JP5686513B2

JP5686513B2 - 薄膜トランジスタ中のチャネル形成方法

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Publication number: JP5686513B2
Application number: JP2009276263A
Authority: JP
Inventors: イーリャン　ウー; ウーイーリャン; ドガードジェイソン; リウピン; ズーシピン
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Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2015-03-18
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Description

本明細書で様々な実施形態において開示するのは、電子デバイス類のコンポーネント類、例えば有機薄膜トランジスタなどを形成するための方法である。これらの方法からまたはこれらの方法を用いて製造されるコンポーネント類およびデバイス類もまた開示する。

薄膜トランジスタ類（ＴＦＴ）は、一般に、支持基板、３つの導電性電極（ゲート、ソースおよびドレイン電極）、チャネル半導体層、およびゲート電極を半導体層から分離する電気絶縁性ゲート誘電体層から構成されている。

特に、短い長さ、またはすき間を有するチャネルを一貫しておよび再現可能なように印刷することはマイクロメータ間隔では非常に困難であり、それにもかかわらず、有機薄膜トランジスタ類（ＯＴＦＴ）に対しては必要である。例えば、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルは５０ミクロンの小ささであり得る。そのようなスケール基準のチャネル類の一貫した生産を可能にする方法を提供することが望まれる。

特開２００８−１４１１９７号公報

本発明は、基板上にチャネル類を形成するための方法を提供することを目的とする。

複数の実施形態に開示されているのは、表面改質剤を含む第１の液体組成物を準備するステップと、前記第１の組成物を基板上に付着させて第１の形体を形成し、前記表面改質剤が前記第１の形体の周囲に改質された領域を作り出すようにするステップと、第２の液体組成物を前記第１の基板の周囲の前記改質された領域の上にまたはそれに隣接して付着させて第２の形体を形成するステップとを含む基板上にチャネルを形成するための方法であって、前記第２の組成物を前記改質された領域によってはじき、前記第１の形体と前記第２の形体との間にチャネルを形成することを特徴とする方法である。

他の複数の実施形態に開示されているのは、銀ナノ粒子および表面改質剤を含む第１のインク組成物を準備するステップと、前記第１のインク組成物のインク液滴の第１のセットを基板上に付着させて第１の形体を形成し、前記表面改質剤が前記第１の形体の改質された面上に改質された領域を作り出すようにするステップと、第２のインク組成物のインク液滴の第２のセットを前記第１のラインの前記改質された面に付着させて第２の形体を形成するステップとを含む基板上にチャネルを形成するための印刷方法であって、前記インク液滴の第２のセットを前記改質された領域によってはじき、その結果、前記第１の形体と前記第２の形体との間の基板上にチャネルを形成することを特徴とする方法である。

液体媒体、金属ナノ粒子、および式（Ｉ）の表面改質剤を含むインク組成物も開示されている。
Ｘ−Ｒ（式Ｉ）
式中、Ｘが、−ＮＨ_２、−ＮＨＲ’、−ＣＯＯＨ、−ＰＯ_３Ｈ_３、−ＯＰＯ_３Ｈ_３、−ＳｉＣｌ_３、−ＳｉＣｌ（ＣＨ_３）_２、−ＳｉＣｌ_２ＣＨ_３、−Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、−ＳｉＣｌ_３、−Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、−ＳＨ、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＮＣＯ、（−Ｃ_６Ｈ_４Ｎ_３）、およびベンゾトリアゾイルからなる群から選択され、ＲおよびＲ’が、独立して、１個から約６０個までの炭素原子を含有する炭化水素基である。特定の複数の実施形態において、Ｒは、直鎖アルキル基、分枝アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、およびアリールアルキル基からなる群から選択される。

