JP2008135527A

JP2008135527A - 有機半導体素子

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Publication number: JP2008135527A
Application number: JP2006319989A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Nagae; 充孝永江; Hiroyuki Honda; 浩之本多
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】本発明は、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体素子であって、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を低コストで提供することを主目的とするものである。
【解決手段】本発明は、基板と、上記基板上に形成され、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層および上記有機半導体層上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するパッシベーション層を備える有機半導体トランジスタと、を有することを特徴とする、有機半導体素子を提供することにより上記課題を解決するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機半導体トランジスタが用いられた有機半導体素子に関するものである。

ＴＦＴに代表される半導体トランジスタは、近年、ディスプレイ装置の発展に伴ってその用途を拡大する傾向にある。このような半導体トランジスタは、半導体材料を介して電極が接続されていることにより、スイッチング素子としての機能を果たすものである。

従来、上記半導体トランジスタに用いられる半導体材料としては、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの無機半導体材料が用いられており、近年、普及が拡大している液晶表示素子のディスプレイ用ＴＦＴアレイ基板にもこのような無機半導体材料を用いた半導体トランジスタが用いられている。
その一方で、上記半導体材料としては、有機化合物からなる有機半導体材料も知られている。このような有機半導体材料は、上記無機半導体材料に比べて安価に大面積化が可能であり、フレキシブルなプラスチック基板上に形成でき、さらに機械的衝撃に対して安定であるという利点を有することから、電子ペーパーに代表されるフレキシブルディスプレイ等の、次世代ディスプレイ装置への応用などを想定した研究が活発に行われている。

上記有機半導体材料は、一般的に空気中の水分や酸素等の作用により劣化する性質を有するため、有機半導体材料を用いた半導体トランジスタにおいては、上記有機半導体材料が空気中の水分や酸素等に曝露されることを防止するために、上記有機半導体材料からなる層上にパッシベーション層を備えることが必須となる。
上記パッシベーション層の材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマー膜、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化膜や窒化膜等が一般的に用いられる（特許文献１）。このような材料は透明な材料であり、形成されるパッシベーション層は、通常、透明であり、遮光性を有さないものである。
そのため、上記有機半導体材料が、光応答性を有する感光性有機半導体材料である場合には、光がパッシベーション層を透過して有機半導体層に到達することによりＯＦＦ電流が増加する等の問題があった。
このような問題に対して、上記感光性有機半導体材料により形成される有機半導体トランジスタ上に遮光性を有する遮光層を形成するといった方法も考えられるが、新たな工程を付与する必要があり、生産性を低下させるといった問題があった。

特開２００３−３０４０１４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を低コストで提供することを主目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、基板と、上記基板上に形成され、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層および上記有機半導体層上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するパッシベーション層を備える有機半導体トランジスタと、を有することを特徴とする、有機半導体素子を提供する。

本発明によれば、上記有機半導体トランジスタが、遮光性材料を有するパッシベーション層を有することにより、上記感光性有機半導体材料からなる有機半導体層が光を受光して、ＯＦＦ電流の増加等を生じることから保護することができる。このため、本発明によれば、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を得ることができる。
また、上記パッシベーション層が、通常要求される空気中の水分や酸素等の作用からの保護といった保護機能に加えて遮光性を有するものとすることにより、新たな工程を必要とせず生産性に優れるため、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を低コストで得ることができる。

本発明においては、上記パッシベーション層が、上記遮光性材料として光吸収性材料を有するものであることが好ましい。上記パッシベーション層が、上記有機半導体層を構成する感光性有機半導体材料が吸収・応答しＯＦＦ電流の増加等の原因となる波長の光を、選択的に吸収することができる光吸収性材料を有することにより、ＯＦＦ電流の増加等を効果的に防止することができるからである。また、本発明においては、上記光吸収性材料が、チタンブラックであることが好ましい。感光性有機半導体のＯＦＦ電流の増加等をより効果的に防止することができるからである。

