JP5463538B2 - Method for producing organic thin film transistor - Google Patents

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本発明は、動作層として、有機半導体の薄膜層を利用する、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 method for manufacturing an organic thin film transistor that uses a thin film layer of an organic semiconductor as an operation layer.

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)は、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子として、広く利用されている。薄膜トランジスタの作製に利用される基板材料として、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用も進められている。   A thin film transistor (TFT) is widely used as a switching element for controlling the display operation of each pixel and a driving element for driving each pixel in a flat panel display device such as a liquid crystal display. As a substrate material used for manufacturing a thin film transistor, use of a substrate made of various light-transmitting insulating polymer materials, for example, a plastic substrate has been promoted.

絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の耐熱性は、無機材料で作製される基板、例えば、ガラス基板の耐熱性と比較すると、大幅に劣っている。そのため、薄膜トランジスタの動作層に利用される、半導体薄膜層として、低温条件での作製が可能な有機半導体の薄膜層を利用する、有機薄膜トランジスタの応用が進められている。   The heat resistance of a substrate made of an insulating polymer material, such as a plastic substrate, is significantly inferior to that of a substrate made of an inorganic material, such as a glass substrate. Therefore, the application of organic thin-film transistors that use organic semiconductor thin-film layers that can be manufactured under low-temperature conditions is being promoted as semiconductor thin-film layers that are used for the operating layers of thin-film transistors.

有機薄膜トランジスタにおける、実効的なチャネル層は、ゲート絶縁膜と有機半導体の薄膜層との接合界面に形成される。この実効的なチャネル層における、キャリア移動度を向上させるため、ゲート絶縁膜の表面に、予め、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法が利用されている(特許文献1)。この「自己組織化単分子膜」上に、有機化合物からなる層を積層すると、積層される有機化合物は、自己組織化単分子膜中の分子の秩序性に従って、秩序的な配向を保持した状態(エピタキシャル成長様の積層状態)となる。   An effective channel layer in an organic thin film transistor is formed at the junction interface between the gate insulating film and the organic semiconductor thin film layer. In order to improve carrier mobility in this effective channel layer, a method of forming a “self-assembled monolayer” of an organic compound constituting an organic semiconductor in advance on the surface of the gate insulating film is used. (Patent Document 1). When a layer made of an organic compound is stacked on this “self-assembled monolayer”, the stacked organic compound maintains an ordered orientation according to the order of the molecules in the self-assembled monolayer. (Epitaxial growth-like layered state).

一方、下層に「自己組織化単分子膜」が存在していない領域では、その領域に有機化合物からなる層を積層すると、秩序的な配向を実質的に具えていない状態となっている。例えば、有機化合物の分子は、局所的には、ある程度、その配向は揃った部位は存在するが、全体的には「無秩序な配置」で堆積された状態となっている。   On the other hand, in a region where the “self-assembled monolayer” does not exist in the lower layer, when a layer made of an organic compound is laminated in that region, the ordered orientation is not substantially provided. For example, the organic compound molecules are locally deposited in a “disordered arrangement”, although there are portions where the orientations are uniform to some extent locally.

有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成する手法が提案されている。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の形成に、金属ナノ粒子の分散液を塗布した後、その塗布膜層を低温焼成処理して、金属ナノ粒子の焼成体層を利用する際、この塗布膜層の端が、ゲート電極の側端位置に自己整合する状態とする。例えば、ゲート電極の形状に合わせて、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分をレジストで被覆する。また、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面を該レジストで被覆している状態とする。金属ナノ粒子の分散液が、水系溶媒を分散溶媒とする際、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である状況では、レジスト表面への金属ナノ粒子分散液の滲み出しが防止される。従って、ゲート電極の側端位置では、開口部に塗布された金属ナノ粒子の分散液は、そのレジストの側端に接するように、「自己整合的な」塗布膜層となっている。引き続き、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、次いで、レジストを剥離し、塗布膜層の本焼成を行う。その結果、作製されたソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成される(特許文献2)。レジストの除去した後、有機半導体の薄膜層を形成し、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分、ソース電極とドレイン電極の一部を被覆するように、有機半導体の薄膜層をパターニングする。
米国特許第6,433,359号明細書 特開2006−286719号公報
There has been proposed a method in which a source electrode and a drain electrode constituting an organic thin film transistor are formed in a self-aligned shape with respect to a gate electrode. Specifically, after applying a dispersion of metal nanoparticles to form a source electrode and a drain electrode, this coating film layer is subjected to a low-temperature baking treatment, and this coating layer is used when a sintered body layer of metal nanoparticles is used. The end of the film layer is in a state of self-alignment with the side end position of the gate electrode. For example, in accordance with the shape of the gate electrode, a portion corresponding to the channel region on the surface of the gate insulating film covering the gate electrode is covered with a resist. Further, the gate insulating film surface is covered with the resist so as to surround the openings for the source electrode formation portion and the drain electrode formation portion. When the dispersion of metal nanoparticles uses an aqueous solvent as the dispersion solvent, the resist surface is liquid repellent, but the gate insulating film surface exposed to the opening is lyophilic. Bleeding of the metal nanoparticle dispersion is prevented. Therefore, at the side end position of the gate electrode, the dispersion of the metal nanoparticles applied to the opening is a “self-aligned” coating film layer so as to be in contact with the side end of the resist. Subsequently, the dispersion solvent contained in the coating film layer is evaporated and pre-baked, and then the resist is peeled off and the coating film layer is subjected to main baking. As a result, the manufactured source electrode and drain electrode are formed in a self-aligned shape with respect to the gate electrode (Patent Document 2). After removing the resist, a thin film layer of the organic semiconductor is formed, and the organic semiconductor is coated so as to cover a part corresponding to the channel region on the surface of the gate insulating film covering the gate electrode and a part of the source electrode and the drain electrode. The thin film layer is patterned.
US Pat. No. 6,433,359 JP 2006-286719 A

上記の有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製する工程は、低温条件で実施でき、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用に適合している。   The process of producing the source electrode and the drain electrode constituting the organic thin film transistor by using a dispersion of metal nanoparticles can be performed under a low temperature condition, and is made of various light-transmitting insulating polymer materials. Suitable for the use of substrates, for example plastic substrates.

しかしながら、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面をレジストで被覆する前処理工程が必要である。また、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用するため、水系溶媒を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する必要がある。加えて、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。換言するならば、金属ナノ粒子の分散液中には、バインダ樹脂成分を配合し、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。   However, a pretreatment process is required to cover the surface of the gate insulating film with a resist so as to surround the openings for the source electrode formation portion and the drain electrode formation portion. In addition, since the resist surface is liquid repellent, the gate insulating film surface exposed to the opening utilizes a characteristic that it is lyophilic. Therefore, a dispersion of metal nanoparticles using an aqueous solvent as a dispersion solvent is used. Need to use. In addition, when the resist is peeled off, it is necessary to evaporate the dispersion solvent contained in the coating film layer and perform a pre-baking treatment to avoid peeling of the coating film layer. In other words, it is necessary to blend a binder resin component in the metal nanoparticle dispersion to avoid peeling of the coating film layer.

従って、上記のレジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用する手法は、水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合には、適用できない。また、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する手段は利用できない。   Therefore, the above resist surface is lyophobic, but the gate insulating film surface exposed to the opening is lyophilic. In the case of using a dispersion of metal nanoparticles, it is not applicable. Further, when the binder resin component is not blended in the dispersion of the metal nanoparticles, when the resist is peeled, the dispersion solvent contained in the coating film layer is evaporated and pre-baked to remove the coating film layer. There is no way to avoid it.

水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合、特には、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合に、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製するには、新たな手法の開発が必要である。   When using a dispersion of metal nanoparticles using an organic solvent instead of an aqueous solvent, especially when no binder resin component is blended in the dispersion of metal nanoparticles, an organic thin film transistor is formed. In order to produce a source electrode and a drain electrode using a dispersion of metal nanoparticles, it is necessary to develop a new method.

本発明は、前記の課題を解決するものである。すなわち、本発明の目的は、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができ、その際、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを利用せず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用する、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。   The present invention solves the aforementioned problems. That is, an object of the present invention is to produce a source electrode and a drain electrode constituting an organic thin film transistor by using a dispersion of metal nanoparticles using an organic solvent as a dispersion solvent. Provided is a method for manufacturing an organic thin film transistor, which uses a technique of applying a dispersion of metal nanoparticles by applying an ink jet printing method without using a resist provided with openings corresponding to the portions and drain electrode forming portions. There is.

本発明者らは、前記の課題を解決するため、鋭意検討を行った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies.

まず、対象とする有機薄膜トランジスタは、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子である点に留意した。すなわち、一ピクセルのサイズを基準に、その駆動用のTFTの素子サイズは決定される点に留意した。一ピクセルのサイズを、400μm×400μmの矩形と仮定すると、その駆動用のTFTの素子の作製部分は、例えば、300μm×300μm以下となる。その場合、有機薄膜トランジスタのゲート電極のゲート幅:WGは、300μm以下、例えば、100μm〜300μmの範囲に選択され、ゲート長:LGは、5μm〜30μmの範囲に選択される。ゲート電極のサイズに対応して、ソース電極およびドレイン電極のサイズが決定される。従って、ソース電極を、長さ:LS、幅:WSの矩形、ドレイン電極を、長さ:LD、幅:WDの矩形とする場合、長さ:LSと長さ:LDは、100μm以下の範囲、例えば、30μm〜100μmの範囲、幅:WSと幅:WDは、250μm以下の範囲、例えば、80μm〜250μmの範囲に選択される。 First, it was noted that the target organic thin film transistor is a switching element that controls the display operation of each pixel and a driving element that drives each pixel in a flat panel display device such as a liquid crystal display. That is, it was noted that the element size of the driving TFT is determined based on the size of one pixel. Assuming that the size of one pixel is a rectangle of 400 μm × 400 μm, the manufacturing portion of the driving TFT element is, for example, 300 μm × 300 μm or less. In that case, the organic thin film transistor of the gate electrode a gate width: W G is 300 [mu] m or less, for example, is selected in a range of 100 m to 300 m, the gate length: L G is selected in the range of 5 m to 30 m. Corresponding to the size of the gate electrode, the sizes of the source electrode and the drain electrode are determined. Therefore, when the source electrode is a rectangle having a length: L S and a width: W S and the drain electrode is a rectangle having a length: L D and a width: W D , the length: L S and the length: L D Is selected in the range of 100 μm or less, for example, in the range of 30 μm to 100 μm, the width: W S and the width: W D in the range of 250 μm or less, for example, in the range of 80 μm to 250 μm.

その際、例えば、ソース電極とドレイン電極で挟まれるチャネル領域のサイズ、すなわち、チャネル領域の長さ:Lchannelは、ゲート長:LGを基準として、2LG≧Lchannel≧LGの範囲に選択する。すなわち、ソース電極とドレイン電極の間の間隙:LS-Dは、ゲート長:LGを基準として、2LG≧LS-D≧LGの範囲に選択する。例えば、チャネル領域の直上から観察した際、ゲート電極の側端と、ソース電極およびドレイン電極との間の水平方向の間隙:ΔLS-G、ΔLD-Gは、1/2・LG≧ΔLS-G、ΔLD-G≧0の範囲に選択する。 At that time, for example, the size of the channel region between the source electrode and the drain electrode, i.e., the length of the channel region: L channel, the gate length: based on the L G, in the range of 2L G ≧ L channel ≧ L G select. That is, between the source electrode and the drain electrode gap: L SD, the gate length: based on the L G, selected within the range of 2L G ≧ L SD ≧ L G . For example, when observed from directly above the channel region, horizontal gaps between the side edges of the gate electrode and the source and drain electrodes: ΔL SG , ΔL DG are 1/2 · L G ≧ ΔL SG , ΔL Select within the range of DG ≧ 0.

上記のソース電極およびドレイン電極の目標サイズ、ならびに、ゲート電極に対する、アライメント精度の目標を考慮すると、その作製に利用される金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度は、最小線幅/最小スペース幅は、少なくとも、1/2・LG以下の範囲であることが好ましいと結論した。前記の金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度を達成する手段として、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成する手法が利用できることを見出した。 In consideration of the target size of the source electrode and the drain electrode and the alignment accuracy target for the gate electrode, the accuracy of drawing the pattern of the metal nanoparticle dispersion coating layer used for the production is the minimum line width / minimum space width, at least, it was concluded that it is preferably in the range of less than 1/2 · L G. As a means for achieving the accuracy of drawing the pattern of the coating layer of the metal nanoparticle dispersion, the metal nanoparticle dispersion is applied to the metal nanoparticle dispersion in a predetermined pattern using an ultrafine inkjet printing apparatus. It has been found that a technique for forming a coating layer can be used.

一方、有機薄膜トランジスタでは、「ON状態」において、チャネル領域のゲート電極の直上の、ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面に「実効的なチャネル層」が形成される。その際、「実効的なチャネル層」として機能する、ゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体層中のキャリア移動度を向上させると、「ON状態」のドレイン電流Id-ONが増加する。その手段として、例えば、ゲート絶縁膜の表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成し、該「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて、有機半導体膜を形成する手法が利用できることを見出した。また、「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて形成される、有機半導体膜を採用すると、「OFF状態」のドレイン電流Id-OFFは低減されることも確認される。そのため、ON/OFF電流比:Id-ON/Id-OFFが、格段に向上されることが確認される。 On the other hand, in the organic thin film transistor, in the “ON state”, an “effective channel layer” is formed at the interface between the gate insulating film and the organic semiconductor layer immediately above the gate electrode in the channel region. At this time, if the carrier mobility in the organic semiconductor layer in the vicinity of the interface with the gate insulating film, which functions as an “effective channel layer”, is improved, the drain current I d-ON in the “ON state” increases. As a means for this, for example, a “self-assembled monomolecular film” of an organic compound constituting an organic semiconductor is formed on the surface of a gate insulating film, and the “self-assembled monomolecular film” is used as a base layer to form a vacuum deposition method. It was found that a method for forming an organic semiconductor film can be used. It is also confirmed that the drain current I d-OFF in the “OFF state” is reduced by adopting an organic semiconductor film that is formed by vacuum deposition using the “self-assembled monolayer” as the underlayer. Is done. Therefore, it is confirmed that the ON / OFF current ratio: I d-ON / I d-OFF is remarkably improved.

本発明者らは、上記の知見に基づき、本発明を完成させた。   Based on the above findings, the present inventors have completed the present invention.

本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
The manufacturing method of the organic thin film transistor according to the first aspect of the present invention is as follows.
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film so as to cover the source electrode and drain electrode surfaces;
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
A method for producing an organic thin film transistor, wherein the metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles.

本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
The method for producing an organic thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is as follows.
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode on the organic semiconductor film;
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
A method for producing an organic thin film transistor, wherein the metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles.

本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、1μm〜10μmの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、30nm〜600nmの範囲に選択することができる。
In the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention,
The minimum line width of the metal nanoparticle dispersion liquid coating layer formed using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 1 μm to 10 μm,
The coating thickness of the metal nanoparticle dispersion coating layer can be selected in the range of 30 nm to 600 nm.

また、前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、0.3フェムトリットル〜1フェムトリットルの範囲に選択することができる。
In addition, in the application of the metal nanoparticle dispersion using the ultrafine inkjet printing apparatus,
The amount of droplets to be discharged can be selected in the range of 0.3 femtoliter to 1 femtoliter.

一方、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、1〜100nmの範囲に選択することが好ましい。   On the other hand, it is preferable to select the average particle diameter of the metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion in the range of 1 to 100 nm.

前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
The metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion are:
Nanoparticles composed of one kind of metal or nanometers composed of two or more kinds of metals selected from the group of metals consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, tantalum, bismuth, indium, tin, titanium, and aluminum Nanoparticles made of a mixture of particles or an alloy of two or more metals selected from the group of metals are preferred.

加えて、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の20℃における液粘度を、2mPa・s〜30mPa・sの範囲に選択することが好ましい。   In addition, it is preferable to select a liquid viscosity at 20 ° C. of the metal nanoparticle dispersion liquid discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus in a range of 2 mPa · s to 30 mPa · s.

特に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有していることが望ましい。
In particular, in the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention,
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a solid component, a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent,
The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. Covered with one or more organic compounds having a group capable of bonding;
It is desirable that 10 to 50 parts by mass of the total of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen or sulfur atoms is contained with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles.

その際、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、20℃以下、沸点は、80〜300℃の範囲である有機溶剤を選択することが好ましい。
At that time, the metal nanoparticle dispersion liquid discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a dispersion solvent, containing one or more liquid organic substances or organic solvents,
It is preferable to select an organic solvent having a melting point of 20 ° C. or lower and a boiling point of 80 to 300 ° C. for at least one of the liquid organic substance or organic solvent.

また、前記分散溶媒は、
100℃以上に加熱した際、該分散溶媒100質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。
The dispersion solvent is
High solubility capable of dissolving 50 parts by mass or more of the organic compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms covering the surface of the metal nanoparticles per 100 parts by mass of the dispersion solvent when heated to 100 ° C. or higher. It is preferable that the organic solvent or the organic solvent having liquidity is a solvent consisting of one kind of liquid organic substance or a mixed solvent consisting of two or more kinds.

例えば、分散溶媒として、炭素数10〜18のアルカン、あるいは、炭素数8〜12の第一級アルコールを選択することができる。   For example, as the dispersion solvent, an alkane having 10 to 18 carbon atoms or a primary alcohol having 8 to 12 carbon atoms can be selected.

さらには、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、20〜50体積%の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、20℃におけるその液粘度が20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘稠な濃縮液となることが望ましい。
Furthermore, the metal nanoparticle dispersion liquid discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus is:
A concentrated dispersion obtained by partially evaporating and removing the dispersion solvent contained in the dispersion and concentrating until the volume ratio of the dispersion solvent is in the range of 20 to 50% by volume has a liquid viscosity at 20 ° C. Is preferably a viscous concentrate in the range of 20 Pa · s to 1000 Pa · s.

一方、前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、100℃〜230℃の範囲に選択する。
Meanwhile, when the metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired,
The firing temperature is selected in the range of 100 ° C to 230 ° C.

本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。
In the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention,
The organic semiconductor layer is
A layer made of pentacene or hexadecafluorocopper phthalocyanine is preferable.

本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を利用することで、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができる。特には、ソース電極およびドレイン電極の作製工程では、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを必要とせず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用することで、目的とするソース電極形成部とドレイン電極形成部に金属ナノ粒子の分散液を塗布することが可能である。   By using the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention, the source electrode and the drain electrode constituting the organic thin film transistor can be produced using a dispersion of metal nanoparticles using an organic solvent as a dispersion solvent. . In particular, the source electrode and drain electrode manufacturing process does not require a resist provided with openings corresponding to the source electrode formation portion and the drain electrode formation portion, and is applied with an ink jet printing method. It is possible to apply the metal nanoparticle dispersion liquid to the target source electrode formation portion and drain electrode formation portion by using the method of applying the above.

以下に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法をより詳しく説明する。   Below, the manufacturing method of the organic thin-film transistor concerning this invention is demonstrated in detail.

まず、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第一の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。   First, the manufacturing method of the organic thin-film transistor concerning the 1st form of this invention is applied to manufacture of the organic thin-film transistor of the 1st form which has the following structure.

また、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第二の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。   Moreover, the manufacturing method of the organic thin-film transistor concerning the 2nd form of this invention is applied to manufacture of the organic thin-film transistor of the 2nd form which has the following structure.

第一の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜とで構成されている。
The organic thin film transistor of the first form is
A substrate,
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the substrate so as to cover the surface of the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode formed on the gate insulating film;
An organic semiconductor film is formed on the gate insulating film so as to cover the surfaces of the source electrode and the drain electrode.

第二の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された、ソース電極およびドレイン電極とで構成されている。
The organic thin film transistor of the second form is
A substrate,
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the substrate so as to cover the surface of the gate electrode;
An organic semiconductor film formed on the gate insulating film;
A source electrode and a drain electrode are formed on the organic semiconductor film.

この有機薄膜トランジスタを作製する際、基板は、絶縁性材料で形成される基板である。液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に応用する際には、光透過性の絶縁性材料で形成される基板が利用される。無機の絶縁性材料で形成される光透過性基板、例えば、ガラス基板を使用することができる。また、光透過性の絶縁性有機樹脂材料で形成される基板、例えば、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)、ポリイミドなどの光透過性プラスチック材料で形成される基板を使用することができる。   When manufacturing this organic thin film transistor, the substrate is a substrate formed of an insulating material. When applied to a flat panel display device such as a liquid crystal display, a substrate formed of a light transmissive insulating material is used. A light-transmitting substrate formed of an inorganic insulating material, for example, a glass substrate can be used. In addition, a substrate formed of a light-transmitting insulating organic resin material, for example, a substrate formed of a light-transmitting plastic material such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), or polyimide may be used. it can.

本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法が対象とする、上記の有機薄膜トランジスタでは、例えば、ゲート電極のサイズは、ゲート長:LGは、5μm〜30μmの範囲、好ましくは、7μm〜20μmの範囲に選択し、ゲート幅:WGは、100μm〜300μmの範囲に選択する。 Method for producing an organic thin film transistor of the present invention is directed, in the above organic thin film transistor, for example, the size of the gate electrode, the gate length: L G is in the range of 5 m to 30 m, preferably, selected within the range of 7μm~20μm The gate width: W G is selected in the range of 100 μm to 300 μm.

