JP4857669B2 - 有機トランジスタ及びその作製方法並びに有機トランジスタシート - Google Patents
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本発明の有機TFTの作製方法は、基板上に凸部を有する被転写体と、少なくとも有機半導体層が形成されている転写体とを密着加熱して、その凸部上のみに有機半導体層を転写する工程を含み、その凸部が、絶縁層、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極のいずれかにより形成されていることに特徴を有する
図1は、本発明の第1実施形態に係る有機TFTの作製方法により得られたボトムゲート・トップコンタクト構造からなる有機TFTの一例を示す概略断面図であり、図2は、本発明の第1実施形態に係る有機TFTの作製方法の一例を示す工程図である。本発明で作製されたボトムゲート・トップコンタクト構造からなる有機TFT10は、図1に示すように、基板1と、基板上に形成されたゲート電極2と、ゲート電極2上に又はゲート電極2を覆うように形成されて少なくともゲート電極2上が凸部(符号C1で表す)を成しているゲート絶縁膜3と、その凸部C1上のみに形成された有機半導体層4と、有機半導体層4上に離間して形成されたソース電極5及びドレイン電極6を有している。なお、2種類の保護層が設けられており、その一つは有機半導体層4上に直接設けられた保護層であり、他の一つは、有機TFT全体を覆うように設けられた保護層7bである。
基板1は、絶縁性の材料であれば広い範囲の材料から選択することができる。例えば、ガラス、シリコンウェハー又は石英等の無機基材、又は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、若しくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、若しくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、若しくはポリノルボルネン系樹脂等、又は、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、若しくは熱可塑性ポリイミド等からなる有機基材、又はそれらの複合基材を挙げることができる。
ゲート電極2は、ボトムゲート・トップコンタクト構造においては基板上に形成されている。ゲート電極2としては、アルミニウム、チタン、銅等の金属若しくは無機材料からなる電極、導電性無機材料からなるナノ粒子が分散したインキを用いて形成された電極、ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性有機材料からなる電極、又は導電性インキを塗布して形成した電極、を挙げることができる。こうしたゲート電極2は、単一層として形成されたものであってもよいし、前記の電極が複合的に積層されたものであってもよい。
ゲート絶縁膜3は、ボトムゲート・トップコンタクト構造においてはゲート電極2上に形成されており、SiO2、SiNx、A12O3等の無機材料や、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、シアノエチルプルラン、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、ポリイミド等の有機材料や、一般的に使用されているレジスト材料で形成できる。特に本発明においては、製造コストや製造容易性の観点から、一般的に使用されているレジスト材料を好ましく用いることができ、スクリーン印刷法、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等やフォトリソグラフ法により所定のパターンに形成できる。市販のレジスト材料として、新日鉄化学製のV259PA/PH5(ネガレジスト:カルドアクリル系)、JSR社のJNPC−48GL(ネガレジスト:アクリル系の材料)、日本ゼオン社製のZOP005(熱硬化レジスト)、日本ゼオン社製のZERO4004(ポジレジスト)、ノボラック系の樹脂等が好ましく利用できる。なお、上記の無機材料からなるゲート絶縁膜3については、CVD法等の既存パターンプロセスを用いて形成できる。
有機半導体層4は、本発明のボトムゲート・トップコンタクト構造においてはゲート絶縁膜3の凸部C1に形成されている。この有機半導体層4は、有機半導体材料で構成されており、具体的には、P型有機半導体材料として知られているP3HTに代表される各種の有機半導体材料を適用できる。本発明では、後述するように、凸部C1上のみに有機半導体層4が形成されているので、その凸部C1を精度よく形成することにより、従来のようにレーザーを使用せず更には正確なアライメントを行わなくても、有機半導体層4を所定の部位に容易且つ精度よく形成することができる。有機半導体層4は、P3HT等の有機半導体材料を溶媒に溶解させ、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法等で厚さ30〜200nm程度に形成される。