また、本発明においては、上記有機半導体トランジスタが、ボトムゲート型構造を有するものであっても良い。上記有機半導体トランジスタが、ボトムゲート型構造を有するものである場合には、上記有機半導体層がパッシベーション層のみによって覆われている領域を有することがあるため、光を受光しＯＦＦ電流の増加等が生じやすいものであるが、このような場合であっても、上記遮光性材料を有するパッシベーション層を有することにより、ＯＦＦ電流の増加等から効果的に保護することができるからである。

本発明は、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を低コストで提供するといった効果を奏する。

本発明は、有機半導体素子に関するものである。以下、本発明の有機半導体素子について説明する。

本発明の有機半導体素子は、基板と、上記基板上に形成され、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層および上記有機半導体層上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するパッシベーション層を備える有機半導体トランジスタと、を有するものである。

このような本発明の有機半導体素子について図を参照しながら説明する。図１は本発明の有機半導体素子の一例を示す概略図である。図１に例示するように本発明の有機半導体素子３０は、基板２０と、上記基板２０上に形成された有機半導体トランジスタ１０とを有するものである。
ここで、上記有機半導体トランジスタ１０は、上記基板２０上に形成されたゲート電極１と、上記ゲート電極１上に形成されたゲート絶縁層２と、上記ゲート絶縁層２上に形成された感光性有機半導体材料からなる有機半導体層３と、上記有機半導体層３上で対向するように形成されたソース電極４およびドレイン電極５と、上記有機半導体層３上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するパッシベーション層６とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、上記有機半導体トランジスタが、遮光性材料を有するパッシベーション層を有することにより、上記感光性有機半導体材料からなる有機半導体層の光の受光から保護することができる。このため、本発明によれば、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を得ることができる。
また、上記パッシベーション層が、通常要求される空気中の水分や酸素等の作用からの防止といった保護機能に加えて遮光性を有するものとすることにより、新たな工程を必要とせず生産性に優れるため、ＯＦＦ電流の増加等が少なく、安定性に優れた有機半導体素子を低コストで得ることができる。

本発明の有機半導体素子は、少なくとも上記基板と、上記有機半導体トランジスタとを有するものである。
以下、このような本発明の有機半導体素子に用いられる各構成について順に説明する。

１．有機半導体トランジスタ
まず、本発明に用いられる有機半導体トランジスタについて説明する。本発明に用いられる有機半導体トランジスタは、後述する基板上に形成されるものであり、少なくとも、有機半導体層と、パッシベーション層とを有するものである。
以下、このような有機半導体トランジスタの各構成について説明する。

（１）パッシベーション層
本発明に用いられるパッシベーション層は、後述する有機半導体層上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するものである。本発明においては、上記パッシベーション層が上記遮光性材料を有することにより、上記パッシベーション層を透過する光量を低減させ、後述する感光性有機半導体材料からなる有機半導体層に到達する光量を抑制する結果、ＯＦＦ電流の増加等から保護することができる。
また、本発明においては、光を受光することによるＯＦＦ電流の増加を抑えることで、有機半導体素子のスイッチング機能等の特性が、周囲の環境による影響を受けにくいものとすることができるため、安定性に優れたものとすることができる。
さらに、光を受光することによる上記感光性有機半導体材料の経時的劣化を抑制することができるため、本発明の有機半導体素子を経時安定性に優れたものとすることができる。
以下、このようなパッシベーション層の各構成について説明する。

（ａ）遮光性材料
本発明に用いられる遮光性材料としては、本発明に用いられるパッシベーション層に、後述する有機半導体層に用いられる感光性有機半導体材料が吸収しＯＦＦ電流の増加等の原因となる波長の光を遮光する遮光性を付与し、上記パッシベーション層を透過して上記有機半導体層に到達する光量を抑制することができるものであれば特に限定されるものではない。このような遮光性材料としては、例えば、光を吸収する光吸収性材料や、入射光の散乱が可能な微粒子からなる光散乱性材料を挙げることができる。
本発明においては、上記光吸収性材料または上記光散乱性材料のいずれも好適に用いることができるが、なかでも、光吸収性材料であることが好ましい。後述する有機半導体層を構成する感光性有機半導体材料が吸収し、ＯＦＦ電流の増加等の原因となる波長の光を選択的に吸収することができる光吸収性材料を用いることにより、ＯＦＦ電流の増加等を効果的に防止することができるからである。
以下、このような遮光性材料として用いられる光吸収性材料および光散乱性材料について説明する。