また、チャネル長:Lchannelは、ゲート長:LGを基準として、2LG≧Lchannel≧LGの範囲、好ましくは、4/3・LG≧Lchannel≧LGの範囲に選択する。すなわち、ゲート電極を挟むように形成される、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔:LS-Dは、ゲート長:LGを基準として、2LG≧LS-D≧LGの範囲、好ましくは、4/3・LG≧LS-D≧LGの範囲に選択する。 The channel length: L channel, the gate length: based on the L G, the range of 2L G ≧ L channel ≧ L G , preferably, selected within the range of 4/3 · L G ≧ L channel ≧ L G. That is, is formed so as to sandwich the gate electrode, the spacing between the side edge of the gate electrode of the source electrode and the drain electrode: L SD, the gate length: based on the L G, the 2L G ≧ L SD ≧ L G range, preferably, selected within the range of 4/3 · L G ≧ L SD ≧ L G.

ゲート電極は、ゲート絶縁膜の下に位置し、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁膜の上に位置するが、直上から観察した際、
ソース電極およびドレイン電極の形状は、実質的に、それぞれ、長さLSの短辺、長さWSの長辺を有する矩形、長さLDの短辺、長さWDの長辺を有する矩形と見做すことができ、
また、ゲート絶縁膜の形状は、長さLGの短辺、長さWGの長辺を有する矩形と見做すことができるように、各電極のパターン形状を選択することが好ましい。
The gate electrode is located under the gate insulating film, and the source electrode and the drain electrode are located on the gate insulating film, but when observed from directly above,
The shape of the source electrode and the drain electrode is substantially a short side having a length L S , a rectangle having a long side having a length W S , a short side having a length L D , and a long side having a length W D , respectively. Can be considered as having a rectangle,
The shape of the gate insulating film, a short side of length L G, so that it can be regarded as a rectangle having a long side length W G, it is preferable to select a pattern of the electrodes.

通常、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形状を前記のように選択する際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの一辺と、ゲート電極の矩形パターンの長さWGの長辺が並行となるように配置する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さWSの長辺、長さWDの長辺が、ゲート電極の矩形パターンの長さWGの長辺が並行となるように配置する。その際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さWSの長辺、長さWDの長辺は、ゲート電極の矩形パターンの長さWGの長辺より短くし、また、長さWSの長辺と長さWDの長辺を等しい長さに選択する。すなわち、WG>WS=WDの条件を満足するように選択する。例えば、WG>WS=WD≧1/2・WGの条件、好ましくは、WG>WS=WD≧2/3・WGの条件を満足するように選択する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さWSの長辺、長さWDの長辺を、WG>WS=WD≧2/3・WGの条件を満す範囲で、70μm〜250μmの範囲に選択する。 Usually, the gate electrode, when selecting the shape of the source electrode and the drain electrode as described above, to one side of the rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode, the long side length W G of the rectangular pattern of the gate electrode is parallel Arrange as follows. For example, the long side length W S of the rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode, the long side length W D is arranged such that a long side length W G of the rectangular pattern of the gate electrode becomes parallel. At that time, the long side length W S of the rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode, the long side length W D is shorter than the long side length W G of the rectangular pattern of the gate electrode, also, the length The long side of W S and the long side of length W D are selected to be equal in length. That is, the selection is made so as to satisfy the condition of W G > W S = W D. For example, W G > W S = W D ≧ 1/2 · W G , preferably W G > W S = W D ≧ 2/3 · W G is selected. For example, the long side of the length W S and the long side of the length W D of the rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode are within the range satisfying the condition of W G > W S = W D ≧ 2/3 · W G , In the range of 70 μm to 250 μm.

一方、有機薄膜トランジスタの動作層として利用される有機半導体の薄膜層は、少なくとも、チャネル長:Lchannelのチャネル領域は、実質的に、長さLchannelの短辺、長さWchannelの長辺を有する矩形と見做すことができるように、パターンニングする。このチャネル領域の幅:Wchannelは、ゲート電極のゲート幅:WGより狭くする。通常、チャネル領域の幅:Wchannelは、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さWSの長辺、長さWDの長辺よりも狭くすることが好ましい。すなわち、少なくとも、WG>Wchannelの条件を満足し、好ましくは、WG>WS=WD≧Wchannelの条件を満足するように選択する。例えば、WG>WS=WD≧Wchannel≧1/2・WGの条件、より好ましくは、WG>WS=WD≧Wchannel≧2/3・WGの条件を満足するように選択する。例えば、チャネル領域の幅:Wchannelを、WG>WS=WD≧Wchannel≧2/3・WGの条件を満す範囲で、70μm〜250μmの範囲に選択する。 On the other hand, the thin film layer of the organic semiconductor used as the operation layer of the organic thin film transistor has at least the channel region of the channel length L channel substantially having the short side of the length L channel and the long side of the length W channel. Pattern so that it can be considered as a rectangular shape. The width of the channel region: W channel is the gate electrode a gate width: narrower than W G. Usually, the width of the channel region: W channel is preferably smaller than the long sides of the long sides, the length W D of the length W S of the rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode. That is, at least the condition of W G > W channel is satisfied, and preferably, the condition of W G > W S = W D ≧ W channel is satisfied. For example, the condition of W G> W S = W D ≧ W channel ≧ 1/2 · W G, more preferably, satisfies the conditions of W G> W S = W D ≧ W channel ≧ 2/3 · W G To choose. For example, the width of the channel region: W channel is selected in a range of 70 μm to 250 μm within a range satisfying the condition of W G > W S = W D ≧ W channel ≧ 2/3 · W G.

有機薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域の長さ:Lchannelは、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔:LS-Dに相当している。チャネル領域の直上から観察した際、ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLS-Gと、ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLD-Gとは、その合計は、(LS-D−LG)=(ΔLS-G+ΔLD-G)となっている。従って、LG≧(ΔLS-G+ΔLD-G)≧0、好ましくは、1/3・LG≧(ΔLS-G+ΔLD-G)≧0の範囲とする。例えば、ゲート長:LGは、5μm〜30μmの範囲、好ましくは、7μm〜20μmの範囲に選択される際、(ΔLS-G+ΔLD-G)は、0μm〜20μmの範囲、好ましくは、0μm〜10μmの範囲に選択する。 In the organic thin film transistor, the length of the channel region: L channel corresponds to the distance between the side edges of the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side: L SD . When viewed from directly above the channel region, and a side edge of the gate electrode of the source electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: a [Delta] L SG, the side edge of the gate electrode side of the drain electrode, and the side edge of the gate electrode The sum of the gaps of ΔL DG is (L SD −L G ) = (ΔL SG + ΔL DG ). Therefore, L G ≧ (ΔL SG + ΔL DG ) ≧ 0, preferably 1/3 · L G ≧ (ΔL SG + ΔL DG ) ≧ 0. For example, gate length: L G is in the range of 5 m to 30 m, preferably, when it is selected in the range of 7μm~20μm, (ΔL SG + ΔL DG ) is in the range of 0Myuemu~20myuemu, preferably, the 0μm~10μm Select to range.

ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、前記の(ΔLS-G+ΔLD-G)の値よりも、より高い精度であることが必要である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、1μm〜10μmの範囲となるように選択することが好ましい。また、描画される線幅のバラツキ(直線からの揺らぎ幅)は、1μm〜10μmの範囲となるように、パターン描画精度を保持することが好ましい。超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する際、個々の液滴が塗布されるドット径(直径)は、描画精度に応じて、0.5μm〜5μmの範囲となるように、液滴の吐出条件を設定する。 When forming a rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode, the pattern drawing accuracy needs to be higher than the value of (ΔL SG + ΔL DG ). In other words, the pattern drawing accuracy is preferably selected so that the minimum space width is in the range of 1 μm to 10 μm. Further, it is preferable to maintain the pattern drawing accuracy so that the line width variation (fluctuation width from the straight line) to be drawn is in the range of 1 μm to 10 μm. When drawing using an ultra-fine inkjet printer, droplet diameter is applied so that the dot diameter (diameter) to which each droplet is applied is in the range of 0.5 μm to 5 μm, depending on the drawing accuracy. Set conditions.

ゲート電極を形成する金属として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート電極の形成に利用されている金属種は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート電極を形成する金属として、Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Tiから選択される金属を採用することが好ましい。基板上に、ゲート電極を形成する際、蒸着法、スパッタ法を利用して、金属薄膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。また、ゲート電極の形成工程でも、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、基板上に金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるゲート電極を形成することもできる。   As the metal forming the gate electrode, the metal species conventionally used for forming the gate electrode of the organic thin film transistor can also be used in the present invention. In the method for producing an organic thin film transistor of the present invention, it is preferable to employ a metal selected from Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, and Ti as a metal forming the gate electrode. When forming a gate electrode on a substrate, a technique of forming a metal thin film by using a vapor deposition method or a sputtering method and applying a photolithographic method to pattern a desired shape pattern can be used. Also, in the gate electrode forming step, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape using an ultrafine inkjet printing apparatus to form a metal nanoparticle dispersion coating layer on the substrate, and the metal nanoparticle is applied. The particle dispersion coating layer can be heated and fired to form a gate electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles.

ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成に利用されている絶縁材料は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、無機絶縁材料、例えば、SiO2、SiN、Al23、Ta25が、好適に利用できる。これら無機絶縁材料からなるゲート絶縁膜の形成は、PE・CVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition)法、スパッタ法を利用して、所望の膜厚の絶縁膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率:εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。 As an insulating material for forming the gate insulating film, an insulating material conventionally used for forming a gate insulating film of an organic thin film transistor can be used in the present invention. In the method for producing an organic thin film transistor of the present invention, an inorganic insulating material such as SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , or Ta 2 O 5 can be suitably used as the insulating material for forming the gate insulating film. The gate insulating film made of these inorganic insulating materials is formed by using the PE-CVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition) method or sputtering method to form an insulating film with a desired film thickness and applying a photolithographic method. Thus, a method of patterning a desired shape pattern can be used. The thickness of the gate insulating film is selected within a range in which a desired gate breakdown voltage can be achieved in consideration of the relative dielectric constant: ε rI of the insulating film to be used and the insulation resistance.

例えば、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、絶縁破壊電界強度:EB=3MV/cm、比誘電率:εr-I=4のSiO2を利用する場合、ゲート絶縁膜の膜厚:Tinsulatorは、最大定格ゲート電圧VG-MAXに対して、EB<(VG-MAX/Tinsulator)の範囲に選択することが好ましい。 For example, when using SiO 2 having a dielectric breakdown electric field strength: E B = 3 MV / cm and a relative dielectric constant: ε rI = 4 as an insulating material for forming the gate insulating film, the thickness of the gate insulating film: T insulator is The maximum rated gate voltage V G-MAX is preferably selected in the range of E B <(V G-MAX / T insulator ).

ゲート電極の厚さ:Tgateは、通常、その表面を被覆するゲート絶縁膜の膜厚:Tinsulatorよりも、薄くなるように選択することが好ましい。すなわち、Tinsulator≧Tgateの条件を満足するように選択する。例えば、3/4・Tinsulator≧Tgate≧1/8・Tinsulatorの条件、好ましくは、2/3・Tinsulator≧Tgate≧1/6・Tinsulatorの条件を満足するように、ゲート電極の厚さ:Tgateを選択する。 The thickness of the gate electrode: T gate is usually preferably selected to be thinner than the thickness of the gate insulating film covering the surface: T insulator . That is, the selection is made so as to satisfy the condition of T insulator ≧ T gate . For example, the gate electrode satisfies the condition of 3/4 · T insulator ≧ T gate ≧ 1/8 · T insulator , preferably 2/3 · T insulator ≧ T gate1/6 · T insulator. Thickness: T gate is selected.

前記の条件を満たす範囲では、ゲート電極の側端による段差(Tgate)よりも、形成されるゲート絶縁膜の膜厚:Tinsulatorが厚いため、この段差部の側壁面に対しても、ゲート絶縁膜による被覆が確実に達成される。 As long as the above conditions are satisfied, the gate insulating film thickness: T insulator is thicker than the step (T gate ) due to the side edge of the gate electrode. Covering with an insulating film is reliably achieved.

あるいは、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、有機絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を利用することもできる。絶縁性樹脂材料を使用する場合も、ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率:εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。 Or in the manufacturing method of the organic thin-film transistor of this invention, organic insulating materials, for example, insulating resin materials, such as an epoxy resin, can also be utilized as an insulating material which forms a gate insulating film. Even when an insulating resin material is used, the thickness of the gate insulating film is selected in a range where a desired gate breakdown voltage can be achieved in consideration of the relative dielectric constant: ε rI of the insulating film to be used and the insulation resistance.

ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体の薄膜層が、動作層として利用される。その際、チャネル領域では、ゲート電極の直上、ゲート絶縁膜と有機半導体との界面に実効的なチャネル層が形成される。すなわち、ゲート電極に印加されるゲート電圧:VGが、閾値バイアス:Vthを超えた時点(VG<Vth)で、前記の実効的なチャネル層を経由するドレイン電流:Id-ONが流れ、「ON状態」となる。 A thin film layer of an organic semiconductor formed on the gate insulating film is used as an operation layer. At that time, in the channel region, an effective channel layer is formed immediately above the gate electrode and at the interface between the gate insulating film and the organic semiconductor. That is, when the gate voltage: V G applied to the gate electrode exceeds the threshold bias: V th (V G <V th ), the drain current passing through the effective channel layer: I d-ON Flows into the “ON state”.

本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜(Self Assembled Monolayer:SAM)」を形成する手法を利用することが好ましい。この手法に関しては、例えば、米国特許第6,433,359号明細書(特許文献1)、Frank-J. Meyer zu Heringdorf, et al. "Growth Dynamics of Pentacene Thin Films", Nature Vol.412, 517 (2001)などに、その詳細が開示されている。   Also in the method for producing an organic thin film transistor of the present invention, when a thin film layer of an organic semiconductor is formed on a gate insulating film, a “self-assembled monolayer of an organic compound constituting the organic semiconductor ( It is preferable to use a method of forming “Self Assembled Monolayer (SAM)”. Regarding this technique, for example, US Pat. No. 6,433,359 (Patent Document 1), Frank-J. Meyer zu Heringdorf, et al. “Growth Dynamics of Pentacene Thin Films”, Nature Vol. 412 517 (2001) discloses the details.

有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法では、有機化合物が単分子で分散している、単分子分散液中に、浸漬すると、ゲート絶縁膜表面に吸着した単分子を核として、「自己組織的」にラテラル方向に単分子膜が成長し、最終的に、規則的な分子配向を有する「自己組織化単分子膜」が形成される。   In the method of forming a “self-assembled monolayer” of an organic compound that constitutes an organic semiconductor, the organic compound is adsorbed on the surface of the gate insulating film when immersed in a monomolecular dispersion in which the organic compound is dispersed in a single molecule. With a single molecule as a nucleus, a monomolecular film grows in a “self-organized” lateral direction, and finally, a “self-assembled monomolecular film” having a regular molecular orientation is formed.

例えば、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 を用いて、「自己組織化単分子膜」を作製する際には、ゲート電極表面に形成された下地絶縁膜上に、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 の固定がなされることが好ましい。具体的には、下地絶縁膜の表面に存在するヒドロキシ基(−OH)と、該ホスホン酸とのエステル結合を介して、固定がなされることが好ましい。この目的で利用される、下地絶縁膜としては、アルミニウム酸化物、銀酸化物、タンタル酸化物など、ゲート電極を構成する金属を酸化させることにより形成可能な金属酸化物からなる膜を採用することが好ましい。
For example, when producing a “self-assembled monolayer” using n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) , the base insulation formed on the surface of the gate electrode It is preferable to fix n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) on the membrane. Specifically, it is preferable that fixation is performed via an ester bond between the hydroxy group (—OH) present on the surface of the base insulating film and the phosphonic acid . As a base insulating film used for this purpose, a film made of a metal oxide that can be formed by oxidizing a metal constituting a gate electrode, such as aluminum oxide, silver oxide, or tantalum oxide, is adopted. Is preferred.

その後、「自己組織化単分子膜」を下地層として、有機化合物を、真空蒸着法を利用して、堆積すると、堆積される層も、下地層の規則性を反映した、秩序配列を保持した有機半導体の薄膜層となる。   Subsequently, when an organic compound was deposited using the “self-assembled monolayer” as a base layer using a vacuum evaporation method, the deposited layer also maintained an ordered arrangement reflecting the regularity of the base layer. It becomes an organic semiconductor thin film layer.

この「自己組織化単分子膜」を下地層として利用する、有機半導体の薄膜層の形成法は、下地層上での堆積過程は、真空蒸着法を利用するため、蒸散可能な低分子型の有機半導体材料に適用できる。例えば、テトラセン、ペンタセンなどのアセン類、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類からなる有機半導体の薄膜層の形成に好適に利用できる。作製する有機半導体層が、代表的なp型有機半導体であるペンタセン、または代表的なn型有機半導体であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である際、特に有効な手段となる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、作製する有機半導体層は、ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。   The method of forming a thin film layer of an organic semiconductor using this “self-assembled monolayer” as an underlayer is a low molecular type that can be evaporated because the deposition process on the underlayer uses a vacuum evaporation method. Applicable to organic semiconductor materials. For example, it can be suitably used to form a thin film layer of an organic semiconductor composed of acenes such as tetracene and pentacene, oligothiophene derivatives, and phthalocyanines. When the organic semiconductor layer to be produced is a layer made of pentacene, which is a typical p-type organic semiconductor, or hexadecafluorocopper phthalocyanine, which is a typical n-type organic semiconductor, this is a particularly effective means. Also in the manufacturing method of the organic thin-film transistor of this invention, it is preferable that the organic-semiconductor layer to produce is a layer which consists of a pentacene or hexadecafluoro copper phthalocyanine.

その際、対象となる有機薄膜トランジスタのスイッチング動作は、ゲート電極に印加されるゲート電圧:VGが、閾値バイアス:Vthを超えた時点(|VG|>|Vth|)で、「ON状態」となる、「エンハンスト・モード型」である。従って、ゲート電極に印加されるゲート電圧:VGが、VG=0Vの状態では、ゲート電極の直上のチャネル領域では、該有機半導体層内にキャリアが存在していない状態(空乏化状態)であることが必要である。作製する有機半導体層の膜厚:Tchannnelは、前記の「空乏化」条件を満足する膜厚の範囲に選択される。 At that time, the switching operation of the target organic thin film transistor is “ON” when the gate voltage: V G applied to the gate electrode exceeds the threshold bias: V th (| V G |> | V th |). "Enhanced mode type". Therefore, when the gate voltage V G applied to the gate electrode is V G = 0V, no carrier exists in the organic semiconductor layer in the channel region immediately above the gate electrode (depletion state). It is necessary to be. The film thickness of the organic semiconductor layer to be produced: T channel is selected within the range of the film thickness that satisfies the “depletion” condition.

「空乏化」の条件を満足する膜厚の範囲は、ゲート電極の金属材料Mgateの仕事関数eψ(Mgate)eV、ゲート絶縁膜の絶縁材料Igateの電子親和力eχ(Igate)eVと比誘電率:εr-I、有機半導体の電子親和力eχ(Schannel)eVと比誘電率:εr-OS、ならびに、ゲート絶縁膜の膜厚:Tinsulatorに基づき、MIS構造を仮定して、poisson方程式の数値計算に基づき、算定することができる。現実的には、有機半導体自体、残留するキャリアの濃度は低く、通常、有機半導体層の膜厚:Tchannnelが10nm以下の範囲で、上記の「空乏化」の条件を満足する。 The range of film thickness satisfying the condition of “depletion” is that the work function eψ (M gate ) eV of the metal material M gate of the gate electrode, and the electron affinity eχ (I gate ) eV of the insulating material I gate of the gate insulating film. Based on the relative permittivity: ε rI , the electron affinity eχ (S channel ) eV of the organic semiconductor and the relative permittivity: ε r-OS , and the film thickness of the gate insulating film: T insulator , the poisson is assumed. It can be calculated based on the numerical calculation of the equation. Actually, the concentration of the remaining carrier in the organic semiconductor itself is low, and the above-mentioned “depletion” condition is usually satisfied when the thickness of the organic semiconductor layer: T channel is 10 nm or less.

なお、実際のスイッチング動作時に、ゲート電極に印加されるゲート電圧:VG-ONを印加した際、MIS構造を構成する有機半導体層の厚さ方向に、伝導帯のポテンシャル変化(バンド・ベンディング)が生じる。その結果、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面にキャリアの蓄積が生じ、実効的なチャネル層として機能する。一方、例えば、n型有機半導体層の最上面において、伝導帯エネルギーレベル:ECは、少なくとも、quasi−Fermiレベル(Ef)より十分に高いレベルに維持されることが望ましい。作製する有機半導体層の膜厚:Tchannnelの下限は、前記の条件を満足する膜厚の範囲に選択される。一方、有機半導体層の膜厚:Tchannnelが不必要に厚いと、動作上は特に問題はないが、その作製に要する時間が、不必要に長くなる。 It should be noted that the potential change of the conduction band (band bending) in the thickness direction of the organic semiconductor layer constituting the MIS structure when the gate voltage: V G-ON applied to the gate electrode during the actual switching operation is applied. Occurs. As a result, carriers accumulate at the interface between the gate insulating film and the organic semiconductor layer and function as an effective channel layer. On the other hand, for example, on the uppermost surface of the n-type organic semiconductor layer, it is desirable that the conduction band energy level: E C is maintained at a level sufficiently higher than at least the quasi-Fermi level (E f ). The lower limit of the thickness of the organic semiconductor layer to be produced: T channel is selected within the range of the thickness satisfying the above conditions. On the other hand, when the thickness of the organic semiconductor layer: T channel is unnecessarily thick, there is no particular problem in operation, but the time required for its production becomes unnecessarily long.

