JP2008170515A - Surface treatment material, substrate, and method of treating surface of substrate, thin film transistor, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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桂 平井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a patterning method of high production efficiency in high precision of an organic semiconductor layer or a thin film such as a conductive film, and to provide an organic TFT of high performance of high mobility and a method of manufacturing the organic TFT of high production efficiency in high precision. <P>SOLUTION: A surface treatment material has a protection group decomposed under existence of acid in a molecule. A method of highly precisely obtaining a pattern of a conductive thin film such as an electrode film with excellent reproducibility by performing formation of the organic semiconductor layer having high carrier mobility with excellent production efficiency at the same time is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体層または導電膜等薄膜の生産効率の高いパターニング方法を提供する表面処理材料とこれにより処理された基板及びこれを用いた半導体デバイスの製造法に関する。   The present invention relates to a surface treatment material that provides a patterning method with high production efficiency of a thin film such as an organic semiconductor layer or a conductive film, a substrate treated thereby, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.

情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。   With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays as computer displays. In addition, with the progress of computerization, the information that has been provided in paper media has been increasingly digitized. As a mobile display medium that is thin, light, and easy to carry, it has become electronic paper or digital paper. Needs are growing.

一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機EL、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT)により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。   In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element utilizing liquid crystal, organic EL, electrophoresis, or the like. In such a display medium, a technique using an active drive element formed of a thin film transistor (TFT) as an image drive element has become mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness, screen rewrite speed, and the like.

ここでTFT素子は、通常、ガラス基板上に、主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このTFTを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、CVD、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。   Here, the TFT element is usually formed on a glass substrate, mainly a semiconductor thin film such as a-Si (amorphous silicon) or p-Si (polysilicon), or a metal thin film such as a source, drain, or gate electrode on the substrate. Manufactured by sequentially forming. The production of flat panel displays using TFTs usually requires high-precision photolithographic processes in addition to vacuum equipment such as CVD and sputtering and thin film forming processes that require high-temperature processing processes. The load is very large. Furthermore, along with the recent needs for larger display screens, their costs have become enormous.

近年、従来のTFT素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機TFT素子の研究開発が盛んに進められている。この有機TFT素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できる。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。   In recent years, research and development of organic TFT elements using organic semiconductor materials has been actively promoted as a technique to compensate for the disadvantages of conventional TFT elements. Since this organic TFT element can be manufactured by a low temperature process, a light and hard-to-break resin substrate can be used, and a flexible display using a resin film as a support can be realized. Further, by using an organic semiconductor material that can be manufactured by a wet process such as printing or coating under atmospheric pressure, a display with excellent productivity and a very low cost can be realized.

移動度の高い良質な有機TFTを製造するためには、ゲート絶縁膜と有機半導体層の良好な界面を形成する必要があり、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)やヘキサメチルジシラザン(HMDS)等の表面処理剤でゲート絶縁膜表面を修飾し、自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成する試みが行われている(例えば、特許文献1、2、3参照。)。   In order to produce a high-quality organic TFT with high mobility, it is necessary to form a good interface between the gate insulating film and the organic semiconductor layer, such as octadecyltrichlorosilane (OTS) or hexamethyldisilazane (HMDS). Attempts have been made to modify the surface of the gate insulating film with a treating agent to form a self-assembled monomolecular film (SAM film) (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

しかしながら、これらの方法では、移動度が未だ低いこと、また、表面処理を施すと有機半導体の溶液をはじき、塗布性が大幅に低下してしまい、良好な有機半導体層を設けることができない、有機半導体のパターンを精度よく形成できないなどの問題が生じていた。   However, in these methods, the mobility is still low, and when the surface treatment is applied, the organic semiconductor solution is repelled, the applicability is greatly reduced, and a good organic semiconductor layer cannot be provided. There has been a problem that semiconductor patterns cannot be accurately formed.

また、ゲート絶縁膜の表面処理層(SAM膜)に光分解型の材料を用いて、露光部を親水処理化して、親水性の電極材料(溶液、銀ペーストなど)を供給し、有機半導体薄膜、また、電極等を形成するものがある(特許文献4)。   In addition, a photodegradable material is used for the surface treatment layer (SAM film) of the gate insulating film, the exposed portion is hydrophilized, and hydrophilic electrode materials (solution, silver paste, etc.) are supplied, and the organic semiconductor thin film In addition, there is one that forms an electrode or the like (Patent Document 4).

しかしながら、これらの方法を用いても、感光波長が短く感度が低いために露光やパターニングの方法が煩雑になる、有機TFTのキャリア移動度などの性能が劣化するなどの不具合があった。
特開2004−327857号公報 国際公開第04/114371号パンフレット 特開2005−158765号公報 特開2005−79560号公報
However, even if these methods are used, the photosensitive wavelength is short and the sensitivity is low, so that the exposure and patterning methods are complicated, and the performance of the organic TFT such as carrier mobility is deteriorated.
JP 2004-327857 A International Publication No. 04/114371 Pamphlet JP 2005-158765 A JP 2005-79560 A

従って本発明の目的は、有機半導体層、または導電膜等薄膜の高精度で生産効率の高いパターニング方法を提供することにある。また、移動度の高い高性能の有機TFTと、高精度で生産効率の高い有機TFTの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a patterning method with high precision and high production efficiency of a thin film such as an organic semiconductor layer or a conductive film. It is another object of the present invention to provide a high-performance organic TFT with high mobility and a method for manufacturing an organic TFT with high accuracy and high production efficiency.

本発明の上記課題は以下の手段により達成されるものである。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

1.酸の存在下で分解する保護基を分子内に有することを特徴とする表面処理材料。   1. A surface treatment material having a protecting group in the molecule that decomposes in the presence of an acid.

2.前記1に記載の表面処理材料が接着または結合した表面、及び前記表面に酸を供給する膜を有することを特徴とする基板。   2. 2. A substrate comprising a surface to which the surface treatment material according to 1 is bonded or bonded, and a film for supplying an acid to the surface.

3.前記酸を供給する膜が、光または熱の作用で酸を発生することを特徴とする前記2に記載の基板。   3. 3. The substrate according to 2 above, wherein the acid supplying film generates acid by the action of light or heat.

4.前記酸を供給する膜が、光酸発生剤を含有することを特徴とする前記3に記載の基板。   4). 4. The substrate according to 3 above, wherein the acid supplying film contains a photoacid generator.

5.前記酸を供給する膜が光酸発生剤を分光増感する機能を有する色素を含有することを特徴とする前記4に記載の基板。   5. 5. The substrate according to 4 above, wherein the acid supplying film contains a dye having a function of spectrally sensitizing the photoacid generator.

6.前記1に記載の表面処理材料がゲート絶縁膜の表面に接着、または結合したことを特徴とする薄膜トランジスタ。   6). 2. A thin film transistor, wherein the surface treatment material according to 1 is bonded or bonded to a surface of a gate insulating film.

7.前記3に記載の基板中の酸を供給する膜に対し、像様に光または熱を作用させることで、像様に酸を発生させた後、前記酸を供給する膜を除去することを特徴とする基板表面の処理方法。   7. 3. The film for supplying acid in the substrate according to the above item 3, wherein the film for supplying acid is removed after image-wise acid is generated by applying image-wise light or heat to the film for supplying acid. A method for treating a substrate surface.

8.前記7に記載の基板表面の処理方法を用いて、酸を像様に形成した領域に、半導体膜または電極のパターンを形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。   8). 8. A method for producing a semiconductor device, comprising: forming a pattern of a semiconductor film or an electrode in a region where an acid is formed in an image-like manner using the substrate surface treatment method according to 7 above.

本発明により、キャリア移動度が高い有機半導体層の形成が生産効率よく行えると同時に、電極膜等の導電性薄膜のパターンを高精度に再現性よく得られる方法が提供される。   The present invention provides a method for forming an organic semiconductor layer having a high carrier mobility with high production efficiency and at the same time obtaining a pattern of a conductive thin film such as an electrode film with high accuracy and good reproducibility.

以下本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

先ず、本発明に係わる酸の存在下で分解する保護基を分子内に有する表面処理材料について説明する。   First, a surface treatment material having a protecting group in the molecule that decomposes in the presence of an acid according to the present invention will be described.

本発明において、表面処理材料は、シリカ表面等の膜形成面と化学的に反応して結合を形成することで所謂自己組織化単分子膜を形成して膜表面の表面エネルギーを変化させる。   In the present invention, the surface treatment material chemically reacts with a film formation surface such as a silica surface to form a bond, thereby forming a so-called self-assembled monomolecular film and changing the surface energy of the film surface.

ここで自己組織化膜とは、膜形成面の構成原子と結合可能な官能基を有する化合物(例えば、前記官能基が直鎖分子に結合されている化合物)を、気体又は液体の状態で膜形成面と共存させることにより、前記官能基が膜形成面の構成原子と吸着乃至結合して、直鎖分子を外側に向けて形成された緻密な単分子膜である。この単分子膜は、化合物の膜形成面に対する自発的な化学吸着によって形成されることから、自己組織化膜と称される。   Here, the self-assembled film is a film of a compound having a functional group capable of bonding with a constituent atom on the film forming surface (for example, a compound in which the functional group is bonded to a linear molecule) in a gas or liquid state. By coexisting with the formation surface, the functional group is a dense monomolecular film formed by adsorbing or binding to the constituent atoms of the film formation surface and directing the straight-chain molecules outward. This monomolecular film is referred to as a self-assembled film because it is formed by spontaneous chemical adsorption on the film forming surface of the compound.

尚、自己組織化膜については、A.Ulman著「An Introduction to Ultrathin Organic Film from Langmuir−Blodgett to Self−Assembly」(Academic Press Inc.Boston,1991)の第3章に詳しい。   Regarding the self-assembled film, A.I. Chapter 3 of "An Introduction to Ultrathin Organic Film from Langmuir-Blodgett to Self-Assembly" by Ulman (Academic Press Inc. Boston, 1991).

本発明においては、このような自己組織化膜(SAM膜)の形成によって基板の表面状態を調製する。即ち、自己組織化単分子膜を形成することで基板上の薄膜形成材料と親和性を有する状態とする。   In the present invention, the surface state of the substrate is prepared by forming such a self-assembled film (SAM film). That is, by forming a self-assembled monomolecular film, it is in a state having an affinity for the thin film forming material on the substrate.

このような膜形成面と反応して自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成する表面処理材料として、本発明においては、酸の存在下で分解する保護基を分子内に有する表面処理材料を用いる。   As a surface treatment material that forms a self-assembled monomolecular film (SAM film) by reacting with such a film formation surface, in the present invention, a surface treatment material having a protecting group in the molecule that decomposes in the presence of an acid. Is used.

本発明において、膜形成面の構成分子と結合可能な官能基としてはアルコキシシラン、ハロゲノシラン等の基が好ましく表面処理材料化合物としては、所謂シランカップリング剤が好ましい。   In the present invention, the functional group capable of binding to the constituent molecules on the film forming surface is preferably a group such as alkoxysilane or halogenosilane, and the surface treatment material compound is preferably a so-called silane coupling agent.

本発明の表面処理材料は、下記一般式で表される化合物が好ましい。   The surface treatment material of the present invention is preferably a compound represented by the following general formula.

(X)3Si−(L1)−Y−R
ここにおいて、Xはアルコキシ基、ハロゲン原子、イソシアナート基から選ばれる基を表し、アルコキシ基としては炭素数1〜4の低級アルコキシ基が好ましい。ハロゲン原子のうち好ましいのは塩素原子である。またここにおいてL1は、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アルキン−ジイル基、アリーレン基、またこれらの組み合わせからなる基から選ばれる2価の連結基を表す。
(X) 3 Si- (L 1 ) -Y-R
Here, X represents a group selected from an alkoxy group, a halogen atom, and an isocyanate group, and the alkoxy group is preferably a lower alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. Of the halogen atoms, a chlorine atom is preferred. Here, L 1 represents a divalent linking group selected from an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkenylene group, an alkyne-diyl group, an arylene group, and a group consisting of a combination thereof.

