JP2008172059A - Organic thin-film transistor and manufacturing method therefor - Google Patents

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JP2008172059A JP2007004406A JP2007004406A JP2008172059A JP 2008172059 A JP2008172059 A JP 2008172059A JP 2007004406 A JP2007004406 A JP 2007004406A JP 2007004406 A JP2007004406 A JP 2007004406A JP 2008172059 A JP2008172059 A JP 2008172059A
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康 大久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin-film transistor that has satisfactory transistor characteristics and can be manufactured by a solution process having high production efficiency, and to provide a manufacturing method of the organic thin-film transistor. <P>SOLUTION: The organic thin-film transistor has: a patterned SAM film, having third and fourth functional groups on a gate insulating film through a process for forming a first self-organizing monomolecular film (SAM film) made of a compound, having a first photolysis or acid decomposition functional group on a gate insulating film; a process for performing pattern exposure onto the SAM film, decomposing the SAM film, and exposing a second functional group onto the SAM film at an exposure part; a process for allowing the compound to react to the second functional group to form a third functional group on the SAM film; a process for forming the third functional group, before converting a first remaining SAM film to the SAM film having the second functional group by second exposure; and a process for allowing the compound to react to the SAM film, having the second functional group formed by the second exposure to form the fourth functional group on the SAM. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自己組織化単分子膜を有する有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic thin film transistor having a self-assembled monolayer and a method for producing the same.

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

一般に平板型のディスプレイ装置においては、液晶、有機EL(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, a semiconductor such as a-Si (amorphous silicon), p-Si (polysilicon) or the like is mainly used for the TFT element, and these Si semiconductors (and metal films as necessary) are multilayered, and the source, 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のニーズ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 the needs of a portable thin display for use with the progress of computerization.

一方、近年において高い電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機EL素子用の電荷輸送性材料のほか、例えば、有機レーザー発振素子や、多数の論文にて報告されている有機薄膜トランジスタ素子(有機TFT素子)への応用が期待されている。   On the other hand, in recent years, organic semiconductor materials have been energetically studied as organic compounds having high charge transport properties. In addition to charge transport materials for organic EL devices, these compounds are expected to be applied to, for example, organic laser oscillation devices and organic thin film transistor devices (organic TFT devices) reported in many papers.

これまでに半導体層として検討されてきた材料としては、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、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン、さらにはポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子等が挙げられる。   Materials that have been studied as semiconductor layers so far include acenes such as pentacene and tetracene, compounds having substituents introduced thereto, phthalocyanines and porphyrins, and precursors thereof, perylene and its tetracarboxylic acid derivatives, etc. Low molecular weight compounds, aromatic oligomers such as thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene, compounds obtained by symmetrically condensing 5-membered aromatic heterocycles with naphthalene and anthracene, mono, oligo and polydithienopyridines Furthermore, conjugated polymers such as polythiophene, polythienylene vinylene, and poly-p-phenylene vinylene can be used.

このような有機材料が有機半導体層であるデバイスを実現できれば、低温での真空ないし低圧蒸着による製造ができると考えられる。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。   If a device in which such an organic material is an organic semiconductor layer can be realized, it may be possible to manufacture at a low temperature by vacuum or low pressure deposition. 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素子では、絶縁膜と有機半導体層の界面をキャリアが通るといわれており、キャリアの通過する絶縁膜界面にキャリアトラップが存在するとキャリア移動度が低下するといった問題があり、これを回避するために、ゲート絶縁膜表面をシランカップリング剤等で被覆することで、キャリア移動度を向上させるといった試みが多くなされている。   By the way, in these TFT elements, it is said that carriers pass through the interface between the insulating film and the organic semiconductor layer, and if there is a carrier trap at the interface of the insulating film through which the carrier passes, there is a problem that the carrier mobility is lowered. In order to avoid this, many attempts have been made to improve the carrier mobility by coating the surface of the gate insulating film with a silane coupling agent or the like.

ところがこういった手法は、ソース・ドレイン電極や有機半導体層を、塗布法を用いて形成する際には有機半導体溶液を弾いてしまうといった問題が起き、所望の部位(ソース電極とドレイン電極の間)にうまく有機半導体層を形成できないといった課題を有していた。   However, this method has a problem that the organic semiconductor solution is repelled when the source / drain electrodes and the organic semiconductor layer are formed by a coating method, and the desired region (between the source electrode and the drain electrode) is generated. ) Has a problem that the organic semiconductor layer cannot be formed successfully.

特許文献1及び非特許文献1においては、裏面露光法を用いてゲート電極上(チャネル形成領域上)のみにシランカップリング剤からなる自己組織化単分子膜を形成し、ソース・ドレイン電極を塗布法によって形成する方法が開示されているが、有機半導体層については溶剤溶解性のないペンタセンを蒸着で形成しており、有機半導体層を塗布で形成することについては言及されていない。このような手法では、ソース・ドレイン電極間は表面エネルギーが低く濡れにくいオクタデシルトリクロロシランが形成され、ソース・ドレイン電極間以外は表面エネルギーが高く濡れやすい酸化ケイ素表面となっているため、ソース・ドレイン電極間に塗布法によって有機半導体層を形成することは難しい構成の手法であった。
特開2005−79560号公報 第67回応用物理学会予稿集No.3,p1210,29a−ZH−5
In Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, a self-assembled monomolecular film made of a silane coupling agent is formed only on the gate electrode (on the channel formation region) using the backside exposure method, and the source / drain electrodes are applied. Although the method of forming by the method is disclosed, the organic semiconductor layer is formed by vapor deposition of pentacene having no solvent solubility, and it is not mentioned that the organic semiconductor layer is formed by coating. In such a method, octadecyltrichlorosilane, which has a low surface energy and is difficult to wet, is formed between the source and drain electrodes, and a silicon oxide surface that has a high surface energy and is easily wetted except between the source and drain electrodes. Forming an organic semiconductor layer between electrodes by a coating method has been a difficult structure.
JP 2005-79560 A The 67th JSAP Proceedings No. 3, p1210, 29a-ZH-5

本発明の目的は、トランジスタ特性が良好で、さらに生産効率が高い溶液プロセスによって製造することのできる有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor that can be manufactured by a solution process with good transistor characteristics and high production efficiency, and a method for manufacturing the same.

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、
(1)ゲート絶縁膜上に光または酸分解性を有する第1の官能基を有する化合物からなる第1の自己組織化単分子膜を形成する工程、
(2)前記自己組織化単分子膜上に活性光線をパターン露光し、前記自己組織化単分子膜を分解し、露光された部位の自己組織化単分子膜上に第2の官能基を露出させる工程、
(3)前記第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物1を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第3の官能基を形成する工程、
(4)前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換する工程、
(5)前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成する工程、
を経て、パターン化された第3の官能基及び第4の官能基を有する自己組織化単分子膜を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,
(1) forming a first self-assembled monolayer made of a compound having a first functional group having photodegradability or photodecomposability on the gate insulating film;
(2) Actinic rays are pattern-exposed on the self-assembled monolayer, the self-assembled monolayer is decomposed, and a second functional group is exposed on the self-assembled monolayer at the exposed site. The process of
(3) reacting compound 1 having a chemical binding force with respect to the second functional group to form a third functional group on the self-assembled monolayer;
(4) After the formation of the third functional group, the first self-assembled monolayer remaining after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having the second functional group. The process of
(5) The compound 2 having a chemical binding force with respect to the second functional group is reacted with the self-assembled monolayer film having the second functional group formed by performing the second exposure, Forming a fourth functional group on the self-assembled monolayer;
An organic thin film transistor comprising a self-assembled monomolecular film having a third functional group and a fourth functional group patterned through

2.前記第3の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE3が、前記第4の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE4より大きい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。   2. 2. The surface energy E3 of the self-assembled monolayer having the third functional group is larger than the surface energy E4 of the self-assembled monolayer having the fourth functional group. Organic thin film transistor.

3.前記第3の官能基を有する自己組織化単分子膜上に、前記有機半導体材料からなる有機半導体層が形成されてい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。   3. 3. The organic thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein an organic semiconductor layer made of the organic semiconductor material is formed on a self-assembled monomolecular film having the third functional group.

4.前記化合物1が、下記一般式(1)で表される化合物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). 4. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 3, wherein the compound 1 is a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2008172059
Figure 2008172059

(式中、Aは前記第2の官能基と結合しうる官能基を表す。L1は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、またはこれらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してQと連結する2価の連結基を表す。QはC、Si、Ge、Sn、Pbから選ばれる4価の原子を表し、R1〜R3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、互いに連結して環を形成していてもよい。)
5.前記第4の官能基が、アルキル基またはハロゲン化アルキル基であることを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
(In the formula, A represents a functional group capable of binding to the second functional group. L 1 represents a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1,2-diyl group). A divalent linking group selected from a group and an arylene group, or a divalent linking group linked to these groups via an ether group, a thio group, a carbonyl group or a carbonyloxy group, where Q is C, Si. Represents a tetravalent atom selected from Ge, Sn, and Pb, and R 1 to R 3 are 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 may be linked to each other to form a ring.
5. 5. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the fourth functional group is an alkyl group or a halogenated alkyl group.

6.前記活性光線によって分解される第1の自己組織化単分子膜が、下記一般式(2)で表されるシランカップリング剤によって形成された自己組織化単分子膜であ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). The first self-assembled monolayer that is decomposed by the actinic ray is a self-assembled monolayer formed by a silane coupling agent represented by the following general formula (2): The organic thin-film transistor of any one of 1-5.

