JP2021089148A

JP2021089148A - Sensor device, and production method of sensor device

Info

Publication number: JP2021089148A
Application number: JP2019217821A
Authority: JP
Inventors: 薫八田; Kaoru Hatta
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-06-10

Abstract

To provide a sensor device and a production method of the sensor device using a thin-film transistor with good stability against flexure and with excellent flexibility.SOLUTION: A sensor device comprises: a thin-film transistor including a gate electrode, a gate insulating film layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on a substrate; an interlayer dielectric film and an upper electrode that are formed on the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor between the thin-film transistor and an organic piezoelectric film; and an adhesive electrode layer that surrounds the upper electrode and is patterned on an area overlapped with the organic piezoelectric film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサ装置およびセンサ装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a sensor device and a method for manufacturing the sensor device.

圧電体材料は、圧力を加えるとそれに比例した電圧を生じ、また逆に電圧を印加すると変形する現象（圧電効果）を有する材料であり、アクチュエーター、センサー、アナログ回路における発振回路やフィルタ回路などに用いられている。圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などのセラミックス材料やポリフルオロビニリデン（ＰＶＤＦ）のような有機圧電材料などが知られている。 Piezoelectric material is a material that generates a voltage proportional to it when pressure is applied, and also has a phenomenon of deformation (piezoelectric effect) when voltage is applied, and is used for actuators, sensors, oscillation circuits and filter circuits in analog circuits, etc. It is used. As the piezoelectric material, ceramic materials such as lead zirconate titanate (PZT) and organic piezoelectric materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF) are known.

特に、有機圧電材料は、低誘電率かつ高い圧電定数を有しており、またインク化が可能で塗布あるいは印刷により形成が可能であること、化学的な安定性や柔軟性を有しているなどの特徴から、可撓性を持つ圧力センサーや振動センサー、エネルギーハーベスト素子、アクチュエーターなどへの応用が検討されている。 In particular, the organic piezoelectric material has a low dielectric constant and a high piezoelectric constant, can be converted into ink, can be formed by coating or printing, and has chemical stability and flexibility. Due to these characteristics, application to flexible pressure sensors, vibration sensors, energy harvesting elements, actuators, etc. is being studied.

フィルム上に形成されたセンサとしては、有機圧電層を用いたセンサなどが知られているが、これらは柔軟性に富み、フレキシブルな大面積圧力センサへの応用が期待される。そして、そのような例としては、特許文献１のようなものが記載されている。
特許文献１は、トランジスタと有機圧電層が積層された構造を持つ圧力センサである。トランジスタと有機圧電層が密着していることで、圧力センサとして機能している。 As a sensor formed on a film, a sensor using an organic piezoelectric layer and the like are known, but these are highly flexible and are expected to be applied to a flexible large area pressure sensor. And, as such an example, the thing like Patent Document 1 is described.
Patent Document 1 is a pressure sensor having a structure in which a transistor and an organic piezoelectric layer are laminated. The transistor and the organic piezoelectric layer are in close contact with each other, so that they function as a pressure sensor.

特開２０１７−２１９３３６JP-A-2017-219336

特許文献１に示される、トランジスタと有機圧電層を積層した構造を持つ圧力センサでは、有機圧電層と有機半導体層の密着度を高めるための構造的な配慮はなされていない。そのため、柔軟性に富み、フレキシブルな大面積圧力センサへの応用が期待されている形態でありながら、曲げを伴う使用形態への対策が欠如している。 In the pressure sensor having a structure in which a transistor and an organic piezoelectric layer are laminated as shown in Patent Document 1, no structural consideration is given to increase the degree of adhesion between the organic piezoelectric layer and the organic semiconductor layer. Therefore, although it is a form that is highly flexible and is expected to be applied to a flexible large-area pressure sensor, there is a lack of countermeasures for a usage form that involves bending.

本発明は、曲げを伴う使用形態が予測される有機圧力センサにおいて、有機圧電フィルムと薄膜トランジスタの界面，または薄膜トランジスタの各層での剥離を抑制する構造を有する有機圧力センサを提案することを目的とする。 An object of the present invention is to propose an organic pressure sensor having a structure that suppresses peeling at the interface between an organic piezoelectric film and a thin film transistor or each layer of the thin film transistor in an organic pressure sensor that is expected to be used with bending. ..

上記の課題を解決するための本発明の一態様に係るセンサ装置は、
基材上に、ゲート電極，ゲート絶縁層，ソース電極，ドレイン電極，ソース電極およびドレイン電極と接続してチャネル部分を構成する半導体層を有する薄膜トランジスタと、
層間絶縁膜で被覆された前記薄膜トランジスタ上に、上部電極，有機圧電フィルム，共通電極を備えてなるセンサ装置であって、
前記上部電極と同一平面内に、前記薄膜トランジスタ上の前記層間絶縁膜と前記有機圧電フィルムを周辺部において接合するように、接着用電極が形成されてなる構成であることを特徴とする。 The sensor device according to one aspect of the present invention for solving the above problems is
A thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, a source electrode, and a semiconductor layer connected to the drain electrode to form a channel portion on a substrate.
A sensor device including an upper electrode, an organic piezoelectric film, and a common electrode on the thin film transistor coated with an interlayer insulating film.
It is characterized in that an adhesive electrode is formed in the same plane as the upper electrode so that the interlayer insulating film on the thin film transistor and the organic piezoelectric film are bonded at a peripheral portion.

