JP2008130910A - Organic thin film transistor - Google Patents

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JP2008130910A JP2006315727A JP2006315727A JP2008130910A JP 2008130910 A JP2008130910 A JP 2008130910A JP 2006315727 A JP2006315727 A JP 2006315727A JP 2006315727 A JP2006315727 A JP 2006315727A JP 2008130910 A JP2008130910 A JP 2008130910A
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Natsuko Nakamura
奈津子 中村
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Zeon Corp
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Nippon Zeon Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film transistor operable with a low gate voltage in which the occurrence of leak currents is suppressed, and high carrier mobility is obtained, and an on/off ratio is large. <P>SOLUTION: In an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode on a substrate, the gate insulating layer is configured of a first insulating layer brought into contact with the gate electrode and a second insulating layer brought into contact with the organic semiconductor layer, and (A) the first insulating layer is formed of the mixture of insulating organic polymer and inorganic particles, and the specific inductive capacity of the first insulating layer is higher than the specific inductive capacity of the second insulating layer, and (B) the second insulating layer is formed of cyclic olefine resin having a polar group, and the arithmetic mean roughness Ra of the interface of the second insulating layer and the organic semiconductor layer is set so as to be 10 nm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの平面表示装置に好適に用いられる有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an organic thin film transistor suitably used for a flat display device such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device.

有機薄膜トランジスタは、基板上に、(A)有機半導体層、(B)ゲート電極、(C)ソース電極、(D)ドレイン電極、及び、(E)ゲート絶縁層を有するトランジスタであり、基板上に(B)ゲート電極を有し、その上に(E)ゲート絶縁層を介して(A)有機半導体層で連結された(C)ソース電極と(D)ドレイン電極を有するボトムゲート型と、基板上に(A)有機半導体層に接した(C)ソース電極と(D)ドレイン電極を有し、その上に(E)ゲート絶縁層を介して(B)ゲート電極を有するトップゲート型とに大別される。
有機薄膜トランジスタは、印刷法などの常温、常圧下での低コスト製造プロセスによって製造することができ、しかも柔軟な基板への適合性がよい。その特性を活かして、有機薄膜トランジスタは、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置、電気泳動表示装置などのフラットパネルディスプレイの画像駆動素子への適用や、シートディスプレイ、電子ペーパー、電子値札、電子荷札などの電子タグ、バイオセンサーなどの電子機器の集積回路技術への適用が期待されている。
このように期待される有機薄膜トランジスタの特性を向上させるために、有機ゲート絶縁材料の開発が盛んに行われるようになってきた。例えば、高容量、高絶縁耐性、有機半導体との界面の平坦性を兼ね備えた絶縁膜を有する有機電界効果トランジスタとして、有機半導体を用いたトランジスタ素子において、ゲート絶縁膜が少なくともポリマーを含む高誘電率絶縁膜、及びポリマーを含む低誘電率絶縁膜を含む積層体であって、該低誘電率絶縁膜と該高誘電率絶縁膜との誘電率差が1より大きい有機電界効果トランジスタが提案されている(特許文献1)。前記低誘電率絶縁膜に用いられる材料としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン樹脂、ポリスルホン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリシロセスオキサン、ポリシロキサン等のポリマーが例示されている。
また、高い移動度、高いオン電流、低いリーク電流、高いオン/オフ比を有する有機薄膜トランジスタとして、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する有機薄膜トランジスタにおいて、該絶縁体層と該有機半導体層との界面の平均粗さが50nm以下である有機薄膜トランジスタが提案され、絶縁体として光硬化性芳香族アクリレートポリマーが例示されている(特許文献2)。
特開2005−72569号公報 特開2004−63975号公報
An organic thin film transistor is a transistor having (A) an organic semiconductor layer, (B) a gate electrode, (C) a source electrode, (D) a drain electrode, and (E) a gate insulating layer on a substrate. (B) a bottom gate type having a gate electrode, (E) a (C) source electrode connected by an organic semiconductor layer via a gate insulating layer, and (D) a drain electrode, and a substrate; A top gate type having (A) a source electrode and (D) a drain electrode in contact with the organic semiconductor layer (A) and (E) a gate electrode on the (E) gate insulating layer. Broadly divided.
The organic thin film transistor can be manufactured by a low-cost manufacturing process under normal temperature and normal pressure, such as a printing method, and has good compatibility with a flexible substrate. Taking advantage of these characteristics, organic thin film transistors can be applied to image driving elements of flat panel displays such as liquid crystal display devices, organic electroluminescence display devices, and electrophoretic display devices, and sheet displays, electronic paper, electronic price tags, and electronic tags. Application to integrated circuit technology of electronic devices such as electronic tags and biosensors is expected.
In order to improve the expected characteristics of organic thin film transistors, organic gate insulating materials have been actively developed. For example, as an organic field effect transistor having an insulating film having high capacity, high insulation resistance, and flatness of an interface with an organic semiconductor, in a transistor element using an organic semiconductor, the gate insulating film has a high dielectric constant containing at least a polymer. An organic field effect transistor is proposed, which is a laminate including an insulating film and a low dielectric constant insulating film containing a polymer, wherein the dielectric constant difference between the low dielectric constant insulating film and the high dielectric constant insulating film is greater than 1. (Patent Document 1). Materials used for the low dielectric constant insulating film include acrylic resin, styrene resin, polyimide resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyvinyl acetate, polyurethane resin, polysulfone resin, epoxy resin, fluororesin, polycylose oxane, poly Examples are polymers such as siloxane.
Further, as an organic thin film transistor having high mobility, high on-current, low leakage current, and high on / off ratio, an insulator layer, a gate electrode and an organic semiconductor layer separated by the insulator layer, and the organic semiconductor layer An organic thin film transistor having a source electrode and a drain electrode provided so as to be in contact with each other and an insulating support substrate, an organic thin film transistor having an average roughness of an interface between the insulator layer and the organic semiconductor layer of 50 nm or less is proposed In addition, a photocurable aromatic acrylate polymer is exemplified as an insulator (Patent Document 2).
JP-A-2005-72569 JP 2004-63975 A

しかしながら、従来の有機ゲート絶縁材料では、一般に膜厚を大きく確保しなければ、絶縁膜にトンネル現象によるリーク電流が流れて、絶縁性が保たれなくなってしまい、さらに、ゲートバイアス印加の妨げになり、高いオン/オフ比が得られないという問題が認められた。
本発明は、リーク電流の発生が抑止され、高いキャリア移動度を有し、オン/オフ比が大きく、低ゲート電圧で作動可能な有機薄膜トランジスタを提供することを目的としてなされたものである。
However, in conventional organic gate insulating materials, unless a large film thickness is generally secured, a leakage current due to a tunneling phenomenon flows through the insulating film, resulting in failure to maintain insulation, and further hinders gate bias application. The problem that a high on / off ratio was not obtained was recognized.
An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor that can suppress the generation of leakage current, has high carrier mobility, has a large on / off ratio, and can operate at a low gate voltage.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を、ゲート電極と接する第1の絶縁層と、有機半導体層と接する第2の絶縁層とを用いて形成し、第1の絶縁層の比誘電率を第2の絶縁層の比誘電率より高くし、第2の絶縁層を極性基を有する脂環式オレフィン樹脂で形成して有機半導体層と接する界面を平坦にすることにより、リーク電流の発生が抑止され、オン/オフ比が大きい有機薄膜トランジスタが得られることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
〔1〕基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、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、ゲート絶縁層が、ゲート電極と接する第1の絶縁層と、有機半導体層と接する第2の絶縁層とを有してなり、
(A)第1の絶縁層が絶縁性有機高分子と無機微粒子との混合物で形成されており、かつ第1の絶縁層の比誘電率が第2の絶縁層の比誘電率より高く、
(B)第2の絶縁層が極性基を有する脂環式オレフィン樹脂で形成されており、かつ第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaが10nm以下である、
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ、
〔2〕ゲート絶縁層の膜厚が10〜500nmである前記〔1〕記載の有機薄膜トランジスタ、
〔3〕第1の絶縁層の比誘電率が5以上であり、第2の絶縁層の比誘電率が4以下である、前記〔1〕又は〔2〕記載の有機薄膜トランジスタ、
〔4〕第1の絶縁層における無機微粒子の含有量が、絶縁性有機高分子100重量部に対して50〜500重量部である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ、
〔5〕第1の絶縁層の無機微粒子が、無機金属酸化物又は高誘電性絶縁体のナノ粒子である、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ、
〔6〕第2の絶縁層における極性基を有する脂環式オレフィン樹脂が、以下の一般式(I):

Figure 2008130910
〔式中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子又は-Xn-R'(Xは二価の有機基であり、nは0又は1であり、R'は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよい芳香族基、又は極性基である。)であり、R1〜R4のうち少なくとも1つは、R'が極性基である-Xn-R'であり、mは0〜2の整数である。〕
で表される構造単位、及び/又は、以下の一般式(II):
Figure 2008130910
〔式中、R5とR6は、それらが結合する2つの炭素原子と一緒になって、置換基を有していてもよい、酸素原子又は窒素原子を含む、3員又は5員複素環構造を形成し、kは0〜2の整数である。〕
で表される構造単位を有するものである、前記〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ、並びに
〔7〕保護層をさらに有する前記〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ、
を提供するものである。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor, as a result, in an organic thin film transistor, a gate insulating layer is formed by a first insulating layer in contact with the gate electrode, and a second insulating layer in contact with the organic semiconductor layer. The first insulating layer has a relative dielectric constant higher than that of the second insulating layer, and the second insulating layer is formed of an alicyclic olefin resin having a polar group. By flattening the interface in contact with the layer, it was found that an organic thin film transistor having a large on / off ratio can be obtained by suppressing the generation of leakage current, and the present invention has been completed based on this finding.
That is, the present invention
[1] In an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode on a substrate, the gate insulating layer is in contact with the organic semiconductor layer and the first insulating layer in contact with the gate electrode. A second insulating layer,
(A) the first insulating layer is formed of a mixture of an insulating organic polymer and inorganic fine particles, and the relative dielectric constant of the first insulating layer is higher than the relative dielectric constant of the second insulating layer;
(B) The second insulating layer is formed of an alicyclic olefin resin having a polar group, and the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is 10 nm or less.
An organic thin film transistor characterized by
[2] The organic thin film transistor according to [1], wherein the gate insulating layer has a thickness of 10 to 500 nm.
[3] The organic thin film transistor according to [1] or [2], wherein the relative dielectric constant of the first insulating layer is 5 or more and the relative dielectric constant of the second insulating layer is 4 or less.
[4] The content of inorganic fine particles in the first insulating layer is 50 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the insulating organic polymer, according to any one of [1] to [3]. Organic thin film transistors,
[5] The organic thin film transistor according to any one of [1] to [4], wherein the inorganic fine particles of the first insulating layer are inorganic metal oxides or nanoparticles of a high dielectric insulator,
[6] The alicyclic olefin resin having a polar group in the second insulating layer is represented by the following general formula (I):
Figure 2008130910
[Wherein, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or —X n —R ′ (X is a divalent organic group, n is 0 or 1, and R ′ is a substituent. Or an aromatic group which may have a substituent, or a polar group. At least one of R 1 to R 4 is such that R ′ is a polar group. -X n -R ', and m is an integer of 0-2. ]
And / or the following general formula (II):
Figure 2008130910
[Wherein R 5 and R 6 are a 3-membered or 5-membered heterocyclic ring containing an oxygen atom or a nitrogen atom, which may have a substituent, together with two carbon atoms to which they are bonded. Forming a structure, k is an integer from 0 to 2; ]
The organic thin film transistor according to any one of [1] to [5], and [7] any one of [1] to [6], further including a protective layer. Or an organic thin film transistor according to claim 1,
Is to provide.

