JP2015065415A - Gate insulation film, organic thin film transistor, and method for manufacturing organic thin film transistor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gate insulation film in which film quality is not changed by heating, chemical treatment and the like for forming electrodes and the like, and which can maintain high flatness when an organic semiconductor layer is formed, and to provide an organic thin film transistor using the gate insulation film, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A gate insulation film is formed by curing: (A) a compound obtained by reacting (a) a dicarboxylate, or a tricarboxylic acid or an acid anhydride thereof and (b) a tetracarboxylic acid or an acid dianhydride thereof, where a molar ratio of a/b is 0.1 to 10, with a compound obtained by reacting a bisphenol type epoxy compound with an ethylenic unsaturated bond group-containing monocarboxylic acid ; (B) a polymerizable monomer having at least one ethylenic unsaturated bond; and (C) a composition containing an epoxy compound. Also provided are An organic transistor in which the composition is applied on a gate electrode and is cured, and a method for manufacturing the same.

Description

本発明は、ゲート絶縁膜及びそれを含む有機薄膜トランジスタ、及び有機薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a gate insulating film, an organic thin film transistor including the same, and a method for manufacturing the organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタは軽量・フレキシブル化が可能となり、耐衝撃性、携帯性に優れた次世代ディスプレイへの応用を期待されている。有機薄膜トランジスタは可溶性低分子有機半導体及び高分子有機半導体を塗布して半導体として用いることができる。印刷法を用いることにより大面積プロセスが適用でき、大幅なコストダウンが期待出来る。有機半導体は低温形成が可能なためプラスチック基板などのフレキシブル基板を利用できる利点もある。   Organic thin-film transistors can be made lightweight and flexible, and are expected to be applied to next-generation displays with excellent impact resistance and portability. The organic thin film transistor can be used as a semiconductor by applying a soluble low molecular organic semiconductor and a high molecular organic semiconductor. By using the printing method, a large area process can be applied and a significant cost reduction can be expected. Since an organic semiconductor can be formed at a low temperature, there is an advantage that a flexible substrate such as a plastic substrate can be used.

有機薄膜トランジスタの応用分野は、有機ELディスプレイ、液晶、電子ペーパー等の表示デバイス、RFIDタグやセンサー等が想定されており、研究が活発に行われている。しかしながら、現状の有機薄膜トランジスタは、移動度、動作電圧、駆動安定性において実用的なレベルに達しておらず、有機半導体のみならず、素子構成、作製プロセス等、様々な角度からの改良が急務となっている。   The field of application of organic thin-film transistors is envisioned for display devices such as organic EL displays, liquid crystals, and electronic paper, RFID tags, sensors, and the like, and research is actively conducted. However, the current organic thin film transistors have not reached a practical level in terms of mobility, operating voltage, and driving stability, and it is urgent to improve from various angles such as not only organic semiconductors but also element configurations and manufacturing processes. It has become.

図1および図3に例示したように有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタにおいては、一般的に有機半導体層とゲート絶縁膜とが接するように形成される。そのため、上記ゲート絶縁膜を構成する材料によっては有機半導体層の半導体特性が影響を受け、トランジスタ性能が低下してしまうことが知られている。例えば、特許文献1には、ポリイミドからなるゲート絶縁層を用いたトランジスタが開示されているが、このような材料からなるゲート絶縁層を用いた有機薄膜トランジスタは、ゲート電圧の閾値電圧が安定しないという問題点があった。   As shown in FIGS. 1 and 3, an organic thin film transistor using an organic semiconductor is generally formed so that an organic semiconductor layer and a gate insulating film are in contact with each other. Therefore, it is known that depending on the material constituting the gate insulating film, the semiconductor characteristics of the organic semiconductor layer are affected and the transistor performance is degraded. For example, Patent Document 1 discloses a transistor using a gate insulating layer made of polyimide. However, an organic thin film transistor using a gate insulating layer made of such a material does not stabilize the threshold voltage of the gate voltage. There was a problem.

上記問題の解決策として、特許文献2に記載されたカルド型樹脂からなるゲート絶縁膜を用いることで、絶縁耐圧が向上し、閾値電圧を安定化させている。しかしながら、有機薄膜トランジスタの性能の重要な要素である有機半導体層のキャリア移動度については言及されていない。有機半導体層のキャリア移動度はゲート絶縁膜の特性の影響を受けることが知られており、ゲート絶縁膜の特性が十分でないためにキャリア移動度が十分に高くならないことが懸念される。   As a solution to the above problem, by using a gate insulating film made of cardo type resin described in Patent Document 2, the withstand voltage is improved and the threshold voltage is stabilized. However, the carrier mobility of the organic semiconductor layer, which is an important element of the performance of the organic thin film transistor, is not mentioned. It is known that the carrier mobility of the organic semiconductor layer is affected by the characteristics of the gate insulating film, and there is a concern that the carrier mobility does not become sufficiently high because the characteristics of the gate insulating film are not sufficient.

特開2003−304014号公報JP 2003-304014 A 特開2008−166537号公報JP 2008-166537 A

キャリアは有機半導体層とゲート絶縁膜の界面を移動するため、ゲート絶縁膜の平坦性を高くする必要が有る。しかし、有機化合物で形成されたゲート絶縁膜は、成膜後の加熱、及び電極等を形成する工程で加熱、薬液処理等により膜質が変化するため、表面粗さも大きくなり平坦性が著しく低下する。   Since carriers move at the interface between the organic semiconductor layer and the gate insulating film, the flatness of the gate insulating film needs to be increased. However, the film quality of the gate insulating film formed of an organic compound changes due to heating, chemical treatment, etc. in the process of forming the electrode and the like after the film formation, so that the surface roughness is increased and the flatness is significantly reduced. .

このため、有機薄膜トランジスタに用いられる好ましいゲート絶縁膜としては、薄膜形成可能で、薄膜形成後及び電極等の形成後、有機半導体層の形成時にも高平坦であることが必要とされる。しかしながら、従来これらの特性を満足するゲート絶縁膜は無かった。   For this reason, as a preferable gate insulating film used for the organic thin film transistor, a thin film can be formed, and it is necessary to have a high flatness even when the organic semiconductor layer is formed after the thin film is formed and after the electrodes are formed. However, there has been no gate insulating film satisfying these characteristics.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、電極等を形成する際の加熱や薬液処理等によって膜質が変化することがなく、また、有機半導体層の形成時に高い平坦性を維持することができるゲート絶縁膜を提供することを目的とする。また、このように有機半導体層形成時に高平坦性を保持することが可能なゲート絶縁膜を用いることで、キャリア移動度が大きく、安定したトランジスタ特性を発現可能な有機薄膜トランジスタと、その製造方法を提供することを目的とする。なお、この高平坦な絶縁膜用の材料は、有機トランジスタの構成において平坦化膜が必要になる場合には、当該平坦化膜に適用することも可能である。   The present invention has been made in view of such problems, and the film quality does not change due to heating, chemical treatment or the like when forming an electrode or the like, and high flatness when forming an organic semiconductor layer. An object is to provide a gate insulating film capable of maintaining the above. In addition, by using a gate insulating film that can maintain high flatness when forming an organic semiconductor layer, an organic thin film transistor that has high carrier mobility and can exhibit stable transistor characteristics, and a method for manufacturing the same are disclosed. The purpose is to provide. Note that the material for the highly flat insulating film can also be applied to the flattening film when a flattening film is required in the structure of the organic transistor.

本発明者らは上記課題を解決するための手段について鋭意検討した結果、所定の組成物を用いることで、有機半導体層の形成時に平坦性を十分に保持できるゲート絶縁膜を作製することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
As a result of intensive studies on means for solving the above problems, the present inventors have been able to produce a gate insulating film capable of sufficiently maintaining flatness when forming an organic semiconductor layer by using a predetermined composition. The present invention was completed.
That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)本発明は、(A)ビスフェノール型エポキシ化合物とエチレン性不飽和結合基含有モノカルボン酸とを反応させた化合物に対して、a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、及びb)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を、a/bのモル比が0.1〜10となる範囲で反応させて得られた化合物、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマー、及び(C)エポキシ化合物を含有する組成物を硬化させてなることを特徴とするゲート絶縁膜である。   (1) The present invention relates to (A) a compound obtained by reacting a bisphenol type epoxy compound with an ethylenically unsaturated bond group-containing monocarboxylic acid, a) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride thereof, and b ) A compound obtained by reacting tetracarboxylic acid or its acid dianhydride in a range where the molar ratio of a / b is 0.1 to 10, and (B) having at least one ethylenically unsaturated bond. A gate insulating film obtained by curing a composition containing a polymerizable monomer and (C) an epoxy compound.

(2)本発明はまた、前記組成物中に更に(D)光重合開始剤を含有することを特徴とする(1)に記載のゲート絶縁膜である。   (2) The present invention also provides the gate insulating film according to (1), wherein the composition further contains (D) a photopolymerization initiator.

(3)本発明はまた、少なくとも1つのゲート電極と、少なくとも1つのソース電極と、少なくとも1つのドレイン電極と、少なくとも1つの有機半導体層と、(1)又は(2)に記載のゲート絶縁膜とを含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタである。   (3) The present invention also provides at least one gate electrode, at least one source electrode, at least one drain electrode, at least one organic semiconductor layer, and the gate insulating film according to (1) or (2) It is an organic thin-film transistor characterized by including these.

(4)本発明はまた、ゲート絶縁膜の膜厚が0.05〜1.0μmである(3)に記載の有機薄膜トランジスタである。   (4) The present invention is also the organic thin film transistor according to (3), wherein the thickness of the gate insulating film is 0.05 to 1.0 μm.

