JP4699090B2 - ORGANIC THIN FILM TRANSISTOR, DISPLAY DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME, AND METHOD FOR PRODUCING ORGANIC THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents
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Description
この発明は、有機薄膜トランジスタ、それを備えた表示装置および有機薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film transistor, a display device including the organic thin film transistor, and a method for manufacturing the organic thin film transistor.
有機半導体は、無機半導体に比べ、低温成膜および大面積化が容易であることから、低コストなトランジスタ用の材料として注目されている。そして、塗布対象面の所定位置に電荷を付与するとともに、塗布対象面に付与した電荷と反対極性の電荷を塗布材料に付与してクーロン力により電荷を付与した塗布材料を塗布対象面の所定位置に導いて有機半導体を形成し、有機薄膜トランジスタを作製する方法が知られている（特許文献１）。 Organic semiconductors are attracting attention as low-cost materials for transistors because they are easier to form at low temperature and have a larger area than inorganic semiconductors. Then, a charge is applied to a predetermined position on the surface to be coated, and a charge having a polarity opposite to that applied to the surface to be coated is applied to the coating material, and the coating material to which the charge is applied by Coulomb force is applied to the predetermined position on the surface to be coated. There is known a method of forming an organic semiconductor by conducting an organic semiconductor to produce an organic thin film transistor (Patent Document 1).
また、５０ｎｍ以下の平均粒径を有する金属微粒子をソース電極およびドレイン電極の少なくとも１つに用いて有機薄膜トランジスタを作製する方法が知られている（特許文献２）。この方法は、金属微粒子を用いてインクジェットによりパターン化されたソース電極およびドレイン電極を形成する。 In addition, a method for producing an organic thin film transistor using metal fine particles having an average particle diameter of 50 nm or less as at least one of a source electrode and a drain electrode is known (Patent Document 2). This method forms a source electrode and a drain electrode patterned by inkjet using metal fine particles.
さらに、微小なインデントを作製し、その作製したインデントに隣接する場所へインクジェットにより材料を吐出してソース電極およびドレイン電極を作製する方法が知られている（特許文献３）。
しかし、従来の方法によって作製された有機薄膜トランジスタにおいては、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域における有機半導体膜の膜厚は、ソース電極およびドレイン電極上に形成された有機半導体膜の膜厚と同じように厚膜であるため、オフ電流を低減することが困難である。 However, in the organic thin film transistor manufactured by the conventional method, the film thickness of the organic semiconductor film in the channel region between the source electrode and the drain electrode is the film thickness of the organic semiconductor film formed on the source electrode and the drain electrode. It is difficult to reduce the off-current because the film is thick like
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタを提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an organic thin film transistor capable of reducing off-current.
また、この発明の別の目的は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタを備える表示装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a display device including an organic thin film transistor capable of reducing off-current.
さらに、この発明の別の目的は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an organic thin film transistor capable of reducing off-current.
この発明によれば、有機薄膜トランジスタは、有機半導体膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを備える。有機半導体膜は、基板上に形成される。ソース電極およびドレイン電極は、有機半導体膜を通じて電流を流すための電極である。ゲート絶縁膜は、有機半導体膜に接して形成される。ゲート電極は、有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧をゲート絶縁膜を介して印加するための電極である。有機半導体膜は、第１および第２の有機半導体膜を含む。第１の有機半導体膜は、ソース電極とドレイン電極との間に配置される。第２の有機半導体膜は、ソース電極およびドレイン電極上に配置される。そして、第１の有機半導体膜の膜厚は、第２の有機半導体膜の膜厚よりも薄い。 According to this invention, the organic thin film transistor includes an organic semiconductor film, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode. The organic semiconductor film is formed on the substrate. The source electrode and the drain electrode are electrodes for flowing a current through the organic semiconductor film. The gate insulating film is formed in contact with the organic semiconductor film. The gate electrode is an electrode for applying a voltage that generates an electric field in the film thickness direction of the organic semiconductor film through the gate insulating film. The organic semiconductor film includes first and second organic semiconductor films. The first organic semiconductor film is disposed between the source electrode and the drain electrode. The second organic semiconductor film is disposed on the source electrode and the drain electrode. The film thickness of the first organic semiconductor film is smaller than the film thickness of the second organic semiconductor film.
好ましくは、有機半導体膜は、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料からなる。 Preferably, the organic semiconductor film is made of a polymer material having a triarylamine skeleton.