本発明の有機薄膜トランジスタは、リーク電流が発生しにくく、低いゲート電圧で作動させることができ、大きいオン/オフ比を有する。従って、本発明の有機薄膜トランジスタによれば、例えば、低消費電力で高コントラストな優れた平面表示装置を製造することができる。   The organic thin film transistor of the present invention hardly generates leak current, can be operated with a low gate voltage, and has a large on / off ratio. Therefore, according to the organic thin film transistor of the present invention, for example, an excellent flat display device with low power consumption and high contrast can be manufactured.

本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、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、ゲート絶縁層が、ゲート電極と接する第1の絶縁層と、有機半導体層と接する第2の絶縁層とを有してなり、
(A)第1の絶縁層が絶縁性有機高分子と無機微粒子との混合物で形成されており、かつ第1の絶縁層の比誘電率が第2の絶縁層の比誘電率より高く、
(B)第2の絶縁層が極性基を有する脂環式オレフィン樹脂で形成されており、かつ第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaが10nm以下である。
An organic thin film transistor of the present invention includes a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate. The organic thin film transistor includes: a first insulating layer in contact with the gate electrode; A second insulating layer in contact with the semiconductor layer;
(A) the first insulating layer is formed of a mixture of an insulating organic polymer and inorganic fine particles, and the relative dielectric constant of the first insulating layer is higher than the relative dielectric constant of the second insulating layer;
(B) The second insulating layer is formed of an alicyclic olefin resin having a polar group, and the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is 10 nm or less.

図1は、本発明の有機薄膜トランジスタの一態様の模式的断面図である。本態様の有機薄膜トランジスタは、基板1の上にゲート電極2が設けられ、ゲート電極2と基板1が第1の絶縁層3で覆われている。第1の絶縁層3の上に第2の絶縁層4が設けられ、第2の絶縁層4は、有機半導体層5と接している。さらに、有機半導体層5に接してソース電極6及びドレイン電極7を有する。また、最外層として保護層8が設けられている。かかる模式的断面図は、ボトムゲート型の有機薄膜トランジスタの一態様を示すものである。以下、説明の簡略化の観点から、主としてボトムゲート型の有機薄膜トランジスタの構成に基づいて説明するが、本発明の有機薄膜トランジスタは、トップゲート型の有機薄膜トランジスタであってもよい。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the organic thin film transistor of the present invention. In the organic thin film transistor of this embodiment, a gate electrode 2 is provided on a substrate 1, and the gate electrode 2 and the substrate 1 are covered with a first insulating layer 3. A second insulating layer 4 is provided on the first insulating layer 3, and the second insulating layer 4 is in contact with the organic semiconductor layer 5. Further, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are provided in contact with the organic semiconductor layer 5. A protective layer 8 is provided as the outermost layer. Such a schematic cross-sectional view shows one embodiment of a bottom-gate organic thin film transistor. Hereinafter, from the viewpoint of simplifying the description, the description will be made mainly based on the configuration of the bottom gate type organic thin film transistor. However, the organic thin film transistor of the present invention may be a top gate type organic thin film transistor.

本発明に用いる基板に特に制限はなく、例えば、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、脂環式オレフィン樹脂などの柔軟性のあるプラスチック基板;石英、ソーダガラス、無機アルカリガラスなどのガラス基板;シリコンウェハーなどのシリコン基板;などを挙げることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the board | substrate used for this invention, For example, flexible plastic substrates, such as a polycarbonate, a polyimide, a polyethylene terephthalate, an alicyclic olefin resin; Glass substrates, such as quartz, soda glass, an inorganic alkali glass; Silicon wafer etc. And the like.

本発明において、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を構成する導電性材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、スズ、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ−アンチモン、酸化インジウム−スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト、カーボンペースト、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物などを挙げることができる。また、ドーピングなどにより導電率を向上させた導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン(ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体など)などを挙げることができる。
本発明において、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料は、有機半導体層との接触面において電気抵抗が小さいことが好ましく、p型半導体の場合は、白金、金、銀、ITO、炭素及び導電性ポリマーを特に好適に用いることができる。
In the present invention, examples of the conductive material constituting the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony, lead, tantalum, indium, palladium, and tellurium. , Rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide-antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste, carbon paste, beryllium, Magnesium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / And the like aluminum mixtures. In addition, a conductive polymer whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.), and the like can be given.
In the present invention, the material constituting the source electrode and the drain electrode preferably has a small electric resistance at the contact surface with the organic semiconductor layer. In the case of a p-type semiconductor, platinum, gold, silver, ITO, carbon, and conductivity A polymer can be particularly preferably used.

本発明において、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は、上記の導電性材料を含む、溶液、ペースト、インク、分散液などの流動性電極材料を用いて形成したもの、特に、導電性ポリマー、又は、白金、金、銀、銅などの金属微粒子を含有する流動性電極材料を用いて形成したものであることが好ましい。金属微粒子を含有する流動性電極材料としては、通常、平均粒子径1〜50nm、好ましくは1〜10nmの金属微粒子を、所望により分散安定剤を用いて、水や有機溶媒などの分散媒中に分散した材料を挙げることができる。平均粒子径は、光子相関法により測定することができる。
このような金属微粒子の製造方法としては、例えば、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法などを挙げることができる。得られた金属微粒子の分散物を用いて電極を成形し、溶媒を乾燥させた後、所望により100〜300℃、好ましくは150〜200℃で加熱することにより、金属微粒子を熱融着させ、目的の形状を有する電極パターンを形成することができる。
電極の他の形成方法としては、上記の導電性材料を原料として蒸着やスパッタリングなどの方法により導電性薄膜を形成し、次いでフォトレジストパターンを形成した後にエッチングにより不要な薄膜を除去して電極パターンを形成するフォトリソグラフ法や、基板上にメタルマスクを置いて、そのままスパッタリングや蒸着を行い電極パターンを形成するメタルマスク法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写やインクジェット等によりフォトレジストのパターンを形成した後にエッチングにより不要な金属薄膜を除去して電極を形成する方法などの公知の方法が挙げられる。また、導電性ポリマーの溶液又は分散液、金属微粒子を含有する分散液などを直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフ法やレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに、導電性ポリマーや金属微粒子を含有する、導電性インクや導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法によりパターニングする方法も用いることができる。電極の厚さに特に制限はないが、20〜500nmであることが好ましく、50〜200nmであることがより好ましい。
In the present invention, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed using a fluid electrode material such as a solution, paste, ink, or dispersion liquid containing the above conductive material, in particular, a conductive polymer, or It is preferably formed using a fluid electrode material containing fine metal particles such as platinum, gold, silver and copper. As a fluid electrode material containing metal fine particles, metal fine particles having an average particle diameter of 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm are usually added to a dispersion medium such as water or an organic solvent using a dispersion stabilizer as required. A dispersed material can be mentioned. The average particle diameter can be measured by a photon correlation method.
As a method for producing such metal fine particles, for example, a metal ion is reduced in a liquid phase such as a physical generation method such as a gas evaporation method, a sputtering method, or a metal vapor synthesis method, or a colloid method or a coprecipitation method. Examples thereof include a chemical production method for producing metal fine particles. After forming an electrode using the obtained dispersion of metal fine particles and drying the solvent, the metal fine particles are thermally fused by heating at 100 to 300 ° C., preferably 150 to 200 ° C., if desired. An electrode pattern having a desired shape can be formed.
Another method for forming the electrode is to form a conductive thin film by a method such as vapor deposition or sputtering using the above-mentioned conductive material as a raw material, then form a photoresist pattern, and then remove the unnecessary thin film by etching to form an electrode pattern. A photolithographic method for forming a metal mask, a metal mask method for forming an electrode pattern by directly depositing a metal mask on a substrate, and a photoresist pattern by thermal transfer or ink jet on a metal foil such as aluminum or copper There are known methods such as a method of forming an electrode by removing an unnecessary metal thin film by etching after forming the electrode. Further, a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by a lithographic method or laser ablation. Furthermore, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing or screen printing can also be used. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of an electrode, It is preferable that it is 20-500 nm, and it is more preferable that it is 50-200 nm.

本発明において、有機半導体層を構成する有機半導体材料に特に制限はなく、例えば、π共役系材料などを挙げることができる。π共役系材料としては、例えば、ポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類;ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類;ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類;ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類;ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類;ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−二置換アニリン)などのポリアニリン類;ポリアセチレン、ポリジアセチレンなどのポリアセチレン類;ポリアズレンなどのポリアズレン類;ポリピレンなどのポリピレン類;ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類;ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類;ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類;ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類;ポリインドールなどのポリインドール類;ポリピリダジンなどのポリピリダジン類;ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類;及びポリアセン類の炭素の一部を窒素、硫黄、酸素などの原子、カルボニル基などの官能基により置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノンなど);ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマー;6員環、縮合芳香族環を2個又は3個有し、5員環の複素芳香族環が縮合された多環縮合体;などを挙げることができる。   In the present invention, the organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer is not particularly limited, and examples thereof include a π-conjugated material. Examples of the π-conjugated material include polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), and poly (3,4-disubstituted pyrrole); polythiophene and poly (3-substituted thiophene) ), Poly (3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene; polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene; polychenylene vinylenes such as polychenylene vinylene; poly (p-phenylene) Poly (p-phenylene vinylenes) such as vinylene; polyanilines such as polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline), poly (2,3-disubstituted aniline); polyacetylene, polydiacetylene Polyacetylenes such as; Polyazulenes such as polyazulene; Polypyrenes such as polypyrene; Polycarbazole Polycarbazoles such as poly (N-substituted carbazole); polyselenophenes such as polyselenophene; polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran; poly (p-phenylene) s such as poly (p-phenylene); Polyindoles such as indole; polypyridazines such as polypyridazine; naphthacene, pentacene, hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, pyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene, ovarene, quaterylene, circumcamanthracene, etc. Polyacenes; and derivatives obtained by substituting some of the carbons of the polyacenes with functional groups such as nitrogen, sulfur, oxygen and other functional groups such as carbonyl groups (such as triphenodioxazine, triphenodithiazine, hexacene-6,15-quinone). Polymers such as polyvinyl carbazole, polyphenylene sulfide, and polyvinylene sulfide; polycyclic condensates having two or three 6-membered rings and fused aromatic rings and condensed with 5-membered heteroaromatic rings; And so on.

また、上記したようなポリマーと同じ繰返し単位を有する、例えば、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーなどを挙げることができる。さらに、銅フタロシアニン、塩素又はフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類;ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N'−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N'−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N'−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N'−ジオクチルナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類;アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;C60、C70、C76、C78、C84などのフラーレン類;単層カーボンナノチューブ(SWNT)などのカーボンナノチューブ類;メロシアニン色素、ヘミシアニン色素などの色素類などを挙げることができる。
これらのπ共役系材料の中で、チオフェン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フェニレン、及び、これらの置換体の少なくとも1種を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数が4〜10であるオリゴマー;該繰返し単位の数が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;フラーレン類;縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;金属フタロシアニンを好適に用いることができる。
Also, having the same repeating unit as the polymer as described above, for example, α-sexual thiophene which is a thiophene hexamer, α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-quinkethiophene, α , ω-bis (3-butoxypropyl) -α-sexualthiophene, oligomers such as styrylbenzene derivatives, and the like. Further, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine, chlorine or fluorine-substituted copper phthalocyanine; naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethylbenzyl) naphthalene-1, 4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl) naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H -Perfluorobutyl) naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N'-dioctylnaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, naphthalene-2,3,6,7- Naphthalene tetracarboxylic acid diimides such as tetracarboxylic acid diimide; anthracene tetracarboxylic acid diimide such as anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide Condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as CFCs; fullerenes such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84 ; carbon nanotubes such as single-walled carbon nanotubes (SWNT); merocyanine dyes, hemicyanine dyes, etc. Examples thereof include pigments.
Among these π-conjugated materials, thiophene, chelenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, and at least one of these substituents are used as repeating units, and the number of the repeating units is 4 to 10. An oligomer; a polymer having 20 or more repeating units; a condensed polycyclic aromatic compound such as pentacene; a fullerene; a condensed ring tetracarboxylic acid diimide; a metal phthalocyanine can be suitably used.

