JP2012508980A - Off-center deposition of organic semiconductors in organic semiconductor devices - Google Patents

Off-center deposition of organic semiconductors in organic semiconductor devices Download PDF

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Abstract

本開示は、トランジスタなどの薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、a)第1及び第2の導電性ゾーン(10、20)を支持する基板(60)を用意する工程であって、第1及び第2の導電性ゾーン(10、20)は、それらの間にチャネル(50)を画定し、そのチャネル(50)は、いずれの導電性ゾーン(10、20)の周囲の75%超とも境界を画さない、工程と、b)有機半導体(40)を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネル(50)に隣接してあるいはチャネル(50)上に堆積させる工程であって、溶液の大部分は、チャネル(50)上ではなくチャネル(50)の片側に堆積される、工程とを含む。本開示のいくつかの実施形態において、溶液は、チャネル(50)上ではなく全体的にチャネル(50)の片側に堆積され、更に、溶液は、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。本開示は更に、トランジスタなどの薄膜半導体デバイスを提供する。  The present disclosure provides a method of making a thin film semiconductor device such as a transistor, the method comprising: a) providing a substrate (60) that supports first and second conductive zones (10, 20). Wherein the first and second conductive zones (10, 20) define a channel (50) therebetween, which channel (50) is connected to any of the conductive zones (10, 20). And b) depositing individual aliquots of the solution containing the organic semiconductor (40) adjacent to or on the channel (50) The majority of the solution being deposited on one side of the channel (50) rather than on the channel (50). In some embodiments of the present disclosure, the solution is deposited entirely on one side of the channel (50) rather than on the channel (50), and further, the solution is in a band having a length less than the channel length. Is deposited. The present disclosure further provides thin film semiconductor devices such as transistors.

Description

本発明は、インクジェット印刷又は類似の流体堆積プロセスによる有機半導体デバイスの製造、及びそのように作製されたデバイスに関する。   The present invention relates to the manufacture of organic semiconductor devices by ink jet printing or similar fluid deposition processes and devices so made.

近年、シリコン及びヒ化ガリウムなどの従来の無機材料ではなく有機材料を半導体として使用することを目指した研究努力が、以前にも増して行われている。いくつかの利点の中でも特に、有機材料を使用することにより、電子デバイスの製造コストを削減することができ、広範囲に及ぶ用途を実現することができ、また、ディスプレイバックプレーン、集積回路RFIDタグ、及びセンサーの電子回路用の支持体としてフレキシブル基板を使用することが可能となる。   In recent years, research efforts aimed at using organic materials as semiconductors rather than conventional inorganic materials such as silicon and gallium arsenide have been made ever more. Among other advantages, the use of organic materials can reduce the cost of manufacturing electronic devices and can achieve a wide range of applications, including display backplanes, integrated circuit RFID tags, In addition, a flexible substrate can be used as a support for the electronic circuit of the sensor.

多様な有機半導体材料が検討されており、最も一般的なものは、アセン類に代表される縮合芳香族環化合物である。これらの有機半導体材料のうちの少なくともいくつかは、アモルファスシリコン系のデバイスと同等かそれ以上の、電荷キャリアの移動性、オン/オフ電流比、及び閾値下電圧などの性能特性を有している。これらの材料は、ほとんどの溶媒にあまり溶けないので、多くの場合は蒸着される。有機半導体が溶液(有機溶媒を有する溶液中など)から堆積される場合、良好なあるいは最適な性能特性が達成困難となっていた。   Various organic semiconductor materials have been studied, and the most common are condensed aromatic ring compounds represented by acenes. At least some of these organic semiconductor materials have performance characteristics such as charge carrier mobility, on / off current ratio, and subthreshold voltage that are equal to or greater than amorphous silicon-based devices. . These materials are often deposited because they are not very soluble in most solvents. When organic semiconductors are deposited from a solution (such as in a solution with an organic solvent), good or optimal performance characteristics have been difficult to achieve.

米国特許第6,690,029 B1号によれば、ある置換ペンタセン及びその置換ペンタセンを用いて作製された電子デバイスが開示されている。   US Pat. No. 6,690,029 B1 discloses a substituted pentacene and an electronic device made using the substituted pentacene.

国際公開第2005/055248 A2号によれば、トップゲート型薄膜トランジスタに用いられるある置換ペンタセン及びポリマーが開示されている。   WO 2005/055248 A2 discloses certain substituted pentacenes and polymers used in top gate thin film transistors.

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2005年12月28日出願の米国特許出願第11/275366号は概して、全インクジェット印刷された薄膜トランジスタ並びにその作製方法及び使用方法を開示するものである。有機半導体のインクジェット印刷に該当し得る参照文献として、リム(Lim)らの「乾燥液滴中の蒸発誘導流によるインクジェット印刷されたトリイソプロピルシリルエチニルペンタセンの自己組織化(Self-Organization of Ink-jet-Printed Triisopropylsilylethynyl Pentacene via Evaporation-Induced Flows in a Drying Droplet)」、高機能材料(Adv. Funct. Mater.)、2008、18、ページ229〜234がある。   US patent application Ser. No. 11 / 275,366, filed Dec. 28, 2005, the disclosure of which is incorporated herein by reference, generally discloses a fully ink-jet printed thin film transistor and methods for making and using the same. References that may be applicable to inkjet printing of organic semiconductors include Lim et al., “Self-Organization of Ink-jet. Ink-printed triisopropylsilylethynylpentacene by evaporation-induced flow in dry droplets. -Printed Triisopropylsilylethynyl Pentacene via Evaporation-Induced Flows in a Drying Droplet), Advanced Materials (Adv. Funct. Mater.), 2008, 18, pages 229-234.

有機半導体材料と共に、独特なデバイスの形状、例えば同心リング又はコルビーノ形状を使用したものも、いくつか報告されている。そのような技術に該当し得る参考文献として、クラーク(Klauk)らの「回路及びディスプレイ用のペンタセン有機薄膜トランジスタ(Pentacene Organic Thin-Film Transistors for Circuit and Display Applications)」、IEEE電子デバイス会報(IEEE Transactions on Electron Devices)、46巻6号(Vol. 46, No. 6)、1999年6月、ページ1258〜1263、並びに、メイジャー(Meijer)らの「無秩序有機電界効果トランジスタにおけるドーパント密度の測定(Dopant density determination in disordered organic field-effect transistors)」、応用物理学会誌(J. App. Physics)、93巻8号(Vol. 93, No. 8)、2003年4月15日、ページ4831〜4835がある。   Several organic device materials have also been reported that use unique device shapes, such as concentric rings or Corbino shapes. References that may fall under such technology include Klauk et al., “Pentacene Organic Thin-Film Transistors for Circuits and Display Applications”, IEEE Electronic Devices Bulletin (IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 46, No. 6 (Vol. 46, No. 6), June 1999, pages 1258 to 1263, and Meijer et al., “Dopant density measurement in disordered organic field effect transistors”. determination in disordered organic field-effect transistors), J. App. Physics, Vol. 93, No. 8 (Vol. 93, No. 8), April 15, 2003, pages 4831-4835. .

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2005年12月28日出願の米国特許出願第11/275367号は概して、ボトムゲート型の形状を有する薄膜トランジスタ並びにその作製方法及び使用方法を開示するものである。   US patent application Ser. No. 11/275367, filed Dec. 28, 2005, the disclosure of which is incorporated herein by reference, generally discloses a thin film transistor having a bottom-gate shape and methods for making and using the same. is there.

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2008年5月30日出願の米国特許仮出願第61/057715号は概して、シリルエチニルペンタセン、シリルエチニルペンタセンを含有する組成物、並びに、シリルエチニルペンタセンを、例えば有機半導体として作製する方法及び使用する方法を開示するものである。   US Provisional Application No. 61/057715 filed May 30, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference, generally refers to silylethynylpentacene, silylethynylpentacene-containing compositions, and silylethynylpentacenes. For example, a method of manufacturing as an organic semiconductor and a method of using the same are disclosed.

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2008年6月11日出願の米国特許仮出願第61/060595号は概して、有機半導体を堆積させるための混合溶媒系の使用法を開示するものである。   US Provisional Application No. 61/060595, filed June 11, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference, generally discloses the use of a mixed solvent system to deposit organic semiconductors. .

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2008年6月27日出願の米国特許仮出願第61/076186号は概して、有機半導体層を成長させる方法、有機半導体デバイスを製作する方法、並びにそれによって形成される層及びデバイスを開示するものである。   US Provisional Application No. 61/076186, filed June 27, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference, generally describes a method for growing an organic semiconductor layer, a method for fabricating an organic semiconductor device, and thereby The layers and devices that are formed are disclosed.

本開示は、薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも、またいくつかの実施形態においては50%超とも境界を画さない、工程と、b)有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積する工程であって、そのアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。いくつかの実施形態において、チャネルと導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である。いくつかの実施形態において、薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、第1の導電性ゾーンはソースであり、第2の導電性ゾーンはドレインである。いくつかの実施形態においては、溶液の60%超、いくつかの実施形態においては70%超、いくつかの実施形態においては80%超、いくつかの実施形態においては90%超、いくつかの実施形態においては100%が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、個別のアリコートは、一般的にはインクジェット印刷によって複数の小滴の形態で堆積される。いくつかのそのような実施形態においては、小滴の少なくとも60%、他の実施形態においては少なくとも70%、他の実施形態においては少なくとも80%、他の実施形態においては少なくとも90%、他の実施形態においては100%が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、堆積後に湿潤され、次いで、チャネル長さの10倍以下の長さを有する。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。   The present disclosure provides a method of making a thin film semiconductor device, the method comprising: a) providing a substrate that supports first and second conductive zones, the first and second The conductive zones define a channel therebetween, the channel demarcating no more than 75% around any conductive zone, and in some embodiments, no more than 50%. And b) depositing individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor adjacent to or on the channel, the aliquot providing the organic semiconductor to a single thin film semiconductor device, The process includes depositing on one side of the channel rather than on the channel. In some embodiments, the boundary between the channel and each of the conductive zones is substantially straight and substantially parallel. In some embodiments, the thin film semiconductor device is a transistor, the first conductive zone is a source, and the second conductive zone is a drain. In some embodiments, over 60% of the solution, in some embodiments over 70%, in some embodiments over 80%, in some embodiments over 90%, some In embodiments, 100% is deposited on one side of the channel rather than on the channel. In some embodiments, individual aliquots are deposited in the form of a plurality of droplets, typically by ink jet printing. In some such embodiments, at least 60% of the droplets, in other embodiments at least 70%, in other embodiments at least 80%, in other embodiments at least 90%, other In embodiments, 100% is deposited on one side of the channel rather than on the channel. In some embodiments, individual aliquots of the solution containing the organic semiconductor are wetted after deposition and then have a length no greater than 10 times the channel length. In some embodiments, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor are deposited in a band having a length less than the channel length.