前記接着用電極は、矩形状の前記有機圧電フィルムの四辺全てで端部と接着するように
設けられていることが好適である。 It is preferable that the adhesive electrode is provided so as to adhere to the end portion on all four sides of the rectangular organic piezoelectric film.

前記有機半導体層と前記層間絶縁膜との間に、半導体保護層を設けても良い。 A semiconductor protective layer may be provided between the organic semiconductor layer and the interlayer insulating film.

前記上部電極および前記接着用電極が少なくとも導電性粒子、樹脂成分を含んでいても良い。 The upper electrode and the adhesive electrode may contain at least conductive particles and a resin component.

前記導電性粒子としては、銀粒子が好適である。 As the conductive particles, silver particles are suitable.

センサ装置の製造にあたっては、
前記上部電極をスクリーン印刷法で形成することが採用される。 In manufacturing sensor devices,
It is adopted that the upper electrode is formed by a screen printing method.

また、センサ装置の製造方法では、
前記上部電極および前記接着用電極と前記有機圧電フィルムを貼付した後に、有機圧電フィルムの分極が消失しない７０℃以上１００℃以下の範囲でキュリー温度以下での熱処理により接着させることが採用される。 In addition, in the manufacturing method of the sensor device,
After the upper electrode and the bonding electrode and the organic piezoelectric film are attached, it is adopted that the organic piezoelectric film is adhered by heat treatment at a Curie temperature or lower within a range of 70 ° C. or higher and 100 ° C. or lower so that the polarization of the organic piezoelectric film does not disappear.

本発明によれば、湾曲に対し密着性を高めた薄膜トランジスタおよび有機圧電フィルムを備えた構成であるセンサ装置およびセンサ装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor device and a method for manufacturing the sensor device, which are configured to include a thin film transistor and an organic piezoelectric film having improved adhesion to bending.

本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の要部である単独のセンサ素子の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a single sensor element which is a main part of the sensor device according to the first embodiment of the present invention. 図１の平面図。Top view of FIG. 本発明の第２実施形態に係るセンサ装置を示す図。The figure which shows the sensor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係るセンサ装置を示す図。The figure which shows the sensor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係るセンサ装置を示す図。The figure which shows the sensor device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 比較例の第１実施形態に係るセンサ装置を示す図。The figure which shows the sensor device which concerns on 1st Embodiment of a comparative example. 比較例の第３実施形態に係るセンサ装置を示す図。The figure which shows the sensor device which concerns on 3rd Embodiment of a comparative example. 作製したセンサ装置を湾曲させた状態を示す図。The figure which shows the state in which the manufactured sensor device was curved.

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。ここで、図面は模式的なものであり、説明の便宜上、平面寸法との関係や各層の厚みの比率等は実際の縮尺とは異なるサイズで誇張して図示する場合もある。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, the drawings are schematic, and for convenience of explanation, the relationship with the plane dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like may be exaggerated to a size different from the actual scale. Further, the embodiments shown below exemplify a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the materials, shapes, structures, etc. of the constituent parts as follows. It is not specific to anything. The technical idea of the present invention may be modified in various ways within the technical scope specified by the claims stated in the claims.

図１に、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタおよび有機圧電フィルムを備えた構成であるセンサ装置１００の要部である単独のセンサ素子についての断面図を示す。薄膜トランジスタは、基材１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、ソース電極４と、ドレイン電極５と、ソース電極４とドレイン電極５との間に積層された半導体層６と、半導体層６上に積層された保護層７、ソース電極４、ドレイン電極５および保護層７上に形成された層間絶縁膜８と、層間絶縁膜８上に形成された上部電極９及び接着用電極１０と、その上層に圧力、変位に対して電圧が発生する有機圧電フィルム１１、共通電極１２を含む。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a single sensor element which is a main part of a sensor device 100 having a structure including a thin film transistor and an organic piezoelectric film according to an embodiment of the present invention. The thin film is composed of a substrate 1, a gate electrode 2, a gate insulating film 3, a source electrode 4, a drain electrode 5, a semiconductor layer 6 laminated between the source electrode 4 and the drain electrode 5, and a semiconductor layer. A protective layer 7, a source electrode 4, a drain electrode 5, and an interlayer insulating film 8 formed on the protective layer 7, and an upper electrode 9 and an adhesive electrode 10 formed on the interlayer insulating film 8. , The organic piezoelectric film 11 and the common electrode 12 in which a voltage is generated with respect to pressure and displacement are included in the upper layer thereof.

本発明の実施形態において、基材１に用いる材料は特に限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートなどのフレキシブルなプラスチック材料などがある。 In the embodiment of the present invention, the material used for the base material 1 is not particularly limited, but is flexible such as polyethylene terephthalate (PET), polyimide, polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), and polycarbonate. There are plastic materials and so on.

ゲート電極２に用いる材料は特に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等の金属や、ＩＴＯ等の透明導電膜を使用することができる。形成方法としては、蒸着やスパッタ成膜後にフォトリソグラフィ法で形成してもよいが、印刷法（スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転オフセット印刷等）を用いることができる。印刷を用いる場合、Ａｇインク、Ｎｉインク、Ｃｕインク等を用いることができる。特に、フレキソ印刷、反転オフセット印刷は、薄膜印刷が可能で平坦性に優れており、ゲート電極２として好適である。 The material used for the gate electrode 2 is not particularly limited, but metals such as Al, Cr, Au, Ag, Ni, Cu, and Mo, and transparent conductive films such as ITO can be used. As the forming method, it may be formed by a photolithographic method after vapor deposition or sputter film formation, but a printing method (screen printing, flexographic printing, gravure printing, offset printing, reverse offset printing, etc.) can be used. When printing is used, Ag ink, Ni ink, Cu ink and the like can be used. In particular, flexographic printing and reverse offset printing are capable of thin film printing and have excellent flatness, and are suitable as the gate electrode 2.

