JP2008227141A - 薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な方法でドメイン境界のほとんどない大きなドメインの薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基板の上の所望の領域に薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法において、所望の領域に接する第１の隔壁層を基板の上に形成する工程と、所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程と、溶液を乾燥させる工程と、をこの順で行うことを特徴とする薄膜結晶の製造方法。
【選択図】図２
【解決手段】基板の上の所望の領域に薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法において、所望の領域に接する第１の隔壁層を基板の上に形成する工程と、所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程と、溶液を乾燥させる工程と、をこの順で行うことを特徴とする薄膜結晶の製造方法。
【選択図】図２
Description
本発明は、薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、特に大面積表示装置の駆動素子として利用されている。現在実用化されているＴＦＴはａ−Ｓｉやｐｏｌｙ−Ｓｉといったシリコン系の無機材料で製造されているが、このような無機ＴＦＴの製造工程においては、真空プロセスや高温プロセスを行うため高価な設備や複雑な工程が必要である。
そこで近年、有機材料を用いたＴＦＴ（有機ＴＦＴ）技術の研究開発が盛んに行なわれている。（特許文献１、非特許文献１等参照）。有機材料は無機材料と比較して材料の選択幅が大きい。また、有機ＴＦＴの製造工程においては、真空プロセス、高温プロセスの代わりに、印刷、塗布といった生産性に優れたプロセスを用いることができるので、製造コストが抑えられる。また耐熱性のない、例えばプラスティックフィルム基板等にも形成することができる可能性があり（非特許文献２参照）、多方面への応用が期待されている。
一般にＴＦＴにおいては、ある距離をおいて配置された２つの電極（ソース電極、ドレイン電極）をまたぐように半導体層が配置される。基板上に先に半導体層が形成され、あとから電極が形成される場合をトップコンタクト型、先に電極が形成され、あとから半導体層が形成される場合をボトムコンタクト型と呼んでいるが、いずれにしても半導体層は電極が形成される場所によって定められた所定の位置に形成される必要がある。
有機半導体層の形成方法には、有機材料を真空中で加熱し、蒸発させて基板に堆積することで形成する蒸着法や、溶媒に有機材料を溶かし、この液を基板に塗布し、溶媒を乾燥させることで、半導体層を形成する塗布法がある。後者には、液体を基板に載せて基板を高速回転させることで、液体膜を基板全面に付着させるスピンコート法や、基板の所定の位置にのみ液滴を滴下する方法、例えばインクジェット法やディスペンサ法等がある。
特に液滴を所定位置のみに滴下する方法では、材料を無駄なく利用することができ、他の方法に必要な不要部分の材料除去プロセスが必要なくなるので、工程を簡略にできる。
例えば、基板上に形成された隔壁層で区画された画素部に有機半導体材料をインクジェット法で塗布し、有機半導体の非晶質薄膜を形成する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
また、液滴を滴下する方法はこのように利点が多いので、有機半導体層だけではなく電極形成への応用も検討されているが、液滴を滴下する方法では微小なパターンニングは困難である。そのため、例えば、液滴を塗布する位置の周辺に隔壁構造を設け、滴下した液体の移動を防ぐことによりソース電極、ドレイン電極を形成する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー） ＳＩＤ‘０２ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ５７ 特開平１０ー１９０００１号公報
特開２００６ー６６２９４号公報
特開２００６ー１６５２３４号公報
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー） ＳＩＤ‘０２ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ５７
従来、特許文献２に開示されているように半導体層の形成に塗布法を用いる場合には、半導体材料として高分子系材料が用いられてきた。しかしながら、塗布法を用いることのできる可溶性の高分子有機半導体材料はキャリア移動度が小さいという問題がある。そのため最近、分子間の電荷移動がよりスムーズで、高い移動度が期待できる低分子結晶系材料を、ＴＦＴの半導体層として用いることが検討され始めている。低分子結晶系材料から薄膜結晶を形成すると高移動度の半導体層を形成することができる。
このような低分子結晶系材料から薄膜結晶を形成する際に、もし薄膜結晶が多くのドメインを持っていると、ドメインの境界で電荷トラップが発生し、電荷移動が妨げられ、移動度が低下するという問題がある。したがって、低分子結晶系材料からドメイン境界のほとんどない大きなドメインの薄膜結晶を形成することが望ましい。
大きなドメインの薄膜結晶を得るには、液体の乾燥速度を落として結晶をゆっくり成長させる必要がある。このため、従来は溶媒に沸点温度の高いものが用いられることがあるが、塗布してから乾燥までの時間が長いため、基板の傾斜や、外部振動、溶媒蒸発に伴う気流発生などの影響により液滴が移動してしまう問題がある。
液滴の移動は、例えば特許文献２、３に開示されているように隔壁を設ければ防ぐことができる。しかしながら、隔壁を設けて隔壁の内側に液滴を滴下し、時間をかけて乾燥させても結晶成長の起点となる種結晶が複数発生する場合がある。種結晶が複数発生すると、それぞれの種結晶から結晶が成長するため、複数の結晶ドメインが発生し、ドメイン境界によって電荷の移動が妨げられ、移動度が低下する、という課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な方法でドメイン境界のほとんどない大きなドメインの薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
１．
基板の上の所望の領域に薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法において、
特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程と、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程と、
前記溶液を乾燥させる工程と、をこの順で行うことを特徴とする薄膜結晶の製造方法。
基板の上の所望の領域に薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法において、
