JP2008244363A - Thin film transistor, electronic circuit, display device, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、電子回路、表示装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a thin film transistor, an electronic circuit, a display device, and an electronic apparatus.
近年、半導体的な電気伝導を示す有機材料(有機半導体材料)を使用した薄膜トランジスタの開発が進められている。この薄膜トランジスタは、薄型軽量化に適すること、可撓性を有すること、材料コストが安価であること等の長所を有しており、フレキシブルディスプレイ等のスイッチング素子として期待されている。
この薄膜トランジスタとしては、基板上に、ソース電極、ドレイン電極が形成され、これら電極上に有機半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極がこの順に積層されたものが提案されている。
In recent years, development of a thin film transistor using an organic material (organic semiconductor material) that exhibits semiconducting electrical conduction has been promoted. This thin film transistor has advantages such as being suitable for reduction in thickness and weight, flexibility, and low material cost, and is expected as a switching element for flexible displays and the like.
As this thin film transistor, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate, and an organic semiconductor layer, a gate insulating layer, and a gate electrode are laminated on the electrodes in this order.
ところで、薄膜トランジスタの特性を評価する指標の1つとして、オフ電流がある。薄膜トランジスタでは、オフ電流が小さい程、良好なスイッチング特性が得られるとともに、消費電力を抑制し得るので、オフ電流は可能な限り小さくなっているのがよい。しかしながら、従来の構成の薄膜トランジスタは、オフ電流が十分に小さくなっているとは言えないのが実情であった。 Incidentally, an off-current is one of the indexes for evaluating the characteristics of a thin film transistor. In the thin film transistor, the smaller the off current, the better the switching characteristics and the lower the power consumption. Therefore, the off current should be as small as possible. However, it has been the actual situation that the thin film transistor having the conventional configuration cannot be said to have a sufficiently small off-state current.
ここで、薄膜トランジスタのオフ電流を増大させる原因の1つとして、ゲート絶縁層中に存在する金属イオンが有機半導体層に拡散し、この金属イオンによりソース電極とドレイン電極との間またはゲート電極とソース電極との間でリーク電流が生じることが挙げられる。すなわち、ゲート絶縁層には、その構成材料である有機絶縁材料を合成する際に用いられる触媒や溶媒に含まれる、アルカリ金属イオン等が混入しており、この不純物として混入するアルカリ金属イオン等が有機半導体層に拡散し、その結果、薄膜トランジスタのオフ電流の増大を招く。 Here, as one of the causes for increasing the off-state current of the thin film transistor, metal ions existing in the gate insulating layer diffuse into the organic semiconductor layer, and the metal ions cause a gap between the source electrode and the drain electrode or the gate electrode and the source. A leakage current is generated between the electrodes. That is, the gate insulating layer is mixed with alkali metal ions or the like contained in the catalyst or solvent used when synthesizing the organic insulating material that is the constituent material, and the alkali metal ions or the like mixed as impurities are included. Diffusion into the organic semiconductor layer results in an increase in the off current of the thin film transistor.
また、例えば、特許文献1に示すように、ゲート電極をAg等の金属を含有する導電性材料により構成した場合では、このゲート電極に含まれる金属がイオン化することにより金属イオンが生じ、この金属イオンがゲート絶縁層に拡散する。そして、金属イオンがさらに有機半導体層に拡散することにより、この場合も、薄膜トランジスタのオフ電流の増大を招く。
このようにゲート絶縁層から有機半導体層に拡散した金属イオンが、薄膜トランジスタのオフ電流の増大、すなわち薄膜トランジスタの特性の低下を招く主たる要因となっている。
For example, as shown in Patent Document 1, when the gate electrode is made of a conductive material containing a metal such as Ag, the metal contained in the gate electrode is ionized to generate metal ions. Ions diffuse into the gate insulating layer. Further, the metal ions further diffuse into the organic semiconductor layer, which also increases the off current of the thin film transistor.
Thus, the metal ions diffused from the gate insulating layer to the organic semiconductor layer are the main factors that cause an increase in off current of the thin film transistor, that is, a decrease in characteristics of the thin film transistor.
本発明の目的は、ゲート絶縁層から有機半導体層への金属イオンの拡散が防止され、特性の低下を抑制し得る薄膜トランジスタ、信頼性の高い電子回路、表示装置、および、電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a thin film transistor, a highly reliable electronic circuit, a display device, and an electronic device that can prevent metal ions from diffusing from a gate insulating layer to an organic semiconductor layer and suppress deterioration in characteristics. It is in.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極と、
有機半導体層と、
前記ゲート電極と前記有機半導体層との間に位置するゲート絶縁層と、
前記有機半導体層を介してキャリアの移動を行うソース電極およびドレイン電極と、を含み、
前記ゲート絶縁層は、金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質を含有することを特徴とする。
これにより、ゲート絶縁層から有機半導体層への金属イオンの拡散を防止することができ、薄膜トランジスタのオフ電流を低減すること、すなわち薄膜トランジスタの特性の低下を抑制することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The thin film transistor according to the present invention includes a gate electrode,
An organic semiconductor layer;
A gate insulating layer located between the gate electrode and the organic semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode that move carriers through the organic semiconductor layer, and
The gate insulating layer includes an ion trapping material capable of trapping metal ions.
Accordingly, diffusion of metal ions from the gate insulating layer to the organic semiconductor layer can be prevented, and the off current of the thin film transistor can be reduced, that is, the deterioration of the characteristics of the thin film transistor can be suppressed.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記イオン捕捉物質は、前記ゲート絶縁層中に含まれるアルカリ金属イオンを捕捉し得るものであることが好ましい。
これにより、ゲート絶縁層に不純物として混入するアルカリ金属イオンを、イオン捕捉物質により確実に捕捉することができ、このアルカリ金属イオンの有機半導体層への拡散を確実に防止することができる。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the ion trapping substance is capable of trapping alkali metal ions contained in the gate insulating layer.
Thereby, alkali metal ions mixed as impurities in the gate insulating layer can be reliably trapped by the ion trapping substance, and diffusion of the alkali metal ions to the organic semiconductor layer can be reliably prevented.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記ゲート電極は、金属元素を含有し、
前記イオン捕捉物質は、前記金属元素に由来する金属イオンを捕捉し得るものであることが好ましい。
これにより、ゲート絶縁層に拡散したゲート電極由来の金属イオンを、イオン捕捉物質により確実に捕捉することができ、この金属イオンの有機半導体層への拡散を確実に防止することができる。
In the thin film transistor of the present invention, the gate electrode contains a metal element,
It is preferable that the ion trapping substance is capable of trapping metal ions derived from the metal element.
Thereby, the metal ion derived from the gate electrode diffused in the gate insulating layer can be reliably trapped by the ion trapping substance, and the diffusion of the metal ion to the organic semiconductor layer can be surely prevented.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記イオン捕捉物質は、環状構造を有し、前記金属イオンの種類および/またはイオン径の違いに応じて、当該環状構造の環の種類および大きさを選択することが好ましい。
このように金属イオンの種類および/またはイオン径に応じて、環の種類および環の大きさを選択する構成とすることにより、捕捉すべき金属イオンを確実に捕捉することができる。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the ion trapping substance has a ring structure, and the type and size of the ring of the ring structure are selected according to the type of metal ion and / or the difference in ion diameter. .
Thus, the metal ion to be captured can be reliably captured by adopting a configuration in which the type of ring and the size of the ring are selected according to the type and / or ion diameter of the metal ion.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記環状構造は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびリン原子のうちの少なくとも1種のヘテロ原子を含むことが好ましい。
かかる環状構造は、イオン捕捉能が極めて高い構造であることから好ましい。また、環(内側空間)の大きさや、環の柔軟性を調整し易く、かかる環状構造の合成を比較的容易に行うことができるという利点もある。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the cyclic structure includes at least one heteroatom selected from an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom.
Such a cyclic structure is preferable because it has a very high ion trapping ability. Further, there is an advantage that the size of the ring (inner space) and the flexibility of the ring can be easily adjusted, and the synthesis of such a cyclic structure can be performed relatively easily.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記環状構造は、6つ以上の炭素原子と、2つ以上の少なくとも1種の前記へテロ原子とを前記環に有していることが好ましい。
かかる環状構造は、イオン捕捉能が極めて高い構造であることから好ましい。また、環(内側空間)の大きさや、環の柔軟性を調整し易く、かかる環状構造の合成を比較的容易に行うことができるという利点もある。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the ring structure has 6 or more carbon atoms and two or more at least one hetero atom in the ring.
Such a cyclic structure is preferable because it has a very high ion trapping ability. Further, there is an advantage that the size of the ring (inner space) and the flexibility of the ring can be easily adjusted, and the synthesis of such a cyclic structure can be performed relatively easily.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記ゲート絶縁層は、絶縁性材料で構成される基材中に、前記イオン捕捉物質が分散されてなるものであることが好ましい。
これにより、イオン捕捉物質により金属イオンを捕捉し得るとともに、隣接するイオン捕捉部同士の間に基材が介在するため、隣接するイオン捕捉物質同士の間での金属イオンの受け渡しを確実に防止することができる。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the gate insulating layer is formed by dispersing the ion trapping substance in a base material made of an insulating material.
As a result, the metal ions can be captured by the ion trapping substance, and since the base material is interposed between the adjacent ion trapping parts, the delivery of the metal ions between the adjacent ion trapping substances is surely prevented. be able to.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記絶縁性材料は、絶縁性ポリマーであることが好ましい。
絶縁性ポリマーで構成されるゲート絶縁層は、その形成が容易であるとともに、有機半導体層との密着性の向上を図ることもできることから好ましい。
本発明の薄膜トランジスタでは、前記絶縁性ポリマーは、非共有電子対が1以下のモノマーを含むことが好ましい。
これにより、絶縁性ポリマーによる金属イオンの伝達(拡散)を好適に防止または抑制することができる。そのため、隣接するイオン捕捉物質同士の間で、基材を介した金属イオンの受け渡しが行われるようになるのを確実に防止することができる。すなわち、捕捉された金属イオンをイオン捕捉物質内に確実に留めておくことができる。
In the thin film transistor of the present invention, the insulating material is preferably an insulating polymer.
A gate insulating layer made of an insulating polymer is preferable because it is easy to form and can improve adhesion to the organic semiconductor layer.
In the thin film transistor of the present invention, the insulating polymer preferably contains a monomer having 1 or less lone pair.
Thereby, transmission (diffusion) of metal ions by the insulating polymer can be suitably prevented or suppressed. Therefore, it is possible to reliably prevent the transfer of metal ions via the base material between adjacent ion trapping substances. That is, the trapped metal ions can be reliably kept in the ion trapping substance.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記イオン捕捉物質は、前記基材の前記有機半導体層との界面付近に偏在していることが好ましい。
これにより、ゲート絶縁層により、ゲート電極から拡散してきた金属イオンと、ゲート絶縁層中に不純物として混入するアルカリ金属イオンとの双方を、有機半導体層に到達させることなく捕捉することができる。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the ion trapping substance is unevenly distributed in the vicinity of an interface between the base material and the organic semiconductor layer.