さらに別の複数の実施形態において開示されているのは、銀ナノ粒子および表面改質剤を含むインク組成物を準備するステップと、前記インク組成物のインク液滴の第１のセットを基板上に付着させてソースパターンまたはドレインパターンを形成し、前記表面改質剤がそのように形成された前記ソースパターンまたはドレインパターンの周囲に改質された領域を作り出すようにするステップと、前記インク組成物のインク液滴の第２のセットを前記ソースパターンまたはドレインパターンの前記改質された領域の上にまたはそれに隣接して付着させて補完的なパターンを形成するステップとを含む薄膜トランジスタを形成する方法であって、前記インク液滴の第２のセットを前記改質された領域によってはじき、その結果、前記ソースパターンと前記ドレインパターンとの間の基板上にチャネルを形成することを特徴とする方法である。

本発明によれば、基板上に形成されるチャネル類を自己組み立て法によって形成することができ、また、マイクロメータスケール基準の安定した再現が可能である。

本開示のナノ粒子を含有する薄膜トランジスタの第１の実施形態を示す図である。本開示のナノ粒子を含有する薄膜トランジスタの第２の実施形態を示す図である。本開示のナノ粒子を含有する薄膜トランジスタの第３の実施形態を示す図である。本開示のナノ粒子を含有する薄膜トランジスタの第４の実施形態を示す図である。本開示の方法の様々な態様を説明する図である。本開示の方法の様々な態様を説明する図である。本開示の方法の様々な態様を説明する図である。本開示の方法の様々な態様を説明する図である。本開示の方法に従って印刷した２つのラインを示す写真である。本開示の方法に従って印刷した一連のドットおよびラインを示す写真である。

「銀ナノ粒子」の中で使用されている用語「ナノ」は、約１０００ｎｍ未満の粒径を示す。複数の実施形態において、該銀ナノ粒子は、約０．５ｎｍから約１０００ｎｍまで、約１ｎｍから約５００ｎｍまで、約１ｎｍから約１００ｎｍまで、特に約１ｎｍから約２０ｎｍまでの粒径を有する。その粒径は、本明細書ではＴＥＭ（透過電子顕微鏡法）によって測定された銀ナノ粒子の平均直径として定義する。

量に関係して使用される修飾語の「約」は、挙げられている値を含み、その状況によって影響される意味を有する（例えば、それは特定の量の測定に伴う少なくともある程度の誤差を含む）。範囲の前後関係で使用されるとき、その修飾語「約」は、また、２つの端点の絶対値によって決められる範囲を明確にするものと考えるべきである。例えば、範囲「約２から約４まで」は、範囲「２から４まで」も表す。

図１には、基板およびゲート電極の両方としての役をする高濃度にｎ型にドープされたシリコンウエーハ１８、表面に２つの金属接点が置かれている熱成長した酸化ケイ素絶縁性誘電体層１４、ソース電極２０およびドレイン電極２２を含んでなる薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）の配置１０が概略的に示されている。金属接点２０および２２の上および間には、本明細書に示されている半導体層１２がある。そのソース電極２０とドレイン電極２２との間の間隔は、チャネル長さ２６を有するチャネル２４を画定している。

図２は、基板３６、ゲート電極３８、ソース電極４０およびドレイン電極４２、絶縁性誘電体層３４、ならびに半導体層３２を含んで成る別のＴＦＴ配置３０を概略的に示している。そのソース電極４０とドレイン電極４２との間の間隔は、チャネル長さ４６を有するチャネル４４を画定している。

図３は、基板およびゲート電極の両方としての役をする高濃度にｎ型にドープされたシリコンウエーハ５６、熱成長した酸化ケイ素絶縁性誘電体層５４、および表面にソース電極６０およびドレイン電極６２が置かれている半導体層５２を含んで成るさらなるＴＦＴ配置５０を概略的に示している。そのソース電極６０とドレイン電極６２との間の間隔は、チャネル長さ６６を有するチャネル６４を画定している。

図４は、基板７６、ゲート電極７８、ソース電極８０、ドレイン電極８２、半導体層７２、および絶縁性誘電体層７４を含んで成るさらなるＴＦＴ配置７０を概略的に示している。そのソース電極８０とドレイン電極８２との間の間隔は、チャネル長さ８６を有するチャネル８４を画定している。

