JP2010056484A - Organic transistor, and method of manufacturing organic transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機半導体材料を用いた有機トランジスタに係わる。 The present invention relates to an organic transistor using an organic semiconductor material.
有機電界効果トランジスタ(OFET)において、ソース・ドレイン電極を形成した後に有機活性層を作成するボトムコンタクト型デバイスでは、その逆順で作製したトップコンタクト型デバイスに比べて、性能が1桁以上低下することが大きな技術的問題のひとつとされてきた。
これは、ボトムコンタクト型デバイスのように、金属の上から有機半導体薄膜を作製すると、有機半導体と金属との界面におけるエネルギー障壁が1eV程度も大きくなるためと考えられている。
これ対してトップコンタクト型デバイスのように、有機半導体の上から金属を付けた場合には、金属が有機半導体層内部に浸透し表面状態が変わることや、金属蒸着の際の熱的効果などによって、エネルギー障壁はあまり生じない。
In organic field effect transistors (OFETs), the bottom contact type device that forms the organic active layer after forming the source / drain electrodes has a performance drop of one digit or more compared to the top contact type device manufactured in the reverse order. Has been regarded as one of the major technical problems.
This is thought to be due to the fact that when an organic semiconductor thin film is formed on a metal like a bottom contact type device, the energy barrier at the interface between the organic semiconductor and the metal is increased by about 1 eV.
On the other hand, when a metal is applied from the top of an organic semiconductor, such as a top contact type device, the metal penetrates into the organic semiconductor layer and changes its surface state, and the thermal effect during metal deposition , Energy barriers do not occur much.
しかしながら、デバイスとしてはボトムコンタクト型の方が、微細化や複雑なパターンへの応用性が高い。上述したボトムコンタクト型デバイスの問題点への解決策として、金電極のチオールによる表面処理、伝導性ポリマーや有機電荷移動錯体である(TTF)(TCNQ)(テトラチアフバレン)(テトラシアノキノジメタン)を電極材料として用いた報告がなされている。(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4参照)。 However, the bottom contact type device has higher applicability to miniaturization and complex patterns. As solutions to the problems of the bottom contact type device described above, surface treatment with gold thiol, conductive polymer and organic charge transfer complex (TTF) (TCNQ) (tetrathiafuvalene) (tetracyanoquinoji) (Methane) has been reported as an electrode material. (For example, refer nonpatent literature 1, nonpatent literature 2, nonpatent literature 3, nonpatent literature 4).
しかしながら、チオール処理は効果や再現性に問題があり、伝導性ポリマーや有機電荷移動錯体も電極材料として問題が多かった。伝導性ポリマーではポリマー自体の伝導度がそれほど高いとはいえず、電荷移動錯体を用いる塗布型プロセスでは複数種の溶液を必要とするためプロセスが複雑であった。また、これらの有機電極は、機械的強度や熱的安定性にも問題があった。 However, the thiol treatment has problems in effect and reproducibility, and conductive polymers and organic charge transfer complexes have many problems as electrode materials. In the conductive polymer, it cannot be said that the conductivity of the polymer itself is so high, and the coating type process using the charge transfer complex requires a plurality of types of solutions, and thus the process is complicated. In addition, these organic electrodes have problems in mechanical strength and thermal stability.
また、溶液法により形成される電極として銀ナノ粒子による電極が利用されているが、有機半導体と金属との界面を形成するという意味で、上述の金属電極を用いたボトムコンタクト型デバイスと同じ問題を抱えている。このため、最高の性能を出すためには、例えば、有機半導体薄膜を作成した後に、銀電極を印刷法などによって形成したトップコンタクト型のデバイスを作製する必要がある。
しかしながら、有機半導体薄膜の上から溶剤に分散させた銀ペーストを付けるため、有機半導体薄膜に対する影響が問題となる。
In addition, an electrode made of silver nanoparticles is used as an electrode formed by the solution method, but the same problem as the bottom contact type device using the metal electrode described above in the sense of forming an interface between the organic semiconductor and the metal. Have For this reason, in order to obtain the best performance, for example, it is necessary to produce a top contact type device in which a silver electrode is formed by a printing method or the like after an organic semiconductor thin film is formed.
However, since a silver paste dispersed in a solvent is applied from above the organic semiconductor thin film, the influence on the organic semiconductor thin film becomes a problem.
上述した問題の解決のため、本発明においては、製造コストの低い溶液法を使用でき、さらに、有機半導体層への影響が少なく機械的強度や熱的安定性に優れた電極を備える有機トランジスタを提供するものである。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, an organic transistor including an electrode that can use a solution method with low manufacturing cost and that has less influence on the organic semiconductor layer and excellent mechanical strength and thermal stability. It is to provide.
本発明の有機トランジスタは、有機半導体層と、有機半導体層にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、有機半導体層に接して対向する位置に形成されている炭素材料からなるソース電極及びドレイン電極とを備える。 The organic transistor of the present invention includes an organic semiconductor layer, a gate electrode formed on the organic semiconductor layer through a gate insulating layer, a source electrode made of a carbon material formed at a position facing and in contact with the organic semiconductor layer, and A drain electrode.
また、本発明の有機トランジスタの製造方法は、基体上にゲート電極を形成し、ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する。
そして、ゲート絶縁層上に、炭素薄膜を形成してソース電極及びドレイン電極を形成し、このソース電極及び前記ドレイン電極を覆って有機半導体層を形成する。あるいは、ゲート絶縁層上に有機半導体層を形成し、この有機半導体層上に炭素薄膜を形成してソース電極及びドレイン電極を形成する。
In the organic transistor manufacturing method of the present invention, a gate electrode is formed on a substrate, and a gate insulating layer is formed to cover the gate electrode.
Then, a carbon thin film is formed on the gate insulating layer to form a source electrode and a drain electrode, and an organic semiconductor layer is formed to cover the source electrode and the drain electrode. Alternatively, an organic semiconductor layer is formed on the gate insulating layer, and a carbon thin film is formed on the organic semiconductor layer to form a source electrode and a drain electrode.
本発明の有機トランジスタ、及び、本発明の製造方法により提供される有機トランジスタによれば、伝導性材料として知られる炭素材料を用いてソース電極及びドレイン電極を形成している。炭素材料はグラファイト等が主成分であるため、高い電気伝導性を示し、且つ安価な材料である。さらに、炭素材料は大気安定性という観点においても、金属材料のような酸化が起こりにくく、起こったとしてもデバイスに与える影響は最小限であると考えられる。また、グラファイト自体は半金属と呼ばれる有機材料と金属材料の中間的存在であることから、炭素材料と有機半導体層とのエネルギー障壁が金属材料に比べて小さくなると考えられる。 According to the organic transistor of the present invention and the organic transistor provided by the manufacturing method of the present invention, the source electrode and the drain electrode are formed using a carbon material known as a conductive material. Since the carbon material is mainly composed of graphite or the like, the carbon material exhibits high electrical conductivity and is an inexpensive material. Further, from the viewpoint of atmospheric stability, the carbon material is unlikely to oxidize like a metal material, and even if it occurs, the influence on the device is considered to be minimal. Further, since graphite itself is an intermediate between an organic material called a semimetal and a metal material, the energy barrier between the carbon material and the organic semiconductor layer is considered to be smaller than that of the metal material.
本発明によれば、有機半導体層への影響が少なく、機械的強度及び熱的安定性に優れた有機トランジスタの電極を溶液法により形成することができる。このため、有機トランジスタを製造するための工程をすべてウェットプロセスで行うことができる。 According to the present invention, it is possible to form an electrode of an organic transistor having little influence on the organic semiconductor layer and excellent in mechanical strength and thermal stability by a solution method. For this reason, all the steps for manufacturing the organic transistor can be performed by a wet process.