−Y−Rは酸により分解、除去される基を表し、Yは加水分解性であればいかなる基でも構わないが、好ましくは、オキシカルボニルオキシ基、アセタール(ケタール)結合基、またシロキサン結合基等である。   -Y-R represents a group that can be decomposed and removed by an acid, and Y may be any group as long as it is hydrolyzable, but is preferably an oxycarbonyloxy group, an acetal (ketal) bonding group, or a siloxane bonding group Etc.

アセタール(ケタール)結合基とは以下の構造により表される基であって、
−O−C(R1)(R2)−O−
1、R2はそれぞれ水素原子、アルキル基(炭素原子数1〜6が好ましい)、またアルキレン基(炭素原子数1〜6が好ましい)、アリール基、好ましくはフェニル基を表し、それぞれ置換基を有していてもよい。また、R1、R2は互いに結合してシクロヘキサン環、シクロペンタン等の4〜7員の炭素環を形成してもよい。
The acetal (ketal) linking group is a group represented by the following structure,
—O—C (R 1 ) (R 2 ) —O—
R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, an alkyl group (preferably having 1 to 6 carbon atoms), an alkylene group (preferably having 1 to 6 carbon atoms), an aryl group, preferably a phenyl group, and each having a substituent. You may have. R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a 4- to 7-membered carbon ring such as a cyclohexane ring or cyclopentane.

又、シロキサン結合とは以下の構造により表される基であり、
−O−Si(R1)(R2)−O−
ここにおいて、R1、R2はそれぞれアルキル基(炭素原子数1〜6が好ましい)を表す。
A siloxane bond is a group represented by the following structure:
—O—Si (R 1 ) (R 2 ) —O—
Here, R 1 and R 2 each represents an alkyl group (preferably having 1 to 6 carbon atoms).

又前記一般式で表される化合物において、Rは、前記分解性の基であるYを介して結合する炭素数1〜22までの、アルキル、アルケニル、アルキニル基、アルケニル基、またアリール基であり、更にこれらの基で互いに置換されていてもよい。これらのアルキル、アルケニル、アルキニル基として、好ましくは炭素数4〜22までのアルキル、アルケニル、アルキニル基、アルケニル基、であり、またアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましい。またこれらの基は更にアルコキシ基、アリールオキシ基等の基、また、フッ素原子等により置換していてもよい。   In the compound represented by the above general formula, R is an alkyl, alkenyl, alkynyl group, alkenyl group, or aryl group having 1 to 22 carbon atoms bonded through the decomposable group Y. Further, these groups may be substituted with each other. These alkyl, alkenyl, and alkynyl groups are preferably alkyl, alkenyl, alkynyl, and alkenyl groups having 4 to 22 carbon atoms, and the aryl group is preferably a phenyl group or a naphthyl group. These groups may be further substituted with a group such as an alkoxy group or an aryloxy group, or a fluorine atom.

これらの表面処理材料は、加水分解性基(Y)を有しており、酸との接触により(存在下で)−Y−R基が除去されて、代わりにヒドロキシ基を末端に生成する。   These surface treatment materials have a hydrolyzable group (Y), and the -Y-R group is removed (in the presence) by contact with an acid, and a hydroxy group is generated at the terminal instead.

これらの表面処理材料の例を以下に挙げる。   Examples of these surface treatment materials are given below.

Figure 2008170515
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これらの表面処理材料の代表的合成例を以下に示す。他の化合物もシランカップリング剤の合成において知られた同様の公知の方法により合成できる。   A typical synthesis example of these surface treatment materials is shown below. Other compounds can also be synthesized by similar known methods known in the synthesis of silane coupling agents.

(表面処理材料例示化合物7の合成)   (Synthesis of Surface Treatment Material Illustrative Compound 7)

Figure 2008170515
Figure 2008170515

1,1−ジメトキシシクロヘキサン(0.5モル)、フェニルセロソルブ(0.5モル)及びp−トルエンスルホン酸(TsOH)80mgを攪拌しながら100℃で1時間反応させ、その後、150℃まで徐々に温度を上げ、更に150℃で4時間反応させた。反応により生成するメタノールはこの間に留去した。冷却後、更に5−ヘキセン−1−オール(0.5モル)を追加し、再び100℃で1時間反応させた後、150℃まで徐々に温度を上げ、更に150℃で4時間反応させた。冷却後、テトラヒドロフラン(THF)500ml及び無水炭酸カリウム2.5gを加えて攪拌し濾過した。濾液から溶媒を減圧留去し、粘稠な油状の中間体を得た。   1,1-dimethoxycyclohexane (0.5 mol), phenylcellosolve (0.5 mol) and 80 mg of p-toluenesulfonic acid (TsOH) were reacted at 100 ° C. for 1 hour with stirring, and then gradually increased to 150 ° C. The temperature was raised and the reaction was further continued at 150 ° C. for 4 hours. Methanol produced by the reaction was distilled off during this time. After cooling, further 5-hexen-1-ol (0.5 mol) was added and reacted again at 100 ° C. for 1 hour, then the temperature was gradually raised to 150 ° C. and further reacted at 150 ° C. for 4 hours. . After cooling, 500 ml of tetrahydrofuran (THF) and 2.5 g of anhydrous potassium carbonate were added and stirred and filtered. The solvent was distilled off from the filtrate under reduced pressure to obtain a viscous oily intermediate.

次いで、前記中間体(0.2モル)と、トリメトキシシラン(0.3モル)と、THF(テトラヒドロフラン)250mlと、テトラキス(トリフェニルホスフィン)白金(0.2モル)とを窒素下で混合し、50℃で8時間反応させた。冷却後、THFを減圧留去した後、再びヘキサンで希釈した後、セライト濾過を行い、(テトラキストリフェニルホスフィン)白金を除去し、再びヘキサンを減圧留去する。例示化合物7を粘稠な油状物質として得た。   Next, the intermediate (0.2 mol), trimethoxysilane (0.3 mol), THF (tetrahydrofuran) 250 ml, and tetrakis (triphenylphosphine) platinum (0.2 mol) were mixed under nitrogen. And reacted at 50 ° C. for 8 hours. After cooling, THF is distilled off under reduced pressure, and then diluted again with hexane, filtered through Celite to remove (tetrakistriphenylphosphine) platinum, and hexane is distilled off again under reduced pressure. Exemplified compound 7 was obtained as a viscous oily substance.

これらの表面処理材料は、以下に示すように、アルコキシシラン或いはトリクロルシランが酸化珪素等の水酸基を有する膜形成面と反応して化学的に結合すると考えられる。このようにして形成された自己組織化単分子膜(SAM膜)は表面処理材料自身が酸により分解する基を分子内に有しているために、酸成分と接触すると分解を受けて末端にヒドロキシ基を有する自己組織化単分子膜となる。   In these surface treatment materials, it is considered that alkoxysilane or trichlorosilane reacts with a film-forming surface having a hydroxyl group such as silicon oxide and chemically bonds as shown below. The self-assembled monolayer (SAM film) formed in this way has a group in the molecule that the surface treatment material itself can be decomposed by an acid. A self-assembled monolayer having a hydroxy group is obtained.

Figure 2008170515
Figure 2008170515

これにより基板(膜形成面)の表面エネルギーは大きな変化を被り、例えば、塗布、インクジェット等の溶液プロセスで有機半導体層、また電極等を形成するとき、その親和性が大きく変化するために位置精度の高い形成が可能となる。   As a result, the surface energy of the substrate (film formation surface) undergoes a large change. For example, when forming an organic semiconductor layer or an electrode by a solution process such as coating or ink jetting, the affinity greatly changes, so that the position accuracy is high. High formation is possible.

本発明の表面処理材料を用いて、例えばゲート絶縁層、また基板表面に自己組織化単分子膜を形成するには、これらの表面処理材料溶液を、スピンコート法やスクリーン印刷法、インクジェット法、各種コーターを用いた塗布、浸漬法、スプレー法、など各種の溶液プロセスを用いて塗布し、洗浄、乾燥することによって形成することができる。また気化出来る場合には加温気化接触させ反応させることも出来る。   In order to form, for example, a gate insulating layer or a self-assembled monolayer on the substrate surface using the surface treatment material of the present invention, these surface treatment material solutions are prepared by spin coating, screen printing, ink jet, It can form by apply | coating using various solution processes, such as application | coating using various coaters, a dipping method, a spray method, and washing | cleaning and drying. Moreover, when it can vaporize, it can also be made to react by heating vaporization contact.

加水分解性の保護基を介して、例えばアルキル基等、疎水性の高い基を有する本発明の表面処理材料による表面処理は基板表面の表面エネルギーを大きく低下させる。   Surface treatment with the surface treatment material of the present invention having a highly hydrophobic group such as an alkyl group via a hydrolyzable protecting group greatly reduces the surface energy of the substrate surface.

所定の領域に酸を発生させる機構を組み込むことで、所定の領域において発生した酸と接触した基板表面の自己組織化単分子膜は、加水分解によって、疎水性の基が脱保護され除去されることで、末端にヒドロキシ基を有する自己組織化単分子膜を形成する。   By incorporating a mechanism for generating an acid in a predetermined region, the self-assembled monolayer on the surface of the substrate in contact with the acid generated in the predetermined region is hydrolyzed and the hydrophobic group is deprotected and removed. Thus, a self-assembled monolayer having a hydroxy group at the terminal is formed.

これにより、酸発生領域においては表面エネルギーが高くなり、前記半導体溶液、また電極材料等に対する親和性が向上する。   As a result, the surface energy is increased in the acid generation region, and the affinity for the semiconductor solution and the electrode material is improved.

従って、酸発生をパターン通り行うことで、例えば、溶液プロセスによる有機半導体層の形成、また電極材料の適用により電極層を形成する際に、これを高精度に、再現性よく行える。また、自己組織化単分子膜(SAM膜)を用いて有機半導体層を形成するために有機半導体層の有機半導体材料の配向性が向上するため、移動度の高い優れた半導体薄膜が得られる。   Therefore, by performing acid generation according to a pattern, for example, when forming an organic semiconductor layer by a solution process or forming an electrode layer by applying an electrode material, this can be performed with high accuracy and good reproducibility. Moreover, since the orientation of the organic semiconductor material of the organic semiconductor layer is improved because the organic semiconductor layer is formed using the self-assembled monomolecular film (SAM film), an excellent semiconductor thin film with high mobility can be obtained.

酸は、前記表面処理材料による自己組織化単分子膜を形成した基板上に、所望のパターン状に酸を供給する方法によればいかなる方法でもよい。例えば、酸の供給はインクジェット法、また印刷法等によってもよい。   The acid may be any method according to a method of supplying the acid in a desired pattern on the substrate on which the self-assembled monolayer is formed by the surface treatment material. For example, the acid may be supplied by an ink jet method or a printing method.

位置精度や液ハジキへの対処のためには熱或いは光により酸を発生する化合物を含有する含浸層を用いることが望ましい。熱或いは光により酸を発生する化合物を含む薄膜を基板上に形成し、熱或いは光により酸を発生する薄膜として、これに熱或いは光のパターンを照射して、照射部において酸を発生させればよい。   In order to cope with positional accuracy and liquid repellency, it is desirable to use an impregnated layer containing a compound that generates an acid by heat or light. A thin film containing a compound that generates acid by heat or light is formed on a substrate, and a thin film that generates acid by heat or light is irradiated with a heat or light pattern to generate an acid in the irradiated portion. That's fine.