また、その他の有機半導体材料として、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−ヨウ素錯体、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)−ヨウ素錯体などの有機分子錯体;ポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマー;ヨウ化フェネチルアンモニウムスズ、ヨウ化ブチルジアンモニウムスズなどの有機/無機混成材料などを挙げることができる。
本発明においては、有機半導体層に、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタンなどや、それらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えば、アミノ基、トリフェニル基、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン類、カルバゾール及びその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなる材料を含有させることができる。
本発明において、有機半導体層を形成する方法に特に制限はなく、例えば、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、化学気相成長法(CVD)、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、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ラングミュア−ブロジェット(LB)法などが挙げられる。本発明において、有機半導体層の膜厚は、1μm以下であることが好ましく、一単分子層の厚さ以上400nm以下であることがより好ましい。
Further, as other organic semiconductor materials, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -iodine Complexes, organic molecular complexes such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -iodine complex; σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane; organic / inorganic hybrid materials such as phenethylammonium tin iodide and butyldiammonium iodide iodide, etc. Can be mentioned.
In the present invention, for example, a material having a functional group such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivative, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane is used for the organic semiconductor layer. Materials that accept electrons, such as derivatives thereof, materials having functional groups such as amino groups, triphenyl groups, alkyl groups, hydroxyl groups, alkoxyl groups, and phenyl groups, phenylenediamine Substituent amines such as, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracene, pyrene, substituted pyrenes, carbazole and derivatives thereof, tetrathiafulvalene and derivatives thereof, and the like are included as donor materials that are donors of electrons be able to.
In the present invention, the method for forming the organic semiconductor layer is not particularly limited. For example, a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a chemical vapor deposition method ( CVD), sputtering method, plasma polymerization method, electrolytic polymerization method, chemical polymerization method, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, Langmuir An example is a Blodget (LB) method. In the present invention, the thickness of the organic semiconductor layer is preferably 1 μm or less, and more preferably the thickness of the monomolecular layer is 400 nm or less.

本発明のゲート絶縁層は、ゲート電極と接する第1の絶縁層と、有機半導体層と接する第2の絶縁層とを有してなり、
(A)第1の絶縁層が絶縁性有機高分子と無機微粒子との混合物で形成されており、かつ第1の絶縁層の比誘電率が第2の絶縁層の比誘電率より高く、
(B)第2の絶縁層が極性基を有する脂環式オレフィン樹脂で形成されており、かつ第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaが10nm以下である。
本発明のゲート絶縁層は上記第1の絶縁層と第2の絶縁層とを有しておればよく、本発明の所望の効果の発現を阻害しない限り、その他の任意の絶縁層をさらに有していてもよい。本発明のゲート絶縁層としては、通常、上記第1の絶縁層と第2の絶縁層の2層で形成されているのが好ましい。
第1の絶縁層の比誘電率は、本発明の所望の効果を良好に発現させる観点から、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、15以上であることがさらに好ましい。比誘電率の上限は、通常、50程度である。本発明において、比誘電率は、後述の実施例に記載の方法に従って、25℃において周波数100kHzで測定する。
本発明においては、第1の絶縁層の比誘電率が、第2の絶縁層の比誘電率より高く、第1の絶縁層の比誘電率が第2の絶縁層の比誘電率の2倍以上であるのが好ましい。
第1の絶縁層の厚さに特に制限はなく、絶縁性が保たれればいかなる厚さであってもよいが、通常、5〜500nmであり、好ましくは10〜300nmである。
第2の絶縁層の比誘電率は、本発明の所望の効果を良好に発現させる観点から、4以下であることが好ましく、2〜4であることが好ましく、2.5〜3.5であることがより好ましい。比誘電率の下限は、通常、2程度である。
また、第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaは10nm以下であり、好ましくは5nm以下である。第2の絶縁層の算術平均粗さRaがかかる範囲であれば、高いキャリア移動度が発現され、有機薄膜トランジスタのオン/オフ比が大きくなり望ましい。本発明において、算術平均粗さRaは、集束イオンビーム装置(FIB)を用いて測定し、JIS B 0601に従って求めることができる。
第2の絶縁層の厚さに特に制限はなく、本発明の所望の効果を良好に発現させる観点から、300nm未満であることが好ましく、50〜270nmであることがより好ましい。
第1の絶縁層の比誘電率及び膜厚と、第2の絶縁層の比誘電率及び膜厚を適宜設定することにより、ゲート絶縁層全体としての有効誘電率を調節することができる。ゲート絶縁層全体としての膜厚は、絶縁性が保たれれば特に限定はないが、好ましくは10〜500nmである。
The gate insulating layer of the present invention comprises a first insulating layer in contact with the gate electrode and a second insulating layer in contact with the organic semiconductor layer,
(A) the first insulating layer is formed of a mixture of an insulating organic polymer and inorganic fine particles, and the relative dielectric constant of the first insulating layer is higher than the relative dielectric constant of the second insulating layer;
(B) The second insulating layer is formed of an alicyclic olefin resin having a polar group, and the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is 10 nm or less.
The gate insulating layer of the present invention only needs to have the first insulating layer and the second insulating layer, and further includes any other insulating layer as long as the desired effect of the present invention is not inhibited. You may do it. In general, the gate insulating layer of the present invention is preferably formed of two layers, the first insulating layer and the second insulating layer.
The relative dielectric constant of the first insulating layer is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and further preferably 15 or more, from the viewpoint of satisfactorily expressing the desired effect of the present invention. . The upper limit of the relative dielectric constant is usually about 50. In the present invention, the relative dielectric constant is measured at a frequency of 100 kHz at 25 ° C. in accordance with the method described in Examples below.
In the present invention, the relative dielectric constant of the first insulating layer is higher than that of the second insulating layer, and the relative dielectric constant of the first insulating layer is twice the relative dielectric constant of the second insulating layer. The above is preferable.
The thickness of the first insulating layer is not particularly limited, and may be any thickness as long as the insulating property is maintained, but is usually 5 to 500 nm, preferably 10 to 300 nm.
The relative dielectric constant of the second insulating layer is preferably 4 or less, more preferably 2 to 4, preferably 2.5 to 3.5 from the viewpoint of satisfactorily expressing the desired effect of the present invention. More preferably. The lower limit of the relative dielectric constant is usually about 2.
The arithmetic mean roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is 10 nm or less, preferably 5 nm or less. If the arithmetic average roughness Ra of the second insulating layer is within such a range, it is desirable that high carrier mobility is exhibited and the on / off ratio of the organic thin film transistor is increased. In the present invention, the arithmetic average roughness Ra can be measured using a focused ion beam apparatus (FIB) and determined according to JIS B 0601.
There is no restriction | limiting in particular in the thickness of a 2nd insulating layer, From a viewpoint of expressing the desired effect of this invention favorably, it is preferable that it is less than 300 nm, and it is more preferable that it is 50-270 nm.
The effective dielectric constant of the entire gate insulating layer can be adjusted by appropriately setting the relative dielectric constant and film thickness of the first insulating layer and the relative dielectric constant and film thickness of the second insulating layer. The thickness of the gate insulating layer as a whole is not particularly limited as long as the insulating property is maintained, but is preferably 10 to 500 nm.

第1の絶縁層は、絶縁性有機高分子と無機微粒子との混合物で形成される。
前記絶縁性有機高分子としては、例えば、脂環式オレフィン樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、芳香族ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフタルアミド、ポリエーテルニトリル、ポリベンズイミダゾール、ポリシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−ブテン−ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブチルゴム、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン共重合体、水添スチレン−ブタジエン共重合体、水添ポリイソプレン、水添ポリブタジエンなどを挙げることができる。これらの絶縁性有機高分子は、それぞれ単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中で、脂環式オレフィン樹脂は、誘電率の周波数依存性が小さいので好適に用いることができる。
The first insulating layer is formed of a mixture of an insulating organic polymer and inorganic fine particles.
Examples of the insulating organic polymer include alicyclic olefin resin, novolac resin, phenol resin, acrylic resin, olefin resin, vinyl chloride resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, aromatic polyether, polyester, polyamide , Polyamideimide, polyimide, polycarbonate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyacetal, polyarylate, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polyetherketone, polyphthalamide, polyethernitrile, polybenzimidazole, polysiloxane, polymethylmethacrylate, poly Methacrylamide, nitrile rubber, acrylic rubber, polytetrafluoroethylene, polybutene, polypentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene Pyrene-diene copolymer, ethylene-butene-diene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, butyl rubber, polymethylpentene, polystyrene, styrene-butadiene copolymer, hydrogenated styrene-butadiene copolymer, hydrogenated polyisoprene, Examples thereof include hydrogenated polybutadiene. These insulating organic polymers can be used alone or in admixture of two or more. Among these, the alicyclic olefin resin can be suitably used because the frequency dependence of the dielectric constant is small.

本発明において、第1の絶縁層の無機微粒子としては、通常、無機金属酸化物又は高誘電性絶縁体のナノ粒子が好適に用いられる。無機金属酸化物のナノ粒子としては、特に制限はないが、例えば、Ta25、Y23、TiO2、CeO2及びZrO2などのナノ粒子が挙げられる。高誘電性絶縁体のナノ粒子としては、特に制限はないが、例えば、Ba4Sr1-dTiO3(式中、dは0<d<1を満たす。;BST)、PbZreTi1-e3(式中、eは0<e<1を満たす。;PZT)、Bi4Ti312、BaMgF4、SrBi2(Ta1-fNbf)29(式中、fは0<f<1を満たす。)、Ba(Zr1-gTig)O3(式中、gは0<g<1を満たす。;BZT)、BaTiO3、SrTiO3及びBi4Ti312などのナノ粒子が挙げられる。なお、BadSr1-dTiO3は、Barium Strontium Titanateと呼称されるものであり、通常、BaTiO3とSrTiO3とを重量比(BaTiO3:SrTiO3)で1:9〜9:1の割合で混合して得られる。これらのナノ粒子は、それぞれ単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。前記ナノ粒子としては、誘電率が5以上のものが好ましく、かかる観点から、通常、高誘電性絶縁体のナノ粒子が好適に用いられる。ナノ粒子の平均粒子径は、通常、50nm以下、好ましくは1〜50nm、より好ましくは1〜30nmである。なお、誘電率はJIS K 6911に従って、平均粒子径は動的光散乱法により測定することができる。
第1の絶縁層の比誘電率は、例えば、前記絶縁性有機高分子と無機微粒子との量比を適宜選択することにより容易に調整することができる。第1の絶縁層における無機微粒子の含有量としては、前記絶縁性有機高分子100重量部に対して、通常、50〜500重量部であり、100〜300重量部が好ましい。
In the present invention, as the inorganic fine particles of the first insulating layer, usually inorganic metal oxides or nanoparticles of a high dielectric insulator are preferably used. The inorganic metal oxide nanoparticles are not particularly limited, and examples thereof include nanoparticles such as Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , TiO 2 , CeO 2, and ZrO 2 . The nanoparticles of high dielectric insulator is not particularly limited, for example, Ba 4 Sr 1-d TiO 3 ( wherein, d satisfies 0 <d <1;. BST ), PbZr e Ti 1- e O 3 (wherein e satisfies 0 <e <1; PZT), Bi 4 Ti 3 O 12 , BaMgF 4 , SrBi 2 (Ta 1-f Nb f ) 2 O 9 (where f is 0 <f <1 is satisfied), Ba (Zr 1-g Ti g ) O 3 (wherein g satisfies 0 <g <1; BZT), BaTiO 3 , SrTiO 3 and Bi 4 Ti 3 O Nanoparticles such as 12 . Incidentally, Ba d Sr 1-d TiO 3 is what is referred to as Barium Strontium Titanate, usually, BaTiO 3 and SrTiO 3 in a weight ratio: in (BaTiO 3 SrTiO 3) 1: 9~9: 1 in It is obtained by mixing at a ratio. These nanoparticles can be used alone or in admixture of two or more. As said nanoparticle, a thing with a dielectric constant of 5 or more is preferable, From this viewpoint, the nanoparticle of a highly dielectric insulator is used suitably normally. The average particle diameter of the nanoparticles is usually 50 nm or less, preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 30 nm. The dielectric constant can be measured according to JIS K 6911, and the average particle diameter can be measured by a dynamic light scattering method.
The relative dielectric constant of the first insulating layer can be easily adjusted, for example, by appropriately selecting the quantitative ratio between the insulating organic polymer and the inorganic fine particles. As content of the inorganic fine particle in a 1st insulating layer, it is 50-500 weight part normally with respect to 100 weight part of said insulating organic polymers, and 100-300 weight part is preferable.