本開示のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネル上ではなく全体的にチャネルの片側に堆積され、更に、溶液は、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。そのような方法は、有効に機能するだけでなく、結果の改善をもたらす。   In some embodiments of the present disclosure, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor are deposited on one side of the channel entirely rather than on the channel, and the solution has a length less than the channel length. Deposited in the band. Such a method not only works effectively, but also results in improved results.

本開示は更に、ある薄膜半導体デバイスを提供し、その薄膜半導体デバイスは、a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板であって、第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも、またいくつかの実施形態においては50%超とも境界を画さない、基板と、b)そのチャネル上にかつそのチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片方に存在する、半導体層とを備える。いくつかの実施形態において、チャネルと導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である。いくつかの実施形態において、薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、第1の導電性ゾーンはソースであり、第2の導電性ゾーンはドレインである。いくつかの実施形態において、このデバイスは、ゲートと誘電層とを更に備える。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の55%超、他の実施形態においては60%超、他の実施形態においては65%超、他の実施形態においては70%超、他の実施形態においては75%超、他の実施形態においては80%超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。いくつかの実施形態において、個別の半導体層は、チャネル長さの10倍以下の長さを有する。   The present disclosure further provides a thin film semiconductor device, wherein the thin film semiconductor device is a) a substrate supporting first and second conductive zones, the first and second conductive zones comprising A substrate that defines no more than 75% around any conductive zone, and in some embodiments more than 50%, and b) the channel A discrete semiconductor layer with an organic semiconductor located on and adjacent to the channel, acting as a single thin film semiconductor device, with the majority of the discrete semiconductor layer being on one side of the channel rather than on the channel And a semiconductor layer. In some embodiments, the boundary between the channel and each of the conductive zones is substantially straight and substantially parallel. In some embodiments, the thin film semiconductor device is a transistor, the first conductive zone is a source, and the second conductive zone is a drain. In some embodiments, the device further comprises a gate and a dielectric layer. In some embodiments, over 55% of individual semiconductor layers, in other embodiments over 60%, in other embodiments over 65%, in other embodiments over 70%, other implementations More than 75% in the form and more than 80% in other embodiments are on one side of the channel rather than on the channel. In some embodiments, the individual semiconductor layers have a length no greater than 10 times the channel length.

本開示は、薄膜半導体デバイスの対を作製する方法を提供するものであり、その方法は、a)基板を用意する工程であって、その基板は、i)第1及び第2の導電性ゾーンであって、それらの間に第1のチャネルの画定する、第1及び第2の導電性ゾーンと、ii)第3及び第4の導電性ゾーンであって、それらの間に第2のチャネルを画定する、第3及び第4の導電性ゾーンとを支持する、工程と、b)有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、第1及び第2のチャネルに隣接してあるいは第1及び第2のチャネル上に堆積させる工程であって、アリコートは、正確に2つの単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、第1のチャネル上ではなく第1のチャネルの片側に堆積され、溶液の大部分は、第2のチャネル上ではなく第2のチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。   The present disclosure provides a method of fabricating a pair of thin film semiconductor devices, the method comprising: a) providing a substrate, the substrate comprising i) first and second conductive zones. A first and second conductive zone defined by a first channel therebetween; and ii) a third and fourth conductive zone between the second channel Supporting the third and fourth conductive zones defining b), b) separate aliquots of the solution containing the organic semiconductor adjacent to the first and second channels or the first and Depositing on the second channel, wherein the aliquot provides the organic semiconductor to exactly two single thin film semiconductor devices, and the majority of the solution is in the first channel rather than on the first channel. Most of the solution is deposited on one side and the second Not on channel are deposited on one side of the second channel, and a step.

本開示は更に、薄膜半導体デバイスの対を提供するものであり、その薄膜半導体デバイスの対は、a)基板であって、i)第1及び第2の導電性ゾーンであって、それらの間に第1のチャネルの画定する、第1及び第2の導電性ゾーンと、ii)第3及び第4の導電性ゾーンであって、それらの間に第2のチャネルを画定する、第3及び第4の導電性ゾーンとを支持する基板と、b)第1及び第2のチャネル上にかつ第1及び第2のチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、正確に2つの単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、第1のチャネル上ではなく第1のチャネルの片側に存在し、個別の半導体層の大部分は、第2のチャネル上ではなく第2のチャネルの片側に存在する、個別の半導体層とを備える。   The present disclosure further provides a pair of thin film semiconductor devices, the pair of thin film semiconductor devices comprising: a) a substrate, and i) first and second conductive zones between them. And ii) a third and a fourth conductive zone defining a second channel therebetween, a third and a second conductive zone defining a first channel; A substrate supporting a fourth conductive zone; and b) a separate semiconductor layer comprising an organic semiconductor located on and adjacent to the first and second channels, Acts exactly as two single thin film semiconductor devices, most of the individual semiconductor layers are on one side of the first channel rather than on the first channel, and most of the individual semiconductor layers are second Present on one side of the second channel rather than on the other channel, And a another semiconductor layer.

実施例1で更に説明する、本開示によるインクジェット印刷された薄膜トランジスタの顕微鏡写真。2 is a photomicrograph of an inkjet printed thin film transistor according to the present disclosure, further described in Example 1. FIG. 図1の顕微鏡写真に基づいた、本開示によるインクジェット印刷された薄膜トランジスタの概略図。2 is a schematic diagram of an inkjet printed thin film transistor according to the present disclosure based on the micrograph of FIG. 比較例2Cで更に説明する、比較用のインクジェット印刷された薄膜トランジスタの顕微鏡写真。A photomicrograph of a comparative inkjet-printed thin film transistor, further described in Comparative Example 2C. 実施例1で更に説明する、全インクジェット印刷されたバックプレーンの顕微鏡写真。FIG. 2 is a photomicrograph of an all inkjet printed backplane, further described in Example 1. FIG. 実施例1及び比較例2Cで更に説明する、有機半導体溶液の個別のアリコートをインクジェット印刷するように設計されたピクセルのマトリックスを概略的に表す図。FIG. 6 schematically represents a matrix of pixels designed to inkjet print individual aliquots of organic semiconductor solution, further described in Example 1 and Comparative Example 2C. 実施例1及び比較例2Cのトランジスタの移動度の値を示すグラフ。The graph which shows the value of the mobility of the transistor of Example 1 and Comparative Example 2C. 実施例1及び比較例2Cのトランジスタの閾値下電圧値を示すグラフ。The graph which shows the subthreshold voltage value of the transistor of Example 1 and Comparative Example 2C. 実施例1及び比較例2Cのトランジスタのオン/オフ電流値を示すグラフ。The graph which shows the on / off electric current value of the transistor of Example 1 and Comparative Example 2C.

本開示は、薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも境界を画さない、工程と、b)有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積する工程であって、そのアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。本開示は更に、ある薄膜半導体デバイスを提供し、その薄膜半導体デバイスは、a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板であって、第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも境界を画さない、基板と、b)そのチャネル上にかつそのチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する、個別の半導体層とを備える。   The present disclosure provides a method of making a thin film semiconductor device, the method comprising: a) providing a substrate that supports first and second conductive zones, the first and second The conductive zones define a channel between them, the channel does not delimit more than 75% of the periphery of any conductive zone, and b) individual solutions of the organic semiconductor Depositing an aliquot of the organic semiconductor into a single thin film semiconductor device, with the majority of the solution being on one side of the channel rather than on the channel. And depositing a process. The present disclosure further provides a thin film semiconductor device, wherein the thin film semiconductor device is a) a substrate supporting first and second conductive zones, the first and second conductive zones comprising Defining a channel between the substrate and the channel does not delimit more than 75% around any conductive zone; and b) an organic semiconductor located on and adjacent to the channel Individual semiconductor layers that act as a single thin film semiconductor device, with the majority of the individual semiconductor layers comprising individual semiconductor layers that reside on one side of the channel rather than on the channel.

この薄膜デバイスは、ダイオード、トランジスタなどのトリオード、又は他の多端子デバイスを含めて、任意の好適な半導体デバイスであってよい。最も一般的には、このデバイスはトランジスタである。このデバイスがトランジスタである場合、第1の導電性ゾーンは一般的に、ソース電極であり、第2の導電性ゾーンは一般的に、ドレイン電極である。トランジスタは通常、ゲート電極を含む。トランジスタは一般的に、ゲートと半導体層との間に介挿された誘電層を含む。   The thin film device may be any suitable semiconductor device, including a diode, a triode such as a transistor, or other multi-terminal device. Most commonly, this device is a transistor. If the device is a transistor, the first conductive zone is typically a source electrode and the second conductive zone is typically a drain electrode. A transistor typically includes a gate electrode. A transistor typically includes a dielectric layer interposed between a gate and a semiconductor layer.

この薄膜デバイスは、参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2005年12月28日出願の米国特許出願第11/275367号に開示されているトップコンタクト/ボトムゲート、ボトムコンタクト/ボトムゲート、トップコンタクト/トップゲート又はボトムコンタクト/トップゲート形状を含めて、任意の好適な形状を有してよい。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、トップコンタクト/ボトムゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、ボトムコンタクト/ボトムゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、トップコンタクト/トップゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、ボトムコンタクト/トップゲート形状を有する。   This thin film device is disclosed in U.S. Patent Application No. 11/275367, filed December 28, 2005, the disclosure of which is incorporated herein by reference, top contact / bottom gate, bottom contact / bottom gate, top It may have any suitable shape, including contact / top gate or bottom contact / top gate shapes. In some embodiments, the thin film device has a top contact / bottom gate shape. In some embodiments, the thin film device has a bottom contact / bottom gate shape. In some embodiments, the thin film device has a top contact / top gate shape. In some embodiments, the thin film device has a bottom contact / top gate shape.

図2を参照すると、いくつかの実施形態において、本開示によるデバイスは、長さAと幅Bを有するチャネル50を備えており、チャネル50は2つの導電性ゾーン10及び20によって境界を画されている。留意されたいこととして、当該技術分野における標準的な専門用語に従って、「長さ」という語は、導電性ゾーン間の距離が、チャネルの小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、この導電性ゾーン間の距離を指すものである。デバイスがトランジスタである場合、これらの導電性ゾーン10及び20は一般的に、ソース及びドレイン電極である。図2に示す実施形態において、デバイスは、ボトムコンタクト/ボトムゲート形状で基板60上に構成されている。この形状において、ゲート30を形成するようにパターン形成された導電層は、誘電層(図1においては透明であり、したがって図2において不可視である)、ソース10及びドレイン20を形成するようにパターン形成された第2の導電層、そして最後に、個別の半導体層40に続いて、基板60に施されている。   Referring to FIG. 2, in some embodiments, a device according to the present disclosure includes a channel 50 having a length A and a width B, the channel 50 being bounded by two conductive zones 10 and 20. ing. It should be noted that, according to standard terminology in the art, the term “length” means that the distance between the conductive zones is the smaller dimension of the channel, ie smaller than “width”. However, it refers to the distance between the conductive zones. If the device is a transistor, these conductive zones 10 and 20 are typically source and drain electrodes. In the embodiment shown in FIG. 2, the device is configured on a substrate 60 in a bottom contact / bottom gate configuration. In this configuration, the conductive layer patterned to form gate 30 is patterned to form a dielectric layer (transparent in FIG. 1 and thus invisible in FIG. 2), source 10 and drain 20. Following the formed second conductive layer and finally the individual semiconductor layer 40, it is applied to the substrate 60.