特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程と、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程と、
前記溶液を乾燥させる工程と、をこの順で行うことを特徴とする薄膜結晶の製造方法。
２．
前記特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程において、
前記所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程の後、
前記第１の隔壁層の前記特定部分を圧接して前記第１の隔壁層より厚みが薄い段差部を形成する工程を行うことを特徴とする１に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程において、
前記所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程の後、
前記第１の隔壁層の前記特定部分を圧接して前記第１の隔壁層より厚みが薄い段差部を形成する工程を行うことを特徴とする１に記載の薄膜結晶の製造方法。
３．
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程において、
前記有機半導体材料を含む溶液を前記段差部を覆うまで滴下することを特徴とする２に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程において、
前記有機半導体材料を含む溶液を前記段差部を覆うまで滴下することを特徴とする２に記載の薄膜結晶の製造方法。
４．
前記所望の領域に接する第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記第１の隔壁層の表面に親液性を有する親液層を形成する工程を行うことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記所望の領域に接する第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記第１の隔壁層の表面に親液性を有する親液層を形成する工程を行うことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。
５．
前記第１の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記第１の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。
６．
前記所望の領域の周囲を特定部分を除いて一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行うことを特徴とする１に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記所望の領域の周囲を特定部分を除いて一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行うことを特徴とする１に記載の薄膜結晶の製造方法。
７．
前記第２の隔壁層の厚みは前記第１の隔壁層の厚みより薄いことを特徴とする６に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記第２の隔壁層の厚みは前記第１の隔壁層の厚みより薄いことを特徴とする６に記載の薄膜結晶の製造方法。
８．
前記第１の隔壁層は撥液性の材料で形成され、前記第２の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする６または７に記載の薄膜結晶の製造方法。
前記第１の隔壁層は撥液性の材料で形成され、前記第２の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする６または７に記載の薄膜結晶の製造方法。
９．
基板の上に、ソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記所望の領域は、前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれた部分であり、
基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程と、
前記基板の上に１乃至８の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法を用いて前記有機半導体層の薄膜結晶を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
基板の上に、ソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記所望の領域は、前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれた部分であり、
基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程と、
前記基板の上に１乃至８の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法を用いて前記有機半導体層の薄膜結晶を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
本発明によれば、薄膜結晶を形成する所望の領域の周囲に隔壁層を設け、所望の領域に滴下した有機半導体材料を含む溶液を所望の領域に留めるとともに、滴下した液体の一部分を早く乾燥させるので、その部分から結晶が成長し、種結晶が複数発生することがない。よって、簡単な方法でドメイン境界のほとんどない大きなドメインの薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
次に、本発明に係わる有機半導体層１０を薄膜結晶として成膜する有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと記す。）の製造方法を説明する。図１は本発明に係わる有機ＴＦＴの基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程を説明する説明図である。図２は本発明に係わる有機ＴＦＴの製造方法の第１の実施形態を説明する説明図である。
図１、図２を用いて、基板１上にゲート電極２を設け、更にゲート絶縁層７、ソース電極８とドレイン電極９を設けた後、有機半導体層１０を形成したボトムゲート、ボトムコンタクト型の有機ＴＦＴ素子を形成する場合の製造方法について順を追って説明する。図１では各実施形態に共通する第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程までを説明する。