本開示の方法では、表面改質剤を有する１つまたは複数の液体組成物を基板に付着させるときに使用して、チャネルを形成する。例えば、１つの特定の実施形態において、該方法では、銀ナノ粒子および表面改質剤を含むインク組成物を使用する。基板に付着させるときチャネルを形成することができる。これらの２つの態様は、本明細書においてさらに説明する。

概して、チャネルは、２つの液体組成物の使用を通して基板上に形成することができる。その第１の液体組成物は、表面改質剤を含む。その表面改質剤は、その第１の液体組成物の約０．０１重量パーセント（重量％）から約２０重量％までであり、その第１の液体組成物の約０．０１重量％から約５重量％まで、またはその第１の液体組成物の１０重量％から約２０重量％までを含む。その第１の液体組成物は、該基板上に付着させて第１の形体、例えば電極などを形成する。付着と同時に該表面改質剤がその第１の形体の周囲に改質された領域を生ずる。第２の液体組成物を次にその改質された領域の上または極近くに付着させて第２の形体を形成する。その第２の組成物はその改質された領域によってはじかれてその第１の形体とその第２の形体との間にチャネルを形成する。

該第１の液体組成物は、例えば、ミクロ接触プリンティング、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ステンシル印刷、スタンピング印刷などの印刷方法によって付着させることができる。複数の実施形態において、該第１の形体は、インクジェット印刷方法によって付着させる。該第２の液体組成物は、任意の適当な液体付着方法、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、バーコーティング、キャスティング、および上で述べた印刷方法によって付着させることができる。複数の実施形態において、該第２の液体組成物は、印刷方法によって付着させることができる。さらなる複数の実施形態において、該第２の液体組成物は、インクジェット印刷方法によって付着させることができる。いくつかの実施形態において、少なくともその第１の液体組成物は、インク組成物であり、その他の実施形態においてはその第１および第２の液体組成物の両方がインク組成物である。

該第１の液体組成物は、該第２の液体組成物と同じかまたは異なるものであり得る。例えば、該第２の液体組成物は、表面改質剤を含んでもよく含まなくてもよい。さらなる複数の実施形態において、該第１および第２の液体組成物は実質的に同じである。

該基板の特質は、そのチャネル形成に影響を及ぼし得る。該基板は、親水性表面（すなわち高い表面エネルギー）を有することができる。複数の実施形態において、該基板は、３０°未満の前進性水接触角を含めた６０°未満の前進性水接触角を含む。該基板は、なお、該液体組成物（複数可）の付着中に高温を有することができる。複数の実施形態において、該基板は、約５０℃から約８０℃までの温度を含めた約４０℃から約１００℃までの温度を有する。該基板は、また、親水性表面と高温の両方を有することもできる。

該チャネルは、任意の適当な基板上に形成することができる。典型的な基板としては、ガラス、シリコン、プラスチック、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの基板類など、および金などのさらなる層を被覆した基板類が挙げられる。

該表面改質剤は、式（Ｉ）であって、
Ｘ−Ｒ（式Ｉ）
式中、Ｘが、−ＮＨ_２、−ＮＨＲ’、−ＣＯＯＨ、−ＰＯ_３Ｈ_３、−ＯＰＯ_３Ｈ_３、−ＳｉＣｌ_３、−ＳｉＣｌ（ＣＨ_３）_２、−ＳｉＣｌ_２ＣＨ_３、−Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、−ＳｉＣｌ_３、−Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、−ＳＨ、−ＣＯＮＨＯＨ、−ＮＣＯ、（−Ｃ_６Ｈ_４Ｎ_３）、およびベンゾトリアゾイルからなる群から選択され、ＲおよびＲ’が、独立して、約３個から約３２個までの炭素原子を含めた１個から約６０個までの炭素原子を含有する炭化水素基である構造を有することができる。複数の実施形態において、Ｒは、直鎖アルキル基、分枝アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基などからなる群から選択される。典型的な表面改質剤としては、一級および二級有機アミン類、カルボン酸類、チオール類、および約３個から約３２個までの炭素原子を含む有機シラン類が挙げられる。

