JP2011510478A - 有機薄膜トランジスター、アクティブマトリックス有機光学デバイス、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

有機薄膜トランジスターの製造方法であって、チャネル領域を画定するソース電極とドレイン電極を含む基板を用意するステップと、少なくともチャネル領域を洗浄処理ステップにかけるステップと、インクジェット印刷によってチャネル領域内に有機半導体材料を溶液から堆積させるステップとを含む方法。

Description

本発明は、有機薄膜トランジスター、アクティブマトリックス有機光学デバイスおよびこれらを製造する方法に関する。

トランジスターは、バイポーラ接合トランジスターおよび電界効果トランジスターの２つの主要なタイプに分類することができる。両方のタイプとも、３つの電極を備え、これらの間に半導電材料がチャネル領域に配置されている共通の構造を有する。バイポーラ接合トランジスターの３つの電極は、エミッター、コレクタ、およびベースとして知られている。一方、電界効果トランジスターでは、３つの電極は、ソース、ドレイン、およびゲートとして知られている。バイポーラ接合トランジスターは電流動作型デバイスと記述することができる。何故ならば、エミッターとコレクタの間の電流が、ベースとエミッターの間を流れる電流によって制御されるからである。これに対して、電界効果トランジスターは電圧動作型デバイスと記述することができる。何故ならば、ソースとドレインの間を流れる電流が、ゲートとソースの間の電圧によって制御されるからである。

トランジスターはｐ型およびｎ型と分類することもできる。これは、トランジスターが、それぞれ、正電荷キャリアー（正孔）を導電する半導電材料を含んでいるのか、または負電荷キャリアー（電子）を伝導する半導電材料を含んでいるのかによるものである。半導電材料は、電荷を受容し、伝導し、かつ供与するその能力に従って選択することができる。半導電材料が正孔または電子を受容し、伝導し、かつ供与する能力は、材料をドーピングすることにより高めることができる。ソース電極とドレイン電極に用いられる材料は、正孔または電子を受容しかつ注入するその能力に従って選択することができる。

例えば、ｐ型トランジスターデバイスは、効率的に正孔を受容し、伝導し、かつ供与する半導電材料を選択すること、ならびに、この半導電材料から効率的に正孔を注入し、かつ受容する、ソース電極とドレイン電極用の材料を選択することにより形成することができる。電極のフェルミ準位と半導電材料のＨＯＭＯ準位のエネルギー準位を適切に合わせることにより、正孔の注入および受容を高めることができる。これに対して、ｎ型トランジスターデバイスは、効率的に電子を受容し、伝導し、かつ供与する半導電材料を選択すること、ならびに、この半導電材料に効率的に電子を注入し、かつこの半導電材料から効率的に電子を受容する、ソース電極とドレイン電極用の材料を選択することにより形成することができる。電極のフェルミ準位と半導電材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー準位を適切に合わせることにより、電子の注入および受容を高めることができる。ｎ型またはｐ型として機能することができる両極性デバイスも知られている。

トランジスターは、成分を薄膜に堆積させて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を形成することにより形成することができる。こうしたデバイス中で有機材料を半導電材料として用いる場合、これは有機薄膜トランジスター（ＯＴＦＴ）として知られている。

有機薄膜トランジスター用の様々な配置が知られている。こうしたデバイスの１つは絶縁ゲート電界効果トランジスターである。これは、ソース電極とドレイン電極を備え、これらの間に半導電材料がチャネル領域に配置されており、この半導電材料に隣接して配置されたゲート電極、およびこのゲート電極とこの半導電材料との間のチャネル領域に配置された絶縁材料の層を備える。

ＯＴＦＴは、溶液プロセスなどの低コスト、低温の方法によって製造することができる。さらに、ＯＴＦＴは、軟質プラスチック基板と相性がよく、ロールツーロール法でフレキシブル基板上にＯＴＦＴを大規模に製造できる可能性を提供する。

こうした有機薄膜トランジスターの一例を図１に示す。図示の構造は、基板１上に堆積させることができ、ソース電極２およびドレイン電極４を備えている。これらの電極は一定間隔で配置されており、その間にチャネル領域６が設けられている。有機半導体（ＯＳＣ）８が、チャネル領域６に堆積されており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部を覆って延在することができる。誘電材料からなる絶縁層１０が、有機半導体８を覆って堆積されており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部を覆って延在することができる。最後に、ゲート電極１２を絶縁層１０を覆って堆積させる。ゲート電極１２は、チャネル領域６を覆って設けられており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部を覆って延在することができる。

上記の構造は、ゲートがデバイスの上側に設けられているので、トップゲート有機薄膜トランジスターとして知られている。別法として、ゲートをデバイスの下側に設けて、いわゆるボトムゲート有機薄膜トランジスターを形成することも知られている。

