JP2008205284A - Organic field effect transistor and its manufacturing method - Google Patents

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裕士 今田
Hisahiro Tamura
壽宏 田村
Hiroyuki Hanato
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dramatically improve electric properties in an organic semiconductor layer by reducing a carrier trap to effectively influence transistor characteristics in an organic FET. <P>SOLUTION: The production manufacturing method for an organic field effect transistor comprising on a substrate 11 a gate electrode 14, a gate insulating film 15, a source electrode 12, a drain electrode 13 and an organic semiconductor layer 16 disposed at least in a channel region 17 between the source electrode 12 and the drain electrode 13 comprises a step of forming the organic semiconductor layer 16 with a film thickness distribution of 30% or lower with respect to a film thickness in the central part of the channel region 17 by applying a solution including an organic semiconductor compound on at least a channel forming region in the substrate 11 and drying. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、分子配向性に高い均一性を有する有機半導体層を備えた有機電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic field effect transistor and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an organic field effect transistor including an organic semiconductor layer having high uniformity in molecular orientation and a method for manufacturing the same.

近年、有機半導体を利用した有機電界効果トランジスタ(以下、有機FETと称する場合がある)を使用するIC技術が提案されている。この技術の主な利点は、簡単な製造方法および柔軟な基板との互換性である。これらの利点は、コストの安いIC技術への使用を期待することができ、例えばスマート・カード、RFタグ、ディスプレイ等への用途に適している。   In recent years, an IC technique using an organic field effect transistor (hereinafter sometimes referred to as an organic FET) using an organic semiconductor has been proposed. The main advantage of this technology is its simple manufacturing method and compatibility with flexible substrates. These advantages can be expected for use in low-cost IC technology and are suitable for applications such as smart cards, RF tags, displays, and the like.

有機FETとしては、基板1上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース/ドレイン電極および有機半導体層を有するものがある(例えば特許文献1参照)。この有機FETは、基板上の一部にゲート電極を形成し、ゲート電極および基板をゲート絶縁膜により覆い、ゲート電極に対応する領域を挟むようにゲート絶縁膜上にソース/ドレイン電極を形成し、ソース/ドレイン電極およびゲート絶縁膜を有機半導体層により覆う構造を有している。   Some organic FETs have a gate electrode, a gate insulating film, source / drain electrodes, and an organic semiconductor layer on a substrate 1 (see, for example, Patent Document 1). In this organic FET, a gate electrode is formed on a part of a substrate, the gate electrode and the substrate are covered with a gate insulating film, and source / drain electrodes are formed on the gate insulating film so as to sandwich a region corresponding to the gate electrode. The source / drain electrodes and the gate insulating film are covered with an organic semiconductor layer.

ところで、有機半導体層が、ペンタセンに代表されるような低分子系の有機半導体性化合物(以下、低分子系化合物と略称する)からなる場合、溶解性が乏しいため、真空蒸着法によって製膜されることが多い。一方、高分子系の有機半導体性化合物(以下、高分子系化合物と略称する)は溶解性が高く、具体的にはポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)、F8T2に代表されるフルオレンビチオフェンの共重合体、ポリ(フェニレンビニレン)等では、低分子系化合物と比べて溶解性に優れ、印刷法で製膜することが可能でるため、有機FETを大気圧下で低コストにて製造することができる。   By the way, when the organic semiconductor layer is made of a low molecular weight organic semiconductor compound represented by pentacene (hereinafter abbreviated as a low molecular weight compound), the film is formed by a vacuum deposition method because of poor solubility. Often. On the other hand, a high molecular organic semiconductor compound (hereinafter abbreviated as a high molecular compound) has high solubility, and specifically, fluorene bithiophene represented by poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and F8T2. Copolymers, poly (phenylene vinylene), etc. are superior in solubility compared to low molecular weight compounds and can be formed by a printing method, so that an organic FET is manufactured at low cost under atmospheric pressure. be able to.

印刷法で塗布製膜する場合、有機半導体性化合物を溶媒に溶解させた溶液を塗布、乾燥させて膜を作製している。前記溶液が滴下された液滴は、溶媒が気化蒸発して乾燥する過程において、その周縁部における蒸発が中央部における蒸発よりも速いため、最も蒸発の速い周縁側から膜化する。周縁側から膜化する過程で、液滴は縮むことが許されなくなり(ピニング現象)、変形し、結果として周縁側へと溶媒および溶質の対流が起きる。その結果、溶質は液滴が初期に乾燥し始める周縁に集中し、最終的にリング状の膜が形成される(コーヒーのしみ現象:非特許文献1参照)。このような現象が起こることによって、液滴が乾燥した膜は、膜厚が周縁部で厚く、中心部付近で薄くなるという膜厚ムラが発生する。また、場合によっては、膜厚が薄くなった部分では基板が露出し、膜の無い部分が発生することもある。
有機半導体層に生じた膜厚ムラは、キャリヤ移動効率の不均一性等に繋がり、膜が無い部分が生じた場合はキャリヤ移動を絶つことに繋がり、膜およびそれを用いるデバイスの性能を低下させる原因となる。
In the case of coating film formation by a printing method, a film in which an organic semiconductor compound is dissolved in a solvent is applied and dried. In the process of evaporating and evaporating the solvent, the droplet into which the solution is dropped is formed into a film from the peripheral edge side where evaporation is fastest because evaporation at the peripheral edge is faster than evaporation at the central part. In the process of forming a film from the peripheral side, the droplet is not allowed to shrink (pinning phenomenon) and deforms, resulting in convection of solvent and solute toward the peripheral side. As a result, the solute concentrates on the peripheral edge where the droplets start to dry initially, and finally a ring-shaped film is formed (see coffee stain phenomenon: see Non-Patent Document 1). When such a phenomenon occurs, the film in which the droplets are dried has a film thickness unevenness in which the film thickness is thick at the peripheral portion and thin near the center portion. In some cases, the substrate is exposed in a portion where the film thickness is thin, and a portion without a film may be generated.
Unevenness of film thickness generated in the organic semiconductor layer leads to non-uniformity of carrier transfer efficiency, etc., and when a part without a film occurs, it leads to the carrier transfer being stopped, and the performance of the film and the device using the film is deteriorated. Cause.

また、このような問題に加えて、低分子系化合物では、一般に化合物自身の凝集力が強く、そのため、インクジェット法やディスペンサー法、スクリーン印刷のような方法で単純に製膜すると、溶媒蒸発によって核生成が多数生じ、サブミクロンサイズの微小な核の集合体が分散しただけの、膜としての均一性および連続性がほとんどない状態となってしまう。また、高分子系化合物の場合、低分子系化合物と比べて厳密な分子配列の秩序性は要求されないが、上述のように膜厚ムラや膜の不連続部分が発生した場合は、電界効果移動度特性の低下を招く。低分子系や高分子系に関わらず、有機FETでは有機半導体層の膜厚の均一性を確保することは極めて重要である。   In addition to these problems, low molecular weight compounds generally have a strong cohesive force of the compounds themselves. Therefore, when a film is simply formed by a method such as an ink jet method, a dispenser method, or screen printing, a nucleus is formed by solvent evaporation. A large number of generations occur, and there is almost no uniformity and continuity as a film, in which aggregates of minute nuclei of submicron size are dispersed. In the case of high molecular compounds, strict ordering of molecular arrangement is not required compared to low molecular compounds, but when film thickness unevenness or discontinuous parts of the film occur as described above, field effect transfer Degradation of the temperature characteristics. Regardless of low molecular weight or high molecular weight, it is extremely important to ensure the uniformity of the thickness of the organic semiconductor layer in the organic FET.

また、前記ピニング現象による不均一な膜厚の塗膜形成を起こさせない方法として、表面自由エネルギーの大きい液滴を低表面自由エネルギー基板に塗布する方法がある。この場合、上記ピニング現象は起こらず、液滴の乾燥と共に液滴中心に溶質が移動し限りなく一点に集まることとなる。しかしながら、この方法では、一点に無秩序に分子集合した状態であり、結晶性や膜の連続性を確保することは不可能である。   As a method for preventing the formation of a non-uniform film thickness due to the pinning phenomenon, there is a method of applying a droplet having a large surface free energy to a low surface free energy substrate. In this case, the pinning phenomenon does not occur, and the solute moves to the center of the droplet as the droplet is dried and gathers at one point without limit. However, this method is a state in which molecules are randomly assembled at one point, and it is impossible to ensure crystallinity and film continuity.

有機FETのトランジスタ特性を向上させるためには、有機半導体層の膜の均一性および連続性を高め、かつ膜内部での有機分子の配列の秩序性を高め、できるだけキャリヤのホッピング伝導をスムーズに行えるようにすることが重要である。有機半導体層は、膜厚ムラがある状態では局所的に電圧やキャリヤが集中してしまい、また微集合体が分散した状態では不連続な微結晶間をキャリヤが伝導することができず、特性を発現することが不可能である。キャリヤ伝導をスムーズにさせるためには、印加電圧の均一化、キャリヤトラップとなる微結晶間の界面や分子配列の乱れた箇所のない、均一性の高い膜を作製する必要がある。   In order to improve the transistor characteristics of organic FETs, the uniformity and continuity of the film of the organic semiconductor layer is improved, the order of the arrangement of organic molecules within the film is increased, and carrier hopping conduction can be performed as smoothly as possible. It is important to do so. In the organic semiconductor layer, when the film thickness is uneven, the voltage and carriers are concentrated locally, and when the fine aggregates are dispersed, the carriers cannot conduct between discontinuous microcrystals. Is impossible to express. In order to make carrier conduction smooth, it is necessary to produce a highly uniform film having uniform applied voltage and no interface between microcrystals serving as carrier traps or a disordered molecular arrangement.

特願2003−520882号公報Japanese Patent Application No. 2003-520882 表面科学24(2)、90−97 2003.Surface Science 24 (2), 90-97 2003.

本発明者らは、鋭意検討の結果、実効的にトランジスタ特性を左右するキャリヤトラップを減少させ、有機半導体層中の電気的性質を大きく向上させる方法を見出すことで本発明をするに至った。
すなわち、本発明は、有機FETにおける有機半導体層を形成するに際して、塗布溶液の形状を制御することで均一性の高い膜を形成し、結果、有機半導体層のキャリヤ移動特性を向上させ、有機半導体層の半導体特性を最大限に発揮させることを主たる目的とする。
As a result of intensive studies, the present inventors have reached the present invention by finding a method for effectively reducing the number of carrier traps that affect transistor characteristics and greatly improving the electrical properties in the organic semiconductor layer.
That is, when forming an organic semiconductor layer in an organic FET, the present invention forms a highly uniform film by controlling the shape of the coating solution, and as a result, improves the carrier transfer characteristics of the organic semiconductor layer, The main purpose is to maximize the semiconductor properties of the layer.

