JP5103735B2 - Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus - Google Patents
Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5103735B2 JP5103735B2 JP2005380425A JP2005380425A JP5103735B2 JP 5103735 B2 JP5103735 B2 JP 5103735B2 JP 2005380425 A JP2005380425 A JP 2005380425A JP 2005380425 A JP2005380425 A JP 2005380425A JP 5103735 B2 JP5103735 B2 JP 5103735B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- organic semiconductor
- semiconductor layer
- semiconductor material
- composition
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、有機半導体層用組成物、薄膜トランジスタの製造方法、アクティブマトリクス装置の製造方法、電気光学装置の製造方法および電子機器の製造方法に関する。 The present invention relates to a composition for an organic semiconductor layer, a method for manufacturing a thin film transistor, a method for manufacturing an active matrix device, a method for manufacturing an electro-optical device, and a method for manufacturing an electronic device.
近年、無機半導体材料を用いた薄膜トランジスタを置き換え得るデバイスとして、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタが注目されている(例えば、特許文献1参照。)。
この薄膜トランジスタは、有機半導体層を高温・高真空を必要としない液相プロセスによって形成することができ、また、薄型軽量化に適すること、可撓性を有すること等の長所を有している。
In recent years, a thin film transistor using an organic semiconductor material has attracted attention as a device that can replace a thin film transistor using an inorganic semiconductor material (see, for example, Patent Document 1).
In this thin film transistor, the organic semiconductor layer can be formed by a liquid phase process that does not require high temperature and high vacuum, and has advantages such as being suitable for reduction in thickness and weight and flexibility.
ところで、液相プロセスでは、有機半導体材料を含有するインクを、所定の有機半導体層形成領域に塗布し、後処理することによって有機半導体層を形成する。
ここで、インクを均一に塗布し、形成される有機半導体層毎のバラツキを抑えるには、インクの性状が重要となる。
例えば、インクの塗布方法としてインクジェット法を用いる場合に、インクを均一に塗布するには、インクの表面張力、粘度および沸点を適正範囲に調整することが必要であり、これらのパラメータについては多くの研究がなされている。
By the way, in the liquid phase process, an organic semiconductor layer is formed by applying an ink containing an organic semiconductor material to a predetermined organic semiconductor layer formation region and performing post-processing.
Here, in order to uniformly apply the ink and suppress variations among the formed organic semiconductor layers, the properties of the ink are important.
For example, when the ink jet method is used as an ink application method, it is necessary to adjust the surface tension, viscosity, and boiling point of the ink to an appropriate range in order to apply the ink uniformly. Research has been done.
また、インクの性状や組成は、形成される有機半導体層の結晶性等の薄膜特性にも影響するものと考えられる。
しかし、インクと、有機半導体層の薄膜特性との関係については、ほとんど検討がなされていない。このため、これまでのインクでは、十分に薄膜特性に優れた有機半導体層を形成することができないという問題がある。
In addition, it is considered that the properties and composition of the ink also affect the thin film characteristics such as crystallinity of the organic semiconductor layer to be formed.
However, little consideration has been given to the relationship between the ink and the thin film characteristics of the organic semiconductor layer. For this reason, the conventional inks have a problem that it is not possible to form an organic semiconductor layer with sufficiently excellent thin film characteristics.
本発明の目的は、分子構造の平面性が高く、薄膜特性に優れた有機半導体層を形成することができる有機半導体層用組成物、これを用いて製造された信頼性の高い薄膜トランジスタを製造可能な薄膜トランジスタの製造方法、アクティブマトリクス装置の製造方法、電気光学装置の製造方法、および電子機器の製造方法を提供することにある。 It is an object of the present invention to produce a composition for an organic semiconductor layer capable of forming an organic semiconductor layer having a high molecular structure planarity and excellent thin film characteristics, and a highly reliable thin film transistor manufactured using the composition. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor, a method for manufacturing an active matrix device, a method for manufacturing an electro-optical device, and a method for manufacturing an electronic apparatus.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の有機半導体層用組成物は、下記条件IおよびIIを満足する有機半導体材料と、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10−3〜1×10 −4 cm3・mol/g2である溶媒とを含むことを特徴とする有機半導体層用組成物。
条件I:前記有機半導体材料は、複数のチオフェン環同士が直鎖状に結合して構成されている主鎖と、該主鎖の少なくとも1ヶ所から分枝し、複数の炭素原子を含む側鎖とを有する。
条件II:前記有機半導体材料は、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10 −3 〜1×10 −3 cm 3 ・mol/g 2 の範囲外の溶媒に溶解したとき、前記側鎖が伸長して、前記側鎖同士が干渉し、前記主鎖の平面性が損なわれるものである。
これにより、分子構造の平面性が高く、薄膜特性に優れた有機半導体層を形成することができる有機半導体層用組成物が得られる。
また、チオフェン環は、隣接するチオフェン環同士の間におけるキャリア移動性に特に優れ、主鎖にチオフェン環を含む有機半導体材料を用いて形成された有機半導体層は、優れたキャリア移動度を示す。その結果、より良好な薄膜特性を有し、より優れた半導体特性が得られる有機半導体層を形成することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The composition for organic semiconductor layers of the present invention has an organic semiconductor material satisfying the following conditions I and II, and a second virial coefficient for the organic semiconductor material at 25 ° C. of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −4 cm. The composition for organic-semiconductor layers characterized by including the solvent which is 3 * mol / g < 2 >.
Condition I: The organic semiconductor material includes a main chain composed of a plurality of thiophene rings bonded in a straight chain, and a side chain branched from at least one position of the main chain and including a plurality of carbon atoms And have.
Condition II: When the organic semiconductor material is dissolved in a solvent whose second virial coefficient with respect to the organic semiconductor material at 25 ° C. is outside the range of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2. The side chains extend, the side chains interfere with each other, and the planarity of the main chain is impaired.
Thereby, the composition for organic semiconductor layers which can form the organic-semiconductor layer excellent in the planarity of a molecular structure and excellent in the thin film characteristic is obtained.
A thiophene ring is particularly excellent in carrier mobility between adjacent thiophene rings, and an organic semiconductor layer formed using an organic semiconductor material containing a thiophene ring in the main chain exhibits excellent carrier mobility. As a result, it is possible to form an organic semiconductor layer having better thin film characteristics and better semiconductor characteristics.
本発明の有機半導体層用組成物では、前記側鎖の総炭素数は、4〜12であることが好ましい。
これにより、有機半導体材料の溶媒に対する溶解性を十分に維持しつつ、側鎖の長さを、隣接する側鎖同士が立体構造的な障害(干渉)を特に生じ難い程度の長さとすることができる。その結果、有機半導体材料を構成する主鎖の立体構造の平面性を高めることができ、この有機半導体材料を用いて形成された有機半導体層のキャリア移動度を高めることができる。
本発明の有機半導体層用組成物では、前記側鎖は、アルキル鎖であることが好ましい。
アルキル鎖は、主にC−H結合に起因する非極性部分で構成されているため、溶媒に対して溶解性を特に高めることができる。
In the composition for organic semiconductor layers of the present invention, the total number of carbon atoms in the side chain is preferably 4-12.
Thereby, while maintaining the solubility with respect to the solvent of an organic-semiconductor material fully, the length of a side chain shall be made into the length of the grade which does not produce a three-dimensional structural obstacle (interference) especially between adjacent side chains. it can. As a result, the planarity of the three-dimensional structure of the main chain constituting the organic semiconductor material can be improved, and the carrier mobility of the organic semiconductor layer formed using this organic semiconductor material can be increased.
In the composition for an organic semiconductor layer of the present invention, the side chain is preferably an alkyl chain.
Since the alkyl chain is mainly composed of a nonpolar portion derived from a C—H bond, the solubility in a solvent can be particularly enhanced.
本発明の有機半導体層用組成物では、前記溶媒は、アニソール、ジクロロメタンまたはトリクロロエタンであることが好ましい。
これにより、π共役系構造の共役長がより長くなり、特に優れたキャリア移動度を示す有機半導体層を得ることができる。
本発明の有機半導体層用組成物では、前記有機半導体材料の重量平均分子量は、1000〜1000000であることが好ましい。
これにより、有機半導体材料の合成および取り扱いが特に容易なものとなる。
本発明の有機半導体層用組成物では、当該有機半導体層用組成物における前記有機半導体材料の含有率は、0.1〜5wt%であることが好ましい。
これにより、有機半導体材料の析出を確実に防止しつつ、十分な膜厚の有機半導体層を形成することができる。
In the composition for an organic semiconductor layer of the present invention, the solvent is preferably anisole , dichloromethane, or trichloroethane.
Thereby, the conjugated length of the π-conjugated structure becomes longer, and an organic semiconductor layer exhibiting particularly excellent carrier mobility can be obtained.
In the composition for an organic semiconductor layer of the present invention, the weight average molecular weight of the organic semiconductor material is preferably 1000 to 1000000.
This makes it particularly easy to synthesize and handle organic semiconductor materials.
In the composition for organic semiconductor layers of the present invention, the content of the organic semiconductor material in the composition for organic semiconductor layers is preferably 0.1 to 5 wt%.
Thereby, an organic semiconductor layer having a sufficient thickness can be formed while reliably preventing the organic semiconductor material from being deposited.