図2を参照すると、チャネル長さAは、一方の導電性ゾーン10からもう一方の導電性ゾーン20へとチャネル50を横断する距離である。一般的に、チャネル長さは実質的に一定である。いくつかの実施形態において、実質的に一定のチャネル長さは、設計では一定であり、材料及び外部条件の変動によってのみ変動する。いくつかの実施形態において、実質的に一定のチャネル長さは、一定値から±25%、他の実施形態においては±20%、他の実施形態においては±15%、他の実施形態においては±10%、他の実施形態においては±5%、他の実施形態においては±2.5%、他の実施形態においては±1%である。   Referring to FIG. 2, channel length A is the distance across channel 50 from one conductive zone 10 to another conductive zone 20. In general, the channel length is substantially constant. In some embodiments, the substantially constant channel length is constant in the design and varies only with variations in material and external conditions. In some embodiments, the substantially constant channel length is ± 25% from a constant value, in other embodiments ± 20%, in other embodiments ± 15%, in other embodiments ± 10%, in other embodiments ± 5%, in other embodiments ± 2.5%, and in other embodiments ± 1%.

図2を参照すると、個別の半導体層40は、チャネル長さAの約5倍の長さCを有している。留意されたいこととして、「長さ」という語は、チャネルの長さ方向に平行な個別の半導体層40の寸法が、個別の半導体層40の小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、チャネルの長さ方向に平行な個別の半導体層40の寸法を指している。いくつかの実施形態において、個別の半導体層40の長さCは、チャネル長さAの2倍〜50倍である。いくつかの実施形態において、個別の半導体層40の長さCは、チャネル長さAの3倍〜20倍である。いくつかの実施形態において、個別の半導体層40の長さCは、チャネル長さAの4倍〜10倍である。   Referring to FIG. 2, the individual semiconductor layer 40 has a length C that is approximately five times the channel length A. It should be noted that the term “length” means that the dimension of the individual semiconductor layer 40 parallel to the length direction of the channel is the smaller dimension of the individual semiconductor layer 40, ie, “width”. Even when it is small, it refers to the dimension of the individual semiconductor layer 40 parallel to the length direction of the channel. In some embodiments, the length C of the individual semiconductor layer 40 is between 2 and 50 times the channel length A. In some embodiments, the length C of the individual semiconductor layer 40 is 3 to 20 times the channel length A. In some embodiments, the length C of the individual semiconductor layer 40 is 4 to 10 times the channel length A.

いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが実質的に一定のチャネル長さを有するように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルがゲート電極を覆うように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが半導体材料によって占められるように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが先の条件のある組み合わせを満たすように取られる。図2に示す実施形態を含めて、いくつかの実施形態において、チャネル幅Bは、その幅の全体にわたってチャネル50が、ゲート電極30を覆うこと、実質的に一定のチャネル長さAを有すること、及び半導体材料に占められることという、3つの条件すべてを満たすように取られる。図2に示す実施形態において、チャネル幅Bは、チャネル50が半導体材料によって占められていない上端部にて終端しており、また、チャネル幅Bは、チャネル50が実質的に一定のチャネル長さAを有していない下端部にて終端している。   In some embodiments, the channel width is taken so that the channel has a substantially constant channel length throughout its width. In some embodiments, the channel width is taken so that the channel covers the gate electrode throughout its width. In some embodiments, the channel width is taken so that the channel is occupied by the semiconductor material throughout its width. In some embodiments, the channel width is taken so that the channel meets a certain combination of the previous conditions throughout its width. In some embodiments, including the embodiment shown in FIG. 2, the channel width B is such that the channel 50 covers the gate electrode 30 and has a substantially constant channel length A throughout its width. , And to be occupied by semiconductor materials. In the embodiment shown in FIG. 2, the channel width B terminates at the upper end where the channel 50 is not occupied by the semiconductor material, and the channel width B is a channel length where the channel 50 is substantially constant. It terminates at the lower end that does not have A.

いくつかの実施形態において、チャネル50と導電性ゾーン10及び20の各々との境界は、実質的に直線状であるか、実質的に平行であるか、あるいは実質的に直線状でかつ実質的に平行である。   In some embodiments, the boundary between the channel 50 and each of the conductive zones 10 and 20 is substantially straight, substantially parallel, or substantially straight and substantially. Parallel to

本開示において、導電性ゾーンは、導電性ゾーンに電気的に接続され得るビア又は導電性トレースとは区別される。いくつかの実施形態において、導電性ゾーンは、ソース又はドレイン電極のうちの、ゲート電極を覆う部分のみであると規定されてもよい。チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも境界を画さない。本開示によるデバイスのチャネルは、同心リング形状又はコルビーノ形状を形成しないものである。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の60%以上とも境界を画さない。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の50%以上とも境界を画さない。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の40%以上とも境界を画さない。   In this disclosure, conductive zones are distinguished from vias or conductive traces that can be electrically connected to the conductive zones. In some embodiments, the conductive zone may be defined as only the portion of the source or drain electrode that covers the gate electrode. The channel does not delimit more than 75% around any conductive zone. The channel of the device according to the present disclosure is one that does not form a concentric ring shape or a Corbino shape. In some embodiments, the channel does not delimit more than 60% around any conductive zone. In some embodiments, the channel does not delimit more than 50% around any conductive zone. In some embodiments, the channel does not delimit more than 40% around any conductive zone.

図2を参照すると、いくつかの実施形態において、本開示によるデバイスは、有機半導体を含む個別の半導体層40を備えている。個別の半導体層40は、チャネル50に隣接してあるいはチャネル50上に位置しており、個別の半導体層40の大部分は、チャネル50上ではなくチャネル50の片側に存在する。本明細書で用いるとき、「片側」は、チャネルの真上ではなく、チャネルの一方の側を意味する。図2に示す実施形態において、個別の半導体層40がなす卵形の長軸中心線は、チャネル50上ではなく導電性ゾーン10の上に存在することが分かり、したがって、個別の半導体層40の大部分は、チャネル50上ではなくチャネル50の片側に存在し、つまり、個別の半導体層40の側方領域の大部分は片側に存在し、その側方領域は、基板に平行な平面に投射される領域であると結論づけてもよい。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の55%超、他の実施形態においては60%超、他の実施形態においては65%超、他の実施形態においては70%超、他の実施形態においては75%超、他の実施形態においては80%超、他の実施形態においては85%超、他の実施形態においては90%超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。留意されたいこととして、この測定において、チャネルは幅に関して無限であるとみなされている。   Referring to FIG. 2, in some embodiments, a device according to the present disclosure comprises a separate semiconductor layer 40 comprising an organic semiconductor. The individual semiconductor layer 40 is located adjacent to or on the channel 50, and most of the individual semiconductor layer 40 exists on one side of the channel 50 instead of on the channel 50. As used herein, “one side” means one side of the channel, not just above the channel. In the embodiment shown in FIG. 2, it can be seen that the oval long axis centerline formed by the individual semiconductor layer 40 lies on the conductive zone 10 rather than on the channel 50, and thus Most are present on one side of the channel 50 rather than on the channel 50, that is, most of the lateral regions of the individual semiconductor layer 40 are on one side, and the lateral regions project onto a plane parallel to the substrate. You may conclude that this is In some embodiments, over 55% of individual semiconductor layers, in other embodiments over 60%, in other embodiments over 65%, in other embodiments over 70%, other implementations More than 75% in form, more than 80% in other embodiments, more than 85% in other embodiments, and more than 90% in other embodiments are present on one side of the channel rather than on the channel. It should be noted that in this measurement the channel is considered infinite with respect to width.

別の実施形態において、個別の半導体層が、2つのバックツーバック型薄膜半導体デバイスの各々として働く。そのような実施形態において、個別の半導体層は、2つのバックツーバック型薄膜半導体デバイスのチャネル間に配置される。2つのチャネルの各々に関して言えば、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の55%超、他の実施形態においては60%超、他の実施形態において65%超、他の実施形態においては70%超、他の実施形態においては75%超、他の実施形態においては80%超、他の実施形態においては85%超、他の実施形態においては90%超が、各チャネル上ではなく各チャネルの片側に存在する。そのような実施形態において、個別の半導体層は、各々が1つのデバイスとして働く2つの部分へと後に分離されてもよい。この分離は、ナイフ、レーザーなどによる切断又は切り刻み、又は、個別の半導体層の中央部分を除去するか若しくは非導電性にする化学的手段を含めて、任意の好適な手段によるものであってよい。   In another embodiment, a separate semiconductor layer serves as each of the two back-to-back thin film semiconductor devices. In such embodiments, individual semiconductor layers are disposed between the channels of two back-to-back thin film semiconductor devices. With respect to each of the two channels, the majority of the individual semiconductor layers reside on one side of the channel rather than on the channel. In some embodiments, over 55% of the individual semiconductor layers, in other embodiments over 60%, in other embodiments over 65%, in other embodiments over 70%, other embodiments Is more than 75% in other embodiments, more than 80% in other embodiments, more than 85% in other embodiments, and more than 90% in other embodiments on one side of each channel rather than on each channel. In such embodiments, the individual semiconductor layers may later be separated into two parts, each serving as a device. This separation may be by any suitable means, including cutting or chopping with knives, lasers, etc., or chemical means to remove or non-conduct the central portion of the individual semiconductor layer. .

個別の半導体層は、有機半導体材料を含んでいる。米国特許第6,690,029号、2005年12月28日出願の米国特許出願第11/275366号、2005年12月28日出願の米国特許出願第11/275367号、2008年5月30日出願の米国特許仮出願第61/057715号、2008年6月11日出願の米国特許仮出願第61/060595号に記載されているものを含めて、任意の好適な有機半導体材料が使用されてよく、これらの特許、特許出願、及び特許仮出願の開示内容は、参照によって本願に組み込まれる。半導体材料は、式Iに従う官能化ペンタセン化合物であってもよい。   The individual semiconductor layer includes an organic semiconductor material. US Patent No. 6,690,029, US Patent Application No. 11/275366, filed December 28, 2005, US Patent Application No. 11/275367, filed December 28, 2005, May 30, 2008 Any suitable organic semiconductor material may be used, including those described in US Provisional Application No. 61/057715, US Provisional Application No. 61/060595, filed June 11, 2008. Often, the disclosures of these patents, patent applications, and provisional patent applications are incorporated herein by reference. The semiconductor material may be a functionalized pentacene compound according to Formula I.

