JP2015159169A - Composition for electrode modification, method for electrode modification, and organic thin film transistor - Google Patents

Composition for electrode modification, method for electrode modification, and organic thin film transistor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for electrode modification which enables the selective and efficient attachment to an electrode surface, and which enables the execution of a process for increase in electric charge transfer exclusively on an electrode surface e.g. in manufacturing an organic thin film transistor.SOLUTION: A composition for electrode modification of the present invention comprises: (A) a thiol compound of which the ionization potential is 5.0-6.1 eV; and (B) a solvent. The (B) component includes (B1) alcohol-based solvent of which the boiling point is 150-250°C. The surface tension of the composition is 30-50 mN/m.

Description

本発明は、電極修飾用組成物、電極修飾方法および有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an electrode modifying composition, an electrode modifying method, and an organic thin film transistor.

有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタ(有機TFT)では、電極の仕事関数と有機半導体のイオン化ポテンシャルの差が大きいと、電荷の移動がうまくいかず、作動電圧が上昇するという問題がある。
このような問題を解決するために、有機半導体のイオン化ポテンシャルに近いイオン化ポテンシャルを有する化合物を用いて電極表面を処理する技術が知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。
In an organic thin film transistor (organic TFT) using an organic semiconductor, there is a problem that if the difference between the work function of the electrode and the ionization potential of the organic semiconductor is large, the transfer of charges does not work and the operating voltage rises.
In order to solve such a problem, a technique for treating an electrode surface with a compound having an ionization potential close to that of an organic semiconductor is known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

米国特許第6335539号明細書US Pat. No. 6,335,539 特開2008−60117号公報JP 2008-60117 A 国際公開第2011/132425号International Publication No. 2011/132425

前記特許文献1〜3に記載の技術においては、電極表面を処理する物質は電極表面のみに存在し、他の部分には存在しないことが好ましい。特に、ソース電極とドレイン電極との間の部分に存在すると有機薄膜トランジスタのオフ電流が増大してしまうといった問題を生じる恐れがある。
しかしながら、前記特許文献1〜3では、薄膜トランジスタの電極の表面に対してチオール化合物や導電性ポリアニリンなどを含む薬液を用いて処理する方法が開示されているが、電極の表面のみに物質を存在させる手段については開示されていない。そのため、薬液の組成によっては電極の処理後に、電極以外の部分を洗浄する工程を必要とし、大型の基板を処理する場合には巨大な薬液槽を必要とするという問題があった。すなわち、有機薄膜トランジスタの製造においては、ソース電極やドレイン電極の表面のみに選択的に表面処理剤が付着するような生産性の高い手段が求められる。
In the techniques described in Patent Documents 1 to 3, it is preferable that the substance for treating the electrode surface exists only on the electrode surface and does not exist in other portions. In particular, if it exists in a portion between the source electrode and the drain electrode, there is a risk that the off current of the organic thin film transistor increases.
However, Patent Documents 1 to 3 disclose a method of treating the surface of an electrode of a thin film transistor with a chemical solution containing a thiol compound or conductive polyaniline, but a substance is present only on the surface of the electrode. No means are disclosed. For this reason, depending on the composition of the chemical solution, there is a problem that a process for cleaning portions other than the electrode is required after the electrode processing, and a huge chemical bath is required when processing a large substrate. That is, in the production of an organic thin film transistor, a highly productive means is required in which the surface treatment agent is selectively attached only to the surfaces of the source electrode and the drain electrode.

そこで、本発明は、電極表面に選択的にかつ効率よく付着させることが可能であり、例えば有機薄膜トランジスタの製造においては、電極表面のみに電荷移動を向上させるための処理を施すことが可能な電極修飾用組成物、並びにそれを用いた電極修飾方法および有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can be selectively and efficiently attached to the electrode surface. For example, in the manufacture of an organic thin film transistor, an electrode capable of performing a treatment for improving charge transfer only on the electrode surface. The object is to provide a composition for modification, an electrode modification method using the composition, and an organic thin film transistor.

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような電極修飾用組成物、電極修飾方法および有機薄膜トランジスタを提供するものである。
本発明の電極修飾用組成物は、(A)イオン化ポテンシャルが5.0eV以上6.1eV以下であるチオール化合物と、(B)溶剤とを含み、前記(B)成分は、(B1)沸点が150℃以上250℃以下のアルコール系溶剤を含み、当該組成物の表面張力が30mN/m以上50mN/m以下であることを特徴とするものである。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B)成分は、単独の溶剤もしくは2種以上の溶剤からなる混合溶剤であり、混合溶剤の場合には、これら2種以上の溶剤のうち最も沸点の高い溶剤の表面張力が35mN/m以上50mN/m以下であることが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(A)成分によって修飾された電極の表面自由エネルギーが25mN/m以上40mN/m以下であることが好ましい。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following electrode modification composition, electrode modification method, and organic thin film transistor.
The composition for electrode modification of the present invention includes (A) a thiol compound having an ionization potential of 5.0 eV or more and 6.1 eV or less, and (B) a solvent. The component (B) has a boiling point (B1). It contains an alcohol solvent at 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the composition has a surface tension of 30 mN / m or more and 50 mN / m or less.
In the electrode modifying composition of the present invention, the component (B) is a single solvent or a mixed solvent composed of two or more solvents, and in the case of a mixed solvent, the most of these two or more solvents. The surface tension of the solvent having a high boiling point is preferably 35 mN / m or more and 50 mN / m or less.
In the electrode modifying composition of the present invention, the surface free energy of the electrode modified with the component (A) is preferably 25 mN / m or more and 40 mN / m or less.

本発明の電極修飾用組成物においては、前記(A)成分の濃度が、組成物全量に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(A)成分が、4−トリフルオロメチルベンゼンチオール、3−トリフルオロメチルベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−メルカプト安息香酸メチルエステル、3,5−ビストリフルオロメチルベンゼンチオール、4−フルオロベンゼンチオールおよび4−ニトロベンゼンチオールからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
In the electrode modifying composition of the present invention, the concentration of the component (A) is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less based on the total amount of the composition.
In the electrode modifying composition of the present invention, the component (A) is 4-trifluoromethylbenzenethiol, 3-trifluoromethylbenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluorobenzene. Thiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4-mercaptobenzoic acid methyl ester, 3,5-bistrifluoromethylbenzene It is preferably at least one compound selected from the group consisting of thiol, 4-fluorobenzenethiol and 4-nitrobenzenethiol.

本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B1)成分の配合量が、前記(B)成分全量に対して、50質量%以上であることが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B1)成分が、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、エチレングリコール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、シクロヘキサノール、乳酸プロピルおよび乳酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B1)成分が、2価アルコールであることが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B)成分が、(B2)沸点が150℃未満のアルコール系溶剤をさらに含有することが好ましい。
本発明の電極修飾用組成物においては、前記(B2)成分が、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ペンタノールおよび1−メトキシ−2−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1つの溶剤であることが好ましい。
In the composition for electrode modification of the present invention, the blending amount of the component (B1) is preferably 50% by mass or more based on the total amount of the component (B).
In the composition for electrode modification of the present invention, the component (B1) is 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, ethylene glycol, 3-methoxy-1,2-propanediol, 1,2- It is preferably at least one compound selected from the group consisting of butanediol, 1,3-butanediol, cyclohexanol, propyl lactate and ethyl lactate.
In the electrode modifying composition of the present invention, the component (B1) is preferably a dihydric alcohol.
In the electrode modifying composition of the present invention, the component (B) preferably further contains (B2) an alcohol solvent having a boiling point of less than 150 ° C.
In the composition for electrode modification of the present invention, the component (B2) comprises methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, pentanol and 1-methoxy-2-propanol. It is preferably at least one solvent selected from the group.

本発明の電極修飾方法は、有機薄膜トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾する電極修飾方法であって、前記電極修飾用組成物を用いて、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、フレキソ印刷法およびインクジェット印刷法のうちのいずれかの印刷法によって、前記電極を修飾することを特徴とする方法である。
本発明の他の電極修飾方法は、有機薄膜トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾する電極修飾方法であって、前記有機薄膜トランジスタは、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが間隔を空けて対向した構造を有するものであり、前記ソース電極および前記ドレイン電極を有する電極付基板上に、前記電極修飾用組成物を付着させる工程を備え、前記電極付基板は、前記ソース電極の表面自由エネルギー(SFE−S)、前記ドレイン電極の表面自由エネルギー(SFE−D)、および、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の部分の表面自由エネルギー(SFE−GI)の関係が、下記数式(F1)および(F2)のうちの少なくとも一つを満たすことを特徴とする方法である。
(SFE−GI)<(SFE−S) ・・・(F1)
(SFE−GI)<(SFE−D) ・・・(F2)
この電極修飾方法においては、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、フレキソ印刷法およびインクジェット印刷法のうちのいずれかの印刷法によって、前記電極を修飾することが好ましい。
本発明の電極修飾方法においては、前記有機薄膜トランジスタは、印刷法によって形成されるものであることが好ましい。
The electrode modification method of the present invention is an electrode modification method for modifying the surface of at least one of a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor, using the composition for electrode modification, screen printing method, reverse offset printing. The electrode is modified by a printing method selected from a printing method, a flexographic printing method, and an inkjet printing method.
Another electrode modification method of the present invention is an electrode modification method for modifying a surface of at least one of a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor, wherein the organic thin film transistor has an interval between the source electrode and the drain electrode. A step of attaching the electrode modifying composition to the electrode-attached substrate having the source electrode and the drain electrode, wherein the electrode-attached substrate comprises: The relationship among the surface free energy (SFE-S), the surface free energy of the drain electrode (SFE-D), and the surface free energy (SFE-GI) of the portion between the source electrode and the drain electrode is expressed by the following formula: It is a method characterized by satisfying at least one of (F1) and (F2).
(SFE-GI) <(SFE-S) (F1)
(SFE-GI) <(SFE-D) (F2)
In this electrode modification method, it is preferable that the electrode is modified by any one of screen printing, reverse offset printing, flexographic printing, and inkjet printing.
In the electrode modification method of the present invention, the organic thin film transistor is preferably formed by a printing method.

本発明の有機薄膜トランジスタは、基板と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、絶縁体層と、有機半導体層と、を有する有機薄膜トランジスタであって、前記電極修飾方法により、前記ソース電極および前記ドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾しており、前記電極修飾方法によって電極修飾した後における前記ソース電極の表面自由エネルギー(SFE−S2)、前記ドレイン電極の表面自由エネルギー(SFE−D2)、および、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の部分の表面自由エネルギー(SFE−GI2)の関係が、下記数式(F3)および(F4)の両方を満たすことを特徴とするものである。
|(SFE−S2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F3)
|(SFE−D2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F4)
The organic thin film transistor of the present invention is an organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer, wherein the source electrode and The surface of at least one of the drain electrodes is modified, and the surface free energy (SFE-S2) of the source electrode and the surface free energy of the drain electrode (SFE-D2) after the electrode modification by the electrode modification method. ) And the surface free energy (SFE-GI2) relationship of the portion between the source electrode and the drain electrode satisfies both the following formulas (F3) and (F4).
| (SFE-S2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F3)
| (SFE-D2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F4)

本発明によれば、電極表面に選択的にかつ効率よく付着させることが可能であり、例えば有機薄膜トランジスタの製造においては、電極表面のみに電荷移動を向上させるための処理を施すことが可能な電極修飾用組成物、並びにそれを用いた電極修飾方法および有機薄膜トランジスタを提供できる。   According to the present invention, it is possible to selectively and efficiently adhere to the electrode surface. For example, in the manufacture of an organic thin film transistor, an electrode capable of performing a treatment for improving charge transfer only on the electrode surface. A composition for modification, an electrode modification method using the composition, and an organic thin film transistor can be provided.

