JP5062252B2 - Method for producing organic thin film transistor - Google Patents
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Description
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a process for the production of organic thin film transistors.
薄膜トランジスタの半導体層を形成する方法としては、真空蒸着、スパッタリングなどのドライ法が代表的な手法として知られている。これらの成膜方法は、膜厚の制御性に優れているが、製造工程では高温、高真空を必要とするため、高コストプロセスとなる。 As a method for forming a semiconductor layer of a thin film transistor, a dry method such as vacuum deposition or sputtering is known as a typical method. These film forming methods are excellent in film thickness controllability, but are expensive processes because they require high temperature and high vacuum in the manufacturing process.
これに対して、溶媒に溶かした有機半導体材料を用い、インクジェット法やスピンコート法などの塗布法により半導体層を形成する方法がある。これらの方法を用いると簡単な工程で製造できるが、有機半導体材料の溶液を基板上に配置する際に配置精度が求められる一方で、溶液の乾燥後における膜形状の精度向上や安定化が求められる。 In contrast, there is a method in which an organic semiconductor material dissolved in a solvent is used and a semiconductor layer is formed by a coating method such as an inkjet method or a spin coating method. These methods can be manufactured in a simple process, but placement accuracy is required when placing a solution of an organic semiconductor material on a substrate, while accuracy and stabilization of the film shape after drying of the solution is required. It is done.
このような課題を解決するため、有機半導体材料溶液の液滴を基板上に配置し、有機半導体材料の固形分濃度と、液滴の乾燥速度のうち少なくとも一方をパラメータとして、液滴の乾燥膜の形状を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In order to solve such problems, a droplet of an organic semiconductor material solution is placed on a substrate, and at least one of the solid content concentration of the organic semiconductor material and the drying speed of the droplet is used as a parameter. There has been proposed a method for controlling the shape (see, for example, Patent Document 1).
また、基板上に有機半導体材料の溶液を供給した後、溶媒の一部を蒸発させ、基板表面に有機半導体材料を析出させた後、残留した溶液を除去して有機半導体薄膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献１の方法では、例えば低沸点の溶媒を有機半導体材料溶液に用いると塗布後の溶媒の揮発が速く、有機半導体材料の結晶を十分に成長させることができない。一方、高沸点の溶媒を用いると溶媒の揮発が遅くなるので比較的大きな結晶に成長させることができるが、溶媒が揮発するまでの間に有機半導体材料溶液の液滴が基板上を移動してしまうという問題がある。そのため、特許文献１の方法では、基板上の所望の位置に大きな結晶の結晶薄膜を成膜することが難しい。 However, in the method of Patent Document 1, for example, when a low-boiling solvent is used for the organic semiconductor material solution, the solvent after the application is rapidly volatilized, and crystals of the organic semiconductor material cannot be sufficiently grown. On the other hand, if a solvent with a high boiling point is used, the volatilization of the solvent slows down so that it can grow into a relatively large crystal. However, the droplet of the organic semiconductor material solution moves on the substrate until the solvent volatilizes. There is a problem of end. Therefore, it is difficult for the method of Patent Document 1 to form a large crystal thin film at a desired position on the substrate.
また、特許文献２の方法では、溶媒の蒸発を促進するため、基板を加熱する必要があり、有機半導体材料が酸化し劣化するおそれがあった。そのため、不活性ガスの雰囲気下で作業を行うなどの対策が必要であり、そのための設備を用意する必要があった。 Further, in the method of Patent Document 2, it is necessary to heat the substrate in order to promote the evaporation of the solvent, and the organic semiconductor material may be oxidized and deteriorated. For this reason, it is necessary to take measures such as working in an inert gas atmosphere, and it is necessary to prepare equipment for that purpose.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in view of the above problems, to provide a method for manufacturing organic thin film transistor which can you to form an organic semiconductor thin film of large crystal by a simple process and equipment to a desired position Let it be an issue.
１．
基板の上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の最上層に同心円状に前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する部分に塗布する工程と、
前記塗布された有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させ、前記有機半導体溶液を過飽和状態にする工程と、
前記過飽和状態にされた有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ、前記有機半導体層としての結晶薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
1.
In a method for producing an organic thin film transistor having at least a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer on a substrate,
Forming the source electrode and the drain electrode concentrically on the uppermost layer of the substrate;
An organic semiconductor solution in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed in a supersaturated ratio with respect to the amount of a solvent having a high boiling point contained in the solvent in a solvent in which at least two types of solvents having different boiling points are mixed is used as the source. Applying the electrode and the drain electrode to a facing portion ;
The evaporation of the low boiling point solvent contained in the applied organic semiconductor solution, the steps the organic semiconductor solution supersaturated,
Growing a crystal of the organic semiconductor material contained in the supersaturated organic semiconductor solution to form a crystal thin film as the organic semiconductor layer ;
The manufacturing method of the organic thin-film transistor characterized by including .
２．
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行うことを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
2.
Before the step of coating the fabric with the organic semiconductor solution,
2. The method for producing an organic thin film transistor according to 1, wherein a step of heating the organic semiconductor solution is performed.
３．
前記ソース電極と前記ドレイン電極とが形成する同心円の中心に前記有機半導体溶液を滴下することによって前記有機半導体溶液を塗布することを特徴とする１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
3.
3. The method of manufacturing an organic thin film transistor according to 1 or 2, wherein the organic semiconductor solution is applied by dropping the organic semiconductor solution at a center of a concentric circle formed by the source electrode and the drain electrode.
４．4).
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、 Before the step of applying the organic semiconductor solution,
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を形成する工程を含むことを特徴とする１から３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 4. The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 3, including a step of forming a protrusion at a central portion of either the source electrode or the drain electrode.
５．5).
前記有機半導体はシリルエチニルペンタセン類であることを特徴とする１から４の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 5. The method of manufacturing an organic thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the organic semiconductor is silylethynyl pentacene.
本発明によれば、少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた溶液を基板に滴下するので、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。 According to the present invention, the organic semiconductor material is dissolved or dispersed in a solvent in which at least two kinds of solvents having different boiling points are mixed with a ratio of being supersaturated with respect to the amount of the solvent having a high boiling point contained in the solvent. Since the solution is dropped onto the substrate, it is possible to provide a method for manufacturing an organic thin film transistor capable of forming a large crystalline organic semiconductor thin film at a desired position with simple processes and equipment.
１ 基板
２ ゲート電極
７ ゲート絶縁層
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ 有機半導体層
４２ 有機半導体溶液
４２ａ 結晶
５０ 突起部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 7 Gate insulating layer 8 Source electrode 9 Drain electrode 10 Organic semiconductor layer 42 Organic semiconductor solution 42a Crystal 50 Projection
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
図１は本発明に係わる有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと記す。）の製造方法の第１の実施形態を説明する説明図である。図１を用いて、基板１上にゲート電極２を設け、更にゲート絶縁層７の上にソース電極８とドレイン電極９を設け有機半導体層１０を形成するボトムゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。 FIG. 1 is an explanatory view for explaining a first embodiment of a method for producing an organic thin film transistor (hereinafter referred to as organic TFT) according to the present invention. 1 is used to form a bottom gate type organic TFT in which a gate electrode 2 is provided on a substrate 1 and a source electrode 8 and a drain electrode 9 are further provided on a gate insulating layer 7 to form an organic semiconductor layer 10. The manufacturing method will be described in order.
図１（１−ｂ）〜図１（８−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図１（１−ａ）〜図１（８−ａ）は基板１を図１（１−ｂ）〜図１（８−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。 1 (1-b) to FIG. 1 (8-b) are plan views of the substrate 1 as viewed from above, and FIGS. 1 (1-a) to 1 (8-a) illustrate the substrate 1 in FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the cross section AA 'of (1-b)-FIG. 1 (8-b).
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ４を説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。As an example of the manufacturing method of the organic TFT according to the present invention, the following steps S1 to S4 will be described.
S1 Step for forming the gate electrode 2.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
工程Ｓ４では以下の工程から成る有機半導体層の成膜方法を用いて、有機半導体の結晶薄膜を成膜し有機半導体層１０を形成する。 In step S4, an organic semiconductor layer 10 is formed by forming an organic semiconductor crystal thin film using an organic semiconductor layer forming method including the following steps.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
以下、各工程について順に説明する。 Hereinafter, each process is demonstrated in order.