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して前記ソース電極および前記ドレイン電極を絶縁するゲート絶縁膜とを備える薄膜トランジスタの製造方法であって、
下記条件IおよびIIを満足する有機半導体材料と、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10−3〜1×10 −4 cm3・mol/g2である溶媒とを含む有機半導体層用組成物を塗布して前記有機半導体層を形成することを特徴とする。
条件I:前記有機半導体材料は、複数のチオフェン環同士が直鎖状に結合して構成されている主鎖と、該主鎖の少なくとも1ヶ所から分枝し、複数の炭素原子を含む側鎖とを有する。
条件II:前記有機半導体材料は、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10 −3 〜1×10 −3 cm 3 ・mol/g 2 の範囲外の溶媒に溶解したとき、前記側鎖が伸長して、前記側鎖同士が干渉し、前記主鎖の平面性が損なわれるものである。
これにより、トランジスタ特性に優れ、かつ信頼性の高い薄膜トランジスタが得られる。
A thin film transistor manufacturing method according to the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating film that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode. A manufacturing method comprising:
An organic semiconductor material that satisfies the following conditions I and II, and a solvent having a second virial coefficient of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −4 cm 3 · mol / g 2 for the organic semiconductor material at 25 ° C. The organic semiconductor layer is formed by applying a composition for an organic semiconductor layer.
Condition I: The organic semiconductor material includes a main chain composed of a plurality of thiophene rings bonded in a straight chain, and a side chain branched from at least one position of the main chain and including a plurality of carbon atoms And have.
Condition II: When the organic semiconductor material is dissolved in a solvent whose second virial coefficient with respect to the organic semiconductor material at 25 ° C. is outside the range of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2. The side chains extend, the side chains interfere with each other, and the planarity of the main chain is impaired.
Thereby, a thin film transistor having excellent transistor characteristics and high reliability can be obtained.
本発明のアクティブマトリクス装置の製造方法は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いアクティブマトリクス装置が得られる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、本発明のアクティブマトリクス装置の製造方法を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電気光学装置が得られる。
本発明の電子機器の製造方法は、本発明の電気光学装置の製造方法を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
The manufacturing method of the active matrix device of the present invention includes the manufacturing method of the thin film transistor of the present invention.
Thereby, an active matrix device with high reliability can be obtained.
The method for manufacturing an electro-optical device according to the present invention includes the method for manufacturing an active matrix device according to the present invention.
Thereby, a highly reliable electro-optical device is obtained.
According to another aspect of the invention, there is provided an electronic apparatus manufacturing method including the electro-optical device manufacturing method of the invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
以下、本発明の有機半導体層用組成物、薄膜トランジスタの製造方法、アクティブマトリクス装置の製造方法、電気光学装置の製造方法および電子機器の製造方法について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の有機半導体層用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の有機半導体層用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第1実施形態を示す概略図(図1中(a)は縦断面図、(b)は平面図)、図2は、図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図(縦断面図)、図3は、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の立体構造を説明するための図(模式図)である。
Hereinafter, the composition for an organic semiconductor layer, the method for producing a thin film transistor, the method for producing an active matrix device, the method for producing an electro-optical device, and the method for producing an electronic device according to the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the drawings. .
<First Embodiment>
First, 1st Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic-semiconductor layers of this invention is described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a thin film transistor manufactured using the composition for an organic semiconductor layer of the present invention ((a) is a longitudinal sectional view, (b) is a plan view) in FIG. 2 is a diagram (longitudinal sectional view) for explaining a method of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram (schematic diagram) for explaining a three-dimensional structure of poly (3-hexylthiophene). .
図1に示す薄膜トランジスタ1は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであり、ゲート電極50と、ゲート電極50を覆うように設けられたゲート絶縁層40と、ゲート絶縁層40上に、互いに分離して設けられたソース電極20aおよびドレイン電極20bと、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように設けられた有機半導体層30とを有し、基板10上に設けられている。
A
以下、各部の構成について、順次説明する。
基板10は、薄膜トランジスタ1を構成する各層(各部)を支持するものである。
基板10には、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリイミド(PI)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。
薄膜トランジスタ1に可撓性を付与する場合には、基板10には、プラスチック基板、あるいは、薄い(比較的膜厚の小さい)金属基板が選択される。
Hereinafter, the configuration of each unit will be sequentially described.
The
The
In the case where flexibility is given to the
基板10上には、後述する有機半導体層30に電界を生じさせるゲート電極50が設けられている。
このゲート電極50の構成材料としては、公知の電極材料であれば、種類は特に限定されるものではない。具体的には、Cr、Al、Ta、Mo、Nb、Cu、Ag、Au、Pd、In、Ni、Nd、Coまたはこれらを含む合金のような金属材料、およびそれらの酸化物等を用いることができる。
また、ゲート電極50は、導電性有機材料で構成することもできる。
ゲート電極50の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜2000nm程度であるのが好ましく、1〜1000nm程度であるのがより好ましい。
On the
The material of the
Moreover, the
The average thickness of the
ゲート電極50上には、ゲート絶縁層(絶縁体層)40が設けられている。
このゲート絶縁層40は、ゲート電極50を、後述するソース電極20aおよびドレイン電極20bに対して絶縁するものである。
ゲート絶縁層40の構成材料としては、公知のゲート絶縁体材料であれば、種類は特に限定されるものではなく、有機材料、無機材料のいずれも使用可能である。
A gate insulating layer (insulator layer) 40 is provided on the
The
The constituent material of the
有機材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルフェノール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
一方、無機材料としては、シリカ、窒化珪素、酸化アルミ、酸化タンタル等の金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウムチタン酸鉛等の金属複合酸化物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the organic material include polymethyl methacrylate, polyvinyl phenol, polyimide, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl phenol, and the like, and one or more of these can be used in combination.
On the other hand, examples of the inorganic material include metal oxides such as silica, silicon nitride, aluminum oxide, and tantalum oxide, and metal composite oxides such as barium strontium titanate and lead zirconium titanate. A combination of more than one species can be used.
ゲート絶縁層40の平均厚さは、特に限定されないが、10〜5000nm程度であるのが好ましく、100〜2000nm程度であるのがより好ましい。ゲート絶縁層40の厚さを前記範囲とすることにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとゲート電極50とを確実に絶縁しつつ、薄膜トランジスタ1の動作電圧を低くすることができる。
なお、ゲート絶縁層40は、単層構成のものに限定されず、複数層の積層構成のものであってもよい。
The average thickness of the
Note that the
ゲート絶縁層40上には、ソース電極20aおよびドレイン電極20b(一対の電極)が設けられている。すなわち、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、ほぼ同一平面上に設けられている。
ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成材料は、ゲート電極50の構成材料と同様のものを用いることができる。
On the
The constituent material of the
また、有機半導体層30がp型である場合には、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成材料としては、それぞれ、Au、Ag、Cu、Ptまたはこれらを含む合金を主とするものが好ましい。これらのものは、比較的仕事関数が大きいため、ソース電極20aをこれらの材料で構成することにより、有機半導体層30への正孔(キャリア)の注入効率を向上させることができる。
なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、10〜2000nm程度であるのが好ましく、50〜1000nm程度であるのがより好ましい。
When the
In addition, although the average thickness of the
ソース電極20aとドレイン電極20bとの距離、すなわち、図1に示すチャネル長Lは、2〜30μm程度であるのが好ましく、2〜20μm程度であるのがより好ましい。このような範囲にチャネル長Lの値を設定することにより、薄膜トランジスタ1の特性の向上(特に、ON電流値の上昇)を図ることができる。
また、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの長さ、すなわち、図1に示すチャネル幅Wは、0.1〜5mm程度であるのが好ましく、0.3〜3mm程度であるのがより好ましい。このような範囲にチャネル幅Wの値を設定することにより、寄生容量を低減させることができ、薄膜トランジスタ1の特性の劣化を防止することができる。また、薄膜トランジスタ1の大型化を防止することもできる。
The distance between the
Further, the length of the
ゲート絶縁層40上には、各ソース電極20aおよびドレイン電極20bに接触するように、有機半導体層30が設けられている。
この有機半導体層30の構成材料については、後述する薄膜トランジスタの製造方法において説明する。
この有機半導体層30の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、1〜500nm程度であるのがより好ましく、1〜100nm程度であるのがさらに好ましい。
An
The constituent material of the
The average thickness of the
このような薄膜トランジスタ1では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加した状態で、ゲート電極50にゲート電圧を印加すると、有機半導体層30のゲート絶縁層40との界面付近にチャネルが形成され、チャネル領域をキャリア(正孔)が移動することで、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電流が流れる。
すなわち、ゲート電極50に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間に電圧を印加しても、有機半導体層30中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
一方、ゲート電極50に電圧が印加されているON状態では、有機半導体層30のゲート絶縁層40に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(キャリアの流路)が形成される。この状態でソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加すると、チャネル領域を通って電流が流れる。
In such a
That is, in the OFF state in which no voltage is applied to the
On the other hand, in the ON state in which a voltage is applied to the
次に、本発明の有機半導体層用組成物を、図1に示す薄膜トランジスタを製造する場合を例にして説明する。
図1に示す薄膜トランジスタ1の製造方法は、基板10上にゲート電極50を形成する工程[A1]と、ゲート電極50上にゲート絶縁層40を形成する工程[A2]と、ゲート絶縁層40上にソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する工程[A3]と、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように有機半導体層30を形成する工程[A4]とを有している。
Next, the composition for an organic semiconductor layer of the present invention will be described by taking as an example the case of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.
1 includes a step [A1] of forming the
[A1] ゲート電極形成工程
基板10上に、ゲート電極50を形成する(図2(a)参照。)。
まず、金属膜(金属層)を形成する。
これは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
[A1] Gate Electrode Formation Step
First, a metal film (metal layer) is formed.
This includes, for example, chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, laser CVD, vapor deposition, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, electrolytic plating, immersion plating, electroless plating, etc. It can be formed by the wet plating method, thermal spraying method, sol-gel method, MOD method, metal foil bonding, and the like.
この金属膜上に、レジスト材料を塗布した後に硬化させ、ゲート電極50の形状に対応する形状のレジスト層を形成する。このレジスト層をマスクに用いて、金属膜の不要部分を除去する。
この金属膜の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
On this metal film, a resist material is applied and then cured to form a resist layer having a shape corresponding to the shape of the
For the removal of the metal film, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light assist etching, and chemical etching methods such as wet etching are used. They can be used in combination.