本実施形態における電極修飾用組成物を付着させる前の電極付基板を示す概略図である。It is the schematic which shows the board | substrate with an electrode before making the composition for electrode modification in this embodiment adhere. 本実施形態において、電極修飾用組成物を電極付基板に塗布した直後の状態を示す概略図である。In this embodiment, it is the schematic which shows the state immediately after apply | coating the composition for electrode modification to the board | substrate with an electrode. 本実施形態において、電極修飾用組成物を電極付基板に塗布した後に、電極修飾用組成物が流動した状態を示す概略図である。In this embodiment, after apply | coating the composition for electrode modification to the board | substrate with an electrode, it is the schematic which shows the state which the composition for electrode modification flowed. 本実施形態において、電極修飾用組成物を電極付基板に塗布した後に、乾燥し固化した状態を示す概略図である。In this embodiment, after apply | coating the composition for electrode modification to the board | substrate with an electrode, it is the schematic which shows the state dried and solidified. 本実施形態で得られる有機薄膜トランジスタを示す概略図である。It is the schematic which shows the organic thin-film transistor obtained by this embodiment. 本実施形態で得られる他の有機薄膜トランジスタを示す概略図である。It is the schematic which shows the other organic thin-film transistor obtained by this embodiment.

[電極修飾用組成物]
先ず、本発明の電極修飾用組成物について説明する。
本発明の電極修飾用組成物(以下、「本組成物」ともいう。)は、以下説明する(A)イオン化ポテンシャルが5.0eV以上6.1eV以下であるチオール化合物、および(B)溶剤を含むものである。
本組成物の表面張力は、30mN/m以上50mN/m以下であることが必要である。表面張力が下限未満では、本組成物が電極以外の部分にも付着しやすくなり、本組成物を電極部分に選択的に付着させることができない。他方、表面張力が前記上限を超えると、電極部分でも本組成物がはじかれやすくなり、本組成物を電極部分に十分に付着させることができない。また、前述の観点から、本組成物の表面張力は、35mN/m以上45mN/m以下であることがより好ましく、37mN/m以上44mN/m以下であることが特に好ましい。なお、表面張力は、ペンダントドロップ法により測定できる。
本組成物の粘度は、印刷方法によって好適な粘度範囲が異なるが、0.5mPa・s以上200Pa・s以下であることが好ましい。本組成物の粘度が前記範囲内であれば、塗布性および塗布後の流動性を確保できる。なお、粘度は、25℃にて測定した粘度であり、振動式(音叉式)粘度計(例えば、エー・アンド・デイ社製の音叉式粘度計SV−1A型)、回転粘度計等の一般的な粘度計により測定できる。
なお、本組成物の表面張力および粘度を調整する手段としては、(B)成分の種類や配合量を調整することなどが挙げられる。
[Electrode modification composition]
First, the electrode modification composition of the present invention will be described.
The composition for electrode modification of the present invention (hereinafter also referred to as “the present composition”) includes (A) a thiol compound having an ionization potential of 5.0 eV or more and 6.1 eV or less, and (B) a solvent described below. Is included.
The surface tension of the present composition needs to be 30 mN / m or more and 50 mN / m or less. When the surface tension is less than the lower limit, the composition tends to adhere to parts other than the electrode, and the composition cannot be selectively attached to the electrode part. On the other hand, when the surface tension exceeds the upper limit, the composition is easily repelled even in the electrode portion, and the composition cannot be sufficiently adhered to the electrode portion. From the above viewpoint, the surface tension of the composition is more preferably from 35 mN / m to 45 mN / m, particularly preferably from 37 mN / m to 44 mN / m. The surface tension can be measured by a pendant drop method.
The viscosity of the present composition is preferably 0.5 mPa · s or more and 200 Pa · s or less, although a suitable viscosity range varies depending on the printing method. When the viscosity of the composition is within the above range, coating properties and fluidity after coating can be ensured. The viscosity is a viscosity measured at 25 ° C. and is generally used for a vibration type (tuning fork type) viscometer (for example, a tuning fork type viscometer SV-1A type manufactured by A & D) or a rotational viscometer. It can be measured with a typical viscometer.
In addition, as a means to adjust the surface tension and viscosity of this composition, adjusting the kind and compounding quantity of (B) component, etc. are mentioned.

((A)成分)
本組成物における(A)成分は、イオン化ポテンシャルが5.0eV以上6.1eV以下であるチオール化合物である。(A)成分のイオン化ポテンシャルが前記範囲内であれば、有機薄膜トランジスタにおけるソース電極やドレイン電極などの表面を本組成物により修飾した場合に、電極の表面の仕事関数を高くできる。これにより、電極の仕事関数と有機半導体のイオン化ポテンシャルとの差を減少させるような勾配ができ、電極と有機半導体との間の電荷の移動がスムーズにできるため、有機薄膜トランジスタの作動電圧を小さくできる。また、(A)成分のイオン化ポテンシャルは、5.3eV以上6.1eV以下であることがより好ましい。
(A)成分によって修飾された電極の表面自由エネルギーが25mN/m以上45mN/m以下であることが好ましく、25mN/m以上40mN/m以下であることがより好ましく、28mN/m以上40mN/m以下であることが更により好ましい。これにより、電極と、電極同士の間の部分との表面自由エネルギーの差を小さくでき、有機半導体インクの塗布性を改善できる。なお、表面自由エネルギーは、表面張力が既知である複数種の液体の接触角から算出できる。
((A) component)
(A) component in this composition is a thiol compound whose ionization potential is 5.0 eV or more and 6.1 eV or less. When the ionization potential of the component (A) is within the above range, the work function of the surface of the electrode can be increased when the surface of the organic thin film transistor such as the source electrode and the drain electrode is modified with the present composition. As a result, a gradient that reduces the difference between the work function of the electrode and the ionization potential of the organic semiconductor can be formed, and the charge transfer between the electrode and the organic semiconductor can be smoothly performed, so that the operating voltage of the organic thin film transistor can be reduced. . The ionization potential of the component (A) is more preferably 5.3 eV or more and 6.1 eV or less.
The surface free energy of the electrode modified with the component (A) is preferably 25 mN / m or more and 45 mN / m or less, more preferably 25 mN / m or more and 40 mN / m or less, and 28 mN / m or more and 40 mN / m or less. Even more preferably: Thereby, the difference of the surface free energy of an electrode and the part between electrodes can be made small, and the applicability | paintability of organic-semiconductor ink can be improved. The surface free energy can be calculated from the contact angles of a plurality of types of liquids whose surface tension is known.

(A)成分としては、4−トリフルオロメチルベンゼンチオール、3−トリフルオロメチルベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−メルカプト安息香酸メチルエステル、3,5−ビストリフルオロメチルベンゼンチオール、4−フルオロベンゼンチオール、4−ニトロベンゼンチオールなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、イオン化ポテンシャルや修飾された電極の表面自由エネルギーの観点から、4−トリフルオロメチルベンゼンチオール、3−トリフルオロメチルベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオールが好ましい。   As component (A), 4-trifluoromethylbenzenethiol, 3-trifluoromethylbenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetra Fluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4-mercaptobenzoic acid methyl ester, 3,5-bistrifluoromethylbenzenethiol, 4-fluorobenzenethiol, 4-nitrobenzene Examples include thiol. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 4-trifluoromethylbenzenethiol, 3-trifluoromethylbenzenethiol, and pentafluorobenzenethiol are preferable from the viewpoint of ionization potential and surface free energy of the modified electrode.

(A)成分の濃度は、本組成物全量に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以上2質量%以下であることが特に好ましい。(A)成分の配合量が前記下限未満では、電極の表面が十分に処理されていない状態となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、電極の表面の修飾に寄与しない余剰な(A)成分を生じて生産性が低下するとなる傾向にある。   The concentration of the component (A) is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the composition. It is particularly preferable that the content be 5% by mass or more and 2% by mass or less. If the blending amount of the component (A) is less than the lower limit, the surface of the electrode tends to be not sufficiently treated. On the other hand, if the amount exceeds the upper limit, surplus (A ) Components tend to be produced and productivity tends to decrease.

((B)成分)
本組成物における(B)成分は、溶剤である。この(B)成分は、(B1)沸点が150℃以上250℃以下のアルコール系溶剤を含むことが必要である。(B1)成分の沸点が前記下限未満であれば、本組成物を塗布した後の乾燥が速すぎるため(A)成分が電極部分以外の部分に残留し、電極部分以外の部分に(A)成分が吸着、浸透してしまい、本組成物を電極部分に選択的に付着させることができない。他方、(B1)成分の沸点が前記上限を超えると、乾燥温度や乾燥時間の点で作業性が低下する。(B1)成分の沸点は、180℃以上220℃以下であることがより好ましい。
(B)成分は、2種以上の溶剤からなる混合溶剤であることが好ましい。また、このときに、これら2種以上の溶剤のうち最も沸点の高い溶剤の表面張力が35mN/m以上50mN/m以下であることが好ましく、37mN/m以上45mN/m以下であることがより好ましく、40mN/m以上44mN/m以下であることが特に好ましい。このように、(B)成分は、(B1)成分の他に、(B2)沸点が150℃未満のアルコール系溶剤、(B3)アルコール系溶剤以外の溶剤を含有していてもよい。
((B) component)
Component (B) in the present composition is a solvent. This component (B) needs to contain (B1) an alcohol solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. If the boiling point of the component (B1) is less than the lower limit, the drying after applying the composition is too fast, and the component (A) remains in the portion other than the electrode portion, and the portion other than the electrode portion (A) The components are adsorbed and permeated, and the composition cannot be selectively attached to the electrode portion. On the other hand, when the boiling point of the component (B1) exceeds the upper limit, workability is lowered in terms of drying temperature and drying time. The boiling point of the component (B1) is more preferably 180 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.
The component (B) is preferably a mixed solvent composed of two or more solvents. At this time, the surface tension of the solvent having the highest boiling point among these two or more solvents is preferably 35 mN / m or more and 50 mN / m or less, more preferably 37 mN / m or more and 45 mN / m or less. It is particularly preferably 40 mN / m or more and 44 mN / m or less. Thus, the component (B) may contain, in addition to the component (B1), (B2) an alcohol solvent having a boiling point of less than 150 ° C., and (B3) a solvent other than the alcohol solvent.

(B1)成分は、1価アルコールであっても、2価アルコールであっても、3価以上の多価アルコールであってもよいが、沸点および本組成物の表面張力の観点から、2価アルコール(ジオール化合物)であることが好ましい。
(B1)成分としては、1,3−プロパンジオール(沸点:214℃、表面張力:41.1mN/m)、1,2−プロパンジオール(沸点:186℃、表面張力:38.0mN/m)、エチレングリコール(沸点:196℃、表面張力:43.4mN/m)、3−メトキシ−1,2−プロパンジオール(沸点:220℃、表面張力:39.7mN/m)、1,2−ブタンジオール(沸点:190℃、表面張力:37.2mN/m)、1,3−ブタンジオール(沸点:204℃、表面張力:37.2mN/m)、シクロヘキサノール(沸点:160℃、表面張力:32.5mN/m)、乳酸プロピル(沸点:174℃、表面張力:33.3mN/m)、乳酸エチル(沸点:154℃、表面張力:33.2mN/m)などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、沸点および表面張力の観点から、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、エチレングリコールが好ましい。
The component (B1) may be a monohydric alcohol, a dihydric alcohol, or a trihydric or higher polyhydric alcohol. From the viewpoint of the boiling point and the surface tension of the present composition, the component (B1) is divalent. An alcohol (diol compound) is preferred.
As the component (B1), 1,3-propanediol (boiling point: 214 ° C., surface tension: 41.1 mN / m), 1,2-propanediol (boiling point: 186 ° C., surface tension: 38.0 mN / m) , Ethylene glycol (boiling point: 196 ° C., surface tension: 43.4 mN / m), 3-methoxy-1,2-propanediol (boiling point: 220 ° C., surface tension: 39.7 mN / m), 1,2-butane Diol (boiling point: 190 ° C., surface tension: 37.2 mN / m), 1,3-butanediol (boiling point: 204 ° C., surface tension: 37.2 mN / m), cyclohexanol (boiling point: 160 ° C., surface tension: 32.5 mN / m), propyl lactate (boiling point: 174 ° C., surface tension: 33.3 mN / m), ethyl lactate (boiling point: 154 ° C., surface tension: 33.2 mN / m), and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, and ethylene glycol are preferable from the viewpoints of boiling point and surface tension.

