JP2013211534A - 有機薄膜トランジスタの製造方法及び有機薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲート電極4と、ゲート絶縁膜3と、有機半導体層2と、該有機半導体層と接合しているソース電極5及びドレイン電極6とを備える有機薄膜トランジスタ100の製造方法であって、電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと有機半導体層とを接触させる工程と、インキと有機半導体層とを酸化還元反応させて、インキが接触した有機半導体層の一部領域から有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含むソース電極及び/またはドレイン電極を形成する工程とを含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
【選択図】図1
Description
[1] ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、有機半導体層と、該有機半導体層と接合しているソース電極及びドレイン電極とを備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと前記有機半導体層とを接触させる工程と、
前記インキと前記有機半導体層とを酸化還元反応させて、前記インキが接触した前記有機半導体層の一部領域から前記有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含む前記ソース電極及び/または前記ドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
[2] 前記インキと前記有機半導体層とを接触させる工程が、予め形成された前記有機半導体層の表面の一部領域に、前記電子供与性化合物又は前記電子受容性化合物を含む前記インキを塗布して該インキと前記有機半導体層とを接触させる工程である、[1]に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
[3] 前記インキと前記半導体層とを接触させる工程が、インクジェット印刷法により行われる、[1]または[2]に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
[4] 前記有機半導体層がn型有機半導体を含み、前記インキが電子供与性化合物である金属化合物を含む、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
[5] 電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと有機半導体層とを接触させる工程と、前記インキと前記有機半導体層とを酸化還元反応させる工程とにより形成することができる、前記インキが接触した前記有機半導体層の一部領域から前記有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含むソース電極及び/またはドレイン電極を備える、有機薄膜トランジスタ。
[6] [5]に記載の有機薄膜トランジスタを備える、面状光源。
[7] [5]に記載の有機薄膜トランジスタを備える、表示装置。
本発明の有機薄膜トランジスタによれば、ソース電極及び/またはドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗を小さくすることができ、電界効果移動度を高くすることができる。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、有機半導体層と、該有機半導体層と接合しているソース電極及びドレイン電極とを備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと有機半導体層とを接触させる工程と、インキと有機半導体層とを酸化還元反応させて、インキが接触した有機半導体層の一部領域から有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含むソース電極及び/またはドレイン電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の有機薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極の作製に際して、有機半導体層は、電子供与性または電子受容性を有する化合物と反応することにより、高い導電性を有する電荷移動錯体を生じさせる必要がある。具体的には、本発明の有機薄膜トランジスタの有機半導体層を構成する有機半導体は、電子供与性または電子受容性を有する化合物である。上記反応は、電子の授受を伴うことから酸化還元反応であり、狭義の電荷移動反応(電子移動反応ともいう)である。
(2)基板の表面などのソース電極及び/またはドレイン電極が形成されるべき所定の領域に、予め電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキを塗布しておき、インキが塗布された領域にまたがるように有機半導体層を形成し、インキと有機半導体層とを接触させる。
上述した有機半導体及びソース電極及び/またはドレイン電極を用いた有機薄膜トランジスタとしては、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となる有機半導体層(活性層)と、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを備えた構成を有する有機薄膜トランジスタが挙げられ、活性層が上述した有機半導体を含み、ソース電極及び/又はドレイン電極が、上述した電荷移動錯体を含む。このような有機薄膜トランジスタの例としては、電界効果型有機薄膜トランジスタ、静電誘導型有機薄膜トランジスタ等が挙げられる。
本発明の実施形態にかかる有機薄膜トランジスタは、電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと有機半導体層とを接触させる工程と、インキと有機半導体層とを酸化還元反応させる工程とにより形成することができる、インキが接触した有機半導体層の一部領域から有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含むソース電極及び/またはドレイン電極を備えることが好ましい。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図1を参照して、第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図1は、第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
図1に示されるように、有機薄膜トランジスタ100は、基板1と、基板1上に所定の間隔で離間するように設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがっており、かつソース電極5及びドレイン電極6と一体的に基板1上に設けられた有機半導体層2と、有機半導体層2上に設けられた絶縁層3と、絶縁層3上に、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように、基板1の厚さ方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように設けられたゲート電極4とを備える。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面に設定されたソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。塗布されたインキ(電極前駆体膜)を覆うように、上述の有機半導体を含む有機半導体層2を形成してインキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、インキが接触した有機半導体層2の基板1側の面の近傍に、面の一部領域から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が形成される。