光又は熱により酸を発生する化合物としては、プロトン酸を発生しうる材料を用いるが、プロトン酸を発生しうる材料としては、カルボン酸、スルホン酸、燐酸などの酸成分を含有する層や、光酸発生剤、熱酸発生剤など、熱或いは光により、酸を発生しうる材料がある。これらの材料を含有する層を前記基板上に形成されたSAM膜に接して形成し、例えば、加熱により前記プロトン酸を発生しうる材料を含有する層にプロトン酸を供給する機能を付与する。   As a compound that generates an acid by light or heat, a material that can generate a proton acid is used, but as a material that can generate a proton acid, a layer containing an acid component such as carboxylic acid, sulfonic acid, phosphoric acid, There are materials that can generate an acid by heat or light, such as a photoacid generator and a thermal acid generator. A layer containing these materials is formed in contact with the SAM film formed on the substrate, and, for example, a function of supplying proton acid to a layer containing materials capable of generating the proton acid by heating is imparted.

酸発生源には、膜の形成性という観点から、ノボラック、レゾール、ビニルフェノールの重合体などのフェノール樹脂、アクリル酸成分を含むアクリル樹脂、ポリスチレンスルホン酸など、プロトン酸を含有する公知の樹脂を用いるか、光酸発生剤を含有するフェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等各種の樹脂層を用いることが好ましい。   From the viewpoint of film formability, the acid generator may be a known resin containing a protonic acid such as a novolak, a resol, a phenol resin such as a vinylphenol polymer, an acrylic resin containing an acrylic acid component, or polystyrene sulfonic acid. It is preferable to use various resin layers such as a phenol resin, an acrylic resin, and an epoxy resin containing a photoacid generator.

本発明においては、光酸発生剤を用いるのが好ましく、光酸発生剤としては、例えばジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩などのオニウム塩類、ハロゲン置換アルキル基を有するトリアジン類やハロゲン置換アルキル基を有するオキサジアゾール類など光開始剤として知られるハロゲン化水素酸を形成しうる有機ハロゲン化合物、o−ナフトキノンジアジト−4−スルホン酸ハロゲニドとその誘導体などのオルトキノン−ジアジド化合物類など、各種の公知化合物及び混合物が挙げられ、ハロゲン置換アルキル基を有するs−トリアジン類およびオキサジアゾール類が特に好ましい。その具体例としては、以下の2−ハロメチル−1,3,4−オキサジアゾール系化合物、2−ハロメチル−1,3,4−オキサジアゾール系化合物が挙げられる。   In the present invention, it is preferable to use a photoacid generator. Examples of the photoacid generator include onium salts such as diazonium salts, phosphonium salts, sulfonium salts, iodonium salts, triazines having a halogen-substituted alkyl group, and halogen-substituted compounds. Organic halogen compounds capable of forming hydrohalic acids known as photoinitiators such as oxadiazoles having an alkyl group, orthoquinone-diazide compounds such as o-naphthoquinonediazito-4-sulfonic acid halides and their derivatives, etc. Various known compounds and mixtures may be mentioned, and s-triazines and oxadiazoles having a halogen-substituted alkyl group are particularly preferable. Specific examples thereof include the following 2-halomethyl-1,3,4-oxadiazole compounds and 2-halomethyl-1,3,4-oxadiazole compounds.

Figure 2008170515
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Figure 2008170515
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本発明において、酸発生源を構成するには、これら光酸発生剤を例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など各種の樹脂と混合した状態(溶解或いは分散)で、前記SAM膜に接するように薄膜状に形成する。有機バインダーとしては、成膜性がよく不活性な樹脂であれば特に限定はなく例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル(メタクリル)樹脂、ポリ塩化ビニル等のビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等、また、ポリビニルアルコール、ゼラチン等の水溶性樹脂も用いられる。ノボラック、レゾール、ビニルフェノールの重合体などのフェノール樹脂、アクリル酸成分を含むアクリル樹脂等も好ましく用いられる。   In the present invention, in order to constitute an acid generation source, these photoacid generators are in contact with the SAM film in a mixed state (dissolved or dispersed) with various resins such as phenol resin, acrylic resin, and epoxy resin. To form a thin film. The organic binder is not particularly limited as long as it has a good film forming property and is an inert resin. For example, acrylic (methacrylic) resin such as polymethyl methacrylate, vinyl resin such as polyvinyl chloride, vinyl acetate resin, polyvinyl butyral resin, etc. In addition, water-soluble resins such as polyvinyl alcohol and gelatin are also used. Phenol resins such as novolak, resol, vinylphenol polymers, acrylic resins containing an acrylic acid component, and the like are also preferably used.

光酸発生剤の酸発生源薄膜中での含有量は、その化学的性質及び本発明の酸発生層の組成あるいは物性によって広範囲に変えることができるが、層の固形分の全質量に対して約0.1〜約20質量%の範囲が適当であり、好ましくは0.2〜10質量%の範囲である。   The content of the photoacid generator in the acid generator thin film can vary widely depending on its chemical properties and the composition or physical properties of the acid generator layer of the present invention. A range of about 0.1 to about 20% by mass is appropriate, and a range of 0.2 to 10% by mass is preferable.

光酸発生剤を分解させるための、露光手段としては、キセノンランプ、水銀ランプ、蛍光灯、各種のレーザーなど、任意の方法を用いることができる。   As an exposure means for decomposing the photoacid generator, any method such as a xenon lamp, a mercury lamp, a fluorescent lamp, and various lasers can be used.

また、光酸発生剤を含む層に、各種の増感色素を添加し、分光増感させてもよい。酸発生の効率を向上させることができる。このような増感色素としては、シアニン系色素、スクアリウム系色素、メロシアニン色素、クロコニウム系色素、アズレニウム系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ポリメチン系色素、ナフトキノン系色素、チオピリリウム系色素、ジチオール金属錯体系色素、アントラキノ系色素、インドアニリン金属錯体系色素、分子間CT色素等が挙げられる。例えば、波長700nm以上に吸収を持つ赤外吸収色素、たとえば下記のシアニン系色素(別紙)を用い、半導体レーザーで照射することにより、任意の領域に選択的に酸を発生させることができる。   Various sensitizing dyes may be added to the layer containing the photoacid generator to cause spectral sensitization. The efficiency of acid generation can be improved. Such sensitizing dyes include cyanine dyes, squalium dyes, merocyanine dyes, croconium dyes, azurenium dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, polymethine dyes, naphthoquinone dyes, thiopyrylium dyes, dithiols. Examples thereof include metal complex dyes, anthraquino dyes, indoaniline metal complex dyes, and intermolecular CT dyes. For example, by using an infrared absorbing dye having absorption at a wavelength of 700 nm or more, for example, the following cyanine dye (separate paper) and irradiating with a semiconductor laser, an acid can be selectively generated in an arbitrary region.

好ましい赤外に吸収を有する色素として、以下に示すものがあげられる。   Preferred examples of the dye having absorption in the infrared include the following.

Figure 2008170515
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Figure 2008170515
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また、特開平9−171254等に記載の赤外吸収色素も挙げられる。これらの層中には、カーボンブラック、磁性粉などの光熱変換剤を含んでもよい。また、熱酸発生剤を含んでもよい。   Further, infrared absorbing dyes described in JP-A-9-171254 and the like can also be mentioned. These layers may contain a photothermal conversion agent such as carbon black or magnetic powder. Further, a thermal acid generator may be included.

膜表面に酸を供給するこのような膜に、光熱変換剤の吸収波長に適合した任意の高密度エネルギー光を照射することで、熱的に酸を発生させる方法を用いることができる。例えば700以上に吸収ピークを有する赤外線吸収剤を用いて、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるフラッシュ露光をフォトマスクを介して行うか、半導体レーザー光等を照射することで、酸を発生させることができる。   A method of generating an acid thermally can be used by irradiating such a film that supplies an acid to the film surface with any high-density energy light suitable for the absorption wavelength of the photothermal conversion agent. For example, using an infrared absorber having an absorption peak of 700 or more, acid is generated by performing flash exposure with a xenon lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, or the like through a photomask or irradiating a semiconductor laser beam or the like. be able to.

このような方法を用いて、本発明においては、自己組織化単分子膜が形成された基板上に、有機半導体材料、また、電極材料を位置精度よく配置できる。   By using such a method, in the present invention, the organic semiconductor material and the electrode material can be arranged with high positional accuracy on the substrate on which the self-assembled monolayer is formed.

以下、自己組織化単分子膜(SAM膜)が形成された基板上に、有機半導体層、また、電極を形成する工程について以下説明する。   Hereinafter, a process of forming an organic semiconductor layer and an electrode on a substrate on which a self-assembled monomolecular film (SAM film) is formed will be described.

図1(1)〜図1(7)に、1例としてコロナ放電処理、酸化ケイ素膜等下引き済みのポリエーテルスルホン樹脂フィルム(200μm)上に、CVD法を用いて酸化ケイ素層を形成した基板1を用いて、基板上に有機半導体層パターンを形成する方法について説明する。   In FIGS. 1 (1) to 1 (7), as an example, a silicon oxide layer is formed on a polyethersulfone resin film (200 μm) that has been subjected to corona discharge treatment, silicon oxide film or the like by CVD. A method for forming an organic semiconductor layer pattern on a substrate using the substrate 1 will be described.

まず、基板1の酸化ケイ素層表面に、本発明に係わる表面処理材料による表面処理を全体に行ってその表面に自己組織化単分子膜(SAM膜)2を形成させる(図1(1))。次いで、その表面に、例えば光酸発生剤(例えば前記例示化合物(23))を含有するノボラック樹脂層を塗設して感光層3を設ける(図1(2))。   First, a surface treatment with the surface treatment material according to the present invention is performed on the entire surface of the silicon oxide layer of the substrate 1 to form a self-assembled monomolecular film (SAM film) 2 on the surface (FIG. 1 (1)). . Next, a novolak resin layer containing, for example, a photoacid generator (for example, the exemplified compound (23)) is coated on the surface to provide the photosensitive layer 3 (FIG. 1 (2)).

更にその後、マスク露光或いはレーザー露光により半導体チャネル形成領域に露光を行う(図1(3))。感光層の露光領域3’において、光酸発生剤から酸が放出されSAM膜2に供給され、SAM膜を形成する表面処理材料中の分解性基は対応した領域において酸により分解して、末端ヒドロキシ基となり、親水性領域2’が形成される。感光層を例えばバインダーごと溶解除去することで、露光された領域のみ親水性領域2’となって基板表面は露出する(図1(4))。親水性領域2’の表面エネルギーは周囲の領域とは異なり、表面エネルギーが高まるので、親水性領域を含む周辺に、例えばインクジェット法により有機半導体溶液例えばトルエン溶液等を供給すると、表面エネルギーの変化した親水性領域に有機半導体溶液は集まり(図1(5)〜(6))、乾燥後、自己組織化単分子膜上の親水性領域にのみ有機半導体層4が形成する(図1(7))。これにより、高精度で再現性よく、配向性の高いキャリア移動度の高い有機半導体薄膜が形成される。   Thereafter, the semiconductor channel forming region is exposed by mask exposure or laser exposure (FIG. 1 (3)). In the exposure region 3 ′ of the photosensitive layer, acid is released from the photoacid generator and supplied to the SAM film 2, and the decomposable group in the surface treatment material forming the SAM film is decomposed by the acid in the corresponding region, and is terminated. It becomes a hydroxy group and the hydrophilic region 2 ′ is formed. For example, by dissolving and removing the photosensitive layer together with the binder, only the exposed region becomes the hydrophilic region 2 'and the substrate surface is exposed (FIG. 1 (4)). Since the surface energy of the hydrophilic region 2 ′ is different from the surrounding region, the surface energy increases. Therefore, when an organic semiconductor solution such as a toluene solution is supplied to the periphery including the hydrophilic region, for example, by an inkjet method, the surface energy changes. The organic semiconductor solution gathers in the hydrophilic region (FIGS. 1 (5) to (6)), and after drying, the organic semiconductor layer 4 is formed only in the hydrophilic region on the self-assembled monolayer (FIG. 1 (7)). ). As a result, an organic semiconductor thin film having high carrier mobility can be formed with high accuracy and good reproducibility.

酸の供給はIJなどの印刷法で行ってもよいが、位置精度や液ハジキへの対処のために、含浸層を用いることが望ましい。   Although the acid may be supplied by a printing method such as IJ, it is desirable to use an impregnated layer in order to cope with positional accuracy and liquid repellency.