(B1)成分の配合量は、(B)成分全量に対して、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。   The blending amount of the component (B1) is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more based on the total amount of the component (B).

(B2)成分としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ペンタノール、1−メトキシ−2−プロパノールなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(B3)成分としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、ハロゲン系溶剤などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。

(B3)成分の沸点は、150℃以上240℃以下であることが好ましい。また、(B3)成分の沸点は、(B1)成分の沸点よりも低いことが好ましい。
Examples of the component (B2) include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, pentanol, and 1-methoxy-2-propanol. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the component (B3) include hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, and halogen solvents. These may be used alone or in combination of two or more.

The boiling point of the component (B3) is preferably 150 ° C. or higher and 240 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the boiling point of (B3) component is lower than the boiling point of (B1) component.

本組成物には、(A)成分および(B)成分の他に、必要に応じて、消泡剤、界面活性剤などの添加剤を添加してもよい。これらの添加剤の配合量としては、本組成物全量に対して、1質量%以下であることが好ましい。
本組成物は、上記説明した(A)成分および(B)成分などを上記所定の割合で配合し、撹拌混合することで製造できる。
In addition to the component (A) and the component (B), additives such as an antifoaming agent and a surfactant may be added to the composition as necessary. As a compounding quantity of these additives, it is preferable that it is 1 mass% or less with respect to this composition whole quantity.
The present composition can be produced by blending the above-described components (A) and (B) at the predetermined ratio and stirring and mixing them.

[電極修飾方法]
次に、本発明の電極修飾方法について、図面に基づいて説明する。図1〜図5は、本発明の電極修飾方法の一態様を説明するための図である。本実施形態では、本発明の電極修飾方法の一態様を例に挙げて説明するが、本発明の電極修飾方法は、これに限定されるものではない。
本実施形態の電極修飾方法は、図1〜図5に示すように、有機薄膜トランジスタ1におけるソース電極11およびドレイン電極12のうちの少なくとも一方の表面を修飾する電極修飾方法である。そして、前記本発明の電極修飾用組成物2を用いて、電極付基板100のソース電極11およびドレイン電極12のうちの少なくとも一方の表面を修飾する方法である。具体的には、電極付基板100上に、印刷法によって、電極修飾用組成物2を付着させる塗布工程と、電極修飾用組成物2を乾燥させて、ソース電極11およびドレイン電極12のうちの少なくとも一方の表面を修飾する修飾工程とを備える方法である。
[Electrode modification method]
Next, the electrode modification method of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-5 is a figure for demonstrating the one aspect | mode of the electrode modification method of this invention. In the present embodiment, one embodiment of the electrode modification method of the present invention will be described as an example, but the electrode modification method of the present invention is not limited to this.
The electrode modification method of this embodiment is an electrode modification method for modifying the surface of at least one of the source electrode 11 and the drain electrode 12 in the organic thin film transistor 1 as shown in FIGS. And it is the method of modifying the surface of at least one of the source electrode 11 and the drain electrode 12 of the board | substrate 100 with an electrode using the composition 2 for electrode modification of this invention. Specifically, the electrode modification composition 2 is applied to the electrode-attached substrate 100 by a printing method, and the electrode modification composition 2 is dried, so that the source electrode 11 and the drain electrode 12 are And a modification step of modifying at least one surface.

電極付基板100は、図1に示すように、基板10上に、ゲート電極15および絶縁体層14をこの順に有し、絶縁体層14上に、所定の間隔を空けて対向して形成された一対のソース電極11およびドレイン電極12を有する。
本実施形態の電極修飾方法では、電極付基板100における、ソース電極11の表面自由エネルギー(SFE−S)、ドレイン電極12の表面自由エネルギー(SFE−D)、および、ソース電極11とドレイン電極12の間の部分14aの表面自由エネルギー(SFE−GI)の関係が、下記数式(F1)および(F2)のうちの少なくとも一つを満たしている。このような条件を満たす場合には、電極修飾用組成物がはじかれやすい部分と付着しやすい部分とが存在することにより、電極修飾用組成物を電極部分に選択的に付着させることができる。また、同様の観点から、下記数式(F1)および(F2)の両方を満たしていることがより好ましい。
(SFE−GI)<(SFE−S) ・・・(F1)
(SFE−GI)<(SFE−D) ・・・(F2)
なお、前記数式(F1)および(F2)を満たすようにする手段としては、ソース電極11およびドレイン電極12の材料(金属の種類、添加剤など)を調整することや、絶縁体層14などの材料を調整することや、絶縁体層14などの表面に処理を施すことなどが挙げられる。
As shown in FIG. 1, the electrode-equipped substrate 100 includes a gate electrode 15 and an insulator layer 14 in this order on the substrate 10, and is formed on the insulator layer 14 so as to face each other at a predetermined interval. A pair of source electrode 11 and drain electrode 12 are provided.
In the electrode modification method of this embodiment, the surface free energy (SFE-S) of the source electrode 11, the surface free energy (SFE-D) of the drain electrode 12, and the source electrode 11 and the drain electrode 12 in the substrate with electrode 100. The surface free energy (SFE-GI) relationship of the portion 14a between the two satisfies at least one of the following mathematical formulas (F1) and (F2). When such conditions are satisfied, the electrode modifying composition can be selectively attached to the electrode portion by the presence of the portion where the electrode modifying composition is easily repelled and the portion where the composition is easily adhered. Further, from the same viewpoint, it is more preferable that both the following mathematical formulas (F1) and (F2) are satisfied.
(SFE-GI) <(SFE-S) (F1)
(SFE-GI) <(SFE-D) (F2)
Note that as means for satisfying the mathematical formulas (F1) and (F2), the materials (type of metal, additive, etc.) of the source electrode 11 and the drain electrode 12 are adjusted, the insulator layer 14 and the like are used. Examples thereof include adjusting the material and treating the surface of the insulator layer 14 and the like.

塗布工程においては、図2に示すように、電極付基板100上に、印刷法によって、電極修飾用組成物2を付着させる。なお、図2および図3においては、電極修飾用組成物2の存在が分かりやすいよう誇張している。
印刷法としては、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法などが挙げられる。これらの印刷法によれば、電極修飾用組成物を適正に塗布することができる。
電極修飾用組成物2の塗布量は、特に限定されないが、通常、1nL/cm以上10μL/cm以下の範囲である。
ソース電極11、ドレイン電極12などの材料は、電極修飾用組成物2中の(A)成分のチオール基(−SH)により、ソース電極11、ドレイン電極12などの表面を修飾するという観点から、少なくとも表面に金、銀、パラジウム、白金、イリジウムなどの貴金属、もしくは、銅、ニッケル、鉄、錫、チタンなどの安定な硫化物を形成する金属を含有することが好ましい。
In the coating step, as shown in FIG. 2, the electrode modifying composition 2 is adhered onto the electrode-attached substrate 100 by a printing method. 2 and 3 are exaggerated so that the presence of the electrode modifying composition 2 can be easily understood.
Examples of the printing method include screen printing, reverse offset printing, flexographic printing, and inkjet printing. According to these printing methods, the composition for electrode modification can be applied appropriately.
The coating amount of the electrode modifying composition 2 is not particularly limited, but is usually in the range of 1 nL / cm 2 to 10 μL / cm 2 .
From the viewpoint of modifying the surface of the source electrode 11, the drain electrode 12, and the like with the thiol group (—SH) of the component (A) in the electrode modifying composition 2, the materials such as the source electrode 11, the drain electrode 12, and the like. It is preferable that at least the surface contains a noble metal such as gold, silver, palladium, platinum and iridium or a metal which forms a stable sulfide such as copper, nickel, iron, tin and titanium.

修飾工程においては、図3および図4に示すように、電極修飾用組成物2を乾燥させて、ソース電極11およびドレイン電極12の表面を修飾する。
ソース電極11とドレイン電極12の間の部分14aでは電極修飾用組成物2がはじかれて、図3に示すように、ソース電極11およびドレイン電極12の周囲に電極修飾用組成物2が集まる。このような状態で電極修飾用組成物2を乾燥していくと、図4に示すように、ソース電極11およびドレイン電極12を覆うように選択的に修飾部16を形成できる。このような場合、乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は、通常、20℃以上150℃以下の範囲である。また、乾燥時間は、通常、10秒間以上30分間以下の範囲である。
In the modification step, as shown in FIGS. 3 and 4, the electrode modification composition 2 is dried to modify the surfaces of the source electrode 11 and the drain electrode 12.
In the portion 14a between the source electrode 11 and the drain electrode 12, the electrode modifying composition 2 is repelled, and the electrode modifying composition 2 gathers around the source electrode 11 and the drain electrode 12, as shown in FIG. When the electrode modifying composition 2 is dried in such a state, the modified portion 16 can be selectively formed so as to cover the source electrode 11 and the drain electrode 12 as shown in FIG. In such a case, the drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is usually in the range of 20 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The drying time is usually in the range of 10 seconds to 30 minutes.

本実施形態の電極修飾方法によれば、上記のようにして、有機薄膜トランジスタ1におけるソース電極11およびドレイン電極12のうちの少なくとも一方の表面を修飾できる。
また、本実施形態の電極修飾方法は、上記のように、印刷法によって電極を修飾できる方法であるので、有機薄膜トランジスタ1が印刷法によって形成されるものである場合に、特に好適な方法である。
According to the electrode modification method of this embodiment, the surface of at least one of the source electrode 11 and the drain electrode 12 in the organic thin film transistor 1 can be modified as described above.
Moreover, since the electrode modification method of this embodiment is a method which can modify an electrode by a printing method as mentioned above, it is a particularly suitable method when the organic thin-film transistor 1 is formed by a printing method. .

[有機薄膜トランジスタ]
次に、本発明の有機薄膜トランジスタについて、図面に基づいて説明する。図5は、本実施形態で得られる有機薄膜トランジスタを示す概略図である。また、図6は、本実施形態で得られる他の有機薄膜トランジスタを示す概略図である。
図5の有機薄膜トランジスタ1は、基板10上に、ゲート電極15および絶縁体層14をこの順に有し、絶縁体層14上に、所定の間隔をあけて形成された一対のソース電極11およびドレイン電極12を有し、ソース電極11およびドレイン電極12の表面には修飾部16が形成され、これらの上に有機半導体層13が形成されている。有機半導体層13の一部の領域がチャネル部を成しており、ゲート電極15に印加される電圧でソース電極11とドレイン電極12の間に流れる電流が制御されることによってオン/オフ動作する。
ここで、チャネル部はチャネル長(ソース電極とドレイン電極の間隔)とチャネル幅(ソース電極とドレイン電極の幅)と有機半導体層の膜厚に囲まれる領域と定義する。
[Organic thin film transistor]
Next, the organic thin-film transistor of this invention is demonstrated based on drawing. FIG. 5 is a schematic view showing an organic thin film transistor obtained in the present embodiment. FIG. 6 is a schematic view showing another organic thin film transistor obtained in this embodiment.
The organic thin film transistor 1 of FIG. 5 has a gate electrode 15 and an insulator layer 14 in this order on a substrate 10, and a pair of source electrode 11 and drain formed on the insulator layer 14 at a predetermined interval. The electrode 12 is provided, the modification part 16 is formed on the surface of the source electrode 11 and the drain electrode 12, and the organic semiconductor layer 13 is formed thereon. A partial region of the organic semiconductor layer 13 forms a channel portion, and an on / off operation is performed by controlling a current flowing between the source electrode 11 and the drain electrode 12 with a voltage applied to the gate electrode 15. .
Here, the channel portion is defined as a region surrounded by a channel length (a distance between the source electrode and the drain electrode), a channel width (a width between the source electrode and the drain electrode), and a film thickness of the organic semiconductor layer.

