JP2008171861A - Organic thin-film transistor - Google Patents

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康 大久保
Katsura Hirai
桂 平井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-durability organic thin-film transistor. <P>SOLUTION: The organic thin-film transistor comprises a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer made of an organic semiconductor material, and source and drain electrodes and has a protective layer, comprising an organic inorganic hybrid layer containing a water-soluble polymer and hydrolysis polycondensate of alkoxysilane expressed by general Formula 1 on the organic semiconductor layer. In this case, the general Formula 1 is R<SB>4-n</SB>Si(OR')<SB>n</SB>. In the Formula, R indicates a hydrogen atom or a substituent selected from among alkyl, halogenated alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, aryl, heteroaryl, and alkylsilyl groups, R' indicates a hydrogen atom or an alkyl group, and n indicates an integer of 2-4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体層を用いた有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an organic thin film transistor using an organic semiconductor layer.

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(有機エレクトロルミネッセンス)、電気泳動等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等を確保するために、画像駆動方法としては薄膜トランジスタ素子(TFT素子)を用いるアクティブ駆動方法が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基体上にこれらTFT素子を形成し、液晶、有機EL素子等が封止されている。   In general, in a flat panel display device, a display medium is formed using elements utilizing liquid crystal, organic EL (organic electroluminescence), electrophoresis, or the like. In such a display medium, an active driving method using a thin film transistor element (TFT element) has become mainstream as an image driving method in order to ensure uniformity of screen luminance, screen rewriting speed, and the like. For example, in a normal computer display, these TFT elements are formed on a glass substrate, and liquid crystal, organic EL elements, etc. are sealed.

ここでTFT素子には、主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)等の半導体を用いており、これらのSi半導体(必要に応じて金属膜も)を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基体上に順次形成していくことでTFT素子が製造される。こうしたTFT素子の製造には、通常スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。   Here, semiconductors such as a-Si (amorphous silicon) and p-Si (polysilicon) are mainly used for the TFT element, and these Si semiconductors (and metal films as necessary) are formed into a multilayer structure. The TFT element is manufactured by sequentially forming the drain and gate electrodes on the substrate. The manufacture of such TFT elements usually requires sputtering or other vacuum manufacturing processes.

しかしながら、これらSi系のTFT素子では、スイッチング動作の要となる半導体層だけでもp型とn型といった複数の半導体層が積層されているように、多数の層の形成が必要であり、これらの層の形成には真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスが必要であるため、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっている。さらに、これらの真空系の製造プロセスで形成した層を、フォトリソグラフ等の手段によってパターニングする必要があり、このパターニング工程においても露光・現像・洗浄等の多数の工程を行う必要があり、結果として、素子を基体上に形成するためには何十もの工程を必要とてしている。こうした従来のSi半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる等、設備の変更が容易ではない。   However, in these Si-based TFT elements, it is necessary to form a large number of layers such that a plurality of semiconductor layers such as p-type and n-type are stacked only on a semiconductor layer that is necessary for a switching operation. Since the formation of the layer requires a vacuum manufacturing process including a vacuum chamber, the apparatus cost and running cost are extremely large. Furthermore, it is necessary to pattern the layer formed by these vacuum manufacturing processes by means such as photolithography, and in this patterning process, it is necessary to perform a number of steps such as exposure, development, and washing, and as a result In order to form the element on the substrate, dozens of processes are required. In such a conventional manufacturing method using a Si semiconductor, it is not easy to change the equipment, for example, a design change of a manufacturing apparatus such as a vacuum chamber is required in response to the need for a large display screen.

また、このような従来からのSi材料を用いたTFT素子の形成には高い温度の工程が含まれるため、基体材料には工程温度に耐える材料であるという制限が加わることになる。このため実際上はガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、こうした従来知られたTFT素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基体上にSi系TFT素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイには望ましくないものである。   Further, since the formation of such a conventional TFT element using a Si material includes a high temperature process, the base material is restricted to be a material that can withstand the process temperature. Therefore, in practice, glass must be used, and when the above-described thin display such as electronic paper or digital paper is configured using such a conventionally known TFT element, the display is heavy and flexible. Products that may break due to chipping or dropping impact. These characteristics resulting from the formation of Si-based TFT elements on a glass substrate are undesirable for a portable thin display for easy use accompanying the progress of computerization.

そこで近年、半導体層に有機材料を用いた有機薄膜トランジスタ素子(有機TFT素子)に注目が集まっている。例えば、半導体層として、ペンタセンやテトラセンといったアセン類、またこれらに置換基を導入した化合物、フタロシアニンやポルフィリン類、及びこれらの前駆体、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物や、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、ナフタレン、アントラセンに5員の芳香族複素環が対称に縮合した化合物、ジフェニル(ベンゾチオフェノベンゾチオフェン)のようなヘテロ縮合多環化合物等が知られ、a−Siに比して低温で蒸着・製膜ができるため、プラスチックフィルム上等への形成も試みられている。このような低温プロセスによる製造は、透明樹脂基体上へのTFT素子の形成を可能とし、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない(もしくは非常に割れにくい)ディスプレイとすることができると考えられる。   Therefore, in recent years, attention has been focused on organic thin film transistor elements (organic TFT elements) using an organic material for a semiconductor layer. For example, as a semiconductor layer, acenes such as pentacene and tetracene, compounds having substituents introduced therein, phthalocyanines and porphyrins, and precursors thereof, low molecular compounds such as perylene and tetracarboxylic acid derivatives thereof, and α-thienyl Alternatively, aromatic oligomers, typically thiophene hexamers called sexual thiophenes, naphthalenes, anthracenes, 5-membered aromatic heterocycles condensed symmetrically, and hetero-condensed polymers such as diphenyl (benzothiophenobenzothiophene) Since ring compounds and the like are known and can be deposited and formed at a lower temperature than a-Si, formation on plastic films and the like has also been attempted. Manufacturing by such a low temperature process makes it possible to form TFT elements on a transparent resin substrate, making the display lighter and more flexible than conventional ones, and not broken (or very difficult to break) when dropped. It is thought that it can be.

さらに、これらの有機半導体材料の分子構造を適切に改良することによって溶剤に可溶化することができれば、インクジェット法または印刷法等といった簡便な溶液プロセスによってパターニングが可能となり、フォトリソグラフに伴う露光・現像・洗浄等の多数の工程を削減することができ、簡便な工程でディスプレイを製造できることが期待される。   Furthermore, if it can be solubilized in a solvent by appropriately improving the molecular structure of these organic semiconductor materials, patterning is possible by a simple solution process such as an ink jet method or a printing method, and exposure and development associated with photolithography -It is expected that a number of processes such as washing can be reduced and a display can be manufactured by a simple process.

ところで、これらのTFT素子は、さらに液晶表示素子や有機EL素子等にの電圧駆動素子または電流駆動素子に接続され、これらの電流量を調整するという役目を有する素子であるため、TFT素子を形成した後にも多くの工程を経てディスプレイパネルが形成されることになる。これらの後工程において、TFT素子を機械部品等との接触、搬送、加熱、露光等の物理的劣化要因や、環境中の酸素、水分等による化学的劣化要因から保護するために、保護層を形成する必要がある。   By the way, these TFT elements are further connected to voltage drive elements or current drive elements such as liquid crystal display elements and organic EL elements, and are elements that have the role of adjusting the amount of current, so that the TFT elements are formed. After that, a display panel is formed through many processes. In these subsequent processes, a protective layer is applied to protect the TFT element from physical deterioration factors such as contact with mechanical parts, transportation, heating, exposure, and chemical deterioration factors due to oxygen, moisture, etc. in the environment. Need to form.

しかし、有機半導体からなる有機半導体層は一般にこれらのストレスに弱く、a−Siの薄膜トランジスタのようなプラズマCVDやスパッタ等による保護層の形成方法では、薄膜形成プロセス自体によって有機半導体層が劣化してしまうといった課題を有していた。   However, an organic semiconductor layer made of an organic semiconductor is generally vulnerable to these stresses, and in the method of forming a protective layer by plasma CVD or sputtering such as an a-Si thin film transistor, the organic semiconductor layer deteriorates due to the thin film formation process itself. It had the problem of end.

このような課題に対し、パリレン薄膜のような無溶媒・低温プロセスで保護層を形成するといった方法(例えば、特許文献1参照)が提案されている。この方法は低温で蒸着することができ、有機半導体層へのダメージは少ないが、蒸着であるために直接パターニングを行うことができず、フォトリソグラフィー等の手法によってパターニングする必要がある。また、蒸着法であるため、大面積を均一に製膜することは困難である。   For such a problem, a method (for example, see Patent Document 1) in which a protective layer is formed by a solvent-free low temperature process such as a parylene thin film has been proposed. This method can be vapor-deposited at a low temperature and causes little damage to the organic semiconductor layer. However, since it is vapor deposition, direct patterning cannot be performed, and patterning must be performed by a technique such as photolithography. Moreover, since it is a vapor deposition method, it is difficult to form a large area uniformly.

また、水溶性高分子及び感光剤の(NH4)Cr27を含有する水溶液を塗布することによって保護層を形成するといった方法(例えば、特許文献2参照)が提案されている。しかし、保護層に充分な耐溶剤性を付与するための架橋剤に環境に有害な重クロム酸を用いるのは、実用上厳しい。また、水溶性高分子は吸水性を有し、製膜後に湿度で膨張・収縮を起こすことがあり、実際の使用環境下では湿度変動により経時で半導体層に悪影響を与える。また、一般に有機物のみでは酸素や水分等のバリア性に劣り、用途によっては有機薄膜トランジスタの保護が不十分なことがある。 Further, a method has been proposed in which a protective layer is formed by applying an aqueous solution containing a water-soluble polymer and a photosensitive agent (NH 4 ) Cr 2 O 7 (see, for example, Patent Document 2). However, it is practically difficult to use dichromic acid, which is harmful to the environment, as a crosslinking agent for imparting sufficient solvent resistance to the protective layer. Further, the water-soluble polymer has a water absorption property, and may cause expansion / contraction due to humidity after film formation. In an actual use environment, the semiconductor layer is adversely affected over time due to humidity fluctuation. In general, organic substances alone are inferior in barrier properties such as oxygen and moisture, and protection of organic thin film transistors may be insufficient depending on applications.

そこで、ガスバリア性の高い無機物からなる第2の保護層を、水溶性高分子薄膜上に形成することで水溶性高分子の湿度変化を抑制し、かつ半導体層への水分の透過を防ぐといった方法(例えば、特許文献3参照)も提案されている。しかし、有機物からなる第1の保護層と、無機物からなる第2の保護層との接着性が低く、経時で剥がれてしまう等の課題を有しており、有機半導体の保護層の開発はいまだ不十分なものにとどまっていた。
特開2004−288774号公報 米国特許出願公開第2002/022,299号明細書 特開2005−277238号公報
Therefore, a method of suppressing the humidity change of the water-soluble polymer by forming the second protective layer made of an inorganic substance having a high gas barrier property on the water-soluble polymer thin film and preventing the permeation of moisture to the semiconductor layer. (For example, see Patent Document 3) has also been proposed. However, the adhesiveness between the first protective layer made of an organic material and the second protective layer made of an inorganic material is low, and has problems such as peeling off over time. It remained inadequate.
JP 2004-288774 A US Patent Application Publication No. 2002 / 022,299 JP 2005-277238 A

本発明の目的は、耐久性が高い有機薄膜トランジスタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor having high durability.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.

1.ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体材料からなる有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、水溶性高分子と、下記一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層を前記有機半導体層上に有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。   1. An organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer made of an organic semiconductor material, a source electrode and a drain electrode, and hydrolyzing a water-soluble polymer and an alkoxysilane represented by the following general formula (1) An organic thin film transistor comprising a protective layer made of an organic-inorganic hybrid layer containing a polycondensate on the organic semiconductor layer.

一般式(1) R4-nSi(OR′)n
(式中、Rは水素原子またはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基、カルボニル基から選ばれる置換基を表し、R′は水素原子またはアルキル基を表し、nは2〜4の整数を表す。)
2.前記有機無機ハイブリッド層に、前記一般式(1)で表されるアルコキシシランを加水分解重縮合物することによって得られる下記一般式(2)で表される無機高分子化合物を1〜30質量%含有することを特徴とする前記1に記載の有機薄膜トランジスタ。
General formula (1) R 4-n Si (OR ′) n
Wherein R represents a hydrogen atom or a substituent selected from an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylsilyl group and a carbonyl group; Represents a hydrogen atom or an alkyl group, and n represents an integer of 2 to 4.)
2. 1-30 mass% of inorganic polymer compounds represented by the following general formula (2) obtained by hydrolytic polycondensation of the alkoxysilane represented by the general formula (1) to the organic-inorganic hybrid layer. 2. The organic thin film transistor according to 1 above, which is contained.

一般式(2) R4-nSiOn/2
(式中、Rは水素原子またはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基から選ばれる置換基を表し、nは2〜4の整数を表す。)
3.前記一般式(1)、一般式(2)において、n=4であることを特徴とする前記1または2に記載の有機薄膜トランジスタ。
General formula (2) R 4-n SiO n / 2
(In the formula, R represents a hydrogen atom or a substituent selected from an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and an alkylsilyl group, and n represents 2 to 4) Represents an integer.)
3. 3. The organic thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein n = 4 in the general formula (1) and the general formula (2).

4.前記水溶性高分子が、ポリビニルアルコール、ハロゲン化ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、これらの共重合体、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエステル、デンプン及びその誘導体、ゼラチン、カセイン、アルブミン、天然ゴム及びこれらの混合物から選ばれる水溶性高分子であることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   4). The water-soluble polymer is polyvinyl alcohol, halogenated polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, copolymers thereof, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, cellulose ester, starch and derivatives thereof, gelatin, casein, albumin 4. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 3, which is a water-soluble polymer selected from natural rubber and a mixture thereof.

5.前記水溶性高分子が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする前記4に記載の有機薄膜トランジスタ。   5. 5. The organic thin film transistor as described in 4 above, wherein the water-soluble polymer is polyvinyl alcohol.

6.前記保護層が、少なくとも50質量%以上の水を含む水溶液を塗布・乾燥することよって形成されていることを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   6). 6. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 5, wherein the protective layer is formed by applying and drying an aqueous solution containing at least 50% by mass or more of water.

7.前記水溶性高分子、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン及び光酸発生剤を含有する保護層を形成した後、活性光線をパターン露光することによって露光部に酸を発生させ、発生した酸によって露光部分のみに有機無機ハイブリッド層が形成されていることを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   7. After forming the protective layer containing the water-soluble polymer, the alkoxysilane represented by the general formula (1) and the photoacid generator, the pattern is exposed to actinic rays to generate an acid in the exposed area. 7. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 6 above, wherein an organic-inorganic hybrid layer is formed only in an exposed portion with the acid.