Figure 2008172059
Figure 2008172059

(式中、Zは酸素、硫黄、セレン、テルルから選ばれるカルコゲン原子を表し、L2は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、またはこれらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してZと連結する2価の連結基を表す。R4、R5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す。Xはハロゲン原子、アルコキシ基、イソシアナート基から選ばれる加水分解可能な置換基を表す。m、nは1〜3の整数を表す。)
7.前記一般式(2)において、Zが酸素原子であ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。
(In the formula, Z represents a chalcogen atom selected from oxygen, sulfur, selenium and tellurium, and L 2 represents a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1,2-diyl. A divalent linking group selected from a group and an arylene group, or a divalent linking group linked to Z via an ether group, a thio group, a carbonyl group, or a carbonyloxy group to these groups R 4 , R 5 Represents 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 X represents a halogen atom, an alkoxy group, or an isocyanate group. And m and n represent an integer of 1 to 3).
7). In the said General formula (2), Z is an oxygen atom, The organic thin-film transistor of any one of said 1-6 characterized by the above-mentioned.

8.前記有機半導体材料がペンタセン誘導体であることを特徴とする前記1〜7のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。   8). 8. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 7, wherein the organic semiconductor material is a pentacene derivative.

9.前記1〜7のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの有機半導体層が、塗布によって形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。   9. 8. A method for producing an organic thin film transistor, wherein the organic semiconductor layer of the organic thin film transistor according to any one of 1 to 7 is formed by coating.

本発明によれば、トランジスタ特性が良好で、生産効率が高い溶液プロセスにより製造することができる有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic thin-film transistor which can be manufactured with the solution process with favorable transistor characteristics and high production efficiency, and its manufacturing method 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、以下の工程を経て作製される有機薄膜トランジスタである。   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 an organic thin film transistor manufactured through the following steps.

即ち、本発明の有機薄膜トランジスタは、
(1)ゲート絶縁膜上に光または酸分解性を有する第1の官能基を有する化合物からなる第1の自己組織化単分子膜を形成する工程、
(2)前記自己組織化単分子膜上に活性光線をパターン露光し、前記自己組織化単分子膜を分解し、露光された部位の自己組織化単分子膜上に第2の官能基を露出させる工程、
(3)前記第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物1を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第3の官能基を形成する工程、
(4)前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換する工程、
(5)前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成する工程、
を経て、パターン化された第3の官能基及び第4の官能基を有する自己組織化単分子膜を有することを特徴とする。
That is, the organic thin film transistor of the present invention is
(1) forming a first self-assembled monolayer made of a compound having a first functional group having photodegradability or photodecomposability on the gate insulating film;
(2) Actinic rays are pattern-exposed on the self-assembled monolayer, the self-assembled monolayer is decomposed, and a second functional group is exposed on the self-assembled monolayer at the exposed site. The process of
(3) reacting compound 1 having a chemical binding force with respect to the second functional group to form a third functional group on the self-assembled monolayer;
(4) After the formation of the third functional group, the first self-assembled monolayer remaining after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having the second functional group. The process of
(5) The compound 2 having a chemical binding force with respect to the second functional group is reacted with the self-assembled monolayer film having the second functional group formed by performing the second exposure, Forming a fourth functional group on the self-assembled monolayer;
And a self-assembled monolayer having a patterned third functional group and a fourth functional group.

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

本発明においては、このような自己組織化単分子膜の形成によって基板の表面状態を調整する。即ち、自己組織化単分子膜を形成することで基板上の薄膜形成材料との親和性を調整する。   In the present invention, the surface state of the substrate is adjusted by forming such a self-assembled monolayer. That is, the affinity with the thin film forming material on the substrate is adjusted by forming a self-assembled monolayer.

本発明においては、ゲート絶縁膜表面に自己組織化単分子膜を配置して、ゲート電極に対して整合的に配置された位置に有機半導体材料層、またソース電極、ドレイン電極等を、塗布プロセスで高精度に形成するものである。   In the present invention, a self-assembled monolayer is disposed on the surface of the gate insulating film, and an organic semiconductor material layer, a source electrode, a drain electrode, and the like are disposed at a position aligned with the gate electrode. It is formed with high accuracy.

〔有機薄膜トランジスタの製造方法〕
以下に、本発明に係る自己組織化単分子膜を、ゲート絶縁膜上に形成して、有機半導体材料層等の薄膜をパターニングして形成する方法について、図1を用いて説明する。
[Method for producing organic thin film transistor]
Hereinafter, a method of forming a self-assembled monomolecular film according to the present invention on a gate insulating film and patterning a thin film such as an organic semiconductor material layer will be described with reference to FIG.

本発明を、基板、例えばガラス(石英)からなる基板1上に、クロム(膜厚140nm)からなるゲート電極2、さらに酸化シリコン膜(400nm)からなる絶縁膜3が積層された基板を例として説明する。   The present invention will be described by taking as an example a substrate in which a gate electrode 2 made of chromium (film thickness 140 nm) and an insulating film 3 made of silicon oxide film (400 nm) are laminated on a substrate 1 made of glass (quartz). explain.

本発明においては、ゲート絶縁膜上に、先ず、光または酸分解性を有する第1の官能基を有する化合物からなる第1の自己組織化単分子膜を形成する。   In the present invention, first, a first self-assembled monomolecular film made of a compound having a first functional group having photodegradability or photodegradability is formed on the gate insulating film.

ゲート絶縁膜としては、無機材料として酸化シリコン以外に、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化チタン等、金属酸化物が用いられるため、表面には水酸基が存在し化学吸着活性である。従って、光対し分解性を有する第1の官能基を有する自己組織化単分子膜を形成することのできる化合物としては、これらの表面と反応性を有する基を有する化合物である。これらの官能基としては、例えばハロゲノシリル基、アルコキシシリル基またイソシアネート基等であり、前記表面と反応性を有する官能基で有ればよい。   As the gate insulating film, a metal oxide such as tantalum oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, or titanium oxide is used as an inorganic material in addition to silicon oxide. Therefore, a hydroxyl group exists on the surface and is chemisorption activity. Therefore, a compound capable of forming a self-assembled monolayer film having a first functional group that is decomposable to light is a compound having a group reactive with these surfaces. As these functional groups, for example, a halogenosilyl group, an alkoxysilyl group, an isocyanate group, or the like may be used as long as the functional group has reactivity with the surface.

これら第1の自己組織化単分子膜を形成できる化合物としては、光または酸によって分解する第1の官能基を有すると共に、自己組織化単分子膜を形成するため膜表面と反応性を有する基を同時に有する化合物であれば限定されない。   These compounds capable of forming a first self-assembled monolayer include a first functional group that is decomposed by light or acid, and a group that is reactive with the film surface to form a self-assembled monolayer. If it is a compound which has simultaneously, it will not be limited.

酸によって分解する自己組織化単分子膜の場合は、光酸発生剤が近傍に存在することで実質的に光でパターニングを行うことができる。光で直接分解する自己組織化単分子膜の方が、工程が簡略であるために好ましい。   In the case of a self-assembled monolayer that is decomposed by an acid, patterning can be performed substantially with light because a photoacid generator is present in the vicinity. A self-assembled monolayer that directly decomposes with light is preferable because the process is simple.

光で直接分解する官能基としては、例えば、2,2−ジメチル−1,3−ジオキシン基、ニトロベンジル基等が知られている。   As functional groups that are directly decomposed by light, for example, 2,2-dimethyl-1,3-dioxin group, nitrobenzyl group and the like are known.

第1の自己組織化単分子膜においては、基板との吸着部位とは別に光または酸によって分解する官能基を構成分子中に有しているため、形成された第1の自己組織化単分子膜上に活性光線をパターン露光することで、前記自己組織化単分子膜における第1の官能基は分解して、露光された部位において第2の官能基を露出させる。例えば、前述の2,2−ジメチル−1,3−ジオキシン基の場合にはアクロレイン基が生成し、ニトロベンジル基の場合にはカルボン酸残基やスルホン酸残基等を露出させることができる。   Since the first self-assembled monolayer has a functional group in the constituent molecules that is decomposed by light or acid, in addition to the adsorption site with the substrate, the formed first self-assembled monomolecule By pattern exposure of actinic rays on the film, the first functional group in the self-assembled monolayer is decomposed to expose the second functional group at the exposed site. For example, in the case of the aforementioned 2,2-dimethyl-1,3-dioxin group, an acrolein group can be formed, and in the case of a nitrobenzyl group, a carboxylic acid residue, a sulfonic acid residue or the like can be exposed.

これらの光反応性官能基の中でも、感光波長が比較的長く、汎用の安価な光源を使用することができるニトロベンジル基を有するシランカップリング剤からなる自己組織化単分子膜を使用することが好ましい。すなわち、第1の自己組織化単分子膜は、好ましくは前記一般式(2)で表されるシランカップリング剤によって形成されるものである。   Among these photoreactive functional groups, it is possible to use a self-assembled monolayer composed of a silane coupling agent having a nitrobenzyl group that has a relatively long photosensitive wavelength and can use a general-purpose inexpensive light source. preferable. That is, the first self-assembled monolayer is preferably formed of a silane coupling agent represented by the general formula (2).

〔一般式(2)で表されるシランカップリング剤〕
先ず、一般式(2)で表されるシランカップリング剤について説明する。
[Silane coupling agent represented by general formula (2)]
First, the silane coupling agent represented by the general formula (2) will be described.

前記一般式(2)において、Zは酸素、硫黄、セレン、テルルから選ばれるカルコゲン原子を表し、L2は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、または、これらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してZと連結する2価の連結基を表す。R4、R5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す。Xはハロゲン原子、アルコキシ基、イソシアナート基から選ばれる加水分解可能な置換基を表す。m、nは1〜3の整数を表す。 In the general formula (2), Z represents a chalcogen atom selected from oxygen, sulfur, selenium, and tellurium, and L 2 represents a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1 2, a divalent linking group selected from a 2-diyl group and an arylene group, or a divalent linking group linked to Z through an ether group, a thio group, a carbonyl group or a carbonyloxy group. R 4 and R 5 each represents 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. X represents a hydrolyzable substituent selected from a halogen atom, an alkoxy group, and an isocyanate group. m and n represent an integer of 1 to 3.

