JP2015176919A - 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタを提供すること。【解決手段】本発明の有機薄膜トランジスタ１は、基板１０と、ゲート電極１１と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４と、絶縁体層１２と、有機半導体層１６と、を有し、ソース電極１３およびドレイン電極１４のうちの少なくとも一方と、有機半導体層１６との間に、中間層１５を有し、中間層１５は、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなることを特徴とするものである。。【選択図】図２
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
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（エネルギー障壁の問題）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または大きな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）。
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または大きな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）。
また、有機薄膜トランジスタの製造においては、ソース電極およびドレイン電極を有する電極付基板に、有機半導体インクを塗布する場合に、塗布性が問題となる恐れがある。つまり、ソース電極およびドレイン電極の表面自由エネルギーは、これらの下地層である絶縁体層などの表面自由エネルギーと比較して高いため、有機半導体インクがソース電極およびドレイン電極の方に引き寄せられ、ソース電極およびドレイン電極の間に有機半導体層を形成できないという問題がある。
そのため、電極表面に中間層を設けることで、電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁の問題を改善するとともに、有機半導体インクの塗布性の問題を改善することが好ましい。しかしながら、前記特許文献１〜３では、エネルギー障壁の問題と、有機半導体インクの塗布性の問題とを同時に満たすことはできなかった。
そのため、電極表面に中間層を設けることで、電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁の問題を改善するとともに、有機半導体インクの塗布性の問題を改善することが好ましい。しかしながら、前記特許文献１〜３では、エネルギー障壁の問題と、有機半導体インクの塗布性の問題とを同時に満たすことはできなかった。
そこで、本発明は、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタ、および有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような有機薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供するものである。
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と、有機半導体層との間に、中間層を有し、前記中間層は、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなることを特徴とするものである。
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と、有機半導体層との間に、中間層を有し、前記中間層は、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記中間層により、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタが得られる。この理由については、必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推定する。
すなわち、前記中間層を構成する各成分は、それぞれ以下のように作用すると本発明者らは推定する。
（Ａ）成分は、導電性を有するために、電極と有機半導体層との間で電荷の移動させやすくするための中間層の構成成分となりえる。また、（Ａ）成分は、高分子であり、金属などと比較して表面自由エネルギーが低いため、電極表面の表面自由エネルギーを低くできる。さらに、（Ａ）成分にはバインダーとしての作用もあり、（Ａ）成分中に（Ｂ）成分および（Ｃ）成分を分散させることができ、組成物のぬれ広がり性を向上できる。
（Ｂ）成分からなる膜などは、電荷の注入が可能であるため、（Ｂ）成分は中間層の構成成分となりえる。また、（Ｂ）成分は、中間層のイオン化ポテンシャルを調整できる成分である。さらに、（Ｂ）成分は、貴金属の表面を修飾できるため、（Ｃ）成分の表面を修飾したり、電極の表面を修飾したりできる。また、（Ｂ）成分により、電極表面の表面自由エネルギーを低くすることもできる。
（Ｃ）成分は、導電性を有するために、電極と有機半導体層との間で電荷を移動させやすくするための中間層の構成成分となりえる。また、（Ｃ）成分は、（Ｂ）成分の修飾対象となり、（Ｃ）成分および（Ｂ）成分の複合体となりえる。例えば、電極の表面が貴金属でない場合には、（Ｂ）成分は電極を修飾できないが、（Ｃ）成分および（Ｂ）成分の複合体によって電極表面を修飾できる。
そして、以上のような（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の組合せによる複合的な作用によって上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推定する。
すなわち、前記中間層を構成する各成分は、それぞれ以下のように作用すると本発明者らは推定する。
（Ａ）成分は、導電性を有するために、電極と有機半導体層との間で電荷の移動させやすくするための中間層の構成成分となりえる。また、（Ａ）成分は、高分子であり、金属などと比較して表面自由エネルギーが低いため、電極表面の表面自由エネルギーを低くできる。さらに、（Ａ）成分にはバインダーとしての作用もあり、（Ａ）成分中に（Ｂ）成分および（Ｃ）成分を分散させることができ、組成物のぬれ広がり性を向上できる。
（Ｂ）成分からなる膜などは、電荷の注入が可能であるため、（Ｂ）成分は中間層の構成成分となりえる。また、（Ｂ）成分は、中間層のイオン化ポテンシャルを調整できる成分である。さらに、（Ｂ）成分は、貴金属の表面を修飾できるため、（Ｃ）成分の表面を修飾したり、電極の表面を修飾したりできる。また、（Ｂ）成分により、電極表面の表面自由エネルギーを低くすることもできる。
（Ｃ）成分は、導電性を有するために、電極と有機半導体層との間で電荷を移動させやすくするための中間層の構成成分となりえる。また、（Ｃ）成分は、（Ｂ）成分の修飾対象となり、（Ｃ）成分および（Ｂ）成分の複合体となりえる。例えば、電極の表面が貴金属でない場合には、（Ｂ）成分は電極を修飾できないが、（Ｃ）成分および（Ｂ）成分の複合体によって電極表面を修飾できる。