好ましくは、ゲート絶縁膜は、高分子材料を用いた有機絶縁膜からなる。 Preferably, the gate insulating film is made of an organic insulating film using a polymer material.
好ましくは、有機絶縁膜は、ポリパラキシリレン誘導体からなる。 Preferably, the organic insulating film is made of a polyparaxylylene derivative.
好ましくは、有機絶縁膜は、ポリパラキシリレン、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレンおよびポリモノフルオロパラキシリレンのいずれかからなる。 Preferably, the organic insulating film is made of any of polyparaxylylene, polymonochloroparaxylylene, polydichloroparaxylylene, and polymonofluoroparaxylylene.
好ましくは、基板は、フレキシブルな絶縁性基板である。 Preferably, the substrate is a flexible insulating substrate.
また、この発明によれば、表示装置は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを備える表示装置である。 Moreover, according to this invention, a display apparatus is a display apparatus provided with the organic thin-film transistor of any one of Claims 1-6.
さらに、この発明によれば、製造方法は、有機薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する第１の工程と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、ゲート絶縁膜上にソース電極およびドレイン電極を形成する第３の工程と、ソース電極とドレイン電極との間の膜厚がソース電極およびドレイン電極上の膜厚よりも薄くなるように有機半導体膜をゲート絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極上に形成する第４の工程とを備える。 Furthermore, according to this invention, the manufacturing method is a method for manufacturing an organic thin film transistor, and includes a first step of forming a gate electrode on the substrate, and a second step of forming a gate insulating film on the gate electrode. A third step of forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film, and an organic semiconductor film so that a film thickness between the source electrode and the drain electrode is smaller than a film thickness on the source electrode and the drain electrode And forming a fourth step on the gate insulating film, the source electrode, and the drain electrode.
好ましくは、第４の工程において、有機半導体膜は、インクジェット法により形成される。 Preferably, in the fourth step, the organic semiconductor film is formed by an inkjet method.
好ましくは、第２の工程において、ゲート絶縁膜は、化学堆積法によって形成される。 Preferably, in the second step, the gate insulating film is formed by a chemical deposition method.
この発明による有機薄膜トランジスタにおいては、有機半導体膜は、ソース電極とドレイン電極との間の膜厚がソース電極およびドレイン電極上の膜厚よりも薄い。その結果、ソース電極とドレイン電極との間の有機半導体膜の体積が減少し、有機薄膜トランジスタがオフであるとき、ソース電極とドレイン電極との間の膜厚が薄い有機半導体膜を介してオフ電流が流れるため、ソース電極とドレイン電極との間の膜厚が厚い場合に比べてオフ電流が減少する。 In the organic thin film transistor according to the present invention, the thickness of the organic semiconductor film between the source electrode and the drain electrode is smaller than the thickness on the source electrode and the drain electrode. As a result, the volume of the organic semiconductor film between the source electrode and the drain electrode is reduced, and when the organic thin film transistor is off, the off-current is passed through the thin organic semiconductor film between the source electrode and the drain electrode. Therefore, the off-current is reduced as compared with the case where the film thickness between the source electrode and the drain electrode is thick.
したがって、この発明によれば、有機薄膜トランジスタにおいてオフ電流を低減できる。 Therefore, according to the present invention, the off-current can be reduced in the organic thin film transistor.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図１は、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view of an organic thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
図１を参照して、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタ１０は、基板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、有機半導体膜６とを備える。 Referring to FIG. 1, an organic thin film transistor 10 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 1, a gate electrode 2, a gate insulating film 3, a source electrode 4, a drain electrode 5, and an organic semiconductor film 6. Prepare.
ゲート電極２は、基板１の一主面１Ａ上に形成される。そして、ゲート電極２は、有機半導体膜６の膜厚方向に電界を生じさせる電圧をゲート絶縁膜３を介して印加するための電極である。ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２を覆うように基板１の一主面１Ａ上に形成される。 Gate electrode 2 is formed on one main surface 1 </ b> A of substrate 1. The gate electrode 2 is an electrode for applying a voltage that generates an electric field in the film thickness direction of the organic semiconductor film 6 via the gate insulating film 3. Gate insulating film 3 is formed on one main surface 1 </ b> A of substrate 1 so as to cover gate electrode 2.