以下、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
まず、図1に本発明の本実施の形態の有機トランジスタの構造を示す。
図1に示す有機トランジスタは、基板11上にゲート電極12、ゲート絶縁層13、ソース電極15及びドレイン電極16が順次積層され、その上に有機半導体層14が積層された、いわゆるボトムコンタクト型素子と呼ばれる構造である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
First, FIG. 1 shows a structure of an organic transistor according to the present embodiment of the present invention.
The organic transistor shown in FIG. 1 is a so-called bottom contact element in which a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a source electrode 15 and a drain electrode 16 are sequentially stacked on a substrate 11, and an organic semiconductor layer 14 is stacked thereon. It is a structure called.
図1に示す有機トランジスタは、基体11と、基体11上に形成されたゲート電極12と、ゲート電極12を被覆するゲート絶縁層13とを備える。また、ゲート絶縁層13上に形成されたソース電極15及びドレイン電極16と、ソース電極15及びドレイン電極16を被覆する有機半導体層14とを備える。 The organic transistor shown in FIG. 1 includes a base 11, a gate electrode 12 formed on the base 11, and a gate insulating layer 13 that covers the gate electrode 12. Further, a source electrode 15 and a drain electrode 16 formed on the gate insulating layer 13 and an organic semiconductor layer 14 covering the source electrode 15 and the drain electrode 16 are provided.
有機トランジスタに用いられる基体11には、ガラスやシリコン、又は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のフレキシブルなプラスチックシートを用いることができる。また、プラスチックシートを用いることにより軽量化及び衝撃に対する耐性を向上できる。 As the substrate 11 used in the organic transistor, glass, silicon, or a flexible plastic sheet such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polysulfone, or polyethersulfone can be used. Moreover, weight reduction and resistance to impact can be improved by using a plastic sheet.
ゲート電極12は、例えば、金属材料、炭素材料、導電性粒子をポリマーとともに液体中に分散させたポリマー混合物、カーボンペースト、導電性ポリマー、又は、ハイドープのシリコン等の導電性材料により形成される。 The gate electrode 12 is formed of, for example, a metal material, a carbon material, a polymer mixture in which conductive particles are dispersed in a liquid together with a polymer, a carbon paste, a conductive polymer, or a conductive material such as highly doped silicon.
上述の金属材料として、例えば、Cr,Al,Ta,Mo,Nb,Cu,Ag,Au,Pt,Pd,In,Ni,Nd等の金属材料やこれらの合金材料を挙げることができる。また、上述の炭素材料として、例えば、カーボンブラック、熱処理カーボンブラック、グラッシーカーボン、パイロリテイックグラファイト、グラファイト、鱗片状グラファイト等、及び、これらの混合物を挙げることができる。
また、金属材料、及び、炭素材料等の導電性材料からなるゲート電極12は、膜厚約10nm〜約500nmに形成される。
Examples of the metal material include metal materials such as Cr, Al, Ta, Mo, Nb, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, In, Ni, and Nd, and alloy materials thereof. Examples of the carbon material include carbon black, heat-treated carbon black, glassy carbon, pyrolytic graphite, graphite, scaly graphite, and a mixture thereof.
The gate electrode 12 made of a conductive material such as a metal material and a carbon material is formed to a thickness of about 10 nm to about 500 nm.
また、上述のポリマー混合物としては、例えば、銀インクやグラファイトインク、銀ペースト、カーボンペースト等の導電性粒子をポリマーとともに液体中に分散させて使用することができる。また、上述の導電性ポリマーとしては、ポリアニリン塩、ポリ(3,4−エチレン−ジオキシチオフェン)のポリスチレンスルホン酸塩、又は、ドープされたポリピロールのような可溶性導電性ポリマーを挙げることができる。この場合、ゲート電極12は、ポリマー混合物を塗布又は印刷した後、溶媒を除去、乾燥することによって膜厚約30nm〜約1000nmに形成される。 Moreover, as the above-mentioned polymer mixture, for example, conductive particles such as silver ink, graphite ink, silver paste, and carbon paste can be dispersed in a liquid together with a polymer and used. Examples of the conductive polymer include a polyaniline salt, a poly (3,4-ethylene-dioxythiophene) polystyrene sulfonate, or a soluble conductive polymer such as doped polypyrrole. In this case, the gate electrode 12 is formed to a film thickness of about 30 nm to about 1000 nm by applying or printing the polymer mixture, removing the solvent, and drying.
また、上述のハイドープのシリコンとしては、通常のLSIプロセスで用いられるシリコン基板から形成することができる。例えば、LSIプロセスで用いられるシリコン基板において、シリコン基板全体、又は、ゲート絶縁層が形成される近傍の領域をハイドープとすることで、このシリコン基板にゲート電極層12及び基板11を形成することができる。 Further, the above-described highly doped silicon can be formed from a silicon substrate used in a normal LSI process. For example, in a silicon substrate used in an LSI process, the gate electrode layer 12 and the substrate 11 can be formed on the silicon substrate by making the entire silicon substrate or a region in the vicinity where the gate insulating layer is formed highly doped. it can.
ゲート電極12を被覆するゲート絶縁層13は、無機材料、有機材料、又は、有機低分子アモルファス材料等の種々の絶縁性材料から形成される。ゲート絶縁層13の形成方法も材料に応じて、蒸着、スパッタリング、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)ゲート電極12の陽極酸化、塗布、溶液からの付着等、種々の成膜方法を採用することができる。ゲート絶縁層13は、膜厚約10nm〜約500nmに形成される。 The gate insulating layer 13 covering the gate electrode 12 is formed of various insulating materials such as an inorganic material, an organic material, or an organic low molecular weight amorphous material. Depending on the material, the gate insulating layer 13 can be formed by various film forming methods such as vapor deposition, sputtering, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) gate electrode 12 anodic oxidation, coating, and adhesion from a solution. . The gate insulating layer 13 is formed to a thickness of about 10 nm to about 500 nm.
無機材料としては、例えばSiO2、Al2O3、Ta2O5、ZrO2等の単金属酸化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウムなどの複合酸化物、SiNxなどの窒化物、酸化窒化物、フッ化物等を挙げることができる。 Examples of inorganic materials include single metal oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and ZrO 2 , composite oxides such as strontium titanate and strontium barium titanate, nitrides such as SiNx, and oxynitriding And fluoride.
有機材料としては、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、シアノエチルプルラン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデン−4フッ化エチレン共重合体、及びその他のポリマー材料を挙げることができる。 Examples of the organic material include polyvinylphenol, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyimide, benzocyclobutene, cyanoethyl pullulan, polyvinylidene fluoride, vinylidene-4 fluoroethylene copolymer, and other polymer materials. .
有機低分子アモルファス材料としては、例えば、コール酸、コール酸メチル等を挙げることができる。この場合、ゲート絶縁層13は、膜厚約10nm〜約500nmに形成される。 Examples of the organic low molecular weight amorphous material include cholic acid and methyl cholate. In this case, the gate insulating layer 13 is formed to a thickness of about 10 nm to about 500 nm.
ソース電極15及びドレイン電極16は、炭素材料により形成される。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、熱処理カーボンブラック、グラッシーカーボン、パイロリテイックグラファイト、グラファイト、鱗片状グラファイト等、及び、これらの混合物を用いることができる。 The source electrode 15 and the drain electrode 16 are made of a carbon material. As the carbon material, for example, carbon black, heat-treated carbon black, glassy carbon, pyrolytic graphite, graphite, scale-like graphite, and a mixture thereof can be used.
