the drain electrode of the second member. The organic semiconductor layer can be separated from the photothermal conversion layer of the first member. An organic semiconductor layer crystallized from a layer containing an amorphous organic semiconductor on the first substrate has characteristics that have no carrier variation and good carrier mobility.
従って、十分なキャリア移動度を有しばらつきが少なくて製造が容易な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することが出来る。 Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing an organic thin film transistor that has sufficient carrier mobility, has little variation, and is easy to manufacture.
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。 Although the present invention will be described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to the embodiment.
図1にボトムゲート型の有機薄膜トランジスタ(有機TFT)の構成の一例を示す。第2の基板30、ゲート電極2、絶縁膜3、ソース電極4s、ドレイン電極4d、有機半導体膜5aから構成されている。有機TFT10は、第2の基板30の上にゲート電極2が設けられ、ゲート電極2を覆うように絶縁膜3が設けてある。絶縁膜3の上に、有機半導体によるチャネル形成部となる空間を設けてソース電極4s及びドレイン電極4dを設けてある。このソース電極4sとドレイン電極4dとの間の空間であるチャネル形成部を十分に埋める領域に有機半導体膜5aを設けることでこれらを連結している。こうした有機TFT10の、例えば、ドレイン電極4dにITO等からなる透明な画素電極を設け、これをマトリクス状に配列した有機TFTアレイを備える表示デバイス(図示しない)とすることができる。
FIG. 1 shows an example of the structure of a bottom gate type organic thin film transistor (organic TFT). The
図1の有機TFTを製造する製造工程フローを図2に示す。また、有機TFTの製造工程の例を図3、4に示す。各図の符号は、同じもの、同じ機能を有するものは同じ符号を付している。図1〜図4を適宜参照しながら、以下に、有機TFTの製造に関して説明する。 A manufacturing process flow for manufacturing the organic TFT of FIG. 1 is shown in FIG. Moreover, the example of the manufacturing process of organic TFT is shown to FIG. The same reference numerals in the drawings denote the same components and those having the same functions. Hereinafter, the manufacturing of the organic TFT will be described with reference to FIGS.
(第1の基板及び第2の基板)
図3又は図4に示す様に第1の基板20の上には、後述の光熱変換層22やアモルファス状態の有機半導体を含む層(以後、有機半導体を含む層とも称する。)5がある。また、光熱変換層22と有機半導体を含む層5との間に、後述の分離層(図示しない)を設けることが好ましい。第2の基板30の上には、後述のゲート電極2、ソース及びドレイン電極4s、4d等や絶縁膜3がある。
(First substrate and second substrate)
As shown in FIG. 3 or 4, a light-to-
第1の基板20及び第2の基板30の材料は、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。
The material of the 1st board |
第1の基板20の材料として上記のようなフレキシブルなプラスチックフィルムを用いることで、ロール状での保管およびプロセス投入も可能となり生産効率を向上できる。また、第1の基板20としてフレキシブルなプラスチック基板を用いて、第1の基板20の上に配置する有機半導体をアモルファス状態とすることによりロール状で保管及びプロセス投入することが可能となり生産効率を向上できる。これは、結晶状態の有機半導体が曲げ応力に対する耐性が一般的に低いのに対し、アモルファス状態の有機半導体は曲げ応力に対して強いことによる。
By using the flexible plastic film as described above as the material of the
また、第2の基板30として上記のようなプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。但し、基板材料のガラス転移点は後述の有機半導体材料の融点以上であることが基板材料の安定性上望ましい。