その後、レジスト層を除去することにより、ゲート電極50が得られる。
なお、ゲート電極50は、ゲート絶縁層40上に、例えば、導電性粒子や、導電性有機材料を含む導電性材料を塗布(供給)して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
Then, the
The
導電性粒子を含む導電性材料としては、金属微粒子を分散させた分散液、導電性粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
また、導電性有機材料を含む導電性材料としては、導電性有機材料の溶液または分散液が挙げられる。
基板10上に導電性材料を塗布(供給)する方法としては、例えば、スピンコート法やディップコート法のような塗布法、インクジェット印刷法(液滴吐出法)やスクリーン印刷法のような印刷法等が挙げられる。
Examples of the conductive material containing conductive particles include a dispersion in which metal fine particles are dispersed, a polymer mixture containing conductive particles, and the like.
Moreover, as a conductive material containing a conductive organic material, a solution or dispersion of a conductive organic material can be given.
As a method for applying (supplying) the conductive material on the
[A2] ゲート絶縁層形成工程
次に、ゲート電極50上に、ゲート絶縁層40を形成する(図2(b)参照。)。
例えば、ゲート絶縁層40を有機高分子材料で構成する場合、ゲート絶縁層40は、有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、ゲート電極50上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
[A2] Gate Insulating Layer Formation Step Next, the
For example, when the
有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、ゲート電極50上へ塗布(供給)する方法としては、前記工程[A1]で挙げた塗布法、印刷法等を用いることができる。
また、ゲート絶縁層40を無機材料で構成する場合、ゲート絶縁層40は、例えば、熱酸化法、CVD法、SOG法により形成することができる。また、原材料にポリシラザンを用いることにより、ゲート絶縁層40として、シリカ膜、窒化珪素膜を湿式プロセスで成膜することが可能となる。
As a method for applying (supplying) a solution containing an organic polymer material or a precursor thereof onto the
When the
[A3] ソース電極およびドレイン電極形成工程
次に、ゲート絶縁層40上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する(図2(c)参照。)。
このソース電極20aおよびドレイン電極20bは、例えば、エッチング法、リフトオフ法等を用いて形成することができる。
[A3] Source and Drain Electrode Formation Step Next, the
The
エッチング法によりソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、例えば、スパッタ法、蒸着法、メッキ法等を用いて、基板10の全面に金属膜(金属層)を形成する。II:次に、例えばフォトリソグラフィー法、マイクロコンタクトプリンティング法等を用いて、金属膜上(表面)にレジスト層を形成する。III:次に、このレジスト層をマスクに用いて、金属膜にエッチングを施して、所定の形状にパターニングする。
When the
また、リフトオフ法によりソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する領域以外の領域に、レジスト層を形成する。II:次に、例えば、蒸着法、メッキ法等を用いて、基板10のレジスト層側の全面に金属膜(金属層)を形成する。III:次に、レジスト層を除去する。
なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、ゲート絶縁層40上に、例えば、導電性粒子や、導電性有機材料を含む導電性材料を塗布(供給)して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
導電性粒子を含む導電性材料としては、金属微粒子を分散させた溶液、導電性粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
また、導電性有機材料を含む導電性材料としては、導電性有機材料の溶液または分散液が挙げられる。
When the
The
Examples of the conductive material containing conductive particles include a solution in which metal fine particles are dispersed, a polymer mixture containing conductive particles, and the like.
Moreover, as a conductive material containing a conductive organic material, a solution or dispersion of a conductive organic material can be given.
ゲート絶縁層40上に導電性材料を塗布(供給)する方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法のような塗布法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法のような印刷法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the method for applying (supplying) the conductive material on the
[A4] 有機半導体層形成工程
次に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、有機半導体層30を形成する(図2(d)参照。)。
有機半導体層30は、有機半導体材料と、この有機半導体材料を溶解する溶媒とを含む有機半導体層用組成物を、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように供給し、その後、必要に応じて後処理を施すことによって形成する。なお、以下では、溶解とは、溶質が微分散した状態のことを含んでおり、また、溶媒は、溶質が微分散した分散媒(媒質)を含んでいる。
[A4] Organic Semiconductor Layer Formation Step Next, the
The
まず、有機半導体材料と、溶媒とを含む有機半導体層用組成物を調製する。
ここで、有機半導体層30は、この有機半導体層用組成物を用いて形成されるが、このようにして形成された有機半導体層30の薄膜特性は、溶質である有機半導体材料と溶媒との相関関係により変化するとされている。
First, a composition for an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material and a solvent is prepared.
Here, the
しかしながら、これまで、この相関関係に関する明確な知見が得られていない。このため、優れた薄膜特性を有する有機半導体層を得ることができる材料(有機半導体層用組成物)が求められていた。
そこで、本発明者は、薄膜特性に優れた有機半導体層を形成可能な有機半導体層用組成物に対し、溶質である有機半導体材料を溶解する溶媒の選択条件について鋭意検討した結果、有機半導体材料としては、下記条件IおよびIIを満足するものであり、かつ、溶媒としては、25℃における有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10−3〜1×10−3cm3・mol/g2のものであることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
However, until now, no clear knowledge about this correlation has been obtained. For this reason, the material (composition for organic-semiconductor layers) which can obtain the organic-semiconductor layer which has the outstanding thin film characteristic was calculated | required.
Therefore, the present inventor has intensively studied the selection conditions of a solvent for dissolving an organic semiconductor material as a solute with respect to a composition for an organic semiconductor layer capable of forming an organic semiconductor layer having excellent thin film characteristics. As the solvent, the following conditions I and II are satisfied, and the solvent has a second virial coefficient with respect to the organic semiconductor material at 25 ° C. of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −3 cm 3 · mol / It found that it is effective be of g 2, thereby completing the present invention.
条件I:有機半導体材料は、π共役系構造を含む主鎖と、主鎖の繰り返し単位構造の少なくとも1ヶ所から分枝し、複数の炭素原子を含む直鎖状の側鎖を有する。
条件II:有機半導体材料は、この有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が前記範囲外の溶媒(前記溶媒以外の溶媒)に溶解したとき、側鎖が伸長して、側鎖同士が干渉し、主鎖の平面性が損なわれるものである。
なお、上記条件IIにおいて、有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が前記範囲外の溶媒とは、有機半導体材料を十分に溶解し得る溶媒であり、より具体的には、25℃における有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が1×10−3cm3・mol/g2超の溶媒である。
Condition I: The organic semiconductor material has a main chain including a π-conjugated structure and a linear side chain branched from at least one position of the repeating unit structure of the main chain and including a plurality of carbon atoms.
Condition II: When the second virial coefficient for the organic semiconductor material is dissolved in a solvent outside the above range (a solvent other than the solvent), the side chains are elongated and the side chains interfere with each other. The flatness of the chain is impaired.
In the above condition II, the solvent whose second virial coefficient for the organic semiconductor material is outside the above range is a solvent that can sufficiently dissolve the organic semiconductor material, and more specifically, for the organic semiconductor material at 25 ° C. It is a solvent having a second virial coefficient exceeding 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2 .
このような条件を満足する有機半導体材料は、主鎖にπ共役系構造を含むことから、共役長の長さに応じた高いキャリア移動度を示すことができ、優れた薄膜特性を示す有機半導体層の形成材料として用いることができるものである。
また、主鎖から分枝した側鎖には、複数の炭素原子同士が直鎖状の部分を含んでいるため、一般的な溶媒に対する親和性が高く、有機半導体材料の溶媒への溶解性を高めている。
Organic semiconductor materials that satisfy these conditions include a π-conjugated structure in the main chain, and therefore can exhibit high carrier mobility according to the length of the conjugate length, and exhibit excellent thin film characteristics. It can be used as a material for forming a layer.
In addition, since the side chain branched from the main chain includes a linear portion of a plurality of carbon atoms, the affinity for general solvents is high, and the solubility of the organic semiconductor material in the solvent is high. It is increasing.
ここで、第二ビリアル係数は、溶質である有機半導体材料の溶媒中における相互作用の程度を示す指標となり得るものである。
具体的には、第二ビリアル係数が正の値を示す場合、すなわち有機半導体材料に対して溶媒が良溶媒である場合には、値が大きいほど、有機半導体材料が溶媒に溶解する溶解性が高いことを意味する。
一方、第二ビリアル係数が負の値を示す場合、すなわち有機半導体材料に対して溶媒が貧溶媒である場合には、値が小さいほど、有機半導体材料が溶媒に溶解する溶解性が低下し、有機半導体材料が析出し易くなることを意味する。
Here, the second virial coefficient can be an index indicating the degree of interaction in the solvent of the organic semiconductor material which is a solute.
Specifically, when the second virial coefficient shows a positive value, that is, when the solvent is a good solvent for the organic semiconductor material, the higher the value, the more soluble the organic semiconductor material is dissolved in the solvent. Means high.
On the other hand, when the second virial coefficient shows a negative value, that is, when the solvent is a poor solvent for the organic semiconductor material, the smaller the value, the lower the solubility of the organic semiconductor material dissolved in the solvent, It means that the organic semiconductor material is easily deposited.
また、このように有機半導体材料に対する溶媒の溶解性が変化したときには、側鎖(特に、前述した複数の炭素原子同士が直鎖状の部分)が伸長したり短縮したりする。
例えば、溶媒の第二ビリアル係数が正の値を示す場合、側鎖が伸長し、溶媒の第二ビリアル係数が負の値を示す場合、側鎖が短縮する。
側鎖が伸長すると、伸長した側鎖同士が立体構造的な障害(干渉)を起こすことによって、主鎖にねじれや折れ曲がり等の変形が生じ、有機半導体材料の分子構造の平面性が低下する。これにより、有機半導体層用組成物を用いて形成した有機半導体層の共役長が短くなり、その結果、有機半導体層のキャリア移動度の低下を招く。
一方、側鎖が短縮すると、側鎖同士が立体構造的な障害(干渉)を起こす確率が低下するため、主鎖がねじれたり折れ曲がったりすることを防止することができ、平面性が向上する。これにより、形成される有機半導体層の共役長が長くなり、その結果、有機半導体層のキャリア移動度を高めることができる。
なお、このような第二ビリアル係数は、溶媒の温度に応じてある程度変化させることができる。一般的には、溶媒または溶媒に溶解している有機半導体材料の変質を伴わない範囲で、溶媒の温度を高めることにより、第二ビリアル係数を若干高めることができる。
Further, when the solubility of the solvent in the organic semiconductor material is changed in this way, the side chain (particularly, a portion where the plurality of carbon atoms described above are linear) extends or shortens.