こうしたボトムゲート有機薄膜トランジスターの一例を図２に示す。図１および図２に示した構造の関係をより明らかに示すために、対応する部位には同じ参照番号を付した。図２に示したボトムゲート構造は、基板１上に堆積させたゲート電極１２を備えており、これを覆って誘電材料からなる絶縁層１０が堆積されている。ソース電極２およびドレイン電極４が、誘電材料からなる絶縁層１０を覆って堆積されている。ソース電極２およびドレイン電極４が一定間隔で配置されており、その間にゲート電極を覆ってチャネル領域６が設けられている。有機半導体（ＯＳＣ）８が、チャネル領域６に堆積されており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部を覆って延在することができる。

前述の配置に関する１つの問題は、ＯＳＣを堆積させる場合にチャネル領域内にＯＳＣを封じ込める方法である。この問題の解決策は、ウェルを画定する絶縁バンク材料１４からなるパターン化（パターニング）された層を設けることである。このウェルには、例えばインクジェット印刷によって溶液からＯＳＣ８を堆積させることができる。こうした配置を、それぞれボトムゲート有機薄膜トランジスターおよびトップゲート有機薄膜トランジスターについて、図３および図４に示した。さらに、図１および図２に示した構造と図３および図４に示した構造との関係をより明らかにするために、対応する部位には同じ参照番号を付した。

特に、絶縁材料１４からなるパターン化層によって画定されたウェルの周辺部は、例えばインクジェット印刷によるＯＳＣ８の堆積を容易にするために、ソース電極２およびドレイン電極４の間に画定されたチャネル６の一部またはすべてを囲繞している。さらに、ＯＳＣ８の堆積前に絶縁層１４を堆積させるので、ＯＳＣを損傷せずにこれを堆積させ、パターン化することができる。絶縁層１４の構造は、ポジレジストまたはネガレジストなどのフォトリソグラフィー、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの既知の堆積およびパターニング技術を用いて複製可能な方法で形成することができる。

ウェル画定用バンク材料のパターン化層を設けたとしても、チャネル領域内にＯＳＣを封じ込め、ＯＳＣの堆積に溶液プロセス技術を用いてチャネル領域内にＯＳＣの良好なフィルムを形成することには問題がやはり存在することを、本出願人は見出した。ＯＳＣを通常堆積させる有機溶媒の接触角は小さいので、ウェル画定用バンク材料の制御しがたい濡れが生じる。最悪のケースでは、ＯＳＣがウェルからあふれ出る恐れがある。

プラズマ処理などの表面処理ステップを適用することによって濡れ性を制御できることが知られている。しかし、こうした表面処理が、ウェルに露出したＯＴＦＴの活性層を損傷する恐れがあることも知られている。例えば、ゲート誘電体がプラズマ処理にさらされると誘電体を損傷する恐れがあることが知られている。実際、本出願人は、図２に示したボトムゲートＯＴＦＴデバイスを形成することによって、自分自身で実験を行ってこれが事実であることを確認した。この実験では、誘電体層をプラズマ処理にさらした後、スピンコーティング技術を用いて溶液から有機半導体材料を堆積させた。これらのデバイスの性能を、製造中に誘電体にプラズマ処理を適用していない対応するデバイスと比べた。この結果によれば、製造中に誘電体をプラズマ処理にさらしたＯＴＦＴデバイスの性能が著しく低下することが明らかになった。それゆえ、本出願人は、損傷から誘電体層を保護するために、プラズマ処理前に誘電体を覆って保護「プラグ」を堆積させる技術を開発した。

前述の配置に関する別の問題は、有機半導体材料に十分な電荷キャリアー移動度を与える方法である。チャネルの導電性は、ゲートに電圧を印可することよって変えることができる。このようにして、トランジスターは、印加するゲート電圧を用いてオンとオフを切り替えることができる。所与の電圧で達成可能なドレイン電流は、デバイスの活性領域（ソース電極とドレイン電極の間のチャネル）における有機半導体の電荷キャリアーの移動度で左右される。したがって、低い動作電圧で高いドレイン電流を達成するためには、有機薄膜トランジスターは、高移動性の電荷キャリアーを有する有機半導体がチャネル領域になければならない。

有機薄膜トランジスターの用途は、現在、有機半導体材料の比較的低い移動度によって限定されている。移動度を向上させる最も有効な手段の１つは、有機材料が配列・整列するように仕向けることであることが分かった。これにより、分子間の間隔が最小限になり、有機半導体の主な導電メカニズムである鎖間ホッピングを促す。薄膜トランジスターにおいて、移動度が最も高い有機半導体材料は、十分な配列および結晶化を示す。これは光学顕微鏡観察およびＸ線分光法から明白である。