Further, by using the plastic film as described above as the
第1の基板20は第2の基板30より小さいことが好ましい。一般的にTFTアレイを構成する場合、TFTアレイ部以外の配線部は外部回路との実装部をTFTアレイ部周辺部に有することが多く、この部分には有機半導体層を形成する必要が無い場合が多い。よって、有機半導体を含む層がある第1の基板は、第2の基板30より小さくすることができる。第1の基板20を小さくすることで高価な材料である有機半導体の使用量を少なくすることができるため安価とすることができる。
The
第2の基板30にはアライメントマークを設けることが好ましい。これは、後述する光を照射する工程において、第2の基板30に光を照射する位置を定めるために有効となるからである。また、このアライメントマークを確認する上で、第2の基板30の上に第1の基板20を重ねる場合、アライメントマークの上に第1の基板が重ならないことが好ましい。このためにも第1の基板が第2の基板30より小さいことが好ましい。
The
(光熱変換層)
第1の基板20の上に設ける光熱変換層22に関して説明する。光熱変化層22は、この光熱変換層22の上にある後述のアモルファス状態の有機半導体を含む層5を効率的に加熱するために設けてある。加熱された有機半導体を含む層5は、溶融または昇華されて第2の基板30が備えているソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aを形成する。実際に半導体層5aが形成される領域は、チャネル部より広い領域にして、チャネル部に有機半導体層を十分に埋め込むようにするのが好ましい。また、光熱変換層22に用いる材料を適宜選択することで、後述する分離層の機能を兼ね備えてもよい。
(Photothermal conversion layer)
The
光熱変換層22に用いられる材料としては、公知の近赤外光吸収剤を用いることができる。近赤外光吸収剤は、例えば、シアニン系、ポリメチン系、アズレニウム系、スクワリウム系、チオピリリウム系、ナフトキノン系、アントラキノン系色素等の有機化合物、フタロシアニン系、アゾ系、チオアミド系の有機金属錯体などが好適に用いられる。これらの材料は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、カーボンブラック等も好ましい材料の一つである。
As a material used for the
これらの光熱変換剤を樹脂溶液中に分散或いは溶解させ、第1の基板20の上に塗布し、乾燥して光熱変換層22を形成することができる。或いは、光熱変換剤を樹脂中に混練し延伸してフィルムとすることで、光熱変換機能を備えた第1の基板20そのものとすることができる。
These photothermal conversion agents can be dispersed or dissolved in a resin solution, applied onto the
また、アモルファス状態の有機半導体を含む層5を溶融又は昇華するまで加熱された光熱変換層22は結晶化した有機半導体層5aとの接着力が第1の基板20との接着力より小さくなる必要がある。このような接着力の関係となるように第1の基板20、結晶化するアモルファス状態の有機半導体を含む層5及び光熱変換層22の材料を選定することで、結晶化した有機半導体層5aを光熱変換層22から分離することができる。
Further, the
光熱変換層22を第1の基板20に設ける方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることができる。更に、連続塗布又は薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いられる。
Examples of the method for providing the
上記の光熱変換層22において熱を生じさせるために照射する光の光源としては、高照度の光が得られれば良く、特に制限はない。また、露光方法は、例えば、マスク露光法や走査露光法がある。マスク露光法は、開口を備えたマスクを用いてランプでもって露光する方法であり、一度に広い領域を露光できるため露光時間を短くすることができるので好ましい。マスク露光を行うことができる高輝度ランプとしては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ等が挙げられる。また、走査露光法は、レーザー光を集光して光スポットを形成し、この光スポットを走査することで露光する方法である。走査露光を行うことができるレーザー光は、照射面積を微小サイズに絞ることで容易に高輝度とすることができるため安価に露光装置を構成することができるため好ましい。
The light source for irradiating the
レーザー光による露光において、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める(レーザースポットが形成できる)電磁波、特に波長が1nm〜1mmの紫外線、可視光線、赤外線が好ましい。このようなレーザー光源としては、一般によく知られている、ルビーレーザー、YAGレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー;He−Neレーザー、Arイオンレーザー、Krイオンレーザー、CO2レーザー、COレーザー、He−Cdレーザー、N2レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー;InGaPレーザー、AlGaAsレーザー、GaAsPレーザー、InGaAsレーザー、InAsPレーザー、CdSnP2レーザー、GaSbレーザー等の半導体レーザー;化学レーザー、色素レーザー等を挙げることができる。これらのレーザーの中でも波長が700〜1200nmの半導体レーザーが好ましい。レーザー1ビーム当たりの出力は、20〜200mWである赤外線レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度としては、好ましくは50〜500mJ/cm2、更に好ましくは100〜200mJ/cm2である。