図6の有機薄膜トランジスタ1Aは、基板10上に、相互に所定の間隔をあけて対向するように形成されたソース電極11およびドレイン電極12を有し、ソース電極11およびドレイン電極12の表面には修飾部16が形成されている。そして、ソース電極11、ドレイン電極12およびそれらの間の間隙を覆うように有機半導体層13が形成され、さらに、絶縁体層14が積層されている。絶縁体層14の上部であって、かつソース電極11およびドレイン電極12の間の間隙上にゲート電極15が形成されている。   An organic thin film transistor 1A in FIG. 6 has a source electrode 11 and a drain electrode 12 formed on a substrate 10 so as to face each other with a predetermined gap therebetween. The modification part 16 is formed. An organic semiconductor layer 13 is formed so as to cover the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gap between them, and an insulator layer 14 is further laminated. A gate electrode 15 is formed on the insulator layer 14 and on the gap between the source electrode 11 and the drain electrode 12.

本実施形態の有機薄膜トランジスタ1,1Aでは、前記本発明の電極修飾方法により、ソース電極11およびドレイン電極12の表面には修飾部16が形成されている。そのため、ソース電極11およびドレイン電極12の表面の仕事関数を高くできる。これにより、ソース電極11およびドレイン電極12の仕事関数と有機半導体層13のイオン化ポテンシャルとの差を減少させるような勾配ができ、ソース電極11およびドレイン電極12と有機半導体層13との間の電荷の移動がスムーズにできるため、有機薄膜トランジスタ1,1Aの作動電圧を小さくできる。
また、本実施形態の有機薄膜トランジスタ1,1Aでは、前記本発明の電極修飾方法によって電極修飾した後における前記ソース電極の表面自由エネルギー(SFE−S2)、前記ドレイン電極の表面自由エネルギー(SFE−D2)、および、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の部分の表面自由エネルギー(SFE−GI2)の関係が、下記数式(F3)および(F4)の両方を満たしている。このような条件を満たす場合には、ソース電極11およびドレイン電極12の表面と、ソース電極11およびドレイン電極12の間の部分14a,10aとの表面自由エネルギーの差が小さくなるため、有機半導体インクの塗布性を改善できる。
|(SFE−S2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F3)
|(SFE−D2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F4)
また、同様の観点から、下記数式(F3a)および(F4a)の両方を満たしていることがより好ましい。
|(SFE−S2)−(SFE−GI2)|<7mN/m ・・・(F3a)
|(SFE−D2)−(SFE−GI2)|<7mN/m ・・・(F4a)
なお、前記数式(F3)および(F4)を満たすようにする手段としては、電極修飾用組成物中の(A)成分を調整することや、絶縁体層14、基板10などの材料を調整することや、絶縁体層14、基板10などの表面に処理を施すことなどが挙げられる。
In the organic thin film transistors 1 and 1A of the present embodiment, the modified portion 16 is formed on the surface of the source electrode 11 and the drain electrode 12 by the electrode modification method of the present invention. Therefore, the work functions of the surfaces of the source electrode 11 and the drain electrode 12 can be increased. As a result, a gradient that reduces the difference between the work function of the source electrode 11 and the drain electrode 12 and the ionization potential of the organic semiconductor layer 13 is formed, and the charge between the source electrode 11 and the drain electrode 12 and the organic semiconductor layer 13 is increased. Therefore, the operating voltage of the organic thin film transistors 1 and 1A can be reduced.
Moreover, in the organic thin-film transistors 1 and 1A of the present embodiment, the surface free energy (SFE-S2) of the source electrode and the surface free energy (SFE-D2) of the drain electrode after electrode modification by the electrode modification method of the present invention. ) And the surface free energy (SFE-GI2) relationship of the portion between the source electrode and the drain electrode satisfy both the following formulas (F3) and (F4). When such a condition is satisfied, the difference in surface free energy between the surfaces of the source electrode 11 and the drain electrode 12 and the portions 14a and 10a between the source electrode 11 and the drain electrode 12 is reduced. The applicability of can be improved.
| (SFE-S2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F3)
| (SFE-D2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F4)
Further, from the same viewpoint, it is more preferable that both the following mathematical formulas (F3a) and (F4a) are satisfied.
| (SFE-S2)-(SFE-GI2) | <7 mN / m (F3a)
| (SFE-D2)-(SFE-GI2) | <7 mN / m (F4a)
As means for satisfying the mathematical formulas (F3) and (F4), the component (A) in the electrode modifying composition is adjusted, and the materials such as the insulator layer 14 and the substrate 10 are adjusted. In addition, the surface of the insulator layer 14 and the substrate 10 may be treated.

本実施形態の有機薄膜トランジスタは、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)構造を有している。上述したとおり、電極の位置、層の積層順などによりいくつかの構成がある。有機薄膜トランジスタは、有機半導体層(有機化合物層)と、相互に所定の間隔をあけて対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極、ドレイン電極からそれぞれ所定の距離をあけて形成されたゲート電極とを有し、ゲート電極に電圧を印加することによってソース−ドレイン電極間に流れる電流を制御する。ここで、ソース電極とドレイン電極の間隔は本発明の有機薄膜トランジスタを用いる用途によって決定され、通常は0.1μm以上1mm以下、好ましくは1μm以上100μm以下、より好ましくは5μm以上100μm以下、更により好ましくは5μm以上50μm以下である。   The organic thin film transistor of the present embodiment has a field effect transistor (FET) structure. As described above, there are several configurations depending on the position of the electrode, the layer stacking order, and the like. An organic thin film transistor is formed with a predetermined distance from an organic semiconductor layer (organic compound layer), a source electrode and a drain electrode formed to face each other with a predetermined distance from each other, and a source electrode and a drain electrode. And a current flowing between the source and drain electrodes is controlled by applying a voltage to the gate electrode. Here, the distance between the source electrode and the drain electrode is determined by the use of the organic thin film transistor of the present invention, and is usually 0.1 μm or more and 1 mm or less, preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and even more preferably. Is 5 μm or more and 50 μm or less.

有機薄膜トランジスタは、有機薄膜トランジスタ1,1Aの素子構成以外にも、有機薄膜トランジスタとして種々の構成が提案されている。ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレイン電極の間に流れる電流が制御されることによってオン/オフ動作や増幅などの効果が発現する仕組みであればこれらの素子構成に限定されるものではない。
例えば、産業技術総合研究所の吉田らにより第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集27a−M−3(2002年3月)において提案されたトップアンドボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ(図示なし)や、千葉大学の工藤らにより電気学会論文誌118−A(1998)1440頁において提案された縦形の有機薄膜トランジスタ(図示なし)のような素子構成を有するものであってもよい。
In addition to the element configuration of the organic thin film transistors 1 and 1A, various configurations of organic thin film transistors have been proposed as organic thin film transistors. It is not limited to these element configurations as long as the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode and an effect such as on / off operation and amplification is exhibited. Absent.
For example, the top-and-bottom contact type organic thin film transistor (not shown) proposed by Yoshida et al. Of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in the 49th Applied Physics-related Joint Lecture Proceedings 27a-M-3 (March 2002) Alternatively, it may have a device configuration such as a vertical organic thin film transistor (not shown) proposed by Kudo et al. Of Chiba University on the IEEJ Transactions 118-A (1998), page 1440.

本実施形態の有機薄膜トランジスタ1,1Aでは、有機半導体層、基板、電極、絶縁体層などの各構成部材については、公知のものを適用できる。
以下、有機薄膜トランジスタの構成部材の例について説明する。
In the organic thin-film transistors 1 and 1A of the present embodiment, known components can be applied to the constituent members such as the organic semiconductor layer, the substrate, the electrode, and the insulator layer.
Hereinafter, examples of constituent members of the organic thin film transistor will be described.

(有機半導体層)
本発明の有機薄膜トランジスタにおける有機半導体層は、有機半導体材料と、溶剤とを含有する有機半導体インクを用いて成膜してなる層である。有機半導体層は、有機半導体材料を真空蒸着法などのドライプロセスで成膜することも可能である。有機半導体層の膜厚は、特に制限されることはないが、通常、0.5nm以上1μm以下であり、2nm以上250nm以下であると好ましい。
有機半導体層の結晶性を向上させると電界効果移動度が向上するため、成膜後にアニーリングを実施すると高性能デバイスが得られるため好ましい。アニーリングの温度は50℃以上200℃以下が好ましく、70℃以上200℃以下であるとさらに好ましく、時間は10分間以上12時間以下が好ましく、30分間以上10時間以下がより好ましく、1時間以上10時間以下であると更により好ましい。
有機半導体インクの塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷などの有版印刷法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法などの塗布法が採用できる。
(Organic semiconductor layer)
The organic semiconductor layer in the organic thin film transistor of the present invention is a layer formed by using an organic semiconductor ink containing an organic semiconductor material and a solvent. The organic semiconductor layer can be formed by a dry process such as a vacuum evaporation method using an organic semiconductor material. The film thickness of the organic semiconductor layer is not particularly limited, but is usually 0.5 nm to 1 μm and preferably 2 nm to 250 nm.
When the crystallinity of the organic semiconductor layer is improved, field effect mobility is improved, and it is preferable to perform annealing after film formation because a high-performance device can be obtained. The annealing temperature is preferably 50 ° C. or more and 200 ° C. or less, more preferably 70 ° C. or more and 200 ° C. or less, and the time is preferably 10 minutes or more and 12 hours or less, more preferably 30 minutes or more and 10 hours or less, and more preferably 1 hour or more and 10 hours or less. It is still more preferable that it is less than time.
As a method for applying the organic semiconductor ink, a plate printing method such as gravure printing or offset printing, a coating method such as a casting method, a spin coating method, or an ink jet method can be employed.

有機半導体インクに用いる有機半導体材料としては、公知の有機半導体材料が使用でき、π共役ポリマーが広く用いられ、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ(P−フェニレンビニレン)類などを用いることができる。また、有機溶媒への溶解性を有する低分子物質、例えば、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、含硫黄系複素環化合物(例えばBTBT、TES−ADTなど)、含酸素系複素環化合物、含窒素系複素環化合物(カルバゾールなど)、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などを用いることができる。   As the organic semiconductor material used in the organic semiconductor ink, known organic semiconductor materials can be used, and π-conjugated polymers are widely used. Polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyallylamines, fluorenes, polycarbazoles, polyindoles And poly (P-phenylene vinylene) can be used. In addition, low-molecular substances having solubility in organic solvents, for example, polycyclic aromatic derivatives such as pentacene, phthalocyanine derivatives, perylene derivatives, tetrathiafulvalene derivatives, sulfur-containing heterocyclic compounds (for example, BTBT, TES-ADT) Etc.), oxygen-containing heterocyclic compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds (such as carbazole), tetracyanoquinodimethane derivatives, fullerenes, carbon nanotubes, and the like.

有機半導体インクに用いる溶剤としては、公知の溶剤が使用でき、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、ハロゲン系溶剤などを用いることができる。これらの溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの溶剤の組合せなどは、有機半導体インクの塗布方法に応じて、適宜調整できる。   As the solvent used in the organic semiconductor ink, known solvents can be used, and alcohol solvents, hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, halogen solvents and the like can be used. These solvents may be used alone or in a combination of two or more. The combination of these solvents can be appropriately adjusted according to the method for applying the organic semiconductor ink.