8.前記光酸発生剤が、スルホニウム塩化合物であることを特徴とする前記7に記載の有機薄膜トランジスタ。   8). 8. The organic thin film transistor according to 7 above, wherein the photoacid generator is a sulfonium salt compound.

9.前記有機無機ハイブリッド層からなる保護層上に、さらに金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物からなる第2の保護層を有することを特徴とする前記1〜8のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   9. 9. The method according to any one of 1 to 8, further comprising a second protective layer made of a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride on the protective layer made of the organic-inorganic hybrid layer. Organic thin film transistor.

10.前記第2の保護層が、酸化珪素からなる保護層であることを特徴とする前記9に記載の有機薄膜トランジスタ。   10. 10. The organic thin film transistor as described in 9 above, wherein the second protective layer is a protective layer made of silicon oxide.

11.前記第2の保護層が、大気圧または大気圧近傍の圧力下におけるプラズマCVD法によって形成されていることを特徴とする前記9または10に記載の有機薄膜トランジスタ。   11. 11. The organic thin film transistor as described in 9 or 10 above, wherein the second protective layer is formed by a plasma CVD method under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.

12.前記有機半導体層が、非水系溶媒を用いた塗布によって形成されていることを特徴とする前記1〜11のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   12 12. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 11, wherein the organic semiconductor layer is formed by coating using a non-aqueous solvent.

本発明によれば、耐久性が高い有機薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the present invention, an organic thin film transistor having high durability can be provided.

本発明の有機薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体材料からなる有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、水溶性高分子と、前記一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層を前記有機半導体層上に有することによって、耐久性が高い有機薄膜トランジスタであることを特徴とする。   The organic thin film transistor of the present invention is an organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer made of an organic semiconductor material, a source electrode and a drain electrode, and is represented by the water-soluble polymer and the general formula (1). The organic thin film transistor is characterized by having a protective layer composed of an organic-inorganic hybrid layer containing a hydrolyzed polycondensate of alkoxysilane formed on the organic semiconductor layer.

さらに、保護層(第1の保護層)上に無機層からなる第2の保護層を積層することが好ましく、第1の保護層中に無機成分を含むことで、第2の保護層との接着性が良好となり、より耐久性の高い有機薄膜トランジスタを得ることができる。   Furthermore, it is preferable to laminate | stack the 2nd protective layer which consists of an inorganic layer on a protective layer (1st protective layer), By including an inorganic component in a 1st protective layer, it is with a 2nd protective layer. Adhesiveness becomes favorable and an organic thin film transistor with higher durability can be obtained.

本発明では、さらに溶解性有機半導体からなる有機半導体層上に塗布で保護層を形成しても、有機半導体層に影響を与えない特徴がある。   In the present invention, there is a feature that even if a protective layer is formed by coating on an organic semiconductor layer made of a soluble organic semiconductor, the organic semiconductor layer is not affected.

本発明のこのような効果が発現されるのは、保護層に有機高分子と無機物を混合し、有機高分子と無機物との相互作用によって実質的に高架橋構造とすることにより、キャリア移動度等の湿度変動を抑制するものと推定している。また、第2の保護層として、有機無機ハイブリッド層(第1の保護層)上に水蒸気バリア性に優れる無機薄膜を形成することで、さらに湿度変動による性能劣化を押さえることができ、また、無機薄膜中に無機物がナノサイズで分散しているので、接着性がよいと推定している。   Such an effect of the present invention is manifested by mixing the organic polymer and the inorganic substance in the protective layer, and by substantially forming a highly crosslinked structure by the interaction between the organic polymer and the inorganic substance. It is estimated to suppress the humidity fluctuation. Moreover, by forming an inorganic thin film having excellent water vapor barrier properties on the organic-inorganic hybrid layer (first protective layer) as the second protective layer, it is possible to further suppress performance deterioration due to humidity fluctuations. Since the inorganic substance is dispersed in a nano-size in the thin film, it is estimated that the adhesiveness is good.

以下、本発明をさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

以下、本発明の有機薄膜トランジスタの構成、次いで本発明の有機薄膜トランジスタを構成する各層の材料及び製造方法の順に述べる。   Hereinafter, the constitution of the organic thin film transistor of the present invention, and then the materials and manufacturing methods of the respective layers constituting the organic thin film transistor of the present invention will be described.

《有機薄膜トランジスタの構成》
本発明の有機薄膜トランジスタの構成について説明する。
<Structure of organic thin film transistor>
The configuration of the organic thin film transistor of the present invention will be described.

本発明の有機薄膜トランジスタは、基材、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極から形成され、一般にMIS型(金属−絶縁体−半導体型)トランジスタと呼ばれる種類のトランジスタである。   The organic thin film transistor of the present invention is formed of a base material, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, and is a type of transistor generally called a MIS type (metal-insulator-semiconductor type) transistor. .

MIS型トランジスタにおいては、ゲート電極に印加する電界を調節することで、絶縁層を介して半導体層の導電性を制御し、ひいては半導体層の両端に設置されたソース電極からドレイン電極へと電流量を制御することができる。   In the MIS transistor, the electric field applied to the gate electrode is adjusted to control the conductivity of the semiconductor layer through the insulating layer, and as a result, the amount of current flows from the source electrode installed at both ends of the semiconductor layer to the drain electrode. Can be controlled.

このようなMIS型トランジスタの中でも、上記各層の構成によって、いくつかの形式に分類することができる。   Among such MIS transistors, they can be classified into several types depending on the structure of each layer.

まず、基体上に有機半導体膜(以下、有機半導体層ともいう)で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート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、ゲート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。   First, a top gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film (hereinafter also referred to as an organic semiconductor layer) on a substrate, and having a gate electrode on the gate electrode via a gate insulating layer, First, it is roughly classified into a bottom gate type having a gate electrode and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film through a gate insulating layer.

さらに、ゲート電極から見てソース電極、ドレイン電極が、有機半導体層の手前にあるボトムコンタクト型と、有機半導体層の向こう側にあるトップコンタクト型に区別することができ、両者を組み合わせることによって、4種類の有機薄膜トランジスタの構成が可能である。具体的な素子の層構成例の一例を、以下、図1(a)〜(e)に示す。   Furthermore, when viewed from the gate electrode, the source electrode and the drain electrode can be distinguished into a bottom contact type in front of the organic semiconductor layer and a top contact type on the other side of the organic semiconductor layer, and by combining both, Four types of organic thin film transistors can be configured. An example of a specific layer structure of the element is shown in FIGS. 1 (a) to 1 (e) below.

図1(a)、(c)はトップゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体106上に、ソース電極102及びドレイン電極103を有し、その上から有機半導体膜101が形成されている。さらに有機半導体膜101に接してゲート絶縁層105が形成され、その上にソース電極104を有する、といった構成である。   FIGS. 1A and 1C show top gate / bottom contact layer configuration examples. A source electrode 102 and a drain electrode 103 are provided on a base 106, and an organic semiconductor film 101 is formed thereon. Further, the gate insulating layer 105 is formed in contact with the organic semiconductor film 101, and the source electrode 104 is provided thereover.

図1(b)はトップゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体106にゲート電極104を有し、その上にゲート絶縁層105が形成されている。その上に有機半導体膜101が形成され、さらに有機半導体膜101に接してソース電極102及びドレイン電極103が形成されている、といった構成である。   FIG. 1B shows an example of a layer structure of a top gate / top contact type. A base electrode 106 is provided on a base 106, and a gate insulating layer 105 is formed thereon. The organic semiconductor film 101 is formed thereon, and the source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed in contact with the organic semiconductor film 101.

図1(d)、(f)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体106にゲート電極104を有し、その上にゲート絶縁層105が形成されている。その上にソース電極102及びドレイン電極103が形成され、その上に有機半導体膜101が形成されている、といった構成である。   FIGS. 1D and 1F show an example of a bottom gate / bottom contact type layer structure. A base electrode 106 is provided on a base 106, and a gate insulating layer 105 is formed thereon. The source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed thereon, and the organic semiconductor film 101 is formed thereon.

図1(e)は、ボトムゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体106にゲート電極104を有し、その上にゲート絶縁層105が形成されている。その上に有機半導体膜101が形成され、その上にソース電極102及びドレイン電極103が形成されている、といった構成である。   FIG. 1E shows an example of a layer structure of a bottom gate / top contact type. A base electrode 106 is provided on a base 106, and a gate insulating layer 105 is formed thereon. The organic semiconductor film 101 is formed thereon, and the source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed thereon.

これらの構成の中でも(a)〜(c)のようなトップゲート構造の場合は、実質的に有機半導体層が素子内に封入されているため、必ずしも保護層は必要ではないが、有機半導体層の劣化を引き起こさずに有機半導体層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成及びパターニングすることは非常に困難であり、実用的でない。   Among these configurations, in the case of the top gate structure as in (a) to (c), the organic semiconductor layer is substantially enclosed in the element, and thus the protective layer is not necessarily required. It is very difficult and practical to form and pattern a gate insulating film and a gate electrode on the organic semiconductor layer without causing deterioration of the film.

有機半導体層上に低ダメージで製膜・パターニングできるといった特徴を有する本発明の保護膜を、(d)〜(f)のような、ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタの有機半導体層1上に形成することで、実用的な有機薄膜トランジスタを形成することができる。   The protective film of the present invention having the characteristic that it can be formed and patterned with low damage on the organic semiconductor layer is formed on the organic semiconductor layer 1 of the organic thin film transistor having the bottom gate structure as shown in (d) to (f). Thus, a practical organic thin film transistor can be formed.

このような観点から、上記(c)、(f)で表されるボトムゲート・ボトムコンタクト型の構成を有することが好ましい。これらの素子構成では、有機半導体層上に形成するのは保護層だけでよく、他の層を形成する際のダメージを最も低減することができ、劣化の少ない良好な特性を有する有機薄膜トランジスタを得ることができる。   From such a viewpoint, it is preferable to have a bottom gate / bottom contact type configuration represented by the above (c) and (f). In these element configurations, only the protective layer may be formed on the organic semiconductor layer, the damage when forming other layers can be reduced most, and an organic thin film transistor having good characteristics with little deterioration is obtained. be able to.

以下、有機半導体を形成する各層の材料及び形成方法について記載する。   Hereinafter, the material and forming method of each layer forming the organic semiconductor will be described.

《基体》
有機薄膜トランジスタを形成する基体(基板ともいう)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、チッ化珪素、炭化珪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、及び屈曲が可能な程度の厚みを有するステンレス、アルミ等の金属からなる基板等を用いることができるが、本発明において基体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。
<Substrate>
Various materials can be used as a base (also referred to as a substrate) for forming an organic thin film transistor. For example, glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide and other ceramic bases, silicon, germanium, gallium A semiconductor substrate such as arsenic, gallium phosphide, and gallium nitrogen, paper, non-woven fabric, and the like, and a substrate made of a metal such as stainless steel or aluminum having a thickness that can be bent can be used. Preferably, for example, a plastic film sheet can be used.

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。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。また、曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。   Examples of plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), and cellulose. Examples include films made of triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. By using a plastic film, it is possible to reduce the weight as compared to the case of using a glass substrate, to improve portability, and to improve resistance to impact. Further, it becomes possible to incorporate or integrate a field effect transistor into a display device or electronic device having a curved shape.

また、本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、基体がプラスチックフィルムの場合、基体と有機薄膜トランジスタとの密着性を高めるために、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。   Further, in the organic thin film transistor of the present invention, when the substrate is a plastic film, an undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides, and a polymer in order to improve the adhesion between the substrate and the organic thin film transistor It is preferable to have at least one of the undercoat layers containing.

下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化珪素、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 thereof include lead lanthanum, strontium titanate, barium titanate, barium fluoride magnesium, 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、酸化珪素、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の形成方法としては、前述したゲート絶縁膜の形成法と同様の無機酸化物または無機窒化物の形成方法を挙げることができるが、好ましくは大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。   In the present invention, as a method for forming an undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides, the same method for forming an inorganic oxide or inorganic nitride as the above-described gate insulating film forming method is used. However, it is preferably formed by an atmospheric pressure plasma method.

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、ゼラチン、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, gelatin, 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 Copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, polyvinyl alcohol, chlorinated polyvinyl chloride, ethylene-vinyl chloride copolymers, vinyl polymers such as ethylene-vinyl acetate copolymers, polyamide resins, ethylene-butadiene Down resin, a butadiene - rubber resin such as acrylonitrile resin, silicone resin, and fluorine resins.

《ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極》
次に、ゲート電極パターン、ソース/ドレイン電極パターンを形成する電極材料とその形成方法について説明する。
<< Gate electrode, source electrode, drain electrode >>
Next, an electrode material for forming a gate electrode pattern and a source / drain electrode pattern and a method for forming the electrode material will be described.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極パターン、ソース/ドレイン電極パターン、及び電極と電源とをつなぐ配線部を構成する材料としては、公知の電極材料にて形成することができる。電極材料としては導電性材料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。あるいは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 the organic thin film transistor of the present invention, the material constituting the gate electrode pattern, the source / drain electrode pattern, and the wiring portion connecting the electrode and the power source can be formed of a known electrode material. 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 / al Bromide mixture, a magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used. Alternatively, 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.

また、ソース/ドレイン電極パターンの場合は、有機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、半導体層がp型半導体の場合は、白金、金、銀、銅が好ましい。中でも好ましくは、有機半導体材料との電位差が少なく、電極から有機半導体へのキャリア注入障壁の小さい金である。また、金は酸化等によって電極表面に酸化皮膜を作ることがないため、電極表面の仕事関数が変化するといった恐れがない。   In the case of the source / drain electrode pattern, those having a small electric resistance at the contact surface with the organic semiconductor layer are preferable, and when the semiconductor layer is a p-type semiconductor, platinum, gold, silver, and copper are preferable. Among them, gold is preferable because it has a small potential difference with respect to the organic semiconductor material and has a small carrier injection barrier from the electrode to the organic semiconductor. Further, since gold does not form an oxide film on the electrode surface due to oxidation or the like, there is no fear that the work function of the electrode surface changes.

電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等のドライプロセスを用いて形成した導電性薄膜を、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状を形成する方法、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によって形成したパターニングし、レーザーアブレーション等により転写する方法、また導電性ポリマーの溶液あるいは金属微粒子を含有する分散液、導電性インク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等印刷法、インクジェット法等の溶液プロセスによって形成する方法、米国特許第2,600,343号明細書、特公昭42−23746号公報、特開2004−221565号公報等に記載の、ハロゲン化銀粒子を光還元する方法、等が挙げられる。   As a method for forming an electrode, a conductive thin film formed using a dry process such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, and a method for forming an electrode shape using a known photolithography method or a lift-off method, aluminum, copper, or the like A method in which a resist is formed on a metal foil by thermal transfer, ink jet, etc., patterned by etching, transferred by laser ablation, etc., or a conductive polymer solution or dispersion containing metal fine particles, conductive ink, conductive A method of forming a functional paste or the like by a printing process such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, screen printing, and ink jet printing, US Pat. No. 2,600,343, Japanese Patent Publication No. 42-23746, JP 2004 Photoreduction of silver halide grains described in JP-A-221565 That way, and the like.