(5)本発明はまた、少なくとも1つのゲート電極と、少なくとも1つのソース電極と、少なくとも1つのドレイン電極と、少なくとも1つの有機半導体層と、ゲート絶縁膜とを含む有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極上に(1)又は(2)に記載の組成物を塗布して、UV露光とその後の150〜200℃の温度での加熱硬化を施すことにより、0.05〜1.0μmの膜厚でゲート絶縁膜を形成することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
(5) The present invention is also a method for manufacturing an organic thin film transistor including at least one gate electrode, at least one source electrode, at least one drain electrode, at least one organic semiconductor layer, and a gate insulating film. And
A film of 0.05 to 1.0 μm is formed by applying the composition described in (1) or (2) on the gate electrode and performing UV exposure and subsequent heat curing at a temperature of 150 to 200 ° C. A method of manufacturing an organic thin film transistor, wherein a gate insulating film is formed with a thickness.

本発明によれば、有機半導体層の形成時において高平坦性を保持できるゲート絶縁膜を作製でき、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度の向上を可能にし、安定したトランジスタ特性を発現することができる。   According to the present invention, it is possible to produce a gate insulating film that can maintain high flatness when forming an organic semiconductor layer, to improve the carrier mobility of the organic thin film transistor, and to exhibit stable transistor characteristics.

実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの一例を示した断面構成図である。1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of an organic thin film transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの製造方法の説明図である。図2(i)は、ゲート電極形成工程の一例を示した図である。図2(ii)は、高分子ゲート絶縁膜形成工程の一例を示した図である。図2(iii)は、ソース・ドレイン電極形成工程の一例を示した図である。図2(iv)は、有機半導体層形成工程の一例を示した図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the organic thin-film transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. FIG. 2I is a diagram showing an example of the gate electrode formation process. FIG. 2 (ii) is a diagram illustrating an example of a polymer gate insulating film forming process. FIG. 2 (iii) shows an example of the source / drain electrode formation step. FIG. 2 (iv) shows an example of the organic semiconductor layer forming step. 実施形態2に係る有機薄膜トランジスタの一例を示した断面構成図である。5 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of an organic thin film transistor according to Embodiment 2. FIG. 実施例1、2及び比較例1に係る有機薄膜トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流とドレイン電流の平方根の変化特性図である。It is a change characteristic figure of the square root of drain current and drain current to gate voltage of an organic thin film transistor concerning Examples 1 and 2 and comparative example 1. 実施例4、5及び比較例4に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜における平坦性の測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the flatness in the gate insulating film of the organic thin-film transistor which concerns on Example 4, 5 and the comparative example 4. FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

〔実施形態1〕
図1は、本発明の実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの一例を示した断面構成図である。図1において、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタは、絶縁基板10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁膜30と、ソース電極40と、ドレイン電極41と、有機半導体層50とを有する。
Embodiment 1
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of an organic thin film transistor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the organic thin film transistor according to the first embodiment includes an insulating substrate 10, a gate electrode 20, a gate insulating film 30, a source electrode 40, a drain electrode 41, and an organic semiconductor layer 50.

図1において、絶縁基板10上にゲート電極20が形成され、ゲート電極20上にゲート絶縁膜30が形成された積層構造を有している。また、ソース電極40及びドレイン電極41は、ゲート絶縁膜30の表面上の、上面視的にゲート電極20の両端を覆うような位置に形成されている。また、ソース電極40とドレイン電極41との間のゲート絶縁膜30上には、有機半導体層50が形成されており、有機半導体層50は、ソース電極40とドレイン電極41の内側端部を覆っている。図1に示す構造は、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造と呼ばれる構造である。   In FIG. 1, a gate electrode 20 is formed on an insulating substrate 10 and a gate insulating film 30 is formed on the gate electrode 20. The source electrode 40 and the drain electrode 41 are formed on the surface of the gate insulating film 30 so as to cover both ends of the gate electrode 20 in a top view. An organic semiconductor layer 50 is formed on the gate insulating film 30 between the source electrode 40 and the drain electrode 41, and the organic semiconductor layer 50 covers the inner ends of the source electrode 40 and the drain electrode 41. ing. The structure shown in FIG. 1 is a structure called a bottom gate / bottom contact structure.

絶縁基板10は、絶縁材料からなる種々の基板で構成されてよいが、例えば、石英ガラス、シリカガラスなどのガラス基板、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)等の耐熱温度(ガラス転移温度)が150℃以上あるプラスチックフィルム等を用いることが出来る。また、表面が絶縁性処理されていれば、金属フォイル等も絶縁基板10として用いることができる。   The insulating substrate 10 may be composed of various substrates made of an insulating material. For example, a glass substrate such as quartz glass or silica glass, polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), A plastic film having a heat resistant temperature (glass transition temperature) of 150 ° C. or higher such as polyetherimide (PEI) can be used. Further, a metal foil or the like can be used as the insulating substrate 10 as long as the surface is treated with an insulating treatment.

ゲート電極20は、電流を効率よく流せることができれば材料の限定はされない。例えば、アルミニウムで構成されてよい。ゲート電極20の表面上には、ゲート絶縁膜30が形成されるが、ゲート電極20の表面は、ゲート絶縁膜30を積層形成するために、できるだけ表面平滑性が高いものが好ましい。   The material of the gate electrode 20 is not limited as long as current can flow efficiently. For example, it may be made of aluminum. Although the gate insulating film 30 is formed on the surface of the gate electrode 20, the surface of the gate electrode 20 is preferably as high in surface smoothness as possible in order to form the stacked gate insulating film 30.

ゲート絶縁膜30は、ゲート電極20の周囲を覆ってゲート電極20を絶縁する膜である。本実施形態に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜30は、(A)ビスフェノール型エポキシ化合物とエチレン性不飽和結合基含有モノカルボン酸とを反応させた化合物に対して、a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、及びb)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を、a/bのモル比が0.1〜10となる範囲で反応させて得られた化合物、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマー、及び(C)エポキシ化合物を含有する組成物を硬化させてなることを特徴とし、光硬化させる場合及びフォトリソグラフィーにより光加工する場合には更に(D)光重合開始剤を含有する組成物を硬化させてなるゲート絶縁膜である。   The gate insulating film 30 is a film that covers the periphery of the gate electrode 20 and insulates the gate electrode 20. The gate insulating film 30 of the organic thin film transistor according to the present embodiment includes (A) a compound obtained by reacting a bisphenol type epoxy compound and an ethylenically unsaturated bond group-containing monocarboxylic acid, a) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid, or The acid anhydride, and b) a compound obtained by reacting a tetracarboxylic acid or an acid dianhydride in a range where the molar ratio of a / b is 0.1 to 10, (B) at least one compound A composition comprising a polymerizable monomer having an ethylenically unsaturated bond and (C) an epoxy compound is cured, and further (D) when photocuring and photoprocessing by photolithography. It is a gate insulating film formed by curing a composition containing a photopolymerization initiator.

有機薄膜トランジスタにおいては、ゲート電極20に電圧が印加されたときに、有機半導体層50にチャネルが形成され、発生したキャリアがソース電極40とドレイン電極41の間を移動して導通し、トランジスタ動作を行う。ゲート電極20に電圧が印加されたときに発生するキャリアは、ゲート絶縁膜30と有機半導体層50の界面を移動する。故に、ゲート絶縁膜30に凹凸があると移動速度が遅くなり、キャリア移動度が低下する。そのため、ゲート絶縁膜30は平坦性が要求される。   In the organic thin film transistor, when a voltage is applied to the gate electrode 20, a channel is formed in the organic semiconductor layer 50, and the generated carriers move between the source electrode 40 and the drain electrode 41, thereby conducting the transistor operation. Do. Carriers generated when a voltage is applied to the gate electrode 20 move on the interface between the gate insulating film 30 and the organic semiconductor layer 50. Therefore, if the gate insulating film 30 has irregularities, the moving speed becomes slow and the carrier mobility decreases. Therefore, the gate insulating film 30 is required to be flat.

本発明のゲート絶縁膜30は、露光、現像により所望のパターンを形成することができ、熱硬化により凹凸が少なく平坦性が非常に高い膜を形成することが出来る。また、ゲート絶縁膜30はその表面にソース電極40とドレイン電極41を形成した後でも平坦性の変化が少ない。そのため、キャリアの移動度が良好な有機半導体層を形成することが可能になる。すなわち、本発明によれば、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度の向上を可能にし、安定したトランジスタ特性を発現することができる。ここで、キャリア移動度が向上する理由としては、所定のゲート絶縁膜用組成物を用いることで高平坦なゲート絶縁膜を得ることができ、また、絶縁膜中にキャリアをトラップするおそれがあるカルボキシル基の様な官能基の量が少ないこと要因のひとつと推察される。   The gate insulating film 30 of the present invention can form a desired pattern by exposure and development, and can form a film having very high flatness with less unevenness by thermosetting. The gate insulating film 30 has little change in flatness even after the source electrode 40 and the drain electrode 41 are formed on the surface thereof. Therefore, an organic semiconductor layer with favorable carrier mobility can be formed. That is, according to the present invention, it is possible to improve the carrier mobility of the organic thin film transistor and to exhibit stable transistor characteristics. Here, the reason why the carrier mobility is improved is that a highly flat gate insulating film can be obtained by using a predetermined composition for a gate insulating film, and carriers may be trapped in the insulating film. This is probably due to the fact that the amount of functional groups such as carboxyl groups is small.

