JP2011258995A - 誘電体層の反応性形成および有機半導体デバイスにおける有機層の保護 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1つの実施形態において、半導体デバイスを作製する方法は、a)有機半導体層を提供する工程;b)反応性種を有機半導体層の一部に堆積させる工程;c)反応性種をこの有機層の一部と反応させ、誘電層を形成する工程、を包含する。別の実施形態において、半導体デバイスを作製する方法は、a)有機半導体層を提供する工程;b)有機半導体層の表面を放射線に露光し、誘電層を形成する工程、を包含する。別の実施形態において、トランジスタを作製する方法は、:a)ゲート電極に隣接して有機半導体層を提供する工程;b)電気化学的セルを提供する工程であって、ゲート電極が、電気化学的セルの1つの電極である、工程;c)ゲート電極に電圧を印加して電気化学反応を起こし、ゲート誘電を、ゲート電極と有機半導体層との間に形成する工程、を包含する。
【選択図】図4A
Description
本出願は、1999年4月9日に出願されたU.S.S.N.09/289,036の一部継続出願であり、1999年7月21日に出願されたU.S.S.N.60/144,943および1999年8月10日に出願されたU.S.S.N.60/147,989の仮出願の優先権を主張する。これらの出願はそのすべての内容が本明細書中で参考として援用される。
本発明は、一般に半導体デバイスの製造に関し、より詳細には、有機材料ベースの電子デバイス中の有機層の製造時における保護に関する。
溶媒ベースのインクの使用によってポリマー基板上にすべてプリントされたバックプレーンの製造は、低コストの、フレキシブルな、または大面積のディスプレイの可能性を提供する。このようなディスプレイ(例えば、巻きディスプレイ(rolled display)、安価な大面積ディスプレイ、織物に組み込まれたディスプレイ、および紙の代替物として)の可能性のある用途は数多く存在する。不運なことに、インク材料中の溶媒は、典型的には既に堆積した有機層またはポリマー基板を攻撃する。この攻撃は、層の相互の混合などにより、有機層または有機層と他の層との界面にダメージを与えることになり得る。
本発明は、溶媒に起因したダメージからOTFT中の有機層を保護する方法を提供する。一つの実施形態では、誘電体層の形成時にダメージを与える溶媒の使用が避けられる。別の実施形態では、バリア層はダメージを与える溶媒から隣接する有機層を保護している。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
半導体デバイスを製造する方法であって、
(a)有機半導体層を提供するステップと、
(b)該有機半導体層の一部分の上に反応性種を堆積するステップと、
(c)該有機層の該一部分と該反応性種とを反応させることにより、誘電層体層を形成するステップと
を含む、方法。
(項目2)
反応させることは、酸化、還元または異性化のうちの1つを含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記誘電体層は、ゲート誘電体層である、項目1に記載の方法。
(項目4)
ステップa)は、
a1)ゲート電極を提供するステップと、
a2)該反応性種を該ゲート電極上に提供するステップと
をさらに含む、項目3に記載の方法。
(項目5)
前記反応性種は、液体、固体または懸濁液のうちの1つを含む、項目1に記載の方法。
(項目6)
前記誘電体層は、薄膜トランジスタの絶縁層を含む、項目1に記載の方法。
(項目7)
半導体デバイスは、電子ディスプレイをアドレッシングするための回路の一部分である、項目1に記載の方法。
(項目8)
半導体デバイスを製造する方法であって、
a)有機半導体層を提供するステップと、
b)該有機半導体層の表面を放射に露光することにより、誘電体層を形成するステップと
を含む、方法。
(項目9)
前記放射は、電子ビームまたは電磁放射である、項目9に記載の方法。
(項目10)
前記放射は、紫外線電磁放射である、項目10に記載の方法。
(項目11)
トランジスタを製造する方法であって、
a)ゲート電極に隣接する有機半導体層を提供するステップと、
b)電気化学的セルを提供するステップであって、該ゲート電極は、該電気化学的セルの電極である、ステップと、
c)該ゲート電極に電圧を印加して、電気化学的反応を引き起こすことにより、該ゲート電極と該有機半導体層との間にゲート誘電体を形成するステップと
を含む、方法。
(項目12)
電子デバイス中の有機層を保護する方法であって、
a)第1の有機層を提供するステップと、