For example, when the second virial coefficient of the solvent shows a positive value, the side chain extends, and when the second virial coefficient of the solvent shows a negative value, the side chain shortens.
When the side chain extends, the extended side chains cause a steric hindrance (interference) to cause deformation such as twisting and bending in the main chain, and the planarity of the molecular structure of the organic semiconductor material is lowered. Thereby, the conjugate length of the organic semiconductor layer formed using the composition for organic semiconductor layers is shortened, and as a result, the carrier mobility of the organic semiconductor layer is lowered.
On the other hand, when the side chain is shortened, the probability that the side chains cause a three-dimensional structural failure (interference) decreases, so that the main chain can be prevented from being twisted or bent, and the planarity is improved. Thereby, the conjugate length of the formed organic semiconductor layer becomes long, and as a result, the carrier mobility of the organic semiconductor layer can be increased.
In addition, such a 2nd virial coefficient can be changed to some extent according to the temperature of a solvent. In general, the second virial coefficient can be slightly increased by increasing the temperature of the solvent within a range that does not involve alteration of the solvent or the organic semiconductor material dissolved in the solvent.
以上のような観点から、有機半導体材料に対する溶媒の第二ビリアル係数は、前述のような範囲内とされる。第二ビリアル係数の範囲を前述のような範囲内とすれば、溶媒の温度を適宜設定することにより、有機半導体材料の析出を防止しつつ、側鎖を短縮させ、主鎖の平面性を向上させることができる。そして、このような有機半導体材料を用いて形成した有機半導体層30では共役長が長くなり、これにより、有機半導体層30のキャリア移動度等の薄膜特性を高めることができる。その結果、例えば、かかる有機半導体層30を備える薄膜トランジスタ1は、優れたトランジスタ特性(例えば、ドレイン電流値の増大等)を得ることができる。
From the above viewpoint, the second virial coefficient of the solvent with respect to the organic semiconductor material is set in the above-described range. If the range of the second virial coefficient is in the range as described above, the temperature of the solvent is set appropriately to prevent the organic semiconductor material from precipitating, shorten the side chain, and improve the main chain planarity. Can be made. And the conjugate length becomes long in the organic-
ところで、有機半導体材料を、所定の溶媒(有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が1×10−3cm3・mol/g2超の溶媒)に溶解したとき、前述のように、側鎖が伸長して、側鎖同士の立体構造的な障害を生じるか否かは、次のようにして判定することができる。すなわち、有機半導体材料を、各種溶媒に溶解して液状材料(有機半導体層用組成物)としたとき、その液状材料の吸収スペクトルのピーク波長が、(A)溶媒の屈折率および/または誘電率の変化に応じて変化するか、または、(B)溶媒の第二ビリアル係数の変化に応じて変化するかを調べることによって判定することができる。 By the way, when an organic semiconductor material is dissolved in a predetermined solvent (a solvent having a second virial coefficient of greater than 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2 with respect to the organic semiconductor material), as described above, the side chain is elongated. Then, whether or not the three-dimensional structural obstacle between the side chains is generated can be determined as follows. That is, when an organic semiconductor material is dissolved in various solvents to form a liquid material (composition for an organic semiconductor layer), the peak wavelength of the absorption spectrum of the liquid material is (A) the refractive index and / or the dielectric constant of the solvent. It can be determined by examining whether it changes according to the change of (B) or according to the change of the second virial coefficient of the solvent.
(A)の場合
上記のような有機半導体材料を含む液状材料における吸収スペクトルのピーク波長の変化は、有機半導体材料の主鎖の立体構造の変化による共役長の変化に起因するものである。
ところで、有機半導体材料と溶媒とを含む液状材料において、溶質である有機半導体材料と溶媒との間に、何ら相互作用が生じていないとすれば、液状材料の吸収スペクトルのピーク波長は、溶媒の屈折率および/または誘電率の変化に応じて変化する性質を有しているとされている。
In the case of (A) The change in the peak wavelength of the absorption spectrum in the liquid material containing the organic semiconductor material as described above is caused by the change in the conjugate length due to the change in the three-dimensional structure of the main chain of the organic semiconductor material.
By the way, in the liquid material containing the organic semiconductor material and the solvent, if there is no interaction between the organic semiconductor material that is the solute and the solvent, the peak wavelength of the absorption spectrum of the liquid material is It is said that it has the property of changing according to changes in refractive index and / or dielectric constant.
したがって、液状材料の吸収スペクトルのピーク波長が、溶媒の屈折率および/または誘電率の変化に応じて変化したとすれば、溶質である有機半導体材料と溶媒との間に、何ら相互作用が生じていないことが推察される。
すなわち、(A)の場合は、有機半導体材料を、所定の溶媒に溶解したとき、側鎖同士の立体構造的な障害は生じないと判定することができる。
Therefore, if the peak wavelength of the absorption spectrum of the liquid material changes according to the change in the refractive index and / or dielectric constant of the solvent, no interaction occurs between the organic semiconductor material that is the solute and the solvent. It is presumed that it is not.
That is, in the case of (A), when the organic semiconductor material is dissolved in a predetermined solvent, it can be determined that there is no steric hindrance between the side chains.
(B)の場合
前述したように、第二ビリアル係数とは、溶質である有機半導体材料の溶媒中における相互作用の程度を示す指標である。したがって、液状材料の吸収スペクトルのピーク波長が、溶媒の第二ビリアル係数の変化に応じて変化したとすれば、溶質である有機半導体材料と溶媒との間に、何らかの相互作用が生じていると推察される。
すなわち、(B)の場合は、有機半導体材料を、所定の溶媒に溶解したとき、側鎖同士の立体構造的な障害が生じると判定することができる。
以上のような条件を考慮することにより、有機半導体材料を溶解するのに適した溶媒を選択することができる。そして、このような有機半導体材料と溶媒とを含む有機半導体層用組成物は、有機半導体材料の析出を防止する安定性と、形成された有機半導体層における優れた薄膜特性とを高度に両立し得るものとなる。
In the case of (B) As described above, the second virial coefficient is an index indicating the degree of interaction in the solvent of the organic semiconductor material that is a solute. Therefore, if the peak wavelength of the absorption spectrum of the liquid material changes according to the change of the second virial coefficient of the solvent, there is some interaction between the organic semiconductor material that is the solute and the solvent. Inferred.
That is, in the case of (B), when the organic semiconductor material is dissolved in a predetermined solvent, it can be determined that a steric hindrance between the side chains occurs.
By considering the above conditions, a solvent suitable for dissolving the organic semiconductor material can be selected. And the composition for organic semiconductor layers containing such organic-semiconductor material and a solvent is highly compatible with the stability which prevents precipitation of organic-semiconductor material, and the outstanding thin film characteristic in the formed organic-semiconductor layer. To get.
有機半導体材料が有する1つの側鎖の総炭素数は、4〜12であるのが好ましく、6〜10であるのがより好ましい。溶媒の第二ビリアル係数に依存した主鎖の立体構造(平面性)の変化は、第二ビリアル係数が大きい溶媒中において、伸長した側鎖同士が干渉し合い、立体構造的な障害を生じることによって起こるものである。このため、側鎖に含まれる炭素原子の数が多くなる程、側鎖の長さが長くなり、主鎖の立体構造の変化の度合いは大きくなる。したがって、前述の炭素原子の数が前記範囲内であれば、有機半導体材料の溶媒に対する溶解性を十分に維持しつつ、側鎖の長さを、隣接する側鎖同士が立体構造的な障害(干渉)を特に生じ難い程度の長さとすることができる。その結果、有機半導体材料を構成する主鎖の立体構造の平面性を高めることができ、この有機半導体材料を用いて形成された有機半導体層のキャリア移動度を高めることができる。 The total carbon number of one side chain of the organic semiconductor material is preferably 4 to 12, and more preferably 6 to 10. The change in the three-dimensional structure (planarity) of the main chain depending on the second virial coefficient of the solvent causes the extended side chains to interfere with each other in a solvent with a large second virial coefficient, resulting in a steric structural hindrance. Is what happens. For this reason, as the number of carbon atoms contained in the side chain increases, the length of the side chain increases and the degree of change in the three-dimensional structure of the main chain increases. Accordingly, if the number of carbon atoms is within the above range, the side chain length is reduced while the solubility of the organic semiconductor material in the solvent is sufficiently maintained, and the side chains adjacent to each other have a steric hindrance ( Interference) can be made to a length that is not particularly likely to occur. As a result, the planarity of the three-dimensional structure of the main chain constituting the organic semiconductor material can be improved, and the carrier mobility of the organic semiconductor layer formed using this organic semiconductor material can be increased.
また、複数の炭素原子を含む直鎖状の側鎖は、炭素原子と水素原子とにより構成される炭化水素であってもよく、水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものであってもよい。さらに、側鎖の途中や末端が分枝して、さらに別の側鎖があってもよい。
なお、側鎖中には、その他の構造または原子等を有していてもよい。
また、側鎖は、特にアルキル鎖であるのが好ましい。アルキル鎖は、主にC−H結合に起因する非極性部分で構成されているため、溶媒に対して溶解性を特に高めることができる。
Further, the linear side chain containing a plurality of carbon atoms may be a hydrocarbon composed of carbon atoms and hydrogen atoms, in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. May be. Furthermore, the middle or end of the side chain may be branched to have another side chain.