本発明の方法により形成される有機薄膜トランジスタの例を図2に挙げる。   An example of an organic thin film transistor formed by the method of the present invention is shown in FIG.

基板1上にゲート電極G、ゲート絶縁層Iを形成し、ゲート絶縁層G上に上記の工程を用いて有機半導体層4を形成し、その後、ソース電極S、ドレイン電極Dをパターニング形成、例えばフォトリソグラフィー法によりレジストを形成後、次にマスクを介して、金を蒸着することで、ソース電極S、ドレイン電極Dを形成し、図2(a)の薄膜トランジスタが形成される。尚、2はゲート絶縁層I上に形成された本発明に係わる表面処理材料を用い形成されたSAM膜であり、2’は酸により分解した親水性領域を示す。   The gate electrode G and the gate insulating layer I are formed on the substrate 1, the organic semiconductor layer 4 is formed on the gate insulating layer G using the above process, and then the source electrode S and the drain electrode D are formed by patterning, for example, After forming a resist by photolithography, gold is evaporated through a mask, thereby forming a source electrode S and a drain electrode D, and the thin film transistor shown in FIG. 2A is formed. Reference numeral 2 denotes a SAM film formed on the gate insulating layer I using the surface treatment material according to the present invention, and 2 'denotes a hydrophilic region decomposed by an acid.

又、本発明に係わる表面処理材料を用いる方法は、電極或いはバスライン等配線回路形成にも適用でき、例えば、後述の電極材料中、金属ナノ粒子、金属粉体ペースト、或いは分散液等、導電性ポリマー溶液等、溶液プロセスを用いる場合には、例えば、図1(4)により形成したSAM膜中の親水性領域に電極材料溶液或いは分散液を適用すれば、同様に電極パターンが形成される。   The method using the surface treatment material according to the present invention can also be applied to the formation of wiring circuits such as electrodes or bus lines. For example, conductive materials such as metal nanoparticles, metal powder pastes, or dispersions in electrode materials described later can be used. In the case of using a solution process such as a conductive polymer solution, for example, if an electrode material solution or dispersion is applied to the hydrophilic region in the SAM film formed according to FIG. .

例えば図2(b)に、ソース電極、ドレイン電極を本発明のSAM膜を用いる方法で形成した薄膜トランジスタの例を示すが、基板1上にゲート電極Gおよびゲート絶縁層Iとして酸化珪素層を有する基板を用いて、この上にこれらの方法によりソース電極S、ドレイン電極D及び配線回路等をインクジェット法により金属ナノ粒子を用いて形成する。更に、有機半導体層4をソース電極S、ドレイン電極D間の半導体チャネル領域に、例えば蒸着、或いは有機半導体材料溶液を印刷法等の溶液プロセスにより形成することでトップコンタクト型の有機薄膜トランジスタが形成される。   For example, FIG. 2B shows an example of a thin film transistor in which the source electrode and the drain electrode are formed by the method using the SAM film of the present invention, and the substrate 1 has a silicon oxide layer as the gate electrode G and the gate insulating layer I. Using the substrate, the source electrode S, the drain electrode D, the wiring circuit, and the like are formed on the substrate using the metal nanoparticles by the inkjet method. Further, a top contact type organic thin film transistor is formed by forming the organic semiconductor layer 4 in the semiconductor channel region between the source electrode S and the drain electrode D, for example, by vapor deposition or by forming an organic semiconductor material solution by a solution process such as a printing method. The

本発明に係わる表面処理材料により表面処理された酸による分解前の基板表面の水の接触(20℃)角は70度以上であることが好ましい。この領域におけるトルエンの接触角が、酸により分解した領域におけるトルエンの接触角に対して大きいことが精度の高いパターニングが可能となるために好ましく、さらに、有機薄膜トランジスタにおいて、より高い電界効果移動度を得る上で好ましい。   It is preferable that the contact angle (20 ° C.) of water on the substrate surface before decomposition with the acid surface-treated with the surface treatment material according to the present invention is 70 degrees or more. It is preferable that the contact angle of toluene in this region is larger than the contact angle of toluene in the region decomposed by the acid in order to enable highly accurate patterning. Further, in the organic thin film transistor, higher field effect mobility is obtained. It is preferable in obtaining.

基板の表面粗さなどの影響もあるが、分解を受けた領域のトルエンの接触角は3〜20度、さらに5〜15度がより好ましい。また分解前の基板表面のトルエンの接触角(20℃)は、15〜100度、さらに20〜90度がより好ましい。   Although there are influences such as the surface roughness of the substrate, the contact angle of toluene in the region subjected to decomposition is 3 to 20 degrees, more preferably 5 to 15 degrees. The contact angle (20 ° C.) of toluene on the substrate surface before decomposition is preferably 15 to 100 degrees, and more preferably 20 to 90 degrees.

シランカップリング剤を用いた表面処理方法については、特開2004−327857号公報、同2005−32774号公報、同2005−158765号公報の各公報等に開示されているような公知の方法を適用することができる。例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition、化学蒸着)法等の気相法、スピンコート法やディップコート法等の液相法、更にスクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、インクジェット法等の印刷法などを適用することができる。   As the surface treatment method using a silane coupling agent, a known method as disclosed in JP-A Nos. 2004-327857, 2005-32774, and 2005-158765 is applied. can do. For example, vapor phase methods such as CVD (Chemical Vapor Deposition) method, liquid phase methods such as spin coating method and dip coating method, and further printing methods such as screen printing method, micromold method, micro contact method, ink jet method, etc. Etc. can be applied.

中でも本発明に好ましく用いられる方法としては、表面処理剤の溶液に基体を浸漬、または表面処理剤の溶液を基体に塗布して乾燥する湿式法が好ましい。   Among them, the method preferably used in the present invention is preferably a wet method in which a substrate is immersed in a solution of a surface treatment agent or a solution of a surface treatment agent is applied to a substrate and dried.

(湿式法)
湿式法では、例えば、基体を表面処理剤の1質量%トルエン溶液に10分浸漬後、乾燥する、またはこの溶液を基体上に塗布して、乾燥する。
(Wet method)
In the wet method, for example, the substrate is dipped in a 1% by weight toluene solution of a surface treatment agent for 10 minutes and then dried, or this solution is applied onto the substrate and dried.

(プラズマCVD法、大気圧プラズマCVD法)
表面処理剤(プラズマCVD法では薄膜形成材料を原料ともいう)を含む反応ガスを50℃〜500℃の範囲で加熱された基体上に供給し、熱的反応により薄膜を形成する熱CVD法や、前述の大気圧プラズマ法の装置と放電ガス、反応ガスを用いて、0.01Pa〜100Paの減圧下で行う一般的なプラズマCVD法を用いてもよいが、移動度の向上、薄膜の均一性、薄膜の形成速度、非真空系での効率的生産という観点から大気圧プラズマ法が好ましい。
(Plasma CVD method, atmospheric pressure plasma CVD method)
A thermal CVD method in which a reactive gas containing a surface treatment agent (also referred to as a raw material for a thin film forming material in the plasma CVD method) is supplied onto a substrate heated in a range of 50 ° C. to 500 ° C., and a thin film is formed by a thermal reaction; A general plasma CVD method performed under a reduced pressure of 0.01 Pa to 100 Pa using the aforementioned atmospheric pressure plasma method apparatus, discharge gas, and reactive gas may be used. The atmospheric pressure plasma method is preferable from the viewpoints of performance, thin film formation speed, and efficient production in a non-vacuum system.

次いで、本発明に係わる薄膜トランジスタの各構成要素の詳細について順次説明する。   Next, details of each component of the thin film transistor according to the present invention will be sequentially described.

《有機半導体層》
本発明に係る有機半導体層について説明する。
<Organic semiconductor layer>
The organic semiconductor layer according to the present invention will be described.

(有機半導体材料)
前記有機半導体チャネルを構成する本発明に係る有機半導体材料は、半導体として機能するものであれば、どのような有機化合物を選択してもよい。有機半導体材料としては、例えば、特開平5−55568号公報等にて開示されているペンタセンやテトラセンといったアセン類、特開平4−167561号公報等に開示されている鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、特開2004−319982号公報等に開示されているベンゾポルフィリン等のポルフィリン類、その他、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体、テトラチアフルバレン類等といった低分子量化合物や、特開平8−264805号公報等に開示されているα−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン6量体を代表例とする芳香族オリゴマー、またポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子など(これらの多くは「アドバンスド・マテリアル」(Advanced Material)誌2002年、第2号99頁に記載されている)が一般的に知られている。その中でも、有機半導体材料として低分子量化合物を用いた場合に本発明の効果がより発揮され、特に、重量平均分子量が5000以下の低分子量有機半導体材料を用いると、高移動度で駆動する有機薄膜トランジスタを得る上でより好ましい。
(Organic semiconductor materials)
The organic semiconductor material according to the present invention constituting the organic semiconductor channel may be any organic compound as long as it functions as a semiconductor. Examples of organic semiconductor materials include acenes such as pentacene and tetracene disclosed in JP-A-5-55568, phthalocyanines including lead phthalocyanine disclosed in JP-A-4-167561, and the like. Disclosure in porphyrins such as benzoporphyrin disclosed in Kaikai 2004-319982 and other low molecular weight compounds such as perylene, its tetracarboxylic acid derivatives, and tetrathiafulvalene, and in JP-A-8-264805 Aromatic oligomers typically represented by thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene, and conjugated polymers such as polythiophene, polythienylene vinylene and poly-p-phenylene vinylene (many of these are “advanced” ·material (Advanced Material) Journal 2002, are described in No. 2 page 99) it is generally known. Among these, when a low molecular weight compound is used as the organic semiconductor material, the effect of the present invention is more exhibited. In particular, when a low molecular weight organic semiconductor material having a weight average molecular weight of 5000 or less is used, the organic thin film transistor is driven with high mobility. It is more preferable in obtaining.

前述した有機半導体材料の中でも、低分子量化合物として、例えば、ピレン、コロネン、オバレン等やその誘導体、アントラセン、ペンタセン等やその誘導体(アセン類)、ルブレンやその誘導体等に代表される縮合多環式炭化水素類、ベンゾジチオフェン、アントラジチオフェン等やその誘導体等に代表されるヘテロ原子を含む縮合多環式芳香族化合物類、チオフェンオリゴマー等が好ましい例として挙げられる。ペンタセン類の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986等に記載のアセン類及びその誘導体等が挙げられる。   Among the organic semiconductor materials described above, examples of low molecular weight compounds include condensed polycyclic compounds represented by pyrene, coronene, obalen and the like, derivatives thereof, anthracene, pentacene and the like and derivatives thereof (acenes), rubrene and the derivatives thereof, and the like. Preferred examples include condensed polycyclic aromatic compounds containing a hetero atom typified by hydrocarbons, benzodithiophene, anthradithiophene and the like and derivatives thereof, and thiophene oligomers. Examples of pentacenes include substituents described in International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216, and the like. A pentacene derivative described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964 and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol127. Examples include acenes and derivatives thereof described in No. 14.4986 and the like.

これらの中でも特に、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986等に記載されるようなエチニル置換基を有する縮合多環式芳香族化合物類が好ましく用いられる。   Among these, J. et al. Amer. Chem. Soc. , Vol127. Condensed polycyclic aromatic compounds having an ethynyl substituent as described in No. 14.4986 and the like are preferably used.

これらの例としては下記の有機半導体化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of these include the following organic semiconductor compounds, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2008170515
Figure 2008170515

また、本発明においては、有機半導体層(有機半導体膜ともいう)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、ニトロ基等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及びテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体等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、水酸基、アルコキシ基、フェニル基等の官能基を有する材料、フェニレンジアミン等の置換アミン類、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、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等のように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、所謂ドーピング処理を施してもよい。   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, Materials such as tetracyanoethylene and tetracyanoquinodimethane and their derivatives that accept electrons and functional groups such as amino groups, triphenyl groups, alkyl groups, hydroxyl groups, alkoxy groups, and phenyl groups A donor having an electron donor such as a substituted amine such as phenylenediamine, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracene, pyrene, substituted pyrene, carbazole and derivatives thereof, tetrathiafulvalene and derivatives thereof, and the like So-called doping treatment It may be subjected to.