Figure 2012508980
Figure 2012508980

各Rは、H及びCHから個別に選択されるものであり、各Rは、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状C2〜C18アルカン、分岐若しくは非分岐のC1〜C18アルキルアルコール、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状C2〜C18アルケン、C4〜C8アリール若しくはヘテロアリール、C5〜C32アルキルアリール若しくはアルキルヘテロアリール、フェロセニル、又はSiR から個別に選択されるものであり、各Rは、水素、分岐若しくは非分岐のC1〜C10アルカン、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状C1〜C10アルキルアルコール、又は分岐若しくは非分岐のC2〜C10アルケンから個別に選択されるものである。一般に、各RはHである。一般に、各RはSiR である。より一般的には、各RはSiR であり、各Rは、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状C1〜C10アルカン若しくはアルケンから個別に選択されるものである。最も一般的には、この化合物は、式IIに示す6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPS−ペンタセン)である。 Each R 1 is individually selected from H and CH 3 and each R 2 is a branched or unbranched linear or cyclic C2-C18 alkane, branched or unbranched C1-C18 alkyl alcohol, branched or unbranched, linear or cyclic C2~C18 alkenes, C4 -C8 aryl or heteroaryl, C5~C32 alkylaryl or alkylheteroaryl, ferrocenyl, or SiR 3 is from 3 those selected individually, each R 3 Are individually selected from hydrogen, branched or unbranched C1-C10 alkanes, branched or unbranched linear or cyclic C1-C10 alkyl alcohols, or branched or unbranched C2-C10 alkenes. In general, each R 1 is H. Generally, each R 2 is SiR 3 3 . More generally, each R 2 is SiR 3 3 and each R 3 is individually selected from a branched or unbranched linear or cyclic C1-C10 alkane or alkene. Most commonly, this compound is 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene) as shown in Formula II.

Figure 2012508980
Figure 2012508980

いくつかの実施形態において、各Rは、−SiR から個別に選択されるものである。 In some embodiments, each R 2 is intended to be individually selected from -SiR 4 x R 5 y R 6 z.

各Rはそれぞれ、(i)分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換C1〜C8アルキル基、(ii)置換若しくは非置換シクロアルキル基、又は(iii)置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン5基を含み、各Rはそれぞれ、(i)分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換C2〜C8アルケニル基、(ii)置換若しくは非置換シクロアルキル基、又は(iii)置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン基を含み、各Rは、(i)水素、(ii)分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換C2〜C8アルキニル基、(iii)置換若しくは非置換シクロアルキル基、(iv)置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン基、(v)置換アリール基、(vi)置換若しくは非置換アリールアルキレン基、(vii)アセチル基、又は(viii)O、N、S及びSeのうちの少なくとも1つを環に含む置換若しくは非置換複素環を含み、x=1又は2、y=1又は2、z=0又は1、及び(x+y+z)=3である。 Each R 4 includes (i) a branched or unbranched substituted or unsubstituted C1-C8 alkyl group, (ii) a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, or (iii) a substituted or unsubstituted cycloalkylalkylene 5 group. Each R 5 includes (i) a branched or unbranched substituted or unsubstituted C2-C8 alkenyl group, (ii) a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, or (iii) a substituted or unsubstituted cycloalkylalkylene group. Each R 6 is (i) hydrogen, (ii) branched or unbranched substituted or unsubstituted C2-C8 alkynyl group, (iii) substituted or unsubstituted cycloalkyl group, (iv) substituted or unsubstituted cycloalkylalkylene A group, (v) a substituted aryl group, (vi) a substituted or unsubstituted arylalkylene group, (vii) A cetyl group or (viii) a substituted or unsubstituted heterocycle containing at least one of O, N, S and Se in the ring, x = 1 or 2, y = 1 or 2, z = 0 or 1 And (x + y + z) = 3.

個別の半導体層は通常、0.1重量%〜99重量%の量の式I又は式IIの化合物を含んでいる。   The individual semiconductor layers usually contain a compound of formula I or formula II in an amount of 0.1% to 99% by weight.

いくつかの実施形態において、個別の半導体層は、好適なポリマーなどの付加的な材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、あるポリマー添加剤が、1kHzで1.0超、より一般的には3.3超、より一般的には3.5超、より一般的には4.0超の誘電率を有する。このポリマーは、一般的には少なくとも1,000、より一般的には少なくとも5,000の分子量を有する。一般的なポリマーに、ポリ(4−シアノメチルスチレン)及びポリ(4−ビニルフェノール)が挙げられる。いくつかの実施形態において、シアノプルランが使用されてもよい。   In some embodiments, the individual semiconductor layers may include additional materials such as suitable polymers. In some embodiments, a polymer additive is greater than 1.0 at 1 kHz, more typically greater than 3.3, more typically greater than 3.5, more typically greater than 4.0. Has a dielectric constant. The polymer generally has a molecular weight of at least 1,000, more typically at least 5,000. Common polymers include poly (4-cyanomethylstyrene) and poly (4-vinylphenol). In some embodiments, cyanopullulan may be used.

一般的なポリマーにはまた、参照によって本願に組み込まれる、米国特許公開第2004/0222412 A1号に記載されているポリマーが挙げられる。ここで記載されているポリマーには、次式の繰返し単位を有する実質的にフッ素化されていない有機ポリマーが挙げられる。   Common polymers also include those described in US Patent Publication No. 2004/0222412 A1, which is incorporated herein by reference. The polymers described herein include substantially non-fluorinated organic polymers having repeat units of the formula

Figure 2012508980
Figure 2012508980

式中、
各Rはそれぞれ、H、Cl、Br、I、アリール基、又は架橋性基を含んだ有機基であり、
各Rはそれぞれ、H、アリール基、又はRであり、
各Rはそれぞれ、H又はメチルであり、
各Rはそれぞれ、アルキル基、ハロゲン、又はRであり、
各Rはそれぞれ、少なくとも1つのCN基を含みかつCN基当たり約30〜約200の分子量を有する有機基であり、
n=0〜3であり、
ポリマーの少なくとも1つの繰返し単位がRを含むことを条件とする。
Where
Each R 1 is an organic group containing H, Cl, Br, I, an aryl group, or a crosslinkable group,
Each R 2 is H, an aryl group, or R 4 , respectively;
Each R 3 is H or methyl,
Each R 5 is an alkyl group, halogen, or R 4 ;
Each R 4 is an organic group comprising at least one CN group and having a molecular weight of from about 30 to about 200 per CN group;
n = 0-3,
Provided that at least one repeat unit of the polymer comprises R 4 .

使用され得る他のポリマーには、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、ポリ(α−ビニルナフタレン)、ポリ(ビニルトルエン)、ポリエチレン、シス−ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、ポリ(4−メチルスチレン)、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)、ポリ(2−メチル−1,3−ブタジエン)、ポリ(p−キシリレン)、ポリ(α−α−α’−α’テトラフルオロ−p−キシリレン)、ポリ[1,1−(2−メチルプロパン)ビス(4−フェニル)カーボネート]、ポリ(シクロヘキシルメタクリレート)、ポリ(クロロスチレン)、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)、ポリイソブチレン、ポリ(ビニルシクロヘキサン)、ポリ(ビニルシンナメート)、ポリ(4−ビニルビフェニル)、ポリ(1,2−ブタジエン)、ポリフェニレン、ポリ(メチルメタクリレート)、及びポリビニルフェノールが挙げられる。   Other polymers that can be used include polystyrene, poly (α-methylstyrene), poly (α-vinylnaphthalene), poly (vinyltoluene), polyethylene, cis-polybutadiene, polypropylene, polyisoprene, poly (4-methyl- 1-pentene), poly (4-methylstyrene), poly (chlorotrifluoroethylene), poly (2-methyl-1,3-butadiene), poly (p-xylylene), poly (α-α-α'- α′tetrafluoro-p-xylylene), poly [1,1- (2-methylpropane) bis (4-phenyl) carbonate], poly (cyclohexyl methacrylate), poly (chlorostyrene), poly (2,6-dimethyl) -1,4-phenylene ether), polyisobutylene, poly (vinylcyclohexane), poly (vinyl cinnamon) G), poly (4-vinyl biphenyl), poly (1,2-butadiene), polyphenylene, poly (methyl methacrylate), and polyvinyl phenol.

上記の材料のコポリマーもまた有用となり得る。例えば、スチレンとα−メチルスチレンのポリマー、スチレン、α−メチルスチレン及びブタジエンを含むコポリマーが挙げられる。ランダムコポリマー又はブロックコポリマーの両方が使用され得る。例示的なコポリマーには、ポリ(エチレン/テトラフルオロエチレン)、ポリ(エチレン/クロロトリフルオロエチレン)、フッ素化エチレン/プロピレンコポリマー、ポリスチレンーco−α−メチルスチレン、エチレン/エチルアクリレートコポリマー、ポリ(スチレン/10%ブタジエン)、ポリ(スチレン/15%ブタジエン)、ポリ(スチレン/2,4ジメチルスチレン)、ダウケミカル社(Dow Chemical)からTOPAS(すべてのグレード)の商標標記で市販されているものなどの環状オレフィンコポリマー、分岐若しくは非分岐ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン、ポリスチレン−ブロック(ポリエチレン−ran−ブチレン)−ブロック−ポリスチレン、ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン、ポリスチレン−(エチレン−プロピレン)−ジブロック−コポリマー(例えば、テキサス州ヒューストンのクラトンポリマーズU.S.社(Kraton Polymers U.S. LLC)のKRATON−G1701E)、ポリ(プロピレン−co−エチレン)、及びポリ(スチレン−co−メチルメタクリレート)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Copolymers of the above materials can also be useful. For example, mention may be made of a polymer comprising styrene and α-methylstyrene, styrene, α-methylstyrene and butadiene. Both random copolymers or block copolymers can be used. Exemplary copolymers include poly (ethylene / tetrafluoroethylene), poly (ethylene / chlorotrifluoroethylene), fluorinated ethylene / propylene copolymer, polystyrene-co-α-methylstyrene, ethylene / ethyl acrylate copolymer, poly (styrene) / 10% butadiene), poly (styrene / 15% butadiene), poly (styrene / 2,4 dimethyl styrene), commercially available from Dow Chemical under the trademark TOPAS (all grades), etc. Cyclic olefin copolymers, branched or unbranched polystyrene-block-polybutadiene, polystyrene-block (polyethylene-ran-butylene) -block-polystyrene, polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene Polystyrene- (ethylene-propylene) -diblock-copolymers (eg, KRATON-G1701E from Kraton Polymers US LLC of Houston, TX), poly (propylene-co-ethylene), and Poly (styrene-co-methyl methacrylate) can be mentioned, but is not limited thereto.

個別の半導体層は、0〜99.9重量%、より一般的には10〜90重量%、より一般的には20〜50重量%の量でこのポリマーを含んでいてもよい。   Individual semiconductor layers may contain this polymer in an amount of 0 to 99.9 wt%, more typically 10 to 90 wt%, more typically 20 to 50 wt%.