図１（１−ｂ）、図１（２−ｂ）、図１（３−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図である。図１（１−ａ）、図１（２−ａ）、図１（３−ａ）は、それぞれ基板１を図１（１−ｂ）、図１（２−ｂ）、図１（３−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ３を説明する。工程Ｓ１〜Ｓ３は本発明の基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程である。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
図１（１−ａ）、図１（１−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。本発明において、基板１は特に材料を限定されない。例えばポリイミドやポリエチレンテフタノール（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ガラスなどを用いることができる。
ゲート電極２には各種金属薄膜を利用できる。例えばＡｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ等の低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持基板への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。製造方法は、目的の形状にパターニングすることのできるマスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、各種印刷法が利用できる。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
図１（２−ａ）、図１（２−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスやスピンコート法、インクジェット法などのウェットプロセスで形成する。ゲート絶縁層７としては、特に材料を限定されず種々の絶縁膜を用いることができる。無機材料では酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の無機酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物が利用できる。有機材料ではポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等が利用できる。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
図１（３−ａ）、図１（３−ｂ）に示すように、ソース電極８、ドレイン電極９を形成する。
ソース電極８、ドレイン電極９には有機半導体層１０との電気的コンタクト性がよい材料を用いる。例えばペンタセンに対してはＡｕ、ＩＴＯ等を利用することが好ましい。これらの材料を真空蒸着やスパッタリング等の方法で製膜した後、フォトリソグラフィー法で目的の形状にパターニングする。あるいは、各種印刷法により直接ソース電極８、ドレイン電極９のパターンを形成してもよい。
このようにして基板の最上層としてソース電極８とドレイン電極９が設けられている基板を準備する。
次に、図２を用いて第１の実施形態における工程Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３以降の工程について説明する。
図２（１−ｂ）〜図２（５−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図である。図２（１−ａ）〜図２（５−ａ）は、それぞれ基板１を図２（１−ｂ）〜図２（５−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、図１で説明した本発明の基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程以降の工程Ｓ４〜Ｓ７を説明する。
有機ＴＦＴの場合、薄膜結晶の有機半導体層１０を形成する所望の領域は、ソース電極８、ドレイン電極９、および前記ソース電極８と前記ドレイン電極９に挟まれた部分、すなわちチャネル部１１である。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ４・・・・・第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
図２（１−ａ）、図２（１−ｂ）に示すように、所望の領域の一部であるドレイン電極９を囲むように第１の隔壁層２０を形成する。特定部分はソース電極８、チャネル部１１である。
本発明において、第１の隔壁層２０は絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、無機材料では酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の無機酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物が利用できる。有機材料ではポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂が利用できる。あるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの熱可塑性樹脂、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、およびシアノエチルプルラン等が利用できる。
第１の隔壁層２０は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスやスピンコート法などのウェットプロセスでソース電極８とドレイン電極９が設けられている基板１の最上層に形成する。その後、フォトリソグラフィー法などを用いて図２（１−ａ）、図２（１−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングする。あるいは、各種印刷法により直接第１の隔壁層２０のパターンを形成しても良い。
第１の隔壁層２０の厚みｔ1は図２（１−ａ）のようにドレイン電極９の厚みより厚くする。ドレイン電極９の厚みは製法によって異なるが一般に１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、第１の隔壁層２０の厚みｔ1はドレイン電極９より厚い１００ｎｍ〜１０μｍの範囲で形成することが望ましい。
Ｓ５・・・・・第２の隔壁層２１を基板１の上に形成する工程。
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示すように、所望の領域の特定部分であるソース電極８、チャネル部１１を囲むように第２の隔壁層２１を形成する。本実施形態では、第１の隔壁層２０の厚みｔ1、第２の隔壁層２１の厚みｔ2とするとｔ1＞ｔ2となるよう第２の隔壁層２１を形成する。また、第２の隔壁層２１の厚みｔ2は図２（２−ａ）のようにソース電極８の厚みより厚くする。ソース電極８の厚みは１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、第２の隔壁層２１の厚みｔ2はソース電極８より厚い１００ｎｍ〜１０μｍの範囲で形成することが望ましい。