The side chain may have other structures or atoms.
The side chain is particularly preferably an alkyl chain. Since the alkyl chain is mainly composed of a nonpolar portion derived from a C—H bond, the solubility in a solvent can be particularly enhanced.
以上で説明したような有機半導体材料としては、例えば、下記化学式(1)〜(4)で表されるようなポリパラフェニレンビニレン誘導体、下記化学式(5)〜(8)で表されるようなポリチオフェン誘導体、下記化学式(9)、(10)で表されるようなポリパラフェニレン誘導体、下記化学式(11)で表されるようなポリフルオレン誘導体等が挙げられる。 Examples of organic semiconductor materials as described above include polyparaphenylene vinylene derivatives represented by the following chemical formulas (1) to (4), and those represented by the following chemical formulas (5) to (8). Examples thereof include polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives represented by the following chemical formulas (9) and (10), polyfluorene derivatives represented by the following chemical formula (11), and the like.
ただし、前記化学式(1)〜(11)において、xおよびyは、それぞれ独立してモノマーユニットの繰り返し単位の数を表す整数であり、同一であっても異なっていてもよい。また、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して炭素原子の数を表す整数であり、同一であっても異なっていてもよい。
これらの有機半導体材料の中でも、主鎖のπ共役系構造としてポリチオフェン誘導体のようなチオフェン環を含むものが好ましい。チオフェン環は、隣接するチオフェン環同士の間におけるキャリア移動性に特に優れ、主鎖にチオフェン環を含む有機半導体材料を用いて形成された有機半導体層は、優れたキャリア移動度を示す。
However, in the chemical formulas (1) to (11), x and y are each independently an integer representing the number of repeating units of the monomer unit, and may be the same or different. A, b, c and d are each independently an integer representing the number of carbon atoms and may be the same or different.
Among these organic semiconductor materials, those containing a thiophene ring such as a polythiophene derivative as the π-conjugated structure of the main chain are preferable. A thiophene ring is particularly excellent in carrier mobility between adjacent thiophene rings, and an organic semiconductor layer formed using an organic semiconductor material containing a thiophene ring in the main chain exhibits excellent carrier mobility.
また、主鎖は、前記化学式(5)〜(8)のように、複数のチオフェン環同士が直鎖状に結合して構成されているのが好ましい。これにより、π共役系構造の共役長がより長くなり、特に優れたキャリア移動度を示す有機半導体層を得ることができる。
このような有機半導体材料中の繰り返し単位の数は、5〜6000程度であるのが好ましく、5〜1000程度であるのがより好ましい。これにより、有機半導体材料として十分な特性を示しつつ、合成および取り扱いが容易なものとなる。
また、有機半導体材料の重量平均分子量は、1000〜1000000程度であるのが好ましく、1000〜200000程度であるのがより好ましい。これにより、有機半導体材料の合成および取り扱いが特に容易なものとなる。
Moreover, it is preferable that the main chain is composed of a plurality of thiophene rings bonded in a straight chain as in the chemical formulas (5) to (8). Thereby, the conjugated length of the π-conjugated structure becomes longer, and an organic semiconductor layer exhibiting particularly excellent carrier mobility can be obtained.
The number of repeating units in such an organic semiconductor material is preferably about 5 to 6000, and more preferably about 5 to 1000. This makes it easy to synthesize and handle while exhibiting sufficient characteristics as an organic semiconductor material.
The weight average molecular weight of the organic semiconductor material is preferably about 1,000 to 1,000,000, and more preferably about 1,000 to 200,000. This makes it particularly easy to synthesize and handle organic semiconductor materials.
ここで、上記の有機半導体材料のうち、前記化学式(5)において、アルキル鎖の炭素数nが6であるポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)を代表例として、溶媒の第二ビリアル係数に依存した立体構造の変化を説明する。
図3は、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の立体構造を説明するための図(模式図)である。図3の各図のうち、(a)、(c)は、それぞれP3HTの分子構造の平面図を、(b)、(d)は、それぞれP3HTの分子構造の斜視図を示している。
Here, among the above organic semiconductor materials, in the chemical formula (5), poly (3-hexylthiophene) (P3HT) having an alkyl chain with a carbon number n of 6 is used as a representative example, and the second virial coefficient of the solvent is set. The dependent three-dimensional structure change will be described.
FIG. 3 is a diagram (schematic diagram) for explaining the three-dimensional structure of poly (3-hexylthiophene). 3A and 3C are plan views of the molecular structure of P3HT, and FIGS. 3B and 3D are perspective views of the molecular structure of P3HT, respectively.
まず、この有機半導体材料を、所定の溶媒(例えば、キシレン、クロロホルム等)に溶解させると、図3(a)に示すように、アルキル鎖(側鎖)が、この溶媒との接触面積を広げるように伸長し、図3(b)に示すように、伸長したアルキル鎖同士が立体障害を起こすことによって主鎖にねじれが生じる。
一方、第二ビリアル係数が負の値を示す溶媒に接触させると、図3(c)に示すように、アルキル鎖が、この溶媒との接触面積を狭めるように短縮し、図3(d)に示すように、主鎖の平面性が高くなる。このような溶媒の第二ビリアル係数に依存した立体構造の変化は、前記化学式(1)〜(11)で表されるような、その他の有機半導体材料においても同様に生じる。
First, when this organic semiconductor material is dissolved in a predetermined solvent (for example, xylene, chloroform, etc.), as shown in FIG. 3A, the alkyl chain (side chain) widens the contact area with this solvent. As shown in FIG. 3B, the main chain is twisted by the steric hindrance between the extended alkyl chains.
On the other hand, when the second virial coefficient is brought into contact with a solvent having a negative value, as shown in FIG. 3C, the alkyl chain is shortened so as to narrow the contact area with the solvent, and FIG. As shown in the figure, the planarity of the main chain is increased. Such a change in the three-dimensional structure depending on the second virial coefficient of the solvent similarly occurs in other organic semiconductor materials represented by the chemical formulas (1) to (11).
なお、前述したように、本発明の有機半導体層用組成物に含まれる溶媒の25℃における有機半導体材料に対する第二ビリアル係数は、−1×10−3〜1×10−3cm3・mol/g2とされるが、−1×10−3〜0cm3・mol/g2であるのが好ましい。第二ビリアル係数の範囲をこのような範囲とすれば、有機半導体層用組成物において、室温下でも確実に有機半導体材料の析出を防止しつつ、側鎖を短縮させ、主鎖の平面性を向上させることができる。また、前記範囲内において第二ビリアル係数が小さいほど、主鎖の平面性が向上するという傾向は、より顕著なものとなる。その結果、薄膜特性に優れた有機半導体層や、この有機半導体層を備え、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
なお、この第二ビリアル係数が前記下限値より小さい場合には、有機半導体材料が著しく析出し易くなり、安定な有機半導体層用組成物が得られない。
As described above, the second virial coefficient to the organic semiconductor material at 25 ° C. of the solvent contained in the organic semiconductor layer composition of the present invention, -1 × 10 -3 ~1 × 10 -3
In addition, when this 2nd virial coefficient is smaller than the said lower limit, an organic-semiconductor material will precipitate remarkably and a stable composition for organic-semiconductor layers will not be obtained.
一方、第二ビリアル係数が前記上限値より大きいと、側鎖が著しく伸長し、伸長した側鎖同士が立体構造的な障害を非常に生じ易くなる。これにより、主鎖にねじれや折れ曲がり等の変形が生じ、共役長が著しく短くなる。その結果、有機半導体層用組成物を用いて形成された有機半導体層は、十分なキャリア移動度が得られず、薄膜特性が特に低いものとなる。 On the other hand, if the second virial coefficient is larger than the upper limit value, the side chains are remarkably extended, and the extended side chains are very likely to cause a three-dimensional structural obstacle. As a result, the main chain is deformed such as torsion and bending, and the conjugate length is remarkably shortened. As a result, an organic semiconductor layer formed using the composition for an organic semiconductor layer cannot obtain sufficient carrier mobility and has particularly low thin film characteristics.
なお、有機半導体材料を溶解する溶媒としては、例えば、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、1,4−ジオキサン、インダン、インデン、エチルナフタレン、メチルナフタレン、ベンゾフラン、トリメチルベンゼン、キシレン、トルエン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエタン、テトラヒドロナフタレン、テトラヒドロフラン(THF)、ブタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、メシチレン、テトラリン、デカリン、アニソール、ブチルアセテート等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて選択することができるが、特にアニソールまたはトリクロロエタンが好ましい。これらの溶媒は、主鎖のπ共役系構造としてチオフェン環を含む有機半導体材料に対して、第二ビリアル係数を前記範囲内で小さくすることができる。これにより、有機半導体層用組成物において、有機半導体材料の主鎖の平面性を特に高めることができる。
また、この有機半導体層用組成物における有機半導体材料の含有率は、0.1〜5wt%であるのが好ましく、0.5〜2wt%であるのがより好ましい。これにより、有機半導体材料の析出を確実に防止しつつ、十分な膜厚の有機半導体層を形成することができる。
Examples of the solvent for dissolving the organic semiconductor material include cyclohexane, cyclohexanone, 1,4-dioxane, indane, indene, ethylnaphthalene, methylnaphthalene, benzofuran, trimethylbenzene, xylene, toluene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, and dichlorobenzene. , Chloroform, dichloromethane, trichloroethane, tetrahydronaphthalene, tetrahydrofuran (THF), butane, hexane, heptane, octane, decane, dodecane, tetradecane, hexadecane, mesitylene, tetralin, decalin, anisole, butyl acetate, etc. One or a combination of two or more can be selected, and anisole or trichloroethane is particularly preferable. These solvents can reduce the second virial coefficient within the above range with respect to an organic semiconductor material containing a thiophene ring as the π-conjugated structure of the main chain. Thereby, in the composition for organic semiconductor layers, the planarity of the main chain of the organic semiconductor material can be particularly enhanced.