第2の絶縁層は、極性基を有する脂環式オレフィン樹脂(以下、極性基含有脂環式オレフィン樹脂という。)を用いて形成される。当該脂環式オレフィン樹脂は、密着性、平坦化性、低吸水性などに優れており、第2の絶縁層は本発明の有機薄膜トランジスタの性能発現に大きく寄与する。第2の絶縁層の比誘電率は、例えば、後述の極性基含有脂環式オレフィン樹脂を適宜選択して用いることにより容易に調整することができる。   The second insulating layer is formed using an alicyclic olefin resin having a polar group (hereinafter referred to as a polar group-containing alicyclic olefin resin). The alicyclic olefin resin is excellent in adhesion, planarization, low water absorption, and the like, and the second insulating layer greatly contributes to the performance expression of the organic thin film transistor of the present invention. The relative dielectric constant of the second insulating layer can be easily adjusted, for example, by appropriately selecting and using a polar group-containing alicyclic olefin resin described later.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を形成する方法に特に制限はない。ゲート絶縁層は、例えば、以下に記載する方法に従って、第1の絶縁層を形成後、当該絶縁層の上に第2の絶縁層を積層することにより形成することができる。   In the organic thin film transistor of the present invention, the method for forming the gate insulating layer is not particularly limited. The gate insulating layer can be formed by, for example, forming the first insulating layer and laminating the second insulating layer on the insulating layer according to the method described below.

第1の絶縁層は、絶縁性有機高分子と無機微粒子とを含む樹脂組成物aを用いて形成するのが好適である。樹脂組成物aとしては、特に限定されるものではないが、通常、極性基含有脂環式オレフィン樹脂、無機微粒子、架橋剤、及び溶剤を含有してなるものが好適に用いられる。以下、第1の絶縁層を形成するのに用いられる組成物を第1塗工液という。   The first insulating layer is preferably formed using a resin composition a containing an insulating organic polymer and inorganic fine particles. Although it does not specifically limit as the resin composition a, Usually, what contains a polar group containing alicyclic olefin resin, an inorganic fine particle, a crosslinking agent, and a solvent is used suitably. Hereinafter, the composition used for forming the first insulating layer is referred to as a first coating liquid.

極性基含有脂環式オレフィン樹脂の好ましい例としては、後述の式(I)で表される構造単位、及び/又は式(II)で表される構造単位を有する極性基含有脂環式オレフィン樹脂が挙げられる。無機微粒子の好ましい例としては、前記ナノ粒子が挙げられる。架橋剤の好ましい例としては、エポキシ基を2つ以上、好ましくはエポキシ基を3つ以上有する、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ポリフェノール型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエーテル、エポキシアクリレート重合体等の多官能エポキシ化合物が挙げられる。溶剤としては、例えば、モノアルキレングリコール溶媒;ポリアルキレングリコール溶媒;モノアルキレングリコールアルキルエステル溶媒;ポリアルキレングリコールアルキルエステル溶媒;モノアルキレングリコールジエステル溶媒;ポリアルキレングリコールジエステル溶媒;などが挙げられる。   As a preferable example of the polar group-containing alicyclic olefin resin, a polar group-containing alicyclic olefin resin having a structural unit represented by the following formula (I) and / or a structural unit represented by the formula (II): Is mentioned. Preferred examples of the inorganic fine particles include the nanoparticles. Preferred examples of the crosslinking agent include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, polyphenol having two or more epoxy groups, preferably three or more epoxy groups. Polyfunctional epoxy compounds such as type epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins, aliphatic glycidyl ethers, and epoxy acrylate polymers. Examples of the solvent include a monoalkylene glycol solvent; a polyalkylene glycol solvent; a monoalkylene glycol alkyl ester solvent; a polyalkylene glycol alkyl ester solvent; a monoalkylene glycol diester solvent; a polyalkylene glycol diester solvent;

第1の絶縁層の形成に使用される樹脂組成物aは公知の方法に従って製造することができる。樹脂組成物aの固形分濃度としては、所望される樹脂膜の厚さや塗布方法などを考慮して適宜選定することができるが、5〜40重量%であるのが好ましい。調製された樹脂組成物aは、通常、孔径0.1〜5μmのフィルターなどを用いて異物などを除去した後、用いるのが好ましい。   The resin composition a used for forming the first insulating layer can be produced according to a known method. The solid content concentration of the resin composition a can be appropriately selected in consideration of a desired thickness of the resin film, a coating method, and the like, but is preferably 5 to 40% by weight. The prepared resin composition a is usually preferably used after removing foreign matters using a filter having a pore diameter of 0.1 to 5 μm.

第2の絶縁層は、極性基含有脂環式オレフィン樹脂と、前記樹脂組成物aに使用される、架橋剤及び溶剤の好適例として示した、任意の架橋剤及び溶剤とを混合してなる樹脂組成物bを用いて形成するのが好適である。極性基含有脂環式オレフィン樹脂としては、後述の式(I)で表される構造単位、及び/又は式(II)で表される構造単位を有する極性基含有脂環式オレフィン樹脂が好ましい。樹脂組成物bの固形分濃度としては、通常、2〜10重量%である。以下、第2の絶縁層を形成するのに用いられる組成物を第2塗工液という。   The second insulating layer is formed by mixing a polar group-containing alicyclic olefin resin and an arbitrary cross-linking agent and solvent shown as a preferable example of the cross-linking agent and the solvent used in the resin composition a. It is preferable to form using the resin composition b. The polar group-containing alicyclic olefin resin is preferably a polar group-containing alicyclic olefin resin having a structural unit represented by the following formula (I) and / or a structural unit represented by the formula (II). The solid content concentration of the resin composition b is usually 2 to 10% by weight. Hereinafter, the composition used for forming the second insulating layer is referred to as a second coating liquid.

上記した第1塗工液及び第2塗工液には、所望により、顔料や染料などの着色剤、接着助剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、老化防止剤、滑剤などの公知の配合剤を適宜含有させてもよい。   In the first coating liquid and the second coating liquid described above, if desired, colorants such as pigments and dyes, adhesion assistants, dispersants, heat stabilizers, light stabilizers, ultraviolet absorbers, antistatic agents, You may make it contain well-known compounding agents, such as anti-aging agent and a lubricant, suitably.

第1の絶縁層を形成する方法は特に制限されず、例えば、塗布法やフィルム積層法などを挙げることができる。
前記塗布法は、第1塗工液を、ゲート電極が形成された基板上に塗布したのち、加熱乾燥して溶媒を除去する方法である。第1塗工液を基板上に塗布する方法としては、例えば、スプレー法、スピンコート法、ロールコート法、ダイコート法、ドクターブレード法、回転塗布法、バー塗布法、スクリーン印刷法などを挙げることができる。各成分の種類や配合割合に応じて適宜選択することができるが、加熱乾燥温度は、通常は30〜150℃、加熱乾燥時間は、通常は0.5〜90分間である。
前記フィルム積層法は、第1塗工液を、樹脂フィルムや金属フィルムなどの上に塗布した後に加熱乾燥により溶媒を除去してBステージフィルムを得、次いで、このBステージフィルムを基板上に積層する方法である。加熱乾燥条件は、各成分の種類や配合割合に応じて適宜選択することができるが、加熱温度は、通常、30〜150℃であり、加熱時間は、通常、0.5〜90分間である。フィルム積層は、加圧ラミネータ、プレス、真空ラミネータ、真空プレス、ロールラミネータなどの圧着機を用いて行うことができる。
The method for forming the first insulating layer is not particularly limited, and examples thereof include a coating method and a film lamination method.
The coating method is a method in which the first coating liquid is applied on the substrate on which the gate electrode is formed, and then the solvent is removed by heating and drying. Examples of the method for applying the first coating liquid on the substrate include spraying, spin coating, roll coating, die coating, doctor blade, spin coating, bar coating, and screen printing. Can do. Although it can select suitably according to the kind and compounding ratio of each component, heat drying temperature is 30-150 degreeC normally, and heat drying time is 0.5 to 90 minutes normally.
In the film laminating method, the first coating liquid is applied on a resin film, a metal film, etc., and then the solvent is removed by heating and drying to obtain a B stage film, and then the B stage film is laminated on the substrate. It is a method to do. The heating and drying conditions can be appropriately selected according to the type and mixing ratio of each component, but the heating temperature is usually 30 to 150 ° C., and the heating time is usually 0.5 to 90 minutes. . Film lamination can be performed using a pressure bonding machine such as a pressure laminator, press, vacuum laminator, vacuum press, roll laminator and the like.

第1塗工液が架橋剤を含むものである場合、樹脂膜を得た後、樹脂の架橋反応を行うのが好ましい。基板上に形成された樹脂膜を架橋する方法は、使用した架橋剤の種類に応じて適宜選択することができるが、通常は加熱により行う。加熱は、例えば、ホットプレート、オーブンなどを用いて行うことができる。加熱温度は、通常は180〜250℃であるのが好ましく、加熱時間は、樹脂膜の大きさ、厚さ、使用機器などに応じて適宜選択することができる。例えば、ホットプレートを用いる場合は、通常は5〜60分間、オーブンを用いる場合は、通常は30〜90分間であるのが好ましい。加熱は、所望により、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンなどなどの不活性ガス雰囲気下で行うことができる。   When the first coating liquid contains a cross-linking agent, it is preferable to perform a cross-linking reaction of the resin after obtaining the resin film. The method of crosslinking the resin film formed on the substrate can be appropriately selected according to the type of the crosslinking agent used, but is usually performed by heating. The heating can be performed using, for example, a hot plate or an oven. The heating temperature is usually preferably 180 to 250 ° C., and the heating time can be appropriately selected according to the size, thickness, equipment used, and the like of the resin film. For example, when a hot plate is used, it is usually preferably 5 to 60 minutes, and when an oven is used, it is usually preferably 30 to 90 minutes. If desired, the heating can be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, neon, xenon, krypton, or the like.