該液体組成物は、該外形を形成するために使用される溶質または分散した物質をさらに含む。いくつかの実施形態において、その溶質または分散した物質は、ポリマー、例えば、導電性ポリマー、半導体ポリマー、または絶縁性ポリマーなどである。その他の複数の実施形態において、その溶質または分散した物質は、金属ナノ粒子類および金属酸化物ナノ粒子類を含めた無機粒子である。典型的な金属ナノ粒子類としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどが挙げられる。典型的な金属酸化物ナノ粒子類としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ_２、ＣｕＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物などが挙げられる。特定の複数の実施形態において、該ナノ粒子は、銀ナノ粒子である。

複数の実施形態において、該溶質または分散した物質は低い表面エネルギー、または低い表面極性を有する。さらなる複数の実施形態において、該溶質または分散した物質は、低い表面極性を有する銀ナノ粒子、特に長鎖カルボン酸および／または長鎖有機アミン安定剤類により安定化した銀ナノ粒子である。極性とは、わずかにプラス帯電した１つの分子の末端から別のまたは同じ分子のマイナスの末端までの間の双極子−双極子分子間力を指す。例えばＨ_２Ｏは、極性分子であり、一方ＣＨ_４は、非極性分子である。複数の実施形態において、該安定化した銀ナノ粒子の表面は、低い極性の炭化水素基類から成る。極性は、表面張力に影響を及ぼし、任意の適当な手法によって測定することができる。例えば、その安定化した銀ナノ粒子が仮に被覆されてフィルムのようになっている場合、そのフィルムの表面は、非常に大きい前進性水接触角を示し、低い表面エネルギーおよび疎水性の特性を表すであろう。

該ナノ粒子類は、約１００ナノメートル以下、好ましくは約５０ナノメートル以下の平均直径を有することができる。いくつかの具体的な実施形態において、該ナノ粒子類は、約２ナノメートルから約１０ナノメートルまでを含めた約１ナノメートルから約１５ナノメートルまでの平均直径を有する。加えて、粒径分布幅とは、最大のナノ粒子の直径と最小のナノ粒子の直径の間の違い、すなわち最小と最大のナノ粒子の間の範囲を指す。いくつかの実施形態において、該銀ナノ粒子の該粒径分布幅は、約１０ナノメートルから約５０ナノメートルまで、または約１０ナノメートルから約２５ナノメートルまでであり得る。さらなる複数の実施形態において、該銀ナノ粒子は約１ナノメートルから約５０ナノメートルまでの平均直径および約１０ナノメートルから約３０ナノメートルまでの粒径分布幅を有する。理論に制限されることなく、狭い粒径分布幅と相まったこれらの小さい粒径は、該ナノ粒子類が溶媒中に入れられたとき分散を容易にすることが考えられる。

複数の実施形態において、該銀ナノ粒子類は、元素銀または銀複合体から成る。該銀複合体は、銀のほかに、（ｉ）１つまたは複数のその他の金属および（ｉｉ）１つまたは複数の非金属のいずれかまたは両方を含むことができる。適当なその他の金属類としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｉｎ、およびＮｉ、特に遷移金属類、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、およびそれらの混合物が挙げられる。典型的な金属複合体類は、Ａｕ−Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ、およびＡｕ−Ａｇ−Ｐｄである。その金属複合体中の適当な非金属類としては、例えば、Ｓｉ、Ｃ、およびＧｅが挙げられる。該銀複合体の様々な成分は、例えば、約０．０１重量％から約９９．９重量％まで、特に約１０重量％から約９０重量％までの範囲の量で存在させることができる。複数の実施形態において、該銀の複合体は、銀と１つ、２つまたはそれ以上のその他の金属類から成り、銀を、例えば、該ナノ粒子の少なくとも約２０重量％、特に該ナノ粒子の約５０重量％より多く含む金属合金である。