通常、有機半導体層の膜厚:Tchannnelは、30nm〜100nmの範囲に選択することが好ましい。 Usually, it is preferable to select the film thickness of the organic semiconductor layer: T channel in the range of 30 nm to 100 nm.

例えば、p型有機半導体材料であるペンタセンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚:Tchannnelは、30nm〜50nmの範囲に選択することが好ましい。また、n型有機半導体材料であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚:Tchannnelは、30nm〜50nmの範囲に選択することが好ましい。 For example, when an organic semiconductor layer formed of pentacene, which is a p-type organic semiconductor material, is employed, the thickness of the organic semiconductor layer: T channel is preferably selected in the range of 30 nm to 50 nm. Also, when employing an organic semiconductor layer formed of hexadecafluorophthalocyanine copper phthalocyanine is an n-type organic semiconductor material, the thickness of the organic semiconductor layer: T channnel may be selected within the range of 30nm~50nm preferable.

本発明に第一の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成した後、このソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する。   In the method of manufacturing an organic thin film transistor according to the first aspect of the present invention, the organic thin film transistor to be manufactured is formed so that the source electrode and the drain electrode are formed on the gate insulating film, and then the surface of the source electrode and the drain electrode is covered. An organic semiconductor film is formed on the gate insulating film.

従って、ソース電極とドレイン電極の膜厚:TS,TDに相当する段差部を被覆して、ソース電極とドレイン電極の表面を被覆するように、有機半導体膜の形成を行う。そのため、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜(テーパ)を有する側面の平均傾斜角:θS,θDは、70°≧θS≧45°、70°≧θD≧45°の範囲に選択することが好ましい。 Therefore, the organic semiconductor film is formed so as to cover the step portions corresponding to the film thicknesses T S and T D of the source electrode and the drain electrode and to cover the surfaces of the source electrode and the drain electrode. Therefore, the side end portions of the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side have a shape having inclined side surfaces. The average inclination angles: θ S and θ D of the side surfaces having the inclination (taper) are preferably selected in the range of 70 ° ≧ θ S ≧ 45 ° and 70 ° ≧ θ D ≧ 45 °.

また、前記段差部の被覆をより確実に実施する上では、ソース電極とドレイン電極の膜厚:TS,TDを、有機半導体層の膜厚:Tchannnelの10倍以下に選択することが望ましい。通常、ソース電極とドレイン電極の膜厚:TS,TDは、50nm〜1000nmの範囲に、好ましくは、100nm〜300nmの範囲に選択する。

本発明に第二の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
In order to more reliably cover the stepped portion, the film thicknesses T S and T D of the source electrode and the drain electrode may be selected to be not more than 10 times the film thickness T channnel of the organic semiconductor layer. desirable. Usually, the film thicknesses T S and T D of the source electrode and the drain electrode are selected in the range of 50 nm to 1000 nm, preferably in the range of 100 nm to 300 nm.

In the method for manufacturing an organic thin film transistor according to the second aspect of the present invention, an organic thin film transistor to be manufactured is formed by forming an organic semiconductor film on a gate insulating film, and then providing a source electrode and a drain electrode on the surface of the organic semiconductor film. Form.

実際の液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に利用する際には、作製された有機薄膜トランジスタを保護する目的で、表面保護膜によって被覆される。この表面保護膜の被覆を考慮すると、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜(テーパ)を有する側面の平均傾斜角:θS,θDは、70°≧θS≧45°、70°≧θD≧45°の範囲に選択することが好ましい。 When used in a flat panel display device such as an actual liquid crystal display, it is covered with a surface protective film for the purpose of protecting the produced organic thin film transistor. Considering the covering of the surface protective film, the side end portions on the gate electrode side of the source electrode and the drain electrode have a shape having inclined side surfaces. The average inclination angles: θ S and θ D of the side surfaces having the inclination (taper) are preferably selected in the range of 70 ° ≧ θ S ≧ 45 ° and 70 ° ≧ θ D ≧ 45 °.

表面保護膜の段差部の被覆性を考慮すると、ソース電極とドレイン電極の膜厚:TS,TDは、50nm〜1000nmの範囲に、好ましくは、100nm〜300nmの範囲に選択する。 Considering the coverage of the step portion of the surface protective film, the film thicknesses T S and T D of the source electrode and the drain electrode are selected in the range of 50 nm to 1000 nm, preferably in the range of 100 nm to 300 nm.

本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する手法を利用している。   In the method of manufacturing the organic thin film transistor according to the first aspect of the present invention, when forming the source electrode and the drain electrode on the gate insulating film, the metal nanoparticle dispersion is formed into a predetermined pattern using an ultrafine inkjet printing apparatus. The metal nanoparticle dispersion coating layer is applied to a shape, and the metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles. The method is used.

その際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成するため、国際公開第2005/025787号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液を利用している。   At that time, an ultrafine inkjet printing apparatus is used to apply a metal nanoparticle dispersion in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion application layer, which is disclosed in International Publication No. 2005/025787. The metal nanoparticle dispersion is used.

国際公開第2005/025787号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液である。前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜100nmの範囲に選択され、該金属ナノ粒子分散液は、固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液である。   The metal nanoparticle dispersion disclosed in International Publication No. 2005/025787 is a metal nanoparticle dispersion that can be sprayed in the form of fine droplets and laminated. The average particle diameter of the metal nanoparticles is selected in the range of 1 to 100 nm, and the metal nanoparticle dispersion is a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent as a solid component. .

該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上により被覆されており、前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有している。   The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. It is coated with one or more compounds having a group capable of bonding, and a total of one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles, Contains 50 parts by weight.

一方、分散溶媒は、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であり、少なくとも、温度15℃以上において、均一な液体状態を示し、該分散溶媒を構成する、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物の少なくとも一つは、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上に対する親和性を有している。なお、該分散溶媒自体の液粘度(20℃)は、10 mPa・s以下の範囲に選択されている。   On the other hand, the dispersion solvent is a kind of organic solvent or a mixed solvent composed of two or more kinds of liquid organic substances, and shows a uniform liquid state at least at a temperature of 15 ° C. or more, and constitutes the dispersion solvent. Alternatively, at least one of the two or more liquid organic substances has an affinity for one or more compounds having a group containing the nitrogen, oxygen, or sulfur atom. The liquid viscosity (20 ° C.) of the dispersion solvent itself is selected in the range of 10 mPa · s or less.

金属ナノ粒子分散液中において、前記分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択し、該金属ナノ粒子分散液の液粘度(20℃)は、2 mPa・s〜30 mPa・sの範囲に選択されている。特に、前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒を一部蒸散除去して、前記分散溶媒の容積比率が、20〜50 体積%の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、その液粘度(20℃)は、20 Pa・s〜1000 Pa・sの範囲の粘稠な濃縮液となるという特徴を有している。   In the metal nanoparticle dispersion, the volume ratio of the dispersion solvent is selected in the range of 55 to 80% by volume, and the liquid viscosity (20 ° C.) of the metal nanoparticle dispersion is 2 mPa · s to 30 mPa ·. The range of s is selected. In particular, a concentrated dispersion obtained by partially evaporating and removing the dispersion solvent contained in the metal nanoparticle dispersion and concentrating until the volume ratio of the dispersion solvent is in the range of 20 to 50% by volume, The liquid viscosity (20 ° C.) is characterized in that it becomes a viscous concentrate in the range of 20 Pa · s to 1000 Pa · s.

例えば、前記の金属ナノ粒子分散液は、インクジェット印刷法を適用して、微細な液滴として噴射後、飛翔して、対象物上に堆積するまでの間に、この液滴中に含まれる分散溶媒が蒸散すると、濃縮された液の粘度は急速に増し、着弾する時点では、粘稠な濃縮液となる。   For example, the metal nanoparticle dispersion liquid is dispersed in the liquid droplets after being ejected as fine liquid droplets by applying an ink jet printing method and then flying and depositing on the object. As the solvent evaporates, the viscosity of the concentrated liquid increases rapidly and becomes a viscous concentrated liquid at the time of landing.

すなわち、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を3μm以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、0.5μm〜5μmと非常に小さくなる。その後、なお、残留する分散溶媒も、個々の塗布ドットの皮膜は薄いため、瞬時に大部分が蒸発し、ゲート絶縁膜上には、緻密に積層された金属ナノ粒子が、その粒子間の狭い隙間のみに分散溶媒が浸潤した高粘度体として付着する。このドット塗布操作を繰り返すことにより、ゲート絶縁膜上に、塗布ドット径の金属ナノ粒子塗布膜が厚く積層形成することも可能である。   That is, when the metal nanoparticle dispersion liquid is sprayed as fine droplets on the gate insulating film, at least the average diameter of the droplets is set to 3 μm or less, thereby promoting the transpiration of the contained dispersion solvent. At the time of landing, the amount of the dispersion solvent remaining in the droplets of the metal nanoparticle dispersion liquid is significantly reduced, and the fluidity is extremely reduced accordingly. As a result, the droplets of the metal nanoparticle dispersion to be ejected are small, and the fluidity of the metal nanoparticle dispersion of the landed droplet is also lowered, so the metal nanoparticles formed per droplet The diameter of the application dots of the dispersion liquid is as very small as 0.5 μm to 5 μm. After that, since the coating film of the individual dispersed dots is also thin, the remaining dispersion solvent is instantly evaporated, and the metal nanoparticles that are densely stacked on the gate insulating film are narrow between the particles. It adheres as a high-viscosity material in which the dispersion solvent infiltrates only in the gaps. By repeating this dot coating operation, a metal nanoparticle coating film having a coating dot diameter can be laminated and formed on the gate insulating film.

上記の機構によって、低い液粘度の金属ナノ粒子分散液を、微細な液滴として、噴射塗布して、高い液粘度を示す分散液の塗布層を形成する上では、分散溶媒の容積含有比率の変化に伴い、その液粘度の変化がより急激に生じることが好ましく、平均粒子径をより小さい範囲に選択することが好ましい。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径を、1〜20nmの範囲に選択することがより好ましい。また、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、金属ナノ粒子の含有量を、40質量%以上に選択して、相対的に分散溶媒の容積含有比率を、微細な液滴として、噴射する上で必要とする高い流動性を達成できるものの、可能な限り低い水準に設定することが好ましい。一方、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、分散溶媒の容積含有比率が高いと、噴射後、着弾するまでに溶媒の蒸発が目標とする値まで進行せず、着弾した時点の金属ナノ粒子分散液は、なお、相当の流動性を示す。その場合、例えば、金属ナノ粒子塗布層の側壁部を急峻な傾斜構造に形成することは困難となる。   When the above-mentioned mechanism is used to form a coating layer of a dispersion liquid having a high liquid viscosity by spray-coating the metal nanoparticle dispersion liquid having a low liquid viscosity as fine droplets, the volume content ratio of the dispersion solvent The change in the liquid viscosity is preferably caused more rapidly with the change, and the average particle diameter is preferably selected in a smaller range. That is, it is more preferable to select the average particle diameter of the metal nanoparticles in the range of 1 to 20 nm. Further, the content of the metal nanoparticles contained in the initial dispersion of metal nanoparticles is selected to be 40% by mass or more, and the volume content ratio of the dispersion solvent is relatively ejected as fine droplets. Although the high fluidity required above can be achieved, it is preferable to set it as low as possible. On the other hand, if the volume content ratio of the dispersion solvent contained in the initial dispersion of metal nanoparticles is high, the evaporation of the solvent does not progress to the target value before landing after jetting. The particle dispersion still exhibits considerable fluidity. In that case, for example, it becomes difficult to form the side wall portion of the metal nanoparticle coating layer in a steep inclined structure.

以下に、本発明で好適に利用される、金属ナノ粒子分散液の構成を更に詳しく説明する。   Below, the structure of the metal nanoparticle dispersion liquid suitably used in the present invention will be described in more detail.

該金属ナノ粒子分散液は、ソース電極とドレイン電極の微細な平面パターンを高い精度で描画するため、目標とする最小線幅、平面形状サイズに応じて、金属ナノ粒子の平均粒子径は1〜100nmの範囲に選択する。好ましくは、平均粒子径を1〜20nmの範囲に選択する。含有される金属ナノ粒子自体の平均粒子径を前記の範囲に選択することで、超微細インクジェット印刷装置により、極めて微細な線幅のパターンへの塗布を可能としている。   Since the metal nanoparticle dispersion draws a fine planar pattern of the source electrode and the drain electrode with high accuracy, the average particle diameter of the metal nanoparticles is 1 to 2 depending on the target minimum line width and planar shape size. Select within the range of 100 nm. Preferably, the average particle size is selected in the range of 1-20 nm. By selecting the average particle diameter of the contained metal nanoparticles themselves within the above range, application to an extremely fine line width pattern is enabled by an ultrafine ink jet printing apparatus.

分散液中における、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐために、金属ナノ粒子の表面に低分子による被覆層を設け、液体中に分散された状態となっているものを利用する。すなわち、該金属ナノ粒子分散液を積層塗布した塗布層を加熱処理して、含有されている金属ナノ粒子同士、その接触界面における融着を起こすように、金属ナノ粒子の表面には、酸化膜が実質的に存在しない状態となっているものを利用する。   In order to prevent aggregation of metal nanoparticles in the dispersion, a coating layer made of a low molecule is provided on the surface of the metal nanoparticles and is dispersed in the liquid. That is, an oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles so that the coating layer on which the metal nanoparticle dispersion is laminated is heat-treated to cause fusion between the contained metal nanoparticles and the contact interface thereof. Use what is in a state that does not substantially exist.

具体的には、金属ナノ粒子の表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物1種以上により被覆された状態とする。すなわち、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物1種以上により、金属ナノ粒子の金属表面を均一に被覆した状態とする、例えば、末端アミノ基を1以上有するアミン化合物などにより被覆された状態を保持しつつ、一種以上の有機溶剤中に分散されてなる金属ナノ粒子の分散液を用いる。   Specifically, the surface of the metal nanoparticle is composed of one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle. Covered. That is, the metal surface of the metal nanoparticle is uniformly formed by using one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinately bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle. For example, a dispersion of metal nanoparticles dispersed in one or more organic solvents is used while maintaining a state of being covered with, for example, an amine compound having one or more terminal amino groups.

この被覆層の役割は、加熱処理を施すまでは、金属ナノ粒子が互いにその金属表面が直接接触しない状態とすることによって、分散液中に含有される金属ナノ粒子の凝集を抑制し、保管時の耐凝集性を高く維持することである。また、仮に塗布を行う際など、水分や大気中の酸素分子と接しても、金属ナノ粒子の表面は、既に被覆層で覆われており、水分子や酸素分子との直接的な接触に至らないので、水分や大気中の酸素分子による金属超微粒子表面の自然酸化膜の形成も抑制する機能をも有する。   The role of this coating layer is to prevent aggregation of metal nanoparticles contained in the dispersion by keeping the metal surfaces in direct contact with each other until heat treatment is performed. It is to keep the cohesion resistance of the high. In addition, even when it is in contact with water or oxygen molecules in the atmosphere, such as when coating, the surface of the metal nanoparticles is already covered with a coating layer, leading to direct contact with water molecules and oxygen molecules. Therefore, it also has a function of suppressing the formation of a natural oxide film on the surface of metal ultrafine particles due to moisture and oxygen molecules in the atmosphere.

この金属ナノ粒子表面の均一な被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、またはイオウ原子上の孤立電子対を有する基を利用するものである。例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基(−SH)、スルフィド型のスルファンジイル基(−S−)が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基(−OH)、エーテル型のオキシ基(−O−)が挙げられる。   The compound used for the uniform coating of the surface of the metal nanoparticle uses a group having a lone pair on a nitrogen, oxygen, or sulfur atom when forming a coordinate bond with the metal element. . For example, an amino group is mentioned as a group containing a nitrogen atom. Examples of the group containing a sulfur atom include a sulfanyl group (—SH) and a sulfide type sulfanediyl group (—S—). Examples of the group containing an oxygen atom include a hydroxy group (—OH) and an ether type oxy group (—O—).

利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、好ましくは100℃以上、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、導電性ナノ粒子ペーストの加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、その沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルキルアミンが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、C8〜C18の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C18の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、室温付近での蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。   A representative example of the compound having an amino group that can be used is an alkylamine. Such an alkylamine is preferably one that does not desorb in a normal storage environment, specifically in a range not reaching 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element, and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when the heat treatment of the conductive nanoparticle paste is performed, it is necessary that the conductive nanoparticle paste can be vaporized together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticles. An alkylamine having a boiling point that does not exceed 300 ° C., usually 250 ° C. or lower is preferable. For example, as the alkylamine, those having an alkyl group selected in the range of C8 to C18 and having an amino group at the end of the alkyl chain are used. For example, alkylamines in the range of C8 to C18 have thermal stability, and the vapor pressure near room temperature is not so high. When stored at room temperature or the like, the content is maintained within a desired range. It is preferably used in terms of handling properties, such as being easy to control.

一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、1,2−ジアミン型、1,3−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいポリアミン型化合物を利用することもできる。場合によっては、ポリオキシアルキレンアミン型のエーテル型のオキシ基(−O−)を鎖中に含む、鎖状のアミン化合物を用いることもできる。その他、末端のアミノ基以外に、親水性の末端基、例えば、水酸基を有するヒドロキシアミン、例えば、エタノールアミンなどを利用することもできる。   In general, in forming such a coordination bond, the primary amine type is preferable because it shows higher binding ability, but secondary amine type and tertiary amine type compounds can also be used. is there. In addition, compounds in which two or more adjacent amino groups are involved in bonding, such as 1,2-diamine type and 1,3-diamine type, can also be used. In addition, a polyamine type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can be used. In some cases, a chain amine compound containing a polyoxyalkyleneamine type ether type oxy group (—O—) in the chain may be used. In addition to the terminal amino group, a hydrophilic terminal group such as a hydroxylamine having a hydroxyl group, such as ethanolamine, can also be used.

また、利用可能なスルファニル基(−SH)を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、好ましくは100℃以上、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子分散液の塗布膜の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルカンチオールが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、C4〜C20が用いられ、さらに好ましくはC8〜C18の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基(−SH)を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C18の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、室温付近の蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、1,2−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基(−SH)が結合に関与するものも、利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さなポリチオエーテル型化合物を利用することもできる。   Moreover, alkanethiol can be mentioned as a typical example of a compound having a sulfanyl group (—SH) that can be used. In addition, such alkanethiol is preferably in a state in which a coordinate bond is formed with a metal element and does not desorb in a normal storage environment, specifically, in a range not reaching 40 ° C., and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when heat-treating the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid, it is necessary to be able to evaporate together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticle. At least alkanethiol having a boiling point not exceeding 300 ° C., usually 250 ° C. or less is preferable. For example, as the alkanethiol, C4-C20 is used as the alkyl group, and more preferably C8-C18 is selected, and an alkyl chain having a sulfanyl group (—SH) is used. For example, alkanethiols in the range of C8 to C18 have thermal stability, and the vapor pressure near room temperature is not so high. When stored at room temperature or the like, the content is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used in terms of handling properties, such as being easy to do. In general, primary thiol type compounds are preferred because they exhibit higher binding ability, but secondary thiol type and tertiary thiol type compounds can also be used. In addition, those in which two or more sulfanyl groups (—SH) are involved in binding, such as 1,2-dithiol type, can also be used. In addition, a polythioether type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can be used.

また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。一例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいなポリエーテル型化合物を利用することもできる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、通常、100℃以上の範囲、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子を含む積層塗布層の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルカンジオールが好ましい。例えば、1,2−ジオール型などの、二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。   Moreover, alkanediol can be mentioned as a representative of the compound which has a hydroxyl group which can be utilized. Examples include glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol. A polyether type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can also be used. In addition, such alkanediols are preferably those that do not desorb in a normal storage environment, specifically in a range that does not reach 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element. A range of 60 ° C. or higher, usually 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when heat-treating the multilayer coating layer containing metal nanoparticles, it is necessary to be able to evaporate together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticles. Alkanediols having a boiling point not exceeding 300 ° C., usually 250 ° C. or less, are preferred. For example, those involving two or more hydroxy groups, such as 1,2-diol type, can be used more suitably.