Moreover, it is preferable that the content rate of the organic-semiconductor material in this composition for organic-semiconductor layers is 0.1-5 wt%, and it is more preferable that it is 0.5-2 wt%. Thereby, an organic semiconductor layer having a sufficient thickness can be formed while reliably preventing the organic semiconductor material from being deposited.
次に、基板10上に、ソース電極およびドレイン電極を覆うように、前述したような有機半導体層用組成物を供給する。
有機半導体形成用液状材料を基板10上に供給する方法としては、例えば、前記工程[A1]で挙げた塗布法、印刷法等を用いることができる。
このうちインクジェット法を使用するのが好ましい。インクジェット法は、液状材料を微細なパターンで供給できるので、パターニングが不要であり、簡易な工程で精密な形状の有機半導体層を形成することができる。
なお、有機半導体層用組成物に、有機半導体材料の前駆体を含有させた場合には、その後、アニール処理を行う。
Next, the composition for an organic semiconductor layer as described above is supplied onto the
As a method for supplying the liquid material for forming an organic semiconductor onto the
Of these, the inkjet method is preferably used. In the ink jet method, since a liquid material can be supplied in a fine pattern, patterning is unnecessary, and an organic semiconductor layer having a precise shape can be formed by a simple process.
In addition, when the organic semiconductor material precursor is contained in the composition for an organic semiconductor layer, an annealing treatment is performed thereafter.
このようにして、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように有機半導体層30が形成される。このとき、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間には、チャネル領域が形成される。
なお、有機半導体層30の形成領域は、図示の構成に限定されず、有機半導体層30は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間の領域(チャネル領域)に選択的に形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の薄膜トランジスタ(素子)1を並設する場合に、各素子の有機半導体層30を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。
以上のような工程を経て、第1実施形態の薄膜トランジスタ1が得られる。
このようにして製造される薄膜トランジスタ1は、有機半導体層に含有される有機半導体材料の共役長が長く、また、有機半導体層が良好な薄膜特性を有していることにより、良好なトランジスタ特性を得ることができる。
In this way, the
The formation region of the
Through the steps as described above, the
The
<第2実施形態>
次に、本発明の有機半導体層用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第2実施形態について説明する。
図4は、本発明の有機半導体層用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第2実施形態を示す概略断面図である。
Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic-semiconductor layers of this invention is described.
FIG. 4: is a schematic sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic-semiconductor layers of this invention.
以下、第2実施形態の薄膜トランジスタについて、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の薄膜トランジスタ1は、各電極の配設位置が異なる以外は、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様である。
すなわち、図4に示す薄膜トランジスタ1は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bが、有機半導体層30およびゲート絶縁層40を介して、ゲート電極50より基板10側に位置するトップゲート型の薄膜トランジスタである。
そして、有機半導体層30が、前記第1実施形態と同様の有機半導体層用組成物を使用して形成されている。
Hereinafter, the thin film transistor of the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The
That is, the
And the organic-
このような薄膜トランジスタ1も、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様にして製造することができる。
このような第2実施形態の薄膜トランジスタ1によっても、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様の作用・効果が得られる。
なお、本発明の有機半導体層用組成物によって有機半導体層を形成してなる電子デバイスは、前述したような薄膜トランジスタへの適用に限定されるものではなく、例えば有機EL素子や光電変換素子等に適用することもできる。
Such a
Also by the
In addition, the electronic device formed by forming an organic semiconductor layer with the composition for an organic semiconductor layer of the present invention is not limited to the application to the thin film transistor as described above, and for example, an organic EL element or a photoelectric conversion element. It can also be applied.
<電気光学装置>
次に、前述したような薄膜トランジスタ1を備えるアクティブマトリクス装置(基板上に前述の電子デバイスが形成されたもの)が組み込まれた本発明の電気光学装置について、電気泳動表示装置を一例に説明する。なお、アクティブマトリクス装置は基板上に前述の電子デバイスを複数形成することで製造される。
<Electro-optical device>
Next, an electrophoretic display device will be described as an example of the electro-optical device of the present invention in which an active matrix device including the
図5は、電気泳動表示装置の実施形態を示す縦断面図、図6は、図5に示す電気泳動表示装置が備えるアクティブマトリクス装置の構成を示すブロック図である。
図5に示す電気泳動表示装置200は、基板500上に設けられたアクティブマトリクス装置300と、このアクティブマトリクス装置300に電気的に接続された電気泳動表示部400とで構成されている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electrophoretic display device, and FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an active matrix device included in the electrophoretic display device shown in FIG.
An
図6に示すように、アクティブマトリクス装置300は、互いに直交する複数のデータ線301と、複数の走査線302と、これらのデータ線301と走査線302との各交点付近に設けられた薄膜トランジスタ1とを有している。
そして、薄膜トランジスタ1が有するゲート電極50は走査線302に、ソース電極20aはデータ線301に、ドレイン電極20bは後述する画素電極(個別電極)401に、それぞれ接続されている。
As shown in FIG. 6, the
The
図5に示すように、電気泳動表示部400は、基板500上に、順次積層された、画素電極401と、マイクロカプセル402と、透明電極(共通電極)403および透明基板404とを有している。
そして、マイクロカプセル402がバインダ材405により、画素電極401と透明電極403との間に固定されている。
As shown in FIG. 5, the
The
画素電極401は、マトリクス状に、すなわち、縦横に規則正しく配列するように分割されている。
各カプセル402内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色(色相)の異なる2種の電気泳動粒子421、422を含む電気泳動分散液420が封入されている。
The
In each
このような電気泳動表示装置200では、1本あるいは複数本の走査線302に選択信号(選択電圧)を供給すると、この選択信号(選択電圧)が供給された走査線302に接続されている薄膜トランジスタ1がONとなる。
これにより、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線301と画素電極401とは、実質的に導通する。このとき、データ線301に所望のデータ(電圧)を供給した状態であれば、このデータ(電圧)は画素電極401に供給される。
In such an
Thereby, the
これにより、画素電極401と透明電極403との間に電界が生じ、この電界の方向、強さ、電気泳動粒子421、422の特性等に応じて、電気泳動粒子421、422は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。
一方、この状態から、走査線302への選択信号(選択電圧)の供給を停止すると、薄膜トランジスタ1はOFFとなり、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線301と画素電極401とは非導通状態となる。
したがって、走査線302への選択信号の供給および停止、あるいは、データ線301へのデータの供給および停止を適宜組み合わせて行うことにより、電気泳動表示装置200の表示面側(透明基板404側)に、所望の画像(情報)を表示させることができる。
As a result, an electric field is generated between the
On the other hand, when supply of the selection signal (selection voltage) to the
Therefore, by appropriately combining the supply and stop of the selection signal to the
特に、本実施形態の電気泳動表示装置200では、電気泳動粒子421、422の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
また、本実施形態の電気泳動表示装置200は、アクティブマトリクス装置300を有することにより、特定の走査線302に接続された薄膜トランジスタ1を選択的にON/OFFすることができるので、クロストークの問題が生じにくく、また、回路動作の高速化が可能であることから、高い品質の画像(情報)を得ることができる。
In particular, in the
In addition, since the
また、本実施形態の電気泳動表示装置200は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。
なお、前述したような薄膜トランジスタ1を備えるアクティブマトリクス装置が組み込まれた電気光学装置は、このような電気泳動表示装置200への適用に限定されるものではなく、例えば、液晶装置、有機または無機EL装置等の表示装置または発光装置に適用することもできる。
In addition, since the
The electro-optical device in which the active matrix device including the
この電気光学装置の製造方法は、例えば前述の電気泳動表示装置の製造方法の場合、前述の透明電極403に前記バインダ材405でマイクロカプセル402が固定されている、いわゆる電気泳動表示シートに対し、アクティブマトリクス装置を貼り合わせる製造工程を有する。また、例えば、液晶装置の場合、図示はないが、アクティブマトリクス装置を対向基板に貼り合わせ、その間に液晶材料を注入する製造工程を含む。
In this electro-optical device manufacturing method, for example, in the case of the above-described electrophoretic display device manufacturing method, for the so-called electrophoretic display sheet in which the
<電子機器>
このような電気泳動表示装置200は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置200を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図7は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
<Electronic equipment>
Such an
<< Electronic Paper >>
First, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper will be described.
FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper.
An
In such
<<ディスプレイ>>
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
この図に示すディスプレイ800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図6に示す構成と同様のものである。
<< Display >>
Next, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to a display will be described.
8A and 8B are diagrams showing an embodiment in which the electronic apparatus of the present invention is applied to a display. FIG. 8A is a cross-sectional view and FIG. 8B is a plan view.
A
本体部801は、その側部(図中、右側)に電子ペーパー600を挿入可能な挿入口805が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対802a、802bが設けられている。電子ペーパー600を、挿入口805を介して本体部801内に挿入すると、電子ペーパー600は、搬送ローラ対802a、802bにより挟持された状態で本体部801に設置される。
The
また、本体部801の表示面側(下図(b)中、紙面手前側)には、矩形状の孔部803が形成され、この孔部803には、透明ガラス板804が嵌め込まれている。これにより、本体部801の外部から、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を視認することができる。すなわち、このディスプレイ800では、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を、透明ガラス板804において視認させることで表示面を構成している。
Further, a
また、電子ペーパー600の挿入方向先端部(図中、左側)には、端子部806が設けられており、本体部801の内部には、電子ペーパー600を本体部801に設置した状態で端子部806が接続されるソケット807が設けられている。このソケット807には、コントローラー808と操作部809とが電気的に接続されている。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
In addition, a
In such a
Further, in such a
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置200を適用することが可能である。
Note that the electronic apparatus of the present invention is not limited to the application to the above, and for example, a television, a viewfinder type, a monitor direct view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, an electronic Examples include newspapers, word processors, personal computers, workstations, videophones, POS terminals, and devices equipped with touch panels. The
以上、本発明の有機半導体層用組成物、薄膜トランジスタの製造方法、アクティブマトリクス装置の製造方法、電気光学装置の製造方法および電子機器の製造方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の薄膜トランジスタ、アクティブマトリクス装置、電気光学装置および電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
Although the organic semiconductor layer composition, the thin film transistor manufacturing method, the active matrix device manufacturing method, the electro-optical device manufacturing method, and the electronic device manufacturing method of the present invention have been described above, the present invention is limited to these. It is not a thing.