ソース電極15及びドレイン電極16の形成方法として、例えば、蒸着法、CVD法、プラズマCVD法、塗布法、印刷法、又は、ナノプリンティング法等のいかなる方法を用いてもよい。特に、炭素材料とバインダーと溶媒との混合物、又は、ペースト状のインクと形成し、塗布又は印刷する方法がより好ましく使用できる。
また、ソース電極15及びドレイン電極16は、炭素材料をバインダ樹脂に分散させてカーボンペーストにより形成される。カーボンペーストに使用されるバインダ樹脂としては、通常カーボンペーストのバインダとして用いられる熱硬化性樹脂等の樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等から、適宜選択して使用することができる。カーボンペーストの乾燥後の抵抗値は、特に
限定されないが、10−3Ωcmから1Ωcmの範囲のものが好ましく、10−1Ωcm未満であることがより好ましい。
As a method for forming the source electrode 15 and the drain electrode 16, for example, any method such as an evaporation method, a CVD method, a plasma CVD method, a coating method, a printing method, or a nanoprinting method may be used. In particular, a method of forming and applying or printing a mixture of a carbon material, a binder, and a solvent or a paste-like ink can be used more preferably.
The source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed of a carbon paste by dispersing a carbon material in a binder resin. As the binder resin used for the carbon paste, a resin such as a thermosetting resin usually used as a binder for the carbon paste can be used. For example, an acrylic resin, an epoxy resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, a polyvinyl alcohol, a phenol resin, a polyester resin, or the like can be appropriately selected and used. The resistance value after drying of the carbon paste is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 −3 Ωcm to 1 Ωcm, and more preferably less than 10 −1 Ωcm.
炭素材料から成る炭素電極は、例えば、ゲート絶縁層13上にHMDS(ヘキサメチルジシラザン)の自己組織化単分子膜(SAMs)による電極パターンを形成し、SAMs上にカーボンペーストを塗布し、乾燥することにより形成される。このとき、SAMsの電極パターンは、ゲート絶縁層13上の全面にSAMsを形成し、電極パターンが入ったシャドウマスクをSAMs上に被せてUV照射を行うことにより形成される。
また、ソース電極15及びドレイン電極16は、ゲート電極12の直上部を避けるように分離形成されている。
A carbon electrode made of a carbon material is formed by, for example, forming an electrode pattern of HMDS (hexamethyldisilazane) self-assembled monolayers (SAMs) on the gate insulating layer 13, applying a carbon paste on the SAMs, and drying. It is formed by doing. At this time, the electrode pattern of the SAMs is formed by forming the SAMs on the entire surface of the gate insulating layer 13, and covering the SAMs with a shadow mask containing the electrode pattern and performing UV irradiation.
Further, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are separately formed so as to avoid the portion directly above the gate electrode 12.
有機半導体層14は、例えば、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ペリレン、ピレン、コロネン、クリセン、デカシクレン、ビオランスレンなどの多環芳香族分子材料、フタロシアニン、トリフェニレン、チオフェンオリゴマー及びそれらの誘導置換体、ベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾテトラチアフルバレンなどのテトラチアフルバレン類、テトラチオテトラセン、及びレジオレギュラ・ポリ(3−アルキルチオフェン)等の電子供与性を有する結晶性有機半導体材料を加えて、p型有機トランジスタを構成することができる。
また、有機半導体層14としては、パーフルオロフタロシアニンF16CuPc、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、ジシアノキノンジイミン(DCNQI)、フルオロチオフェンオリゴマー及びそれらの誘導置換体、パーフルオロポリアセン、ナフタレン及びペリレンのテトラカルボン酸無水物及びテトラカルボン酸ジイミンとその誘導体、フラーレンC60等の電子受容性を有する結晶性有機半導体材料を加えて、n型有機トランジスタを構成することができる。
特に好ましくは、下記の化合物(1)〜(6)を用いることができる。
The organic semiconductor layer 14 includes, for example, pentacyclic, tetracene, anthracene, perylene, pyrene, coronene, chrysene, decacyclene, violanthrene, and other polycyclic aromatic molecular materials, phthalocyanine, triphenylene, thiophene oligomers and derivatives thereof, benzothiophene derivatives A crystalline organic semiconductor material having electron-donating properties such as tetrathiafulvalenes such as dibenzotetrathiafulvalene, tetrathiotetracene, and regioregular poly (3-alkylthiophene) to form a p-type organic transistor be able to.
The organic semiconductor layer 14 includes perfluorophthalocyanine F 16 CuPc, tetracyanoquinodimethane (TCNQ), dicyanoquinone diimine (DCNQI), fluorothiophene oligomers and derivatives thereof, perfluoropolyacene, naphthalene and perylene. In addition, a crystalline organic semiconductor material having electron accepting properties such as tetracarboxylic acid anhydride, tetracarboxylic acid diimine and derivatives thereof, and fullerene C 60 can be added to form an n-type organic transistor.
Particularly preferably, the following compounds (1) to (6) can be used.
また、上述の有機半導体材料以外にも、電子供与性を有する結晶性有機半導体材料であれば、有機半導体層14を構成する電子供与性の結晶性有機半導体材料として用いることができる。 In addition to the organic semiconductor material described above, any crystalline organic semiconductor material having an electron donating property can be used as the electron donating crystalline organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer 14.
次に、上述の有機トランジスタの製造方法の一例を、図2,3を用いて説明する。
まず、図2Aに示すように、基板11上にゲート電極12及びゲート絶縁層13を形成する。
ゲート電極12は、上述の導電材料を、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより膜厚約10nm〜約500nmに成膜する。そして、所定のゲート電極のパターンに、成膜した導電材料をパターニングして形成する。
または、ポリマー混合物や、粒径が数nmから数10nm程度の金属微粒子を分散させた溶剤を塗布し、基板温度400℃未満の工程で、膜厚約30nm〜約1000nmの金属薄膜を成膜する。そして、所定のゲート電極のパターンに、成膜した金属薄膜をパターニングしてゲート電極12を形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the above-described organic transistor will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 2A, a gate electrode 12 and a gate insulating layer 13 are formed on a substrate 11.
The gate electrode 12 is formed by depositing the above-described conductive material to a film thickness of about 10 nm to about 500 nm by, for example, sputtering or vapor deposition. Then, the formed conductive material is patterned into a predetermined gate electrode pattern.
Alternatively, a polymer mixture or a solvent in which metal fine particles having a particle size of several nanometers to several tens of nanometers are applied, and a metal thin film having a film thickness of about 30 nm to about 1000 nm is formed in a process at a substrate temperature of less than 400 ° C. . Then, the formed metal thin film is patterned into a predetermined gate electrode pattern to form the gate electrode 12.
また、ゲート絶縁層13として、無機材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の方法で形成する。
また、ゲート絶縁層13として有機材料を用いる場合には、絶縁性の有機材料、又は、ポリマーの前駆体を溶解した溶液を作製し、この溶液をスピンコート法、スクリーン印刷法等により塗布する。
そして、溶剤を揮発させて膜厚約50nm〜約500nmのゲート絶縁層13を形成する。または、溶剤を揮発させて除去した後、加熱してポリマーの前駆体を所望のポリマーに変換することによって、膜厚約50nm〜約500nmのゲート絶縁層13を形成する。
In addition, when an inorganic material is used for the gate insulating layer 13, it is formed by a method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method.
When an organic material is used for the gate insulating layer 13, a solution in which an insulating organic material or a polymer precursor is dissolved is prepared, and this solution is applied by a spin coating method, a screen printing method, or the like.
Then, the solvent is volatilized to form the gate insulating layer 13 having a film thickness of about 50 nm to about 500 nm. Alternatively, after removing the solvent by volatilization, the gate insulating layer 13 having a film thickness of about 50 nm to about 500 nm is formed by heating to convert the polymer precursor into a desired polymer.