ゲート絶縁膜30の絶縁耐圧が、実際の回路に要求される耐圧よりも低いと、有機薄膜トランジスタを実際の回路中のデバイスとして動作させることができない。例えば、ディスプレイの駆動回路では、20Vで駆動させる必要があるため、動作可能なゲート絶縁膜30の薄膜化及び絶縁耐圧が要求される。本発明のゲート絶縁膜は、1μm以下の薄膜を形成することができ、且つ20Vの電圧に耐えられるため、20V以下の電圧で駆動することが可能である。一方、ゲート絶縁膜の最小膜厚は、ゲート電極が数10nmで形成されることが一般的であり、ゲート電極形成による凹凸を平坦化する必要があるため、0.05μm以上は必要である。   If the withstand voltage of the gate insulating film 30 is lower than the withstand voltage required for the actual circuit, the organic thin film transistor cannot be operated as a device in the actual circuit. For example, since a display drive circuit needs to be driven at 20 V, it is required to reduce the thickness of the operable gate insulating film 30 and withstand voltage. Since the gate insulating film of the present invention can form a thin film of 1 μm or less and can withstand a voltage of 20 V, it can be driven at a voltage of 20 V or less. On the other hand, the minimum film thickness of the gate insulating film is generally several tens of nanometers, and it is necessary to flatten the unevenness caused by the formation of the gate electrode.

このように、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいては、本発明のゲート絶縁膜30を適用することにより、所望の平坦性と絶縁耐圧を得ることができる。   Thus, in the organic thin film transistor according to the present embodiment, desired flatness and withstand voltage can be obtained by applying the gate insulating film 30 of the present invention.

本発明の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜用組成物における(A)は、ビスフェノール類から誘導される2個のグルシジルエーテル基を有するエポキシ化合物と不飽和基含有モノカルボン酸との反応物に対して、(a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、及び(b)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を、(a)/(b)のモル比が0.1〜10となる範囲で反応させて得られたアルカリ可溶性樹脂である。   (A) in the composition for a gate insulating film of the organic thin film transistor of the present invention is a reaction product of an epoxy compound having two glycidyl ether groups derived from bisphenols and an unsaturated group-containing monocarboxylic acid. , (A) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride thereof, and (b) tetracarboxylic acid or acid dianhydride in a range where the molar ratio of (a) / (b) is 0.1-10. This is an alkali-soluble resin obtained by reaction.

(A)の原料となるビスフェノール類としては、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ジメチルシラン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)ジメチルシラン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)エーテル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブロモフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フルオロフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)フルオレン、4,4’−ビフェノール、3,3’−ビフェノール等およびこれらの誘導体が挙げられる。これらの中では、9,9−フルオレニル基を有するものが特に好適に利用される。   Examples of bisphenols used as a raw material for (A) include bis (4-hydroxyphenyl) ketone, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) ketone, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) ketone, Bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) sulfone, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) sulfone, bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxyphenyl) dimethylsilane, bis (4-hydroxy-3, 5-dimethylphenyl) dimethylsilane, bis (4 Hydroxy-3,5-dichlorophenyl) dimethylsilane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) methane, bis (4-hydroxy-3,5-dibromophenyl) methane, 2 , 2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) propane, 2, , 2-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3-chlorophenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) ether, bis (4-hydroxy-3,5 -Dimethylphenyl) ether, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) ether, 9, -Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-chlorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4 -Hydroxy-3-bromophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-fluorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) fluorene, 9,9- Bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-dibromophenyl) fluorene, 4,4′-biphenol, 3,3′-biphenol and the like Derivatives. Among these, those having a 9,9-fluorenyl group are particularly preferably used.

次に、上記ビスフェノール類とエピクロルヒドリンを反応させて2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物を得る。この反応の際には、一般にジグリシジルエーテル化合物のオリゴマー化を伴うため、下記一般式(I)のエポキシ化合物を得ることになる。
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Aは、−CO−、−SO2−、−C(CF32−、−Si(CH32−、−CH2−、−C(CH32−、−O−、9,9−フルオレニル基又は直結合を表す。lは0〜10の数である。)
Next, the bisphenols and epichlorohydrin are reacted to obtain an epoxy compound having two glycidyl ether groups. Since this reaction generally involves oligomerization of a diglycidyl ether compound, an epoxy compound of the following general formula (I) is obtained.
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, and A represents —CO—, —SO 2- , -C (CF 3 ) 2- , -Si (CH 3 ) 2- , -CH 2- , -C (CH 3 ) 2- , -O-, a 9,9-fluorenyl group or a direct bond. L is a number from 0 to 10.)

好ましいR1、R2、R3、R4は水素原子であり、好ましいAは9,9−フルオレニル基である。また、lは通常複数の値が混在するため平均値0〜10(整数とは限らない)となるが、好ましいlの平均値は0〜3である。lの値が上限値を超えると、当該エポキシ化合物を使用して合成したアルカリ可溶性樹脂を用いたゲート絶縁膜用組成物としたとき、組成物の粘度が大きくなりすぎて塗工がうまく行かなくなったり、アルカリ可溶性を十分に付与できずアルカリ現像性が非常に悪くなったりする。 Preferred R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, and preferred A is a 9,9-fluorenyl group. In addition, since l generally has a plurality of values, the average value is 0 to 10 (not necessarily an integer), but the preferable average value of l is 0 to 3. When the value of l exceeds the upper limit, when the composition for a gate insulating film using an alkali-soluble resin synthesized using the epoxy compound is used, the viscosity of the composition becomes too high and the coating cannot be performed successfully. Or sufficient alkali solubility cannot be imparted, and alkali developability becomes very poor.

次に、一般式(I)の化合物に、不飽和基含有モノカルボン酸としてアクリル酸若しくはメタクリル酸又はこれらの両方を反応させ、得られたヒドロキシ基を有する反応物に、(a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、及び(b)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を、(a)/(b)のモル比が0.1〜10となる範囲で反応させて、下記一般式(II)で表されるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物の構造を有するアルカリ可溶性樹脂を得る。
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、R5は、水素原子又はメチル基を表し、Aは、−CO−、−SO2−、−C(CF32−、−Si(CH32−、−CH2−、−C(CH32−、−O−、9,9−フルオレニル基又は直結合を表し、Xは4価のカルボン酸残基を表し、Y1及びY2は、それぞれ独立して水素原子又は−OC−Z−(COOH)m(但し、Zは2価又は3価カルボン酸残基を表し、mは1〜2の数を表す)を表し、nは1〜20の数を表す。)
Next, the compound of general formula (I) is reacted with acrylic acid or methacrylic acid as an unsaturated group-containing monocarboxylic acid, or both, and the resulting reaction product having a hydroxy group is subjected to (a) dicarboxylic acid or Tricarboxylic acid or its acid anhydride and (b) tetracarboxylic acid or its acid dianhydride are reacted in a range where the molar ratio of (a) / (b) is 0.1 to 10, and the following general formula An alkali-soluble resin having the structure of an epoxy (meth) acrylate acid adduct represented by (II) is obtained.
Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. A represents —CO—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—. , 9,9-fluorenyl group or a direct bond, X represents a tetravalent carboxylic acid residue, Y 1 and Y 2 each independently represents a hydrogen atom or —OC—Z— (COOH) m (wherein Z represents a divalent or trivalent carboxylic acid residue, m represents a number of 1 to 2, and n represents a number of 1 to 20.)

このエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物(II)は、エチレン性不飽和二重結合とカルボキシル基とを併せ持つアルカリ可溶性樹脂であるため、本発明のゲート絶縁膜用組成物の(A)として、優れた光硬化性、良現像性、パターニング特性を与え、耐電圧等の所望の物性を有する硬化膜とするために必要なものである。   Since this epoxy (meth) acrylate acid adduct (II) is an alkali-soluble resin having both an ethylenically unsaturated double bond and a carboxyl group, it is excellent as (A) of the composition for a gate insulating film of the present invention. Further, it is necessary for providing a cured film having desired physical properties such as withstand voltage and the like, which imparts photocurability, good developability and patterning characteristics.

本発明の(A)である一般式(II)のエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物に利用される(a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物としては、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物や脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物が使用される。ここで、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物としては、例えば、コハク酸、アセチルコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、アゼライン酸、シトラリンゴ酸、マロン酸、グルタル酸、クエン酸、酒石酸、オキソグルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、スベリン酸、ジグリコール酸等の化合物があり、更には任意の置換基の導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物でもよい。また、脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物としては、例えば、シクロブタンジカルボン酸、シクロペンタンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ノルボルナンジカルボン酸等の化合物があり、更には任意の置換基の導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物でもよい。更に、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸等の化合物があり、更には任意の置換基の導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物でもよい。   (A) Dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride thereof used in the epoxy (meth) acrylate acid adduct of general formula (II) which is (A) of the present invention includes a chain hydrocarbon dicarboxylic acid or tricarboxylic acid. An acid or an acid anhydride thereof, an alicyclic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or an acid anhydride thereof, an aromatic dicarboxylic acid or a tricarboxylic acid or an acid anhydride thereof is used. Here, as the chain hydrocarbon dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or an acid anhydride thereof, for example, succinic acid, acetyl succinic acid, maleic acid, adipic acid, itaconic acid, azelaic acid, citrate malic acid, malonic acid, glutaric acid, There are compounds such as citric acid, tartaric acid, oxoglutaric acid, pimelic acid, sebacic acid, suberic acid, diglycolic acid and the like, and further, dicarboxylic acid or tricarboxylic acid having an arbitrary substituent introduced therein or an acid anhydride thereof may be used. Examples of the alicyclic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydrides thereof include compounds such as cyclobutane dicarboxylic acid, cyclopentane dicarboxylic acid, hexahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic acid, norbornane dicarboxylic acid, and more It may be a dicarboxylic acid or a tricarboxylic acid or an acid anhydride having a substituent introduced therein. Furthermore, examples of the aromatic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride thereof include compounds such as phthalic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, and the like. An acid anhydride may be used.