Thus, both the metal ions diffused from the gate electrode and the alkali metal ions mixed as impurities in the gate insulating layer can be captured by the gate insulating layer without reaching the organic semiconductor layer.
本発明の薄膜トランジスタでは、前記イオン捕捉物質は、前記基材の前記ゲート電極との界面付近に偏在していることが好ましい。
これにより、ゲート電極から拡散してきた金属イオンをゲート絶縁層に含有されるイオン捕捉物質により捕捉し得る。
本発明の薄膜トランジスタでは、前記ゲート絶縁層中の前記イオン捕捉物質の含有量は、1〜40wt%であることが好ましい。
これにより、隣接するイオン捕捉物質同士間で金属イオンの受け渡しが行われるようになるのを確実に防止できることから、イオン捕捉物質により金属イオンを確実に捕捉することができる。その結果、ゲート絶縁層からの有機半導体層への金属イオンの拡散をより確実に防止することができる。
In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the ion trapping substance is unevenly distributed in the vicinity of the interface between the base material and the gate electrode.
Thereby, the metal ion diffused from the gate electrode can be captured by the ion trapping material contained in the gate insulating layer.
In the thin film transistor of the present invention, the content of the ion trapping substance in the gate insulating layer is preferably 1 to 40 wt%.
Thereby, since it can prevent reliably that a metal ion will be delivered between adjacent ion trapping substances, a metal ion can be reliably trapped with an ion trapping substance. As a result, diffusion of metal ions from the gate insulating layer to the organic semiconductor layer can be more reliably prevented.
本発明に係る電子回路は、本発明の薄膜トランジスタを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子回路が得られる。
本発明に係る表示装置は、本発明の電子回路を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い表示装置が得られる。
本発明に係る電子機器は、本発明の表示装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
An electronic circuit according to the present invention includes the thin film transistor of the present invention.
Thereby, a highly reliable electronic circuit is obtained.
A display device according to the present invention includes the electronic circuit according to the present invention.
Thereby, a highly reliable display device is obtained.
An electronic apparatus according to the present invention includes the display device of the present invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
以下、本発明の薄膜トランジスタ、電子回路、表示装置および電子機器について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<薄膜トランジスタ>
<<第1実施形態>>
まず、本発明の薄膜トランジスタの第1実施形態について説明する。
Hereinafter, a thin film transistor, an electronic circuit, a display device, and an electronic apparatus of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the drawings.
<Thin film transistor>
<< First Embodiment >>
First, a first embodiment of the thin film transistor of the present invention will be described.
図1は、本発明の薄膜トランジスタの第1実施形態を示す概略断面図、図2は、図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。
図1に示す薄膜トランジスタ1は、ゲート電極50と、互いに分離して設けられたソース電極20aおよびドレイン電極20bと、ソース電極20aおよびドレイン電極20bに接触して設けられた有機半導体層30と、有機半導体層30とゲート電極50との間に位置し、ゲート電極50に対してソース電極20aおよびドレイン電極20bを絶縁するゲート絶縁層40とを有する構造をしており、さらに基板10上に搭載されている。
このような薄膜トランジスタ1は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bが、ゲート絶縁層40を介してゲート電極50よりも基板10側に設けられた構成の薄膜トランジスタ、すなわち、トップゲート構造の薄膜トランジスタである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the thin film transistor of the present invention, and FIG. 2 is a view (longitudinal cross-sectional view) for explaining a manufacturing method of the thin film transistor shown in FIG.
The thin film transistor 1 shown in FIG. 1 includes a
Such a thin film transistor 1 is a thin film transistor having a structure in which the
以下、薄膜トランジスタ1を構成する各部について、順次説明する。 Hereinafter, each part which comprises the thin-film transistor 1 is demonstrated sequentially.
基板10は、薄膜トランジスタ1を構成する各層(各部)を支持するものである。
基板10には、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)ポリイミド(PI)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。
The
Examples of the
薄膜トランジスタ1に可撓性を付与する場合には、基板10には、プラスチック基板、あるいは、薄い(比較的膜厚の小さい)金属基板が選択される。
基板10上には、ソース電極20aおよびドレイン電極20bが設けられている。
ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成材料としては、例えば、Pd、Pt、Au、W、Ta、Mo、Al、Cr、Ti、Cuまたはこれらを含む合金等の金属材料が挙げられ、チャネル領域を移動するキャリアに応じて適宜選択するのが好ましい。
In the case where flexibility is given to the thin film transistor 1, a plastic substrate or a thin (relatively small film thickness) metal substrate is selected as the
On the
Examples of the constituent material of the
例えば、チャネル領域をホールが移動するpチャネル薄膜トランジスタの場合には、仕事関数が比較的大きいPd、Pt、Au、Ni、Cuまたはこれら金属を含む合金を使用するのが好ましい。さらには、イオン化傾向が小さい貴金属が好適に用いられ、具体的には、Au、Pd、Ptまたはこれらを含む合金のような金属材料、およびそれらの酸化物等を用いることができる。かかる金属材料で構成することにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bからの有機半導体層30への金属イオンの拡散を確実に防止することができる。
For example, in the case of a p-channel thin film transistor in which holes move in the channel region, it is preferable to use Pd, Pt, Au, Ni, Cu, or an alloy containing these metals having a relatively large work function. Furthermore, a noble metal having a small ionization tendency is preferably used. Specifically, a metal material such as Au, Pd, Pt, or an alloy containing these, and oxides thereof can be used. By using such a metal material, diffusion of metal ions from the
また、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、導電性有機材料で構成することもできる。
導電性有機材料としては、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)のようなエチレンジオキシチオフェン骨格等のチオフェン骨格、パラフェニレン骨格、パラフェニレンビニレン骨格等のフェニレン骨格、ピロール骨格、スチレン骨格、アセチレン骨格のような骨格を有する高分子化合物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Moreover, the
Examples of the conductive organic material include a thiophene skeleton such as an ethylenedioxythiophene skeleton such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene / styrene sulfonic acid) (PEDOT / PSS), a paraphenylene skeleton, and a paraphenylene vinylene skeleton. Examples thereof include polymer compounds having a skeleton such as a phenylene skeleton, a pyrrole skeleton, a styrene skeleton, and an acetylene skeleton, and one or more of them can be used in combination.
ソース電極20aおよびドレイン電極20bの平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、10〜2000nm程度であるのが好ましく、50〜1000nm程度であるのがより好ましい。
また、基板10上には、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、有機半導体層30が設けられている。
The average thickness of the
An
有機半導体層30は、有機半導体材料(半導体的な電気伝導を示す有機材料)を主材料として構成されている。
このような有機半導体材料としては、例えば、フルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)またはこれらの誘導体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂のような高分子の有機半導体材料や、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、高分子の有機半導体材料を主材料として用いるのが好ましい。高分子の有機半導体材料を主材料として構成される有機半導体層30は、薄型化・軽量化が可能であり、可撓性にも優れるため、フレキシブルディスプレイのスイッチング素子等として用いられる薄膜トランジスタへの適用に適している。
The
Examples of such organic semiconductor materials include fluorene-bithiophene copolymer (F8T2) or derivatives thereof, poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene, poly (p-phenylenevinylene), and pyreneformaldehyde. Resin, high molecular organic semiconductor materials such as ethylcarbazole formaldehyde resin, naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, phthalocyanine, perylene, hydrazone, triphenylmethane, diphenylmethane, stilbene, arylvinyl, pyrazoline, triphenylamine, Examples include low-molecular organic semiconductor materials such as triarylamine or derivatives thereof, and one or more of these can be used in combination. That is, in particular, to use an organic semiconductor material of a polymer as a main material preferable. The
有機半導体層30の平均厚さは、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、1〜500nm程度であるのがより好ましく、1〜100nm程度であるのがさらに好ましい。
なお、有機半導体層30は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように設けられるものでなくてもよく、少なくともソース電極20aとドレイン電極20bとの間の領域(チャネル領域31)に設けられていればよい。
The average thickness of the
The
また、図1では有機半導体層30は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bに接触して設けられているが、本発明の薄膜トランジスタは、有機半導体層を介してソース電極20aおよびドレイン電極20b間にキャリアが移動する構成であればよく、例えば有機半導体層30とソース電極20aの間、または有機半導体層30とドレイン電極20bの間にSAM膜などの薄い絶縁膜が形成されていてもよい。
In FIG. 1, the
有機半導体層30上には、イオン捕捉物質を含有するゲート絶縁層40が設けられている。
本実施形態のゲート絶縁層40は、イオン捕捉物質41を、絶縁性材料で構成されたマトリクス(基材)42中に分散して構成されている。ゲート絶縁層40は、イオン捕捉物質41を含有していればよいが、マトリクス42中にイオン捕捉物質41が分散する構成とすることにより、イオン捕捉物質41により金属イオンを捕捉し得るとともに、隣接するイオン捕捉部41同士の間にマトリクス42が介在するため、隣接するイオン捕捉物質41同士の間での金属イオンの受け渡しを確実に防止することができる。
On the
The
イオン捕捉物質41は、金属イオンを捕捉する機能を有する物質である。
このようなイオン捕捉物質41が、ゲート絶縁層40に含まれる構成とすることにより、ゲート絶縁層40中に不純物として混入する金属イオンおよびゲート電極50から拡散してきた金属イオンを、このイオン捕捉物質41で捕捉することができる。これにより、ゲート絶縁層40から有機半導体層30への金属イオンの拡散が防止される。その結果、有機半導体層30に金属イオンが拡散することによりマイグレーションが生じ、このマイグレーションよって引き起こされるソース電極とドレイン電極との間で発生するリーク電流や、ゲート電極とドレイン電極(またはソース電極)との間で発生するリーク電流を抑制または防止することができる。これにより、薄膜トランジスタ1における、オフ電流を低く抑えること、すなわち薄膜トランジスタ1の特性の低下を抑制することができる。
The
Such an
また、このようなイオン捕捉物質41がマトリクス42中に分散してなるゲート絶縁層40は、後述するようにイオン捕捉物質41と絶縁性材料(例えば、絶縁性ポリマー)とを含有する液状材料を用いて液状被膜を形成し、この液状被膜を乾燥する液相プロセスにより形成することができる。したがって、高温・高真空とするための大掛かりな装置が不要であり、薄膜トランジスタ1を簡易な装置で容易に形成することができる。
The
イオン捕捉物質41としては、例えば、内側空間に金属イオンを捕捉し得る環状構造(イオノフォア)を備えるもの、金属イオンと電気的に結合するSO3 −基、CO2 −基、PO4H−基、NH3 +基のようなイオン性基等を有するものが挙げられるが、特に、環状構造を有するものが好ましい。イオン捕捉物質として環状構造を有するものを用いることにより、金属イオンを捕捉する際に、例えば水素イオン等の他のイオンを放出することなく、金属イオンをより確実に捕捉し保持することができる。
The
また、この環状構造(イオノフォア)としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびリン原子等のヘテロ原子(異原子)のうちの少なくとも1種を含むもの(すなわち、メチレン基同士を、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびリン原子等のヘテロ原子で結合したもの)やその誘導体、メチレン基のみで構成されたもの(炭化水素環)等が挙げられるが、特に、メチレン基同士を、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびリン原子で結合したものやその誘導体が好ましい。このような環状構造は、イオン捕捉能が極めて高い構造であることから好ましい。また、環(内側空間)の大きさや、環の柔軟性を調整し易く、かかる環状構造の合成を比較的容易に行うことができるという利点もある。 Moreover, as this cyclic structure (ionophore), for example, a structure containing at least one hetero atom (heteroatom) such as an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom and a phosphorus atom (that is, a methylene group is bonded to an oxygen atom) Atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms and other heteroatoms), derivatives thereof, those composed only of methylene groups (hydrocarbon rings), and the like. Those bonded by an atom, nitrogen atom, sulfur atom and phosphorus atom and derivatives thereof are preferred. Such a cyclic structure is preferable because it has a very high ion trapping ability. Further, there is an advantage that the size of the ring (inner space) and the flexibility of the ring can be easily adjusted, and the synthesis of such a cyclic structure can be performed relatively easily.
