JP2012524394A - 有機薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
本発明の実施の形態の目的の1つは、上記の問題に対処することである。
ステップ1において、まず基板1が、基板1の上にソース電極およびドレイン電極2、4を形成することにより調製される。
基板は、リジッドでもフレキシブルでもよい。リジッド基板は、ガラスまたはシリコンから選択されてよく、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、およびポリイミドのようなプラスチックで構成されてよい。
有機半導体材料としては、随意に置換されたペンタセンのような小分子、ポリアリーレンのような、特にポリフルオレンおよびポリチオフェンのような随意に置換されたポリマー、そしてオリゴマーなどがある。異なる種類の材料の混合物(例えばポリマーと小分子との混合物)といった材料の混合物を用いてもよい。
pチャネル型OTFTでは、ソース電極およびドレイン電極が、例えば金、プラチナ、パラジウム、モリブデン、タングステン、銀、またはクロムなどのような、3.5eVより大きな仕事関数をもつ高仕事関数材料、好ましくは金属で構成されることが好ましい。その金属が4.5eVから5.5eVの範囲の仕事関数を有するとさらに好ましい。また、三酸化モリブデンや酸化インジウムスズなどのような他の好適な化合物、合金、および酸化物を用いてもよい。当技術分野で周知のように、ソース電極およびドレイン電極は、熱蒸着によって堆積させられてよく、標準的なフォトリソグラフィおよびリフトオフ技術を用いてパターン形成されてよい。
ゲート電極は、例えば金属(例えば金)または金属化合物(例えば酸化インジウムスズ)などの、広範囲の導電性材料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てもよい。そのような導電性ポリマーは、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などの上で論じた溶液堆積技術を用いて、溶液から堆積させられてよい。
絶縁層は、高い抵抗率を有する絶縁材料から選択された誘電体材料で構成される。本誘電体の誘電率kは、典型的には2〜3あたりであるが、kの値の高い材料が望ましい。なぜなら、OTFTで達成可能な静電容量はkに正比例し、ドレイン電流IDは静電容量に正比例するからである。従って、低い動作電圧で高いドレイン電流を達成するためには、チャネル領域の誘電体層が薄いOTFTが好ましい。
本デバイス構成には他の層が含まれてもよい。例えば、自己組織化単分子層(self- assembled monolayer、SAM)をゲート、ソース電極またはドレイン電極、基板、絶縁層、および有機半導体材料に堆積させることで、必要に応じて、結晶性を高め、接触抵抗を減らし、表面特性を修復し、付着性を高めてよい。特に、チャネル領域の誘電体表面に結合領域と有機領域とを備える単分子層を設けることで、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性)を改善し電荷トラップを覆うことによってデバイス性能を向上させ、特に、高いkをもつ誘電体表面を実現してよい。そのような単分子層の代表的な材料としては、長いアルキル鎖をもつクロロシラン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などがある。同様に、有機半導体と電極との間の接触を向上させるため、ソース電極およびドレイン電極にSAMが設けられてよい。例えば、チオール結合基と、接触を向上させる基とを備えるSAMが、金のソース・ドレイン電極に設けられてよく、接触を向上させる基は、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であってよい。
本発明の実施の形態によるOTFTは、広範囲に応用することが可能である。そのような応用の1つは、光デバイス、好ましくは有機光デバイスにおいて、画素を駆動することである。そのような光デバイスの例としては、光応答デバイス、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などがある。OTFTは、アクティブマトリクス有機発光デバイスでの使用、例えばディスプレイ用途での使用に、特に適している。
Claims (24)
- チャネル領域が間にあるソース電極およびドレイン電極と、ゲート電極と、前記ソース電極およびドレイン電極と前記ゲート電極との間に配置された誘電体層と、少なくとも前記ソース電極とドレイン電極との間の前記チャネル領域に配置された有機半導体とを備える有機薄膜トランジスタを形成する方法であって、
前記有機半導体の堆積の前に、結晶化を開始するための1つ以上の部位で前記チャネル領域の外側の表面に種晶付けし、
前記種晶付けされた表面、および前記チャネル領域上に前記有機半導体の溶液を堆積させることにより、前記有機半導体が前記部位または各部位において結晶領域を形成し始めるようにして、前記結晶領域または各結晶領域が、その結晶化部位から前記チャネル領域を越えて、前進する表面蒸発前線により定まる方向に成長するようにし、
エネルギーを印加して前記表面蒸発前線の移動の方向および速度を制御することにより、前記チャネル領域の外側の1つ以上の部位からの、チャネル領域を越えた前記結晶領域または各結晶領域の成長の方向および速度を制御する
ことを含む方法。 - エネルギーを印加して前記表面蒸発前線の移動の方向および速度を制御することが、前記有機半導体の溶液を前記結晶化を開始するための部位および前記チャネル領域の上に流し、それにより前記結晶領域または各結晶領域が前記溶液の流れる方向に成長するようにすることによって達成される請求項1に記載の方法。
- エネルギーを印加して前記表面蒸発前線の移動の方向および速度を制御することが、前記結晶化を開始するための部位または各部位の上にドクターブレードまたはエアナイフを当て、前記ドクターブレードまたはエアナイフが前記チャネル領域上を移動させられ、それにより前記結晶領域または各結晶領域が前記ドクターブレードまたはエアナイフの移動方向に成長するようにすることによって達成される請求項1に記載の方法。