In order to obtain high resolution in exposure with laser light, electromagnetic waves that can narrow the energy application area (that can form a laser spot), particularly ultraviolet rays having a wavelength of 1 nm to 1 mm, visible rays, and infrared rays are preferable. Such laser light sources are generally well-known solid lasers such as ruby laser, YAG laser, and glass laser; He—Ne laser, Ar ion laser, Kr ion laser,
(分離層)
第1部材の第1の基板20で光熱変換層22と有機半導体を含む層5との間に設ける分離層(図示しない)に関して説明する。光熱変換層22と有機半導体を含む層5の間に分離層を設けるのが好ましい。この分離層は、結晶化した有機半導体層5aに対する接着力が加熱された光熱変換層22に対する接着力及び第1の基板と加熱された光熱変換層22との接着力のいずれよりも小さい性質を備えている。よって、結晶化した有機半導体層5aを第1部材Aの分離層から容易に剥がすことができる。このため、結晶化した有機半導体層5aを容易に第2部材のソース電極4sとドレイン電極4dとを連結するように形成することができる。
(Separation layer)
The separation layer (not shown) provided between the
分離層は、結晶化した有機半導体層5aに対する接着力が加熱された光熱変換層22に対する接着力及び第1の基板と加熱された光熱変換層22との接着力のいずれよりも小さい性質を備えている材料であれば有機材料、無機材料を問わず使用可能である。有機材料の例としてはシリコーン系ポリマーやポリイミド系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリパラキシリレン等が好適である。また、光熱変換層22として光熱変換剤が混練された樹脂層を用いる場合には分離層の機能を有する光熱変換層22とすることができる。例として、カーボンブラックを分散させたポリビニルアルコールが挙げられる。
The separation layer has a property that the adhesive force to the crystallized
(有機半導体層)
第1の基板20のアモルファス状態の有機半導体を含む層5に関して説明する。アモルファス状態の有機半導体を含む層5が上述した光熱変換層22又は分離層の上にある。光熱変換層22に光が照射されることで有機半導体を含む層5は加熱される。加熱された有機半導体を含む層5は、溶融又は昇華し結晶化する。結晶化した有機半導体層5aは、キャリア移動度がアモルファス状態と比較して大きいため良好な特性を有する有機TFTを構成することができる。
(Organic semiconductor layer)
The
アモルファス状態の有機半導体を含む層5は加熱されて溶融し結晶化する。このような有機半導体を含む層5が保有するアルキル基が、配列構造を形成するπ共役系ポリマーおよびオリゴマーが好ましい。π共役系ポリマーおよびオリゴマーの具体的な材料としては、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体又はこれらの2種以上を繰返し単位とし、かつ繰返し単位の数(n)が2〜15であるオリゴマーもしくは繰返し単位の数(n)が20以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。また、繰り返し単位のうち少なくとも1箇所に、例えばC4〜C15のアルキル基などの置換基を付加し、立体的な規則構造を有する材料が好ましい。
The
有機半導体を含む層5が保有するアルキル基が配列構造を形成するπ共役系ポリマーまたはオリゴマーとすることにより、有機半導体材料の有機溶媒への溶解性が高められ、後述の光照射工程における溶融、冷却、結晶化の過程でポリマーまたはオリゴマーの高次構造に規則性付与の効果がありキャリア移動度をさらに向上させる効果があるので好ましい。
By making the alkyl group possessed by the
また、アモルファス状態の有機半導体を含む層5は、加熱により昇華し堆積した分子が結晶化する。このような有機半導体を含む層5は、シリル基、フェロセニル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、シリルアルケニル基、フェロセニルアルキル基、フェロセニルアルコキシ基、フェロセニルアルケニル基等の有機溶媒に対する溶解性を向上させるための置換基を付加した、アセン系化合物が好ましい。アセン系化合物材料としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、アントラジチオフェン等が好ましい。アセン系化合物とすることで、結晶化の際に分子同士のスタッキング状態が向上しキャリア移動度を更に大きくさせる効果があるので好ましい。
The