なお、本明細書中で異原子とは、環状構造(複素環式化合物)の環を構成している原子のうち炭素原子を除くものを言い、例えば、上述したような、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびリン原子等が挙げられる。
このようなヘテロ原子を含む環状構造(イオノフォア)としては、例えば、6つ以上の炭素原子と、2つ以上の少なくとも1種のへテロ原子とを、環状構造を構成している環に有しているものが挙げられる。
In the present specification, a hetero atom refers to an atom constituting a ring of a cyclic structure (heterocyclic compound) excluding a carbon atom. For example, as described above, an oxygen atom, a nitrogen atom , Sulfur atom and phosphorus atom.
As such a cyclic structure (ionophore) containing a heteroatom, for example, it has 6 or more carbon atoms and 2 or more heteroatoms in the ring constituting the cyclic structure. Are listed.
具体的には、下記化1で表されるクラウンエーテル系、下記化2で表されるプロピレングリコール系、下記化3で表されるアザクラウン系、下記化4で表されるチオエーテル系のものや、下記化5で表される天然由来のもの、下記化6で表されるような複数のクラウン環が連結したもの等が挙げられる。 Specifically, a crown ether type represented by the following chemical formula 1, a propylene glycol type represented by the following chemical formula 2, an azacrown type represented by the following chemical formula 3, a thioether type represented by the chemical formula 4 below, And those derived from the nature represented by the following chemical formula 5 and those having a plurality of crown rings as represented by the chemical formula 6 below.
なお、上記化6で表される複数のクラウン環が連結したものは、複数のクラウン環が直接連結したものと、複数のクラウン環が連結構造を介して連結したものとが含まれる。
ここで、例えば、各一般式中のnやmの数が増えれば、環状構造(内側空間のサイズ)が大きくなり、捕捉し得る金属イオンの径も増大する傾向を示す。また、環状構造内にアリール基や不飽和結合等が含まれると、環状構造の柔軟性が低下する傾向を示す。
In addition, what connected the some crown ring represented by said Chemical formula 6 includes what connected the some crown ring directly, and what connected the some crown ring via the connection structure.
Here, for example, if the number of n and m in each general formula increases, the annular structure (size of the inner space) increases, and the diameter of metal ions that can be captured tends to increase. Moreover, when an aryl group or an unsaturated bond is included in the cyclic structure, the flexibility of the cyclic structure tends to decrease.
したがって、イオン捕捉物質41としては、これら環状構造を有するものを用いる場合、ゲート絶縁層中に存在すると予想されるイオン、すなわち、ゲート絶縁層40に不純物として混入すると予想されるイオン、および、ゲート電極50からゲート絶縁層40に拡散すると予想される金属イオンの種類および/またはイオン径に応じて、環の種類および環の大きさ(前記nやmの数)を選択するのが好ましい。このように金属イオンの種類および/またはイオン径に応じて、環の種類および環の大きさ(前記nやmの数)を選択する構成とすることにより、捕捉すべき金属イオンを確実に捕捉することができる。
Therefore, when the ion-trapping
具体的には、次のような点を考慮して環状構造を備えるイオン捕捉物質を選択するのが好ましい。
I:ゲート絶縁層40にLi+、Na+、K+等のアルカリ金属イオンが混入すると予想される場合には、アルカリ金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるイオン捕捉物質41を選択する。
Specifically, it is preferable to select an ion trapping substance having a cyclic structure in consideration of the following points.
I: In the case where alkali metal ions such as Li + , Na + , K + and the like are expected to be mixed into the
具体的には、アルカリ金属イオンのイオン径は、Li+<Na+<K+の順で大きく、それぞれ、12員環、15員環、18員環のクラウンエーテル環に選択的に捕捉される。したがって、ゲート絶縁層40にLi+、Na+およびK+が混入すると予想される場合には、環状構造を備えるイオン捕捉物質として、それぞれ、nの数が2、3および4の上記化1(a)で表されるものを用いるようにする。
Specifically, the ion diameters of alkali metal ions are larger in the order of Li + <Na + <K + , and are selectively captured by 12-membered, 15-membered, and 18-membered crown ether rings, respectively. . Therefore, when Li + , Na + and K + are expected to be mixed into the
また、上記化1(b)で表されるイオン捕捉物質、上記化1(c)で表されるイオン捕捉物質、上記化2で表されるイオン捕捉物質、上記化3で表されるイオン捕捉物質および上記化6で表されるイオン捕捉物質は、それぞれ、クラウンエーテル環またはクラウンエーテル環と類似の環状構造を有しており、全者ともに、アルカリ金属イオンを捕捉し得る。これらのうち、上記化6(b)で表されるイオン捕捉物質は、クラウン環が二重となった構造(2つのクラウン環が直接連結した構造)を有していることにより、アルカリ金属イオンを二重のクラウン環により閉じ込めることができ、アルカリ金属イオンを強固に捕捉することができる。 Further, the ion trapping substance represented by the chemical formula 1 (b), the ion trapping substance represented by the chemical formula 1 (c), the ion trapping substance represented by the chemical formula 2 and the ion trapping represented by the chemical formula 3 Each of the substance and the ion trapping substance represented by Chemical Formula 6 has a ring structure similar to a crown ether ring or a crown ether ring, and all of them can trap alkali metal ions. Among these, the ion-trapping substance represented by the chemical formula 6 (b) has a structure in which the crown ring is doubled (a structure in which two crown rings are directly connected), so that an alkali metal ion Can be confined by a double crown ring, and alkali metal ions can be firmly captured.
また、上記化5で表されるイオン捕捉物質(天然由来のエンニアチン−B(上記化5(a))およびノナクチン(上記化5(b)))は、細胞膜においてNa+、K+との錯体形成に関連しており、これらアルカリ金属イオンを効率よく捕捉する。
したがって、これら環状構造を備えるイオン捕捉物質は、ゲート絶縁層40にアルカリ金属イオンが混入すると予想される場合に、イオン捕捉物質41として好適に用いることができる。
以上のような環状構造を備えるイオン捕捉物質を用いることにより、ゲート絶縁層40に不純物として混入するアルカリ金属イオンを、イオン捕捉物質41により確実に捕捉することができ、このアルカリ金属イオンの有機半導体層30への拡散を確実に防止することができる。
Further, the ion-trapping substances represented by the chemical formula 5 (naturally-occurring enniatin-B (the chemical formula 5 (a)) and nonactin (the chemical formula 5 (b))) are complexed with Na + and K + in the cell membrane. It is related to formation and traps these alkali metal ions efficiently.
Therefore, the ion trapping material having such a ring structure can be suitably used as the
By using the ion trapping material having the ring structure as described above, alkali metal ions mixed as impurities in the
II:ゲート電極50が金属元素を含有する導電性材料によって構成され、この金属イオンが、ゲート絶縁層40に拡散すると予想される場合には、このゲート電極由来の金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるイオン捕捉物質41を選択する。
導電性材料を構成する金属イオンは、一般に、アルカリ金属イオンに比べてイオン径が大きいことから、アルカリ金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるイオン捕捉物質よりも径の大きいイオンをターゲットとする環状構造を有するイオン捕捉物質に捕捉され易い。
II: When the
Since the metal ion constituting the conductive material generally has a larger ion diameter than the alkali metal ion, a ring whose target is an ion having a larger diameter than an ion trapping substance having a cyclic structure capable of trapping the alkali metal ion. It is easy to be trapped by the ion trapping substance having a structure.
具体的には、上記化3で表される(アザクラウン系の)環状構造を備えるイオン捕捉物質は、nの数を選択することにより、比較的大きな金属イオンを捕捉し得るようになるため、ゲート電極50が金属元素を含有する場合に用いる環状構造を備えるイオン捕捉物質として好適に用いられる。
また、nの数が4の上記化4で表される(スルフィド系の)環状構造を備えるイオン捕捉物質は、銀イオンを選択的に捕捉する。したがって、ゲート電極50が銀を含有する場合に、環状構造を備えるイオン捕捉物質として好適に用いることができる。
Specifically, since the ion trapping substance having a cyclic structure (of the azacrown type) represented by Chemical Formula 3 can capture a relatively large metal ion by selecting the number of n, The
In addition, an ion trapping substance having a (sulfide-based) cyclic structure represented by the above chemical formula 4 in which the number of n is 4 selectively captures silver ions. Therefore, when the
また、上記化6(a)で表される環状構造を備えるイオン捕捉物質は、光を照射するとコの字型に向きが替わり、2つのクラウン環が対向し合う形になる。この状態では、2枚のクラウン環でイオンを挟み込むことができるため、クラウン環の大きさで決まるイオン径よりも、大きめのイオンを捕捉することができる。このため、上記化6(a)で表される環状構造を備えるイオン捕捉物質は、2つのクラウン環同士が対向した状態とすることにより、ゲート電極50が金属元素を含有する場合のイオン捕捉物質41として好適に用いられる。
In addition, the ion trapping substance having a ring structure represented by the chemical formula 6 (a) is changed into a U-shape when irradiated with light, and two crown rings face each other. In this state, since ions can be sandwiched between two crown rings, ions larger than the ion diameter determined by the size of the crown ring can be captured. For this reason, the ion trapping substance provided with the cyclic structure represented by the chemical formula 6 (a) described above is an ion trapping substance when the
以上のような環状構造を備えるイオン捕捉物質を用いることにより、ゲート絶縁層40に拡散したゲート電極50由来の金属イオンを、イオン捕捉物質41により確実に捕捉することができ、この金属イオンの有機半導体層30への拡散を確実に防止することができる。
また、イオン捕捉物質41は、環状構造(イオノフォア)を備えるものである場合、さらに、環状構造内に捕捉された金属イオンに配位する配位構造を有するのが好ましい。環状構造内に捕捉された金属イオンに対して、配位構造が配位することにより、金属イオンが蓋をされたような状態となり、環状構造内へ捕捉した金属イオンをより確実に保持することができる。
By using the ion trapping material having the above-described ring structure, the metal ions derived from the
Moreover, when the ion capture |
また、環状構造と配位構造とにより、より大きいサイズの空間を確保することができる。このため、環状構造のサイズを大きくすることなく、イオン捕捉物質41により、さらに大きいサイズの金属イオンが捕捉可能となる。
かかる配位構造を有するイオン捕捉物質の具体例としては、例えば、下記化7、化8等が挙げられる。なお、これは、一例であり、配位構造部分に含まれる酸素原子を、例えば、窒素原子、リン原子等の他の非共有電子対を有する原子に変更してもよい。
Moreover, a larger-sized space can be ensured by the annular structure and the coordination structure. For this reason, a larger size metal ion can be captured by the
Specific examples of the ion trapping substance having such a coordination structure include the following chemical formulas 7 and 8. This is an example, and the oxygen atom contained in the coordination structure portion may be changed to an atom having another unshared electron pair such as a nitrogen atom or a phosphorus atom.