金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子は、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上を、表面被覆層として有する状態で、分散溶媒中に分散されている。かかる表面被覆層は、保管している際、金属ナノ粒子相互の表面が直接接触することを回避する機能を果せる範囲で、不必要に過剰な被覆分子が存在しないように、適正な被覆比率を選択する。すなわち、加熱して、低温焼成する際、共存している分散溶媒中に、これら被覆層分子を溶出、離脱することが可能である、適正な含有量であって、被覆保護機能を達成できる範囲に被覆比率を選択する。例えば、金属ナノ粒子100質量部に対して、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上が総和として、一般に、10〜50質量部を、より好ましくは、20〜50質量部を含有するように、被覆比率を選択することが好ましい。なお、かかる金属ナノ粒子100質量部に対して、その表面を被覆している、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上の総和は、金属ナノ粒子の平均粒子径にも依存する。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径がより小さくなると、金属ナノ粒子100質量部当たりの、ナノ粒子表面の表面積総和は、平均粒子径に反比例して増加するため、被覆分子の総和は、それに従って、より高い比率を必要とする。その点を考慮に入れ、金属ナノ粒子の平均粒子径を1〜20nmの範囲に選択する際には、金属ナノ粒子100質量部に対して、その表面を被覆している被覆分子の総和は、20〜50質量部の範囲に選択することが好ましい。   The metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle dispersion include one or more compounds containing the above-described nitrogen, oxygen, or sulfur atoms, and having a group that can be coordinated by a lone pair of electrons of these atoms. Are dispersed in a dispersion solvent in a state of having a surface coating layer. Such a surface coating layer has an appropriate coating ratio so that unnecessary excessive coating molecules do not exist within a range in which it can function to avoid direct contact between the surfaces of the metal nanoparticles during storage. select. That is, when heated and fired at a low temperature, the coating layer molecules can be eluted and separated in the coexisting dispersion solvent, and the content can be achieved and the coating protection function can be achieved. Select the coverage ratio. For example, with respect to 100 parts by mass of metal nanoparticles, one or more compounds having the above-described nitrogen, oxygen, or sulfur atom and having a group capable of coordinated bonding by a lone electron pair possessed by these atoms as a sum total Generally, it is preferable to select the coating ratio so as to contain 10 to 50 parts by mass, more preferably 20 to 50 parts by mass. In addition, with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticle, the surface of the metal nanoparticle includes a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom, and a group capable of coordinative bonding by a lone electron pair possessed by these atoms. The sum total of one or more compounds also depends on the average particle size of the metal nanoparticles. That is, when the average particle diameter of the metal nanoparticles becomes smaller, the total surface area of the nanoparticle surface per 100 parts by mass of the metal nanoparticles increases in inverse proportion to the average particle diameter. Need a higher ratio. In consideration of this point, when selecting the average particle diameter of the metal nanoparticles in the range of 1 to 20 nm, the sum of the coating molecules covering the surface with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles is: It is preferable to select in the range of 20 to 50 parts by mass.

金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒として利用される有機溶剤は、室温においては、上述の表面被覆層を設けた金属ナノ粒子を分散させる役割を有するが、加熱した際には、金属ナノ粒子表面の被覆層分子を溶出、離脱することが可能である溶媒としての機能を発揮する。その際、加熱状態における被覆層分子の溶出段階において、蒸散が顕著に進行しない高沸点の液体状有機物を利用する。従って、100℃以上に加熱した際、好ましくは、該分散溶媒100質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を利用する。また、100℃以上に加熱した際、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物に対して、任意な組成の相溶物を形成できる有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒、特には、高い相溶性を示すものを利用すると一層好ましい。   The organic solvent used as a dispersion solvent contained in the metal nanoparticle dispersion liquid has a role of dispersing the metal nanoparticles provided with the above-described surface coating layer at room temperature. It functions as a solvent capable of eluting and releasing the coating layer molecules on the particle surface. At that time, in the elution stage of the coating layer molecules in the heated state, a high-boiling liquid organic substance in which transpiration does not proceed remarkably is used. Accordingly, when heated to 100 ° C. or higher, preferably, 50 parts by mass or more of the compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms covering the surface of the metal nanoparticles can be dissolved per 100 parts by mass of the dispersion solvent. In addition, one kind of organic solvent having high solubility or a mixed solvent composed of two or more kinds of liquid organic substances is used. In addition, when heated to 100 ° C. or higher, one kind of organic solvent capable of forming a compatible solution of any composition with respect to the compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms that coats the surface of the metal nanoparticles, or It is more preferable to use a mixed solvent composed of two or more kinds of liquid organic substances, particularly those exhibiting high compatibility.

具体的には、被覆層分子が、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を利用して、金属ナノ粒子表面上に配位している。その際、残る炭化水素鎖、骨格部分に対する親和性を利用して、分散溶媒に含まれる有機溶剤は、被覆層分子で覆われた金属ナノ粒子の分散状態の維持、あるいは互いの相溶性を達成させる機能を発揮する。金属ナノ粒子表面への配位的な結合に起因する、被覆層分子の親和力は、物理的吸着よりも強固ではあるものの、加熱に伴って、急速に低下する。一方、温度上昇に付随して、有機溶剤の示す溶解特性が増す結果、両者の均衡する温度以上に加熱すると、温度上昇に従って、加速度的に被覆層分子の脱離、溶出が促進される。最終的には、加熱中に存在する分散溶媒の中に、金属ナノ粒子表面の被覆層分子の殆ど全てが溶解され、金属ナノ粒子表面には、実質的に被覆層分子が残留していない状態が達成される。   Specifically, the coating layer molecule contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom, and is coordinated on the surface of the metal nanoparticle by using a group capable of coordinative bonding by a lone electron pair possessed by these atoms. doing. At that time, utilizing the affinity for the remaining hydrocarbon chain and skeleton, the organic solvent contained in the dispersion solvent can maintain the dispersion state of the metal nanoparticles covered with the coating layer molecules, or achieve compatibility with each other. Demonstrate the function. Although the affinity of the coating layer molecule due to the coordinate bond to the surface of the metal nanoparticle is stronger than physical adsorption, it rapidly decreases with heating. On the other hand, as a result of the increase in the solubility characteristic of the organic solvent accompanying the increase in temperature, when the mixture is heated to a temperature higher than the equilibrium temperature, the desorption and elution of coating layer molecules are accelerated at an accelerated rate as the temperature increases. Eventually, almost all of the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles are dissolved in the dispersion solvent present during heating, and substantially no coating layer molecules remain on the surface of the metal nanoparticles. Is achieved.

勿論、この被覆層分子の金属ナノ粒子表面からの溶出過程と再付着過程とは、熱的平衡関係にあるため、加熱時における、該分散溶媒に対する被覆層分子の溶解度は十分に高いことがより望ましい。積層されている金属ナノ粒子相互の隙間に浸潤している分散溶媒へ、被覆層分子の溶出が一旦なされても、かかる狭い隙間を介して、塗布層内部から外縁部へと、被覆層分子が拡散・流出するには、更なる時間を要する。金属ナノ粒子相互の焼結が進行する間における、被覆層分子の再付着を効果的に抑制する上では、上記する高い溶解性を示す有機溶剤の利用が望ましい。   Of course, since the elution process of the coating layer molecules from the surface of the metal nanoparticles and the reattachment process are in a thermal equilibrium relationship, the solubility of the coating layer molecules in the dispersion solvent during heating is sufficiently high. desirable. Even if the coating layer molecules are eluted into the dispersion solvent infiltrating the gaps between the stacked metal nanoparticles, the coating layer molecules are transferred from the inside of the coating layer to the outer edge through the narrow gaps. It takes more time to spread and flow out. In order to effectively suppress the reattachment of the coating layer molecules during the progress of the sintering between the metal nanoparticles, it is desirable to use the organic solvent exhibiting the high solubility described above.

すなわち、分散溶媒として利用される有機溶剤は、金属ナノ粒子表面の被覆層分子に対する親和性を示すものの、室温付近では、かかる有機溶剤中へ金属ナノ粒子表面の被覆層分子は、容易には溶出することはないが、加熱に付随して、溶解度が上昇し、100℃以上に加熱した際には、かかる有機溶剤中へ被覆層分子が溶出可能となるものが利用される。例えば、金属ナノ粒子の表面に被覆層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどアミン化合物に対しては、そのアルキル基部分と親和性を示す、鎖状の炭化水素基を含有するが、かかるアミン化合物の溶解性が高すぎ、室温付近でも、金属ナノ粒子表面の被覆層が消失するような高い極性を示す溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。加えて、低温焼成処理を行う温度においても、熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有し、また、沸点は、少なくとも、80℃以上で、好ましくは、150℃以上、300℃を超えない範囲であることが好ましい。また、微細なラインを形成する際、そのインクジェット法による塗布の工程において、金属ナノ粒子分散液を所望の液粘度範囲に維持することが必要である。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、前記の高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒、例えば、炭素数10〜18のアルカン類、例えば、テトラデカンなど、炭素数8〜12の第一級アルコール類、例えば、1−デカノールなどが好適に用いられる。但し、利用される分散溶媒自体の液粘度は、少なくとも、10 mPa・s(20℃)以下、好ましくは、0.2〜3 mPa・s(20℃)の範囲である溶媒を選択することが望ましい。   That is, the organic solvent used as a dispersion solvent shows affinity for the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles, but the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles easily elute into the organic solvent near room temperature. Although it does not occur, the solubility increases with heating, and when the coating layer molecules can be eluted into the organic solvent when heated to 100 ° C. or higher, those are used. For example, a compound that forms a coating layer on the surface of metal nanoparticles, for example, an amine compound such as an alkylamine contains a chain hydrocarbon group that has an affinity with the alkyl group portion, It is preferable to select a nonpolar solvent or a low polarity solvent instead of a solvent having such a high polarity that the solubility of the amine compound is too high and the coating layer on the surface of the metal nanoparticles disappears even at around room temperature. In addition, even at the temperature at which the low-temperature baking treatment is performed, the thermal stability is high enough to prevent thermal decomposition, and the boiling point is at least 80 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher. It is preferable that the temperature does not exceed 300 ° C. Moreover, when forming a fine line, it is necessary to maintain a metal nanoparticle dispersion liquid in a desired liquid viscosity range in the coating process by the inkjet method. In consideration of the handling property, the non-polar solvent or the low-polar solvent having a high boiling point, which does not easily evaporate near room temperature, such as alkanes having 10 to 18 carbon atoms, such as tetradecane, etc. C8-12 primary alcohols such as 1-decanol are preferably used. However, the liquid viscosity of the dispersion solvent itself used is at least 10 mPa · s (20 ° C.) or less, preferably a solvent having a range of 0.2 to 3 mPa · s (20 ° C.) is selected. desirable.

一方、金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴として噴射して塗布する方法であるインクジェット法を適用して、微細なパターンの描画に利用される。従って、金属ナノ粒子分散液は、採用する描画手法に応じて、適合する液粘度を有するものに、調製することが必要である。具体的には、微細配線パターンの描画にインクジェット法を利用するため、該金属ナノ粒子分散液は、その液粘度を、2〜30 mPa・s(20℃)の範囲に選択することが望ましい。その際、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択されていることがより好ましい。一方、インクジェット法を利用して、微細な液滴を噴射した後、飛翔し、塗布面に着弾する際には、微細な液滴から分散溶媒が一部蒸散する結果、濃縮を受け、その液粘度は、20 Pa・s〜1000 Pa・s(20℃)まで上昇することが望ましい。その際、該濃縮された分散液中における分散溶媒の容積比率は、20〜50体積%の範囲になることがより好ましい。なお、該金属ナノ粒子分散液の液粘度は、用いる金属ナノ粒子の平均粒子径、分散濃度、用いている分散溶媒の種類に依存して決まり、前記の三種の因子を適宜選択して、目的とする液粘度に調節することができる。   On the other hand, the metal nanoparticle dispersion liquid is used for drawing a fine pattern by applying an ink jet method which is a method of spraying and applying as fine droplets. Therefore, it is necessary to prepare the metal nanoparticle dispersion liquid having a liquid viscosity suitable for the drawing technique employed. Specifically, in order to use an inkjet method for drawing a fine wiring pattern, it is desirable to select the liquid viscosity of the metal nanoparticle dispersion in the range of 2 to 30 mPa · s (20 ° C.). At that time, the volume ratio of the dispersion solvent in the dispersion is more preferably selected in the range of 55 to 80% by volume. On the other hand, when jetting fine droplets using the ink jet method, and then flying and landing on the coated surface, the dispersion solvent partially evaporates from the fine droplets, resulting in concentration, and the liquid The viscosity is desirably increased to 20 Pa · s to 1000 Pa · s (20 ° C.). At that time, the volume ratio of the dispersion solvent in the concentrated dispersion is more preferably in the range of 20 to 50% by volume. The liquid viscosity of the metal nanoparticle dispersion is determined depending on the average particle diameter of the metal nanoparticles to be used, the dispersion concentration, and the type of the dispersion solvent being used. The liquid viscosity can be adjusted.

具体的には、金属ナノ粒子分散液の組成は、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択されている際、その液粘度を、2〜30 mPa・s(20℃)の範囲となるが、仮に、配合される分散溶媒の量を減じて、分散溶媒の容積比率が20〜50体積%の範囲となる、対応する濃厚な分散液を調製すると、かかる濃厚な分散液の示す液粘度は、20 Pa・s〜1000 Pa・s(20℃)の範囲となるように選択することが好ましい。   Specifically, the composition of the metal nanoparticle dispersion is such that when the volume ratio of the dispersion solvent in the dispersion is selected in the range of 55 to 80% by volume, the liquid viscosity is 2 to 30 mPa · s (20 ° C.), but if the amount of the dispersion solvent to be blended is reduced, the volume ratio of the dispersion solvent is in the range of 20 to 50% by volume, and a corresponding concentrated dispersion is prepared. The liquid viscosity exhibited by such a thick dispersion is preferably selected so as to be in the range of 20 Pa · s to 1000 Pa · s (20 ° C.).

例えば、分散溶媒として、上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒に加えて、液粘度を調整するとともに、加熱した際、被覆層分子の溶出に利し、一方、室温付近では、被覆層分子の離脱を抑制する機能、さらには、離脱に対する補償機能を示すような、比較的に低極性の液状有機物を添加、配合することができる。かかる補足的に添加、配合される低極性の液状有機物は、主な溶媒成分に対して、均一な混合を達成でき、また、その沸点は、主な溶媒成分と同様に高沸点であることが望ましい。例えば、主な溶媒成分が、炭素数8〜12の第一級アルコール類、例えば、1−デカノールなどである際には、2−エチル−1,3−ヘキサンジオールなどの分岐のジオール類、また、主な溶媒成分が、炭素数10〜18のアルカン類、例えば、テトラデカンなどである際には、ビス2−エチルヘキシルアミンなどの分岐を有するジアルキルアミン類などを、補足的に添加、配合される低極性の液状有機物として利用することができる。   For example, as a dispersion solvent, in addition to the above-mentioned nonpolar solvent or low polarity solvent that exhibits a high boiling point, the liquid viscosity is adjusted, and when heated, it is useful for elution of coating layer molecules, while at around room temperature, A relatively low-polar liquid organic substance that exhibits a function of suppressing the separation of the coating layer molecules and a function of compensating for the separation can be added and blended. Such a low-polarity liquid organic substance added and blended can achieve uniform mixing with the main solvent component, and the boiling point of the liquid organic material should be as high as the main solvent component. desirable. For example, when the main solvent component is a primary alcohol having 8 to 12 carbon atoms, such as 1-decanol, branched diols such as 2-ethyl-1,3-hexanediol, When the main solvent component is an alkane having 10 to 18 carbon atoms, such as tetradecane, a dialkylamine having a branch such as bis-2-ethylhexylamine is supplementally added and blended. It can be used as a low-polar liquid organic material.

金属ナノ粒子分散液は、加熱した際、重合を起こし、硬化する熱硬化型のエポキシ樹脂成分など、バインダ樹脂成分や被覆剤分子との反応性を示す酸無水物等を含有していない構成とすることで、低温焼成処理を進める過程においても、内部で、重合物の生成は無く、分散溶媒自体の流動性を顕著に低下させる要因を排除している。   The metal nanoparticle dispersion does not contain acid anhydrides or the like that are reactive with binder resin components and coating molecules, such as thermosetting epoxy resin components that undergo polymerization and cure when heated. As a result, even in the process of proceeding with the low-temperature baking treatment, no polymer is formed inside, and the factors that significantly reduce the fluidity of the dispersion solvent itself are eliminated.

加熱処理に際して、金属ナノ粒子の表面を被覆しているアルキルアミンなどの被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱され、金属ナノ粒子相互の凝集を抑制していた被覆層が消失する。その結果、徐々に金属ナノ粒子の融着、融合による凝集が進行し、最終的にランダムチェーンが形成される。その際、金属ナノ粒子相互の低温焼結が進行するとともに、金属ナノ粒子間の隙間空間が減少し、全体の体積収縮が起こり、ランダムチェーンが相互に緻密な接触を達成する。その金属ナノ粒子間の隙間空間が減少する際、この隙間空間を占めている分散溶媒は、流動性を保持するので、金属ナノ粒子間の隙間が隘路となったとしても、外部へと押し出され、全体の体積収縮が進行する。この低温焼成過程における、加熱処理温度は、有機半導体層に損傷を与えない温度範囲に選択する。具体的には、有機半導体層の作製時、有機半導体材料の蒸着源の加熱温度以下の温度を選択することが好ましい。従って、低温焼成過程における、加熱処理温度は、通常、250℃以下、好ましくは、100℃〜230℃の範囲、より好ましくは、130℃〜200℃の範囲に選択する。その際、被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱がなされ、得られる金属ナノ粒子の焼結体は、不均一な金属ナノ粒子の凝集を反映する表面の凹凸の無い、平滑な面形状を示す。加えて、より緻密で、極めて低抵抗、例えば、体積固有抵抗率は10×10-6Ω・cm以下の導電体層となる。一方、全体の体積収縮に伴い、外部への押し出される分散溶媒と、それに溶解する被覆層分子は、加熱を継続する間に、徐々に蒸散して、最終的に得られる金属ナノ粒子の焼結体内に、残余する有機物量は、極限られたものとなる。具体的には、バインダー樹脂成分として、前記の低温焼成工程を終えた後も、得られる金属ナノ粒子の焼結体中に残留し、導電体層の構成要素となる熱硬化性樹脂成分などを含有していないので、導電体層中における金属ナノ粒子の焼結体自体の体積占有率が高いものとなる。その結果、金属ナノ粒子の焼結体自体の低い体積抵抗率に加えて、かかる導電体層全体の熱伝導率も、その金属体の体積占有率の高さによって、格段に優れたものとなる。その双方の利点から、流れる電流密度が高い場合における、微細な配線パターンを形成する上で、該金属ナノ粒子分散液を利用する微細な焼結体層の形成はより適するものとなる。

本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、前記の低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層を、ソース電極およびドレイン電極の形成に利用している。従って、利用する金属ナノ粒子を構成する金属種は、有機半導体層に対する、ソース電極およびドレイン電極に適する金属種を選択する。例えば、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
During the heat treatment, the coating layer molecules such as alkylamine coating the surface of the metal nanoparticles are eluted and separated from the dispersion solvent, and the coating layer that has suppressed the aggregation of the metal nanoparticles disappears. As a result, the metal nanoparticles are gradually fused and agglomerated by fusion, and finally a random chain is formed. At this time, the low-temperature sintering of the metal nanoparticles proceeds, the space between the metal nanoparticles decreases, the entire volume shrinks, and the random chains achieve close contact with each other. When the space between the metal nanoparticles decreases, the dispersion solvent that occupies this space maintains fluidity, so even if the space between the metal nanoparticles becomes a bottleneck, it is pushed out to the outside. The whole volume shrinkage proceeds. The heat treatment temperature in this low-temperature firing process is selected within a temperature range that does not damage the organic semiconductor layer. Specifically, it is preferable to select a temperature lower than the heating temperature of the vapor deposition source of the organic semiconductor material when the organic semiconductor layer is manufactured. Therefore, the heat treatment temperature in the low-temperature firing process is usually selected to be 250 ° C. or lower, preferably in the range of 100 ° C. to 230 ° C., more preferably in the range of 130 ° C. to 200 ° C. At that time, the coating layer molecules are eluted and separated in the above-mentioned dispersion solvent, and the obtained sintered metal nanoparticles have a smooth surface without surface irregularities reflecting non-uniform aggregation of metal nanoparticles. Show shape. In addition, the conductor layer is denser and has a very low resistance, for example, a volume resistivity of 10 × 10 −6 Ω · cm or less. On the other hand, as the entire volume shrinks, the dispersion solvent extruded to the outside and the coating layer molecules dissolved in the solvent gradually evaporate while continuing to heat, and finally the resulting metal nanoparticles are sintered. The amount of organic matter remaining in the body is limited. Specifically, as a binder resin component, a thermosetting resin component that remains in the sintered body of the obtained metal nanoparticles after the low-temperature firing step and becomes a constituent element of the conductor layer, etc. Since it does not contain, the volume occupation rate of the sintered body of the metal nanoparticles in the conductor layer itself is high. As a result, in addition to the low volume resistivity of the sintered body of metal nanoparticles itself, the thermal conductivity of the entire conductor layer is also greatly improved due to the high volume occupancy of the metal body. . From the advantages of both, the formation of a fine sintered body layer using the metal nanoparticle dispersion is more suitable for forming a fine wiring pattern when the flowing current density is high.

In the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention, a conductor layer made of a sintered body of metal nanoparticles formed by the low-temperature baking treatment is used for forming a source electrode and a drain electrode. Therefore, the metal species constituting the metal nanoparticles to be used are selected from metal species suitable for the source electrode and the drain electrode for the organic semiconductor layer. For example, the metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion are selected from the group of metals consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, tantalum, bismuth, indium, tin, titanium, and aluminum. A nanoparticle composed of one type of metal, a mixture of nanoparticles composed of two or more types of metals, or a nanoparticle composed of an alloy of two or more types of metals selected from the group of the metals. preferable.