前記ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って,ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしては公知のものを採用することができる。   The doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Accordingly, the doped thin film is a thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound and the dopant. A well-known thing can be employ | adopted as a dopant used for this invention.

《有機半導体材料(有機半導体分子ともいう)の分子量》
本発明に係る有機半導体材料としては、半導体として機能するものであれば、どのような有機化合物を選択してもよいが、分子量100〜5000の範囲が好ましい。
<< Molecular weight of organic semiconductor materials (also called organic semiconductor molecules) >>
As the organic semiconductor material according to the present invention, any organic compound may be selected as long as it functions as a semiconductor, but a molecular weight of 100 to 5000 is preferable.

ここで、分子量は、当該業者周知の質量分析装置を用いて測定するが、分子量分布を示す化合物(オリゴマーや高分子等)の分子量(本願では、オリゴマー、高分子の分子量としては、重量平均分子量Mwを用いる。)、該分子量分布の測定は、市販のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)法などを用いて測定する。   Here, the molecular weight is measured using a mass spectrometer known to those skilled in the art. The molecular weight of a compound (oligomer, polymer, etc.) showing a molecular weight distribution (in this application, the molecular weight of the oligomer or polymer is the weight average molecular weight). Mw is used), and the molecular weight distribution is measured using a commercially available GPC (gel permeation chromatograph) method or the like.

(重量平均分子量(Mw)の測定及び分子量分布(Mw/Mn)について)
本発明に係る有機半導体材料の分子量は、上記のように100〜5000の範囲が好ましい。更に、前記有機半導体材料が、オリゴマー、高分子のように分子量分布(Mw/Mn)を有するような場合、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比率(分子量分布)は、3以下であることが好ましい。
(Measurement of weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn))
The molecular weight of the organic semiconductor material according to the present invention is preferably in the range of 100 to 5000 as described above. Furthermore, when the organic semiconductor material has a molecular weight distribution (Mw / Mn) such as an oligomer or a polymer, the ratio (molecular weight distribution) between the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) is: It is preferable that it is 3 or less.

本発明に係る有機半導体材料の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)の測定は、THF(テトラヒドロフラン)をカラム溶媒として用いるGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて分子量測定を行うことができる。   The weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the organic semiconductor material according to the present invention are measured by GPC (gel permeation chromatography) using THF (tetrahydrofuran) as a column solvent. Can do.

本発明に係る有機半導体材料の重量平均分子量(Mw)の測定について説明する。   The measurement of the weight average molecular weight (Mw) of the organic semiconductor material according to the present invention will be described.

具体的には、測定試料を1mgに対してTHF(脱気処理を行ったものを用いる)を1ml加え、室温下にてマグネチックスターラーを用いて撹拌を行い、充分に溶解させる。ついで、ポアサイズ0.45μm〜0.50μmのメンブランフィルターで処理した後に、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)装置に注入する。   Specifically, 1 ml of THF (using a degassed sample) is added to 1 mg of a measurement sample, and the sample is stirred using a magnetic stirrer at room temperature to be sufficiently dissolved. Subsequently, after processing with a membrane filter having a pore size of 0.45 μm to 0.50 μm, it is injected into a GPC (gel permeation chromatograph) apparatus.

GPC測定条件は、40℃にてカラムを安定化させ、THF(テトラヒドロフラン)を毎分1mlの流速で流し、1mg/mlの濃度の試料を約100μl注入して測定する。   GPC measurement conditions are measured by stabilizing the column at 40 ° C., flowing THF (tetrahydrofuran) at a flow rate of 1 ml / min, and injecting about 100 μl of a sample having a concentration of 1 mg / ml.

カラムとしては、市販のポリスチレンジェルカラムを組み合わせて使用することが好ましい。例えば、昭和電工社製のShodex GPC KF−801、802、803、804、805、806、807の組合せや、東ソー社製のTSKgelG1000H、G2000H、G3000H、G4000H、G5000H、G6000H、G7000H、TSK guard column等の組合せ等が好ましい。   As the column, it is preferable to use a combination of commercially available polystyrene gel columns. For example, Shodex GPC KF-801, 802, 803, 804, 805, 806, 807 manufactured by Showa Denko KK, TSKgel G1000H, G2000H, G3000H, G4000H, G5000H, G6000H, G7000H, TSK guard, etc. manufactured by Tosoh Corporation A combination of these is preferred.

検出器としては、屈折率検出器(RI検出器)、あるいはUV検出器が好ましく用いられる。試料の分子量測定では、試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて作成した検量線を用いて算出する。検量線作成用のポリスチレンとしては10点程度用いることが好ましい。   As the detector, a refractive index detector (RI detector) or a UV detector is preferably used. In the measurement of the molecular weight of a sample, the molecular weight distribution of the sample is calculated using a calibration curve created using monodisperse polystyrene standard particles. About 10 points are preferably used as polystyrene for preparing a calibration curve.

本発明では、下記の測定条件にて分子量測定を行った。   In the present invention, the molecular weight was measured under the following measurement conditions.

(測定条件)
装置:東ソー高速GPC装置 HLC−8220GPC
カラム:TOSOH TSKgel Super HM−M
検出器:RI及び/またはUV
溶出液流速:0.6ml/分
試料濃度:0.1質量%
試料量:100μl
検量線:標準ポリスチレンにて作製:標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1000000〜500迄の13サンプルを用いて検量線(校正曲線ともいう)を作成、分子量の算出に使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔にすることが好ましい。
(Measurement condition)
Equipment: Tosoh High Speed GPC Equipment HLC-8220GPC
Column: TOSOH TSKgel Super HM-M
Detector: RI and / or UV
Eluent flow rate: 0.6 ml / min Sample concentration: 0.1% by mass
Sample volume: 100 μl
Calibration curve: prepared with standard polystyrene: standard polystyrene STK standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation) Mw = 100000 to 500-500 calibration curves (also referred to as calibration curves) were used to calculate the molecular weight. . It is preferable that the 13 samples are substantially equally spaced.

《有機半導体層の形成方法》
本発明に係る有機半導体層の形成方法について説明する。
<Method for forming organic semiconductor layer>
A method for forming an organic semiconductor layer according to the present invention will be described.

有機半導体層を形成する方法としては、公知の方法で形成することができ、例えば、真空蒸着、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、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、スパッタ法、CVD、レーザー蒸着、電子ビーム蒸着、電着、スピンコート、ディップコート、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、及びLB法等、またスクリーン印刷、インクジェット印刷、ブレード塗布等の方法を挙げることができる。   The organic semiconductor layer can be formed by a known method, for example, vacuum deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, sputtering method. , CVD, laser deposition, electron beam deposition, electrodeposition, spin coating, dip coating, bar coating method, die coating method, spray coating method, LB method, etc., and screen printing, inkjet printing, blade coating, etc. Can do.

この中で生産性の点で、有機半導体層を塗布により形成することが好ましい。塗布法としては、有機半導体の溶液を用いて簡単、且つ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット印刷等が好まれる。   Among these, it is preferable to form the organic semiconductor layer by coating from the viewpoint of productivity. As the coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, an ink jet printing, or the like that can easily and precisely form a thin film using an organic semiconductor solution is preferred. .

なお、Advanced Material誌1999年第6号、480〜483頁に記載のように、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは塗布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成してもよい。
(塗布に用いられる有機溶媒)
有機半導体液滴を作製する際に使用される有機溶媒は、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素または脂肪族ハロゲン化炭化水素が好ましく、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素または脂肪族炭化水素がより好ましい。
In addition, as described in Advanced Material 1999 No. 6, pages 480 to 483, those in which a precursor such as pentacene is soluble in a solvent is obtained by heat-treating the precursor film formed by coating. A thin film of material may be formed.
(Organic solvent used for coating)
The organic solvent used in preparing the organic semiconductor droplet is preferably an aromatic hydrocarbon, an aromatic halogenated hydrocarbon, an aliphatic hydrocarbon or an aliphatic halogenated hydrocarbon, and the aromatic hydrocarbon or aromatic halogen More preferred are hydrocarbons or aliphatic hydrocarbons.

芳香族炭化水素の有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、メチルナフタレン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the aromatic hydrocarbon organic solvent include toluene, xylene, mesitylene, and methylnaphthalene, but the present invention is not limited thereto.

芳香族ハロゲン化炭化水素の有機溶媒としては、例えば、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、o−ジヨードベンゼン、m−ジヨードベンゼン、クロロトルエン、ブロモトルエン、ヨードトルエン、ジクロロトルエン、ジブロモトルエン、ジフルオロトルエン、クロロキシレン、ブロモキシレン、ヨードキシレン、クロロエチルベンゼン、ブロモエチルベンゼン、ヨードエチルベンゼン、ジクロロエチルベンゼン、ジブロモエチルベンゼン、クロロシクロペンタジエン、クロロシクロペンタジエン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the organic solvent for the aromatic halogenated hydrocarbon include chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-diiodobenzene, m- Diiodobenzene, chlorotoluene, bromotoluene, iodotoluene, dichlorotoluene, dibromotoluene, difluorotoluene, chloroxylene, bromoxylene, iodoxylene, chloroethylbenzene, bromoethylbenzene, iodoethylbenzene, dichloroethylbenzene, dibromoethylbenzene, chlorocyclopentadiene, Although chlorocyclopentadiene etc. can be mentioned, this invention is not limited to these.

脂肪族炭化水素の有機溶媒としては、例えば、オクタン、4−メチルヘプタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、2,2−ジメチルヘキサン、2,3−ジメチルヘキサン、2,4−ジメチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン、3,3−ジメチルヘキサン、3,4−ジメチルヘキサン、3−エチルヘキサン、2,2,3−トリメチルペンタン、2,2,4−トリメチルペンタン、2,3,3−トリメチルペンタン、2,3,4−トリメチルペンタン、2−メチル−3−エチルペンタン、3−メチル−3−エチルペンタン、デカン、2,2,3,3−テトラメチルヘキサン、2,2,5,5−テトラメチルヘキサン、3,3,5−トリメチルヘプタン、ノナン、2,2,5−トリメチルヘキサン、4−エチルヘプタン、2,3−ジメチルヘプタン、2−メチルオクタン、ドデカン、ヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、2−メチルヘキサン、3−メチルヘキサン、2,2−ジメチルペンタン、2,3−ジメチルペンタン、2,4−ジメチルペンタン、3,3−ジメチルペンタン、3−エチルペンタン、2,2,3−トリメチルブタン等の鎖状脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、p−メンタン、デカリン、シクロヘキシルベンゼン等の環状脂肪族炭化水素等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。本発明に用いられる脂肪族炭化水素としては環状脂肪族炭化水素が好ましい。   Examples of the aliphatic hydrocarbon organic solvent include octane, 4-methylheptane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethylhexane, 2,4-dimethylhexane, 2,5-dimethylhexane, 3,3-dimethylhexane, 3,4-dimethylhexane, 3-ethylhexane, 2,2,3-trimethylpentane, 2,2,4-trimethylpentane, 2,3,3- Trimethylpentane, 2,3,4-trimethylpentane, 2-methyl-3-ethylpentane, 3-methyl-3-ethylpentane, decane, 2,2,3,3-tetramethylhexane, 2,2,5, 5-tetramethylhexane, 3,3,5-trimethylheptane, nonane, 2,2,5-trimethylhexane, 4-ethylheptane, 2,3-di Tilheptane, 2-methyloctane, dodecane, hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, heptane, 2-methylhexane, 3-methylhexane, 2,2 -Chain aliphatic hydrocarbons such as dimethylpentane, 2,3-dimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, 3,3-dimethylpentane, 3-ethylpentane, 2,2,3-trimethylbutane, cyclohexane, cyclo Examples include cycloaliphatic hydrocarbons such as pentane, methylcyclohexane, methylcyclopentane, p-menthane, decalin, and cyclohexylbenzene, but the present invention is not limited thereto. The aliphatic hydrocarbon used in the present invention is preferably a cyclic aliphatic hydrocarbon.