また、以上のような環状構造を備えるイオン捕捉物質は、必要に応じて側鎖が導入されていてもよい。これにより、環状構造を備えるイオン捕捉物質に各種特性を付与することができる。例えば、側鎖としてアルキル基を導入した場合には、その炭素数を変化させることにより、環状構造を備えるイオン捕捉物質の溶媒に対する溶解性を制御することができる。このような側鎖は、例えば、上記化1(a)で表される(クラウンエーテル系の)環状構造を備えるイオン捕捉物質の場合には、酸素の少なくとも1つを窒素に変え、この窒素に連結させる、もしくは、酸素同士間の炭素の少なくとも1つに連結させる等によって導入することができる。
また、環状構造を備えるイオン捕捉物質としては、下記化9で表されるように、上記化1(a)で表される化合物の誘導体(クラウンエーテル誘導体)の重合体、すなわち環状構造を備える重合体等も用いることができる。これにより、次のような効果が得られる。
Moreover, the side chain may be introduce | transduced as needed to the ion trapping substance provided with the above cyclic structures. Thereby, various characteristics can be imparted to the ion-trapping substance having a ring structure. For example, when an alkyl group is introduced as a side chain, the solubility of an ion-trapping substance having a cyclic structure in a solvent can be controlled by changing the number of carbon atoms. For example, in the case of an ion-trapping substance having a (crown ether type) cyclic structure represented by the above chemical formula 1 (a), such a side chain is converted into nitrogen by changing at least one of oxygen to nitrogen. It can introduce | transduce by making it connect with at least 1 of the carbon between oxygen, etc., etc.
Further, as an ion trapping substance having a cyclic structure, as represented by the following chemical formula 9, a polymer of a derivative of the compound represented by the chemical formula 1 (a) (crown ether derivative), that is, a heavy compound having a cyclic structure. A coalescence or the like can also be used. Thereby, the following effects are obtained.
すなわち、比較的低分子量のイオン捕捉物質は、特に有機半導体層30との界面近傍に存在する場合、金属イオンを捕捉した状態で有機半導体層30に拡散してしまうおそれがある。このイオン捕捉物質に捕捉された状態で有機半導体層30に拡散した金属イオンが、有機半導体層30中でリーク電流を引き起こすおそれがある。これに対して、環状構造を備える重合体は、高分子量であることから、ゲート絶縁層40中で移動し難く、金属イオンを捕捉した状態で有機半導体層30に拡散するのを確実に防止することができる。なお、このような重合体の場合にも、各モノマーに捕捉されるイオン種は、それに対応する環状構造とほぼ同様である。
また、上記化9で表される重合体では、1つのクラウンエーテルに対して1つのチオフェン基を有しているが、1つのクラウンエーテルに対して2つのチオフェン基を有する重合体を用いることもできる。
That is, when a relatively low molecular weight ion-trapping substance is present in the vicinity of the interface with the
Further, the polymer represented by the chemical formula 9 has one thiophene group for one crown ether, but a polymer having two thiophene groups for one crown ether may be used. it can.
さらに、環状構造を備えるイオン捕捉物質としては、上記化9で表される重合体と、後述する絶縁性ポリマーとの共重合体であってもよい。この場合にも、共重合体は、上記化9で表される重合体と同様に高分子であることから、ゲート絶縁層中で移動し難く、イオンを捕捉した状態で有機半導体層に拡散するのを確実に防止することができる。
また、環状構造を備えるイオン捕捉物質としては、上記化1〜化9に示したような環状構造(クラウン環)を備えるものの他、例えば、下記化10で表される環状化合物(カリックスアレーン)を用いることができる。
Further, the ion trapping substance having a cyclic structure may be a copolymer of the polymer represented by the chemical formula 9 and an insulating polymer described later. Also in this case, since the copolymer is a polymer similar to the polymer represented by the chemical formula 9, it is difficult to move in the gate insulating layer and diffuses to the organic semiconductor layer in a state of capturing ions. Can be surely prevented.
Moreover, as an ion capture | acquisition substance provided with cyclic structure, in addition to what is equipped with the cyclic structure (crown ring) as shown in the said Chemical formula 1-Chemical formula 9, for example, the cyclic compound (calixarene) represented by following
このうち、特にnが4、R1がtert-ブチル基のものは、アルカリ金属イオンに対して優れた捕捉能を有し、ゲート絶縁層40にアルカリ金属イオンが混入すると予想される場合のイオン捕捉物質として好適に用いられる。
また、環状構造を備えるイオン捕捉物質としては、この他、サイクラム(cyclam:1,4,8,11-tetrazacyclote-tradecane)、シクロデキストリン等を用いることができる。
Among these, those in which n is 4, and R 1 is a tert-butyl group have excellent scavenging ability for alkali metal ions, and ions when alkali metal ions are expected to be mixed into the
In addition, as the ion trapping substance having a cyclic structure, a cyclam (1,4,8,11-tetrazacyclote-tradecane), cyclodextrin, or the like can be used.
なお、イオン捕捉物質41は、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。例えば、ゲート絶縁層40に不純物としてアルカリ金属イオンが混入すること、ゲート電極50から金属イオンが拡散してくることの両方が予想される場合には、アルカリ金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質と、ゲート電極由来の金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質とを組み合わせて用いるのが好ましい。これにより、ゲート絶縁層40からの有機半導体層30への金属イオンの拡散をより確実に防止することができ、ソース電極とドレイン電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間でのリーク電流の発生をより確実に抑制することができる。
In addition, the ion capture |
この場合、アルカリ金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質と、ゲート電極由来の金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質との比率は、10:1〜1:20程度であるのが好ましく、3:1〜1:5程度であるのがより好ましい。これにより、アルカリ金属イオンおよびゲート電極由来の金属イオンの双方を効率よく捕捉することができる。
また、ゲート絶縁層40中のイオン捕捉物質41の含有量(含有率)は、1〜40wt%程度であるのが好ましく、20〜30wt%程度であるのがより好ましい。イオン捕捉物質41の含有量を前記範囲とすることにより、隣接するイオン捕捉物質41同士間で金属イオンの受け渡しが行われるようになるのを確実に防止できることから、イオン捕捉物質41により金属イオンをより確実に捕捉することができる。その結果、ゲート絶縁層40からの有機半導体層30への金属イオンの拡散をより確実に防止することができる。
In this case, the ratio of the ion trapping substance capable of trapping alkali metal ions and the ion trapping substance capable of trapping metal ions derived from the gate electrode is preferably about 10: 1 to 1:20. More preferably, it is about ˜1: 5. Thereby, both alkali metal ions and metal ions derived from the gate electrode can be efficiently captured.
Further, the content (content ratio) of the
絶縁性材料は、ゲート絶縁層40のマトリクス42を構成する。
絶縁性材料は、絶縁性を有するものであればよく、無機系の絶縁材料および有機系の絶縁性材料のいずれであってもよいが、有機半導体層30との密着性を考慮して、有機系の絶縁性材料が好適に用いられる。
また、有機系の絶縁性材料としては、特に限定されないが、高分子系の有機絶縁性材料(絶縁性ポリマー)であるのが好ましい。このような材料で構成されるゲート絶縁層40は、その形成が容易であるとともに、有機半導体層30との密着性の向上を図ることもできる。
The insulating material constitutes the
The insulating material is not particularly limited as long as it has insulating properties, and may be either an inorganic insulating material or an organic insulating material. A system insulating material is preferably used.
The organic insulating material is not particularly limited, but is preferably a high molecular organic insulating material (insulating polymer). The
このような絶縁性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのようなオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリビニルフェニレン、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のようなアクリル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなフッ素系樹脂、ポリビニルフェノール(PVP)あるいはノボラック樹脂のようなフェノール系樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of such insulating polymers include olefin resins such as polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, and polybutene, polystyrene, polyimide, polyamideimide, polyvinylphenylene, polycarbonate (PC), and polymethyl methacrylate (PMMA). Examples include acrylic resins, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), phenol resins such as polyvinylphenol (PVP) or novolac resin, and one or more of these are combined. Can be used.
これらの絶縁性ポリマーの中でも、この絶縁性ポリマーを構成するモノマー成分が、主として非共有電子対が1以下のものを選択するのが好ましく、非共有電子対を有さないものを選択するのが好ましい。このような極性の低い絶縁性ポリマーを選択することにより、絶縁性ポリマーによる金属イオンの伝達(拡散)を好適に防止または抑制することができる。そのため、隣接するイオン捕捉物質41同士の間で、マトリクス42を介した金属イオンの受け渡しが行われるようになるのを確実に防止することができる。すなわち、捕捉された金属イオンをイオン捕捉物質41内に確実に留めておくことができる。
Among these insulating polymers, it is preferable to select a monomer component that constitutes the insulating polymer mainly having an unshared electron pair of 1 or less, and selecting a monomer component having no unshared electron pair. preferable. By selecting such an insulating polymer having a low polarity, transmission (diffusion) of metal ions by the insulating polymer can be suitably prevented or suppressed. Therefore, it is possible to reliably prevent the transfer of metal ions through the
具体的には、非共有電子対の数が1以下のモノマー成分で構成される絶縁性ポリマー、すなわち非共有電子対が1以下のモノマーを含む絶縁性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのような鎖状の脂肪族炭化水素で構成されるポリオレフィン、ポリスチレン等が挙げられる他、環状の脂肪族炭化水素を有するポリオレフィン(以下、「シクロオレフィン含有ポリマー」と略す。)が挙げられる。 Specifically, as an insulating polymer composed of a monomer component having a number of unshared electron pairs of 1 or less, that is, an insulating polymer containing a monomer having 1 or less unshared electron pairs, for example, polyethylene, polypropylene, poly Examples include polyolefins composed of chain aliphatic hydrocarbons such as isobutylene and polybutene, polystyrene, and the like, and polyolefins having cyclic aliphatic hydrocarbons (hereinafter abbreviated as “cycloolefin-containing polymer”). It is done.