かくして本発明によれば、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域に配置された有機半導体層とを備えた有機電界効果トランジスタの製造方法であって、有機半導体性化合物を含む溶液を前記基板上の少なくともチャネル形成領域に塗布し乾燥させて、膜厚分布がチャネル領域の中心部の膜厚に対して30%以内である前記有機半導体層を形成する有機電界効果トランジスタの製造方法が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記有機電界効果トランジスタの製造方法にて製造された有機電界効果トランジスタが提供される。
Thus, according to the present invention, a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer disposed at least in a channel region between the source electrode and the drain electrode are formed on a substrate. A method for manufacturing an organic field effect transistor comprising: a solution containing an organic semiconducting compound is applied to at least a channel formation region on the substrate and dried; An organic field effect transistor manufacturing method for forming the organic semiconductor layer within 30% is provided.
Moreover, according to another viewpoint of this invention, the organic field effect transistor manufactured with the manufacturing method of the said organic field effect transistor is provided.

本発明によれば、実効的にトランジスタ特性を左右するキャリヤトラップを減少させ、有機半導体層中の電気的性質が大きく向上した有機電界効果トランジスタが得られる。   According to the present invention, an organic field effect transistor can be obtained in which carrier traps that effectively affect transistor characteristics are reduced, and electrical properties in the organic semiconductor layer are greatly improved.

本発明の有機電界効果トランジスタの製造方法は、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域に配置された有機半導体層とを備えた有機電界効果トランジスタの製造方法であって、有機半導体性化合物を含む溶液を前記基板上の少なくともチャネル形成領域に塗布し乾燥させて、膜厚分布がチャネル領域の中心部の膜厚に対して30%以内である前記有機半導体層を形成することを特徴とする。   The organic field effect transistor manufacturing method of the present invention is disposed on a substrate in a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, and at least a channel region between the source electrode and the drain electrode. A method of manufacturing an organic field effect transistor comprising an organic semiconductor layer, wherein a solution containing an organic semiconducting compound is applied to at least a channel formation region on the substrate and dried so that a film thickness distribution is at the center of the channel region. The organic semiconductor layer having a thickness of 30% or less is formed.

つまり、本発明では、有機FETにおける有機半導体層を形成するに際して、チャネル形成領域内に塗布した液滴の高低差を制御することで、液滴の蒸発速度の分布を抑えることにより、上述したようにチャネル領域における膜厚分布が、チャネル領域中心部の膜厚に対して30%以内であり、均一性、連続性および結晶性の良い有機半導体層を形成する。
ここで、有機半導体層が形成されたチャネル領域とは、有機FETにおけるソース電極とドレイン電極の間であり、実効的にキャリヤ移動に作用する領域のことである。また、チャネル形成領域とは、有機半導体層が形成される前のソース・ドレイン電極間またはこの電極間に対応する領域を意味する。
That is, in the present invention, when forming the organic semiconductor layer in the organic FET, the distribution of the evaporation rate of the droplets is suppressed by controlling the height difference of the droplets applied in the channel formation region, as described above. In addition, the film thickness distribution in the channel region is within 30% of the film thickness at the center of the channel region, and an organic semiconductor layer having good uniformity, continuity, and crystallinity is formed.
Here, the channel region in which the organic semiconductor layer is formed is a region between the source electrode and the drain electrode in the organic FET and effectively acting on carrier movement. The channel forming region means a region corresponding to between the source and drain electrodes before the organic semiconductor layer is formed or between these electrodes.

本発明において、有機半導体化合物を含む溶液(以下、溶液または液滴と称する場合がある)が塗布される領域は、チャネル形成領域内のみに限定されていても、チャネル形成領域とその周辺を含んでいてもよい。なお、塗布した液滴がチャネル形成領域からはみ出していても、チャネル形成領域外に形成された塗布膜はキャリヤ移動に作用しない部分として無視することができる。   In the present invention, a region to which a solution containing an organic semiconductor compound (hereinafter sometimes referred to as a solution or a droplet) is applied is limited to the channel formation region, but includes the channel formation region and its periphery. You may go out. Even if the applied droplets protrude from the channel formation region, the coating film formed outside the channel formation region can be ignored as a portion that does not affect carrier movement.

本発明では、上述のように基板上の少なくともチャネル形成領域に液滴を滴下した後、これを乾燥させて有機半導体層を形成する際、チャネル形成領域内の液滴の蒸発速度を均一化するための具体的な方法として、例えば図1に示すようにチャネル形成領域17a内における液滴16aの最も低い高さh1と最も高い高さh2との関係が、h1は0ではなく、かつh2(分子)/h1(分母)を2以下に制御することが挙げられる。なお、図1はボトムゲート/ボトムコンタクト型有機FETの製造過程における基板上に液滴を滴下した状態を示している。
このような液滴の最も低い高さh1と最も高い高さh2との関係は、図2〜図4に示すような他の構造の有機FETの製造過程にも適用される。なお、図2〜図4はボトムゲート/トップコンタクト型、トップゲート/ボトムコンタクト型および他のボトムゲート/ボトムコンタクト型の有機FETの製造過程における基板上に液滴を滴下した状態をそれぞれ示している。なお、有機FETの各種構造等について詳しくは後述する。
In the present invention, when droplets are dropped on at least the channel formation region on the substrate as described above and then dried to form the organic semiconductor layer, the evaporation rate of the droplets in the channel formation region is made uniform. As a specific method for this purpose, for example, as shown in FIG. 1, the relationship between the lowest height h1 and the highest height h2 of the droplet 16a in the channel formation region 17a is such that h1 is not 0 and h2 ( (Numerator) / h1 (denominator) is controlled to 2 or less. FIG. 1 shows a state in which droplets are dropped on the substrate in the manufacturing process of the bottom gate / bottom contact type organic FET.
Such a relationship between the lowest height h1 and the highest height h2 of the droplet is also applied to the manufacturing process of organic FETs having other structures as shown in FIGS. 2 to 4 show the state in which droplets are dropped on the substrate in the manufacturing process of bottom gate / top contact type, top gate / bottom contact type and other bottom gate / bottom contact type organic FETs, respectively. Yes. Details of various structures of the organic FET will be described later.

前記h2/h1が2より大きい場合、液滴の乾燥速度の分布差によって均一性、連続性および結晶性の低い有機半導体層となってしまう。また、h1が0の場合、上述の膜厚分布が30%を越える膜厚ムラの大きい有機半導体層となってしまう。なお、液滴の最も低い高さh1が0の場合とは、チャネル形成領域が部分的に液滴によって満たされず露出している状態や、チャネル形成領域内に液滴周縁部が存在し液滴の高さが0の状態である。
前記高さh1としては1〜3000μm、好ましくは1〜2000μmであり、高さh2としては1〜6000μm、好ましくは1〜4000μmである。6000μm以上の液滴高さでは、実質的な有機半導体の素子サイズの上限である500μm□サイズで半導体層を形成した場合、溶液濃度との兼ね合いから半導体層の膜厚が500nmを超えてしまう。また、親撥液パターニング処理によって500μm□サイズの半導体形成領域に6000μmより高い高さの液滴を形成すると、被塗布物表面で液滴の安定状態が保てないために、好ましくない。
When h2 / h1 is larger than 2, an organic semiconductor layer having low uniformity, continuity, and crystallinity is formed due to a difference in the drying rate distribution of the droplets. Further, when h1 is 0, the organic semiconductor layer has a large film thickness unevenness in which the above-mentioned film thickness distribution exceeds 30%. In addition, the case where the lowest height h1 of the droplet is 0 means that the channel formation region is not partially filled with the droplet and exposed, or the droplet peripheral edge exists in the channel formation region. Is 0.
The height h1 is 1 to 3000 μm, preferably 1 to 2000 μm, and the height h2 is 1 to 6000 μm, preferably 1 to 4000 μm. With a droplet height of 6000 μm or more, when the semiconductor layer is formed with a size of 500 μm □, which is the upper limit of the substantial organic semiconductor element size, the film thickness of the semiconductor layer exceeds 500 nm in consideration of the solution concentration. In addition, it is not preferable to form a droplet having a height higher than 6000 μm in a 500 μm square size semiconductor formation region by the lyophilic / repellent patterning process because a stable state of the droplet cannot be maintained on the surface of the coating object.

前記高さh1と高さh2との関係(h1≠0、h2/h1≦2)は、以下の(i)〜(iii)の方法により制御される。
(i)チャネル形成領域への液滴の滴下量を制御する。この場合、1箇所の滴下位置から液滴を所定量滴下する、あるいは滴下位置をずらしながら所定量の液適を複数回に分けて滴下する(多段滴下する)するようにしてもよい。
(ii)チャネル形成領域表面を親液パターニング処理する、あるいはチャネル形成領域の周囲を撥液パターニング処理し、その後、親液パターニング処理されたチャネル形成領域、あるいは撥液パターニング処理された内側のチャネル形成領域に液滴を所定量滴下する。ここで、撥液パターニング処理とは、被塗布物表面を撥液性のフッ素系またはアルキル系化合物にてパターン状に処理することであり、撥液パターニング処理した領域には液滴がはじかれて塗布されない。また、親液パターニング処理とは、被塗布物表面を親液性の化合物を用いて、あるいは波長100〜200nmの真空紫外光を照射してパターン状に処理することであり、親液パターニング処理した領域は液滴の濡れ性が向上する。このように液滴の濡れ性を区別して塗布液滴を所定領域内に限定して製膜することができる。それぞれ、親撥液パターニングに用いる化合物とは、樹脂化合物やシランカップリング化合物のことである。
(iii)チャネル形成領域の周囲に前記バンクまたは溝を形成し、バンクまたは溝にて囲まれた内側のチャネル形成領域に液滴を滴下して塗布領域の形状を規定する。
前記(i)〜(iii)における液滴の基板上への塗布は、ディスペンサーを用いて行うことができる。
The relationship between the height h1 and the height h2 (h1 ≠ 0, h2 / h1 ≦ 2) is controlled by the following methods (i) to (iii).
(I) The amount of droplets dropped onto the channel formation region is controlled. In this case, a predetermined amount of liquid droplets may be dropped from a single dropping position, or a predetermined amount of liquid may be dropped in multiple times (multi-stage dropping) while shifting the dropping position.
(Ii) The surface of the channel formation region is subjected to lyophilic patterning, or the periphery of the channel formation region is subjected to lyophobic patterning, and then the lyophilic patterning processed channel formation region or the inner side of the lyophobic patterning process is performed. A predetermined amount of droplets are dropped on the region. Here, the liquid repellent patterning process is a process in which the surface of an object to be coated is processed into a pattern with a liquid repellent fluorine-based or alkyl-based compound, and droplets are repelled in the area subjected to the liquid repellent patterning process. Not applied. In addition, the lyophilic patterning treatment is to treat the surface of an object to be coated with a lyophilic compound or by irradiating vacuum ultraviolet light with a wavelength of 100 to 200 nm into a pattern. The area improves the wettability of the droplets. In this way, it is possible to form a film by limiting the wettability of the droplets and limiting the applied droplets within a predetermined region. The compounds used for lyophilic / repellent patterning are resin compounds and silane coupling compounds, respectively.
(Iii) The bank or groove is formed around the channel formation region, and droplets are dropped on the inner channel formation region surrounded by the bank or groove to define the shape of the coating region.
The application of the droplets in the above (i) to (iii) onto the substrate can be performed using a dispenser.