第2の絶縁層は、第2塗工液を用い、第1の絶縁層を形成する方法と同様にして、例えば、塗布法やフィルム積層法などにより、第1の絶縁層上に形成する。極性基含有脂環式オレフィン樹脂を含む第2塗工液を用いて絶縁層を形成することで、容易に優れた平坦性を有する第2の絶縁層が得られる。次いで、第2の絶縁層上に有機半導体層を形成すれば、第2の絶縁層と有機半導体層との界面は、前記所定の算術平均粗さRaを満たすことになる。
なお、第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaは、第2の絶縁層を形成した後の当該絶縁層の表面の算術平均粗さRaと同様となるので、第2の絶縁層の表面の算術平均粗さRaを測定することにより、第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaを知ることができる。一方、第2の絶縁層上に有機半導体層を形成した後においては、該絶縁層及び該有機半導体層に対し垂直な方向での有機薄膜トランジスタの断面を得、当該断面に基づき、FIBを用いて第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaを測定することができる。
The second insulating layer is formed on the first insulating layer by using, for example, a coating method or a film lamination method in the same manner as the method for forming the first insulating layer using the second coating liquid. By forming the insulating layer using the second coating liquid containing the polar group-containing alicyclic olefin resin, a second insulating layer having excellent flatness can be easily obtained. Next, when an organic semiconductor layer is formed on the second insulating layer, the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer satisfies the predetermined arithmetic average roughness Ra.
The arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is the same as the arithmetic average roughness Ra of the surface of the insulating layer after the second insulating layer is formed. By measuring the arithmetic average roughness Ra of the surface of the second insulating layer, the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer can be known. On the other hand, after the organic semiconductor layer is formed on the second insulating layer, a cross section of the organic thin film transistor in a direction perpendicular to the insulating layer and the organic semiconductor layer is obtained, and the FIB is used based on the cross section. The arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer can be measured.

第1及び第2の絶縁層の形成方法として上記した方法は、いわゆる湿式法であるが、例えば、公知の方法に従って、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、化学気相成長法(CVD)、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法などの、いわゆる乾式法により該絶縁層を形成してもよい。   The above-described method for forming the first and second insulating layers is a so-called wet method. For example, according to a known method, a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method are used. Alternatively, the insulating layer may be formed by a so-called dry method such as ion plating, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, plasma polymerization, electrolytic polymerization, or chemical polymerization.

本発明において、前記基板やゲート絶縁層の形成に好適に用いられる脂環式オレフィン樹脂とは、主鎖及び/又は側鎖にシクロアルカン構造を有する重合体である。該脂環式オレフィン樹脂は、環構造と炭素−炭素二重結合とを有するオレフィン単量体(以下、環状オレフィン単量体という。)を重合し、必要に応じて不飽和結合部分及び/又は芳香環部分を水素化することにより得られるものであり、環状オレフィン単量体単位を構造単位として有する。本明細書において環状オレフィン単量体単位には、水素化後の環状オレフィン単量体単位も含む。環状オレフィン単量体中の環構造としては、例えば、シクロアルカン構造、シクロアルケン構造及び芳香環構造などが挙げられる。また、環構造は、単環であっても、多環(縮合多環、橋架け環、これらの組み合わせ多環など)であってもよい。環構造を構成する炭素原子数は、特に限定はないが、通常、4〜30個、好ましくは5〜20個、より好ましくは5〜15個である。   In the present invention, the alicyclic olefin resin suitably used for forming the substrate and the gate insulating layer is a polymer having a cycloalkane structure in the main chain and / or side chain. The alicyclic olefin resin polymerizes an olefin monomer having a ring structure and a carbon-carbon double bond (hereinafter referred to as a cyclic olefin monomer), and if necessary, an unsaturated bond moiety and / or It is obtained by hydrogenating an aromatic ring part, and has a cyclic olefin monomer unit as a structural unit. In the present specification, the cyclic olefin monomer unit includes a cyclic olefin monomer unit after hydrogenation. Examples of the ring structure in the cyclic olefin monomer include a cycloalkane structure, a cycloalkene structure, and an aromatic ring structure. In addition, the ring structure may be monocyclic or polycyclic (fused polycyclic, bridged ring, combined polycyclic, etc.). The number of carbon atoms constituting the ring structure is not particularly limited, but is usually 4 to 30, preferably 5 to 20, and more preferably 5 to 15.

脂環式オレフィン樹脂は、環状オレフィン単量体以外の単量体単位を構造単位として有していてもよい。脂環式オレフィン樹脂の全構成単量体単位中、環状オレフィン単量体単位の割合は、所望により適宜選択されるが、通常、30〜100重量%、好ましくは50〜100重量%、より好ましくは70〜100重量%である。   The alicyclic olefin resin may have a monomer unit other than the cyclic olefin monomer as a structural unit. The proportion of the cyclic olefin monomer unit in all the constituent monomer units of the alicyclic olefin resin is appropriately selected as desired, but is usually 30 to 100% by weight, preferably 50 to 100% by weight, more preferably. Is 70 to 100% by weight.

前記脂環式オレフィン樹脂としては極性基含有脂環式オレフィン樹脂が好適である。極性基含有脂環式オレフィン樹脂は第2の絶縁層の必須成分として使用される。極性基含有脂環式オレフィン樹脂中の極性基の存在割合は特に限定されるものではない。極性基は、脂環式オレフィン樹脂の構成単量体単位の総モル数中、通常、30〜100モル%、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%の構成単量体単位に存在するのがよい。各構成単量体単位に存在する極性基の種類や数に特に限定はない。 A polar group-containing alicyclic olefin resin is suitable as the alicyclic olefin resin. The polar group-containing alicyclic olefin resin is used as an essential component of the second insulating layer. The proportion of polar groups present in the polar group-containing alicyclic olefin resin is not particularly limited. The polar group is usually 30 to 100 mol%, preferably 50 to 100 mol%, more preferably 70 to 100 mol% of the constituent monomer in the total number of constituent monomer units of the alicyclic olefin resin. It should be present in the unit. There is no particular limitation on the type and number of polar groups present in each constituent monomer unit.

前記極性基としては、例えば、カルボキシル基(ヒドロキシカルボニル基)、アルコキシカルボニル基、ジカルボン酸無水物基(カルボニルオキシカルボニル基)、水酸基(ヒドロキシル基)、ニトリル基、エポキシ基、オキセタニル基、及びイミド基などが挙げられる。
例えば、極性基が水酸基である例としては、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシフェニルアルキル基などのフェノール性水酸基を含む置換基;ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシアルコキシル基、ヒドロキシアルコキシカルボニル基などのアルコール性水酸基を含む置換基;が挙げられ、ヒドロキシメトキシル基及びヒドロキシエトキシル基などが好ましい。
極性基がイミド基である例としては、N−フェニルジカルボキシイミド基などが挙げられる。
Examples of the polar group include a carboxyl group (hydroxycarbonyl group), an alkoxycarbonyl group, a dicarboxylic anhydride group (carbonyloxycarbonyl group), a hydroxyl group (hydroxyl group), a nitrile group, an epoxy group, an oxetanyl group, and an imide group. Etc.
For example, as an example where the polar group is a hydroxyl group, a substituent containing a phenolic hydroxyl group such as a hydroxyphenyl group or a hydroxyphenylalkyl group; a substitution containing an alcoholic hydroxyl group such as a hydroxyalkyl group, a hydroxyalkoxyl group or a hydroxyalkoxycarbonyl group A hydroxymethoxy group and a hydroxyethoxyl group are preferable.
Examples of the polar group being an imide group include an N-phenyldicarboximide group.

脂環式オレフィン樹脂は前記のような極性基を1種類だけ有していてもよいし、2種類以上有していてもよく、2種類以上有するのが好ましい。中でも、カルボキシル基とイミド基とを併有するのがより好ましい。   The alicyclic olefin resin may have only one kind of polar group as described above, may have two or more kinds, and preferably has two or more kinds. Among these, it is more preferable to have both a carboxyl group and an imide group.

本発明において極性基含有脂環式オレフィン樹脂としては、例えば、以下の式(I)で表される構造単位、及び/又は、式(II)で表される構造単位を有するものが好適であり、前記両構造単位を有するものがより好適である。   As the polar group-containing alicyclic olefin resin in the present invention, for example, those having a structural unit represented by the following formula (I) and / or a structural unit represented by the formula (II) are suitable. Those having both the structural units are more preferred.

Figure 2008130910
Figure 2008130910

〔式(I)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子又は-Xn-R'(Xは二価の有機基であり、nは0又は1であり、R'は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよい芳香族基、又は極性基である。)であり、R1〜R4のうち少なくとも1つは、R'が極性基である-Xn-R'であり、mは0〜2の整数である。〕 Wherein (I), R 1 ~R 4 are each independently a hydrogen atom or -X n -R '(X is a divalent organic group, n is 0 or 1, R' is , An optionally substituted alkyl group, an optionally substituted aromatic group, or a polar group), and at least one of R 1 to R 4 is R ′. Is a polar group —X n —R ′, and m is an integer of 0-2. ]

Figure 2008130910
Figure 2008130910

〔式(II)中、R5とR6は、それらが結合する2つの炭素原子と一緒になって、置換基を有していてもよい、酸素原子又は窒素原子を含む、3員又は5員複素環構造を形成し、kは0〜2の整数である。〕 [In the formula (II), R 5 and R 6 together with the two carbon atoms to which they are bonded contain an oxygen atom or a nitrogen atom which may have a substituent, or It forms a membered heterocyclic structure, and k is an integer of 0-2. ]

前記一般式(I)において、Xで示される二価の有機基としては、例えば、メチレン基、エチレン基及びカルボニル基などが挙げられる。R'で示される置換基を有していてもよいアルキル基は、通常、直鎖又は分岐鎖の炭素数1〜7のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。置換基を有していてもよい芳香族基は、通常、炭素数6〜10の芳香族基であり、例えば、フェニル基及びベンジル基などが挙げられる。極性基としては、例えば、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、水酸基、ニトリル基、エポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。アルコキシカルボニル基は、通常、置換基を有していてもよい、直鎖又は分岐鎖の炭素数1〜7のアルキル鎖部分を有するアルコキシカルボニル基であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基などが挙げられる。これらの基の置換基としては、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、イソブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基;フェニル基、キシリル基、トリル基、ナフチル基等の炭素数6〜12のアリール基;などが挙げられる。   In the general formula (I), examples of the divalent organic group represented by X include a methylene group, an ethylene group, and a carbonyl group. The alkyl group which may have a substituent represented by R ′ is usually a linear or branched alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, An isopropyl group etc. are mentioned. The aromatic group that may have a substituent is usually an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group and a benzyl group. Examples of the polar group include a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a hydroxyl group, a nitrile group, an epoxy group, and an oxetanyl group. The alkoxycarbonyl group is usually an alkoxycarbonyl group having a linear or branched alkyl chain portion having 1 to 7 carbon atoms which may have a substituent, such as a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, An isobutoxycarbonyl group etc. are mentioned. Examples of substituents for these groups include alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, and isobutyl; phenyl, xylyl, tolyl, And aryl groups having 6 to 12 carbon atoms such as naphthyl group.

前記一般式(II)において、R5とR6が、それらが結合する2つの炭素原子と一緒になって、置換基を有していてもよい、酸素原子又は窒素原子を含んで形成する3員複素環構造としては、例えば、エポキシ構造などが挙げられる。また、R5とR6が、それらが結合する2つの炭素原子と一緒になって、置換基を有していてもよい、酸素原子又は窒素原子を含んで形成する5員複素環構造としては、例えば、ジカルボン酸無水物構造〔−C(O)−O−C(O)−〕及びジカルボキシイミド構造〔−C(O)−N−C(O)−〕などが挙げられる。酸素原子又は窒素原子の置換基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基などが挙げられる。 In the general formula (II), R 5 and R 6 are formed together with two carbon atoms to which they are bonded to each other, and may contain an oxygen atom or a nitrogen atom which may have a substituent 3 Examples of the membered heterocyclic structure include an epoxy structure. In addition, as a 5-membered heterocyclic structure formed by including an oxygen atom or a nitrogen atom, R 5 and R 6 together with two carbon atoms to which they are bonded may have a substituent, Examples thereof include a dicarboxylic anhydride structure [—C (O) —O—C (O) —] and a dicarboximide structure [—C (O) —N—C (O) —]. As a substituent of an oxygen atom or a nitrogen atom, a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group etc. are mentioned, for example.