なお、本実施形態では第１の隔壁層２０をドレイン電極９側に、第２の隔壁層２１をソース電極８に設けているが、特に限定されるものではなく何れの側に設けても良い。
第２の隔壁層２１には、第１の隔壁層２０と同様の絶縁性を有する材料が利用できる。
また、第２の隔壁層２１は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスでソース電極８とドレイン電極９が設けられている基板１の最上層に形成する。その後、フォトリソグラフィー法などを用いて図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングする。あるいは、各種印刷法により直接第２の隔壁層２１のパターンを形成しても良い。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
図２（３−ａ）、（３−ｂ）ではインクジェット法を用いて、所望の領域であるチャネル部１１とソース電極８、ドレイン電極９に向けて有機半導体材料溶液４２を滴下する例を図示している。図２（３−ｂ）のように所望の領域は第１の隔壁層２０と第２の隔壁層２１に周囲を囲まれている。有機半導体材料溶液４２は、チャネル部１１の真上に位置する図示せぬインクジェットのノズルから滴下される有機半導体材料を含む溶液である。本実施形態ではインクジェット法の例を説明するが、液体の滴下法としては例えばディスペンサ法を用いても良い。
有機半導体材料溶液４２に用いる低分子結晶形の有機半導体材料の代表例としては、例えばペンタセン、ＴＩＰＳペンタセンなどがある。溶媒としては結晶を大きく成長させるため乾燥の遅い高沸点溶媒を用いることが望ましい。例えばテトラヒドロナフタレン、ｏ−ジクロロベンゼン、シクロペンタノンなどを利用できる。
図２（４−ａ）、（４−ｂ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の状態を図示している。このように滴下した直後の有機半導体材料溶液４２が第１の隔壁層２０を越えず、第２の隔壁層２１を少し越える程度の量の有機半導体材料溶液４２を滴下する。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
図２（４−ａ）、（４−ｂ）に示す状態の基板１を常温放置し、自然乾燥により有機半導体材料溶液４２の溶媒を乾燥させる。図２（４−ａ）に示すように有機半導体材料溶液４２が第２の隔壁層２１を越えている部分は浅く、その部分から先に溶媒が全て乾燥し結晶化が始まる。一方、第１の隔壁層２０と有機半導体材料溶液４２とが接する部分は深く、なかなか乾燥しない。本実施形態では、第２の隔壁層２１の側から溶媒が乾燥し結晶化が始まるので、一つの種結晶から大きな結晶ドメインを成長させることができる。
このようにして、有機半導体材料溶液４２の溶媒が乾燥すると、図２（５−ａ）、（５−ｂ）のように有機半導体層１０の薄膜結晶が形成できる。
なお、本実施形態の第１の隔壁層２０を撥液性に、第２の隔壁層２１を親液性にするとさらに有機半導体材料溶液４２の結晶化を促進することができる。有機半導体材料溶液４２は、親液性のある材料で形成された第２の隔壁層２１の上ではより広く薄く濡れ広がるので短時間で溶媒が蒸発し結晶化が促進される。また、有機半導体材料溶液４２は、撥液性のある材料で形成された第１の隔壁層２０には濡れ広がらないため溶媒の蒸発が遅れる。そのため、第２の隔壁層２１の側で発生した種結晶を、第１の隔壁層２０側で大きく成長させることができる。
撥液性材料としては例えばフッ素系樹脂を、親液性材料としては例えばＳｉＯ2を利用できる。
また、本実施形態では第１の隔壁層２０の厚みｔ1より第２の隔壁層２１の厚みｔ2を薄くして第２の隔壁層２１の表面に有機半導体材料溶液４２が濡れ広がるようにしたが、第１の隔壁層２０を撥液性、第２の隔壁層２１を親液性にすると第１の隔壁層２０の厚みｔ1と第２の隔壁層２１の厚みｔ2が同じ場合でも同様の効果が得られる。
工程Ｓ７をもって有機ＴＦＴが完成する。
次に、図３を用いて第２の実施形態における工程について説明する。
図３（１−ｂ）〜図３（４−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図である。図３（１−ａ）〜図３（４−ａ）は、それぞれ基板１を図３（１−ｂ）〜図３（４−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。図３（３−ａ−ＢＢ’）は基板１を図３（３−ｂ）の断面Ｂ−Ｂ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、図１で説明した本発明の基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程以降の工程Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７を説明する。第１の実施形態と同じ工程には同じ工程番号を付し、説明を省略する。
有機ＴＦＴの場合、薄膜結晶の有機半導体層１０を形成する所望の領域は、ソース電極８、ドレイン電極９、および前記ソース電極８と前記ドレイン電極９に挟まれた部分、すなわちチャネル部１１である。第２の実施形態では第２の隔壁層２１を形成せず、第１の隔壁層２０を所望の領域の大部分に接し、一部分が所望の領域に接しないようにパターンニングして形成する。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）に示す形状に第１の隔壁層２０を形成する。第２の実施形態では、図３（１−ｂ）のソース電極８側のＡ−Ａ’で示す部分は、特定部分であり第１の隔壁層２０が凹形状になっていてソース電極８と接していない。そのため、図３（１−ａ）のＡ−Ａ’の断面図のようにドレイン電極９の上には第１の隔壁層２０があるが、ソース電極８の上には第１の隔壁層２０が無い。
第１の隔壁層２０に用いる材料は、第１の実施形態と同様の材料が利用できる。
第１の隔壁層２０は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスやスピンコート法などのウェットプロセスでソース電極８とドレイン電極９が設けられている基板１の最上層に形成する。その後、フォトリソグラフィー法などを用いて図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングする。あるいは、各種印刷法により直接第１の隔壁層２０のパターンを形成しても良い。
第１の隔壁層２０の厚みｔ1は図３（１−ａ）のようにドレイン電極９またはソース電極８の厚みより厚くする。ドレイン電極９とソース電極８の厚みは製法によって異なるが一般に１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、第１の隔壁層２０の厚みｔ1はドレイン電極９、ソース電極８より厚い１００ｎｍ〜１０μｍの範囲で形成することが望ましい。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