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。 S1 Step for forming the gate electrode 2.
図１（１−ａ）、図１（１−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。本発明において、基板１は特に材料を限定されない。例えばフレキシブルな樹脂製シートやガラスなどを用いることができる。ゲート電極２には各種金属薄膜を利用できる。例えばＡｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ等の低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持基板への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。製造方法は、ゲート電極２を目的の形状にパターンニングすることのできる製造方法であれば良い。例えば、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、各種印刷法が利用できる。 As shown in FIGS. 1 (1-a) and 1 (1-b), a gate electrode 2 is formed on the substrate 1. In the present invention, the material of the substrate 1 is not particularly limited. For example, a flexible resin sheet or glass can be used. Various metal thin films can be used for the gate electrode 2. For example, low-resistance metal materials such as Al, Cr, Au, Ag, etc., and laminated structures of these metals, and those doped with other materials to improve the heat resistance of metal thin films, improve adhesion to the support substrate, and prevent defects Can be used. A transparent electrode such as ITO, IZO, SnO, or ZnO can also be used. The manufacturing method should just be a manufacturing method which can pattern the gate electrode 2 to the target shape. For example, mask vapor deposition, photolithography, and various printing methods can be used.
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。 S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
図１（２−ａ）、図１（２−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。 As shown in FIGS. 1 (2-a) and 1 (2-b), a gate insulating layer 7 is formed.
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスやインクジェット法など塗布法で形成する。ゲート絶縁層７としては、特に材料を限定されず種々の絶縁膜を用いることができる。無機材料では酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の無機酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物が利用できる。有機材料ではポリイミド、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、あるいは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、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等が利用できる。 The gate insulating layer 7 is formed by, for example, a dry process such as vapor deposition, sputtering, a CVD method, an atmospheric pressure plasma method, or a coating method such as an inkjet method. The gate insulating layer 7 is not particularly limited in material, and various insulating films can be used. As the inorganic material, inorganic oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide, and inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can be used. For organic materials, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo-curing polymer of photo radical polymerization system, photo cation polymerization system, copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resin, cyanoethyl pullulan, etc. Is available.
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。 S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
図１（３−ａ）、図１（３−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７の上にほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。ゲート絶縁層７は本発明の最上層である。 As shown in FIGS. 1 (3-a) and 1 (3-b), a source electrode 8 and a drain electrode 9 are formed on the gate insulating layer 7 substantially concentrically. The gate insulating layer 7 is the uppermost layer of the present invention.
ソース電極８、ドレイン電極９には有機半導体層１０とのコンタクトがよい材料を用いる。例えばペンタセンに対してはＡｕ、ＩＴＯ等を利用することが好ましい。これらの材料を真空蒸着やスパッタリング等の方法で製膜した後、フォトリソグラフィー法で目的の形状にパターンニングする。あるいは、各種印刷法により直接ソース電極８、ドレイン電極９のパターンを形成してもよい。 For the source electrode 8 and the drain electrode 9, a material having good contact with the organic semiconductor layer 10 is used. For example, it is preferable to use Au, ITO or the like for pentacene. These materials are formed into a film by a method such as vacuum deposition or sputtering, and then patterned into a target shape by a photolithography method. Alternatively, the pattern of the source electrode 8 and the drain electrode 9 may be directly formed by various printing methods.
このようにほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成すると、後の有機半導体層１０を形成する工程で同心円の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下することにより、チャネル部に有機半導体の大きな結晶を配置することができる。すなわち、同心円の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下すると図１（４−ｂ）のようにソース電極８、ドレイン電極９を覆うが、図１（４−ａ）のように周辺の方が有機半導体溶液４２の量が少ないためソース電極８の周辺から溶媒が蒸発し、中心に向かって結晶が成長する。このためソース電極８とドレイン電極９が対向するチャネル部付近では結晶が大きく成長し、導電率など電気的特性の優れた有機半導体層１０を形成することができる。 When the source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed in a substantially concentric manner as described above, the organic semiconductor solution 42 is dropped in the vicinity of the center of the concentric circle in the subsequent step of forming the organic semiconductor layer 10, so that the organic semiconductor is formed in the channel portion. Large crystals can be placed. That is, when the organic semiconductor solution 42 is dropped near the center of the concentric circle, the source electrode 8 and the drain electrode 9 are covered as shown in FIG. 1 (4-b), but the periphery is more organic as shown in FIG. 1 (4-a). Since the amount of the semiconductor solution 42 is small, the solvent evaporates from the periphery of the source electrode 8, and a crystal grows toward the center. Therefore, the crystal grows greatly in the vicinity of the channel portion where the source electrode 8 and the drain electrode 9 face each other, and the organic semiconductor layer 10 having excellent electrical characteristics such as conductivity can be formed.
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。 In the present embodiment, the source electrode 8 is arranged concentrically with the circular drain electrode 9, but the present invention is not limited to this example. For example, the drain electrode 9 may be arranged concentrically with the circular source electrode 8.
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。 S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。 In the present invention, the organic semiconductor layer 10 is formed using a method for forming an organic semiconductor layer comprising four steps, S4-1, S4-2, S4-3, and S4-4.
最初に、本発明の有機半導体層の成膜方法に用いる有機半導体溶液４２について説明する。 First, the organic semiconductor solution 42 used in the method for forming an organic semiconductor layer of the present invention will be described.
有機半導体溶液４２に用いる有機半導体材料は溶媒に溶解または分散させるものであれば用いることができるが、塗布後に分子が分子間相互作用により規則正しく配列し結晶となるものが適している。 The organic semiconductor material used for the organic semiconductor solution 42 can be used as long as it is dissolved or dispersed in a solvent. However, a material in which molecules are regularly arranged and crystallized by intermolecular interaction after coating is suitable.
一般に高分子材料は分子量、骨格が大きいため、全ての分子を規則正しく配列するのは難しい。一方、低分子材料やオリゴマーは、溶媒に溶解または分散させてから成膜する場合、溶媒中の移動が容易なことから、分子間相互作用により分子同士が結びつき大きな結晶を形成することができる。したがって、本発明に用いる有機半導体材料は低分子材料もしくはオリゴマーが好ましい。 In general, high molecular weight materials have large molecular weights and skeletons, so it is difficult to regularly arrange all the molecules. On the other hand, in the case of forming a film after dissolving or dispersing a low molecular material or an oligomer in a solvent, since the movement in the solvent is easy, molecules can be connected to each other by a molecular interaction to form a large crystal. Therefore, the organic semiconductor material used in the present invention is preferably a low molecular material or an oligomer.
塗布できる材料の代表例としては、ペンタセンに置換基を付け、ペンタセン誘導体として溶解性を高めたペンタセン類や、チオフェンの６量体を基本に側鎖を有するオリゴチオフェンなどの芳香族オリゴマー類、フェニレン環を有するオリゴフェニレンなどを用いることができる。なかでもシリルエチニルペンタセン類は特に溶解度が高いので、本発明で用いる有機半導体溶液４２の有機半導体材料に適している。 Typical examples of materials that can be applied include pentacenes with a substituent added to pentacene and enhanced solubility as pentacene derivatives, aromatic oligomers such as oligothiophene having side chains based on thiophene hexamers, and phenylene. Oligophenylene having a ring or the like can be used. Of these, silylethynylpentacenes are particularly suitable for the organic semiconductor material of the organic semiconductor solution 42 used in the present invention because of their high solubility.
有機半導体溶液４２に用いる溶媒には、沸点の異なる少なくとも２種類の溶媒を混合したものを用いる。本発明に用いる少なくとも１種類の溶媒は、有機半導体溶液４２を塗布後、すぐにほとんど全てが揮発する揮発速度の速い、低沸点の溶媒を選択する。有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒以外の溶媒は、低沸点の溶媒より揮発速度の遅い、沸点の高い溶媒であり以下では高沸点の溶媒と呼ぶ。 As the solvent used for the organic semiconductor solution 42, a mixture of at least two solvents having different boiling points is used. As the at least one solvent used in the present invention, a low boiling point solvent having a high volatilization rate in which almost all is volatilized immediately after the organic semiconductor solution 42 is applied is selected. The solvent other than the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 is a solvent having a high volatility, which has a lower volatilization rate than the low boiling point solvent, and is hereinafter referred to as a high boiling point solvent.