換言すると、酸化還元反応により有機半導体層2のうちの一部分がソース電極5及びドレイン電極6に変わることとなる。次に有機半導体層2に接して、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように絶縁層(ゲート絶縁膜)3を形成する。次いで絶縁層3に接しており、基板1の厚さ方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるようにゲート電極4を形成する。以上の工程により第1実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ100を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図2を参照して、第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図2は、第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面に設定されたソース電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。塗布されたインキ(電極前駆体膜)を覆うように、上述の有機半導体を含む有機半導体層2を形成する。さらに有機半導体層2の表面の一部領域(ドレイン電極形成領域)に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する。以上の工程により、インキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の基板1側の面の一部領域及び有機半導体層2の表面の一部領域の近傍に形成され、これらの一部領域から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が有機半導体層2と一体的に形成される。次に有機半導体層2及びドレイン電極6にまたがるように接する絶縁層(ゲート絶縁膜)3を形成する。次いで絶縁層3に接しており、基板1の厚さ方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるようにゲート電極4を形成する。以上の工程により第2実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ110を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図3を参照して、第3実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図3は、第3実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面の一部領域にゲート電極4を形成する。ゲート電極4を覆うように基板1上に絶縁層(ゲート絶縁膜)3を形成する。絶縁層3に設定されたソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。塗布されたインキ(電極前駆体膜)を覆うように、絶縁層3上に、上述の有機半導体を含む有機半導体層2を形成してインキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の基板1側の面の一部領域から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が形成される。以上の工程により第3実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ120を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図4を参照して、第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図4は、第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面の一部領域にゲート電極4を形成する。ゲート電極4を覆うように基板1上に絶縁層(ゲート絶縁膜)3を形成する。絶縁層3に設定されたソース電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。塗布されたインキ(電極前駆体膜)を覆うように、上述の有機半導体を含む有機半導体層2を形成する。さらに有機半導体層2の表面の一部領域(ドレイン電極形成領域)に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する。以上の工程により、インキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の基板1側の面の一部領域及び有機半導体層2の表面の一部領域の近傍に形成され、これらの一部領域から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が有機半導体層2と一体的に形成される。以上の工程により第4実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ130を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図5を参照して、第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(静電誘導型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図5は、第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面に上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。塗布されたインキ(電極前駆体膜)を覆うように、上述の有機半導体を含む有機半導体層2を形成してインキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の基板1側の面から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5が有機半導体層2と一体的に形成される。次に、有機半導体層2上にゲート電極4を形成する。次いで複数のゲート電極4にまたがってこれらを覆うようにさらなる有機半導体層2aを形成する。次に有機半導体層2aの表面の一部領域であって、基板1の厚さ方向からみたときに複数のゲート電極4すべてにまたがるように上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)ことによりインキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2aに含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2aとの界面から有機半導体層2aの厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2aの表面の一部領域から有機半導体層2aの厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むドレイン電極6が有機半導体層2aと一体的に形成される。以上の工程により第5実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ140を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図6を参照して、第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図6は第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面に有機半導体層2を形成する。次に有機半導体層2に設定されたソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。この塗布工程によりインキと有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の表面の一部領域から有機半導体層2の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が有機半導体層2と一体的に形成される。次いで絶縁層(ゲート絶縁膜)3を、基板1の厚さ方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように有機半導体層2の一部領域に形成する。次にゲート電極4を、基板1の厚み方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように有機半導体層2の一部領域に形成する。以上の工程により第6実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ150を製造することができる。