Zとしては酸素、硫黄が反応性に富むため好ましく、酸素がより好ましい。   As Z, oxygen and sulfur are preferable because they are highly reactive, and oxygen is more preferable.

2で表されるアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基としては、炭素数1〜22のアルキル、シクロアルキル、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基が好ましい。また、アリーレン基としてはフェニレン基、ナフチレン基が挙げられ、フェニレン基が好ましい。また、これらのアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、またアリーレン基は、さらに後述のR4で表される基等で置換されていてもよい。 Examples of the alkylene group, cycloalkylene group, alkene-1,2-diyl group, and alkyne-1,2-diyl group represented by L 2 include alkyl having 1 to 22 carbon atoms, cycloalkyl, and alkene-1,2- A diyl group and an alkyne-1,2-diyl group are preferred. Examples of the arylene group include a phenylene group and a naphthylene group, and a phenylene group is preferable. In addition, these alkylene groups, cycloalkylene groups, alkene-1,2-diyl groups, alkyne-1,2-diyl groups, and arylene groups are further substituted with a group represented by R 4 described later. Also good.

Xで表されるハロゲン原子としては、クロル基が好ましい。アルコキシ基としては炭素原子数1〜4までのアルコキシ基、特に好ましいのはメトキシ基、エトキシ基である。m、nは1〜3の整数である。ニトロ基が置換する位置としては、オルト位、メタ位、パラ位のいずれでもよいが、感光性からオルト位、パラ位のいずれかにニトロ基を有していることが好ましい。   As the halogen atom represented by X, a chloro group is preferable. The alkoxy group is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group. m and n are integers of 1 to 3. The position at which the nitro group is substituted may be any of the ortho position, meta position, and para position, but preferably has a nitro group at either the ortho position or the para position in view of photosensitivity.

4、R5で表されるアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基としては、具体的には、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、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(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(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、シクロアルキル基(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(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)、ハロゲン化アリール基(ペンタフルオロフェニル基、ペンタクロロフェニル基等)、ヘテロアリール基(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(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、これらの置換基は上記の置換基によってさらに置換されていても。また、好ましくは、直鎖、分岐または環状のアルキル基である。これらの中でも、感光性を高いものとするためにはR4は水素原子またはメチル基であることが好ましい。 Specific examples of the alkyl group, halogenated alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group and alkylsilyl group represented by R 4 and R 5 include an alkyl group (for example, a methyl group, an ethyl group, Group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), halogenated alkyl group (for example, trifluoromethyl group, 1, 1,1-trifluoropropyl group etc.), alkenyl group (eg vinyl group, allyl group etc.), alkynyl group (eg ethynyl group, propargyl group etc.), cycloalkyl group (eg cyclopentyl group, cyclohexyl group etc.) An aryl group (eg, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl) , Xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc.), halogenated aryl group (pentafluorophenyl group, pentachlorophenyl group, etc.), hetero Aryl groups (eg, furyl, thienyl, pyridyl, pyridazinyl, pyrimidinyl, pyrazinyl, triazinyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, quinazolinyl, phthalazinyl, etc.), alkylsilyl groups (eg, trimethylsilyl) Group, triethylsilyl group, tripropyl (i or n) silyl group, tributyl (i, t or n) silyl group, etc.), and these substituents may be further substituted by the above substituents. Moreover, it is preferably a linear, branched or cyclic alkyl group. Among these, R 4 is preferably a hydrogen atom or a methyl group in order to increase photosensitivity.

具体的化合物例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。これらの化合物は、J.Am.Chem.Soc.,vol.126(2004),p16314、高分子学会予稿集Vol.52−No.11(2003)p2660、高分子学会予稿集Vol.55−No.2(2006)p3953等を参考として合成することができる。   Specific examples of the compound include the following compounds. These compounds are described in J. Org. Am. Chem. Soc. , Vol. 126 (2004), p16314, Polymer Science Society Proceedings Vol. 52-No. 11 (2003) p2660, Proceedings of the Society of Polymer Science, Vol. 55-No. 2 (2006) p3953 and the like can be synthesized by reference.

Figure 2008172059
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Figure 2008172059
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前記一般式(2)で表される化合物により形成された第1の自己組織化単分子膜(SAM膜)は、1回目の露光によって、光または酸分解性を有する第1の官能基が分解して第2の官能基を生成する。   The first self-assembled monolayer (SAM film) formed of the compound represented by the general formula (2) is decomposed by light or acid-decomposable first functional group by the first exposure. Thus, the second functional group is generated.

また、生成した第2の官能基(−ZH)は、第2の官能基と結合しうる基を有する化合物1、例えば前記一般式(1)で表される化合物(後述する)と反応・結合して、新たな第3の官能基を形成する。   The generated second functional group (-ZH) reacts and bonds with compound 1 having a group capable of binding to the second functional group, for example, a compound represented by the general formula (1) (described later). Thus, a new third functional group is formed.

さらに、前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換し、次いで前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成し、パターン化された第3の官能基及び第4の官能基を有する自己組織化単分子膜を有する有機薄膜トランジスタを得る。   Further, after the third functional group is formed, the first self-assembled monolayer remaining after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having the second functional group. Then, the self-assembled monomolecular film having the second functional group formed by performing the second exposure is reacted with a compound 2 having a chemical binding force to the second functional group, and the self A fourth functional group is formed on the assembled monolayer, and an organic thin film transistor having a self-assembled monolayer having a patterned third functional group and a fourth functional group is obtained.

以下に模式的に例示する。   An example is schematically shown below.

Figure 2008172059
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レジストを用いてフォトリソグラフィー法により、またマスクパターンを用いて、前記第1の自己組織化単分子膜に光パターンの1回目の露光を与えれば、光照射された部分に第2の官能基が生成する。具体的には1の自己組織化単分子膜の末端は、例えばカルボキシル基、ヒドロキシ基、メルカプト基等の基となる。   If a first exposure of the optical pattern is given to the first self-assembled monomolecular film by a photolithography method using a resist and a mask pattern, a second functional group is formed on the light irradiated portion. Generate. Specifically, the end of one self-assembled monolayer is a group such as a carboxyl group, a hydroxy group, or a mercapto group.

本発明においては、光パターン露光によって、第1の自己組織化単分子膜(SAM膜)中において、第1の官能基の分解により第2の官能基を形成するが、次いで、光照射で生成した前記第2の官能基と、前記一般式(1)で表される化合物を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第3の官能基を形成し、さらに、前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換し、次いで前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成し、パターン化された第3の官能基及び第4の官能基を有する自己組織化単分子膜を有する有機薄膜トランジスタを得るものである。   In the present invention, the second functional group is formed by the decomposition of the first functional group in the first self-assembled monolayer (SAM film) by light pattern exposure, but then generated by light irradiation. The second functional group is reacted with the compound represented by the general formula (1) to form a third functional group on the self-assembled monolayer, and further, the third functional group After the second exposure, the first self-assembled monolayer that remained after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having a second functional group, and then the second exposure is performed. The compound 2 having a chemical binding force to the second functional group is reacted with the self-assembled monolayer film having the second functional group formed and the second functional group is reacted on the self-assembled monolayer film. Self having four functional groups and having a patterned third functional group and a fourth functional group It is intended to obtain an organic thin film transistor having a Oka monolayer.

第3の官能基は、後述する有機半導体材料あるいは材料溶液の濡れ性がよく、親和性が高い表面を形成する基であり、高い移動度を有する有機半導体素子が得られるという効果をもたらす。第4の官能基は、第3の官能基よりも表面エネルギーの低い置換基とすることで、塗布された有機半導体溶液を第3の官能基を有する自己組織化単分子膜上のみに塗布されるように誘導し、所望するようなパターンを容易に得ることができるようにするものである。   The third functional group is a group that forms a surface with good wettability and high affinity for an organic semiconductor material or material solution described later, and brings about an effect that an organic semiconductor element having high mobility can be obtained. The fourth functional group is a substituent having a surface energy lower than that of the third functional group, so that the applied organic semiconductor solution is applied only on the self-assembled monolayer having the third functional group. Thus, a desired pattern can be easily obtained.

〔一般式(1)で表される化合物〕
前記1回目の露光を行って形成された第2の官能基に反応して第3の官能基を形成する化合物1としては、前記一般式(1)で表される化合物が好ましい。
[Compound represented by the general formula (1)]
As the compound 1 that forms the third functional group by reacting with the second functional group formed by the first exposure, the compound represented by the general formula (1) is preferable.

前記一般式(1)で表される化合物について説明する。   The compound represented by the general formula (1) will be described.

一般式(1)中、Aは第2の官能基と結合しうる基を表す。L1は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、または、これらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してQと連結する2価の連結基を表す。QはC、Si、Ge、Sn、Pbから選ばれる4価の原子を表し、R1〜R3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、互いに連結して環を形成してもよい。 In general formula (1), A represents a group that can be bonded to the second functional group. L 1 is a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1,2-diyl group, an arylene group, or an ether group in these groups. , A divalent linking group linked to Q via a thio group, a carbonyl group or a carbonyloxy group. Q represents a tetravalent atom selected from C, Si, Ge, Sn, and Pb, and R 1 to R 3 are an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a heteroaryl. Represents a substituent selected from a group and an alkylsilyl group, and may be linked to each other to form a ring.