前記式(I)で表される構造単位、及び式(II)で表される構造単位は、いずれも環状オレフィン単量体単位である。極性基含有脂環式オレフィン樹脂の全構造単位中、前記式(I)で表される構造単位、及び/又は前記式(II)で表される構造単位の割合は、通常、30〜100重量%、好ましくは50〜100重量%、より好ましくは70〜100重量%である。両構造単位が含まれる場合、前記式(I)で表される構造単位と前記式(II)で表される構造単位との量比〔式(I)の構造単位:式(II)の構造単位〕は重量比で10:90〜90:10であるのが好ましく、50:50〜80:20であるのがより好ましい。   The structural unit represented by the formula (I) and the structural unit represented by the formula (II) are both cyclic olefin monomer units. The ratio of the structural unit represented by the formula (I) and / or the structural unit represented by the formula (II) in the total structural units of the polar group-containing alicyclic olefin resin is usually 30 to 100 weights. %, Preferably 50 to 100% by weight, more preferably 70 to 100% by weight. When both structural units are included, the quantitative ratio of the structural unit represented by the formula (I) and the structural unit represented by the formula (II) [the structural unit of the formula (I): the structure of the formula (II) The unit] is preferably 10:90 to 90:10 by weight, and more preferably 50:50 to 80:20.

その他、本発明において好適に使用される極性基含有脂環式オレフィン樹脂としては、例えば、前記極性基を有する、単環シクロアルケンの重合体及びその水素化物;脂環式共役ジエン系単量体の重合体及びその水素化物;ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びその水素化物;芳香族ビニル化合物の重合体の芳香環の水素化物;などが挙げられる。   Other examples of the polar group-containing alicyclic olefin resin suitably used in the present invention include, for example, a polymer of a monocyclic cycloalkene and a hydride thereof having the polar group; an alicyclic conjugated diene monomer. And polymers thereof and hydrides thereof; polymers of vinyl alicyclic hydrocarbon monomers and hydrides thereof; hydrides of aromatic rings of polymers of aromatic vinyl compounds; and the like.

極性基含有脂環式オレフィン樹脂は、例えば、極性基を有する環状オレフィン単量体(以下、極性基含有環状オレフィン単量体という。)を、又は極性基含有環状オレフィン単量体と当該環状オレフィン単量体と重合可能なその他の単量体とを、公知の方法に従って付加重合又は開環重合し、所望により水素添加することにより得られる。極性基は、環状オレフィン単量体の他、前記その他の単量体に存在していてもよい。その他の単量体に極性基が存在する場合、環状オレフィン単量体に極性基が存在していなくてもよい。   The polar group-containing alicyclic olefin resin is, for example, a cyclic olefin monomer having a polar group (hereinafter referred to as a polar group-containing cyclic olefin monomer), or a polar group-containing cyclic olefin monomer and the cyclic olefin. It can be obtained by subjecting the monomer and other polymerizable monomer to addition polymerization or ring-opening polymerization according to a known method, and optionally hydrogenating. The polar group may be present in the other monomer in addition to the cyclic olefin monomer. When the polar group is present in the other monomer, the polar group may not be present in the cyclic olefin monomer.

極性基含有環状オレフィン単量体としては、例えば、5−ヒドロキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチル−5−ヒドロキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシメチル−5−ヒドロキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、8−メチル−8−ヒドロキシカルボニルテトラシクロ
[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン、8−カルボキシメチル−8−ヒドロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エンなどの1つのカルボキシル基を有する環状オレフィン単量体;5−エキソ−6−エンド−ジヒドロキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、8−エキソ−9−エンド−ジヒドロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−5,6−ジカルボン酸無水物、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン−8,9−ジカルボン酸無水物、ヘキサシクロ[6.6.1.13,6.110,13.02,7.09,14]ヘプタデカ−4−エン−11,12−ジカルボン酸無水物などの2つのカルボキシル基を有する環状オレフィン単量体;5−(4−ヒドロキシフェニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチル−5−(4−ヒドロキシフェニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシメチル−5−(4−ヒドロキシフェニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、8−メチル−8−(4−ヒドロキシフェニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン、8−カルボキシメチル−8−(4−ヒドロキシフェニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]デカ−3−エンなどの1つのヒドロキシフェニル基を有する環状オレフィン単量体;N−(4−フェニル)−(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド)などのN−置換イミド基含有環状オレフィン単量体;等が挙げられる。これらの単量体は、それぞれ単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
Examples of the polar group-containing cyclic olefin monomer include 5-hydroxycarbonylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 5-methyl-5-hydroxycarbonylbicyclo [2.2.1] hept-2. -Ene, 5-carboxymethyl-5-hydroxycarbonylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 8-methyl-8-hydroxycarbonyltetracyclo
[4.4.0.1 2,5 .1 7,10] dodeca-3-ene, 8-carboxymethyl-8-hydroxycarbonyl tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10 ] Cyclic olefin monomers having one carboxyl group such as dodec-3-ene; 5-exo-6-endo-dihydroxycarbonylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 8-exo-9- end - dihydroxy carbonyl tetracyclo [4.4.0.1 2, 5 .1 7,10] dodeca-3-ene, bicyclo [2.2.1] hept-2-ene-5,6-dicarboxylic acid anhydride things, tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10] dodeca-3-ene-8,9-dicarboxylic anhydride, hexacyclo [6.6.1.1 3,6 .1 10 13 .0 2,7 .0 9,14] heptadec-4-ene-11,12-cyclic olefin monomer having two carboxyl groups, such as dicarboxylic anhydrides; 5- (4-hydroxyphenyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 5-methyl-5- (4-hydroxyphenyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 5-carboxymethyl -5- (4-hydroxyphenyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-ene, 8-methyl-8- (4-hydroxyphenyl) tetracyclo [4.4.0.1 2, 5 .1 7 , 10] dodeca-3-ene, 8-carboxy-methyl-8- (4-hydroxyphenyl) tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10] dec-3-one hydroxy, such ene And cyclic olefin monomers having a phenyl group; N-substituted imide group-containing cyclic olefin monomers such as N- (4-phenyl)-(5-norbornene-2,3-dicarboximide); and the like. These monomers can be used alone or in admixture of two or more.

上記環状オレフィン単量体と重合可能なその他の単量体としては、例えば、エチレン;プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、3-エチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、4,4-ジメチル-1-ヘキセン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、4-エチル-1-ヘキセン、3-エチル-1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、及び1-エイコセン等の炭素数2〜20のα-オレフィン;1,4-ヘキサジエン、4-メチル-1,4-ヘキサジエン、5-メチル-1,4-ヘキサジエン、及び1,7-オクタジエン等の非共役ジエン等、並びに極性基で置換されたこれらの単量体の置換体などが挙げられる。これらの単量体は、それぞれ単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。   Examples of other monomers that can be polymerized with the cyclic olefin monomer include ethylene; propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, and 3-methyl-1-. Pentene, 3-ethyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-pentene, 4-ethyl- Α-C2-C20 such as 1-hexene, 3-ethyl-1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-octadecene and 1-eicosene Olefin; non-conjugated dienes such as 1,4-hexadiene, 4-methyl-1,4-hexadiene, 5-methyl-1,4-hexadiene, and 1,7-octadiene, and those substituted with polar groups Examples include monomer substitution products. These monomers can be used alone or in admixture of two or more.

本発明に用いる脂環式オレフィン樹脂は、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が1,000〜1,000,000であることが好ましく、5,000〜500,000であることがより好ましく、10,000〜250,000であることがさらに好ましい。脂環式オレフィン樹脂の重量平均分子量(Mw)が1,000〜1,000,000であると、耐湿熱性、密着性、表面平滑性などがバランスされた樹脂膜を形成することができる。脂環式オレフィン樹脂の分子量分布としては、THFを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定される重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることがさらに好ましい。   The cycloaliphatic olefin resin used in the present invention has a polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 1,000,000 as measured by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent. It is preferably 5,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 250,000. When the weight average molecular weight (Mw) of the alicyclic olefin resin is 1,000 to 1,000,000, it is possible to form a resin film in which wet heat resistance, adhesion, surface smoothness and the like are balanced. As the molecular weight distribution of the alicyclic olefin resin, the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) measured by gel permeation chromatography using THF as a solvent is 5 or less. Preferably, it is 4 or less, more preferably 3 or less.

本発明の有機薄膜トランジスタには、保護層をさらに設けることができる。保護層を設けることにより、有機半導体層の空気による劣化や、製造時に用いる塗布溶媒などによる劣化を防いで、トランジスタとしての特性の低下を抑えることができる。
保護層としては、有機薄膜トランジスタの製造過程や製造後において有機半導体層へ悪影響を与えない材料を用いることが好ましい。保護層に用いる材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸2−ヒドロキシエチルなどのアクリル系ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂及びこれらのコポリマーなどから適宜選択することができる。
保護層のその他の材料として、無機酸化物、無機窒化物、その他の無機物を含有する材料を挙げることができる。無機酸化物としては、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、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどを挙げることができる。これらの中で、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンを好適に用いることができる。無機窒化物としては、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどを挙げることができる。その他の無機物としては、例えば、イオナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト、スインホルダイト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、ボルコンスコアイトなどのスメクタイト族層状珪酸塩化合物などを挙げることができる。
The organic thin film transistor of the present invention can further be provided with a protective layer. By providing the protective layer, deterioration of the organic semiconductor layer due to air and deterioration due to a coating solvent used at the time of manufacturing can be prevented, and deterioration of characteristics as a transistor can be suppressed.
As the protective layer, it is preferable to use a material that does not adversely affect the organic semiconductor layer during the manufacturing process of the organic thin film transistor or after the manufacturing. Examples of the material used for the protective layer include acrylic polymers such as polymethyl methacrylate and poly 2-hydroxyethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, urethane resin, polyester resin, polyolefin resin, and copolymers thereof. It can be appropriately selected from the above.
Examples of other materials for the protective layer include inorganic oxides, inorganic nitrides, and other materials containing inorganic substances. Examples of inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, titanate Examples include strontium, barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Among these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide can be preferably used. Examples of the inorganic nitride include silicon nitride and aluminum nitride. Examples of other inorganic substances include smectite layered silicate compounds such as ionite, saponite, hectorite, sauconite, stevensite, spinolite, montmorillonite, beidellite, nontronite, and bolconscoreite.

本発明において、保護層を形成する方法に特に制限はなく、例えば、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、化学気相成長法(CVD)、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などの乾式法や、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などの湿式法などを挙げることができる。また、製膜工程に加熱焼成過程などを加えることもできる。保護層の膜厚は、0.1〜10μmであることが好ましい。   In the present invention, the method for forming the protective layer is not particularly limited, and for example, vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, chemical vapor deposition (CVD) ), Dry methods such as sputtering method, atmospheric pressure plasma method, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, etc., A wet method such as a method by patterning such as printing or ink jet can be used. Further, a heating and baking process can be added to the film forming process. The thickness of the protective layer is preferably 0.1 to 10 μm.

本発明の有機薄膜トランジスタは、例えば、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの平面表示装置の製造に好適に用いられる。   The organic thin-film transistor of this invention is used suitably for manufacture of flat display apparatuses, such as a liquid crystal display device and an organic electroluminescent display apparatus, for example.