低沸点の溶媒が揮発した後、有機半導体溶液４２中に残って有機半導体材料を結晶化に適した過飽和状態になるような割合で混合し、結晶が大きく成長するまでの間に徐々に揮発するような揮発速度の遅い溶媒を高沸点の溶媒に選択する。 After the low boiling point solvent is volatilized, the organic semiconductor material remains in the organic semiconductor solution 42 and is mixed in such a ratio that it becomes a supersaturated state suitable for crystallization, and gradually volatilizes until the crystal grows large. Such a solvent with a low volatilization rate is selected as a high boiling point solvent.
このような高沸点の溶媒として用いる溶媒の最適な沸点は、基板上に塗布した有機半導体溶液４２の液滴サイズに依存する。すなわち、液滴サイズが小さいほど、液滴体積に対する表面積の割合が大きくなり揮発速度が速くなるので、より沸点の高い溶媒を用いる必要がある。 The optimum boiling point of the solvent used as such a high boiling point solvent depends on the droplet size of the organic semiconductor solution 42 applied on the substrate. That is, the smaller the droplet size, the larger the ratio of the surface area to the droplet volume and the faster the volatilization rate, so it is necessary to use a solvent with a higher boiling point.
例えば、高沸点の溶媒の沸点が低すぎると結晶の成長速度に対して高沸点の溶媒の揮発速度が速すぎ、結晶が成長する間なく、溶媒が揮発してしまう。そのため後に残された有機半導体材料はアモルファスに近い薄膜となってしまい電気的特性の優れた有機半導体層１０が得られない。結晶の成長に適した揮発速度を持つ溶媒は、例えば沸点が１７０℃以上の溶媒から選択することができる。 For example, if the boiling point of the high boiling point solvent is too low, the volatilization rate of the high boiling point solvent is too high relative to the crystal growth rate, and the solvent volatilizes before the crystal grows. Therefore, the organic semiconductor material left behind becomes an amorphous thin film, and the organic semiconductor layer 10 having excellent electrical characteristics cannot be obtained. A solvent having a volatilization rate suitable for crystal growth can be selected, for example, from solvents having a boiling point of 170 ° C. or higher.
一方、低沸点の溶媒は滴下直後にほとんど全てが揮発し、高沸点の溶媒が残るように、低沸点の溶媒の沸点は高沸点溶媒に対して十分低い必要がある。例えば、低沸点の溶媒の沸点は高沸点の溶媒の沸点に対して４０℃以上低いことが好ましい。４０℃以下の差では低沸点の溶媒の揮発に時間を要し、液滴の位置がずれるなどの問題が生じてしまう。 On the other hand, the boiling point of the low boiling point solvent needs to be sufficiently lower than that of the high boiling point solvent so that almost all of the low boiling point solvent is volatilized immediately after dropping and the high boiling point solvent remains. For example, the boiling point of the low boiling point solvent is preferably lower by 40 ° C. or more than the boiling point of the high boiling point solvent. When the difference is 40 ° C. or less, it takes time to volatilize the low-boiling solvent, and problems such as the position of the droplets shifting occur.
溶媒としては例えば芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、ハロゲン化炭化水素類、フェノール類から選択することができる。少なくとも２種類の溶媒を混合するので、２種類の溶媒は混合しやすい必要があり、同類や混合しやすいグループから選択するのが好ましい。 The solvent can be selected from, for example, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, alcohols, ketones, ethers, esters, halogenated hydrocarbons, and phenols. Since at least two types of solvents are mixed, the two types of solvents need to be easily mixed, and are preferably selected from the same group or a group that is easy to mix.
例えば、高沸点の溶媒としてｍ−ジクロロベンゼン（沸点：１７３℃、溶解度：３％程度）やヘキシルベンゼン（沸点：２２６℃、溶解度１．５％程度）を用いることができる。また、低沸点の溶媒として例えばトルエン（沸点：１１０．６℃、溶解度：２％程度）を用いることができる。 For example, m-dichlorobenzene (boiling point: 173 ° C., solubility: about 3%) or hexylbenzene (boiling point: 226 ° C., solubility: about 1.5%) can be used as a high boiling point solvent. Further, for example, toluene (boiling point: 110.6 ° C., solubility: about 2%) can be used as the low boiling point solvent.
さらに、低沸点の溶媒には、高沸点の溶媒として用いる溶媒の溶解度以上の溶解度を持つ溶媒を用いることが望ましい。このことにより、低沸点の溶媒の量を少なくすることができ、塗布までの間に溶媒の揮発による溶液濃度の変化、ノズルなどの詰まりを抑えることができる。 Furthermore, it is desirable to use a solvent having a solubility equal to or higher than that of the solvent used as the high boiling point solvent as the low boiling point solvent. As a result, the amount of the low boiling point solvent can be reduced, and the change in the solution concentration due to the volatilization of the solvent and the clogging of the nozzle or the like can be suppressed until the application.
さらに、有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒の割合は、約１０％以上、約６５％以下であることが望ましい。低沸点の溶媒の割合が約６５％以上になると、例えば溶液調合時や、タンクへの充填時に低沸点の溶媒が揮発するため溶液濃度が変わってしまうおそれがある。また、インクジェット法などを用いた場合はノズルの先端で低沸点の溶媒が揮発し、有機半導体溶液４２の濃度が高くなってノズルが詰まってしまう問題が発生する。 Furthermore, the ratio of the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 is desirably about 10% or more and about 65% or less. When the ratio of the low boiling point solvent is about 65% or more, for example, the solution concentration may change because the low boiling point solvent volatilizes when the solution is prepared or when the tank is filled. In addition, when the ink jet method or the like is used, a low boiling point solvent is volatilized at the tip of the nozzle, causing a problem that the concentration of the organic semiconductor solution 42 is increased and the nozzle is clogged.
このような問題を避けるため、低沸点の溶媒には、高沸点溶媒として用いる溶媒の溶解度以上の溶解度を持つ溶媒を用いることが望ましい。このことにより、低沸点の溶媒の量を少なくすることができ、塗布までの間に溶媒の揮発による溶液濃度の変化、ノズルなどの詰まりを抑えることができる。 In order to avoid such a problem, it is desirable to use a solvent having a solubility higher than that of the solvent used as the high-boiling solvent as the low-boiling solvent. As a result, the amount of the low boiling point solvent can be reduced, and the change in the solution concentration due to the volatilization of the solvent and the clogging of the nozzle or the like can be suppressed until the application.
一方、低沸点の溶媒の割合が約１０％以下では、低沸点の溶媒が揮発した後に過飽和状態を作れない場合がある。低沸点の溶媒が揮発した後に有機半導体溶液４２を過飽和状態にするためには、低沸点の溶媒に極めて溶解度の高い溶媒を用いる必要があるが、このような溶媒が存在しない場合もある。 On the other hand, if the ratio of the low boiling point solvent is about 10% or less, the supersaturated state may not be created after the low boiling point solvent volatilizes. In order to bring the organic semiconductor solution 42 into a supersaturated state after the low boiling point solvent is volatilized, it is necessary to use a solvent with extremely high solubility in the low boiling point solvent, but such a solvent may not exist.
例えば、高沸点の溶媒としてヘキシルベンゼン（沸点：２２６℃、溶解度１．５％程度）を、低沸点の溶媒として例えばトルエン（沸点：１１０．６℃、溶解度：２％程度）を用いると低沸点の溶媒の溶解度が高沸点の溶媒の溶解度より高く、好ましい。 For example, hexylbenzene (boiling point: 226 ° C., solubility of about 1.5%) is used as the high boiling point solvent, and toluene (boiling point: 110.6 ° C., solubility: about 2%) is used as the low boiling point solvent. The solubility of the solvent is higher than that of the high boiling point solvent, which is preferable.