ソース電極４およびドレイン電極５は、ゲート絶縁膜３の一主面３Ａ上に所定の間隔で形成される。そして、ソース電極４およびドレイン電極５は、有機半導体膜６を通じて電流を流すための電極である。有機半導体膜６は、ソース電極４とドレイン電極５との間およびソース電極４およびドレイン電極５上に形成される。 The source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed on the main surface 3A of the gate insulating film 3 at a predetermined interval. The source electrode 4 and the drain electrode 5 are electrodes for flowing current through the organic semiconductor film 6. The organic semiconductor film 6 is formed between the source electrode 4 and the drain electrode 5 and on the source electrode 4 and the drain electrode 5.
この場合、ソース電極４とドレイン電極５との間に形成される有機半導体膜６の膜厚をｄ１、ソース電極４およびドレイン電極５上に形成される有機半導体膜６の膜厚をｄ２とすると、膜厚ｄ１は、膜厚ｄ２の約１０分の１に設定される。 In this case, if the film thickness of the organic semiconductor film 6 formed between the source electrode 4 and the drain electrode 5 is d1, and the film thickness of the organic semiconductor film 6 formed on the source electrode 4 and the drain electrode 5 is d2. The film thickness d1 is set to about 1/10 of the film thickness d2.
基板１は、プラスチックからなる。ゲート電極２は、アルミニウム（Ａｌ）からなる。ゲート絶縁膜３は、次の化式１によって表されるポリモノクロロパラキシリレンからなる。 The substrate 1 is made of plastic. The gate electrode 2 is made of aluminum (Al). The gate insulating film 3 is made of polymonochloroparaxylylene represented by the following chemical formula 1.
ポリモノクロロパラキシリレンは、２．２ＭＶ／ｃｍ以上の絶縁破壊耐圧を有し、膜厚に関係なく、約３．１の比誘電率を有する。 Polymonochloroparaxylylene has a dielectric breakdown voltage of 2.2 MV / cm or more, and has a relative dielectric constant of about 3.1 regardless of the film thickness.
ソース電極４およびドレイン電極５の各々は、金（Ａｕ）からなる。有機半導体膜６は、次の化２によって表されるトリアリールアミンからなる。 Each of the source electrode 4 and the drain electrode 5 is made of gold (Au). The organic semiconductor film 6 is made of triarylamine represented by the following chemical formula 2.
ゲート電極２の膜厚は、１００ｎｍであり、ゲート絶縁膜３の膜厚は、４００ｎｍである。ソース電極４およびドレイン電極５の各々の膜厚は、５０ｎｍであり、有機半導体膜６は、膜厚ｄ１が１０ｎｍであり、膜厚ｄ２が１００ｎｍである。 The thickness of the gate electrode 2 is 100 nm, and the thickness of the gate insulating film 3 is 400 nm. The film thickness of each of the source electrode 4 and the drain electrode 5 is 50 nm, and the organic semiconductor film 6 has a film thickness d1 of 10 nm and a film thickness d2 of 100 nm.
そして、有機薄膜トランジスタ１０において、チャネル長は、３０μｍであり、チャネル幅は、４０００μｍである。 In the organic thin film transistor 10, the channel length is 30 μm and the channel width is 4000 μm.
なお、図１に示す有機薄膜トランジスタの構造は、「ボトムゲート・ボトムコンタクト型」と呼ばれる。 The structure of the organic thin film transistor shown in FIG. 1 is called a “bottom gate / bottom contact type”.
図２は、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０の製造方法を示す工程図である。図２を参照して、シャドウマスクを用いてＡｌ膜を真空蒸着法によりプラスチックからなる基板１の一主面１Ａ上に形成し、ゲート電極２を基板１上に形成する（図２の（ａ）参照）。 FIG. 2 is a process diagram showing a manufacturing method of the organic thin film transistor 10 shown in FIG. With reference to FIG. 2, an Al film is formed on one main surface 1A of a substrate 1 made of plastic by a vacuum deposition method using a shadow mask, and a gate electrode 2 is formed on the substrate 1 ((a in FIG. 2). )reference).
その後、ゲート電極２を覆うようにポリモノクロロパラキシリレンからなるゲート絶縁膜３をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により基板１上に形成する（図２の（ｂ）参照）。このＣＶＤ法によるゲート絶縁膜３の形成は、ジモノクロロパラキシリレン固体ダイマーを気化および熱分解させ、発生した安定なジラジカルモノクロロパラキシリレンモノマーが基板１上において吸着と重合の同時反応を起こすことを用いて行なわれる。 Thereafter, a gate insulating film 3 made of polymonochloroparaxylylene is formed on the substrate 1 by CVD (Chemical Vapor Deposition) so as to cover the gate electrode 2 (see FIG. 2B). Formation of the gate insulating film 3 by this CVD method vaporizes and thermally decomposes the dimonochloroparaxylylene solid dimer, and the generated stable diradical monochloroparaxylylene monomer causes simultaneous adsorption and polymerization reaction on the substrate 1. It is performed using.