例えば、ペンタセンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。また、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。   For example, in the case of an organic semiconductor layer formed of pentacene, the metal nanoparticles are selected from the group of metals consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, or a single type of metal, or Nanoparticles made of an alloy of two or more metals selected from the metal group are preferred. In the case of an organic semiconductor layer formed of hexadecafluorocopper phthalocyanine, the metal nanoparticles are selected from the group of metals consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, and are made of a single type of metal. Nanoparticles made of an alloy of two or more metals selected from the group of particles or the metal are preferred.

作製されるソース電極とドレイン電極の膜厚:TS,TDは、50nm〜1000nmの範囲に、好ましくは、100nm〜300nmの範囲に選択する。それに対応して、金属ナノ粒子の焼結体の作製に利用される、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)は、TS,TDを基準として、その1/20以下の範囲、好ましくは、1/30以下の範囲に選択することが望ましい。例えば、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)は、1〜20nmの範囲に選択することが望ましい。 The film thicknesses T S and T D of the source electrode and drain electrode to be produced are selected in the range of 50 nm to 1000 nm, preferably in the range of 100 nm to 300 nm. Correspondingly, the average particle diameter D (diameter) of the metal nanoparticles used for the production of the sintered body of the metal nanoparticles is a range of 1/20 or less with respect to T S and T D , Preferably, it is desirable to select in the range of 1/30 or less. For example, the average particle diameter D (diameter) of the metal nanoparticles is preferably selected in the range of 1 to 20 nm.

金属ナノ粒子を構成する金属種として、高い導電性に加えて、延性、展性にも優れる金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかを選択することがより好ましく、なかでも、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用することがさらに好ましい。例えば、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用する際にも、かかる金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)を、1〜20nmの範囲に選択し、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、該金属ナノ粒子の含有量を、40質量%以上に選択する形態とすることがより望ましい。   It is more preferable to select one of gold, silver, copper, platinum, and palladium, which are excellent in ductility and malleability, in addition to high conductivity, as the metal species constituting the metal nanoparticle. Alternatively, it is more preferable to use silver nanoparticles. For example, when using gold nanoparticles or silver nanoparticles, the average particle diameter of such metal nanoparticles: D (diameter) is selected in the range of 1 to 20 nm and included in the original metal nanoparticle dispersion. It is more desirable that the content of the metal nanoparticles be selected to be 40% by mass or more.

低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層では、その表面には、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)に起因する微小な凹凸構造が残る。その微小な凹凸構造は、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)の1/8〜1/4程度である。金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)を、1〜20nmの範囲に選択すると、微小な凹凸構造は、大きくとも、5nm以下となり、その上面の被覆するように有機半導体層を形成する際、実質的に問題とならない範囲である。すなわち、有機半導体層の膜厚:Tchannnelに対して、前記微小な凹凸構造の大きさは、1/10を超えない範囲であり、有機半導体層を積層した際、この微小な凹凸構造を埋め込む形状となる。 In a conductor layer made of a sintered body of metal nanoparticles formed by a low-temperature firing process, a minute uneven structure resulting from the average particle diameter: D (diameter) of metal nanoparticles remains on the surface. The minute concavo-convex structure is about 1/8 to 1/4 of the average particle diameter of metal nanoparticles: D (diameter). When the average particle diameter of the metal nanoparticles: D (diameter) is selected in the range of 1 to 20 nm, the fine concavo-convex structure is at most 5 nm or less, and the organic semiconductor layer is formed so as to cover the upper surface thereof. This is a range that does not substantially cause a problem. That is, the size of the fine concavo-convex structure does not exceed 1/10 with respect to the thickness of the organic semiconductor layer: T channel , and when the organic semiconductor layer is laminated, the fine concavo-convex structure is embedded. It becomes a shape.

また、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を3μm以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、0.5μm〜5μmと非常に小さくなる。   Moreover, when the metal nanoparticle dispersion liquid is sprayed as fine droplets onto the gate insulating film, at least the average diameter of the droplets is set to 3 μm or less, thereby promoting the transpiration of the contained dispersion solvent. At the time of landing, the amount of the dispersion solvent remaining in the droplets of the metal nanoparticle dispersion liquid is significantly reduced, and the fluidity is extremely reduced accordingly. As a result, the droplets of the metal nanoparticle dispersion to be ejected are small, and the fluidity of the metal nanoparticle dispersion of the landed droplet is also lowered, so the metal nanoparticles formed per droplet The diameter of the application dots of the dispersion liquid is as very small as 0.5 μm to 5 μm.

従って、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、0.5〜5μmであるので、該金属ナノ粒子の塗布層においては、その最小線幅は、塗布ドットの直径の2倍程度とすることが可能である。   Therefore, since the diameter of the coating dot of the metal nanoparticle dispersion formed per droplet is 0.5 to 5 μm, the minimum line width of the coating layer of the metal nanoparticle is the size of the coating dot. It is possible to make it about twice the diameter.

従って、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、最小線幅は、塗布ドットの直径の2倍程度、すなわち、1μm〜10μmの範囲となるように、塗布ドットの直径を選択することが可能である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、1μm〜10μmの範囲となるように選択することが可能である。また、描画される線幅のバラツキ(直線からの揺らぎ幅)も、1μm〜10μmの範囲とすることが可能である。   Accordingly, when forming a rectangular pattern of the source electrode and the drain electrode, the pattern drawing accuracy is such that the minimum line width is about twice the diameter of the application dot, that is, the range of 1 μm to 10 μm. It is possible to select the diameter. In other words, the pattern drawing accuracy can be selected so that the minimum space width is in the range of 1 μm to 10 μm. Moreover, the variation in the line width to be drawn (the fluctuation width from the straight line) can be in the range of 1 μm to 10 μm.

一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子の塗布ドットの直径は、インクジェット法によって吐出される液滴のサイズによって決まる。上記の金属ナノ粒子の分散液を用いて、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径を、0.5μm〜5μmの範囲とする際、吐出される液滴のサイズ(直径)は、0.3μm〜3μmの範囲とする。この液滴の吐出条件を達成するため、本発明では、超微細インクジェット印刷装置を用いて、吐出される液滴のサイズ(直径)を、0.3μm〜3μmの範囲に設定している。   The diameter of the metal nanoparticle application dots formed per droplet is determined by the size of the droplets ejected by the inkjet method. When the diameter of the coating dot of the metal nanoparticle dispersion formed in one droplet using the metal nanoparticle dispersion is in the range of 0.5 μm to 5 μm, the size of the ejected droplet The (diameter) is in the range of 0.3 μm to 3 μm. In order to achieve this droplet discharge condition, in the present invention, the size (diameter) of the discharged droplet is set in the range of 0.3 μm to 3 μm using an ultrafine inkjet printing apparatus.

実際には、吐出される液滴のサイズ(直径)を、0.3μm〜3μmの範囲とする際、液滴が飛翔する間に、その表面から含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。着弾する直前には、液滴のサイズ(直径)は、0.3μm〜3μmの範囲よりも有意に小さくなっており、また、流動性も極度に低下する結果、塗布ドットの直径を、0.5μm〜5μmの範囲となっている。分散溶媒の蒸散に伴い、液滴の体積が80%まで減少すると、塗布ドットの直径が、0.5μm〜5μmの範囲となる際、その塗布ドットの平均化した高さは、塗布ドットの直径の1/8程度となる。   Actually, when the size (diameter) of the ejected droplet is in the range of 0.3 μm to 3 μm, the transpiration of the dispersion solvent contained from the surface is promoted during the flight of the droplet, and the landing At that time, the amount of the dispersion solvent remaining in the droplets of the metal nanoparticle dispersion liquid is significantly reduced, and the fluidity is extremely reduced accordingly. Immediately before landing, the size (diameter) of the droplet is significantly smaller than the range of 0.3 μm to 3 μm, and the fluidity is extremely reduced. The range is 5 μm to 5 μm. When the volume of the droplet decreases to 80% as the dispersion solvent evaporates, the average height of the coating dot is the diameter of the coating dot when the coating dot diameter is in the range of 0.5 μm to 5 μm. Of about 1/8.

上記の金属ナノ粒子分散液を利用して、超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する場合、各金属ナノ粒子分散液の塗布ドットでは、高い液粘度の分散液となっており、表面での更なる塗れ拡がりは起こらない。従って、描画された金属ナノ粒子分散液の塗布層の側壁面は、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角:θdは、80°≧θd≧60°の範囲とすることが可能である。その後、低温焼成処理を施すと、金属ナノ粒子相互の融着が進行し、塗布層の膜厚;Tdから、金属ナノ粒子の焼結体層の膜厚:Tbakedへと減少する。その減少比率:Tbaked/Tdは、3/4〜3/5程度である。従って、金属ナノ粒子の焼結体層における側壁面も、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角:θbakedは、70°≧θbaked≧45°の範囲とすることが可能である。 When drawing using the above-described metal nanoparticle dispersion using an ultrafine inkjet printing apparatus, each metal nanoparticle dispersion has a high liquid viscosity dispersion on the surface. No further spreading occurs. Therefore, the side wall surface of the drawn coating layer of the metal nanoparticle dispersion is in a state of showing a steep inclination angle. The inclination angle: θ d can be in the range of 80 ° ≧ θ d ≧ 60 °. Thereafter, when a low-temperature firing treatment is performed, the fusion of the metal nanoparticles proceeds, and the film thickness of the coating layer; T d decreases from the film thickness of the sintered layer of the metal nanoparticles: T baked . The reduction ratio: T baked / T d is about 3/4 to 3/5. Therefore, the side wall surface in the sintered body layer of metal nanoparticles also has a steep inclination angle. The inclination angle: θ baked can be in the range of 70 ° ≧ θ baked ≧ 45 °.

本発明で利用される金属ナノ粒子分散液の調製方法を、以下に説明する。   A method for preparing the metal nanoparticle dispersion used in the present invention will be described below.

前記の金属ナノ粒子では、低温焼成過程における、加熱処理温度は、250℃以下、好ましくは、100℃〜230℃の範囲に選択する際も、清浄な金属表面を保持する限り、良好な焼結体を形成することができる。さらには、室温付近でも、これら金属ナノ粒子は、その金属表面を直接接触させると、互いに、融着して、凝集してしまい易い。そのため、例えば、市販されている金属ナノ粒子分散液を原料として、分散溶媒を所望の有機溶剤への変換し、また、適正な分散溶媒の含有比率、液粘度の調整を図って、目的組成の金属ナノ粒子分散液を調製する際、例えば、下記する手順を利用することが望ましい。   In the metal nanoparticles, the heat treatment temperature in the low-temperature firing process is 250 ° C. or less, and preferably selected from the range of 100 ° C. to 230 ° C. The body can be formed. Furthermore, even near room temperature, these metal nanoparticles tend to fuse and aggregate with each other when the metal surface is brought into direct contact. Therefore, for example, using a commercially available metal nanoparticle dispersion as a raw material, the dispersion solvent is converted into a desired organic solvent, and the content ratio of the appropriate dispersion solvent and the liquid viscosity are adjusted to achieve the target composition. When preparing the metal nanoparticle dispersion, it is desirable to use, for example, the following procedure.

原料に利用する、金属ナノ粒子分散液としては、金属ナノ粒子の表面をアルキルアミンなどの表面被覆分子で被覆保護し、かかるアルキルアミンなどの表面被覆分子の溶解性は乏しく、留去が可能な無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中、好ましくは、沸点が少なくとも150℃以下の無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中に、表面被覆分子で被覆された金属ナノ粒子が均一に分散されているものを利用する。先ず、アルキルアミンなどの表面被覆分子の離脱を抑制しつつ、該金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒の除去を行う。   As a metal nanoparticle dispersion used as a raw material, the surface of metal nanoparticles is coated and protected with a surface coating molecule such as alkylamine, and the solubility of the surface coating molecule such as alkylamine is poor and can be distilled off. The metal nanoparticles coated with the surface coating molecules are uniformly dispersed in a nonpolar solvent or a low polarity solvent, preferably a nonpolar solvent having a boiling point of at least 150 ° C. or a low polarity solvent. Use things. First, the dispersion solvent contained in the metal nanoparticle dispersion is removed while suppressing the separation of surface coating molecules such as alkylamine.

該分散溶媒の除去は、減圧留去の手法が適当であるが、この減圧留去の間に、金属ナノ粒子表面の表面被覆分子の脱離を抑制するため、必要に応じて、該被覆層分子に対して、親和性が優り、かつ、減圧留去される分散溶媒よりも、沸点が有意に高い保護用の溶媒成分を添加、混合した上で、減圧留去を行うことができる。例えば、減圧留去される分散溶媒がトルエンであり、金属ナノ粒子の被覆層分子として、アルキルアミンである、ドデシルアミンを利用している場合、前記保護用の溶媒成分として、ジオール系溶媒、例えば、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールなどの各種グリコール類を少量添加することが可能である。加えて、ドデシルアミンなどの、金属ナノ粒子の被覆層分子として利用する、アルキルアミンに代えて、金属ナノ粒子の被覆層分子に利用可能であり、より沸点の高い別種のアミン類を添加することもできる。この別種のアミン類は、分散溶媒の減圧留去に際し、当初に存在する金属ナノ粒子の被覆層分子の一部を置換する目的で利用することもできる。この別種のアミン類などの、置換される被覆層分子成分には、各種グリコール類などの保護用の溶媒成分との親和性を有し、同時に、アミノ基などの配位結合可能な基を具える、沸点の高い液状有機化合物が利用可能である。例えば、2−エチルヘキシルアミンや、ジェファーミンEDR148(2,2−(エチレンジオキシ)ビスエチルアミン)などが利用可能である。   For removing the dispersion solvent, a vacuum distillation method is suitable. During this vacuum distillation, in order to suppress the detachment of the surface coating molecules on the surface of the metal nanoparticles, the coating layer may be removed as necessary. Distillation under reduced pressure can be carried out after adding and mixing a protective solvent component having a higher affinity for the molecule and having a boiling point significantly higher than that of the dispersion solvent distilled under reduced pressure. For example, when the dispersion solvent to be distilled off under reduced pressure is toluene, and a dodecylamine that is an alkylamine is used as the coating layer molecule of the metal nanoparticles, a diol-based solvent, for example, It is possible to add a small amount of various glycols such as dipropylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and ethylene glycol. In addition, in addition to alkylamine, which is used as a metal nanoparticle coating layer molecule, such as dodecylamine, it can be used as a metal nanoparticle coating layer molecule, and another amine having a higher boiling point should be added. You can also. These other types of amines can also be used for the purpose of substituting a part of the coating layer molecules of the metal nanoparticles present initially when the dispersion solvent is distilled off under reduced pressure. The molecular component of the coating layer to be substituted, such as this different type of amine, has an affinity with a solvent component for protection such as various glycols, and at the same time has a group capable of coordinating bonding such as an amino group. A liquid organic compound having a high boiling point can be used. For example, 2-ethylhexylamine and Jeffamine EDR148 (2,2- (ethylenedioxy) bisethylamine) can be used.

前記の金属ナノ粒子分散液を調製する過程において、分散溶媒を上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒へと変換、再分散を行う際、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子以外に、被覆層が欠落して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊が混入する場合もあり、均一な分散化を図った再分散液を、サブ・ミクロン穴径のフィルター、例えば、0.2μmメンブランフィルターで濾過して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊を除く処理を施すことが望ましい。この濾過処理を施すことで、目的とする高沸点の分散溶媒中に、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子が均一に分散した、高い流動性の分散液により高い確実性で調製される。   In the process of preparing the metal nanoparticle dispersion liquid, when the dispersion solvent is converted to a nonpolar solvent or a low polarity solvent having a high boiling point as described above and redispersed, other than metal nanoparticles having a coating layer on the surface In some cases, the coating layer may be missing and the agglomerated metal nanoparticle mass may be mixed, and a redispersed liquid with uniform dispersion may be added to a sub-micron pore size filter, for example, a 0.2 μm membrane. It is desirable to perform a treatment for removing the metal nanoparticle mass that has been aggregated by filtering with a filter. By performing this filtration treatment, it is prepared with high certainty by a highly fluid dispersion liquid in which metal nanoparticles having a coating layer on the surface are uniformly dispersed in a target high boiling point dispersion solvent.

本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、インクジェット印刷法を適用して、上記の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する際、吐出される液滴のサイズ(直径)をより微細化するため、超微細インクジェット印刷装置を用いている。   In the method for producing an organic thin film transistor according to the present invention, when forming a coating film of the above-mentioned metal nanoparticle dispersion by applying an ink jet printing method, the size (diameter) of ejected droplets is further refined. An ultra-fine inkjet printing apparatus is used.

本発明で利用する金属ナノ粒子分散液は、金属ナノ粒子の表面に被覆分子層を設けているが、分散液の液温を上昇させると、該被覆分子層を構成する有機化合物分子は、分散溶媒中に溶出する。この現象を回避するため、インクジェット印刷法における微小液滴の吐出を行う際、分散液の液温を上昇させる、サーマル方式を採用することはできない。従って、分散液の液温上昇を伴わない、微小液滴の吐出手法である、静電吸引方式を採用する。特に、静電吸引方式の特徴である、ノズル先端の開口径と印加電圧を制御することで、吐出される微小液滴の液量:VOを制御できることを利用している。吐出される微小液滴は、その表面張力のため、実質的に球形となり、そのサイズ(直径):DOは、VO=(4/3)π・(DO/2)3の関係を満足する。その際、微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径(直径):Dopenは、DO>Dopen≧1/3・DOの範囲とする。例えば、吐出される微小液滴のサイズ(直径):DOを、0.3μmに選択する際には、ノズル先端の開口径(直径):Dopenは、0.3μm>Dopen≧0.1μmの範囲とする。 The metal nanoparticle dispersion used in the present invention has a coating molecular layer on the surface of the metal nanoparticle. When the liquid temperature of the dispersion is increased, the organic compound molecules constituting the coating molecular layer are dispersed. Elute in the solvent. In order to avoid this phenomenon, it is not possible to employ a thermal method that raises the liquid temperature of the dispersion liquid when ejecting fine droplets in the inkjet printing method. Therefore, an electrostatic attraction method, which is a method for ejecting fine droplets without increasing the liquid temperature of the dispersion, is employed. In particular, it utilizes the fact that the liquid volume: V O of ejected microdroplets can be controlled by controlling the opening diameter of the nozzle tip and the applied voltage, which is a feature of the electrostatic suction method. The ejected microdroplet becomes substantially spherical due to its surface tension, and its size (diameter): D O has a relationship of V O = (4/3) π · (D O / 2) 3 Satisfied. At that time, the opening diameter (diameter) of the nozzle tip that discharges microdroplets: D open is in the range of D O > D open ≧ 1/3 · D O. For example, the size of the fine liquid droplets discharged (diameter): The D O, when selecting the 0.3 [mu] m, the opening diameter of the nozzle tip (diameter): D open is, 0.3μm> D open ≧ 0. The range is 1 μm.

本発明で利用する超微細インクジェット印刷装置では、その微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径(直径):Dopenを、例えば、0.1μm〜1μmの範囲に選択している。 In the ultra-fine inkjet printing apparatus used in the present invention, the opening diameter (diameter): D open at the nozzle tip for discharging the fine droplets is selected in the range of 0.1 μm to 1 μm, for example.

特開2004−164487号公報に開示される超微細流体ジェット装置の動作原理を採用した、静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置は、前記の目的に好適に利用できる。特許第3975272号公報に記載される超微細流体ジェット装置では、絶縁体で形成されるノズルは、ノズル先端の開口径が10nm〜8,000nmの範囲、例えば、100nm〜1000nmの範囲の極めて小さな開口径に選択可能なノズルである。一方、このノズル先端と塗布対象面との距離は、例えば、100μm以下に選択されている。   An electrostatic suction type ultra-fine inkjet printing apparatus that employs the operating principle of the ultra-fine fluid jet apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-164487 can be suitably used for the above-described purpose. In the ultrafine fluid jet apparatus described in Japanese Patent No. 3975272, the nozzle formed of an insulator has an extremely small opening with a nozzle tip opening diameter in the range of 10 nm to 8,000 nm, for example, in the range of 100 nm to 1000 nm. This nozzle is selectable for the aperture. On the other hand, the distance between the nozzle tip and the application target surface is selected to be 100 μm or less, for example.

描画される微細なパターンの最小パターン・サイズを考慮した上で、そのノズル先端の開口径(直径):Dopenを、10nm〜8,000nmの範囲で適宜選択される。 In consideration of the minimum pattern size of the fine pattern to be drawn, the opening diameter (diameter): D open at the nozzle tip is appropriately selected in the range of 10 nm to 8,000 nm.

一方、該超微細インクジェット印刷用ノズルを利用して、微小液滴として吐出させる、金属ナノ粒子分散液中に含有される、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)は、少なくとも、ノズル先端の開口径(直径):Dopenを基準として、1/2・Dopen≧Dの範囲に選択する。通常、金属ナノ粒子の平均粒子径:D(直径)は、ノズル先端の開口径(直径):Dopenを基準として、1/5・Dopen≧D≧1/200・Dopenの範囲、好ましくは、1/10・Dopen≧D≧1/100・Dopenの範囲に選択する。 On the other hand, the average particle diameter D (diameter) of the metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle dispersion that is discharged as fine droplets using the ultrafine inkjet printing nozzle is at least the tip of the nozzle opening diameter (diameter): based on the D open, selected within the range of 1/2 · D open ≧ D . Usually, the average particle diameter D (diameter) of the metal nanoparticles is 1/5 · D open ≧ D ≧ 1/200 · D open , preferably based on the opening diameter (diameter) of the nozzle tip: D open. Is selected in the range of 1/10 · D open ≧ D ≧ 1/100 · D open .