第1の基板20にある光熱変換層22もしくは光熱変換層22の上に設けた分離層の上への有機半導体を含む層5の作製方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法及びLB法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、上記の中で生産性向上の観点から、有機半導体材料を適当な有機溶媒に溶解し、調製した溶液をもちいて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法等が好ましい有機半導体を含む層5の作製方法として挙げられる。
As a method for producing the
これら有機半導体を含む層5の膜厚としては、特に制限はないが、得られた有機TFTの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく依存する場合が多く、その膜厚は、有機半導体にもより異なるが、一般に1μm以下が好ましく、特に好ましくは10nmから300nmの範囲である。有機半導体層5の厚みの範囲を10nmから300nmとすることで、安定性が良好で薄膜トランジスタのOff特性が著しく悪化することがない。
Although there is no restriction | limiting in particular as the film thickness of the
上記の様に、平坦且つ均一な下地を有する第1の基板20の上に形成されるアモルファス状態の有機半導体を含む層5は、均一な配列を有することができるので好ましい。
As described above, the
(電極)
第2の基板30の上に形成する電極に関して説明する。第2の基板30の上には有機TFTを構成する電極として、ゲート電極2、ソース電極4s及びドレイン電極4d等がある。ゲート電極2とソース及びドレイン電極4s、4dとの間には、後述する絶縁膜3がある。
(electrode)
The electrode formed on the
ゲート電極2の形成方法は、まず、ゲート電極2となる導電薄膜を第2の基板30の上に形成する。導電薄膜は、導電性材料であれば特に限定されず、導電性が十分確保できる金属材料が好ましい。例えば、Au、Al、Cr、Ag、Moやこれらにドーピングを加えた材料等が挙げることができる。
As a method for forming the
上述の導電性薄膜の形成方法としては、上述の材料を原料として公知の蒸着やスパッタリング等の方法を用いることができる。この後、公知のフォトリソグラフィ処理(レジスト塗布、露光、現像)及びエッチング処理を用いて導電性薄膜をパターニングすることでゲート電極2を形成することができる。ソース電極4s及びドレイン電極4dに関してもゲート電極と同様の材料、形成方法とすることができる。
As a method for forming the above-described conductive thin film, a known method such as vapor deposition or sputtering can be used using the above-described materials as raw materials. Thereafter, the
また、ソース電極4s及びドレイン電極4dの形成に加えて錫ドープ酸化インジウム(ITO)等を用いた画素電極を設けて、有機TFT素子をアレイ状に配列したディスプレイデバイスを構成することができる。この場合、アレイ状に配置された複数の有機TFTを駆動するためにゲートバス電極、ソースバス電極等を設ける。ゲートバス電極、ソースバス電極等設ける方法は、上記の電極を設ける方法と同じで良い。
In addition to the formation of the
(絶縁膜)
ゲート電極2を覆う様にある絶縁膜3に関して説明する。絶縁膜3は、特に限定されることはなく、種々の絶縁膜3を用いることができる。特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等が挙げられる。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
(Insulating film)
The insulating
絶縁膜3の形成方法としては、ドライプロセスやウェットプロセスがある。ドライプロセスは、例えば、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等が挙げられる。また、ウェットプロセスは、塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法等が挙げられる。
As a method for forming the insulating
(重ね合わせ工程)
第1部材Aと第2部材Bとを重ね合わせることに関して説明する。第1部材Aには、第1の基板20、上記で説明した光熱変換層22及び有機半導体を含む層5がある。また、第2部材Bには、第2の基板30、電極パターン(ゲート電極2、ソース電極4s、ドレイン電極4d等)及び絶縁膜3がある。
(Overlay process)
The superposition of the first member A and the second member B will be described. The first member A includes the
第2部材Bの上に第1部材Aを重ねることが好ましい。これは、第1部材Aの第1の基板を第2部材Bの第2の基板より小さくしている場合、取り扱いが容易となる。 It is preferable to overlap the first member A on the second member B. This is easy to handle when the first substrate of the first member A is made smaller than the second substrate of the second member B.