一般式(1)において、Aは前記一般式(2)で表されるシランカップリング剤中の分解性基の分解によって形成する第2の官能基と結合しうる基を表し、アミノ基、イミノ基、ヒドロキシ基、エーテル基、チオール基、スルフィド基、ジスルフィド基、ホスフィニル基、ピリジル基、ビピリジル基、ベンゾトリアゾリル基(−C643)、カルボニルオキシベンゾトリアゾール基(−OC(=O)C643)、オキシベンゾトリアゾール基(−O−C643)、アミノベンゾトリアゾール基(−NH−C643)、及び−CONHOH、−COOH、−COSH、−C54N、−SO3H、−NC、−CHO、−PO32、−OPO32といった構造式で表される置換基等が挙げられる。 In the general formula (1), A represents a group capable of binding to the second functional group formed by the decomposition of the decomposable group in the silane coupling agent represented by the general formula (2). group, hydroxy group, an ether group, a thiol group, a sulfide group, a disulfide group, a phosphinyl group, a pyridyl group, a bipyridyl group, a benzotriazolyl group (-C 6 H 4 N 3) , carbonyloxy benzotriazole group (-OC ( = O) C 6 H 4 N 3 ), oxybenzotriazole group (—O—C 6 H 4 N 3 ), aminobenzotriazole group (—NH—C 6 H 4 N 3 ), and —CONHOH, —COOH, Examples thereof include substituents represented by structural formulas such as —COS, —C 5 H 4 N, —SO 3 H, —NC, —CHO, —PO 3 H 2 , and —OPO 3 H 2 .

実際には、前記一般式(2)で表されるシランカップリング剤中の分解性基の構造によって、生成する第2の官能基は異なってくるので、これと反応する一般式(1)で表される化合物における基Aも変化する。例えば−L2−Z−がカルボニルオキシ基、即ち−CO−O−基を構成する場合、一般式(2)で表されるシランカップリング剤は分解して末端がカルボキシル基となるが、この第2の官能基と反応する基としてはアミノ基が挙げられ、また、第2の官能基として、例えば、ヒドロキシ基、メルカプト基等が生成する場合には、例えば、末端ビニル化合物やアルキルアルコキシシラン、アルキルハロゲノシラン、イソシアナート基等も挙げられる。 Actually, the second functional group to be generated differs depending on the structure of the decomposable group in the silane coupling agent represented by the general formula (2). The group A in the represented compound also varies. For example, when -L 2 -Z- is constituting a carbonyl group, i.e. -CO-O- group, a silane coupling agent represented by the general formula (2) is terminated by decomposition is a carboxyl group, this Examples of the group that reacts with the second functional group include an amino group. When the second functional group generates, for example, a hydroxy group or a mercapto group, for example, a terminal vinyl compound or an alkylalkoxysilane. , Alkylhalogenosilanes, isocyanate groups and the like.

従って、Aは一概に限定できないが、本発明においては前記一般式(1)において、L2として−(CH2n−C(=O)−であり(n=1〜10)、Zは酸素原子であることが好ましく、この場合ニトロベンジル基の脱離によりカルボキシル基を生成するので、このような場合、前記一般式(1)における基Aの好ましい例としては、アミノ基が挙げられる。 Therefore, A cannot be generally limited, but in the present invention, in the general formula (1), L 2 is — (CH 2 ) n —C (═O) — (n = 1 to 10), and Z is An oxygen atom is preferable. In this case, a carboxyl group is generated by elimination of a nitrobenzyl group. In such a case, a preferred example of the group A in the general formula (1) is an amino group.

前記一般式(1)で表される化合物が、前記第1の自己組織化単分子膜の分解によって生じた第2の官能基と反応する官能基を有することで、第1の自己組織化単分子膜は、前記のように、第3の官能基を有する異なった自己組織化単分子膜からなるコーティング層を形成することができる。   When the compound represented by the general formula (1) has a functional group that reacts with the second functional group generated by the decomposition of the first self-assembled monolayer, the first self-assembled single molecule is obtained. As described above, the molecular film can form a coating layer composed of different self-assembled monolayers having the third functional group.

一般式(1)において、L1で表されるアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基の炭素原子数は1〜22であることが好ましく、アリーレン基としてはフェニレン基、ナフタレン基等、フェニレン基が好ましい。またこれらの置換基はさらに、後述の置換基で置換されていてもよい。 In general formula (1), the alkylene group, cycloalkylene group, alkene-1,2-diyl group, and alkyne-1,2-diyl group represented by L 1 preferably have 1 to 22 carbon atoms. The arylene group is preferably a phenylene group such as a phenylene group or a naphthalene group. Further, these substituents may be further substituted with a substituent described later.

QはC、Si、Ge、Sn、Pbから選ばれる4価の原子を表す。   Q represents a tetravalent atom selected from C, Si, Ge, Sn, and Pb.

1〜R3は置換または無置換のアルキル基、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、互いに連結して環を形成していてもよい。 R 1 to R 3 represent a substituent selected from a substituted or unsubstituted 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 are connected to each other. May form a ring.

具体的には、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、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(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(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、シクロアルキル基(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(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(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(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)、これらの置換基は上記の置換基によってさらに置換されていても、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。また、好ましくは、直鎖、分岐または環状のアルキル基である。   Specifically, an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), Halogenated alkyl group (for example, trifluoromethyl group, 1,1,1-trifluoropropyl group, etc.), alkenyl group (for example, vinyl group, allyl group, etc.), alkynyl group (for example, ethynyl group, propargyl group, etc.) , Cycloalkyl groups (for example, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), aryl groups (for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group) Group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, bif Nitryl group, etc.), heteroaryl group (for example, furyl group, thienyl group, pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), alkyl A silyl group (for example, a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tripropyl (i or n) silyl group, a tributyl (i, t or n) silyl group, etc.), and these substituents are further substituted by the above substituents Alternatively, a plurality of them may be bonded to each other to form a ring. Moreover, it is preferably a linear, branched or cyclic alkyl group.

従来の直鎖状アルキル基やアリール基を有する電極表面処理剤は、比較的膜密度の高いコーティング層を形成するのに対し、一般式(1)で表される化合物を反応させたSAM膜は、末端部が立体的に嵩高いため、膜密度の低いコーティング層を形成することができる。詳細は不明であるが、このようなコーティング層をゲート絶縁層と有機半導体層の間に形成することで、絶縁膜と有機半導体層との界面のキャリアトラップ密度が低減され、良好な特性を有する有機薄膜トランジスタが得られるものと推定される。また、有機溶剤系の溶液を塗布する際に、直鎖状アルキル基やアリール基を有する表面処理剤から形成されるコーティング層よりも、溶剤をはじきにくいといった効果もある。さらに、これらの溶剤の塗布性の差を利用することで、溶剤塗布による有機半導体層形成を高精度に行えるといった効果を有する。   A conventional electrode surface treatment agent having a linear alkyl group or an aryl group forms a coating layer having a relatively high film density, whereas a SAM film in which a compound represented by the general formula (1) is reacted is Since the terminal portion is three-dimensionally bulky, a coating layer having a low film density can be formed. Although details are unknown, by forming such a coating layer between the gate insulating layer and the organic semiconductor layer, the carrier trap density at the interface between the insulating film and the organic semiconductor layer is reduced, and it has good characteristics. It is estimated that an organic thin film transistor is obtained. In addition, when an organic solvent-based solution is applied, there is an effect that the solvent is less likely to be repelled than a coating layer formed from a surface treatment agent having a linear alkyl group or an aryl group. Furthermore, by utilizing the difference in the coating properties of these solvents, the organic semiconductor layer can be formed with high accuracy by solvent coating.

また、一般式(1)において、より好ましくは、前記Qで表される原子はケイ素原子である。ケイ素原子は炭素よりも大きな原子であり、嵩高い末端を形成しやすく、より膜密度の低いコーティング層を形成することができる。また、ケイ素よりも大きな原子ではR1〜R3で表される置換基や、L1で表される連結基との結合が不安定となる傾向がある。 In the general formula (1), more preferably, the atom represented by Q is a silicon atom. A silicon atom is an atom larger than carbon, can easily form a bulky end, and can form a coating layer having a lower film density. In addition, when the atom is larger than silicon, the bond with the substituent represented by R 1 to R 3 or the linking group represented by L 1 tends to be unstable.

以下、本発明に係る一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, although the preferable specific example of a compound represented by General formula (1) based on this invention is shown, this invention is not limited to these.

Figure 2008172059
Figure 2008172059

これらの化合物は、いずれも公知の化合物であるか、公知の反応を用いて入手可能である。   These compounds are all known compounds or can be obtained using known reactions.

〔第4の官能基を形成する化合物2〕
前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基に反応して第4の官能基を形成する化合物2としては、前記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
[Compound 2 forming the fourth functional group]
Examples of the compound 2 that forms the fourth functional group by reacting with the second functional group formed by the second exposure include the compound represented by the general formula (1). Although the specific example of a preferable compound is shown below, this invention is not limited to these.

Figure 2008172059
Figure 2008172059

これらの化合物は、いずれも公知の化合物であるか、公知の反応を用いて入手可能である。   These compounds are all known compounds or can be obtained using known reactions.

これらの化合物の中で、第4の官能基として、アルキル基またはハロゲン化アルキル基を形成するものが好ましい。   Among these compounds, those that form an alkyl group or a halogenated alkyl group as the fourth functional group are preferred.

〔自己組織化単分子膜〕
本発明に用いられる自己組織化単分子膜(SAM膜)表面エネルギーの測定方法としては、純水の接触角を測定する方法を簡便な方法として用いることができる。この接触角は接触角計(CA−DT・A型:協和界面科学社製)を用いて20℃、50%RHの環境下で測定するものである。
[Self-assembled monolayer]
As a method for measuring the self-assembled monolayer (SAM film) surface energy used in the present invention, a method for measuring the contact angle of pure water can be used as a simple method. This contact angle is measured under an environment of 20 ° C. and 50% RH using a contact angle meter (CA-DT • A type: manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).