また、本発明の(A)である一般式(II)のエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物に利用される(b)テトラカルボン酸又はその酸二無水物としては、鎖式炭化水素テトラカルボン酸又はその酸二無水物や脂環式テトラカルボン酸又はその酸二無水物、又は、芳香族多価カルボン酸又はその酸二無水物が使用される。ここで、鎖式炭化水素テトラカルボン酸又はその酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸、ペンタンテトラカルボン酸、ヘキサンテトラカルボン酸等があり、更には置換基の導入されたテトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。また、脂環式テトラカルボン酸又はその酸二無水物としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、シクロへプタンテトラカルボン酸、ノルボルナンテトラカルボン酸等があり、更には置換基の導入されたテトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。更に、芳香族テトラカルボン酸やその酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸又はその酸二無水物が挙げられ、更には置換基の導入されたテトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。   The (b) tetracarboxylic acid or acid dianhydride used in the epoxy (meth) acrylate acid adduct of the general formula (II) which is (A) of the present invention includes a chain hydrocarbon tetracarboxylic acid. Or its acid dianhydride, alicyclic tetracarboxylic acid or its acid dianhydride, or aromatic polyhydric carboxylic acid or its acid dianhydride is used. Here, examples of the chain hydrocarbon tetracarboxylic acid or its acid dianhydride include butanetetracarboxylic acid, pentanetetracarboxylic acid, hexanetetracarboxylic acid, and the like, and further, a tetracarboxylic acid into which a substituent is introduced. Or its acid dianhydride may be sufficient. Examples of the alicyclic tetracarboxylic acid or its acid dianhydride include cyclobutanetetracarboxylic acid, cyclopentanetetracarboxylic acid, cyclohexanetetracarboxylic acid, cycloheptanetetracarboxylic acid, norbornanetetracarboxylic acid, Furthermore, a tetracarboxylic acid or an acid dianhydride having a substituent introduced therein may be used. Furthermore, examples of the aromatic tetracarboxylic acid and its acid dianhydride include pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, biphenyl tetracarboxylic acid, biphenyl ether tetracarboxylic acid, and acid dianhydrides thereof, and further substitution It may be a tetracarboxylic acid having an introduced group or an acid dianhydride thereof.

本発明の(A)である一般式(II)のエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物に使用される(a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物と(b)テトラカルボン酸又はその酸二無水物とのモル比(a)/(b)は、0.1〜10、好ましくは0.2〜3.0となる範囲であるのがよい。モル比(a)/(b)が上記範囲を逸脱すると最適分子量が得られず、(A)を使用したゲート絶縁膜用組成物において、アルカリ現像性、耐熱性、耐溶剤性、パターン形状等が劣化するので好ましくない。なお、モル比(a)/(b)が小さいほどアルカリ溶解性が大となり、分子量が大となる傾向がある。   (A) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride and (b) tetracarboxylic acid or acid diacid used in the epoxy (meth) acrylate acid adduct of general formula (II) which is (A) of the present invention. The molar ratio (a) / (b) with the anhydride is in the range of 0.1 to 10, preferably 0.2 to 3.0. When the molar ratio (a) / (b) deviates from the above range, the optimum molecular weight cannot be obtained, and in the gate insulating film composition using (A), alkali developability, heat resistance, solvent resistance, pattern shape, etc. Is not preferable because it deteriorates. In addition, there exists a tendency for alkali solubility to become large and molecular weight to become large, so that molar ratio (a) / (b) is small.

また、本発明の(A)である一般式(II)のエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物は、重量平均分子量(Mw)が2000〜10000の間であることが好ましく、3000〜7000の間であることが特に好ましい。重量平均分子量(Mw)が2000に満たないと(A)を使用したゲート絶縁膜用組成物の現像時のパターンの密着性が維持できず、パターン剥がれが生じ、また、重量平均分子量(Mw)が10000を超えると現像残渣や未露光部の残膜が残り易くなる。更に、(A)は、その酸価が30〜200KOHmg/gの範囲にあることが望ましい。この値が30KOHmg/gより小さいと(A)を使用したゲート絶縁膜用組成物のアルカリ現像がうまくできないか、強アルカリ等の特殊な現像条件が必要となり、反対に200KOHmg/gを超えると(A)を使用したゲート絶縁膜用組成物へのアルカリ現像液の浸透が早くなり過ぎ、剥離現像が起きるので、何れも好ましくない。   Moreover, it is preferable that the weight average molecular weight (Mw) is between 2000-10000, and the epoxy (meth) acrylate acid adduct of general formula (II) which is (A) of this invention is between 3000-7000. It is particularly preferred. If the weight average molecular weight (Mw) is less than 2000, the adhesion of the pattern during development of the composition for a gate insulating film using (A) cannot be maintained, pattern peeling occurs, and the weight average molecular weight (Mw) If it exceeds 10,000, a development residue and a residual film of an unexposed part are likely to remain. Further, (A) desirably has an acid value in the range of 30 to 200 KOHmg / g. If this value is less than 30 KOHmg / g, alkali development of the gate insulating film composition using (A) cannot be performed well, or special development conditions such as strong alkali are required, and conversely if it exceeds 200 KOHmg / g ( Since the penetration of the alkali developer into the gate insulating film composition using A) becomes too fast and peeling development occurs, neither is preferable.

本発明で利用される一般式(II)のエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物は、上述の工程により、既知の方法、例えば特開平8-278629号公報や特開2008-9401号公報等に記載の方法により製造することができる。先ず、一般式(I)のエポキシ化合物に不飽和基含有モノカルボン酸を反応させる方法としては、例えば、エポキシ化合物のエポキシ基と当モルの不飽和基含有モノカルボン酸を溶剤中に添加し、触媒(トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、2,6-ジイソブチルフェノール等)の存在下、空気を吹き込みながら90〜120℃に加熱・攪拌して反応させるという方法がある。次に、反応生成物であるエポキシアクリレート化合物の水酸基に酸無水物を反応させる方法としては、エポキシアクリレート化合物と酸二無水物および酸一無水物の所定量を溶剤中に添加し、触媒(臭化テトラエチルアンモニウム、トリフェニルホスフィン等)の存在下、90〜130℃で加熱・攪拌して反応させるという方法がある。   The epoxy (meth) acrylate acid adduct of the general formula (II) used in the present invention is described in known methods, for example, JP-A-8-278629 and JP-A-2008-9401, by the above-described steps. It can manufacture by the method of. First, as a method for reacting an unsaturated group-containing monocarboxylic acid with an epoxy compound of the general formula (I), for example, an epoxy group of an epoxy compound and an equimolar amount of an unsaturated group-containing monocarboxylic acid are added to a solvent, In the presence of a catalyst (triethylbenzylammonium chloride, 2,6-diisobutylphenol, etc.), there is a method of reacting by heating and stirring at 90 to 120 ° C. while blowing air. Next, as a method of reacting an acid anhydride with a hydroxyl group of an epoxy acrylate compound as a reaction product, a predetermined amount of an epoxy acrylate compound, an acid dianhydride, and an acid monoanhydride is added to a solvent, and a catalyst (odor In the presence of tetraethylammonium bromide, triphenylphosphine, etc.), the reaction is carried out by heating and stirring at 90 to 130 ° C.

本発明のゲート絶縁膜用組成物における(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル類や、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、又はジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート、フォスファゼンのアルキレンオキサイド変性ヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類を挙げることができ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。また、当該少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマーは、重合性基を3個以上有して不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の分子同士を架橋することができるものを用いることが好ましい。なお、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマーは遊離のカルボキシ基を有しない。   Examples of the polymerizable monomer (B) having at least one ethylenically unsaturated bond in the composition for a gate insulating film of the present invention include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, (Meth) acrylic acid esters having a hydroxyl group such as 2-ethylhexyl (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di ( (Meth) acrylate, tetramethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, trimethylolethane tri (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, pentae Thritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, glycerol (meth) acrylate, sorbitol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, or dipentaerythritol hexa (Meth) acrylates, sorbitol hexa (meth) acrylates, phosphazene alkylene oxide modified hexa (meth) acrylates, caprolactone modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylates and other (meth) acrylic acid esters can be mentioned. 1 type (s) or 2 or more types can be used. Further, the polymerizable monomer having at least one ethylenically unsaturated bond may be one having three or more polymerizable groups and capable of crosslinking molecules of the unsaturated group-containing alkali-soluble resin. preferable. Note that (B) the polymerizable monomer having at least one ethylenically unsaturated bond does not have a free carboxy group.

(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマーとして、一般式(I)の化合物に、不飽和基含有モノカルボン酸としてアクリル酸若しくはメタクリル酸又はこれらの両方を反応させたビスフェノール型エポキシ(メタ)アクリレート化合物を用いることもできる。その際、好ましくは、一般式(I)におけるAが9,9−フルオレニル基であるのがよい。露光、現像後の熱硬化を150℃といった比較的低温で行おうとする場合には、熱硬化後も残存するカルボキシル基量を低減するために、(A)成分の(B)成分に対する比率を小さくする方がゲート絶縁膜としての特性を向上させることができる傾向があるが、その場合には、(B)成分の一部として、このビスフェノール型エポキシ(メタ)アクリレート化合物を用いることが有効である。   (B) Bisphenol obtained by reacting a compound of general formula (I) with acrylic acid or methacrylic acid as an unsaturated group-containing monocarboxylic acid or both as a polymerizable monomer having at least one ethylenically unsaturated bond A type epoxy (meth) acrylate compound can also be used. In that case, A in the general formula (I) is preferably a 9,9-fluorenyl group. When heat curing after exposure and development is performed at a relatively low temperature such as 150 ° C., the ratio of the component (A) to the component (B) is reduced in order to reduce the amount of carboxyl groups remaining after the heat curing. However, in this case, it is effective to use this bisphenol type epoxy (meth) acrylate compound as a part of the component (B). .