引続いて、シャドウマスクを用いてＡｕ膜を真空蒸着法によりゲート絶縁膜３上に形成し、ソース電極４およびドレイン電極５を形成する（図２の（ｃ）参照）。 Subsequently, an Au film is formed on the gate insulating film 3 by a vacuum deposition method using a shadow mask to form a source electrode 4 and a drain electrode 5 (see FIG. 2C).
その後、有機半導体膜６をインクジェットによりソース電極４およびドレイン電極５を覆うようにゲート絶縁膜３上に形成する（図２の（ｄ）参照）。 Thereafter, an organic semiconductor film 6 is formed on the gate insulating film 3 so as to cover the source electrode 4 and the drain electrode 5 by inkjet (see FIG. 2D).
このインクジェットによる有機半導体膜６の形成は、次の方法により行なわれた。キシレン、トルエン、エチルベンゼン、クメン、シクロヘキサンノン、メシチレンおよびシメン等の有機溶剤に１〜３ｗｔ％のトリアリールアミンを溶かして有機半導体溶液を作製する。そして、その作製した有機半導体溶液をソース電極４およびドレイン電極５上に数回に分けて吐出する。そうすると、その吐出された有機半導体溶液は、半球状の形状を有し、液滴の惰性により、ソース電極４およびドレイン電極５上からソース電極４とドレイン電極５との間に流れ込む。これによって、ソース電極４およびドレイン電極５上と、ソース電極４とドレイン電極５との間とに有機半導体膜６が形成される。 Formation of the organic semiconductor film 6 by this ink jet was performed by the following method. An organic semiconductor solution is prepared by dissolving 1 to 3 wt% of triarylamine in an organic solvent such as xylene, toluene, ethylbenzene, cumene, cyclohexanenone, mesitylene, and cymene. Then, the produced organic semiconductor solution is discharged on the source electrode 4 and the drain electrode 5 in several times. Then, the discharged organic semiconductor solution has a hemispherical shape and flows between the source electrode 4 and the drain electrode 5 from above the source electrode 4 and the drain electrode 5 due to the inertia of the droplet. As a result, the organic semiconductor film 6 is formed on the source electrode 4 and the drain electrode 5 and between the source electrode 4 and the drain electrode 5.
そして、ソース電極４とドレイン電極５との間に形成される有機半導体膜、すなわち、チャネル領域を構成する有機半導体膜は、ソース電極４およびドレイン電極５上に吐出された有機半導体溶液がソース電極４とドレイン電極５との間に流れ込むことによって形成されるため、その膜厚は、ソース電極４およびドレイン電極５上に形成される有機は導体膜の膜厚よりも薄くなる。 The organic semiconductor film formed between the source electrode 4 and the drain electrode 5, that is, the organic semiconductor film constituting the channel region, has an organic semiconductor solution discharged on the source electrode 4 and the drain electrode 5. 4 and the drain electrode 5, the thickness of the organic film formed on the source electrode 4 and the drain electrode 5 is smaller than that of the conductor film.
このように、図２の（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経て、有機薄膜トランジスタ１０が作製される。 Thus, the organic thin-film transistor 10 is produced through the steps shown in FIGS.
図３は、比較例１の有機薄膜トランジスタの概略断面図である。図３を参照して、比較例１の有機薄膜トランジスタ２０は、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０の有機半導体膜６を有機半導体膜７に代えたものであり、その他は、有機薄膜トランジスタ１０と同じである。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the organic thin film transistor of Comparative Example 1. With reference to FIG. 3, the organic thin film transistor 20 of Comparative Example 1 is the same as the organic thin film transistor 10 except that the organic semiconductor film 6 of the organic thin film transistor 10 shown in FIG. .
有機半導体膜７は、トリアリールアミン（化２参照）からなり、１００ｎｍの膜厚を有する。そして、有機半導体膜７は、スピンコートによって形成される。したがって、有機薄膜トランジスタ２０は、図２に示す有機薄膜トランジスタ１０の製造工程において、（ｄ）に示す工程を、トリアリールアミンをキシレン等の有機溶剤に溶かした有機半導体溶液をソース電極４およびドレイン電極５上に塗布し、基板１を所定の回転数で回転させることにより有機半導体膜７を形成する工程に代えることによって作製される。 The organic semiconductor film 7 is made of triarylamine (see Chemical Formula 2) and has a thickness of 100 nm. The organic semiconductor film 7 is formed by spin coating. Therefore, the organic thin film transistor 20 is the same as the step of manufacturing the organic thin film transistor 10 shown in FIG. It is produced by replacing the step of forming the organic semiconductor film 7 by applying on the substrate and rotating the substrate 1 at a predetermined rotational speed.