図３（２−ａ）、（２−ｂ）ではインクジェット法を用いて、所望の領域であるチャネル部１１とソース電極８、ドレイン電極９に向けて有機半導体材料溶液４２を滴下する例を図示している。図３（２−ｂ）のように所望の領域は第１の隔壁層２０に特定部分を除いて周囲の大部分を囲まれている。
有機半導体材料溶液４２の材料および滴下方法は第１の実施形態と同様のものを利用できる。
図３（３−ｂ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の状態を示している。図３（３−ａ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の断面Ａ−Ａ’の状態を、図３（３−ａ−ＢＢ’）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の断面Ｂ−Ｂ’の状態を示している。図３（３−ａ）のように、滴下した直後の有機半導体材料溶液４２が第１の隔壁層２０を越えない程度の量の有機半導体材料溶液４２を滴下する。このようにすると、断面Ｂ−Ｂ’ではソース電極８、ドレイン電極９のそれぞれの上に第１の隔壁層２０が形成されているので、有機半導体材料溶液４２はこの間に留まり、有機半導体材料溶液４２の深さはソース電極８側とドレイン電極９側で均等になる。一方、特定部分では図３（３−ａ）に示すようにソース電極８の上には第１の隔壁層２０が形成されていないので、有機半導体材料溶液４２は図３（３−ａ）のように、ソース電極８側が雰囲気に触れる面積が、ドレイン９側に比べて大きくなる。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
図３（３−ａ）、（３−ｂ）に示す状態の基板１を放置し、自然乾燥により有機半導体材料溶液４２の溶媒を乾燥させる。図３（３−ａ）に示すように有機半導体材料溶液４２がソース電極８の上に広がっている部分は雰囲気に触れている面積が大きく、その部分から先に溶媒が全て乾燥し結晶化が始まる。一方、第１の隔壁層２０と有機半導体材料溶液４２とが接する部分は雰囲気に触れている面積が小さく、なかなか乾燥しない。本実施形態では、ソース電極８の上に広がっている部分から溶媒が乾燥し結晶化が始まるので、一つの種結晶から大きな結晶ドメインを成長させることができる。
このようにして、図３（４−ａ）、（４−ｂ）のように有機半導体材料溶液４２の溶媒が乾燥し、有機半導体層１０の薄膜結晶が形成される。
工程Ｓ７をもって有機ＴＦＴが完成する。
次に、図４を用いて第３の実施形態における工程について説明する。
図４（１−ｂ）〜図４（５−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図である。図４（１−ａ）〜図４（５−ａ）は、それぞれ基板１を図４（１−ｂ）〜図４（５−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、図１で説明した本発明の基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程以降の工程Ｓ４、Ｓ５Ｂ、Ｓ６、Ｓ７を説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態の工程Ｓ４とＳ６の間に親液層４０を形成する工程Ｓ５Ｂを行う点以外は第２の実施形態と同様であり、同じ工程には同じ工程番号を付し、説明を省略する。
有機ＴＦＴの場合、薄膜結晶の有機半導体層１０を形成する所望の領域は、ソース電極８、ドレイン電極９、および前記ソース電極８と前記ドレイン電極９に挟まれた部分、すなわちチャネル部１１である。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
図３で説明した第２の実施形態の工程Ｓ４と同じ工程であり説明を省略する。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
図４（２−ａ）、（２−ｂ）のように第１の隔壁層２０の一部に親液層４０を形成する。親液層４０は、例えば界面活性処理剤をスピンコートにより基板１上に塗布し、乾燥させて形成する。あるいは、マスク露光法を用いて、樹脂材料で形成された第１の隔壁層２０の一部に紫外線を照射し、表面を親液層４０とする。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
図４（３−ａ）、（３−ｂ）ではインクジェット法を用いて、所望の領域であるチャネル部１１とソース電極８、ドレイン電極９に向けて有機半導体材料溶液４２を滴下する例を図示している。有機半導体材料溶液４２の材料および滴下方法は第２の実施形態と同様のものを利用できる。
図４（４−ｂ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の状態を示している。図４（４−ａ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の断面Ａ−Ａ’の状態を示している。
断面Ａ−Ａ’では第２の実施形態と同様に、ソース電極８の上には第１の隔壁層２０が形成されていないので、有機半導体材料溶液４２は図３（４−ａ）のようにソース電極８
側の雰囲気に触れる面積が、ドレイン電極９側と比べて大きくなる。
側の雰囲気に触れる面積が、ドレイン電極９側と比べて大きくなる。
親液層４０を設けると、第１の隔壁層２０を親液性材料で形成した場合と同様に、有機半導体材料溶液４２が親液層４０に付着するので、乾燥中に有機半導体材料溶液４２が移動することを防止できる。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
第２の実施形態と同じ工程であり説明を省略する。
このようにして、図３（５−ａ）、（５−ｂ）のように有機半導体材料溶液４２の溶媒が乾燥し、有機半導体層１０の薄膜結晶が形成される。
工程Ｓ７をもって有機ＴＦＴが完成する。
次に、図５を用いて第４の実施形態における工程について説明する。
図５（１−ｂ）〜図５（６−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図である。図５（１−ａ）〜図５（６−ａ）は、それぞれ基板１を図５（１−ｂ）〜図５（６−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。図５（５−ａ−ＢＢ’）は基板１を図５（５−ｂ）の断面Ｂ−Ｂ’で切断した断面図である。
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、図１で説明した本発明の基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程以降の工程Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ、Ｓ６、Ｓ７を説明する。第４の実施形態は、工程Ｓ４を工程Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂの２工程で行う点以外は第２の実施形態と同様であり、同じ工程には同じ工程番号を付し、説明を省略する。