また、本発明のゲート絶縁膜用組成物における(C)エポキシ化合物としては、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、フェニルグリシジルエーテル、p−ブチルフェノールグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルイソシアヌレート、アリルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基を少なくとも1個有する化合物等が挙げられる。アルカリ可溶性樹脂の架橋密度を上げる必要性がある場合は、エポキシ基を少なくとも2個以上を有する化合物が好ましい。なお、(C)は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the (C) epoxy compound in the gate insulating film composition of the present invention include a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolac type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, and a bisphenol S type epoxy resin. At least one epoxy group such as biphenyl type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, etc., phenyl glycidyl ether, p-butylphenol glycidyl ether, triglycidyl isocyanurate, diglycidyl isocyanurate, allyl glycidyl ether, glycidyl methacrylate, etc. And the like. When there is a need to increase the crosslinking density of the alkali-soluble resin, a compound having at least two epoxy groups is preferred. In addition, (C) may use only 1 type of compound, and may use it in combination of multiple.

本発明のゲート絶縁膜用組成物において、硬化物となる固形分(重合性モノマーを含む)中にアルカリ可溶性樹脂(A)を20〜80質量%、好ましくは30〜70質量%含むのがよい。また、重合性モノマー(B)は、アルカリ可溶性樹脂(A)に対する質量比率(A)/(B)が20/80〜90/10、好ましくは40/60〜80/20になるように含むのがよい。ただし、露光・現像後の熱硬化を150℃といったより低温で行おうとするために(B)成分の一部としてビスフェノール型エポキシ(メタ)アクリレートを使用する場合には、(A)/(B)が20/80〜60/40になるように含むのがよい。また、エポキシ化合物(C)は、組成物の固形分中に、5〜50質量%、好ましくは10〜40質量%を含むのがよい。上記のとおりアルカリ可溶性樹脂が20質量%以下の場合は、光硬化後の硬化物が脆くなり、また、未露光部において塗膜の酸価が低いためにアルカリ現像液に対する溶解性が低下し、パターンエッジががたつきシャープにならないといった問題が生じて好ましくない。また、80質量%を超える場合は、光硬化成分((A)+(B))に占める光反応性官能基の割合が少なく光硬化反応による架橋構造の形成が十分でなく、また、塗膜の酸価が高過ぎる場合にも、露光部におけるアルカリ現像液に対する溶解性が高くなることから、形成されたパターンが目標とする線幅より細くなったり、パターンの欠落が生じや易くなるといった問題が生じるおそれがあるため好ましくない。更に、エポキシ化合物(C)が5質量%未満の場合は、パターンニング後硬化膜を形成した際に残存するカルボキシル基の量が多くなり、ゲート絶縁膜のキャリア移動度に影響を与える可能性があるとともに、絶縁膜の耐湿信頼性が確保できないことが懸念され好ましくない。また、50質量%より多い場合は、ゲート絶縁膜用組成物中の塗膜における感光性基の量が減少して、パターニングするための感度が十分に得られなくなる可能性があり好ましくない。   In the composition for a gate insulating film of the present invention, 20-80% by mass, preferably 30-70% by mass of the alkali-soluble resin (A) is contained in the solid content (including the polymerizable monomer) to be a cured product. . The polymerizable monomer (B) is contained so that the mass ratio (A) / (B) to the alkali-soluble resin (A) is 20/80 to 90/10, preferably 40/60 to 80/20. Is good. However, when bisphenol type epoxy (meth) acrylate is used as a part of the component (B) in order to carry out thermosetting after exposure / development at a lower temperature such as 150 ° C., (A) / (B) It is good to include so that it may become 20 / 80-60 / 40. Moreover, the epoxy compound (C) should contain 5 to 50% by mass, preferably 10 to 40% by mass, in the solid content of the composition. When the alkali-soluble resin is 20% by mass or less as described above, the cured product after photocuring becomes brittle, and the acid value of the coating film is low in the unexposed area, so that the solubility in an alkali developer is lowered. The problem that the pattern edge does not rattle and become sharp is not preferable. On the other hand, when the amount exceeds 80% by mass, the ratio of the photoreactive functional group in the photocuring component ((A) + (B)) is small, and the formation of the crosslinked structure by the photocuring reaction is not sufficient. Even when the acid value of the film is too high, the solubility of the exposed portion in the alkaline developer is increased, so that the formed pattern becomes thinner than the target line width or the pattern is easily lost. This is not preferable because there is a risk of occurrence. Furthermore, when the epoxy compound (C) is less than 5% by mass, the amount of carboxyl groups remaining when a cured film after patterning is formed increases, which may affect the carrier mobility of the gate insulating film. In addition, there is a concern that the moisture resistance reliability of the insulating film cannot be secured, which is not preferable. On the other hand, when the amount is more than 50% by mass, the amount of the photosensitive group in the coating film in the composition for a gate insulating film is decreased, and the sensitivity for patterning may not be sufficiently obtained.

本発明のゲート絶縁膜用組成物における(D)光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルアセトフェノン等のアセトフェノン類、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p'-ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、2-(o-クロロフェニル)-4,5-フェニルビイミダゾール、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)ビイミダゾール、2-(o-フルオロフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2-(o-メトキシフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2、4,5-トリアリールビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物類、2-トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル-5-(p-シアノスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-メトキシスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルチアゾール化合物類、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-メチル−4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-フェニル-4、6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロRメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4,5-トリメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メチルチオスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン等のハロメチル−S−トリアジン系化合物類、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(o-ベンゾイルオキシム)、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-o-ベンゾアート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-o-アセタート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1-オンオキシム-o-アセタート等のo-アシルオキシム系化合物類、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、2-クロロチオキサンソン、2,4-ジエチルチオキサンソン、2-メチルチオキサンソン、2-イソプロピルチオキサンソン等のイオウ化合物、2-エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2-ベンズアントラキノン、2,3-ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類、アゾビスイソブチルニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール等のチオール化合物、トリエタノールアミン、トリエチルアミン等の第3級アミンなどが挙げられる。この中でも、高感度のゲート絶縁膜用感光性組成物を得られやすい観点から、o-アシルオキシム系化合物類を用いることが好ましい。また、これら光重合開始剤を2種類以上使用することもできる。なお、本発明でいう光重合開始剤とは、増感剤を含む意味で使用される。   Examples of the photopolymerization initiator (D) in the gate insulating film composition of the present invention include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylacetophenone, p-dimethylaminopropiophenone, dichloroacetophenone, and trichloroacetophenone. Acetophenones such as p-tert-butylacetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, benzophenones such as p, p'-bisdimethylaminobenzophenone, benzyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, etc. Benzoin ethers, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-phenylbiimidazole, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-di (m-methoxyphenyl) biimidazole, 2- (o-fluorophenyl) -4,5-diphenylbi Biazole compounds such as dazole, 2- (o-methoxyphenyl) -4,5-diphenylbiimidazole, 2,4,5-triarylbiimidazole, 2-trichloromethyl-5-styryl-1,3, 4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (p-cyanostyryl) -1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (p-methoxystyryl) -1,3,4- Halomethylthiazole compounds such as oxadiazole, 2,4,6-tris (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5 -Triazine, 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine 2- (4-methoxyphenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxynaphthyl) -4,6-bis (trichloroRmethyl) -1, 3,5-tri Azine, 2- (4-methoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (3,4,5-trimethoxystyryl) -4,6-bis (trichloro Halomethyl-S-triazine compounds such as methyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methylthiostyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) phenyl]-, 2- (o-benzoyloxime), 1- (4-phenylsulfanylphenyl) butane-1,2-dione-2-oxime-o-benzo Art, o-acyloxy such as 1- (4-methylsulfanylphenyl) butane-1,2-dione-2-oxime-o-acetate, 1- (4-methylsulfanylphenyl) butan-1-oneoxime-o-acetate Compounds, benzyldimethyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-methylthio Sulfur compounds such as xanthone and 2-isopropylthioxanthone, anthraquinones such as 2-ethylanthraquinone, octamethylanthraquinone, 1,2-benzanthraquinone and 2,3-diphenylanthraquinone, azobisisobutylnitrile, benzoyl peroxide, cumene Examples thereof include organic peroxides such as peroxides, thiol compounds such as 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzoxazole, and 2-mercaptobenzothiazole, and tertiary amines such as triethanolamine and triethylamine. Among these, it is preferable to use o-acyloxime compounds from the viewpoint of easily obtaining a highly sensitive photosensitive composition for a gate insulating film. Two or more of these photopolymerization initiators can also be used. In addition, the photoinitiator as used in the field of this invention is used by the meaning containing a sensitizer.

本発明のゲート絶縁膜用組成物における(D)光重合開始剤の含有量は、1〜30質量%、好ましくは4〜20質量%であるのがよい。(D)成分が1質量%未満では、光重合の速度が遅くなって感度が低下する傾向にあるため好ましくなく、30質量%を超えると、感度が強すぎてパターン線幅がパターンマスクに対して太くなった状態になり、マスクに対して忠実な線幅が再現しにくくなる傾向にあり好ましくない。   The content of the photopolymerization initiator (D) in the composition for a gate insulating film of the present invention is 1 to 30% by mass, preferably 4 to 20% by mass. If the component (D) is less than 1% by mass, the photopolymerization rate tends to be slow and the sensitivity tends to decrease, and if it exceeds 30% by mass, the sensitivity is too strong and the pattern line width is smaller than that of the pattern mask. This is not preferable because the line width becomes thicker and the line width faithful to the mask tends to be difficult to reproduce.

本発明のゲート絶縁膜用組成物においては、上記(A)〜(D)の他に溶剤を使用して粘度を調整することが好ましい。溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類、α−もしくはβ−テルピネオール等のテルペン類等、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン等のケトン類、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の酢酸エステル類等が挙げられ、これらを用いて溶解、混合させることにより、均一な溶液状の組成物とすることができる。   In the composition for a gate insulating film of the present invention, it is preferable to adjust the viscosity by using a solvent in addition to the above (A) to (D). Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol and propylene glycol, terpenes such as α- or β-terpineol, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, N-methyl-2- Ketones such as pyrrolidone, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, tetramethylbenzene, cellosolve, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, carbitol, methyl carbitol, ethyl carbitol, butyl carbitol, propylene glycol monomethyl ether, propylene Glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, Glycol ethers such as reethylene glycol monoethyl ether, ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol mono Examples include acetic acid esters such as ethyl ether acetate, and the like, and these can be dissolved and mixed to form a uniform solution-like composition.