ゲート電極及びソース/ドレイン電極の形状を形成する手段としては、フォトリソグラフ法またはインクジェット法を用いて形成することが好ましい。   As a means for forming the shape of the gate electrode and the source / drain electrode, it is preferable to use a photolithographic method or an inkjet method.

なお、電極の表面が酸化されて酸化皮膜を形成していたり、有機物等による汚れが付着していると電極との反応性が低下し、制御された厚みを有する有機半導体層を形成することが困難となる場合があるため、有機半導体層を形成する直前に、公知の洗浄方法を用いて電極表面を清浄に洗浄しておくことが好ましい。   In addition, if the surface of the electrode is oxidized to form an oxide film, or if dirt due to organic matter or the like is attached, the reactivity with the electrode is reduced, and an organic semiconductor layer having a controlled thickness can be formed. Since it may be difficult, it is preferable to clean the electrode surface cleanly using a known cleaning method immediately before forming the organic semiconductor layer.

このような電極表面洗浄方法としては、強酸・強アルカリによる処理、紫外線照射、オゾン処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等を挙げることができる。中でも好ましくはプラズマ処理であり、さらに好ましくは大気圧プラズマ処理である。   Examples of such an electrode surface cleaning method include treatment with a strong acid / strong alkali, ultraviolet irradiation, ozone treatment, corona discharge treatment, plasma treatment and the like. Of these, plasma treatment is preferred, and atmospheric pressure plasma treatment is more preferred.

大気圧プラズマ処理とは、大気圧下において対向する電極間に電界を印加することにより発生したプラズマを含有するガスを、基材に吹き付けるといった処理である。大気圧プラズマ処理では、真空プラズマ処理に比して活性種の密度が高いために高速・高効率で電極表面の処理ができ、また処理時に真空にする必要がないために少ない工程数で処理ができるといったメリットがある。大気圧プラズマ処理は、特開2003−309266号等を参考にして行うことができる。   The atmospheric pressure plasma treatment is a treatment in which a gas containing plasma generated by applying an electric field between opposing electrodes under atmospheric pressure is sprayed onto a substrate. In atmospheric pressure plasma processing, the density of active species is higher than in vacuum plasma processing, so the electrode surface can be processed at high speed and high efficiency. There is an advantage that you can. The atmospheric pressure plasma treatment can be performed with reference to JP-A No. 2003-309266.

《ゲート絶縁膜》
本発明の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、大きく分けると、無機物と有機物の2種類があり、それぞれに応じて適した形成方法がある。
<Gate insulation film>
Although various insulating films can be used as the gate insulating layer of the organic thin film transistor of the present invention, there are roughly two types, inorganic and organic, and there are formation methods suitable for each.

例えば無機物としては、酸化珪素、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、等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物、等が挙げられる。   For example, as inorganic substances, 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, titanium Metal oxides such as barium oxide, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, trioxide yttrium, etc., silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium nitride, etc. Metal nitride, and the like.

無機物から形成される絶縁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、化学的気相成長(CVD)法、スパッタリング法、後述する大気圧プラズマCVD法等のドライプロセスや、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成する方法、またゾルゲル法等のウェットプロセスから形成することが可能な場合には、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法、及び印刷やインクジェット等のパターニング同時に可能な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。中でも、陽極酸化法、大気圧プラズマCVD法、及びそれらを組み合わせた方法を用いることが好ましい。   Insulating films formed from inorganic materials include vacuum deposition, molecular beam epitaxy, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), and sputtering. If it can be formed from a dry process such as atmospheric pressure plasma CVD, which will be described later, a method of forming by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or a wet process such as a sol-gel method, the spray coating method , Spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, and other wet processes such as coating and inkjet printing methods that can be patterned simultaneously. Can be used depending on the material. Among these, it is preferable to use an anodic oxidation method, an atmospheric pressure plasma CVD method, and a combination thereof.

有機物としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、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、エポキシ樹脂やオキセタン樹脂等の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やトリアセチルセルロース等の天然多糖類を原料とした樹脂、ゼラチン、低温化学的気相成長法で形成したパリレン等の有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。これらの有機物は、前述のウェットプロセスの適用が容易であり、工程数も少なく大面積化も容易であるため、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法、及び印刷やインクジェット等のパターニング同時に可能な方法等のウェットプロセスで形成することが好ましい。中でも、スピンコート法、印刷法、インクジェット法を用いることが好ましい。   Examples of organic substances include polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl phenol (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo-radical polymerization, and photocationic polymerization such as epoxy resin and oxetane resin. Curable resin or copolymer containing acrylonitrile component, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, novolac resin, resin made from natural polysaccharides such as cyanoethyl pullulan and triacetyl cellulose, gelatin, low temperature chemical vapor deposition method An organic insulating material such as parylene formed in (1) can be used, and combinations thereof can also be used. These organic substances can be easily applied to the wet process described above, and the number of steps is small and the area can be easily increased. Therefore, the spray coating method, the spin coating method, the blade coating method, the dip coating method, the casting method, the roll coating method. It is preferably formed by a wet process such as a coating method such as a coating method, a bar coating method, or a die coating method, and a patterning method such as printing or inkjet. Among these, it is preferable to use a spin coating method, a printing method, or an ink jet method.

これらの材料の中でも、絶縁破壊電圧が高く、かつ比誘電率の高い材料を用いることが好ましい。絶縁破壊電圧が高い材料では絶縁膜の膜厚を薄くすることができ、生産速度を高いものとすることができ、素子を折り曲げた際のクラックの発生や剥がれを低減することができる。また、比誘電率が高い材料を用いれば、低いゲート電圧でチャネルを形成することができ、低電圧で駆動できる有機薄膜トランジスタとすることができる。このような特性を満たす絶縁膜材料としては、酸化珪素、窒化ケイ素、ポリビニルフェノール、及びポリイミドを好ましく用いることができる。   Among these materials, it is preferable to use a material having a high dielectric breakdown voltage and a high relative dielectric constant. With a material having a high dielectric breakdown voltage, the film thickness of the insulating film can be reduced, the production speed can be increased, and the occurrence of cracks and peeling when the element is bent can be reduced. If a material having a high relative dielectric constant is used, a channel can be formed with a low gate voltage, and an organic thin film transistor that can be driven with a low voltage can be obtained. As an insulating film material satisfying such characteristics, silicon oxide, silicon nitride, polyvinylphenol, and polyimide can be preferably used.

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.

また、ゲート絶縁層表面には、平面性や表面エネルギー等の各種の特性の改質を目的として、オクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザン等のシランカップリング剤、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸等、及び特願2006−82419号等に記載の化合物からなる自己組織化配向膜を絶縁膜表面に形成してもよい。   On the surface of the gate insulating layer, silane coupling agents such as octadecyltrichlorosilane and trichloromethylsilazane, alkanephosphoric acid, alkanesulfonic acid, and alkanecarboxylic acid are used for the purpose of modifying various properties such as flatness and surface energy. And a self-assembled alignment film made of the compounds described in Japanese Patent Application No. 2006-82419 may be formed on the surface of the insulating film.

これらの中でも、シランカップリング剤から形成される自己組織化配向膜を用いることが好ましい。このような、絶縁膜表面と反応性を有する官能基を有するコーティング材料を用いると、単分子の膜厚で形成することができるため、膜厚の均一性が高く、バラツキの少ない有機薄膜トランジスタ素子を得ることができる。   Among these, it is preferable to use a self-assembled alignment film formed from a silane coupling agent. When such a coating material having a functional group having reactivity with the surface of the insulating film is used, it can be formed with a monomolecular film thickness. Therefore, an organic thin film transistor element with high uniformity of film thickness and less variation is obtained. Obtainable.

《有機半導体層》
有機半導体層を構成する有機半導体材料としては、電界効果によってキャリアの移動度を制御できる材料であれば制限なく用いることができるが、キャリアが正孔であるp型半導体と、キャリアが電子であるn型半導体に大別することができる。しかし、これまでn型の有機半導体材料で高移動度かつ安定な材料はほとんど見つかっておらず、大多数はp型の有機半導体材料である。なお、これらの比較的安定なp型有機半導体材料であっても、水分や酸素、熱や応力への耐久性は充分でなく、有機半導体層上に保護層を形成する必要がある。
<Organic semiconductor layer>
As an organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer, any material can be used without limitation as long as it can control the mobility of carriers by the electric field effect. However, the p-type semiconductor in which carriers are holes and the carriers are electrons. It can be roughly divided into n-type semiconductors. However, up to now, almost no n-type organic semiconductor material with high mobility and stability has been found, and the majority are p-type organic semiconductor materials. Note that even these relatively stable p-type organic semiconductor materials do not have sufficient durability against moisture, oxygen, heat, and stress, and it is necessary to form a protective layer on the organic semiconductor layer.

有機半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が挙げられる。   Examples of the organic semiconductor material include various condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds.

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, thacumanthracene, bisanthene, zeslen, heptazelene. , Pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, and the like, and derivatives and precursors thereof.

共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。   Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.

また、特にポリチオフェン及びそのオリゴマーのうち、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer, α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- An oligomer such as butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

さらに、ポルフィリンや銅フタロシアニン、特開平11−251601号に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N′−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N′−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNT等のカーボンナ後ューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、さらにポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。   Furthermore, porphyrin, copper phthalocyanine, metal phthalocyanines such as fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A No. 11-251601, naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-tri Fluoromethylbenzyl) naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N'-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N'-bis (1H, 1H-perfluorobutyl) and N , N'-dioctylnaphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivative, naphthalene tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene 2,3,6,7 tetracarboxylic acid diimide, and anthracene 2,3,6,7 -Condensed rings such as anthracene tetracarboxylic acid diimides such as tetracarboxylic acid diimide Organics such as tracarboxylic acid diimides, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex, etc. Molecular complexes, fullerenes such as C60, C70, C76, C78 and C84, carbon nanotubes such as SWNT, dyes such as merocyanine dyes and hemicyanine dyes, σ-conjugated polymers such as polysilane and polygerman, and JP 2000 Organic-inorganic hybrid materials described in -260999 can also be used.

これらのπ共役系材料のうちでも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニン、金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。   Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, metal phthalocyanines, and metal porphyrins is preferable.

有機半導体層を形成する方法としては、真空蒸着法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)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、スパッター法、等の物理的気相成長法(PVD法)や化学的気相成長法(CVD法)のようなドライプロセス、スピンコート法やスクリーン印刷法、インクジェット印刷法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法、スプレー法、滴下法、ラングミャー・ブロジェット法等といった溶液プロセスを挙げることができ、用いる有機半導体材料に応じてこれらの中から適切な方法を用いればよい。   As a method for forming the organic semiconductor layer, physical vapor deposition methods such as a vacuum deposition method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, and a sputtering method ( PVD method), chemical vapor deposition (CVD method), dry process, spin coating method, screen printing method, ink jet printing method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze Coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calender coater method, dipping method, spray method, dripping method, Langmier A solution process such as a Rojet method can be given, and an appropriate method may be used among these depending on the organic semiconductor material to be used.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、上記のプロセスのうち、溶液プロセスで有機半導体層を形成することが好ましい。溶液プロセスで形成することができれば工程数の大幅な削減ができ、簡便な工程で有機薄膜トランジスタを形成することができるだけでなく、ドライプロセスで形成するよりも大きな結晶を形成することが可能であり、ひいては良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタを形成することができる。   In the organic thin film transistor of the present invention, it is preferable to form the organic semiconductor layer by a solution process among the above processes. If it can be formed by a solution process, the number of steps can be greatly reduced, and not only can an organic thin film transistor be formed by a simple process, but also a crystal larger than that formed by a dry process can be formed. As a result, an organic thin film transistor having good mobility can be formed.

しかし、一般に上記の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物は溶解性に乏しく、可溶性の有機半導体材料とするためには、上記のような有機半導体材料に、アルキル基、アルキルシリル基、シクロアルキル基、アリール基等の置換基を付与することによって、溶媒に可溶化された有機半導体材料を用いることが好ましい。   However, in general, the above condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds have poor solubility, and in order to obtain a soluble organic semiconductor material, an organic group such as the above, an alkyl group, an alkylsilyl group, or a cycloalkyl group. It is preferable to use an organic semiconductor material solubilized in a solvent by adding a substituent such as a group or an aryl group.

このような可溶性の有機半導体材料としては、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)や特開2003−292588号及び特開2005−76030号に記載されているような、アルキル基を有するポリチオフェン系化合物、トリアルキルシリルエチニル基を有するようなアセン化合物及びヘテロアセン化合物、また特開2003−304104号に記載されている、ビシクロ環のような立体的な環状構造を有するポルフィリン化合物等を挙げることができる。   Examples of such a soluble organic semiconductor material include poly (3-hexylthiophene), polythiophene compounds having an alkyl group, and trialkyl as described in JP-A Nos. 2003-292588 and 2005-76030. Examples include acene compounds and heteroacene compounds having a silylethynyl group, and porphyrin compounds having a steric ring structure such as a bicyclo ring described in JP-A-2003-304104.

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10nm〜1μm、好ましくは、20〜200nm、より好ましくは30〜100nmである。   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. In general, the thickness is 10 nm to 1 μm, preferably 20 to 200 nm, more preferably 30 to 100 nm.

《保護層》
有機薄膜トランジスタは保護層を有する。保護層を有することにより、有機薄膜トランジスタの耐久性が向上する。本発明においては、有機無機ハイブリッド材料を保護層として用いることを特徴とする。
《Protective layer》
The organic thin film transistor has a protective layer. By having the protective layer, the durability of the organic thin film transistor is improved. In the present invention, an organic-inorganic hybrid material is used as a protective layer.

有機無機ハイブリッドとは、有機材料と無機材料を組み合わせて相乗効果を引き出した材料である。その手法は、金属アルコキシドを溶液中で加水分解して無機高分子(無機酸化物)を得ると言う、いわゆるゾルゲル法に基づいているため、有機無機ハイブリッド材料の形成は溶液プロセスを主体としているため、印刷法やインクジェット法等によって、塗布及びパターニングを行うことも容易である。   An organic-inorganic hybrid is a material that brings out a synergistic effect by combining an organic material and an inorganic material. The method is based on the so-called sol-gel method, in which metal alkoxides are hydrolyzed in solution to obtain inorganic polymers (inorganic oxides), so the formation of organic-inorganic hybrid materials is mainly based on solution processes. It is also easy to perform coating and patterning by a printing method, an inkjet method, or the like.