上に概要を述べた課題に対処することが本発明の実施形態の目的である。特に、ＯＴＦＴの有機半導体層における電荷移動度を向上させること、ならびに、溶液から堆積させた場合、有機半導体材料を封じ込めることおよびそのフィルム形成を改善することが、特定の実施形態の目的である。

本出願人は、背景技術の部で論じたプラズマ処理などの表面処理は、有機半導体材料の堆積に使用する技術にかかわらず、ＯＴＦＴの活性成分に同様の有害作用を示すであろうことを当然仮定した。それゆえ、本出願人が有機半導体材料のために背景技術の部に記載したスピンコーティング技術からインクジェット堆積技術に変更したとき、プラズマ処理中に下にある誘電体層を保護するために保護プラグの使用を継続した。しかし、ここで本出願人は、有機半導体材料を堆積させるためにインクジェット印刷技術を用いた場合、下にある層をプラズマ処理などの洗浄処理ステップにさらした後、その上に有機半導体材料をインクジェット印刷することにより、意外にも、ＯＴＦＴデバイス性能が事実上めざましく改善されることを見出した。すなわち、スピンコーティングしたデバイスとは異なり、チャネル領域内の下にある表面を洗浄処理ステップにさらしていないインクジェット印刷デバイスと比較した場合、ＯＴＦＴのチャネル領域にプラズマ処理などの洗浄処理ステップを適用した後で有機半導体をインクジェット印刷すると、デバイス性能が事実上めざましく改善することが分かった。

上記に鑑み、かつ本発明の一実施形態によると、有機薄膜トランジスターの製造方法であって、チャネル領域を画定するソース電極とドレイン電極を含む基板を用意するステップと、少なくとも前記チャネル領域を洗浄処理ステップにかけるステップと、インクジェット印刷によって前記チャネル領域内に有機半導体材料を溶液から堆積させるステップとを含む方法が提供される。

インクジェット印刷層のフィルム形成特性が、スピンコーティングなどの他の技術によって堆積させた層のフィルム形成特性とは著しく異なることはよく知られている。以前より、有機半導体材料を堆積させるためにインクジェット印刷技術を用いて製造されたＯＴＦＴデバイスは、スピンコーティングなどの他の堆積技術を有機半導体材料に用いて製造されたデバイスと比較した場合、不十分な性能を示していた。特に、インクジェット印刷された有機半導体フィルムの電荷移動度は低いことが分かっていた。いかなる理論によっても束縛されるつもりはないが、本発明の洗浄処理ステップはチャネル領域の表面エネルギーに影響を与え、その結果、インクジェット印刷された有機半導体材料の濡れは、チャネル領域の表面への損傷を補ってなお余りあるような程度まで改善されると考えられる。実際、チャネル領域の表面を洗浄処理ステップにさらさずに有機半導体材料をインクジェット堆積したインクジェット印刷ＯＴＦＴデバイスの電荷移動度と比較して、電荷移動度を少なくとも２桁上昇させることができることが分かった。こうした効果はスピンコーティングしたデバイスには観察されていない。これは、多分、スピンコート層のフィルム形成特性が異なることに起因すると思われる。

さらに、少なくともソース電極とドレイン電極の一部分も洗浄処理ステップにさらすことが好ましい。これにより、これらの電極の表面を汚染するいかなる材料も除去される。これを除去しないと電荷注入／注出が阻害されることになる。電荷注入／注出を改善するためにこれが求められている場合、引き続きこれらの電極上を覆う自己組織化単分子膜を形成する際にも効果がある。こうした層の形成は、電極の表面を汚染する材料の存在によって阻害される。

洗浄処理ステップは、好ましくはプラズマ処理ステップであり、最も好ましくはＯ₂プラズマ処理ステップである。プラズマ処理、特にＯ₂プラズマ処理は、続いて堆積されるインクジェット印刷有機半導体層の電荷移動度を上昇させるのに特に効果的であることが見出された。このプラズマは、Ｏ₂と、ハロゲン含有（好ましくはフッ素含有）種（例えば、ＣＦ₄）などのラジカル促進種との両方を含むことができる。

プラズマ処理は、好ましくは、いかなる汚染も除去する程度の高いエネルギーを有することが望ましいが、露出面が過度に損傷されない程度の低いエネルギーを有することが好ましい。実際上、露出面の若干の損傷は、有機半導体材料に結晶化部位を提供するために望ましいことでもある。しかし、露出面への過度の損傷は望ましくない。同様に、露出時間もまた、露出面が洗浄／損傷される程度を決める。好ましくは、プラズマ処理は、少なくとも６０秒続くことが望ましい。