ゲート絶縁膜３の材料は酸化珪素（ＳｉＯ_x）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）、酸化タンタル（ＴａＯ_x）、酸化イットリウム（ＹＯ_x）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_x）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_x）などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素（ＳｉＮ_x）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等の樹脂材料、ポリシルセスキオキサン（ＰＳＱ）のような有機／無機ハイブリッド樹脂を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または２層以上積層してもよいし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。 The material of the gate insulating film 3 is silicon oxide (SiO _x ), aluminum oxide (AlO _x ), tantalum oxide (TaO _x ), yttrium oxide (YO _x ), zirconium oxide (ZrO _x ), hafnium oxide (HfO _x ), etc. Oxide-based insulating material, silicon nitride (SiN _x ), silicon oxide (SiON), polyacrylate such as polymethylmethacrylate (PMMA), resin material such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylphenol (PVP), polysil Organic / inorganic hybrid resins such as sesquioxane (PSQ) can be used, but are not limited thereto. These may be a single layer or two or more layers, or may have a composition inclined in the growth direction.

ゲート絶縁膜３の形成方法については、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等の真空成膜法や、スピンコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法等のウェット成膜法が適宜材料に応じて用いることが出来る。 Regarding the method for forming the gate insulating film 3, a vacuum deposition method such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, a laser ablation method, a plasma CVD method, an optical CVD method, and a hot wire CVD method, a spin coating method, etc. Wet film formation methods such as the die coating method and the screen printing method can be appropriately used depending on the material.

次に、ゲート絶縁膜３の上にソース電極４およびドレイン電極５とドレイン電極５を形成する。ソース電極４およびドレイン電極５の材料には、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）やその他ＭｏＮｂのようなモリブデン合金などの金属材料や、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物材料を用いることができる。銀、金、白金、パラジウムなどの貴金属系の金属は仕事関数が大きく、有機半導体への正孔注入障壁が小さくなり好ましい。 Next, the source electrode 4, the drain electrode 5, and the drain electrode 5 are formed on the gate insulating film 3. The materials of the source electrode 4 and the drain electrode 5 include metal materials such as aluminum (Al), molybdenum (Mo) and other molybdenum alloys such as MoNb, indium oxide (InO), tin oxide (SnO), and zinc oxide ( Conductive metal oxide materials such as ZnO), indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (IZO) can be used. Precious metal-based metals such as silver, gold, platinum, and palladium have a large work function and a small hole injection barrier into organic semiconductors, which is preferable.

ソース電極４およびドレイン電極５の形成は、導電性材料の前駆体やナノ粒子などを使用するウェット成膜法が好適に用いられる。例えば、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法などの方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法により直接パターニングすることもできるが、これらに限定されるものではない。 For the formation of the source electrode 4 and the drain electrode 5, a wet film forming method using a precursor of a conductive material, nanoparticles, or the like is preferably used. For example, a method such as an inkjet method, a letterpress printing method, a lithographic printing method, an intaglio printing method, or a screen printing method can be used. Patterning can be performed by protecting the pattern-forming portion with a resist or the like by using, for example, a photolithography method and removing unnecessary portions by etching, or by directly patterning by a printing method, but the patterning is limited to these. It's not a thing.

次に、ゲート絶縁膜３、ソース電極４およびドレイン電極５上に、ソース電極４とドレイン電極５とを接続するように半導体層６を形成する。半導体層６には、有機半導体材料、例えばペンタセン、およびそれらの誘導体のような低分子半導体やポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料や、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体材料、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びガリウム（Ｇａ）のうち１種類以上の元素を含む酸化物である酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ）、及び酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）などの材料が挙げられる。これらの材料の構造は単結晶、多結晶、微結晶、結晶とアモルファスの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれであっても構わない。
半導体層６として有機半導体材料を用いる場合は、有機半導体材料を溶解または分散させた溶液をインクとして用いる凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット法、ノズルプリンティングなどのウェット成膜方法で形成することもできるし、有機半導体材料の粉末や結晶を真空状態で蒸着する方法などで形成することもできる。また、半導体材料として酸化物半導体材料を用いる場合は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法などの真空成膜法や、有機金属化合物を前駆体とするゾルゲル法や化学浴堆積法、また、金属酸化物の微結晶およびナノ結晶を分散させた溶液を塗布する方法等のウェット成膜法を用いることができるが、半導体層の形成方法は、これらに限定されるものではなく、公知一般の方法を使用することも可能である。 Next, a semiconductor layer 6 is formed on the gate insulating film 3, the source electrode 4, and the drain electrode 5 so as to connect the source electrode 4 and the drain electrode 5. The semiconductor layer 6 includes organic semiconductor materials such as pentacenes and low molecular weight semiconductors such as pentacene and derivatives thereof, polythiophene, polyallylamine, fluorenbitiophen copolymers, and high molecular weight organic semiconductor materials such as derivatives thereof. One or more of oxide semiconductor materials containing metal oxide as a main component, for example, zinc (Zn), indium (In), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), and gallium (Ga). Zinc oxide (ZnO), indium oxide (InO), indium zinc oxide (In-Zn-O), tin oxide (SnO), tungsten oxide (WO), and zinc indium gallium oxide (In). -Ga-Zn-O) and other materials can be mentioned. The structure of these materials may be single crystal, polycrystal, microcrystal, mixed crystal of crystal and amorphous, nanocrystal scattered amorphous, or amorphous.
When an organic semiconductor material is used as the semiconductor layer 6, it can be formed by a wet film forming method such as letterpress printing, screen printing, an inkjet method, or nozzle printing using a solution in which the organic semiconductor material is dissolved or dispersed as an ink. It can also be formed by a method of depositing powders or crystals of an organic semiconductor material in a vacuum state. When an oxide semiconductor material is used as the semiconductor material, a vacuum deposition method such as a CVD method, a sputtering method, a pulse laser deposition method, or a vacuum deposition method, a sol-gel method using an organic metal compound as a precursor, or chemical bath deposition is performed. A wet film deposition method such as a method or a method of applying a solution in which microcrystals and nanocrystals of metal oxides are dispersed can be used, but the method for forming a semiconductor layer is not limited thereto. , It is also possible to use a known general method.

