JP2014013912A - 有機電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ソースおよびドレイン電極6がパターン形成されたガラス基板1上に有機半導体層2が堆積され、その上に絶縁膜材料の層3、更にゲート電極4の有機電界トランジスタに於ける有機半導体層2の移動度を、チャネル領域5の外側特定の領域において、ゲート電極4を用い、酸素プラズマあるいは、酸処理の酸化剤を有機半導体層2に暴露することにより有機半導体層2のチャネル領域5の外側特定の領域に限定し移動度を低減させる。
【選択図】図1
Description
− OSC層の電荷移動度を低減させる領域は、プラズマ処理ステップ後除去されない、
− OSC層を、電荷移動度が低減しない領域を覆う保護パターン層により選択的に保護する、
− 保護層が無機層、例えば1または2以上の金属または金属酸化物を含む層である、
− 保護層が有機層、例えばポリマー、フォトレジストまたは有機インクを含む層である、
− 保護層が有機樹脂またはインク中に無機粒子を含む、
− 保護層を、プリンティング技術、例えばインクジェットまたはミクロ接触プリンティングにより、あるいはフォトリソグラフィーにより堆積する、
− 保護層が、電子デバイスの機能部品、例えばトランジスタデバイスのゲート電極またはTFTアレイの黒いマスクなどである、
− OSC層がポリアセン、好ましくはポリアセンおよび有機結合剤を含む調製物を含む。
− デバイスの不可欠な部分を形成するゲート絶縁膜または層間絶縁膜などの絶縁層により分離したOSC層および保護層を含む、
− 本発明の方法において保護パターン層としての機能を果たすゲート電極を含む
− 表示用TFTアレイ、例えば保護パターン層としての機能を果たす黒いマスクを含む液晶表示である、
− トップゲートまたはボトムゲートOFETデバイスである、
電子デバイスである。
図1は、トップゲート型OFET構造が描かれており、ソースおよびドレイン電極(6)が基板(1)上にパターン形成され、OSC材料の層(2)がソースおよびドレイン電極上に堆積している。OSCの上面に絶縁膜材料の層(3)が堆積し、ゲート金属(4)が続く。電極(6)間の距離(5)は、チャネル領域として知られている。
式中、ポリアセンの隣接した環位置に位置するあらゆる2または3以上の置換基R1〜R12は独立して、一緒に、任意にO、Sまたは−N(Ra)(ここでRaは上に定義したとおりである)により中断したC4〜C40飽和または不飽和環、またはポリアセンと融合した芳香環系をさらに任意に構成し;ならびに
式中、nは0、1、2、3または4であり、好ましくはnは0、1または2であり、最も好ましくはnは0または2であり、すなわちポリアセン化合物はペンタセン化合物(n=2)または「擬ペンタセン」(n=0)化合物である、
から選択される。
結合剤は、例えばポリ(α−メチルスチレン)、ポリビニルシンナメート、ポリ(4−ビニルビフェニル)またはポリ(4−メチルスチレン)、あるいはこれらの配合物から選択される。結合剤は、例えばポリアリールアミン、ポリフルオレン、ポリチオフェン、ポリスピロビフルオレン、置換ポリビニレンフェニレン、ポリカルバゾールまたはポリスチルベン、あるいはこれらのコポリマーから選択された半導体結合剤であってもよい。本発明において使われる好ましい絶縁膜材料(3)は、好ましくは1000Hzで1.5〜3.3の低誘電率を有する材料、例えば旭硝子株式会社から入手可能なCytop(商品名)809mなどを含む。
プラズマの持続期間および強度は、プラズマ反応器に依存して、本発明の方法を最適化するのに変化に富み得る。
以下のパラメータを使用する:
μは、電荷担体の移動度である
Wは、ドレインおよびソース電極の長さである。
Lは、ドレインおよびソース電極の距離である。
IDSは、ソース−ドレイン電流である。
Ciは、ゲート絶縁膜の単位領域あたりのキャパシタンスである。
VGは、ゲート電圧(V)である。
VDSは、ソース−ドレイン電圧である。
V0は、オフセット電圧である。
テスト電界効果トランジスタを、上にシャドーマスキングによりPt/Pdソースおよびドレイン電極をパターン形成したガラス基板を使って製作した。半導体調製物を、不活性結合剤であるポリ(アルファメチルスチレン)p−αMS(ポリ(アルファ−メチルスチレン)Aldrichカタログ番号19,184-1)と1:1の重量比で配合した式(1)で表される化合物を使って作製した。半導体調製物4部を96部の溶剤(p−キシレン)に溶解させ、基板およびPt/Pd電極に500rpmで18秒間スピンコーティングした。完全な乾燥を確実にするために、サンプルを100℃のオーブン内に20分間置いた。絶縁膜材料(Cytop 809M、旭硝子株式会社)の溶液を、1:1重量比でフッ素溶剤FC43(Acrosカタログ番号12377)と混合し、そして半導体層上にスピンコートし、およそ1μm厚にした。
で示す。他のパラメータは、上記の通りである。
トランジスタのオフ電流を、+10V〜−40Vのゲートスイープ中に記録された最も低い電流として定義した。これを、使ったドレイン電圧の両方について引用する。デバイスのオン/オフ比を、−40V VGでの電流をVd=−30Vスキャンについての最も低いオフ電流で割ったものとして定義する。
例1に従って作製したデバイスをマイクロ波プラズマオーブン(TePlaモデル400)に入れて、酸素プラズマ(O2流速500ml/分、出力=1kW)を5分間行った。プラズマ処理後、デバイスを再測定し、伝達特性を図3にて説明する。