(基板)
本発明の有機薄膜トランジスタにおける基板は、有機薄膜トランジスタの構造を支持する役目を担うものであり、材料としてはガラスの他、金属酸化物や窒化物などの無機化合物、プラスチックフィルム(PET,PES,PC)や金属基板またはこれら複合体や積層体なども用いることが可能である。また、基板以外の構成要素により有機薄膜トランジスタの構造を十分に支持し得る場合には、基板を使用しないことも可能である。また、基板の材料としてはシリコン(Si)ウエハが用いられることもある。この場合、Si自体をゲート電極兼基板として用いることができる。また、Siの表面を酸化し、SiOを形成して絶縁層として活用することも可能である。この場合、基板兼ゲート電極のSi基板にリード線接続用の電極として、金などの金属層を成膜することもある。
(substrate)
The substrate in the organic thin film transistor of the present invention plays a role of supporting the structure of the organic thin film transistor. As a material, in addition to glass, inorganic compounds such as metal oxides and nitrides, plastic films (PET, PES, PC) It is also possible to use metal substrates or composites or laminates thereof. Further, when the structure of the organic thin film transistor can be sufficiently supported by the components other than the substrate, it is possible not to use the substrate. In addition, a silicon (Si) wafer may be used as a material for the substrate. In this case, Si itself can be used as a gate electrode / substrate. Further, the surface of Si can be oxidized to form SiO 2 and used as an insulating layer. In this case, a metal layer such as gold may be formed on the Si substrate serving as the substrate and gate electrode as an electrode for connecting the lead wire.

(電極)
本発明の有機薄膜トランジスタにおける、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の材料は、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物、導電性ポリマーなどを用いることができる。
なお、ソース電極、ドレイン電極の材料は、電極修飾用組成物中の(A)成分のチオール基(−SH)により、ソース電極、ドレイン電極の表面を修飾するという観点から、少なくとも表面に金、銀、パラジウム、白金、イリジウムなどの貴金属、もしくは、銅、ニッケル、鉄、錫、チタンなどの安定な硫化物を形成する金属を含有することが好ましい。
(electrode)
In the organic thin film transistor of the present invention, the material of the gate electrode, the source electrode and the drain electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material, platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony, tantalum, Indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and Carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium-potassium alloy, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture Things, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, can be used as the lithium / aluminum mixture, a conductive polymer.
The material of the source electrode and drain electrode is at least gold on the surface from the viewpoint of modifying the surface of the source electrode and drain electrode with the thiol group (—SH) of the component (A) in the electrode modification composition. It is preferable to contain a noble metal such as silver, palladium, platinum or iridium, or a metal which forms a stable sulfide such as copper, nickel, iron, tin or titanium.

電極の形成方法としては、例えば、蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、大気圧プラズマ法、イオンプレーティング、化学気相蒸着、電着、無電解メッキ、スピンコーティング、印刷またはインクジェットなどの手段が挙げられる。また、必要に応じてパターニングする方法としては、上記の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェットなどにより、レジストを形成しエッチングする方法などがある。   Examples of the electrode forming method include means such as vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, atmospheric pressure plasma method, ion plating, chemical vapor deposition, electrodeposition, electroless plating, spin coating, printing, and ink jet. . Moreover, as a method of patterning as necessary, a method of forming a conductive thin film formed by using the above method using a known photolithography method or a lift-off method, on a metal foil such as aluminum or copper There is a method of forming and etching a resist by thermal transfer, ink jet, or the like.

このようにして形成された電極の膜厚は電流の導通さえあれば特に制限はないが、好ましくは0.2nm以上10μm以下、さらに好ましくは4nm以上300nm以下の範囲である。この好ましい範囲内であれば、膜厚が薄すぎることにより抵抗が高くなり電圧降下を生じることがない。また、厚すぎないため膜形成に時間がかからず、保護層や有機半導体層など他の層を積層する場合に、段差が生じることが無く積層膜が円滑にできる。   The thickness of the electrode formed in this way is not particularly limited as long as current conduction is present, but it is preferably in the range of 0.2 nm to 10 μm, more preferably 4 nm to 300 nm. Within this preferable range, the film thickness is too thin, so that the resistance increases and a voltage drop does not occur. Moreover, since it is not too thick, it does not take a long time to form a film, and when another layer such as a protective layer or an organic semiconductor layer is laminated, the laminated film can be made smoothly without causing a step.

本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極は、上記の導電性材料を含む、溶液、ペースト、インク、分散液などの流動性電極材料を用いて形成することができる。特に、導電性ポリマー、または白金、金、銀、銅を含有する金属微粒子を含む流動性電極材料が好ましい。金属微粒子を含有する分散物としては、例えば、公知の導電性ペーストなどを用いてもよいが、通常粒子径が0.5nm以上50nm以下、1nm以上10nm以下の金属微粒子を含有する分散物であると好ましい。この金属微粒子の材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛などを用いることができる。これらの金属微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成するのが好ましい。このような金属微粒子の分散物の製造方法としては、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられ、好ましくは、特開平11−76800号公報、同11−80647号公報、同11−319538号公報、特開2000−239853号公報などに示されたコロイド法、特開2001−254185号公報、同2001−53028号公報、同2001−35255号公報、同2000−124157号公報、同2000−123634号公報などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物である。   In the organic thin film transistor of the present invention, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode can be formed using a fluid electrode material such as a solution, paste, ink, or dispersion containing the above-described conductive material. In particular, a fluid electrode material containing conductive polymer or metal fine particles containing platinum, gold, silver, or copper is preferable. As the dispersion containing metal fine particles, for example, a known conductive paste or the like may be used, but it is a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of usually 0.5 nm to 50 nm, 1 nm to 10 nm. And preferred. Examples of the material of the metal fine particles include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony, lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, Tungsten, zinc, or the like can be used. It is preferable to form an electrode using a dispersion in which these metal fine particles are dispersed in water or a dispersion medium which is an arbitrary organic solvent using a dispersion stabilizer mainly composed of an organic material. As a method for producing such a dispersion of metal fine particles, metal ions can be reduced in the liquid phase, such as in-gas evaporation, sputtering, and metal vapor synthesis, as well as in colloidal and coprecipitation methods. And a chemical production method for producing metal fine particles, preferably disclosed in JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, JP-A-2000-239853, and the like. Colloidal methods, gas evaporation methods described in JP-A Nos. 2001-254185, 2001-53028, 2001-35255, 2000-124157, 2000-123634, etc. This is a dispersion of produced metal fine particles.

これらの金属微粒子分散物を用いて直接インクジェット法によりパターニングしてもよく、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。また凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。前記電極を成形し、溶媒を乾燥させた後、必要に応じて100℃以上300℃以下、好ましくは150℃以上200℃以下の範囲で形状様に加熱することにより、金属微粒子を熱融着させ、目的の形状を有する電極パターンを形成できる。   These metal fine particle dispersions may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by lithograph or laser ablation. Moreover, the patterning method by printing methods, such as a letterpress, an intaglio, a planographic printing, and screen printing, can also be used. After forming the electrode and drying the solvent, the fine metal particles are heat-fused by heating in a range of 100 ° C. to 300 ° C., preferably 150 ° C. to 200 ° C., if necessary. An electrode pattern having a desired shape can be formed.

さらに、別のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の材料として、ドーピングなどで導電率を向上させた公知の導電性ポリマーを用いることも好ましく、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン(ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸の錯体など)なども好適に用いられる。これらの形成方法もインクジェット法によりパターニングしてもよく、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。また凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。   Furthermore, it is also preferable to use a known conductive polymer whose conductivity is improved by doping as another gate electrode, source electrode, and drain electrode material. For example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene ( Polyethylene dioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid complex, etc.) are also preferably used. These forming methods may also be patterned by an ink-jet method, or may be formed from a coating film by lithography, laser ablation, or the like. Moreover, the patterning method by printing methods, such as a letterpress, an intaglio, a planographic printing, and screen printing, can also be used.

(絶縁体層)
本発明の有機薄膜トランジスタにおける絶縁体層の材料としては、電気絶縁性を有し薄膜として形成できるものであるのなら特に限定されず、金属酸化物(珪素の酸化物を含む)、金属窒化物(珪素の窒化物を含む)、高分子、有機低分子など室温での電気抵抗率が10Ωcm以上の材料を用いることができ、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。
無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、ランタン酸化物、フッ素酸化物、マグネシウム酸化物、ビスマス酸化物、チタン酸ビスマス、ニオブ酸化物,チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、五酸化タンタル、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムおよびこれらを組合せたものなどが挙げられ、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンが好ましい。
また、窒化ケイ素(Si、SixNy(x、y>0))、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。
(Insulator layer)
The material of the insulator layer in the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited as long as it has electrical insulation and can be formed as a thin film. Metal oxide (including silicon oxide), metal nitride ( Materials having a room temperature electrical resistivity of 10 Ωcm or higher, such as silicon nitride), polymers, and organic small molecules, can be used, and an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable.
Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Barium titanate, barium magnesium fluoride, lanthanum oxide, fluorine oxide, magnesium oxide, bismuth oxide, bismuth titanate, niobium oxide, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, tantalum pentoxide, niobium tantalate Examples thereof include bismuth oxide, trioxide yttrium, and combinations thereof, and silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable.
Further, inorganic nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 , SixNy (x, y> 0)) and aluminum nitride can also be suitably used.

さらに、絶縁体層は、アルコキシド金属を含む前駆物質で形成されていてもよく、この前駆物質の溶液を、例えば基板に被覆し、これを熱処理を含む化学溶液処理をすることにより絶縁体層が形成される。
前記アルコキシド金属における金属としては、例えば、遷移金属、ランタノイド、または主族元素から選択され、具体的には、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ビスマス(Bi)、タンタル(Ta)、ジルコン(Zr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉛(Pb)、ランタン(La)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ニオブ(Nb)、銅(Cu)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、スカンジウム(Sc)およびイットリウム(Y)などが挙げられる。また、前記アルコキシド金属におけるアルコキシドとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノールなどを含むアルコール類、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、ペントキシエタノール、ヘプトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ペントキシプロパノール、ヘプトキシプロパノールを含むアルコキシアルコール類などから誘導されるものが挙げられる。
Further, the insulator layer may be formed of a precursor containing an alkoxide metal, and the insulator layer is formed by coating a solution of the precursor on a substrate, for example, and subjecting the solution to a chemical solution treatment including heat treatment. It is formed.
The metal in the alkoxide metal is selected from, for example, a transition metal, a lanthanoid, or a main group element. Specifically, barium (Ba), strontium (Sr), titanium (Ti), bismuth (Bi), tantalum ( Ta), zircon (Zr), iron (Fe), nickel (Ni), manganese (Mn), lead (Pb), lanthanum (La), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium ( Examples include Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), niobium (Nb), copper (Cu), cobalt (Co), rhodium (Rh), scandium (Sc), and yttrium (Y). Examples of the alkoxide in the alkoxide metal include, for example, alcohols including methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, propoxyethanol, butoxyethanol, pentoxyethanol, heptoxyethanol, Examples thereof include those derived from alkoxy alcohols including methoxypropanol, ethoxypropanol, propoxypropanol, butoxypropanol, pentoxypropanol, heptoxypropanol, and the like.

本発明において、絶縁体層を上記したような材料で構成すると、絶縁体層中に分極が発生しやすくなり、トランジスタ動作のしきい電圧を低減することができる。また、上記材料の中でも、特に、Si、SixNy、SiONx(x、y>0)などの窒化ケイ素で絶縁体層を形成すると、空乏層がいっそう発生しやすくなり、トランジスタ動作のしきい電圧をさらに低減させることができる。
有機化合物を用いた絶縁体層としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、アクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリシロキサン、ポリウレタン、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、およびシアノエチルプルラン、などを用いることもできる。
In the present invention, when the insulator layer is made of the above-described material, polarization easily occurs in the insulator layer, and the threshold voltage for transistor operation can be reduced. Among the above materials, in particular, when an insulator layer is formed of silicon nitride such as Si 3 N 4 , SixNy, or SiONx (x, y> 0), a depletion layer is more likely to be generated, and the threshold of transistor operation is increased. The voltage can be further reduced.
As an insulator layer using an organic compound, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization system, photo cation polymerization system photo-curable resin, copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, Polysiloxane, polyurethane, novolac resin, melamine resin, cyanoethyl pullulan, and the like can also be used.