これらの中でも、シクロオレフィン含有ポリマーは、高耐圧性、低吸湿性、高耐熱性、高密度性、溶媒選択性等の特性に優れ、主鎖が剛直でガラス転移温度が高い高分子であることから、シクロオレフィン含有ポリマーで構成されるマトリクス42自体に金属イオンの拡散を防止する機能を付与することができる。そのため、シクロオレフィン含有ポリマーを用いた場合、マトリクス42により金属イオンの拡散を確実に防止できるとともに、たとえマトリクス42中を金属イオンが拡散したとしても、イオン捕捉物質41により拡散した金属イオンを確実に捕捉することができる。その結果、ゲート絶縁層40からの有機半導体層30への金属イオンの拡散をより確実に防止または抑制することができる。
Among these, the cycloolefin-containing polymer is a polymer having excellent properties such as high pressure resistance, low hygroscopicity, high heat resistance, high density, and solvent selectivity, a rigid main chain, and a high glass transition temperature. Thus, the function of preventing diffusion of metal ions can be imparted to the
このようなシクロオレフィン含有ポリマーに含まれる環状の脂肪族炭化水素は、好ましくは炭素数3〜20のもの、より好ましくは炭素数4〜15のものが選択される。具体的には、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロデカン、ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセンなどが挙げられ、これらのうちの、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、ノルボルネンを含むものが好ましい。ノルボルネンは、分子構造がかさ高いので、立体障害により、ポリオレフィンを容易にアモルファス構造にすることができる。その結果、均質なゲート絶縁層40を得ることができる。
The cyclic aliphatic hydrocarbon contained in such a cycloolefin-containing polymer is preferably one having 3 to 20 carbon atoms, more preferably 4 to 15 carbon atoms. Specifically, for example, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclodecane, norbornene, dicyclopentadiene, tetracyclododecene, and the like can be used, and one or more of these can be used in combination. . Among these, those containing norbornene are preferable. Since norbornene has a bulky molecular structure, polyolefin can be easily converted into an amorphous structure due to steric hindrance. As a result, a uniform
シクロオレフィン含有ポリマーの分子量は、ゲルパーミネーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したときに、ポリイソプレン換算の重量平均分子量(Mw)が、1×104〜5×106であることが好ましく、5×104〜1×106であることがより好ましい。分子量をかかる範囲内に設定することにより、高密度なゲート絶縁層40を形成することができるため、ゲート絶縁層40からの金属イオンの拡散を防止することができる。
このようなシクロオレフィン含有ポリマーとしては、例えば、下記化11で表される化合物が挙げられる。
When the molecular weight of the cycloolefin-containing polymer is measured by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight (Mw) in terms of polyisoprene is preferably 1 × 10 4 to 5 × 10 6. It is more preferable that it is * 10 < 4 > -1 * 10 < 6 >. By setting the molecular weight within such a range, the high-density
Examples of such cycloolefin-containing polymer include compounds represented by the following chemical formula 11.
ゲート絶縁層40の平均厚さは、特に限定されないが、100〜10000nm程度であるのが好ましく、200〜1000nm程度であるのがより好ましい。ゲート絶縁層40の厚さを前記範囲とすることにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとゲート電極50とを確実に絶縁しつつ、薄膜トランジスタ1の動作電圧を低くすることができる。
The average thickness of the
ゲート絶縁層40上の所定の位置、すなわち、ゲート電極20aとドレイン電極20bとの間の領域に対応する位置には、ゲート電極50が設けられている。
このゲート電極50の構成材料としては、例えば、Cr、Al、Ta、Mo、Nb、Cu、Ag、In、Ni、Nd、Coまたはこれらを含む合金のような金属系(無機系)の導電材料を用いることができる。
A
As a constituent material of the
ゲート電極50の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜2000nm程度であるのが好ましく、1〜1000nm程度であるのがより好ましい。
このような薄膜トランジスタ1では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加した状態で、ゲート電極50にゲート電圧を印加すると、有機半導体層30のゲート絶縁層40との界面付近にチャネルが形成され、チャネル領域31をキャリア(正孔)が移動することで、有機半導体層30を介してソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電流が流れる。
The average thickness of the
In such a thin film transistor 1, when a gate voltage is applied to the
すなわち、ゲート電極50に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間に電圧を印加しても、有機半導体層30中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。一方、ゲート電極50に電圧が印加されているON状態では、有機半導体層30のゲート絶縁層40に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(キャリアの流路)が形成される。この状態でソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加すると、チャネル領域31を通って電流が流れる。
That is, in the OFF state in which no voltage is applied to the
特に、薄膜トランジスタ1では、ゲート絶縁層40にイオン捕捉物質41が含有されていることにより、ゲート絶縁層40から有機半導体層30への金属イオンの拡散が防止されるので、ソース電極とドレイン電極との間およびゲート電極とソース電極との間のリーク電流が抑えられ、その結果、ゲート電圧をOFF状態としたときのソース電極およびドレイン電極間で流れる電流であるオフ電流が極めて微小なものとなる。したがって、薄膜トランジスタ1の良好なスイッチング特性が得られ、また、消費電力の低く抑えることができる。
なお、本実施形態では、薄膜トランジスタ1について、トップゲート構造のものを代表に説明したが、本発明の薄膜トランジスタ1は、このような場合に限定されず。ボトムゲート構造のものに適用することもできる。
In particular, in the thin film transistor 1, since the
In the present embodiment, the thin film transistor 1 has been described with a top gate structure as a representative, but the thin film transistor 1 of the present invention is not limited to such a case. It can also be applied to a bottom gate structure.
このような薄膜トランジスタ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
図1に示す薄膜トランジスタ1の製造方法は、基板10上にソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する工程[A1]と、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように有機半導体層30を形成する工程[A2]と、有機半導体層30上にゲート絶縁層40を形成する工程[A3]と、ゲート絶縁層40上にゲート電極50を形成する工程[A4]とを有している。
Such a thin film transistor 1 can be manufactured as follows, for example.
1 includes a step [A1] of forming a
[A1] ソース電極およびドレイン電極形成工程
まず、基板10上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する(図2(a)参照。)。
この基板10への、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの形成は、例えば、エッチング法、リフトオフ法等を用いて行うことができる。
[A1] Source and Drain Electrode Formation Step First, the
The
エッチング法により基板10上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、基板10の全面に金属膜(金属層)を形成する。これは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
When the
II:次に、例えばフォトリソグラフィー法、マイクロコンタクトプリンティング法等を用いて、金属膜上(表面)にレジスト層を形成する。
III:次に、このレジスト層をマスクとして用いて、金属膜にエッチングを施すことにより、金属膜の不要部分を除去して、基板10上に、所定形状のソース電極20aおよびドレイン電極20bを得る。この金属膜の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
II: Next, a resist layer is formed on the metal film (surface) by using, for example, a photolithography method, a microcontact printing method, or the like.
III: Next, by using this resist layer as a mask, the metal film is etched to remove unnecessary portions of the metal film, and the
また、リフトオフ法により基板10上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、基板10上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する領域以外の領域に、前記エッチング法で説明したのと同様の方法を用いて、レジスト層を形成する。II:次に、前記エッチング法で説明したのと同様の方法を用いて、基板10のレジスト層側の全面に金属膜(金属層)を形成する。III:次に、レジスト層を除去することにより、基板10上に、所定形状のソース電極20aおよびドレイン電極20bを得る。このレジスト層の除去には、前記エッチング法において、金属膜の除去で説明したのと同様の方法を用いることができる。
Further, when the
[A2] 有機半導体層形成工程
次に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、有機半導体層30を形成する(図2(b)参照。)。このとき、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間には、チャネル領域31が形成される。
有機半導体層30は、ポリマー有機半導体材料(高分子系有機半導体材料)で構成する場合、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて形成することができる。
[A2] Organic Semiconductor Layer Formation Step Next, the
When the
また、有機半導体層30は、低分子系有機半導体材料で構成する場合、蒸着法あるいは、前駆体を用いて可溶性にすることで、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて塗膜を形成した後、この塗膜に対してアニール処理を行うことで、所望のものに形成することが可能である。
Further, when the
なお、有機半導体層30の形成領域は、図示の構成に限定されず、有機半導体層30は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間の領域(チャネル領域31)にのみ形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の薄膜トランジスタ(素子)1を並設する場合に、各素子の有機半導体層30を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。
Note that the formation region of the
[A3] ゲート絶縁層形成工程
次に、有機半導体層30上に、ゲート絶縁層40を形成する(図2(c)参照。)。
まず、イオン捕捉物質41を、絶縁性材料またはその前駆体を含有する溶液に混合した後、例えば、攪拌および超音波等による分散処理を行うことにより液状材料を調製する。
この液状材料を、有機半導体層30上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより、ゲート絶縁層40を形成することができる。
[A3] Gate Insulating Layer Forming Step Next, the
First, after mixing the ion-trapping
This liquid material is applied (supplied) so as to cover the
[A4] ゲート電極形成工程
次に、ゲート絶縁層40上に、ゲート電極50を形成する(図2(d)参照。)。
ゲート電極50は、前記ソース電極20aおよびドレイン電極20bと同様にして形成することができる他、ゲート絶縁層40上に、例えば、導電性粒子を含む導電性材料を塗布(供給)して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
[A4] Gate Electrode Formation Step Next, the
The
導電性粒子を含む導電性材料としては、例えば、銀コロイド、銅コロイドのような金属微粒子を分散させた分散液、金属微粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
ゲート絶縁層40上への導電性材料の供給は、インクジェット法を用いるのが好ましい。インクジェット法によれば、形成すべきゲート電極50の形状に対応して導電性材料を精度よく供給することができる。これにより、ゲート電極50を高い寸法精度で形成することができる。
Examples of the conductive material containing conductive particles include a dispersion in which metal fine particles such as silver colloid and copper colloid are dispersed, a polymer mixture containing metal fine particles, and the like.
The supply of the conductive material onto the
以上のような工程を経て、第1実施形態の薄膜トランジスタ1が得られる。
なお、本実施形態の薄膜トランジスタでは、ソース電極20aおよびドレイン電極20bと有機半導体層30との間、有機半導体層30とゲート絶縁層40との間、ゲート絶縁層40とゲート電極50との間には、それぞれ、任意の目的で、1層または2層以上を追加することもできる。
Through the steps as described above, the thin film transistor 1 of the first embodiment is obtained.