本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートが、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積される。ある一般的な実施形態において、各そのようなアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与える。   In the disclosed method, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor are deposited adjacent to or on the channel. In one general embodiment, each such aliquot provides an organic semiconductor to a single thin film semiconductor device.

上述のように、任意の好適な有機半導体が使用されてよい。   As noted above, any suitable organic semiconductor may be used.

いくつかの実施形態において、この溶液は、上述のようなポリマーを更に含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2008年6月27日出願の米国特許仮出願第61/076186号にて開示されているように、半導体結晶成長溶液が使用されてもよい。   In some embodiments, the solution may further comprise a polymer as described above. In some embodiments, a semiconductor crystal growth solution is used as disclosed in US Provisional Application No. 61/076186, filed June 27, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference. May be.

任意の好適な溶媒が使用されてよく、それらの溶媒には、ケトン、芳香族炭化水素などを挙げることができ、またそれらの混合物を挙げることができる。一般に溶媒は有機溶媒である。一般に溶媒は非プロトン性溶媒である。好適な溶媒には、トルエン、エチルベンゼン、ブチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、テトラヒドロナフタレン、シクロヘキサノン、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。いくつかの単一溶媒の実施形態において、溶液は、少なくとも95重量%の単一溶媒を含有する。   Any suitable solvent may be used and these solvents can include ketones, aromatic hydrocarbons, and the like, and mixtures thereof. In general, the solvent is an organic solvent. In general, the solvent is an aprotic solvent. Suitable solvents include but are not limited to toluene, ethylbenzene, butylbenzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, tetrahydronaphthalene, cyclohexanone, and mixtures thereof. In some single solvent embodiments, the solution contains at least 95% by weight of a single solvent.

参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、2008年6月11日出願の米国特許仮出願第61/060595号にて開示されているように、混合溶媒系が使用されてもよい。   Mixed solvent systems may be used as disclosed in US Provisional Application No. 61/060595, filed June 11, 2008, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

任意の好適な量の有機半導体が、本開示の方法で堆積されるか、あるいは本開示のデバイスに存在してもよい。量が増すことにより、より厚くかつ/又はより結晶性の高い半導体層が最終的なデバイスに生成され得る。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、15pL〜40nLである。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、少なくとも15pL、より一般的には少なくとも25pL、より一般的には少なくとも50pL、より一般的には少なくとも250pLであり、また、いくつかの実施形態において、500pL以上である。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、40nL以下、より一般的には10nL以下、より一般的には4nL以下、より一般的には1nL以下である。   Any suitable amount of organic semiconductor may be deposited by the disclosed method or may be present in the disclosed device. By increasing the amount, a thicker and / or more crystalline semiconductor layer can be produced in the final device. In some embodiments, the volume of individual aliquots of the solution containing the organic semiconductor is between 15 pL and 40 nL. In some embodiments, the volume of an individual aliquot of the solution containing the organic semiconductor is at least 15 pL, more typically at least 25 pL, more typically at least 50 pL, more typically at least 250 pL; In some embodiments, it is 500 pL or more. In some embodiments, the volume of individual aliquots of the solution containing the organic semiconductor is 40 nL or less, more typically 10 nL or less, more typically 4 nL or less, and more typically 1 nL or less.

本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、任意の好適な方法で堆積されてよい。いくつかの実施形態において、この個別のアリコートは、単一の液滴又は小滴として堆積される。そのような実施形態には、インクジェット印刷、マイクロピペッティング(micropipetting)、フレキソ印刷などを挙げることができる。いくつかの実施形態において、この個別のアリコートは、複数の小滴の形態で堆積される。そのような実施形態にはまた、インクジェット印刷、マイクロピペッティング(micropipetting)、フレキソ印刷などを挙げることができる。   In the method of the present disclosure, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor may be deposited in any suitable manner. In some embodiments, this individual aliquot is deposited as a single drop or droplet. Such embodiments can include ink jet printing, micropipetting, flexographic printing, and the like. In some embodiments, this individual aliquot is deposited in the form of a plurality of droplets. Such embodiments can also include ink jet printing, micropipetting, flexographic printing, and the like.

多色写真を含めて、写真を印刷するためのインクジェット印刷が周知である。インクジェット印刷では、インクの非常に小さな液滴を正確に位置決めすることができる。本発明の実施において、熱、圧電、及び連続インクジェットシステムを含めて、任意の好適なインクジェット印刷システムが使用されてよい。最も一般的には、圧電インクジェットシステムが使用される。インクジェット印刷に有用なインクは、一般に500nm超の大きさの微粒子を含まないものであり、より一般的には200nm超の大きさの微粒子を含まないものである。   Inkjet printing for printing photographs, including multicolor photographs, is well known. Ink jet printing can accurately position very small drops of ink. In the practice of the present invention, any suitable ink jet printing system may be used, including thermal, piezoelectric, and continuous ink jet systems. Most commonly, piezoelectric ink jet systems are used. Inks useful for ink jet printing generally do not contain fine particles with a size greater than 500 nm, and more generally do not contain fine particles with a size greater than 200 nm.

本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積され、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。本明細書で用いるとき、「片側」という語は、チャネルの外側の一方の側を意味する。本明細書で用いるとき、堆積の位置は、後の流動又は湿潤に関わらず、堆積の初期の位置である。本開示による方法のいくつかの実施形態において、溶液の55%超が、他の実施形態においては60%超、他の実施形態においては65%超、他の実施形態においては70%超、他の実施形態においては75%超、他の実施形態においては80%超、他の実施形態においては85%超、他の実施形態においては90%超、他の実施形態においては95%超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、溶液はすべて、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。個別のアリコートが複数の小滴の形態で堆積される実施形態にインクジェット印刷を挙げることができるが、それらの実施形態においては、小滴の50%超が、他の実施形態においては55%超が、他の実施形態においては60%超が、他の実施形態においては65%超が、他の実施形態においては70%超が、他の実施形態においては75%超が、他の実施形態においては80%超が、他の実施形態においては85%超が、他の実施形態においては90%超が、他の実施形態においては95%超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、小滴はすべて、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。   In the disclosed method, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor are deposited adjacent to or on the channel, with the majority of the solution being deposited on one side of the channel rather than on the channel. As used herein, the term “one side” means one side outside the channel. As used herein, the position of deposition is the initial position of deposition, regardless of subsequent flow or wetting. In some embodiments of the method according to the present disclosure, more than 55% of the solution is more than 60% in other embodiments, more than 65% in other embodiments, more than 70% in other embodiments, etc. More than 75% in other embodiments, more than 80% in other embodiments, more than 85% in other embodiments, more than 90% in other embodiments, more than 95% in other embodiments, Deposited on one side of the channel, not on the channel. In some embodiments, all solutions are deposited on one side of the channel rather than on the channel. Embodiments in which individual aliquots are deposited in the form of a plurality of droplets can include ink jet printing, but in those embodiments, more than 50% of the droplets and in other embodiments more than 55%. However, in other embodiments, over 60%, in other embodiments over 65%, in other embodiments over 70%, in other embodiments over 75%, other embodiments Greater than 80% in other embodiments, greater than 85% in other embodiments, greater than 90% in other embodiments, and greater than 95% in other embodiments are deposited on one side of the channel rather than on the channel. The In some embodiments, all droplets are deposited on one side of the channel rather than on the channel.

本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、表面上での堆積及び湿潤の後、チャネル長さの約5倍の長さを有する。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの2倍〜50倍である。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの3倍〜20倍である。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの4倍〜10倍である。   In some embodiments of the method according to the present disclosure, individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor have a length of about 5 times the channel length after deposition and wetting on the surface. In some embodiments, the length is 2 to 50 times the channel length. In some embodiments, the length is 3 to 20 times the channel length. In some embodiments, the length is 4 to 10 times the channel length.

本開示による方法のいくつかの実施形態において、ゲート、誘電、ソース/ドレイン及び半導体層などのインクジェット印刷層は、一般的にはピクセルの直線マトリクスからなる画像から印刷され、その直線マトリクスは、インクジェット堆積溶液の堆積位置を規定する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの0.05倍〜5倍の長さを有する。ここでも留意されたいこととして、「長さ」という語は、堆積位置の画像の長さが、小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、チャネルの長さ方向に平行な寸法を指す。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さ未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの半分未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの0.1倍〜0.9倍の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの0.05倍〜5倍の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さ未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの半分未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの0.1倍〜0.9倍の長さを有する。   In some embodiments of the method according to the present disclosure, an inkjet print layer, such as a gate, dielectric, source / drain and semiconductor layer, is typically printed from an image consisting of a linear matrix of pixels, the linear matrix being an inkjet Define the deposition position of the deposition solution. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the image of the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length that is 0.05 to 5 times the channel length. It should also be noted here that the term “length” is parallel to the length of the channel, even if the image length of the deposition site is the smaller dimension, ie smaller than “width”. Refers to dimensions. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the image of the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length less than the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the image of the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length that is less than half the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the image of the deposition position of the solution containing the organic semiconductor has a length of 0.1 to 0.9 times the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length of 0.05 to 5 times the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length less than the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the deposition location of the solution containing the organic semiconductor has a length that is less than half of the channel length. In some embodiments of the method according to the present disclosure, the deposition position of the solution containing the organic semiconductor has a length of 0.1 to 0.9 times the channel length.

したがって、上記の内容から、本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液は、完全にチャネルの外側に堆積され、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積されることになる。   Thus, from the above, in some embodiments of the method according to the present disclosure, the solution containing the organic semiconductor is deposited completely outside the channel and deposited in a band having a length less than the channel length. Will be.

本発明の目的及び利点について以下の実施例によって更に説明するが、これらの実施例において記載した特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。   Objects and advantages of the present invention will be further illustrated by the following examples, but the specific materials and amounts described in these examples, as well as other conditions and details, should be construed to unduly limit the present invention. Should not.

特に明記しない限り、すべての試薬は、ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee)のアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から取得したもの又は入手可能なものであり、既知の方法で合成されてもよい。   Unless otherwise noted, all reagents were obtained or available from Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wis. And may be synthesized by known methods.

(実施例1及び2C)
以下で説明するプロセスによって、すべての層、すなわち、ゲート、誘電、ソース/ドレイン及び半導体層を可撓性ポリマー基板の上にインクジェット印刷することにより、2つのバックプレーンを含んだシートを製作した。各バックプレーンは、8列×15行のトランジスタ(合計で120個のトランジスタ)を3.0mmのピッチで収容するものであった。図4は、インクジェット印刷されたバックプレーンのうちの1つのデジタル写真である。
(Examples 1 and 2C)
A sheet containing two backplanes was fabricated by inkjet printing all layers, ie, gate, dielectric, source / drain and semiconductor layers, onto a flexible polymer substrate by the process described below. Each backplane accommodated 8 columns × 15 rows of transistors (120 transistors in total) at a pitch of 3.0 mm. FIG. 4 is a digital photograph of one of the inkjet printed backplanes.