さらに半導体材料の素子特性を外界の影響から保護し良好に保つために、半導体層６上には、半導体保護層７を形成することができる。保護層７は少なくとも半導体層６のチャネル部分と重なる領域を覆うように形成される必要がある。 Further, in order to protect the element characteristics of the semiconductor material from the influence of the outside world and keep the element characteristics good, the semiconductor protective layer 7 can be formed on the semiconductor layer 6. The protective layer 7 needs to be formed so as to cover at least a region overlapping the channel portion of the semiconductor layer 6.

保護層７の材料としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）、フッ素系樹脂等の絶縁材料が挙げられるがこれらに限定されるものではない。 Examples of the material of the protective layer 7 include inorganic materials such as silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, hafnium aluminate, zirconium oxide and titanium oxide, or polyacrylates such as PMMA (polymethyl methacrylate). Insulating materials such as PVA (polyvinyl alcohol), PVP (polyvinyl phenol), and fluororesins can be mentioned, but are not limited thereto.

ソース電極４、前記ドレイン電極５および前記半導体層６上または保護層７上に層間絶縁膜８が形成される。 An interlayer insulating film 8 is formed on the source electrode 4, the drain electrode 5, and the semiconductor layer 6 or the protective layer 7.

層間絶縁膜８として用いられる材料は特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料にはポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂などの有機材料がある。層間絶縁膜８形成に際しては凸版印刷法、反転オフセット印刷法、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、スピンコート法等公知の方法を好適に用いることができるが、フレキシブル化、低コスト化などを考慮すると印刷法で形成することが好ましい。 The material used as the interlayer insulating film 8 is not particularly limited, but commonly used materials include organic materials such as polyvinylphenol, polymethylmethacrylate, polyimide, polyvinyl alcohol, and epoxy resin. When forming the interlayer insulating film 8, known methods such as a letterpress printing method, an inversion offset printing method, an inkjet printing method, a screen printing method, a spray coating method, and a spin coating method can be preferably used, but the flexibility and cost reduction can be achieved. In consideration of the above, it is preferable to form by a printing method.

層間絶縁膜８上の上部電極９および接着用電極１０として用いられる材料は特に限定されるものではないが、白金、ニッケル、インジウム錫酸化物などの金属あるいは金や銀、ニッケル金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは金属粒子を導電材料として用いたペーストなどがある。樹脂成分としては、特に限定されないが、さらに、ペーストに含ませる樹脂成分としては、特に限定されないが、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂やエポキシジ樹脂などの熱硬化性樹脂があり、これらは複数種同時に使用してもよい。 The material used as the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 on the interlayer insulating film 8 is not particularly limited, but metals such as platinum, nickel and indium tin oxide or gold, silver and nickel metal colloidal particles are dispersed. There are pastes that use the prepared solution or metal particles as a conductive material. The resin component is not particularly limited, and further, the resin component to be included in the paste is not particularly limited, but includes a thermoplastic resin such as an acrylic resin and a polyester resin, and a thermosetting resin such as an epoxydi resin. Multiple types may be used at the same time.

また、上部電極９および接着用電極１０と接する有機圧電フィルム１１の材料として、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ-ＴｒＦＥ））のような強誘電体材料が用いる場合、このような強誘電体材料は、キュリー温度以上の熱処理で誘電体としての重要な特性である分極という特性を失うことがある。 When a ferroelectric material such as polyvinylidene fluoride trifluoroethylene copolymer (P (VDF-TrFE)) is used as the material of the organic piezoelectric film 11 in contact with the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10, this is used. Such a ferroelectric material may lose the property of polarization, which is an important property as a dielectric, by heat treatment above the Curie temperature.

このため、上部電極９および接着用電極１０は強誘電体材料のキュリー温度以下で形成可能な材料であることが好ましい。そのような材料としては、たとえば、低温焼成ができ、かつ低温で導電性の得やすい材料である、銀粒子を含む導電性粒子を導電材料として用いた樹脂成分を含むペーストである、いわゆる銀ペーストが好ましい。 Therefore, it is preferable that the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 are materials that can be formed below the Curie temperature of the ferroelectric material. As such a material, for example, a so-called silver paste, which is a material that can be fired at a low temperature and is easily conductive at a low temperature, and is a paste containing a resin component using conductive particles containing silver particles as a conductive material. Is preferable.