そして、以上のような（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の組合せによる複合的な作用によって上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推定する。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記中間層が、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上に、成膜されてなることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ａ）成分の骨格が、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリフルオレン、およびグラフェンからなる群から選択される少なくとも１種であり、前記（Ａ）成分の導電率が、１０−３Ｓ／ｃｍ以上１０６Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ａ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｂ）成分が、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、フルオロベンゼンチオール、ニトロベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、メトキシベンゼンチオール、ヘプタデカフルオロ−１−デカンチオール、トリデカフルオロ−１−オクタンチオール、およびω−（ビフェニル−４−イル）アルカンチオールからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｂ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、０．１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｃ）成分の金属種が、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金からなる群から選択される少なくとも１種であり、前記（Ｃ）成分の平均粒子径が、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｃ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、５質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ａ）成分の骨格が、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリフルオレン、およびグラフェンからなる群から選択される少なくとも１種であり、前記（Ａ）成分の導電率が、１０−３Ｓ／ｃｍ以上１０６Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ａ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｂ）成分が、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、フルオロベンゼンチオール、ニトロベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、メトキシベンゼンチオール、ヘプタデカフルオロ−１−デカンチオール、トリデカフルオロ−１−オクタンチオール、およびω−（ビフェニル−４−イル）アルカンチオールからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｂ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、０．１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｃ）成分の金属種が、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金からなる群から選択される少なくとも１種であり、前記（Ｃ）成分の平均粒子径が、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタにおいては、前記（Ｃ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、５質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記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に、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなる中間層を形成する工程と、有機半導体層を形成する工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明の他の有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記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に、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなる中間層を形成する工程と、有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層上にゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、前記中間層を形成する工程では、（Ａ）導電性高分子、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物、および（Ｃ）金属ナノ粒子を含む中間層形成用インクを塗布し乾燥することにより、当該中間層を形成することが好ましい。この場合、前記中間層形成用インクは、インクジェット法で塗布することが好ましい。
本発明の他の有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記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に、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなる中間層を形成する工程と、有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層上にゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、前記中間層を形成する工程では、（Ａ）導電性高分子、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物、および（Ｃ）金属ナノ粒子を含む中間層形成用インクを塗布し乾燥することにより、当該中間層を形成することが好ましい。この場合、前記中間層形成用インクは、インクジェット法で塗布することが好ましい。
本発明によれば、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタ、および有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
［有機薄膜トランジスタの製造方法］
先ず、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ソース・ドレイン電極形成工程と、有機半導体層形成工程との間に、特定の中間層を形成する中間層形成工程を備えている。そして、この中間層の存在により、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタを作製することができる。そこで、先ずは、中間層形成工程に用いる中間層形成用インクについて説明する。
先ず、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ソース・ドレイン電極形成工程と、有機半導体層形成工程との間に、特定の中間層を形成する中間層形成工程を備えている。そして、この中間層の存在により、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタを作製することができる。そこで、先ずは、中間層形成工程に用いる中間層形成用インクについて説明する。
（中間層形成用インク）
中間層形成用インク（以下、「本インク」ともいう。）は、以下説明する（Ａ）導電性高分子、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物、および（Ｃ）金属ナノ粒子を含むものである。本インクを塗布し乾燥することにより、本発明における中間層を形成することができる。