また、かかる微細な開口径を有する絶縁体製ノズル・チップは、ノズル内部の穴径は、その基部の管内径より、ノズル先端の開口径まで、徐々に細くなるテーパー状の内壁面構造を有するものとする。また、ノズルの壁面層の厚さ(肉厚)は、一般に、径方向では均一にするため、その断面形状は、内壁面と外面とは同心円の形態とされる。加えて、ノズル先端の開口から基部の穴まで、同一の中心軸を有する回転対称性を有する内壁面構造と外面構造を持つ、尖頭状の外形形状を示すノズル・チップに設計する。   Further, the insulating nozzle tip having such a fine opening diameter has a tapered inner wall surface structure in which the hole diameter inside the nozzle gradually decreases from the tube inner diameter of the base to the opening diameter of the nozzle tip. Shall. In addition, in general, the wall surface layer thickness (wall thickness) of the nozzle is uniform in the radial direction, so that the inner wall surface and the outer surface have a concentric shape. In addition, the nozzle tip is designed to have a pointed outer shape having an inner wall surface structure and an outer surface structure having rotational symmetry from the opening at the nozzle tip to the hole at the base, and having the same central axis.

該ノズル・チップの内側に、金属ナノ粒子分散液と接し、該分散液に電界を印加する電極を配置する。また、ノズルの先端部の外面にも電極を設け、該ノズル内部の電極との間に印加される電圧によって、金属ナノ粒子分散液中に電界が印加される状態とされる。   An electrode that contacts the metal nanoparticle dispersion and applies an electric field to the dispersion is disposed inside the nozzle tip. An electrode is also provided on the outer surface of the tip of the nozzle, and an electric field is applied to the metal nanoparticle dispersion by a voltage applied between the electrode and the electrode inside the nozzle.

そのノズルの壁面層の厚さ(肉厚)は、通常、ノズル基部では、連結される液導入管部の末端における導入管の管肉厚を超えない範囲に選択することが望ましい。そして、ノズルの先端に進むにつれて、壁面層の厚さ(肉厚)を徐々に薄くする形態とする。その最も壁面層の厚さ(肉厚)が薄くなる先端部においても、ノズルに要求される機械的強度を満足するように、ノズルを構成する材料に応じて、その厚さ(肉厚)を適宜選択する。   In general, it is desirable that the thickness (wall thickness) of the wall surface layer of the nozzle is selected within a range that does not exceed the pipe wall thickness of the introduction pipe at the end of the liquid introduction pipe section to be connected at the nozzle base. Then, the thickness (wall thickness) of the wall surface layer is gradually reduced as the nozzle is advanced. Even at the tip part where the wall surface layer thickness (thickness) is the thinnest, the thickness (thickness) is set according to the material constituting the nozzle so as to satisfy the mechanical strength required for the nozzle. Select as appropriate.

該ノズルから吐出させ、塗布する対象の金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径1〜100nm、望ましくは平均粒子径1〜20nmの金属ナノ粒子、例えば、該金属元素として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウムなどの金属単体、あるいは、それらの合金からなる金属ナノ粒子を含む分散液が利用される。かかる金属ナノ粒子を含有する分散液を、その液粘度を2mPa・s〜30mPa・s(20℃)の範囲に調製された分散液として、吐出させる。ノズル内壁面は、吐出を行う際、該固体分散媒質と接触するので、一定以上の磨耗耐性を有する絶縁材料で作製することが望ましい。すなわち、ノズルの絶縁材料は、かかる硬度、磨耗特性、弾性変形に対する機械的強度、また、絶縁破壊電界強度などの要件を満足するものが利用される。   As a metal nanoparticle dispersion liquid to be ejected from the nozzle and applied, metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm, preferably an average particle diameter of 1 to 20 nm, for example, as the metal element, gold, silver, copper, Dispersions containing metal nanoparticles made of simple metals such as platinum, palladium, nickel, aluminum, or alloys thereof are used. The dispersion liquid containing the metal nanoparticles is discharged as a dispersion liquid having a liquid viscosity of 2 mPa · s to 30 mPa · s (20 ° C.). Since the inner wall surface of the nozzle comes into contact with the solid dispersion medium during ejection, it is desirable that the nozzle inner wall surface be made of an insulating material having a certain level of wear resistance. That is, as the insulating material of the nozzle, a material that satisfies such requirements as hardness, wear characteristics, mechanical strength against elastic deformation, and breakdown electric field strength is used.

ノズル先端の開口径(直径):Dopenが、200nmの場合、吐出される微小液滴のサイズ(直径):DOは、約1μm程度と見積もられ、その微小液滴の液量:VOは、約0.7fLに相当している。 When the opening diameter (diameter) of the nozzle tip: Dopen is 200 nm, the size (diameter): D O of the ejected microdroplet is estimated to be about 1 μm, and the liquid volume of the microdroplet: V O corresponds to about 0.7 fL.

従って、上記の微小口径ノズルを利用する超微細インクジェット印刷装置を用いる際、吐出される微小液滴の液量は、0.3フェムトリットル〜1フェムトリットルの範囲に選択すること好ましい。   Therefore, when using the ultra-fine inkjet printing apparatus that uses the above-described fine-bore nozzle, it is preferable to select the liquid volume of the discharged fine droplets in the range of 0.3 femtoliter to 1 femtoliter.

本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。   In the method for producing an organic thin film transistor according to the second aspect of the present invention, the organic thin film transistor to be produced is formed by forming an organic semiconductor film on the gate insulating film, and then forming a source electrode and a drain electrode on the surface of the organic semiconductor film. Form.

その際、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程では、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。さらには、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法を利用することが好ましい。   At that time, in the step of forming the organic semiconductor film on the gate insulating film, the technique used in the method for manufacturing the organic thin film transistor according to the first embodiment can be used. Furthermore, when a thin film layer of an organic semiconductor is formed on the gate insulating film, a method of previously forming a “self-assembled monomolecular film” of an organic compound constituting the organic semiconductor on the surface of the gate insulating film is used. Is preferred.

加えて、有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程でも、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。   In addition, also in the step of forming the source electrode and the drain electrode on the surface of the organic semiconductor film, the technique used in the method for manufacturing the organic thin film transistor according to the first embodiment can be used.

その際、膜厚:Tchannnelの有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子分散液の塗布膜が形成される。この金属ナノ粒子分散液の塗布膜中には、分散溶媒が含まれているが、塗布された時点で、分散溶媒の一部は蒸散除去された状態となっている。そのため、残留している分散溶媒中に溶出する有機半導体の量は僅かである。さらに、低温焼成処理を施す際、分散溶媒が蒸散されると、有機半導体膜と形成される金属ナノ粒子の焼結体層との界面に、溶出していた有機半導体は再析出する。 At that time, a coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid is formed on the surface of the organic semiconductor film having a film thickness of T channel . The coating film of the metal nanoparticle dispersion contains a dispersion solvent, but at the time of application, a part of the dispersion solvent has been removed by evaporation. For this reason, the amount of the organic semiconductor eluted in the remaining dispersion solvent is small. Further, when the dispersion solvent is evaporated during the low-temperature baking treatment, the eluted organic semiconductor is re-deposited at the interface between the organic semiconductor film and the sintered layer of the metal nanoparticles to be formed.

結果的に、一旦形成される有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子の焼結体層が接する界面の近傍では、部分的に有機半導体膜の溶出と、再析出に起因して、有機半導体分子の配向に乱れが導入される。しかしながら、ソース電極およびドレイン電極の直下の領域においても、有機半導体膜とゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体分子の配向は保持されている。   As a result, in the vicinity of the interface where the sintered layer of the metal nanoparticles is in contact with the surface of the organic semiconductor film once formed, organic semiconductor molecules are partially caused by elution and reprecipitation of the organic semiconductor film. Disturbance is introduced into the orientation of the film. However, the orientation of the organic semiconductor molecules in the vicinity of the interface between the organic semiconductor film and the gate insulating film is maintained even in the region immediately below the source electrode and the drain electrode.

また、金属ナノ粒子分散液の塗布膜から、その周囲への分散溶媒の濡れ拡がりも抑制されている。従って、ソース電極およびドレイン電極によって挟まれている、チャネル領域に形成されている有機半導体膜への影響は実質的に皆無となっている。   Further, wetting and spreading of the dispersion solvent around the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid is also suppressed. Therefore, the organic semiconductor film formed in the channel region sandwiched between the source electrode and the drain electrode has substantially no influence.

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、かかる具体例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Although these examples are examples of the best mode of the present invention, the present invention is not limited to these specific examples.

(実施例1)
実施例1は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
Example 1
Example 1 is an example in which an organic thin film transistor using an organic semiconductor layer made of pentacene as an operating layer is manufactured by applying the method for manufacturing an organic thin film transistor according to the first aspect of the present invention.

実施例1で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。   The organic thin film transistor manufactured in Example 1 has the following configuration.

基板1として、厚さ500μmのポリエチレンテレフタレートフィルム基板を用いている。あるいは、厚さ500μmのガラス基板を用いている。   As the substrate 1, a polyethylene terephthalate film substrate having a thickness of 500 μm is used. Alternatively, a glass substrate having a thickness of 500 μm is used.

ゲート電極2は、TFTのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長:LGは、1μmに、ゲート幅:WGは、300μmに選択している。ゲート電極2の金属種は、アルミニウムであり、膜厚:Tgate=20nmの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。 In the gate electrode 2, the shape of the channel region portion used for the switching operation of the TFT is rectangular. In the rectangular shape, the gate length: L G is the 1 [mu] m, the gate width: W G is selected 300 [mu] m. The metal species of the gate electrode 2 is aluminum, and a deposited film having a film thickness: T gate = 20 nm is patterned into the above-described shape pattern.

ゲート電極2を被覆し、基板1の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3を形成する。その際、ゲート電極2の直上のAlOx層の膜厚:TAlOxは、TAlOx=3.6nmとしている。また、基板1の表面上の領域では、AlOx膜上に、自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成しており、該SAM膜の膜厚は、2.1nmとしている。 A gate insulating film 3 made of a self-assembled monolayer (SAM film) / AlO x is formed so as to cover the gate electrode 2 and cover the entire surface of the substrate 1. At that time, the thickness of AlO x layer immediately above the gate electrode 2: T AlOx has a T AlOx = 3.6 nm. In the region on the surface of the substrate 1, a self-assembled monomolecular film (SAM film) is formed on the AlO x film, and the film thickness of the SAM film is 2.1 nm.

ゲート絶縁膜3上、ゲート電極2を挟む位置に、ソース電極4、ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃、)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   A coating film of a metal nanoparticle dispersion for forming the source electrode 4 and the drain electrode 5 is formed on the gate insulating film 3 at a position sandwiching the gate electrode 2. The metal nanoparticle dispersion was prepared by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D: 3 nm. (Tetradecane, viscosity 2.0-2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). In the metal nanoparticle dispersion, 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of N14 as the dispersion solvent are contained per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径:Dopenを0.2μmに選択し、噴射される液滴量を0.7fLに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量VO:0.7fLの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径:DO(直径)は、1μmに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量0.7fLの一液滴で描画されるドットの径は、平均1〜2μmである。 Using silver nanoparticle dispersion of the bore diameter of the discharge hole of the ultra-fine inkjet device: Select D open to 0.2 [mu] m, and set the droplet volume to be injected into 0.7FL, to form a coating film . Assuming that a droplet having a droplet volume V O of 0.7 fL at the time of ejection has a spherical shape, the droplet diameter: D O (diameter) corresponds to 1 μm. Under these coating conditions, the average diameter of dots drawn with one droplet of 0.7 fL of droplet volume at the time of ejection is 1 to 2 μm.

ソース電極4形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LS=2μm、長辺:WS=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TS-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のソース電極側の側端との間隔:ΔLS-Gは、ΔLS-G=1μmに選択している。 The shape of the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid for forming the source electrode 4 is a rectangle having a short side: L S = 2 μm and a long side: W S = 300 μm, and the thickness of the coating film: T S-draw is 0. 3 μm is selected. Spacing and long sides of the rectangular pattern of the coating film, the side edge of the source electrode side of the gate electrode 3: [Delta] L SG is selected [Delta] L SG = 1 [mu] m.

ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LD=2μm、長辺:WD=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TD-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のドレイン電極側の側端との間隔:ΔLD-Gは、ΔLD-G=1μmに選択している。 The shape of the metal nanoparticle dispersion liquid coating film for forming the drain electrode 5 is a rectangle having a short side: L D = 2 μm and a long side: W D = 300 μm, and the thickness of the coating film: T D-draw is 0. 3 μm is selected. The distance between the long side of the rectangular pattern of the coating film and the side edge of the gate electrode 3 on the drain electrode side: ΔL DG is selected to be ΔL DG = 1 μm.

該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度130℃、時間60分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。   The metal nanoparticle dispersion coating film is subjected to a low-temperature baking treatment in a nitrogen gas stream at a temperature of 130 ° C. for 60 minutes to obtain a sintered layer of silver nanoparticles.

別途、ゲート絶縁膜に利用するSAM膜上に、同じ条件で作製される、幅2μm、長さ100μmの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚:Tbakedを測定すると、0.3μmである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、25μΩ・cmであった。 Separately, in a sintered body layer of rectangular silver nanoparticles having a width of 2 μm and a length of 100 μm, which is produced under the same conditions on a SAM film used as a gate insulating film, the average film thickness of the sintered body layer: When T baked is measured, it is 0.3 μm. The resistivity of the silver nanoparticle sintered body layer was 25 μΩ · cm.

低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極4、ドレイン電極5として利用している。従って、ソース電極4、ドレイン電極5の膜厚:TS,TDは、平均0.3μmと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ(微小凹凸):δLS,δLDは、100nmと見積もられる。 A sintered layer of silver nanoparticles obtained by a low-temperature firing treatment is used as the source electrode 4 and the drain electrode 5. Accordingly, the film thicknesses T S and T D of the source electrode 4 and the drain electrode 5 are estimated to be 0.3 μm on average. In addition, the line width disturbance (small irregularities): δL S and δL D at each side of the rectangular pattern of the silver nanoparticle sintered body layer is estimated to be 100 nm.

作製されたソース電極4とドレイン電極5の間隔:LS-Dは、2μmであった。チャネル領域の長さの設計値:Lchannel=3μmに対して、その差(Lchannel−LS-D)は、僅かに1μmであった。 Distance between the produced source electrode 4 and drain electrode 5: L SD was 2 μm. The design value of the length of the channel region: L channel = 3 μm, but the difference (L channel −L SD ) was only 1 μm.

自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3の形成は、下記の工程で行う。まず、Alのゲート電極2の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Alの表面に、AlOx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このAlOx層の表面には、Al−OH型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、AlOx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 を、分散溶媒2−プロパノール中に、分散濃度1質量%以上で分散したものである。液温30℃の該単分子分散溶液中に、12時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 は、AlOx層表面のAl−OH型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、AlOx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
The formation of the gate insulating film 3 made of self-assembled monomolecular film (SAM film) / AlO x is performed in the following steps. First, plasma oxidation is performed on the surface of the Al gate electrode 2 to form an AlO x layer on the Al surface. Thereafter, when a water washing treatment is performed, Al—OH type hydroxy groups are present at a high density on the surface of the AlO x layer. Thereafter, it is immersed in a monomolecular dispersion solution to form a monomolecular film on the surface of the AlO x layer in a self-composing manner. The monomolecular dispersion solution is obtained by dispersing n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) in a dispersion solvent 2-propanol at a dispersion concentration of 1% by mass or more. After immersing in the monomolecular dispersion solution having a liquid temperature of 30 ° C. for 12 hours, the solution is taken out and the remaining dispersion is removed by nitrogen blowing. n- octadecyl phosphonic acid (C 18 H 37 P (= O) (OH) 2) is reacted with Al-OH type hydroxy groups of the AlO x layer surface, result in the formation of an ester bond, the AlO x layer surface A self-assembled monolayer is formed.

AlOx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜3の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、30nmに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度230℃、基板温度60℃を選択している。なお、堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するSAM膜/AlOx積層膜上に、同じ蒸着条件で、ペンタセン蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ペンタセン蒸着膜の膜厚の測定は、ペンタセン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。 Pentacene is deposited on the surface of the gate insulating film 3 on which the “self-assembled monolayer” is formed on the surface of the AlO x layer by vapor deposition. The film thickness of the deposited pentacene vapor deposition film: T channel is selected to be 30 nm. As the pentacene vapor deposition conditions, a pentacene vapor deposition source temperature of 230 ° C. and a substrate temperature of 60 ° C. are selected. The film thickness of the deposited pentacene vapor film: T channel is separately prepared on the SAM film / AlO x laminated film used for the gate insulating film under the same vapor deposition conditions, and the vapor deposition time and vapor deposition. This is an estimated value based on the result of measuring the correlation of film thickness. At that time, the thickness of the pentacene vapor-deposited film can be measured by ellipsometry, assuming that the relative refractive index of the pentacene vapor-deposited film is equal to the relative refractive index of the solid.

最終的に、有機半導体層6を所定のパターン形状、長さ:LOS=300μm、幅:WOS=300μmの矩形形状にパターニングする。 Finally, the organic semiconductor layer 6 is patterned into a rectangular shape having a predetermined pattern shape, length: L OS = 300 μm, and width: W OS = 300 μm.

作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧:Vthを、ドレイン・ソース電圧VD-S=−2.5Vの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Vth=−0.5Vと測定された。また、「ON状態」:ゲート電圧:VG-ON=−3Vを印加時のドレイン電流Id-ONと、「OFF状態」:ゲート電圧:VG-OFF=0Vを印加時のドレイン電流Id-ONの比、ON/OFF電流比:Id-ON/Id-OFFは、約1×106であった。 The threshold voltage: V th of the produced organic thin film transistor was measured under the condition of drain-source voltage V DS = −2.5V. The threshold voltage of the organic thin film transistor was measured as V th = −0.5V. Also, “ON state”: drain current I d-ON when applying a gate voltage: V G−ON = −3 V, and “OFF state”: drain current I when applying a gate voltage: V G−OFF = 0V The ratio of d-ON , ON / OFF current ratio: I d-ON / I d-OFF was about 1 × 10 6 .

(実施例2)
実施例2は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
(Example 2)
Example 2 is an example in which an organic thin film transistor using an organic semiconductor layer made of hexadecafluorocopper phthalocyanine as an operating layer is manufactured by applying the method for manufacturing an organic thin film transistor according to the first aspect of the present invention.

実施例2で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。   The organic thin film transistor manufactured in Example 2 has the following configuration.

基板1として、厚さ500μmのポリエチレンテレフタレート基板を用いている。あるいは、厚さ500μmのシリコン酸化膜/Si基板を用いている。   As the substrate 1, a polyethylene terephthalate substrate having a thickness of 500 μm is used. Alternatively, a silicon oxide film / Si substrate having a thickness of 500 μm is used.

ゲート電極2は、TFTのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長:LGは、1μmに、ゲート幅:WGは、300μmに選択している。ゲート電極2の金属種は、アルミニウムであり、膜厚:Tgate=20nmの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。 In the gate electrode 2, the shape of the channel region portion used for the switching operation of the TFT is rectangular. In the rectangular shape, the gate length: L G is the 1 [mu] m, the gate width: W G is selected 300 [mu] m. The metal species of the gate electrode 2 is aluminum, and a deposited film having a film thickness: T gate = 20 nm is patterned into the above-described shape pattern.

ゲート電極2を被覆し、基板1の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3を形成する。その際、ゲート電極2の直上のAlOx層の膜厚:TAlOxは、TAlOx=3.6nmとしている。また、基板1の表面上の領域では、AlOx膜上に、自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成しており、該SAM膜の膜厚は、2.1nmとしている。 A gate insulating film 3 made of a self-assembled monolayer (SAM film) / AlO x is formed so as to cover the gate electrode 2 and cover the entire surface of the substrate 1. At that time, the thickness of AlO x layer immediately above the gate electrode 2: T AlOx has a T AlOx = 3.6 nm. In the region on the surface of the substrate 1, a self-assembled monomolecular film (SAM film) is formed on the AlO x film, and the film thickness of the SAM film is 2.1 nm.

ゲート絶縁膜3上、ゲート電極2を挟む位置に、ソース電極4、ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃、)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   A coating film of a metal nanoparticle dispersion for forming the source electrode 4 and the drain electrode 5 is formed on the gate insulating film 3 at a position sandwiching the gate electrode 2. The metal nanoparticle dispersion was prepared by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D: 3 nm. (Tetradecane, viscosity 2.0-2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). In the metal nanoparticle dispersion, 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of N14 as the dispersion solvent are contained per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径:Dopenを0.2μmに選択し、噴射される液滴量を0.7fLに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量VO:0.7fLの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径:DO(直径)は、1μmに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量0.7fLの一液滴で描画されるドットの径は、平均1〜2μmである。 Using silver nanoparticle dispersion of the bore diameter of the discharge hole of the ultra-fine inkjet device: Select D open to 0.2 [mu] m, and set the droplet volume to be injected into 0.7FL, to form a coating film . Assuming that a droplet having a droplet volume V O of 0.7 fL at the time of ejection has a spherical shape, the droplet diameter: D O (diameter) corresponds to 1 μm. Under these coating conditions, the average diameter of dots drawn with one droplet of 0.7 fL of droplet volume at the time of ejection is 1 to 2 μm.