また、ゲート絶縁層13としてTa2O5やAl2O3を用いる場合には、ゲート電極12をTa又はAlにより構成し、ホウ酸アンモニウム水溶液等の電解液を用いてTa又はAl電極層を陽極酸化することによって形成する。 When Ta 2 O 5 or Al 2 O 3 is used as the gate insulating layer 13, the gate electrode 12 is made of Ta or Al, and the Ta or Al electrode layer is formed using an electrolytic solution such as an ammonium borate aqueous solution. It is formed by anodizing.
次に、ゲート絶縁層13の表面を必要に応じて洗浄した後、図2Bに示すように、ゲート絶縁層13上に自己組織化単分子膜(SAMs)17を形成する。
SAMs17は、例えば、ゲート絶縁層13の表面を、アセトン、2−プロパノール及び超純水で洗浄した後、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)の蒸気に暴露するSAMs処理を行うことにより形成することができる。
Next, after cleaning the surface of the gate insulating layer 13 as necessary, self-assembled monolayers (SAMs) 17 are formed on the gate insulating layer 13 as shown in FIG. 2B.
The SAMs 17 can be formed, for example, by performing a SAMs treatment in which the surface of the gate insulating layer 13 is washed with acetone, 2-propanol and ultrapure water and then exposed to HMDS (hexamethyldisilazane) vapor. .
次に、図2Cに示すように、電極パターンの入ったシャドウマスク18を、形成したSAMs17上に被せる。そして、UVオゾン洗浄を行い、図3Dに示すように、UV照射が行われた部分のSAMs17を分解し、分解したSAMsを除去する。この工程により、SAMs17による電極パターンを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 2C, a shadow mask 18 containing an electrode pattern is placed on the formed SAMs 17. Then, UV ozone cleaning is performed, and as shown in FIG. 3D, the SAMs 17 in the UV-irradiated portion are decomposed and the decomposed SAMs are removed. By this step, an electrode pattern by SAMs 17 can be formed.
次に、電極パターンを形成したSAMs17上に、カーボンペーストを塗布する。カーボンペースは、必要に応じて、例えば酢酸エチルなどの溶媒を用いて濃度を調整し、粘度や流動性を調製する。
この工程により、図3Eに示すように、SAMs17とゲート絶縁層13との表面エネルギーの差により、SAMsが除去された部分にのみ、カーボンペーストが行き渡る。そして、大気中で塗布したカーボンペーストを乾燥させることにより、ゲート絶縁層13上に、炭素薄膜を形成することができる。そして、この炭素薄膜がソース電極15及びドレイン電極16となる。
Next, a carbon paste is applied on the SAMs 17 on which the electrode pattern is formed. The carbon pace adjusts the concentration using a solvent such as ethyl acetate as necessary to adjust the viscosity and fluidity.
By this step, as shown in FIG. 3E, the carbon paste spreads only to the portion where the SAMs are removed due to the difference in surface energy between the SAMs 17 and the gate insulating layer 13. A carbon thin film can be formed on the gate insulating layer 13 by drying the carbon paste applied in the air. The carbon thin film becomes the source electrode 15 and the drain electrode 16.
次に、図3Fに示すように、ゲート絶縁層13上において、ソース電極15及びドレイン電極16を被覆する有機半導体層14を形成する。このとき、有機半導体層14を、SAMs上に直接形成することが好ましい。SAMs上に有機半導体層14を形成することにより、有機半導体層14中の分子配列が良好になる。
また、SAMsを除去した後に有機半導体層14を形成することもできる。SAMsは、例えばクロロホルムやヘキサン等の有機溶媒を用いて超音波洗浄をすることにより除去することができる。
有機半導体層14は、上述の有機半導体材料を用いて、スピンコート法、キャスト法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクト印刷法等のウェットプロセスを用いて有機半導体層14を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 3F, the organic semiconductor layer 14 that covers the source electrode 15 and the drain electrode 16 is formed on the gate insulating layer 13. At this time, the organic semiconductor layer 14 is preferably formed directly on the SAMs. By forming the organic semiconductor layer 14 on the SAMs, the molecular arrangement in the organic semiconductor layer 14 is improved.
Alternatively, the organic semiconductor layer 14 can be formed after removing the SAMs. SAMs can be removed by ultrasonic cleaning using an organic solvent such as chloroform or hexane.
The organic semiconductor layer 14 is formed using a wet process such as a spin coating method, a casting method, a screen printing method, an ink jet printing method, or a micro contact printing method using the above-described organic semiconductor material.
以上の工程により、図1に示す構成の有機トランジスタを製造することができる。
なお、上述の実施の形態では、カーボンペースト及びSAMsを使用して炭素電極のパターンを作製したが、この方法に限らず、炭素薄膜を形成することができればどのような方法を用いてもよい。上述の方法以外にも、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、レーザーアブレーション法、カーボンペーストを用い手インクジェットによる印刷等を適用することができる。
Through the above steps, the organic transistor having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.
In the above-described embodiment, the carbon electrode pattern is prepared using carbon paste and SAMs. However, the present invention is not limited to this method, and any method may be used as long as a carbon thin film can be formed. In addition to the above method, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) method, laser ablation method, printing by hand ink jet using carbon paste, and the like can be applied.
(実施例)
以下、実際に図1に示したボトムコンタクト型の有機トランジスタを作製して特性を調査した。
(実施例1)
まず、表面にシリコンの酸化膜が形成されたシリコン基体(SiO2/Si基体)の表面を、まずアセトンで洗浄し、続いて、2−プロパノール、及び、超純水で洗浄した後オーブンで乾燥し、さらに、UVオゾン洗浄を行った。
次に、洗浄した基体を150℃のオーブン内でHMDS蒸気に1時間暴露し、基体表面にSAMs処理を行った。このSAMs処理により、基体表面にHMDSによるSAMsを形成した。
基体をオーブンから取り出した後、基体上の余分なHMDSをアセトンで洗い流し、再び150℃のオーブン内で乾燥させた。
(Example)
Hereinafter, the bottom contact type organic transistor shown in FIG. 1 was actually fabricated and the characteristics were investigated.
Example 1
First, the surface of a silicon substrate (SiO 2 / Si substrate) having a silicon oxide film formed thereon is first washed with acetone, then washed with 2-propanol and ultrapure water, and then dried in an oven. Further, UV ozone cleaning was performed.
Next, the cleaned substrate was exposed to HMDS vapor in an oven at 150 ° C. for 1 hour to perform SAMs treatment on the substrate surface. By this SAMs treatment, HMDS by HMDS was formed on the substrate surface.
After removing the substrate from the oven, excess HMDS on the substrate was washed away with acetone and dried again in an oven at 150 ° C.
次に、SAMsを形成した基体上に電極パターンが入ったシャドウマスクを被せてUVオゾン洗浄を行い、UV照射された部分のみSAMsを分解してSAMsの電極パターンを形成した。 Next, a shadow mask containing an electrode pattern was placed on the substrate on which the SAMs were formed, and UV ozone cleaning was performed, and the SAMs were decomposed only in the UV irradiated portions to form SAMs electrode patterns.
次に、このSAMsの電極パターンが形成された基体上に、カーボンペースト(フジクラ社製 ドータイトXC−12、抵抗値10−2Ωcm)を酢酸エチルでおよそ10倍に希釈したカーボンペースト溶液を滴下した。滴下したカーボンペースト溶液は、基体上のSiO2とSAMsとの表面エネルギーの差により、SAMsが除去された部分にのみカーボンペースト溶液を選択的に行き渡らせた。
そして、この状態でカーボンペースト溶液を大気下で乾燥させることにより、基体上に、カーボンペーストによる炭素電極を形成した。
Next, a carbon paste solution obtained by diluting carbon paste (Dotite XC-12, manufactured by Fujikura Co., Ltd., resistance value: 10 −2 Ωcm) about 10 times with ethyl acetate was dropped onto the substrate on which the electrode pattern of SAMs was formed. . The dropped carbon paste solution selectively spread the carbon paste solution only to the portion where the SAMs were removed due to the difference in surface energy between SiO 2 and SAMs on the substrate.