（光吸収性材料）
本発明に用いられるパッシベーション層に含まれる光吸収性材料の種類としては、入射した光を吸収することができるものであれば特に限定されるものではない。このような光吸収性材料の種類としては、後述する有機半導体層に用いられる感光性有機半導体材料が吸収する波長等にもよるが、カーボンブラック、チタンブラック、黒色酸化鉄のような金属酸化物、硫化ビスマスのような金属硫化物等のほか、フタロシアニンブラック、ニグロシン、アニリンブラック、ペリレンブラックなどの黒色有機顔料や、赤、緑、青等の有彩色有機顔料の混合物などを挙げることができる。なかでも本発明においては、チタンブラック、カーボンブラックを好ましく用いることができ、特にチタンブラックを用いることが好ましい。広範囲の波長域の光を吸収可能であり、後述する樹脂材料での均一分散性に優れるため、上記有機半導体層の光の受光を効果的に防止し、ＯＦＦ電流の増加等を防止できるからである。

本発明に用いられる光吸収性材料の粒径は、光を吸収することができ、かつ後述する樹脂材料中に均一に分散するものであれば特に限定されるものではないが、１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、なかでも１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であることにより、均一分散性が得られるため、上記パッシベーション層に付与される遮光性にムラが生じないからである。

なお、上記粒径の測定法としては、レーザー法により測定した平均粒径の値とする。平均粒径とは、一般に粒子の粒度を示すために用いられるものであり、レーザー法とは、粒子を溶媒中に分散し、その分散溶媒にレーザー光線を当てて得られた散乱光を補足し、演算することにより、平均粒径、粒度分布等を測定する方法である。なお、上記平均粒径は、レーザー法による粒径測定機として、リーズ＆ノースラップ(Ｌｅｅｄｓ＆Ｎｏｒｔｈｒｕｐ)社製粒度分析計マイクロトラックＵＰＡＭｏｄｅｌ-９２３０を使用して測定した値である。

本発明に用いられる光吸収性材料の形状は、板状、針状、棒状、球状のいずれの形状であっても良いが、均一分散性の点において球状であることが好ましい。

本発明に用いられるパッシベーション層に含まれる光吸収性材料の含有量としては、上記パッシベーション層を透過する光量を所望量以下とし、ＯＦＦ電流の増加等を十分に防止するものであれば特に限定されるものではない。本発明においては、上記光吸収性材料の種類等にもよるが、５質量％〜６０質量％の範囲内であることが好ましく、なかでも１０質量％〜５０質量％の範囲内であることが好ましく、特に２０質量％〜３０質量％の範囲内とすることが好ましい。上記範囲より小さいと十分な遮光性を付与することができずＯＦＦ電流の増加等の防止が不十分となるためであり、上記範囲より大きいとブリードアウト等を生じる可能性があるからである。

（光散乱性材料）
本発明に用いられるパッシベーション層に含まれる光散乱性材料の種類としては、上述したパッシベーション層を構成する樹脂材料中に均一に分散できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、酸化チタン、チタン酸バリウム等の無機物、アクリル系樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、スチレン系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル− スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等の有機物の微粒子、あるいは、これらの２種以上の混合系等の微粒子を挙げることができる。

上記光散乱性材料の粒径としては入射光を散乱するものであれば特に限定されるものではないが、本発明においては、０．１μｍ〜５．０μｍの範囲内であることが好ましく、なかでも０．１μｍ〜４．０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲より小さいと十分な光散乱効果を得ることが難しく、上記範囲より大きいと後述する樹脂材料中に均一に分散させることが困難であるからである。
なお、上記粒径の測定方法としては、上述した光吸収性材料の粒径測定方法と同様の方法を用いることができる。