ソース電極40及びドレイン電極41は、種々の材料から構成することができる。ソース電極40及びドレイン電極41の材料としては、例えば、金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いたペーストが挙げられる。また、例えば、金属や合金、透明導電膜材料を、全面にスパッタ法や蒸着法等によって成膜後、レジスト材料を用い、フォトリソグラフィー法やスクリーン印刷法で所望のレジストパターンを形成した後、酸等のエッチング液でエッチングすることにより所望のパターンを形成することができる。また、金属や合金、透明導電膜材料を、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法で直接所望のパターンを形成することもできる。これらスパッタ法や蒸着法に使用できる金属材料としては、アルミニウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ニッケル、銅、銀、金、白金、パラジウム等が、透明導電膜材料としてはITO等が挙げられる。   The source electrode 40 and the drain electrode 41 can be composed of various materials. Examples of the material of the source electrode 40 and the drain electrode 41 include a solution in which metal colloidal particles such as gold, silver, and nickel are dispersed or a paste that uses metal particles such as silver as a conductive material. Also, for example, a metal, an alloy, or a transparent conductive film material is formed on the entire surface by sputtering or vapor deposition, and a resist pattern is used to form a desired resist pattern by photolithography or screen printing. A desired pattern can be formed by etching with an etching solution such as the above. In addition, a desired pattern can be directly formed from a metal, an alloy, or a transparent conductive film material by a sputtering method or a vapor deposition method using a mask. Examples of metal materials that can be used for these sputtering and vapor deposition methods include aluminum, molybdenum, chromium, titanium, tantalum, nickel, copper, silver, gold, platinum, and palladium, and examples of the transparent conductive film material include ITO.

有機半導体層50は、トランジスタ動作時にチャネルを形成するアクティブ半導体領域であり、有機半導体膜から構成される。有機半導体層50は、種々の材料から構成されてよいが、例えば、ペンタセンやアントラセン、ルブレン等の多環芳香族炭化水素、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)等の低分子化合物、ポリアセチレンやポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)等のポリマー等を用いてもよい。   The organic semiconductor layer 50 is an active semiconductor region that forms a channel during transistor operation, and is composed of an organic semiconductor film. The organic semiconductor layer 50 may be composed of various materials, for example, polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene, anthracene and rubrene, low molecular compounds such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ), polyacetylene and poly- Polymers such as 3-hexylthiophene (P3HT) and polyparaphenylene vinylene (PPV) may be used.

なお、図1においては示していないが、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、必要に応じて、封止層、遮光層等を設けるようにしてもよい。   Although not shown in FIG. 1, the organic thin film transistor according to this embodiment may be provided with a sealing layer, a light shielding layer, and the like as necessary.

次に、図2を用いて、本発明の実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの製造方法について説明する。図2は、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。なお、図2においては、上述したゲート絶縁膜を用いた例を挙げて説明する。   Next, the manufacturing method of the organic thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated using FIG. FIG. 2 is a view for explaining the method of manufacturing the organic thin film transistor according to the first embodiment. Note that FIG. 2 will be described using an example in which the above-described gate insulating film is used.

図2(i)は、ゲート電極形成工程の一例を示した図である。ゲート電極形成工程においては、絶縁基板10上にゲート電極20を成膜する。   FIG. 2I is a diagram showing an example of the gate electrode formation process. In the gate electrode formation step, the gate electrode 20 is formed on the insulating substrate 10.

図2(ii)は、ゲート絶縁膜形成工程の一例を示した図である。ゲート絶縁膜形成工程においては、ゲート電極20上にゲート絶縁膜用組成物を塗布し、露光、現像により所望のパターンに形成した後、熱硬化させることで成膜する。これにより、ゲート絶縁膜30が完成する。   FIG. 2 (ii) is a diagram illustrating an example of a gate insulating film forming process. In the gate insulating film forming step, the composition for a gate insulating film is applied onto the gate electrode 20, formed into a desired pattern by exposure and development, and then formed by thermal curing. Thereby, the gate insulating film 30 is completed.

図2(iii)は、ソース・ドレイン電極形成工程の一例を示した図である。ソース・ドレイン電極形成工程においては、ゲート絶縁膜30上に、ソース電極40及びドレイン電極41が形成される。ソース電極40及びドレイン電極41は、ゲート電極20の中央領域は開口部となるように、ゲート電極20の両端部の上方に形成され、ゲート電極20の両端部と一部重なるような位置に形成される。なお、ソース電極40とドレイン電極41は、同じ材料から構成されているので、ソース電極40とドレイン電極41が入れ替わって形成されてもよい。ソース電極40及びドレイン電極41の形成方法は問わない。例えば、フォトリソグラフィー法やディスペンサ法の他、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法等の印刷法により形成されてもよい。上述のように、スパッタ法や蒸着法を用いて成膜し、その後にフォトリソグラフィやスクリーン印刷により所定のパターンを形成してもよいし、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法により所定のパターンに成膜して構成してもよい。用いる材料は、図1において説明した通り、種々の材料を用いることができる。なお、ソース電極お40よびドレイン電極41形成後のゲート絶縁膜30の表面の平滑性が維持されていることが必要である。   FIG. 2 (iii) shows an example of the source / drain electrode formation step. In the source / drain electrode formation step, the source electrode 40 and the drain electrode 41 are formed on the gate insulating film 30. The source electrode 40 and the drain electrode 41 are formed above the both end portions of the gate electrode 20 so that the central region of the gate electrode 20 is an opening, and are formed so as to partially overlap the both end portions of the gate electrode 20. Is done. Since the source electrode 40 and the drain electrode 41 are made of the same material, the source electrode 40 and the drain electrode 41 may be interchanged. The formation method of the source electrode 40 and the drain electrode 41 does not matter. For example, it may be formed by a printing method such as a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method in addition to a photolithography method and a dispenser method. As described above, a film may be formed using a sputtering method or a vapor deposition method, and then a predetermined pattern may be formed by photolithography or screen printing, or a predetermined pattern may be formed by a sputtering method or a vapor deposition method using a mask. A film may be formed. Various materials can be used as described with reference to FIG. It is necessary that the smoothness of the surface of the gate insulating film 30 after the formation of the source electrode 40 and the drain electrode 41 is maintained.

図2 (iv)は、有機半導体層形成工程の一例を示した図である。有機半導体層形成工程においては、ソース電極40及びドレイン領域41の開口部にあり、ゲート絶縁膜30が露出した部分に、有機半導体膜が形成される。有機半導体層50の形成方法は問わず、種々の方法により形成されてよい。有機半導体層50は、ゲート絶縁膜30上に形成されるとともに、ソース電極40とドレイン電強41の各々の開口部側端部を覆うように形成される。有機半導体層50も、図1において説明した通り、種々の材料から構成されてよい。   FIG. 2 (iv) shows an example of the organic semiconductor layer forming step. In the organic semiconductor layer formation step, the organic semiconductor film is formed in the opening of the source electrode 40 and the drain region 41 and the portion where the gate insulating film 30 is exposed. The formation method of the organic semiconductor layer 50 is not limited and may be formed by various methods. The organic semiconductor layer 50 is formed on the gate insulating film 30 and covers the opening side end portions of the source electrode 40 and the drain strength 41. The organic semiconductor layer 50 may also be composed of various materials as described in FIG.

〔実施形態2〕
図3は、本発明の実施形態2に係る有機薄膜トランジスタの一例を示した断面構成図である。実施形態2に係る有機薄膜トランジスタは、絶縁基板10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁膜30とを備え、これらが下から順に積層されて構成されている点は、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタと同様である。よって、これらの構成要素には、実施形態1と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of an organic thin film transistor according to Embodiment 2 of the present invention. The organic thin film transistor according to the second embodiment includes an insulating substrate 10, a gate electrode 20, and a gate insulating film 30, and is configured by sequentially laminating these from the bottom. It is the same. Therefore, these components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.

実施形態2に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜30上の全面に有機半導体層51が形成され、有機半導体層51の上にソース電極42及びドレイン電極43が形成されている点で、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタと異なっている。   In the organic thin film transistor according to the second embodiment, the organic semiconductor layer 51 is formed on the entire surface of the gate insulating film 30, and the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed on the organic semiconductor layer 51. It differs from the organic thin-film transistor which concerns on.

実施形態2に係る有機薄膜トランジスタは、ボトムゲート・トップコンタクト構造と呼ばれている構造を有している。このように、本発明に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート電極20上にゲート絶縁膜30が形成されている構成を有していれば、トップコンタクト構造に構成されてもよい。   The organic thin film transistor according to the second embodiment has a structure called a bottom gate / top contact structure. Thus, the organic thin film transistor according to the present invention may have a top contact structure as long as the gate insulating film 30 is formed on the gate electrode 20.

なお、ソース電極42とドレイン電強43は、厚さ方向の形成位置は有機半導体層50の上であり、実施形態1と異なるが、上面視的な位置は、ゲート電極20の両端部を覆うような位置である点で、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタと同様である。   The source electrode 42 and the drain electrode strength 43 are formed in the thickness direction on the organic semiconductor layer 50 and are different from the first embodiment, but the top view positions cover both ends of the gate electrode 20. It is the same as that of the organic thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 by the point which is such a position.