In this state, the carbon paste solution was dried in the air to form a carbon electrode made of carbon paste on the substrate.
次に、有機半導体材料として昇華精製によって精製したペンタセンを使用し、蒸着法を用いて上述の方法で作製した炭素電極上に室温で有機半導体層を形成し、ボトムコンタクト型の有機トランジスタを作製した。 Next, pentacene purified by sublimation purification was used as the organic semiconductor material, an organic semiconductor layer was formed at room temperature on the carbon electrode prepared by the above-described method using a vapor deposition method, and a bottom contact type organic transistor was produced. .
実施例1で作製した有機トランジスタの炭素電極の表面をAFMにより観察し、観察した炭素電極の画像を図4に示す。また、炭素電極が形成された基板上に形成したペンタセンの画像を図5に示す。実施例1で作製した有機トランジスタの炭素電極をXRDにより測定し、結果を図6に示す。
なお、AFM及びXRDは下記の方法を用いた。
The surface of the carbon electrode of the organic transistor produced in Example 1 was observed by AFM, and an image of the observed carbon electrode is shown in FIG. FIG. 5 shows an image of pentacene formed on the substrate on which the carbon electrode is formed. The carbon electrode of the organic transistor produced in Example 1 was measured by XRD, and the result is shown in FIG.
The following methods were used for AFM and XRD.
AFM(atomic force microscopy)
セイコーインスツルメンツ社製の走査型プローブ顕微鏡SPA−300/SPI3800、及び、Si3N4のカンチレバーを用いて、作製した試料を撮影し、表面形状の評価を行った。
AFM (atomic force microscopy)
Using the scanning probe microscope SPA-300 / SPI3800 manufactured by Seiko Instruments Inc. and a Si 3 N 4 cantilever, the prepared sample was photographed and the surface shape was evaluated.
XRD(X-ray diffraction)
フィリップス社製のX−PERT PRO MRDを用いて、薄膜に対してθ−2θscan(2°≦2θ≦30°)を行い、ブラッグの法則(2dsinθ=nλ,λ=1.541838Å(CuKα)を用いて、試料の格子面間隔(d−spacing)を求めた。
XRD (X-ray diffraction)
Using a X-PERT PRO MRD manufactured by Philips, θ-2θscan (2 ° ≦ 2θ ≦ 30 °) is performed on the thin film, and Bragg's law (2 dsin θ = nλ, λ = 1.541838Å (CuKα)) is used. Thus, the lattice spacing (d-spacing) of the sample was determined.
図4に示した画像から、炭素電極は直径が100nm程度の炭素微粒子によって薄膜が形成されていることが伺える。そして、炭素微粒子が多数集まって2μm程度の塊を形成している。また、炭素微粒子の塊間の境界が深くなっており、表面の平滑性が低い。このような低い平滑性は、ボトムコンタクト素子を形成した際に、炭素電極上の有機半導体薄膜を形成するには不利のようにも見られる。しかし、図5に示すように、実際に炭素電極が形成された基体上にペンタセン薄膜を蒸着すると、炭素電極上にペンタセン特有のモルホロジが形成されている。このため、炭素電極上にもシリコン基板上同様に、ペンタセンの膜成長が起こっているものと考えられる。さらに、炭素電極付近のペンタセンのモルホロジも電極直近まで崩れることなく続いていることがわかる。
従来の金電極を使用し、ペンタセンを用いたボトムコンタクト型の有機トランジスタを構成した場合には、電極付近においてグレインサイズが小さくなるという変化が観測されている。このグレインサイズの変化が有機トランジスタの特性を低下させている一つの要因と考えられている。
上述の実施例においては、炭素電極付近でのペンタセンのモルホロジの乱れが見られないため、トランジスタ特性において有利になる。
From the image shown in FIG. 4, it can be seen that the carbon electrode has a thin film formed of carbon fine particles having a diameter of about 100 nm. A large number of fine carbon particles gather to form a lump of about 2 μm. Moreover, the boundary between the masses of carbon fine particles is deep, and the surface smoothness is low. Such low smoothness is also disadvantageous for forming an organic semiconductor thin film on a carbon electrode when a bottom contact element is formed. However, as shown in FIG. 5, when a pentacene thin film is deposited on a substrate on which a carbon electrode is actually formed, a morphology unique to pentacene is formed on the carbon electrode. For this reason, it is considered that the film growth of pentacene occurs on the carbon electrode as well as on the silicon substrate. Furthermore, it can be seen that the morphology of pentacene near the carbon electrode continues without breaking down to the immediate vicinity of the electrode.
When a bottom contact type organic transistor using pentacene is formed using a conventional gold electrode, a change in grain size near the electrode has been observed. This change in grain size is considered to be one factor that deteriorates the characteristics of the organic transistor.
In the above-described embodiments, the disorder of the pentacene morphology near the carbon electrode is not observed, which is advantageous in transistor characteristics.
また、炭素電極のXRDの結果を図6に示すように、2θ=30度におけるシングルピークが26.5度で観測された。この値はdspace=3.36Åに相当し、グラファイトの層間距離3.35Åとほぼ一致する。従って、炭素電極の主成分はグラファイトであり、主としてグラフェン層が基板と平行に並んでいることを示す。 Further, as shown in FIG. 6 of the XRD result of the carbon electrode, a single peak at 2θ = 30 degrees was observed at 26.5 degrees. This value corresponds to dspace = 3.36 、, which is almost equal to the graphite interlayer distance of 3.35 Å. Therefore, the main component of the carbon electrode is graphite, which mainly indicates that the graphene layer is aligned in parallel with the substrate.
次に、実施例1で作製した有機トランジスタの炭素電極の安定性を調べた。また、比較のため、(TTF)(TCNQ)により電極を形成した下記の比較例1においても同じ測定を行った。 Next, the stability of the carbon electrode of the organic transistor produced in Example 1 was examined. For comparison, the same measurement was performed in Comparative Example 1 below in which electrodes were formed by (TTF) (TCNQ).
(比較例1)
カーボンペーストを用いた炭素電極に替えて、(TTF)(TCNQ)を用いて蒸着法により電極を形成した以外は、実施例1と同様の方法で比較例1の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 1)
An organic transistor of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was formed by vapor deposition using (TTF) (TCNQ) instead of the carbon electrode using carbon paste.
実施例1及び比較例1の有機トランジスタについて、大気下において各電極を加熱し、抵抗率の温度変化を調べた結果を図7に示す。
図7に示すように、室温では実施例1の有機トランジスタの炭素電極は、0.4Ωcm程度の抵抗率を示した。また、比較例1の有機トランジスタの(TTF)(TCNQ)電極は、0.2Ωcm程度の抵抗率を示した。そして、両者を加熱していくことにより、炭素電極の抵抗値がほぼ一定の値を維持したのに対し、(TTF)(TCNQ)電極は徐々に抵抗率が低下し、半導体的な挙動を示した。また、炭素電極では、加熱後の冷却においても、ほぼ一定の値を示したのに対し、(TTF)(TCNQ)電極では加熱過程において360Kを超えたあたりから急に抵抗率が上昇した。(TTF)(TCNQ)電極の抵抗率の上昇は(TTF)(TCNQ)の分解によるものであると考えられる。
For the organic transistors of Example 1 and Comparative Example 1, each electrode was heated in the atmosphere, and the results of examining the temperature change in resistivity are shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the carbon electrode of the organic transistor of Example 1 exhibited a resistivity of about 0.4 Ωcm at room temperature. Moreover, the (TTF) (TCNQ) electrode of the organic transistor of Comparative Example 1 exhibited a resistivity of about 0.2 Ωcm. By heating both, the resistance value of the carbon electrode maintained a substantially constant value, whereas the resistivity of the (TTF) (TCNQ) electrode gradually decreased and showed a semiconductor behavior. It was. In addition, the carbon electrode showed an almost constant value even after cooling after heating, whereas the (TTF) (TCNQ) electrode suddenly increased the resistivity from around 360K in the heating process. The increase in the resistivity of the (TTF) (TCNQ) electrode is considered to be due to the decomposition of (TTF) (TCNQ).