本発明において、基板上に塗布した液滴の乾燥方法は、基板を加熱することにより行うことが、乾燥装置の簡便性の観点から好ましい。また、赤外線ランプ照射による加熱方法では、半導体化合物分子が振動励起されてしまい結晶化を抑制するため、好ましくない。
基板の加熱温度としては60〜250℃、液滴の乾燥時間としては1〜30分間が適当である。
以下、具体的に本発明における各種構造の有機FETおよびその製造工程について図面を参照しながら説明する。
In the present invention, the method for drying the droplets applied onto the substrate is preferably performed by heating the substrate from the viewpoint of the simplicity of the drying apparatus. In addition, the heating method using infrared lamp irradiation is not preferable because the semiconductor compound molecules are vibrated and excited to suppress crystallization.
The substrate heating temperature is suitably 60 to 250 ° C., and the droplet drying time is suitably 1 to 30 minutes.
Hereinafter, the organic FET having various structures and the manufacturing process thereof according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図5は本発明のボトムゲート/ボトムコンタクト型有機FETを示しており、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。
この有機FET10は、図1における液滴16aを乾燥して有機半導体層16を製膜したものであって、正方形の基板11と、基板11上に形成された長方形のゲート電極14と、ゲート電極14および基板11を覆うゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上におけるゲート電極14の長手方向両端の上方位置に形成された矩形状のソース電極12およびドレイン電極13と、ソース電極12およびドレイン電極13とこれらの間のチャネル領域17よりも広い範囲を円形状に被覆する有機半導体層16とを備える。
円形状の有機半導体層16は、その中心がチャネル領域17の中心とほぼ一致しており、チャネル領域17の中心部分における有機半導体層16の膜厚T1は50〜500nmの範囲内にあり、ソース・ドレイン電極12、13よりも外側の周縁部はやや盛り上がっている。また、チャネル領域17における膜厚分布は、膜厚T1が50nmのとき35〜65nmであり、膜厚T1が500nmのとき350〜650nmである。
(Embodiment 1)
FIG. 5 shows a bottom gate / bottom contact type organic FET of the present invention, where (b) is a plan view, (a) is a cross-sectional view along line AA in (b), and (c) is B in (b). FIG.
The organic FET 10 is obtained by drying the droplet 16a in FIG. 1 to form the organic semiconductor layer 16, and includes a square substrate 11, a rectangular gate electrode 14 formed on the substrate 11, and a gate electrode. 14 and the gate insulating film 15 covering the substrate 11, the rectangular source electrode 12 and drain electrode 13 formed on the gate insulating film 15 at positions above the longitudinal ends of the gate electrode 14, and the source electrode 12 and drain electrode 13 and an organic semiconductor layer 16 that covers a wider area than the channel region 17 between them in a circular shape.
The center of the circular organic semiconductor layer 16 substantially coincides with the center of the channel region 17, and the film thickness T 1 of the organic semiconductor layer 16 in the central portion of the channel region 17 is in the range of 50 to 500 nm. The peripheral edge outside the source / drain electrodes 12, 13 is slightly raised. The film thickness distribution in the channel region 17 is 35 to 65 nm when the film thickness T 1 is 50 nm, and 350 to 650 nm when the film thickness T 1 is 500 nm.

この有機FET10における有機半導体層16を形成する際、図1に示すように、ソース・ドレイン電極12、13が表面に形成されたゲート絶縁膜15上において、ソース・ドレイン電極12、13、電極間のチャネル形成領域17aおよびこれらの周囲にわたって液滴16aが円形状に滴下される。このとき、チャネル形成領域17aにおいて、液滴16aの最も低い高さh1は各電極12、13に接する位置であり、最も高い高さh2はチャネル形成領域の中心位置であり、前記(i)または(ii)の方法を用いて0<h2/h1≦2となるように液滴を滴下することができる。なお、液滴の滴下前に予め基板を加熱しておくことにより、基板上に滴下された液滴は乾燥して図5に示す有機半導体層16が形成される。   When forming the organic semiconductor layer 16 in the organic FET 10, as shown in FIG. 1, the source / drain electrodes 12, 13 and the interelectrode electrodes are formed on the gate insulating film 15 having the source / drain electrodes 12, 13 formed on the surface. A droplet 16a is dropped in a circular shape over the channel forming region 17a and the periphery thereof. At this time, in the channel formation region 17a, the lowest height h1 of the droplet 16a is a position in contact with each of the electrodes 12 and 13, and the highest height h2 is the center position of the channel formation region. Using the method (ii), droplets can be dropped so that 0 <h2 / h1 ≦ 2. Note that by heating the substrate in advance before the droplet is dropped, the droplet dropped on the substrate is dried to form the organic semiconductor layer 16 shown in FIG.

(実施形態2)
図6は本発明のボトムゲート/トップコンタクト型有機FETを示しており、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。
この有機FET20は、図2における液滴26aを乾燥して有機半導体層26を製膜したものであって、正方形の基板21と、基板21上に形成された長方形のゲート電極24と、ゲート電極24および基板21を覆うゲート絶縁膜25と、ゲート絶縁膜25上におけるゲート電極24の上方位置を広い範囲で被覆するように形成された円形状の有機半導体層26と、有機半導体層26上におけるゲート電極24の長手方向両端の上方位置に形成された矩形状のソース電極22およびドレイン電極23とを備える。
円形状の有機半導体層26は、その中心がソース・ドレイン電極22、23間のチャネル領域27の中心とほぼ一致しており、チャネル領域27の中心部分における有機半導体層26の膜厚T2は50〜500nmの範囲内にあり、ソース・ドレイン電極22、23よりも外側の周縁部はやや盛り上がっている。また、チャネル領域27における膜厚分布は、膜厚T2が50nmのとき35〜65nmであり、膜厚T2が500nmのとき350〜650nmである。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a bottom gate / top contact type organic FET of the present invention, where (b) is a plan view, (a) is a cross-sectional view taken along line AA in (b), and (c) is B in (b). FIG.
The organic FET 20 is obtained by drying the droplet 26a in FIG. 2 to form the organic semiconductor layer 26. The organic FET 20 has a square substrate 21, a rectangular gate electrode 24 formed on the substrate 21, and a gate electrode. 24 and the gate insulating film 25 covering the substrate 21, a circular organic semiconductor layer 26 formed so as to cover the upper position of the gate electrode 24 on the gate insulating film 25 in a wide range, and on the organic semiconductor layer 26 The gate electrode 24 includes a rectangular source electrode 22 and drain electrode 23 formed at positions above both longitudinal ends of the gate electrode 24.
The center of the circular organic semiconductor layer 26 substantially coincides with the center of the channel region 27 between the source / drain electrodes 22, 23, and the film thickness T 2 of the organic semiconductor layer 26 in the central portion of the channel region 27 is Within the range of 50 to 500 nm, the peripheral edge outside the source / drain electrodes 22 and 23 is slightly raised. The film thickness distribution in the channel region 27 is 35 to 65 nm when the film thickness T 2 is 50 nm, and 350 to 650 nm when the film thickness T 2 is 500 nm.

この有機FET20における有機半導体層26を形成する際、図2に示すように、ソース・ドレイン電極が表面に形成されていないゲート絶縁膜25上において、ゲート電極24およびこれらの周囲にわたる領域に対応する領域に液滴26aが円形状に滴下される。図6中の符号27aはチャネル形成領域である。この場合、チャネル形成領域27aにおいて、液滴26aの最も低い高さh1はチャネル長方向の端部位置であり、最も高い高さh2はチャネル形成領域の中心位置であり、前記(i)または(ii)の方法を用いて0<h2/h1≦2となるように液滴を滴下することができる。なお、液滴の滴下前に予め基板を加熱しておくことにより、基板上に滴下された液滴は乾燥して図6に示す有機半導体層26が形成され、その後、有機半導体層26上のチャネル形成領域27aの両側にソース・ドレイン電極22、23が形成される。   When forming the organic semiconductor layer 26 in the organic FET 20, as shown in FIG. 2, on the gate insulating film 25 where the source / drain electrode is not formed on the surface, it corresponds to the gate electrode 24 and a region extending around the gate electrode 24. A droplet 26a is dropped in a circular shape on the region. Reference numeral 27a in FIG. 6 is a channel formation region. In this case, in the channel formation region 27a, the lowest height h1 of the droplet 26a is the end position in the channel length direction, and the highest height h2 is the center position of the channel formation region. Using the method ii), it is possible to drop droplets so that 0 <h2 / h1 ≦ 2. Note that by heating the substrate in advance before the droplets are dropped, the droplets dropped on the substrate are dried to form the organic semiconductor layer 26 shown in FIG. Source / drain electrodes 22 and 23 are formed on both sides of the channel formation region 27a.

(実施形態3)
図7は本発明のトップゲート/ボトムコンタクト型有機FETを示しており、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。
この有機FET30は、図3における液滴36aを乾燥して有機半導体層36を製膜したものであって、正方形の基板31と、基板31上に形成された矩形状のソース電極32およびドレイン電極33と、ソース電極32およびドレイン電極33とこれらの間のチャネル領域37よりも広い範囲を円形状に被覆する有機半導体層36と、有機半導体層36および基板31を覆うゲート絶縁膜35と、ゲート絶縁膜35上におけるソース・ドレイン電極32、33およびチャネル領域37の上方位置に形成された長方形のゲート電極34とを備える。
円形状の有機半導体層36は、その中心がチャネル領域37の中心とほぼ一致しており、チャネル領域37の中心部分における有機半導体層36の膜厚T3は50〜500nmの範囲内にあり、ソース・ドレイン電極32、33よりも外側の周縁部はやや盛り上がっている。また、チャネル領域37における膜厚分布は、膜厚T3が50nmのとき35〜65nmであり、膜厚T3が500nmのとき350〜650nmである。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a top gate / bottom contact type organic FET of the present invention, where (b) is a plan view, (a) is a cross-sectional view along line AA in (b), and (c) is B in (b). FIG.
The organic FET 30 is obtained by drying the droplet 36a in FIG. 3 to form the organic semiconductor layer 36, and has a square substrate 31, and rectangular source electrode 32 and drain electrode formed on the substrate 31. 33, an organic semiconductor layer 36 that covers a wider area than the source electrode 32 and drain electrode 33 and the channel region 37 between them, a gate insulating film 35 that covers the organic semiconductor layer 36 and the substrate 31, a gate Source / drain electrodes 32 and 33 on the insulating film 35 and a rectangular gate electrode 34 formed above the channel region 37 are provided.
The center of the circular organic semiconductor layer 36 substantially coincides with the center of the channel region 37, and the film thickness T 3 of the organic semiconductor layer 36 in the central portion of the channel region 37 is in the range of 50 to 500 nm. The peripheral edge outside the source / drain electrodes 32 and 33 is slightly raised. The film thickness distribution in the channel region 37 is 35 to 65 nm when the film thickness T 3 is 50 nm, and 350 to 650 nm when the film thickness T 3 is 500 nm.