有機ＴＦＴの場合、薄膜結晶の有機半導体層１０を形成する所望の領域は、ソース電極８、ドレイン電極９、および前記ソース電極８と前記ドレイン電極９に挟まれた部分、すなわちチャネル部１１である。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ４Ｂ・・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ４Ｂ・・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ４Ａ・・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
図５（１−ａ）、図５（１−ｂ）に示すように、所望の領域であるドレイン電極９、ソース電極８、チャネル部１１を囲むように第１の隔壁層２０を形成する。
本実施形態では、例えばポリメチルメタクリレートのような熱可塑性樹脂材料を用いて、例えばフォトリソグラフィー法により図５（１−ｂ）の形状に第１の隔壁層２０を形成する。
第１の隔壁層２０の厚みｔ1は図５（１−ａ）のようにドレイン電極９の厚みより厚くする。ドレイン電極９の厚みは製法によって異なるが一般に１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、第１の隔壁層２０の厚みｔ1はドレイン電極９より厚い１００ｎｍ〜１０μｍの範囲で形成することが望ましい。
Ｓ４Ｂ・・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
本工程では、例えばナノインプリント技術を用いて第１の隔壁層２０に段差部２０ｂを形成する。基板１全体を加熱し、図５（２−ａ）に示すようにモールド金型５０を図中の矢印方向に押し下げて第１の隔壁層２０を圧接する。その後、冷却してからモールド金型５０を剥離する。
図５（３−ａ）、図５（３−ｂ）にはモールド金型５０によって形成された段差部２０ｂを図示している。段差部２０ｂは、所望の領域に接する第１の隔壁層２０の一部がモールド金型５０によって薄くなり段差を形成している。段差部２０ｂの厚みは図５（３−ａ）のようにソース電極８の厚みより厚くする。ソース電極８の厚みは１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、第２の隔壁層２１の厚みｔ1はソース電極８より厚い１００ｎｍ〜１０μｍの範囲で形成することが望ましい。本工程以降、第１の隔壁層２０の段差部２０ｂが設けられていない部分を第１の隔壁層２０ａと図示する。
なお、第１の隔壁層２０の材料は熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、光硬化性樹脂を用いて第１の隔壁層２０を形成し、モールド金型５０で段差部２０ｂを形成した後、光を照射することにより第１の隔壁層２０を硬化させても良い。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
図５（４−ａ）、（４−ｂ）ではインクジェット法を用いて、所望の領域であるチャネル部１１とソース電極８、ドレイン電極９に向けて有機半導体材料溶液４２を滴下する例を図示している。
有機半導体材料溶液４２の材料および滴下方法は第１の実施形態と同様のものを利用できる。
図５（５−ｂ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の状態を示している。図５（５−ａ）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の断面Ａ−Ａ’の状態を、図５（５−ａ−ＢＢ’）は有機半導体材料溶液４２を滴下した直後の基板１の断面Ｂ−Ｂ’の状態を示している。
図５（５−ａ）のように、滴下した直後の有機半導体材料溶液４２が第１の隔壁層２０を越えない程度の量の有機半導体材料溶液４２を滴下する。このようにすると、断面Ｂ−Ｂ’ではソース電極８、ドレイン電極９のそれぞれの上に第１の隔壁層２０が形成されているので、有機半導体材料溶液４２はこの間に留まり、有機半導体材料溶液４２の深さはソース電極８側とドレイン電極９側で均等になる。一方、断面Ａ−Ａ’ではソース電極８に接する第１の隔壁層２０の一部に段差部２０ｂが形成されているので、有機半導体材料溶液４２の深さは図５（５−ａ）のようにソース電極８の上など、段差部２０ｂが形成されている部分で浅くなる。
乾燥中に有機半導体材料溶液４２がどんどん広がっていくのを防止するため、第１の隔壁層２０を親液性材料で形成することが望ましい。このようにすると、有機半導体材料溶液４２が第１の隔壁層２０に付着するので、乾燥中に有機半導体材料溶液４２が移動することを防止できる。第１の隔壁層２０に用いる親液性材料は例えばＳｉＯ2である。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
図５（５−ａ）、（５−ｂ）に示す状態の基板１を放置し、自然乾燥により有機半導体材料溶液４２の溶媒を乾燥させる。図５（５−ａ）に示すように有機半導体材料溶液４２がソース電極８の上に広がっている部分は浅く、その部分から先に溶媒が全て乾燥し結晶化が始まる。一方、第１の隔壁層２０と有機半導体材料溶液４２とが接する部分は深く、なかなか乾燥しない。本実施形態では、段差部２０ｂの上に広がっている部分から溶媒が乾燥し結晶化が始まるので、一つの種結晶から大きな結晶ドメインを成長させることができる。
このようにして、図５（６−ａ）、（６−ｂ）のように有機半導体材料溶液４２の溶媒が乾燥し、有機半導体層１０の薄膜結晶が形成される。
工程Ｓ７をもって有機ＴＦＴが完成する。
なお、本発明はトップゲート型の有機ＴＦＴにも適用できる。
トップゲート型の有機ＴＦＴの製造方法では、下記のようにゲート絶縁層７を形成する工程とゲート電極を形成する工程が後になるだけであり、有機半導体層１０を形成する工程は例えば下記のように今まで説明した工程の順と変わらない。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例では第１の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
本実施例では第１の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５・・・・・所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ａｌ膜を予め形成した基板１に対してフォトリソグラフィー法を用いて、ゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
ゲート絶縁層７として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ2膜を基板１上に３００ｎｍ形成した。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