(有機薄膜トランジスタの構成)
図7を参照して、第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の構成例について説明する。図7は、第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
まず、基板1を準備する。基板1の一方の主面の一部領域にゲート電極4を形成する。ゲート電極4を覆うように基板1上に絶縁層(ゲート絶縁膜)3を形成する。絶縁層3の一部領域に有機半導体層2を形成する。有機半導体層2に設定されたソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域に、上述の電子受容性の化合物または電子供与性の化合物を含むインキを塗布する(電極前駆体膜を形成する)。この塗布工程により、塗布されたインキ(電極前駆体膜)と有機半導体層2とを接触させる。この接触により、インキに含まれる電子受容性の化合物または電子供与性の化合物と、有機半導体層2に含まれる有機半導体とが酸化還元反応する。この酸化還元反応は、インキと有機半導体層2との界面から有機半導体層2の厚さ方向に向かって拡散するように進行し、有機半導体層2の基板1側の面の一部領域から有機半導体層の厚さ方向に所定の厚さで局在し、電荷移動錯体を含むソース電極5及びドレイン電極6が形成される。以上の工程により第7実施形態にかかる有機薄膜トランジスタ160を製造することができる。
図8に示される構成を有する有機薄膜トランジスタを製造した。図8は、実施例に係る有機薄膜トランジスタの模式的な断面図である。
有機半導体層の材料として、ジメチルジシアノキノンジイミン(DMDCNQI)を選択した。DMDCNQIは、電子受容性であり、Cuと反応して高い導電性を示す電荷移動錯体であるCu(DMDCNQI)2となる。
得られた電極層にCu(DMDCNQI)2が含まれているか否かをX線回折法により確認した。図9は、実施例に係る有機半導体層のX線回折パターンを示すグラフ及び写真図である。図10は、実施例に係る電極層のX線回折パターンを示すグラフ及び写真図である。
上述の通り作製された電極層、すなわちCu(DMDCNQI)2層のシート抵抗を測定した。結果として、シート抵抗は0.2kΩ/sq〜2.6kΩ/sqであり、得られた電極層は高い導電性を有しており、有機薄膜トランジスタの電極として十分な特性を有していることが確認できた。
実施例1と同様にして、図8に示される構成を有する有機薄膜トランジスタを製造した。
有機薄膜トランジスタの製造においては、まず、ゲート電極となる、不純物が高濃度にドーピングされたn型シリコン基板31の表面を熱酸化し、厚さ300nmのシリコン酸化膜32を形成した。次に、アセトンの入ったビーカーに基板を入れ、10分間超音波洗浄を行った。続けて2−プロパノール、超純水を用いて同様の洗浄を行った後、基板をオーブンを用いて150℃で10分間乾燥させ、最後にオゾンUVを10分間照射した。
有機半導体層の材料として、ヘキサメチレンテトラチアフルバレン(HMTTF)を選択した。HMTTFは、電子供与性であり、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)と反応して高い導電性を示す電荷移動錯体であるヘキサメチレンテトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン(HMTTF−TCNQ)となる。
上述の通り作製された電極層、すなわち(HMTTF−TCNQ)層のシート抵抗を測定した。結果として、シート抵抗は35kΩ/sq〜50kΩ/sqであり、得られた電極層は高い導電性を有しており、有機薄膜トランジスタの電極として十分な特性を有していることが確認できた。
作製された有機薄膜トランジスタの電気的特性を空気中で測定したところ、p型有機薄膜トランジスタの電気的特性を有しており、その電界効果移動度は2.0cm2/Vsであった。
有機半導体層の材料として、テトラメチルテトラチアフルバレン(TMTTF)を選択した。TMTTFは、電子供与性であり、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)と反応して高い導電性を示す電荷移動錯体であるテトラメチルテトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン(TMTTF−TCNQ)となる。
上述の通り作製された電極層、すなわち(TMTTF−TCNQ)層のシート抵抗を測定した。結果として、シート抵抗は35kΩ/sq〜50kΩ/sqであり、得られた電極層は高い導電性を有しており、有機薄膜トランジスタの電極として十分な特性を有していることが確認できた。
2 有機半導体層
2a 有機半導体層
3 絶縁層(ゲート絶縁膜)
4 ゲート電極
5 ソース電極
6 ドレイン電極
100、110、120、130、140、150、160、600 有機薄膜トランジスタ
Claims (7)
- ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、有機半導体層と、該有機半導体層と接合しているソース電極及びドレイン電極とを備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと前記有機半導体層とを接触させる工程と、
前記インキと前記有機半導体層とを酸化還元反応させて、前記インキが接触した前記有機半導体層の一部領域から前記有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含む前記ソース電極及び/または前記ドレイン電極を形成する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記インキと前記有機半導体層とを接触させる工程が、予め形成された前記有機半導体層の表面の一部領域に、前記電子供与性化合物又は前記電子受容性化合物を含む前記インキを塗布して該インキと前記有機半導体層とを接触させる工程である、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記インキと前記半導体層とを接触させる工程が、インクジェット法により行われる、請求項1または2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記有機半導体層がn型有機半導体を含み、前記インキが電子供与性化合物である金属化合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
- 電子供与性化合物又は電子受容性化合物を含むインキと有機半導体層とを接触させる工程と、前記インキと前記有機半導体層とを酸化還元反応させる工程とにより形成することができる、前記インキが接触した前記有機半導体層の一部領域から前記有機半導体層の厚さ方向に局在し、電荷移動錯体を含むソース電極及び/またはドレイン電極を備える、有機薄膜トランジスタ。
- 請求項5に記載の有機薄膜トランジスタを備える、面状光源。
- 請求項5に記載の有機薄膜トランジスタを備える、表示装置。
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