脂肪族ハロゲン化炭化水素の有機溶媒としては、例えば、クロロホルム、ブロモホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジフルオロエタン、フルオロクロロエタン、クロロプロパン、ジクロロプロパン、クロロペンタン、クロロヘキサン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the organic solvent for the aliphatic halogenated hydrocarbon include chloroform, bromoform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, difluoroethane, fluorochloroethane, chloropropane, dichloropropane, chloropentane, and chlorohexane. It is not limited to these.

本発明で用いられるこれらの有機溶媒は、1種類あるいは2種類以上混合して用いてもよい。また、有機溶媒は50℃〜250℃の沸点を有するものが好ましい。   These organic solvents used in the present invention may be used alone or in combination of two or more. The organic solvent preferably has a boiling point of 50 ° C to 250 ° C.

(有機半導体層の膜厚)
これら有機半導体層の膜厚としては特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は有機半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。
(Thickness of organic semiconductor layer)
The film thickness of these organic semiconductor layers is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the organic semiconductor layer, and the film thickness varies depending on the organic semiconductor, but is generally 1 μm. Hereinafter, 10 to 300 nm is particularly preferable.

《絶縁層》
本発明の有機薄膜トランジスタのゲート電極の絶縁層としては、種々の絶縁膜を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、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等が挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
《Insulating layer》
Various insulating films can be used as the insulating layer of the gate electrode of the organic thin film transistor of the present invention, and an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. 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, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and trioxide yttrium. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、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、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。   Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method and the like, spraying Examples include a wet process such as a coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method, a coating method such as a die coating method, and a patterning method such as printing or inkjet. Can be used depending on the material.

ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、所謂ゾルゲル法が用いられる。   The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which an alkoxide solution is applied and dried is used.

これらのうち好ましいのは、上述した大気圧プラズマCVD法である。   Among these, the atmospheric pressure plasma CVD method described above is preferable.

絶縁層が陽極酸化膜または該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。   It is also preferable that the insulating layer is composed of an anodized film or the anodized film and an insulating film. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method.

陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。陽極酸化処理を行うことにより、酸化被膜が形成される。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には硫酸、燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等、あるいはこれらを2種類以上組み合わせた混酸あるいそれらの塩が用いられる。陽極酸化の処理条件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には電解液の濃度が1〜80質量%、電解液の温度5〜70℃、電流密度0.5〜60A/dm2、電圧1〜100ボルト、電解時間10秒〜5分の範囲が適当である。好ましい陽極酸化処理は電解液として硫酸、燐酸またはホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は5〜45質量%であることが好ましく、電解液の温度20〜50℃、電流密度0.5〜20A/dm2で20〜250秒間電解処理するのが好ましい。 Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used. An oxide film is formed by anodizing. Any electrolyte solution that can form a porous oxide film can be used as an anodizing treatment. Generally, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid are used. Or a mixed acid or a salt thereof in which two or more of these are combined. The treatment conditions for anodization vary depending on the electrolyte used, and thus cannot be specified in general. In general, the concentration of the electrolyte is 1 to 80% by mass, the temperature of the electrolyte is 5 to 70 ° C., and the current density is 0. Suitable ranges are 5 to 60 A / dm 2 , voltage 1 to 100 volts, and electrolysis time 10 seconds to 5 minutes. A preferred anodizing treatment is a method in which an aqueous solution of sulfuric acid, phosphoric acid or boric acid is used as an electrolytic solution and the treatment is performed with a direct current, but an alternating current can also be used. The concentration of these acids is preferably 5 to 45% by mass, and the electrolytic treatment is preferably performed for 20 to 250 seconds at an electrolyte temperature of 20 to 50 ° C. and a current density of 0.5 to 20 A / dm 2 .

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。   In addition, as an organic compound film, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization type, photo cation polymerization type photo curable resin, or a copolymer containing an acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resin, Also, cyanoethyl pullulan or the like can be used.

有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。   As the method for forming the organic compound film, the wet process is preferable.

無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。また、これら絶縁膜の膜厚としては一般に50nm〜3μm、好ましくは100nm〜1μmである。   An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.

これらの有機、無機の皮膜は前記表面処理剤による表面処理を受けるとき、皮膜表面は、また、例えばシランカップリング剤中のアルコキシシラン、ハロゲノシラン等の基と反応性をもつ水酸基、アミノ基等の反応性基を有することが好ましい。   When these organic and inorganic coatings are subjected to a surface treatment with the surface treatment agent, the coating surface is also capable of reacting with a group such as alkoxysilane or halogenosilane in a silane coupling agent, such as a hydroxyl group or an amino group. It is preferable to have this reactive group.

後述の支持体、基板についても同様であり、例えばシリコン基板等の場合には、表面に熱酸化膜を形成したり、また、表面がシランカップリング剤に対する反応性基をもたない基板の場合、基板上に、酸化珪素層等ヒドロキシ基を有する材料層を形成することが好ましい。   The same applies to the support and substrate described later. For example, in the case of a silicon substrate, a thermal oxide film is formed on the surface, or the surface does not have a reactive group for the silane coupling agent. A material layer having a hydroxy group such as a silicon oxide layer is preferably formed on the substrate.

《支持体》
支持体を構成する基体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミック基体、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素等半導体基体、紙、不織布等を用いることができる。
<Support>
Various materials can be used as the base material constituting the support, for example, glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide and other ceramic bases, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide. Further, a semiconductor substrate such as gallium nitrogen, paper, nonwoven fabric, or the like can be used.

中でも、本発明に係る基板は、樹脂からなることが好ましく、例えば、プラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。   Especially, it is preferable that the board | substrate which concerns on this invention consists of resin, for example, a plastic film sheet can be used. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), Examples include films made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like.

プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基体を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに衝撃に対する耐性を向上できる。   By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, and the portability can be improved and the resistance to impact can be improved.

《電極材料》
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極またはドレイン電極を形成する電極材料としては導電性材料であれば特に限定されず、公知の電極材料にて形成される。
<Electrode material>
In the organic thin film transistor of the present invention, the electrode material for forming the source electrode or the drain electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material, and is formed of a known electrode material.

電極材料としては導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、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、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、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、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、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、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。   The electrode material is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, 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 and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium , Scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum Miniumu mixture, a magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used.

また、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、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等)も好適に用いられる。   In addition, known conductive polymers whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.) are also preferably used.

ソース電極またドレイン電極を形成する材料としては、上に挙げた中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、p型半導体の場合は特に白金、金、銀、ITO、導電性ポリマー及び炭素が好ましい。   As the material for forming the source electrode or the drain electrode, among the materials listed above, those having low electric resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable. In the case of a p-type semiconductor, platinum, gold, silver, ITO, conductive polymer are particularly preferable. And carbon are preferred.

ソース電極またドレイン電極とする場合は、上記の導電性材料を含む溶液、ペースト、インク、分散液等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、または白金、金、銀、銅を含有する金属微粒子を含む流動性電極材料が塗布或いは印刷等により電極パターンを形成でき好ましい。   When the source electrode or the drain electrode is used, the electrode is formed using a fluid electrode material such as a solution, paste, ink, or dispersion containing the above-described conductive material, particularly a conductive polymer, or platinum, gold, silver, A fluid electrode material containing metal fine particles containing copper is preferable because an electrode pattern can be formed by coating or printing.

また、溶媒や分散媒体としては、有機半導体へのダメージを抑制するため水を60%以上、好ましくは90%以上含有する溶媒または分散媒体であることが好ましい。   In addition, the solvent or dispersion medium is preferably a solvent or dispersion medium containing 60% or more, preferably 90% or more of water in order to suppress damage to the organic semiconductor.

金属微粒子を含有する流動性電極材料としては、例えば、公知の導電性ペースト等を用いてもよいが、好ましくは粒子径が1nm〜50nm、好ましくは1nm〜10nmの金属微粒子を必要に応じて分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した材料である。   As the fluid electrode material containing metal fine particles, for example, a known conductive paste or the like may be used. Preferably, metal fine particles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 10 nm are dispersed as required. A material dispersed in a dispersion medium that is water or any organic solvent using a stabilizer.

金属微粒子の材料としては、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、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、亜鉛等を用いることができる。   Materials for metal fine particles include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, zinc, etc. Can be used.

このような金属微粒子の分散物の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法等の物理的生成法や、コロイド法、共沈法等の、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が挙げられるが、好ましくは、特開平11−76800号公報、同11−80647号公報、同11−319538号公報、特開2000−239853号公報等に示されたコロイド法、特開2001−254185号公報、同2001−53028号公報、同2001−35255号公報、同2000−124157号公報、同2000−123634号公報の各公報等に記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物である。   As a method for producing such a dispersion of fine metal particles, metal ions are reduced in a liquid phase, such as a physical generation method such as gas evaporation method, sputtering method, metal vapor synthesis method, colloid method, coprecipitation method, etc. Examples of the chemical production method for producing metal fine particles include those described in JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, JP-A-2000-239853, and the like. In the gas described in JP-A-2001-254185, 2001-53028, 2001-35255, 2000-124157, 2000-123634, etc. It is a dispersion of fine metal particles produced by an evaporation method.

これらの金属微粒子分散物を用いて電極を成形し、溶媒を乾燥させた後、必要に応じて100〜300℃、好ましくは150〜200℃の範囲で形状様に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ものである。   After forming an electrode using these metal fine particle dispersions and drying the solvent, the metal fine particles are obtained by heating in a shape within a range of 100 to 300 ° C., preferably 150 to 200 ° C. as necessary. An electrode pattern having a target shape is formed by heat fusion.

電極また配線等の導電パターンの形成方法は、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて導電性薄膜を形成することができる。公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成してもよく、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法等もある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等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やレーザーアブレーション等により形成してもよい。   As a method for forming a conductive pattern such as an electrode or wiring, the conductive thin film can be formed by using a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material. An electrode may be formed by using a known photolithography method or a lift-off method, and there is a method in which a resist is formed and etched on a metal foil such as aluminum or copper by thermal transfer or ink jet. Alternatively, 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 lithography, laser ablation, or the like.

更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、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。   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, lithographic printing, or screen printing can also be used.

また、無電解メッキ法による電極形成法は、電極を設ける部分にメッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせる触媒を配した後に、メッキ剤を接触させるものである。   Moreover, the electrode formation method by the electroless plating method is to contact the plating agent after arranging a catalyst that acts on the plating agent to cause electroless plating in the portion where the electrode is provided.

これにより前記触媒とメッキ剤とが接触し、前記部分に無電解メッキが施されて、電極が形成される。電極形成に無電解メッキを利用する方法は、低抵抗の電極を煩雑な工程なしに簡便、低コストで形成することができる。   As a result, the catalyst and the plating agent come into contact with each other, and electroless plating is applied to the portion to form an electrode. A method using electroless plating for electrode formation can form a low-resistance electrode easily and at low cost without complicated steps.

本発明に係わる電極また配線等の導電パターンの形成は流動性材料を用いる溶液プロセスにより形成されることが好ましい。   The conductive patterns such as electrodes and wiring according to the present invention are preferably formed by a solution process using a fluid material.

《保護層》
本発明の有機薄膜トランジスタ上には保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物または無機窒化物等が挙げられ、前記大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。これにより有機薄膜トランジスタの耐久性が向上する。
《Protective layer》
It is also possible to provide a protective layer on the organic thin film transistor of the present invention. Examples of the protective layer include the inorganic oxides and inorganic nitrides described above, and the protective layer is preferably formed by the atmospheric pressure plasma method. This improves the durability of the organic thin film transistor.