また、光散乱性材料の形状は、光散乱効果を上げるため、球状であることが好ましい。

本発明においては、上記光散乱性材料の含有量としては、上記パッシベーション層を透過する光量を所望量以下とするものであれば特に限定されるものではない。本発明においては、上記光散乱性材料の種類等にもよるが、５質量％〜６０質量％の範囲内であることが好ましく、なかでも１０質量％〜５０質量％の範囲内であることが好ましく、特に２０質量％〜３０質量％の範囲内とすることが好ましい。上記範囲より小さいと十分な遮光性を付与することができず、ＯＦＦ電流の増加等の防止が不十分となる場合があるためであり、上記範囲より大きいと均一に分散させることが困難となるからである。

（ｂ）樹脂材料
本発明におけるパッシベーション層に用いられる樹脂材料としては、パッシベーション層の保護機能である、透湿性、酸素バリア性、耐衝撃性等を損なわないものであれば特に限定されるものではなく、本発明の有機半導体素子の用途等に応じて任意の機能を有する材料を用いることができる。このような樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。

（ｃ）パッシベーション層
本発明に用いられるパッシベーション層は、上述した樹脂材料と、遮光性材料とを有し、透過する光量を低減するものである。
ここで、上記パッシベーション層において透過する光量の低減する効果、すなわち、光線透過率としては、ＯＦＦ電流の増加等を生じない光量となるものであれば特に限定されるものではない。

本発明に用いられるパッシベーション層の厚みとしては、パッシベーション層に所望の遮光性、および酸素バリア性等の保護機能を付与できる範囲内であれば特に限定されるものではない。なかでも本発明においては０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、特に０．５μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、さらには１μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。

また、本発明おいてパッシベーション層が形成される態様としては、後述する有機半導体層上に形成されたものであれば、特に限定されるものではないが、本発明に用いられる有機半導体トランジスタを基板の直上方向から平面視した場合に、上記有機半導体層上であって、少なくとも有機半導体トランジスタを構成する他の部材の未形成部分に形成されるものであることが好ましく、なかでも、上記有機半導体層の平面視形状と同一の平面視形状のものが形成されるものが好ましく、特に、上記有機半導体層の平面視形状よりも大きい形状のものが形成されることが好ましい。ＯＦＦ電流の増加等を効果的に防ぐことができるからである。

本発明に用いられるパッシベーション層の形成方法としては、所望の保護機能を備えるパッシベーション層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本発明においては、上記遮光性材料と、樹脂材料とを溶媒に溶解したパッシベーション層形成用塗工液を用い、これを上記有機半導体層上に塗工する方法が好適に用いられる。
このような方法としては、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷法を用い、上記有機半導体層上に上記パッシベーション層形成用塗工液をパターン状に印刷する方法と、上記パッシベーション層形成用塗工液を、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗工方法を用いて、上記有機半導体層上の全面に塗工することにより、パターニングされていないパッシベーション層を形成する方法とを挙げることができる。本発明においては上記のいずれの方法であっても好適に用いることができる。
また、全面に塗工した後に、フォトリソ法等によりパターニングしても良い。

（２）有機半導体層
次に、本発明に用いられる有機半導体層について説明する。本発明に用いられる有機半導体層は感光性有機半導体材料からなるものである。

本発明に用いられる上記感光性有機半導体材料とは、可視及び紫外領域の光を吸収し、電圧を印加させた時の電流値が増加する有機半導体材料である。
このような感光性有機半導体材料としては、例えば、チオフェン系有機半導体材料を挙げることができる。上記チオフェン系有機半導体材料としては、具体的には、ポリチオフェン（Ｐ３ＨＴ；ポリ３−ヘキシルチオフェン）を挙げることができる。半導体特性に優れるからである。

また、本発明に用いられる有機半導体層の厚みについては、上記感光性有機半導体材料の種類等に応じて所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できる範囲であれば特に限定されない。なかでも本発明においては１０００ｎｍ以下であることが好ましく、なかでも５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。