図４は、比較例２の有機薄膜トランジスタの概略断面図である。図４を参照して、比較例２の有機薄膜トランジスタ３０は、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０の有機半導体膜６を有機半導体膜８に代えたものであり、その他は、有機薄膜トランジスタ１０と同じである。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor of Comparative Example 2. Referring to FIG. 4, the organic thin film transistor 30 of Comparative Example 2 is the same as the organic thin film transistor 10 except that the organic semiconductor film 6 of the organic thin film transistor 10 shown in FIG. .
有機半導体膜８は、トリアリールアミン（化２参照）からなり、１０ｎｍの膜厚を有する。そして、有機半導体膜８は、スピンコートによって形成される。したがって、有機薄膜トランジスタ３０は、図２に示す有機薄膜トランジスタ１０の製造工程において、（ｄ）に示す工程を、トリアリールアミンをキシレン等の有機溶剤に溶かした有機半導体溶液をソース電極４およびドレイン電極５上に塗布し、基板１を所定の回転数で回転させることにより有機半導体膜８を形成する工程に代えることによって作製される。この場合、有機半導体溶液の濃度を相対的に薄くする。これによって、有機薄膜トランジスタ２０の有機半導体膜７よりも薄い有機半導体膜８が形成される。 The organic semiconductor film 8 is made of triarylamine (see Chemical Formula 2) and has a thickness of 10 nm. The organic semiconductor film 8 is formed by spin coating. Accordingly, in the organic thin film transistor 30, the organic thin film solution obtained by dissolving the triarylamine in an organic solvent such as xylene in the step shown in FIG. It is fabricated by replacing the step of forming the organic semiconductor film 8 by coating the substrate 1 and rotating the substrate 1 at a predetermined rotational speed. In this case, the concentration of the organic semiconductor solution is relatively reduced. Thereby, an organic semiconductor film 8 thinner than the organic semiconductor film 7 of the organic thin film transistor 20 is formed.
図５は、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０のトランジスタ特性を示す図である。図５において、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄを表し、横軸は、ソース電極４とドレイン電極５との間に印加されるソース−ドレイン電圧Ｖｄｓを表す。 FIG. 5 is a diagram showing the transistor characteristics of the organic thin film transistor 10 shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the drain current Id, and the horizontal axis represents the source-drain voltage Vds applied between the source electrode 4 and the drain electrode 5.
図５を参照して、有機薄膜トランジスタ１０は、ゲート電圧Ｖｇの増加に伴って、ドレイン電流Ｉｄが増加し、良好なトランジスタ特性を示す。 Referring to FIG. 5, the organic thin film transistor 10 exhibits good transistor characteristics because the drain current Id increases as the gate voltage Vg increases.
表１は、有機薄膜トランジスタ１０，２０，３０の特性の比較表である。 Table 1 is a comparative table of characteristics of the organic thin film transistors 10, 20, and 30.
膜厚をチャネル領域のみ薄くした有機半導体膜６を備える有機薄膜トランジスタ１０は、７．３×１０−７Ａのオン電流、４．８×１０−１０Ａのオフ電流、および１．５×１０３のオン／オフ比を有する。そして、有機薄膜トランジスタ１０は、膜の連続性を確保でき、パターン化も可能である。 The organic thin film transistor 10 including the organic semiconductor film 6 whose thickness is reduced only in the channel region has an on-current of 7.3 × 10 −7 A, an off-current of 4.8 × 10 −10 A, and 1.5 × 10 3. The on / off ratio is The organic thin film transistor 10 can ensure film continuity and can be patterned.
また、膜厚が全領域において厚い有機薄膜トランジスタ２０は、８．６×１０−７Ａのオン電流、３．４×１０−９Ａのオフ電流、および２．５×１０２のオン／オフ比を有する。そして、有機薄膜トランジスタ２０は、膜の連続性を確保できるが、パターン化は不可能である。 Further, the organic thin film transistor 20 having a thick film thickness in all regions has an on-current of 8.6 × 10 −7 A, an off-current of 3.4 × 10 −9 A, and an on / off ratio of 2.5 × 10 2. Have The organic thin film transistor 20 can ensure film continuity, but cannot be patterned.