ソース電極5及びドレイン電極6は、有機半導体材料の種類に応じて選択されることが望ましく、P型有機半導体材料を用いる場合は通常は仕事関数の大きい金属で形成され、N型有機半導体材料を用いる場合は仕事関数の小さな金属で形成される。その理由としては、有機半導体層14とオーミック接触していることが必要となるからである。ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位とのエネルギー差として定義される。好ましい仕事関数としては、P型有機半導体材料として知られているP3HTのHOMO(最高被占軌道)のエネルギー準位が4.7〜4.9eVであるので、それに近い4.2〜5.2eV程度であることが望ましい。そうした範囲の電極材料としては、金、白金、透明導電膜(インジウム・スズ酸化物、インジウム・亜鉛酸化物等)等が挙げられ、これらは、例えばチャネル長50μm、チャネル幅1000μmとなるように設計されたマスクを用いて、膜厚30〜100nm程度となるように、スパッタリング法や電子ビーム(EB)蒸着法で形成することができる。また、金属材料で形成する場合には、金属コロイド溶液を作製し、その溶液を各種の塗布法で塗布する方法によっても形成できるが、この場合の下地としては、親水性領域と疎水性領域とで形成された親疎水パターンが好ましい。
本発明で得られる有機TFTには、必要に応じて層間絶縁層を設けることができる。層間絶縁層は、ゲート絶縁膜3上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する際に、ゲート電極2の表面の汚染を防ぐことを目的として好ましく形成される。したがって、層間絶縁層は、ソース電極5及びドレイン電極6を形成する前にゲート絶縁膜3の上に形成される。そして、ソース電極5及びドレイン電極6が形成された後においては、チャネル領域上方に位置する部分を完全に除去又は一部を除去するように加工される。除去される層間絶縁層領域は、ゲート電極2のサイズと同等であることが望ましい。層間絶縁層の材料としては、SiO2、SiNx、Al2O3等の無機材料や、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、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料が挙げられる。
本発明で得られる有機TFTには、主に有機半導体層の酸化を防止することを目的とした保護層が形成されていることが好ましい。保護層としては、図1に示すように、有機半導体層4上に直接設けられる保護層7aと、有機TFT構造全体を覆うように設けられる保護層7bの2種類がある。こうした保護層(7a,7b)は、酸素バリア性や水蒸気バリア性を有する層であり、例えばSiO2やSiN等からなる厚さ20〜2000nm程度の薄膜を挙げることができる。保護層は、スパッタリング法等により成膜できる。
第1形態に係る有機TFT10の作製方法は、図2に示すように、ボトムゲート・トップコンタクト構造の作製方法であり、基板1上に少なくともゲート電極2及びゲート絶縁膜3がその順で形成されており、ゲート電極2上のゲート絶縁膜3が凸部C1を成している被転写体11を準備する工程と、少なくとも有機半導体層4が形成されている転写体50を準備する工程と、被転写体11と転写体50とを密着加熱して凸部C1上のみに有機半導体層4を転写する工程と、転写された有機半導体層4上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する工程と、それらを覆う保護層7を形成する工程とを有している。以下、図2のフロー図に基づいて説明する。
図3は、本発明の第2実施形態に係る有機TFTの作製方法により得られたボトムゲート・ボトムコンタクト構造からなる有機TFTの一例を示す概略断面図であり、図4は、本発明の第2実施形態に係る有機TFTの作製方法の一例を示す工程図である。本発明で作製されたボトムゲート・ボトムコンタクト構造からなる有機TFT20は、図3に示すように、基板1と、基板上に形成されたゲート電極2と、ゲート電極2上に又はゲート電極2を覆うように形成されて少なくともゲート電極2上が凸部(符号C2で表す)を成していると共にその凸部C2に小さい2つの凹部9,9が形成され、その凹部9,9にソース電極5及びドレイン電極6がそれぞれ形成されているゲート絶縁膜3と、その凸部C2上のみに形成された有機半導体層4とを有している。なお、2種類の保護層が設けられており、その一つは有機半導体層4上に直接設けられた保護層であり、他の一つは、有機TFT全体を覆うように設けられた保護層7bである。
図5は、本発明の第3実施形態に係る有機TFTの作製方法により得られたトップゲート・トップコンタクト構造からなる有機TFTの一例を示す概略断面図であり、図6は、本発明の第3実施形態に係る有機TFTの作製方法の一例を示す工程図である。本発明で作製されたトップゲート・トップコンタクト構造からなる有機TFT30は、図5に示すように、基板1と、基板1上に形成されて凸部(符号C3で表す)を成している絶縁層8と、その凸部C3上にのみ形成された有機半導体層4と、有機半導体層4上に形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うように形成されたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に形成されたゲート電極2とを有している。なお、2種類の保護層が設けられており、その一つは有機半導体層4上に直接設けられた保護層であり、他の一つは、有機TFT全体を覆うように設けられた保護層7bである。
図7は、本発明の第4実施形態に係る有機TFTの作製方法により得られたトップゲート・ボトムコンタクト構造からなる有機TFTの一例を示す概略断面図であり、図8は、本発明の第4実施形態に係る有機TFTの作製方法の一例を示す工程図である。本発明で作製されたトップゲート・ボトムコンタクト構造からなる有機TFT40は、図7に示すように、基板1と、基板1上にソース電極5及びドレイン電極6が形成されており、そのソース電極5とドレイン電極6との間を埋めるように絶縁層8が形成されて成る凸部(符号C4で表す)と、その凸部C4上のみに形成された有機半導体層4と、有機半導体層4上に形成されたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に形成されたゲート電極2と、有機TFT全体を覆うように設けられた保護層7bとを有している。