洗浄処理ステップの後にディウェッティング処理ステップを行い、その後、有機半導体材料のインクジェット印刷を行うことが好ましい。ディウェッティング処理は、ハロゲン含有（好ましくは、フッ素含有）プラズマ（例えば、ＣＦ₄プラズマ）などのプラズマ処理であることが好ましい。この追加の処理ステップを設けることにより、インクジェット印刷ＯＴＦＴデバイスの性能がさらに改善することが分かった。ディウェッティング処理は、露出面の耐濡れ性の回復に加えて、洗浄処理ステップで生じたチャネル領域へのいかなる損傷をも、少なくとも部分的に修復するような役割を果たすこともできることが想像される。プラズマディウェッティング処理は、好ましくは少なくとも１０秒、より好ましくは少なくとも３０秒続ける。

トップゲートＯＴＦＴでは、ゲート誘電体がＯＳＣを覆って堆積され、このゲート誘電体を覆ってゲート電極が堆積される。しかし、好ましくは、ＯＴＦＴはボトムゲートＯＴＦＴであり、基板を用意するステップは、ゲート電極を堆積させるステップと、このゲート電極を覆ってゲート誘電体を堆積させるステップと、このゲート誘電体を覆ってソース電極とドレイン電極を堆積させてチャネル領域を形成するステップとを含む。洗浄処理ステップは、ボトムゲートＯＴＦＴのチャネル領域の露出した誘電材料を処理した後、その上に有機半導体材料をインクジェット印刷するのに、特に効果的であることが分かった。誘電材料は、無機であっても、有機であってもよいが、有機であることが好ましい。さらに、洗浄処理ステップは、チャネル領域の露出した有機誘電材料の処理に特に効果的であることが分かった。洗浄処理ステップは、有機誘電材料の汚染された上面を除去することができると考えられる。

インクジェット印刷デバイスについては、有機半導体材料を堆積させることができるウェルを設けることが好ましい。したがって、基板を用意するステップの後に、かつ洗浄処理ステップの前に、チャネル領域を囲むウェルを画定する絶縁材料のパターン化層を形成することが有利である。このウェル成形ステップは、洗浄ステップ後にチャネル領域が汚染されるのを回避するために、洗浄処理ステップ前に、かつ有機半導体材料のインクジェット印刷前に行うことが望ましい。実際、本発明の洗浄処理ステップは、ウェル画定材料のパターン化層が提供されるデバイスに特に有用である。何故ならば、こうしたパターン化層を形成するプロセスは、こうしたデバイスの性能に悪影響を及ぼす、チャネル領域ならびに／あるいはソース電極とドレイン電極の汚染をもたらすからである。洗浄処理ステップにより、ウェル成形プロセスの後にチャネル領域内およびこれらの電極上に残った汚染物質は除去される。

本発明の第２の態様によれば、上記の方法に従って製造された有機薄膜トランジスターデバイスが提供される。このデバイスの電荷移動度は、少なくとも１０^-4ｃｍ²／Ｖｓ、より好ましくは少なくとも１０^-3ｃｍ²／Ｖｓ、特に好ましくは少なくとも１０^-2ｃｍ²／Ｖｓである。本発明の洗浄処理ステップ無しでインクジェット印刷を用いて製造した従来のデバイスの電荷移動度は、１０^-4ｃｍ²／Ｖｓ未満であることが分かった。

本発明の他の態様によれば、上記の方法に従って製造された有機薄膜トランジスターが組み込まれた、アクティブマトリックス有機光学デバイスおよびこれを製造する方法が提供される。

次に、本発明を、添付図面を参照して、単に一例としてさらに詳細に説明する。

図１は、既知のトップゲート有機薄膜トランジスター配置を示す図である。 図２は、既知のトップゲート有機薄膜トランジスター配置を示す図である。 図３は、有機半導体を封じ込めるウェルを有するボトムゲート有機薄膜トランジスター配置を示す図である。 図４は、有機半導体を封じ込めるウェルを有するボトムゲート有機薄膜トランジスター配置を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態によるボトムゲート有機薄膜トランジスターの形成に含まれる方法ステップを示す図である。 図６は、本発明の一実施形態によるトップゲート有機薄膜トランジスターの形成に含まれる方法ステップを示す図である。 図７は、有機薄膜トランジスターおよび有機発光デバイスを含むアクティブマトリックス有機発光ディスプレイの一部を示す図である。 図８は、有機薄膜トランジスターおよび有機発光デバイスを含む別のアクティブマトリックス有機発光ディスプレイ配置の一部を示す図である。