実施形態2に係る有機薄膜トランジスタの製造方法については、図2(iii)で説明したソース・ドレイン電極形成工程と、図2(iv)で説明した有機半導体層形成工程の順序を入れ替え、有機半導体層形成工程において、ゲート絶縁膜30の全面に有機半導体層51を形成すればよく、他の工程は、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタの製造方法と同様であるので、その説明を省略する。   With respect to the method of manufacturing the organic thin film transistor according to the second embodiment, the order of the source / drain electrode forming step described with reference to FIG. 2 (iii) and the organic semiconductor layer forming step described with reference to FIG. In the formation step, the organic semiconductor layer 51 may be formed on the entire surface of the gate insulating film 30. The other steps are the same as those in the method for manufacturing the organic thin film transistor according to the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このように、実施形態1乃至2で説明したように、本発明に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート電極20上にゲート絶縁膜30が形成されたボトムゲート構造を有すれば、種々の構造の有機薄膜トランジスタに適用することができる。   Thus, as described in the first and second embodiments, the organic thin film transistor according to the present invention has various structures as long as it has a bottom gate structure in which the gate insulating film 30 is formed on the gate electrode 20. Can be applied to.

次に、本発明の実施例に係る有機薄膜トランジスタについて説明する。本実施例に係る有機薄膜トランジスタにおいては、有機半導体層50に低分子半導体であるペンタセンを用いて、図1に示した実施形態1に係るボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタを作製し、比較例に係る有機薄膜トランジスタと特性比較を行った。なお、以下の各実施例において、実施形態1に係る有機薄膜トランジスタと同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。   Next, the organic thin-film transistor which concerns on the Example of this invention is demonstrated. In the organic thin film transistor according to the present example, the organic thin film transistor having the bottom contact structure according to the first embodiment shown in FIG. The characteristics were compared with those of the thin film transistor. In addition, in each following example, about the component similar to the organic thin-film transistor which concerns on Embodiment 1, the same referential mark is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

〔実施例1〕
本発明の実施例1に係る有機薄膜トランジスタは、以下のようにして作製した。まず、絶縁基板10としてガラス基板(20mm□)を用い、この絶縁基板10上にゲート電極20となるAlを、真空蒸着法で50nmの膜厚になるよう成膜した。膜厚の測定は、触針式表面形状測定器(Dektak3030、アルバック社製)を用いて、成膜部と非成膜部の段差を測定した。以下の各工程で成膜する膜厚の測定は同様な方法で行った。
[Example 1]
The organic thin film transistor according to Example 1 of the present invention was manufactured as follows. First, a glass substrate (20 mm □) was used as the insulating substrate 10, and Al serving as the gate electrode 20 was formed on the insulating substrate 10 so as to have a film thickness of 50 nm by vacuum deposition. The film thickness was measured by using a stylus type surface shape measuring instrument (Dektak 3030, manufactured by ULVAC) to measure the level difference between the film forming part and the non-film forming part. The film thickness formed in each of the following steps was measured by the same method.

次に、ゲート絶縁膜用組成物1(組成は表1に記載)をスピンコート法により塗布した後、ホットプレート上で90℃で90秒間プレベークした。その後、パターン形成用のフォトマスクを通して4.5mW/cm2の超高圧水銀ランプで波長365nmの紫外線を800mJ/cm2照射し露光部分の光硬化反応を行った。次に、この露光済み塗板を2.38wt%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いディップ現像にて20秒間の現像を行い、引き続き60秒間ディップ水洗を行い、塗膜の未露光部を除去した。その後、ポストベークとしてホットプレートを用いて200℃、60分間加熱硬化処理を行って、膜厚380nmのゲート絶縁膜30を形成した。   Next, after applying the composition 1 for gate insulating films (a composition is described in Table 1) by the spin coat method, it prebaked at 90 degreeC on the hotplate for 90 seconds. After that, the photocuring reaction of the exposed portion was performed by irradiating ultraviolet light having a wavelength of 365 nm with a 4.5 mW / cm 2 ultrahigh pressure mercury lamp through a photomask for pattern formation with 800 mJ / cm 2. Next, this exposed coated plate is developed with a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution by dip development for 20 seconds, followed by dip water washing for 60 seconds to remove unexposed portions of the coating film. did. Thereafter, a heat curing process was performed at 200 ° C. for 60 minutes using a hot plate as a post-bake to form a gate insulating film 30 having a thickness of 380 nm.

次いで、ゲート絶縁膜30上にAuを50nmの膜厚になるように真空蒸着法により全面成膜し、次に、ポジ型フォトレジスト(OFPR800、東京応化工業株式会社製)をスピンコート法により塗布し90℃で90秒プリベークした後、パターン形成用のフォトマスクを通して4.5mW/cm2の超高圧水銀ランプで波長365nmの紫外線を75mJ/cm2照射した。その後、2.38wt%テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド(TMAH)水溶液ディップ現像にて25秒間の現像を行い、引き続き60秒間ディップ水洗を行い、フォトレジストの露光部を除去した。次にこの試料をAuのエッチング液(AURUM−302 関東化学株式会社)に60秒間浸漬させ、パターニングを行った。その後、60秒間超純水による水洗し、N2ブローにより乾燥させソース電極40及びドレイン電極41を形成した。 Next, Au is deposited on the entire surface of the gate insulating film 30 by vacuum deposition so as to have a film thickness of 50 nm, and then a positive photoresist (OFPR800, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied by spin coating. After pre-baking at 90 ° C. for 90 seconds, ultraviolet light having a wavelength of 365 nm was irradiated at 75 mJ / cm 2 with a 4.5 mW / cm 2 ultrahigh pressure mercury lamp through a photomask for pattern formation. Thereafter, development was performed by dip development of 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution for 25 seconds, followed by dip washing for 60 seconds to remove the exposed portion of the photoresist. Next, this sample was dipped in an etching solution of Au (AURUM-302 Kanto Chemical Co., Inc.) for 60 seconds to perform patterning. Thereafter, it was washed with ultrapure water for 60 seconds and dried by N2 blow to form a source electrode 40 and a drain electrode 41.

次いで、ソース電極40及びドレイン電極41の開口部のゲート絶縁膜30上に、真空蒸着装置を使用してペンタセンを50nm成膜し、有機半導体層50を形成した。   Next, 50 nm of pentacene was formed on the gate insulating film 30 in the openings of the source electrode 40 and the drain electrode 41 by using a vacuum vapor deposition apparatus to form the organic semiconductor layer 50.

以上により、有機トランジスタ1を形成した。この有機トランジスタ1について、トランジスタ特性を測定した。   Thus, the organic transistor 1 was formed. The transistor characteristics of this organic transistor 1 were measured.

〔実施例2〕
ゲート絶縁膜組成物2(組成は表1に記載)を用いた以外は、実施例1と同様にして各層を形成し、有機トランジスタ2を形成した。なお、ゲート絶縁膜30の膜厚は360nmであった。この有機トランジスタ2について、トランジスタ特性を測定した。
[Example 2]
Each layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating film composition 2 (the composition is described in Table 1) was used, and an organic transistor 2 was formed. The film thickness of the gate insulating film 30 was 360 nm. The transistor characteristics of this organic transistor 2 were measured.

〔実施例3〕
ゲート絶縁膜組成物3(組成は表1に記載)を用い、また、ポストベークとしてホットプレートを用いて150℃、60分間加熱硬化処理してゲート絶縁膜30を形成した以外は、実施例1と同様にして各層を形成し、有機トランジスタ3を形成した。なお、ゲート絶縁膜30の膜厚は430nmであった。この有機トランジスタ3について、トランジスタ特性を測定した。
Example 3
Example 1 except that the gate insulating film composition 3 (the composition is described in Table 1) was used, and the gate insulating film 30 was formed by heat curing at 150 ° C. for 60 minutes using a hot plate as a post-bake. Each layer was formed in the same manner as described above to form the organic transistor 3. The film thickness of the gate insulating film 30 was 430 nm. The transistor characteristics of this organic transistor 3 were measured.

〔比較例1〕
ゲート絶縁膜形成工程を以下に示すように実施した以外は、実施例1と同様にして各層を形成し、有機トランジスタ4を形成した。ゲート絶縁膜形成工程は、ポリイミドワニス(CT4112、京セラケミカル社製)をスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気下100℃で10分間加熱乾燥し、さらに180℃1時間加熱した。これにより、膜厚680nmのゲート絶縁膜を形成した。この有機トランジスタ4について、トランジスタ特性を測定した。
[Comparative Example 1]
Each layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating film forming step was performed as described below, and the organic transistor 4 was formed. In the gate insulating film forming step, polyimide varnish (CT4112, manufactured by Kyocera Chemical Co., Ltd.) was applied by spin coating, dried by heating at 100 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, and further heated at 180 ° C. for 1 hour. As a result, a gate insulating film having a thickness of 680 nm was formed. The transistor characteristics of this organic transistor 4 were measured.

〔比較例2及び3〕
ゲート絶縁膜組成物4及び5(組成は表1に記載)を用いた以外は、実施例1と同様にして各層を形成し、有機トランジスタ5(比較例2)及び6(比較例3)を形成した。なお、ゲート絶縁膜30の膜厚は400nmであった。この有機トランジスタ5及び6について、トランジスタ特性を測定した。
[Comparative Examples 2 and 3]
Each layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating film compositions 4 and 5 (compositions are listed in Table 1) were used, and organic transistors 5 (Comparative Example 2) and 6 (Comparative Example 3) were formed. Formed. The film thickness of the gate insulating film 30 was 400 nm. The transistor characteristics of these organic transistors 5 and 6 were measured.