In the thin film transistor of this embodiment, between the
<<第2実施形態>>
次に、本発明の薄膜トランジスタの第2実施形態について説明する。
図3は、本発明の薄膜トランジスタの第2実施形態を示す概略断面図、図4は、図3に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。
以下、第2実施形態の薄膜トランジスタについて、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the thin film transistor of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the thin film transistor of the present invention, and FIG. 4 is a view (longitudinal sectional view) for explaining a manufacturing method of the thin film transistor shown in FIG.
Hereinafter, the thin film transistor of the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第2実施形態の薄膜トランジスタ1は、ゲート絶縁層40の構成が異なり、それ以外は、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様である。
すなわち、図3に示す薄膜トランジスタ1では、ゲート絶縁層40は、有機半導体層30との界面付近に配設された第1のイオン捕捉物質含有層43と、ゲート電極50との界面付近に配設された第2のイオン捕捉物質含有層45とを有し、それ以外の部分すなわち各層43、45との間の部分が、イオン捕捉物質41を実質的に含まない絶縁層44により構成されている。
The thin film transistor 1 according to the second embodiment is different from the thin film transistor 1 according to the first embodiment except that the configuration of the
That is, in the thin film transistor 1 shown in FIG. 3, the
第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45は、それぞれ、イオン捕捉物質41を含有する絶縁層である。
本実施形態では、第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45は、イオン捕捉物質41を、絶縁性材料で構成されたマトリクス(基材)42中に分散して構成されている。
The first ion trapping substance-containing
In this embodiment, the first ion trapping substance-containing
イオン捕捉物質41は、前記第1実施形態で説明したようにイオンを捕捉する機能を有するものである。
そのため、ゲート絶縁層40のゲート電極50との界面付近を第2のイオン捕捉物質含有層45で構成すると、ゲート電極50から拡散してきた金属イオンを第2のイオン捕捉物質含有層45に含有されるイオン捕捉物質41により捕捉し得るので、絶縁層44に金属イオンが拡散するのを防止できる。その結果、ゲート絶縁層40の絶縁層としての機能が低下するのを確実に防止または抑制することができる。
The
Therefore, when the vicinity of the interface between the
さらに、ゲート絶縁層40の有機半導体層30との界面付近を第1のイオン捕捉物質含有層43で構成すると、たとえ第2のイオン捕捉物質含有層45を透過してゲート電極50から金属イオンが拡散してきたとしても、有機半導体層30に到達することなく、この第1のイオン捕捉物質含有層43により金属イオンを確実に捕捉することができる。また、ゲート絶縁層40中に不純物として混入するアルカリ金属イオンも、この第1のイオン捕捉物質含有層43により、有機半導体層30に到達することなく捕捉することができる。
Furthermore, when the vicinity of the interface between the
すなわち、この第1のイオン捕捉物質含有層43により、ゲート電極50から拡散してきた金属イオンと、ゲート絶縁層40中に不純物として混入するアルカリ金属イオンとの双方を、有機半導体層30に到達させることなく捕捉することができる。
以上のように本実施形態のような構成のゲート絶縁層40によっても、ゲート絶縁層40から有機半導体層30への金属イオンの拡散が防止されるので、有機半導体層30に金属イオンが拡散することによって引き起こされる、ソース電極とドレイン電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間でのリーク電流の発生を確実に抑制することができる。その結果、薄膜トランジスタ1における、オフ電流を低く抑えることができる。
That is, the first ion trapping substance-containing
As described above, the diffusion of metal ions from the
また、特に、本実施形態では、イオン捕捉物質41が、第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45に含有され、その他の部分(絶縁層44)はイオン捕捉物質を実質的に含まない構成、すなわち、イオン捕捉物質41が、ゲート絶縁層40(マトリクス42)の有機半導体層30との界面付近およびゲート電極50との界面付近に偏在する構成とされている。このような構成では、これら界面に偏在するイオン捕捉物質41によって、ゲート電極50からゲート絶縁層40に拡散してきた金属イオン、および、ゲート絶縁層40から有機半導体層30に移行しようとする金属イオンが、有機半導体層30に到達する前に効率よく捕捉される。したがって、イオン捕捉物質41をゲート絶縁層40の全体に分散させる場合に比べて、イオンの捕捉に関与しないイオン捕捉物質41の量を少なく抑えることができる。これにより、イオン捕捉物質41の使用量を削減することができ、薄膜トランジスタ1の製造コストを低く抑えることができる。また、イオン捕捉物質41を実質的に含まない絶縁層44を有する構成とすることにより、ゲート絶縁層40の絶縁層としての機能をより向上させることができる。
In particular, in this embodiment, the
第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45に含有させるイオン捕捉物質41の具体例としては、前記第1実施形態の場合と同様のものを用いることができる。
なお、第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45に含まれるイオン捕捉物質41は、同一であっても、異なっていてもよいが、それぞれの層43、45に拡散してくると予想される金属イオンに対応したものを選択するのが好ましい。これにより、各層43、45に拡散してくる金属イオンの捕捉率の向上を図ることができる。
As a specific example of the
The
具体的には、第2のイオン捕捉物質含有層45には、この層45がゲート電極50との界面付近に配設されていることから、ゲート電極50由来の金属イオンが、主に拡散してくる。したがって、第2のイオン捕捉物質含有層45に含有させるイオン捕捉物質41としては、前記第1実施形態で例示したもののうち、ゲート電極由来の金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるものを主成分とするのが好ましい。これにより、ゲート電極50由来の金属イオンの捕捉率をより向上させることができる。
Specifically, since the
一方、第1のイオン捕捉物質含有層43には、ゲート絶縁層40中に不純物として混入する金属イオン(主にアルカリ金属イオン)、および、ゲート電極50から拡散してきた金属イオンのうち、第2のイオン捕捉物質含有層45を通過(透過)してきた金属イオンが、拡散してくる。したがって、第1のイオン捕捉物質含有層43に含有させるイオン捕捉物質41としては、前記第1実施形態で例示したもののうち、アルカリ金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるものと、ゲート電極由来の金属イオンを捕捉し得る環状構造を備えるものとの両方が含有されているのが好ましい。これにより、製造過程でゲート絶縁層40に混入するアルカリ金属イオンと、ゲート電極由来の金属イオンとを、効率よく捕捉することができる。
On the other hand, the first ion-trapping substance-containing
なお、本実施形態では、第1のイオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45の双方をゲート絶縁層40が備える場合について説明したが、このような場合に限定されず、第1のイオン捕捉物質含有層43または第2のイオン捕捉物質含有層45のいずれか一方をゲート絶縁層40が備える場合であってもよい。かかる構成によっても、ゲート絶縁層40から有機半導体層30への金属イオンの拡散を好適に防止または抑制することができる。なお、ゲート絶縁層40中に含まれるアルカリ金属イオンの拡散には、第1のイオン捕捉物質含有層43を備えているのが好ましい。これにより、絶縁層44から拡散したアルカリイオン金属を第1のイオン捕捉物質含有層43により確実に捕捉することができる。
In the present embodiment, the case where the
さらに、本実施形態では、第2のイオン捕捉物質含有層45は、ゲート絶縁層40の上面付近に全体的に設けられているが、第2のイオン捕捉物質含有層45は、少なくともゲート電極50の界面付近に設けられていればよい。すなわち、ゲート絶縁層40の上面付近のうち、ゲート電極50の界面付近にのみ第2のイオン捕捉物質含有層45を設け、その他の部分は、イオン捕捉物質を実質的に含まない絶縁層44によって構成するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the second ion trapping substance-containing
第1イオン捕捉物質含有層43および第2のイオン捕捉物質含有層45、絶縁層44で用いる絶縁性材料としては、前記第1実施形態と同様のものを用いることができる。
このような薄膜トランジスタ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
図3に示す薄膜トランジスタ1は、前記第1実施形態で説明したゲート絶縁層形成工程[A3]に代えてゲート絶縁層形成工程[B3]とする以外は、前記第1実施形態と同様に製造することができる。
As the insulating material used in the first ion trapping substance-containing
Such a thin film transistor 1 can be manufactured as follows, for example.
The thin film transistor 1 shown in FIG. 3 is manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the gate insulating layer forming step [B3] is used instead of the gate insulating layer forming step [A3] described in the first embodiment. be able to.
[B3] ゲート絶縁層形成工程
この工程では、前記工程[A2]で形成された有機半導体層30上に、ゲート絶縁層40を形成する。
[B3−1] まず、有機半導体層30上に、第1のイオン捕捉物質含有層43を形成する(図4(a)参照。)。
[B3] Gate Insulating Layer Formation Step In this step, the
[B3-1] First, the first ion-trapping substance-containing
まず、イオン捕捉物質41を、絶縁性材料またはその前駆体を含有する溶液と混合した後、例えば、攪拌および超音波等による分散処理を行うことにより液状材料を調製する。
次いで、この液状材料を、有機半導体層30上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施す。これにより、有機半導体層30上に第1のイオン捕捉物質含有層43を形成することができる。
First, after the ion-trapping
Next, this liquid material is applied (supplied) so as to cover the
[B3−2] 次に、第1のイオン捕捉物質含有層43上に、絶縁層44を形成する(図4(b)参照。)。
まず、絶縁性材料またはその前駆体を、例えば、攪拌および超音波等による分散処理を行うことにより液状材料を調製する。
次いで、この液状材料を、第1のイオン捕捉物質含有層43上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施す。これにより、第1のイオン捕捉物質含有層43上に絶縁層44を形成することができる。
[B3-2] Next, the insulating
First, a liquid material is prepared by subjecting an insulating material or a precursor thereof to dispersion treatment using, for example, stirring and ultrasonic waves.
Next, this liquid material is applied (supplied) so as to cover the first ion-trapping substance-containing
[B3−3] 次に、絶縁層44上に、第2のイオン捕捉物質含有層45を形成する(図4(c)参照。)。
まず、イオン捕捉物質41を、絶縁性材料またはその前駆体を含有する溶液と混合した後、例えば、攪拌および超音波等による分散処理を行うことにより液状材料を調製する。
次いで、この液状材料を、絶縁層44上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施す。これにより、絶縁層44上に、第2のイオン捕捉物質含有層45を形成することができる。
[B3-3] Next, a second ion-trapping substance-containing
First, after the ion-trapping
Next, this liquid material is applied (supplied) so as to cover the insulating
以上の工程により、第1のイオン捕捉物質含有層43、絶縁層44および第2のイオン捕捉物質含有層45がこの順に有機半導体層30側から積層されたゲート絶縁層40が得られる。
このような第2実施形態の薄膜トランジスタ1によっても、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様の作用・効果が得られる。
さらに、第2実施形態の薄膜トランジスタ1では、ゲート絶縁層40の有機半導体層30との界面付近およびゲート電極50との界面付近にイオン捕捉物質41が偏在していることにより、ゲート電極から拡散してきた金属イオン、および、ゲート絶縁層から有機半導体層に移行しようとするイオンを、効果的に捕捉できるという効果が得られる。
Through the above steps, the
Also by the thin film transistor 1 of the second embodiment, the same operation and effect as the thin film transistor 1 of the first embodiment can be obtained.