In addition, the configuration of each part of the thin film transistor, the active matrix device, the electro-optical device, and the electronic device of the present invention can be replaced with an arbitrary one that can exhibit the same function, or an arbitrary configuration is added. You can also
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例Aおよび参考例A)
1−1.液状材料(本発明の有機半導体層用組成物)の調製
以下に示すようにして、液状材料No.1〜15を、それぞれ調製した。
((液状材料No.1))
ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)(Aldrich社製)を、25℃のアニソール(溶媒)に、1wt%の割合で溶解することによって、液状材料を調製した。
((液状材料No.2〜6))
P3HTを溶解する溶媒を、表1に示すように変更した以外は、前記液状材料No.1と同様にして、液状材料を調製した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
(Example A and Reference Example A )
1-1. Preparation of Liquid Material (Organic Semiconductor Layer Composition of the Present Invention) As shown below, liquid material No. 1-15 were prepared respectively.
((Liquid material No. 1))
A liquid material was prepared by dissolving poly (3-hexylthiophene) (P3HT) (manufactured by Aldrich) in anisole (solvent) at 25 ° C. at a rate of 1 wt%.
((Liquid material No. 2-6))
Except for changing the solvent for dissolving P3HT as shown in Table 1, the liquid material No. In the same manner as in No. 1, a liquid material was prepared.
(比較例A)
((液状材料No.7))
下記化学式(12)で表されるポリアリルアミン系有機半導体材料(PAA)(ADS社製)を、ジクロロベンゼン(溶媒)に、1wt%の割合で溶解することによって、液状材料を調製した。
(Comparative Example A)
((Liquid material No. 7))
A liquid material was prepared by dissolving polyallylamine-based organic semiconductor material (PAA) (manufactured by ADS) represented by the following chemical formula (12) in dichlorobenzene (solvent) at a rate of 1 wt%.
((液状材料No.8〜15))
ポリアリルアミン系有機半導体材料の溶媒を、表1に示すように変更した以外は、前記液状材料No.7と同様にして、液状材料を調製した。
なお、各溶媒の第二ビリアル係数および屈折率を、表1に示す。
((Liquid material No. 8-15))
Except for changing the solvent of the polyallylamine organic semiconductor material as shown in Table 1, the liquid material No. In the same manner as in Example 7, a liquid material was prepared.
In addition, Table 1 shows the second virial coefficient and refractive index of each solvent.
1−2.液状材料の評価
各液状材料について、それぞれ、吸収スペクトルを測定し、吸収スペクトルが極大値を示す波長(ピーク波長)を調べた。
有機半導体材料としてP3HTを使用した液状材料について、溶媒の有機半導体材料に対する第二ビリアル係数とピーク波長の関係を図9に、溶媒の屈折率とピーク波長の関係を図10にそれぞれ示す。なお、図9の横軸では、左から第二ビリアル係数の小さい順に、液状材料を配置し、図10の横軸では、左から屈折率の大きい順に、液状材料を配置した。
1-2. Evaluation of Liquid Material For each liquid material, an absorption spectrum was measured, and a wavelength (peak wavelength) at which the absorption spectrum showed a maximum value was examined.
For a liquid material using P3HT as the organic semiconductor material, FIG. 9 shows the relationship between the second virial coefficient of the solvent and the peak wavelength for the organic semiconductor material, and FIG. 10 shows the relationship between the refractive index of the solvent and the peak wavelength. In the horizontal axis of FIG. 9, the liquid materials are arranged in ascending order of the second virial coefficient from the left, and in the horizontal axis of FIG. 10, the liquid materials are arranged in the descending order of the refractive index from the left.
また、有機半導体材料としてPAAを使用した液状材料について、溶媒の有機半導体材料に対する第二ビリアル係数とピーク波長の関係を図11に、溶媒の屈折率とピーク波長の関係を図12にそれぞれ示す。なお、図11の横軸では、左から第二ビリアル係数の小さい順に、液状材料を配置し、図12の横軸では、左から屈折率の大きい順に、液状材料を配置した。 FIG. 11 shows the relationship between the second virial coefficient of the solvent and the peak wavelength of the liquid material using PAA as the organic semiconductor material, and FIG. 12 shows the relationship between the refractive index of the solvent and the peak wavelength. In the horizontal axis of FIG. 11, the liquid materials are arranged in ascending order of the second virial coefficient from the left, and in the horizontal axis of FIG. 12, the liquid materials are arranged in the descending order of the refractive index.
図9、図10に示すように、有機半導体材料としてP3HTを使用した実施例Aおよび参考例Aの液状材料では、その吸収スペクトルにおけるピーク波長が、第二ビリアル係数の変化に応じて変化することが明らかとなった。
これに対して、図11、12に示すように、有機半導体材料としてPAAを使用した比較例Aの液状材料では、その吸収スペクトルにおけるピーク波長が溶媒の屈折率の変化に応じて変化することが明らかとなった。
これらにより、P3HTは、所定の溶媒に溶解したとき、側鎖同士の立体構造的な障害が生じるものであると認められる。一方、PAAは、側鎖が短く、また、隣接する側鎖同士の距離も比較的長いことから、そのような障害が生じないことが推察される。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the liquid materials of Example A and Reference Example A using P3HT as the organic semiconductor material, the peak wavelength in the absorption spectrum changes according to the change of the second virial coefficient. Became clear.
On the other hand, as shown in FIGS. 11 and 12, in the liquid material of Comparative Example A using PAA as the organic semiconductor material, the peak wavelength in the absorption spectrum may change according to the change in the refractive index of the solvent. It became clear.
Accordingly, it is recognized that P3HT causes a steric hindrance between side chains when dissolved in a predetermined solvent. On the other hand, since PAA has short side chains and the distance between adjacent side chains is relatively long, it is presumed that such a failure does not occur.
2−1.薄膜トランジスタの製造
(実施例Bおよび参考例B)
以下に示すようにして、サンプルNo.1〜5の薄膜トランジスタを、それぞれ、200個ずつ製造した。
2-1. Production of Thin Film Transistor (Example B and Reference Example B )
As shown below, sample no. 1 to 5 thin film transistors were manufactured.
((サンプルNo.1))
まず、ガラス基板(NECコーニング社製、「OA10」)を用意し、水を用いて洗浄した後、乾燥した。
次に、ガラス基板上に、Ag微粒子水分散液を、インクジェット法により塗布した後、80℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ100nm、平均幅30μmのゲート電極を形成した。
((Sample No. 1))
First, a glass substrate (manufactured by NEC Corning, “OA10”) was prepared, washed with water, and then dried.
Next, an Ag fine particle aqueous dispersion was applied on a glass substrate by an inkjet method, and then dried at 80 ° C. for 10 minutes. Thereby, a gate electrode having an average thickness of 100 nm and an average width of 30 μm was formed.
次に、ゲート電極上に、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)の5wt%酢酸ブチル溶液を、スピンコート法(2400rpm)により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。
これにより、平均厚さ(合計)500nmのゲート絶縁層を形成した。
次に、ゲート絶縁層上に、蒸着法により、平均厚さ100nmのソース電極およびドレイン電極を形成した。
また、ソース電極とドレイン電極との距離(チャネル長L)は20μm、チャネル幅Wは1mmであった。
Next, a 5 wt% butyl acetate solution of polymethyl methacrylate (PMMA) was applied onto the gate electrode by a spin coating method (2400 rpm), and then dried at 60 ° C. for 10 minutes.
Thereby, a gate insulating layer having an average thickness (total) of 500 nm was formed.
Next, a source electrode and a drain electrode having an average thickness of 100 nm were formed on the gate insulating layer by vapor deposition.
The distance between the source electrode and the drain electrode (channel length L) was 20 μm, and the channel width W was 1 mm.
次に、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)(Aldrich社製)を、25℃のアニソールに、0.5wt%の割合で溶解し、有機半導体層用組成物を調製した。この有機半導体層用組成物を、ゲート絶縁層上に、スピンコート法(2400rpm)により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ50nmの有機半導体層を形成した。
以上の工程により、サンプルNo.1の薄膜トランジスタを得た。
Next, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) (manufactured by Aldrich) was dissolved in anisole at 25 ° C. at a rate of 0.5 wt% to prepare an organic semiconductor layer composition. This composition for organic semiconductor layers was applied on the gate insulating layer by a spin coating method (2400 rpm) and then dried at 60 ° C. for 10 minutes. Thereby, an organic semiconductor layer having an average thickness of 50 nm was formed.
Through the above steps, sample No. 1 thin film transistor was obtained.
((サンプルNo.2〜5))
有機半導体層用組成物の溶媒を、表2に示すように変更した以外は、前記サンプルNo.1と同様にして、薄膜トランジスタを製造した。
(比較例B)
((サンプルNo.6〜7))
有機半導体層用組成物の溶媒を、表2に示すように変更した以外は、前記サンプルNo.1と同様にして、薄膜トランジスタを製造した。
((Sample No. 2-5))
Except that the solvent of the organic semiconductor layer composition was changed as shown in Table 2, the sample No. In the same manner as in Example 1, a thin film transistor was manufactured.
(Comparative Example B)
((Sample Nos. 6-7))
Except that the solvent of the organic semiconductor layer composition was changed as shown in Table 2, the sample No. In the same manner as in Example 1, a thin film transistor was manufactured.