b)該第1の有機層に隣接するバリア層を提供するステップであって、該バリア層は、溶媒に対して耐性である、ステップと、
c)該溶媒と該第1の有機層に隣接する層形成材料とを含む溶液または分散物を提供するステップと
を含む、方法。
(項目13)
前記第1の有機層は、ポリマー基板、半導体、誘電体、または導体のうちの1つを含む、項目13に記載の方法。
(項目14)
前記溶液または分散物はインクを含み、
d)該インクから第2の層を形成するステップであって、該第2の層は、半導体、導体または誘電体を含む、ステップ
をさらに含む、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記溶液または分散物はインクを含み、
d)該インクから第2の層を形成するステップであって、該第2の層は、半導体を含み、該半導体は、半導体の層の形成の際に、前記誘電体層の影響に起因する好適なドメイン構造を有する、ステップ
をさらに含む、項目13に記載の方法。
(項目16)
前記好適なドメイン構造は、大きなドメイン、好適な配向を有するドメイン、好適な向きを有するドメインのうちの1つ以上を含む、項目16に記載の方法。
(項目17)
ステップc)は、パターンニングステップである、項目13に記載の方法。
(項目18)
前記バリア層は、窒化ケイ素、ケイ酸、アルミナ、ポリ(メタ)アクリレート、ポリウレタン、またはポリビニルアルコールのうちの1つを含む、項目13に記載の方法。
(項目19)
前記バリア層は、絶縁体、半導体または導体のうちの1つを含む、項目13に記載の方法。
(項目20)
前記バリア層の厚さは、前記第1の有機層のおよそ10分の1である、項目13に記載の方法。
(項目21)
前記バリア層の厚さは、10nm〜50nmの範囲である、項目13に記載の方法。
(項目22)
ステップ(b)は、化学蒸着法、イオンミリング、スパッタリング、気相蒸着法、スピンコーティング、およびプリンティングを含むセットからの1つ以上によってバリア層を堆積するステップをさらに含む、項目13に記載の方法。
本発明は、有機半導体ベースのトランジスタのアレイを用いるディスプレイの製造に関する。本発明は、電気泳動ディスプレイ媒体を有するディスプレイの製造において特に使用し、製造時における有機層の溶媒の攻撃の問題を緩和する。誘電体層の形成についてまず説明し、続いて製造時の有機層の保護について説明する。
図1Aを参照すると、有機半導体層110が堆積され、続いて反応性種120が堆積される実施形態が示される。反応種120は、均一に堆積されてもよく、または有機半導体の所望の領域にパターン化されてもよい。反応性種120は、有機半導体と反応する種々の材料から選択される。この選択された材料は所望の反応のタイプ(例えば還元、酸化、または異性化)に依存する。
図7を参照すると、有機ベースの薄膜トランジスタ(“OTFT”)700の一実施形態において、種々のダメージを受けやすい界面が示される。OTFT700は以下を含む:ポリマー基板750;基板750と接触するゲート電極740;ゲート電極740および基板750の上に堆積された誘電体層;誘電体層730に支持されたドレイン電極760およびソース電極770;および誘電体層730に支持され電極760および770と電気的に接触する有機半導体710。OTFT700の製造時において、種々の界面が溶媒(例えば、プリンティングプロセスの使用時に用いられるインク中の溶媒)に対してダメージを受けやすい。
Pont 5036 Heat Seal/Encapsulant(Du Pont Photopolymer & Electronics Materials, Barley Mill Plaza P10−2329, Wilmington, DE 19880−0010)である。バリア層990を使用することなく、積層接着剤902中の溶媒は有機半導体910に侵入し、OTFTの電気的挙動を破壊する。
好ましい実施形態において、カプセル化された電気泳動ディスプレイアセンブリは、広範な種々の可撓性基板上でのプリンティングまたはコーティングの工程を使用することにより、製造される。本明細書中において使用する場合に、用語「プリンティング」とは、プリンティングおよびコーティングの全ての形態を包含し、例えば、予め計量されたコーティング(例えば、パッチダイコーディング、スロットコーティングまたは射出コーティング、スライドまたはカスケードコーティング、およびカーテンコーティング):ロールコーティング(例えば、ナイフオーバーロールコーティング、前方および後方ロールコーティング)、グラビアコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、メニスカスコーティング、スピンコーティング、ブラシコーティング、エアナイフコーティング、シルクスクリーンプリンティングプロセス、静電プリンティングプロセス、熱プリンティングプロセス、ならびに他の類似の技術が挙げられるが、これらに限定されない。従って、得られるディスプレイは、可撓性であり得る。さらに、(種々の方法を使用して)ディスプレイ媒体がプリントされ得るので、ディスプレイ自体が、安価にされ得る。