中間層形成用インク（以下、「本インク」ともいう。）は、以下説明する（Ａ）導電性高分子、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物、および（Ｃ）金属ナノ粒子を含むものである。本インクを塗布し乾燥することにより、本発明における中間層を形成することができる。
（（Ａ）成分）
本インクにおける（Ａ）成分は、導電性高分子である。この（Ａ）成分の導電率が、１０−３Ｓ／ｃｍ以上１０６Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましく、０．１Ｓ／ｃｍ以上２０００Ｓ／ｃｍ以下であることがより好ましい。（Ａ）成分の導電率が前記範囲内であれば、電極と有機半導体層との間の電荷の移動をしやすくする中間層としての役割を果たすことができる。導電率は四探針法（ＪＩＳ Ｋ ６９１１）により測定することができる。
（Ａ）成分の骨格は、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリフルオレン、グラフェンなどが挙げられる。これらの中でも、可溶性が良好という観点から、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアニリンが好ましい。（Ａ）成分は、これらのうちの１種の骨格からなるものであってもよく、２種以上の骨格からなるものであってもよい。
本インクにおける（Ａ）成分は、導電性高分子である。この（Ａ）成分の導電率が、１０−３Ｓ／ｃｍ以上１０６Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましく、０．１Ｓ／ｃｍ以上２０００Ｓ／ｃｍ以下であることがより好ましい。（Ａ）成分の導電率が前記範囲内であれば、電極と有機半導体層との間の電荷の移動をしやすくする中間層としての役割を果たすことができる。導電率は四探針法（ＪＩＳ Ｋ ６９１１）により測定することができる。
（Ａ）成分の骨格は、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリフルオレン、グラフェンなどが挙げられる。これらの中でも、可溶性が良好という観点から、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアニリンが好ましい。（Ａ）成分は、これらのうちの１種の骨格からなるものであってもよく、２種以上の骨格からなるものであってもよい。
（Ａ）成分の含有量は、固形分換算で、本インクの固形分全量に対して、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上７０質量％以下であることがより好ましい。（Ａ）成分の含有量が前記下限未満では、中間層を形成しにくくなるか、或いは、有機半導体層を形成しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、電荷の移動が劣る傾向にある。
（（Ｂ）成分）
本インクにおける（Ｂ）成分は、イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物である。（Ｂ）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に本インクにより中間層を形成した場合のイオン化ポテンシャルを適当な範囲に調整できる。つまり、この中間層のイオン化ポテンシャルを、電極の仕事関数よりも高くできる。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、電極と有機半導体層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、（Ｂ）成分のイオン化ポテンシャルは、５．５ｅＶ以上６．１ｅＶ以下であることがより好ましい。
（Ｂ）成分としては、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、フルオロベンゼンチオール、ニトロベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、メトキシベンゼンチオール、ヘプタデカフルオロ−１−デカンチオール、トリデカフルオロ−１−オクタンチオール、ω−（ビフェニル−４−イル）アルカ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、中間層の表面自由エネルギーを低くするという観点からは、フッ素を含有するチオール化合物（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など）が好ましい。
本インクにおける（Ｂ）成分は、イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物である。（Ｂ）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に本インクにより中間層を形成した場合のイオン化ポテンシャルを適当な範囲に調整できる。つまり、この中間層のイオン化ポテンシャルを、電極の仕事関数よりも高くできる。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、電極と有機半導体層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、（Ｂ）成分のイオン化ポテンシャルは、５．５ｅＶ以上６．１ｅＶ以下であることがより好ましい。
（Ｂ）成分としては、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、フルオロベンゼンチオール、ニトロベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、メトキシベンゼンチオール、ヘプタデカフルオロ−１−デカンチオール、トリデカフルオロ−１−オクタンチオール、ω−（ビフェニル−４−イル）アルカ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、中間層の表面自由エネルギーを低くするという観点からは、フッ素を含有するチオール化合物（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など）が好ましい。
（Ｂ）成分の含有量は、固形分換算で、本インクの固形分全量に対して、０．１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。（Ｂ）成分の含有量が前記下限未満では、有機半導体層への電荷の移動性が小さくなり電圧が上昇する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、半導体層の成膜性が劣る傾向にある。
（（Ｃ）成分）
本インクにおける（Ｃ）成分は、金属粒子である。
（Ｃ）成分の金属種としては、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金が挙げられる。なお、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、低温焼結の観点から、銀が特に好ましい。（Ｂ）成分の平均粒子径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下（より好ましくは、１００ｎｍ以下）であることが好ましい。平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡などにより測定できる。具体的には、各種顕微鏡における観察画像にて、１０個程度の粒子の粒子径（直径）を測定し、その平均値を算出する。
本インクにおける（Ｃ）成分は、金属粒子である。