本発明に用いられる有機半導体層の形成方法は、用いる感光性有機半導体材料の種類等に応じて、所望の厚みの有機半導体層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、上記感光性有機半導体材料が溶媒に可溶なものである場合は、当該感光性有機半導体材料を溶媒に溶解して、有機半導体層形成用塗工液を調製した後、当該有機半導体層形成用塗工液を塗工する方法を挙げることができる。この場合の塗工方法としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等を挙げることができる。
一方、上記感光性有機半導体材料が溶媒に不溶なものである場合は、例えば、真空蒸着法等のドライプロセスにより、有機半導体層を形成する方法を挙げることができる。

（３）有機半導体トランジスタ
本発明に用いられる有機半導体トランジスタは、少なくとも上記有機半導体層および上記パッシベーション層を有するものであるが、通常は、上記有機半導体層および上記パッシベーション層以外に、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、および、ゲート絶縁層が用いられることにより、トランジスタとしての機能を発現するものである。

ここで、本発明に用いられる有機半導体トランジスタの構造としては、上記有機半導体層および上記パッシベーション層が用いられた構造であれば特に限定されるものではなく、一般的に公知の有機半導体トランジスタ構造を採用することができる。このような有機半導体トランジスタの構造としては、例えば、ボトムゲート型構造およびトップゲート型構造を挙げることができる。

本発明に用いられる有機半導体トランジスタが、ボトムゲート型構造を有する場合について図を参照しながら説明する。図２は、本発明の有機半導体素子に用いられる有機半導体トランジスタが、ボトムゲート型構造を有する態様の一例を示す概略図である。図２に例示するように、本発明の有機半導体素子３０に用いられる有機半導体トランジスタ１０は、ゲート電極１が、有機半導体層３よりも基板２０側に配置されているボトムゲート型構造を有するものである。
また、このような例において、本発明に用いられる有機半導体トランジスタ１０は、ソース電極４およびドレイン電極５が上記有機半導体層３の上面に配置されているボトムゲート・トップコンタクト型構造であっても良く（図２（ａ））、または、ソース電極４およびドレイン電極５が上記有機半導体層３の下面に配置されているボトムゲート・ボトムコンタクト型構造であっても良い（図２（ｂ））。

次いで、本発明に用いられる有機半導体トランジスタが、トップゲート型構造を有する場合について図を参照しながら説明する。図３は、本発明の有機半導体素子に用いられる有機半導体トランジスタがトップゲート型構造を有する態様の一例を示す概略図である。図３に例示するように、本発明の有機半導体素子３０に用いられる有機半導体トランジスタ１０は、有機半導体層３がゲート電極１よりも基板２０側に配置されているトップゲート型構造を有するものである。
また、このような例において、本発明に用いられる有機半導体トランジスタ１０は、ソース電極４およびドレイン電極５が上記有機半導体層３の上面に配置されているトップゲート・トップコンタクト型構造であっても良く（図３（ａ））、または、ソース電極４およびドレイン電極５が上記有機半導体層３の下面に配置されているトップゲート・ボトムコンタクト型構造であっても良い（図３（ｂ））。

本発明に用いられる有機半導体トランジスタは、上記ボトムゲート型構造または上記トップゲート型構造を有するものの、いずれであっても好適に用いることができる。なかでも本発明においては、上記ボトムゲート構造を有するものであることが好ましい。上記有機半導体トランジスタがボトムゲート型の構造を有するものである場合には、通常、図２に例示するように、上記有機半導体層上にパッシベーション層のみが形成された領域を有しており、上記有機半導体層が光を受光しやすく、ＯＦＦ電流の増加等を生じやすいものであるが、このような場合であっても、遮光性材料を有する上記パッシベーション層を有することにより、ＯＦＦ電流の増加等を効果的に保護することができるからである。