上記カプセル化された電気泳動ディスプレイを構築するために有用な材料を、以下に詳細に議論する。これらの材料の多くは、従来の電気泳動ディスプレイを構築する分野の当業者、またはマイクロカプセル化の分野の当業者に公知である。
上記のように、電気泳動ディスプレイにおいて使用するための粒子の選択には、大きな融通性がある。本発明の目的で、粒子は、荷電するかまたは電荷を獲得し得る(すなわち、電気泳動移動度を有するか、または電気泳動移動度を獲得し得る)任意の成分であり、そしてある場合には、この移動度は、0であっても0に近くてもよい(すなわち、粒子が移動しない)。この粒子は、ニートな顔料、着色された(レーキされた)顔料、または顔料/ポリマー複合体、あるいは荷電するかまたは電荷を獲得し得る他の任意の成分であり得る。電気泳動粒子に関する典型的な考慮は、その光学特性、電気的特性、および表面化学である。粒子は、有機化合物であっても無機化合物であってもよく、そしてこれらは、光を吸収しても光を散乱してもよい。本発明において使用するための粒子は、散乱性顔料、吸収性顔料および発光粒子をさらに含み得る。これらの粒子は、逆反射性(例えば、コーナーキューブ)であり得るか、またはエレクトロルミネッセンス(これは、AC場により励起される場合に、光を放出する)(例えば、硫化亜鉛粒子)であり得るか、またはこれらは、光ルミネッセンスであり得る。最後に、これらの粒子は、荷電または荷電薬剤との相互作用を改善するように、あるいは分散性を改善するように、表面処理され得る。
16)、Rotalin Black RM(DuPont)、Sevron
Brilliant Red 3 B(DuPont);Basic Black DSC(Dye Specialties,Inc.)、Hectolene Black(Dye Specialties,Inc.)、Azosol Brilliant Blue B(GAF,Dyestuff and Chemical Division,Wayne,NJ)(Solv.Blue 9)、Azosol Brilliant Green BA(GAF)(Solv.Green 2)、Azosol Fast Brilliant Red B(GAF)、Azosol Fast Orange RA Conc,(GAF)(Solv.Orange 20)、Azosol Fast Yellow GRA Conc.(GAF)(13900 A)、Basic
Black KMPA(GAF)、Benzofix Black CW−CF(GAF)(35435)、Cellitazol BNFV Ex Soluble CF(GAF)(Disp.Black 9)、Celliton Fast Blue AF Ex Conc(GAF)(Disp.Blue 9)、Cyper Black IA(GAF)(Basic Blk.3)、Diamine Black CAP Ex Conc(GAF)(30235)、Diamond Black EAN Hi Con.CF(GAF)(15710)、Diamond Black PBBA Ex(GAF)(16505);Direct Deep Black EA Ex CF(GAF)(30235)、Hansa Yellow G(GAF)(11680);Indanthrene Black BBK Powd.(GAF)(59850)、Indocarbon CLGS Conc.CF(GAF)(53295)、Katigen Deep Black NND Hi Conc.CF(GAF)(15711)、Rapidogen Black 3 G(GAF)(Azoic Blk 4);Sulphone Cyanine Black
BA−CF(GAF)(26370)、Zambezi Black VD Ex Conc.(GAF)(30015);Rubanox Red CP−1495(The Sherwin−Williams Company,Cleveland,OH)(15630);Raven 11(Columbian Carbon Company,Atlanta,GA)、(約25μmの粒子サイズを有するカーボンブラック凝集体)、Statex B−12(Columbian Carbon Co.)(33μmの平均粒子サイズのファーネスブラック)、およびクロムグリーン。