さらに、膜厚が全領域において薄い有機薄膜トランジスタ３０は、９．８×１０−７Ａのオン電流、３．５×１０−１０Ａのオフ電流、および２．８×１０３のオン／オフ比を有する。しかし、有機薄膜トランジスタ３０は、膜の連続性を確保できず、パターン化も不可能である。その結果、有機薄膜トランジスタ３０は、不良を示すトランジスタが多くなる。 Further, the organic thin film transistor 30 having a thin film thickness in all regions has an on-current of 9.8 × 10 −7 A, an off-current of 3.5 × 10 −10 A, and an on / off ratio of 2.8 × 10 3. Have However, the organic thin film transistor 30 cannot ensure film continuity and cannot be patterned. As a result, the organic thin film transistor 30 has many transistors that show defects.
以上の結果から、有機薄膜トランジスタ１０は、オン電流をほぼ保持しながら、オフ電流を大幅に低減でき、膜の連続性を確保でき、パターン化も可能である。 From the above results, the organic thin film transistor 10 can substantially reduce the off current while substantially maintaining the on current, can ensure the continuity of the film, and can be patterned.
このように、有機半導体膜の膜厚をチャネル領域のみ薄くすることによってオフ電流を低減して良好なトランジスタ特性を有する有機薄膜トランジスタ１０を作製できる。 In this way, by reducing the thickness of the organic semiconductor film only in the channel region, the off-current can be reduced and the organic thin film transistor 10 having good transistor characteristics can be manufactured.
なお、上記においては、有機薄膜トランジスタ１０のゲート絶縁膜３は、ポリモノクロロパラキシリレンからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、ゲート絶縁膜３は、それぞれ、化３〜化５によって表されるポリパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレンおよびポリモノフルオロパラキシリレンのいずれかからなっていてもよい。 In the above description, it has been described that the gate insulating film 3 of the organic thin film transistor 10 is composed of polymonochloroparaxylylene. It may consist of any of polyparaxylylene, polydichloroparaxylylene and polymonofluoroparaxylylene represented by:
ポリパラキシリレンは、２．８ＭＶ／ｃｍ以上の絶縁破壊耐圧を有し、膜厚に関係なく約２．７の比誘電率を有する。また、ポリジクロロパラキシリレンは、２．７ＭＶ／ｃｍ以上の絶縁破壊耐圧を有し、膜厚に関係なく約２．９の比誘電率を有する。さらに、ポリモノフルオロパラキシリレンは、２．０ＭＶ／ｃｍ以上の絶縁破壊耐圧を有し、膜厚に関係なく約２．６の比誘電率を有する。 Polyparaxylylene has a dielectric breakdown voltage of 2.8 MV / cm or more, and has a relative dielectric constant of about 2.7 regardless of the film thickness. Polydichloroparaxylylene has a dielectric breakdown voltage of 2.7 MV / cm or more and a relative dielectric constant of about 2.9 regardless of the film thickness. Furthermore, polymonofluoroparaxylylene has a dielectric breakdown voltage of 2.0 MV / cm or more, and has a relative dielectric constant of about 2.6 regardless of the film thickness.
このように、ゲート絶縁膜３は、一般的には、ポリパラキシリレン誘導体からなり、より一般的には、高分子材料を用いた有機絶縁膜からなる。 Thus, the gate insulating film 3 is generally made of a polyparaxylylene derivative, and more generally an organic insulating film using a polymer material.
また、上記においては、有機薄膜トランジスタ１０の基板１は、プラスチックからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、基板１は、ガラス、セラミックおよびフレキシブル基板等であってもよい。つまり、基板１は、絶縁性基板から構成されていればよい。 In the above description, the substrate 1 of the organic thin film transistor 10 is made of plastic. However, the present invention is not limited to this, and the substrate 1 may be glass, ceramic, a flexible substrate, or the like. That is, the board | substrate 1 should just be comprised from the insulating board | substrate.
そして、フレキシブル基板としては、たとえば、薄板の歪み導入強化ガラス基板、プラスチックシートおよび絶縁処理を施したニッケル電鋳シート等である。 Examples of the flexible substrate include a thin-strained tempered glass substrate, a plastic sheet, and a nickel electroformed sheet subjected to an insulation treatment.
さらに、上記においては、有機半導体膜６は、トリアリールアミンからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、有機半導体膜６は、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料から構成されていればよい。 Further, in the above description, the organic semiconductor film 6 is made of triarylamine. However, the present invention is not limited to this, and the organic semiconductor film 6 is made of a polymer material having a triarylamine skeleton. Just do it.