（Ｃ）成分の金属種としては、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金が挙げられる。なお、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、低温焼結の観点から、銀が特に好ましい。（Ｂ）成分の平均粒子径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下（より好ましくは、１００ｎｍ以下）であることが好ましい。平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡などにより測定できる。具体的には、各種顕微鏡における観察画像にて、１０個程度の粒子の粒子径（直径）を測定し、その平均値を算出する。
（Ｃ）成分の含有量は、固形分換算で、本インクの固形分全量に対して、５質量％以上６０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることがより好ましい。（Ｂ）成分の含有量が前記下限未満では、有機半導体層への電荷の移動性が小さくなり電圧が上昇する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、半導体層の成膜性が劣る傾向にある。
本インクは、前記（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を溶解または分散させるために、公知の溶媒を含んでいてもよい。
この溶媒としては、水、アルコール系溶媒、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒などを用いることができる。これらの溶媒は、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。これらの溶媒の組合せなどは、適宜調整できる。また、これらの溶媒の含有量についても、適宜調整できる。なお、インクジェット法での塗布性の観点からは、本インクの固形分濃度を１０質量％以上５０質量％以下の範囲とすることが好ましい。
この溶媒としては、水、アルコール系溶媒、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒などを用いることができる。これらの溶媒は、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。これらの溶媒の組合せなどは、適宜調整できる。また、これらの溶媒の含有量についても、適宜調整できる。なお、インクジェット法での塗布性の観点からは、本インクの固形分濃度を１０質量％以上５０質量％以下の範囲とすることが好ましい。
本インクは、前記（Ａ）成分〜（Ｃ）成分および溶媒の他に、必要に応じて、添加剤を含んでいてもよい。この添加剤としては、消泡剤、界面活性剤、増粘剤、減粘剤、レベリング剤、分散剤などが挙げられる。具体的には、アニオン界面活性剤（例えば、ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウムやドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなど）、ノニオン界面活性剤（例えば、ポリアルキルグリコールのアルキルエステルやアルキルフェニルエーテルなど）、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドンなどを使用することができる。これらの添加剤の含有量としては、固形分換算で、本インクの固形分全量に対して、５０質量％以下であることが好ましい。
本インクは、例えば、前記各成分を混合することにより製造することができる。混合方法は、特に限定されず、例えば、メカニカルスターラー、マグネティックスターラー、超音波分散機、遊星ミル、ボールミル、３本ロールなどの混合機を用いて混合する方法が挙げられる。
本インクは、例えば、前記各成分を混合することにより製造することができる。混合方法は、特に限定されず、例えば、メカニカルスターラー、マグネティックスターラー、超音波分散機、遊星ミル、ボールミル、３本ロールなどの混合機を用いて混合する方法が挙げられる。
（有機薄膜トランジスタの製造方法）
次に、図面を参照しながら、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の一態様について説明する。図１は、本実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための説明図である。
本実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法は、以下説明するゲート電極形成工程、絶縁体層形成工程、ソース・ドレイン電極形成工程、中間層形成工程、および、有機半導体層形成工程を備える方法である。
ゲート電極形成工程においては、図１（Ａ）に示す基板１０上に、図１（Ｂ）に示すように、ゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
絶縁体層形成工程においては、図１（Ｃ）に示すように、基板１０におけるゲート電極１１が形成されていない部分の上、および、ゲート電極１１上に絶縁体層１２を形成する。絶縁体層１２の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
ソース・ドレイン電極形成工程においては、図１（Ｄ）に示すように、絶縁体層１２上にソース電極１３およびドレイン電極１４を所定の間隔をあけて形成する。ソース電極１３およびドレイン電極１４の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
次に、図面を参照しながら、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の一態様について説明する。図１は、本実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための説明図である。
本実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法は、以下説明するゲート電極形成工程、絶縁体層形成工程、ソース・ドレイン電極形成工程、中間層形成工程、および、有機半導体層形成工程を備える方法である。
ゲート電極形成工程においては、図１（Ａ）に示す基板１０上に、図１（Ｂ）に示すように、ゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
絶縁体層形成工程においては、図１（Ｃ）に示すように、基板１０におけるゲート電極１１が形成されていない部分の上、および、ゲート電極１１上に絶縁体層１２を形成する。絶縁体層１２の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
ソース・ドレイン電極形成工程においては、図１（Ｄ）に示すように、絶縁体層１２上にソース電極１３およびドレイン電極１４を所定の間隔をあけて形成する。ソース電極１３およびドレイン電極１４の材料や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。
中間層形成工程においては、図１（Ｅ）に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４の両方に、中間層１５をインクジェット法で形成（成膜）する。なお、ここでは、ソース電極１３およびドレイン電極１４の両方に中間層１５を形成したが、ソース電極１３およびドレイン電極１４のうちのいずれか一方にのみ中間層１５を形成してもよい。
中間層１５は、前記した中間層形成用インクを用いて、インクジェット法により塗布し乾燥することで形成できる。中間層形成用インクの塗布量は、特に限定されないが、通常、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層の間に形成する必要があり、有機半導体層と同等以上の大きさの成膜面積が必要である。また、乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は、通常、２０℃以上２００℃以下の範囲である。また、乾燥時間は、通常、１秒間以上２４０秒間以下の範囲である。
