JP2010219114A - Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same - Google Patents
Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010219114A JP2010219114A JP2009061185A JP2009061185A JP2010219114A JP 2010219114 A JP2010219114 A JP 2010219114A JP 2009061185 A JP2009061185 A JP 2009061185A JP 2009061185 A JP2009061185 A JP 2009061185A JP 2010219114 A JP2010219114 A JP 2010219114A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- electrode
- carbon material
- material layer
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
本発明は、炭素材料から形成された電極、及び、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 electrode formed from a carbon material and 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製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 produces the organic active layer after the source / drain electrodes are formed must have a performance that is one or more orders of magnitude lower than the top contact type device that is produced 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製した後に、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 after producing an organic semiconductor thin film.
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.
一方、製造コストの低い溶液法を用いて、炭素薄膜による電極を製造することが提案されている（例えば、非特許文献５参照）。この方法では、ゲート絶縁層上に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炭素薄膜による電極が形成されている。このとき、ＳＡＭｓの電極パターンは、ゲート絶縁層上の全面に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ている。 On the other hand, it has been proposed to manufacture an electrode using a carbon thin film by using a solution method with low manufacturing cost (see, for example, Non-Patent Document 5). In this method, an electrode pattern made of HMDS (hexamethyldisilazane) self-assembled monolayers (SAMs) is formed on the gate insulating layer, a carbon paste is applied on the SAMs, and the electrode is made of a carbon thin film by drying. Is formed. At this time, the electrode pattern of the SAMs is formed by forming SAMs on the entire surface of the gate insulating layer, and covering the SAMs with a shadow mask containing the electrode pattern and performing UV irradiation.
しかしながら、上述の炭素薄膜による電極を形成する方法では、電極パターンをＳＡＭｓで形成する際に、電極パターンが入ったシャドウマスクを用いる。このため、シャドウマスクのパターンの微細化の限界により、電極パターンの微細化が限界となり、炭素電極の微細化、及び、炭素電極を用いたトランジスタの微細化が難しい。 However, in the above-described method for forming an electrode using a carbon thin film, a shadow mask containing an electrode pattern is used when forming the electrode pattern with SAMs. For this reason, the miniaturization of the electrode pattern is limited due to the limit of the miniaturization of the shadow mask pattern, and it is difficult to miniaturize the carbon electrode and the transistor using the carbon electrode.
上述した問題の解決のため、本発明においては、製造コストの低く、簡易な工程で微細加工が可能な、炭素電極及び炭素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, the present invention provides a carbon electrode and an organic transistor including the carbon electrode, which are low in manufacturing cost and can be finely processed by a simple process.
本発明の炭素電極は、基体上にカーボン溶液が塗布され、このカーボン溶液から形成された炭素材料層に選択的にレーザ光が照射され、炭素材料層中の炭素材料をレーザ焼結させて形成された炭素薄膜からなることを特徴とする。 The carbon electrode of the present invention is formed by applying a carbon solution on a substrate, selectively irradiating the carbon material layer formed from the carbon solution with laser light, and laser sintering the carbon material in the carbon material layer. It is characterized by comprising a carbon thin film formed.
また、本発明の炭素電極の製造方法は、基体上にカーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する工程と、炭素材料層に選択的にレーザ光を照射し、炭素材料層中の炭素材料をレーザ焼結させて炭素薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする。 The carbon electrode manufacturing method of the present invention includes a step of applying a carbon solution on a substrate to form a carbon material layer, and selectively irradiating the carbon material layer with a laser beam, whereby the carbon material in the carbon material layer And forming a carbon thin film by laser sintering.
また、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ソース電極及びドレイン電極とを備える。そして、ソース電極及びドレイン電極が、塗布されたカーボン溶液から形成された炭素材料層にレーザ光を照射することにより選択的に形成された炭素薄膜であることを特徴とする。 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, and a source electrode and a drain electrode formed at positions facing and in contact with the organic semiconductor layer With. The source electrode and the drain electrode are carbon thin films selectively formed by irradiating a carbon material layer formed from the applied carbon solution with laser light.
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する工程と、ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上にカーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する工程と、炭素材料層にレーザ光を照射して選択的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、ソース電極及び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有する。 The organic transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating layer so as to cover the gate electrode, and a carbon material by applying a carbon solution on the gate insulating layer. Forming a layer, irradiating a carbon material layer with laser light to selectively form a carbon thin film to form a source electrode and a drain electrode, and forming an organic semiconductor layer covering the source electrode and the drain electrode The process of carrying out.