本発明においては、ソース・ドレイン電極間のチャネル形成領域(第3の官能基を形成した表面)の表面の水に対する接触角が50〜100度となることが好ましく、より好ましくは70〜95度、さらに好ましくは80〜90度である。接触角が低いと、トランジスタ素子のキャリア移動度やon/off比を著しく低下させ、高過ぎると有機半導体層を形成する際に有機半導体材料を含有する溶液をはじきやすくなる。   In the present invention, the contact angle of the surface of the channel forming region between the source and drain electrodes (the surface on which the third functional group is formed) with respect to water is preferably 50 to 100 degrees, more preferably 70 to 95 degrees. More preferably, it is 80 to 90 degrees. When the contact angle is low, the carrier mobility and the on / off ratio of the transistor element are remarkably reduced. When the contact angle is too high, the solution containing the organic semiconductor material is easily repelled when the organic semiconductor layer is formed.

また、ソース・ドレイン電極間以外の領域(第4の官能基を有する領域)の接触角は、第3の官能基を有する領域の接触角よりも1°以上大きいことが好ましく、より好ましくは10°以上、さらに好ましくは15°以上大きいことである。このような表面エネルギーの関係とすることで、有機半導体溶液を所望するソース・ドレイン電極間に精度よく塗布することができるものである。   Further, the contact angle of the region other than between the source and drain electrodes (region having the fourth functional group) is preferably 1 ° or more larger than the contact angle of the region having the third functional group, more preferably 10 It is larger by more than 15 °, more preferably more than 15 °. With such a surface energy relationship, the organic semiconductor solution can be applied with high precision between the desired source / drain electrodes.

本発明に係るSAM膜を形成する化合物は、表面処理剤と混合して用いることができる。表面処理剤としては、アルキルトリクロロシラン、アルキルトリアルコキシシラン等が挙げられる。   The compound forming the SAM film according to the present invention can be used by mixing with a surface treatment agent. Examples of the surface treating agent include alkyltrichlorosilane and alkyltrialkoxysilane.

本発明に係る第1のSAM膜を形成するシランカップリング剤により形成されるコーティング層の厚さは、0.5〜20nmの範囲が好ましく、より好ましくは0.7〜10nm、さらに好ましくは1.0〜3.0nmである。   The thickness of the coating layer formed by the silane coupling agent that forms the first SAM film according to the present invention is preferably in the range of 0.5 to 20 nm, more preferably 0.7 to 10 nm, and still more preferably 1. 0.0 to 3.0 nm.

また、SAM膜を形成するゲート絶縁膜表面の表面粗さRaは、薄膜トランジスタが後述のボトムゲート型では、その基体、ゲート電極、ゲート絶縁膜の表面性にも大きく影響を受けるが、概して0.01〜10nmとすることが、トランジスタ素子のキャリア移動度の観点から好ましい。   Further, the surface roughness Ra of the surface of the gate insulating film forming the SAM film is largely influenced by the surface properties of the base, the gate electrode, and the gate insulating film when the thin film transistor is a bottom gate type described later. A thickness of 01 to 10 nm is preferable from the viewpoint of carrier mobility of the transistor element.

本発明に係る自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成する方法としては、第1の自己組織化単分子膜を形成する、前記一般式(2)で表されるシランカップリング剤を含有する溶液を、例えば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各種の溶液プロセスを用いてゲート絶縁膜表面に塗布し、洗浄、乾燥することによって形成することができる。   The method for forming a self-assembled monolayer (SAM film) according to the present invention includes the silane coupling agent represented by the general formula (2), which forms the first self-assembled monolayer. For example, 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 , Kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calender coater method, dipping method, spray method, dripping method, Langmyer / Blodgett method, etc. It is formed by applying, washing and drying. Can.

また、有機半導体薄膜パターンに従って、第1の自己組織化単分子膜(SAM膜)をパターニングする方法としては、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いてレジストにより絶縁膜上に直接遮光層を形成し光露光を行う方法、また、クロム等により形成されたマスクパターンを介して光照射を行う方法、レーザーを走査する方法等、公知の方法で行うことができる。これらの中でも、マスク露光を行う方法が簡便で効率がよく、好ましい。   In addition, as a method for patterning the first self-assembled monolayer (SAM film) according to the organic semiconductor thin film pattern, a light shielding layer is directly formed on the insulating film by a resist using a known photolithography method or a lift-off method. The light exposure can be performed by a known method such as a method of performing light exposure, a method of performing light irradiation through a mask pattern formed of chromium or the like, a method of scanning a laser, and the like. Among these, the mask exposure method is preferable because it is simple and efficient.

このように、第1のSAM膜をパターン露光してSAM膜中の分解性基を分解して第2の官能基を露出させ、ここに、別の化合物を反応させ新たに第3の官能基をSAM膜上に形成する。さらに、前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換し、次いで前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成することによってゲート絶縁膜上に表面エネルギーの異なる領域をパターニングすることができる。   In this manner, the first SAM film is subjected to pattern exposure to decompose the decomposable group in the SAM film to expose the second functional group, and another compound is reacted therewith to newly add the third functional group. Are formed on the SAM film. Further, after the third functional group is formed, the first self-assembled monolayer remaining after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having the second functional group. Then, the self-assembled monomolecular film having the second functional group formed by performing the second exposure is reacted with a compound 2 having a chemical binding force to the second functional group, and the self By forming the fourth functional group on the organized monomolecular film, regions having different surface energies can be patterned on the gate insulating film.

前記第3の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE3は、前記第4の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE4より大きいことが好ましい。このような特性とすることで、第3の官能基を有するSAM膜上(半導体チャネル領域上)のみに高い位置精度、及び再現性で有機半導体層を形成することができ、ひいては移動度の高い有機半導体層を得ることができる。   The surface energy E3 of the self-assembled monolayer having the third functional group is preferably larger than the surface energy E4 of the self-assembled monolayer having the fourth functional group. With such characteristics, the organic semiconductor layer can be formed with high positional accuracy and reproducibility only on the SAM film having the third functional group (on the semiconductor channel region), and thus has high mobility. An organic semiconductor layer can be obtained.

本発明においては、上記の方法により形成した第3の官能基を形成した領域に有機半導体層を形成することが好ましい。   In this invention, it is preferable to form an organic-semiconductor layer in the area | region in which the 3rd functional group formed by said method was formed.

次いで、有機半導体層の形成方法及び材料について説明する。   Next, a method and material for forming the organic semiconductor layer will be described.

〔有機半導層の形成方法〕
本発明においては、上記の方法により形成した第3の官能基を形成した領域に有機半導体層を形成する。有機半導体材料としては、後述する材料を用いることができる。
[Formation method of organic semiconductor layer]
In the present invention, the organic semiconductor layer is formed in the region where the third functional group formed by the above method is formed. As the organic semiconductor material, materials described later can be used.

有機半導体層を形成する方法としては、真空蒸着やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法等のような前記のドライプロセス、また、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、各種の塗布法等、溶液プロセスを挙げることができる。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。   As a method for forming the organic semiconductor layer, the above-described dry process such as vacuum deposition or MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, a spin coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, various coating methods, etc. List the processes. 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.

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。   If it can be formed by a solution process, the number of steps can be greatly reduced, an organic thin film transistor can be formed by simple steps, and larger crystals can be formed than by a dry process. As a result, an organic thin film transistor having good mobility can be formed.

本発明においては、溶液プロセスで形成するにもかかわらず異なる自己組織化単分子膜膜により絶縁膜表面がパターニングされているために、高細精で再現性よく有機半導体チャネル形成が行える。   In the present invention, the surface of the insulating film is patterned by a different self-assembled monolayer film even though it is formed by a solution process, so that an organic semiconductor channel can be formed with high precision and good reproducibility.

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

〔有機半導体材料〕
有機半導体膜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。
[Organic semiconductor materials]
As an organic semiconductor material constituting the organic semiconductor film, any material can be used as long as it can control the mobility of carriers by the electric field effect. However, a p-type semiconductor in which the 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.

このような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 such organic semiconductor materials 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- Oligomers 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等のカーボンナノチューブ、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-A 2000- An organic / inorganic hybrid material 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、フラーレン誘導体、縮合環テトラカルボン酸ジイミド誘導体、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。また、ペンタセン誘導体がより好ましい。   Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerene derivatives, condensed ring tetracarboxylic acid diimide derivatives, metal phthalocyanines, and metal porphyrins is preferable. Moreover, a pentacene derivative is more preferable.

ペンタセン誘導体の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol.127.No14.4986等に記載のアセン類及びその誘導体等が挙げられる。   Examples of pentacene derivatives include substituents described in International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, JP-A-2004-107216, and the like. A pentacene derivative described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964 and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol. 127. Examples include acenes and derivatives thereof described in No. 14.4986 and the like.

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.

これらの中でも特に、J.Amer.Chem.Soc.,vol.127.No14.4986等に記載されるようなエチニル置換基を有する縮合多環式芳香族化合物類が好ましく用いられる。   Among these, J. et al. Amer. Chem. Soc. , Vol. 127. Condensed polycyclic aromatic compounds having an ethynyl substituent as described in No. 14.4986 and the like are preferably used.

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

Figure 2008172059
Figure 2008172059

(塗布に用いられる有機溶媒)
有機半導体液滴を作製する際に使用される有機溶媒は、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素または脂肪族ハロゲン化炭化水素が好ましく、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素または脂肪族炭化水素がより好ましい。
(Organic solvent used for coating)
The organic solvent used in preparing the organic semiconductor droplet is preferably an aromatic hydrocarbon, an aromatic halogenated hydrocarbon, an aliphatic hydrocarbon or an aliphatic halogenated hydrocarbon, and the aromatic hydrocarbon or aromatic halogen More preferred are hydrocarbons or aliphatic hydrocarbons.

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

脂肪族炭化水素としては、オクタン、4−メチルヘプタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、2,2−ジメチルヘキサン、2,3−ジメチルヘキサン、2,4−ジメチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサンシクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。   Aliphatic hydrocarbons include octane, 4-methylheptane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethylhexane, 2,4-dimethylhexane, 2,5-dimethyl. Although hexanecyclohexane, cyclopentane, methylcyclohexane, etc. can be mentioned, this invention is not limited to these.