銀粒子を含む導電性粒子を導電材料として用いた樹脂成分を含むペーストを用いた上部電極９及び接着用電極１０の形成方法としては、低コストで実現できる印刷法が適している。このような印刷法には、スクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット法などがある。この中でも、特にスクリーン印刷は、ペーストの使用可能な粘度範囲が広く、樹脂成分の選択性が広いため好ましい。 As a method for forming the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 using a paste containing a resin component using conductive particles containing silver particles as a conductive material, a printing method that can be realized at low cost is suitable. Such printing methods include screen printing, flexographic printing, and inkjet printing. Among these, screen printing is particularly preferable because the paste can be used in a wide range of viscosities and the resin component has a wide selectivity.

なお、本開示（明細書）における「スクリーン印刷」とは、ポリエステルなどの合成繊維、またはステンレスや各種金属繊維で織ったフレームと呼ばれる細かい編み目のメッシュ越しにインキを通過させて対象物へ印刷させる、孔版印刷の一種の印刷方法を意味する。 The term "screen printing" as used in the present disclosure (specification) means that ink is passed through a mesh of fine stitches called a frame woven from synthetic fibers such as polyester or stainless steel or various metal fibers to print on an object. , Means a kind of printing method of stencil printing.

上部電極９および接着用電極１０を形成後に、熱処理を用いて、有機圧電フィルム１１を上部電極９および接着用電極１０上に接着する。この熱処理による接着は、上部電極９および接着用電極１０と有機圧電フィルム１１が圧力センサとして十分に機能し、上部電極９および接着用電極１０と密着した有機圧電フィルム１１が湾曲させた状態においても剥離しないように行なうものである。このとき、有機圧電フィルムを構成する材料は分極を有しているが、キュリー温度以上の熱をかけるとその分極を消失してしまう。そのため、７０度〜１００度程度の温度範囲で行うことが望ましいが、温度条件はこれらの温度範囲に限定されるものではなく、材料の選択等の条件によって適宜定めることができる。 After forming the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10, the organic piezoelectric film 11 is adhered onto the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 by heat treatment. In the bonding by this heat treatment, even in a state where the upper electrode 9, the bonding electrode 10 and the organic piezoelectric film 11 sufficiently function as a pressure sensor, and the organic piezoelectric film 11 in close contact with the upper electrode 9 and the bonding electrode 10 is curved. It is done so as not to peel off. At this time, the material constituting the organic piezoelectric film has polarization, but the polarization disappears when heat equal to or higher than the Curie temperature is applied. Therefore, it is desirable to carry out the temperature in a temperature range of about 70 to 100 degrees, but the temperature conditions are not limited to these temperature ranges and can be appropriately determined depending on conditions such as selection of materials.

ここで、接着用電極１０についてさらに詳細に説明する。 Here, the adhesive electrode 10 will be described in more detail.

接着用電極１０は、有機圧電フィルム１１と接着するように形成することが要求され、特に有機圧電フィルム１１の端部と重なるように形成することが好ましい。 The adhesive electrode 10 is required to be formed so as to adhere to the organic piezoelectric film 11, and is particularly preferably formed so as to overlap the end portion of the organic piezoelectric film 11.

大面積圧力センサでは、複数のセンサ素子がアレイ状に配列されてなり、接合される有機圧電フィルムは、各トランジスタの電極パターンを覆うように形成する必要があるため、薄膜トランジスタ領域よりも大きい面積であることが要求される。接合部よりも外側に有機圧電フィルムの端部が張り出していると、張り出した未接着箇所から剥離が生じやすくなる。 In a large-area pressure sensor, a plurality of sensor elements are arranged in an array, and the bonded organic piezoelectric film needs to be formed so as to cover the electrode pattern of each transistor, so that the area is larger than the thin film transistor region. It is required to be. If the end portion of the organic piezoelectric film protrudes to the outside of the joint portion, peeling is likely to occur from the overhanging unbonded portion.

センサ装置１００を湾曲させた際に、有機圧電フィルム１１の剥離は、特に有機圧電フィルム１１の端部で発生しやすいが、接着用電極１０を有機圧電フィルム１１の特に端部領域において重なるように形成することで、剥離を防ぐことが可能となる。 When the sensor device 100 is curved, peeling of the organic piezoelectric film 11 is likely to occur particularly at the end portion of the organic piezoelectric film 11, but the adhesive electrodes 10 are overlapped with each other particularly at the end region of the organic piezoelectric film 11. By forming it, it becomes possible to prevent peeling.

このとき、接着用電極１０は、有機圧電フィルム１１の剥離を防ぐように形成されていれば良く、特に形成位置や形状が限定されることはない。例えば、有機圧電フィルム１１が四角形の形状の場合、４辺に対して、接着用電極１０が形成されていることが好ましい。一方、１辺のみに形成された場合だと、未形成部分においては、湾曲に対して、剥離が生じやすくなってしまうため、好ましくない。 At this time, the adhesive electrode 10 may be formed so as to prevent the organic piezoelectric film 11 from peeling off, and the forming position and shape are not particularly limited. For example, when the organic piezoelectric film 11 has a quadrangular shape, it is preferable that the adhesive electrodes 10 are formed on four sides. On the other hand, if it is formed on only one side, peeling is likely to occur in the unformed portion due to bending, which is not preferable.