次に、本発明の有機TFTの作製方法で得られる有機TFTをシート上に形成する実施形態について説明するが、以下により限定されるものではない。本発明の有機TFTシートは、上述した本発明の有機TFTの作製方法により作製された有機TFTがシート状基板の上にマトリクス配置されたものであって、有機TFTが、少なくともゲート電極、絶縁層(ゲート絶縁膜を含む)、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極からなり、有機半導体層が、絶縁層、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極のいずれかからなる同一高さ又は略同一高さの凸部上に形成されていることを特徴とする。
被転写体11の作製:厚さ100μmのPETフィルムからなる基板1上に、フォトリソグラフ用の感光性レジストを形成した後、Tiをスパッタリングで成膜し、その後リフトオフ法により幅50μmで厚さ500nmのTiゲート電極2を形成した。次いで、その上に、カルドアクリル系のネガレジスト材料(新日鉄化学製のV259PA/PH5)20%溶液(溶媒:PEGMIA)をスクリーン印刷により塗布し、その後、90℃・30分のプレベークと光照射及びアルカリ現像とを行ってパターニングし、ゲート絶縁膜となるプレベーク層を形成した。ゲート電極2上のプレベーク層は、ゲート電極2が形成されていない部位のプレベーク層よりも、高さ200nm突出する凸部C1を有していた。なお、スクリーン印刷は、500線で乳剤厚1.7μmのスクリーン版を使用し、スキージ圧:0.176Pa、スキージ速度:295mm/secで行った。
被転写体21の作製:厚さ100μmのPETフィルムからなる基板1上に、フォトリソグラフ用の感光性レジストを形成した後、Tiをスパッタリングで成膜し、その後リフトオフ法により幅50μmで厚さ500nmのTiゲート電極2を形成した。次いで、その上に、カルドアクリル系のネガレジスト材料(新日鉄化学製のV259PA/PH5)20%溶液(溶媒:PEGMIA)を厚さ350μmとなるようにスピンコートし、光照射とポストベークを行って硬化させた。その後、さらに、前記と同じネガレジスト材料を厚さ350μmとなるようにスピンコートした後、90℃・30分のプレベークと光照射及びアルカリ現像とを行ってパターニングし、ゲート絶縁膜となるプレベーク層を形成した。ゲート電極2上のプレベーク層は、ゲート電極2が形成されていない部位のプレベーク層よりも高さ200nm突出する凸部C2を有すると共に、その凸部C2には、チャネル長50μm、チャネル幅1000μmとなるように形成された深さ250nm程度の凹部9,9をパターニングにより形成した(図4(D)を参照)。次いで、金蒸着(0.4Å/s)により凹部9,9に金を充填させて、ソース電極5とドレイン電極6を形成した。こうして転写体21を作製した。
被転写体31の作製:厚さ100μmのPETフィルムからなる基板1上に、カルドアクリル系のネガレジスト材料(新日鉄化学製のV259PA/PH5)20%溶液(溶媒:PEGMIA)を厚さ1μmとなるようにスピンコートした後、90℃・30分のプレベークと光照射及びアルカリ現像とを行ってパターニングし、基板1面から高さ200nm突出する凸部C3をなすプレベーク層を形成した。
被転写体41の作製:厚さ100μmのPETフィルムからなる基板1上に、カルドアクリル系のネガレジスト材料(新日鉄化学製のV259PA/PH5)20%溶液(溶媒:PEGMIA)を厚さ1μmとなるようにスピンコートした後、90℃・30分のプレベークと光照射及びアルカリ現像とを行ってパターニングし、基板1面から高さ200nm突出する凸部C4をなすプレベーク層を形成した。次いで、そのプレベーク層に開口部を形成した後、金蒸着(0.4Å/s)を行って、その開口部にソース電極5とドレイン電極6を充填した。
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 有機半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7,7a,7b 保護層
8 絶縁層
9 凹部
10,20,30,40 有機TFT
11,21,31,41 被転写体
50,60 転写体
80 有機TFTシート
81 有機TFT
82 ゲートバスライン
83 ソースバスライン
84 出力素子
85 コンデンサ
86 水平駆動回路
87 垂直駆動回路
2a ゲート電極の電極付加部
5a ソース電極の電極付加部
6a ドレイン電極の電極付加部
Claims (10)
- 基板上に少なくともゲート電極及びゲート絶縁膜がその順で形成されており当該ゲート電極上の当該ゲート絶縁膜が凸部を成している被転写体を準備する工程と、
少なくとも有機半導体層が形成されている転写体を準備する工程と、
前記被転写体と前記転写体とを密着加熱して前記凸部上のみに前記有機半導体層を転写する工程と、
転写された前記有機半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有することを特徴とする有機トランジスタの作製方法。 - 基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極が形成されている被転写体であって、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁膜が凸部を成しており、当該凸部に小さい2つの凹部が形成され、当該各凹部に前記ソース電極と前記ドレイン電極がそれぞれ形成されている被転写体を準備する工程と、