次に洗浄後、スパッタ法にて錫ドープ酸化インジウム膜（ＩＴＯ）をゲート絶縁層７上に１００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法によりソース電極８、ドレイン電極９を形成した。
Ｓ４・・・・・第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
第１の隔壁層２０として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ2膜を基板１上に５００ｎｍ形成した。その後、フォトリソグラフィー法を用いて図２（１−ａ）、図２（１−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングした。
Ｓ５・・・・・第２の隔壁層２１を基板１の上に形成する工程。
第２の隔壁層２１として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ2膜を基板１上に３００ｎｍ形成した。その後、フォトリソグラフィー法を用いて図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングした。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
インクジェットを用いて図２（３−ａ）、図２（３−ｂ）のように有機半導体材料溶液４２を滴下した。有機半導体材料溶液４２の有機半導体材料はＴＩＰＳペンタセン、溶媒はテトラヒドロナフタレンを使用した。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
基板１を常温で放置し溶媒を乾燥させた。その結果、厚み４０〜５０ｎｍの有機半導体層１０の薄膜結晶を形成できた。
また、工程Ｓ４、Ｓ５は省き、工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７を同じ条件で行って比較例の半導体素子を作製した。
〔実験結果〕
実施例１で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例１で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
実施例１で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例１で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
［実施例２］
本実施例では第２の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
本実施例では第２の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ１〜Ｓ３までの工程は実施例１と同じ条件で行った。
Ｓ４・・・・・第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
第１の隔壁層２０として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ2膜を基板１上に５００ｎｍ形成した。その後、フォトリソグラフィー法を用いて図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）に示す目的の形状にパターンニングした。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
インクジェットを用いて図３（３−ａ）、図３（３−ｂ）のように有機半導体材料溶液４２を滴下した。有機半導体材料溶液４２の有機半導体材料はＴＩＰＳペンタセン、溶媒はテトラヒドロナフタレンを使用した。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
基板１を常温で放置し溶媒を乾燥させた。その結果、厚み４０〜５０ｎｍの有機半導体層１０の薄膜結晶を形成できた。
また、工程Ｓ４、Ｓ５は省き、工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７を同じ条件で行って比較例の半導体素子を作製した。
〔実験結果〕
実施例２で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例２で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
実施例２で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例２で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
［実施例３］
本実施例では第３の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
本実施例では第３の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・特定部分を除いて所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ１〜Ｓ３までの工程は実施例１と同じ条件で行った。
Ｓ４・・・・・第１の隔壁層２０を基板１の上に形成する工程。
Ｓ４の工程は実施例２と同じ条件で行った。
Ｓ５Ｂ・・・・親液層４０を第１の隔壁層２０の一部に形成する工程。
界面活性剤をスピンコートにより基板１上に塗布し、乾燥させて形成した。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ６の工程は実施例２と同じ条件で行った。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
基板１を常温で放置し溶媒を乾燥させた。その結果、厚み４０〜５０ｎｍの有機半導体層１０の薄膜結晶を形成できた。
また、工程Ｓ４、Ｓ５Ｂは省き、工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７を同じ条件で行って比較例の有機ＴＦＴを作製した。
〔実験結果〕
実施例３で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例３で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０は、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
実施例３で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例３で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０は、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
［実施例４］