中間層１５は、前記した中間層形成用インクを用いて、インクジェット法により塗布し乾燥することで形成できる。中間層形成用インクの塗布量は、特に限定されないが、通常、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層の間に形成する必要があり、有機半導体層と同等以上の大きさの成膜面積が必要である。また、乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は、通常、２０℃以上２００℃以下の範囲である。また、乾燥時間は、通常、１秒間以上２４０秒間以下の範囲である。
有機半導体層形成工程においては、図１（Ｆ）に示すように、絶縁体層１２におけるソース電極１３およびドレイン電極１４の形成されていない部分の上、並びに、中間層１５上に、有機半導体層１６を形成する。有機半導体層１６の材料（有機半導体インク）や形成方法については、後述するが、適宜公知の材料や方法を用いることができる。なお、中間層１５の表面自由エネルギーは、ソース電極１３およびドレイン電極１４の表面自由エネルギーよりも低く、絶縁体層１２の表面自由エネルギーにより近い値である。そのため、中間層１５を設けない場合と比較して、有機半導体インクの塗布面における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。
本実施形態の有機薄膜トランジスタの製造方法によれば、上記のようにして、ソース電極１３およびドレイン電極１４と、有機半導体層１６との間に中間層１５が成膜されている有機薄膜トランジスタ１が得られる。そして、この中間層１５により、電極と有機半導体層との間の電荷の移動が良好でトランジスタ特性に優れ、かつ有機半導体インクにより効率よく有機半導体層１６が形成できて生産効率が優れる有機薄膜トランジスタ１が得られる。
［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２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。
図２の有機薄膜トランジスタ１は、基板１０上に、ゲート電極１１および絶縁体層１２をこの順に有し、絶縁体層１２上に、所定の間隔をあけて形成された一対のソース電極１３およびドレイン電極１４を有し、ソース電極１３およびドレイン電極１４の表面には中間層１５が形成され、これらの上に有機半導体層１６が形成されている。有機半導体層１６の一部の領域がチャネル部を成しており、ゲート電極１１に印加される電圧でソース電極１３とドレイン電極１４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。
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２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。
図２の有機薄膜トランジスタ１は、基板１０上に、ゲート電極１１および絶縁体層１２をこの順に有し、絶縁体層１２上に、所定の間隔をあけて形成された一対のソース電極１３およびドレイン電極１４を有し、ソース電極１３およびドレイン電極１４の表面には中間層１５が形成され、これらの上に有機半導体層１６が形成されている。有機半導体層１６の一部の領域がチャネル部を成しており、ゲート電極１１に印加される電圧でソース電極１３とドレイン電極１４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。
本実施形態の有機薄膜トランジスタ１では、ソース電極１３およびドレイン電極１４の表面に、前記（Ａ）成分、前記（Ｂ）成分および前記（Ｃ）成分を含む組成物からなる中間層１５が形成されている。この中間層１５は、イオン化ポテンシャルが電極の仕事関数よりも高い層である。これにより、ソース電極１３およびドレイン電極１４の仕事関数と有機半導体層１６とのイオン化ポテンシャルとの差を減少させ、ソース電極１３およびドレイン電極１４と有機半導体層１６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では、中間層１５により、有機半導体インクの塗布面における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。そのため、有機半導体インクにより効率よく有機半導体層１６が形成できて生産効率が優れている。
中間層１５の厚みは、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
また、本実施形態の有機薄膜トランジスタ１では、中間層１５により、有機半導体インクの塗布面における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。そのため、有機半導体インクにより効率よく有機半導体層１６が形成できて生産効率が優れている。
中間層１５の厚みは、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
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２μｍ以上６０μｍ以下である。
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、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。
例えば、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。
本実施形態の有機薄膜トランジスタ１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。
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。
（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、溶媒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。
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、溶媒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。
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。
有機半導体インクに用いる溶媒としては、公知の溶媒が使用でき、アルコール系溶媒、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒などを用いることができる。これらの溶媒は、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。これらの溶媒の組合せなどは、有機半導体インクの塗布方法に応じて、適宜調整できる。
（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、ＳｉＯ２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。
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、ＳｉＯ２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。
（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などを用いることができる。
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などを用いることができる。
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。
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。
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、水や任意の有機溶媒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。