《水溶性高分子》
本発明の有機薄膜トランジスタは、水溶性高分子と前記一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層を有することを特徴とする。水溶性の高分子を用いているため、水系溶媒を用いて製膜することができるため、有機半導体層を溶解したりダメージを与えることなく製膜することができる。また、工業的にも安価で、無害であるために好ましい。
《Water-soluble polymer》
The organic thin film transistor of the present invention is characterized by having a protective layer composed of an organic-inorganic hybrid layer containing a water-soluble polymer and a hydrolyzed polycondensate of alkoxysilane represented by the general formula (1). Since a water-soluble polymer is used, a film can be formed using an aqueous solvent, so that the film can be formed without dissolving or damaging the organic semiconductor layer. Further, it is preferable because it is industrially inexpensive and harmless.

本発明に用いられる水溶性高分子としては、水溶性の高分子であれば制限なく用いることができるが、例えば、ポリビニルアルコール、ハロゲン化ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、これらの共重合体、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエステル、デンプン及びその誘導体、ゼラチン、カセイン、アルブミン、天然ゴム及びこれらの混合物が挙げられる。中でも、酸素透過性の低いポリビニルアルコールが好ましい。   The water-soluble polymer used in the present invention can be used without limitation as long as it is a water-soluble polymer. For example, polyvinyl alcohol, halogenated polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, and a copolymer of these. Examples include polymers, alkyl celluloses, hydroxyalkyl celluloses, cellulose esters, starches and derivatives thereof, gelatin, casein, albumin, natural rubber, and mixtures thereof. Among these, polyvinyl alcohol having low oxygen permeability is preferable.

《一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物、一般式(2)で表される無機高分子化合物》
本発明の有機薄膜トランジスタは、水溶性高分子と、前記一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層を有することを特徴とする。
<< Hydrolysis polycondensate of alkoxysilane represented by general formula (1), inorganic polymer compound represented by general formula (2) >>
The organic thin film transistor of the present invention has a protective layer comprising an organic-inorganic hybrid layer containing a water-soluble polymer and a hydrolyzed polycondensate of alkoxysilane represented by the general formula (1). .

また、前記有機無機ハイブリッド層に、前記一般式(1)で表されるアルコキシシランを加水分解重縮合物することによって得られる前記一般式(2)で表される無機高分子化合物を1〜30質量%含有することが好ましい。1質量%以下の添加量では無機高分子の添加による有機高分子の改質効果が得られにくい。また、30質量%以上では無機高分子の凝集が起こりやすく、有機無機ハイブリッド成形物の透明性、強度が低下しやすいためである。より好ましくは3〜15質量%であり、より好ましくは5〜10質量%である。   Moreover, the inorganic polymer compound represented by the said General formula (2) obtained by carrying out the hydrolysis polycondensation of the alkoxysilane represented by the said General formula (1) to the said organic-inorganic hybrid layer is 1-30. It is preferable to contain by mass. If the addition amount is 1% by mass or less, the modification effect of the organic polymer due to the addition of the inorganic polymer is difficult to obtain. Further, when the content is 30% by mass or more, the aggregation of the inorganic polymer is likely to occur, and the transparency and strength of the organic-inorganic hybrid molded product are likely to be lowered. More preferably, it is 3-15 mass%, More preferably, it is 5-10 mass%.

一般式(1)において、OR′は、ゾルゲル反応によって脱離し、水溶性高分子と混合されるまでになるべく除去されていることが好ましいため、なるべく分子量の小さいアルコキシ置換基であることが好ましい。従って、R′としてはC1〜C4のアルキル基であることが好ましく、より好ましくはメチル基またはエチル基である。また、メトキシエチル基、エトキシエチル基等のような、エーテル結合を有するような置換基では水系溶媒と混合しやすいため、必要に応じてこれらの置換基を有するアルコキシシ欄を用いてもよい。   In the general formula (1), OR ′ is preferably removed as much as possible until it is eliminated by the sol-gel reaction and mixed with the water-soluble polymer, so that it is preferably an alkoxy substituent having a molecular weight as small as possible. Accordingly, R ′ is preferably a C1-C4 alkyl group, more preferably a methyl group or an ethyl group. In addition, since substituents having an ether bond such as a methoxyethyl group and an ethoxyethyl group are easily mixed with an aqueous solvent, an alkoxy column having these substituents may be used as necessary.

一般式(1)、一般式(2)において、Rは水素原子またはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基から選ばれる置換基を表し、必要に応じて、Rには相溶性を高めるために親水性基や疎水性基、あるいは反応性基によって置換されていてもよい。   In the general formulas (1) and (2), R is a hydrogen atom or a substituent selected from an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and an alkylsilyl group. Represents a group, and R may be optionally substituted with a hydrophilic group, a hydrophobic group, or a reactive group in order to enhance compatibility.

アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等;ハロゲン化アルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロプロピル基等;アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基等;アルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロパルギル基等;シクロアルキル基としては例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等;アリール基としては例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等;ヘテロアリール基としては、例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等、アルキルシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピル(iまたはn)シリル基、トリブチル(i、tまたはn)シリル基等が挙げられる。   Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, an octyl group, a dodecyl group, a tridecyl group, a tetradecyl group, and a pentadecyl group; As, for example, a trifluoromethyl group, 1,1,1-trifluoropropyl group, etc .; As an alkenyl group, for example, vinyl group, allyl group, etc .; As an alkynyl group, for example, ethynyl group, propargyl group, etc .; Examples of the cycloalkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; examples of the aryl group include a phenyl group, a p-chlorophenyl group, a mesityl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, an anthryl group, an azulenyl group, an acenaphthenyl group, and a fluorenyl group. Group, phenanthryl group, indeni Group, pyrenyl group, biphenylyl group and the like; examples of the heteroaryl group include furyl group, thienyl group, pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, Examples of the alkylsilyl group such as a phthalazinyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tripropyl (i or n) silyl group, and a tributyl (i, t or n) silyl group.

nは2〜4の整数を表す。n=3の無機高分子とn=4の無機高分子の共重合体であっても構わない。またn=3のアルコキシシランでは、n=4のアルコキシシランよりも縮合可能な置換基が1つ少ないため、無機高分子の凝集が起こりにくく、無機高分子の凝集性を低減するためにn=3、あるいはn=2の化合物を添加してもよい。ただし、有機無機ハイブリッドによる有機高分子の改質効果は、珪素を置換しているアルコキシ基の数が大きいものほど高い傾向があるため、n=2のアルコキシシランの添加はなるべく少ない方が好ましい。   n represents an integer of 2 to 4. It may be a copolymer of n = 3 inorganic polymer and n = 4 inorganic polymer. In addition, since n = 3 alkoxysilane has one less condensable substituent than n = 4 alkoxysilane, the aggregation of the inorganic polymer is less likely to occur, and in order to reduce the aggregation property of the inorganic polymer, n = 3 or n = 2 compounds may be added. However, the modification effect of the organic polymer by the organic-inorganic hybrid tends to be higher as the number of alkoxy groups substituting silicon is larger. Therefore, it is preferable that the addition of n = 2 alkoxysilane is as small as possible.

なお、一般にn=4のアルコキシシランを重合して得られた無機高分子をシリカまたは酸化珪素、n=3のアルコキシシランを重合して得られた無機高分子をシルセスキオキサン、n=2のアルコキシシランを重合して得られた無機高分子をポリシロキサンと称する。ただしn=2〜4の何れのアルコキシシランから得られた無機高分子でも、主鎖がSi−O結合から成っているため、広義の意味でポリシロキサンと称することがある。なおn=1のアルコキシシランのみからでは2量体しか得ることができず、高分子量体を得ることはできない。   In general, an inorganic polymer obtained by polymerizing alkoxysilane with n = 4 is silica or silicon oxide, an inorganic polymer obtained by polymerizing alkoxysilane with n = 3 is silsesquioxane, and n = 2. An inorganic polymer obtained by polymerizing this alkoxysilane is referred to as polysiloxane. However, an inorganic polymer obtained from any alkoxysilane having n = 2 to 4 may be referred to as polysiloxane in a broad sense because the main chain is composed of Si—O bonds. In addition, only a dimer can be obtained only from the alkoxysilane of n = 1, and a high molecular weight body cannot be obtained.

一般式(1)で表され、n=4であるアルコキシシランの具体例としては、例えば、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラn−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn−ブトキシシラン、テトラt−ブトキシシラン、テトラキス(メトキシエトキシ)シラン、テトラキス(メトキシプロポキシ)シラン、テトラアセトキシシラン等が挙げられる。また、これらの化合物が部分的に縮合した、多摩化学製シリケート40、シリケート45、シリケート48、Mシリケート51のような数量体の珪素化合物でもよい。   Specific examples of the alkoxysilane represented by the general formula (1) and n = 4 include, for example, tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetra n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra Examples thereof include n-butoxysilane, tetra-t-butoxysilane, tetrakis (methoxyethoxy) silane, tetrakis (methoxypropoxy) silane, and tetraacetoxysilane. Alternatively, quantified silicon compounds such as silicate 40, silicate 45, silicate 48, and M silicate 51 manufactured by Tama Chemical may be used.

本発明においては、n=4であるアルコキシシランが好ましい。   In the present invention, alkoxysilane in which n = 4 is preferable.

また、n=3であるアルコキシシランの具体例としては例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、i−ブチルトリメトキシシラン、n−へキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アセトキシトリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。   Specific examples of the alkoxysilane in which n = 3 include, for example, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-butyltrimethoxysilane, i-butyltrimethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-amino Propyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, acetoxytriethoxysilane, ( Ptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, penta Examples include fluorophenylpropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane.

なお、n=2であるアルコキシシランとしては、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等が挙げられる。上述のように、これらn=2のアルコキシシランは、n=3、4であるアルコキシシランの重合時に少量添加することで、重合した無機高分子の凝集性の制御等に用いることができる。   Examples of the alkoxysilane where n = 2 include dimethyldiethoxysilane and diphenyldimethoxysilane. As described above, these n = 2 alkoxysilanes can be used for controlling the cohesiveness of the polymerized inorganic polymer by adding a small amount during the polymerization of the alkoxysilanes with n = 3 and 4.

これらのアルコキシシランは、溶媒中あるいは無溶媒下で水分と反応させることによって加水分解重縮合反応が進行し、無機高分子が生成する。   These alkoxysilanes undergo hydrolysis polycondensation reaction by reacting with moisture in a solvent or in the absence of a solvent to produce an inorganic polymer.

アルコキシシランの加水分解に用いる水分は、化学量論的にはアルコキシシランに対してn/2等量の水分が必要であるが、アルコキシシランの反応性や重合度を調整するために水分の添加量はn/4〜n等量であっても構わない。   Moisture used for hydrolysis of alkoxysilane is stoichiometrically required to be n / 2 equivalent to alkoxysilane. However, in order to adjust the reactivity and degree of polymerization of alkoxysilane, the addition of moisture The amount may be n / 4 to n equivalent.

なお、疎水性のアルコキシシランを用いる場合は、水と混和しにくいため、アルコキシシランが水と混和しやすいようにメタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリルのような親水性の有機溶媒に溶解させることで、アルコキシシランと水を均一に混合することができ、加水分解反応を迅速かつ均一に進めることができる。   In addition, when using a hydrophobic alkoxysilane, it is difficult to mix with water, so by dissolving in a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, acetonitrile so that the alkoxysilane is easily mixed with water, Alkoxysilane and water can be mixed uniformly, and the hydrolysis reaction can proceed rapidly and uniformly.

なお、有機半導体層を劣化させないためには、水溶性高分子と一般式(2)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層は、少なくとも50質量%以上の水を含む水溶液を塗布・乾燥することよって形成することが好ましい。   In order to prevent deterioration of the organic semiconductor layer, the protective layer composed of the organic-inorganic hybrid layer containing the water-soluble polymer and the hydrolyzed polycondensate of alkoxysilane represented by the general formula (2) is at least 50. It is preferable to form by applying and drying an aqueous solution containing at least mass% of water.

本発明においては、ゾルゲル反応時に用いる溶媒の量によって無機高分子の重合度、凝集性が変化することがあるため、アルコキシシランの質量に対して0.5〜100倍の質量の溶媒を用いてゾルゲル反応を行うことが好ましい。より好ましくは0.7〜20倍、さらに好ましくは1〜5倍の質量の溶媒を用いることである。   In the present invention, the degree of polymerization and cohesion of the inorganic polymer may change depending on the amount of the solvent used during the sol-gel reaction, so use a solvent having a mass 0.5 to 100 times the mass of the alkoxysilane. It is preferable to perform a sol-gel reaction. More preferably, a solvent having a mass of 0.7 to 20 times, more preferably 1 to 5 times, is used.

また、加水分解重縮合反応(ゾルゲル反応)は、各種の触媒を添加することにより、より迅速に反応を進行させることができる。   In addition, the hydrolysis polycondensation reaction (sol-gel reaction) can proceed more rapidly by adding various catalysts.

ゾルゲル反応は、触媒を添加することによって加速することができる。その結果、得られる有機無機ハイブリッド成形物の改質効果をより高めることができる。   The sol-gel reaction can be accelerated by adding a catalyst. As a result, the modification effect of the obtained organic-inorganic hybrid molded product can be further enhanced.

そのような触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、12タングスト(VI)リン酸、12モリブド(VI)リン酸、けいタングステン酸等の無機酸、酢酸、トリフロロ酢酸、レブリン酸、クエン酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機酸等が用いられる。また、アンモニア、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等の脂肪族アミン、アニリン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール等の芳香族系アミン、DBU(ジアザビシクロウンデセン−1)、DBN(ジアザビシクロノネン)等のビシクロ環系アミン、アンモニア、ホスフィン、アルカリ金属アルコキシド、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム等の塩基を用いることができる。また、ルイス酸、例えばゲルマニウム、チタン、アルミニウム、アンチモン、錫等の金属の酢酸塩、その他の有機酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩等を併用してもよい。   Such catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, 12 tungsto (VI) phosphoric acid, 12 molybdo (VI) phosphoric acid, silicotungstic acid and other inorganic acids, acetic acid, trifluoroacetic acid, levulinic acid, citric acid Organic acids such as p-toluenesulfonic acid and methanesulfonic acid are used. In addition, aliphatic amines such as ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, diethylamine and triethylamine, aromatic amines such as aniline, pyrrole, pyrazole and imidazole, DBU (diazabicycloundecene-1), DBN ( Bases such as bicyclo ring amines such as diazabicyclononene), ammonia, phosphine, alkali metal alkoxides, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide can be used. Further, Lewis acids such as acetates of metals such as germanium, titanium, aluminum, antimony and tin, other organic acid salts, halides and phosphates may be used in combination.