本発明の実施形態では、ＯＳＣがインクジェット印刷で堆積されたデバイスのためのＯＴＦＴプロセスフロー中に、追加の洗浄処理ステップが導入される。これにより、インクジェット印刷されたデバイスに優れたＯＴＦＴ性能がもたらされることが分かった。この性能には、インクジェット堆積させたＯＳＣ溶液の優れた濡れ特性およびフィルム形成特性、ならびに得られるＯＳＣフィルムの高い結晶化度、したがって高い電荷移動度が含まれる。

図５は、本発明の実施形態よるボトムゲート有機薄膜トランジスターの形成に含まれる方法ステップを示す。図１〜図４で用いたものと同じ参照番号を、対応する部位に付した。図５（Ａ）は、ＯＳＣ堆積前の形成中のデバイス構造を表す。この構造は、基板１上にゲート電極１２を堆積させ、このゲート電極１２を覆ってゲート誘電体１０を堆積させ、このゲート誘電体１０を覆ってソース電極２とドレイン電極４を堆積させて、ゲート誘電体１０が露出されるチャネル領域６を画定し、かつ、絶縁バンク材料１４からなるパターン化層を形成して、チャネル領域６を囲むウェルを画定することにより形成される。図５（Ａ）に示した配置では、ウェル画定用バンク１４はアンダーカット形状を有する。このプロファイルは、溶液からウェルに堆積させた場合にＯＳＣの良好なフィルムを形成するのに有用となりうる。しかし、ウェル画定用バンクは、別法として盛り上がった形状を有することもできる。

図５（Ｂ）〜図５（Ｃ）に示すように、ウェルに露出した誘電体１０ならびにソース電極２とドレイン電極４は、Ｏ₂プラズマ処理にかけられた後、ＣＦ₄プラズマ処理にかけられる。次いで、ＯＳＣ８をウェル内にインクジェット印刷して図５（Ｄ）に示した構造を形成する。

図６は、本発明の実施形態によるトップゲート有機薄膜トランジスターの形成に含まれる対応する方法ステップを示す。図１〜図５で用いたものと同じ参照番号を、対応する部位に付した。

この方法ステップは、図６（Ａ）に示したように異なる出発構造を用いた以外は、ボトムゲート配置について図５に示したものと同様である。ここでは、基板１は、チャネル領域６を画定するソース電極２とドレイン電極４を備え、ウェル画定用バンク層がソース電極とドレイン電極を覆って形成されている。次いで、この構造は、図６（Ｂ）〜図６（Ｃ）に示すように、Ｏ₂プラズマ処理にさらされた後、ＣＦ₄プラズマ処理にさらされる。次いで、図６（Ｄ）に示すようにＯＳＣ８をウェル内へインクジェット印刷し、続いて図６（Ｅ）に示したゲート誘電体１０およびゲート電極１２を印刷して図６（Ｆ）に示した構造を形成する。

本発明の実施形態によるＯＴＦＴの形成に好適な材料およびプロセスを、以下にさらに詳細に述べる。

＜基板＞
基板は、リジッドであっても、またはフレキシブルであってもよい。リジッド基板はガラスまたはケイ素から選択することができ、フレキシブル基板は薄いガラスまたはポリ（エチレン−テレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレン−ナフタレート）ＰＥＮ、ポリカーボネートおよびポリイミドなどのプラスチックを含むことができる。

有機半導体材料は、適切な溶媒の使用によって溶液プロセスで加工可能にすることができる。代表的な溶媒としては、以下ものが挙げられる：トルエンおよびキシレンなどのモノ−またはポリ−アルキルベンゼン；テトラリン；およびクロロホルム。好ましい溶液堆積技術としては、スピンコーティングおよびインクジェット印刷が挙げられる。他の溶液堆積技術としては、浸せきコーティング、ロール印刷およびスクリーン印刷が挙げられる。

＜有機半導体材料＞
好ましい有機半導体材料としては、以下ものが挙げられる：任意選択で置換されたペンタセンなどの低分子化合物；ポリアリーレン、特にポリフルオレンおよびポリチオフェンなどの任意選択で置換されたポリマー；ならびにオリゴマー。異なるタイプの材料のブレンド（例えば、ポリマーと低分子化合物のブレンド）を含めて、材料のブレンドを用いることもできる。

＜ソース電極とドレイン電極＞
ｐチャネルＯＴＦＴについては、ソース電極とドレイン電極は、３．５ｅＶを超える仕事関数を有する高仕事関数の材料、好ましくは金属、例えば、金、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、またはクロムを含むことが好ましい。より好ましくは、この金属は、４．５〜５．５ｅＶの範囲の仕事関数を有する。他の好適な化合物、合金および酸化物、例えば三酸化モリブデンおよびインジウムスズ酸化物を使用することもできる。ソース電極とドレイン電極は、熱蒸着によって堆積させ、当技術分野で知られている標準フォトリソグラフィーおよびリフトオフ技法を用いてパターン化することができる。