2つのバックプレーンのうちの最初のバックプレーンである実施例1は、本開示を代表するものであり、第2のバックプレーンである比較例2Cは、比較のためのものである。   The first backplane of the two backplanes, Example 1, is representative of the present disclosure, and the second backplane, Comparative Example 2C, is for comparison.

Adobe(登録商標)Photoshop(登録商標)(カリフォルニア州サンホセ(San Jose)のアドビシステムズ社(Adobe Systems))で作製した画像から、各インクジェット印刷層、すなわち、ゲート、誘電、ソース/ドレイン及び半導体層を印刷した。702dpi(1cm当たり276ピクセル)の印刷システムで使用するために、ピクセルの直線マトリックスとして各画像を作成した。したがって、各ピクセルは、36.2マイクロメートルの初期幅を有していた。   From an image made with Adobe® Photoshop® (Adobe Systems, San Jose, Calif.), Each inkjet printed layer, ie, gate, dielectric, source / drain, and semiconductor layers. Printed. Each image was created as a linear matrix of pixels for use in a 702 dpi (276 pixels per cm) printing system. Thus, each pixel had an initial width of 36.2 micrometers.

ソース/ドレイン層の画像は、6ピクセル又は217マイクロメートルのチャネル長さを有するトランジスタチャネルを含むものであった。印刷すると、ソース/ドレイン層の材料は横方向に湿潤し、チャネル長さは、印刷されたバックプレーンにおいて約128マイクロメートルの長さに減じられた。実施例1及び2Cの平均測定チャネル長さはそれぞれ、120マイクロメートル及び136マイクロメートルであった。実施例1及び2Cの平均測定チャネル幅はそれぞれ、780マイクロメートル及び910マイクロメートルであった。   The source / drain layer images included transistor channels with a channel length of 6 pixels or 217 micrometers. Upon printing, the source / drain layer material was laterally wetted and the channel length was reduced to a length of about 128 micrometers in the printed backplane. The average measurement channel lengths of Examples 1 and 2C were 120 micrometers and 136 micrometers, respectively. The average measurement channel widths of Examples 1 and 2C were 780 micrometers and 910 micrometers, respectively.

半導体層の画像は、各々が単一のトランジスタに有機半導体を与える、有機半導体溶液の個別のアリコートを堆積させるように設計されたものであった。図5は、各アリコート対して使用した半導体画像を概略的に表しており、この半導体画像は、幅が25ピクセル、長さが2ピクセルであり、バックプレーンに堆積された18滴の有機半導体溶液を表す18個の印刷ピクセルを含むものであった。540pLの全体積を有するように、各液滴は30pLの体積を有するものであった。印刷したとき、この液滴のマトリックスは横方向に湿潤して、単一の連続的な堆積体を形成し、その堆積体は、おおよそ卵形の形状をなし、約1200マイクロメートルの幅と、約650マイクロメートルの長さを有していた。これらの堆積体は、図1及び3のいずれにおいても半透明の卵形体として視認され、図1に基づいた図2において参照符号40で表されている。   The image of the semiconductor layer was designed to deposit individual aliquots of organic semiconductor solution, each providing organic semiconductor to a single transistor. FIG. 5 schematically represents the semiconductor image used for each aliquot, which is 25 pixels wide and 2 pixels long, with 18 drops of organic semiconductor solution deposited on the backplane. 18 print pixels representing Each drop had a volume of 30 pL so as to have a total volume of 540 pL. When printed, this matrix of droplets wets laterally to form a single continuous deposit that is approximately oval in shape and has a width of about 1200 micrometers, It had a length of about 650 micrometers. These deposits are visible as translucent ovoids in both FIGS. 1 and 3 and are represented by reference numeral 40 in FIG. 2 based on FIG.

比較例2Cのバックプレーンにおいて、半導体の画像の幅は、チャネルの幅全体に対して中心に置かれている。図3は、比較例2Cのバックプレーン内のあるトランジスタの顕微鏡写真である。   In the backplane of Comparative Example 2C, the semiconductor image width is centered with respect to the overall channel width. FIG. 3 is a photomicrograph of a transistor in the backplane of Comparative Example 2C.

実施例1のバックプレーンにおいて、半導体の画像の幅は、チャネルの中心から5ピクセル又は約180マイクロメートルだけ片寄っていた。この片寄りは、印刷プロセス中ではなく半導体の画像の設計自体でなされたものである。したがって、半導体溶液は、インクジェット印刷で直接チャネル内に堆積されなかったということになる。その代わりに、印刷した液滴のマトリックスが横方向に湿潤して、単一の連続的な堆積体を形成し、その堆積体がチャネル全体に広がった。図1は、実施例1のバックプレーン内の1つのあるトランジスタの顕微鏡写真である。   In the backplane of Example 1, the width of the semiconductor image was offset by 5 pixels or about 180 micrometers from the center of the channel. This offset is not in the printing process but in the design of the semiconductor image itself. Therefore, the semiconductor solution was not deposited directly into the channel by ink jet printing. Instead, the printed droplet matrix wetted laterally to form a single continuous deposit that spread throughout the channel. 1 is a photomicrograph of one transistor in the backplane of Example 1. FIG.

図1及び3を調べることにより、各堆積体の縁部は、強い結晶性の形態を呈し、中心部は非晶質であったことが示唆される。したがって、実施例1における片寄った半導体の堆積体は、相当な量の結晶性物質をチャネル全体に配置するものと思われる。図1及び3を調べることにより、結果として半導体材料の卵形の堆積体を生じる、矩形の半導体層の画像は、短い側よりも長い側に、結晶構造の平行性をより強く呈することが示唆される。したがって、長辺を生じ、その長辺を実施例1と同様にチャネル全体に配置することにより、更に平行な結晶性物質がチャネル全体に配置されると思われる。以下のプロセスの説明に従う定量試験結果で説明するように、実施例1のトランジスタは、比較例2Cのトランジスタと比べて劇的に改善された流動性を示した。   Examination of FIGS. 1 and 3 suggests that the edge of each deposit had a strong crystalline morphology and the center was amorphous. Therefore, the offset semiconductor deposit in Example 1 appears to place a substantial amount of crystalline material throughout the channel. Examination of FIGS. 1 and 3 suggests that the image of the rectangular semiconductor layer, resulting in an oval deposit of semiconductor material, exhibits stronger parallelism of the crystal structure on the longer side than on the shorter side. Is done. Accordingly, it is considered that a longer side is generated and the longer side is arranged over the entire channel in the same manner as in Example 1, so that a more parallel crystalline substance is arranged over the entire channel. As described in the quantitative test results following the process description below, the transistor of Example 1 showed dramatically improved fluidity compared to the transistor of Comparative Example 2C.

プロセス
4mil(0.1mm)厚のPENフィルムのDupont Teonex(登録商標)Q65の8インチ×8インチ(20.3cm×20.3cm)片を、2片のステンレス鋼の間に固定した。これら2片のステンレス鋼は、PENフィルムの周囲にクランプする。これらのクランプは、プロセス全体を通じたPENフィルムの収縮を最小化するのに役立つ。粒子の混入を減じるために、また一定の表面エネルギーを清浄表面に与えるために、クランプしたPENフィルムの両側を無水エタノールで複数回、洗浄した。洗浄の後、クランプしたフィルムを、アルミニウム製の真空テーブル上のXY堆積システムに4本のネジで固定した。クランプしたフィルムをシステムに置いた後、そのフィルムをもう一度、エタノールで洗浄した。
Process An 8 inch × 8 inch (20.3 cm × 20.3 cm) piece of Dupont Teonex® Q65 of 4 mil (0.1 mm) thick PEN film was secured between two pieces of stainless steel. These two pieces of stainless steel are clamped around the PEN film. These clamps help minimize PEN film shrinkage throughout the process. In order to reduce particle contamination and to provide a constant surface energy to the clean surface, both sides of the clamped PEN film were washed multiple times with absolute ethanol. After cleaning, the clamped film was secured with four screws to an XY deposition system on an aluminum vacuum table. After placing the clamped film in the system, the film was washed once more with ethanol.

次いで、Spectra−Dimatix SX3−128印刷ヘッドをシステムに挿入した。SX3−128印刷ヘッドは、10pLの液滴体積を有する128個のジェットを有する。印刷ヘッドに、約20.0mLのCabot Ag−IJ−G−100−S1インクジェット用銀導体インクを充填した。この材料は、バックプレーンのゲート層として働くものであった。印刷ヘッドをシステムに入れた後、その高さ及びサーベル角度を調節した。印刷ヘッド高さを、PENフィルムの表面から約1.0mm上方に調節した。サーベル角度を、所望の702dpiの解像度が得られるように調節した。それらが完了した後、基板を位置合わせした。ステンレス鋼クランプの角部を、始点又は原点として使用した。原点から負のx及びy方向に、1.0インチ(2.5cm)の片寄りを設定した。これは、プリントヘッドが導電性インク又はゲート層のパターンの印刷を開始した位置であった。   A Spectra-Dimatix SX3-128 printhead was then inserted into the system. The SX3-128 print head has 128 jets with a droplet volume of 10 pL. The print head was filled with about 20.0 mL of Cabot Ag-IJ-G-100-S1 silver conductor ink for inkjet. This material served as the gate layer for the backplane. After the print head was placed in the system, its height and saber angle were adjusted. The print head height was adjusted about 1.0 mm above the surface of the PEN film. The saber angle was adjusted to obtain the desired 702 dpi resolution. After they were completed, the substrates were aligned. The corner of the stainless steel clamp was used as the starting point or origin. A 1.0 inch (2.5 cm) offset was set in the negative x and y directions from the origin. This was the position at which the printhead began printing the conductive ink or gate layer pattern.

導電性インクの塗布に先立って、基板を予備収縮させた。基板を予備収縮させる目的は、位置合わせを改善することであった。各層の加熱硬化の間にフィルムが収縮すると、続く層の位置合わせがその影響を受ける。この予備収縮プロセスは、基板の底部と頂部からフィルムを加熱することを含むものであった。下方からの加熱は、125℃に設定したオンラインホットプレートを用いて行った。基板の上方からの加熱は、500ワット/インチ(196.9ワット/cm)の赤外線ランプを用いて行った。ホットプレートが125℃に達すると、速度2.0インチ/秒(5.1cm/秒)、電力レベル100%で、赤外線ランプを基板全体に5回、走査させた。このプロセスは25秒を要し、基板の最高温度は140℃に達し、これを赤外線パイロメーターで記録した。   Prior to application of the conductive ink, the substrate was pre-shrinked. The purpose of pre-shrinking the substrate was to improve alignment. As the film shrinks during heat curing of each layer, subsequent layer alignment is affected. This preshrink process involved heating the film from the bottom and top of the substrate. Heating from below was performed using an online hot plate set at 125 ° C. Heating from above the substrate was performed using a 500 watt / inch (196.9 watt / cm) infrared lamp. When the hot plate reached 125 ° C., the infrared lamp was scanned five times across the substrate at a speed of 2.0 inches / second (5.1 cm / second) and a power level of 100%. This process took 25 seconds and the maximum temperature of the substrate reached 140 ° C., which was recorded with an infrared pyrometer.