OFETを例1に記載の方法を使って作った。デバイスの特性を明らかにし、標準アルミニウムエッチング(H3PO4 60%、CH3COOH 10%、HNO3 10%、水20%)に3分間浸漬し、そして水で洗浄し、乾燥させた。デバイスをもう一度測定した。図4Aおよび4Bは、酸処理前(A)および後(B)のデバイスの性能を示し、移動度が影響を受けないまま、オン/オフ比の2桁増加を表している。
OFETを、OSC調製物がテトラリン中2%全固形分で50:50で混合した式1の半導体およびポリスチレン(Mw1,000,000)を含んだ以外は、例1に記載の方法を使って作った。OSC調製物を500rpmで10秒間回転し、続いて2000rpmで60秒間回転した。この場合、基板はガラスであり、ソースおよびドレイン電極はAuであった。電極を、10mMのペンタフルオロベンゼンチオール(Aldrichカタログ番号P565-4)溶液で10分間処理(浸漬)した。
デバイスの移動度およびオン/オフ比を、2回の曝露について以下の表(2)に示す。示したように、デバイスのオン/オフ比の大きな減少がある。これは、光が移動度を低減させるよりもむしろゲートにより覆われていない領域におけるOSC材料のドーピングをもたらすことを表している。よって、光によるパターン形成は、本発明において望ましくない。
OFETを、プラズマ処理前にゲート金属を除外した以外、例1に記載の方法を使って作った。ゲート無しのデバイスをプラズマ(1KW 500mL/分を5分間)に曝露した。ゲート金属をそれからデバイス上に蒸着させた。テストの際、デバイスは、1.2×10−2cm2/Vsの移動度を示した。これは、ゲート金属無しでは、プラズマがOSC材料に損傷を与え、移動度が約40倍低減することを実証している。
Claims (21)
- 半導体チャネル領域を有する電子デバイスにおける有機半導体(OSC)層の移動度を、前記チャネル領域の外側の特定の領域において、酸化剤をOSC層に適用することにより低減させる方法。
- 酸化剤がプラズマ放電のフラックスであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 酸化剤が酸であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- OSC層を、移動度は低減しない領域を覆う保護パターン層により選択的に保護することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- OSC層および保護パターン層を絶縁層により分離することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 絶縁層がゲート絶縁膜または層間絶縁膜であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 保護層が無機層であることを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の方法。
- 保護層が金属または金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 保護層が有機層であることを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の方法。
- 保護層がポリマー、フォトレジストまたは有機インクを含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 保護層が有機樹脂またはインク中に無機粒子を含むことを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の方法。
- 保護層をプリンティング技術により堆積することを特徴とする、請求項4〜11のいずれかに記載の方法。
- 保護層をインクジェットまたはミクロ接触プリンティングにより堆積することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 保護層をフォトリソグラフィーにより堆積することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 保護層が電子デバイスの機能部品であることを特徴とする、請求項4〜14のいずれかに記載の方法。
- OSC層がポリアセンおよび任意に有機結合剤を含むことを特徴とする、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の方法により得られる電子デバイス。
- 有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)の部品、高周波識別(RFID)タグ、有機発光ダイオード(OLED)、エレクトロルミネッセンス表示、フラットパネル表示、バックライト、光検出器、センサ、論理回路、記憶素子、キャパシタ、光(PV)電池、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、静電防止フィルム、伝導性基板またはパターン、光伝導体、電子写真用素子であることを特徴とする、請求項17に記載の電子デバイス。
- 保護パターン層としての機能を果たすゲート電極を含むことを特徴とする、請求項17または18に記載の電子デバイス。
- 保護パターン層としての機能を果たす黒いマスクを含む表示用のTFTアレイであることを特徴とする、請求項17または18に記載の電子デバイス。
- トップゲートまたはボトムゲートOFETデバイスであることを特徴とする、請求項17〜20のいずれかに記載の電子デバイス。
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