また、導電性ポリマーをソース電極とドレイン電極として堆積させることができる。こうした導電性ポリマーの一例はポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）であるが、他の導電性ポリマーも当技術分野で知られている。こうした導電性ポリマーは、例えばスピンコーティングまたはインクジェット印刷技術および先に述べた他の溶液堆積技術を用いて、溶液から堆積させることができる。

ｎチャネルＯＴＦＴについては、ソース電極とドレイン電極は、３．５ｅＶ未満の仕事関数を有する材料、例えばカルシウムまたはバリウムなどの金属、あるいは金属化合物の薄層、特にアルカリまたはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物、例えばフッ化リチウム、フッ化バリウムおよび酸化バリウムを含むことが好ましい。あるいは、導電性ポリマーをソース電極とドレイン電極として堆積させることもできる。

ソース電極とドレイン電極は、製造を容易にするために同じ材料から形成することが好ましい。しかし、ソース電極とドレイン電極は、電荷注入および注出をそれぞれ最適化するために異なる材料から形成することもあることは十分に理解されよう。

ソース電極とドレイン電極の間に画定されるチャネルの長さは、５００マイクロメートル以内とすることができるが、この長さは、好ましくは２００マイクロメートル未満、より好ましくは１００マイクロメートル未満、特に好ましくは２０マイクロメートル未満である。

＜ゲート電極＞
ゲート電極は、広範囲の導電材料、例えば金属（例えば金）または金属化合物（例えばインジウムスズ酸化物）から選択することができる。あるいは、導電性ポリマーをゲート電極として堆積させることができる。こうした導電性ポリマーは、例えばスピンコーティングまたはインクジェット印刷技術および先に述べた他の溶液堆積技術を用いて、溶液から堆積させることができる。

ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の厚みは、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定して、５〜２００ｎｍの範囲とすることができるが、通常は５０ｎｍである。

＜ゲート誘電体＞
ゲート誘電体は、高い抵抗率を有する絶縁材料から選択された誘電材料を含む。誘電体の誘電率ｋは通常約２〜３であるが、ｋ値の高い材料が望ましい。何故ならば、ＯＴＦＴで達成可能な静電容量はｋに正比例し、ドレイン電流Ｉ_Dは静電容量に正比例するからである。したがって、低い動作電圧で高いドレイン電流を得るためには、チャネル領域内に薄い誘電体層を有するＯＴＦＴが好ましい。

誘電材料は、有機であってもよく、無機であってもよい。好ましい無機材料としては、Ｓｉ０２、ＳｉＮｘおよびスピンオングラス（ＳＯＧ）が挙げられる。好ましい有機材料は一般にポリマーであり、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリジン（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル酸エステル、ダウコーニングから市販されているベンゾクロロブタン（ＢＣＢ）などの絶縁ポリマーが挙げられる。絶縁層は、材料のブレンドから形成してもよく、または多層構造を含むこともできる。

誘電材料は、当技術分野で知られているように、熱蒸着、真空加工または積層技術によって堆積させることができる。あるいは、誘電材料は、例えばスピンコーティングまたはインクジェット印刷技術および先に述べた他の溶液堆積技術を用いて、溶液から堆積させることができる。

誘電材料を有機半導体上に溶液から堆積させる場合、これが結果的に有機半導体の分解をもたらすことは望ましくない。同様に、有機半導体を溶液から誘電材料上に堆積させる場合も、誘電材料が分解されることは望ましくない。こうした分解を回避する技術としては、以下が挙げられる：直交溶媒の使用、すなわち、最上層を堆積させるために、下にある層を分解させない溶媒を使用すること；ならびに、下にある層の架橋。

ゲート誘電体層の厚みは、好ましくは２マイクロメートル未満、より好ましくは５００ｎｍ未満である。

＜その他の層＞
他の層をデバイスアーキテクチャに含めることができる。例えば、必要とされた場合、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を、ゲート、ソースまたはドレイン電極、基板、絶縁層および有機半導体材料上に堆積させて、結晶化を促進し、接触抵抗を低下させ、表面特性を修復し、密着性を向上させることができる。特に、チャネル領域内の誘導体表面に結合領域および有機領域を含む単分子層を設け、特に高ｋ誘導体表面について、例えば有機半導体の形態（特にポリマーの配列および結晶化度）を改善することにより、かつ電荷トラップを覆うことによりデバイス性能を改善することができる。こうした単分子層の代表的な材料としては、長いアルキル鎖を有するクロロ−またはアルコキシ−シラン、例えばオクタデシルトリクロロシランが挙げられる。同様に、ソース電極とドレイン電極にＳＡＭを設けて、有機半導体と電極の間の接触を改善することができる。例えば、金のＳＤ電極に、チオール結合基および接触を改善するための基（高い双極子モーメント、ドーパント、または共役部分を有する基とすることができる）を含むＳＡＭを設けることができる。