第1部材Aと第2部材Bとを重ね合わせる際に、第1の基板と第2の基板の高精度な位置合わせは必要とされない。第1の基板20にはほぼ全面に有機半導体を含む層5が形成されている。この半導体を含む層5が第2の基板30の有機半導体層5aが形成される領域を覆う状態であれば良い。従って、第1の基板20と第2の基板30との重ね合わせの際の両基板は高精度の位置決めは必要でない。
When the first member A and the second member B are overlapped, high-precision alignment between the first substrate and the second substrate is not required. A
有機半導体を含む層5が加熱により溶融する場合は、第1部材Aと第2部材Bとは、密着させておくことが好ましい。密着させておくことで有機半導体を含む層5が結晶化する際にソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aを形成しやすい。また、有機半導体を含む層5が加熱により昇華する場合は、第1部材Aと第2部材Bとは、密着していなくてもソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aを形成することができる。
When the
第2の基板30には、アライメントマークを設けておくことが好ましい。後述の光を照射する工程における露光方法には、マスク露光とレーザー光による走査露光がある。マスク露光の場合は、露光マスク40と第2の基板30との位置関係を調整する必要がある。これは、ソース電極4sとドレイン電極4dとを連結するように結晶化した有機半導体層5が形成される位置と露光マスクの開口部との位置を合わせる必要があるからである。このアライメントマークに従って露光マスクの位置を第2の基板30の所望の位置に容易に合わせすることができる。また、レーザー光による走査露光の場合は、走査露光位置を制御する必要があるため第2の基板30を、例えば、図5に示す走査露光装置70における走査露光を行う移動テーブル65の上に位置決めする必要がある。走査露光装置70は、移動テーブル65の任意の位置にレーザーのスポット光を照射する機能を有している。よって、このアライメントマーク66a,66bに従って第2の基板30を移動テーブル65の所望の位置に容易に精度良く合わせすることで、精度良く露光領域68にレーザーのスポット光を走査して露光することができる。
The
走査露光装置70は、60のレーザー光源、62のコリメータレンズ、63のガルバノミラー、64のf−θレンズ、65の移動テーブル及びこれらを制御する制御部(図示しない)で構成されている。コリメータレンズ62とf−θレンズ64によりレーザー光源からのレーザー光を集光して移動テーブル65面に光スポットが形成される。また、ガルバノミラー63により光スポットをX方向に高速に走査することができる。ガルバノミラー63と移動テーブル65との動作を適宜組み合わせることで移動テーブル65の上に第2の基板30の上に重ねて置いた第1の基板20の上を任意走査することができる。
The
(光を照射する工程)
重ね合わせ工程で第1部材Aと第2部材Bとを重ねた後、上記で説明したマスク露光又はレーザー光による走査露光等により第1部材Aの第1の基板20側から光熱変換層22に光Lを照射する。露光された光熱変換層22は、熱を生じることで光熱変換層22の上に設けられたアモルファス状態の有機半導体を含む層5が加熱される。加熱された有機半導体を含む層5は、その材料によって、溶融し結晶化する、又は、昇華し堆積し結晶化することになる。溶融又は昇華のいずれの場合も有機半導体を含む層5の状態は、アモルファス状態から結晶化する。
(Process of irradiating light)
After the first member A and the second member B are overlapped in the overlapping step, the
(分離工程及び剥離工程)
光を照射する工程の後、第1部材Aと第2部材Bとを重ね合わせた状態から分離する。第1部材は、加熱されることで結晶化した有機半導体層5aに対する接着力が第1の基板20に対する接着力より小さくなる光熱変換層22を備えている。また、第2部材Bは、ソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aが形成される面と溶融または昇華して結晶化した有機半導体層5aとの接着力が有機半導体層5aと光熱変換層22との接着力より大きくなる性質を有している。従って、光熱変換層22と有機半導体層5aとは分離する。また、光熱変換層22と有機半導体層5aとの間に分離層があると、より容易に分離することができる。
(Separation process and peeling process)
After the step of irradiating light, the first member A and the second member B are separated from the overlapped state. The first member includes a light-to-