［応用例］
次に、この発明による有機薄膜トランジスタ１０を画像表示装置のアクティブマトリックス素子に用いた実施例につき説明する。図６は、この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図であり、図７は、この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。アクティブマトリックス基板に、液晶、電気泳動および有機ＥＬなどの画像表示装置を組み合わせることで、アクティブマトリックス型表示装置を構成できる。
[Application example]
Next, an embodiment in which the organic thin film transistor 10 according to the present invention is used as an active matrix element of an image display device will be described. FIG. 6 is a plan view showing an example in which the organic thin film transistor according to the present invention is used for an active matrix substrate of an image display device, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the image display device using the active matrix substrate of the present invention. . An active matrix display device can be configured by combining an active matrix substrate with an image display device such as liquid crystal, electrophoresis, and organic EL.
図６および図７を参照して、アクティブマトリックス基板１０１は、基板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、有機半導体膜６と、画素電極１３０と、保護膜１４０とを備える。プラスチック基板などの絶縁性基板１上に厚さ１００ｎｍのＡｌ膜をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、走査線１１０、ゲート電極２が形成される。ゲート絶縁膜３および走査線２０と信号配線の層間絶縁膜となる絶縁膜として、厚さ４００ｎｍのポリパラキシリレン膜がＣＶＤ法により形成される。 6 and 7, an active matrix substrate 101 includes a substrate 1, a gate electrode 2, a gate insulating film 3, a source electrode 4, a drain electrode 5, an organic semiconductor film 6, and a pixel electrode 130. And a protective film 140. An Al film having a thickness of 100 nm is formed on the insulating substrate 1 such as a plastic substrate by a sputtering method, and the scanning line 110 and the gate electrode 2 are formed by a photolithography etching process. A polyparaxylylene film having a thickness of 400 nm is formed by a CVD method as an insulating film serving as an interlayer insulating film between the gate insulating film 3 and the scanning lines 20 and the signal wiring.
そして、このポリパラキシリレン膜の所定領域に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜をシャドウマスクを用いた真空蒸着法によりパターン成膜し、ソース電極４およびドレイン電極５と信号配線１２０およびドレイン電極５と連なる画素配線１３０を形成する。 Then, an Au film having a thickness of 50 nm is formed in a predetermined region of the polyparaxylylene film by a vacuum deposition method using a shadow mask, and the source electrode 4 and the drain electrode 5 are connected to the signal wiring 120 and the drain electrode 5. Pixel wiring 130 is formed.
引き続いて、ソース電極４およびドレイン電極５上に上記の（化２）に示すトリアリールアミン骨格を有する高分子材料を有機半導体材料に用い、インクジェットにより成膜して、有機半導体膜６を設ける。 Subsequently, the organic semiconductor film 6 is provided on the source electrode 4 and the drain electrode 5 by using the polymer material having the triarylamine skeleton shown in the above (Chemical Formula 2) as an organic semiconductor material, and forming the film by inkjet.
その後、ポリモノクロロパラキシリレン膜からなる保護膜１４０を形成する。なお、保護膜１４０に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によってスルーホールを形成し、保護膜１４０の上部に、別途、画素電極を形成してもよい。 Thereafter, a protective film 140 made of a polymonochloroparaxylylene film is formed. Note that a through hole may be formed in the protective film 140 by reactive ion etching (RIE), and a pixel electrode may be separately formed on the protective film 140.
画像表示装置１００は、アクティブマトリックス基板１０１と、表示素子１５０と、対向基板１６０と、透明導電膜１７０とを備える。 The image display device 100 includes an active matrix substrate 101, a display element 150, a counter substrate 160, and a transparent conductive film 170.
透明導電膜１７０は、厚さ１００ｎｍのＩＴＯからなり、対向基板１６０の一主面上にスパッタリングにより形成される。対向基板１６０上の透明導電膜１７０とアクティブマトリックス基板１０１との間に表示素子１５０が設けられ、画素電極１３０に連なるドレイン電極５上の表示素子１５０がスイッチングされる。対向基板１６０としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックなどを用いることができる。表示素子１５０としては、液晶、電気泳動、有機ＥＬ等の方式を用いることができる。 The transparent conductive film 170 is made of ITO having a thickness of 100 nm, and is formed on one main surface of the counter substrate 160 by sputtering. A display element 150 is provided between the transparent conductive film 170 on the counter substrate 160 and the active matrix substrate 101, and the display element 150 on the drain electrode 5 connected to the pixel electrode 130 is switched. As the counter substrate 160, plastic such as glass, polyester, polycarbonate, polyarylate, polyethersulfone, or the like can be used. As the display element 150, a method such as liquid crystal, electrophoresis, or organic EL can be used.