＜ＯＴＦＴの用途＞
本発明の実施形態によるＯＴＦＴは広範囲の可能性のある用途を有する。こうした用途の１つは、光学デバイス、好ましくは有機光学デバイスにおいて画素を駆動することである。こうした光学デバイスの例としては、光応答性デバイス、特に光検出器、および発光デバイス、特に有機発光デバイスが挙げられる。ＯＴＦＴは、アクティブマトリックス有機発光デバイスと共に使用（例えばディスプレイ用途で使用）するのに特に適している。

図７は、共通基板２１上に製作された、有機薄膜トランジスターおよび隣接する有機発光デバイスを含む画素を示す。ＯＴＦＴは、ゲート電極２２、誘電体層２４、ソース電極２３ｓおよびドレイン電極２３ｄ、ならびにＯＳＣ層２５を含む。ＯＬＥＤは、アノード２７、カソード２９およびアノードとカソードの間に設けられたエレクトロルミネッセンス層２８を含む。電荷輸送、電荷注入または電荷阻止層などのその他の層を、アノードとカソードの間に設置することができる。図７の実施形態では、カソード材料の層がＯＴＦＴとＯＬＥＤの両方を横切って延在しており、絶縁層２６がＯＳＣ層２５からカソード層２９を電気的に分離するために設けられている。この実施形態では、ドレイン電極２３ｄは、有機発光デバイスの発光と非発光状態を切り替えるために有機発光デバイスのアノードに直接接続されている。

ＯＴＦＴとＯＬＥＤの活性領域は共通のバンク材料によって画定されている。この共通バンク材料は、基板２１上にフォトレジストの層を堆積させ、これをパターン化して基板上にＯＴＦＴとＯＬＥＤの領域を画定することにより形成される。本発明の一実施形態によれば、ＯＴＦＴとＯＬＥＤの両方を画定するウェルを、図５および図６に関して記述した方法と同様な方法で製造中に洗浄処理ステップにさらした後、その中にＯＳＣおよび有機エレクトロルミネッセンス材料を堆積させることができる。次いで、ＯＴＦＴおよびＯＬＥＤの残りの層をウェル内に堆積させることができる。

図８に示した別の配置では、有機薄膜トランジスターは、有機発光デバイスに対して積み重ねられた関係に製作することができる。こうした実施形態では、有機薄膜トランジスターは、トップまたはボトムゲート構造に、上記のように製造される。図７の実施形態と同じく、ＯＴＦＴとＯＬＥＤの活性領域はフォトレジスト３３のパターン化層によって画定されている。しかし、この積み重ねられた配置では、２つの別個のバンク層３３がある。１つはＯＬＥＤのためのものであり、１つはＯＴＦＴのためのものである。本発明の一実施形態によれば、これらの別個の２つの層は、製造中に図５、図６および図７に関して記述した方法と同様な方法で処理することができる。

平坦化層３１（不活性化層としても知られている）が、ＯＴＦＴを覆って堆積されている。代表的な不動態化層としてはＢＣＢおよびパリレンが挙げられる。有機発光デバイスが、不活性化層を覆って製作されている。有機発光デバイスのアノード３４は、不活性化層３１およびバンク層３３を通る導電性バイア３２によって、有機薄膜トランジスターのドレイン電極に電気的に接続されている。

ＯＴＦＴおよび光学活性領域（例えば、発光または光感知領域）を含む画素回路が別の要素を含むことができることが十分に理解されよう。特に、図７および図８のＯＬＥＤ画素回路は、典型的には、図示の駆動トランジスターに加えて少なくとも１つの別のトランジスター、および少なくとも１つのコンデンサーを含む。

本明細書に記載の有機発光デバイスが、トップ発光デバイスであってもよく、ボトム発光デバイスであってもよいことが十分に理解されよう。すなわち、これらのデバイスは、デバイスのアノード側またはカソード側を通して発光することができる。透明なデバイスでは、アノードおよびカソードの両方が透明である。透明カソードデバイスが透明アノードを有する必要がないこと（もちろん、完全に透明なデバイスを所望しない場合）、したがって、ボトム発光デバイスに用いられる透明アノードは、アルミニウムの層などの反射性材料の層と置き換えることができるか、またはこれに反射性材料の層を追加することができることは十分に理解されよう。