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
第1の絶縁層がチタン酸バリウム微粒子と極性基(カルボキシル基;以下、同様)含有脂環式オレフィン樹脂との混合物で形成されており、第2の絶縁層が極性基含有脂環式オレフィン樹脂で形成されている有機薄膜トランジスタを作製した。
8−カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン58.4重量%、N−フェニル−(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド)38.9重量%及び1,5−ヘキサジエン2.7重量%の共重合体の水素添加物[日本ゼオン(株)]35重量部、架橋剤として脂環式構造を有する多官能エポキシ化合物[ダイセル化学工業(株)、EHPE3150(製品名)、分子量約2,700、エポキシ基数15]25重量部、老化防止剤として(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル/トリデシル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート5重量部、接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5重量部、無機微粒子として平均粒子径30nmのチタン酸バリウム[共立マテリアル(株)、アルコキシド法チタン酸バリウム]50重量部及びシリコーン系界面活性剤[信越化学工業(株)、KP341(製品名)]0.05重量部を混合し、さらにジエチレングリコールエチルメチルエーテル157重量部及びN−メチル−2−ピロリドン8重量部を添加して撹拌混合し、第1塗工液を調製した。第1塗工液から形成されるチタン酸バリウムを含む樹脂膜の比誘電率をインピーダンスアナライザ[(株)東陽テクニカ、1260型]を用いて、25℃、100kHzで測定したところ、11.2であった。
第2塗工液は、チタン酸バリウムを用いないこと以外は前記第1塗工液と同様にして調製した。第2塗工液から形成される樹脂膜の比誘電率を同様にして測定したところ、2.8であった。
25mm×10mm×1mmのガラス基板[コーニング社、コーニング1737(製品名)]上に、真空度が1×10-2Pa未満、基板温度が室温で、アルミニウムを膜厚200nmに蒸着し、ゲート電極を形成した。
このガラス基板上に、上記の第1塗工液を、回転数2,000rpmで30秒間スピンコートし、溶媒を蒸発させ、ホットプレートを用いて85℃で2分間プリベークして、膜厚300nmの第1の絶縁層を形成し、さらにオーブンを用いて230℃で15分間加熱してポストベークを行った。
第1の絶縁層の上に、上記の第2塗工液を、回転数5,000rpmで30秒間スピンコートし、溶媒を蒸発させて、膜厚200nmの第2の絶縁層を形成した。集束イオンビーム装置(FIB)[日立製作所製、FB−2100]を用いて、第2の絶縁層の算術平均粗さRaを測定したところ、3nmであった。
第2の絶縁層の上に、ペンタセンを、真空度が1×10-3Pa未満、基板温度が室温、蒸着温度が185℃、蒸着速度が0.06nm/sで、膜厚50nmに蒸着して、有機半導体層を形成した。さらに、有機半導体層をメタルマスクで覆い、金を、真空度が1×10-2Pa未満、基板温度が室温で、膜厚200nmに蒸着して、ソース電極及びドレイン電極(W=5mm;L=20〜70μm)を形成し、有機薄膜トランジスタを得た。
得られた有機薄膜トランジスタについて、半導体テスター[(株)アドバンテスト、R6425]を用いて電気的特性を評価した。リーク電流は1.0×10-10A/cm2であり、オン/オフ比は1.0×105であった。
実施例2
第1の絶縁層がチタン酸バリウム微粒子とアクリル樹脂との混合物で形成されており、第2の絶縁層が極性基含有脂環式オレフィン樹脂で形成されている有機薄膜トランジスタを作製した。
アクリル樹脂溶液[ダイセル化学工業社製、商品名「サイクロマーPACA200M」]100重量部とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート400重量部の混合液に平均粒子径30nmのチタン酸バリウム[共立マテリアル(株)、アルコキシド法チタン酸バリウム]80重量部を混合することにより得られた第1塗工液を用い、その他は実施例1に準じて有機薄膜トランジスタを作製し、評価を行った。
第1塗工液から形成されるチタン酸バリウムを含む樹脂膜の比誘電率は16であった。第2の絶縁層の算術平均粗さRaは8nmであった。有機薄膜トランジスタのリーク電流は5.0×10-10A/cm2であり、オン/オフ比は5.0×105であった。
Example 1
The first insulating layer is formed of a mixture of barium titanate fine particles and a polar group (carboxyl group; hereinafter the same) -containing alicyclic olefin resin, and the second insulating layer is a polar group-containing alicyclic olefin resin. The organic thin-film transistor currently formed by this was produced.
8- carboxy tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10] dodeca-3-ene 58.4 wt%, N-phenyl - (5-norbornene-2,3-dicarboximide) Hydrogenated product of copolymer of 38.9% by weight and 1,5-hexadiene 2.7% by weight [Nippon Zeon Co., Ltd.], polyfunctional epoxy compound having an alicyclic structure as a crosslinking agent [Daicel Chemical Industry Co., Ltd., EHPE3150 (product name), molecular weight of about 2,700, number of epoxy groups 15] 25 parts by weight, (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl / tridecyl)- 1,2,3,4-butanetetracarboxylate 5 parts by weight, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane 5 parts by weight as an adhesion aid, barium titanate having an average particle size of 30 nm as inorganic fine particles [Kyoritsu Material Co., Ltd. Alkoxide method titanic acid 50 parts by weight of a lithium and a silicone surfactant [Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KP341 (product name)] 0.05 parts by weight were mixed, and 157 parts by weight of diethylene glycol ethyl methyl ether and N-methyl-2-pyrrolidone were mixed. 8 parts by weight was added and mixed by stirring to prepare a first coating solution. The relative dielectric constant of the resin film containing barium titanate formed from the first coating solution was measured at 25 ° C. and 100 kHz using an impedance analyzer [Toyo Technica Co., Ltd., Model 1260]. there were.
The second coating solution was prepared in the same manner as the first coating solution except that barium titanate was not used. When the relative dielectric constant of the resin film formed from the second coating solution was measured in the same manner, it was 2.8.
On a glass substrate of 25 mm × 10 mm × 1 mm [Corning, Corning 1737 (product name)], the degree of vacuum is less than 1 × 10 −2 Pa, the substrate temperature is room temperature, aluminum is deposited to a film thickness of 200 nm, and the gate electrode Formed.
On this glass substrate, the above-mentioned first coating solution was spin-coated at a rotation speed of 2,000 rpm for 30 seconds, the solvent was evaporated, and prebaked at 85 ° C. for 2 minutes using a hot plate, A first insulating layer was formed and further post-baked by heating at 230 ° C. for 15 minutes using an oven.
On the 1st insulating layer, said 2nd coating liquid was spin-coated for 30 second at the rotation speed of 5,000 rpm, the solvent was evaporated, and the 2nd insulating layer with a film thickness of 200 nm was formed. When the arithmetic average roughness Ra of the second insulating layer was measured using a focused ion beam apparatus (FIB) [manufactured by Hitachi, Ltd., FB-2100], it was 3 nm.
On the second insulating layer, pentacene was deposited to a film thickness of 50 nm with a degree of vacuum of less than 1 × 10 −3 Pa, a substrate temperature of room temperature, a deposition temperature of 185 ° C., a deposition rate of 0.06 nm / s. Thus, an organic semiconductor layer was formed. Further, the organic semiconductor layer is covered with a metal mask, and gold is deposited to a thickness of 200 nm at a vacuum of less than 1 × 10 −2 Pa, a substrate temperature of room temperature, and a source electrode and a drain electrode (W = 5 mm; L = 20 to 70 μm), and an organic thin film transistor was obtained.
About the obtained organic thin-film transistor, the electrical property was evaluated using the semiconductor tester [Corporation | KK ADVANTEST, R6425]. The leakage current was 1.0 × 10 −10 A / cm 2 and the on / off ratio was 1.0 × 10 5 .
Example 2
An organic thin film transistor was produced in which the first insulating layer was formed of a mixture of barium titanate fine particles and an acrylic resin, and the second insulating layer was formed of a polar group-containing alicyclic olefin resin.
Barium titanate with an average particle size of 30 nm [Kyoritsu Material Co., Ltd., alkoxide] in a mixture of 100 parts by weight of an acrylic resin solution [Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name “Cyclomer PACA200M”] and 400 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate [Method Barium Titanate] Using the first coating liquid obtained by mixing 80 parts by weight, the others were prepared according to Example 1 and evaluated.
The relative dielectric constant of the resin film containing barium titanate formed from the first coating solution was 16. The arithmetic average roughness Ra of the second insulating layer was 8 nm. The leakage current of the organic thin film transistor was 5.0 × 10 −10 A / cm 2 , and the on / off ratio was 5.0 × 10 5 .