予備収縮プロセスの完了後、銀のゲート層の堆積に備えて、基板/アルミニウム圧盤を45℃の温度まで冷却した。圧盤が高温にある間に銀インクを印刷することにより、銀インクがPENフィルム基板上で過度に湿潤することが防止される。パターンゲート層が基板の上に堆積されると、そのパターンゲート層は、5.0分間にわたって45℃で位した。これにより、材料を沈降させ、したがって、後の堆積プロセスのためにより均一な層を形成することが可能となった。   After completion of the preshrink process, the substrate / aluminum platen was cooled to a temperature of 45 ° C. in preparation for the deposition of the silver gate layer. Printing the silver ink while the platen is at a high temperature prevents the silver ink from being excessively wet on the PEN film substrate. When the patterned gate layer was deposited on the substrate, the patterned gate layer was positioned at 45 ° C. for 5.0 minutes. This allowed the material to settle and thus form a more uniform layer for later deposition processes.

銀が5分間にわたって位した後、その銀をオンラインホットプレートと赤外線ランプで焼結した。ホットプレートを125℃に設定し、次いで赤外線ランプでパターン画像を5回、速度2.0インチ/秒(5.1cm/秒)、電力100%で走査した。赤外線ランプで銀を焼結する前に基板を125℃に加熱する目的は、焼結時間を減少させることであった。赤外線ランプで銀を焼結するのに約25秒を要した。銀を焼結した後、ホットプレートの温度を150℃に設定した。基板は10分間にわたってこの温度を保った。この工程の目的は、20%がAg、40%がエタノール、40%がエチレングリコールである銀のナノ粒子インクを、すべての溶媒が含んでいないことを確認することであった。   After the silver was in place for 5 minutes, the silver was sintered with an online hot plate and an infrared lamp. The hot plate was set to 125 ° C., and then the pattern image was scanned 5 times with an infrared lamp at a speed of 2.0 inches / second (5.1 cm / second) at 100% power. The purpose of heating the substrate to 125 ° C. before sintering the silver with the infrared lamp was to reduce the sintering time. It took about 25 seconds to sinter the silver with an infrared lamp. After sintering the silver, the temperature of the hot plate was set to 150 ° C. The substrate was kept at this temperature for 10 minutes. The purpose of this step was to make sure that all solvents did not contain silver nanoparticle ink, 20% Ag, 40% ethanol and 40% ethylene glycol.

全インクジェット印刷バックプレーンの製作における次の層は、誘電層であった。ゲート層を熱硬化させた後、SX3−128印刷ヘッドを取り外し、Spectra−Dimatix SE−128印刷ヘッドと交換した。この印刷ヘッドを誘電材料の印刷に使用した。誘電材料はジルコニアアクリレートをイソホロンに入れたものであった。SE−128は、128個のジェットと、30pLの液滴体積を有する。高さを基板から約1.0mm上方に設定し、702dpiの解像度が得られるようにサーベル角度を設定した。圧盤温度を26℃に低下させた。高すぎる温度で誘電層を印刷すると、湿潤性が低下する。湿潤性が不十分であると誘電層にホールが生じ、それにより、望ましくない短絡が薄膜トランジスタに引き起こされることがある。   The next layer in the fabrication of all inkjet printing backplanes was the dielectric layer. After the gate layer was heat cured, the SX3-128 print head was removed and replaced with a Spectra-Dimatix SE-128 print head. This print head was used for printing dielectric materials. The dielectric material was zirconia acrylate in isophorone. SE-128 has 128 jets and a droplet volume of 30 pL. The height was set about 1.0 mm above the substrate, and the saber angle was set so that a resolution of 702 dpi was obtained. The platen temperature was lowered to 26 ° C. If the dielectric layer is printed at a temperature that is too high, the wettability decreases. Insufficient wettability can cause holes in the dielectric layer, which can cause unwanted short circuits in the thin film transistor.

誘電層を印刷する前に、パターンゲート層に対して誘電層を位置合わせするために、試験印刷を行った。この試験印刷を、ゲート層で印刷した別の試験印刷と比較した。2つのテスト印刷の測定差により、誘電層の印刷がどこから始まるかを判定した。   Prior to printing the dielectric layer, a test print was performed to align the dielectric layer with respect to the pattern gate layer. This test print was compared to another test print printed with the gate layer. The measurement difference between the two test prints determined where the dielectric layer printing started.

位置合わせが完了すると、誘電材料のブランケットコーティングをゲート層の上に印刷した。印刷が完了すると、材料を直ちに乾燥させ、硬化させ、再び乾燥させた。オンラインホットプレートと赤外線ランプを用いて、第1の乾燥プロセス又は予備ベーキングを行った。ホットプレートが75℃の温度に達すると、印刷した画像の上を赤外線ランプで、速度2.0インチ/秒(5.1cm/秒)、電力40%で走査した。このプロセスにおける赤外線工程は低温であったが、それは、この工程の強度を高めると、誘電層が「皮で覆われ」、溶媒を閉じこめる原因となり得るからである。よって、乾燥のほとんどは、基材下からの熱により行われた。赤外線ランプで試料上を走査した後、圧盤温度を更に10分間75℃に維持した。プロセスにおけるこの工程は、残存する溶媒を除去するために用いたものである。溶媒を誘電材料から除去した後、誘電材料を45℃の圧盤温度で硬化又は架橋させた。これは、401秒間にわたり、窒素でパージしながら、250nm波長の紫外線殺菌灯を用いて達成した。最後の乾燥工程又はポストベークでは、2.0インチ/秒(5.1cm/秒)、電力100%で5回、画像上を赤外線ランプで走査したことを除き、上述のプリベークと同じプロセス工程を用いた。   When alignment was complete, a blanket coating of dielectric material was printed over the gate layer. When printing was complete, the material was immediately dried, cured and dried again. A first drying process or pre-baking was performed using an online hot plate and an infrared lamp. When the hot plate reached a temperature of 75 ° C., the printed image was scanned with an infrared lamp at a speed of 2.0 inches / second (5.1 cm / second) at a power of 40%. The infrared step in this process was cold, because increasing the strength of this step can cause the dielectric layer to be “covered” and contain the solvent. Therefore, most of the drying was performed by heat from under the substrate. After scanning the sample with an infrared lamp, the platen temperature was maintained at 75 ° C. for an additional 10 minutes. This step in the process was used to remove the remaining solvent. After removing the solvent from the dielectric material, the dielectric material was cured or crosslinked at a platen temperature of 45 ° C. This was achieved using a 250 nm wavelength UV germicidal lamp while purging with nitrogen for 401 seconds. The last drying step or post-bake uses the same process steps as the pre-bake described above, except that the image was scanned with an infrared lamp five times at 2.0 inches / second (5.1 cm / second), 100% power. Using.

誘電層が完成した後、ソース及びドレイン層の堆積のために、SE−128印刷ヘッドをシステムから取り外し、SX3−128印刷ヘッド(printed)と交換した。ソース/ドレイン層もまた、Cabot Silverで印刷した。印刷ヘッドの高さを基板から約1.0mm上方に調節し、702dpiの解像度が得られるようにサーベル角度を設定した。ソース/ドレイン層を2回、印刷した。   After the dielectric layer was completed, the SE-128 printhead was removed from the system and replaced with a SX3-128 printhead for source and drain layer deposition. The source / drain layer was also printed with a Cabot Silver. The height of the print head was adjusted approximately 1.0 mm above the substrate, and the saber angle was set so that a resolution of 702 dpi was obtained. The source / drain layer was printed twice.

第1のソース/ドレイン層を印刷するために、アルミニウム圧盤を45℃に冷まし、誘電層について上述したものと同じ方式で位置合わせを行った。印刷が完了すると、圧盤温度を30秒間にわたって60℃に上昇させた。これによって、より高い温度で材料が完全に焼結される前に、縁部に沿って銀が焼結された。30秒後、圧盤温度を10分間にわたって150℃に上昇させた。   In order to print the first source / drain layer, the aluminum platen was cooled to 45 ° C. and alignment was performed in the same manner as described above for the dielectric layer. When printing was complete, the platen temperature was raised to 60 ° C. over 30 seconds. This caused the silver to sinter along the edges before the material was fully sintered at higher temperatures. After 30 seconds, the platen temperature was raised to 150 ° C. over 10 minutes.

第2に印刷するソース/ドレイン層に関して言えば、すべての画像又は形体を2回、印刷したわけではない。ドレインラインは1回のみ印刷したが、ソースパッドは2回印刷した。第1の層の焼結後に不均一性があるため、ソースパッドは2回印刷した。圧盤を10分間にわたって150℃に設定して銀を焼結した。   Secondly, with respect to the source / drain layer to be printed, not all images or features were printed twice. The drain line was printed only once, but the source pad was printed twice. Due to the non-uniformity after sintering of the first layer, the source pad was printed twice. The platen was set at 150 ° C. for 10 minutes to sinter the silver.

半導体を印刷するプロセスに先だって、圧盤を30℃に冷まし、誘電材料及びソース/ドレインコンタクトに表面処理を施した。ピペットを用いて、高純度のトルエンをサンプル全体の表面上に堆積させ、このサンプルを1.0分間にわたって放置した。1.0分間後、エア缶を用いて吹き飛ばすことにより、トルエンを除去した。次に、高純度トルエン中の1.0mmolペルフルオロチオフェノール溶液を、サンプル全体の表面に堆積させ、1.0分間にわたって放置した。エア缶を用いて吹き飛ばすことにより、溶液を除去した。次いで、先の工程を繰り返した。最後の工程では、高純度のトルエンを20秒間にわたって基板の表面全体に堆積させた。20秒後、エア缶を用いてトルエンをサンプルから吹き飛ばした。この処理により、コンタクト上のあらゆる残留物が取り除かれ、半導体溶液に好ましい表面エネルギーが与えられた。   Prior to the semiconductor printing process, the platen was cooled to 30 ° C. and the dielectric material and source / drain contacts were surface treated. Using a pipette, high purity toluene was deposited on the surface of the entire sample and the sample was left for 1.0 minute. After 1.0 minute, toluene was removed by blowing off with an air can. Next, a 1.0 mmol perfluorothiophenol solution in high purity toluene was deposited on the entire sample surface and allowed to stand for 1.0 minute. The solution was removed by blowing off with an air can. The previous step was then repeated. In the last step, high purity toluene was deposited over the entire surface of the substrate for 20 seconds. After 20 seconds, toluene was blown from the sample using an air can. This treatment removed any residue on the contact and gave the semiconductor solution favorable surface energy.