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する工程と、ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上に有機半導体層を形成する工程と、有機半導体層上にカーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する工程と、炭素材料層にレーザ光を照射して選択的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を有する。 The organic transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating layer so as to cover the gate electrode, and a step of forming an organic semiconductor layer on the gate insulating layer. Applying a carbon solution on the organic semiconductor layer to form a carbon material layer; irradiating the carbon material layer with a laser beam to selectively form a carbon thin film to form a source electrode and a drain electrode; Have
上述の炭素電極の製造方法及び有機トランジスタの製造方法によれば、塗布されたカーボン溶液から炭素材料層を形成する。そして炭素材料層にレーザ照射を行うことにより、炭素電極となる炭素薄膜を作製することができる。このため、炭素電極を作製するための真空プロセスや高温プロセス等の工程が不要である。また、炭素材料層をカーボン溶液の塗布により形成しているため、高価な貴金属や、炭素材料以外の化合物を用いる必要が無いため、製造コストを低くすることができる。 According to the carbon electrode manufacturing method and the organic transistor manufacturing method described above, the carbon material layer is formed from the applied carbon solution. And a carbon thin film used as a carbon electrode can be produced by irradiating a carbon material layer with a laser. For this reason, processes, such as a vacuum process and a high temperature process for producing a carbon electrode, are unnecessary. In addition, since the carbon material layer is formed by applying a carbon solution, there is no need to use an expensive noble metal or a compound other than the carbon material, so that the manufacturing cost can be reduced.
本発明によれば、製造コストの低く、簡易な工程により炭素電極を製造することができ、また、炭素電極を備える有機トランジスタを製造することができる。 According to the present invention, a carbon electrode can be manufactured by a simple process with a low manufacturing cost, and an organic transistor including a carbon electrode can be manufactured.
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、カーボンペーストが極性有機溶媒に分散されたカーボン溶液を用いて、基板上にカーボン溶液塗布後、乾燥させて炭素材料層を形成し、この炭素材料層中の炭素材料をレーザ焼結することにより形成される。
炭素薄膜を形成す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 formed by applying a carbon solution on a substrate using a carbon solution in which a carbon paste is dispersed in a polar organic solvent, and then drying to form a carbon material layer. The carbon in the carbon material layer It is formed by laser sintering of the material.
As the carbon material for forming the carbon thin film, for example, carbon black, heat-treated carbon black, glassy carbon, pyrolytic graphite, graphite, scaly graphite, and a mixture thereof can be used.
カーボンペーストとしては、例えば、炭素材料とバインダ樹脂と溶媒との混合物が使用される。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。 As the carbon paste, for example, a mixture of a carbon material, a binder resin, and a solvent is used. 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.
炭素薄膜からなる炭素電極は、例えば、カーボンペーストを極性有機溶媒に分散したカーボン溶液から炭素材料層を形成し、この炭素材料層に選択的にレーザ光を照射することにより形成する。
ゲート絶縁層１３上にカーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する。そして、ソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する部分の炭素材料層に選択的にレーザ照射を行う。炭素材料層中の炭素材料は、レーザ光が照射された部分だけが焼結する。レーザ照射後、極性有機溶媒で、炭素材料層を洗浄することにより、レーザ焼結されていない部分の炭素材料が除去される。従って、レーザ照射された部分のみに、焼結された炭素材料からなる炭素薄膜が形成される。
このように、レーザ焼結により炭素薄膜からなるソース電極１５及びドレイン電極１６が形成される。
The carbon electrode made of a carbon thin film is formed, for example, by forming a carbon material layer from a carbon solution in which carbon paste is dispersed in a polar organic solvent, and selectively irradiating the carbon material layer with laser light.
A carbon solution is applied on the gate insulating layer 13 to form a carbon material layer. Then, the portion of the carbon material layer where the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed is selectively irradiated with laser. The carbon material in the carbon material layer is sintered only in the portion irradiated with the laser beam. After the laser irradiation, the carbon material layer is washed with a polar organic solvent to remove a portion of the carbon material that has not been laser-sintered. Therefore, a carbon thin film made of a sintered carbon material is formed only in the laser irradiated portion.
Thus, the source electrode 15 and the drain electrode 16 which consist of a carbon thin film are formed by laser sintering.
レーザ照射により形成された炭素薄膜の膜厚は、例えば６０ｎｍ程度である。また、その抵抗値は、特に限定されないが、０．０６Ωｃｍ程度であり、１０−１Ωｃｍ未満であることがより好ましい。
また、レーザ照射により形成された炭素薄膜は、厚さを薄くすることにより、半光透過性を持たせることができる。
The film thickness of the carbon thin film formed by laser irradiation is, for example, about 60 nm. Further, the resistance value is not particularly limited, but is about 0.06Omucm, more preferably less than 10 -1 [Omega] cm.
Moreover, the carbon thin film formed by laser irradiation can be made semi-light transmissive by reducing the thickness.