以下、本発明の有機半導体層の成膜方法における４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４について説明する。 Hereinafter, four steps, S4-1, S4-2, S4-3, and S4-4, in the organic semiconductor layer deposition method of the present invention will be described.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。溶液の温度を上げるとより多くの有機半導体材料が溶媒に溶解するので、次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、溶液の温度が低下して有機半導体溶液４２を容易に過飽和状態にすることができる。 The organic semiconductor solution 42 is heated, and the temperature of the solution is set to a predetermined temperature. When the temperature of the solution is increased, more organic semiconductor material is dissolved in the solvent. Therefore, when the organic semiconductor solution 42 is applied in the next step S4-2, the temperature of the solution is lowered and the organic semiconductor solution 42 is easily supersaturated. Can be in a state.
なお、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。 Even if this step is not performed, this step may be omitted if the organic semiconductor solution 42 can be brought into a supersaturated state when the organic semiconductor solution 42 is applied in the next step S4-2.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
図１（４−ａ）、図１（４−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ Ｉｎｋ Ｊｅｔ）法などを用いることができる。 As shown in FIGS. 1 (4-a) and 1 (4-b), an organic semiconductor solution 42 is applied to the center of the drain electrode 9 formed on the substrate 1. As the coating method, for example, an inkjet method, a dispenser method, a SIJ (Super Ink Jet) method, or the like can be used.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
図１（５−ａ）、図１（５−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので、液滴の周辺から結晶化が始まって薄膜が形成され、塗布された位置から移動することを防止できる。 As shown in FIG. 1 (5-a) and FIG. 1 (5-b), the low-boiling point solvent evaporates immediately after the organic semiconductor solution 42 is applied, and the organic semiconductor material remains in the remaining high-boiling point solvent. Supersaturated. Thus, since the applied organic semiconductor solution 42 is immediately supersaturated, crystallization starts from the periphery of the droplets, a thin film is formed, and movement from the applied position can be prevented.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
図１（６−ａ）、図１（６−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きい周辺部から結晶４２ａの成長が始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図１（７−ａ）、図１（７−ｂ）のように結晶４２ａは中心に向かって成長し、図１（８−ａ）、図１（８−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。 The portion 42a shown in FIG. 1 (6-a) and FIG. 1 (6-b) is a crystal of an organic semiconductor material. In this way, the growth of the crystal 42a starts from the peripheral portion where the area in contact with air is large. The high boiling point solvent gradually evaporates as the crystal 42a grows, and the organic semiconductor material is maintained in a supersaturated state with respect to the remaining high boiling point solvent. As shown in FIGS. 1 (7-a) and 1 (7-b), the crystal 42a grows toward the center, and the organic semiconductor crystal as shown in FIGS. 1 (8-a) and 1 (8-b). An organic semiconductor layer 10 made of a thin film is formed.
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。 After the crystal thin film is formed, the remaining solvent is completely volatilized.
ボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第１の実施形態の工程は以上である。 The steps of the first embodiment for producing the bottom gate type organic TFT are as described above.
次にボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第２の実施形態の工程を説明する。 Next, the process of the second embodiment for producing the bottom gate type organic TFT will be described.
図２は本発明に係わる有機ＴＦＴの製造方法の第２の実施形態を説明する説明図である。 FIG. 2 is an explanatory view for explaining a second embodiment of a method for producing an organic TFT according to the present invention.
第２の実施形態ではゲート絶縁層７の上に突起部５０を設け、突起部５０を覆うようにドレイン電極９を設けている。その他の工程は第１の実施形態と同様であり、同じ工程には同番号を付し説明を省略する。 In the second embodiment, the protrusion 50 is provided on the gate insulating layer 7, and the drain electrode 9 is provided so as to cover the protrusion 50. Other steps are the same as those in the first embodiment, and the same steps are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図２（１−ｂ）〜図２（８−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図２（１−ａ）〜図２（８−ａ）は基板１を図２（１−ｂ）〜図２（８−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。 2 (1-b) to FIG. 2 (8-b) are plan views of the substrate 1 as viewed from above, and FIGS. 2 (1-a) to 2 (8-a) illustrate the substrate 1 in FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the cross section AA 'of (1-b)-FIG. 2 (8-b).
本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ４を説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。As an example of the manufacturing method of the organic TFT according to the present invention, the following steps S1 to S4 will be described.
S1 Step for forming the gate electrode 2.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
S2.5: a step of forming the protrusion 50 S3: a step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
工程Ｓ４では以下の工程から成る有機半導体層の成膜方法を用いて、有機半導体の結晶薄膜を成膜し有機半導体層１０を形成する。 In step S4, an organic semiconductor layer 10 is formed by forming an organic semiconductor crystal thin film using an organic semiconductor layer forming method including the following steps.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
以下、各工程について順に説明する。 Hereinafter, each process is demonstrated in order.
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。 S1 Step for forming the gate electrode 2.
図２（１−ａ）、図２（１−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。基板１の材料、ゲート電極２に用いる材料は第１の実施形態で説明した材料と同じ材料を用いることができる。また、製造方法も、第１の実施形態と同じ方法を適用できる。 As shown in FIGS. 2 (1-a) and 2 (1-b), a gate electrode 2 is formed on the substrate 1. The material used for the substrate 1 and the material used for the gate electrode 2 can be the same as those described in the first embodiment. Further, the same method as that of the first embodiment can be applied to the manufacturing method.
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。 S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示すように、厚みｔ１のゲート絶縁層７を形成する。 As shown in FIGS. 2 (2-a) and 2 (2-b), a gate insulating layer 7 having a thickness t1 is formed.
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。ゲート絶縁層７に用いる材料は第１の実施形態で説明した材料と同じ材料を用いることができる。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。The gate insulating layer 7 is formed by, for example, a dry process such as vapor deposition, sputtering, a CVD method, an atmospheric pressure plasma method, or a coating method such as an inkjet method. The material used for the gate insulating layer 7 can be the same material as described in the first embodiment.
S2.5 ... The process of forming the projection part 50.
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７の上に厚みｔ２の突起
部５０を形成する。ゲート絶縁層７は本発明の最上層である。As shown in FIG. 2 (2-a) and FIG. 2 (2-b), a protrusion 50 having a thickness t 2 is formed on the gate insulating layer 7. The gate insulating layer 7 is the uppermost layer of the present invention.
突起部５０は、ゲート絶縁層７と同様に、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。ゲート絶縁層７に用いる材料はゲート絶縁層７で説明した材料と同じ材料を用いることができる。したがって、突起部５０をゲート絶縁層７と同じ材料を用いて同じ製造方法で形成すると工程を簡略にできる。 The protrusion 50 is formed by a dry process such as vapor deposition, sputtering, a CVD method, an atmospheric pressure plasma method, or a coating method such as an ink jet method, similarly to the gate insulating layer 7. The material used for the gate insulating layer 7 can be the same material as that described for the gate insulating layer 7. Therefore, the process can be simplified if the protrusion 50 is formed by the same manufacturing method using the same material as the gate insulating layer 7.
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）は丸形のドレイン電極９の中心付近に厚みｔ２の突起部５０を形成した例である。 FIG. 2 (2-a) and FIG. 2 (2-b) are examples in which a protrusion 50 having a thickness t 2 is formed in the vicinity of the center of the round drain electrode 9.
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。 S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
図２（３−ｂ）に示すように、ほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。 As shown in FIG. 2 (3-b), the source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed substantially concentrically.
ソース電極８、ドレイン電極９を、第１の実施形態で説明した材料と製造方法を用いて形成する。図２（３−ａ）のようにドレイン電極９は突起部５０を覆うように形成されるので、ドレイン電極９の中心部が突起している。 The source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed using the material and manufacturing method described in the first embodiment. Since the drain electrode 9 is formed so as to cover the protrusion 50 as shown in FIG. 2 (3-a), the center of the drain electrode 9 protrudes.
このようにドレイン電極９の中心部を突起させると、後の有機半導体層１０を形成する工程でドレイン電極９の中心付近に有機半導体溶液を滴下することにより、突起部分から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体のより大きな結晶を配置することができる。 When the central portion of the drain electrode 9 is protruded in this manner, the organic semiconductor solution is dropped in the vicinity of the center of the drain electrode 9 in the later step of forming the organic semiconductor layer 10, whereby crystallization starts from the protruding portion and the channel portion. Larger crystals of the organic semiconductor can be placed on the substrate.