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。
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とポリスチレンスルホン酸の錯体など）、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。
（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（Ｓｉ３Ｎ４、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。
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（Ｓｉ３Ｎ４、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。
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。
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。
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、Ｓｉ３Ｎ４、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。
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。
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。
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。
また、トップゲート構造（後述する図４参照）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。
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／ｃｍ２以上６０Ａ／ｃｍ２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／ｃｍ２以上２０Ａ／ｃｍ２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。
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／ｃｍ２以上６０Ａ／ｃｍ２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／ｃｍ２以上２０Ａ／ｃｍ２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。
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。
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、任意の有機溶媒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。
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。
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。
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。
［変形例］
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタを例に挙げて説明したが、トップゲート構造の有機薄膜トランジスタも、本発明に含まれる。
図３は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の変形例を説明するための説明図である。また、図４は、この変形例で得られる有機薄膜トランジスタを示す概略図である。変形例における有機薄膜トランジスタ１Ａの構成およびその製造方法は、工程の順序や積層の態様が僅かに異なる以外は前記実施形態における有機薄膜トランジスタ１と同様であるので、工程の順序や積層の態様について説明する。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタを例に挙げて説明したが、トップゲート構造の有機薄膜トランジスタも、本発明に含まれる。
図３は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の変形例を説明するための説明図である。また、図４は、この変形例で得られる有機薄膜トランジスタを示す概略図である。変形例における有機薄膜トランジスタ１Ａの構成およびその製造方法は、工程の順序や積層の態様が僅かに異なる以外は前記実施形態における有機薄膜トランジスタ１と同様であるので、工程の順序や積層の態様について説明する。
この有機薄膜トランジスタの製造方法の変形例は、ソース・ドレイン電極形成工程、中間層形成工程、有機半導体層形成工程、絶縁体層形成工程、および、ゲート電極形成工程をこの順で備える方法である。
ソース・ドレイン電極形成工程においては、図３（Ａ）に示す基板１０上に、図３（Ｂ）に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。
中間層形成工程においては、図３（Ｃ）に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４の両方に、中間層１５を、インクジェット法で形成する。
有機半導体層形成工程においては、図３（Ｄ）に示すように、基板１０におけるソース電極１３およびドレイン電極１４の形成されていない部分の上、並びに、中間層１５上に、有機半導体層１６を形成する。
絶縁体層形成工程においては、図３（Ｅ）に示すように、有機半導体層１６上に絶縁体層１２を形成する。
ゲート電極形成工程においては、図３（Ｆ）に示すように、絶縁体層１２上にゲート電極１１を形成する。
このようにして、図４の有機薄膜トランジスタ１Ａを作製できる。
ソース・ドレイン電極形成工程においては、図３（Ａ）に示す基板１０上に、図３（Ｂ）に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。
中間層形成工程においては、図３（Ｃ）に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４の両方に、中間層１５を、インクジェット法で形成する。
有機半導体層形成工程においては、図３（Ｄ）に示すように、基板１０におけるソース電極１３およびドレイン電極１４の形成されていない部分の上、並びに、中間層１５上に、有機半導体層１６を形成する。
絶縁体層形成工程においては、図３（Ｅ）に示すように、有機半導体層１６上に絶縁体層１２を形成する。
ゲート電極形成工程においては、図３（Ｆ）に示すように、絶縁体層１２上にゲート電極１１を形成する。
このようにして、図４の有機薄膜トランジスタ１Ａを作製できる。
図４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１３およびドレイン電極１４を有し、ソース電極１３およびドレイン電極１４の表面には中間層１５が形成されている。そして、ソース電極１３、ドレイン電極１４およびそれらの間の間隙を覆うように有機半導体層１６が形成され、さらに、絶縁体層１２が積層されている。絶縁体層１２の上部であって、かつソース電極１３およびドレイン電極１４の間の間隙上にゲート電極１１が形成されている。
このような有機薄膜トランジスタ１Ａにおいても、前記実施形態で得られる有機薄膜トランジスタ１と同様の作用効果が達成できる。
このような有機薄膜トランジスタ１Ａにおいても、前記実施形態で得られる有機薄膜トランジスタ１と同様の作用効果が達成できる。