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上にカーボン溶液を塗布して乾燥させ、カーボン溶液から炭素材料層１７を形成する。
カーボン溶液の塗布は、例えば、カーボン溶液への基体の浸漬や、基体上へのカーボン溶液の印刷により形成する。また、基体表面にカーボン溶液による溶液層を形成した後、この溶液層を乾燥させ、さらに、カーボン溶液への基体を浸漬、乾燥を繰り返す等して、所望の厚さに炭素材料層１７を形成する。
カーボン溶液は、例えば、カーボンペーストを必要に応じて、クロロホルムで洗浄し、余分なバインダ樹脂を取り除いた後、カーボン溶液中の炭素材料の濃度が所定の濃度となるように、酢酸エチル等の溶媒で希釈して使用する。
希釈する溶媒としては、カーボン溶液を塗布する基体に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、基体としてＳｉＯ２基板を用いる場合には、酢酸エチル等の極性有機溶媒を用いることが好ましい。ＳｉＯ２基板に対して極性有機溶媒を使用することにより、カーボン溶液を塗布した際の濡れ性が良好となる。
Next, after cleaning the surface of the gate insulating layer 13 as necessary, as shown in FIG. 2B, a carbon solution is applied on the gate insulating layer 13 and dried to form a carbon material layer 17 from the carbon solution. .
The carbon solution is applied by, for example, immersing the substrate in the carbon solution or printing the carbon solution on the substrate. Further, after forming a solution layer with a carbon solution on the surface of the substrate, the solution layer is dried, and further, the carbon material layer 17 is formed to a desired thickness by repeatedly immersing and drying the substrate in the carbon solution. To do.
The carbon solution is, for example, a solvent such as ethyl acetate such that the carbon paste is washed with chloroform as necessary, excess binder resin is removed, and the concentration of the carbon material in the carbon solution becomes a predetermined concentration. Dilute with and use.
The solvent to be diluted is preferably selected as appropriate according to the substrate on which the carbon solution is applied. For example, when a SiO 2 substrate is used as the substrate, it is preferable to use a polar organic solvent such as ethyl acetate. By using a polar organic solvent for the SiO 2 substrate, the wettability when the carbon solution is applied is improved.
次に、図２Ｃに示すように、炭素材料層１７に対して、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ（３３５ｎｍ）を用いてレーザ光１８を照射する。レーザ光１８は、有機トランジスタのソース電極１５を形成する部分に選択的に照射する。炭素材料層１７中の炭素材料は、レーザ照射により焼結されて炭素薄膜となる。そして、形成された炭素薄膜により、有機トランジスタのソース電極１５を形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, the carbon material layer 17 is irradiated with laser light 18 using, for example, an Nd-YAG laser (335 nm). The laser beam 18 selectively irradiates a portion where the source electrode 15 of the organic transistor is formed. The carbon material in the carbon material layer 17 is sintered by laser irradiation to become a carbon thin film. And the source electrode 15 of an organic transistor is formed with the formed carbon thin film.
また、ソース電極１５と同様に、有機トランジスタのドレイン電極を形成する部分に選択的にレーザ光を照射する。炭素材料層中の炭素材料は、レーザ照射されたのみ焼結するため、有機トランジスタのソース電極又はドレイン電極を形成する部分にのみ、選択的にレーザ照射を行う。そして、レーザ焼結により形成された炭素薄膜により、炭素電極によるドレイン電極を形成する。
レーザ照射によって基体上に形成した電極パターンの光学顕微鏡写真を、図４Ａに示す。図４Ａに示すように、カーボン溶液から形成された炭素材料層１７内に、ソース電極１５及びドレイン電極１６となる炭素薄膜が、所定のチャネル長を有する電極パターンに形成されている。
Similarly to the source electrode 15, a laser beam is selectively irradiated to a portion where the drain electrode of the organic transistor is formed. Since the carbon material in the carbon material layer is sintered only by being irradiated with the laser, only the portion where the source electrode or the drain electrode of the organic transistor is formed is selectively irradiated with the laser. And the drain electrode by a carbon electrode is formed with the carbon thin film formed by laser sintering.
An optical micrograph of the electrode pattern formed on the substrate by laser irradiation is shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 4A, a carbon thin film to be a source electrode 15 and a drain electrode 16 is formed in an electrode pattern having a predetermined channel length in a carbon material layer 17 formed from a carbon solution.
次に、レーザ光を照射した基体を溶剤で洗浄し、レーザ焼結されていない部分の炭素材料層を除去する。これにより、図３Ｄに示すように、ゲート絶縁層１３上に、ソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。
余剰な炭素材料層の洗浄には、炭素材料の溶解性が高い溶媒を用いた超音波洗浄を行う。溶媒としては、例えば、酢酸エチル等の極性有機溶媒が好ましい。また、使用するカーボンペーストや、カーボンペーストを希釈する際に用いる溶媒の種類に応じて、溶解性が高い溶媒を適宜選択することが好ましい。
一方、レーザ焼結された炭素薄膜は、溶剤に対して非常に強い耐性を有する。このため、溶解性の高い有機溶媒等を用いて基体を洗浄した場合にも、レーザ焼結された炭素電極が溶剤に侵されることがない。
Next, the substrate irradiated with the laser beam is washed with a solvent, and the carbon material layer in a portion not laser-sintered is removed. Thereby, as shown in FIG. 3D, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed on the gate insulating layer 13.
For cleaning the surplus carbon material layer, ultrasonic cleaning using a solvent having high solubility of the carbon material is performed. As the solvent, for example, a polar organic solvent such as ethyl acetate is preferable. Moreover, it is preferable to select a solvent having high solubility as appropriate according to the carbon paste to be used and the type of solvent used when diluting the carbon paste.
On the other hand, a laser-sintered carbon thin film has a very strong resistance to solvents. For this reason, even when the substrate is cleaned using a highly soluble organic solvent or the like, the laser-sintered carbon electrode is not affected by the solvent.
レーザ照射によって基体上に形成した、電極パターンの一例の光学顕微鏡写真を図４Ａに示す。また、レーザ照射後に基体を洗浄して形成した、炭素電極の一例の光学顕微鏡写真を図４Ｂに示す。図４Ｂに示すように、レーザ照射されていない炭素材料層を洗浄することにより、基体１１上に、炭素薄膜によるソース電極１５及びドレイン電極１６が残存する。
図４Ａ及び図４Ｂに示す光学顕微鏡写真では、チャネル長を変えて、ソース電極１５及びドレイン電極１６を５組形成している。また、レーザ光の走査方向は、電極の長手方向、つまり図面の上下方向であり、レーザ光を複数回走査することにより、所定の面積の炭素薄膜を形成している。
図５に、図４Ｂに示す電極パターンのＡ−Ａ’線における断面プロファイルの測定結果を示す。図５に示す断面プロファイルにおいて、高さが小さくなっている部分が、照射したレーザ光の中心部分である。このように、レーザ光を照射した部分の中心が周囲に比べて凹むような形状に、炭素薄膜が形成されている。このように、レーザ照射により炭素材料が焼結した炭素薄膜では、レーザ照射の走査間隔等に起因する凹凸が形成されている。
なお、この炭素薄膜表面の凹凸は、レーザ光を対処に照射する際の照射面積や走査間隔等を調整することにより、より平滑にすることができる。
FIG. 4A shows an optical micrograph of an example of the electrode pattern formed on the substrate by laser irradiation. FIG. 4B shows an optical micrograph of an example of the carbon electrode formed by cleaning the substrate after laser irradiation. As shown in FIG. 4B, the source electrode 15 and the drain electrode 16 made of a carbon thin film remain on the substrate 11 by cleaning the carbon material layer not irradiated with the laser.
In the optical micrographs shown in FIGS. 4A and 4B, five sets of the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed by changing the channel length. The scanning direction of the laser beam is the longitudinal direction of the electrode, that is, the vertical direction of the drawing, and a carbon thin film having a predetermined area is formed by scanning the laser beam a plurality of times.
FIG. 5 shows the measurement result of the cross-sectional profile along the line AA ′ of the electrode pattern shown in FIG. 4B. In the cross-sectional profile shown in FIG. 5, the portion where the height is small is the central portion of the irradiated laser beam. In this way, the carbon thin film is formed in such a shape that the center of the portion irradiated with the laser light is recessed as compared with the periphery. Thus, in the carbon thin film in which the carbon material is sintered by laser irradiation, unevenness due to the scanning interval of the laser irradiation is formed.
The unevenness on the surface of the carbon thin film can be made smoother by adjusting the irradiation area, the scanning interval, etc. when the laser beam is appropriately irradiated.
次に、図３Ｅ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。
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. 3E, the organic semiconductor layer 14 that covers the source electrode 15 and the drain electrode 16 is formed on the gate insulating layer 13.
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、カーボン溶液をゲート絶縁層上に直接塗布しているが、例えば、ゲート絶縁層上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ）を形成し、ＳＡＭｓ上にカーボン溶液を塗布することも可能である。
Through the above steps, the organic transistor having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.
In the above-described embodiment, the carbon solution is directly applied on the gate insulating layer. However, for example, self-assembled monolayers (SAMs) are formed on the gate insulating layer, and the carbon solution is applied on the SAMs. It is also possible to apply.
まず、ゲート絶縁層１３上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ）を形成する。ＳＡＭｓ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。
次に、ＳＡＭｓ上に直接カーボン溶液を塗布、乾燥して炭素材料層を形成する。そして、炭素材料層へのレーザ照射で炭素材料が焼結する際、レーザ照射されている部分のＳＡＭｓが分解されるため、炭素薄膜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。
また、レーザ光が照射されていない部分のＳＡＭｓは、余剰なカーボンペーストを洗浄により除去した後にも、基体上から除去されずにそのまま残存している。このため、ＳＡＭｓ上に有機半導体層１４を直接形成することができる。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。
First, self-assembled monolayers (SAMs) are formed on the gate insulating layer 13. The SAMs can be formed, for example, by cleaning the surface of the gate insulating layer 13 with acetone, 2-propanol, and ultrapure water, and then performing a SAMs treatment that is exposed to HMDS (hexamethyldisilazane) vapor. .
Next, a carbon solution is applied directly on the SAMs and dried to form a carbon material layer. When the carbon material is sintered by laser irradiation of the carbon material layer, the SAMs in the portion irradiated with the laser are decomposed, so that a source electrode and a drain electrode made of a carbon thin film can be formed.
Further, the SAMs in the portion not irradiated with the laser light remain as they are without being removed from the substrate even after the excess carbon paste is removed by cleaning. For this reason, the organic semiconductor layer 14 can be directly formed on the SAMs. By forming the organic semiconductor layer 14 on the SAMs, the molecular arrangement in the organic semiconductor layer 14 is improved.
上述の製造方法によれば、カーボン溶液の塗布及び乾燥により形成した炭素材料層に、レーザ光を照射して炭素材料をレーザ焼結し、炭素薄膜を形成する。このため、真空プロセスや高温過程を用いずに、カーボン溶液の塗布及び乾燥とレーザ照射という簡易な手法のみによって炭素電極を形成することができる。さらに、製造可能な電極のパターニングのサイズは、レーザースポットサイズに依存する。このため、レーザースポットサイズを１μｍ程度にすることによって、２μｍのチャネル長を有するカーボン電極を製造することができる。またレーザ光を走査することにより、例えば、図６Ａ，Ｂに示すような複雑なパターンの炭素電極を容易に製造することが可能である。
また、上述のレーザ焼結により得られる炭素薄膜は、高い耐溶媒性を有している。
上述の製造工程において、レーザ焼結前後の炭素材料の一例として、図７Ａ，Ｂに炭素材料の表面形状のＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）画像を示す。なお、ＡＦＭは、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た。
図７Ａに示すレーザ照射前の炭素材料のＡＦＭ像では、１００ｎｍ以下程度の粒子が観測されており、またその形状も比較的丸い。これに対して、図７Ｂに示すレーザ焼結された炭素材料のＡＦＭ像では、１５０〜２００ｎｍ程度の角張った粒子が見られ、それらが互いに密着した状態になっていることがわかる。この結果から、レーザを照射することによって炭素材料同士が焼き付けられ、密に詰まったものと考えられる。またこのようなモルフォロジーの変化により、電気伝導性を高めることができたと考えられる。
According to the above-described manufacturing method, the carbon material layer formed by applying and drying the carbon solution is irradiated with laser light to laser sinter the carbon material to form a carbon thin film. For this reason, a carbon electrode can be formed only by a simple method of applying and drying a carbon solution and laser irradiation without using a vacuum process or a high temperature process. Furthermore, the size of electrode patterning that can be manufactured depends on the laser spot size. For this reason, a carbon electrode having a channel length of 2 μm can be manufactured by setting the laser spot size to about 1 μm. Further, by scanning with a laser beam, for example, a carbon electrode having a complicated pattern as shown in FIGS. 6A and 6B can be easily manufactured.
Moreover, the carbon thin film obtained by the above-mentioned laser sintering has high solvent resistance.
As an example of the carbon material before and after laser sintering in the above-described manufacturing process, FIGS. 7A and 7B show AFM (Atomic Force Microscopy) images of the surface shape of the carbon material. Incidentally, AFM is a scanning probe manufactured by Seiko Instruments Inc. microscope SPA-300 / SPI3800, and were taken samples prepared using the cantilever of Si 3 N 4.
In the AFM image of the carbon material before laser irradiation shown in FIG. 7A, particles of about 100 nm or less are observed, and the shape thereof is relatively round. In contrast, in the AFM image of the laser-sintered carbon material shown in FIG. 7B, angular particles of about 150 to 200 nm are seen, and it can be seen that they are in close contact with each other. From this result, it is considered that the carbon materials are baked and densely packed by irradiating the laser. Moreover, it is thought that electrical conductivity could be improved by such a change in morphology.
また、上述の製造方法において、レーザ照射により炭素材料を焼結する際、レーザ光のスポットサイズや作製する炭素電極の大きさに応じて、基体上を複数回走査させることにより、所定の大きさの炭素薄膜を形成することができる。例えば、上述の有機トランジスタに適用する微細電極パターンや、太陽電池に適用する大面積の透明電極パターンを形成することができる。
また、カーボン溶液の塗布及び乾燥により形成する炭素材料層の厚さや、炭素材料層中の炭素材料の濃度により、炭素薄膜の厚さを制御することが可能である。
In the above manufacturing method, when a carbon material is sintered by laser irradiation, a predetermined size is obtained by scanning the substrate a plurality of times according to the spot size of the laser beam and the size of the carbon electrode to be produced. The carbon thin film can be formed. For example, a fine electrode pattern applied to the organic transistor described above or a large-area transparent electrode pattern applied to a solar cell can be formed.
Further, the thickness of the carbon thin film can be controlled by the thickness of the carbon material layer formed by applying and drying the carbon solution and the concentration of the carbon material in the carbon material layer.
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。
まず、実施例で使用するカーボン溶液を以下の方法で調整した。
まず、カーボンペースト（藤倉化成社製、Ｄｏｔｉｔｅ ＸＣ−１２）を一度クロロホルム中に分散させた。この後、この溶液を濾過して得られたカーボンを真空乾燥し、得られたカーボン１ｇを酢酸エチル１０ｍｌに投入した。超音波洗浄器を用いて１時間、酢酸エチル中にカーボンを分散させた。さらに酢酸エチル４０ｍｌを加えて、カーボン溶液を調整した。
Hereinafter, the bottom contact type organic transistor shown in FIG. 1 was actually fabricated and the characteristics were investigated.
First, the carbon solution used in the examples was prepared by the following method.
First, carbon paste (Fujikura Kasei Co., Ltd., Dotite XC-12) was once dispersed in chloroform. Thereafter, the carbon obtained by filtering this solution was vacuum-dried, and 1 g of the obtained carbon was put into 10 ml of ethyl acetate. Carbon was dispersed in ethyl acetate for 1 hour using an ultrasonic cleaner. Further, 40 ml of ethyl acetate was added to prepare a carbon solution.
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。 The surface of the silicon substrate on which oxide film is formed of silicon (SiO 2 / Si substrate) the surface is first washed with acetone, followed by 2-propanol, and dried in an oven washed with ultrapure water, Furthermore, 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.
このシリコン基体の表面に、上述の方法で調整したカーボン溶液に浸漬した後、１５０℃で１時間乾燥した。そして、再度基板をカーボン溶液に浸漬して乾燥させ、基板上に所望の厚さの炭素材料層を形成した。この炭素材料層に対し、チャネル長が５０μｍ、１８μｍ、及び、２．５μｍとなるように、所定の電極パターンに合わせてレーザ光を照射した。
なお、レーザ照射は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製、ＡＶＩＡ３５５−４５００を用いて、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ３５５ｎｍ，パルス幅５ｎｓ、２５Ｈｚ、対物レンズ×１００の条件で行った。
次に、レーザ照射により炭素材料を焼結した後、シリコン基体を酢酸エチル中で超音波洗浄器にかけ、余剰な炭素材料層を除去し、レーザ照射によって形成した炭素薄膜による電極パターンを得た。
The silicon substrate was dipped in the carbon solution prepared by the above method and then dried at 150 ° C. for 1 hour. Then, the substrate was again dipped in the carbon solution and dried to form a carbon material layer having a desired thickness on the substrate. This carbon material layer was irradiated with laser light in accordance with a predetermined electrode pattern so that the channel lengths were 50 μm, 18 μm, and 2.5 μm.
Laser irradiation was performed using AVIA355-4500 manufactured by Coherent under the conditions of an Nd-YAG laser of 355 nm, a pulse width of 5 ns, 25 Hz, and an objective lens × 100.
Next, after sintering the carbon material by laser irradiation, the silicon substrate was subjected to an ultrasonic cleaner in ethyl acetate to remove an excess carbon material layer, and an electrode pattern made of a carbon thin film formed by laser irradiation was obtained.
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薄膜による電極パターン上に室温で有機半導体層を形成し、チャネル長が異なる３種類の電極パターンを有する、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 is used as an organic semiconductor material, and an organic semiconductor layer is formed at room temperature on an electrode pattern of a carbon thin film produced by the above-described method using a vapor deposition method, and three types having different channel lengths. A bottom contact type organic transistor having the electrode pattern was prepared.
各チャネル長で作製した有機トランジスタの出力特性及び伝達特性の測定結果について説明する。有機トランジスタの特性は、空気下において、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ４２００ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎａｌｙｚｅｒを用いて測定を行った。 The measurement results of the output characteristics and transfer characteristics of the organic transistor manufactured with each channel length will be described. The characteristics of the organic transistor were measured using a Keithley 4200 semiconductor parameter analyzer in the air.
チャネル長を５０μｍで作製した有機トランジスタは、キャリア移動度が０．２２ｃｍ２／Ｖｓ、オン／オフ比が３×１０６、閾値電圧Ｖｔｈが９Ｖであった。チャネル長を１８μｍで作製した有機トランジスタは、キャリア移動度が０．０５４ｃｍ２／Ｖｓ、オン／オフ比が１０５、閾値電圧Ｖｔｈが１．９Ｖであった。また、チャネル長を２．５μｍで作製した有機トランジスタは、キャリア移動度が０．０２ｃｍ２／Ｖｓであった。
図８にチャネル長を１８μｍ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８に示すように、動作電圧が１０Ｖの範囲での駆動が可能である。
Organic transistors fabricated channel length at 50μm, the carrier mobility 0.22 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 3 × 10 6, the threshold voltage Vth was 9V. The organic transistor manufactured with a channel length of 18 μm had a carrier mobility of 0.054 cm 2 / Vs, an on / off ratio of 10 5 , and a threshold voltage Vth of 1.9 V. The organic transistor manufactured with a channel length of 2.5 μm had a carrier mobility of 0.02 cm 2 / Vs.
FIG. 8 shows the output characteristics and transfer characteristics of an organic transistor fabricated with a channel length of 18 μm. As shown in FIG. 8, it is possible to drive the operating voltage in the range of 10V.
ＳｉＯ２基板上に、約４ｍｍ角の炭素電極を作製した。
実施例２の炭素電極は、基体をＳｉＯ２基板とし、ＨＭＤＳによるＳＡＭｓを形成しなかったことを除いて、実施例１と同様の方法で作製した。電極となる炭素薄膜厚さは６０ｎｍであった。
A carbon electrode of about 4 mm square was produced on a SiO 2 substrate.
The carbon electrode of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the substrate was a SiO 2 substrate and SAMs were not formed by HMDS. The carbon thin film thickness used as an electrode was 60 nm.
図９Ａに、作製した炭素電極の光学顕微鏡写真を示す。また、図９Ｂに、作製した炭素電極の光透過率の波長依存性を示す。炭素電極の透過率は、オーシャンオプティクス社製、超小型スペクトロメータＵＳＢ４０００を用いて測定した。
図９Ｂに示すように、炭素電極は波長に依らず６０％程度の透過率を示した。
このように、６０ｎｍ程度の薄膜に炭素電極を作製することができるため、炭素電極を光透過性の電極とすることができる。このような光透過特性を有する炭素電極は、電気伝導性材料として他のデバイスへの応用も考えられる。例えば、透明電極として、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）の代替品としての利用や、有機発光ダイオード（Organic Light-Emitting Diodes；ＯＬＥＤｓ）太陽電池用の電極等に利用することができる。
FIG. 9A shows an optical micrograph of the produced carbon electrode. FIG. 9B shows the wavelength dependence of the light transmittance of the produced carbon electrode. The transmittance of the carbon electrode was measured using an ultra-compact spectrometer USB4000 manufactured by Ocean Optics.
As shown in FIG. 9B, the carbon electrode showed a transmittance of about 60% regardless of the wavelength.
Thus, since a carbon electrode can be produced in a thin film of about 60 nm, the carbon electrode can be used as a light transmissive electrode. The carbon electrode having such light transmission characteristics can be applied to other devices as an electrically conductive material. For example, as a transparent electrode, it can be used as an alternative to indium tin oxide (ITO), an electrode for organic light-emitting diodes (OLEDs) solar cells, or the like.
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１０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、レーザ照射により形成された炭素薄膜からな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 shown in FIG. 10. 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.
Also in the case of a top contact type element, a source electrode and a drain electrode made of a carbon thin film formed by laser irradiation 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 炭素材料層、１８ レーザ光 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 carbon material layer, 18 laser beam
Claims (6)
前記炭素材料層に選択的にレーザ光を照射し、前記炭素材料層中の炭素材料をレーザ焼結させて、炭素薄膜を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする炭素電極の製造方法。 Applying a carbon solution on a substrate to form a carbon material layer;
And a step of selectively irradiating the carbon material layer with laser light to laser-sinter the carbon material in the carbon material layer to form a carbon thin film.
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ソース電極及びドレイン電極とを備え、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、塗布されカーボン溶液から形成された炭素材料層にレーザ光を照射することにより選択的に形成された炭素薄膜である
ことを特徴とす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;
A source electrode and a drain electrode formed at positions facing and in contact with the organic semiconductor layer;
An organic transistor, wherein the source electrode and the drain electrode are carbon thin films formed selectively by irradiating a carbon material layer formed from a carbon solution that has been coated with a laser beam.
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カーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する工程と、
前記炭素材料層にレーザ光を照射して選択的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、を有する
ことを特徴とする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;
Applying a carbon solution on the gate insulating layer to form a carbon material layer;
Irradiating the carbon material layer with laser light to selectively form a carbon thin film 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カーボン溶液を塗布して炭素材料層を形成する工程と、
前記炭素材料層にレーザ光を照射して選択的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、を有する
ことを特徴とする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;
Applying a carbon solution on the organic semiconductor layer to form a carbon material layer;
And a step of selectively forming a carbon thin film by irradiating the carbon material layer with a laser beam to form a source electrode and a drain electrode. A method for producing an organic transistor, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009061185A JP2010219114A (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009061185A JP2010219114A (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010219114A true JP2010219114A (en) | 2010-09-30 |
Family
ID=42977665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009061185A Pending JP2010219114A (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010219114A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120064626A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | Oxide including film, and oxide semiconductor thin film transistor, and fabrication method of oxide semiconductor thin film transistor using the same |
| JP2012204484A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Institute Of Technology | Organic semiconductor |
| WO2017135387A1 (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method for producing ceramic sintered body, and method and device for producing ceramic molded body |
| JP2017141152A (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-17 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method for producing ceramic molded body and apparatus for producing the same used therefor |
| JP2018108666A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-12 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method of manufacturing ceramic molded body and manufacturing apparatus used therefor |
| JPWO2021095113A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-11-25 | 三菱電機株式会社 | Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device, power conversion device and silicon carbide semiconductor device |