その他、ワックス、ポリエチレン、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン(PS)、ポリオレフィン、ポリアクリルアミド、ポリ(アクリル酸)、レゾール樹脂、ポリキシリレン、エポキシ樹脂に加え、プルランなどの高い誘電率を持つ高分子材料を使用することも可能である。
また有機材料は、サイトップ(登録商標)のようなフッ素樹脂であってもよい。
In addition, wax, polyethylene, polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polystyrene (PS), polyolefin, polyacrylamide, poly (acrylic acid), resole resin, In addition to polyxylylene and epoxy resin, it is also possible to use a polymer material having a high dielectric constant such as pullulan.
The organic material may be a fluororesin such as Cytop (registered trademark).

また、図6に示すようなトップゲート構造を用いるときに、ポリパラキシリレン誘導体やフッ素樹脂のような有機化合物を絶縁体層の材料として用いると、有機半導体層に与えるダメージを小さくして成膜することができるため有効な方法である。   Further, when a top gate structure as shown in FIG. 6 is used, if an organic compound such as a polyparaxylylene derivative or a fluororesin is used as a material for the insulator layer, damage to the organic semiconductor layer is reduced. This is an effective method because it can be formed into a film.

前記絶縁体層は、前述したような無機または有機化合物材料を複数用いた混合層であってもよく、これらの積層構造体であってもよい。この場合、必要に応じて誘電率の高い材料と撥水性を有する材料を混合したり、積層することによりデバイスの性能を制御することもできる。
また、前記絶縁体層は、陽極酸化膜、または該陽極酸化膜を構成として含んでもよい。陽極酸化膜は封孔処理されることが好ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。陽極酸化処理を行なうことにより、酸化被膜が形成される。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には、硫酸、燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸などあるいはこれらを2種類以上組み合わせた混酸またはそれらの塩が用いられる。陽極酸化の処理条件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には、電解液の濃度が1質量%以上80質量%以下、電解液の温度5℃以上70℃以下、電流密度0.5A/cm以上60A/cm以下、電圧1ボルト以上100ボルト以下、電解時間10秒間以上5分間以下の範囲が適当である。好ましい陽極酸化処理は、電解液として硫酸、リン酸またはホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は5質量%以上45質量%以下であることが好ましく、電解液の温度20℃以上50℃以下、電流密度0.5A/cm以上20A/cm以下で20秒間以上250秒間以下の範囲で電解処理するのが好ましい。
絶縁体層の厚さとしては、層の厚さが薄いと有機半導体に印加される実効電圧が大きくなるので、デバイス自体の駆動電圧、閾電圧を下げることができるが、逆にソース−ゲート間のリーク電流が大きくなるので、適切な膜厚を選ぶ必要があり、通常10nm以上5μm以下、好ましくは50nm以上2μm以下、さらに好ましくは100nm以上1μm以下である。
The insulator layer may be a mixed layer using a plurality of inorganic or organic compound materials as described above, or may be a laminated structure thereof. In this case, the performance of the device can be controlled by mixing or laminating a material having a high dielectric constant and a material having water repellency, if necessary.
The insulator layer may include an anodized film or the anodized film as a configuration. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method. Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used. An oxide film is formed by anodizing. Any electrolyte solution that can form a porous oxide film can be used as the anodizing treatment. Generally, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid, sulfamic acid, benzenesulfone, and the like can be used. An acid or the like, or a mixed acid obtained by combining two or more of these or a salt thereof is used. The treatment conditions for anodization vary depending on the electrolytic solution used, and thus cannot be specified in general. In general, the concentration of the electrolytic solution is 1% by mass or more and 80% by mass or less, and the temperature of the electrolytic solution is 5 ° C. or more and 70 ° C. A range of not more than ° C., a current density of 0.5 A / cm 2 or more and 60 A / cm 2 or less, a voltage of 1 to 100 volts, and an electrolysis time of 10 seconds to 5 minutes is appropriate. A preferred anodizing treatment is a method in which an aqueous solution of sulfuric acid, phosphoric acid or boric acid is used as the electrolytic solution and the treatment is performed with a direct current, but an alternating current can also be used. The concentration of these acids is preferably 5% by mass or more and 45% by mass or less, and the electrolyte temperature is 20 ° C. or more and 50 ° C. or less, and the current density is 0.5 A / cm 2 or more and 20 A / cm 2 or less for 20 seconds or more and 250%. The electrolytic treatment is preferably performed in the range of not more than seconds.
As the thickness of the insulator layer, if the layer thickness is thin, the effective voltage applied to the organic semiconductor increases, so the drive voltage and threshold voltage of the device itself can be lowered, but conversely between the source and gate. Therefore, it is necessary to select an appropriate film thickness. Usually, the thickness is from 10 nm to 5 μm, preferably from 50 nm to 2 μm, more preferably from 100 nm to 1 μm.

また、前記絶縁体層と有機半導体層の間に、任意の配向処理を施してもよい。その好ましい例としては、絶縁体層表面に撥水化処理などを施し絶縁体層と有機半導体層との相互作用を低減させ有機半導体層の結晶性を向上させる方法であり、具体的には、シランカップリング剤、例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザンや、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸などの自己組織化配向膜材料を、液相または気相状態で、絶縁膜表面に接触させ自己組織化膜を形成後、適度に乾燥処理を施す方法が挙げられる。また、液晶の配向に用いられるように、絶縁膜表面にポリイミドなどで構成された膜を設置し、その表面をラビング処理する方法も好ましい。   Moreover, you may perform arbitrary orientation processing between the said insulator layer and an organic-semiconductor layer. A preferable example thereof is a method for improving the crystallinity of the organic semiconductor layer by reducing the interaction between the insulator layer and the organic semiconductor layer by performing a water repellent treatment on the surface of the insulator layer. Silane coupling agents such as hexamethyldisilazane, octadecyltrichlorosilane, trichloromethylsilazane, and self-organized alignment film materials such as alkane phosphoric acid, alkane sulfonic acid, and alkane carboxylic acid are insulated in the liquid phase or gas phase state. An example is a method in which the film is brought into contact with the surface of the film to form a self-assembled film, followed by appropriate drying treatment. Further, a method in which a film made of polyimide or the like is provided on the surface of the insulating film and the surface is rubbed so as to be used for liquid crystal alignment is also preferable.

前記絶縁体層の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、特開平11−61406号公報、同11−133205号公報、特開2000−121804号公報、同2000−147209号公報、同2000−185362号公報に記載の大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤または水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。   As a method for forming the insulator layer, a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, JP-A-11-61406, 11-133205 gazette, JP-A 2000-121804 gazette, 2000-147209 gazette, 2000-185362 gazette, dry process such as atmospheric pressure plasma method, spray coating method, spin coating method, blade coating Examples include wet processes such as coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, and die coating, and methods such as printing and ink-jet patterning. The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used.

本発明の有機薄膜トランジスタの形成方法としては、特に限定されず公知の方法によればよい。好ましくは有機半導体層成膜以後の工程は大気に全く触れさせない工程とする。また、p型TFT材料の中には一旦大気にふれさせ、酸素などを吸着させることにより性能が向上するものもあるので、材料によっては適宜大気にふれさせる。
さらに、例えば、大気中に含まれる酸素、水などの有機半導体層に対する影響を考慮し、有機トランジスタ素子の外周面の全面または一部に、ガスバリア層を形成してもよい。ガスバリア層を形成する材料としては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリクロロトリフロロエチレンなどが挙げられる。さらに、前記絶縁体層で例示した、絶縁性を有する無機物も使用できる。
The method for forming the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited and may be a known method. Preferably, the steps after the formation of the organic semiconductor layer are steps which are not exposed to the atmosphere. In addition, some p-type TFT materials are exposed to the atmosphere once, and the performance is improved by adsorbing oxygen or the like. Therefore, depending on the material, the materials are appropriately exposed to the atmosphere.
Furthermore, for example, in consideration of the influence on the organic semiconductor layer such as oxygen and water contained in the atmosphere, a gas barrier layer may be formed on the whole or a part of the outer peripheral surface of the organic transistor element. As the material for forming the gas barrier layer, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polychlorotrifluoroethylene. . Furthermore, the inorganic substance which has the insulation illustrated in the said insulator layer can also be used.

本発明の有機薄膜トランジスタを用いた装置としては、例えば、回路、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、携帯電話、薄膜ディスプレイに用いる電子デバイスなどの表示用電子機器、プラスチックICカードや情報タグなどのウエアラブル電子機器、バイオセンサなどの医療機器や測定装置などが挙げられる。   Examples of the apparatus using the organic thin film transistor of the present invention include electronic devices for display such as circuits, personal computers, displays, mobile phones, electronic devices used for thin film displays, wearable electronic devices such as plastic IC cards and information tags, biotechnology, and the like. Examples thereof include medical equipment such as sensors and measurement devices.

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
[実施例1]
ガラス基板(大きさ:40mm×40mm)上にマスク蒸着法を用いてゲート電極(材質:金)を形成した後、カネカ社製絶縁膜材料ILLUMIKA Type−ANL1をスピンコーターにて塗布、硬化させ絶縁膜を形成した(以下ANL1絶縁膜と称する)。この絶縁膜の表面自由エネルギーは27mN/mであった。
この絶縁膜上にソース電極(材質:金)およびドレイン電極(材質:金)をマスク蒸着法を用いて形成した。チャネル長に相当するソース電極およびドレイン電極の間の距離は20μm、チャネル幅は100μmである。同時に絶縁膜の別の部分に10mm□で金を蒸着し、その表面自由エネルギーを測定したところ、35mN/mであった。
次に、電極修飾用組成物(インク)として、イオン化ポテンシャルが5.7eVである4−トリフルオロメチルベンゼンチオールと、エチレングリコールとを、それぞれ1:99の質量比で混合したものを調製した。このインクの表面張力は45mN/mであった。
このインクを、インクジェット装置を用いてソース電極およびドレイン電極の間の中心に、10pLの液滴を10滴滴下した。液滴はソース電極およびドレイン電極の上に移動し、ソース電極およびドレイン電極の上で乾燥した。さらに100℃に10分間加熱し、残存する溶剤を乾燥させた。この電極の仕事関数を理研計器のAC3仕事関数計を用いて測定したところ、チオール基が金電極に化学結合し電極の仕事関数は金の仕事関数4.8eVから5.7eVに変化していることが確認できた。これにより電極の表面処理(修飾)が完了していることが確認できた。
基板の別の部分に形成した10mm□の金の表面全体にこのインクを塗布・乾燥して得られた処理物の表面自由エネルギーを測定したところ、33mN/mであった。金電極を形成していない領域の絶縁膜の表面自由エネルギーを測定したところ、27mN/mで変化はなかった。これにより、電極修飾方法を施した後には、電極と、電極同士の間の部分との表面自由エネルギーの差を小さくでき、有機半導体インクの塗布性を改善できることが確認できた。
次いで、下記構造式で表される有機半導体Aを国際公開第2011/074232号を参考に合成した。有機半導体A1.8mg、質量平均分子量2,500のポリスチレン(アルドリッチ社製)1.2mgをメシチレン、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン、N−メチルピロリドンを85:10:5の質量比で含む混合溶剤に溶解させ、全量を1gとして半導体インクを調製した。
EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
[Example 1]
After forming a gate electrode (material: gold) on a glass substrate (size: 40 mm × 40 mm) using a mask vapor deposition method, an insulating film material ILLUMIKA Type-ANL1 manufactured by Kaneka Co., Ltd. is applied and cured with a spin coater for insulation. A film was formed (hereinafter referred to as ANL1 insulating film). The surface free energy of this insulating film was 27 mN / m.
On this insulating film, a source electrode (material: gold) and a drain electrode (material: gold) were formed using a mask vapor deposition method. The distance between the source electrode and the drain electrode corresponding to the channel length is 20 μm, and the channel width is 100 μm. At the same time, gold was vapor-deposited on another part of the insulating film at 10 mm □, and the surface free energy was measured and found to be 35 mN / m.
Next, an electrode modification composition (ink) was prepared by mixing 4-trifluoromethylbenzenethiol having an ionization potential of 5.7 eV and ethylene glycol in a mass ratio of 1:99. The surface tension of this ink was 45 mN / m.
Ten drops of 10 pL of this ink were dropped at the center between the source electrode and the drain electrode using an ink jet apparatus. The droplet moved on the source and drain electrodes and dried on the source and drain electrodes. Furthermore, it heated at 100 degreeC for 10 minute (s), and the remaining solvent was dried. When the work function of this electrode was measured using the AC3 work function meter of Riken Keiki, the thiol group was chemically bonded to the gold electrode, and the work function of the electrode changed from 4.8 eV to 5.7 eV of gold. I was able to confirm. Thus, it was confirmed that the surface treatment (modification) of the electrode was completed.
The surface free energy of a processed product obtained by applying and drying this ink on the entire surface of 10 mm square gold formed on another part of the substrate was measured and found to be 33 mN / m. When the surface free energy of the insulating film in the region where the gold electrode was not formed was measured, there was no change at 27 mN / m. Thereby, after performing an electrode modification method, it has confirmed that the difference of the surface free energy of an electrode and the part between electrodes can be made small, and the applicability | paintability of organic-semiconductor ink can be improved.
Next, an organic semiconductor A represented by the following structural formula was synthesized with reference to International Publication No. 2011/074232. A mixture containing 1.8 mg of organic semiconductor A, 1.2 mg of polystyrene having a mass average molecular weight of 2,500 (manufactured by Aldrich) at a mass ratio of 85: 10: 5 mesitylene, 3,3,5-trimethylcyclohexanone, and N-methylpyrrolidone. A semiconductor ink was prepared by dissolving in a solvent to a total amount of 1 g.