よって、第1部材Aと第2部材Bとを分離させると、第2部材のソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する結晶化した有機半導体層5aが形成されている。この分離工程が終了すると第2部材Bの第2の基板30に有機TFTが完成する。
Therefore, when the first member A and the second member B are separated, the crystallized
分離工程後、第1部材Aを溶媒に浸漬して第1部材Aに残っている有機半導体を含む層5を剥離することが好ましい。有機半導体を含む層5を剥離して、高価な有機半導体材料を回収・再利用することで資源の有効活用ができると伴に製造コストを安価とすることができる。
After the separation step, the first member A is preferably immersed in a solvent to peel off the
アモルファス状態の有機半導体は結晶状態の場合に比べて溶媒に溶けやすいという性質を有しているため分離工程後に第1部材Aに残っている有機半導体を溶媒に容易に溶解させることができ、容易に回収することができる。 Since the organic semiconductor in the amorphous state has the property of being more soluble in the solvent than in the crystalline state, the organic semiconductor remaining in the first member A after the separation step can be easily dissolved in the solvent. Can be recovered.
これまで図1のボトムゲート型有機TFT10を例に図2で示す製造工程フローに沿って、図3、図4を参照しながら説明したが、図6に示すトップゲート型有機TFT80であっても、図2に示した製造工程フローの工程を組み替えることで図1で示したボトムゲート型有機TFT10と同様に製造することができる。第1部材は、これまで説明した内容と同じで良い。また、第2部材は、第2の基板30の面上にソース電極及びドレイン電極を有するものを準備する。この後、第1部材と第2部材をこれまでの説明通り重ね合わせて露光し、その後第1部材と第2部材を分離する。これで、第2部材の第2の基板30にソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する結晶化した有機半導体層5aが形成される。更に、有機半導体層5aの上に絶縁膜、ゲート電極2を設けて有機TFT80を完成することができる。
The bottom gate type
(実施例1)
図3に沿って説明する。第1の基板20である厚み125μmのポリエチレンテレフタレート(PET)基板の上に、ポリビニルアルコールとカーボンブラックを質量比で6:4の割合で混合した10質量%水溶液をワイヤーバーコーティング法にて塗布し約0.5μmの厚みの光熱変換層22を形成した。この光熱変換層22は分離層を兼ねている。
(Example 1)
This will be described with reference to FIG. On a polyethylene terephthalate (PET) substrate having a thickness of 125 μm, which is the
光熱変換層22の上によく精製したregioregular形のポリ型(3−ヘキシルチオフェン)のクロロホルム溶液を、スリットコート法を用いて塗布した後、自然乾燥し、アモルファス状の厚さ50nmの有機半導体を含む層5を形成した。その後、窒素置換雰囲気下で50℃、30分間の熱処理を行って有機溶剤を乾燥させた(図3(b))。これを第1部材Aとした。
A well-purified regioregular poly-type (3-hexylthiophene) chloroform solution is applied onto the light-to-
次に、厚み130nmのAlをスパッタ法にて第2の基板30である住友ベークライト製ポリエーテルスルホン(PES)基板の上に形成した。形成後、通常のフォトリソグラフィ工程にてパターニング処理を行い、ゲート電極2を形成した。
Next, Al having a thickness of 130 nm was formed on a polyethersulfone (PES) substrate made by Sumitomo Bakelite, which is the
次に、ゲート電極2を設けている第2の基板20の上に大気圧プラズマCVD法にてテトラエトキシシラン(TEOS)を液体原料として300nmのSiO2膜を絶縁膜3として成膜した。
Next, a 300 nm SiO 2 film was formed as an insulating
次に、スパッタ法にて厚み100nmの錫ドープ酸化インジウム(ITO)膜を絶縁膜3が形成されている第2の基板30の全面に形成した後、通常のフォトリソグラフィ工程にてパターニング処理を行いソース電極4s、ドレイン電極4dおよびソースバスライン(図示しない)を形成した(図3(a))。トランジスタを構成するチャネル部分のゲート長は10μm、ゲート幅は100μmとした。これを第2部材Bとした。