この有機FET30における有機半導体層36を形成する際、図3に示すように、ソース・ドレイン電極32、33が表面に形成された基板31上において、ソース・ドレイン電極32、33、電極間のチャネル形成領域37aおよびこれらの周囲にわたって液滴36aが円形状に滴下される。このとき、チャネル形成領域37aにおいて、液滴36aの最も低い高さh1は各電極32、33に接する位置であり、最も高い高さh2はチャネル形成領域の中心位置であり、前記(i)または(ii)の方法を用いて0<h2/h1≦2となるように液滴を滴下することができる。なお、液滴の滴下前に予め基板を加熱しておくことにより、基板上に滴下された液滴は乾燥して図7に示す有機半導体層36が形成され、その後、有機半導体層36上にゲート絶縁膜35が形成され、ゲート絶縁膜35上にゲート電極34が形成される。   When forming the organic semiconductor layer 36 in the organic FET 30, as shown in FIG. 3, the source / drain electrodes 32, 33 and the channel between the electrodes are formed on the substrate 31 on which the source / drain electrodes 32, 33 are formed. A droplet 36a is dropped in a circular shape over the formation region 37a and the periphery thereof. At this time, in the channel formation region 37a, the lowest height h1 of the droplet 36a is a position in contact with each of the electrodes 32 and 33, and the highest height h2 is the center position of the channel formation region, Using the method (ii), droplets can be dropped so that 0 <h2 / h1 ≦ 2. Note that, by heating the substrate in advance before the droplet is dropped, the droplet dropped on the substrate is dried to form the organic semiconductor layer 36 shown in FIG. A gate insulating film 35 is formed, and a gate electrode 34 is formed on the gate insulating film 35.

(実施形態4)
図8は図5とは異なる本発明のボトムゲート/ボトムコンタクト型有機FETを示しており、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。
この有機FET40は、図4における液滴46aを乾燥して有機半導体層46を製膜したものであって、正方形の基板41と、基板41上に形成された長方形のゲート電極44と、ゲート電極44および基板41を覆うゲート絶縁膜45と、ゲート絶縁膜45上におけるゲート電極44の長手方向両端の上方位置に形成された矩形状のソース電極42およびドレイン電極43と、ソース・ドレイン電極42、43およびこれらの間のチャネル領域47を包囲する長方形のバンク48と、バンク48の内側領域に形成された有機半導体層46とを備える。
バンク48は樹脂等で形成された液滴溜めである。
有機半導体層46は、バンク48の内側領域と同じ長方形であり、その中心がチャネル領域17の中心とほぼ一致しており、チャネル領域47の中心部分における有機半導体層46の膜厚T4は50〜500nmの範囲内にあり、その周縁部はやや盛り上がっている。また、チャネル領域47における膜厚分布は、膜厚T4が50nmのとき35〜65nmであり、膜厚T4が500nmのとき350〜650nmである。
(Embodiment 4)
8 shows a bottom gate / bottom contact type organic FET of the present invention different from FIG. 5, wherein (b) is a plan view, (a) is a cross-sectional view along line AA in (b), and (c) is FIG. It is BB sectional drawing of (b).
The organic FET 40 is obtained by drying the droplet 46a in FIG. 4 to form the organic semiconductor layer 46. The organic FET 40 has a square substrate 41, a rectangular gate electrode 44 formed on the substrate 41, and a gate electrode. 44, a gate insulating film 45 covering the substrate 41, a rectangular source electrode 42 and drain electrode 43 formed on the gate insulating film 45 at positions above both longitudinal ends of the gate electrode 44, source / drain electrodes 42, 43 and a rectangular bank 48 surrounding the channel region 47 between them, and an organic semiconductor layer 46 formed in an inner region of the bank 48.
The bank 48 is a droplet reservoir made of resin or the like.
The organic semiconductor layer 46 has the same rectangular shape as the inner region of the bank 48, the center thereof substantially coincides with the center of the channel region 17, and the film thickness T 4 of the organic semiconductor layer 46 in the central portion of the channel region 47 is 50. It is in the range of ˜500 nm, and its peripheral edge is slightly raised. The film thickness distribution in the channel region 47 is 35 to 65 nm when the film thickness T 4 is 50 nm, and 350 to 650 nm when the film thickness T 4 is 500 nm.

この有機FET40における有機半導体層46を形成する際、図4に示すように、ゲート絶縁膜45上のソース・ドレイン電極42、43および電極間のチャネル形成領域47aを包囲するように予め形成されたバンク48の内側領域を満たすように、液滴46aが滴下される。このとき、チャネル形成領域47aにおいて、液滴36aの最も低い高さh1は各電極42、43に接する位置であり、最も高い高さh2はチャネル形成領域の中心位置であり、前記(iii)の方法を用いて0<h2/h1≦2となるように液滴を滴下することができる。なお、液滴の滴下前に予め基板を加熱しておくことにより、基板上に滴下された液滴は乾燥して図8に示す有機半導体層46が形成される。   When the organic semiconductor layer 46 in the organic FET 40 is formed, it is formed in advance so as to surround the source / drain electrodes 42 and 43 on the gate insulating film 45 and the channel forming region 47a between the electrodes as shown in FIG. A droplet 46 a is dropped so as to fill the inner region of the bank 48. At this time, in the channel formation region 47a, the lowest height h1 of the droplet 36a is a position in contact with each of the electrodes 42 and 43, and the highest height h2 is the center position of the channel formation region. The method can be used to drop droplets such that 0 <h2 / h1 ≦ 2. Note that by heating the substrate in advance before the droplets are dropped, the droplets dropped on the substrate are dried to form the organic semiconductor layer 46 shown in FIG.

本発明において、有機FETの構造は上述のボトムゲート/ボトムコンタクト型構造、ボトムゲート/トップコンタクト型構造およびトップゲート/ボトムコンタクト型構造が挙げられ、製造プロセスの簡便性、有機半導体層の耐性の点から、特にボトムゲート/ボトムコンタクト型構造が好ましい。
また、図4および図8では、ボトムゲート/ボトムコンタクト型有機FETにおけるゲート絶縁膜45上にバンク48を形成して有機半導体層46の形状を制御した場合を例示したが、バンク48を形成した位置に溝を形成して有機半導体層の形状を制御してもよい。
以下、本発明における有機FETの各構成要素および形成方法等について説明する。
In the present invention, the structure of the organic FET includes the above-mentioned bottom gate / bottom contact type structure, bottom gate / top contact type structure, and top gate / bottom contact type structure. From the viewpoint, a bottom gate / bottom contact type structure is particularly preferable.
4 and 8 exemplify the case where the bank 48 is formed on the gate insulating film 45 in the bottom gate / bottom contact type organic FET and the shape of the organic semiconductor layer 46 is controlled, the bank 48 is formed. A groove may be formed at a position to control the shape of the organic semiconductor layer.
Hereafter, each component of organic FET in this invention, a formation method, etc. are demonstrated.

<有機半導体層>
有機半導体層は有機半導体性化合物からなる。
有機半導体性化合物は、イオン化ポテンシャルが4eV以上6eV以下であることが好ましい。イオン化ポテンシャルが4eVより小さいと酸化されやすく大気中での材料の安定性が乏しくなる場合がある。逆にイオン化ポテンシャルが6eVより大きいとキャリヤ移動の効率が低下する場合がある。より好ましいイオン化ポテンシャルは、4.2〜5.8eVである。ここで、イオン化ポテンシャルは、大気中光電子分光法で測定することができる。
<Organic semiconductor layer>
The organic semiconductor layer is made of an organic semiconductor compound.
The organic semiconductor compound preferably has an ionization potential of 4 eV or more and 6 eV or less. If the ionization potential is less than 4 eV, the material is easily oxidized and the stability of the material in the atmosphere may be poor. Conversely, if the ionization potential is greater than 6 eV, the carrier transfer efficiency may be reduced. A more preferable ionization potential is 4.2 to 5.8 eV. Here, the ionization potential can be measured by atmospheric photoelectron spectroscopy.

有機半導体性化合物としては、3〜10個のベンゼン環を縮合させた環数3〜10のオリゴアセン、チオフェンを3〜10個繰り返した環数3〜10のオリゴチオフェン、ベンゼンを3〜10個繰り返した環数3〜10のオリゴフェニレン、ベンゼンおよびビニレンを1〜10個繰り返したオリゴフェニレンビニレン、ベンゼンおよびチオフェンを1〜10個繰り返したオリゴフェニレンチオフェンの化合物およびそれらの誘導体が挙げられる。具体的には、アントラセン(5.8eV)、ナフタセン(5.7eV)、ペンタセン(5.2eV)、クォーターチオフェン(5.8eV)、セキシチオフェン(5.4eV)、等が挙げられる(括弧内はイオン化ポテンシャル)。一方、誘導体としては、1,2,3,4,6,11−ヘキサプロピルナフタセン(5.7eV)、6,13−ビス(メチルチオ)ペンタセン(5.3eV)、α,ω−ジヘキシルークォーターチオフェン(5.8eV)、等が挙げられる。
また、フラーレン(C60)等のフラーレン系化合物も好ましい。
また、有機半導体性化合物は、その前駆体に由来する化合物であってもよい。前駆体としては、上記した化合物のいずれの形でもよい。たとえば、6,13−N−スルフィニルーアセトアミドーペンタセン、N−スルフィニル−ターシャル−ブチルカルバメート−ペンタセン、6,13−テトラクロローフェニルペンタセンが挙げられる。
また、高分子系化合物として、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)のようなポリ(アルキルチオフェン)、F8T2のようなフルオレンビチオフェン共重合体、ポリ(フェニレンビニレン)も好ましい。
As an organic semiconductor compound, 3 to 10 oligoacenes having 3 to 10 benzene rings condensed, 3 to 10 oligothiophenes having 3 to 10 thiophene repeats, and 3 to 10 benzene repeats Examples thereof include oligophenylene having 3 to 10 rings, oligophenylene vinylene obtained by repeating 1 to 10 benzene and vinylene, oligophenylene thiophene compound obtained by repeating 1 to 10 benzene and thiophene, and derivatives thereof. Specific examples include anthracene (5.8 eV), naphthacene (5.7 eV), pentacene (5.2 eV), quarterthiophene (5.8 eV), sexithiophene (5.4 eV), and the like (in parentheses). Is the ionization potential. On the other hand, as derivatives, 1,2,3,4,6,11-hexapropylnaphthacene (5.7 eV), 6,13-bis (methylthio) pentacene (5.3 eV), α, ω-dihexyl group And thiophene (5.8 eV).
Further, fullerene compounds such as fullerene (C60) are also preferred.
The organic semiconducting compound may be a compound derived from a precursor thereof. The precursor may be any form of the above-described compound. Examples include 6,13-N-sulfinyl-acetamido-pentacene, N-sulfinyl-tertiary-butylcarbamate-pentacene, and 6,13-tetrachloro-phenylpentacene.
As the polymer compound, poly (alkylthiophene) such as poly (3-hexylthiophene), fluorene bithiophene copolymer such as F8T2, and poly (phenylene vinylene) are also preferable.