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

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

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、前記非特許文献1に記載されているような、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) and polythiophene compounds having an alkyl group as described in JP-A Nos. 2003-292588 and 2005-76030, An acene compound and a heteroacene compound having a trialkylsilylethynyl group as described in Patent Document 1, and a steric cyclic structure such as a bicyclo ring described in JP-A-2003-304104 Examples thereof include porphyrin compounds.

本発明の方法によれば、前記第3の官能基が形成された領域において前記有機半導体液滴の親和性が高いので、この領域に位置精度よく、再現性よく半導体チャネルを形成できる。   According to the method of the present invention, since the affinity of the organic semiconductor droplet is high in the region where the third functional group is formed, a semiconductor channel can be formed in this region with high positional accuracy and reproducibility.

〔電極〕
まず、ゲート電極、及びソース/ドレイン電極を形成する電極材料とその形成方法について説明する。
〔electrode〕
First, an electrode material for forming a gate electrode and a source / drain electrode and a method for forming the same 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、及びゲートバスライン、電極と電源とをつなぐ配線部等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, a material that forms a gate electrode, a gate bus line, a wiring portion that connects the electrode and a power source, and the like 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/ドレイン電極を形成する材料としては、上に挙げた中でも、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を挙げることができる。中でも、半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、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、電極表面と本発明の電極表面処理剤との反応性が低下するといった恐れがない。   As materials for forming source / drain electrodes, among the materials listed above, platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, Aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium , Potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture Magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, and lithium / aluminum mixtures. Among them, those having a small electric resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable, and platinum, gold, silver, and copper are preferable when the semiconductor layer is a p-type semiconductor. 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 reactivity between the electrode surface and the electrode surface treating agent of the present invention is lowered.

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 And a method of forming a functional paste or the like by a printing process such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, screen printing, or ink jet printing.

ソース電極及び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 source electrode and the drain electrode, it is preferable to use a photolithographic method or an inkjet method.

なお、上述した表面処理剤(シランカップリング剤)は、コーティング層(SAM膜)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。   The surface treatment agent (silane coupling agent) described above preferably cleans the electrode surface cleanly using a known cleaning method immediately before forming the coating layer (SAM film).

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 active species density is higher than in vacuum plasma processing, so that the electrode surface can be processed at high speed and high efficiency. There is an advantage that it can be processed. 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、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム、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、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。
[Gate insulation film]
As the gate insulating layer of the organic thin film transistor of the present invention, various insulating films can be used. For example, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, zirconate Barium titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, barium titanate, magnesium barium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, trioxide Metal oxides such as yttrium, metal nitrides such as silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride and titanium nitride, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylphenol (PVP), and polyvinyl alcohol (PVA), polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization system, photo cation polymerization photo curable resin such as epoxy resin or oxetane resin, copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, Examples include polyvinyl alcohol, novolac resin, and resins made from natural polysaccharides such as cyanoethyl pullulan and triacetyl cellulose, gelatin, and organic insulating materials such as parylene formed by low-temperature chemical vapor deposition, Combinations of these can also be used.

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、酸化ケイ素、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.

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、大気圧プラズマCVD法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセス、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が挙げられ、材料に応じて使用できる。   The insulating film can be formed by vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, chemical vapor deposition (CVD) method, sputtering method, atmospheric pressure plasma CVD. Dry processes such as spray coating, spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, etc. And a method of forming the surface of the gate electrode by oxidizing or nitriding, and can be used depending on the material.

ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化するといった手法を用いても絶縁膜を形成することができる。ゲート電極を酸化する方法としては、酸素プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。またゲート電極の表面を窒化する方法としては、窒素プラズマを用いた窒化法を例示することができる。   The insulating film can also be formed by using a method of oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode. Examples of the method for oxidizing the gate electrode include an oxidation method using oxygen plasma and an anodic oxidation method. As a method for nitriding the surface of the gate electrode, a nitriding method using nitrogen plasma can be exemplified.

これらのうち、無機系の薄膜を形成する方法として好ましいのは、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である。   Among these, the method for forming an inorganic thin film is preferably an anodic oxidation method, an atmospheric pressure plasma CVD method, or a method combining them.

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

大気圧プラズマCVD法とは、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中に、薄膜を形成する原料化合物を導入し、プラズマ中で化学反応を起こして生成した微粒子を、基板上に堆積させることによって薄膜を形成するといった手法であり、その方法については特開平11−43781号、特開2003−179234号、国際公開第04/75279号パンフレット等に記載の公知の技術を用いて作製することができる。   The atmospheric pressure plasma CVD method is a fine particle generated by introducing a raw material compound that forms a thin film into a plasma generated by applying an electric field between opposing electrodes under atmospheric pressure, and causing a chemical reaction in the plasma. Is deposited on a substrate to form a thin film, and the method is known as described in JP-A-11-43781, JP-A-2003-179234, WO04 / 75279, etc. It can be made using technology.

有機化合物からなる絶縁膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。   As the method for forming an insulating film made of an organic compound, the wet process is preferable.

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

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、第2のコーティング層を形成してもよい。第2のコーティング層は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の無機酸化物、ポリフッ化ビニリデン等の高誘電率ポリマー等からなる薄膜を形成してもよい。   In addition, a second coating layer may be formed on the surface of the gate insulating layer for the purpose of modifying various characteristics such as flatness and surface energy. The second coating layer may form a thin film made of an inorganic oxide such as titanium oxide, aluminum oxide, or tantalum oxide, or a high dielectric constant polymer such as polyvinylidene fluoride.

〔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.

〔下引き層〕
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。
[Undercoat layer]
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、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム,チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。また無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。   Inorganic oxides 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、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。   Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and silicon nitride are preferable.

本発明において、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層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.

〔保護層〕
また、本発明の有機薄膜トランジスタ上には保護層を設けることも可能である。保護層としては無機酸化物または無機窒化物、アルミニウム等の金属薄膜、ガス透過性の低いポリマーフィルム、及びこれらの積層物等が挙げられ、このような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。これらの保護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方法を挙げることができる。また、ポリマーフィルム上に各種の無機酸化物等が積層されたフィルムを単にラミネートする等といった方法で保護層を設けてもよい。
[Protective layer]
Moreover, it is also possible to provide a protective layer on the organic thin film transistor of the present invention. Examples of the protective layer include inorganic oxides or inorganic nitrides, metal thin films such as aluminum, polymer films with low gas permeability, and laminates thereof. Improves. As a method for forming these protective layers, the same method as the method for forming the gate insulating film described above can be used. Moreover, you may provide a protective layer by the method of laminating | stacking the film which laminated | stacked various inorganic oxides etc. on the polymer film.

〔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層構成例を図で説明する。
[Configuration of organic thin film transistor]
An example of the layer structure of the organic thin film transistor of the present invention will be described with reference to the drawings.

有機薄膜トランジスタは、基体上に有機半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上に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。さらに、ゲート電極から見てソース/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。本発明の有機薄膜トランジスタでは絶縁膜上に自己組織化単分子膜を形成した後、有機半導体層を形成する必要があるため、ボトムゲート・ボトムコンタクト型構成及びボトムゲート・トップコンタクト型構成のいずれかであることが好ましい。また、有機半導体層の上に多数の層を形成すると、それらの層を形成する際の熱や光等によって有機半導体層が劣化する恐れがあるため、最も好ましい素子構成は、図1に示されるようなボトムゲート・ボトムコンタクト型の素子である。   The organic thin film transistor has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor layer on a base, a top gate type having a gate electrode through a gate insulating layer thereon, and a gate electrode on the base first. And a bottom gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film through a gate insulating layer. Further, the source / drain electrodes as viewed from the gate electrode can be distinguished into a bottom contact type in front of the organic semiconductor layer and a top contact type in the other side of the organic semiconductor layer. Various types of organic thin film transistors can be configured. In the organic thin film transistor of the present invention, it is necessary to form an organic semiconductor layer after forming a self-assembled monolayer on an insulating film, so either a bottom gate / bottom contact type configuration or a bottom gate / top contact type configuration It is preferable that Further, when a large number of layers are formed on the organic semiconductor layer, the organic semiconductor layer may be deteriorated by heat, light, or the like at the time of forming these layers. Therefore, the most preferable element configuration is shown in FIG. Such a bottom gate / bottom contact type device.

図1において、基体1上に電極パターン2を形成し、電極パターン2を総て被覆するように絶縁層3を形成する(図1(1))。絶縁層3上には、ソース電極4、ドレイン電極5が蒸着等パターニングにより形成される(図1(2))。この上に第1の自己組織化単分子膜6を形成し(図1(3))、この上に、光パターニング(第1の露光)により第2の官能基を有する自己組織化単分子膜7を形成し(図1(4))、さらに、第2の官能基と反応する化合物1と反応させることで、第3の官能基を有する自己組織化単分子膜7′を形成(図1(5))する。   In FIG. 1, an electrode pattern 2 is formed on a substrate 1, and an insulating layer 3 is formed so as to cover the entire electrode pattern 2 (FIG. 1 (1)). On the insulating layer 3, a source electrode 4 and a drain electrode 5 are formed by patterning such as vapor deposition (FIG. 1 (2)). A first self-assembled monolayer 6 is formed thereon (FIG. 1 (3)), and a self-assembled monolayer having a second functional group is formed thereon by photopatterning (first exposure). 7 (FIG. 1 (4)) and further reacting with the compound 1 that reacts with the second functional group to form a self-assembled monolayer 7 ′ having the third functional group (FIG. 1). (5)).