少なくとも有機半導体層が形成されている転写体を準備する工程と、
前記被転写体と前記転写体とを密着加熱して、前記ソース電極と前記ドレイン電極が形成されている前記凸部上のみに、前記有機半導体層を転写する工程と、を有することを特徴とする有機トランジスタの作製方法。 - 基板上に少なくとも絶縁層が形成されており、当該絶縁層が凸部を成している被転写体を準備する工程と、
少なくとも有機半導体層が形成されている転写体を準備する工程と、
前記被転写体と前記転写体とを密着加熱して前記凸部上のみに前記有機半導体層を転写する工程と、
転写された前記有機半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
その上に少なくともゲート絶縁膜とゲート電極をその順で形成する工程と、を有することを特徴とする有機トランジスタの作製方法。 - 基板上に少なくともソース電極及びドレイン電極が形成されており、当該ソース電極と当該ドレイン電極との間を埋めるように絶縁層が形成されて凸部を成している被転写体を準備する工程と、
少なくとも有機半導体層が形成されている転写体を準備する工程と、
前記被転写体と前記転写体とを密着加熱して前記凸部上のみに前記有機半導体層を転写する工程と、
その上に少なくともゲート絶縁膜及びゲート電極をその順で形成する工程と、を有することを特徴とする有機トランジスタの作製方法。 - 前記転写体が、基板上に少なくとも保護層及び前記有機半導体層がその順で形成されてなるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の有機トランジスタの作製方法。
- 前記転写体が、基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜及び前記有機半導体層がその順で形成されてなるものであることを特徴とする請求項4に記載の有機トランジスタの作製方法。
- 前記凸部を成す前記ゲート絶縁膜又は前記絶縁層が架橋性のレジスト材料からなり、前記ゲート絶縁膜又は前記絶縁層は、前記被転写体準備工程において前記ゲート電極上に当該レジスト材料を塗布した後にプレベークまで行ってプレベーク層を形成し、前記転写工程後に前記プレベーク層をポストベークして形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の有機トランジスタの作製方法。
- 請求項1、2、4のいずれかに記載の有機トランジスタの作製方法により作製された、少なくともゲート電極、絶縁層(ゲート絶縁膜を含む)、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極からなる有機トランジスタであって、
前記有機半導体層が、前記ゲート電極を覆うように形成されて凸部を成している前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極を覆うように形成されて凸部を成していると共に当該凸部に2つの凹部が形成され当該各凹部に前記ソース電極及び前記ドレイン電極がそれぞれ形成されている前記ゲート絶縁膜、及び、基板上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されており当該ソース電極と当該ドレイン電極との間を埋めるように前記絶縁層が形成されて成る凸部、のいずれかからなる凸部上に形成されていることを特徴とする有機トランジスタ。 - 請求項3に記載の有機トランジスタの作製方法により作製された、基板と、当該基板上に形成されて凸部を成している絶縁層と、当該凸部上のみに形成された有機半導体層と、当該有機半導体層上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、それらを覆うように形成されたゲート絶縁膜と、当該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有することを特徴とする有機トランジスタ。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の有機トランジスタの作製方法により作製された有機トランジスタがシート状基板の上にマトリクス配置された有機トランジスタシートであって、当該有機トランジスタが、少なくともゲート電極、絶縁層(ゲート絶縁膜を含む)、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極からなり、前記有機半導体層が、前記ゲート電極を覆うように形成されて凸部を成している前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極を覆うように形成されて凸部を成していると共に当該凸部に2つの凹部が形成され当該各凹部に前記ソース電極及び前記ドレイン電極がそれぞれ形成されている前記ゲート絶縁膜、基板上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されており当該ソース電極と当該ドレイン電極との間を埋めるように前記絶縁層が形成されて成る凸部、及び、基板上に形成されて凸部を成している前記絶縁層、のいずれかからなる同一高さ又は略同一高さの凸部上に形成されていることを特徴とする有機トランジスタシート。
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