Figure 2015159169
Figure 2015159169

この半導体インクをスピンコーターを用いて、上記表面処理済み基板に塗布した。塗布後、50℃で30分乾燥し、さらに100℃で30分乾燥させて有機薄膜トランジスタを作製した。
得られた有機薄膜トランジスタのゲート電極に0〜−30Vのゲート電圧を印加し、ソース−ドレイン間に−30Vの電圧を印加して電流を流し、閾値電圧(Vth)および電界効果移動度(μ)を評価した。各電圧の印加およびソース−ドレイン電極間電流の測定は、半導体特性評価システム(ケースレーインスツルメンツ社製「4200SCS」)を用いて行った。得られた有機薄膜トランジスタの特性を測定したところ、Vth=−3.6V、μ=1.5cm/Vs、オンオフ比=9×10であった。
This semiconductor ink was applied to the surface-treated substrate using a spin coater. After coating, the film was dried at 50 ° C. for 30 minutes, and further dried at 100 ° C. for 30 minutes to produce an organic thin film transistor.
A gate voltage of 0 to −30 V is applied to the gate electrode of the obtained organic thin film transistor, a current is applied by applying a voltage of −30 V between the source and the drain, and the threshold voltage (Vth) and field effect mobility (μ) are applied. Evaluated. The application of each voltage and the measurement of the current between the source and drain electrodes were performed using a semiconductor characteristic evaluation system (“4200SCS” manufactured by Keithley Instruments). When the characteristics of the obtained organic thin film transistor were measured, it was Vth = -3.6 V, μ = 1.5 cm 2 / Vs, and on / off ratio = 9 × 10 8 .

[実施例2]
実施例1と同様にしてガラス基板上に形成したゲート電極、ANL1絶縁膜上に、銀を主成分とするソース電極およびドレイン電極を反転印刷法を用いて形成した。チャネル長に相当するソース電極およびドレイン電極の間の距離は20μm、チャネル幅は100μmである。
次に、電極修飾用組成物(インク)として、イオン化ポテンシャルが5.7eVである4−トリフルオロメチルベンゼンチオールと、イオン化ポテンシャルが5.5eVであるペンタフルオロベンゼンチオールと、エチレングリコールと、イソプロピルアルコールとを、それぞれ0.5:0.5:80:19の質量比で混合したものを調製した。このインクの表面張力は39mN/mであった。
このインクをインクジェット装置を用いてソース電極およびドレイン電極の間の中心に、10pLの液滴を10滴滴下した。液滴はソース電極およびドレイン電極の上に移動し、ソースおよびドレイン電極の上で乾燥した。この電極の仕事関数を理研計器のAC3仕事関数計を用いて測定したところ、チオール基が金電極に化学結合し電極の仕事関数は銀の仕事関数4.6eVから5.6eVに変化していることが確認できた。これにより電極の表面処理(修飾)が完了していることが確認できた。
実施例1で用いた有機半導体Aの代わりに、下記構造式で表される有機半導体Bを用いた以外は実施例1と同様にして有機薄膜トランジスタを作製し、その特性を評価した。得られた有機薄膜トランジスタの特性はVth=−0.7V、μ=0.9cm/Vs、オンオフ比=1×10であった。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, a source electrode and a drain electrode mainly composed of silver were formed on the gate electrode and the ANL1 insulating film formed on the glass substrate by using the reverse printing method. The distance between the source electrode and the drain electrode corresponding to the channel length is 20 μm, and the channel width is 100 μm.
Next, as an electrode modifying composition (ink), 4-trifluoromethylbenzenethiol having an ionization potential of 5.7 eV, pentafluorobenzenethiol having an ionization potential of 5.5 eV, ethylene glycol, and isopropyl alcohol Were mixed at a mass ratio of 0.5: 0.5: 80: 19, respectively. The surface tension of this ink was 39 mN / m.
Ten drops of 10 pL of this ink were dropped at the center between the source electrode and the drain electrode using an ink jet apparatus. The droplet moved over the source and drain electrodes and dried on the source and drain electrodes. When the work function of this electrode was measured using an AC3 work function meter of Riken Keiki, the thiol group was chemically bonded to the gold electrode, and the work function of the electrode changed from 4.6 eV to 5.6 eV for silver. I was able to confirm. Thus, it was confirmed that the surface treatment (modification) of the electrode was completed.
An organic thin film transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that an organic semiconductor B represented by the following structural formula was used instead of the organic semiconductor A used in Example 1, and the characteristics thereof were evaluated. The characteristics of the obtained organic thin film transistor were Vth = −0.7 V, μ = 0.9 cm 2 / Vs, and on / off ratio = 1 × 10 9 .

Figure 2015159169
Figure 2015159169

[実施例3]
実施例1と同様にしてガラス基板上に、ゲート電極、ANL1絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
次に、電極修飾用組成物(インク)として、イオン化ポテンシャルが5.7eVである4−トリフルオロメチルベンゼンチオールと、1,3−プロパンジオールと、乳酸エチルとを、それぞれ1.5:75:23.5の質量比で混合したものを調製した。このインクの表面張力は38mN/mであった。
このインクをインクジェット装置を用いてソース電極およびドレイン電極の間の中心に、10pLの液滴を10滴滴下した。液滴はソース電極およびドレイン電極の上に移動し、ソース電極およびドレイン電極の上で乾燥した。この電極の仕事関数を理研計器のAC3仕事関数計を用いて測定したところ、チオール基が金電極に化学結合し、電極の仕事関数は金の仕事関数4.8eVから5.7eVに変化していることが確認できた。これにより電極の表面処理(修飾)が完了していることが確認できた。
実施例1で用いた有機半導体Aを真空蒸着法によって上記表面処理済み基板上に成膜して有機薄膜トランジスタを作製した。得られた有機薄膜トランジスタの特性は、Vth=−0.1V、μ=3.5cm/Vs、オンオフ比=6×10であった。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, a gate electrode, an ANL1 insulating film, a source electrode, and a drain electrode were formed on a glass substrate.
Next, as the electrode modifying composition (ink), 4-trifluoromethylbenzenethiol having an ionization potential of 5.7 eV, 1,3-propanediol, and ethyl lactate were added in a ratio of 1.5: 75: What was mixed by the mass ratio of 23.5 was prepared. The surface tension of this ink was 38 mN / m.
Ten drops of 10 pL of this ink were dropped at the center between the source electrode and the drain electrode using an ink jet apparatus. The droplet moved on the source and drain electrodes and dried on the source and drain electrodes. When the work function of this electrode was measured using the AC3 work function meter of Riken Keiki, the thiol group was chemically bonded to the gold electrode, and the work function of the electrode changed from 4.8 eV to 5.7 eV of gold. It was confirmed that Thus, it was confirmed that the surface treatment (modification) of the electrode was completed.
The organic semiconductor A used in Example 1 was formed on the surface-treated substrate by vacuum deposition to produce an organic thin film transistor. The characteristics of the obtained organic thin film transistor were Vth = −0.1 V, μ = 3.5 cm 2 / Vs, and on / off ratio = 6 × 10 9 .

[比較例1]
実施例1と同様にしてガラス基板上に、ゲート電極、ANL1絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
次に、電極修飾用組成物(インク)として、イオン化ポテンシャルが5.7eVである4−トリフルオロメチルベンゼンチオールと、メシチレンとを、それぞれ1:99の質量比で混合したものを調製した。このインクの表面張力は28mN/mであった。
このインクをインクジェット装置を用いてソース電極およびドレイン電極の間の中心に、10pLの液滴を10滴滴下した。液滴はソース電極およびドレイン電極に一部が移動したが、ソース電極およびドレイン電極の間に残った状態で乾燥した。この電極の仕事関数を理研計器のAC3仕事関数計を用いて測定したところ、金の仕事関数4.8eVから5.2eVに変化していることが確認できた。これは、電極上に移動する液量が少なかったため、電極の表面処理が不十分になったと考えられる。つまり、電極の表面のみに選択的に修飾することができなかった。
上記表面処理済み基板に実施例1と同様にして有機半導体インクを塗布し、乾燥して有機薄膜トランジスタを作製した。得られた有機薄膜トランジスタの特性はVth=−6.7V、μ=0.04cm/Vs、オンオフ比=1.2×10であった。
電極の表面処理が十分にできていないため、良好な有機薄膜トランジスタ特性が得られなかった。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, a gate electrode, an ANL1 insulating film, a source electrode, and a drain electrode were formed on a glass substrate.
Next, an electrode modification composition (ink) was prepared by mixing 4-trifluoromethylbenzenethiol having an ionization potential of 5.7 eV and mesitylene in a mass ratio of 1:99. The surface tension of this ink was 28 mN / m.
Ten drops of 10 pL of this ink were dropped at the center between the source electrode and the drain electrode using an ink jet apparatus. Part of the droplet moved to the source electrode and the drain electrode, but dried while remaining between the source electrode and the drain electrode. When the work function of this electrode was measured using an AC3 work function meter of Riken Keiki, it was confirmed that the work function of gold changed from 4.8 eV to 5.2 eV. This is probably because the surface treatment of the electrode became insufficient because the amount of the liquid moving on the electrode was small. That is, it was not possible to selectively modify only the surface of the electrode.
An organic semiconductor ink was applied to the surface-treated substrate in the same manner as in Example 1, and dried to produce an organic thin film transistor. The characteristics of the obtained organic thin film transistor were Vth = −6.7 V, μ = 0.04 cm 2 / Vs, and on / off ratio = 1.2 × 10 5 .
Since the surface treatment of the electrode was not sufficiently performed, good organic thin film transistor characteristics could not be obtained.