また、実施例1及び比較例1の有機トランジスタについて、一定温度下に保った際の抵抗率の変化を調べた。
実施例1の有機トランジスタの炭素電極の抵抗率の変化を図8A,Bに示す。また、比較例1の有機トランジスタの(TTF)(TCNQ)電極の抵抗率の変化を図9A,Bに示す。
Moreover, about the organic transistor of Example 1 and the comparative example 1, the change of the resistivity at the time of keeping under fixed temperature was investigated.
Changes in the resistivity of the carbon electrode of the organic transistor of Example 1 are shown in FIGS. 8A and 8B. 9A and 9B show changes in the resistivity of the (TTF) (TCNQ) electrode of the organic transistor of Comparative Example 1. FIG.
図8A,Bに示す結果から、実施例1の炭素電極では、いずれの温度においても大きな変化は見られなかった。これに対し、図9A,Bに示すように、比較例1の(TTF)(TCNQ)電極では、50℃に保持した場合には16時間するとやや抵抗率が上がり、60℃に保持した場合には急激に抵抗率が上昇していることがわかる。これらの結果から炭素電極が、従来用いられている(TTF)(TCNQ)に比べて、伝導性材料として安定であることが伺える。
有機トランジスタの実用化には、耐用年数が一つの重要な要素となる。上述の結果から、安定性の高い炭素電極を有機トランジスタの電極として使用することにより、有機トランジスタの耐用年数を向上させることができる。
From the results shown in FIGS. 8A and 8B, the carbon electrode of Example 1 showed no significant change at any temperature. On the other hand, as shown in FIGS. 9A and 9B, the (TTF) (TCNQ) electrode of Comparative Example 1 shows a slight increase in resistivity after 16 hours when held at 50 ° C., and when held at 60 ° C. It can be seen that the resistivity increases rapidly. From these results, it can be seen that the carbon electrode is more stable as a conductive material than the conventionally used (TTF) (TCNQ).
For practical use of organic transistors, the service life is one important factor. From the above results, the lifetime of the organic transistor can be improved by using a highly stable carbon electrode as the electrode of the organic transistor.
次に、有機トランジスタに適用する有機半導体材料を変更して、実施例2〜4の有機トランジスタを作製し、評価を行った。また、有機トランジスタに適用する電極材料を変更して比較例1〜8の有機トランジスタを作製し、評価を行った。 Next, the organic semiconductor material applied to the organic transistor was changed, and the organic transistors of Examples 2 to 4 were produced and evaluated. Moreover, the electrode material applied to an organic transistor was changed, the organic transistor of Comparative Examples 1-8 was produced, and evaluation was performed.
(実施例2)
ペンタセンを使用し、蒸着法を用いて上述の方法で作製した炭素電極上に有機半導体層を形成する際、基体の温度を60℃としたことを除き、実施例1と同様に実施例2の有機トランジスタを作製した。
(Example 2)
When forming an organic semiconductor layer on the carbon electrode produced by the above-described method using pentacene and using the vapor deposition method, the temperature of the substrate is set to 60 ° C. An organic transistor was fabricated.
(実施例3)
有機半導体材料をペンタセンからF16CuPcに変更した以外は、実施例1と同様に実施例3の有機トランジスタを作製した。
(Example 3)
An organic transistor of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the organic semiconductor material was changed from pentacene to F 16 CuPc.
(実施例4)
有機半導体材料をペンタセンからP3HTに変更し、スピンコート法を用いて有機半導体層を形成した以外は、実施例1と同様に実施例3の有機トランジスタを作製した。
スピンコート法による有機半導体層の形成は、蒸留したCHCl3を溶媒として使用し、CHCl31mlに対してP3HT10mgの割合で溶解したCHCl3溶液を作製した。そして、この溶液を基板上に滴下して、スピンコータ(ミカサ社製 MS−A100)を用いて5000rpmで60秒間、基板を高速回転させた。
Example 4
An organic transistor of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the organic semiconductor material was changed from pentacene to P3HT and an organic semiconductor layer was formed by using a spin coating method.
Formation of the organic semiconductor layer by spin coating method, distilled the CHCl 3 was used as a solvent, to prepare a CHCl 3 solution was dissolved in a proportion of P3HT10mg against CHCl 3 1 ml. And this solution was dripped on the board | substrate and the board | substrate was rotated at high speed for 60 seconds at 5000 rpm using the spin coater (Mikasa MS-A100).
(実施例5)
有機半導体材料をペンタセンからDMDCNQIに変更した以外は、実施例1と同様に実施例4の有機トランジスタを作製した。
(Example 5)
An organic transistor of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the organic semiconductor material was changed from pentacene to DMDCNQI.
(比較例2)
電極材料を、(TTF)(TCNQ)から金(Au)に変更した以外は、比較例1と同様に比較例2の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 2)
An organic transistor of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the electrode material was changed from (TTF) (TCNQ) to gold (Au).
(比較例3)
カーボンペーストを用いた炭素電極に替えて、(TTF)(TCNQ)を用いて蒸着法により電極を形成した以外は、実施例3と同様の方法で比較例3の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 3)
An organic transistor of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 3 except that the electrode was formed by vapor deposition using (TTF) (TCNQ) instead of the carbon electrode using carbon paste.
(比較例4)
電極材料を、(TTF)(TCNQ)から金(Au)に変更した以外は、比較例3と同様に比較例4の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 4)
An organic transistor of Comparative Example 4 was produced in the same manner as Comparative Example 3, except that the electrode material was changed from (TTF) (TCNQ) to gold (Au).
(比較例5)
カーボンペーストを用いた炭素電極に替えて、(TTF)(TCNQ)を用いて蒸着法により電極を形成した以外は、実施例4と同様の方法で比較例5の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 5)
An organic transistor of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 4 except that the electrode was formed by vapor deposition using (TTF) (TCNQ) instead of the carbon electrode using carbon paste.
(比較例6)
電極材料を、(TTF)(TCNQ)から金(Au)に変更した以外は、比較例5と同様に比較例6の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 6)
An organic transistor of Comparative Example 6 was produced in the same manner as Comparative Example 5 except that the electrode material was changed from (TTF) (TCNQ) to gold (Au).
(比較例7)
カーボンペーストを用いた炭素電極に替えて、(TTF)(TCNQ)を用いて蒸着法により電極を形成した以外は、実施例5と同様の方法で比較例7の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 7)
An organic transistor of Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 5 except that the electrode was formed by vapor deposition using (TTF) (TCNQ) instead of the carbon electrode using carbon paste.
(比較例8)
電極材料を、(TTF)(TCNQ)から金(Au)に変更した以外は、比較例7と同様に比較例8の有機トランジスタを作製した。
(Comparative Example 8)
An organic transistor of Comparative Example 8 was produced in the same manner as Comparative Example 7 except that the electrode material was changed from (TTF) (TCNQ) to gold (Au).