これらの触媒の中でも、酸性触媒を用いると、有機無機ハイブリッド成形物の透明性や強度の高いものが得られやすいため、酸性触媒を用いることが好ましい。さらには、後述するような光酸発生剤を使用すると、活性光線を照射した部位のみに酸を発生させることができ、さらにはその部位のみアルコキシシランの加水分解重縮合反応が起こり、有機無機ハイブリッド層が形成されて溶剤に不溶化するため、光パターニングをすることができ、工程が簡素化され好ましい。   Among these catalysts, when an acidic catalyst is used, it is preferable to use an acidic catalyst because an organic-inorganic hybrid molded product can be easily obtained with high transparency and strength. Furthermore, when a photoacid generator as described later is used, an acid can be generated only at a site irradiated with actinic rays, and further, an alkoxysilane hydrolysis polycondensation reaction occurs only at that site, and an organic-inorganic hybrid Since a layer is formed and insolubilized in a solvent, photopatterning can be performed, which simplifies the process.

なお、これら酸またはアルカリ触媒の添加量としては特に制限はされないが、好ましくは重縮合可能なアルコキシシランの量に対して0.01〜20質量%が好ましい。   In addition, although there is no restriction | limiting in particular as the addition amount of these acid or alkali catalysts, Preferably 0.01-20 mass% is preferable with respect to the quantity of the alkoxysilane which can be polycondensed.

《光酸発生剤》
本発明の有機薄膜トランジスタは、前記水溶性高分子、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン及び光酸発生剤を含有する保護層に含有させることで、活性光線をパターン露光することによって露光部に酸を発生させ、発生した酸によって露光部分を硬化させ、未露光部分を除去して露光部分のみを有機無機ハイブリッド層として形成することができる。このような方法を用いると、有機薄膜トランジスタのデータ線等との電気的接続部位には形成されないようにパターニングすることが簡便にできるため、好ましい。
《Photoacid generator》
The organic thin-film transistor of this invention is exposed by carrying out pattern exposure of actinic rays by making it contain in the protective layer containing the said water-soluble polymer, the alkoxysilane represented by the said General formula (1), and a photo-acid generator. An acid is generated in the part, the exposed part is cured by the generated acid, the unexposed part is removed, and only the exposed part can be formed as an organic-inorganic hybrid layer. It is preferable to use such a method because patterning can be easily performed so as not to be formed at an electrical connection portion with a data line or the like of an organic thin film transistor.

本発明に用いられる光酸発生剤としては、例えば、化学増幅型フォトレジストや光カチオン重合に利用される化合物が用いられる(有機エレクトロニクス材料研究会編、「イメージング用有機材料」、ぶんしん出版(1993年)、187〜192ページ参照)。本発明に好適な化合物としては、例えば、ジアゾニウム、アンモニウム、ヨードニウム、スルホニウム、ホスホニウム等の芳香族オニウム化合物のB(C654 -,PF6 -,AsF6 -,SbF6 -,p−CH364SO3 -塩、CF3SO3 -塩等のスルホン酸塩、スルホン酸を発生するスルホン化物、ハロゲン化水素を発生するハロゲン化物、鉄アレン錯体等が挙げられるが、本発明で用いられる光酸発生剤として好ましいのはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、等のオニウム塩であり、中でも酸発生能力が高く、重合反応が早く、硬化層の耐溶剤性、耐久性を高くすることができるスルホニウム塩化合物が好ましい。 As the photoacid generator used in the present invention, for example, a chemical amplification type photoresist or a compound used for photocationic polymerization is used (edited by Organic Electronics Materials Research Group, “Organic Materials for Imaging”, Bunshin Publishing ( 1993), pages 187-192). Suitable compounds for the present invention include, for example, B (C 6 F 5 ) 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , p of aromatic onium compounds such as diazonium, ammonium, iodonium, sulfonium and phosphonium. -CH 3 C 6 H 4 SO 3 - salt, CF 3 SO 3 - sulfonate, such as salts, sulfonated materials that generate a sulfonic acid, halide which generates hydrogen halide, but iron arene complex and the like, Preferred photoacid generators used in the present invention are onium salts such as sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, phosphonium salts, etc. Among them, the acid generation ability is high, the polymerization reaction is fast, and the solvent resistance of the cured layer is high. A sulfonium salt compound capable of increasing durability is preferred.

好ましいスルホニウム塩化合物としては、下記一般式(3)で表されるスルホニウム塩化合物が好ましい。   As a preferable sulfonium salt compound, a sulfonium salt compound represented by the following general formula (3) is preferable.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

(式中、R31〜R33は1価の置換基を表し、X-は対アニオンを表す。)
一般式(3)において、R31〜R33で表される置換基の例としては、ハロゲン原子(例えば塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)、炭素数1〜6個のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等)、炭素数3〜6個のシクロアルキル基(例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、炭素数1〜6個のアルケニル基(例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、2−ブテニル基等)、炭素数1〜6個のアルキニル基(例えば、アセチレニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、2−ブチニル基等)、炭素数1〜6個のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等)、炭素数1〜6個のアルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、iso−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基等)、炭素数6〜14のアリール基(例えばフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等)、炭素数6〜10のアリールオキシ基(例えばフェノキシ基、ナフトキシ基等)、炭素数6〜10のアリールチオ基(例えばフェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アシル基(例えば、アセチル基、プロピオニル基、トリフルオロアセチル基、ベンゾイル基等)、アシルオキシ基(例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、トリフルオロアセトキシ基、ベンゾイルオキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基等)、炭素数4〜8のヘテロ原子含有芳香族環基(例えばフリル基、チエニル基等)、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。
(In the formula, R 31 to R 33 represent a monovalent substituent, and X represents a counter anion.)
In the general formula (3), examples of the substituent represented by R 31 to R 33 include a halogen atom (for example, a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, etc.), an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, Methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, etc.), cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms (for example, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), 1 to 6 carbon atoms Alkenyl groups (for example, vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, 2-butenyl group, etc.), alkynyl groups having 1 to 6 carbon atoms (for example, acetylenyl group, 1-propynyl group, 2-propynyl) Group, 2-butynyl group, etc.), an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms (for example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso-propoxy group, n-butoxy group, t ert-butoxy group, etc.), C1-C6 alkylthio group (for example, methylthio group, ethylthio group, n-propylthio group, iso-propylthio group, n-butylthio group, tert-butylthio group, etc.), carbon number 6 -14 aryl group (for example, phenyl group, naphthyl group, anthracenyl group, etc.), C6-C10 aryloxy group (for example, phenoxy group, naphthoxy group, etc.), C6-C10 arylthio group (for example, phenylthio group, Naphthylthio group etc.), acyl group (eg acetyl group, propionyl group, trifluoroacetyl group, benzoyl group etc.), acyloxy group (eg acetoxy group, propionyloxy group, trifluoroacetoxy group, benzoyloxy group etc.), alkoxycarbonyl Group (methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group) Group, such as tert- butoxycarbonyl group), hetero atom-containing aromatic Hajime Tamaki (such as furyl group having 4 to 8 carbon atoms, a thienyl group, etc.), a nitro group, a cyano group, and the like.

置換基として好ましくは、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アシル基である。   Preferred examples of the substituent include a halogen atom, an alkyl group, an alkyloxy group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, and an acyl group.

これらの置換基のうち可能なものはさらに置換されていてもよい。   Of these substituents, possible ones may be further substituted.

-は対アニオンを表す。対アニオンとしては、BF4 -、B(C654 -、PF6−、AsF6 -、SbF6 -、等の錯イオン、p−CH364SO3 -、CF3SO3 -等のスルホネートイオンを挙げることができる。対アニオンとしてはボレートイオン及びPF6 -が酸発生能力が高く好ましい。 X represents a counter anion. Counter anions include complex ions such as BF 4 , B (C 6 F 5 ) 4 , PF 6 −, AsF 6 , SbF 6 , p-CH 3 C 6 H 4 SO 3 , CF 3. SO 3 - sulfonate ion and the like. As the counter anion, borate ion and PF 6 - are preferable because of their high acid generation ability.

以下に、一般式(3)で表されるスルホニウム塩の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the sulfonium salt represented by the general formula (3) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2008171861
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Figure 2008171861
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《活性光線》
このような硬化に用いられる活性光線としては、紫外線、電子線がある。
《Actinic ray》
Examples of actinic rays used for such curing include ultraviolet rays and electron beams.

紫外線光源としては、250〜370nm、より好ましくは270〜340nmに発光波長のピークがある光源が好ましい。また照度が1〜3000mW/cm2、より好ましくは1〜200mW/cm2である光源が好ましい。 As the ultraviolet light source, a light source having an emission wavelength peak at 250 to 370 nm, more preferably 270 to 340 nm is preferable. A light source having an illuminance of 1 to 3000 mW / cm 2 , more preferably 1 to 200 mW / cm 2 is preferable.

このような光源の例としては、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、螢光ランプ、炭素アークランプ、タングステン−ハロゲン複写ランプ高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、無電極UVランプ、低圧水銀ランプ、UVレーザ、キセノンフラッシュランプ、捕虫灯、ブラックライト、殺菌灯、冷陰極管、LED等があるが、これらに限定されない。また、第2の保護層を後述する大気圧または大気圧近傍の圧力下におけるプラズマCVD法によって形成する場合には、プラズマ空間から放射される紫外光を用いて硬化させてもよい。   Examples of such light sources include mercury arc lamps, xenon arc lamps, fluorescent lamps, carbon arc lamps, tungsten-halogen copying lamps high pressure mercury lamps, metal halide lamps, electrodeless UV lamps, low pressure mercury lamps, UV lasers, xenon. Examples include, but are not limited to, flash lamps, insect traps, black lights, germicidal lamps, cold cathode tubes, LEDs, and the like. Further, when the second protective layer is formed by a plasma CVD method under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure described later, the second protective layer may be cured using ultraviolet light emitted from the plasma space.

また、電子線により硬化させる場合には、通常300eVの以下のエネルギーを有する電子線で硬化させるが、1〜5Mradの照射量で瞬時に硬化させることも可能である。   In addition, in the case of curing with an electron beam, curing is usually performed with an electron beam having an energy of 300 eV or less, but it is also possible to cure instantaneously with an irradiation amount of 1 to 5 Mrad.

《第2の保護層》
前記有機無機ハイブリッド層からなる保護層上に、さらに金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物からなる第2の保護層を設け、耐久性をより向上することが好ましい。第2の保護層を設けることで、水分や酸素等の化学的劣化要因が有機半導体層に透過することを一層低減し、かつ水溶性高分子を含有する第1の保護層が環境湿度によって膨張・収縮することを防ぐことができる。
<< second protective layer >>
It is preferable that a second protective layer made of a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride is further provided on the protective layer made of the organic-inorganic hybrid layer to further improve the durability. Providing the second protective layer further reduces the permeation of chemical degradation factors such as moisture and oxygen into the organic semiconductor layer, and the first protective layer containing the water-soluble polymer expands due to environmental humidity. -It can prevent contracting.

金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物の例としては、酸化珪素、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、等の金属酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属チッ化物、等を挙げることができる。これらの中でも、ガス透過性の低い酸化珪素、チッ化珪素、酸チッ化珪素が好ましい。最も好ましくは、比較的可とう性を有する酸化ケイ素である。   Examples of metal oxides, metal nitrides or metal oxynitrides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, zirconate titanate Lead, lead lanthanum titanate, strontium titanate, barium titanate, barium fluoride magnesium, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, yttrium trioxide, etc., Examples thereof include metal nitrides such as silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and titanium nitride. Among these, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride having low gas permeability are preferable. Most preferably, it is a silicon oxide which has a comparatively flexible property.

これらの薄膜の形成方法としては、前述のゲート絶縁層を形成する際と同様の方法を用いて形成することができるが、中でも大気圧プラズマCVD法によって形成することが好ましい。   As a method for forming these thin films, a method similar to that for forming the gate insulating layer described above can be used. However, it is preferable to form the thin film by an atmospheric pressure plasma CVD method.

《大気圧プラズマCVD法》
第2の保護層は、大気圧または大気圧近傍の圧力下におけるプラズマCVD法(以下、大気圧プラズマCVD法ともいう)により形成することが好ましい。なお本発明において大気圧近傍とは、20〜110kPaの圧力を表し、さらに好ましくは70〜140kPaである。
<Atmospheric pressure plasma CVD method>
The second protective layer is preferably formed by a plasma CVD method (hereinafter also referred to as an atmospheric pressure plasma CVD method) under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. In addition, in this invention, the atmospheric pressure vicinity represents the pressure of 20-110 kPa, More preferably, it is 70-140 kPa.

大気圧下でのプラズマ製膜処理による第2の保護膜の形成方法としては、特開平11−43781号公報、特開2003−179234号公報、国際公開04/75279号パンフレット、特開2005−15085号等に記載されている。これによって、高機能性の薄膜を生産性高く形成することができる。これらの中でも、特開2005−15085号に記載されているような、大気圧もしくは大気圧近傍の圧力下で放電ガスを放電空間に導入して励起し、放電空間外にある混合空間で薄膜形成ガスと混合して二次励起ガスとし、二次励起ガスを基材(第1の保護層)に晒して薄膜を形成する方法を用いることが好ましい。   As a method for forming the second protective film by plasma film formation under atmospheric pressure, JP-A-11-43781, JP-A-2003-179234, WO04 / 75279, JP-A-2005-15085 are described. It is described in the issue. Thereby, a highly functional thin film can be formed with high productivity. Among these, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-15085, a discharge gas is introduced into the discharge space under an atmospheric pressure or a pressure in the vicinity of the atmospheric pressure and excited to form a thin film in a mixed space outside the discharge space. It is preferable to use a method in which a thin film is formed by mixing with a gas to form a secondary excitation gas and exposing the secondary excitation gas to the substrate (first protective layer).

放電空間に直接晒した放電ガスと、薄膜形成ガスとを、放電空間外で混合させると、前記薄膜形成ガスが、前記放電空間で励起した放電ガスからエネルギーを受け取り、間接的に励起すると推定している。本発明では、この混合ガスを二次励起ガスと呼ぶ。   It is estimated that when the discharge gas directly exposed to the discharge space and the thin film forming gas are mixed outside the discharge space, the thin film forming gas receives energy from the discharge gas excited in the discharge space and is indirectly excited. ing. In the present invention, this mixed gas is called a secondary excitation gas.

原理は定かでないが、薄膜形成ガスを間接的に励起させると、直接放電空間に晒して用いる場合に比して、非常に高性能にかつ高速に第2の保護層を形成できる。本発明ではこのような方式をジェット方式とも呼ぶ。   Although the principle is not clear, when the thin film forming gas is indirectly excited, the second protective layer can be formed at a high performance and at a high speed as compared with the case where it is exposed directly to the discharge space. In the present invention, such a method is also called a jet method.

放電空間とは、所定の距離を有して対向配置された電極対により挟まれ、かつ前記電極対間へ放電ガスを導入して電圧印加することにより放電を起こす空間である。放電空間外とは、前記放電空間ではない空間のことをいう。   The discharge space is a space which is sandwiched between electrode pairs arranged to face each other with a predetermined distance, and causes discharge by introducing a discharge gas between the electrode pairs and applying a voltage. The term “outside the discharge space” means a space that is not the discharge space.