液晶パネルを構成する場合には、例えば、アクティブマトリックス基板１０１の基板１と対向基板１６０には、スピンコート法により、配向膜（厚さ２００ｎｍ）を形成して、配向処理が施されている。そして、両基板１、１６０間にシリカスペーサを配置して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで液晶パネルが形成される。 In the case of configuring a liquid crystal panel, for example, an alignment film (thickness: 200 nm) is formed on the substrate 1 of the active matrix substrate 101 and the counter substrate 160 by spin coating, and subjected to alignment treatment. Then, a silica spacer is disposed and bonded between the substrates 1 and 160, and a liquid crystal material is sealed between the gaps to form a liquid crystal panel.
また、電機泳動表示パネルは、透明導電膜１７０を成膜後、対向基板にシリカスペーサを配置接合し、ギャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動パネルが形成できる。 In addition, the electrophoretic display panel can be formed by forming a transparent conductive film 170, placing a silica spacer on a counter substrate, and encapsulating a microcapsule type electrophoretic element between the gaps.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタに適用される。また、この発明は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタを備える表示装置に適用される。さらに、この発明は、オフ電流を低減可能な有機薄膜トランジスタの製造方法に適用される。 The present invention is applied to an organic thin film transistor capable of reducing off-current. In addition, the present invention is applied to a display device including an organic thin film transistor capable of reducing off current. Furthermore, the present invention is applied to a method for manufacturing an organic thin film transistor capable of reducing off-current.
１ 基板、１Ａ，３Ａ 一主面、２ ゲート電極、３ ゲート絶縁膜、４ ソース電極、５ ドレイン電極、６ 有機半導体膜、１０，２０，３０ 有機薄膜トランジスタ、１００ 画像表示装置、１００ 画像表示装置、１０１ アクティブマトリックス基板、１１０ 信号配線、１２０ 信号配線、１３０ 画素電極、１４０ パッシベーション膜、１５０ 表示素子、１６０ 対向基板、１７０ 透明導電膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 1A, 3A One main surface, 2 Gate electrode, 3 Gate insulating film, 4 Source electrode, 5 Drain electrode, 6 Organic semiconductor film, 10, 20, 30 Organic thin film transistor, 100 Image display device, 100 Image display device, 101 active matrix substrate, 110 signal wiring, 120 signal wiring, 130 pixel electrode, 140 passivation film, 150 display element, 160 counter substrate, 170 transparent conductive film.
Claims (10)
前記有機半導体膜を通じて電流を流すためのソース電極およびドレイン電極と、
前記有機半導体膜に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を前記ゲート絶縁膜を介して印加するためのゲート電極とを備え、
前記有機半導体膜は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置された第１の有機半導体膜と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極上に配置された第２の有機半導体膜とを含み、
前記第１の有機半導体膜の膜厚は、前記第２の有機半導体膜の膜厚よりも薄い、有機薄膜トランジスタ。 An organic semiconductor film formed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode for flowing current through the organic semiconductor film;
A gate insulating film formed in contact with the organic semiconductor film;
A gate electrode for applying a voltage for generating an electric field in the film thickness direction of the organic semiconductor film through the gate insulating film;
The organic semiconductor film is
A first organic semiconductor film disposed between the source electrode and the drain electrode;
A second organic semiconductor film disposed on the source electrode and the drain electrode,
An organic thin film transistor in which the film thickness of the first organic semiconductor film is thinner than the film thickness of the second organic semiconductor film.
基板上にゲート電極を形成する第１の工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上にソース電極およびドレイン電極を形成する第３の工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の膜厚が前記ソース電極および前記ドレイン電極上の膜厚よりも薄くなるように有機半導体膜を前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極上に形成する第４の工程とを備える製造方法。 A method for producing an organic thin film transistor, comprising:
A first step of forming a gate electrode on a substrate;
A second step of forming a gate insulating film on the gate electrode;
A third step of forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film;
An organic semiconductor film is formed on the gate insulating film, the source electrode, and the drain electrode so that the film thickness between the source electrode and the drain electrode is thinner than the film thickness on the source electrode and the drain electrode. And a fourth process.
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