さらに、前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜6を、第2の官能基を有する自己組織化単分子膜6′に変換し(図1(6))、次いで2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜6′に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、第4の官能基を有する自己組織化単分子膜9を形成(図1(7))する。前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成することによってゲート絶縁膜上に表面エネルギーの異なる領域をパターニングすることができる。   Further, after the third functional group is formed, the first self-assembled monolayer 6 remaining after the second exposure is replaced with the self-assembled monolayer 6 having the second functional group. To the self-assembled monolayer 6 ′ having the second functional group formed by performing the second exposure and then chemically reacting with the second functional group. A compound 2 having a binding force is reacted to form a self-assembled monomolecular film 9 having a fourth functional group (FIG. 1 (7)). By forming the fourth functional group on the self-assembled monolayer, regions having different surface energies can be patterned on the gate insulating film.

次いで、ソース・ドレイン電極間に有機半導体材料を溶液プロセスによって滴下することで、SAM膜上に有機半導体層8を形成し(図1(8))、乾燥してボトムゲート・ボトムコンタクト型の素子(図1(9))を得る。   Next, an organic semiconductor material is dropped between the source and drain electrodes by a solution process to form the organic semiconductor layer 8 on the SAM film (FIG. 1 (8)) and dried to form a bottom gate / bottom contact type device. (FIG. 1 (9)) is obtained.

図2は、ゲート絶縁膜3上に本発明のプロセスにより有機半導体層8を形成後、ソース電極4、ドレイン電極5を作製するボトムゲート・ボトムコンタクト型の素子の一例を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a bottom gate / bottom contact type element in which the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed after the organic semiconductor layer 8 is formed on the gate insulating film 3 by the process of the present invention.

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
《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、静電吸引型インクジェット装置を用いて、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 << Preparation of Organic Thin Film Transistor >>
On an n-type Si wafer having a silicon oxide film having a thickness of 200 nm formed by thermal oxidation and having a specific resistance of 0.02 Ω · cm, the following electroless plating catalyst solution is used as an ink using an electrostatic suction ink jet apparatus. In use, a bias voltage of 2000 V was applied to the support base, and a pulse voltage (400 V) was superimposed thereon, and ink was ejected 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とし、このようなソース・ドレイン電極を10個有するように作製した。
(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 formed such that the channel length L was 25 μm and the channel width W was 250 μm, and there were 10 such source / drain electrodes.

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・ドレイン電極の形成された基板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 vacuum degree of 10 Pa, and an output of 200 W using an Anelva dry etching apparatus DEM-451. Then, the substrate surface on which the source / drain electrodes were formed was cleaned.

〈比較例の有機薄膜トランジスタ1の作製〉
上記の洗浄を行った基板上に、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を3000rpmで1分間スピンコートを行い、90℃で2分間乾燥させた後、トルエン、ついでイソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥させ、絶縁膜表面にHMDSからなる自己組織化単分子膜を形成した。
<Production of Organic Thin Film Transistor 1 of Comparative Example>
On the substrate subjected to the above cleaning, hexamethyldisilazane (HMDS) is spin-coated at 3000 rpm for 1 minute, dried at 90 ° C. for 2 minutes, then ultrasonically cleaned with toluene, then with isopropanol, and dried. A self-assembled monolayer made of HMDS was formed on the surface of the insulating film.

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ソース電極とドレイン電極の間に塗布し、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、有機薄膜トランジスタ1を作製した。   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. Thus, after applying between the source electrode and the drain electrode and drying at room temperature, an organic semiconductor layer was formed by performing heat treatment at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere, and the organic thin film transistor 1 was produced. .

Figure 2008172059
Figure 2008172059

なお、有機半導体材料1は、J.Am.Chem.Soc.,vol.127(2005)p4986を参考として合成した。   Note that the organic semiconductor material 1 is the same as that described in J.I. Am. Chem. Soc. , Vol. 127 (2005) p4986 was synthesized with reference.

〈比較例の有機薄膜トランジスタ2の作製〉
表面処理剤として、前記一般式(2)で表されるシランカップリング剤の例示化合物5(Polymer Preprints,Japan,vol55(2006)p3953に記載の方法で合成。以下、表面処理剤5とする。)の10mmol/Lのトルエン溶液に、60℃で10分間浸漬した後、トルエン、ついでイソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥させ、絶縁膜表面に表面処理剤5からなる自己組織化単分子膜を形成した。
<Production of Organic Thin Film Transistor 2 of Comparative Example>
As a surface treating agent, it is synthesized by the method described in Exemplary Compound 5 (Polymer Preprints, Japan, vol 55 (2006) p3953) of the silane coupling agent represented by the general formula (2). ) In a 10 mmol / L toluene solution at 60 ° C. for 10 minutes, and then ultrasonically washed with toluene and then with isopropanol and dried to form a self-assembled monolayer consisting of the surface treatment agent 5 on the insulating film surface. did.

次に、p型の有機半導体材料として有機半導体材料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ソース電極とドレイン電極の間に塗布し、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、有機薄膜トランジスタ2を作製した。   Next, the 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 coating between the source electrode and the drain electrode and drying at room temperature, an organic semiconductor layer was formed by performing a heat treatment at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere, and an organic thin film transistor 2 was produced.

〈比較例の有機薄膜トランジスタ3の作製〉
有機薄膜トランジスタ2の作製において、絶縁膜表面に表面処理剤5からなる自己組織化単分子膜を形成した後、マスクを介して高圧水銀灯を500mJ/cm2のエネルギーでソース・ドレイン電極間のみに露光し、光分解を行った。トルエン、ついでイソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥させた。
<Production of Organic Thin Film Transistor 3 of Comparative Example>
In the production of the organic thin film transistor 2, a self-assembled monomolecular film made of the surface treatment agent 5 is formed on the surface of the insulating film, and then a high pressure mercury lamp is exposed to only the source and drain electrodes with an energy of 500 mJ / cm 2 through a mask. Then, photolysis was performed. It was ultrasonically washed with toluene and then with isopropanol and dried.

次に、p型の有機半導体材料として有機半導体材料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ソース電極とドレイン電極の間に塗布し、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、有機薄膜トランジスタ3を作製した。   Next, the 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 coating between the source electrode and the drain electrode and drying at room temperature, an organic semiconductor layer was formed by performing a heat treatment at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere, and an organic thin film transistor 3 was produced.

〈比較例の有機薄膜トランジスタ4の作製〉
有機薄膜トランジスタ3の作製において、チャネル部のみを露光した後、n−ヘキシルアミンを3000rpmで1分間スピンコートを行い、90℃で2分間乾燥させた後、トルエン、ついでイソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥を行った。この操作により、光分解した表面処理剤とn−ヘキシルアミンを反応させ、チャネル部のみを、末端にn−ヘキシル基を有するような自己組織化単分子膜に変換した。
<Preparation of Organic Thin Film Transistor 4 of Comparative Example>
In the production of the organic thin film transistor 3, only the channel portion is exposed, and then n-hexylamine is spin-coated at 3000 rpm for 1 minute, dried at 90 ° C. for 2 minutes, then ultrasonically washed with toluene and then with isopropanol, and dried. Went. By this operation, the photodecomposed surface treatment agent and n-hexylamine were reacted to convert only the channel portion into a self-assembled monolayer having an n-hexyl group at the terminal.

次に、p型の有機半導体材料として有機半導体材料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ソース電極とドレイン電極の間に塗布し、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、有機薄膜トランジスタ4を作製した。   Next, the 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 between the source electrode and the drain electrode and dried at room temperature, an organic semiconductor layer was formed by performing a heat treatment at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere, and an organic thin film transistor 4 was produced.

〈本発明の有機薄膜トランジスタ5の作製〉
有機薄膜トランジスタ4の作製において、n−ヘキシルアミンで処理した後、高圧水銀灯を500mJ/cm2のエネルギーで全面露光を行い、チャネル部以外で残存していた自己組織化単分子膜を光分解した。
<Preparation of the organic thin film transistor 5 of the present invention>
In the production of the organic thin film transistor 4, after treating with n-hexylamine, the entire surface was exposed with an energy of 500 mJ / cm 2 with a high-pressure mercury lamp, and the self-assembled monolayer remaining at the portion other than the channel portion was photolyzed.

ついで、ヘプタフルオロブチルアミンを3000rpmで1分間スピンコートを行い、90℃で2分間乾燥させた後、トルエン、ついでイソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥を行った。この操作により、光分解したチャネル部以外の表面処理剤とヘプタフルオロブチルアミン(HFBA)を反応させ、ソース・ドレイン電極間以外は末端にヘプタフルオロブチル基を有する自己組織化単分子膜に変換した。   Then, heptafluorobutylamine was spin-coated at 3000 rpm for 1 minute, dried at 90 ° C. for 2 minutes, and then ultrasonically washed with toluene and then with isopropanol, followed by drying. By this operation, the surface treating agent other than the photodegraded channel part was reacted with heptafluorobutylamine (HFBA), and converted into a self-assembled monolayer having a heptafluorobutyl group at the terminal except between the source and drain electrodes.

次に、p型の有機半導体材料として有機半導体材料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ソース電極とドレイン電極の間に塗布し、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、有機薄膜トランジスタ5を作製した。   Next, the 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 coating between the source electrode and the drain electrode and drying at room temperature, a heat treatment was performed at 90 ° C. for 1 minute in a nitrogen gas atmosphere to form an organic semiconductor layer, whereby an organic thin film transistor 5 was fabricated.

〈本発明の有機薄膜トランジスタ6の作製〉
有機薄膜トランジスタ5の作製において、n−ヘキシルアミンをt−ブチルアミンに変更した以外は同様の工程を使用して、有機薄膜トランジスタ6を作製した。
<Preparation of the organic thin film transistor 6 of the present invention>
In the production of the organic thin film transistor 5, an organic thin film transistor 6 was produced using the same process except that n-hexylamine was changed to t-butylamine.