本発明において、有機半導体層は上述のようにディスペンサーを用いた塗布法により形成することができる。この際、有機半導体性化合物を溶媒に対して0.05〜0.5重量%の割合で混合して塗布溶液を調製することが好ましい。有機半導体性化合物の混合割合が0.05重量%より少ないと膜形成に供給される化合物分子数が少なすぎて所望の膜厚が得られ難く、一方0.5重量%より多いと化合物分子数が多すぎて核生成の制御が困難となる場合があるため好ましくない。塗布溶液中の有機半導体性化合物のより好ましい混合割合は0.05〜0.4重量%である。   In the present invention, the organic semiconductor layer can be formed by a coating method using a dispenser as described above. At this time, it is preferable to prepare a coating solution by mixing the organic semiconductor compound at a ratio of 0.05 to 0.5% by weight with respect to the solvent. If the mixing ratio of the organic semiconducting compound is less than 0.05% by weight, the number of compound molecules supplied to the film formation is too small to obtain a desired film thickness, while if it exceeds 0.5% by weight, the number of compound molecules This is not preferable because there are cases where it is difficult to control the nucleation due to too much. A more preferable mixing ratio of the organic semiconducting compound in the coating solution is 0.05 to 0.4% by weight.

有機半導体化合物を含む溶液に用いられる溶媒としては、有機半導体性化合物の溶解性および溶媒沸点が高いものが好ましい。具体的には、溶媒100gあたり有機半導体化合物を0.1mg以上溶解する溶媒が好ましく、50℃以上の沸点を有する溶媒が好ましい。例えば、溶媒として、ベンゼン、トルエン、p−キシレン等の芳香族炭化水素、クロロホルム、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1,2−ジクロロエチレン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン等の芳香族ハロゲン化炭化水素、アニソール、アニリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ヘキサン、デカン、酢酸ベンジル、酢酸ブチルカルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ブチルカルビトール、エタノール等が挙げられる。   As a solvent used for the solution containing an organic semiconductor compound, a solvent having a high solubility and a solvent boiling point of the organic semiconductor compound is preferable. Specifically, a solvent that dissolves 0.1 mg or more of the organic semiconductor compound per 100 g of the solvent is preferable, and a solvent having a boiling point of 50 ° C. or more is preferable. For example, as a solvent, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and p-xylene, aliphatic halogenated hydrocarbons such as chloroform, dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene and 1,2-dichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, 1, Aromatic halogenated hydrocarbons such as 2,4-trichlorobenzene, anisole, aniline, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, hexane, decane, benzyl acetate, butyl carbitol, dipropylene glycol monomethyl ether, butyl carbitol, ethanol, etc. Can be mentioned.

<基板>
基板は、絶縁性であれば特に限定されないが、有機FETの製造段階で寸法変化の少ないものが好ましい。具体的には、合成石英基板、ガラス基板、プラスチック基板、シリコン基板等が挙げられる。また、基板コストを低減させ、かつ可撓性を有するデバイスを得る場合は、折り曲げ可能なプラスチック基板が好ましく、例えばポリエーテルスルホン基板、ポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート基板等が挙げられる。
<Board>
The substrate is not particularly limited as long as it is insulative, but is preferably a substrate with little dimensional change in the manufacturing stage of the organic FET. Specifically, a synthetic quartz substrate, a glass substrate, a plastic substrate, a silicon substrate, and the like can be given. In addition, when a substrate cost is reduced and a flexible device is obtained, a foldable plastic substrate is preferable, and examples thereof include a polyethersulfone substrate, a polyimide substrate, and a polyethylene terephthalate substrate.

<ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極>
ゲート、ソースおよびドレイン電極の材料は、特に限定されず、当該分野で公知の材料をいずれも使用できる。具体的には、金、白金、銀、銅、アルミニウム等の金属;チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属;高融点金属とのシリサイド、ポリサイド等;p型またはn型ハイドープシリコン;ITO、NESA等の導電性金属酸化物;PEDOTのような導電性高分子が挙げられる。
各電極の膜厚は、特に限定されるものではなく、通常トランジスタに使用される膜厚(例えば30〜200nm)に適宜調整することができる。
これらの電極は、電極材料に応じて蒸着、スパッタ、印刷等の方法により形成することができる。
<Gate electrode, source electrode and drain electrode>
The materials for the gate, source, and drain electrodes are not particularly limited, and any material known in the art can be used. Specifically, metals such as gold, platinum, silver, copper and aluminum; refractory metals such as titanium, tantalum and tungsten; silicides and polycides with refractory metals; p-type or n-type highly doped silicon; ITO, Examples thereof include conductive metal oxides such as NESA; conductive polymers such as PEDOT.
The film thickness of each electrode is not particularly limited, and can be appropriately adjusted to a film thickness (for example, 30 to 200 nm) usually used for a transistor.
These electrodes can be formed by methods such as vapor deposition, sputtering, and printing according to the electrode material.

ソース・ドレイン電極は、図1〜図8では、一定間距離(チャネル間距離)をもって向かい合って配置された対向型の場合を例示したが、図9に示すような櫛歯型であってもよい。つまり、ソースおよびドレイン電極2、3をそれぞれ同じ櫛歯型に形成し、ソース側とドレイン側の各櫛歯を一定のチャネル間距離をもって組み合わせたように配置して、複数のチャネル領域を形成するようにしてもよい。   Although the source / drain electrodes are illustrated in FIGS. 1 to 8 as opposed to each other with a fixed distance (inter-channel distance) facing each other, they may be comb-shaped as shown in FIG. . That is, the source and drain electrodes 2 and 3 are formed in the same comb-teeth shape, and the source-side and drain-side comb teeth are arranged with a certain inter-channel distance to form a plurality of channel regions. You may do it.

<ゲート絶縁膜>
ゲート絶縁膜としては、特に限定されず、当該分野で用いられる材料の膜を使用できる。具体的には、シリコン酸化膜(熱酸化膜、低温酸化膜:LTO膜等、高温酸化膜:HTO膜)、シリコン窒化膜、SOG膜等の絶縁膜;PZT、PLZT、強誘電体または反強誘電体膜;SiOF系膜、SiOC系膜もしくはCF系膜または塗布で形成するHSQ(hydrogen silsesquioxane)系膜(無機系)、MSQ(methyl silsesquioxane)系膜、PAE(polyar ylene ether)系膜、ポーラス系膜もしくはCF系膜または多孔質膜等の低誘電体膜等が挙げられる。
ゲート絶縁膜の膜厚は、特に限定されるものではなく、通常有機電界効果トランジスタに使用される膜厚(例えば50〜500nm)に適宜調整することができる。
また、ゲート絶縁膜は、その種類に応じて蒸着、スパッタ、印刷等の方法により形成することができる。
<Gate insulation film>
The gate insulating film is not particularly limited, and a film of a material used in this field can be used. Specifically, an insulating film such as a silicon oxide film (thermal oxide film, low-temperature oxide film: LTO film, etc., high-temperature oxide film: HTO film), silicon nitride film, SOG film, etc .; PZT, PLZT, ferroelectric or antiferroelectric Dielectric film: SiOF-based film, SiOC-based film or CF-based film, HSQ (hydrogen silsesquioxane) -based film (inorganic), MSQ (methyl silsesquioxane) -based film, PAE (poly ylene ether) -based film, porous film formed by coating Examples thereof include low dielectric films such as system films, CF films, and porous films.
The film thickness of the gate insulating film is not particularly limited, and can be appropriately adjusted to a film thickness (for example, 50 to 500 nm) usually used for an organic field effect transistor.
In addition, the gate insulating film can be formed by a method such as vapor deposition, sputtering, or printing depending on the type.

<バンク>
バンクの材料は、特に限定されるものではなく例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン等の無機化合物材料、イミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ウレタン樹脂、メタクリル樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、ノボラック樹脂、ビスアジド、キノンアジド、ポリスチレン等の有機材料が挙げられる。
バンクの膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、0.1〜50μmに適宜調整することができる。
バンクは、無機化合物材料を利用する場合にはスパッタ法やCVD法によって、また有機化合物材料を利用する場合はスピンコート法、スプレーコード、ロールコート、ディップコート等の各種塗布法によって形成可能である。バンクのパターン形成は、フォトリソグラフィーにより形成することができる。
バンクは、チャネル領域およびソース・ドレイン電極の表面を覆うことなくそれらの周囲を額縁状に囲むような位置に形成されればよく、形状は特に限定されず円状、矩形状等のいずれでもよい。
また、バンクは、例えばCF4プラズマ処理等によって適宜撥液処理を施されてもよい。
<Bank>
The material of the bank is not particularly limited, for example, inorganic compound materials such as silicon oxide, silicon nitride, polysilicon, amorphous silicon, imide resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, silicon resin, urethane resin And organic materials such as methacrylic resin, fluororesin, vinyl resin, novolac resin, bisazide, quinone azide, and polystyrene.
The film thickness of a bank is not specifically limited, For example, it can adjust to 0.1-50 micrometers suitably.
Banks can be formed by sputtering or CVD when using inorganic compound materials, and by various coating methods such as spin coating, spray cord, roll coating, dip coating, etc. when using organic compound materials. . The pattern formation of the bank can be formed by photolithography.
The bank may be formed in a position that surrounds the periphery of the channel region and the source / drain electrodes in a frame shape without covering the surface, and the shape is not particularly limited, and may be any of a circular shape, a rectangular shape, or the like .
Further, the bank may be appropriately subjected to liquid repellent treatment by, for example, CF 4 plasma treatment or the like.

(実施例1)
図5に示すボトムゲート/ボトムコンタクト型有機FETを以下のようにして作製した 。
まず、シリコンからなる基板1上にクロムを蒸着し、膜厚50nmのゲート電極4を形成した。
次に、酸化シリコンのスパッタによりゲート絶縁膜5を300nm堆積した後、クロム10nm、金40nmの順に蒸着を行い、通常のリソグラフィー技術によりソースおよびドレイン電極2、3を形成した。このとき、ソース・ドレイン電極2、3のサイズは、ともに20μm×500μmの矩形状であり、チャネル長に相当するソース・ドレイン電極間は50μmである。なお、クロムは金の密着性をあげるために挿入した。
続いて、得られた基板(積層体)のチャネル形成領域を含むゲート絶縁膜表面を、波長172nmの真空紫外光で10分間照射し、ゲート絶縁膜表面を親液化処理した。
(Example 1)
The bottom gate / bottom contact type organic FET shown in FIG. 5 was produced as follows.
First, chromium was vapor-deposited on the substrate 1 made of silicon to form a gate electrode 4 having a thickness of 50 nm.
Next, after depositing 300 nm of the gate insulating film 5 by sputtering of silicon oxide, vapor deposition was performed in the order of 10 nm of chromium and 40 nm of gold, and the source and drain electrodes 2 and 3 were formed by a normal lithography technique. At this time, the sizes of the source / drain electrodes 2 and 3 are both 20 μm × 500 μm rectangular, and the distance between the source / drain electrodes corresponding to the channel length is 50 μm. Chromium was inserted to increase gold adhesion.
Subsequently, the surface of the gate insulating film including the channel formation region of the obtained substrate (laminated body) was irradiated with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 172 nm for 10 minutes to lyophilicize the surface of the gate insulating film.