放電空間の形態は、特に制限はなく、例えば、対向する平板電極対により形成されるスリット状であっても、あるいは2つの円筒電極間に円周状に形成された空間であってもよい。   The form of the discharge space is not particularly limited, and may be, for example, a slit formed by a pair of opposed flat plate electrodes, or a space formed in a circumferential shape between two cylindrical electrodes.

次いで、薄膜形成方法に用いる大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理方法及び大気圧プラズマ処理装置用の電極システムについて、以下にその実施の形態を図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。また、以下の説明には、用語等に対し断定的な表現が含まれている場合があるが、本発明の好ましい例を示すものであって、本発明の用語の意義や技術的な範囲を限定するものではない。   Next, an embodiment of an atmospheric pressure plasma processing apparatus, an atmospheric pressure plasma processing method, and an electrode system for an atmospheric pressure plasma processing apparatus used for a thin film forming method will be described below with reference to the drawings. It is not limited. In addition, the following explanation may include assertive expressions for terms and the like, but it shows preferred examples of the present invention, and the meaning and technical scope of the terms of the present invention are shown. It is not limited.

図2は、ジェット方式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a jet type atmospheric pressure plasma processing apparatus.

図2において、大気圧プラズマ処理装置1は、主には、第1電極2と第2電極3とが各々対向する様に配置されている対向電極、電圧印加手段4である対向電極間に高周波電界を印加する高周波電源5の他に、図示していないが、放電ガスを放電空間に、薄膜形成ガスを放電空間外に導入するガス供給手段、前記電極温度を制御する電極温度調整手段等から構成されている。   In FIG. 2, the atmospheric pressure plasma processing apparatus 1 mainly includes a high frequency between a counter electrode that is disposed so that a first electrode 2 and a second electrode 3 face each other, and a counter electrode that is a voltage applying unit 4. In addition to the high-frequency power source 5 for applying an electric field, although not shown, a gas supply means for introducing a discharge gas into the discharge space and a thin film forming gas outside the discharge space, an electrode temperature adjusting means for controlling the electrode temperature, etc. It is configured.

第1電極2と第2電極3とで挟まれ、かつ第一電極上の斜線で示した誘電体を有する領域Aが放電空間である。この放電空間Aに放電ガスGを導入して、放電ガスを励起させる。また、電極が設置してある領域とは別の放電をしない領域に薄膜形成ガスMを導入する。次いで、電極が存在しない放電空間外にある混合空間Bの領域で、励起した放電ガスG′と、薄膜形成ガスMとを混合させて二次励起ガスNとして、この二次励起ガスNを基材8表面に晒し、薄膜を形成する。本発明では、励起ガスと薄膜形成ガスとを装置内で混合させることにより、薄膜形成ガスを十分に間接励起させることができる。   A region A that is sandwiched between the first electrode 2 and the second electrode 3 and has a dielectric shown by hatching on the first electrode is a discharge space. A discharge gas G is introduced into the discharge space A to excite the discharge gas. Further, the thin film forming gas M is introduced into a region where the discharge is not performed separately from the region where the electrodes are installed. Next, the excited discharge gas G ′ and the thin film forming gas M are mixed in the region of the mixed space B outside the discharge space where no electrode is present to form a secondary excitation gas N. A thin film is formed by exposing to the surface of the material 8. In the present invention, the thin film forming gas can be sufficiently indirectly excited by mixing the excitation gas and the thin film forming gas in the apparatus.

なお、基材8は、支持体のようなシート状の基材のみでなく、様々な大きさ、形状のものを処理することが可能となる。例えば、レンズ形状、球状等の厚みを有するような形状の基材へも薄膜形成することができる。   In addition, the base material 8 can process not only a sheet-like base material like a support body but various sizes and shapes. For example, a thin film can be formed on a substrate having a shape such as a lens shape or a spherical shape.

一対の対向電極(第1電極2と第2電極3)は、金属母材と誘電体7で構成され、該金属母材をライニングすることにより無機質的性質の誘電体を被覆する組み合わせにより、また、金属母材に対しセラミックス溶射した後、無機質的性質の物質により封孔処理した誘電体を被覆する組み合わせにより構成されていてもよい。金属母材としては、チタン、銅、金、銀、白金、ステンレススティール、アルミニウム、鉄等の金属が使えるが、ステンレススティールまたはチタンが好ましい。また、誘電体のライニング材としては、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、ゲルマン酸塩系ガラス、亜テルル酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、バナジン酸塩ガラス等を用いることができ、この中でもホウ酸塩系ガラスが加工し易く好ましい。また、誘電体の溶射に用いるセラミックスとしては、アルミナが良く、酸化珪素等で封孔処理することが好ましい。また封孔処理としては、アルコキシラン系封孔材をゾルゲル反応させて無機化させることができる。   The pair of counter electrodes (the first electrode 2 and the second electrode 3) is composed of a metal base material and a dielectric 7, and by combining the metal base material to cover a dielectric having an inorganic property, Further, it may be constituted by a combination in which a ceramic material is sprayed on a metal base material and then a dielectric material sealed with a substance having an inorganic property is coated. As the metal base material, metals such as titanium, copper, gold, silver, platinum, stainless steel, aluminum, and iron can be used, but stainless steel or titanium is preferable. Dielectric lining materials include silicate glass, borate glass, phosphate glass, germanate glass, tellurite glass, aluminate glass, vanadate glass, etc. Of these, borate glass is preferable because it is easy to process. As the ceramic used for the thermal spraying of the dielectric, alumina is preferable, and it is preferable to perform a sealing treatment with silicon oxide or the like. Further, as the sealing treatment, the alkoxysilane-based sealing material can be made inorganic by a sol-gel reaction.

また、図2では、一対の対向電極は、第1電極2と第2電極3のように平板電極を用いてあるが、一方もしくは双方の電極を中空の円柱型電極あるいは角柱型電極としてもよい。この一対の対向電極のうち一方の電極(例えば、第1電極2)に高周波電源5が接続され、他方の電極(例えば、第2電極3)には、アース9により接地され、一対の対向電極間に電界を印加できるように構成されている。   In FIG. 2, the pair of counter electrodes are flat electrodes like the first electrode 2 and the second electrode 3, but one or both electrodes may be hollow cylindrical electrodes or prismatic electrodes. . The high-frequency power source 5 is connected to one electrode (for example, the first electrode 2) of the pair of counter electrodes, and the other electrode (for example, the second electrode 3) is grounded by the earth 9, and the pair of counter electrodes An electric field can be applied between them.

電圧印加手段4は高周波電源5より、それぞれの電極の金属対に電圧を印加する。高周波電源としては、特に限定はない。無機薄膜(第2の保護層)の形成に使用し得る高周波電源としては、神鋼電機製高周波電源(50kHz)、ハイデン研究所製高周波電源(連続モード使用、100kHz)、パール工業製高周波電源(200kHz)、パール工業製高周波電源(800kHz)、パール工業製高周波電源(2MHz)、日本電子製高周波電源(13.56MHz)、パール工業製高周波電源(27MHz)、パール工業製高周波電源(150MHz)等を好ましく使用できる。また、433MHz、800MHz、1.3GHz、1.5GHz、1.9GHz、2.45GHz、5.2GHz、10GHzを発振する電源を用いてもよい。   The voltage applying means 4 applies a voltage from the high frequency power source 5 to the metal pair of each electrode. There is no particular limitation on the high-frequency power source. As a high-frequency power source that can be used for forming the inorganic thin film (second protective layer), a high-frequency power source (50 kHz) manufactured by Shinko Electric, a high-frequency power source manufactured by HEIDEN Laboratory (continuous mode use, 100 kHz), a high-frequency power source manufactured by Pearl Industries (200 kHz ), Pearl Industrial High Frequency Power Supply (800 kHz), Pearl Industrial High Frequency Power Supply (2 MHz), JEOL High Frequency Power Supply (13.56 MHz), Pearl Industrial High Frequency Power Supply (27 MHz), Pearl Industrial High Frequency Power Supply (150 MHz), etc. It can be preferably used. Alternatively, a power source that oscillates at 433 MHz, 800 MHz, 1.3 GHz, 1.5 GHz, 1.9 GHz, 2.45 GHz, 5.2 GHz, or 10 GHz may be used.

無機薄膜(第2の保護層)を形成するする場合の対向電極間に印加する高周波電界の周波数としては、特に限定はないが、高周波電源として0.5kHz以上、2.45GHzHz以下が好ましい。また、対向電極間に供給する電力は、好ましくは0.1W/cm2以上であり、好ましくは50W/cm2以下である。なお、対向電極における電圧の印加面積(cm2)は、放電が起こる範囲の面積のことを指す。対向電極間に印加する高周波電圧は、断続的なパルス波であっても、連続したサイン波であっても構わない。 The frequency of the high frequency electric field applied between the counter electrodes when forming the inorganic thin film (second protective layer) is not particularly limited, but is preferably 0.5 kHz or more and 2.45 GHz or less as the high frequency power source. Moreover, the electric power supplied between counter electrodes becomes like this. Preferably it is 0.1 W / cm < 2 > or more, Preferably it is 50 W / cm < 2 > or less. Note that the voltage application area (cm 2 ) in the counter electrode refers to the area where discharge occurs. The high-frequency voltage applied between the counter electrodes may be an intermittent pulse wave or a continuous sine wave.

また、電極間に2つ以上の高周波電源によって電界を印加し、放電空間を形成してもよい。   Further, an electric field may be applied between the electrodes by two or more high-frequency power supplies to form a discharge space.

対向電極間の距離は、電極の金属母材上の誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定される。上記電極の一方に誘電体を設置した場合の誘電体と電極の最短距離、上記電極の双方に誘電体を設置した場合の誘電体同士の距離を電極間の距離として、いずれの場合も均一な放電を行う観点から0.1〜20mmが好ましく、より好ましくは0.2〜10mmである。   The distance between the counter electrodes is determined in consideration of the thickness of the dielectric on the metal base material of the electrodes, the magnitude of the applied voltage, the purpose of using plasma, and the like. The shortest distance between the dielectric when the dielectric is placed on one of the electrodes and the distance between the dielectrics when the dielectric is placed on both of the electrodes is the distance between the electrodes. From the viewpoint of discharging, it is preferably 0.1 to 20 mm, more preferably 0.2 to 10 mm.

無機薄膜(第2の保護層)形成前に、基材または第1の保護層を放電空間または励起ガスに晒して基材の表面処理を行ってもよい。例えば、原料がアルコキシドの場合、放電空間または励起ガスに晒すことによる親水化処理が好ましく用いられる。また、薄膜形成前に予め基材表面の除電処理を行い、さらにゴミ除去を行ってもよい。除電手段及び除電処理後のゴミ除去手段としては、前述装置のところでした手段と同様の手段を採用できる。図示してないが、除電手段としては、通常のブロアー式や接触式以外に、複数の正負のイオン生成用除電電極と基材を挟むようにイオン吸引電極を対向させた除電装置とその後に正負の直流式除電装置を設けた高密度除電システム(特開平7−263173号)を用いてもよい。また除電処理後のゴミ除去手段としては、非接触式のジェット風式減圧型ゴミ除去装置(特開平7−60211号)等を挙げることができ好ましく用いることができるが、これらに限定されない。   Before forming the inorganic thin film (second protective layer), the substrate or the first protective layer may be exposed to the discharge space or the excitation gas to perform surface treatment of the substrate. For example, when the raw material is an alkoxide, a hydrophilic treatment by exposure to a discharge space or an excitation gas is preferably used. Further, before the thin film is formed, the surface of the base material may be previously neutralized and dust may be further removed. As the charge removal means and the dust removal means after the charge removal process, the same means as those used in the above apparatus can be employed. Although not shown in the drawing, as a charge removal means, besides a normal blower type or contact type, a plurality of positive and negative ion generation charge removal electrodes and a charge removal device in which an ion attracting electrode is opposed to sandwich the substrate, and then positive / negative Alternatively, a high-density static elimination system (Japanese Patent Laid-Open No. 7-263173) provided with the above-described DC type static elimination device may be used. Examples of the dust removal means after the charge removal treatment include a non-contact type jet-type depressurization type dust removal device (Japanese Patent Laid-Open No. 7-60211) and can be preferably used, but are not limited thereto.

図3は、本発明に係るジェット方式の大気圧プラズマ処理装置の別の一例を示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of a jet-type atmospheric pressure plasma processing apparatus according to the present invention.

図3において、大気圧プラズマ処理装置1は、主には、第1電極2、2′と第2電極3、3′とが対向するように配置されている対向電極、電圧印加手段4である対向電極間に高周波電界を印加する高周波電源5の他に、図示していないが、ガス供給手段、電極温度調整手段等から構成されている。   In FIG. 3, the atmospheric pressure plasma processing apparatus 1 is mainly a counter electrode and voltage applying means 4 arranged so that the first electrodes 2, 2 ′ and the second electrodes 3, 3 ′ face each other. In addition to the high-frequency power source 5 that applies a high-frequency electric field between the opposing electrodes, although not shown in the drawing, it is constituted by gas supply means, electrode temperature adjustment means, and the like.

第1電極2と第2電極3、あるいは第1電極2′と第2電極3′とが対向している領域には、放電ガスGを導入して、放電空間A、A′において励起させる。また、第2電極3と3′とが対向している領域には、フッ素原子を有する有機基で置換された有機金属化合物を含有する薄膜形成ガスMを導入する。次いで、対向電極が存在しない放電空間外にある混合空間Bの領域で、励起した放電ガスG′と、薄膜形成ガスMとを混合させて二次励起ガスとして、この二次励起ガスを、基材8表面に晒して薄膜を形成する。   A discharge gas G is introduced into a region where the first electrode 2 and the second electrode 3 or the first electrode 2 'and the second electrode 3' are opposed to each other and excited in the discharge spaces A and A '. A thin film forming gas M containing an organometallic compound substituted with an organic group having a fluorine atom is introduced into a region where the second electrodes 3 and 3 ′ are opposed to each other. Next, in the region of the mixed space B outside the discharge space where there is no counter electrode, the excited discharge gas G ′ and the thin film forming gas M are mixed to form a secondary excitation gas. A thin film is formed by exposing to the surface of the material 8.

第1電極2と第2電極3、あるいは第1電極2′と第2電極3′とが対向している領域には、放電ガスGを導入して、放電空間A、A′において励起させる。また、第2電極3と3′とが対向している領域には、フッ素原子を有する有機基で置換された有機金属化合物を含有する薄膜形成ガスMを導入する。次いで、対向電極が存在しない放電空間外にある混合空間Bの領域で、励起した放電ガスG′と、薄膜形成ガスMとを混合させて二次励起ガスとして、この二次励起ガスを、基材8表面に晒して薄膜を形成する。   A discharge gas G is introduced into a region where the first electrode 2 and the second electrode 3 or the first electrode 2 'and the second electrode 3' are opposed to each other and excited in the discharge spaces A and A '. A thin film forming gas M containing an organometallic compound substituted with an organic group having a fluorine atom is introduced into a region where the second electrodes 3 and 3 ′ are opposed to each other. Next, in the region of the mixed space B outside the discharge space where there is no counter electrode, the excited discharge gas G ′ and the thin film forming gas M are mixed to form a secondary excitation gas. A thin film is formed by exposing to the surface of the material 8.