粒子を含有する懸濁流体は、密度、屈折率、および溶解度のような性質に基づいて選択され得る。好ましい懸濁流体は、低い誘電率(約2)、高い体積抵抗率(約1015オーム−cm)、低い粘性(5cst未満)、低い毒性および環境影響、低い水溶性(10ppm未満)、高い比重(1.5より大きい)、高い沸点(90℃より高い)、および低い屈折率(1.2未満)を有する。
Red色素、ならびにSudan RedおよびSudan Black系列の色素。有用なアントラキノン色素としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:Oil Blue色素、およびMacrolex Blue系列の色素。有用なトリフェニルメタン色素としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:Michler’s hydrol、Malachite Green、Crystal VioletおよびAuramine O。
電荷制御剤は、電気泳動粒子に良好な電気泳動移動度を提供するために使用される。安定剤は、電気泳動粒子の凝集を防ぐため、そして電気泳動粒子のカプセル壁上への不可逆な堆積を防ぐために使用される。どちらの成分も、広範囲の分子量(低分子量、オリゴマー、または高分子)にわたる材料から構成され得、そして純粋であり得るか、または混合物であり得る。特に、適切な電荷制御剤は、一般に、液体トナーの技術から適合される。粒子表面電荷を改変し、そして/または安定化させるために使用される電荷制御剤は、液体トナー、電気泳動ディスプレイ、非水性塗料分散、およびエンジンオイル添加剤の分野で一般に知られているように適用される。これらの技術の全てにおいて、荷電種は、電気泳動移動度を増加させるために、または静電的安定化を増加させるために非水性媒体に添加され得る。これらの材料は、同様に立体安定性を改善し得る。荷電の異なる理論が仮定され、それらは、選択的イオン吸着、プロトン移動、および接触帯電を含む。
カプセルを作製する際に有用であることが示された、多数のプロセスおよびポリマーを用いる、カプセル化の長く豊富な歴史が存在する。内部相のカプセル化は、多くの異なる方法で達成され得る。マイクロカプセル化のための多くの適切な手順が、Microencapsulation,Processes and Applications(I.E.Vandegaer,編),Plenum Press,New York,NY(1974)およびGutcho、Microcapsules and Microencapsulation
Techniques,Nuyes Data Corp.,Park Ridge,N.J.(1976)の両方に詳述される。プロセスは、いくつかの一般的なカテゴリーに分類され、これらの全ては、本発明に適用され得る:界面重合、インサイチュ重合、物理的プロセス(例えば、共押出し成形および他の相分離プロセス)、液体内硬化、および単純な/複雑なコアセルベーション。
バインダーは、非伝導性の接着性媒体として使用され、カプセルを保持および保護し、そして電極材料をカプセル分散物に結合する。バインダーは、多くの形態および化学的タイプで利用可能である。とりわけ、水溶性ポリマー、水保有ポリマー、油溶性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、および放射線硬化性ポリマーである。
Claims (3)
- 半導体デバイスを製造する方法であって、該方法は、
(a)有機半導体層(110;210)を提供すること
を包含し、
該方法は、
(b)該有機半導体層(110;210)の一部の上に反応性種(120;220)を堆積することと、
(c)該反応性種(120;220)を該有機層(110;210)の一部と反応させて、誘電体層(130;230)を形成することと
を特徴とする、方法。 - 有機半導体層(410)を提供することを包含する半導体デバイスを製造する方法であって、該方法は、該有機半導体層(410)の表面を放射(485)に露光し、誘電体層(430)を形成することを特徴とする、方法。
- ゲート電極(540)に隣接する有機半導体層(510)を提供することを包含するトランジスタを製造する方法であって、
該方法は、
電気化学的セル(500)を提供することであって、該ゲート電極(540)は電気化学的セル(500)の電極である、ことと、
該ゲート電極(540)に電圧を印加して、電気化学的反応により該ゲート電極(540)と前記有機半導体層(510)との間にゲート誘電体(530)を形成することと
を特徴とする、方法。
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