Next, a tin-doped indium oxide (ITO) film having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface of the
次に、第1部材Aと第2部材を図3(c)を重ね合わせた(図3(c))。第2の基板30上に設けられたアライメントマークを用いて露光マスク40の位置合わせを行う。位置合わせ後、キセノン放電灯の光Lを第1の基板20の側から照射することで光熱変換層22を露光する(図3(d))。この結果、第1部材Aの有機半導体を含む層5は露光により溶融し結晶化する。
Next, the first member A and the second member were superposed on FIG. 3C (FIG. 3C). The alignment of the exposure mask 40 is performed using alignment marks provided on the
この後、第1部材Aと第2部材Bとを分離する。この結果、第2部材のソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aが形成されている(図3(e))。形成された有機半導体層5aの厚みは50nmであった。
Thereafter, the first member A and the second member B are separated. As a result, an
作製直後の有機TFTの移動度は平均0.032m2/V・sec、on−off比は6500で良好な特性であった。 Immediately after fabrication, the mobility of the organic TFT was 0.032 m 2 / V · sec on average, and the on-off ratio was 6500, which was a favorable characteristic.
(実施例2)
図4に沿って説明する。転写工程以外は実施例1と同じとした。
(Example 2)
This will be described with reference to FIG. The process was the same as in Example 1 except for the transfer process.
第1部材Aと第2部材Bとを図4(c)に示すとおり重ね合わせる。図5に示すように第2の基板30に設けられたアライメントマーク66a、66bを用いて走査露光装置70の移動テーブル65の所定の位置に固定する。その後、図4(d)に示すとおり第1の基板20の側からレーザー60を用いて光Lで走査露光した(図4(d))。この時用いたレーザー60は、波長830nm、10mWであって、集光された光スポットは200mJ/cm2のエネルギー密度である。この結果、第1部材Aの有機半導体を含む層5は露光により溶融し結晶化する。
The first member A and the second member B are overlapped as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the alignment marks 66 a and 66 b provided on the
この後、第1部材Aと第2部材Bとを分離する。この結果、第2部材のソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aが形成されている(図4(e))。形成された有機半導体層5aの厚みは50nmであった。
Thereafter, the first member A and the second member B are separated. As a result, an
作製直後の有機TFTの移動度は平均0.032m2/V・sec、on−off比は11300で良好な特性であった。on−off比が実施例1と比較してより良好な理由として、レーザー光を集光した光スポット用いて露光される領域のエッジ形状がシャープになりOff特性が向上したことによると推察される。 Immediately after fabrication, the mobility of the organic TFT was 0.032 m 2 / V · sec on average, and the on-off ratio was 11300, which was a favorable characteristic. The reason why the on-off ratio is better than that in Example 1 is presumed to be that the edge shape of the region exposed by using the light spot on which the laser beam is condensed becomes sharper and the Off characteristic is improved. .
(実施例3)
図4に沿って説明する。
(Example 3)
This will be described with reference to FIG.