Furthermore, in the thin film transistor 1 of the second embodiment, the
<表示装置>
次に、前述したような薄膜トランジスタ1を備えるアクティブマトリクス装置が組み込まれた表示装置について、電気泳動表示装置を一例に説明する。
図5は、本発明の表示装置を電気泳動表示装置に適用した場合の実施形態を示す縦断面図、図6は、図5に示す電気泳動表示装置が備えるアクティブマトリクス装置の構成を示すブロック図である。
<Display device>
Next, an electrophoretic display device will be described as an example of a display device incorporating an active matrix device including the thin film transistor 1 as described above.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an embodiment when the display device of the present invention is applied to an electrophoretic display device, and FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an active matrix device included in the electrophoretic display device shown in FIG. It is.
図5に示す電気泳動表示装置200は、基板500上に設けられたアクティブマトリクス装置(本発明の電子回路)300と、このアクティブマトリクス装置300に電気的に接続された電気泳動表示部400とで構成されている。
図6に示すように、アクティブマトリクス装置300は、互いに直交する複数のデータ線301と、複数の走査線302と、これらのデータ線301と走査線302との各交点付近に設けられた薄膜トランジスタ1とを有している。
An
As shown in FIG. 6, the
そして、薄膜トランジスタ1が有するゲート電極50は走査線302に、ソース電極20aはデータ線301に、ドレイン電極20bは後述する画素電極(個別電極)401に、それぞれ接続されている。
図5に示すように、電気泳動表示部400は、基板500上に、順次積層された、画素電極401と、マイクロカプセル402と、透明電極(共通電極)403および透明基板404とを有している。
The
As shown in FIG. 5, the
そして、マイクロカプセル402がバインダ材405により、画素電極401と透明電極403との間に固定されている。
画素電極401は、マトリクス状に、すなわち、縦横に規則正しく配列するように分割されている。
各カプセル402内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色(色相)の異なる2種の電気泳動粒子421、422を含む電気泳動分散液420が封入されている。
The
The
In each
このような電気泳動表示装置200では、1本あるいは複数本の走査線302に選択信号(選択電圧)を供給すると、この選択信号(選択電圧)が供給された走査線302に接続されている薄膜トランジスタ1がONとなる。
これにより、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線301と画素電極401とは、実質的に導通する。このとき、データ線301に所望のデータ(電圧)を供給した状態であれば、このデータ(電圧)は画素電極401に供給される。
これにより、画素電極401と透明電極403との間に電界が生じ、この電界の方向、強さ、電気泳動粒子421、422の特性等に応じて、電気泳動粒子421、422は、いずれかの電極の方向に向かって電気泳動する。
In such an
Thereby, the
As a result, an electric field is generated between the
一方、この状態から、走査線302への選択信号(選択電圧)の供給を停止すると、薄膜トランジスタ1はOFFとなり、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線301と画素電極401とは非導通状態となる。
したがって、走査線302への選択信号の供給および停止、あるいは、データ線301へのデータの供給および停止を適宜組み合わせて行うことにより、電気泳動表示装置200の表示面側(透明基板404側)に、所望の画像(情報)を表示させることができる。
On the other hand, when supply of the selection signal (selection voltage) to the
Therefore, by appropriately combining the supply and stop of the selection signal to the
特に、本実施形態の電気泳動表示装置200では、電気泳動粒子421、422の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
また、本実施形態の電気泳動表示装置200は、アクティブマトリクス装置300を有することにより、特定の走査線302に接続された薄膜トランジスタ1を選択的にON/OFFすることができるので、クロストークの問題が生じにくく、また、回路動作の高速化が可能であることから、高い品質の画像(情報)を得ることができる。
また、本実施形態の電気泳動表示装置200は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。
なお、本発明の表示装置は、このような電気泳動表示装置200への適用に限定されるものではなく、液晶表示装置、有機または無機EL表示装置等に適用することもできる。
In particular, in the
In addition, since the
In addition, since the
Note that the display device of the present invention is not limited to application to such an
<電子機器>
このような電気泳動表示装置200は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置200を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
<Electronic equipment>
Such an
<< Electronic Paper >>
First, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper will be described.
図7は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper.
An
In such
<<ディスプレイ>>
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
この図に示すディスプレイ800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図7に示す構成と同様のものである。
<< Display >>
Next, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to a display will be described.
8A and 8B are diagrams showing an embodiment in which the electronic apparatus of the present invention is applied to a display. FIG. 8A is a cross-sectional view, and FIG. 8B is a plan view.
A
本体部801は、その側部(図中、右側)に電子ペーパー600を挿入可能な挿入口805が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対802a、802bが設けられている。電子ペーパー600を、挿入口805を介して本体部801内に挿入すると、電子ペーパー600は、搬送ローラ対802a、802bにより挟持された状態で本体部801に設置される。
The
また、本体部801の表示面側(下図(b)中、紙面手前側)には、矩形状の孔部803が形成され、この孔部803には、透明ガラス板804が嵌め込まれている。これにより、本体部801の外部から、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を視認することができる。すなわち、このディスプレイ800では、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を、透明ガラス板804において視認させることで表示面を構成している。
Further, a
また、電子ペーパー600の挿入方向先端部(図中、左側)には、端子部806が設けられており、本体部801の内部には、電子ペーパー600を本体部801に設置した状態で端子部806が接続されるソケット807が設けられている。このソケット807には、コントローラー808と操作部809とが電気的に接続されている。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
In addition, a
In such a
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置200を適用することが可能である。
Further, in such a
Note that the electronic apparatus of the present invention is not limited to the application to the above, and for example, a television, a viewfinder type, a monitor direct view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, an electronic Examples include newspapers, word processors, personal computers, workstations, videophones, POS terminals, and devices equipped with touch panels. The
以上、本発明の薄膜トランジスタ、電子回路、表示装置および電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、第3実施形態および第4実施形態において、ゲート絶縁層40を、第2実施形態と同様に、第1のイオン捕捉物質含有層43、絶縁層44および第2のイオン捕捉物質含有層45よりなる3層構成としてもよい。
また、本発明の薄膜トランジスタ、電子回路、表示装置および電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
Although the thin film transistor, the electronic circuit, the display device, and the electronic device of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these.
For example, in the third embodiment and the fourth embodiment, the
In addition, the configuration of each part of the thin film transistor, electronic circuit, display device, and electronic device of the present invention can be replaced with any one that can exhibit the same function, or can be added with any configuration. it can.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
なお、下記に示した表1には、以下説明する各実施例にて用いた具体的なイオン捕捉物質、絶縁性材料の種類および含有量等を一覧にして表示した。
1.薄膜トランジスタの製造
以下の各実施例および比較例において、薄膜トランジスタを5個ずつ製造した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
In Table 1 shown below, specific ion-trapping substances, types and contents of insulating materials used in each example described below are listed and displayed.
1. Production of Thin Film Transistor In each of the following Examples and Comparative Examples, 5 thin film transistors were produced.
(実施例1)
−1− まず、ガラス基板を用意し、エタノールを用いて洗浄することにより、表面の脱脂処理を行った。
−2− 次に、ガラス基板上にAuで構成されるソース電極およびドレイン電極を形成した。
まず、このガラス基板上に、Auを蒸着することによってAu蒸着膜を形成した。
次いで、このAu蒸着膜を、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりソース電極およびドレイン電極を形成した。
Example 1
-1- First, a glass substrate was prepared, and the surface was degreased by washing with ethanol.
-2- Next, a source electrode and a drain electrode made of Au were formed on a glass substrate.
First, an Au vapor deposition film was formed on this glass substrate by vapor deposition of Au.
Subsequently, this Au vapor deposition film was patterned using the photolithographic method, and the source electrode and the drain electrode were formed.
−3− 次に、ソース電極およびドレイン電極に対して、酸素プラズマ処理後、基板上に、フルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)のトルエン溶液を、スピンコート法により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。
これにより、平均厚さ30nmの有機半導体層を形成した。
−4− 次に、本実施例1では、イオン捕捉物質として上記化1(a)でnが2のものである12−クラウン−4を、絶縁性材料(絶縁性ポリマー)としてポリビニルフェノール(PVP)をそれぞれ用いて、有機半導体層上に、これらの材料を含有するゲート絶縁層を形成した。
-3- Next, after the oxygen plasma treatment on the source electrode and the drain electrode, a toluene solution of a fluorene-bithiophene copolymer (F8T2) was applied on the substrate by a spin coating method, and then 60 ° C. × 10 Dry in minutes.
Thereby, an organic semiconductor layer having an average thickness of 30 nm was formed.
-4- Next, in Example 1, 12-crown-4 in which n is 2 in the above chemical formula 1 (a) as an ion trapping substance, and polyvinylphenol (PVP) as an insulating material (insulating polymer). ) Were used to form a gate insulating layer containing these materials on the organic semiconductor layer.
まず、溶媒として酢酸ブチル溶液を用意し、この溶媒にPVPと12−クラウン−4とを5:1の重量比で混合し攪拌することにより、ゲート絶縁層形成用材料(液状材料)を調製した。
次に、有機半導体層上に、ゲート絶縁層形成用材料を、スピンコート法により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。
これにより、平均厚さ200nmのゲート絶縁層を形成した。
First, a butyl acetate solution was prepared as a solvent, and PVP and 12-crown-4 were mixed with this solvent at a weight ratio of 5: 1 and stirred to prepare a gate insulating layer forming material (liquid material). .
Next, a gate insulating layer forming material was applied on the organic semiconductor layer by a spin coating method, and then dried at 60 ° C. for 10 minutes.
Thereby, a gate insulating layer having an average thickness of 200 nm was formed.
−5− 次に、ゲート絶縁層上の、ソース電極とドレイン電極との間の領域に対応する部分に、Ag微粒子水分散液を、インクジェット法により塗布した後、80℃×10分間で乾燥した。
これにより、平均厚さ100nmのゲート電極を形成した。
以上の工程により、薄膜トランジスタを得た。
-5- Next, an Ag fine particle aqueous dispersion was applied to the portion of the gate insulating layer corresponding to the region between the source electrode and the drain electrode by an inkjet method, and then dried at 80 ° C for 10 minutes. .
Thereby, a gate electrode having an average thickness of 100 nm was formed.
Through the above process, a thin film transistor was obtained.