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：２５ｍｍ×２０ｍｍ）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）。
この絶縁膜上にソース電極（材質：アルミニウム）およびドレイン電極（材質：アルミニウム）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。
次に、中間層形成用組成物（インク）として、導電性高分子（（Ａ）成分に相当、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）およびポリスチレンスルホン酸を骨格に有する導電性高分子、ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」、導電率５００Ｓ／ｃｍ）と、イオン化ポテンシャルが５．８ｅＶであるトリフルオロメチルベンゼンチオール（（Ｂ）成分に相当）と、銀ナノインク（（Ｃ）成分に相当、インク組成：銀４０質量％／水６０質量％、銀粒子の平均粒子径：５２ｎｍ、バンドー化学社製）とを、それぞれ、インク中の固形分の質量比が７０：８：２２となるように混合したものを調製した。平均粒子径は、５０個程度の粒子を含む視野において、全ての粒子の投影面積円相当径を測定し、その平均を算出した。イオン化ポテンシャルは、理研計器のＡＣ３を用いて測定した。導電率は、四探針法（ＪＩＳ Ｋ ６９１１）により測定した。
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表面に塗布し、１５０℃にて３０分間で乾燥および焼成して、中間層を形成した。また、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、２２ｍＮ／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であった。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓであった。
［実施例１］
ガラス基板（大きさ：２５ｍｍ×２０ｍｍ）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）。
この絶縁膜上にソース電極（材質：アルミニウム）およびドレイン電極（材質：アルミニウム）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。
次に、中間層形成用組成物（インク）として、導電性高分子（（Ａ）成分に相当、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）およびポリスチレンスルホン酸を骨格に有する導電性高分子、ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」、導電率５００Ｓ／ｃｍ）と、イオン化ポテンシャルが５．８ｅＶであるトリフルオロメチルベンゼンチオール（（Ｂ）成分に相当）と、銀ナノインク（（Ｃ）成分に相当、インク組成：銀４０質量％／水６０質量％、銀粒子の平均粒子径：５２ｎｍ、バンドー化学社製）とを、それぞれ、インク中の固形分の質量比が７０：８：２２となるように混合したものを調製した。平均粒子径は、５０個程度の粒子を含む視野において、全ての粒子の投影面積円相当径を測定し、その平均を算出した。イオン化ポテンシャルは、理研計器のＡＣ３を用いて測定した。導電率は、四探針法（ＪＩＳ Ｋ ６９１１）により測定した。
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表面に塗布し、１５０℃にて３０分間で乾燥および焼成して、中間層を形成した。また、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、２２ｍＮ／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であった。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓであった。
［実施例２］
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が５０：５：４５となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．６ｅＶのペンタフルオロベンゼンチオール
（Ｃ）成分の原料：バンドー化学社製の銀ナノインク
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．５ｃｍ２／Ｖｓであった。
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が５０：５：４５となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．６ｅＶのペンタフルオロベンゼンチオール
（Ｃ）成分の原料：バンドー化学社製の銀ナノインク
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．５ｃｍ２／Ｖｓであった。
［実施例３］
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が４０：１０：５０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分：導電率１００Ｓ／ｃｍのポリアニリン
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．８ｅＶのトリフルオロメチルベンゼンチオール
（Ｃ）成分の原料：バンドー化学社製の銀ナノインク
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．６ｃｍ２／Ｖｓであった。
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が４０：１０：５０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分：導電率１００Ｓ／ｃｍのポリアニリン
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．８ｅＶのトリフルオロメチルベンゼンチオール
（Ｃ）成分の原料：バンドー化学社製の銀ナノインク
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．６ｃｍ２／Ｖｓであった。
［実施例４］
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が８５：５：１０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル６．３ｅＶのニトロベンゼンチオール
（Ｃ）成分：銅ナノ粒子（平均粒子径：３０ｎｍ以下）
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓであった。
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が８５：５：１０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル６．３ｅＶのニトロベンゼンチオール
（Ｃ）成分：銅ナノ粒子（平均粒子径：３０ｎｍ以下）
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓであった。
［実施例５］
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が８５：５：１０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．８ｅＶのトリフルオロメチルベンゼンチオール
（Ｃ）成分：和光純薬工業製の金ナノ粒子（平均粒子径：２０ｎｍ以下）
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．２ｃｍ２／Ｖｓであった。