表面処理が完了すると、SX3−128印刷ヘッドをシステムから取り外し、SE−128印刷ヘッドと交換した。n−ブチルベンゼン中の1.0重量%のポリスチレン、2.0重量%の有機半導体、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセンの溶液を印刷ヘッドに充填した。高さ及びサーベル角度を上述の仕様に調節した。他の層に関して上述した通りに、半導体層の位置合わせを完了した。   When the surface treatment was completed, the SX3-128 print head was removed from the system and replaced with an SE-128 print head. A printhead was filled with a solution of 1.0 wt% polystyrene, 2.0 wt% organic semiconductor, 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene in n-butylbenzene. Height and saber angle were adjusted to the above specifications. The semiconductor layer alignment was completed as described above for the other layers.

半導体の堆積に先立って、表面処理後に基板上に残留していた溶媒、トルエンを除去するため、予熱工程を開始した。この予熱工程は、オンライン赤外線ランプを2.0インチ/秒(5.1cm/秒)、電力80パーセントで6回通過させて完了した。完了すると、圧盤を30℃に冷ました。   Prior to the semiconductor deposition, a preheating process was started to remove toluene and toluene remaining on the substrate after the surface treatment. This preheating process was completed by passing the on-line infrared lamp six times at 2.0 inches / second (5.1 cm / second) and 80 percent power. Upon completion, the platen was cooled to 30 ° C.

上記のように、18滴又は540pLの半導体溶液を各トランジスタの上に堆積させた。   As described above, 18 drops or 540 pL of semiconductor solution was deposited on each transistor.

結果
飽和I−V曲線でトランジスタを測定した。ゲート電圧に10V〜40Vのバイアスをかけ、ドレイン電圧を−40Vに設定した。比較例2Cのトランジスタの平均移動度は、0.042cm/V−sであったのに対し、実施例1のトランジスタの平均移動度は0.11cm/V−sであった。図6は、実施例1及び比較例2Cのトランジスタの移動度の値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より高い移動度を示した。図7は、実施例1及び比較例2Cのトランジスタの閾値下電圧値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より低い閾値下電圧を示した。図8は、実施例1及び比較例2Cのトランジスタのオン/オフ電流比の値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より高いオン/オフ電流比の値で動作した。
Results Transistors were measured with a saturated I d -V g curve. The gate voltage was biased from 10V to 40V and the drain voltage was set to -40V. The average mobility of the transistor of Comparative Example 2C was 0.042 cm 2 / V-s, whereas the average mobility of the transistor of Example 1 was 0.11 cm 2 / V-s. FIG. 6 is a graph showing mobility values of the transistors of Example 1 and Comparative Example 2C. Transistors according to the present disclosure showed higher mobility. FIG. 7 is a graph showing the sub-threshold voltage values of the transistors of Example 1 and Comparative Example 2C. Transistors according to the present disclosure exhibited lower subthreshold voltages. FIG. 8 is a graph showing values of on / off current ratios of the transistors of Example 1 and Comparative Example 2C. Transistors according to the present disclosure operated with higher on / off current ratio values.

本発明の様々な修正形態及び変更形態が、当業者には、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく明らかとなろう。また、理解されたいこととして、本発明は、本明細書に記載した例示的な実施形態に不当に限定されるものではない。   Various modifications and alterations of this invention will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention. In addition, it should be understood that the present invention is not unduly limited to the exemplary embodiments described herein.

Claims (27)

薄膜半導体デバイスを作製する方法であって、
a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、前記第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、該チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも境界を画さない、工程と、
b)有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、前記チャネルに隣接してあるいは前記チャネル上に堆積させる工程であって、前記アリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、前記溶液の大部分は、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、工程と、を含む、方法。
A method for fabricating a thin film semiconductor device comprising:
a) providing a substrate supporting the first and second conductive zones, wherein the first and second conductive zones define a channel therebetween, the channel A process that does not delimit more than 75% around the conductive zone; and
b) depositing individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor adjacent to or on the channel, wherein the aliquot provides the organic semiconductor to a single thin film semiconductor device; Are deposited on one side of the channel rather than on the channel.
前記チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の50%以上とも境界を画さない、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the channel does not demarcate more than 50% around any conductive zone. 前記チャネルと前記導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein a boundary between the channel and each of the conductive zones is substantially straight and substantially parallel. 前記薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、前記第1の導電性ゾーンはソースであり、前記第2の導電性ゾーンはドレインである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the thin film semiconductor device is a transistor, the first conductive zone is a source, and the second conductive zone is a drain. 前記溶液の70%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein more than 70% of the solution is deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記溶液の90%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein more than 90% of the solution is deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記溶液のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein all of the solution is deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記個別のアリコートは、複数の小滴の形態で堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the individual aliquots are deposited in the form of a plurality of droplets. 前記小滴はインクジェット印刷で堆積される、請求項8に記載の方法。   The method of claim 8, wherein the droplets are deposited by ink jet printing. 前記小滴の少なくとも70%が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein at least 70% of the droplets are deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記小滴の少なくとも90%が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein at least 90% of the droplets are deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記小滴のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein all of the droplets are deposited on one side of the channel rather than on the channel. 前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、堆積後に湿潤され、次いで、前記チャネル長さの10倍以下の長さを有する、請求項1に記載の方法。   The channel of claim 1, wherein the channel has a channel length, and individual aliquots of the solution containing the organic semiconductor are wetted after deposition and then have a length no greater than 10 times the channel length. The method described. 前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、前記チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the channel has a channel length, and individual aliquots of a solution containing the organic semiconductor are deposited in a band having a length less than the channel length. 前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、前記チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積され、前記溶液のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項1に記載の方法。   The channel has a channel length, and individual aliquots of a solution containing the organic semiconductor are deposited in a band having a length less than the channel length, and all of the solution is on the channel. The method of claim 1, wherein the method is deposited on one side of the channel instead. 薄膜半導体デバイスであって、
a)第1及び第2の導電性ゾーンを支持する基板であって、前記第1及び第2の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、該チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の75%超とも境界を画さない、基板と、
b)前記チャネル上にかつ前記チャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、前記個別の半導体層の大部分は、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、個別の半導体層と、を備える、薄膜半導体デバイス。
A thin film semiconductor device,
a) a substrate that supports first and second conductive zones, wherein the first and second conductive zones define a channel therebetween, the channel of which of the conductive zones A substrate that does not delimit the border with more than 75% of the surroundings
b) a discrete semiconductor layer comprising an organic semiconductor located on and adjacent to the channel, which acts as a single thin film semiconductor device, the majority of the discrete semiconductor layers being on the channel And a separate semiconductor layer present on one side of the channel.
前記チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の50%以上とも境界を画さない、請求項16に記載のデバイス。   17. The device of claim 16, wherein the channel does not delimit more than 50% around any conductive zone. 前記チャネルと前記導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である、請求項16に記載のデバイス。   The device of claim 16, wherein a boundary between the channel and each of the conductive zones is substantially straight and substantially parallel. 前記薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、前記第1の導電性ゾーンはソースであり、前記第2の導電性ゾーンはドレインである、請求項16に記載のデバイス。   The device of claim 16, wherein the thin film semiconductor device is a transistor, the first conductive zone is a source, and the second conductive zone is a drain. ゲートと誘電層とを更に備える、請求項19に記載のデバイス。   The device of claim 19, further comprising a gate and a dielectric layer. 前記個別の半導体層の55%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein more than 55% of the individual semiconductor layers are on one side of the channel rather than on the channel. 前記個別の半導体層の60%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein more than 60% of the individual semiconductor layers are on one side of the channel rather than on the channel. 前記個別の半導体層の70%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein more than 70% of the individual semiconductor layers are on one side of the channel rather than on the channel. 前記個別の半導体層の80%超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein more than 80% of the individual semiconductor layers are on one side of the channel rather than on the channel. 前記チャネルがあるチャネル長さを有し、前記個別の半導体層は、前記チャネル長さの10倍以下の長さを有する、請求項16に記載のデバイス。   The device of claim 16, wherein the channel has a channel length, and the individual semiconductor layer has a length no greater than 10 times the channel length. 薄膜半導体デバイスの対を作製する方法であって、
a)基板を用意する工程であって、前記基板は、
i)第1及び第2の導電性ゾーンであって、それらの間に第1のチャネルを画定する、第1及び第2の導電性ゾーンと、
ii)第3及び第4の導電性ゾーンであって、それらの間に第2のチャネルを画定する、第3及び第4の導電性ゾーンと、を支持する、工程と、
b)有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、前記第1及び第2のチャネルに隣接してあるいは前記第1及び第2のチャネル上に堆積させる工程であって、前記アリコートは、正確に2つの単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、前記溶液の大部分は、前記第1のチャネル上ではなく前記第1のチャネルの片側に堆積され、前記溶液の大部分は、前記第2のチャネル上ではなく前記第2のチャネルの片側に堆積される、工程と、を含む、方法。
A method of fabricating a pair of thin film semiconductor devices,
a) a step of preparing a substrate, wherein the substrate is
i) first and second conductive zones, defining a first channel therebetween, and first and second conductive zones;
ii) supporting the third and fourth conductive zones, wherein the third and fourth conductive zones define a second channel therebetween;
b) depositing individual aliquots of a solution containing an organic semiconductor adjacent to or on the first and second channels, wherein the aliquots are accurately An organic semiconductor is provided to two single thin film semiconductor devices, the majority of the solution being deposited on one side of the first channel rather than on the first channel, the majority of the solution being the second Depositing on one side of the second channel rather than on the other channel.
薄膜半導体デバイスの対であって、
a)基板であって、
i)第1及び第2の導電性ゾーンであって、それらの間に第1のチャネルを画定する、第1及び第2の導電性ゾーンと、
ii)第3及び第4の導電性ゾーンであって、それらの間に第2のチャネルを画定する、第3及び第4の導電性ゾーンと、を支持する基板と、
b)前記第1及び第2のチャネル上にかつ前記第1及び第2のチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、正確に2つの単一の薄膜半導体デバイスとして働き、前記個別の半導体層の大部分は、前記第1のチャネル上ではなく前記第1のチャネルの片側に存在し、前記個別の半導体層の大部分は、前記第2のチャネル上ではなく前記第2のチャネルの片側に存在する、個別の半導体層と、を備える、薄膜半導体デバイスの対。
A pair of thin film semiconductor devices,
a) a substrate,
i) first and second conductive zones, defining a first channel therebetween, and first and second conductive zones;
ii) a substrate supporting third and fourth conductive zones, wherein the third and fourth conductive zones define a second channel therebetween;
b) Separate semiconductor layers comprising organic semiconductors located on and adjacent to the first and second channels, exactly as two single thin film semiconductor devices Most of the individual semiconductor layers are present on one side of the first channel rather than on the first channel, and most of the individual semiconductor layers are not on the second channel A pair of thin film semiconductor devices comprising: a separate semiconductor layer present on one side of the second channel.
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