2−2.薄膜トランジスタの評価
まず、各実施例B、参考例Bおよび比較例Bで製造した薄膜トランジスタについて、それぞれ、窒素雰囲気下において、ドレイン電流の電流値を測定した。
ここで、ドレイン電流の電流値は、ソース電極−ドレイン電極間の電位差を40Vとし、ゲート電圧の値を変化させて測定した。
2-2. Evaluation of Thin Film Transistor First, the current value of the drain current was measured for each thin film transistor manufactured in each of Example B , Reference Example B, and Comparative Example B under a nitrogen atmosphere.
Here, the current value of the drain current was measured by setting the potential difference between the source electrode and the drain electrode to 40 V and changing the gate voltage value.
各実施例B、参考例Bおよび比較例Bの薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層の形成に用いた液状材料(有機半導体層用組成物)の溶媒の第二ビリアル係数および屈折率と、ドレイン電流の電流値を表2に示す。
なお、表2中のドレイン電流の電流値は、200個の薄膜トランジスタの平均値である。
In the thin film transistors of each Example B , Reference Example B, and Comparative Example B, the second virial coefficient and refractive index of the solvent of the liquid material (composition for the organic semiconductor layer) used to form the organic semiconductor layer, and the drain current Values are shown in Table 2.
In addition, the current value of the drain current in Table 2 is an average value of 200 thin film transistors.
表2に示すように、各実施例Bの薄膜トランジスタは、いずれも比較例Bの薄膜トランジスタよりドレイン電流の電流値が高く、優れたトランジスタ特性を示すことが明らかとなった。
また、各実施例Bの薄膜トランジスタの中でも、有機半導体層を形成するのに用いた有機半導体層用組成物に含まれた溶媒の第二ビリアル係数が小さくなるほど、ドレイン電流の電流値が大きくなっており、トランジスタ特性が向上することが明らかとなった。
As shown in Table 2, it was revealed that each of the thin film transistors of Example B had a higher drain current than the thin film transistor of Comparative Example B, and exhibited excellent transistor characteristics.
In addition, among the thin film transistors of each Example B, the current value of the drain current increases as the second virial coefficient of the solvent contained in the composition for the organic semiconductor layer used to form the organic semiconductor layer decreases. As a result, it was revealed that the transistor characteristics were improved.
1……薄膜トランジスタ 10……基板 20a……ソース電極 20b……ドレイン電極 20……電極 30……有機半導体層 40……ゲート絶縁層 50……ゲート電極 200‥‥電気泳動表示装置 300‥‥アクティブマトリクス装置 301‥‥データ線 302‥‥走査線 400‥‥電気泳動表示部 401‥‥画素電極 402‥‥マイクロカプセル 420‥‥電気泳動分散液 421、422‥‥電気泳動粒子 403‥‥透明電極 404‥‥透明基板 405‥‥バインダ材 500‥‥基板 600‥‥電子ペーパー 601‥‥本体 602‥‥表示ユニット 800‥‥ディスプレイ 801‥‥本体部 802a、802b‥‥搬送ローラ対 803‥‥孔部 804‥‥透明ガラス板 805‥‥挿入口 806‥‥端子部 807‥‥ソケット 808‥‥コントローラー 809‥‥操作部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
条件I:前記有機半導体材料は、複数のチオフェン環同士が直鎖状に結合して構成されている主鎖と、該主鎖の少なくとも1ヶ所から分枝し、複数の炭素原子を含む側鎖とを有する。
条件II:前記有機半導体材料は、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10 −3 〜1×10 −3 cm 3 ・mol/g 2 の範囲外の溶媒に溶解したとき、前記側鎖が伸長して、前記側鎖同士が干渉し、前記主鎖の平面性が損なわれるものである。 An organic semiconductor material that satisfies the following conditions I and II, and a solvent having a second virial coefficient of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −4 cm 3 · mol / g 2 for the organic semiconductor material at 25 ° C. The composition for organic-semiconductor layers characterized by including.
Condition I: The organic semiconductor material includes a main chain composed of a plurality of thiophene rings bonded in a straight chain, and a side chain branched from at least one position of the main chain and including a plurality of carbon atoms And have.
Condition II: When the organic semiconductor material is dissolved in a solvent whose second virial coefficient with respect to the organic semiconductor material at 25 ° C. is outside the range of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2. The side chains extend, the side chains interfere with each other, and the planarity of the main chain is impaired.
下記条件IおよびIIを満足する有機半導体材料と、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10−3〜1×10 −4 cm3・mol/g2である溶媒とを含む有機半導体層用組成物を塗布して前記有機半導体層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
条件I:前記有機半導体材料は、複数のチオフェン環同士が直鎖状に結合して構成されている主鎖と、該主鎖の少なくとも1ヶ所から分枝し、複数の炭素原子を含む側鎖とを有する。
条件II:前記有機半導体材料は、25℃における前記有機半導体材料に対する第二ビリアル係数が−1×10 −3 〜1×10 −3 cm 3 ・mol/g 2 の範囲外の溶媒に溶解したとき、前記側鎖が伸長して、前記側鎖同士が干渉し、前記主鎖の平面性が損なわれるものである。 A method of manufacturing a thin film transistor comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating film that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode,
An organic semiconductor material that satisfies the following conditions I and II, and a solvent having a second virial coefficient of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −4 cm 3 · mol / g 2 for the organic semiconductor material at 25 ° C. A method for producing a thin film transistor, wherein the organic semiconductor layer is formed by applying an organic semiconductor layer composition.
Condition I: The organic semiconductor material includes a main chain composed of a plurality of thiophene rings bonded in a straight chain, and a side chain branched from at least one position of the main chain and including a plurality of carbon atoms And have.
Condition II: When the organic semiconductor material is dissolved in a solvent whose second virial coefficient with respect to the organic semiconductor material at 25 ° C. is outside the range of −1 × 10 −3 to 1 × 10 −3 cm 3 · mol / g 2. The side chains extend, the side chains interfere with each other, and the planarity of the main chain is impaired.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005380425A JP5103735B2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005380425A JP5103735B2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007180463A JP2007180463A (en) | 2007-07-12 |
JP5103735B2 true JP5103735B2 (en) | 2012-12-19 |
Family
ID=38305313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005380425A Active JP5103735B2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5103735B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5261744B2 (en) * | 2007-11-20 | 2013-08-14 | コニカミノルタ株式会社 | Organic TFT manufacturing method and organic TFT |
JP5082990B2 (en) * | 2008-03-31 | 2012-11-28 | パナソニック株式会社 | INK MANUFACTURING METHOD, LIGHT EMITTING POLYMER INK, AND ORGANIC EL ELEMENT |
JP2015165529A (en) | 2014-02-28 | 2015-09-17 | セイコーエプソン株式会社 | Method for manufacturing organic semiconductor film, organic semiconductor film, thin film transistor, active matrix device, electrooptical device and electronic apparatus |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3921800B2 (en) * | 1998-04-07 | 2007-05-30 | 株式会社島津製作所 | GAS SENSOR, GAS MEASURING DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING GAS MEASURING DEVICE |
JP4280020B2 (en) * | 2002-03-29 | 2009-06-17 | Tdk株式会社 | Oxide semiconductor electrode for photoelectric conversion and dye-sensitized solar cell |
WO2005013412A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Nec Corporation | Parallel flat plate line-type element and circuit substrate |
JP2005086144A (en) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Asahi Kasei Corp | Method for forming organic conductive thin film, and semiconductor device |
-
2005
- 2005-12-28 JP JP2005380425A patent/JP5103735B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007180463A (en) | 2007-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4888043B2 (en) | Composition for organic semiconductor, method for producing transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus | |
Burns et al. | Inkjet printing of polymer thin-film transistor circuits | |
US7361594B2 (en) | Method of manufacturing a thin film transistor, thin film transistor, thin film transistor circuit, electronic device, and electronic apparatus | |
TWI470697B (en) | Thin film transistor and method for manufacturing thin film transistor | |
US8222077B2 (en) | Metal-insulator-metal (MIM) devices and their methods of fabrication | |
JP2006352083A (en) | Organic thin film transistor and active matrix display device | |
US20080036698A1 (en) | Display | |
JPWO2005024956A1 (en) | Electrode substrate, thin film transistor, display device, and manufacturing method thereof | |
US7768001B2 (en) | Organic transistor, organic transistor array, and display apparatus | |
JP4589373B2 (en) | Organic transistor, organic transistor array and display device | |
JP2008244362A (en) | Method of manufacturing semiconductor device, semiconductor device, semiconductor circuit, electro-optical device, and electronic device | |
JP6323055B2 (en) | Thin film transistor array and manufacturing method thereof | |
JP2010212587A (en) | Organic thin film transistor, method for producing organic thin film transistor, organic thin film transistor array and display | |
JP4686232B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP5181441B2 (en) | Organic transistor and manufacturing method thereof | |
JP5103735B2 (en) | Composition for organic semiconductor layer, method for producing thin film transistor, method for producing active matrix device, method for producing electro-optical device, and method for producing electronic apparatus | |
JP6070073B2 (en) | Thin film transistor array | |
JP5838692B2 (en) | Manufacturing method of CMOS semiconductor device | |
JP2007238724A (en) | Liquid state material, method for producing substrate plate having membrane, method for producing electro-optical device and method for producing electronic instrument | |
Tseng | Scaling of inkjet-printed transistors using novel printing techniques | |
JP2010219375A (en) | Organic transistor active substrate, manufacturing method of organic transistor active substrate, and electrophoresis display using organic transistor active substrate | |
JP6217162B2 (en) | THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND IMAGE DISPLAY DEVICE | |
Lee et al. | All solution processed organic thin film transistor-backplane with printing technology for electrophoretic display | |
JP2015197633A (en) | Thin film transistor array and manufacturing method of the same | |
JP2008192669A (en) | Organic semiconductor composition and manufacturing method of transistor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120117 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120313 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120904 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120917 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5103735 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |