JP2010278227A - Thin-film transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin-film transistor, and method of manufacturing the same Download PDF

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尚 串田
Hiroyoshi Naito
裕義 内藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin-film transistor having small anisotropy of electrical characteristicss, even while maintaining large mobility of charges. <P>SOLUTION: The thin-film transistor (10) has a source electrode (S), a drain electrode (D), a gate electrode (G), a gate insulating film (Ins) and an organic semiconductor film (Semi) which are formed on one surface of a substrate (Sub), wherein the gate insulating film insulates the source and drain electrodes from the gate electrode, and a voltage applied to the gate insulating film controls a current flowing from the source electrode to the drain electrode through the organic semiconductor. In the thin-film transistor, the substrate or the gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, the thin-film transistor further has an amorphous organosilane thin film (Amr), the amorphous organosilane thin film is formed directly on the substrate or gate insulating film having the hydroxyl group on the surface, and the organic semiconductor film is formed directly on the amorphous organosilane thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、特に有機半導体膜を有する薄膜トランジスタ、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor, in particular, a thin film transistor having an organic semiconductor film, and a method for manufacturing the same.

近年、薄膜トランジスタ(TFT)に代表される半導体素子は、液晶等の表示装置、太陽電池パネル等のさまざまな用途に用いられるようになっている。現在主に用いられている半導体素子、特にシリコンを半導体材料として用いる半導体素子は、製造時にCVDやスパッタリング等の真空プロセスを用いることから、製造コストが高い。またこのような半導体素子では、プロセス温度の点から、高分子フィルム等の上に形成したフレキシブル素子とすることが難しい。   In recent years, a semiconductor element typified by a thin film transistor (TFT) has been used for various applications such as a liquid crystal display device, a solar battery panel, and the like. A semiconductor element mainly used at present, particularly a semiconductor element using silicon as a semiconductor material, has a high manufacturing cost because a vacuum process such as CVD or sputtering is used at the time of manufacture. Moreover, it is difficult for such a semiconductor element to be a flexible element formed on a polymer film or the like from the viewpoint of process temperature.

将来的に実用化が期待される軽量でフレキシブルな素子やRF−ID(Radio Frequency IDentification)等の低コストが要求される分野において、簡便な方法で作製できる有機半導体素子をアクティブ素子に適用することが検討されている。このような有機半導体素子の製造で用いる真空蒸着装置や塗布装置は、無機半導体の製造で用いられるCVD装置やスパッタリング装置と比較して安価である。また、有機半導体素子の製造では、プロセス温度が低いため、有機半導体素子を高分子フィルムや紙等の上に形成することも可能である。   Applying organic semiconductor elements that can be fabricated by simple methods to active elements in fields that require low cost, such as lightweight and flexible elements that are expected to be put to practical use in the future, and RF-ID (Radio Frequency IDentification) Is being considered. The vacuum vapor deposition apparatus and coating apparatus used in the manufacture of such an organic semiconductor element are less expensive than the CVD apparatus and sputtering apparatus used in the manufacture of inorganic semiconductors. In the production of an organic semiconductor element, since the process temperature is low, the organic semiconductor element can be formed on a polymer film or paper.

有機半導体を用いる薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板上に有している。このような薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜によってソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを絶縁し、且つゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体を通って流れる電流を制御する。   A thin film transistor using an organic semiconductor has a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating film, and an organic semiconductor film on a substrate. In such a thin film transistor, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are insulated from each other by a gate insulating film, and a current flowing through the organic semiconductor from the source electrode to the drain electrode is controlled by a voltage applied to the gate electrode.

ここで、有機半導体膜は、低分子化合物又は高分子化合物の集合体である。低分子系の有機半導体材料としては、ペンタセンやチオフェンオリゴマー等のアセン系化合物(直線状に縮合した縮合多環化合物)等が知られている。また、高分子系の有機半導体材料としては、レジオレギュラーポリアルキルチオフェン(P3AT)、ポリ(フルオレンビチオフェン)(F8T2)などが知られている。   Here, the organic semiconductor film is an aggregate of a low molecular compound or a high molecular compound. As low molecular organic semiconductor materials, acene compounds (condensed polycyclic compounds condensed linearly) such as pentacene and thiophene oligomers are known. Further, regioregular polyalkylthiophene (P3AT), poly (fluorenebithiophene) (F8T2) and the like are known as polymer organic semiconductor materials.

有機薄膜トランジスタで高いスイッチング特性を得るためには、有機半導体膜の電荷移動度を高める必要がある。有機半導体膜の電荷移動度を向上させる方法としては、有機半導体膜を形成する有機半導体分子を高度に配向させることが行われてきた。そのような高い配向を有する有機半導体膜を形成する方法としては、有機半導体膜を堆積させる基板又はゲート絶縁膜表面を表面処理すること、特に有機半導体膜を堆積させるゲート絶縁膜表面を自己組織化単分子膜(SAM:Self−Assembled Monolayer)で被覆することが知られている(特許文献1及び2、並びに非特許文献1〜3)。   In order to obtain high switching characteristics in an organic thin film transistor, it is necessary to increase the charge mobility of the organic semiconductor film. As a method for improving the charge mobility of the organic semiconductor film, organic semiconductor molecules forming the organic semiconductor film have been highly oriented. As a method of forming an organic semiconductor film having such a high orientation, the surface of the substrate or the gate insulating film on which the organic semiconductor film is deposited is surface-treated, in particular, the surface of the gate insulating film on which the organic semiconductor film is deposited is self-organized. It is known to coat with a monomolecular film (SAM: Self-Assembled Monolayer) (Patent Documents 1 and 2, and Non-Patent Documents 1 to 3).

ここで、有機半導体膜を堆積させる基板又はゲート絶縁膜としては、酸化ケイ素薄膜を用いることができ、またこの基板又はゲート絶縁膜を被覆するSAMとしては、オルガノシラン単分子膜を用いることが行われている。   Here, a silicon oxide thin film can be used as the substrate or gate insulating film on which the organic semiconductor film is deposited, and an organosilane monomolecular film is used as the SAM covering the substrate or gate insulating film. It has been broken.

このように予めSAMによる表面修飾を行った基板又はゲート絶縁膜上に有機半導体膜を形成すると、有機半導体膜の電荷移動度が向上し、それによってアモルファスシリコンからなる現行のTFTを上回る電荷移動度を有する有機TFTも報告さている。   Thus, when an organic semiconductor film is formed on a substrate or a gate insulating film that has been surface-modified by SAM in advance, the charge mobility of the organic semiconductor film is improved, and thereby the charge mobility that exceeds the current TFT made of amorphous silicon. An organic TFT having the above has also been reported.

一方で実応用の面では、複数の素子を集積する場合に、素子間に特性ばらつきが生じることが問題になる。これに関して例えば、TIPS−ペンタセンとポリ(α−メチルスチレン)のブレンド体をスピンコートすることにより、TIPS−ペンタセンの結晶ドメイン及びモルフォルジーを安定させ、それによって出力電流を安定化させる等の試みもなされている(非特許文献4)。   On the other hand, in terms of actual application, when a plurality of elements are integrated, there is a problem that characteristic variation occurs between the elements. In this regard, for example, attempts have been made to stabilize the crystal domain and morphology of TIPS-pentacene by spin-coating a blend of TIPS-pentacene and poly (α-methylstyrene), thereby stabilizing the output current. (Non-Patent Document 4).

なお、シリカ等のOH基を有する基板の表面を、オルガノシラン(シランカップリング剤)等のSAMによって改質するための種々の技術が公知であり(非特許文献5)、主として溶液中で基板のOH基とのシランカップリング反応を進める溶液法と、オルガノシランの蒸気を用いて気相中で反応を行う気相法が、代表的な形成法として知られている。これらの方法では反応系中の水分を厳密に制御することにより、規則構造(結晶構造)を有する略単分子薄膜を形成することが可能である。   Various techniques for modifying the surface of a substrate having an OH group such as silica by SAM such as organosilane (silane coupling agent) are known (Non-Patent Document 5), and the substrate is mainly in solution. A solution method in which a silane coupling reaction with an OH group is promoted and a gas phase method in which a reaction is carried out in a gas phase using an organosilane vapor are known as typical forming methods. In these methods, it is possible to form a substantially monomolecular thin film having an ordered structure (crystal structure) by strictly controlling the moisture in the reaction system.

また、マイクロコンタクトプリント法を用いてオルガノシラン薄膜を形成する方法も知られている(非特許文献6)。この場合、パターンを有するスタンプにオルガノシランを塗布し、そしてこのオルガノシランを基板に転写することによって、オルガノシラン薄膜をパターニングして形成することも可能となる。   In addition, a method of forming an organosilane thin film using a microcontact printing method is also known (Non-Patent Document 6). In this case, it is possible to form an organosilane thin film by applying organosilane to a stamp having a pattern and transferring the organosilane to a substrate.

特開2005−79560号公報JP 2005-79560 A 特開2009−59751号公報JP 2009-59751 A

H.Sirringhaus他,Nature,40巻,pp4509−4521,1999年H. Sirringhaus et al., Nature, 40, pp 4509-4521, 1999 A.Salleo他,Applied Physics Letters,81巻23号,pp4383−4385,2002年A. Salleo et al., Applied Physics Letters, Vol. 81, No. 23, pp 4383-4385, 2002. Y.Y.Lin他,IEEE Trans Electron Devices,44巻,pp1325−1331,1997年Y. Y. Lin et al., IEEE Trans Electron Devices, 44, pp 1325-1331, 1997 T.Ohe他、Applied Physics Letters,93巻、pp053303,2008年T.A. Ohe et al., Applied Physics Letters, 93, pp053303, 2008 S.Onclin他、 Angewandte Chemie International Edition, 44巻、p6282−6304、2005年S. Onclin et al., Angelwandte Chemie International Edition, 44, p6282-6304, 2005 N.L.Jeon他、 Langmuir、13巻、p3382−3391、1997年N. L. Jeon et al., Langmuir, 13, p3382-3391, 1997

上記のように、有機半導体分子をSAM上に形成することによって有機半導体分子を高度に配向させ、それによって電荷移動度を向上させ、スイッチング速度や電流のオン/オフ比を向上させることが行われてきた。しかしながらこの場合、有機半導体分子の電気特性の異方性が大きくなり、それによって有機薄膜トランジスタの特性のばらつきが増大し、さらに基板面内に複数個の有機薄膜トランジスタが存在する場合には、有機薄膜トランジスタ毎の特性のばらつきが大きくなるという問題が存在する。   As described above, the organic semiconductor molecules are formed on the SAM to highly align the organic semiconductor molecules, thereby improving the charge mobility and improving the switching speed and the on / off ratio of the current. I came. However, in this case, the anisotropy of the electrical characteristics of the organic semiconductor molecules increases, thereby increasing the variation in the characteristics of the organic thin film transistors, and when there are a plurality of organic thin film transistors on the substrate surface, There is a problem that the variation of the characteristics increases.

したがって、本発明の目的は、大きい電荷移動度を維持しつつも、電気特性の異方性が小さい有機薄膜トランジスタを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic thin film transistor having a small anisotropy in electrical characteristics while maintaining a large charge mobility.

本件発明者は、有機薄膜トランジスタの製造において有機半導体分子を特定の表面に積層させることによって上記の課題を解決できることを見出して、下記の本発明に想到した。   The present inventor has found that the above-mentioned problems can be solved by laminating organic semiconductor molecules on a specific surface in the production of an organic thin film transistor, and has arrived at the following present invention.

〈1〉ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、前記ゲート絶縁膜によって前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とを絶縁し、且つ前記ゲート電極に印加される電圧によって前記ソース電極から前記ドレイン電極へと前記有機半導体を通って流れる電流を制御する、薄膜トランジスタであって、
前記基板又はゲート絶縁膜が、表面に水酸基を有し、前記薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、前記非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する前記基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ前記有機半導体膜が、前記非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている、薄膜トランジスタ。
〈2〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みが10nm以下である、上記〈1〉項記載の薄膜トランジスタ。
〈3〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の粗さRaが3nm以下である、上記〈1〉又は〈2〉項記載の薄膜トランジスタ。
〈4〉前記非晶質オルガノシラン薄膜が高さ30nm以上の突起を有していない、上記〈1〉〜〈3〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈5〉前記非晶質オルガノシラン薄膜がシロキサンオリゴマーを含有する、上記〈1〉〜〈4〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈6〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の臨界界面エネルギーの値が、10〜30mN/mである、上記〈1〉〜〈5〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈7〉前記非晶質オルガノシラン薄膜が、トリクロロオルガノシラン薄膜又はトリアルコキシオルガノシラン薄膜である、上記〈1〉〜〈6〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈8〉前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、シリカによって提供されている、上記〈1〉〜〈7〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈9〉前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、高分子基板上に積層されたシリカ層によって提供されている、上記〈1〉〜〈8〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈10〉前記有機半導体膜上に保護膜が積層されている、上記〈1〉〜〈9〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈11〉湿度10%以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、前記オルガノシラン薄膜を、表面に水酸基を有する前記基板又は前記ゲート絶縁膜上に形成することを含む、上記〈1〉〜〈10〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
<1> A source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating film, and an organic semiconductor film are provided on one surface of the substrate, and the gate insulating film insulates the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode. And a thin film transistor that controls a current flowing through the organic semiconductor from the source electrode to the drain electrode by a voltage applied to the gate electrode,
The substrate or gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, the thin film transistor further has an amorphous organosilane thin film, and the amorphous organosilane thin film has a hydroxyl group on the surface A thin film transistor which is directly formed on the organic semiconductor film and is formed directly on the amorphous organosilane thin film.
<2> The thin film transistor according to <1>, wherein the amorphous organosilane thin film has an average thickness of 10 nm or less.
<3> The thin film transistor according to <1> or <2>, wherein the amorphous organosilane thin film has a roughness Ra of 3 nm or less.
<4> The thin film transistor according to any one of <1> to <3>, wherein the amorphous organosilane thin film does not have a protrusion having a height of 30 nm or more.
<5> The thin film transistor according to any one of <1> to <4>, wherein the amorphous organosilane thin film contains a siloxane oligomer.
<6> The thin film transistor according to any one of <1> to <5>, wherein the amorphous organosilane thin film has a critical interface energy value of 10 to 30 mN / m.
<7> The thin film transistor according to any one of <1> to <6>, wherein the amorphous organosilane thin film is a trichloroorganosilane thin film or a trialkoxyorganosilane thin film.
<8> The thin film transistor according to any one of <1> to <7>, wherein a surface of the substrate or the gate insulating film having a hydroxyl group is provided by silica.
<9> The thin film transistor according to any one of <1> to <8>, wherein the surface of the substrate or the gate insulating film having a hydroxyl group is provided by a silica layer laminated on a polymer substrate.
<10> The thin film transistor according to any one of <1> to <9>, wherein a protective film is laminated on the organic semiconductor film.
<11> The above <1> to <10>, comprising forming the organosilane thin film on the substrate or the gate insulating film having a hydroxyl group on the surface by a contact printing method in an atmosphere of 10% or less of humidity. A method for producing the thin film transistor according to any one of the above.

本発明の有機薄膜トランジスタによれば、有機半導体膜が、非晶質オルガノシラン薄膜、すなわち配向性が低いオルガノシラン薄膜上に成膜されていることによって、有機半導体膜も配向性の低い膜となる。一般に低配向の有機半導体膜は半導体としての特性が低いと考えられていたが、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した半導体膜は、予想外に、高配向の有機半導体膜に近い又は相当する半導体特性を有する。また、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した半導体膜は低配向であることによって、面内の配向方向に起因する半導体特性のばらつきを小さくすることができる。   According to the organic thin film transistor of the present invention, since the organic semiconductor film is formed on the amorphous organosilane thin film, that is, the organosilane thin film with low orientation, the organic semiconductor film also becomes a film with low orientation. . In general, a low-orientation organic semiconductor film was considered to have low semiconductor properties, but a semiconductor film formed on an amorphous organosilane thin film was unexpectedly close to or highly equivalent to a highly-oriented organic semiconductor film. It has semiconductor characteristics. In addition, since the semiconductor film formed on the amorphous organosilane thin film has a low orientation, variations in semiconductor characteristics due to the in-plane orientation direction can be reduced.

図1は、本発明の薄膜トランジスタの第1の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first example of a thin film transistor of the present invention. 図2は、本発明の薄膜トランジスタの第2の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second example of the thin film transistor of the present invention. 図3は、本発明の薄膜トランジスタの第3の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a third example of the thin film transistor of the present invention. 図4は、本発明の薄膜トランジスタの第4の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fourth example of the thin film transistor of the present invention. 図5は、本発明の薄膜トランジスタの第5の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a fifth example of the thin film transistor of the present invention. 図6は、実施例1並びに比較例1及び2のオルガノシラン薄膜のin−planeでのX線回折の結果示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of in-plane X-ray diffraction of the organosilane thin films of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 図7は、実施例1及び比較例1の有機半導体膜のロッキングカーブを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing rocking curves of the organic semiconductor films of Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

《薄膜トランジスタ》
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、ゲート絶縁膜によってソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを絶縁し、且つゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体膜を通って流れる電流を制御する。
<< Thin Film Transistor >>
The thin film transistor of the present invention has a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating film and an organic semiconductor film on one surface of the substrate, and the gate insulating film insulates the source electrode, the drain electrode and the gate electrode, The current flowing through the organic semiconductor film from the source electrode to the drain electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode.

本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体を通って流れる電流を制御できる任意の構造を有する。したがって例えば本発明の薄膜トランジスタは、図1〜図5で示す構造を有することができる。   The thin film transistor of the present invention has an arbitrary structure capable of controlling the current flowing through the organic semiconductor from the source electrode to the drain electrode by the voltage applied to the gate electrode. Therefore, for example, the thin film transistor of the present invention can have the structure shown in FIGS.

ここで、図1に示す態様では、基板(Sub)上に非晶質オルガノシラン薄膜(Amr)が形成されており、その上にソース電極(S)、ゲート電極(G)及び有機半導体膜(Semi)が形成されており、有機半導体膜(Semi)上にゲート絶縁膜(Ins)が形成されており、更にこのゲート絶縁膜(Ins)上にゲート電極(G)が形成されている。なお、図5に示すように、基板(Sub)はゲート電極(G)を兼ねさせることもできる。   Here, in the embodiment shown in FIG. 1, an amorphous organosilane thin film (Amr) is formed on a substrate (Sub), on which a source electrode (S), a gate electrode (G), and an organic semiconductor film ( Semi) is formed, a gate insulating film (Ins) is formed on the organic semiconductor film (Semi), and a gate electrode (G) is further formed on the gate insulating film (Ins). As shown in FIG. 5, the substrate (Sub) can also serve as the gate electrode (G).

本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ有機半導体膜が、非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている。   In the thin film transistor of the present invention, the substrate or gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, the thin film transistor further has an amorphous organosilane thin film, and the amorphous organosilane thin film has a hydroxyl group on the surface. The organic semiconductor film is formed directly on the amorphous organosilane thin film, and is formed directly on the film.

本発明の薄膜トランジスタの一般的な構成に関しては、特許文献1及び2等を参照することができるが、以下では本発明の薄膜トランジスタの各部についてより具体的に説明する。   Patent Documents 1 and 2 can be referred to for the general configuration of the thin film transistor of the present invention, but each part of the thin film transistor of the present invention will be described in more detail below.

〈薄膜トランジスタ−基板〉
本発明の薄膜トランジスタの基板は、その一方の面上に、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体膜及び非晶質オルガノシラン薄膜を積層させて薄膜トランジスタを形成できる任意の材料で作ることができる。したがって、基板としては、金属基板、シリカ基板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、チタニア基板、シリコン基板等の無機材料基板、樹脂基板等の有機材料基板を例示することができる。なお、この基板が導電性材料で作られる場合、基板がゲート電極を兼ねるようにすることもできる。
<Thin film transistor substrate>
The substrate of the thin film transistor of the present invention is made of any material capable of forming a thin film transistor by laminating a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor film, and an amorphous organosilane thin film on one surface. Can be made. Accordingly, examples of the substrate include metal substrates, silica substrates, glass substrates, quartz substrates, alumina substrates, titania substrates, inorganic material substrates such as silicon substrates, and organic material substrates such as resin substrates. In addition, when this board | substrate is made from an electroconductive material, a board | substrate can also serve as a gate electrode.

本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、この表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜が、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いられている。したがって、薄膜トランジスタの基板を、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いる場合、非晶質オルガノシラン薄膜を積層する際に基板が表面に水酸基を有する必要がある。この場合、基板としては、シリカ基板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、チタニア基板、熱酸化膜又は自然酸化膜付のシリコン基板、シリカ表面層を有する樹脂基板等を例示することができる。また、この場合の基板としては、表面に水酸基を有する樹脂層で被覆した樹脂基板、予め表面に水酸基を有する樹脂基板等を用いることもできる。   In the thin film transistor of the present invention, the substrate or gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, and the substrate or gate insulating film having a hydroxyl group on the surface is used as an underlayer for the amorphous organosilane thin film. Therefore, when the thin film transistor substrate is used as an underlayer for the amorphous organosilane thin film, the substrate needs to have a hydroxyl group on the surface when the amorphous organosilane thin film is laminated. In this case, examples of the substrate include a silica substrate, a glass substrate, a quartz substrate, an alumina substrate, a titania substrate, a silicon substrate with a thermal oxide film or a natural oxide film, and a resin substrate having a silica surface layer. Further, as the substrate in this case, a resin substrate coated with a resin layer having a hydroxyl group on the surface, a resin substrate having a hydroxyl group on the surface in advance, or the like can be used.

なお、薄膜トランジスタの基板は、用途に応じた任意の厚さを有することができる。   Note that the substrate of the thin film transistor can have any thickness depending on the application.

〈薄膜トランジスタ−絶縁膜〉
本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜は、ソース電極及びドレイン電極をゲート電極から絶縁するのに充分な絶縁性を有する任意の材料で製造することができる。したがってゲート絶縁膜は例えば、樹脂、金属酸化物、特にシリカ、ガラス、アルミナ、チタニア等で作ることができる。
<Thin film transistor-insulating film>
The gate insulating film of the thin film transistor of the present invention can be manufactured using any material having sufficient insulation to insulate the source electrode and the drain electrode from the gate electrode. Therefore, the gate insulating film can be made of, for example, resin, metal oxide, particularly silica, glass, alumina, titania or the like.

上記記載のように、本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、この表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜が、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いられている。したがって、ゲート絶縁膜を、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いる場合、非晶質オルガノシラン薄膜を積層する際にゲート絶縁膜が表面に水酸基を有する必要がある。この場合、ゲート絶縁膜としては、金属酸化物、特にシリカ、ガラス、アルミナ、チタニア等の膜を用いることができる。   As described above, in the thin film transistor of the present invention, the substrate or gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, and the substrate or gate insulating film having a hydroxyl group on the surface serves as an underlayer for the amorphous organosilane thin film. It is used. Therefore, when the gate insulating film is used as an underlayer for the amorphous organosilane thin film, the gate insulating film needs to have a hydroxyl group on the surface when the amorphous organosilane thin film is laminated. In this case, a metal oxide, particularly a film of silica, glass, alumina, titania, or the like can be used as the gate insulating film.

なお、ゲート絶縁膜の厚さは、薄膜トランジスタを得るのに必要な任意の厚さとすることができる。   Note that the thickness of the gate insulating film can be any thickness necessary to obtain a thin film transistor.

〈薄膜トランジスタ−非晶質オルガノシラン薄膜〉
本発明の薄膜トランジスタは、表面に水酸基を有する下地層としての基板又はゲート絶縁膜上に形成されている非晶質オルガノシラン薄膜を有する。ここで、この非晶質オルガノシラン薄膜は、シランカップリング反応を介して下地層の水酸基と結合している。なお、オルガノシラン薄膜に関して「非晶質」は、in−planeのX線回折を行ったときに結晶構造に起因するピークが観察されないことを意味している。
<Thin film transistor-amorphous organosilane thin film>
The thin film transistor of the present invention has an amorphous organosilane thin film formed on a substrate or a gate insulating film as a base layer having a hydroxyl group on the surface. Here, the amorphous organosilane thin film is bonded to the hydroxyl group of the underlayer through a silane coupling reaction. Note that “amorphous” in the organosilane thin film means that no peak due to the crystal structure is observed when in-plane X-ray diffraction is performed.

非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みは、10nm以下、7nm以下、5nm以下、又は3nm以下とすることができ、特に非晶質オルガノシラン薄膜を均一な層にする厚さにできる。   The average thickness of the amorphous organosilane thin film can be 10 nm or less, 7 nm or less, 5 nm or less, or 3 nm or less. In particular, the amorphous organosilane thin film can have a uniform thickness.

ここで、本発明に関して、薄膜の平均厚みは光学的に測定される薄膜厚さであり、特に光を試料に照射し、試料から反射される光の偏光状態の変化を測定するエリプソメーターを用いて測定されるものである。   Here, regarding the present invention, the average thickness of the thin film is an optically measured thin film thickness, and in particular, an ellipsometer that irradiates the sample with light and measures the change in the polarization state of the light reflected from the sample is used. Measured.

非晶質オルガノシラン薄膜の粗さRaは、3.0nm以下、2.0nm以下、又は1.5nm以下とすることができる。これは、この粗さが大きすぎる場合には、非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の半導体特性が劣化する場合があることによる。   The roughness Ra of the amorphous organosilane thin film can be 3.0 nm or less, 2.0 nm or less, or 1.5 nm or less. This is because if the roughness is too large, the semiconductor characteristics of the organic semiconductor film formed on the amorphous organosilane thin film may deteriorate.

ここで、本発明に関して、平均算術粗さ(中心線平均粗さ)(Ra)は、JIS B0601−1994準拠で定義されるものである。具体的には、算術平均粗さ(Ra)は、粗さ曲線からその中心線の方向に基準長さlの部分を抜き取り、その抜き取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸とし、粗さ曲線をy=f(x)で表した時、下記の式によって表されるものである:   Here, regarding the present invention, the average arithmetic roughness (centerline average roughness) (Ra) is defined in accordance with JIS B0601-1994. Specifically, the arithmetic average roughness (Ra) is determined by extracting a portion of the reference length l from the roughness curve in the direction of the center line, the center line of the extracted portion being the X axis, and the direction of the vertical magnification being the Y axis. And when the roughness curve is represented by y = f (x), it is represented by the following formula:

Figure 2010278227
Figure 2010278227

非晶質オルガノシラン薄膜は、高さ30nm以上、20nm以上、又は10nm以上の突起を有していないことができる。これは、非晶質オルガノシラン薄膜が大きすぎる突起を有する場合には、非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の半導体特性が劣化する場合があることによる。   The amorphous organosilane thin film can have no protrusion having a height of 30 nm or more, 20 nm or more, or 10 nm or more. This is because when the amorphous organosilane thin film has projections that are too large, the semiconductor characteristics of the organic semiconductor film formed on the amorphous organosilane thin film may deteriorate.

非晶質オルガノシラン薄膜は、非晶質オルガノシラン薄膜をシロキサンポリマー製のスタンプを用いるコンタクトプリント法で製造したことに起因するシロキサンオリゴマー、例えば1〜20体積%のシロキサンオリゴマーを含有することができる。   The amorphous organosilane thin film may contain a siloxane oligomer, for example, 1 to 20% by volume of a siloxane oligomer resulting from the production of the amorphous organosilane thin film by a contact printing method using a siloxane polymer stamp. .

非晶質オルガノシラン薄膜は、臨界界面エネルギーの値が、10〜30mN/m、好ましくは10〜25mN/m、より好ましくは13〜25mN/mであってよい。   The amorphous organosilane thin film may have a critical interface energy value of 10 to 30 mN / m, preferably 10 to 25 mN / m, more preferably 13 to 25 mN / m.

なお、本発明に関して、臨界界面エネルギーの値は、数種のぬれ指数標準液(JIS K 6768)を用いて接触角を測定してジスマンプロットによって得られる値である。   In the present invention, the value of the critical interface energy is a value obtained by measuring the contact angle using several kinds of wetting index standard solutions (JIS K 6768) and using a Zisman plot.

非晶質オルガノシラン薄膜を得るためのオルガノシランは特に制限されないが、アルキルシラン、芳香族シラン、パーフルオロシラン、及びアミノシラン、特にトリクロロオルガノシラン、及びトリアルコキシオルガノシランを例示することができる。   The organosilane for obtaining the amorphous organosilane thin film is not particularly limited, and examples thereof include alkylsilane, aromatic silane, perfluorosilane, and aminosilane, particularly trichloroorganosilane, and trialkoxyorganosilane.

非晶質オルガノシラン薄膜は、湿度10%以下、好ましくは7%以下、より好ましくは5%以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、表面に水酸基を有する下地層としての基板又はゲート絶縁膜上に形成することができる。コンタクトプリント法を行う雰囲気の湿度が高すぎる場合、オルガノシラン薄膜の結晶構造の発現、表面突起の生成が生じることがある。なお、このコンタクトプリント法で使用されるスタンプの材料としては、特に制限はないが、シロキサンポリマー、例えばポリジメチルシロキサン等を挙げることができる。また、コンタクトプリント法を行う雰囲気は、不活性雰囲気、特に窒素雰囲気とすることができる。   An amorphous organosilane thin film is formed on a substrate or gate insulating film as a base layer having a hydroxyl group on the surface by a contact printing method in an atmosphere with a humidity of 10% or less, preferably 7% or less, more preferably 5% or less. can do. If the humidity of the atmosphere in which the contact printing method is performed is too high, expression of the crystal structure of the organosilane thin film and generation of surface protrusions may occur. The stamp material used in this contact printing method is not particularly limited, and examples thereof include siloxane polymers such as polydimethylsiloxane. Further, the atmosphere in which the contact printing method is performed can be an inert atmosphere, particularly a nitrogen atmosphere.

非晶質オルガノシラン薄膜を得るためのコンタクトプリント法では、オルガノシラン自体又はオルガノシランを含有する溶液を塗布したスタンプを、下地層としての基板又はゲート絶縁膜に接触させることによって、スタンプから下地層にオルガノシラン薄膜を転写する。この場合にスタンプと下地層とを接触させておく接触時間は、条件により異なるが、一般に5分以上が好ましい。   In the contact printing method for obtaining an amorphous organosilane thin film, a stamp coated with organosilane itself or a solution containing organosilane is brought into contact with a substrate or a gate insulating film as a foundation layer, whereby the foundation layer is removed from the stamp. Transfer the organosilane thin film. In this case, the contact time for keeping the stamp and the underlayer in contact varies depending on the conditions, but is generally preferably 5 minutes or longer.

特許文献1で示されるようにして従来から薄膜トランジスタで有機半導体分子の配向性を向上させるために用いられていたオルガノシラン薄膜は、結晶質オルガノシラン薄膜であった。これに対して、本発明の薄膜トランジスタで用いられるオルガノシラン薄膜は、非晶質オルガノシラン薄膜である。   As shown in Patent Document 1, the organosilane thin film conventionally used for improving the orientation of organic semiconductor molecules in a thin film transistor is a crystalline organosilane thin film. On the other hand, the organosilane thin film used in the thin film transistor of the present invention is an amorphous organosilane thin film.

したがって、この非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の配向及び結晶性は、従来の結晶質オルガノシラン膜上に形成される有機半導体膜とは異なる。これによれば、従来の有機半導体膜では得ることができなかった特性を発現させることが可能となっている。より具体的には、上記記載のように、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した有機半導体膜は、予想外に、高配向の有機半導体膜に近い又は相当する半導体特性、特に電荷移動度を有し、且つ面内の配向方向に起因する半導体特性のばらつきが小さい。   Therefore, the orientation and crystallinity of the organic semiconductor film formed on this amorphous organosilane thin film is different from the organic semiconductor film formed on the conventional crystalline organosilane film. According to this, it is possible to develop characteristics that could not be obtained with conventional organic semiconductor films. More specifically, as described above, an organic semiconductor film formed on an amorphous organosilane thin film unexpectedly has a semiconductor property close to or corresponding to a highly oriented organic semiconductor film, particularly charge mobility. And variation in semiconductor characteristics due to the in-plane orientation direction is small.

〈薄膜トランジスタ−有機半導体膜〉
本発明の薄膜トランジスタの有機半導体膜は、有機半導体分子の集合体で構成されている半導体膜を意味し、例えばレジオレギュラーポリアルキルチオフェン(P3AT)等の特許文献1及び2並びに非特許文献1〜4で示されるような有機半導体の膜を挙げることができる。
<Thin film transistor-organic semiconductor film>
The organic semiconductor film of the thin film transistor of the present invention means a semiconductor film composed of an aggregate of organic semiconductor molecules. For example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 4 such as regioregular polyalkylthiophene (P3AT). An organic semiconductor film as shown in FIG.

したがって、本発明の薄膜トランジスタにおいて用いることができる有機半導体分子としては例えば、ペンタセン、チオフェンオリゴマーを含むアセン系化合物(直線状に縮合した縮合多環化合物)のような低分子系の有機半導体分子、レジオレギュラーポリアルキルチオフェン(P3AT)、ポリ(フルオレンビチオフェン)(F8T2)等のような高分子系の有機半導体分子を挙げることができる。   Accordingly, organic semiconductor molecules that can be used in the thin film transistor of the present invention include, for example, low molecular organic semiconductor molecules such as pentacene and acene compounds including thiophene oligomers (condensed polycyclic compounds condensed linearly), regio And high molecular organic semiconductor molecules such as regular polyalkylthiophene (P3AT) and poly (fluorenebithiophene) (F8T2).