- エネルギーを印加して前記表面蒸発前線の移動の方向および速度を制御することが、前記結晶化を開始するための部位または各部位および前記チャネル領域に温度勾配をかけ、それにより前記結晶領域または各結晶領域が、前記温度勾配により定まる方向に成長するようにすることによって達成される請求項1に記載の方法。
- エネルギーを印加して前記表面蒸発前線の移動の方向および速度を制御することが、前記有機半導体の溶液の上面にせん断基板を当てて、前記せん断基板を結晶領域の成長にとって望ましい方向に引きずり、それにより前記結晶領域または各結晶領域が、前記せん断基板の移動方向に成長するようにすることによって達成される請求項1に記載の方法。
- 前記チャネル領域が濡れ面を有し、前記せん断基板が脱濡れ面を有する請求項5に記載の方法。
- 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が前記チャネル領域のソース電極側もしくはドレイン電極側のいずれかまたは両方に設けられる請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
- 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が前記ソース電極、前記ドレイン電極、または前記ソース電極およびドレイン電極の両方の上または隣に設けられる請求項7に記載の方法。
- 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が脱濡れ材料の境界によって与えられる請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
- 前記結晶領域または各結晶領域が、その結晶化部位から前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記チャネル領域の全長にわたって成長する請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
- 前記結晶領域または各結晶領域が、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを直接結ぶ想像線からプラスマイナス20°の方向に合わされた最大コンダクタンスの軸を有する請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
- 前記有機半導体の溶液が、100℃ないし200℃の範囲に沸点を有する溶媒を含む請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
- 前記有機半導体の溶液が、0.5%ないし5%の範囲に有機半導体濃度を有する請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。
- 前記制御ステップの際の周囲温度が、25℃ないし100℃の範囲になるように制御される請求項1ないし13のいずれかに記載の方法。
- 前記制御された周囲温度が10秒ないし10分の範囲の間、適用される請求項14に記載の方法。
- 前記結晶領域または各結晶領域が単結晶からなる請求項1ないし15のいずれかに記載の方法。
- チャネル領域が間にあるソース電極およびドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極と前記ゲート電極との間に配置された誘電体層と、
有機半導体層と、
を備え、
前記チャネル領域の外側の表面が、結晶化を開始するための1つ以上の部位を備え、前記有機半導体が前記1つ以上の部位および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記チャネル領域の上に配置されており、前記有機半導体が、前記1つ以上の結晶化部位から前記チャネル領域上を延びる1つ以上の結晶領域を備える有機薄膜トランジスタ。 - 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が前記チャネル領域のソース電極側もしくはドレイン電極側のいずれかまたは両方に設けられる請求項17に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が前記ソース電極、前記ドレイン電極、または前記ソース電極およびドレイン電極の両方の上または隣に設けられる請求項18に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記結晶化を開始するための1つ以上の部位が脱濡れ材料の境界によって与えられる請求項17ないし19のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記結晶領域または各結晶領域が、その結晶化部位から前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記チャネル領域の全長にわたって延びる請求項17ないし20のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記結晶領域または各結晶領域が、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを直接結ぶ想像線からプラスマイナス20°の方向に合わされた最大コンダクタンスの軸を有する請求項17ないし21のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記結晶領域または各結晶領域が単結晶からなる請求項17ないし22のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 請求項17ないし23のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタを備える有機発光デバイス。
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