すなわち、ドレイン電極９の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下すると図２（４−ｂ）のように有機半導体溶液４２がソース電極８、ドレイン電極９を覆う。しかしながら、図２（４−ａ）のように突起しているドレイン電極９の中心部を覆う有機半導体溶液４２の量は少ないのでドレイン電極９の中心部から溶媒が蒸発し、周辺に向かって結晶が成長する。そのためソース電極８とドレイン電極９が対向するチャネル部付近では結晶が第１の実施形態より大きく成長し、導電率など電気的特性の優れた有機半導体層１０を形成することができる。 That is, when the organic semiconductor solution 42 is dropped near the center of the drain electrode 9, the organic semiconductor solution 42 covers the source electrode 8 and the drain electrode 9 as shown in FIG. However, since the amount of the organic semiconductor solution 42 covering the central portion of the drain electrode 9 protruding as shown in FIG. 2 (4-a) is small, the solvent evaporates from the central portion of the drain electrode 9, and the crystal is directed toward the periphery. Will grow. Therefore, the crystal grows larger than that in the first embodiment near the channel portion where the source electrode 8 and the drain electrode 9 face each other, and the organic semiconductor layer 10 having excellent electrical characteristics such as conductivity can be formed.
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。 In the present embodiment, the source electrode 8 is arranged concentrically with the circular drain electrode 9, but the present invention is not limited to this example. For example, the drain electrode 9 may be arranged concentrically with the circular source electrode 8.
また、本実施形態では円形のドレイン電極９を突起部５０を覆うように形成した例を説明したが、ドレイン電極９またはソース電極８を突起部５０の周囲を囲うドーナッツ状に形成しても良い。あるいは、工程Ｓ３のソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程の後に工程Ｓ２．５の突起部５０を形成する工程を行って、円形のドレイン電極９またはドレイン電極９の中心部に突起部５０を形成しても良い。 In the present embodiment, the circular drain electrode 9 is formed so as to cover the protrusion 50, but the drain electrode 9 or the source electrode 8 may be formed in a donut shape surrounding the protrusion 50. . Alternatively, after the step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9 in step S3, the step of forming the protrusion 50 in step S2.5 is performed, and the protrusion 50 is formed at the center of the circular drain electrode 9 or drain electrode 9. May be formed.
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。 S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。 In the present invention, the organic semiconductor layer 10 is formed using a method for forming an organic semiconductor layer comprising four steps, S4-1, S4-2, S4-3, and S4-4.
第１の実施形態で説明した有機半導体溶液４２と同じ有機半導体溶液４２を用いることができる。 The same organic semiconductor solution 42 as the organic semiconductor solution 42 described in the first embodiment can be used.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。 The organic semiconductor solution 42 is heated, and the temperature of the solution is set to a predetermined temperature.
なお、第１の実施形態と同様に、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。 As in the first embodiment, if the organic semiconductor solution 42 can be brought into a supersaturated state when the organic semiconductor solution 42 is applied in the next step S4-2 without performing this step, this step is omitted. You may do it.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
図２（４−ａ）、図２（４−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ Ｉｎｋ Ｊｅｔ）法などを用いることができる。 As shown in FIGS. 2 (4-a) and 2 (4-b), an organic semiconductor solution 42 is applied to the center of the drain electrode 9 formed on the substrate 1. As the coating method, for example, an inkjet method, a dispenser method, a SIJ (Super Ink Jet) method, or the like can be used.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
図２（５−ａ）、図２（５−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので析出が開始され、塗布された位置から移動することを防止できる。 As shown in FIG. 2 (5-a) and FIG. 2 (5-b), the low-boiling point solvent evaporates immediately after the organic semiconductor solution 42 is applied, and the organic semiconductor material remains in the remaining high-boiling point solvent. Supersaturated. In this way, the applied organic semiconductor solution 42 immediately becomes supersaturated, so that precipitation can be started and movement from the applied position can be prevented.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
図２（６−ａ）、図２（６−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きいドレイン電極９の中心部から結晶の成長４２ａが始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図２（７−ａ）、図２（７−ｂ）のように結晶４２ａは周辺に向かって成長し、図２（８−ａ）、図２（８−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。 The portion 42a shown in FIGS. 2 (6-a) and 2 (6-b) is a crystal of an organic semiconductor material. Thus, crystal growth 42a starts from the center of the drain electrode 9 having a large area in contact with air. The high boiling point solvent gradually evaporates as the crystal 42a grows, and the organic semiconductor material is maintained in a supersaturated state with respect to the remaining high boiling point solvent. The crystal 42a grows toward the periphery as shown in FIGS. 2 (7-a) and 2 (7-b), and the organic semiconductor crystal as shown in FIGS. 2 (8-a) and 2 (8-b). An organic semiconductor layer 10 made of a thin film is formed.
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。 After the crystal thin film is formed, the remaining solvent is completely volatilized.
ボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第２の実施形態の工程は以上である。 The process of the second embodiment for producing the bottom gate type organic TFT is as described above.
次にトップゲート型の有機ＴＦＴを作製する工程について説明する。 Next, a process for manufacturing a top gate type organic TFT will be described.
図３は、本発明に係わる有機ＴＦＴの製造方法の第３の実施形態を説明する説明図である。図３を用いて、基板１上にソース電極８とドレイン電極９を設け、有機半導体層１０を形成し、更にゲート絶縁層７の上にゲート電極２を設けトップゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。 FIG. 3 is an explanatory view for explaining a third embodiment of the method for producing an organic TFT according to the present invention. Referring to FIG. 3, a source electrode 8 and a drain electrode 9 are provided on a substrate 1, an organic semiconductor layer 10 is formed, and a gate electrode 2 is further provided on a gate insulating layer 7 to form a top gate type organic TFT. The manufacturing method in this case will be described step by step.
図３（１−ｂ）〜図３（９−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図３（１−ａ）〜図３（９−ａ）は基板１を図３（１−ｂ）〜図３（９−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。 3 (1-b) to FIG. 3 (9-b) are plan views of the substrate 1 as seen from above, and FIGS. 3 (1-a) to 3 (9-a) show the substrate 1 in FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the cross section AA 'of (1-b)-FIG. 3 (9-b).
トップゲート型の有機ＴＦＴと図１、図２で説明したボトムゲート型の有機ＴＦＴの製造方法の違いはおもに工程順が異なる点であり、同じ工程には同じ工程番号を付し説明を省略する。 The difference between the manufacturing method of the top-gate type organic TFT and the bottom-gate type organic TFT described with reference to FIGS. 1 and 2 is that the order of the processes is mainly different. .
本発明に係るトップゲート型の有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程を説明する。本実施形態では基板１の上に突起部５０を形成した後ソース電極８、ドレイン電極９を形成して、ドレイン電極９の中心部に突起を設ける例を説明する。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。As an example of the manufacturing method of the top gate type organic TFT according to the present invention, the following steps will be described. In the present embodiment, an example in which the source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed after forming the projection 50 on the substrate 1 and the projection is provided at the center of the drain electrode 9 will be described.
S2.5: a step of forming the protrusion 50 S3: a step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
S1 Step for forming the gate electrode 2.
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。Hereinafter, each process is demonstrated in order.
S2.5 ... The process of forming the projection part 50.
図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）に示すように、基板１の上に厚みｔ３の突起部５０を形成する。基板１は本発明の最上層である。基板１は第１の実施形態と同じ材料が利用できる。 As shown in FIGS. 3 (1-a) and 3 (1-b), a protrusion 50 having a thickness t 3 is formed on the substrate 1. The substrate 1 is the uppermost layer of the present invention. The substrate 1 can use the same material as in the first embodiment.
突起部５０は、ボトムゲート方式の場合と同様に、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。 The protrusion 50 is formed by, for example, a dry process such as vapor deposition, sputtering, a CVD method, an atmospheric pressure plasma method, or a coating method such as an ink jet method, as in the case of the bottom gate method.