《有機薄膜トランジスタ素子の製造》
有機薄膜トランジスタは、基板上に有機半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上に絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、基体上に先ずゲート電極を有し、絶縁層を介して有機半導体膜で連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。本発明の有機薄膜トランジスタは、これらトップゲート型またボトムゲート型のいずれでもよい。
<< Manufacture of organic thin-film transistor elements >>
The organic thin film transistor has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor layer on a substrate, a top gate type having a gate electrode on an insulating layer thereon, and a gate electrode on a substrate first, It is roughly classified into a bottom gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film through an insulating layer. The organic thin film transistor of the present invention may be either a top gate type or a bottom gate type.

また、本発明の有機薄膜トランジスタ(TFT)は、複数の有機薄膜トランジスタが配置される薄膜トランジスタ素子シートであってもよい。   The organic thin film transistor (TFT) of the present invention may be a thin film transistor element sheet in which a plurality of organic thin film transistors are arranged.

薄膜トランジスタ素子シートは、マトリクス配置された多数の有機薄膜トランジスタを有する。各有機薄膜トランジスタのゲート電極のゲートバスライン、各有機薄膜トランジスタのソース電極に連結するソースバスライン等を含み、各有機薄膜トランジスタのドレイン電極には、液晶、電気泳動素子等出力素子が接続され、表示装置における画素を構成する。また、これを駆動するは垂直駆動回路、水平駆動回路が配置されている。薄膜トランジスタ素子シートの作製に本発明に係わる方法は用いることができる。   The thin film transistor element sheet has a large number of organic thin film transistors arranged in a matrix. A gate bus line of a gate electrode of each organic thin film transistor, a source bus line connected to a source electrode of each organic thin film transistor, and the like. A drain electrode of each organic thin film transistor is connected to an output element such as a liquid crystal or an electrophoretic element. Constitutes the pixel. In addition, a vertical drive circuit and a horizontal drive circuit are arranged for driving this. The method according to the present invention can be used for producing a thin film transistor element sheet.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、支持体がプラスチックフィルムの場合、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層、及びポリマーを含む下引き層の少なくとも一方を有することが好ましい。   When the support is a plastic film, the organic thin film transistor of the present invention preferably has at least one of an undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides, and an undercoat layer containing a polymer.

下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、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等が挙げられる。また無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。   Examples of the inorganic oxide contained in the undercoat layer include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, titanate Examples include lead lanthanum, strontium titanate, barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Examples of the inorganic nitride include silicon nitride and aluminum nitride.

それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。   Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and silicon nitride are preferable.

本発明において、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層は上述した大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。   In the present invention, the undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides is preferably formed by the atmospheric pressure plasma method described above.

ポリマーを含む下引き層に用いるポリマーとしては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。   Polymers used for the undercoat layer containing polymer include polyester resin, polycarbonate resin, cellulose resin, acrylic resin, polyurethane resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, phenoxy resin, norbornene resin, epoxy resin, vinyl chloride-vinyl acetate Copolymer, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, copolymer of vinyl acetate and vinyl alcohol, partially hydrolyzed vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride-acrylonitrile copolymer Polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl alcohol, chlorinated polyvinyl chloride, ethylene-vinyl chloride copolymer, vinyl polymers such as ethylene-vinyl acetate copolymer, polyamide resin, ethylene-butadiene resin, Tajien - rubber-based resin such as acrylonitrile resin, silicone resin, and fluorine resins.

(好ましい実施の形態)
以下、本発明の好ましい実施形態を挙げて本発明を具体的に説明する。本発明はこれらに限定されない。
(Preferred embodiment)
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to preferred embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these.

(実施形態1)
本発明に係わる表面処理材料を用いた有機薄膜トランジスタ(TFT)の製造における好ましい実施の態様、各工程を説明する。
(Embodiment 1)
A preferred embodiment and each step in the production of an organic thin film transistor (TFT) using the surface treatment material according to the present invention will be described.

図3に、SAM膜を用いて有機半導体層を形成するTFT作製の各工程を示す概略断面図を示す。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing each step of TFT fabrication for forming an organic semiconductor layer using a SAM film.

先ず、基板1として樹脂支持体;ポリエーテルスルホン樹脂フィルム(200μm)を用い、この上に、先ず、50W/m2/minの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。 First, a resin support; a polyethersulfone resin film (200 μm) was used as the substrate 1, and a corona discharge treatment was first performed on the substrate 1 under the condition of 50 W / m 2 / min. Thereafter, an undercoat layer was formed in order to improve adhesion as follows.

(下引き層の形成)
下記組成の塗布液を乾燥膜厚2μmになるように塗布し、90℃で5分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯下10cmの距離から4秒間硬化させた。
(Formation of undercoat layer)
A coating solution having the following composition was applied to a dry film thickness of 2 μm, dried at 90 ° C. for 5 minutes, and then cured for 4 seconds from a distance of 10 cm under a 60 W / cm high-pressure mercury lamp.

ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ50nmの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層1aとした(図3(1))。大気圧プラズマ処理装置は、特開2003−303520号公報に記載の図6に準じた装置を用いた。
Dipentaerythritol hexaacrylate monomer 60g
Dipentaerythritol hexaacrylate dimer 20g
Dipentaerythritol hexaacrylate trimer or higher component 20g
Diethoxybenzophenone UV initiator 2g
Silicone surfactant 1g
75g of methyl ethyl ketone
Methyl propylene glycol 75g
Furthermore, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm was formed on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as the undercoat layer 1a (FIG. 3 (1)). As the atmospheric pressure plasma processing apparatus, an apparatus according to FIG. 6 described in JP-A No. 2003-303520 was used.

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
(電極条件)
ここでは、パール工業製高周波電源を用い、周波数13.56MHzで放電させた。
(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
Discharge output: 10 W / cm 2
(Electrode condition)
Here, discharge was performed at a frequency of 13.56 MHz using a high-frequency power source manufactured by Pearl Industries.

電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを1mm被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてJIS B 0601で規定される表面粗さの最大値(Rmax)5μmとした誘電体(比誘電率10)を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。   The electrode is coated with 1 mm of alumina by ceramic spraying on a stainless steel jacket roll base material having cooling means with cooling water, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, and then sealed by ultraviolet irradiation. This is a roll electrode having a dielectric (relative dielectric constant of 10) having a pore surface, smoothed surface and having a maximum surface roughness (Rmax) defined by JIS B 0601 of 5 μm (relative dielectric constant 10). On the other hand, as the application electrode, a hollow rectangular stainless steel pipe was coated with the same dielectric as described above under the same conditions.

〈ゲートバスラインおよびゲート電極の形成〉
次いで、ゲートバスラインおよびゲート電極Gを形成する。
<Formation of gate bus line and gate electrode>
Next, a gate bus line and a gate electrode G are formed.

即ち、上記の下引き層1a上に、下記組成の光感応性樹脂組成液1を塗布し、100℃にて1分間乾燥させることで、厚さ2μmの光感応性樹脂層を形成したのち、発振波長830nm、出力100mWの半導体レーザーで200mJ/cm2のエネルギー密度でゲートバスラインおよびゲート電極のパターンを露光し、アルカリ水溶液で現像してレジスト像を得た。さらにその上に、スパッタ法により、厚さ300nmのアルミニウム皮膜を一面に成膜した後、MEKで上記光感応性樹脂層の残存部を除去することで、ゲートバスラインおよびゲート電極Gを作製する(図3(2))。 That is, after the photosensitive resin composition liquid 1 having the following composition is applied on the undercoat layer 1a and dried at 100 ° C. for 1 minute, a photosensitive resin layer having a thickness of 2 μm is formed. The pattern of the gate bus line and the gate electrode was exposed with a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 830 nm and an output of 100 mW at an energy density of 200 mJ / cm 2 and developed with an alkaline aqueous solution to obtain a resist image. Furthermore, after forming an aluminum film having a thickness of 300 nm on the entire surface by sputtering, the remaining part of the photosensitive resin layer is removed by MEK, thereby producing the gate bus line and the gate electrode G. (FIG. 3 (2)).

(光感応性樹脂組成液1)
色素A 7部
ノボラック樹脂(フェノールとm−、p−混合クレゾールとホルムアルデヒドを共縮合さ
せたノボラック樹脂(Mw=4000、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾールのモル比がそれぞれ5/57/38)) 90部
クリスタルバイオレット 3部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 1000部
(Photosensitive resin composition liquid 1)
Dye A 7 parts novolak resin (novolak resin co-condensed with phenol and m-, p-mixed cresol and formaldehyde (Mw = 4000, molar ratio of phenol / m-cresol / p-cresol is 5/57/38, respectively)) 90 parts Crystal violet 3 parts Propylene glycol monomethyl ether 1000 parts

Figure 2008170515
Figure 2008170515

また感光性樹脂を用いたレジスト形成によるパターニングではなく、静電吸引型インクジェット装置と無電解メッキ法との組み合わせによる本発明の方法を用い、ゲートバスラインおよびゲート電極のパターンを無電解メッキ法により形成してもよい。   In addition, the pattern of the gate bus line and the gate electrode is formed by the electroless plating method by using the method of the present invention based on the combination of the electrostatic suction type inkjet apparatus and the electroless plating method, not the patterning by resist formation using the photosensitive resin. It may be formed.

次いで、以下の陽極酸化皮膜形成工程により、平滑化、絶縁性向上のための補助的絶縁膜として、ゲート電極に陽極酸化被膜を形成した(図では省略)。   Next, an anodic oxide film was formed on the gate electrode as an auxiliary insulating film for smoothing and improving the insulating properties by the following anodic oxide film forming step (not shown in the figure).

(陽極酸化被膜形成工程)
ゲート電極を形成したのち基板をよく洗浄し、10質量%リン酸アンモニウム水溶液中で、2分間、30Vの低電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが120nmになるまで陽極酸化をおこなった。よく洗浄した後に、1気圧、100℃の飽和した蒸気チャンバーの中で、蒸気封孔処理を施した。この様にして陽極酸化被膜を有するゲート電極を下引き処理したポリエーテルスルホン樹脂フィルム上に作製した。
(Anodized film forming process)
After forming the gate electrode, the substrate is washed thoroughly, and the thickness of the anodic oxide film reaches 120 nm using a direct current supplied from a low-voltage power supply of 30 V in a 10 mass% ammonium phosphate aqueous solution for 2 minutes. Anodized. After thoroughly washing, steam sealing treatment was performed in a saturated steam chamber at 1 atm and 100 ° C. In this way, a gate electrode having an anodized film was produced on a polyether sulfone resin film subjected to a subbing treatment.

次いで、さらにフィルム温度200℃にて、上述した大気圧プラズマ法の使用ガスを用い厚さ30nmの酸化ケイ素層を設け、前記の陽極酸化膜(アルミナ膜)を併せゲート絶縁層Iを形成した(図3の(3))。   Next, at a film temperature of 200 ° C., a silicon oxide layer having a thickness of 30 nm was provided using the gas used in the atmospheric pressure plasma method described above, and the gate insulating layer I was formed by combining the anodic oxide film (alumina film). (3) in FIG.

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
次に、表面処理材料(例示化合物2)の1質量%トルエン溶液に上記ゲート絶縁層を設けた基板を10分浸漬後、引き上げ30分間乾燥(50℃)した。次いで基板をトルエンで洗浄後さらに乾燥した。これにより、ゲート絶縁層I表面のヒドロキシル基と表面処理材料が反応して結合が生じ、SAM膜2がゲート絶縁層I表面全体に形成された(図3(4))。
(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
Discharge output: 10 W / cm 2
Next, the substrate provided with the gate insulating layer in a 1% by mass toluene solution of the surface treatment material (Exemplified Compound 2) was immersed for 10 minutes, and then pulled up and dried (50 ° C.) for 30 minutes. Next, the substrate was washed with toluene and further dried. As a result, the hydroxyl group on the surface of the gate insulating layer I and the surface treatment material reacted to form a bond, and the SAM film 2 was formed on the entire surface of the gate insulating layer I (FIG. 3 (4)).