ソース電極4形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LS=2μm、長辺:WS=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TS-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のソース電極側の側端との間隔:ΔLS-Gは、ΔLS-G=1μmに選択している。 The shape of the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid for forming the source electrode 4 is a rectangle having a short side: L S = 2 μm and a long side: W S = 300 μm, and the thickness of the coating film: T S-draw is 0. 3 μm is selected. Spacing and long sides of the rectangular pattern of the coating film, the side edge of the source electrode side of the gate electrode 3: [Delta] L SG is selected [Delta] L SG = 1 [mu] m.

ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LD=2μm、長辺:WD=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TD-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のドレイン電極側の側端との間隔:ΔLD-Gは、ΔLD-G=1μmに選択している。 The shape of the metal nanoparticle dispersion liquid coating film for forming the drain electrode 5 is a rectangle having a short side: L D = 2 μm and a long side: W D = 300 μm, and the thickness of the coating film: T D-draw is 0. 3 μm is selected. The distance between the long side of the rectangular pattern of the coating film and the side edge of the gate electrode 3 on the drain electrode side: ΔL DG is selected to be ΔL DG = 1 μm.

該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度130℃、時間60分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。   The metal nanoparticle dispersion coating film is subjected to a low-temperature baking treatment in a nitrogen gas stream at a temperature of 130 ° C. for 60 minutes to obtain a sintered layer of silver nanoparticles.

別途、ゲート絶縁膜に利用するSAM膜/AlOx積層膜上に、同じ条件で作製される、幅2μm、長さ300μmの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚:Tbakedを測定すると、0.3μmである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、25μΩ・cmであった。 Separately, a rectangular silver nanoparticle sintered body layer having a width of 2 μm and a length of 300 μm is formed on the SAM film / AlO x laminated film used for the gate insulating film under the same conditions. The average film thickness: T baked is 0.3 μm. The resistivity of the silver nanoparticle sintered body layer was 25 μΩ · cm.

低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極4、ドレイン電極5として利用している。従って、ソース電極4、ドレイン電極5の膜厚:TS,TDは、平均0.3μmと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ(微小凹凸):δLS,δLDは、100nmと見積もられる。 A sintered layer of silver nanoparticles obtained by a low-temperature firing treatment is used as the source electrode 4 and the drain electrode 5. Accordingly, the film thicknesses T S and T D of the source electrode 4 and the drain electrode 5 are estimated to be 0.3 μm on average. In addition, the line width disturbance (small irregularities): δL S and δL D at each side of the rectangular pattern of the silver nanoparticle sintered body layer is estimated to be 100 nm.

作製されたソース電極4とドレイン電極5の間隔:LS-Dは、2μmであった。チャネル領域の長さの設計値:Lchannel=3μmに対して、その差(Lchannel−LS-D)は、僅かに1μmであった。 Distance between the produced source electrode 4 and drain electrode 5: L SD was 2 μm. The design value of the length of the channel region: L channel = 3 μm, but the difference (L channel −L SD ) was only 1 μm.

自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3の形成は、下記の工程で行う。まず、Alのゲート電極2の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Alの表面に、AlOx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このAlOx層の表面には、Al−OH型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、AlOx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 を、分散溶媒2−プロパノール中に、分散濃度1質量%以上で分散したものである。液温30℃の該単分子分散溶液中に、12時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 は、AlOx層表面のAl−OH型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、AlOx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
The formation of the gate insulating film 3 made of self-assembled monomolecular film (SAM film) / AlO x is performed in the following steps. First, plasma oxidation is performed on the surface of the Al gate electrode 2 to form an AlO x layer on the Al surface. Thereafter, when a water washing treatment is performed, Al—OH type hydroxy groups are present at a high density on the surface of the AlO x layer. Thereafter, it is immersed in a monomolecular dispersion solution to form a monomolecular film on the surface of the AlO x layer in a self-composing manner. The monomolecular dispersion solution is obtained by dispersing n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) in a dispersion solvent 2-propanol at a dispersion concentration of 1% by mass or more. After immersing in the monomolecular dispersion solution having a liquid temperature of 30 ° C. for 12 hours, the solution is taken out and the remaining dispersion is removed by nitrogen blowing. n- octadecyl phosphonic acid (C 18 H 37 P (= O) (OH) 2) is reacted with Al-OH type hydroxy groups of the AlO x layer surface, result in the formation of an ester bond, the AlO x layer surface A self-assembled monolayer is formed.

AlOx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜3の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、30nmに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着源温度230℃、基板温度90℃を選択している。なお、堆積される蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するSAM膜/AlOx積層膜上に、同じ蒸着条件で、蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚の測定は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。 Hexadecafluorocopper phthalocyanine is deposited on the surface of the gate insulating film 3 on which the “self-assembled monolayer” is formed on the surface of the AlO x layer by vapor deposition. The thickness of the deposited hexadecafluorocopper phthalocyanine vapor deposition film: T channel is selected to be 30 nm. As the deposition conditions for hexadecafluorocopper phthalocyanine, a deposition source temperature of 230 ° C. and a substrate temperature of 90 ° C. are selected for hexadecafluorocopper phthalocyanine. The film thickness of the deposited film: T channel is separately prepared on the SAM film / AlO x laminated film used for the gate insulating film under the same deposition conditions, and the deposition time and the deposited film thickness. It is an estimated value based on the result of measuring the correlation. At that time, the film thickness of the hexadecafluorocopper phthalocyanine deposited film can be measured by ellipsometry, assuming that the relative refractive index of the hexadecafluorocopper phthalocyanine deposited film is equal to the relative refractive index of the solid. .

最終的に、有機半導体層6を所定のパターン形状、長さ:LOS=300μm、幅:WOS=300μmの矩形形状にパターニングする。 Finally, the organic semiconductor layer 6 is patterned into a rectangular shape having a predetermined pattern shape, length: L OS = 300 μm, and width: W OS = 300 μm.

作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧:Vthを、ドレイン・ソース電圧VS-D=3Vの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Vth=1.5Vと測定された。また、「ON状態」:ゲート電圧:VG-ON=3Vを印加時のドレイン電流Id-ONと、「OFF状態」:ゲート電圧:VG-OFF=0Vを印加時のドレイン電流Id-ONの比、ON/OFF電流比:Id-ON/Id-OFFは、約1×104であった。 The threshold voltage: V th of the manufactured organic thin film transistor was measured under the condition of the drain-source voltage V SD = 3V. The threshold voltage of the organic thin film transistor was measured as V th = 1.5V. Further, “ON state”: drain current I d-ON when applying a gate voltage: V G-ON = 3V, and “OFF state”: drain current I d when applying a gate voltage: V G-OFF = 0V. -ON ratio, ON / OFF current ratio: I d-ON / I d-OFF was about 1 × 10 4 .

(実施例3)
実施例3は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
(Example 3)
Example 3 is an example in which an organic thin film transistor using an organic semiconductor layer made of pentacene as an operating layer is manufactured by applying the method for manufacturing an organic thin film transistor according to the second aspect of the present invention.

実施例3で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。   The organic thin film transistor fabricated in Example 3 has the following configuration.

基板1として、厚さ500μmのポリエチレンナフタレート(PEN)基板を用いている。   As the substrate 1, a polyethylene naphthalate (PEN) substrate having a thickness of 500 μm is used.

ゲート電極2は、TFTのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長:LGは、1μmに、ゲート幅:WGは、300μmに選択している。ゲート電極2の金属種は、Alであり、膜厚:Tgate=20nmの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。 In the gate electrode 2, the shape of the channel region portion used for the switching operation of the TFT is rectangular. In the rectangular shape, the gate length: L G is the 1 [mu] m, the gate width: W G is selected 300 [mu] m. The metal species of the gate electrode 2 is Al, and a deposited film having a film thickness: T gate = 20 nm is patterned into the shape pattern described above.

ゲート電極2を被覆し、基板1の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3を形成する。その際、ゲート電極2の直上のAlOx層の膜厚:TAlOxは、TAlOx=3.6nmとしている。また、基板1の表面上の領域では、AlOx膜上に、自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成しており、該SAM膜の膜厚は、2.1nmとしている。 A gate insulating film 3 made of a self-assembled monolayer (SAM film) / AlO x is formed so as to cover the gate electrode 2 and cover the entire surface of the substrate 1. At that time, the thickness of AlO x layer immediately above the gate electrode 2: T AlOx has a T AlOx = 3.6 nm. In the region on the surface of the substrate 1, a self-assembled monomolecular film (SAM film) is formed on the AlO x film, and the film thickness of the SAM film is 2.1 nm.

自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3の形成は、下記の工程で行う。まず、Alのゲート電極2の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Alの表面に、AlOx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このAlOx層の表面には、Al−OH型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、AlOx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 を、分散溶媒2−プロパノール中に、分散濃度1質量%以上で分散したものである。液温30℃の該単分子分散溶液中に、12時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 は、AlOx層表面のAl−OH型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、AlOx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
The formation of the gate insulating film 3 made of self-assembled monomolecular film (SAM film) / AlO x is performed in the following steps. First, plasma oxidation is performed on the surface of the Al gate electrode 2 to form an AlO x layer on the Al surface. Thereafter, when a water washing treatment is performed, Al—OH type hydroxy groups are present at a high density on the surface of the AlO x layer. Thereafter, it is immersed in a monomolecular dispersion solution to form a monomolecular film on the surface of the AlO x layer in a self-composing manner. The monomolecular dispersion solution is obtained by dispersing n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) in a dispersion solvent 2-propanol at a dispersion concentration of 1% by mass or more. After immersing in the monomolecular dispersion solution having a liquid temperature of 30 ° C. for 12 hours, the solution is taken out and the remaining dispersion is removed by nitrogen blowing. n- octadecyl phosphonic acid (C 18 H 37 P (= O) (OH) 2) is reacted with Al-OH type hydroxy groups of the AlO x layer surface, result in the formation of an ester bond, the AlO x layer surface A self-assembled monolayer is formed.

AlOx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜3の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、30nmに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度230℃、基板温度60℃を選択している。 Pentacene is deposited on the surface of the gate insulating film 3 on which the “self-assembled monolayer” is formed on the surface of the AlO x layer by vapor deposition. The film thickness of the deposited pentacene vapor deposition film: T channel is selected to be 30 nm. As the pentacene vapor deposition conditions, a pentacene vapor deposition source temperature of 230 ° C. and a substrate temperature of 60 ° C. are selected.

その後、有機半導体層6を所定のパターン形状、長さ:LOS=300μm、幅:WOS=300μmの矩形形状にパターニングする。 Thereafter, the organic semiconductor layer 6 is patterned into a rectangular shape having a predetermined pattern shape, length: L OS = 300 μm, and width: W OS = 300 μm.

有機半導体膜6上、ゲート電極2を挟む位置に、ソース電極4、ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10 mPa・s(20℃)である。   A coating film of a metal nanoparticle dispersion for forming the source electrode 4 and the drain electrode 5 is formed on the organic semiconductor film 6 at a position sandwiching the gate electrode 2. The metal nanoparticle dispersion is obtained by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D: 3 nm, and dispersing solvent N14 ( Tetradecane having a viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), a melting point of 5.86 ° C., a boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). In the metal nanoparticle dispersion, 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of N14 as the dispersion solvent are contained per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径:Dopenを0.2μmに選択し、噴射される液滴量を0.7fLに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量VO:0.7fLの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径:DO(直径)は、1μmに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量0.7fLの一液滴で描画されるドットの径は、平均1〜2μmである。 Using silver nanoparticle dispersion of the bore diameter of the discharge hole of the ultra-fine inkjet device: Select D open to 0.2 [mu] m, and set the droplet volume to be injected into 0.7FL, to form a coating film . Assuming that a droplet having a droplet volume V O of 0.7 fL at the time of ejection has a spherical shape, the droplet diameter: D O (diameter) corresponds to 1 μm. Under these coating conditions, the average diameter of dots drawn with one droplet of 0.7 fL of droplet volume at the time of ejection is 1 to 2 μm.

ソース電極4形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LS=2μm、長辺:WS=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TS-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のソース電極側の側端との間隔:ΔLS-Gは、ΔLS-G=1μmに選択している。 The shape of the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid for forming the source electrode 4 is a rectangle having a short side: L S = 2 μm and a long side: W S = 300 μm, and the thickness of the coating film: T S-draw is 0. 3 μm is selected. Spacing and long sides of the rectangular pattern of the coating film, the side edge of the source electrode side of the gate electrode 3: [Delta] L SG is selected [Delta] L SG = 1 [mu] m.

ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LD=2μm、長辺:WD=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TD-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のドレイン電極側の側端との間隔:ΔLD-Gは、ΔLD-G=1μmに選択している。 The shape of the metal nanoparticle dispersion liquid coating film for forming the drain electrode 5 is a rectangle having a short side: L D = 2 μm and a long side: W D = 300 μm, and the thickness of the coating film: T D-draw is 0. 3 μm is selected. The distance between the long side of the rectangular pattern of the coating film and the side edge of the gate electrode 3 on the drain electrode side: ΔL DG is selected to be ΔL DG = 1 μm.

該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度130℃、時間60分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。   The metal nanoparticle dispersion coating film is subjected to a low-temperature baking treatment in a nitrogen gas stream at a temperature of 130 ° C. for 60 minutes to obtain a sintered layer of silver nanoparticles.

別途、ゲート絶縁膜に利用するAlOx膜上に、同じ条件で作製される、幅2μm、長さ300μmの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚:Tbakedを測定すると、0.3μmである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、25μΩ・cmであった。 Separately, an average film thickness of a sintered body layer of silver nanoparticles having a width of 2 μm and a length of 300 μm produced on the same condition on an AlO x film used as a gate insulating film. : T baked is measured to be 0.3 μm. The resistivity of the silver nanoparticle sintered body layer was 25 μΩ · cm.

低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極4、ドレイン電極5として利用している。従って、ソース電極4、ドレイン電極5の膜厚:TS,TDは、平均0.3μmと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ(微小凹凸):δLS,δLDは、100nmと見積もられる。 A sintered layer of silver nanoparticles obtained by a low-temperature firing treatment is used as the source electrode 4 and the drain electrode 5. Accordingly, the film thicknesses T S and T D of the source electrode 4 and the drain electrode 5 are estimated to be 0.3 μm on average. In addition, the line width disturbance (small irregularities): δL S and δL D at each side of the rectangular pattern of the silver nanoparticle sintered body layer is estimated to be 100 nm.

作製されたソース電極4とドレイン電極5の間隔:LS-Dは、2μmであった。チャネル領域の長さの設計値:Lchannel=3μmに対して、その差(Lchannel−LS-D)は、僅かに1μmであった。 Distance between the produced source electrode 4 and drain electrode 5: L SD was 2 μm. The design value of the length of the channel region: L channel = 3 μm, but the difference (L channel −L SD ) was only 1 μm.

作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧:Vthを、ドレイン・ソース電圧VD-S=−2.5Vの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Vth=−0.5Vと測定された。また、「ON状態」:ゲート電圧:VG-ON=−3.0Vを印加時のドレイン電流Id-ONと、「OFF状態」:ゲート電圧:VG-OFF=0Vを印加時のドレイン電流Id-ONの比、ON/OFF電流比:Id-ON/Id-OFFは、約1×106であった。 The threshold voltage: V th of the produced organic thin film transistor was measured under the condition of drain-source voltage V DS = −2.5V. The threshold voltage of the organic thin film transistor was measured as V th = −0.5V. Further, “ON state”: drain voltage I d-ON when applying a gate voltage: V G-ON = −3.0 V, and “OFF state”: drain voltage when applying a gate voltage: V G-OFF = 0V The ratio of current I d-ON , ON / OFF current ratio: I d-ON / I d-OFF was about 1 × 10 6 .

(実施例4)
実施例4は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
Example 4
Example 4 is an example in which an organic thin film transistor using an organic semiconductor layer made of hexadecafluorocopper phthalocyanine as an operation layer is manufactured by applying the method for manufacturing an organic thin film transistor according to the second aspect of the present invention.

実施例4で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。   The organic thin film transistor fabricated in Example 4 has the following configuration.

基板1として、厚さ500μmのポリエチレンナフタレート(PEN)基板を用いている。   As the substrate 1, a polyethylene naphthalate (PEN) substrate having a thickness of 500 μm is used.

ゲート電極2は、TFTのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長:LGは、1μmに、ゲート幅:WGは、300μmに選択している。ゲート電極2の金属種は、Alであり、膜厚:Tgate=20nmの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。 In the gate electrode 2, the shape of the channel region portion used for the switching operation of the TFT is rectangular. In the rectangular shape, the gate length: L G is the 1 [mu] m, the gate width: W G is selected 300 [mu] m. The metal species of the gate electrode 2 is Al, and a deposited film having a film thickness: T gate = 20 nm is patterned into the shape pattern described above.

ゲート電極2を被覆し、基板1の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3を形成する。その際、ゲート電極2の直上のAlOx層の膜厚:TAlOxは、TAlOx=3.6nmとしている。また、基板1の表面上の領域では、AlOx膜上に、自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成しており、該SAM膜の膜厚は、2.1nmとしている。 A gate insulating film 3 made of a self-assembled monolayer (SAM film) / AlO x is formed so as to cover the gate electrode 2 and cover the entire surface of the substrate 1. At that time, the thickness of AlO x layer immediately above the gate electrode 2: T AlOx has a T AlOx = 3.6 nm. In the region on the surface of the substrate 1, a self-assembled monomolecular film (SAM film) is formed on the AlO x film, and the film thickness of the SAM film is 2.1 nm.

自己組織化単分子膜(SAM膜)/AlOxからなるゲート絶縁膜3の形成は、下記の工程で行う。まず、Alのゲート電極2の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Alの表面に、AlOx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このAlOx層の表面には、Al−OH型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、AlOx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 を、分散溶媒2−プロパノール中に、分散濃度1質量%以上で分散したものである。液温30℃の該単分子分散溶液中に、12時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。n−オクタデシルホスホン酸(C 18 37 P(=O)(OH) 2 は、AlOx層表面のAl−OH型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、AlOx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。 The formation of the gate insulating film 3 made of self-assembled monomolecular film (SAM film) / AlO x is performed in the following steps. First, plasma oxidation is performed on the surface of the Al gate electrode 2 to form an AlO x layer on the Al surface. Thereafter, when a water washing treatment is performed, Al—OH type hydroxy groups are present at a high density on the surface of the AlO x layer. Thereafter, it is immersed in a monomolecular dispersion solution to form a monomolecular film on the surface of the AlO x layer in a self-composing manner. The monomolecular dispersion solution is obtained by dispersing n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 P (═O) (OH) 2 ) in a dispersion solvent 2-propanol at a dispersion concentration of 1% by mass or more. After immersing in the monomolecular dispersion solution having a liquid temperature of 30 ° C. for 12 hours, the solution is taken out and the remaining dispersion is removed by nitrogen blowing. n- octadecyl phosphonic acid (C 18 H 37 P (= O) (OH) 2) is reacted with Al-OH type hydroxy groups of the AlO x layer surface, result in the formation of an ester bond, the AlO x layer surface A self-assembled monolayer is formed.

AlOx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜3の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚:Tchannnelは、30nmに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、蒸着源温度230℃、基板温度90℃を選択している。 Hexadecafluorocopper phthalocyanine is deposited on the surface of the gate insulating film 3 on which the “self-assembled monolayer” is formed on the surface of the AlO x layer by vapor deposition. The thickness of the deposited hexadecafluorocopper phthalocyanine vapor deposition film: T channel is selected to be 30 nm. As the deposition conditions for hexadecafluorocopper phthalocyanine, a deposition source temperature of 230 ° C. and a substrate temperature of 90 ° C. are selected.

その後、有機半導体層6を所定のパターン形状、長さ:LOS=300μm、幅:WOS=300μmの矩形形状にパターニングする。 Thereafter, the organic semiconductor layer 6 is patterned into a rectangular shape having a predetermined pattern shape, length: L OS = 300 μm, and width: W OS = 300 μm.

有機半導体膜6上、ゲート電極2を挟む位置に、ソース電極4、ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10 mPa・s(20℃)である。   A coating film of a metal nanoparticle dispersion for forming the source electrode 4 and the drain electrode 5 is formed on the organic semiconductor film 6 at a position sandwiching the gate electrode 2. The metal nanoparticle dispersion is obtained by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D: 3 nm, and dispersing solvent N14 ( Tetradecane having a viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), a melting point of 5.86 ° C., a boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). In the metal nanoparticle dispersion, 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of N14 as the dispersion solvent are contained per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径:Dopenを0.2μmに選択し、噴射される液滴量を0.7fLに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量VO:0.7fLの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径:DO(直径)は、1μmに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量0.7fLの一液滴で描画されるドットの径は、平均1〜2μmである。 Using silver nanoparticle dispersion of the bore diameter of the discharge hole of the ultra-fine inkjet device: Select D open to 0.2 [mu] m, and set the droplet volume to be injected into 0.7FL, to form a coating film . Assuming that a droplet having a droplet volume V O of 0.7 fL at the time of ejection has a spherical shape, the droplet diameter: D O (diameter) corresponds to 1 μm. Under these coating conditions, the average diameter of dots drawn with one droplet of 0.7 fL of droplet volume at the time of ejection is 1 to 2 μm.