（ゲート電極）
本発明に用いられるゲート電極の材料としては、所望の導電性を備える材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、通常、金属材料からなるものが用いられる。このような金属材料としては、一般的に有機半導体トランジスタのゲート電極に用いられる金属材料を用いることができる。本発明に用いられる金属材料の例としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、および、Ｍｏ−Ｔａ合金等を挙げることができる。なかでも本発明においては、Ｔａ、または、Ａｌを用いることが好ましい。

本発明において、上記ゲート電極を形成する方法としては、ゲート電極を構成する材料の種類に応じて所望の形態のゲート電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、真空蒸着法や金属ナノコロイドを用いた塗布法等を挙げることができる。

また、本発明においては、通常、パターン状にゲート電極を形成するが、パターン状にゲー電極を形成する態様としては、上述した方法によって平面状のゲート電極を形成した後、これをパターニングする態様であってもよく、直接パターン状のゲート電極を形成する態様であってもよい。
ここで、上記ゲート電極をパターニングする方法としては、通常、リソグラフィー法が用いられ、なかでもフォトレジストを用いたフォトリソグラフィー法が好適に用いられる。
一方、上記パターン状のゲート電極を直接形成する方法としては、マスク蒸着法等が好適に用いられる。

（ソース電極、ドレイン電極）
本発明に用いられるソース電極およびドレイン電極の材料としては、所望の導電性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、上記ゲート電極の材料と同様の金属材料を用いることができる。

本発明に用いられるソース電極、およびドレイン電極の形成方法としては、ソース電極およびドレイン電極の間に、所望の距離のチャネルを形成できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記ゲート電極の形成方法と同様の方法を用いることができる。

（ゲート絶縁層）
本発明に用いられるゲート絶縁層について説明する。本発明に用いられるゲート絶縁層の材料は、一般的に有機半導体トランジスタに用いられるものと同様の絶縁性材料を用いることができる。このような絶縁性材料としては、例えば、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド、アクリル系樹脂、カルド系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機材料や、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、Ａ１_２Ｏ_３等の無機材料を用いることができる。

本発明において上記ゲート絶縁層を形成する方法としては、上記絶縁性を有する絶縁性材料を含有し、所望の絶縁性を有するゲート絶縁層を形成できる方法であれば特に限定されるものでない。このような方法としては、例えば、絶縁性材料として有機材料を用いる場合には、有機材料を溶媒に溶解させたゲート絶縁層形成用塗工液を調製し、これを上記ゲート電極を覆うように塗工する方法を挙げることができる。

上記ゲート絶縁層形成用塗工液を塗工する塗布方式としては、上記ゲート絶縁層形成用塗工液の粘度等に応じて、厚みが均一な塗膜を形成できる方式であれば特に限定されるものではない。このような塗布方式としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。
また、絶縁性材料として無機材料を用いる場合には、ＣＶＤ法等を用いることができる。

（その他）
また、本発明の有機半導体素子においては、通常、後述する基板上に複数の有機半導体トランジスタが配置された構成を有するものである。ここで、上記複数の有機半導体トランジスタが基板上に配置される態様としては、特に限定されるものではなく、本発明の有機半導体素子の用途等に応じて所望の態様で配置することができる。

２．基板
次に、本発明の有機半導体素子に用いられる基板について説明する。本発明に用いられる基板は上記有機半導体トランジスタを支持するものである。

本発明に用いられる基板としては、本発明の有機半導体素子の用途等に応じて任意の機能を有する基板を用いることができる。このような基板としては、ガラス基板等の可撓性を有さないリジット基板であってもよく、または、プラスチック樹脂からなるフィルム等の可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。本発明においては、このようなリジット基板およびフレキシブル基板のいずれであっても好適に用いられるが、なかでもフレキシブル基板を用いることが好ましい。このようなフレキシブル基板を用いることにより、本発明の有機半導体素子をＲｏｌｌｔｏＲｏｌｌプロセスにより製造することが可能になるため、本発明の有機半導体素子を生産性の高いものにすることができるからである。

ここで、上記プラスチック樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＰＳおよびＰＥＩ等を挙げることができる。