本実施例では第４の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ４Ｂ・・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
本実施例では第４の実施形態の工程に基づいて、基板上に有機ＴＦＴを作製した。以下、第１の実施形態で説明した工程番号の順に説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ４Ｂ・・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
Ｓ１〜Ｓ３までの工程は実施例１と同じ条件で行った。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
Ｓ４Ａ・・・・所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層２０を前記基板の上に形成する工程。
第１の隔壁層２０の材料としてポリメチルメタクリレートを用いて、フォトリソグラフィー法により図５（１−ｂ）に示す形状の第１の隔壁層２０を形成した。
Ｓ４Ｂ・・・第１の隔壁層２０の特定部分を圧接して第１の隔壁層２０より厚みが薄い段差部を形成する工程。
基板１全体を加熱し、モールド金型５０を図中の矢印方向に押し下げて第１の隔壁層２０を圧接し、その後、冷却してからモールド金型５０を剥離して段差部２０ｂを形成した。
Ｓ６・・・・・所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程。
Ｓ６の工程は実施例２と同じ条件で行った。
Ｓ７・・・・・有機半導体材料を含む溶液を乾燥させる工程。
基板１を常温で放置し溶媒を乾燥させた。その結果、厚み４０〜５０ｎｍの有機半導体層１０の薄膜結晶を形成できた。
また、工程Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂは省き、工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７を同じ条件で行って比較例の半導体素子を作製した。
〔実験結果〕
実施例４で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例４で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
実施例４で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０と比較例の有機ＴＦＴの半導体層１０を顕微鏡で観察して結晶の形状を観察した。その結果、実施例４で作製した有機ＴＦＴの半導体層１０には、比較例より大きな結晶ドメインが形成されていることが確認できた。
なお、本実施形態では有機ＴＦＴを作成する例について説明したが、本発明の適用は有機ＴＦＴの製造に限定されるものではなく、有機ダイオード、有機フォトダイオードなどの電子デバイスにも適用可能である。
以上このように、本発明によれば、簡単な方法でドメイン境界のほとんどない大きなドメインの薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
１ 基板
２ ゲート電極
７ ゲート絶縁層
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ 有機半導体層
２０ 第１の隔壁層
２０ｂ 段差部
２１ 第２の隔壁層
４２ 有機半導体材料溶液
２ ゲート電極
７ ゲート絶縁層
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ 有機半導体層
２０ 第１の隔壁層
２０ｂ 段差部
２１ 第２の隔壁層
４２ 有機半導体材料溶液
Claims (9)
- 基板の上の所望の領域に薄膜結晶を形成する薄膜結晶の製造方法において、
特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程と、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程と、
前記溶液を乾燥させる工程と、をこの順で行うことを特徴とする薄膜結晶の製造方法。 - 前記特定部分を除いて前記所望の領域の周囲を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程において、
前記所望の領域の全周を一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程の後、
前記第１の隔壁層の前記特定部分を圧接して前記第１の隔壁層より厚みが薄い段差部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜結晶の製造方法。 - 前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程において、
前記有機半導体材料を含む溶液を前記段差部を覆うまで滴下することを特徴とする請求項２に記載の薄膜結晶の製造方法。 - 前記所望の領域に接する第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記第１の隔壁層の表面に親液性を有する親液層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。 - 前記第１の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法。
- 前記所望の領域の周囲を特定部分を除いて一定の厚みで囲む第１の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行った後、
前記所望の領域に有機半導体材料を含む溶液を滴下する工程の前に、
前記所望の領域の周囲の前記第１の隔壁層が形成されていない部分を一定の厚みで囲む第２の隔壁層を前記基板の上に形成する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜結晶の製造方法。 - 前記第２の隔壁層の厚みは前記第１の隔壁層の厚みより薄いことを特徴とする請求項６に記載の薄膜結晶の製造方法。
- 前記第１の隔壁層は撥液性の材料で形成され、前記第２の隔壁層は親液性の材料で形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の薄膜結晶の製造方法。
- 基板の上に、ソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記所望の領域は、前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれた部分であり、
基板の最上層としてソース電極とドレイン電極が設けられている基板を準備する工程と、
前記基板の上に請求項１乃至８の何れか１項に記載の薄膜結晶の製造方法を用いて前記有機半導体層の薄膜結晶を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
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