第1の基板20である厚み125μmのPET基板の上に、ポリビニルアルコールとカーボンブラックを質量比5:1の割合で混合した10質量%水溶液をワイヤーバーコーティング法にて塗布し約0.5μmの厚みの光熱変換層22を形成した。この光熱変換層22は分離層を兼ねている。
A 10% by mass aqueous solution in which polyvinyl alcohol and carbon black are mixed at a mass ratio of 5: 1 is applied on a PET substrate having a thickness of 125 μm, which is the
次に、光熱変換層22の上に化合物1に示すトリイソプロピルシリルペンタセンの0.5質量%トルエン溶液を用いてダイコーティング法にて塗布した後、自然乾燥してアモルファス状の厚さ50nmの有機半導体を含む層5を形成した。この後、窒素置換雰囲気下で50℃、30分間の熱処理を行って有機溶剤を乾燥させた(図4(a))。尚、化合物1を以下に示す。
Next, a 0.5 mass% toluene solution of triisopropylsilylpentacene shown in Compound 1 is applied onto the
第2の基板30は実施例1と同じとした。
The
次に、第1部材Aと第2部材を図4(c)のとおり重ね合わせた。図5に示すように第2の基板30に設けられたアライメントマーク66a、66bを用いて走査露光装置70の移動テーブル65の所定の位置に固定する。その後、図4(d)に示すとおり第1の基板20の側からレーザー60を用いて光Lで走査露光した(図4(d))。この時用いたレーザー60は、波長830nm、10mWであって、集光された光スポットは200mJ/cm2のエネルギー密度である。この結果、第1部材Aの有機半導体を含む層5は露光により昇華し結晶化する
この後、第1部材Aと第2部材Bとを分離する。この結果、第2部材のソース電極4sとドレイン電極4dとを連結する有機半導体層5aが形成されている(図4(e))。形成された有機半導体層5aの厚みは50nmであった。
Next, the first member A and the second member were overlapped as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the alignment marks 66 a and 66 b provided on the
作製直後の有機TFTの移動度は平均0.15m2/V・sec、on−off比は85000で良好な特性であった。 Immediately after the production, the mobility of the organic TFT was 0.15 m 2 / V · sec on average, and the on-off ratio was 85000, which was a favorable characteristic.
2 ゲート電極
3 絶縁膜
4s ソース電極
4d ドレイン電極
5 有機半導体を含む層
5a 有機半導体層
10、80 有機TFT
20 第1の基板
22 光熱変換層
30 第2の基板
40 露光マスク
60 レーザー光源
66a、66b アライメントマーク
68 露光領域
70 走査露光装置
A 第1部材
B 第2部材
L 光
2
DESCRIPTION OF
Claims (9)
第1の基板の上に加熱されることで前記有機半導体層に対する接着力が該第1の基板に対する接着力より小さくなる光熱変換層と加熱されることにより溶融または昇華して結晶化する性質を有するアモルファス状態の有機半導体を含む層とをこの順で有する第1部材、及び、第2の基板の最上層として少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられ、該ソース電極と該ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層が形成される面と溶融または昇華して結晶化して形成される前記有機半導体層との接着力が該有機半導体層と加熱される前記光熱変換層との接着力より大きくなる性質を有する第2部材を準備する工程と、
前記第1部材の前記有機半導体を含む層と前記第2部材の前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する向きで、前記第1部材と前記第2部材を重ね合わせる工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層を形成すべく、前記有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように前記第1の基板の側から前記光熱変換層に光を照射する工程と、
前記第1部材と前記第2部材を分離する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 Production of an organic thin film transistor having an insulating film between at least a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer connecting the source electrode and the drain electrode, a gate electrode, and the organic semiconductor layer and the gate electrode on a substrate In the method
It has the property of being melted or sublimated and crystallized by being heated with a photothermal conversion layer that is heated on the first substrate so that the adhesive force to the organic semiconductor layer becomes smaller than the adhesive force to the first substrate. A first member having a layer containing an amorphous organic semiconductor in this order, and at least the source electrode and the drain electrode as the uppermost layer of the second substrate, and the source electrode and the drain electrode The adhesive force between the surface on which the organic semiconductor layer to be connected is formed and the organic semiconductor layer formed by melting or sublimation and crystallization is larger than the adhesive force between the organic semiconductor layer and the photothermal conversion layer to be heated. Preparing a second member having the following properties:
Stacking the first member and the second member in a direction in which the layer containing the organic semiconductor of the first member and the source electrode and the drain electrode of the second member face each other;
In order to form the organic semiconductor layer that connects the source electrode and the drain electrode, the photothermal conversion layer is irradiated with light from the first substrate side so that the organic semiconductor is heated until it melts or sublimates. And a process of
The method of manufacturing an organic thin film transistor, wherein the step of separating the first member and the second member is performed in this order.
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