本発明の薄膜トランジスタの有機半導体膜は、薄膜トランジスタを構成できる任意の厚さを有することができ、例えば0.5nm〜1μm、又は2nm〜250nmの厚さを有することができる。また、有機半導体膜は、分子線蒸着法(MBE法)、真空蒸着法、化学蒸着法、溶液法等の任意の方法で得ることができる。これらの中で溶液法、すなわち例えばディッピング法、スピンコーティング法、インクジェットプリンティング法等は、生産性等に関して好ましいことがある。   The organic semiconductor film of the thin film transistor of the present invention can have any thickness that can form a thin film transistor, and can have a thickness of, for example, 0.5 nm to 1 μm, or 2 nm to 250 nm. The organic semiconductor film can be obtained by an arbitrary method such as a molecular beam deposition method (MBE method), a vacuum deposition method, a chemical vapor deposition method, or a solution method. Among these, a solution method, for example, a dipping method, a spin coating method, an ink jet printing method, etc. may be preferable in terms of productivity.

〈薄膜トランジスタ−電極〉
本発明の薄膜トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、電極として用いるのに充分な導電性を有する任意の材料で製造することができる。したがって電極は、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム等の金属、導電性樹脂、導電性金属酸化物等で作ることができる。また、電極の厚さは、必要とされる導電性、柔軟性等に基づいて決定することができる。
<Thin film transistor electrode>
The source electrode, the drain electrode, and the gate electrode of the thin film transistor of the present invention can be manufactured using any material having sufficient conductivity to be used as an electrode. Therefore, the electrode can be made of a metal such as gold, silver, copper, nickel, chromium, and aluminum, a conductive resin, a conductive metal oxide, or the like. The thickness of the electrode can be determined based on required conductivity, flexibility, and the like.

〈薄膜トランジスタ−その他の層〉
本発明の薄膜トランジスタは上記の構成以外の任意の他の層を有していても例えば、保護層、特に有機半導体膜上に形成された保護膜を有することができる。このような保護層は例えば、ポリパラキシリレン等で形成することができる。
<Thin film transistor-other layers>
The thin film transistor of the present invention can have, for example, a protective layer, particularly a protective film formed on the organic semiconductor film, even if it has any other layer other than the above structure. Such a protective layer can be formed of, for example, polyparaxylylene.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた材料及び評価方法は下記の通りである。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example and a comparative example, this invention is not limited to this. In addition, the material and evaluation method which were used by the Example and the comparative example are as follows.

シリコン基板:
300nmの熱酸化膜付のn型シリコンウエハ(面方位〈100〉、比抵抗1〜10Ω)を用い、熱濃硫酸で30分処理した後、純水、アセトン、トルエン、ヘキサンを用いてそれぞれ数回超音波洗浄を行った。さらにUVオゾン洗浄装置にて30分間洗浄を行ったものを基板として用いた。
Silicon substrate:
An n-type silicon wafer with a 300 nm thermal oxide film (plane orientation <100>, specific resistance 1 to 10Ω) was treated with hot concentrated sulfuric acid for 30 minutes, and then several times using pure water, acetone, toluene, and hexane. Ultrasonic cleaning was performed twice. Furthermore, what was cleaned for 30 minutes with a UV ozone cleaning apparatus was used as a substrate.

スタンプ材:
東レ・ダウコーニング製Sylgard184を平板状に硬化させて、ポリジメチルシロキサン製のスタンプ材を得、これを用いた。
Stamp material:
A Sylgard 184 made by Toray Dow Corning was cured into a flat plate shape to obtain a stamp material made of polydimethylsiloxane, which was used.

有機薄膜の膜厚:
日本分光製M−150エリプソメーターを用い、入射角70度にて測定した。有機薄膜の屈折率はn=1.45として計算した。
Organic thin film thickness:
Measurement was performed at an incident angle of 70 degrees using a M-150 ellipsometer manufactured by JASCO Corporation. The refractive index of the organic thin film was calculated as n = 1.45.

接触角:
協和界面科学製接触角計CA−X型を用いて、純水で測定した。
Contact angle:
Using a contact angle meter CA-X manufactured by Kyowa Interface Science, measurement was performed with pure water.

臨界表面エネルギー:
臨界表面エネルギーが30mN/m、35mN/m、40mN/m、及び50mN/mのぬれ指数標準液(JIS K 6768)を用いて接触角を測定して、ジスマンプロットによって得た。
Critical surface energy:
The contact angle was measured using a wetting index standard solution (JIS K 6768) having a critical surface energy of 30 mN / m, 35 mN / m, 40 mN / m, and 50 mN / m, and obtained by a zisman plot.

in−planeでのX線回折:
理学電気製ATX−G型多機能X線回折装置を用いた。CuKα線を用い、50kV−300mAの条件で入射角度0.2度、測定間隔0.02度にて測定した。
In-plane X-ray diffraction:
A RTX ATX-G multifunction X-ray diffractometer was used. Using CuKα rays, the measurement was performed at an incident angle of 0.2 degrees and a measurement interval of 0.02 degrees under the condition of 50 kV-300 mA.

表面粗さ及び突起:
表面粗さは、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製SPA400−DMF装置(原子間力顕微鏡:AFM)を用いて、20μm角の視野で測定した。
Surface roughness and protrusions:
The surface roughness was measured in a 20 μm square visual field using a SPA400-DMF apparatus (atomic force microscope: AFM) manufactured by SII Nanotechnology.

電荷移動度:
有機半導体膜の電荷移動度は、ケースレー社製4200−SCS型半導体評価装置を用いて評価した。また、電荷移動度の標準偏差は、10個以上の素子の特性を評価して算出した。
Charge mobility:
The charge mobility of the organic semiconductor film was evaluated using a 4200-SCS type semiconductor evaluation apparatus manufactured by Keithley. The standard deviation of charge mobility was calculated by evaluating the characteristics of 10 or more elements.

ロッキングカーブ測定:
リガク製 RINT TTR III試料水平型強力X線回折測定装置を用い、X線源としてCu−Kα、回転対陰極50kV−300mAを用いた。2θ=5.2°で固定し、0.01°刻みで測定した。
Rocking curve measurement:
A RINT TTR III sample horizontal type strong X-ray diffraction measurement device manufactured by Rigaku was used, and Cu-Kα and rotating counter cathode 50 kV-300 mA were used as an X-ray source. It was fixed at 2θ = 5.2 ° and measured in increments of 0.01 °.

〈実施例1〉
(オルガノシラン薄膜の作製(窒素中でのコンタクトプリント法))
オクタデシルトリクロロシランの20mMヘキサン溶液を作製した。得られたオクタデシルトリクロロシラン溶液中にスタンプ材を浸し、窒素中で10分間乾燥させた。
<Example 1>
(Preparation of organosilane thin film (contact printing method in nitrogen))
A 20 mM hexane solution of octadecyltrichlorosilane was prepared. The stamp material was immersed in the obtained octadecyltrichlorosilane solution and dried in nitrogen for 10 minutes.