比較例1
絶縁層が、チタン酸バリウム微粒子を含有しない極性基含有脂環式オレフィン樹脂からなる1層のみである有機薄膜トランジスタを作製した。
8−カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン58.4重量%、N−フェニル−(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド)38.9重量%及び1,5−ヘキサジエン2.7重量%の共重合体の水素添加物[日本ゼオン(株)]35重量部、架橋剤として脂環式構造を有する多官能エポキシ化合物[ダイセル化学工業(株)、EHPE3150(製品名)、分子量約2,700、エポキシ基数15]25重量部、老化防止剤として(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル/トリデシル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート5重量部、接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5重量部及びシリコーン系界面活性剤[信越化学工業(株)、KP341(製品名)]0.05重量部を混合し、さらにジエチレングリコールエチルメチルエーテル157重量部及びN−メチル−2−ピロリドン8重量部を添加して撹拌混合し、塗工液を調製した。この塗工液から形成されるチタン酸バリウムを含まない樹脂膜の25℃、100kHzで測定した比誘電率は2.8であった。
25mm×10mm×1mmのガラス基板[コーニング社、コーニング1737(製品名)]上に、真空度が1×10-2Pa未満、基板温度が室温で、アルミニウムを膜厚200nmに蒸着し、ゲート電極を形成した。
このガラス基板に、上記の塗工液を、回転数1,700rpmで30秒間スピンコートし、溶媒を蒸発させ、ホットプレートを用いて85℃で2分間プリベークして、膜厚300nmの絶縁層を形成し、さらにオーブンを用いて230℃で15分間加熱してポストベークを行い、絶縁層を形成した。実施例1と同様にして、絶縁層の算術平均粗さRaを測定したところ、3nmであった。
絶縁層の上に、ペンタセンを、真空度が1×10-3Pa未満、基板温度が室温、蒸着温度が185℃、蒸着速度が0.06nm/sで、膜厚50nmに蒸着して、有機半導体層を形成した。さらに、有機半導体層をメタルマスクで覆い、金を、真空度が1×10-2Pa未満、基板温度が室温で、膜厚200nmに蒸着して、ソース電極及びドレイン電極(W=5mm;L=20〜70μm)を形成し、有機薄膜トランジスタを得た。
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様にして、電気的特性を評価した。リーク電流は2.0×10-9A/cm2であり、オン/オフ比は1.0×104であった。
比較例2
第1の絶縁層がチタン酸バリウム微粒子を含有しないアクリル樹脂であり、第2の絶縁層が極性基含有脂環式オレフィン樹脂である有機薄膜トランジスタを作製した。
第1塗工液として、アクリル樹脂溶液[ダイセル化学工業社製、商品名「サイクロマーPACA200M」]を用い、その他は実施例1に準じて有機薄膜トランジスタを作製し、評価を行った。
第1塗工液から形成されるチタン酸バリウムを含まない樹脂膜の比誘電率は3.6であった。第2の絶縁層の算術平均粗さRaは3nmであった。有機薄膜トランジスタのリーク電流は5.0×10-8A/cm2であり、オン/オフ比は1.0×104であった。
比較例3
第1の絶縁層がチタン酸バリウム微粒子とアクリル樹脂との混合物で形成されており、第2の絶縁層がアクリル樹脂で形成されている有機薄膜トランジスタを作製した。
第1塗工液として、アクリル樹脂溶液[ダイセル化学工業社製、商品名「サイクロマーPACA200M」]100重量部とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート400重量部との混合液に平均粒子径30nmのチタン酸バリウム[共立マテリアル(株)、アルコキシド法チタン酸バリウム]80重量部を混合した液を用い、第2塗工液として、アクリル樹脂溶液[ダイセル化学工業社製、商品名「サイクロマーPACA200M」]を用い、実施例1に準じて有機薄膜トランジスタを作製し、評価を行った。
第1塗工液から形成されるチタン酸バリウムを含む樹脂膜の比誘電率は18であった。第2の絶縁層の算術平均粗さRaは50nmであった。有機薄膜トランジスタのリーク電流は6.0×10-10A/cm2であり、オン/オフ比は1.0×105であった。
実施例1〜2及び比較例1〜3の結果を、第1表に示す。
Comparative Example 1
An organic thin film transistor was produced in which the insulating layer was only one layer made of a polar group-containing alicyclic olefin resin that did not contain barium titanate fine particles.
8- carboxy tetracyclo [4.4.0.1 2,5 .1 7,10] dodeca-3-ene 58.4 wt%, N-phenyl - (5-norbornene-2,3-dicarboximide) Hydrogenated product of copolymer of 38.9% by weight and 1,5-hexadiene 2.7% by weight [Nippon Zeon Co., Ltd.], polyfunctional epoxy compound having an alicyclic structure as a crosslinking agent [Daicel Chemical Industry Co., Ltd., EHPE3150 (product name), molecular weight of about 2,700, number of epoxy groups 15] 25 parts by weight, (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl / tridecyl)- 1,2,3,4-butanetetracarboxylate 5 parts by weight, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane 5 parts by weight as an adhesion aid and silicone surfactant [Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KP341 (product name )] 0.05 part by weight Stirred and mixed by adding 157 parts by weight of glycol ethyl methyl ether and N- methyl-2-pyrrolidone 8 parts by weight, to prepare a coating liquid. The relative dielectric constant measured at 25 ° C. and 100 kHz of the resin film containing no barium titanate formed from this coating solution was 2.8.
On a glass substrate of 25 mm × 10 mm × 1 mm [Corning, Corning 1737 (product name)], the degree of vacuum is less than 1 × 10 −2 Pa, the substrate temperature is room temperature, aluminum is deposited to a film thickness of 200 nm, and the gate electrode Formed.
This glass substrate is spin-coated with the above coating solution at a rotation speed of 1,700 rpm for 30 seconds, the solvent is evaporated, and prebaked at 85 ° C. for 2 minutes using a hot plate to form an insulating layer having a thickness of 300 nm. Then, it was further post-baked by heating at 230 ° C. for 15 minutes using an oven to form an insulating layer. In the same manner as in Example 1, the arithmetic average roughness Ra of the insulating layer was measured and found to be 3 nm.
On the insulating layer, pentacene is evaporated to a thickness of 50 nm with a degree of vacuum of less than 1 × 10 −3 Pa, a substrate temperature of room temperature, a deposition temperature of 185 ° C., a deposition rate of 0.06 nm / s, and organic A semiconductor layer was formed. Further, the organic semiconductor layer is covered with a metal mask, and gold is deposited to a thickness of 200 nm at a vacuum of less than 1 × 10 −2 Pa, a substrate temperature of room temperature, and a source electrode and a drain electrode (W = 5 mm; L = 20 to 70 μm), and an organic thin film transistor was obtained.
About the obtained organic thin-film transistor, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the electrical property. The leakage current was 2.0 × 10 −9 A / cm 2 and the on / off ratio was 1.0 × 10 4 .
Comparative Example 2
An organic thin film transistor in which the first insulating layer was an acrylic resin containing no barium titanate fine particles and the second insulating layer was a polar group-containing alicyclic olefin resin was produced.
As the first coating liquid, an acrylic resin solution [manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name “Cyclomer PACA200M”] was used, and an organic thin film transistor was prepared according to Example 1 and evaluated.
The relative dielectric constant of the resin film not containing barium titanate formed from the first coating solution was 3.6. The arithmetic average roughness Ra of the second insulating layer was 3 nm. The leakage current of the organic thin film transistor was 5.0 × 10 −8 A / cm 2 , and the on / off ratio was 1.0 × 10 4 .
Comparative Example 3
An organic thin film transistor was produced in which the first insulating layer was formed of a mixture of barium titanate fine particles and an acrylic resin, and the second insulating layer was formed of an acrylic resin.
As a 1st coating liquid, barium titanate with an average particle diameter of 30 nm is added to a mixed solution of 100 parts by weight of an acrylic resin solution [manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name “Cyclomer PACA200M”] and 400 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate. [Kyoritsu Material Co., Ltd., alkoxide-based barium titanate] Using a mixture of 80 parts by weight, an acrylic resin solution [manufactured by Daicel Chemical Industries, trade name “Cyclomer PACA200M”] is used as the second coating liquid. According to Example 1, an organic thin film transistor was produced and evaluated.
The relative dielectric constant of the resin film containing barium titanate formed from the first coating solution was 18. The arithmetic average roughness Ra of the second insulating layer was 50 nm. The leakage current of the organic thin film transistor was 6.0 × 10 −10 A / cm 2 , and the on / off ratio was 1.0 × 10 5 .
The results of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 are shown in Table 1.

Figure 2008130910
Figure 2008130910

第1表に見られるように、ゲート絶縁層が2層構造であり、ゲート電極と接する第1の絶縁層がチタン酸バリウムのナノ粒子と所定の絶縁性有機高分子との混合物で形成されており、第1の絶縁層の比誘電率が、有機半導体層と接する第2の絶縁層の比誘電率より高く、第2の絶縁層が極性基含有脂環式オレフィン樹脂で形成され、当該絶縁層の算術平均粗さRa(第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaと同一)が3nm又は8nmである実施例1及び実施例2の有機薄膜トランジスタは、リーク電流が小さく、オン/オフ比が大きく、優れた性能を有している。
これに対して、第1の絶縁層が無機微粒子を含有しない比較例1と比較例2の有機薄膜トランジスタ、及び、第2の絶縁層がアクリル樹脂で形成され、当該絶縁層の算術平均粗さRaが50nmである比較例3の有機薄膜トランジスタは、リーク電流が大きく、及び/又はオン/オフ比が小さい。
As shown in Table 1, the gate insulating layer has a two-layer structure, and the first insulating layer in contact with the gate electrode is formed of a mixture of barium titanate nanoparticles and a predetermined insulating organic polymer. The dielectric constant of the first insulating layer is higher than the dielectric constant of the second insulating layer in contact with the organic semiconductor layer, and the second insulating layer is formed of a polar group-containing alicyclic olefin resin, The organic thin film transistors of Example 1 and Example 2 in which the arithmetic average roughness Ra of the layer (the same as the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer) is 3 nm or 8 nm have leakage currents Small, large on / off ratio, and excellent performance.
In contrast, the organic thin film transistors of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the first insulating layer does not contain inorganic fine particles and the second insulating layer are formed of an acrylic resin, and the arithmetic average roughness Ra of the insulating layer. The organic thin film transistor of Comparative Example 3 having a thickness of 50 nm has a large leakage current and / or a small on / off ratio.

本発明の有機薄膜トランジスタによれば、例えば、低消費電力で高コントラストな優れた平面表示装置を製造することができる。   According to the organic thin film transistor of the present invention, for example, an excellent flat display device with low power consumption and high contrast can be manufactured.

本発明の有機薄膜トランジスタの一態様の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the one aspect | mode of the organic thin-film transistor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ゲート電極
3 第1の絶縁層
4 第2の絶縁層
5 有機半導体層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 1st insulating layer 4 2nd insulating layer 5 Organic-semiconductor layer 6 Source electrode 7 Drain electrode 8 Protective layer

Claims (7)

基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、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、ゲート絶縁層が、ゲート電極と接する第1の絶縁層と、有機半導体層と接する第2の絶縁層とを有してなり、
(A)第1の絶縁層が絶縁性有機高分子と無機微粒子との混合物で形成されており、かつ第1の絶縁層の比誘電率が第2の絶縁層の比誘電率より高く、
(B)第2の絶縁層が極性基を有する脂環式オレフィン樹脂で形成されており、かつ第2の絶縁層と有機半導体層との界面の算術平均粗さRaが10nm以下である、
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
In an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, the gate insulating layer is in contact with the gate electrode, and the second insulating layer is in contact with the organic semiconductor layer. An insulating layer,
(A) the first insulating layer is formed of a mixture of an insulating organic polymer and inorganic fine particles, and the relative dielectric constant of the first insulating layer is higher than the relative dielectric constant of the second insulating layer;
(B) The second insulating layer is formed of an alicyclic olefin resin having a polar group, and the arithmetic average roughness Ra of the interface between the second insulating layer and the organic semiconductor layer is 10 nm or less.
An organic thin film transistor characterized by the above.
ゲート絶縁層の膜厚が10〜500nmである請求項1記載の有機薄膜トランジスタ。   The organic thin film transistor according to claim 1, wherein the thickness of the gate insulating layer is 10 to 500 nm. 第1の絶縁層の比誘電率が5以上であり、第2の絶縁層の比誘電率が4以下である、請求項1又は2記載の有機薄膜トランジスタ。   The organic thin-film transistor according to claim 1 or 2, wherein the relative dielectric constant of the first insulating layer is 5 or more and the relative dielectric constant of the second insulating layer is 4 or less. 第1の絶縁層における無機微粒子の含有量が、絶縁性有機高分子100重量部に対して50〜500重量部である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   The organic thin-film transistor of any one of Claims 1-3 whose content of the inorganic fine particle in a 1st insulating layer is 50-500 weight part with respect to 100 weight part of insulating organic polymers. 第1の絶縁層の無機微粒子が、無機金属酸化物又は高誘電性絶縁体のナノ粒子である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic fine particles of the first insulating layer are nanoparticles of an inorganic metal oxide or a high dielectric insulator. 第2の絶縁層における極性基を有する脂環式オレフィン樹脂が、以下の一般式(I):
Figure 2008130910
〔式中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子又は-Xn-R'(Xは二価の有機基であり、nは0又は1であり、R'は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよい芳香族基、又は極性基である。)であり、R1〜R4のうち少なくとも1つは、R'が極性基である-Xn-R'であり、mは0〜2の整数である。〕
で表される構造単位、及び/又は、以下の一般式(II):
Figure 2008130910
〔式中、R5とR6は、それらが結合する2つの炭素原子と一緒になって、置換基を有していてもよい、酸素原子又は窒素原子を含む、3員又は5員複素環構造を形成し、kは0〜2の整数である。〕
で表される構造単位を有するものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
The alicyclic olefin resin having a polar group in the second insulating layer is represented by the following general formula (I):
Figure 2008130910
[Wherein, R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or —X n —R ′ (X is a divalent organic group, n is 0 or 1, and R ′ is a substituent. Or an aromatic group which may have a substituent, or a polar group. At least one of R 1 to R 4 is such that R ′ is a polar group. -X n -R ', and m is an integer of 0-2. ]
And / or the following general formula (II):
Figure 2008130910
[Wherein R 5 and R 6 are a 3-membered or 5-membered heterocyclic ring containing an oxygen atom or a nitrogen atom, which may have a substituent, together with two carbon atoms to which they are bonded. Forming a structure, k is an integer from 0 to 2; ]
The organic thin-film transistor of any one of Claims 1-5 which has a structural unit represented by these.
保護層をさらに有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
The organic thin film transistor according to claim 1, further comprising a protective layer.
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