* 表中の数字はすべて質量部である。
*1 フルオレン骨格を有するエポキシアクリレ−ト酸付加物のプロピレングリコ−ルモノメチルエ−テルアセテ−ト溶液(樹脂固形分濃度56.5%、新日鉄住金化学(株)製)
*2 ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(日本化薬(株)製)
*3 アロニックスM−360(東亜合成(株)製)
*4 一般式(I)においてAが9,9−フルオレニル基であるビスフェノール型エポキシ樹脂にアクリル酸を反応(エポキシ基に対して当量)させて得られるエポキシアクリレ−ト化合物のPGMEA溶液(ASF-400(新日鉄住金化学社製、樹脂固形分濃度50質量%)
*5 jER YX4000HK(三菱化学(株)製)
* All numbers in the table are parts by mass.
* 1 Propylene glycol monomethyl ether acetate solution of an epoxy acrylate adduct having a fluorene skeleton (resin solids concentration 56.5%, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.)
* 2 Mixture of dipentaerythritol hexaacrylate and dipentaerythritol pentaacrylate (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
* 3 Aronix M-360 (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.)
* 4 PGMEA solution (ASF) of epoxy acrylate compound obtained by reacting acrylic acid with bisphenol type epoxy resin in which A is 9,9-fluorenyl group in general formula (I) (equivalent to epoxy group) -400 (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd., resin solid content concentration 50% by mass)
* 5 jER YX4000HK (Mitsubishi Chemical Corporation)

〔実施例4〕
実施例1と同様の方法で有機トランジスタを形成し、ソース電極40及びドレイン電極41の形成前後のゲート絶縁膜の表面粗さを測定した。表面粗さは原子間力顕微鏡システム(ブルカー・エイエックスエス株式会社、Nano Scope Dimension Icon)を用いて5μm角エリアで算出した。
Example 4
An organic transistor was formed by the same method as in Example 1, and the surface roughness of the gate insulating film before and after the formation of the source electrode 40 and the drain electrode 41 was measured. The surface roughness was calculated in a 5 μm square area using an atomic force microscope system (Bruker AXS, Nano Scope Dimension Icon).

〔実施例5〕
実施例2と同様の方法で有機トランジスタを形成し、ソース電極40及びドレイン電極41の形成前後のゲート絶縁膜の表面粗さを実施例4と同様の方法で測定した。
Example 5
An organic transistor was formed by the same method as in Example 2, and the surface roughness of the gate insulating film before and after the formation of the source electrode 40 and the drain electrode 41 was measured by the same method as in Example 4.

〔比較例4〕
比較例1と同様の方法で有機トランジスタを形成し、ソース電極40及びドレイン電極41の形成前後のゲート絶縁膜の表面粗さを実施例4と同様の方法で測定した。
[Comparative Example 4]
An organic transistor was formed by the same method as in Comparative Example 1, and the surface roughness of the gate insulating film before and after the formation of the source electrode 40 and the drain electrode 41 was measured by the same method as in Example 4.

図4は、実施例1、2及び比較例1に係る有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性の1つを示した図であり、有機薄膜トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流の変化特性を示した図である。図4において、実施例1、2及び比較例1に係る有機薄膜トランジスタの特性曲線がそれぞれ示されている。いずれも典型的なp型特性が得られており、実施例1、2は電流ヒステリシスがまったく無く、キャリア移動度は0.1cm2以上、電流オンオフ比は106以上、閾値電圧は0V近傍における良好なスイッチング性能を示した。一方、比較例1は若干の電流ヒステリシスが確認された。また、トランジスタ特性曲線より実施例1、2と同程度の電流オンオフ比が得られているが、キャリア移動度は1桁低下し、閾値電圧はプラス側へ大幅なシフトがみられた。 FIG. 4 is a diagram illustrating one of the transistor characteristics of the organic thin film transistors according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and is a diagram illustrating a change characteristic of the drain current with respect to the gate voltage of the organic thin film transistor. In FIG. 4, the characteristic curves of the organic thin film transistors according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown. In both cases, typical p-type characteristics are obtained. In Examples 1 and 2, there is no current hysteresis, carrier mobility is 0.1 cm 2 or more, current on / off ratio is 10 6 or more, and threshold voltage is around 0V. Good switching performance was shown. On the other hand, in Comparative Example 1, a slight current hysteresis was confirmed. Further, from the transistor characteristic curve, a current on / off ratio comparable to that in Examples 1 and 2 was obtained, but the carrier mobility decreased by an order of magnitude and the threshold voltage was significantly shifted to the plus side.

図5は、実施例4、5及び比較例4に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜における平坦性の測定結果を示した図である。実施例4、5において、ゲート絶縁膜の表面粗さはいずれも0.3nm以下であり、Au電極形成前後における表面粗さの変動はほとんど見られないことから極めて高い平坦性を維持していることが示された。一方、比較例4において、Au電極形成後の表面粗さは0.9nmに増加しており、表面粗さに明確な変動がみられた。   FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the flatness in the gate insulating film of the organic thin film transistors according to Examples 4 and 5 and Comparative Example 4. In Examples 4 and 5, the surface roughness of the gate insulating film is 0.3 nm or less, and the surface roughness before and after the formation of the Au electrode is hardly observed, so that extremely high flatness is maintained. It was shown that. On the other hand, in Comparative Example 4, the surface roughness after forming the Au electrode increased to 0.9 nm, and a clear variation was observed in the surface roughness.

以上の評価結果を表2にまとめて示す。
なお、実施例3、及び比較例2、3のトランジスタ特性は、実施例1、2及び比較例1について図4に示したような特性図から読み取った各特性値を表2に記載し、特性図自体は省略した。また、実施例3、及び比較例2、3に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜における平坦性の測定も、実施例4及び5、比較例4と同様に行ったが、これらについても、図は省略し、Au電極形成後の表面粗さの測定値のみを表2に記載した。
The above evaluation results are summarized in Table 2.
The transistor characteristics of Example 3 and Comparative Examples 2 and 3 are shown in Table 2 with respective characteristic values read from the characteristic diagram as shown in FIG. 4 for Examples 1, 2 and Comparative Example 1. The figure itself is omitted. In addition, the flatness of the gate insulating film of the organic thin film transistor according to Example 3 and Comparative Examples 2 and 3 was also measured in the same manner as in Examples 4 and 5 and Comparative Example 4, but these figures are also omitted. Only the measured values of the surface roughness after forming the Au electrode are shown in Table 2.

このように、本発明に係るゲート絶縁膜30は、薄膜形成後、及び、フォトリソグラフィーによる電極等の形成後(有機半導体層形成時)において高平坦性が得られている。また、それを用いた有機薄膜トランジスタのキャリア移動度は高く、閾値電圧のシフトや電流ヒステリシスがないことからトランジスタの駆動安定性や応答性を高めることができる。   As described above, the gate insulating film 30 according to the present invention has high flatness after a thin film is formed and after an electrode or the like is formed by photolithography (when an organic semiconductor layer is formed). In addition, since the organic thin film transistor using the same has high carrier mobility and no threshold voltage shift or current hysteresis, the driving stability and responsiveness of the transistor can be improved.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、有機トランジスタ及び有機トランジスタを用いた種々の電子回路に利用することができる。   The present invention can be used in various electronic circuits using organic transistors and organic transistors.

10 絶縁基板
20 ゲート電極
30 ゲート絶縁膜
40、42 ソース電極
41、43 ドレイン電極
50、51 有機半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Insulating substrate 20 Gate electrode 30 Gate insulating film 40, 42 Source electrode 41, 43 Drain electrode 50, 51 Organic-semiconductor layer

Claims (5)

(A)ビスフェノール型エポキシ化合物とエチレン性不飽和結合基含有モノカルボン酸とを反応させた化合物に対して、a)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物、及びb)テトラカルボン酸又はその酸二無水物を、a/bのモル比が0.1〜10となる範囲で反応させて得られた化合物、(B)少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する重合性モノマー、及び(C)エポキシ化合物を含有する組成物を硬化させてなることを特徴とするゲート絶縁膜。   (A) For a compound obtained by reacting a bisphenol type epoxy compound with an ethylenically unsaturated bond group-containing monocarboxylic acid, a) a dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid anhydride thereof, and b) a tetracarboxylic acid or acid thereof A compound obtained by reacting a dianhydride in a range where the molar ratio of a / b is 0.1 to 10, (B) a polymerizable monomer having at least one ethylenically unsaturated bond, and (C ) A gate insulating film obtained by curing a composition containing an epoxy compound. 前記組成物が、更に(D)光重合開始剤を含有する請求項1記載のゲート絶縁膜。   The gate insulating film according to claim 1, wherein the composition further contains (D) a photopolymerization initiator. 少なくとも1つのゲート電極と、少なくとも1つのソース電極と、少なくとも1つのドレイン電極と、少なくとも1つの有機半導体層と、請求項1又は2のいずれかに記載のゲート絶縁膜とを含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。   It includes at least one gate electrode, at least one source electrode, at least one drain electrode, at least one organic semiconductor layer, and the gate insulating film according to claim 1 or 2. Organic thin film transistor. ゲート絶縁膜の膜厚が0.05〜1.0μmである請求項3記載の有機薄膜トランジスタ。   4. The organic thin film transistor according to claim 3, wherein the gate insulating film has a thickness of 0.05 to 1.0 [mu] m. 少なくとも1つのゲート電極と、少なくとも1つのソース電極と、少なくとも1つのドレイン電極と、少なくとも1つの有機半導体層と、ゲート絶縁膜とを含む有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極上に請求項1又は2に記載の組成物を塗布して、UV露光とその後の150〜200℃の温度での加熱硬化を施すことにより、0.05〜1.0μmの膜厚でゲート絶縁膜を形成することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing an organic thin film transistor comprising at least one gate electrode, at least one source electrode, at least one drain electrode, at least one organic semiconductor layer, and a gate insulating film,
By applying the composition according to claim 1 or 2 on the gate electrode and performing UV exposure and subsequent heat curing at a temperature of 150 to 200 ° C., a film thickness of 0.05 to 1.0 μm is obtained. A method for producing an organic thin film transistor, comprising forming a gate insulating film.
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