該銀ナノ粒子は、カルボン酸、チオール、および／または有機アミンによりその表面に関して安定化することができる。そのカルボン酸は、一般に４個から約２０個までの炭素原子を有する。典型的なカルボン酸類としては、酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸、イコサン酸、エイコセン酸、エライジン酸、リノール酸、パルミトレイン酸、シトロネル酸、ゲラン酸、ウンデセン酸、ラウリン酸、ウンデシレン酸、それらの異性体、およびそれらの混合物が挙げられる。該チオールは、式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＳＨであり、２≦ｎ≦２０である低分子量のチオールであり得る。典型的なチオール類としては、１−ブタンチオール、１−ペンタンチオール、１−ヘキサンチオール、１−ヘプタンチオール、１−オクタンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオールなどが挙げられる。ジチオール類、例えば、２−エタンジチオール、１，３−プロパンジチオール、１，４−ブタンジチオールなども同様に使用することができる。該有機アミンは、第一級、第二級、または第三級アミンであり得る。典型的な有機アミン類としては、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジペンチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジヘキシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジヘプチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジオクチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジノニルアミン、Ｎ，Ｎ−ジデシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジウンデシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジドデシルアミン、メチルプロピルアミン、エチルプロピルアミン、プロピルブチルアミン、エチルブチルアミン、エチルペンチルアミン、プロピルペンチルアミン、ブチルペンチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、１，２−エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、プロパン−１，３−ジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルプロパン−１，３−ジアミン、ブタン−１，４−ジアミン、およびＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルブタン−１，４−ジアミンなど、またはそれらの混合物が挙げられる。特定の複数の実施形態において、該銀ナノ粒子類は、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、およびヘキサデシルアミンからなる群から選択される有機アミンにより安定化される。

複数の実施形態において、該安定化した銀ナノ粒子は、元素銀から成る。該安定化したナノ粒子は、重量で、約７０％から約９０％を含めた約７０％以上、好ましくは約７５％から約８５％までの銀の含量を有することができる。この含量は、通常の方法によって製造されるものより高い。その含量は、任意の適当な方法によって分析することができる。例えば、該銀含量は、ＴＧＡ分析または灰化法から得ることができる。

該銀ナノ粒子は、炭化水素溶媒とアルコール補助溶媒との混合物に溶解することができる。その炭化水素溶媒は、飽和炭化水素類（アルカン類）、不飽和炭化水素類（アルケン類およびアルキン類）、およびシクロアルカン類を含めた脂肪族炭化水素であり得る。一般的に、そのアルカン溶媒は、５個から約２０個までの炭素原子を含有する。特定の複数の実施形態において、名称ＩＳＯＰＡＲ（登録商標）のもとで市販されているｎ−ドデカンおよびイソパラフィン溶媒がそのアルカン溶媒として使用される。その他の複数の実施形態において、該炭化水素溶媒は、芳香族炭化水素溶媒である。一般的にその芳香族炭化水素溶媒は約７個から約２０個までの炭素原子を含有する。特定の複数の実施形態においては、キシレン、メシチレン、すなわちトリメチルベンゼンがその炭化水素溶媒として使用される。

アルコール補助溶媒は、第一級アルコール、第二級アルコール、または第三級アルコールであり得る。一般的に該アルコール補助溶媒は、約６個から約２０個までの炭素原子を含む不飽和アルコールである。特定の複数の実施形態において、該アルコール補助溶媒は、テルピネオールを含む。テルピネオールは、少なくとも４つの異性体（α、β、γ、および４−異性体）を有する。一般にテルピネオール溶媒は、重量で測定したとき、大部分がα−テルピネオール異性体である。言い換えれば、該α−テルピネオール異性体は該テルピネオール溶媒の少なくとも５０重量パーセントである。