[比較例2]
実施例1と同様にしてガラス基板上に、ゲート電極、ANL1絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
次に、電極修飾用組成物(インク)として、イオン化ポテンシャルが5.7eVである4−トリフルオロメチルベンゼンチオールと、イソプロピルアルコールとを、それぞれ1:99の質量比で混合したものを調製した。このインクの表面張力は22mN/mであった。
このインクをインクジェット装置を用いてソース電極およびドレイン電極の間の中心に、10pLの液滴を10滴滴下した。液滴は滴下位置からほとんど移動することなく速やかに乾燥した。この電極の仕事関数を理研計器のAC3仕事関数計を用いて測定したところ、4.8eVから5.1eVに変化していることが確認できた。これは、液滴が電極上に移動する前に乾燥したため、電極の表面処理が不十分になったと考えられる。つまり、電極の表面のみに選択的に修飾することができなかった。また、このインクは時間の経過とともにインクジェット装置からの吐出が不安定になった。
上記表面処理済み基板に実施例1と同様にして有機半導体インクを塗布し、乾燥して有機薄膜トランジスタを作製した。得られた有機薄膜トランジスタの特性はVth=−18.6V、μ=1.1×10−3cm/Vs、オンオフ比=2.2×10であった。
4−トリフルオロメチルベンゼンチオールは沸点が192℃と高いため、ソース電極およびドレイン電極の間に多量に残留した4−トリフルオロメチルベンゼンチオールが乾燥工程で完全には除けず、素子特性が比較例1以上に悪化したと考えられる。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 1, a gate electrode, an ANL1 insulating film, a source electrode, and a drain electrode were formed on a glass substrate.
Next, an electrode modification composition (ink) was prepared by mixing 4-trifluoromethylbenzenethiol having an ionization potential of 5.7 eV and isopropyl alcohol at a mass ratio of 1:99. The surface tension of this ink was 22 mN / m.
Ten drops of 10 pL of this ink were dropped at the center between the source electrode and the drain electrode using an ink jet apparatus. The droplets dried quickly with little movement from the dropping position. When the work function of this electrode was measured using an AC3 work function meter of Riken Keiki, it was confirmed that the electrode function was changed from 4.8 eV to 5.1 eV. This is presumably because the surface treatment of the electrode became insufficient because the droplets dried before moving onto the electrode. That is, it was not possible to selectively modify only the surface of the electrode. In addition, this ink became unstable from the ink jet apparatus with time.
An organic semiconductor ink was applied to the surface-treated substrate in the same manner as in Example 1, and dried to produce an organic thin film transistor. The characteristics of the obtained organic thin film transistor were Vth = −18.6 V, μ = 1.1 × 10 −3 cm 2 / Vs, and on / off ratio = 2.2 × 10 2 .
Since 4-trifluoromethylbenzenethiol has a high boiling point of 192 ° C., 4-trifluoromethylbenzenethiol remaining in a large amount between the source and drain electrodes cannot be completely removed in the drying process, and the device characteristics are comparative examples. It is thought that it deteriorated to 1 or more.

1,1A…有機薄膜トランジスタ
2…電極修飾用組成物
10…基板
11…ソース電極
12…ドレイン電極
13…有機半導体層
14…絶縁体層
14a…ソース電極とドレイン電極の間の部分
15…ゲート電極
16…修飾部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Organic thin-film transistor 2 ... Composition for electrode modification 10 ... Substrate 11 ... Source electrode 12 ... Drain electrode 13 ... Organic-semiconductor layer 14 ... Insulator layer 14a ... Part between source electrode and drain electrode 15 ... Gate electrode 16 ... Modification part

Claims (15)

(A)イオン化ポテンシャルが5.0eV以上6.1eV以下であるチオール化合物と、(B)溶剤とを含み、
前記(B)成分は、(B1)沸点が150℃以上250℃以下のアルコール系溶剤を含み、
当該組成物の表面張力が30mN/m以上50mN/m以下である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
(A) a thiol compound having an ionization potential of 5.0 eV to 6.1 eV and (B) a solvent,
The component (B) includes an alcohol solvent (B1) having a boiling point of 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower,
The composition for electrode modification, wherein the surface tension of the composition is 30 mN / m or more and 50 mN / m or less.
請求項1に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B)成分は、2種以上の溶剤からなる混合溶剤であり、これら2種以上の溶剤のうち最も沸点の高い溶剤の表面張力が35mN/m以上50mN/m以下である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
The composition for electrode modification according to claim 1,
The component (B) is a mixed solvent composed of two or more solvents, and the surface tension of the solvent having the highest boiling point among these two or more solvents is from 35 mN / m to 50 mN / m. An electrode modifying composition.
請求項1または請求項2に記載の電極修飾用組成物において、
前記(A)成分によって修飾された電極の表面自由エネルギーが25mN/m以上40mN/m以下である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the electrode modification composition according to claim 1 or 2,
The surface modification energy of the electrode modified with said (A) component is 25 mN / m or more and 40 mN / m or less. The composition for electrode modification characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(A)成分の濃度が、組成物全量に対して、0.1質量%以上10質量%以下である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the composition for electrode modification of any one of Claim 1 to Claim 3,
The concentration of said (A) component is 0.1 mass% or more and 10 mass% or less with respect to the composition whole quantity. The composition for electrode modification characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(A)成分が、4−トリフルオロメチルベンゼンチオール、3−トリフルオロメチルベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−メルカプト安息香酸メチルエステル、3,5−ビストリフルオロメチルベンゼンチオール、4−フルオロベンゼンチオールおよび4−ニトロベンゼンチオールからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the composition for electrode modification of any one of Claim 1 to Claim 4,
The component (A) is 4-trifluoromethylbenzenethiol, 3-trifluoromethylbenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetra Fluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4-mercaptobenzoic acid methyl ester, 3,5-bistrifluoromethylbenzenethiol, 4-fluorobenzenethiol and 4-nitrobenzene It is at least 1 compound chosen from the group which consists of thiols. The composition for electrode modification characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B1)成分の配合量が、前記(B)成分全量に対して、50質量%以上である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the composition for electrode modification according to any one of claims 1 to 5,
The compounding quantity of the said (B1) component is 50 mass% or more with respect to the said (B) component whole quantity. The composition for electrode modification characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B1)成分が、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、エチレングリコール、3−メトキシ−1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、シクロヘキサノール、乳酸プロピルおよび乳酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the composition for electrode modification according to any one of claims 1 to 6,
The component (B1) is 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, ethylene glycol, 3-methoxy-1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, cyclohexane An electrode-modifying composition comprising at least one compound selected from the group consisting of hexanol, propyl lactate and ethyl lactate.
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B1)成分が、2価アルコールである
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the electrode modification composition according to any one of claims 1 to 7,
The composition for electrode modification, wherein the component (B1) is a dihydric alcohol.
請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B)成分が、(B2)沸点が150℃未満のアルコール系溶剤をさらに含有する
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
In the electrode modification composition according to any one of claims 1 to 8,
The composition for electrode modification, wherein the component (B) further contains (B2) an alcohol solvent having a boiling point of less than 150 ° C.
請求項9に記載の電極修飾用組成物において、
前記(B2)成分が、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ペンタノールおよび1−メトキシ−2−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1つの溶剤である
ことを特徴とする電極修飾用組成物。
The composition for electrode modification according to claim 9,
The component (B2) is at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, pentanol and 1-methoxy-2-propanol. A composition for modifying an electrode.
有機薄膜トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾する電極修飾方法であって、
請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物を用いて、スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、フレキソ印刷法およびインクジェット印刷法のうちのいずれかの印刷法によって、前記電極を修飾する
ことを特徴とする電極修飾方法。
An electrode modification method for modifying the surface of at least one of a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor,
Using the electrode modification composition according to any one of claims 1 to 10, by any one of a screen printing method, a reverse offset printing method, a flexographic printing method, and an inkjet printing method. An electrode modification method comprising modifying the electrode.
有機薄膜トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾する電極修飾方法であって、
前記有機薄膜トランジスタは、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが間隔を空けて対向した構造を有するものであり、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を有する電極付基板上に、請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の電極修飾用組成物を付着させる工程を備え、
前記電極付基板は、前記ソース電極の表面自由エネルギー(SFE−S)、前記ドレイン電極の表面自由エネルギー(SFE−D)、および、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の部分の表面自由エネルギー(SFE−GI)の関係が、下記数式(F1)および(F2)のうちの少なくとも一つを満たす
ことを特徴とする電極修飾方法。
(SFE−GI)<(SFE−S) ・・・(F1)
(SFE−GI)<(SFE−D) ・・・(F2)
An electrode modification method for modifying the surface of at least one of a source electrode and a drain electrode in an organic thin film transistor,
The organic thin film transistor has a structure in which the source electrode and the drain electrode face each other with an interval between them,
A step of attaching the electrode modifying composition according to any one of claims 1 to 10 on a substrate with an electrode having the source electrode and the drain electrode,
The electrode-attached substrate includes a surface free energy (SFE-S) of the source electrode, a surface free energy (SFE-D) of the drain electrode, and a surface free energy of a portion between the source electrode and the drain electrode ( The SFE-GI relationship satisfies at least one of the following formulas (F1) and (F2).
(SFE-GI) <(SFE-S) (F1)
(SFE-GI) <(SFE-D) (F2)
請求項12に記載の電極修飾方法において、
スクリーン印刷法、反転オフセット印刷法、フレキソ印刷法およびインクジェット印刷法のうちのいずれかの印刷法によって、前記電極を修飾する
ことを特徴とする電極修飾方法。
In the electrode modification method according to claim 12,
An electrode modification method, wherein the electrode is modified by any one of a screen printing method, a reverse offset printing method, a flexographic printing method, and an ink jet printing method.
請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載の電極修飾方法において、
前記有機薄膜トランジスタは、印刷法によって形成されるものである
ことを特徴とする電極修飾方法。
In the electrode modification method according to any one of claims 11 to 13,
The organic thin film transistor is formed by a printing method. An electrode modification method, wherein:
基板と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、絶縁体層と、有機半導体層と、を有する有機薄膜トランジスタであって、
請求項11から請求項14までのいずれか1項に記載の電極修飾方法により、前記ソース電極および前記ドレイン電極のうちの少なくとも一方の表面を修飾しており、
前記電極修飾方法によって電極修飾した後における前記ソース電極の表面自由エネルギー(SFE−S2)、前記ドレイン電極の表面自由エネルギー(SFE−D2)、および、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の部分の表面自由エネルギー(SFE−GI2)の関係が、下記数式(F3)および(F4)の両方を満たす
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
|(SFE−S2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F3)
|(SFE−D2)−(SFE−GI2)|<10mN/m ・・・(F4)
An organic thin film transistor having a substrate, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer,
The electrode modification method according to any one of claims 11 to 14, wherein at least one surface of the source electrode and the drain electrode is modified,
The surface free energy (SFE-S2) of the source electrode, the surface free energy (SFE-D2) of the drain electrode, and the portion between the source electrode and the drain electrode after the electrode modification by the electrode modification method. An organic thin film transistor characterized in that the surface free energy (SFE-GI2) relationship satisfies both the following mathematical formulas (F3) and (F4).
| (SFE-S2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F3)
| (SFE-D2)-(SFE-GI2) | <10 mN / m (F4)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017160045A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 주식회사 동진쎄미켐 Micropatterned electrode
WO2022039179A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 国立大学法人山形大学 Resin ink and electronic device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288836A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Toshiba Corp Organic thin film transistor and manufacturing method therefor
JP2005217359A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Seiko Epson Corp Circuit board manufacturing method, circuit board, thin film transistor, electro-optical device and electronic equipment
JP2009218244A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Hitachi Ltd Organic thin film transistor, and method of manufacturing the same
WO2010113931A1 (en) * 2009-03-31 2010-10-07 Dic株式会社 Organic semiconductor ink composition and method for forming organic semiconductor pattern using same
JP2012015325A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Nissan Chem Ind Ltd Pattern image forming method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288836A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Toshiba Corp Organic thin film transistor and manufacturing method therefor
JP2005217359A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Seiko Epson Corp Circuit board manufacturing method, circuit board, thin film transistor, electro-optical device and electronic equipment
JP2009218244A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Hitachi Ltd Organic thin film transistor, and method of manufacturing the same
WO2010113931A1 (en) * 2009-03-31 2010-10-07 Dic株式会社 Organic semiconductor ink composition and method for forming organic semiconductor pattern using same
JP2012015325A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Nissan Chem Ind Ltd Pattern image forming method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017160045A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 주식회사 동진쎄미켐 Micropatterned electrode
WO2022039179A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 国立大学法人山形大学 Resin ink and electronic device

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