乾燥したスタンプをシリコン基板に接触させ、30分間保持した。スタンプを除いた後、基板をヘキサン、エタノールで洗浄し、エタノール中で30分間超音波洗浄を行った。ここまでの工程は全て、湿度が3%以下に制御されたグローブボックス中において窒素雰囲気で行った。   The dried stamp was brought into contact with the silicon substrate and held for 30 minutes. After removing the stamp, the substrate was washed with hexane and ethanol, and ultrasonically washed in ethanol for 30 minutes. All the steps so far were performed in a nitrogen atmosphere in a glove box whose humidity was controlled to 3% or less.

その後、基板を純水で洗浄し、そして100℃で5分間熱処理を行って、オクタデシルシラン薄膜(すなわちオルガノシラン薄膜)を有する基板を作製した。   Thereafter, the substrate was washed with pure water and heat-treated at 100 ° C. for 5 minutes to produce a substrate having an octadecylsilane thin film (ie, organosilane thin film).

得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表1に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のin−planeのX線回折の結果を、図6に示す。   Table 1 shows the film thickness, contact angle, and surface roughness of the resulting organosilane thin film. Moreover, the result of the in-plane X-ray diffraction of the obtained organosilane thin film is shown in FIG.

(有機半導体膜の作製)
レジオレギュラーポリ(3−ヘキシルチオフェン)(「P3HT」)(アルドリッチ社販売、プレクトロニクス製、MW=25000〜35000、エレクトロニクスグレード)1質量部を、トルエン99質量部に溶解して、スピンコーティング用溶液を得た。このスピンコーティング用溶液を用いて、上記のオルガノシラン薄膜を有する基板上に、P3HT膜(すなわち有機半導体膜)をスピンコーティング(1800rpm、20秒間)した。
(Preparation of organic semiconductor film)
A solution for spin coating by dissolving 1 part by mass of regioregular poly (3-hexylthiophene) ("P3HT") (sold by Aldrich, manufactured by Prectronics, MW = 25000-35000, electronics grade) in 99 parts by mass of toluene Got. Using this spin coating solution, a P3HT film (that is, an organic semiconductor film) was spin coated (1800 rpm, 20 seconds) on the substrate having the organosilane thin film.

この有機半導体膜のロッキングカーブを図7に示す。   The rocking curve of this organic semiconductor film is shown in FIG.

(薄膜トランジスタの作製)
得られた有機半導体膜にマスク蒸着法にて金を真空蒸着して、ソース電極及びドレイン電極を形成し(L/w=50μm/1.5mm)、シリコン基板をゲート電極として、薄膜トランジスタを得た。すなわち、図5に示すような構成の薄膜トランジスタを得た。
(Production of thin film transistor)
Gold was vacuum-deposited on the obtained organic semiconductor film by a mask vapor deposition method to form a source electrode and a drain electrode (L / w = 50 μm / 1.5 mm), and a thin film transistor was obtained using a silicon substrate as a gate electrode. . That is, a thin film transistor having a structure as shown in FIG. 5 was obtained.

得られた薄膜トランジスタの電荷移動度及びその標準偏差を表1に示す。   Table 1 shows the charge mobility and the standard deviation of the obtained thin film transistor.

〈比較例1〉
(オルガノシラン薄膜の作製(液相法))
オクタデシルトリクロロシランの20mMトルエン溶液を作製した。得られたオクタデシルトリクロロシラン溶液中にシリコン基板を浸漬し、72時間保持した。浸漬の後で、基板をトルエン、エタノールで洗浄し、エタノール中で30分間超音波洗浄を行った。ここまでの工程は全て湿度が3%以下に制御されたグローブボックス中で行った。
<Comparative example 1>
(Preparation of organosilane thin film (liquid phase method))
A 20 mM toluene solution of octadecyltrichlorosilane was prepared. The silicon substrate was immersed in the obtained octadecyltrichlorosilane solution and held for 72 hours. After immersion, the substrate was washed with toluene and ethanol, and ultrasonically washed in ethanol for 30 minutes. All the steps so far were performed in a glove box in which the humidity was controlled to 3% or less.

その後、基板を純水で洗浄し、100℃で5分間熱処理を行って、オルガノシラン薄膜を作製した。   Thereafter, the substrate was washed with pure water and heat-treated at 100 ° C. for 5 minutes to produce an organosilane thin film.

得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表1に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のin−planeのX線回折の結果を、図6に示す。   Table 1 shows the film thickness, contact angle, and surface roughness of the resulting organosilane thin film. Moreover, the result of the in-plane X-ray diffraction of the obtained organosilane thin film is shown in FIG.

(有機半導体膜及び薄膜トランジスタの作製)
実施例1と同様にして、有機半導体膜及び薄膜トランジスタを作製し、そして評価を行った。
(Production of organic semiconductor film and thin film transistor)
In the same manner as in Example 1, an organic semiconductor film and a thin film transistor were produced and evaluated.

この有機半導体膜のロッキングカーブを図7に示す。また、得られた薄膜トランジスタの電荷移動度及びその標準偏差を表1に示す。   The rocking curve of this organic semiconductor film is shown in FIG. In addition, Table 1 shows the charge mobility and the standard deviation of the obtained thin film transistor.

〈比較例2〉
(オルガノシラン薄膜の作製(大気中でのコンタクトプリント法))
実施例1と同様にして、オクタデシルトリクロロシラン溶液中に浸したスタンプを窒素中で10分間乾燥した。
<Comparative example 2>
(Preparation of organosilane thin film (contact printing method in air))
In the same manner as in Example 1, the stamp immersed in the octadecyltrichlorosilane solution was dried in nitrogen for 10 minutes.

乾燥したスタンプをシリコン基板に接触させ、1分間保持した。スタンプを除いた後、基板をヘキサン、エタノールで洗浄し、エタノール中で30分間超音波洗浄を行った。ここで、スタンプをシリコン基板に接触させる工程及び続く洗浄工程は、大気中(湿度約60%)において行った。   The dried stamp was brought into contact with the silicon substrate and held for 1 minute. After removing the stamp, the substrate was washed with hexane and ethanol, and ultrasonically washed in ethanol for 30 minutes. Here, the step of bringing the stamp into contact with the silicon substrate and the subsequent cleaning step were performed in the atmosphere (humidity of about 60%).

その後、基板を純水で洗浄し、そして100℃で5分間熱処理を行って、オクタデシルシラン薄膜(すなわちオルガノシラン薄膜)を有する基板を作製した。   Thereafter, the substrate was washed with pure water and heat-treated at 100 ° C. for 5 minutes to produce a substrate having an octadecylsilane thin film (ie, organosilane thin film).