次に、60℃に加熱した親液化処理後の基板におけるゲート絶縁膜表面のチャネル形成領域に、1,2,3,4,6,11−ヘキサプロピルナフタセン(HPナフタセン〔CAS No.18155−96〕:関東化学製)の0.1重量%のトルエン溶液をディスペンサー(武蔵エンジニアリング株式会社製)を用いて100plで11滴、50μmずつ滴下位置をずらしながら多段滴下した(図1参照)。多段滴下することで、隣り合う液滴と液滴は下部で繋がってソース・ドレイン電極2、3およびチャネル形成領域を完全に覆う一つの液滴16aとなった。なお、図1(b)に示すように、ゲート絶縁膜15の表面は、平面的に見た円形の液滴16aが存在する領域が前記親液化処理されている。   Next, 1, 2, 3, 4, 6, 11-hexapropyl naphthacene (HP naphthacene [CAS No. 18155-] is formed on the channel formation region on the surface of the gate insulating film of the substrate after lyophilic treatment heated to 60 ° C. 96]: Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.1 wt% toluene solution was dropped at 100 pl using a dispenser (manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.) at 11 drops and 50 μm in multiple stages (see FIG. 1). By dropping in multiple stages, adjacent droplets are connected at the bottom to form one droplet 16a that completely covers the source / drain electrodes 2, 3 and the channel formation region. As shown in FIG. 1B, the surface of the gate insulating film 15 is subjected to the lyophilic process in the region where the circular droplets 16a as viewed in plan are present.

多段滴下終了後、直ちにチャネル形成領域17aにおける液滴16aの最も低い高さh1と最も高い高さh2を基板横方向からズームレンズを用いて測定した。高さh1は100μm、高さh2は180μmであった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1=1.8である。
60℃に加熱された基板上の液滴16aを多段滴下終了から5分間乾燥することにより、図5に示すような有機半導体膜16であるHPナフタセン膜を形成し、チャネル長50μm、チャネル幅500μmの有機FETを作製した。
この有機FETのチャネル領域17における有機半導体層16の膜厚を段差計測定装置(日本ビーコ株式会社製)を用いて測定したところ、中心部の膜厚は250nmであり、この周辺の最も薄い部分で200nm、最も厚い部分で300nmであった。よって、有機半導体層16の膜厚分布は、チャネル領域中心部の膜厚(250nm)に対して30%以内の±20%であり、有機半導体層16はチャネル領域全体において膜厚200〜300nmで均一に膜成長したことがわかった。
Immediately after the completion of the multi-stage dropping, the lowest height h1 and the highest height h2 of the droplet 16a in the channel forming region 17a were measured from the lateral direction of the substrate using a zoom lens. The height h1 was 100 μm, and the height h2 was 180 μm. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1 = 1.8.
The droplets 16a on the substrate heated to 60 ° C. are dried for 5 minutes from the end of the multi-stage dropping, thereby forming an HP naphthacene film as the organic semiconductor film 16 as shown in FIG. 5, with a channel length of 50 μm and a channel width of 500 μm. An organic FET was prepared.
When the film thickness of the organic semiconductor layer 16 in the channel region 17 of this organic FET was measured using a step gauge measuring apparatus (manufactured by Nippon Beco Co., Ltd.), the film thickness at the center was 250 nm, and the thinnest part around this And 200 nm at the thickest part. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer 16 is ± 20% within 30% with respect to the film thickness (250 nm) at the center of the channel region, and the organic semiconductor layer 16 has a film thickness of 200 to 300 nm in the entire channel region. It was found that the film was grown uniformly.

その後、ソース・ドレイン電極2、3の表面を被覆した有機半導体層16を削り取ることで、ソース/ドレイン電極のコンタクトをとった。
ソース電圧−40Vで、ゲート電圧を30Vから−50Vまで−2V毎に変化させ、ソース/ドレイン電極の間の電流(Id)を測定した。これより求めた電界効果移動度μはは4.7×10-2cm2/Vs、オン/オフ比=5桁であり、良好な性能が得られた。ここで、オン/オフ比はトランジスタ特性を評価するId(ソース/ドレイン間電流)−Vg(ゲート印加電圧)測定における、Idの最大値および最小値の比をとったものである。また、XRD測定を株式会社リガク製の装置を用いて行った。結果、2θ=6.9°(面間隔d=1.28nm)、13.8°(d=0.64nm)にシャープな(001)、(002)回折が観測された。これにより、有機半導体層16はHPナフタセンが高度に結晶化したものであることがわかった。
Thereafter, the organic semiconductor layer 16 covering the surface of the source / drain electrodes 2 and 3 was scraped to make contact with the source / drain electrodes.
At a source voltage of −40V, the gate voltage was changed from −30V to −50V every −2V, and the current (Id) between the source / drain electrodes was measured. The field effect mobility μ determined from this was 4.7 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the on / off ratio was 5 digits, and good performance was obtained. Here, the on / off ratio is a ratio between the maximum value and the minimum value of Id in Id (source-drain current) -Vg (gate applied voltage) measurement for evaluating transistor characteristics. Further, XRD measurement was performed using an apparatus manufactured by Rigaku Corporation. As a result, sharp (001) and (002) diffractions were observed at 2θ = 6.9 ° (plane spacing d = 1.28 nm) and 13.8 ° (d = 0.64 nm). Thereby, it was found that the organic semiconductor layer 16 is a highly crystallized HP naphthacene.

(比較例1)
液滴の滴下位置を80μmずつずらして7滴滴下したこと以外は実施例1と同じ条件で有機半導体層を製膜し、有機FETを作製した。なお、液滴の滴下直後において、液滴の高さを実施例1と同様の方法で測定したところ、最も低い高さh1は60μm、最も高い高さh2は140μmであった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1≒2.3である。
この有機FETの有機半導体層におけるチャネル領域の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、中心部の膜厚は330nmであり、この周辺の最も薄い部分で20nmであり、最も厚い部分で400nmであった。よって、チャネル領域における有機半導体層の膜厚分布は、中心部の膜厚に対して30%を超える39%であり、膜厚ムラが大きいことがわかった。
また、実施例1と同様の方法により有機FETのトランジスタ特性を評価したところ、μ=7.1x10-3cm2/Vs、オン/オフ比=4桁であり、実施例1よりも特性は低下した。また、XRD測定では、2θ=6.9°(面間隔d=1.28nm)に(001)回折のみが観測された。(002)の高次の回折が観測されなかったことから、実施例1よりも有機半導体層の分子配列の秩序性が低下していることが分かった。
実施例1および比較例1の結果から、塗布液滴の高低差を制御することによって、膜厚の均一性、結晶性を向上させることができ、結果として良好なトランジスタ特性を得られることが判明した。
(Comparative Example 1)
The organic semiconductor layer was formed under the same conditions as in Example 1 except that 7 droplets were dropped by shifting the droplet dropping position by 80 μm, thereby producing an organic FET. In addition, immediately after the dropping of the droplet, the height of the droplet was measured by the same method as in Example 1. As a result, the lowest height h1 was 60 μm and the highest height h2 was 140 μm. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1≈2.3.
When the film thickness of the channel region in the organic semiconductor layer of this organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film thickness at the center was 330 nm, the thinnest part around this was 20 nm, and the thickest part It was 400 nm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer in the channel region is 39% exceeding 30% with respect to the film thickness of the central portion, and it was found that the film thickness unevenness is large.
Further, when the transistor characteristics of the organic FET were evaluated by the same method as in Example 1, μ = 7.1 × 10 −3 cm 2 / Vs, the on / off ratio = 4 digits, and the characteristics were lower than in Example 1. did. In the XRD measurement, only (001) diffraction was observed at 2θ = 6.9 ° (plane spacing d = 1.28 nm). Since (002) higher-order diffraction was not observed, it was found that the order of the molecular arrangement of the organic semiconductor layer was lower than that in Example 1.
From the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was found that the uniformity of film thickness and crystallinity can be improved by controlling the height difference of the applied droplets, resulting in good transistor characteristics. did.

(実施例2)
有機半導体層を形成する前に、ソース/ドレイン電極サイズを20μm×150μmの矩形状としたこと以外は実施例1と同様の方法で基板(積層体)を作製した。
続いて、得られた基板を、波長172nmの真空紫外光を10分間照射し、ゲート絶縁膜表面全体を親液化処理した。親液化処理した基板を、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリエトキシシラン(HFTHTES〔CAS No.101947−16−4〕:関東化学製)0.5mlとともにテフロン(登録商標)るつぼに入れて120℃で2時間加熱することにより、基板全面にHFTHTES膜を形成して撥液化処理を行った。
続いて、処理基板上に、基板のチャネル形成領域を開口する直径300μmの開口部を有するメタルマスクを固定し、172nmの真空紫外光を30分間照射して、チャネル形成領域のHFTHTES膜を除去して親液化処理した。
(Example 2)
Before forming the organic semiconductor layer, a substrate (stacked body) was produced in the same manner as in Example 1 except that the source / drain electrode size was a rectangular shape of 20 μm × 150 μm.
Subsequently, the obtained substrate was irradiated with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 172 nm for 10 minutes to make the entire surface of the gate insulating film lyophilic. The lyophilic treated substrate was combined with 0.5 ml of (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane (HFTHTES [CAS No. 101947-16-4]: manufactured by Kanto Kagaku) and Teflon (registered) A HFTHTES film was formed on the entire surface of the substrate by heating in a crucible (trademark) at 120 ° C. for 2 hours to perform a liquid repellency treatment.
Subsequently, a metal mask having an opening with a diameter of 300 μm that opens the channel formation region of the substrate is fixed on the processing substrate, and 172 nm vacuum ultraviolet light is irradiated for 30 minutes to remove the HFTHTES film in the channel formation region. Lyophilic treatment.