中間層形成用組成物（インク）として、下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、インク中の固形分の質量比が８５：５：１０となるように混合したものを調製した。
（Ａ）成分の原料：ヘレウス社製「ＣＬＥＶＩＯＳ Ｐ Ｊｅｔ ７００」
（Ｂ）成分：イオン化ポテンシャル５．８ｅＶのトリフルオロメチルベンゼンチオール
（Ｃ）成分：和光純薬工業製の金ナノ粒子（平均粒子径：２０ｎｍ以下）
得られたインクを用いた以外は、実施例１と同様にして、ガラス基板上のソース電極およびドレイン電極の表面に中間層を形成した。
中間層を形成した基板上に、有機半導体インク（Ｆｌｅｘｉｎｋ社製「ＦＳ８５」）をインクジェット装置にて塗布し、乾燥させて有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、正常な特性を示し、移動度は０．２ｃｍ２／Ｖｓであった。
［比較例１］
中間層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、アルミニウム電極からの有機半導体への電荷の注入が行えず、ＴＦＴ特性を示さなかった。
中間層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、有機薄膜トランジスタを作製した。ＴＦＴ特性を測定したところ、アルミニウム電極からの有機半導体への電荷の注入が行えず、ＴＦＴ特性を示さなかった。
１，１Ａ…有機薄膜トランジスタ
１０…基板
１１…ゲート電極
１２…絶縁体層
１３…ソース電極
１４…ドレイン電極
１５…中間層
１６…有機半導体層
１０…基板
１１…ゲート電極
１２…絶縁体層
１３…ソース電極
１４…ドレイン電極
１５…中間層
１６…有機半導体層
Claims (12)
- 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と、有機半導体層との間に、中間層を有し、
前記中間層は、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記中間層が、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上に、成膜されてなる
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１または請求項２に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ａ）成分の骨格が、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリフルオレン、およびグラフェンからなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記（Ａ）成分の導電率が、１０−３Ｓ／ｃｍ以上１０６Ｓ／ｃｍ以下である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ａ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、３０質量％以上９０質量％以下である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ｂ）成分が、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、フルオロベンゼンチオール、ニトロベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、メトキシベンゼンチオール、ヘプタデカフルオロ−１−デカンチオール、トリデカフルオロ−１−オクタンチオール、およびω−（ビフェニル−４−イル）アルカンチオールからなる群から選択される少なくとも１種である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ｂ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、０．１質量％以上２０質量％以下である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ｃ）成分の金属種が、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記（Ｃ）成分の平均粒子径が、１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタにおいて、
前記（Ｃ）成分の含有量は、固形分換算で、前記中間層を構成する組成物の固形分全量に対して、５質量％以上６０質量％以下である
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 - 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に絶縁体層を形成する工程と、
前記絶縁体層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記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に、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなる中間層を形成する工程と、
有機半導体層を形成する工程と、を備える
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記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に、（Ａ）導電性高分子と、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物と、（Ｃ）金属ナノ粒子とを含む組成物からなる中間層を形成する工程と、
有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に絶縁体層を形成する工程と、
前記絶縁体層上にゲート電極を形成する工程と、を備える
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 請求項９または請求項１０に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記中間層を形成する工程では、（Ａ）導電性高分子、（Ｂ）イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であるチオール化合物、および（Ｃ）金属ナノ粒子を含む中間層形成用インクを塗布し乾燥することにより、当該中間層を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 請求項１１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記中間層形成用インクは、インクジェット法で塗布する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
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| JP2014050745A JP2015176919A (ja) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | 有機薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111095566A (zh) * | 2017-09-29 | 2020-05-01 | 东丽株式会社 | 场效应晶体管、其制造方法和使用它的无线通信装置和商品标签 |
-
2014
- 2014-03-13 JP JP2014050745A patent/JP2015176919A/ja active Pending
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