(実施例2)
PVPと12−クラウン−4との混合比を、3:1(重量比)とした以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(実施例3)
イオン捕捉物質として、12−クラウン−4に代えて、上記化1(a)でnが4のものである18−クラウン−6を用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(Example 2)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of PVP and 12-crown-4 was 3: 1 (weight ratio).
(Example 3)
A thin film transistor is manufactured in the same manner as in Example 1 except that 18-crown-6 in which n is 4 in the above chemical formula 1 (a) is used as the ion trapping substance instead of 12-crown-4. Obtained.
(実施例4)
イオン捕捉物質として、12−クラウン−4に代えて、上記化6(b)のものであるクリプタート−211を用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(実施例5)
イオン捕捉物質として、12−クラウン−4に代えて、上記化4でnが4のチアクラウンエーテル(Agイオンを選択的に捕捉するイオン捕捉物質)を用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
Example 4
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that, instead of 12-crown-4, cryptate-211 of the above chemical formula 6 (b) was used as the ion trapping substance.
(Example 5)
The same as Example 1 except that instead of 12-crown-4, a thiacrown ether having n of 4 in the above chemical formula 4 (an ion trapping substance that selectively traps Ag ions) was used as the ion trapping substance. Thus, a thin film transistor was obtained.
(実施例6)
イオン捕捉物質として、12−クラウン−4に代えて、クリプタート−211と上記化4でnが4のチアクラウンエーテルとを、1:1(重量比)で混合したものを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(実施例7)
ゲート絶縁層を、次のような第1のイオン捕捉物質含有層、絶縁層および第2のイオン捕捉物質含有層で構成される3層構成の積層体とした以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(Example 6)
As the ion-trapping substance, except that a mixture of cryptate-211 and thiacrown ether having n of 4 in the above chemical formula 4 in a 1: 1 (weight ratio) instead of 12-crown-4 was used. A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1.
(Example 7)
Example 1 except that the gate insulating layer was a three-layered structure composed of the following first ion-trapping substance-containing layer, insulating layer, and second ion-trapping substance-containing layer. Thus, a thin film transistor was obtained.
まず、イオン捕捉物質として、クリプタート−211と上記化4でnが4のチアクラウンエーテルとを、1:1(重量比)で混合したものを、絶縁性材料(絶縁性ポリマー)としてPVPをそれぞれ用い、これら絶縁性材料とイオン捕捉物質との重量比が5:1となるようにして、酢酸ブチル溶液に溶解することにより第1のイオン捕捉物質含有層形成用材料を調整した。次いで、有機半導体層上に、第1のイオン捕捉物質含有層形成用材料を、スピンコート法により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ50nmの第1のイオン捕捉物質含有層を形成した。 First, PVP is used as an insulating material (insulating polymer) by mixing 1: 1 (weight ratio) of cryptate-211 and thiacrown ether having n of 4 in the above chemical formula 4 as an ion trapping substance. The first material for forming an ion trapping substance-containing layer was prepared by dissolving in a butyl acetate solution so that the weight ratio of these insulating materials to the ion trapping substance was 5: 1. Next, the first ion trapping substance-containing layer forming material was applied on the organic semiconductor layer by a spin coating method, and then dried at 60 ° C. for 10 minutes. As a result, a first ion-trapping substance-containing layer having an average thickness of 50 nm was formed.
次に、PVPを酢酸ブチル溶液に溶解することにより、絶縁層形成用材料を調整した。次いで、第1のイオン捕捉物質含有層上に、絶縁層形成用材料を、スピンコート法により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ100nmの絶縁層を形成した。
次に、イオン捕捉物質として上記化4でnが4のチアクラウンエーテルを、絶縁性材料(絶縁性ポリマー)としてPVPをそれぞれ用い、これら絶縁性材料とイオン捕捉物質との重量比が5:1となるようにして、酢酸ブチル溶液に溶解することにより第2のイオン捕捉物質含有層形成用材料を調整した。次いで、絶縁層上に、第2のイオン捕捉物質含有層形成用材料を、スピンコート法により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ50nmの第2のイオン捕捉物質含有層を形成した。
これにより、平均厚さ200nmのゲート絶縁層を形成した。
Next, the insulating layer forming material was prepared by dissolving PVP in a butyl acetate solution. Next, an insulating layer forming material was applied on the first ion-trapping substance-containing layer by a spin coating method, and then dried at 60 ° C. for 10 minutes. Thereby, an insulating layer having an average thickness of 100 nm was formed.
Next, a thiacrown ether having the above formula 4 and n of 4 is used as the ion trapping substance and PVP is used as the insulating material (insulating polymer), and the weight ratio of these insulating material and ion trapping substance is 5: 1. Thus, the second ion-trapping substance-containing layer forming material was prepared by dissolving in a butyl acetate solution. Next, a second ion trapping substance-containing layer forming material was applied on the insulating layer by a spin coating method, and then dried at 60 ° C. for 10 minutes. As a result, a second ion-trapping substance-containing layer having an average thickness of 50 nm was formed.
Thereby, a gate insulating layer having an average thickness of 200 nm was formed.
(実施例8)
絶縁性材料として、PVPに代えて、ポリスチレンを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(実施例9)
イオン捕捉物質として、12−クラウン−4に代えて、上記化11(e)のもの(mが200、nが300、R1およびR2がメチル基であるもの)であるシクロオレフィン含有ポリマーを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(比較例)
イオン捕捉物質の添加を省略した以外は、前記実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得た。
(Example 8)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that polystyrene was used instead of PVP as the insulating material.
Example 9
In place of 12-crown-4, a cycloolefin-containing polymer having the above chemical formula 11 (e) (m is 200, n is 300, and R 1 and R 2 are methyl groups) is used as the ion trapping substance. A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was used.
(Comparative example)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition of the ion trapping substance was omitted.
2.薄膜トランジスタの評価
まず、各実施例および比較例で製造した薄膜トランジスタについて、製造直後にオフ電流の測定を行った。
次に、これらの薄膜トランジスタを、大気中(25℃)に30日間放置した後、再度、オフ電流の測定を行った。
2. Evaluation of Thin Film Transistor First, for the thin film transistor manufactured in each Example and Comparative Example, the off-current was measured immediately after the manufacture.
Next, these thin film transistors were left in the atmosphere (25 ° C.) for 30 days, and then the off-current was measured again.
また、オフ電流の測定は、各実施例および比較例ともに、5個の薄膜トランジスタについて行った。
ここで、オフ電流とは、ゲート電極に電圧を印加していない時に、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のことである。
したがって、オフ電流が0に近いほど、良好な特性を有する薄膜トランジスタであることを意味する。
In addition, the measurement of the off-current was performed for five thin film transistors in each of the examples and the comparative examples.
Here, the off-current is a current that flows between the source electrode and the drain electrode when no voltage is applied to the gate electrode.
Therefore, the closer the off-state current is to 0, the thinner the thin film transistor has better characteristics.
そして、比較例で測定された製造直後および30日後のオフ電流を基準値として、それぞれ、各実施例で測定された製造直後および30日後のオフ電流を以下の4段階の基準に従って評価した。
◎:比較例の測定値に対し、0.5倍未満である
○:比較例の測定値に対し、0.5倍以上、1.0倍未満である
△:比較例の測定値に対し、1.0倍以上、1.2倍未満である
×:比較例の測定値に対し、1.2倍以上である
この評価結果を以下の表1に示す。
Then, the off-current immediately after the production and 30 days after the measurement measured in the comparative example were used as reference values, and the off-current immediately after the production and after 30 days measured in each example were evaluated according to the following four criteria.
A: Less than 0.5 times the measured value of the comparative example. O: More than 0.5 times and less than 1.0 times the measured value of the comparative example. Δ: With respect to the measured value of the comparative example, It is 1.0 times or more and less than 1.2 times. X: It is 1.2 times or more with respect to the measured value of the comparative example.
表1に示すように、各実施例の薄膜トランジスタは、いずれも、比較例の薄膜トランジスタに対して、製造直後のオフ電流がほぼ等しいか若干優れる結果が得られたが、30日後のオフ電流が低く抑えられた結果が得られた。
これにより、本発明の薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁層から有機半導体層への金属イオンの拡散が好適に防止または抑制されていることが明らかとなった。
特に、2種類のイオン捕捉物質を用いた実施例6の薄膜トランジスタ、第1のイオン捕捉物質含有層および第2のイオン捕捉物質含有層を設けた実施例7、さらには、モノマー成分に非共有電子対を有さない絶縁性ポリマーを用いた実施例9の薄膜トランジスタでは、より効果的にオフ電流が低く抑えられていた。
As shown in Table 1, in each of the thin film transistors of each example, the off current immediately after manufacture was almost equal to or slightly superior to the thin film transistor of the comparative example, but the off current after 30 days was low. Suppressed results were obtained.
Thereby, in the thin-film transistor of this invention, it became clear that the diffusion of the metal ion from a gate insulating layer to an organic-semiconductor layer was prevented or suppressed suitably.
In particular, the thin film transistor of Example 6 using two types of ion trapping substances, Example 7 provided with a first ion trapping substance-containing layer and a second ion trapping substance-containing layer, and further, non-shared electrons in the monomer component In the thin film transistor of Example 9 using the insulating polymer having no pair, the off-current was more effectively suppressed to a low level.
1……薄膜トランジスタ 10……基板 20a……ソース電極 20b……ドレイン電極 30……有機半導体層 31……チャネル領域 40……ゲート絶縁層 41……イオン捕捉物質 42……マトリクス 43……第1のイオン捕捉物質含有層 44……絶縁層 45……第2のイオン捕捉物質含有層 50……ゲート電極 200……電気泳動表示装置 300……アクティブマトリクス装置 301……データ線 302……走査線 400……電気泳動表示部 401……画素電極 402……マイクロカプセル 420……電気泳動分散液 421、422……電気泳動粒子 403……透明電極 404……透明基板 405……バインダ材 500……基板 600……電子ペーパー 601‥‥本体 602……表示ユニット 800……ディスプレイ 801……本体部 802a、802b……搬送ローラ対 803……孔部 804……透明ガラス板 805……挿入口 806……端子部 807……ソケット 808……コントローラー 809……操作部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin-
Claims (15)
有機半導体層と、
前記ゲート電極と前記有機半導体層との間に位置するゲート絶縁層と、
前記有機半導体層を介してキャリアの移動を行うソース電極およびドレイン電極と、を含み、
前記ゲート絶縁層は、金属イオンを捕捉し得るイオン捕捉物質を含有することを特徴とする薄膜トランジスタ。 A gate electrode;
An organic semiconductor layer;
A gate insulating layer located between the gate electrode and the organic semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode that move carriers through the organic semiconductor layer, and
The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer contains an ion trapping material capable of trapping metal ions.
前記イオン捕捉物質は、前記金属元素に由来する金属イオンを捕捉し得るものである請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。 The gate electrode contains a metal element;
The thin film transistor according to claim 1, wherein the ion trapping substance is capable of trapping metal ions derived from the metal element.
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