| WO2022153763A1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | 株式会社デンソー | Device for inspecting semiconductor substrate and inspection method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006148082A (en) * | 2004-10-19 | 2006-06-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Wiring board and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2006163418A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Samsung Sdi Co Ltd | Method of forming conductive pattern, thin film transistor transistor using the same, and manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-03-13 JP JP2009061185A patent/JP2010219114A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006148082A (en) * | 2004-10-19 | 2006-06-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Wiring board and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2006163418A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Samsung Sdi Co Ltd | Method of forming conductive pattern, thin film transistor transistor using the same, and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CSNC201008141164; 和田拓，森健彦: '"レーザー定着法によるカーボン電極を用いた短チャネルＯＦＥＴ"' 第５６回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Ｖｏｌ．３, 20090330, Ｐ．１３７６, 社団法人応用物理学会 * |
| JPN6013049406; 和田拓，森健彦: '"レーザー定着法によるカーボン電極を用いた短チャネルＯＦＥＴ"' 第５６回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Ｖｏｌ．３, 20090330, Ｐ．１３７６, 社団法人応用物理学会 * |
| 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 * |
| JPN7013003682; Ｈｉｒｏｓｈｉ ＷＡＤＡ， Ｔａｋｅｈｉｋｏ ＭＯＲＩ: '"Ｈｉｇｈ-ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃａｒｂｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｅｌｄ-ｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｂｙ ｌａｓ' Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．９５, 20091223, Ｐ．２５３３０７, Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120064626A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | Oxide including film, and oxide semiconductor thin film transistor, and fabrication method of oxide semiconductor thin film transistor using the same |
| KR101970548B1 (en) | 2010-12-09 | 2019-04-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | oxide including film, and oxide semiconductor thin film transistor, and fabrication method of oxide semiconductor thin film transistor using the same |
| JP2012204484A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Institute Of Technology | Organic semiconductor |
| WO2017135387A1 (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method for producing ceramic sintered body, and method and device for producing ceramic molded body |
| JP2017141152A (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-17 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method for producing ceramic molded body and apparatus for producing the same used therefor |
| US11027454B2 (en) | 2016-02-05 | 2021-06-08 | Japan Fine Ceramics Center | Method for producing ceramic sintered body, and method and device for producing ceramic molded body |
| US11724415B2 (en) | 2016-02-05 | 2023-08-15 | Japan Fine Ceramics Center | Method for producing ceramic sintered body, and method and device for producing ceramic molded body |
| JP2018108666A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-12 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | Method of manufacturing ceramic molded body and manufacturing apparatus used therefor |
| JPWO2021095113A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-11-25 | 三菱電機株式会社 | Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device, power conversion device and silicon carbide semiconductor device |
| WO2022153763A1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | 株式会社デンソー | Device for inspecting semiconductor substrate and inspection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4972921B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion element | |
| JP5360737B2 (en) | Organic transistor manufacturing method and organic transistor | |
| JP5589271B2 (en) | Method for forming semiconductor thin film and method for manufacturing electronic device | |
| JP2010219114A (en) | Carbon electrode, method for manufacturing the same, organic transistor and method for manufacturing the same | |
| JP6151275B2 (en) | Patterned organic semiconductor layer | |
| US9735361B2 (en) | Method of making a stack of the type comprising a first electrode, an active layer, and a second electrode | |
| TW200836352A (en) | Metal-insulator-metal (MIM) devices and their methods of fabrication | |
| KR20100075100A (en) | The manufacturing method of active channel region for organic field-effect transistors using inkjet printing and the organic field-effect transistors thereby | |
| JP2004288836A (en) | Organic thin film transistor and manufacturing method therefor | |
| TW200826290A (en) | Vertical organic transistor and manufacturing method thereof | |
| JP5770104B2 (en) | Method for forming source and drain electrodes of organic thin film transistor by electroless plating | |
| US20180083190A1 (en) | Method of forming multiple nanopatterns and method of manufacturing organic solar cell using the same | |
| Li et al. | Recent advances of nanospheres lithography in organic electronics | |
| US9087999B2 (en) | Method of fabricating an electronic device comprising allowing a self-assembled layer to form selectively | |
| WO2011142267A1 (en) | Organic semiconductor film and method for manufacturing the same, and stamp for contact printing | |
| KR101170919B1 (en) | Solar cell with enhanced energy efficiency by surface plasmon resonance effect | |
| KR101172187B1 (en) | Fabrication of thin film transistor and integrated circuits by spray printing method | |
| JP2007273594A (en) | Field-effect transistor | |
| JP2010056484A (en) | Organic transistor, and method of manufacturing organic transistor | |
| JP5445533B2 (en) | Semiconductor device, optical device and sensor device | |
| Shirvani et al. | Comparative study on the electrochemical synthesis of zinc oxide nanorods using chronoamperometry and chronopotentiometry and their application in inverted polymer solar cells | |
| Li et al. | Large area roll-to-roll printed semiconducting carbon nanotube thin films for flexible carbon-based electronics | |
| JP2006302925A (en) | Semiconductor device, optical device, and sensor device | |
| JP5481893B2 (en) | Organic transistor active substrate, organic transistor active substrate manufacturing method, and electrophoretic display using organic transistor active substrate | |
| Mukherjee et al. | One-step fabrication of ordered organic crystalline array for novel optoelectronic applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130909 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131008 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140225 |