該銀ナノ粒子の装填は、該インク組成物の性能に重要であり得る。何らかの安定剤と一緒の該銀ナノ粒子が、インク組成物の約３５重量パーセントから約７０重量パーセント、または約４０重量パーセントから約６０重量パーセントを含めた少なくとも約３５重量パーセントであるとき、よりよい結果が得られる。加えて、該炭化水素溶媒対該アルコール補助溶媒の重量比もまた重要であり得る。該炭化水素溶媒対該アルコール補助溶媒の重量比は、約５：１から約１：２を含めた約５：１未満であり得る。特定の複数の実施形態において、その重量比は約２：１から約１：１までである。いくつかの実施形態において、該銀ナノ粒子は、該インク組成物の少なくとも約３５重量パーセントであり、該炭化水素溶媒対該アルコール補助溶媒の重量比は２以下である。

該液体またはインク組成物の表面改質剤は、その液体またはインク組成物を付着させる基板の表面エネルギーを一般に改変する。例えば、該表面改質剤は、親水性表面を疎水性表面に転換することができる。該表面改質剤は、また、該ナノ粒子を安定化することもできる。言い換えれば、遊離の安定剤は、表面改質剤としても作用することができる。いくつかの実施形態において、該表面改質剤は、ナノ粒子のための安定剤と同じものである。該表面改質剤は、該液体組成物中に上記の濃度で添加することができる。他の複数の実施形態において、該表面改質剤は、該液体組成物の準備中にそのままで発生させることができる。例えば、いくらかのナノ粒子が該液体組成物の準備中に析出／砕け出し、遊離の安定剤を表面改質剤として該液体組成物中に残す。特定の複数の実施形態において、その表面改質剤は上記の有機アミンであり得る。該表面改質剤および該安定剤が同じ物質である場合、その液体またはインク組成物中の表面改質剤の濃度は、安定剤として存在する物質の部分を排除する。いくつかの実施形態においては、その表面改質剤は、該ナノ粒子のための安定剤とは異なる。例えば有機シランを、カルボン酸で安定化した銀ナノ粒子を含むインク組成物中に表面改質剤として添加することができる。

本開示の方法は、第１のセットの１つまたは複数のインク液滴の付着に基づいている。該インク液滴（複数可）中に存在する表面改質剤は、その第１のセットのインク液滴に隣接する基板の表面を改質する。その改質された表面の上、近く、隣に、またはそれに隣接して付着させた第２のセットの１つまたは複数のインク液滴は、その第１のセットのインク液滴からは反対側の改質された表面に自動的に集まる。この筋道が図５Ａ〜５Ｄに画かれている。

図５Ａは、インク液滴の第１のセット１００を、基板１１０に付着させるところである（空気中に示されているインク液滴は、基板上に落ち、それが紙の中に広がっていると考えることができる）。そのインク液滴は、基板に接触すると、それは重力とその噴射力（またはその液滴の速度）とによって幅１１２を覆うように広がる。

溶媒が蒸発し、導電性の銀ナノ粒子が凝固してライン１２０のような第１の形体を形成するとき、該インク液滴１００は、幅が縮小するものと考えることができる。そのインク液滴１００が図５Ａにおける幅１１２を覆っていた場合、その第１のライン１２０は、今や、幅１２２を有する（図５Ｂ参照）。その幅の違いは、その第１の印刷されたライン１２０の両側に改質された領域１２４、１２６を形成する。該基板の表面は、該インク液滴が、それらが幅を縮小するときに後に残った表面改質剤によって、これらの改質された領域において改質されている。