透明カソードは、アクティブマトリクッスデバイスには特に有利である。何故ならば、こうしたデバイスにおいて透明アノードを通る発光は、図８に示した実施形態から見ることができるように、発光性画素の下に設置されたＯＴＦＴ駆動回路によって少なくとも部分的にブロックされる恐れがあるからである。

図５に示したプロセスに従ってＯＴＦＴを製造した。このデバイスの移動度は、酸素プラズマ処理無しで形成された対応するデバイスより少なくとも２桁高かった。

逆に、スピンコーティングしたデバイスの移動度は、酸素および／またはＣＦ₄プラズマ処理にかけた場合、最大２桁の低下を示した。

本発明を、その好ましい実施形態に関して詳細に図示し、かつ記述したが、当業者は、添付した特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱すること無しに、その形態および細部に様々な変更を加えることができることを理解するであろう。

Claims (24)

1. 有機薄膜トランジスターを製造する方法であって、
   チャネル領域を画定するソース電極とドレイン電極を備えた基板を用意することと、
   少なくとも前記チャネル領域を洗浄処理ステップにかけることと、
   インクジェット印刷によって前記チャネル領域内に有機半導体材料を溶液から堆積させることと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくとも一部分を前記洗浄処理ステップにかける、請求項１に記載の方法。
3. 前記洗浄処理ステップがプラズマ処理ステップである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プラズマ処理ステップがＯ₂プラズマ処理ステップである、請求項３に記載の方法。
5. 前記プラズマがラジカル促進種を含む、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記ラジカル促進種がハロゲン含有種である、請求項５に記載の方法。
7. 前記ハロゲン含有種がフッ素含有種である、請求項６に記載の方法。
8. 前記フッ素含有種がＣＦ₄である、請求項７に記載の方法。
9. 前記プラズマ処理ステップが少なくとも６０秒間行われる、請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記洗浄処理ステップの後にディウェッティング処理ステップを行い、その後、前記有機半導体材料のインクジェット印刷を行う、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記ディウェッティング処理ステップがプラズマ処理である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ディウェッティングプラズマ処理がハロゲン含有プラズマを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ハロゲン含有プラズマがフッ素含有プラズマである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記フッ素含有プラズマがＣＦ₄である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記有機薄膜トランジスターがトップゲートデバイスであり、
    前記方法は、
    前記有機半導体材料の上にゲート誘電体を堆積させることと、
    前記ゲート誘電体の上にゲート電極を堆積させることと、
    をさらに含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記有機薄膜トランジスターがボトムゲートデバイスであり、
    前記基板を用意することが、
    ゲート電極を堆積させることと、
    前記ゲート電極の上にゲート誘電体を堆積させることと、
    前記ゲート誘電体の上に前記ソース電極とドレイン電極を堆積させて前記チャネル領域を形成することと、
    を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
17. 前記誘電材料が有機誘電体である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記基板を用意するステップの後かつ前記洗浄処理ステップの前に、前記チャネル領域を囲むウェルを画定する絶縁材料のパターン化層を形成することをさらに含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の方法に従って製造された有機薄膜トランジスターデバイスであって、電荷移動度が少なくとも１０^-4ｃｍ²／Ｖｓであることを特徴とする有機薄膜トランジスターデバイス。
20. 電荷移動度が少なくとも１０^-3ｃｍ²／Ｖｓである、請求項１９に記載の有機薄膜トランジスターデバイス。
21. 電荷移動度が少なくとも１０^-2ｃｍ²／Ｖｓである、請求項２０に記載の有機薄膜トランジスターデバイス。
22. アクティブマトリックス有機光学デバイスを製造する方法であって、
    前記方法は、
    パターン化された電極層を備えた基板上に、複数のウェルを画定する少なくとも１つのバンク層を形成することと、
    前記複数のウェルを洗浄処理ステップにかけることと、
    インクジェット印刷により、前記複数のウェルのうちの一部のウェルの内部に有機半導体材料を堆積させて有機薄膜トランジスターを形成するとともに、前記複数のウェルのうちの前記一部のウェル以外のウェルの内部に有機光学活性材料を堆積させて発光画素を形成することと、
    を含むことを特徴とする方法。
23. 前記形成することが、共通基板上に、前記有機薄膜トランジスターおよび前記画素の両方のために設けられる共通バンク層を形成することを含み、
    前記洗浄処理ステップにかけることが、前記有機薄膜トランジスター用の前記ウェルおよび前記画素用の前記ウェルの両方を、前記洗浄処理ステップに同時にかけることを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 請求項２２または２３の方法に従って製造されたアクティブマトリックス有機光学デバイスであって、前記有機薄膜トランジスターの電荷移動度が少なくとも１０^-4ｃｍ²／Ｖｓであることを特徴とするアクティブマトリックス有機光学デバイス。