ソース電極4形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LS=2μm、長辺:WS=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TS-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のソース電極側の側端との間隔:ΔLS-Gは、ΔLS-G=1μmに選択している。 The shape of the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid for forming the source electrode 4 is a rectangle having a short side: L S = 2 μm and a long side: W S = 300 μm, and the thickness of the coating film: T S-draw is 0. 3 μm is selected. Spacing and long sides of the rectangular pattern of the coating film, the side edge of the source electrode side of the gate electrode 3: [Delta] L SG is selected [Delta] L SG = 1 [mu] m.

ドレイン電極5形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺:LD=2μm、長辺:WD=300μmの矩形とし、塗布膜の厚さ:TD-drawは、0.3μmに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極3のドレイン電極側の側端との間隔:ΔLD-Gは、ΔLD-G=1μmに選択している。 The shape of the metal nanoparticle dispersion liquid coating film for forming the drain electrode 5 is a rectangle having a short side: L D = 2 μm and a long side: W D = 300 μm, and the thickness of the coating film: T D-draw is 0. 3 μm is selected. The distance between the long side of the rectangular pattern of the coating film and the side edge of the gate electrode 3 on the drain electrode side: ΔL DG is selected to be ΔL DG = 1 μm.

該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度130℃、時間60分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。   The metal nanoparticle dispersion coating film is subjected to a low-temperature baking treatment in a nitrogen gas stream at a temperature of 130 ° C. for 60 minutes to obtain a sintered layer of silver nanoparticles.

別途、ゲート絶縁膜に利用するAlOx膜上に、同じ条件で作製される、幅2mm、長さ300mmの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚:Tbakedを測定すると、0.3μmである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、25μΩ・cmであった。 Separately, in the sintered body layer of rectangular silver nanoparticles having a width of 2 mm and a length of 300 mm produced on the same conditions on the AlO x film used for the gate insulating film, the average film thickness of the sintered body layer : T baked is measured to be 0.3 μm. The resistivity of the silver nanoparticle sintered body layer was 25 μΩ · cm.

低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極4、ドレイン電極5として利用している。従って、ソース電極4、ドレイン電極5の膜厚:TS,TDは、平均0.3μmと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ(微小凹凸):δLS,δLDは、100nmと見積もられる。 A sintered layer of silver nanoparticles obtained by a low-temperature firing treatment is used as the source electrode 4 and the drain electrode 5. Accordingly, the film thicknesses T S and T D of the source electrode 4 and the drain electrode 5 are estimated to be 0.3 μm on average. In addition, the line width disturbance (small irregularities): δL S and δL D at each side of the rectangular pattern of the silver nanoparticle sintered body layer is estimated to be 100 nm.

作製されたソース電極4とドレイン電極5の間隔:LS-Dは、2μmであった。チャネル領域の長さの設計値:Lchannel=3μmに対して、その差(Lchannel−LS-D)は、僅かに1μmであった。 Distance between the produced source electrode 4 and drain electrode 5: L SD was 2 μm. The design value of the length of the channel region: L channel = 3 μm, but the difference (L channel −L SD ) was only 1 μm.

作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧:Vthを、ドレイン・ソース電圧VD-S=1.5Vの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Vth=1Vと測定された。また、「ON状態」:ゲート電圧:VG-ON=3Vを印加時のドレイン電流Id-ONと、「OFF状態」:ゲート電圧:VG-OFF=0Vを印加時のドレイン電流Id-ONの比、ON/OFF電流比:Id-ON/Id-OFFは、約1×104であった。 The threshold voltage: V th of the manufactured organic thin film transistor was measured under the condition of drain-source voltage V DS = 1.5V. The threshold voltage of the organic thin film transistor was measured as V th = 1V. Further, “ON state”: drain current I d-ON when applying a gate voltage: V G-ON = 3V, and “OFF state”: drain current I d when applying a gate voltage: V G-OFF = 0V. -ON ratio, ON / OFF current ratio: I d-ON / I d-OFF was about 1 × 10 4 .

なお、図1の(a)は、実施例3または実施例4に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す。また、図1の(b)には、ペンタセン膜上に、ソース電極4とドレイン電極5の間隔:LS-Dを、1μm、2μm、5μmとして作製されたソース電極4とドレイン電極5の線幅の乱れ(微小凹凸):δLS,δLDを顕微鏡観察した画像イメージを示す。加えて、図1の(c)には、ペンタセン膜上に形成されたソース電極4とドレイン電極5を含むチャネル領域の表面を、AFM(Atomic Force Microscopy)によって、その凹凸を観測した二次元画像イメージを示す。図1の(c)には、ソース電極4とドレイン電極5の断面形状は、実際には、図1の(a)に模式的に示す凸形状を示すことが示されている。すなわち、超微細インクジェット装置を利用して描画されるスポットでは、塗布された銀ナノ粒子分散液は、高い液粘度を示す状態となり、隣接するスポット間での濡れ広がりによる平坦化が抑えられていることを示している。 1A schematically shows the structure of an organic thin film transistor manufactured according to the manufacturing method described in Example 3 or Example 4. FIG. Also, the (b) of FIG. 1, on the pentacene film, the source electrode 4 and drain electrode 5 Interval: the L SD, 1 [mu] m, 2 [mu] m, the manufacturing line width of the source electrode 4 and drain electrode 5 as 5μm Disturbance (small irregularities): δL S and δL D are image images obtained by microscopic observation. In addition, FIG. 1C shows a two-dimensional image in which the surface of the channel region including the source electrode 4 and the drain electrode 5 formed on the pentacene film is observed by AFM (Atomic Force Microscopy). Show the image. FIG. 1C shows that the cross-sectional shapes of the source electrode 4 and the drain electrode 5 actually show a convex shape schematically shown in FIG. That is, in the spot drawn using an ultrafine inkjet device, the applied silver nanoparticle dispersion liquid is in a state of high liquid viscosity, and flattening due to wetting and spreading between adjacent spots is suppressed. It is shown that.

本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板上に作製される、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子用の有機薄膜トランジスタの製造に、好適に利用される。   The organic thin film transistor manufacturing method of the present invention controls the display operation of each pixel in a flat panel display device such as a liquid crystal display manufactured on a substrate made of an insulating polymer material, for example, a plastic substrate. It is suitably used for manufacturing an organic thin film transistor for a switching element and a driving element for driving each pixel.

実施例3または実施例4に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the organic thin-film transistor produced according to the manufacturing method described in Example 3 or Example 4.

Claims (17)

有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記ゲート絶縁膜は、下地絶縁膜と、該下地絶縁膜の表面に形成されている自己組織化単分子膜により構成されており、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体膜は、前記自己組織化単分子膜を下地層として、真空蒸着法を用いて形成されており、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記超微細インクジェット印刷装置は、
静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置であり、
絶縁体で形成されるノズル先端の開口から、微小液滴の吐出がなされ、
該ノズル先端の開口径(直径);D open は、0.1μm〜1μmの範囲に選択されており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有しており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、1μm〜10μmの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、30nm〜600nmの範囲に選択され、
前記ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔL S-G と、前記ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔL D-G は、それぞれ、少なくとも、ΔL S-G >0μm、ΔL D-G >0μmを満たし、
前記ゲート電極のゲート長:L G を基準として、前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の間隔:L S-D は、2L G ≧L S-D >L G の範囲に選択されており、
前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とし、
該傾斜(テーパ)を有する側面の平均傾斜角:θ S ,θ D は、70°≧θ S ≧45°、70°≧θ D ≧45°の範囲に選択する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film so as to cover the source electrode and drain electrode surfaces;
The gate insulating film is composed of a base insulating film and a self-assembled monolayer formed on the surface of the base insulating film,
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
The organic semiconductor film formed on the gate insulating film is formed using a vacuum deposition method with the self-assembled monomolecular film as a base layer,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
The metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles,
The ultra-fine inkjet printing apparatus is
An electrostatic suction type ultra-fine inkjet printing device,
From the opening of the nozzle tip formed of an insulator, micro droplets are discharged,
The opening diameter (diameter) of the nozzle tip; D open is selected in the range of 0.1 μm to 1 μm,
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a solid component, a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent,
The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. Covered with one or more organic compounds having a group capable of bonding;
The total of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles, containing 10 to 50 parts by mass,
The minimum line width of the metal nanoparticle dispersion liquid coating layer formed using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 1 μm to 10 μm,
The coating thickness of the metal nanoparticle dispersion coating layer is selected in the range of 30 nm to 600 nm ,
And the side edge of the gate electrode side of the source electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L SG and the side edge of the gate electrode side of the drain electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L DG is Each satisfies at least ΔL SG > 0 μm, ΔL DG > 0 μm,
Gate length of the gate electrode: the basis of the L G, the gate electrode of the source electrode and the drain electrode interval: L SD is selected in the range of 2L G ≧ L SD> L G ,
Side edges of the source electrode and drain electrode on the gate electrode side have a shape having inclined side surfaces,
The average inclination angles of the side surfaces having the inclination (taper): [theta] s , [theta] D are selected in the range of 70 [deg.]> [Theta] s > 45 [deg.] And 70 [deg.]> [Theta] D > 45 [deg.]. A method for manufacturing an organic thin film transistor.
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記ゲート絶縁膜は、下地絶縁膜と、該下地絶縁膜の表面に形成されている自己組織化単分子膜により構成されており、
前記有機半導体膜の形成工程では、
前記自己組織化単分子膜を下地層として、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記超微細インクジェット印刷装置は、
静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置であり、
絶縁体で形成されるノズル先端の開口から、微小液滴の吐出がなされ、
該ノズル先端の開口径(直径);D open は、0.1μm〜1μmの範囲に選択されており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有しており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、1μm〜10μmの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、30nm〜600nmの範囲に選択され、
前記ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔL S-G と、前記ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔL D-G は、それぞれ、少なくとも、ΔL S-G >0μm、ΔL D-G >0μmを満たし、
前記ゲート電極のゲート長:L G を基準として、前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の間隔:L S-D は、2L G ≧L S-D >L G の範囲に選択されており、
前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とし、
該傾斜(テーパ)を有する側面の平均傾斜角:θ S ,θ D は、70°≧θ S ≧45°、70°≧θ D ≧45°の範囲に選択する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode on the organic semiconductor film;
The gate insulating film is composed of a base insulating film and a self-assembled monolayer formed on the surface of the base insulating film,
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the self-assembled monolayer as an underlayer,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
The metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles,
The ultra-fine inkjet printing apparatus is
An electrostatic suction type ultra-fine inkjet printing device,
From the opening of the nozzle tip formed of an insulator, micro droplets are discharged,
The opening diameter (diameter) of the nozzle tip; D open is selected in the range of 0.1 μm to 1 μm,
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a solid component, a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent,
The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. Covered with one or more organic compounds having a group capable of bonding;
The total of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles, containing 10 to 50 parts by mass,
The minimum line width of the metal nanoparticle dispersion liquid coating layer formed using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 1 μm to 10 μm,
The coating thickness of the metal nanoparticle dispersion coating layer is selected in the range of 30 nm to 600 nm ,
And the side edge of the gate electrode side of the source electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L SG and the side edge of the gate electrode side of the drain electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L DG is Each satisfies at least ΔL SG > 0 μm, ΔL DG > 0 μm,
Gate length of the gate electrode: the basis of the L G, the gate electrode of the source electrode and the drain electrode interval: L SD is selected in the range of 2L G ≧ L SD> L G ,
Side edges of the source electrode and drain electrode on the gate electrode side have a shape having inclined side surfaces,
The average inclination angles of the side surfaces having the inclination (taper): [theta] s , [theta] D are selected in the range of 70 [deg.]> [Theta] s > 45 [deg.] And 70 [deg.]> [Theta] D > 45 [deg.]. A method for manufacturing an organic thin film transistor.
前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、0.3フェムトリットル〜1フェムトリットルの範囲に選択する
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。
In the application of the metal nanoparticle dispersion using the ultrafine inkjet printing apparatus,
The method for producing an organic thin film transistor according to claim 1, wherein the amount of liquid droplets to be ejected is selected in the range of 0.3 femtoliter to 1 femtoliter.
前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、0.3フェムトリットル〜1フェムトリットルの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項2に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
In the application of the metal nanoparticle dispersion using the ultrafine inkjet printing apparatus,
The method for producing an organic thin film transistor according to claim 2, wherein the amount of liquid droplets to be discharged is selected in the range of 0.3 femtoliter to 1 femtoliter.
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、1〜20nmの範囲に選択し、
前記金属ナノ粒子分散液は、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、20〜50質量部を含有している
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The average particle diameter of the metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion is selected in the range of 1 to 20 nm ,
The metal nanoparticle dispersion is
The total amount of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen or sulfur atoms is 20 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles. The manufacturing method of the organic thin-film transistor as described in any one of Claims 1-4.
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion are:
Selected from the group of metals consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium , selected from the group consisting of one type of metal, a mixture of two or more types of nanoparticles, or the group of the metal The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic thin film transistor is a nanoparticle made of an alloy of two or more kinds of metals.
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の20℃における液粘度を、2mPa・s〜30mPa・sの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The liquid viscosity at 20 ° C. of the metal nanoparticle dispersion discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 2 mPa · s to 30 mPa · s. The manufacturing method of the organic thin-film transistor as described in any one.
前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上は、アルキルアミンである
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one organic compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms is an alkylamine.
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、20℃以下、沸点は、80〜300℃の範囲である有機溶剤を選択する
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a dispersion solvent, containing one or more liquid organic substances or organic solvents,
The organic solvent having a melting point of 20 ° C. or lower and a boiling point of 80 to 300 ° C. is selected as at least one of the liquid organic substance or organic solvent. A method for producing an organic thin film transistor according to claim 1.
分散溶媒として、炭素数10〜18のアルカン、あるいは、炭素数8〜12の第一級アルコールを選択する
ことを特徴とする請求項9に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The method for producing an organic thin film transistor according to claim 9, wherein an alkane having 10 to 18 carbon atoms or a primary alcohol having 8 to 12 carbon atoms is selected as a dispersion solvent.
前記分散溶媒は、
100℃以上に加熱した際、該分散溶媒100質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒である
ことを特徴とするる請求項1〜8のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The dispersion solvent is
High solubility capable of dissolving 50 parts by mass or more of the organic compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms covering the surface of the metal nanoparticles per 100 parts by mass of the dispersion solvent when heated to 100 ° C. or higher. The organic thin-film transistor manufacturing method according to claim 1, wherein the organic thin-film transistor is a solvent composed of one kind of organic solvent or liquid organic substance or a mixed solvent composed of two or more kinds.
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、20〜50体積%の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、20℃におけるその液粘度が20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘稠な濃縮液となる
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
A concentrated dispersion obtained by partially evaporating and removing the dispersion solvent contained in the dispersion and concentrating until the volume ratio of the dispersion solvent is in the range of 20 to 50% by volume has a liquid viscosity at 20 ° C. The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 11, wherein the concentrate becomes a viscous concentrated liquid in a range of 20 Pa · s to 1000 Pa · s.
前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、130℃〜200℃の範囲に選択する
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
When the metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired,
The method for producing an organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 12, wherein the baking temperature is selected in a range of 130C to 200C .
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
The organic semiconductor layer is
It is a layer which consists of pentacene or hexadecafluoro copper phthalocyanine, The manufacturing method of the organic thin-film transistor as described in any one of Claims 1-13 characterized by the above-mentioned.
前記下地絶縁膜の表面には、ヒドロキシ基(−OH)が存在しており、
前記下地絶縁膜の表面に形成されている自己組織化単分子膜は、
ヒドロキシ基(−OH)が存在している、前記下地絶縁膜の表面上に吸着した、単分子の有機ホスホン酸を核として、自己組織的にラテラル方向に単分子膜が成長し、最終的に、規則的な分子配向を有している
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
A hydroxy group (-OH) exists on the surface of the base insulating film,
The self-assembled monolayer formed on the surface of the base insulating film is
A monomolecular film grows in a lateral direction in a self-organized manner with a monomolecular organic phosphonic acid adsorbed on the surface of the base insulating film having a hydroxy group (—OH) as a nucleus, and finally The method for producing an organic thin film transistor according to claim 1, wherein the organic thin film transistor has a regular molecular orientation.
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記ゲート絶縁膜は、下地絶縁膜と、該下地絶縁膜の表面に形成されている自己組織化単分子膜により構成されており、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体膜は、前記自己組織化単分子膜を下地層として、真空蒸着法を用いて形成されており、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記超微細インクジェット印刷装置は、
静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置であり、
絶縁体で形成されるノズル先端の開口から、微小液滴の吐出がなされ、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有しており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、1μm〜10μmの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、30nm〜600nmの範囲に選択され、
前記ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLS-Gと、前記ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLD-Gは、それぞれ、少なくとも、ΔLS-G>0μm、ΔLD-G>0μmを満たし、
前記ゲート電極のゲート長:LGを基準として、前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の間隔:LS-Dは、2LG≧LS-D>LGの範囲に選択されており、
前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film so as to cover the source electrode and drain electrode surfaces;
The gate insulating film is composed of a base insulating film and a self-assembled monolayer formed on the surface of the base insulating film,
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
The organic semiconductor film formed on the gate insulating film is formed using a vacuum deposition method with the self-assembled monomolecular film as a base layer,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
The metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles,
The ultra-fine inkjet printing apparatus is
An electrostatic suction type ultra-fine inkjet printing device,
From the opening of the nozzle tip formed of an insulator, micro droplets are discharged,
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a solid component, a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent,
The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. Covered with one or more organic compounds having a group capable of bonding;
The total of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles, containing 10 to 50 parts by mass,
The minimum line width of the metal nanoparticle dispersion liquid coating layer formed using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 1 μm to 10 μm,
The coating thickness of the metal nanoparticle dispersion coating layer is selected in the range of 30 nm to 600 nm,
And the side edge of the gate electrode side of the source electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L SG and the side edge of the gate electrode side of the drain electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L DG is Each satisfies at least ΔL SG > 0 μm, ΔL DG > 0 μm,
Gate length of the gate electrode: the basis of the L G, the gate electrode of the source electrode and the drain electrode interval: L SD is selected in the range of 2L G ≧ L SD> L G ,
A method of manufacturing an organic thin film transistor, wherein side edges of the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side have a side surface having an inclination.
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記ゲート絶縁膜は、下地絶縁膜と、該下地絶縁膜の表面に形成されている自己組織化単分子膜により構成されており、
前記有機半導体膜の形成工程では、
前記自己組織化単分子膜を下地層として、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記超微細インクジェット印刷装置は、
静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置であり、
絶縁体で形成されるノズル先端の開口から、微小液滴の吐出がなされ、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有しており、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、1μm〜10μmの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、30nm〜600nmの範囲に選択され、
前記ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLS-Gと、前記ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙:ΔLD-Gは、それぞれ、少なくとも、ΔLS-G>0μm、ΔLD-G>0μmを満たし、
前記ゲート電極のゲート長:LGを基準として、前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の間隔:LS-Dは、2LG≧LS-D>LGの範囲に選択されており、
前記ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing an organic thin film transistor, comprising:
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film covering the surface of the gate electrode on the substrate;
Forming an organic semiconductor film on the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode on the organic semiconductor film;
The gate insulating film is composed of a base insulating film and a self-assembled monolayer formed on the surface of the base insulating film,
In the step of forming the organic semiconductor film,
Using the self-assembled monolayer as an underlayer,
Using the vacuum deposition method, the organic semiconductor film is formed,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode,
Using an ultrafine inkjet printing apparatus, the metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to form a metal nanoparticle dispersion coating layer,
The metal nanoparticle dispersion coating layer is heated and fired to form a source electrode and a drain electrode composed of a sintered body layer of metal nanoparticles,
The ultra-fine inkjet printing apparatus is
An electrostatic suction type ultra-fine inkjet printing device,
From the opening of the nozzle tip formed of an insulator, micro droplets are discharged,
The metal nanoparticle dispersion, which is discharged using the ultrafine inkjet printing apparatus,
As a solid component, a dispersion obtained by uniformly dispersing the metal nanoparticles in a dispersion solvent,
The surface of the metal nanoparticle contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle, and is coordinated by a lone electron pair possessed by these atoms. Covered with one or more organic compounds having a group capable of bonding;
The total of one or more organic compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles, containing 10 to 50 parts by mass,
The minimum line width of the metal nanoparticle dispersion liquid coating layer formed using the ultrafine inkjet printing apparatus is selected in the range of 1 μm to 10 μm,
The coating thickness of the metal nanoparticle dispersion coating layer is selected in the range of 30 nm to 600 nm,
And the side edge of the gate electrode side of the source electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L SG and the side edge of the gate electrode side of the drain electrode, the gap between the side edge of the gate electrode: [Delta] L DG is Each satisfies at least ΔL SG > 0 μm, ΔL DG > 0 μm,
Gate length of the gate electrode: the basis of the L G, the gate electrode of the source electrode and the drain electrode interval: L SD is selected in the range of 2L G ≧ L SD> L G ,
A method of manufacturing an organic thin film transistor, wherein side edges of the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side have a side surface having an inclination.
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EP1592054A4 (en) * 2003-02-05 2010-08-25 Semiconductor Energy Lab Display manufacturing method
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US7491646B2 (en) * 2006-07-20 2009-02-17 Xerox Corporation Electrically conductive feature fabrication process

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