上述のように親液および撥液パターニング処理を行った基板を150℃に加熱し、ペンタセン(CAS No.135−48−8:アルドリッチ製)の0.3重量%の1,2,4−トリクロロベンゼン溶液を、基板のチャネル形成領域にディスペンサーを用いて200nL滴下した。液滴は親液パターニング処理されたチャネル形成領域に留まった。
滴下直後の液滴の高さを実施例1と同様の方法により測定したところ、最も低い高さh1は1.7mm、最も高い高さh2は1.8mmであった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1≒1.1である。
The substrate subjected to the lyophilic and lyophobic patterning treatment as described above was heated to 150 ° C., and 0.3% by weight of 1,2,4-triacene of pentacene (CAS No. 135-48-8: manufactured by Aldrich) was used. 200 nL of the chlorobenzene solution was dropped onto the channel formation region of the substrate using a dispenser. The droplets remained in the channel formation region that had been subjected to the lyophilic patterning process.
When the height of the droplet immediately after dropping was measured by the same method as in Example 1, the lowest height h1 was 1.7 mm, and the highest height h2 was 1.8 mm. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1≈1.1.

150℃に加熱された基板上の液滴を滴下終了から5分間乾燥することにより、チャネル長50μmおよびチャネル幅150μmのチャネル領域のみに有機半導体膜であるペンタセン膜を形成し、有機FETを作製した。
この有機FETのチャネル領域における有機半導体層の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、膜厚400nmで均一に膜成長していた。よって、有機半導体層の膜厚分布は、チャネル領域中心部の膜厚に対して30%以内の0%であった。
A pentacene film, which is an organic semiconductor film, was formed only in the channel region having a channel length of 50 μm and a channel width of 150 μm by drying the droplets on the substrate heated to 150 ° C. for 5 minutes after the completion of the dropping, thereby producing an organic FET. .
When the thickness of the organic semiconductor layer in the channel region of the organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film was grown uniformly at a thickness of 400 nm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer was 0% within 30% with respect to the film thickness at the center of the channel region.

この有機FETのトランジスタ特性を実施例1と同様の方法により評価したところ、μ=4.1x10-1cm2/Vs、オン/オフ比=6桁であった。XRD測定では、2θ=6.1(d=1.45nm)、12.3°(d=0.72nm)、18.5°(0.48nm)に(001)、(002)、(003)回折が観測された。これにより有機半導体層はペンタセンが高度に結晶化したものであることがわかった。 When the transistor characteristics of the organic FET were evaluated in the same manner as in Example 1, μ = 4.1 × 10 −1 cm 2 / Vs and the on / off ratio = 6 digits. In the XRD measurement, 2θ = 6.1 (d = 1.45 nm), 12.3 ° (d = 0.72 nm), 18.5 ° (0.48 nm) at (001), (002), (003) Diffraction was observed. Thus, it was found that the organic semiconductor layer was a highly crystallized pentacene.

(実施例3)
液滴の滴下量を30nLに変更したこと以外は実施例2と同じ条件で有機半導体層を製膜して有機FETを作製した。
チャネル領域に溜まった滴下直後の液滴の高さを実施例1と同様の方法により測定したところ、最も低い高さh1は300μm、最も高い高さh2は400μmであった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1≒1.3である。
この有機FETのチャネル領域にみに形成された有機半導体層の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、膜厚180nmで均一に膜成長していた。よって、有機半導体層の膜厚分布は、チャネル領域中心部の膜厚に対して30%以内の0%であった。
実施例1と同様の方法により有機FETのトランジスタ特性を評価したところ、μ=2.7x10-1cm2/Vs、オン/オフ比=6桁であった。XRD測定では、2θ=6.1(d=1.45nm)、12.3°(d=0.72nm)、18.5°(0.48nm)に(001)、(002)、(003)回折が観測された。これにより有機半導体層はペンタセンが高度に結晶化したものであることがわかった。
(Example 3)
An organic FET was produced by forming an organic semiconductor layer under the same conditions as in Example 2 except that the amount of droplets dropped was changed to 30 nL.
When the height of the droplet immediately after dropping, which was accumulated in the channel region, was measured by the same method as in Example 1, the lowest height h1 was 300 μm and the highest height h2 was 400 μm. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1≈1.3.
When the thickness of the organic semiconductor layer formed only in the channel region of the organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film was grown uniformly with a thickness of 180 nm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer was 0% within 30% with respect to the film thickness at the center of the channel region.
When the transistor characteristics of the organic FET were evaluated by the same method as in Example 1, μ = 2.7 × 10 −1 cm 2 / Vs and the on / off ratio = 6 digits. In the XRD measurement, 2θ = 6.1 (d = 1.45 nm), 12.3 ° (d = 0.72 nm), 18.5 ° (0.48 nm) at (001), (002), (003) Diffraction was observed. Thus, it was found that the organic semiconductor layer was a highly crystallized pentacene.

(比較例2)
液滴の滴下量を2nLとしたこと以外は実施例2と同じ条件で有機半導体層を製膜して有機FETを作製した。
チャネル領域に滴下直後の液滴の高さを実施例1と同様の方法により測定したところ、最も低い高さh1は0、最も高い高さh2は120μmであった。この場合、チャネル形成領域内に液滴の周縁部がきて液滴の高さが0の状態であった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1=0である。
この有機FETの有機半導体層の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、中心部の膜厚は400nmであり、この周辺の最も薄い部分は200nmであり、最も厚い部分は1.2μmであった。よって、チャネル領域における有機半導体層の膜厚分布は、中心部の膜厚に対して30%を超える200%であり、膜厚ムラが大きいことがわかった。特に、親液・撥液パターニング境界では膜厚が厚く、中央部に向かうにつれて薄くなっていた。
実施例1と同様の方法で有機FETのトランジスタ特性を評価したところ、μ=6.6x10-2cm2/Vs、オン/オフ比=5桁であり、実施例2よりも特性は低下した。 XRD測定では、2θ=6.1(d=1.45nm)、12.3°(d=0.72nm)に(001)、(002)回折が観測された。これにより比較例2の有機半導体層は実施例2よりもペンタセンの結晶性が低下していることがわかった。
(Comparative Example 2)
An organic FET was produced by forming an organic semiconductor layer under the same conditions as in Example 2 except that the amount of droplets dropped was 2 nL.
When the height of the droplet immediately after dropping in the channel region was measured by the same method as in Example 1, the lowest height h1 was 0, and the highest height h2 was 120 μm. In this case, the peripheral edge of the droplet came in the channel formation region, and the height of the droplet was zero. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1 = 0.
When the film thickness of the organic semiconductor layer of this organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film thickness at the center was 400 nm, the thinnest part around this was 200 nm, and the thickest part was 1. It was 2 μm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer in the channel region is 200% exceeding 30% with respect to the film thickness of the central portion, which indicates that the film thickness unevenness is large. In particular, the film thickness is thicker at the boundary between the lyophilic and lyophobic patterning and becomes thinner toward the center.
When the transistor characteristics of the organic FET were evaluated in the same manner as in Example 1, μ = 6.6 × 10 −2 cm 2 / Vs and the on / off ratio was 5 digits, which was lower than that in Example 2. In XRD measurement, (001) and (002) diffraction were observed at 2θ = 6.1 (d = 1.45 nm) and 12.3 ° (d = 0.72 nm). Thereby, it was found that the crystallinity of pentacene was lower in the organic semiconductor layer of Comparative Example 2 than in Example 2.

実施例2、3および比較例2の結果から、塗布液滴の高低差を制御することによって、膜厚の均一性、結晶性を向上させることができ、結果として良好なトランジスタ特性が得られることがわかった。   From the results of Examples 2 and 3 and Comparative Example 2, it is possible to improve the uniformity of film thickness and crystallinity by controlling the height difference of the applied droplets, and as a result, good transistor characteristics can be obtained. I understood.

(実施例4)
有機半導体層を形成する前に、チャネル長150μm、チャネル幅150μmに変更したこと以外は実施例2と同様の方法で基板(積層体)を作製した。
続いて、得られた基板にノボラック樹脂をスピンコートし、フォトリソグラフィー法を用いることで、チャネル形成領域およびソース・ドレイン電極を囲むように幅5μmおよび厚さ3μmのバンクを形成した(図8参照)。
次に、このバンク併設基板を、O2、CF4プラズマ処理を行い、バンクのみを撥液化し、その他の基板表面を親液化した。
続いて、親液化および撥液化処理を施したバンク併設基板を60℃に加熱し、HPナフタセンの2重量%のトルエン溶液を加熱した前記基板のチャネル形成領域にディスペンサーを用いて55pL滴下した。液滴は撥液処理したバンクにせき止められるようにチャネル形成領域内に留まった。
Example 4
Before forming the organic semiconductor layer, a substrate (stacked body) was produced in the same manner as in Example 2 except that the channel length was changed to 150 μm and the channel width was changed to 150 μm.
Subsequently, a novolac resin was spin-coated on the obtained substrate, and a bank having a width of 5 μm and a thickness of 3 μm was formed so as to surround the channel formation region and the source / drain electrodes by using a photolithography method (see FIG. 8). ).
Next, this bank-attached substrate was subjected to O 2 and CF 4 plasma treatment to make only the bank liquid repellent and the other substrate surface lyophilic.
Subsequently, the bank-attached substrate subjected to the lyophilic and lyophobic treatments was heated to 60 ° C., and 55 pL was dropped onto the channel formation region of the heated substrate with a 2 wt% toluene solution of HP naphthacene using a dispenser. The droplet remained in the channel formation region so as to be damped by the liquid-repellent-treated bank.

チャネル領域に滴下直後の液滴の高さを実施例1と同様の方法により測定したところ、最も低い高さh1は3μmであり、最も高い高さh2は6μmであった。よって、高さh1とh2の関係は、h2/h1=2である。
この有機FETの有機半導体層の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、中心部の膜厚は100nmであり、バンクに接している部分が120nmで最も厚く、それ以外は膜厚100nmで均一であった。よって、チャネル領域における有機半導体層の膜厚分布は、中心部の膜厚に対して30%以内の20%であり、有機半導体層は均一な膜厚で膜成長したことがわかった。
この有機FETのトランジスタ特性を実施例1と同様の方法で評価したところ、μ=1.7x10-2cm2/Vs、オン/オフ比=4桁であった。XRD測定では、2θ=6.9°(面間隔d=1.28nm)、13.8°(d=0.64nm)にシャープな(001)、(002)回折が観測された。これにより有機半導体層はHPナフタセンが高度に結晶化したものであることがわかった。
When the height of the droplet immediately after dropping in the channel region was measured by the same method as in Example 1, the lowest height h1 was 3 μm and the highest height h2 was 6 μm. Therefore, the relationship between the heights h1 and h2 is h2 / h1 = 2.
When the film thickness of the organic semiconductor layer of this organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film thickness at the center was 100 nm, the portion in contact with the bank was the thickest at 120 nm, and the film thickness was otherwise Uniform at 100 nm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer in the channel region was 20% within 30% with respect to the film thickness of the central portion, and it was found that the organic semiconductor layer was grown with a uniform film thickness.
When the transistor characteristics of the organic FET were evaluated in the same manner as in Example 1, μ = 1.7 × 10 −2 cm 2 / Vs and the on / off ratio was 4 digits. In XRD measurement, sharp (001) and (002) diffraction were observed at 2θ = 6.9 ° (plane spacing d = 1.28 nm) and 13.8 ° (d = 0.64 nm). As a result, it was found that the organic semiconductor layer was a highly crystallized HP naphthacene.