図２は、図１（断面図）の平面図である。センサ素子内において、同一平面内に位置する上部電極９および接着用電極１０の配置関係は図示の通りであり、接着用電極１０は上部電極９を取り囲む様にセンサ素子周辺部に形成される。同図で、一点鎖線で示される輪郭は、センサ素子周辺部を規定することになる有機圧電フィルム１１のエッジ部である。 FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 (cross-sectional view). The arrangement relationship between the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 located in the same plane in the sensor element is as shown in the drawing, and the adhesive electrode 10 is formed around the sensor element so as to surround the upper electrode 9. In the figure, the contour shown by the alternate long and short dash line is the edge portion of the organic piezoelectric film 11 that defines the peripheral portion of the sensor element.

また、上部電極と接着電極を同時に形成することで、接着電極、上部電極の位置合わせの必要がなくなるため、位置ずれが生じず、歩留まりよく形成可能となる。 Further, by forming the upper electrode and the adhesive electrode at the same time, it is not necessary to align the adhesive electrode and the upper electrode, so that the positional deviation does not occur and the yield can be improved.

有機圧電フィルム１１として用いられる材料は特に限定されるものではないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ-ＴｒＦＥ））などが挙げられる。これらの材料は、圧電定数が大きく、軽量、柔軟であり、広帯域で利用可能といった利点があるため好ましい。また、あらかじめ分極処理を施したフィルムを用いることが好ましい。 The material used as the organic piezoelectric film 11 is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene fluoride trifluoroethylene copolymer (P (VDF-TrFE)). These materials are preferable because they have advantages such as a large piezoelectric constant, light weight, flexibility, and wideband availability. Further, it is preferable to use a film that has been subjected to a polarization treatment in advance.

ここで、分極処理とは、材料内の電荷の偏りを一様な方向に揃えるため高電圧を印加する処理を意味する。 Here, the polarization treatment means a treatment in which a high voltage is applied in order to align the electric charge bias in the material in a uniform direction.

有機圧電フィルム１１上には、共通電極１２が形成される。共通電極１２の材料には、前述したようなゲート電極およびソース・ドレイン電極と同様の材料および形成方法を用いることができる。また、有機圧電フィルム１１にあらかじめ共通電極１２を形成してから、上部画素電極９と貼合することもできる。
＜センサ装置＞
複数の薄膜トランジスタをマトリクス状に配置することにより、薄膜トランジスタアレイを用いたセンサ装置とすることができる。薄膜トランジスタアレイとすることで、面状での検出を可能とする。 A common electrode 12 is formed on the organic piezoelectric film 11. As the material of the common electrode 12, the same material and forming method as those of the gate electrode and the source / drain electrode as described above can be used. It is also possible to form the common electrode 12 on the organic piezoelectric film 11 in advance and then attach it to the upper pixel electrode 9.
<Sensor device>
By arranging a plurality of thin film transistors in a matrix, it is possible to obtain a sensor device using a thin film transistor array. The thin film transistor array enables planar detection.

以下、実施例を一層詳細に説明する。
[実施例１]
図１，図２に示される本発明の実施形態に係るセンサ素子をアレイ状に配置した薄膜トランジスタアレイを具備するセンサ装置を製造した。（図３参照）センサ装置１００を構成する薄膜トランジスタの基材１の材料として、ポリイミド（宇部興産製）を用いた。基材１の上にアルミニウムをスパッタ法により１００ｎｍ成膜し、ポジレジストを用いたフォトリソグラフィー手法にてエッチング加工を行ない、レジスト剥離して、ゲート電極２、ゲート配線３１を形成した。次にその上層にアクリル系樹脂をダイコーターにより塗布して、１８０℃で１時間乾燥させてゲート絶縁膜３を形成した。 Hereinafter, examples will be described in more detail.
[Example 1]
A sensor device including a thin film transistor array in which the sensor elements according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 are arranged in an array is manufactured. (See FIG. 3) Polyimide (manufactured by Ube Industries, Ltd.) was used as the material of the base material 1 of the thin film transistor constituting the sensor device 100. Aluminum was formed on the base material 1 by a sputtering method at 100 nm, etched by a photolithography method using a positive resist, and the resist was peeled off to form a gate electrode 2 and a gate wiring 31. Next, an acrylic resin was applied to the upper layer with a die coater and dried at 180 ° C. for 1 hour to form a gate insulating film 3.

Ａｇをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜し、ポジレジストを用いたフォトリソグラフィー手法にてエッチング加工を行ない、レジスト剥離して、ソース電極４、ドレイン電極５、ソース配線３２とした。 Ag was formed into a 100 nm film by a sputtering method, etched by a photolithography method using a positive resist, and the resist was peeled off to obtain a source electrode 4, a drain electrode 5, and a source wiring 32.

半導体材料として、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を用いた。テトラリン（関東化学製）に２重量％で溶解させたものをインキとして用い、フレキソ印刷法にて半導体層６を形成した。 As the semiconductor material, 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene) (manufactured by Aldrich) was used. The semiconductor layer 6 was formed by a flexographic printing method using a solution dissolved in tetralin (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) at 2% by weight as an ink.

半導体層６上にフッ素樹脂をインクジェット法によって塗布し、１００℃で乾燥して、保護層７とした。 A fluororesin was applied onto the semiconductor layer 6 by an inkjet method and dried at 100 ° C. to form a protective layer 7.

保護層７上に形成する層間絶縁膜８材料として、ネガ型の感光性アクリル樹脂材料を用いて、これをダイコート法により塗布した。乾燥を行った後、所望の形状のフォトマスクを用いて露光を行い、現像により不要な樹脂材料を除去して、所望のパターン形状を形成した。その後、１５０℃で焼成を行い、層間絶縁膜８を形成した。 A negative type photosensitive acrylic resin material was used as the interlayer insulating film 8 material formed on the protective layer 7, and this was applied by the die coating method. After drying, exposure was performed using a photomask having a desired shape, and unnecessary resin material was removed by development to form a desired pattern shape. Then, it was fired at 150 ° C. to form an interlayer insulating film 8.