得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表1に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のin−planeのX線回折の結果を、図6に示す。   Table 1 shows the film thickness, contact angle, and surface roughness of the resulting organosilane thin film. Moreover, the result of the in-plane X-ray diffraction of the obtained organosilane thin film is shown in FIG.

Figure 2010278227
Figure 2010278227

図6で示されているように、比較例1及び2のオルガノシラン薄膜のX線回折結果では結晶構造に起因するピークが現れており、いずれも結晶性であるのに対して、実施例のオルガノシラン薄膜のX線回折結果では結晶構造に起因するピークが現れておらず、非晶性に制御されている。図7で示されているように、比較例1の有機半導体膜についてのロッキングカーブのピークと比較すると、実施例の有機半導体膜についてのロッキングカーブのピークは小さく、したがって実施例の有機半導体膜では有機半導体膜の配向性が低い。   As shown in FIG. 6, the X-ray diffraction results of the organosilane thin films of Comparative Examples 1 and 2 show peaks due to the crystal structure, both of which are crystalline, whereas In the X-ray diffraction result of the organosilane thin film, the peak due to the crystal structure does not appear and is controlled to be amorphous. As shown in FIG. 7, the rocking curve peak for the organic semiconductor film of the example is small as compared with the peak of the rocking curve for the organic semiconductor film of the comparative example 1. Therefore, in the organic semiconductor film of the example, as shown in FIG. The orientation of the organic semiconductor film is low.

表1で示されているように、実施例のオルガノシラン薄膜は、同じ原料を用いてそれぞれ液相法及びコンタクトプリント法で成膜した比較例1及び2のオルガノシラン薄膜と比較して、表面粗さが小さく、したがって平坦性に優れた膜である。また、実施例のオルガノシラン薄膜は、同じ原料を用いて液相法で成膜した比較例1のオルガノシラン薄膜と比較して、臨界表面エネルギーが小さい。また更に、実施例の有機半導体膜は、配向性が低いにもかかわらず、比較例1の有機半導体膜に相当する電荷移動度を有する。   As shown in Table 1, the organosilane thin film of the example was compared with the organosilane thin film of Comparative Examples 1 and 2 formed by the liquid phase method and the contact printing method using the same raw materials, respectively. It is a film having low roughness and thus excellent flatness. Moreover, the organosilane thin film of an Example has a small critical surface energy compared with the organosilane thin film of the comparative example 1 formed into a film by the liquid phase method using the same raw material. Furthermore, the organic semiconductor film of the example has charge mobility corresponding to that of the organic semiconductor film of Comparative Example 1 although the orientation is low.

すなわち、実施例の薄膜トランジスタでは、有機半導体膜の配向性を低く制御しながらも、優れた電荷移動度を達成している。また、実施例の薄膜トランジスタでは、有機半導体膜の配向性が小さいことによって、配向方向のばらつきに起因する素子特性のバラつきが小さく、したがって表1に示すように電荷移動度の標準偏差が比較例1の約半分に抑えられている。   That is, in the thin film transistor of the example, excellent charge mobility is achieved while controlling the orientation of the organic semiconductor film low. Further, in the thin film transistor of the example, since the orientation of the organic semiconductor film is small, variation in device characteristics due to the variation in the orientation direction is small. Therefore, as shown in Table 1, the standard deviation of the charge mobility is Comparative Example 1. About half of that.

10、20、30、40、50、60 薄膜トランジスタ
Arm 非晶質オルガノシラン薄膜
G ゲート電極
Ins ゲート絶縁膜
S ソース電極
Semi 有機半導体膜
Sub 基板
10, 20, 30, 40, 50, 60 Thin film transistor Arm Amorphous organosilane thin film G Gate electrode Ins Gate insulating film S Source electrode Semi Organic semiconductor film Sub substrate

Claims (11)

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、前記ゲート絶縁膜によって前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とを絶縁し、且つ前記ゲート電極に印加される電圧によって前記ソース電極から前記ドレイン電極へと前記有機半導体を通って流れる電流を制御する、薄膜トランジスタであって、
前記基板又はゲート絶縁膜が、表面に水酸基を有し、前記薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、前記非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する前記基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ前記有機半導体膜が、前記非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている、薄膜トランジスタ。
A source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a gate insulating film, and an organic semiconductor film on one surface of the substrate; the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are insulated by the gate insulating film; and A thin film transistor that controls a current flowing through the organic semiconductor from the source electrode to the drain electrode by a voltage applied to a gate electrode;
The substrate or gate insulating film has a hydroxyl group on the surface, the thin film transistor further has an amorphous organosilane thin film, and the amorphous organosilane thin film has a hydroxyl group on the surface A thin film transistor which is directly formed on the organic semiconductor film and is formed directly on the amorphous organosilane thin film.
前記非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みが10nm以下である、請求項1記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein an average thickness of the amorphous organosilane thin film is 10 nm or less. 前記非晶質オルガノシラン薄膜の粗さRaが3nm以下である、請求項1又は2記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein a roughness Ra of the amorphous organosilane thin film is 3 nm or less. 前記非晶質オルガノシラン薄膜が高さ30nm以上の突起を有していない、請求項1〜3のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the amorphous organosilane thin film does not have a protrusion having a height of 30 nm or more. 前記非晶質オルガノシラン薄膜がシロキサンオリゴマーを含有する、請求項1〜4のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the amorphous organosilane thin film contains a siloxane oligomer. 前記非晶質オルガノシラン薄膜の臨界界面エネルギーの値が、10〜30mN/mである、請求項1〜5のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the amorphous organosilane thin film has a critical interface energy value of 10 to 30 mN / m. 前記非晶質オルガノシラン薄膜が、トリクロロオルガノシラン薄膜又はトリアルコキシオルガノシラン薄膜である、請求項1〜6のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the amorphous organosilane thin film is a trichloroorganosilane thin film or a trialkoxyorganosilane thin film. 前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、シリカによって提供されている、請求項1〜7のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein a surface having a hydroxyl group of the substrate or the gate insulating film is provided by silica. 前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、高分子基板上に積層されたシリカ層によって提供されている、請求項1〜8のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein a surface of the substrate or the gate insulating film having a hydroxyl group is provided by a silica layer laminated on a polymer substrate. 前記有機半導体膜上に保護膜が積層されている、請求項1〜9のいずれか記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein a protective film is laminated on the organic semiconductor film. 湿度10%以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、前記オルガノシラン薄膜を、表面に水酸基を有する前記基板又は前記ゲート絶縁膜上に形成することを含む、請求項1〜10のいずれか記載の薄膜トランジスタを製造する方法。   The thin film transistor according to any one of claims 1 to 10, comprising forming the organosilane thin film on the substrate having a hydroxyl group on the surface or the gate insulating film by a contact printing method in an atmosphere having a humidity of 10% or less. How to manufacture.
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