図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）は丸形のドレイン電極９の中心付近に厚みｔ３の突起部５０を形成した例である。このようにすると、第２の実施形態と同様に、後の工程Ｓ４で有機半導体溶液４２をドレイン電極９の中心付近に滴下すると、ドレイン電極９の中心部から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体の大きな結晶を配置することができる。 FIG. 3 (1-a) and FIG. 3 (1-b) are examples in which a protrusion 50 having a thickness t 3 is formed in the vicinity of the center of the round drain electrode 9. In this manner, as in the second embodiment, when the organic semiconductor solution 42 is dropped in the vicinity of the center of the drain electrode 9 in the subsequent step S4, crystallization starts from the central portion of the drain electrode 9, and the organic semiconductor is formed in the channel portion. Large crystals can be arranged.
なお、工程Ｓ２．５は必須ではなく省略することもできる。その場合、後の工程Ｓ４で有機半導体溶液４２をドレイン電極９の中心付近に滴下すると、第１の実施形態のように周辺部から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体の比較的大きな結晶を配置することができる。 Step S2.5 is not essential and can be omitted. In that case, when the organic semiconductor solution 42 is dropped in the vicinity of the center of the drain electrode 9 in the subsequent step S4, crystallization starts from the peripheral portion as in the first embodiment, and a relatively large crystal of the organic semiconductor is arranged in the channel portion. can do.
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。 S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
図３（２−ｂ）に示すように、ほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。 As shown in FIG. 3 (2-b), the source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed substantially concentrically.
ソース電極８、ドレイン電極９を、第１の実施形態で説明した材料と製造方法を用いて形成する。図３（３−ａ）のようにドレイン電極９は突起部５０を覆うように形成され、ドレイン電極９の中心が突起している。 The source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed using the material and manufacturing method described in the first embodiment. As shown in FIG. 3 (3-a), the drain electrode 9 is formed so as to cover the protrusion 50, and the center of the drain electrode 9 protrudes.
このようにドレイン電極９の中心を突起させると、第２の実施形態と同様の効果が得られる。 When the center of the drain electrode 9 is thus projected, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。 In the present embodiment, the source electrode 8 is arranged concentrically with the circular drain electrode 9, but the present invention is not limited to this example. For example, the drain electrode 9 may be arranged concentrically with the circular source electrode 8.
また、本実施形態では円形のドレイン電極９を突起部５０を覆うように形成した例を説明したが、ドレイン電極９またはソース電極８を突起部５０の周囲を囲うドーナッツ状に形成しても良い。あるいは、工程Ｓ３のソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程の後に工程Ｓ２．５の突起部５０を形成する工程を行って、円形のドレイン電極９またはドレイン電極９の中心部に突起部５０を形成しても良い。 In the present embodiment, the circular drain electrode 9 is formed so as to cover the protrusion 50, but the drain electrode 9 or the source electrode 8 may be formed in a donut shape surrounding the protrusion 50. . Alternatively, after the step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9 in step S3, the step of forming the protrusion 50 in step S2.5 is performed, and the protrusion 50 is formed at the center of the circular drain electrode 9 or drain electrode 9. May be formed.
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。 S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。 In the present invention, the organic semiconductor layer 10 is formed using a method for forming an organic semiconductor layer comprising four steps, S4-1, S4-2, S4-3, and S4-4.
第１の実施形態で説明した有機半導体溶液４２と同じ有機半導体溶液４２を用いることができる。 The same organic semiconductor solution 42 as the organic semiconductor solution 42 described in the first embodiment can be used.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。 The organic semiconductor solution 42 is heated, and the temperature of the solution is set to a predetermined temperature.
なお、第１の実施形態と同様に、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。 As in the first embodiment, if the organic semiconductor solution 42 can be brought into a supersaturated state when the organic semiconductor solution 42 is applied in the next step S4-2 without performing this step, this step is omitted. You may do it.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
図３（３−ａ）、図３（３−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ Ｉｎｋ Ｊｅｔ）法などを用いることができる。 As shown in FIGS. 3 (3-a) and 3 (3-b), an organic semiconductor solution 42 is applied to the center of the drain electrode 9 formed on the substrate 1. As the coating method, for example, an inkjet method, a dispenser method, a SIJ (Super Ink Jet) method, or the like can be used.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
図３（４−ａ）、図３（４−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので粘度が高く、塗布された位置から移動することを防止できる。 As shown in FIGS. 3 (4-a) and 3 (4-b), the low-boiling point solvent evaporates immediately after the organic semiconductor solution 42 is applied, and the organic semiconductor material remains in the remaining high-boiling point solvent. Supersaturated. In this way, the applied organic semiconductor solution 42 immediately becomes supersaturated, and thus has a high viscosity, and can be prevented from moving from the applied position.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
図３（５−ａ）、図３（５−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きいドレイン電極９の中心部から結晶４２ａの成長が始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図３（６−ａ）、図３（６−ｂ）のように結晶４２ａは周辺に向かって成長し、図３（７−ａ）、図３（７−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。 The portion 42a shown in FIGS. 3 (5-a) and 3 (5-b) is a crystal of an organic semiconductor material. Thus, the growth of the crystal 42a starts from the center of the drain electrode 9 that has a large area in contact with air. The high boiling point solvent gradually evaporates as the crystal 42a grows, and the organic semiconductor material is maintained in a supersaturated state with respect to the remaining high boiling point solvent. As shown in FIGS. 3 (6-a) and 3 (6-b), the crystal 42 a grows toward the periphery, and is an organic semiconductor crystal as shown in FIGS. 3 (7-a) and 3 (7-b). An organic semiconductor layer 10 made of a thin film is formed.
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。 After the crystal thin film is formed, the remaining solvent is completely volatilized.
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。 S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
図３（８−ａ）、図３（８−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。 As shown in FIGS. 3 (8-a) and 3 (8-b), a gate insulating layer 7 is formed.
ゲート絶縁層７の製造方法および材料は第１の実施形態と同様である。 The manufacturing method and material of the gate insulating layer 7 are the same as those in the first embodiment.
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。 S1 Step for forming the gate electrode 2.
図３（９−ａ）、図３（９−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。 As shown in FIG. 3 (9-a) and FIG. 3 (9-b), the gate electrode 2 is formed on the substrate 1.
ゲート電極２の製造方法および材料は第１の実施形態と同様である。 The manufacturing method and material of the gate electrode 2 are the same as those in the first embodiment.
トップゲート型有機ＴＦＴを作製する工程は以上である。 The process for producing the top gate type organic TFT is as described above.
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although the Example performed in order to confirm the effect of this invention is described, this invention is not limited to these.
実施例１〜４では、基板１上に１０×１０の計１００の有機ＴＦＴを作製して効果を確認した。 In Examples 1 to 4, a total of 100 organic TFTs of 10 × 10 were produced on the substrate 1 to confirm the effect.
［実施例１］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ４の工程でボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。[Example 1]
[Production of organic TFT]
Since the bottom gate type organic TFT is manufactured in the steps S1 to S4 described with reference to FIG. 1, the steps are numbered and described in order, and the description of common points is omitted.
S1 Step for forming the gate electrode 2.
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。As the substrate 1, a glass substrate having a size of 150 mm × 170 mm was used. A Cr thin film having a thickness of 125 nm was formed on the substrate 1 by sputtering, and patterning was performed using a photolithography method to form the gate electrode 2.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
大気圧プラズマＣＶＤ法によりテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を液体材料として３００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成し、ゲート絶縁層７とした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。A 300 nm SiO 2 film was formed using tetraethoxysilane (TEOS) as a liquid material by an atmospheric pressure plasma CVD method to form a gate insulating layer 7.
S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。After cleaning the entire substrate, a positive resist thin film was formed to have a thickness of about 1 μm, and exposure and development were performed using a photomask having a reversed source / drain electrode pattern. In this way, the resist was removed only at the locations where the source electrode 8 and the drain electrode 9 were to be provided, and the resist was left at locations where the electrodes were not desired. Subsequently, about 50 nm of Au was formed by sputtering, the resist was removed, and the source electrode 8 and the drain electrode 9 were formed by lift-off.