また、本発明に用いられる基板は単一層からなるものであってもよく、または、複数の層が積層された構成を有するものであってもよい。上記複数の層が積層された構成を有する基板としては、例えば、上記プラスチック樹脂からなる基材上に、金属材料からなるバリア層が積層された構成を有するものを例示することができる。ここで、上記プラスチック樹脂からなる基板は、本発明の有機半導体素子を可撓性を有するフレキシブルなものにできるという利点を有する反面、上記ソース電極およびドレイン電極を形成する際に表面に損傷を受けやすいという欠点を有することが指摘されている。しかしながら、上記バリア層が積層された基板を用いることにより、上記プラスチック樹脂からなる基材を用いる場合であっても、上記のような欠点を解消することができるという利点がある。

また、本発明に用いられる基板の厚みは、通常、１ｍｍ以下であることが好ましく、なかでも５０μｍ〜７００μｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、本発明に用いられる基板が複数の層が積層された構成を有するものである場合、上記厚みは、各層の厚みの総和を意味するものとする。

３．有機半導体素子の用途
本発明の有機半導体素子の用途としては、例えば、ＴＦＴ方式を用いるディスプレイ装置のＴＦＴアレイ基板として用いることができる。このようなディスプレイ装置としては例えば、液晶ディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、および、有機ＥＬディスプレイ装置等を挙げることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてさらに具体的に説明する。

［実施例］
（ゲート電極形成工程）
まず、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７ｍｍのＣｒ付きガラス基板（Ｃｒ膜厚３００ｎｍ）表面に、ゲート電極形状の開口部を有するスクリーンマスクを配置した後、エッチングペースト（関西ペイント社製）をスクリーン印刷した。次いで、１００℃としたホットプレート上に上記印刷基板を５ｍｉｎ置き、レジストを硬化させた。次いで、Ｃｒエッチング液にてパターン部以外のＣｒをエッチングし、その後５％ＮａＯＨ溶液にてレジストを剥離した。次いで、超音波洗浄機を用い純水で上記基板を洗浄し、ゲート電極を形成した。

（ゲート絶縁層形成工程）
次に、上記ゲート電極を形成した基板表面上に形成されたゲート電極を覆うように、ゲート絶縁層としてフォトレジストであるノボラック系ポジレジスト（ＴＦＲ−９４０（東京応化社製）をスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２ｍｉｎ乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ^２でパターン露光した。
次に、ゲート電極以外の部分を除去するために現像工程を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させ、ゲート絶縁層を形成した。

（ソース・ドレイン電極形成工程）
上記ゲート絶縁層形成後、ゲート絶縁層を形成した基板表面上に、ソース・ドレイン電極形状の開口部を有するスクリーンマスクを用い、Ａｇナノペースト（藤倉化成製）をスクリーン印刷し、ソース・ドレイン電極を形成した。このときスクリーン版は、５００メッシュ、乳剤１μｍのものを使用した。スクリーン印刷機はマイクロテック社製の装置を用いた。また印刷条件は、印圧０．１８５ＭＰａ、クリアランス２．６ｍｍ、スキージスピード２００ｍｍ／ｓｅｃで行った。その後、上記基板を２００℃で３０ｍｉｎ焼成した。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は１００μｍであった。

（有機半導体層形成工程）
次に、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された基板表面上にインクジェット法を用い感光性有機半導体材料であるポリチオンフェン（Ｐ３ＨＴ；ポリ３−ヘキシルチオフェン）Ｍｅｒｃｋ（メルク）社製を塗布した。塗布に際しては、感光性有機半導体材料の含有量が０．０５質量％となるように調製したトリクロロベンゼン溶液を用いた。その際、ソース電極とドレイン電極（チャネル部）間のみ感光性有機半導体材料を塗布した。その後、上記基板を２００℃まで２０℃／ｍｉｎのレートで徐々に加温していき、２００℃で１０ｍｉｎ保持した後、６℃／ｍｉｎのレートで室温まで徐冷を行った。
以上により有機半導体層の形成を行った。