(比較例3)
ディスペンサーからの液滴の滴下量を70pLとしたこと以外は実施例4と同様の条件で有機半導体層を製膜して有機FETを作製した。
この場合、チャネル形成領域での液滴の滴下直後の最も低い高さh1は3μmであり、最も高い高さh2は6.5μmであった。
この有機FETの有機半導体層の膜厚を実施例1と同様の方法により測定したところ、中心部の膜厚は85nmであり、バンクに接している部分が170nmで最も厚く、それ以外は膜厚85nmで均一であった。よって、チャネル領域における有機半導体層の膜厚分布は、中心部の膜厚に対して30%を越える100%であり、有機半導体層はバンク付近が極端に厚くなっていた。
(Comparative Example 3)
An organic FET was produced by forming an organic semiconductor layer under the same conditions as in Example 4 except that the amount of droplets dropped from the dispenser was 70 pL.
In this case, the lowest height h1 immediately after dropping of the droplets in the channel formation region was 3 μm, and the highest height h2 was 6.5 μm.
When the film thickness of the organic semiconductor layer of this organic FET was measured by the same method as in Example 1, the film thickness at the center was 85 nm, the portion in contact with the bank was 170 nm, and the film thickness was otherwise. Uniform at 85 nm. Therefore, the film thickness distribution of the organic semiconductor layer in the channel region is 100% exceeding 30% with respect to the film thickness of the central portion, and the organic semiconductor layer is extremely thick in the vicinity of the bank.

この有機FETのトランジスタ特性を実施例1と同様の方法にて評価したところ、μ=4.7x10-3cm2/Vs、オン/オフ比=3桁であった。XRD測定では、2θ=6.9°(面間隔d=1.28nm)に(001)回折のみしか観測されなかった。これにより比較例3の有機半導体層は実施例4よりもHPナフタセンの結晶性が低下していることがわかった。 When the transistor characteristics of the organic FET were evaluated in the same manner as in Example 1, μ = 4.7 × 10 −3 cm 2 / Vs and the on / off ratio = 3 digits. In the XRD measurement, only (001) diffraction was observed at 2θ = 6.9 ° (plane spacing d = 1.28 nm). Thereby, it was found that the crystallinity of HP naphthacene in the organic semiconductor layer of Comparative Example 3 was lower than that in Example 4.

実施例4および比較例3の結果から、溶液塗布の高低差を制御することによって、膜厚の均一性、結晶性を向上させることができ、その結果トランジスタ特性が向上した有機FETが得られることがわかった。   From the results of Example 4 and Comparative Example 3, it is possible to improve the uniformity of film thickness and crystallinity by controlling the height difference of the solution application, and as a result, an organic FET having improved transistor characteristics can be obtained. I understood.

本発明の実施形態1の有機FETの製造過程において液滴を基板上に滴下した状態を示し、(b)は平面図であり、(a)は(b)のA−A線断面図であり、(c)は(b)のB−B線断面図である。FIG. 2 shows a state in which a droplet is dropped on a substrate in the manufacturing process of the organic FET of Embodiment 1 of the present invention, (b) is a plan view, and (a) is a cross-sectional view taken along line AA in (b). (C) is the BB sectional drawing of (b). 本発明の実施形態2の有機FETの製造過程において液滴を基板上に滴下した状態を示し、(b)は平面図であり、(a)は(b)のA−A線断面図であり、(c)は(b)のB−B線断面図である。The state which dripped the droplet on the board | substrate in the manufacturing process of organic FET of Embodiment 2 of this invention is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b). (C) is the BB sectional drawing of (b). 本発明の実施形態3の有機FETの製造過程において液滴を基板上に滴下した状態を示し、(b)は平面図であり、(a)は(b)のA−A線断面図であり、(c)は(b)のB−B線断面図である。The state which dripped the droplet on the board | substrate in the manufacturing process of organic FET of Embodiment 3 of this invention is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b). (C) is the BB sectional drawing of (b). 本発明の実施形態4の有機FETの製造過程において液滴を基板上に滴下した状態を示し、(b)は平面図であり、(a)は(b)のA−A線断面図であり、(c)は(b)のB−B線断面図である。The state which dripped the droplet on the board | substrate in the manufacture process of organic FET of Embodiment 4 of this invention is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b). (C) is the BB sectional drawing of (b). 実施形態1の有機FETを示し、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。The organic FET of Embodiment 1 is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b), (c) is the sectional view on the BB line of (b). 実施形態2の有機FETを示し、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。The organic FET of Embodiment 2 is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b), (c) is the sectional view on the BB line of (b). 実施形態3の有機FETを示し、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。The organic FET of Embodiment 3 is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b), (c) is the sectional view on the BB line of (b). 実施形態4の有機FETを示し、(b)は平面図、(a)は(b)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。The organic FET of Embodiment 4 is shown, (b) is a top view, (a) is the sectional view on the AA line of (b), (c) is the sectional view on the BB line of (b). 本発明の有機FETにおける櫛歯型ソース・ドレイン電極を示す平面図である。It is a top view which shows the comb-tooth-type source / drain electrode in the organic FET of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 櫛歯型ソース電極
3 櫛歯型ドレイン電極
11、21、31、41 基板
12、22、32、42 対向型ソース電極
13、23、33、43 対向型ドレイン電極
14、24、34、44 ゲート電極
15、25、35、45 ゲート絶縁膜
16、26、36、46 有機半導体層
16a、26a、36a、46a 有機半導体性化合物を含む溶液(液滴)
17、27、37、47 チャネル領域
17a、27a、37a、47a チャネル形成領域
48 バンク
h1 チャネル形成領域における液滴の最低高さ
h2 チャネル形成領域における液滴の最高高さ
1、T2、T3、T4 チャネル領域の中心部分における有機半導体層の膜厚
2 Comb-shaped source electrode 3 Comb-shaped drain electrode 11, 21, 31, 41 Substrate 12, 22, 32, 42 Opposing source electrode 13, 23, 33, 43 Opposing drain electrode 14, 24, 34, 44 Gate Electrode 15, 25, 35, 45 Gate insulating film 16, 26, 36, 46 Organic semiconductor layer 16a, 26a, 36a, 46a Solution (droplet) containing organic semiconductor compound
17, 27, 37, 47 Channel region 17a, 27a, 37a, 47a Channel formation region 48 Bank h1 Minimum droplet height in channel formation region h2 Maximum droplet height in channel formation region T 1 , T 2 , T 3 , the thickness of the organic semiconductor layer in the center of the T 4 channel region

Claims (12)

基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域に配置された有機半導体層とを備えた有機電界効果トランジスタの製造方法であって、
有機半導体性化合物を含む溶液を前記基板上の少なくともチャネル形成領域に塗布し乾燥させて、膜厚分布がチャネル領域の中心部の膜厚に対して30%以内である前記有機半導体層を形成することを特徴とする有機電界効果トランジスタの製造方法。
An organic field effect transistor comprising: a gate electrode; a gate insulating film; a source electrode; a drain electrode; and an organic semiconductor layer disposed at least in a channel region between the source electrode and the drain electrode. A manufacturing method comprising:
A solution containing an organic semiconducting compound is applied to at least a channel formation region on the substrate and dried to form the organic semiconductor layer having a film thickness distribution within 30% of the film thickness at the center of the channel region. A method of manufacturing an organic field effect transistor.
前記チャネル形成領域に塗布した前記溶液において、最も低い高さをh1、最も高い高さをh2としたとき、h1は0ではなく、かつh2/h1の比が2以下である請求項1に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   2. The solution applied to the channel forming region, wherein h1 is not 0 and the ratio of h2 / h1 is 2 or less, where h1 is the lowest height and h2 is the highest height. A method for producing an organic field effect transistor. 前記高さh1と高さh2との関係が、前記チャネル形成領域への前記溶液の滴下量を制御することにより制御される請求項2に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   3. The method of manufacturing an organic field effect transistor according to claim 2, wherein the relationship between the height h <b> 1 and the height h <b> 2 is controlled by controlling a dripping amount of the solution into the channel formation region. 前記高さh1と高さh2との関係が、前記チャネル形成領域表面を親液パターニング処理する、あるいはチャネル形成領域の周囲を撥液パターニング処理することにより制御される請求項2に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   3. The organic electric field according to claim 2, wherein the relationship between the height h <b> 1 and the height h <b> 2 is controlled by performing a lyophilic patterning process on the surface of the channel formation region or a liquid repellent patterning process around the channel formation region. Effect transistor manufacturing method. 前記高さh1と高さh2との関係が、前記チャネル形成領域の周辺にバンクまたは溝を形成して前記溶液の塗布領域の形状を規定することにより制御される請求項2に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   The organic electric field according to claim 2, wherein the relationship between the height h1 and the height h2 is controlled by defining a shape of the application region of the solution by forming a bank or a groove around the channel formation region. Effect transistor manufacturing method. 前記チャネル形成領域に塗布した前記溶液が、前記基板の加熱により乾燥される請求項1〜5のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   The method for manufacturing an organic field effect transistor according to claim 1, wherein the solution applied to the channel formation region is dried by heating the substrate. 前記高さh1が1〜3000μm、前記高さh2が1〜6000μmである請求項2〜6のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。   The method for manufacturing an organic field effect transistor according to any one of claims 2 to 6, wherein the height h1 is 1 to 3000 µm, and the height h2 is 1 to 6000 µm. 前記請求項1〜7のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタの製造方法によって製造され、前記有機半導体層は、前記チャネル領域における膜厚の分布が、チャネル領域中心部の膜厚に対して30%以内である有機電界効果トランジスタ。   It is manufactured by the method for manufacturing an organic field effect transistor according to any one of claims 1 to 7, and the organic semiconductor layer has a film thickness distribution in the channel region with respect to a film thickness in the center of the channel region. Organic field effect transistor that is within 30%. 前記有機半導体層は、イオン化ポテンシャルが4〜6eVの有機半導体性化合物からなる請求項8に記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to claim 8, wherein the organic semiconductor layer is made of an organic semiconductor compound having an ionization potential of 4 to 6 eV. 前記有機半導体層の前記チャネル領域中心部の膜厚が50〜500nmである請求項8または9に記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to claim 8 or 9, wherein the thickness of the central portion of the channel region of the organic semiconductor layer is 50 to 500 nm. 前記ソース電極およびドレイン電極が、前記有機半導体層の周縁部よりも内側に配置された請求項8〜10のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to any one of claims 8 to 10, wherein the source electrode and the drain electrode are disposed on an inner side than a peripheral edge portion of the organic semiconductor layer. 前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネル領域を包囲するバンクまたは溝をさらに備え、このバンクまたは溝の内側領域に前記有機半導体層が形成されている請求項8〜10のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic semiconductor according to claim 8, further comprising a bank or a groove surrounding the source electrode, the drain electrode, and the channel region, wherein the organic semiconductor layer is formed in an inner region of the bank or the groove. Field effect transistor.
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