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を２：１の割合で混合し、混合した溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。 As the organic semiconductor solution 42, a solution having a low boiling point solvent and a high boiling point solvent mixed at a ratio of 2: 1 and an organic semiconductor material dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0% by mass was used. The organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 is 6,13-bistriisopropylsilylethynylpentacene, the low boiling point solvent is toluene, and the high boiling point solvent is m-dichlorobenzene.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
本実施例では省略した。 This is omitted in this embodiment.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサー法を用いて１ｎｌ滴下した。 1 nl of the organic semiconductor solution 42 was dropped onto the central portion of the drain electrode 9 formed on the substrate 1 using a dispenser method.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時にドーナッツ状の約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、ドーナッツ状に形成された薄膜層の内側では有機半導体溶液４２はｍ−ジクロロベンゼンの約３．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。 After about 20 seconds had elapsed after coating, toluene was volatilized, and at the same time, a doughnut-like film having a thickness of about 10 nm was formed. After the volatilization of toluene, the organic semiconductor solution 42 became about 3.0% solution of m-dichlorobenzene inside the thin film layer formed in a donut shape, and the organic semiconductor material became supersaturated.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
滴下された液滴の周辺部より結晶成長が開始し、結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持し、ドレイン電極９とソース電極８の間を覆うように厚み約１２０ｎｍの大きな結晶薄膜を形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。 Crystal growth starts from the periphery of the dropped droplet, and the solvent evaporates as the crystal grows and maintains a supersaturated state, and a large crystal thin film having a thickness of about 120 nm is formed so as to cover between the drain electrode 9 and the source electrode 8 did it. After forming the crystal thin film, the remaining solvent was completely volatilized.
［比較例１］
比較例１では本発明の効果を確認するため、工程Ｓ４において、有機半導体溶液４２には、高沸点の溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, in order to confirm the effect of the present invention, a solution in which an organic semiconductor material was dissolved in a high boiling point solvent at a concentration of 1.0% by mass was used as the organic semiconductor solution 42 in Step S4. The organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 is 6,13-bistriisopropylsilylethynylpentacene, and the high boiling point solvent is m-dichlorobenzene.
それ以外の工程は実施例１と全く同一の条件で作製したので説明を省略し、工程Ｓ４から説明する。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。Since the other steps were produced under exactly the same conditions as in Example 1, description thereof will be omitted, and description will be made from step S4.
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
本実施例では省略した。 This is omitted in this embodiment.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサ法を用いて１ｎｌ滴下した。 1 nl of the organic semiconductor solution 42 was dropped onto the central portion of the drain electrode 9 formed on the substrate 1 using a dispenser method.
Ｓ４−３Ｂ・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3B: A step of volatilizing the high boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
比較例１の有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒を揮発させ実施例１のように有機半導体材料を過飽和状態にすることを試みた。塗布後、有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒であるｍ−ジクロロベンゼンが徐々に揮発し始めたが、この段階では溶液は飽和状態ではないので半導体の析出、結晶化は起こらず、液滴は小さくなっていった。同時に、液滴は基板上を移動してしまい約１分後に所定の位置から移動した。移動した位置でさらに溶媒の揮発が進み約５分後に過飽和状態になった。 The high boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 of Comparative Example 1 was volatilized to attempt to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state as in Example 1. After application, m-dichlorobenzene, which is a high-boiling solvent contained in the organic semiconductor solution 42, gradually began to volatilize. However, at this stage, the solution is not saturated, so that semiconductor deposition and crystallization do not occur. The drops were getting smaller. At the same time, the droplet moved on the substrate and moved from a predetermined position after about 1 minute. The volatilization of the solvent further progressed at the moved position, and it became supersaturated after about 5 minutes.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
滴下された有機半導体溶液４２の液滴の周辺部から結晶成長が始まった。結晶は中央部に向けて成長し、放射状の結晶が形成できた。 Crystal growth started from the periphery of the dropped organic semiconductor solution 42. The crystal grew toward the center, and a radial crystal could be formed.
〔実験結果１〕
実施例１で作製した有機ＴＦＴと、比較例１で作製した有機ＴＦＴについて移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。[Experimental result 1]
The mobility and the ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 1 and the organic TFT produced in Comparative Example 1 were measured.
実施例１で作成した有機ＴＦＴは移動度０．１１ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は６桁の値であった。The organic TFT prepared in Example 1 had a mobility of 0.11 cm 2 / Vs and an ON / OFF current ratio of 6 digits.
比較例１で作成した有機ＴＦＴは、形成された有機半導体薄膜が所定の位置からずれているため有機ＴＦＴとして機能しなかった。 The organic TFT produced in Comparative Example 1 did not function as an organic TFT because the formed organic semiconductor thin film was displaced from a predetermined position.
このように、実施例１で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は有機ＴＦＴとして高い性能を有することが確認できた。一方、比較例１で作成した有機ＴＦＴは機能しなかった。 Thus, it was confirmed that the mobility and the ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 1 have high performance as the organic TFT. On the other hand, the organic TFT prepared in Comparative Example 1 did not function.
［実施例２］
〔有機ＴＦＴの作製〕
本発明の実施例２について説明する。本実施例では有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料と溶媒は実施例１と同じとし、有機半導体材料の溶媒に対する濃度を１．５質量％に変更した。また、工程Ｓ４−１の有機半導体溶液４２を加熱する工程で有機半導体溶液４２を４０℃に加熱し、テーブル温度を３５℃に設定した。[Example 2]
[Production of organic TFT]
A second embodiment of the present invention will be described. In this example, the organic semiconductor material and the solvent contained in the organic semiconductor solution 42 were the same as those in Example 1, and the concentration of the organic semiconductor material with respect to the solvent was changed to 1.5% by mass. Moreover, the organic-semiconductor solution 42 was heated at 40 degreeC at the process of heating the organic-semiconductor solution 42 of process S4-1, and the table temperature was set to 35 degreeC.
それ以外の工程は実施例１と全く同一の条件で作製したので説明を省略する。 Since the other steps were produced under the same conditions as in Example 1, description thereof will be omitted.
〔実験結果２〕
実施例２で作製した有機ＴＦＴについて移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。[Experimental result 2]
The mobility and ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 2 were measured.
実施例２で作成した有機ＴＦＴは移動度０．２０ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は７桁の値であった。The organic TFT prepared in Example 2 had a mobility of 0.20 cm 2 / Vs and an ON / OFF current ratio of 7 digits.
このように、実施例２で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は実施例１で作成した有機ＴＦＴより高い性能を有することが確認できた。 Thus, it was confirmed that the mobility and ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 2 had higher performance than the organic TFT produced in Example 1.
［実施例３］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図２で説明したＳ１〜Ｓ４の工程で突起部５０を設けたボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。[Example 3]
[Production of organic TFT]
Since the bottom gate type organic TFT provided with the protrusions 50 is manufactured in the steps S1 to S4 described with reference to FIG. 2, the steps are numbered in order and described in order, and the description of common points is omitted.
S1 Step for forming the gate electrode 2.
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。As the substrate 1, a glass substrate having a size of 150 mm × 170 mm was used. A Cr thin film having a thickness of 125 nm was formed on the substrate 1 by sputtering, and patterning was performed using a photolithography method to form the gate electrode 2.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
インクジェット法によりアクリル系ポリマーを基板１の全面に５００ｎｍの厚みで塗布後、乾燥させてゲート絶縁層７とした。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。An acrylic polymer was applied to the entire surface of the substrate 1 with a thickness of 500 nm by an inkjet method, and then dried to form a gate insulating layer 7.
S2.5 ... The process of forming the projection part 50.
インクジェット法により、ゲート絶縁層７の後の工程でドレイン電極９が設けられる中心付近に、アクリル系ポリマーを５００ｎｍの厚みで塗布し、突起部５０を形成した。その後、焼成させて突起部５０とゲート絶縁層７を一体にした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。An acrylic polymer was applied with a thickness of 500 nm in the vicinity of the center where the drain electrode 9 is provided in a subsequent step of the gate insulating layer 7 by an ink jet method to form the protrusion 50. Thereafter, the protrusion 50 and the gate insulating layer 7 were integrated by firing.
S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約３０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。After cleaning the entire substrate, a positive resist thin film was formed to have a thickness of about 1 μm, and exposure and development were performed using a photomask having a reversed source / drain electrode pattern. In this way, the resist was removed only at the locations where the source electrode 8 and the drain electrode 9 were to be provided, and the resist was left at locations where the electrodes were not desired. Subsequently, about 30 nm of Au was formed by sputtering, the resist was removed, and the source electrode 8 and the drain electrode 9 were formed by lift-off.