実施例1〜5、及び、比較例1〜8で作製した各有機トランジスタの特性は、いずれも空気下において、Keithley 4200 semiconductor parameter analyzerを用いて測定を行った。 The characteristics of each organic transistor produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 8 were measured using a Keithley 4200 semiconductor parameter analyzer in the air.
表1に実施例1〜5で作製した有機トランジスタの特性を示す。
また、図10に実施例1で作製した有機トランジスタの出力特性及び伝達特性を示す。図11に実施例3で作製した有機トランジスタの出力特性及び伝達特性を示し、図12に実施例4で作製した有機トランジスタの出力特性及び伝達特性を示す。
Table 1 shows the characteristics of the organic transistors produced in Examples 1 to 5.
FIG. 10 shows output characteristics and transfer characteristics of the organic transistor manufactured in Example 1. FIG. 11 shows the output characteristics and transfer characteristics of the organic transistor manufactured in Example 3, and FIG. 12 shows the output characteristics and transfer characteristics of the organic transistor manufactured in Example 4.
表1に示すように、実施例1の炭素電極を用いた有機トランジスタでは、蒸着時の基板温度が室温のものでは、0.49cm2/Vsのキャリア移動度を示した。また、基板温度が60oCのもので1.0cm2/Vsキャリア移動度を示した。
ペンタセンは良好なp型トランジスタ特性を示す物質として知られているが、上述の実施例1及び実施例2の有機トランジスタでは、ボトムコンタクト型としては高い移動度を観測した。
As shown in Table 1, the organic transistor using the carbon electrode of Example 1 showed a carrier mobility of 0.49 cm 2 / Vs when the substrate temperature during vapor deposition was room temperature. The substrate mobility was 1.0 cm 2 / Vs when the substrate temperature was 60 ° C.
Pentacene is known as a material exhibiting good p-type transistor characteristics, but in the organic transistors of Examples 1 and 2 described above, high mobility was observed as the bottom contact type.
従来の有機トランジスタでは、金電極を用いたトップコンタクト型デバイスにおいて0.49cm2/Vsのキャリア移動度が報告されている。また、ボトムコンタクト型では電極表面修飾などを施していない金電極において、さらに一桁小さいキャリア移動道が報告されている。従来の有機トランジスタでは、(TTF)(TCNQ)電極を用いたトップコンタクト型及びボトムコンタクト型のデバイス構造において、0.4cm2/Vs程度のキャリア移動度が観測されている。
このように、実施例1,2の炭素電極を用いた有機トランジスタは、ボトムコンタクト型の素子としては、比較的高い値であることがわかる。
In a conventional organic transistor, a carrier mobility of 0.49 cm 2 / Vs has been reported in a top contact type device using a gold electrode. In addition, in the bottom contact type, a carrier movement path that is an order of magnitude smaller has been reported in a gold electrode that has not been subjected to electrode surface modification or the like. In conventional organic transistors, carrier mobility of about 0.4 cm 2 / Vs has been observed in top contact and bottom contact device structures using (TTF) (TCNQ) electrodes.
Thus, it turns out that the organic transistor using the carbon electrode of Examples 1 and 2 has a relatively high value as a bottom contact type element.
また、表1に示すように、実施例3の有機半導体層にF16CuPcを用いた有機トランジスタ、及び、実施例5の有機半導体層にDMDCNQIを用いた有機トランジスタでは、n型のキャリア移動度が観測された。
従って、炭素電極は、p型トランジスタのみではなく、n型トランジスタに対しても有効であることを示している。
Further, as shown in Table 1, in the organic transistor using F 16 CuPc for the organic semiconductor layer of Example 3 and the organic transistor using DMDCCNQI for the organic semiconductor layer of Example 5, n-type carrier mobility is used. Was observed.
Therefore, it is shown that the carbon electrode is effective not only for the p-type transistor but also for the n-type transistor.
さらに、実施例4の有機トランジスタでは、スピンコート法によりP3HTを用いて有機半導体層を形成した。このため、カーボンペーストを用いて形成した炭素電極は、一旦一度形成された後はクロロホルムに対して不溶であり、形成した炭素電極を溶かすことなく有機半導体層を溶液法によって形成することが可能となる。
従って、有機トランジスタにおいて炭素電極を適用することにより、完全塗布型の有機トランジスタを実現することが可能になる。
Furthermore, in the organic transistor of Example 4, the organic semiconductor layer was formed using P3HT by spin coating. For this reason, a carbon electrode formed using a carbon paste is insoluble in chloroform once formed, and an organic semiconductor layer can be formed by a solution method without dissolving the formed carbon electrode. Become.
Therefore, by applying the carbon electrode in the organic transistor, it is possible to realize a completely coated organic transistor.
次に、実施例1、実施例3〜5、及び、比較例1〜8で作製した有機トランジスタのキャリア移動度を表2に示す。 Next, Table 2 shows the carrier mobility of the organic transistors fabricated in Example 1, Examples 3 to 5, and Comparative Examples 1 to 8.
表2に示すように、上述の実施例1、実施例2〜5の有機トランジスタのキャリア移動度と、Au又は(TTF)(TCNQ)を電極材料として使用した有機トランジスタとを比較すると、実施例1、実施例2〜5は、比較例1〜8と同等かそれ以上の移動度を示した。 As shown in Table 2, when the carrier mobility of the organic transistor of Example 1 and Examples 2 to 5 described above is compared with the organic transistor using Au or (TTF) (TCNQ) as an electrode material, the Example 1, Examples 2-5 showed the mobility equivalent to or higher than Comparative Examples 1-8.
次に、有機半導体材料としてDMDCNQIを用いた、実施例5で作製したn型トランジスタのキャリア移動度と閾値電圧の時間変化を図13Aに示す。また、実施例5から電極材料を(TTF)(TCNQ)に変更した比較例7、及び、金(Au)に変更した比較例8の有機トランジスタの閾値電圧の時間変化を図13Bに示し、キャリア移動度の時間変化を図13Cに示す。
なお、比較のため、比較例8の有機トランジスタの電極材料を金(Au)から銀(Ag)及び銅(Cu)に変更した有機トランジスタの各種特性を図13A〜Cに合わせて示している。
Next, FIG. 13A shows changes over time in carrier mobility and threshold voltage of the n-type transistor manufactured in Example 5 using DMDCNQI as the organic semiconductor material. Further, FIG. 13B shows the change over time in the threshold voltage of the organic transistor of Comparative Example 7 in which the electrode material is changed to (TTF) (TCNQ) from Example 5 and Comparative Example 8 in which the material is changed to gold (Au). The time change of the mobility is shown in FIG. 13C.
For comparison, various characteristics of an organic transistor in which the electrode material of the organic transistor of Comparative Example 8 is changed from gold (Au) to silver (Ag) and copper (Cu) are shown in FIGS.
図13Aは、大気暴露後の時間(時間0は、大気暴露前の真空下)に対するキャリア移動度の変化を示している。図13Aに示す結果から、実施例5で作製した有機トランジスタは、キャリア移動度、閾値電圧ともに大きな変化がない。従って、従来から一般的に大気下での安定性の低いn型トランジスタにおいても、炭素電極を用いることにより、安定性の高い有機トランジスタを構成することができる。
また、図13B,Cに示すように、実施例5で作製した有機トランジスタと、電極材料を他の材料に変更した有機トランジスタとを比較した場合にも、実施例5で作製した有機トランジスタは、金電極と同等の安定性を示していることがわかる。
この結果は、炭素材料が、DMDCNQIとの界面において錯化のような現象を起こさずに、安定した界面を形成しているためと考えられる。
FIG. 13A shows the change in carrier mobility with respect to time after exposure to air (time 0 is under vacuum before exposure to air). From the results shown in FIG. 13A, the organic transistor manufactured in Example 5 has no significant change in both carrier mobility and threshold voltage. Therefore, even in an n-type transistor that is generally low in stability under the atmosphere, an organic transistor having high stability can be configured by using a carbon electrode.