図4は、大気圧プラズマ処理装置の一例である。放電ガスG、G′は放電ガス導入口13、13′より導入され、放電空間A、A′においてガス励起を行い、励起されたガスは装置下部より基材8上に噴射され、同様に噴射される薄膜形成ガスMと接触し、薄膜形成ガスを間接励起させ薄膜形成させる。   FIG. 4 is an example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus. The discharge gases G and G ′ are introduced from the discharge gas inlets 13 and 13 ′, and gas excitation is performed in the discharge spaces A and A ′. The excited gas is injected onto the base material 8 from the lower part of the apparatus, and is similarly injected. The thin film forming gas M is brought into contact, and the thin film forming gas is indirectly excited to form a thin film.

これらに例示されるような装置を使用することで、第2の保護膜を形成することができる。   By using an apparatus exemplified by these, the second protective film can be formed.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
《有機薄膜トランジスタの作製》
熱酸化によって形成された厚さ200nmの酸化珪素膜を有する、比抵抗0.02Ω・cmのn型Siウェハー上に、下記無電解メッキ触媒液をインクとして用い、支持台にはバイアス電圧2000Vの電圧を印加し、さらにパルス電圧(400V)を重畳させてソース、ドレイン電極パターンに従ってインクを吐出した。ノズル吐出口の内径は10μmとし、ノズル吐出口と基材とのギャップは500μmに保持した。メッキ触媒含有インクとして下記処方のものを用いた。
Example 1
<< Production of organic thin film transistor >>
The following electroless plating catalyst solution is used as an ink on an n-type Si wafer having a specific resistance of 0.02 Ω · cm having a silicon oxide film with a thickness of 200 nm formed by thermal oxidation, and a bias voltage of 2000 V is applied to the support base. A voltage was applied, and a pulse voltage (400 V) was further superimposed to eject ink according to the source and drain electrode patterns. The inner diameter of the nozzle outlet was 10 μm, and the gap between the nozzle outlet and the substrate was kept at 500 μm. The following prescription was used as the plating catalyst-containing ink.

(無電解メッキ触媒液)
可溶性パラジウム塩(塩化パラジウム、Pd2+濃度1.0g/L) 20質量%
イソプロピルアルコール 12質量%
グリセリン 20質量%
2−メチル−ペンタンチオール 5質量%
1,3−ブタンジオール 3質量%
イオン交換水 40質量%
さらに、乾燥定着させることにより、触媒パターンを形成した。
(Electroless plating catalyst solution)
Soluble palladium salt (palladium chloride, Pd 2+ concentration 1.0 g / L) 20% by mass
Isopropyl alcohol 12% by mass
Glycerin 20% by mass
2-Methyl-pentanethiol 5% by mass
1,3-butanediol 3% by mass
Ion exchange water 40% by mass
Furthermore, a catalyst pattern was formed by drying and fixing.

次いで、スクリーン印刷法により、下記無電解金メッキ液をインクとして用いてメッキ触媒パターンが形成された領域を含む領域に印刷を行った。メッキ剤がメッキ触媒と接触することでメッキ触媒のパターン上のみに金薄膜が堆積した。   Next, printing was performed on the region including the region where the plating catalyst pattern was formed by using the following electroless gold plating solution as an ink by a screen printing method. When the plating agent was in contact with the plating catalyst, the gold thin film was deposited only on the plating catalyst pattern.

(無電解金メッキ液)
ジシアノ金カリウム 0.1モル/L
蓚酸ナトリウム 0.1モル/L
酒石酸ナトリウムカリウム 0.1モル/L
を溶解した均一水溶液
金薄膜が形成された基板表面を、純水で、充分に洗浄、乾燥して、金からなるソース・ドレイン電極パターンが形成された。なおソース・ドレイン電極の形状は、チャネル長Lが25μm、チャネル幅Wが250μmとなるように作製した。
(Electroless gold plating solution)
Dicyano gold potassium 0.1 mol / L
Sodium oxalate 0.1 mol / L
Sodium potassium tartrate 0.1mol / L
The substrate surface on which the gold thin film was dissolved was thoroughly washed with pure water and dried to form a source / drain electrode pattern made of gold. The source / drain electrodes were fabricated so that the channel length L was 25 μm and the channel width W was 250 μm.

次に、このソース・ドレイン電極を形成したSiウェハーを、アネルバ株式会社製ドライエッチング装置DEM−451を用いて、酸素流量50sccm、真空度10Pa、出力200Wの条件で60秒間真空酸素プラズマ処理を行い、ソース・ドレイン電極表面の洗浄を行った。   Next, the Si wafer on which the source / drain electrodes are formed is subjected to a vacuum oxygen plasma treatment for 60 seconds under conditions of an oxygen flow rate of 50 sccm, a degree of vacuum of 10 Pa, and an output of 200 W using a dry etching apparatus DEM-451 manufactured by Anelva Corporation. The surface of the source / drain electrode was cleaned.

ソース・ドレイン電極の表面が清浄されたSiウェハーを、ペンタフルオロベンゼンチオールの10mmol/Lのエタノール溶液に、室温で30分間浸漬した後、エタノールですすぎ、乾燥させ、ソース・ドレイン電極の表面処理を行った。   The surface of the source / drain electrode is subjected to surface treatment by immersing a Si wafer with a cleaned surface of the source / drain electrode in a 10 mmol / L ethanol solution of pentafluorobenzenethiol at room temperature for 30 minutes, rinsing with ethanol and drying. went.

次に、p型の有機半導体材料として下記有機半導体材料1を、トルエンに0.5質量%の濃度で溶解し、この溶液をナリシゲ社製マイクロインジェクターIM300を用いて直径約300μmの略円形となるように塗布し、室温で乾燥させた後、窒素ガス雰囲気中で90℃、1分間の熱処理を施すことによって、有機半導体層を形成した。このとき有機半導体層の膜厚は30nmであった。   Next, the following organic semiconductor material 1 as a p-type organic semiconductor material is dissolved in toluene at a concentration of 0.5% by mass, and this solution is formed into a substantially circular shape having a diameter of about 300 μm using a microinjector IM300 manufactured by Narishige. After being applied and dried at room temperature, an organic semiconductor layer was formed by performing heat treatment at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere. At this time, the film thickness of the organic semiconductor layer was 30 nm.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

次いで、以下の方法で保護層を形成し、有機薄膜トランジスタ11〜17を作製した。   Subsequently, the protective layer was formed with the following method and the organic thin-film transistors 11-17 were produced.

(有機薄膜トランジスタ11の作製)
上記作製した有機半導体層上に、下記保護層溶液1を3000rpmで1分間のスピンコート塗布を行って保護層を形成した後、マスクを介して高圧水銀灯を150mJ/cm2のエネルギーで照射し、パターン露光を行った。
(Preparation of organic thin film transistor 11)
After forming the protective layer by applying the following protective layer solution 1 on the organic semiconductor layer produced above by spin coating at 3000 rpm for 1 minute, a high pressure mercury lamp is irradiated with energy of 150 mJ / cm 2 through a mask, Pattern exposure was performed.

露光後、純水で10分間の超音波洗浄を3回行い、未露光部分の保護層の除去を行った後、40℃で30分間、ついで60℃で30分間の乾燥行い、有機薄膜トランジスタ11を作製した。   After the exposure, ultrasonic cleaning with pure water for 10 minutes is performed three times, the protective layer of the unexposed portion is removed, and then drying is performed at 40 ° C. for 30 minutes and then at 60 ° C. for 30 minutes. Produced.

〈保護層溶液1〉
ポリビニルアルコール10質量%及び重クロム酸アンモニウム0.05質量%を含有する水溶液を保護層溶液1とした。
<Protective layer solution 1>
An aqueous solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol and 0.05% by mass of ammonium bichromate was designated as protective layer solution 1.

(有機薄膜トランジスタ12の作製)
有機薄膜トランジスタ11の作製において、保護層溶液1を東洋合成工業株式会社製Biosurfine−AWP(保護層溶液2)に換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ12を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 12)
In the production of the organic thin film transistor 11, an organic thin film transistor 12 was produced in the same manner except that the protective layer solution 1 was replaced with Biosurfine-AWP (protective layer solution 2) manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.

(有機薄膜トランジスタ13の作製)
有機薄膜トランジスタ11の作製において、所定のパターンを有するマスクを介し、保護層を岸本産業株式会社製CVD装置DACS−LABを用いてパリレン(ポリパラキシリレン樹脂)を蒸着して形成した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ13を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 13)
In the production of the organic thin film transistor 11, the protective layer was formed in the same manner except that a protective layer was formed by vapor deposition of parylene (polyparaxylylene resin) using a CVD apparatus DACS-LAB manufactured by Kishimoto Sangyo Co., Ltd. Thus, an organic thin film transistor 13 was produced.

(有機薄膜トランジスタ14の作製)
下記保護層溶液4をインクジェットプリンタを用いて所定のパターンを形成した後、40℃で10分間の乾燥を行った。
(Preparation of organic thin film transistor 14)
The following protective layer solution 4 was formed in a predetermined pattern using an ink jet printer, and then dried at 40 ° C. for 10 minutes.

乾燥後、pH3に調整した希塩酸水溶液で30分間の超音波洗浄し、ついで純水で10分間の超音波洗浄を3回行い、未露光部分の保護層の除去を行った後、40℃で30分間、ついで60℃で30分間の乾燥行い、有機薄膜トランジスタ14を作製した。   After drying, the substrate is ultrasonically washed with a dilute hydrochloric acid aqueous solution adjusted to pH 3 for 30 minutes, and then ultrasonically washed with pure water for 10 minutes three times to remove the protective layer of the unexposed portion, and then at 40 ° C. for 30 minutes. The organic thin-film transistor 14 was produced by performing drying for 30 minutes at 60 ° C. for 30 minutes.

〈保護層溶液4〉
10℃に保ったトリメトキシシラン2.5質量部、メタノール6.9質量部の混合溶液に対して、0.6質量部の0.1質量%トリフルオロ酢酸水溶液を滴下した後、室温で30分間攪拌を行い、アルコキシシランの加水分解反応を行った。
<Protective layer solution 4>
To a mixed solution of 2.5 parts by mass of trimethoxysilane and 6.9 parts by mass of methanol maintained at 10 ° C., 0.6 part by mass of a 0.1% by mass aqueous trifluoroacetic acid solution was added dropwise, and then at room temperature 30 Stirring was carried out for a minute to carry out hydrolysis reaction of alkoxysilane.

この溶液を、ポリビニルアルコールの10質量%水溶液90質量部と混合し、室温で30分間攪拌を行った溶液を保護層溶液4とした。   This solution was mixed with 90 parts by mass of a 10% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol, and a solution obtained by stirring at room temperature for 30 minutes was designated as protective layer solution 4.

(有機薄膜トランジスタ15の作製)
有機薄膜トランジスタ14の作製において、保護層溶液4のトリメトキシシラン2.5質量部をメチルトリメトキシシラン2.0質量部に換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ15を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 15)
In the production of the organic thin film transistor 14, an organic thin film transistor 15 was produced in the same manner except that 2.5 parts by mass of trimethoxysilane in the protective layer solution 4 was replaced with 2.0 parts by mass of methyltrimethoxysilane.

(有機薄膜トランジスタ16の作製)
有機薄膜トランジスタ11の作製において、保護層溶液1を下記保護層溶液6に換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ16を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 16)
In the production of the organic thin film transistor 11, an organic thin film transistor 16 was produced in the same manner except that the protective layer solution 1 was replaced with the protective layer solution 6 described below.

〈保護層溶液6〉
テトラキス(メトキシエトキシ)シラン5.5質量部、ポリビニルアルコール9.0質量部、アデカオプトマーSP152(トリフェニルスルホニウム塩、旭電化社製)0.3質量部、純水85.2質量部を混合した水溶液を保護層溶液6とした。
<Protective layer solution 6>
Tetrakis (methoxyethoxy) silane 5.5 parts by mass, polyvinyl alcohol 9.0 parts by mass, Adekaoptomer SP152 (triphenylsulfonium salt, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 0.3 parts by mass, and pure water 85.2 parts by mass are mixed. The aqueous solution thus obtained was designated as protective layer solution 6.

(有機薄膜トランジスタ17の作製)
有機薄膜トランジスタ16の作製において、保護層溶液5のポリビニルアルコールをゼラチンに換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ17を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 17)
In the production of the organic thin film transistor 16, an organic thin film transistor 17 was produced in the same manner except that the polyvinyl alcohol in the protective layer solution 5 was replaced with gelatin.

《有機薄膜トランジスタの評価》
得られた有機薄膜トランジスタについて、下記の方法で、耐久性試験前後のキャリア移動度の評価を行った。
<< Evaluation of organic thin film transistor >>
About the obtained organic thin-film transistor, the carrier mobility before and behind a durability test was evaluated by the following method.

(耐久性試験前のキャリア移動度)
有機薄膜トランジスタについて、ドレインバイアスを−50Vとし、ゲートバイアスを−50Vから0Vまで掃引したときのI−V特性の飽和領域から、キャリア移動度を算出した。
(Carrier mobility before durability test)
For the organic thin film transistor, the carrier mobility was calculated from the saturation region of the IV characteristic when the drain bias was −50 V and the gate bias was swept from −50 V to 0 V.

(耐久性試験前のキャリア移動度)
有機薄膜トランジスタについて、30℃80%RH環境下に6時間、20℃20%RH環境下に6時間保管するという温湿度変化サイクルを10回繰り返した後に、耐久性試験前のキャリア移動度と同様にキャリア移動度を評価した。
(Carrier mobility before durability test)
For the organic thin film transistor, after repeating the temperature and humidity change cycle of storing in an environment of 30 ° C. and 80% RH for 6 hours and in a temperature of 20 ° C. and 20% RH for 6 hours, similarly to the carrier mobility before the durability test Carrier mobility was evaluated.

評価の結果を結果を表1に示す。   The results of evaluation are shown in Table 1.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

表1から分かるように、耐久性試験により、比較の有機薄膜トランジスタが2桁程度のキャリア移動度の低下が見られるのに対し、本発明の有機薄膜トランジスタは1桁程度のキャリア移動度の低下にとどまっており、本発明に係る保護層の保護能力が高いことが分かる。   As can be seen from Table 1, in the durability test, the organic thin film transistor of the present invention has a decrease of about one digit, whereas the organic thin film transistor of the present invention shows a decrease of about two digits of the carrier mobility. It can be seen that the protective layer according to the present invention has a high protective ability.