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を２：１の割合で混合し、混合した溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。 As the organic semiconductor solution 42, a solution having a low boiling point solvent and a high boiling point solvent mixed at a ratio of 2: 1 and an organic semiconductor material dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0% by mass was used. The organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 is 6,13-bistriisopropylsilylethynylpentacene, the low boiling point solvent is toluene, and the high boiling point solvent is m-dichlorobenzene.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
本実施例では省略した。 This is omitted in this embodiment.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサー法を用いて１ｎｌ滴下した。 1 nl of the organic semiconductor solution 42 was dropped onto the central portion of the drain electrode 9 formed on the substrate 1 using a dispenser method.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時に約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、有機半導体溶液４２はｍ−ジクロロベンゼンの約３．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。 After about 20 seconds had passed after coating, toluene was volatilized and at the same time, an amorphous film having a thickness of about 10 nm was formed. After toluene volatilization, the organic semiconductor solution 42 became about 3.0% solution of m-dichlorobenzene, and the organic semiconductor material became supersaturated.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
ドレイン電極９の突起した部分から結晶成長が開始した。結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持しながら周辺に向けて結晶が成長した。その結果、ドレイン電極９とソース電極８の間を覆うように厚み約１２０ｎｍの大きな結晶薄膜を形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。 Crystal growth started from the protruding portion of the drain electrode 9. As the crystal grew, the solvent volatilized and the crystal grew toward the periphery while maintaining a supersaturated state. As a result, a large crystal thin film having a thickness of about 120 nm could be formed so as to cover between the drain electrode 9 and the source electrode 8. After forming the crystal thin film, the remaining solvent was completely volatilized.
〔実験結果３〕
実施例３で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。[Experimental result 3]
The mobility and ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 3 were measured.
実施例１で作成した有機ＴＦＴは移動度０．２４ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は７桁の値であった。The organic TFT prepared in Example 1 had a mobility of 0.24 cm 2 / Vs and an ON / OFF current ratio of 7 digits.
このように、実施例３で作製した突起部５０を設けた有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は、実施例１で作成した有機ＴＦＴより高い性能を有することが確認できた。 As described above, it was confirmed that the mobility and the ON / OFF current ratio of the organic TFT provided with the protrusion 50 manufactured in Example 3 had higher performance than the organic TFT prepared in Example 1.
［実施例４］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ４の工程でインクジェット法を用いてボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、実施例１と共通する点は説明を省略する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。[Example 4]
[Production of organic TFT]
Since the bottom gate type organic TFT is manufactured by using the ink jet method in the steps S1 to S4 described in FIG. 1, the steps are numbered and described in order, and the description of the points in common with the first embodiment is omitted. .
S1 Step for forming the gate electrode 2.
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。As the substrate 1, a glass substrate having a size of 150 mm × 170 mm was used. A Cr thin film having a thickness of 125 nm was formed on the substrate 1 by sputtering, and patterning was performed using a photolithography method to form the gate electrode 2.
S2: A step of forming the gate insulating layer 7.
インクジェット法によりアクリル系ポリマーを基板１の全面に５００ｎｍの厚みで塗布後、乾燥させてゲート絶縁層７とした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。An acrylic polymer was applied to the entire surface of the substrate 1 with a thickness of 500 nm by an inkjet method, and then dried to form a gate insulating layer 7.
S3: A step of forming the source electrode 8 and the drain electrode 9.
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。After cleaning the entire substrate, a positive resist thin film was formed to have a thickness of about 1 μm, and exposure and development were performed using a photomask having a reversed source / drain electrode pattern. In this way, the resist was removed only at the locations where the source electrode 8 and the drain electrode 9 were to be provided, and the resist was left at locations where the electrodes were not desired. Subsequently, about 50 nm of Au was formed by sputtering, the resist was removed, and the source electrode 8 and the drain electrode 9 were formed by lift-off.
S4... The step of forming the organic semiconductor layer 10.
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を１：１の割合で混合し、混合した溶媒に２．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はヘキシルベンゼンである。 As the organic semiconductor solution 42, a low boiling point solvent and a high boiling point solvent were mixed at a ratio of 1: 1, and a solution in which the organic semiconductor material was dissolved in the mixed solvent at a concentration of 2.0% by mass was used. The organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 is 6,13-bistriisopropylsilylethynylpentacene, the low boiling point solvent is toluene, and the high boiling point solvent is hexylbenzene.
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。 S4-1: A step of heating the organic semiconductor solution 42.
本実施例では省略した。 This is omitted in this embodiment.
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。 S4-2: A step of applying the organic semiconductor solution 42 in a desired pattern on the substrate.
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をピエゾ方式のインクジェット法を用いて１４ｐｌ滴下した。 14 pl of an organic semiconductor solution 42 was dropped onto the central portion of the drain electrode 9 formed on the substrate 1 by using a piezo ink jet method.
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。 S4-3... Step for volatilizing the low boiling point solvent contained in the organic semiconductor solution 42 applied in a desired pattern to bring the organic semiconductor material into a supersaturated state.
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時に約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、有機半導体溶液４２はヘキシルベンゼンの約４．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。 After about 20 seconds had passed after coating, toluene was volatilized and at the same time, an amorphous film having a thickness of about 10 nm was formed. After toluene volatilization, the organic semiconductor solution 42 became an approximately 4.0% solution of hexylbenzene, and the organic semiconductor material became supersaturated.
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。 S4-4: A step of growing a crystal of an organic semiconductor material contained in the organic semiconductor solution 42 to form a crystal thin film.
滴下された液滴の周辺部より結晶成長が開始し、結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持し、厚み約１００ｎｍの大きな結晶薄膜が形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。 Crystal growth started from the periphery of the dropped droplet, the solvent was volatilized with the crystal growth and maintained a supersaturated state, and a large crystal thin film having a thickness of about 100 nm could be formed. After forming the crystal thin film, the remaining solvent was completely volatilized.
〔実験結果４〕
実施例４で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。[Experimental result 4]
The mobility and ON / OFF current ratio of the organic TFT produced in Example 4 were measured.
その結果、実施例４で作成した有機ＴＦＴは移動度０．１０ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は６桁の値であった。As a result, the organic TFT prepared in Example 4 had a mobility of 0.10 cm 2 / Vs and an ON / OFF current ratio of 6 digits.
このように、実施例４でインクジェット法を用いて作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は実施例１で作成した有機ＴＦＴと同等の性能を有することが確認できた。 Thus, it was confirmed that the mobility and the ON / OFF current ratio of the organic TFT produced by using the inkjet method in Example 4 had the same performance as the organic TFT produced in Example 1.
以上このように、本発明によれば、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。 Above this way, according to the present invention can provide a method for manufacturing the organic thin film transistor which can you to form an organic semiconductor thin film of large crystal by a simple process and equipment in the desired position.
Claims (7)
前記基板の最上層に同心円状に前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する部分に塗布する工程と、
前記塗布された有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させ、前記有機半導体溶液を過飽和状態にする工程と、
前記過飽和状態にされた有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ、前記有機半導体層としての結晶薄膜を形成する工程と、
を含み、さらに、
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を形成する工程を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。In a method for producing an organic thin film transistor having at least a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer on a substrate,
Forming the source electrode and the drain electrode concentrically on the uppermost layer of the substrate;
An organic semiconductor solution in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed in a supersaturated ratio with respect to the amount of a solvent having a high boiling point contained in the solvent in a solvent in which at least two types of solvents having different boiling points are mixed is used as the source. Applying the electrode and the drain electrode to a facing portion;
Volatilizing a solvent having a low boiling point contained in the applied organic semiconductor solution to bring the organic semiconductor solution into a supersaturated state;
Growing a crystal of the organic semiconductor material contained in the supersaturated organic semiconductor solution to form a crystal thin film as the organic semiconductor layer;
Including,
Before the step of applying the organic semiconductor solution,
The manufacturing method of the organic thin-film transistor characterized by including the process of forming a projection part in the center part of any one of the said source electrode or the said drain electrode .
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。Before the step of applying the organic semiconductor solution,
The method of manufacturing an organic thin film transistor according to claim 1, wherein a step of heating the organic semiconductor solution is performed.
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