In addition, as shown in FIGS. 13B and 13C, when the organic transistor manufactured in Example 5 is compared with the organic transistor in which the electrode material is changed to another material, the organic transistor manufactured in Example 5 is It can be seen that the stability is equivalent to that of the gold electrode.
This result is presumably because the carbon material forms a stable interface without causing a phenomenon such as complexation at the interface with DMDCNQI.
以上の結果から、ソース電極及びドレイン電極に炭素材料を用いることにより、塗布型の電極作製が可能となる。また、塗布型による炭素電極を用いた有機トランジスタでは、ペンタセンを始めとする複数の有機半導体材料に対してpおよびn型のキャリア移動度を観測できた。また、塗布法によってP3HTの有機半導体層を作製した有機トランジスタにおいてもトランジスタの各種特性を観測し、炭素電極が塗布法においても有効であることを確認できた。 From the above results, a coating-type electrode can be manufactured by using a carbon material for the source electrode and the drain electrode. Moreover, in the organic transistor using the coating type carbon electrode, p-type and n-type carrier mobility could be observed for a plurality of organic semiconductor materials including pentacene. In addition, various characteristics of the organic transistor in which a P3HT organic semiconductor layer was fabricated by a coating method were observed, and it was confirmed that the carbon electrode was also effective in the coating method.
なお、本発明は、上述の実施の形態で説明したボトムコンタクト型素子以外にも、例えば、図14に示す、基板21上にゲート電極22、ゲート絶縁層23、及び、有機半導体材料が適用された有機半導体層24が順次積層され、有機半導体層24上にソース電極25及びドレイン電極26が形成された、いわゆるトップコンタクト型素子と呼ばれる構造にも適用することができる。
トップコンタクト型素子の場合においても、上述の製造方法と同様の方法によって、炭素材料によるソース電極及びドレイン電極を形成することができる。
In the present invention, in addition to the bottom contact type element described in the above embodiment, for example, a gate electrode 22, a gate insulating layer 23, and an organic semiconductor material are applied on a substrate 21 as shown in FIG. The present invention can also be applied to a so-called top contact element structure in which the organic semiconductor layers 24 are sequentially stacked and the source electrode 25 and the drain electrode 26 are formed on the organic semiconductor layer 24.
Even in the case of a top contact type element, a source electrode and a drain electrode made of a carbon material can be formed by a method similar to the above-described manufacturing method.
また、本発明の有機トランジスタでは、上述したソース電極及びドレイン電極に炭素材料を適用するだけでなく、ゲート電極にも炭素材料を適用することができる。このため、本発明の有機トランジスタでは、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極のすべての電極を炭素材料から構成することができる。
例えばゲート電極を、カーボンペーストを用いた塗布法又は印刷法で形成することにより、有機トランジスタを構成する、ゲート電極、絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層のすべてを塗布法や印刷法で形成することが可能となる。
In the organic transistor of the present invention, not only can the carbon material be applied to the source electrode and the drain electrode described above, but also the carbon material can be applied to the gate electrode. For this reason, in the organic transistor of this invention, all the electrodes of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode can be comprised from a carbon material.
For example, all the gate electrodes, insulating films, source electrodes, drain electrodes, and organic semiconductor layers constituting the organic transistor by forming the gate electrode by a coating method or a printing method using carbon paste are applied or printed. Can be formed.
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。 The present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made without departing from the configuration of the present invention.
11,21 基体、12,22 ゲート電極、13,23 ゲート絶縁層、14,24有機半導体層、15,25 ソース電極、16,26 ドレイン電極、17 自己組織化単分子膜(SAMs)、18 シャドウマスク 11, 21 substrate, 12, 22 gate electrode, 13, 23 gate insulating layer, 14, 24 organic semiconductor layer, 15, 25 source electrode, 16, 26 drain electrode, 17 self-assembled monolayers (SAMs), 18 shadow mask
Claims (6)
前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、
前記有機半導体層に接して対向する位置に形成されている炭素材料からなるソース電極及びドレイン電極と
を備える有機トランジスタ。 An organic semiconductor layer;
A gate electrode formed on the organic semiconductor layer via a gate insulating layer;
An organic transistor comprising: a source electrode and a drain electrode made of a carbon material formed at positions facing and facing the organic semiconductor layer.
前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に炭素薄膜を形成してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆って有機半導体層を形成する工程とを含む
有機トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer covering the gate electrode;
Forming a carbon thin film on the gate insulating layer to form a source electrode and a drain electrode;
And a step of forming an organic semiconductor layer so as to cover the source electrode and the drain electrode.
前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に炭素薄膜を形成してソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含む
有機トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer covering the gate electrode;
Forming an organic semiconductor layer on the gate insulating layer;
The manufacturing method of an organic transistor including the process of forming a carbon thin film on the said organic-semiconductor layer, and forming a source electrode and a drain electrode.
前記ゲート絶縁膜上に自己組織化単分子膜を形成する工程と、
前記自己組織下単分子膜による電極パターンを形成する工程と、
前記自己組織下単分子膜による前記電極パターンが形成された前記ゲート絶縁膜上に、前記カーボンペーストを塗布する工程と
を含む請求項3又は4に記載の有機トランジスタの製造方法。 In the step of applying the carbon paste,
Forming a self-assembled monolayer on the gate insulating film;
Forming an electrode pattern with the monolayer under self-organization;
The organic transistor manufacturing method according to claim 3, further comprising: applying the carbon paste on the gate insulating film on which the electrode pattern is formed by the self-organized monomolecular film.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204484A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Institute Of Technology | Organic semiconductor |
JP2013058599A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same |
JP2013058598A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same |
KR20150124423A (en) * | 2015-10-16 | 2015-11-05 | 재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단 | Graphene composition and organic electronic device comprising electrodes using the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005085899A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Tdk Corp | Organic mosfet and its manufacturing method |
JP2008170515A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Konica Minolta Holdings Inc | Surface treatment material, substrate, and method of treating surface of substrate, thin film transistor, and method of manufacturing semiconductor device |
-
2008
- 2008-08-29 JP JP2008222786A patent/JP2010056484A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005085899A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Tdk Corp | Organic mosfet and its manufacturing method |
JP2008170515A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Konica Minolta Holdings Inc | Surface treatment material, substrate, and method of treating surface of substrate, thin film transistor, and method of manufacturing semiconductor device |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
CSNC201008111103; 和田拓、森健彦: '"塗布型カーボン電極を用いた有機薄膜トランジスタ"' 第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集 Vol.3, 20080902, P.1199 * |
JPN6009012028; 八木巌ら: '"カーボンナノチューブ電極を用いたナノサイズ・ペンタセンFET"' 第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Vol.3, 20030327, P.1419 * |
JPN6013028020; 和田拓、森健彦: '"塗布型カーボン電極を用いた有機薄膜トランジスタ"' 第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集 Vol.3, 20080902, P.1199 * |
JPN7013002156; Hiroshi WADA, Takehiko MORI: '"Solution-processed carbon electrodes for organic field-effect transistors"' APPLIED PHYSICS LETTERS Vol.93, 20081126, P.213303, American Institute of Physics * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204484A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Institute Of Technology | Organic semiconductor |
JP2013058599A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same |
JP2013058598A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Electrode for organic semiconductor element and method for manufacturing the same |
KR20150124423A (en) * | 2015-10-16 | 2015-11-05 | 재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단 | Graphene composition and organic electronic device comprising electrodes using the same |
KR101654133B1 (en) * | 2015-10-16 | 2016-09-05 | 재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단 | Graphene composition and organic electronic device comprising electrodes using the same |
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