実施例2
《有機薄膜トランジスタの作製》
より高い保護効果を得るために、実施例1で作製した保護層(第1の保護層)上に、第2の保護層を形成した有機薄膜トランジスタを作製した。なお比較として、有機半導体層上に直接無機物からなる保護層を形成した有機薄膜トランジスタも作製した。
Example 2
<< Production of organic thin film transistor >>
In order to obtain a higher protective effect, an organic thin film transistor was produced in which a second protective layer was formed on the protective layer (first protective layer) produced in Example 1. For comparison, an organic thin film transistor in which a protective layer made of an inorganic material was directly formed on the organic semiconductor layer was also produced.

(有機薄膜トランジスタ20の作製)
実施例1で作製した有機薄膜トランジスタ素子の有機半導体層上に直接、公知のスパッタ技術を用いてSiO2からなる保護層を50nm積層し、有機薄膜トランジスタ20を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 20)
A protective layer made of SiO 2 was laminated 50 nm directly on the organic semiconductor layer of the organic thin film transistor element produced in Example 1 using a known sputtering technique, to produce an organic thin film transistor 20.

(有機薄膜トランジスタ21〜27の作製)
実施例1で作製した有機薄膜トランジスタ11〜17の第1の保護層上に、公知のスパッタ技術を用いてSiO2からなる保護層を50nm積層し、それぞれ有機薄膜トランジスタ21〜27を作製した。
(Preparation of organic thin film transistors 21 to 27)
A first protective layer of an organic thin film transistor 11 - 17 prepared in Example 1, a protective layer made of SiO 2 and 50nm laminated by a known sputtering technique, respectively to manufacture an organic thin film transistor 21-27.

(有機薄膜トランジスタ28の作製)
有機薄膜トランジスタ26の作製において、有機半導体材料1を、有機半導体材料2に換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ28を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 28)
An organic thin film transistor 28 was produced in the same manner as in the production of the organic thin film transistor 26 except that the organic semiconductor material 1 was replaced with the organic semiconductor material 2.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

(有機薄膜トランジスタ29の作製)
有機薄膜トランジスタ28の作製において、第2の保護層の形成方法を、下記の大気圧プラズマ法によるSiO2膜の製膜方法に換えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ29を作製した。
(Preparation of organic thin film transistor 29)
In the production of the organic thin film transistor 28, the organic thin film transistor 29 was produced in the same manner except that the method for forming the second protective layer was changed to the method for forming the SiO 2 film by the atmospheric pressure plasma method described below.

〈大気圧プラズマ法〉
大気圧プラズマ処理は、図3に示す大気圧プラズマ処理装置を用いて、SiO2薄膜を形成した。
<Atmospheric pressure plasma method>
In the atmospheric pressure plasma treatment, an SiO 2 thin film was formed using an atmospheric pressure plasma treatment apparatus shown in FIG.

放電ガス導入口13より導入される放電ガスGにはガス種A、放電ガス導入口13′より導入される放電ガスGにはガス種B、薄膜形成ガス導入口15より導入される薄膜形成ガスMにはガス種Cを用い基材8上にSiO2薄膜を形成した。なお、製膜は基材を図中左右方向にスキャンして行った。 The discharge gas G introduced from the discharge gas introduction port 13 is gas type A, the discharge gas G introduced from the discharge gas introduction port 13 ′ is gas type B, and the thin film formation gas introduced from the thin film formation gas introduction port 15. A gas species C was used as M, and a SiO 2 thin film was formed on the substrate 8. The film formation was performed by scanning the substrate in the horizontal direction in the figure.

〈ガス種A:放電ガス〉
窒素ガス 98.5体積%
水素ガス 1.5体積%
〈ガス種B:放電ガス〉
窒素ガス 98.5体積%
水素ガス 1.5積%
〈ガス種C:薄膜形成ガス〉
窒素ガス 99.9体積%
テトラエトキシシラン 0.1体積%
エステック社製気化器により、窒素ガス中に上記化合物を気化した。
<Gas type A: Discharge gas>
Nitrogen gas 98.5% by volume
Hydrogen gas 1.5% by volume
<Gas type B: Discharge gas>
Nitrogen gas 98.5% by volume
Hydrogen gas 1.5 volume%
<Gas type C: Thin film forming gas>
Nitrogen gas 99.9% by volume
Tetraethoxysilane 0.1% by volume
The above compound was vaporized in nitrogen gas by a vaporizer manufactured by STEC.

〈ガス種供給比〉
ガス種A:ガス種B:ガス種C=1:1:1(体積比)で供給した。
<Gas supply ratio>
Gas species A: Gas species B: Gas species C = 1: 1: 1 (volume ratio) were supplied.

電極2、2′、3、3′は、電極にステンレスSUS316を用い、さらに、電極の表面にアルミナセラミックスを1mmになるまで溶射被覆させた後、アルコキシシランモノマーを有機溶媒に溶解させた塗布液をアルミナセラミックス被膜に塗布し、乾燥させた後に、150℃で加熱し封孔処理を行って誘電体を形成した。電極の誘電体を被覆していない部分に、高周波電源5の接続やアース9接地を行った。   For the electrodes 2, 2 ', 3 and 3', a stainless steel SUS316 is used for the electrode, and further, the surface of the electrode is spray-coated with alumina ceramic to 1 mm, and then an alkoxysilane monomer is dissolved in an organic solvent. Was applied to an alumina ceramic coating and dried, followed by heating at 150 ° C. and sealing treatment to form a dielectric. The portion of the electrode not covered with the dielectric was connected to the high frequency power source 5 or grounded 9.

高周波電源5には、ハイデン研究所製高周波電源(40kHz)で、7W/cm2の放電電力を印加した。ガス吹き出し口16と基材との距離は2mmとした。基材8には、幅10mm、長さ10mm、厚み0.5mmの日本板硝子製0.5tソーダライムガラス(片面研磨)を用いた。 A discharge power of 7 W / cm 2 was applied to the high-frequency power source 5 with a high-frequency power source (40 kHz) manufactured by HEIDEN Laboratory. The distance between the gas outlet 16 and the substrate was 2 mm. As the base material 8, 0.5 t soda lime glass (single side polishing) made of Japanese plate glass having a width of 10 mm, a length of 10 mm and a thickness of 0.5 mm was used.

有機薄膜トランジスタ20〜27の構成内容を下記表2に示す。   The constitutional contents of the organic thin film transistors 20 to 27 are shown in Table 2 below.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

《有機薄膜トランジスタの評価》
得られた有機薄膜トランジスタについて、実施例1と同様にして、耐久性試験前後のキャリア移動度の評価を行った。
<< Evaluation of organic thin film transistor >>
About the obtained organic thin-film transistor, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the carrier mobility before and behind a durability test.

また、第2の保護層の接着性について下記方法で評価を行った。   Moreover, the following method evaluated the adhesiveness of the 2nd protective layer.

〈接着性試験〉
接着性の評価として、JIS K5400に準拠した碁盤目試験を行った。第2の保護層が形成された表面(有機半導体層やソース電極、ドレイン電極上でなく、絶縁層上に直接第1の保護層及び第2の保護層が形成されている部分)に対し、片刃のカミソリの刃を面に対して90度の切り込みを1mm間隔で縦横に11本ずつ入れ、1mm角の碁盤目を100個作製した。この上に市販のセロファンテープを貼り付け、その一端を手でもって垂直にはがし、切り込み線からの貼られたテープ面積に対する薄膜の剥がされた面積の割合を以下の基準で評価した。
<Adhesion test>
As an evaluation of adhesion, a cross-cut test based on JIS K5400 was performed. For the surface on which the second protective layer is formed (the portion where the first protective layer and the second protective layer are formed directly on the insulating layer, not on the organic semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode), Eleven incisions of 90 ° with respect to the surface of a single-edged razor blade were inserted vertically and horizontally at intervals of 1 mm to produce 100 1 mm square grids. A commercially available cellophane tape was affixed on this, and one end of the tape was peeled vertically by hand, and the ratio of the peeled area of the thin film to the affixed tape area from the score line was evaluated according to the following criteria.

○:剥離された面積割合が10%未満
△:剥離された面積割合が10%以上25%未満
×:剥離された面積割合が25%以上
評価の結果を表3に示す。
◯: The peeled area ratio is less than 10%. Δ: The peeled area ratio is 10% or more and less than 25%. X: The peeled area ratio is 25% or more.

Figure 2008171861
Figure 2008171861

表3から分かるように、有機半導体層上に直接第2の保護層を形成した有機薄膜トランジスタ20では、第2の保護層形成時のダメージによって初期からキャリア移動度が大きく低下してしまう。   As can be seen from Table 3, in the organic thin film transistor 20 in which the second protective layer is formed directly on the organic semiconductor layer, the carrier mobility is greatly reduced from the beginning due to damage during the formation of the second protective layer.

また、比較の有機薄膜トランジスタ21〜23は無機薄膜からなる第2の保護層との接着性に劣り、耐久性試験後のキャリア移動度も1桁の低下が見られる。   Moreover, the comparative organic thin-film transistors 21-23 are inferior in adhesiveness with the 2nd protective layer which consists of an inorganic thin film, and the carrier mobility after a durability test is seen a 1-digit fall.

他方、本発明の有機薄膜トランジスタ24〜29は、第2の保護層の接着性が高く、耐久試験後の移動度も6割以上の値が保たれており、高い保護能力があることが確認された。   On the other hand, the organic thin film transistors 24-29 of the present invention have high adhesiveness of the second protective layer, and the mobility after the durability test is maintained at a value of 60% or more, and it is confirmed that the organic thin film transistors have high protective ability. It was.

有機薄膜トランジスタの層構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the layer structural example of an organic thin-film transistor. ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a jet-type atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus. ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a jet system atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus. ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a jet system atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 大気圧プラズマ放電処理装置
2、2′ 第1電極
3、3′ 第2電極
4 電圧印加手段
5 高周波電源
6 ガス制御板
7、7′ 誘電体
8 基材
9 アース
13、13′ 放電ガス導入口
15 薄膜形成ガス導入口
16 ガス吹き出し口
G 放電ガス
G′ 励起放電ガス
M 薄膜形成ガス
N 二次励起ガス
A 放電空間
B 混合空間
101 有機半導体膜
102 ソース電極
103 ドレイン電極
104 ゲート電極
105 ゲート絶縁層
106 基体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus 2, 2 '1st electrode 3, 3' 2nd electrode 4 Voltage application means 5 High frequency power supply 6 Gas control board 7, 7 'Dielectric 8 Base material 9 Ground 13, 13' Discharge gas introduction Port 15 Thin film forming gas inlet 16 Gas outlet G Discharge gas G ′ Excited discharge gas M Thin film forming gas N Secondary excited gas A Discharge space B Mixed space 101 Organic semiconductor film 102 Source electrode 103 Drain electrode 104 Gate electrode 105 Gate insulation Layer 106 substrate

Claims (12)

ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体材料からなる有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタであって、水溶性高分子と、下記一般式(1)で表されるアルコキシシランの加水分解重縮合物とを含有する有機無機ハイブリッド層からなる保護層を前記有機半導体層上に有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
一般式(1) R4-nSi(OR′)n
(式中、Rは水素原子またはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基、カルボニル基から選ばれる置換基を表し、R′は水素原子またはアルキル基を表し、nは2〜4の整数を表す。)
An organic thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer made of an organic semiconductor material, a source electrode and a drain electrode, and hydrolyzing a water-soluble polymer and an alkoxysilane represented by the following general formula (1) An organic thin film transistor comprising a protective layer made of an organic-inorganic hybrid layer containing a polycondensate on the organic semiconductor layer.
General formula (1) R 4-n Si (OR ′) n
Wherein R represents a hydrogen atom or a substituent selected from an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylsilyl group and a carbonyl group; Represents a hydrogen atom or an alkyl group, and n represents an integer of 2 to 4.)
前記有機無機ハイブリッド層に、前記一般式(1)で表されるアルコキシシランを加水分解重縮合物することによって得られる下記一般式(2)で表される無機高分子化合物を1〜30質量%含有することを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ。
一般式(2) R4-nSiOn/2
(式中、Rは水素原子またはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基から選ばれる置換基を表し、nは2〜4の整数を表す。)
1-30 mass% of inorganic polymer compounds represented by the following general formula (2) obtained by hydrolytic polycondensation of the alkoxysilane represented by the general formula (1) to the organic-inorganic hybrid layer. The organic thin film transistor according to claim 1, which is contained.
General formula (2) R 4-n SiO n / 2
(In the formula, R represents a hydrogen atom or a substituent selected from an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and an alkylsilyl group, and n represents 2 to 4) Represents an integer.)
前記一般式(1)、一般式(2)において、n=4であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein in the general formula (1) and the general formula (2), n = 4. 前記水溶性高分子が、ポリビニルアルコール、ハロゲン化ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、これらの共重合体、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエステル、デンプン及びその誘導体、ゼラチン、カセイン、アルブミン、天然ゴム及びこれらの混合物から選ばれる水溶性高分子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 The water-soluble polymer is polyvinyl alcohol, halogenated polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, copolymers thereof, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, cellulose ester, starch and derivatives thereof, gelatin, casein, albumin The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic thin film transistor is a water-soluble polymer selected from natural rubber and a mixture thereof. 前記水溶性高分子が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項4に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 4, wherein the water-soluble polymer is polyvinyl alcohol. 前記保護層が、少なくとも50質量%以上の水を含む水溶液を塗布・乾燥することよって形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 5, wherein the protective layer is formed by applying and drying an aqueous solution containing at least 50% by mass or more of water. 前記水溶性高分子、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン及び光酸発生剤を含有する保護層を形成した後、活性光線をパターン露光することによって露光部に酸を発生させ、発生した酸によって露光部分のみに有機無機ハイブリッド層が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 After forming the protective layer containing the water-soluble polymer, the alkoxysilane represented by the general formula (1) and the photoacid generator, the pattern is exposed to actinic rays to generate an acid in the exposed area. The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein an organic-inorganic hybrid layer is formed only in an exposed portion with the acid. 前記光酸発生剤が、スルホニウム塩化合物であることを特徴とする請求項7に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 7, wherein the photoacid generator is a sulfonium salt compound. 前記有機無機ハイブリッド層からなる保護層上に、さらに金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物からなる第2の保護層を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 9. The method according to claim 1, further comprising a second protective layer made of a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride on the protective layer made of the organic-inorganic hybrid layer. The organic thin-film transistor as described. 前記第2の保護層が、酸化珪素からなる保護層であることを特徴とする請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 9, wherein the second protective layer is a protective layer made of silicon oxide. 前記第2の保護層が、大気圧または大気圧近傍の圧力下におけるプラズマCVD法によって形成されていることを特徴とする請求項9または10に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 9 or 10, wherein the second protective layer is formed by a plasma CVD method under an atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. 前記有機半導体層が、非水系溶媒を用いた塗布によって形成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is formed by coating using a non-aqueous solvent.
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