図２に示すように、層間絶縁膜８上に、上部電極９および接着用電極１０として、スクリーン印刷法により銀ペーストを用いて印刷し、６０℃で予備乾燥させ、その後、あらかじめ共通電極１２として、ＭｏＮｂをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜されたポリ
フッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体フィルムの有機圧電フィルム１１を貼付したあと、８０℃で焼成を行い、上部電極９にポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体フィルムの有機圧電フィルム１１が接着された薄膜トランジスタ１００を用いたセンサ装置を得た。なお、このとき接着用電極１０は、図３に示す通り、有機圧電フィルム１１の４辺の端部に形成した。
＜センサ装置の評価＞
実施例１で作製したセンサ装置を用いて、圧力に対するデータを取得可能であった。また、センサ装置を屈曲させた状態でもデータ取得することが可能であり、図８（ａ）に示すように、上部電極９と有機圧電フィルム１１の間では剥離は生じていなかった。
[実施例２]
＜センサ装置＞
図４に示す構成のセンサ装置を製造した。図４に示すように、有機圧電フィルムエッジ部２０に加え、アレイ状に配置（図示では、４箇所）された薄膜トランジスタ間にも接着用電極層１０を形成した変更が実施例１との相違であり、それ以外は同様である。
＜センサ装置の評価＞
実施例２で作製したセンサ装置を用いて、に圧力に対するデータを取得可能であった。また、センサ装置を屈曲させた状態でもデータ取得することが可能であった。実施例１と同様に、上部電極９と有機圧電フィルム１１の間では剥離は生じていなかった。
[実施例３]
＜センサ装置＞
図５に示す構成のセンサ装置を製造した。図５に示すように、有機圧電フィルムエッジ部２０の四辺全体で連続せず部分的に接着用電極層１０を形成した変更が実施例１との相違であり、それ以外は同様である。
＜センサ装置の評価＞
実施例３で作製したセンサ装置を用いて、に圧力に対するデータを取得可能であった。また、センサ装置を屈曲させた状態でもデータ取得することが可能であった。実施例１と同様に、上部電極９と有機圧電フィルム１１の間では剥離は生じていなかった。 As shown in FIG. 2, on the interlayer insulating film 8, the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 are printed with silver paste by a screen printing method, pre-dried at 60 ° C., and then preliminarily used as the common electrode 12. , MoNb is attached with an organic piezoelectric film 11 of a polyvinylidene fluoride trifluoride copolymer film formed to 100 nm by a sputtering method, and then fired at 80 ° C., and polyvinylidene fluoride trifluoride trifluoride ethylene trifluoride is attached to the upper electrode 9. A sensor device using the thin film 100 to which the organic piezoelectric film 11 of the copolymer film was adhered was obtained. At this time, as shown in FIG. 3, the adhesive electrode 10 was formed at the four side ends of the organic piezoelectric film 11.
<Evaluation of sensor device>
Using the sensor device produced in Example 1, it was possible to acquire data on pressure. Further, it is possible to acquire data even when the sensor device is bent, and as shown in FIG. 8A, peeling did not occur between the upper electrode 9 and the organic piezoelectric film 11.
[Example 2]
<Sensor device>
A sensor device having the configuration shown in FIG. 4 was manufactured. As shown in FIG. 4, in addition to the organic piezoelectric film edge portion 20, the change in which the adhesive electrode layer 10 is formed between the thin film transistors arranged in an array (4 locations in the figure) is different from the first embodiment. Yes, otherwise it is the same.
<Evaluation of sensor device>
Using the sensor device produced in Example 2, it was possible to acquire data on pressure. In addition, it was possible to acquire data even when the sensor device was bent. Similar to Example 1, no peeling occurred between the upper electrode 9 and the organic piezoelectric film 11.
[Example 3]
<Sensor device>
A sensor device having the configuration shown in FIG. 5 was manufactured. As shown in FIG. 5, a change in which the adhesive electrode layer 10 is partially formed without being continuous on the entire four sides of the organic piezoelectric film edge portion 20 is a difference from the first embodiment, and is the same except for the change.
<Evaluation of sensor device>
Using the sensor device produced in Example 3, it was possible to acquire data on pressure. In addition, it was possible to acquire data even when the sensor device was bent. Similar to Example 1, no peeling occurred between the upper electrode 9 and the organic piezoelectric film 11.