（パッシベーション層形成工程）
次に、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）に架橋剤を混合し、ヘキサノール溶媒に固形分が３０質量％で溶解したパッシベーション層形成用塗工液を作製した。その後、上記パッシベーション層形成用塗工液にチタンブラックを添加し、上記パッシベーション層形成用塗工液中のチタンブラックの含有量が４０質量％になるように調製し、ブラックパッシベーション層形成用塗工液とした。次いでスクリーン印刷法により、ゲート電極より小さく、かつチャネル部分（有機半導体層）を覆うようにパッシベーション層を形成した。このときスクリーン版は、５００メッシュ、乳剤１μｍのものを使用した。スクリーン印刷機はマイクロテック社製の装置を用いた。また印刷条件は、印圧０．２ＭＰａ、クリアランス２．６ｍｍ、スキージスピード１００ｍｍ／ｓｅｃで行った。その後、２００℃まで２０℃／ｍｉｎのレートで徐々に加温していき、２００℃で１０ｍｉｎ保持した後、６℃／ｍｉｎのレートで室温まで徐冷を行った。
以上によりパッシベーション層の形成を行い、有機半導体素子を作製した。

［比較例］
パッシベーション層形成工程にチタンブラックを添加しない塗工液を用いてパターニングを行ったこと以外は、実施例と同様の方法により有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を作製した。

（評価方法）
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性の測定条件は、ゲート電圧を１００Ｖ〜−８０Ｖまで−２Ｖ刻みで印加し、次いでソース・ドレイン電圧を−８０Ｖと固定し、ソース・ドレイン間に流れる電流値を測定した。また、トランジスタ評価においてはいずれの場合においても大気中で、かつ市販の蛍光灯を以下の条件下で点灯させて測定を行った。
（蛍光灯照射条件）
蛍光灯：ＨＩＴＡＣＨＩ社製（型番ＦＬＲ４０ＳＷ／Ｍ／３６−Ｐ−ＮＵ）２本
蛍光灯設置距離：５０ｃｍ
全光束：２９１０ｌｍ

（評価結果）
実施例、比較例において作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定した結果、いずれもトランジスタとして駆動していることが分かった。このとき、実施例において作製した有機半導体トランジスタのＯＮ電流は１×１０^−５Ａ、ＯＦＦ電流は３．５×１０^−１１Ａであった。ＯＮ／ＯＦＦ比６桁であり、閾値電圧は１０Ｖであった。
一方、比較例において作製した有機半導体トランジスタのＯＮ電流は１×１０^−５Ａ、ＯＦＦ電流は２．７×１０^−７Ａであった。ＯＮ／ＯＦＦ比２桁であり、閾値電圧は５０Ｖであった。
比較例での評価結果が、実施例での評価結果よりＯＦＦ電流が上昇した理由は、有機半導体層が感光性を有するものであるため、蛍光灯の光を吸収し電子を放出した結果、ＯＦＦ電流として検出されたと考えられる。しかし、実施例においてはパッシベーション層に遮光性材料であるチタンブラックを添加することで、蛍光灯の光が遮光されＯＦＦ電流の上昇を抑制できたと考えられる。

本発明の有機半導体素子の一例を示す概略図である。本発明の有機半導体素子の他の例を示す概略図である。本発明の有機半導体素子の他の例を示す概略図である。

符号の説明

１ … ゲート電極
２ … ゲート絶縁層
３ … 有機半導体層
４ … ソース電極
５ … ドレイン電極
６ … パッシベーション層
１０ … 有機半導体トランジスタ
２０ … 基板
３０ … 有機半導体素子

Claims

基板と、
前記基板上に形成され、感光性有機半導体材料からなる有機半導体層および前記有機半導体層上に形成され、樹脂材料と、遮光性材料とを有するパッシベーション層を備える有機半導体トランジスタと、を有することを特徴とする有機半導体素子。
前記遮光性材料が、光吸収性材料であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子。
前記遮光性材料が、光散乱性材料であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子。
前記有機半導体トランジスタが、ボトムゲート型構造を有するものであることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の有機半導体素子。