〈本発明の有機薄膜トランジスタ7の作製〉
有機薄膜トランジスタ5の作製において、n−ヘキシルアミンをアミノプロピルトリイソプロピルシラン(APTIPS)に変更した以外は同様の工程を使用して、有機薄膜トランジスタ7を作製した。
<Preparation of the organic thin film transistor 7 of the present invention>
An organic thin film transistor 7 was produced using the same process except that n-hexylamine was changed to aminopropyltriisopropylsilane (APTIPS) in the production of the organic thin film transistor 5.

なお、APTIPSは、J.Org.Chem.,vol.60(1995)p1912を参考として、アリールトリイソプロピルシランとo−メシチルスルホニルヒドロキシルアミンを反応させることで合成した。   In addition, APTIPS is J. Org. Chem. , Vol. 60 (1995) p1912 was synthesized by reacting aryltriisopropylsilane with o-mesitylsulfonylhydroxylamine.

〈本発明の有機薄膜トランジスタ8の作製〉
有機薄膜トランジスタ7の作製において、有機半導体材料1を有機半導体材料2に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ8を作製した。
<Preparation of the organic thin film transistor 8 of the present invention>
An organic thin film transistor 8 was produced in the same manner except that the organic semiconductor material 1 was changed to the organic semiconductor material 2 in the production of the organic thin film transistor 7.

Figure 2008172059
Figure 2008172059

なお、有機半導体材料2は、J.Am.Chem.Soc.,vol.123(2001)p9482を参考として合成した。   Note that the organic semiconductor material 2 is J.P. Am. Chem. Soc. , Vol. 123 (2001) p9482 was synthesized as a reference.

《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1〜8に対して、以下の評価を行った。
<< Evaluation of organic thin film transistor >>
The following evaluation was performed with respect to the obtained organic thin-film transistors 1-8.

(有機半導体溶液の塗布性)
各有機薄膜トランジスタの10個のソース・ドレイン電極上に有機半導体溶液を滴下した際に、有機半導体溶液の塗布性を、以下の基準で評価した。
(Applicability of organic semiconductor solution)
When the organic semiconductor solution was dropped on the 10 source / drain electrodes of each organic thin film transistor, the coating property of the organic semiconductor solution was evaluated according to the following criteria.

○:ソース・ドレイン電極間を全て覆うように塗布できた素子が10個
△:ソース・ドレイン電極間を全て覆うように塗布できた素子が7〜9個
×:ソース・ドレイン電極間を全て覆うように塗布できた素子が6個以下
(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、10個の素子についての平均値を算出した。
○: 10 elements that can be applied so as to cover the entire area between the source and drain electrodes. Δ: 7 to 9 elements that can be applied so as to cover all the areas between the source and drain electrodes. The number of elements that could be applied was 6 or less (carrier mobility before the durability test)
For the organic thin film transistor, the carrier mobility was calculated from the saturation region of the IV characteristics when the drain bias was −50 V and the gate bias was swept from −50 V to 0 V, and the average value for 10 elements was calculated. .

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

Figure 2008172059
Figure 2008172059

表から分かるように、比較の有機薄膜トランジスタ1、2、4では、有機半導体溶液の塗布性に劣り、所望の部位に有機半導体層を形成できていない。また、その結果、平均移動度は低いものとなっている。また、比較の有機薄膜トランジスタ3では、塗布性はよいものの、光分解によって発生したカルボニル基がトラップとなり、高い移動度を得ることができない。一方、本発明の有機薄膜トランジスタ5〜8では、有機半導体溶液の塗布性も良好で、平均移動度も実用に足る高い値を得ることができた。   As can be seen from the table, in the comparative organic thin film transistors 1, 2, and 4, the coating property of the organic semiconductor solution is inferior, and the organic semiconductor layer cannot be formed at a desired site. As a result, the average mobility is low. Moreover, in the comparative organic thin film transistor 3, although the coating property is good, a carbonyl group generated by photolysis becomes a trap, and high mobility cannot be obtained. On the other hand, in the organic thin-film transistors 5 to 8 of the present invention, the coating property of the organic semiconductor solution was good, and the average mobility was able to obtain a practically high value.

ボトムゲート・ボトムコンタクト型の素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a bottom gate and a bottom contact type | mold element. ボトムゲート・ボトムコンタクト型の素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the element of a bottom gate and a bottom contact type | mold.

符号の説明Explanation of symbols

1 基体
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6 第1の自己組織化単分子膜
7 第2の官能基を有する自己組織化単分子膜
8 有機半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 Gate insulating film 4 Source electrode 5 Drain electrode 6 First self-assembled monolayer 7 Self-assembled monolayer having a second functional group 8 Organic semiconductor layer

Claims (9)

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、
(1)ゲート絶縁膜上に光または酸分解性を有する第1の官能基を有する化合物からなる第1の自己組織化単分子膜を形成する工程、
(2)前記自己組織化単分子膜上に活性光線をパターン露光し、前記自己組織化単分子膜を分解し、露光された部位の自己組織化単分子膜上に第2の官能基を露出させる工程、
(3)前記第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物1を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第3の官能基を形成する工程、
(4)前記第3の官能基を形成した後、2回目の露光を行って残存していた第1の自己組織化単分子膜を第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に変換する工程、
(5)前記2回目の露光を行って形成された第2の官能基を有する自己組織化単分子膜に、第2の官能基に対して化学的結合力を有する化合物2を反応させ、前記自己組織化単分子膜上に第4の官能基を形成する工程、
を経て、パターン化された第3の官能基及び第4の官能基を有する自己組織化単分子膜を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
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,
(1) forming a first self-assembled monolayer made of a compound having a first functional group having photodegradability or photodecomposability on the gate insulating film;
(2) Actinic rays are pattern-exposed on the self-assembled monolayer, the self-assembled monolayer is decomposed, and a second functional group is exposed on the self-assembled monolayer at the exposed site. The process of
(3) reacting compound 1 having a chemical binding force with respect to the second functional group to form a third functional group on the self-assembled monolayer;
(4) After the formation of the third functional group, the first self-assembled monolayer remaining after the second exposure is converted into a self-assembled monolayer having the second functional group. The process of
(5) The compound 2 having a chemical binding force with respect to the second functional group is reacted with the self-assembled monolayer film having the second functional group formed by performing the second exposure, Forming a fourth functional group on the self-assembled monolayer;
An organic thin film transistor comprising a self-assembled monomolecular film having a third functional group and a fourth functional group patterned through
前記第3の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE3が、前記第4の官能基を有する自己組織化単分子膜の表面エネルギーE4より大きい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。 The surface energy E3 of the self-assembled monolayer having the third functional group is larger than the surface energy E4 of the self-assembled monolayer having the fourth functional group. Organic thin film transistor. 前記第3の官能基を有する自己組織化単分子膜上に、前記有機半導体材料からなる有機半導体層が形成されてい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。 3. The organic thin film transistor according to claim 1, wherein an organic semiconductor layer made of the organic semiconductor material is formed on the self-assembled monomolecular film having the third functional group. 前記化合物1が、下記一般式(1)で表される化合物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。
Figure 2008172059
(式中、Aは前記第2の官能基と結合しうる官能基を表す。L1は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、またはこれらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してQと連結する2価の連結基を表す。QはC、Si、Ge、Sn、Pbから選ばれる4価の原子を表し、R1〜R3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、互いに連結して環を形成していてもよい。)
The said compound 1 is a compound represented by following General formula (1), The organic thin-film transistor of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
Figure 2008172059
(In the formula, A represents a functional group capable of binding to the second functional group. L 1 represents a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1,2-diyl group). A divalent linking group selected from a group and an arylene group, or a divalent linking group linked to these groups via an ether group, a thio group, a carbonyl group or a carbonyloxy group, where Q is C, Si. Represents a tetravalent atom selected from Ge, Sn, and Pb, and R 1 to R 3 are 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 may be linked to each other to form a ring.
前記第4の官能基が、アルキル基またはハロゲン化アルキル基であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 The organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the fourth functional group is an alkyl group or a halogenated alkyl group. 前記活性光線によって分解される第1の自己組織化単分子膜が、下記一般式(2)で表されるシランカップリング剤によって形成された自己組織化単分子膜であ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。
Figure 2008172059
(式中、Zは酸素、硫黄、セレン、テルルから選ばれるカルコゲン原子を表し、L2は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、アリーレン基から選ばれる2価の連結基、またはこれらの基にエーテル基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基を介してZと連結する2価の連結基を表す。R4、R5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す。Xはハロゲン原子、アルコキシ基、イソシアナート基から選ばれる加水分解可能な置換基を表す。m、nは1〜3の整数を表す。)
The first self-assembled monolayer decomposed by the actinic ray is a self-assembled monolayer formed by a silane coupling agent represented by the following general formula (2). Item 6. The organic thin film transistor according to any one of Items 1 to 5.
Figure 2008172059
(In the formula, Z represents a chalcogen atom selected from oxygen, sulfur, selenium and tellurium, and L 2 represents a single bond, an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkene-1,2-diyl group, an alkyne-1,2-diyl. A divalent linking group selected from a group and an arylene group, or a divalent linking group linked to Z via an ether group, a thio group, a carbonyl group, or a carbonyloxy group to these groups R 4 , R 5 Represents 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 X represents a halogen atom, an alkoxy group, or an isocyanate group. And m and n represent an integer of 1 to 3).
前記一般式(2)において、Zが酸素原子であ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。 In the said General formula (2), Z is an oxygen atom, The organic thin-film transistor of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記有機半導体材料がペンタセン誘導体であることを特徴とする請求項1〜7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 material is a pentacene derivative. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの有機半導体層が、塗布によって形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 The organic semiconductor layer of the organic thin-film transistor of any one of Claims 1-7 is formed by application | coating, The manufacturing method of the organic thin-film transistor characterized by the above-mentioned.
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