次いで、以下の感光層塗布液を乾燥後の膜厚が1.5g/m2となるように回転塗布機を用いて100℃で塗布して10分間乾燥し感光層3を形成した(図3(5))。 Next, the following photosensitive layer coating solution was applied at 100 ° C. using a spin coater so that the film thickness after drying was 1.5 g / m 2 and dried for 10 minutes to form photosensitive layer 3 (FIG. 3). (5)).

(感光層塗布液)
バインダーB 60部
光酸発生剤A(2−トリクロロメチル−5−〔β−(2−ベンゾフリル)ビニル〕−1,3,4−オキサジアゾール) 5部
赤外線吸収剤 IR18 2部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 1000部
ノニオン活性剤(ポリエチレングリコール分子量2000) 0.5部
尚、バインダーBは、フェノールとm−,p−混合クレゾールとホルムアルデヒドとの共縮合化合物(Mn=500、Mw=2500、フェノール:m−クレゾール:p−クレゾールのモル比が20:48:32)であるノボラック樹脂である
(Photosensitive layer coating solution)
Binder B 60 parts Photoacid generator A (2-trichloromethyl-5- [β- (2-benzofuryl) vinyl] -1,3,4-oxadiazole) 5 parts Infrared absorber IR18 2 parts propylene glycol monomethyl ether 1000 parts Nonionic activator (polyethylene glycol molecular weight 2000) 0.5 parts Binder B is a co-condensation compound of phenol, m-, p-mixed cresol and formaldehyde (Mn = 500, Mw = 2500, phenol: m- It is a novolak resin in which the molar ratio of cresol: p-cresol is 20:48:32)

Figure 2008170515
Figure 2008170515

次に、半導体レーザー(波長830nm、出力500mW)で感光層表面に露光を行った。レーザー光径はピークにおける強度の1/e2で13μmであった。また、解像度は走査方向、副走査方向とも2000DPI(1インチ=2.5cm当たりのドット数)とし、基板上の半導体チャネル領域に露光を行った(図3(6))。感光層の光照射領域3’において酸が発生しSAM膜2上の対応する領域には親水性領域2’が形成された。 Next, the surface of the photosensitive layer was exposed with a semiconductor laser (wavelength 830 nm, output 500 mW). The laser beam diameter was 13 μm at 1 / e 2 of the intensity at the peak. The resolution was 2000 DPI in both the scanning direction and the sub-scanning direction (1 inch = number of dots per 2.5 cm), and the semiconductor channel region on the substrate was exposed (FIG. 3 (6)). Acid was generated in the light irradiation region 3 ′ of the photosensitive layer, and a hydrophilic region 2 ′ was formed in the corresponding region on the SAM film 2.

次いで、感光層をプロピレングリコールモノメチルエーテルで洗い流すことで除去し、ゲート絶縁層上のSAM膜を露出させた(図(7))。   Next, the photosensitive layer was removed by washing with propylene glycol monomethyl ether to expose the SAM film on the gate insulating layer (FIG. 7).

光照射領域にはSAM膜が発生した酸によって分解して親水性領域が形成された。   In the light irradiation region, a hydrophilic region was formed by decomposition by the acid generated by the SAM film.

次に、半導体材料として、有機半導体1を用いて、表面処理されたゲート絶縁層上に有機半導体層を形成した。即ち、有機半導体1のトルエン溶液(0.5質量%)を調製し、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき大凡の領域に吐出し(図3(8))、窒素ガス中で50℃で3分乾燥した。乾燥、即ち溶媒の蒸発に従って第2の領域に液滴が集まり、正確に基板上の第1の領域に接した第2の領域のみに膜厚20nmの有機半導体層4が形成された(図3(9))。   Next, an organic semiconductor layer was formed on the surface-treated gate insulating layer using the organic semiconductor 1 as a semiconductor material. That is, a toluene solution (0.5% by mass) of the organic semiconductor 1 is prepared and ejected to a substantial region where a channel is to be formed by using a piezo ink jet method (FIG. 3 (8)). And dried at 50 ° C. for 3 minutes. According to drying, that is, evaporation of the solvent, droplets gather in the second region, and the organic semiconductor layer 4 having a film thickness of 20 nm is formed only in the second region in contact with the first region on the substrate (FIG. 3). (9)).

Figure 2008170515
Figure 2008170515

次にマスクを介して、金を蒸着することで、ソース電極S、ドレイン電極Dを形成し、図3(10)に示される薄膜トランジスタが形成された。   Next, the source electrode S and the drain electrode D were formed by vapor-depositing gold through a mask, and the thin film transistor shown in FIG. 3 (10) was formed.

以上、本発明の有機半導体素子、TFTシートの製造方法における好ましい実施の態様を示したが、この様に、本発明により、配向性の高い有機半導体薄膜が、精度よく基板上の所定位置に安定に形成されるため、キャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタ及びTFTシートを得ることが可能である。   As described above, the preferred embodiments of the method for manufacturing the organic semiconductor element and the TFT sheet of the present invention have been shown. Thus, according to the present invention, the organic semiconductor thin film having high orientation can be stably stabilized at a predetermined position on the substrate. Therefore, it is possible to obtain an organic thin film transistor and a TFT sheet having high carrier mobility.

(実施形態2)
次いで好ましい実施の形態である本発明に係わるSAM膜を用いた電極の作製例について説明する。
(Embodiment 2)
Next, an example of manufacturing an electrode using a SAM film according to the present invention which is a preferred embodiment will be described.

実施形態1と同様にゲート電極、ゲート絶縁層、SAM膜を作製し、更に同様に感光層を形成した(図3(5))。   A gate electrode, a gate insulating layer, and a SAM film were prepared in the same manner as in Embodiment 1, and a photosensitive layer was formed in the same manner (FIG. 3 (5)).

次いで、同じ半導体レーザーを用いて基板上のソース電極、ドレイン電極およびソースバスライン領域にパターン状に露光を行った。   Next, using the same semiconductor laser, the source electrode, the drain electrode, and the source bus line region on the substrate were exposed in a pattern.

露光領域に発生した酸により、SAM膜2中に親水性領域2’が形成される(図4(1))。   A hydrophilic region 2 ′ is formed in the SAM film 2 by the acid generated in the exposed region (FIG. 4 (1)).

露光後、5分放置した後プロピレングリコールモノメチルエーテルで感光層を除去して、ゲート絶縁層上のSAM膜2において電極形成領域を親水化した(図4(2))。   After exposure, the photosensitive layer was removed with propylene glycol monomethyl ether for 5 minutes, and the electrode formation region in the SAM film 2 on the gate insulating layer was hydrophilized (FIG. 4 (2)).

次に、ソース電極、ドレイン電極領域上に金ナノ粒子インクをインクジェット法により堆積後、100℃で10分間加熱して乾燥した(図4(3)〜(4))。乾燥と共に親水化領域に金ナノ粒子インクは集まり親水化領域上にソース電極S、ドレイン電極Dがそれぞれ位置精度よく形成された(厚み100nm)。   Next, gold nanoparticle ink was deposited on the source electrode and drain electrode regions by an inkjet method, and then dried by heating at 100 ° C. for 10 minutes (FIGS. 4 (3) to (4)). With drying, the gold nanoparticle ink gathered in the hydrophilized region, and the source electrode S and drain electrode D were formed on the hydrophilized region with high positional accuracy (thickness 100 nm).

この上から更に真空蒸着機を用いてペンタセンの蒸着膜(厚さ25nm)を形成し有機半導体層を形成した(図4(5))。ボトムゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタが形成された。   A pentacene vapor-deposited film (thickness 25 nm) was further formed from above using a vacuum vapor deposition machine to form an organic semiconductor layer (FIG. 4 (5)). A bottom gate bottom contact type thin film transistor was formed.

(有機薄膜トランジスタの評価)
実施形態1及び2で作製した有機薄膜トランジスタについて、I−V特性の飽和領域からキャリア移動度を求めたところ、移動度が0.4cm2/Vs以上であり、pチャネルエンハンスメント型FETとして良好に動作した。
(Evaluation of organic thin film transistor)
With respect to the organic thin film transistors fabricated in Embodiments 1 and 2, the carrier mobility was obtained from the saturation region of the IV characteristics. As a result, the mobility was 0.4 cm 2 / Vs or more, and the p-channel enhancement type FET was operated well. did.

また、有機半導体薄膜、また、電極の塗布形成においても、また位置精度が良好で特性の再現性もよいことがわかった。   Also, it was found that the position accuracy is good and the reproducibility of the characteristics is good also in the coating formation of the organic semiconductor thin film and the electrode.

本発明に係わる方法は、基板表面に自己組織化単分子膜(SAM膜)を配置して、パターン状に発生させた酸により表面エネルギーを変化させることで、電極又半導体チャネルを位置精度、再現性よく形成することができ、また、有機半導体層の形成においては自己組織化単分子膜を用いより配向性の高い移動度の大きい半導体層が形成できる。   In the method according to the present invention, a self-assembled monomolecular film (SAM film) is arranged on the surface of a substrate, and surface energy is changed by acid generated in a pattern, thereby reproducibility and reproduction of electrodes or semiconductor channels. In addition, in the formation of the organic semiconductor layer, a semiconductor layer with higher orientation and higher mobility can be formed using a self-assembled monolayer.

SAM膜が形成された基板上に、有機半導体材料層を形成する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of forming an organic-semiconductor material layer on the board | substrate with which the SAM film was formed. 本発明の方法により形成される有機薄膜トランジスタの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the organic thin-film transistor formed by the method of this invention. SAM膜を用いて有機半導体層を形成するTFT作製の各工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows each process of TFT preparation which forms an organic-semiconductor layer using a SAM film. SAM膜を用いて電極の作製を行うTFT作製の各工程の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of each process of TFT preparation which manufactures an electrode using a SAM film.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 自己組織化単分子膜(SAM膜)
3 感光層
4 有機半導体層
G ゲート電極
I ゲート絶縁層
S ソース電極
D ドレイン電極
1 Substrate 2 Self-assembled monolayer (SAM film)
3 Photosensitive layer 4 Organic semiconductor layer G Gate electrode I Gate insulating layer S Source electrode D Drain electrode

Claims (8)

酸の存在下で分解する保護基を分子内に有することを特徴とする表面処理材料。 A surface treatment material having a protecting group in the molecule that decomposes in the presence of an acid. 請求項1に記載の表面処理材料が接着または結合した表面、及び前記表面に酸を供給する膜を有することを特徴とする基板。 A substrate comprising a surface to which the surface treatment material according to claim 1 is bonded or bonded, and a film for supplying an acid to the surface. 前記酸を供給する膜が、光または熱の作用で酸を発生することを特徴とする請求項2に記載の基板。 The substrate according to claim 2, wherein the acid supplying film generates an acid by the action of light or heat. 前記酸を供給する膜が、光酸発生剤を含有することを特徴とする請求項3に記載の基板。 4. The substrate according to claim 3, wherein the acid supplying film contains a photoacid generator. 前記酸を供給する膜が光酸発生剤を分光増感する機能を有する色素を含有することを特徴とする請求項4に記載の基板。 The substrate according to claim 4, wherein the acid supplying film contains a dye having a function of spectrally sensitizing the photoacid generator. 請求項1に記載の表面処理材料がゲート絶縁膜の表面に接着、または結合したことを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor, wherein the surface treatment material according to claim 1 is bonded or bonded to a surface of a gate insulating film. 請求項3に記載の基板中の酸を供給する膜に対し、像様に光または熱を作用させることで、像様に酸を発生させた後、前記酸を供給する膜を除去することを特徴とする基板表面の処理方法。 The film for supplying acid in the substrate according to claim 3 is subjected to image-wise light or heat to generate an image-like acid, and then the film for supplying acid is removed. A method for treating a substrate surface, which is characterized. 請求項7に記載の基板表面の処理方法を用いて、酸を像様に形成した領域に、半導体膜または電極のパターンを形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a pattern of a semiconductor film or an electrode is formed in a region where an acid is formed imagewise using the substrate surface processing method according to claim 7.
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