[比較例１]
＜センサ装置＞
比較例１として、図６に示す構成のセンサ装置を製造した。比較例１では、有機圧電フィルムエッジ部２０に接着用電極層１０を形成していない。それ以外は実施例１〜３と同様である。
＜センサ装置の評価＞
上部電極９とポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体フィルム間は接着されているが、センサ装置を屈曲させた際に有機圧電フィルムエッジ部２０が接着されていないため、エッジ部から分離されてしまい、センサ装置の評価時に、圧力に対するデータを取得することができなかった。図８（ｂ）での剥がれ２１に示される剥離が生じていた。
[比較例２]
＜センサ装置＞
比較例２として、以下に説明する構成のセンサ装置を作製した。比較例２に係るセンサ装置では、上部電極９および接着用電極１０として、スクリーン印刷法により銀ペーストを用いて印刷形成したものでなく、上部電極９、接着用電極１０をスパッタリング法により、Ａｇを成膜している変更が実施例１との相違であり、それ以外は実施例１と同様である。
＜センサ装置の評価＞
上部電極９と有機圧電フィルム１１間の接着力は弱く、センサ装置を屈曲させた際に上部電極９と有機圧電フィルム１１が分離されてしまい、センサ装置の評価時に、圧力に対するデータを取得することができなかった。図８（ｃ）での剥がれ２１に示される剥離が生じていた。
[比較例３]
＜センサ装置＞
比較例３として、以下に説明する薄膜トランジスタアレイ基材を作製した。比較例３に係るセンサ装置は、図７に示すように、接着用電極１０を有機圧電フィルムエッジ部２０の四辺に形成せず、エッジ部１辺のみに形成した変更が実施例１との相違であり、それ以外は同様である。
＜センサ装置の評価＞
センサ装置を屈曲させた際に、接着用電極１０が存在しないないエッジ部から有機圧電フィルム１１が分離されてしまい、センサ装置の評価時に、圧力に対するデータを取得することができなかった。図８（ｄ）に示すように、接着用電極１０が存在しない側のエッジ部で剥離が生じていた。 [Comparative Example 1]
<Sensor device>
As Comparative Example 1, a sensor device having the configuration shown in FIG. 6 was manufactured. In Comparative Example 1, the adhesive electrode layer 10 is not formed on the edge portion 20 of the organic piezoelectric film. Other than that, it is the same as in Examples 1 to 3.
<Evaluation of sensor device>
The upper electrode 9 and the polyvinylidene fluoride trifluoride copolymer film are adhered to each other, but the organic piezoelectric film edge portion 20 is not adhered when the sensor device is bent, so that the edge portion 20 is separated from the edge portion. Therefore, when evaluating the sensor device, it was not possible to acquire data on the pressure. The peeling shown in the peeling 21 in FIG. 8B occurred.
[Comparative Example 2]
<Sensor device>
As Comparative Example 2, a sensor device having the configuration described below was manufactured. In the sensor device according to Comparative Example 2, the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 were not printed and formed by using silver paste by the screen printing method, but the upper electrode 9 and the adhesive electrode 10 were formed by sputtering to obtain Ag. The change in film formation is the difference from Example 1, and other than that, it is the same as in Example 1.
<Evaluation of sensor device>
The adhesive force between the upper electrode 9 and the organic piezoelectric film 11 is weak, and the upper electrode 9 and the organic piezoelectric film 11 are separated when the sensor device is bent, and data on pressure is acquired when evaluating the sensor device. I couldn't. The peeling shown in the peeling 21 in FIG. 8C occurred.
[Comparative Example 3]
<Sensor device>
As Comparative Example 3, a thin film transistor array base material described below was produced. As shown in FIG. 7, the sensor device according to Comparative Example 3 is different from the first embodiment in that the adhesive electrode 10 is not formed on the four sides of the organic piezoelectric film edge portion 20 but is formed only on one edge portion. And other than that, it is the same.
<Evaluation of sensor device>
When the sensor device was bent, the organic piezoelectric film 11 was separated from the edge portion where the adhesive electrode 10 did not exist, and it was not possible to acquire data on pressure at the time of evaluation of the sensor device. As shown in FIG. 8D, peeling occurred at the edge portion on the side where the adhesive electrode 10 did not exist.

１基材
２ゲート電極
３絶縁膜層
４ソース電極
５ドレイン電極
６半導体層
７保護層
８層間絶縁膜
９上部電極
１０接着用電極
１１有機圧電フィルム
１２共通電極
２０有機圧電フィルムエッジ部
２１剥がれ
３１ゲート配線
３２ソース配線
３３ドレイン配線 1 Base material 2 Gate electrode 3 Insulation film layer 4 Source electrode 5 Drain electrode 6 Semiconductor layer 7 Protective layer 8 Interlayer insulating film 9 Upper electrode 10 Adhesive electrode 11 Organic piezoelectric film 12 Common electrode 20 Organic piezoelectric film Edge 21 Peeling 31 Gate Wiring 32 Source wiring 33 Drain wiring

Claims

A thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, a source electrode, and a semiconductor layer connected to the drain electrode to form a channel portion on a substrate.
A sensor device including an upper electrode, an organic piezoelectric film, and a common electrode on the thin film transistor coated with an interlayer insulating film.
A sensor device characterized in that an adhesive electrode is formed in the same plane as the upper electrode so that the interlayer insulating film on the thin film transistor and the organic piezoelectric film are bonded at a peripheral portion.

The sensor device according to claim 1, wherein the adhesive electrode is provided so as to be adhered to an end portion on all four sides of the rectangular organic piezoelectric film.

The sensor device according to claim 1 or 2, wherein a semiconductor protective layer is provided between the organic semiconductor layer and the interlayer insulating film.

The sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the upper electrode and the adhesive electrode contain at least conductive particles and a resin component.

The sensor device according to claim 4, wherein the conductive particles are silver particles.

The method for manufacturing a sensor device according to any one of claims 1 to 5.
A method for manufacturing a sensor device, which comprises forming the upper electrode by a screen printing method.

The method for manufacturing a sensor device according to any one of claims 1 to 5.
After the upper electrode and the bonding electrode are attached to the organic piezoelectric film, the sensor is characterized in that the organic piezoelectric film is adhered by heat treatment at a Curie temperature or lower within a range of 70 ° C. or higher and 100 ° C. or lower so that the polarization of the organic piezoelectric film does not disappear. How to manufacture the device.