図５Ｃは、インク液滴の第２のセット２００を、基板１１０の第１の印刷されたライン１２０の片側に今や付着させるところである。その第２のセット２００は、一般に、第１の印刷されたライン１２０の近くに（すなわち隣接して）付着させる。いくつかの実施形態において、その液滴の第２のセットは、第１のライン１２０の２０ミクロン以内に付着させる。そのインク液滴の第２のセット２００を、改質された領域１２６に付着させる場合、そのインク液滴は、表面エネルギーの違いによってその改質された領域１２６の外にはじかれる。複数の実施形態において、その改質された領域は、該基板の改質されていない領域より低い表面エネルギーを有する。さらなる複数の実施形態において、その最初に印刷された形体の表面はその改質された領域と実質的に同じ表面エネルギーを有しており、その両方が該基板の改質されていない領域より低い表面エネルギーを有する。インク液滴の第２のセット２００を、ここに示されているように、改質された領域１２６の外側に付着させる場合、そのインク液滴が該基板に接触すると同時に広がるとき、それらは表面エネルギーの違いによってその改質された領域１２６には入らない。その結果、そのインク液滴の第２のセット２００は、表面が改質されていない位置に自動的に集まる。

図５Ｄは、そのインク液滴の第２のセット２００が、次いで、乾燥して凝固し、第２の形体またはライン２２０を形成するところである。チャネル２５０が、第１のライン１２０と第２のライン２２０との間の領域内に形成される。その改質された領域１２６を、別に、そのチャネルと見なすことができる。そのチャネル２５０は、長さ２５５を有するであろう。そのチャネルの長さは、約５０ミクロン以下であり得、３０ミクロン以下を含む。いくつかの望ましい実施形態では、そのチャネルの長さは、約２０から約３０ミクロンまでである。その第１とおよび第２の形体は、薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極であり得る。その電極の１つは、第１の液体またはインク組成物から形成され、次に、補足電極が、第２の液体またはインク組成物から形成される。

そのチャネルの長さは、少なくとも４つの異なる方法で制御することができる。１番目に、インク液滴が基板に接触するときに広がる度合いは、その噴射力、ノズルの大きさ、およびその他の噴射条件を変えることによって制御することができる。２番目に、該改質領域の大きさは、該インク液滴中の表面改質剤の量を変化させることによって制御することができる。複数の実施形態において、該表面改質剤は、該第１のおよび／または第２のインク組成物の約０．０１重量％から約１０重量％までである。３番目に、該改質された領域の大きさは、該液体組成物の溶媒の蒸発速度および該液体組成物の粘度を変化させることによって制御することができる。低い粘度および遅い蒸発速度は、より大きい改質領域を、それ故、より大きなチャネル長さをもたらすことができる。複数の実施形態において、該インク組成物は、約２センチポアズから約１５センチポアズまでの粘度を有し、約４センチポアズから約１０センチポアズまでを含む。該溶媒は、約１４０℃から約３００℃までの沸点を有することができ、約１５０℃から約２５０℃までを含む。

最後に、該チャネルの長さは、該インク液滴の第２のセットを該第１のラインおよび該改質された領域に対してどこに付着させたかによって影響され得る。例えば、該インク組成物中の表面改質剤の量が、改質された領域が３０ミクロンの幅を有するようなものである場合、該インク液滴の第２のセットは、その第２のセットによって形成された任意の改質された領域がその第１のラインによって形成された改質領域に重なるように付着させることができよう。言い換えれば、そのチャネルの長さは、３０ミクロンと６０ミクロンの間で修正することができる。

溶媒の蒸発および該溶質または分散物質の凝固により、形体が形成される。その形体は、例えば、任意の形状のライン、ドット、または層であり得る。複数の実施形態において、溶媒の蒸発および該銀ナノ粒子の凝固は、銀ナノ粒子を含む形体を形成する。付着させた銀ナノ粒子は、この段階で、導電性を示しても示さなくてもよい。約３００℃より下の、好ましくは約１５０℃以下を含む約２５０℃以下の温度でその付着させたナノ粒子の形体を加熱することによって、それらが融合し、電子デバイスにおける導電性エレメントとして使用するのに適する導電層が形成される。その加熱は、例えば、約１分から約１０時間まで、特に約５分から約１時間までの範囲の時間をかけて行う。その加熱は、約８０℃から約３００℃までの温度で行うことができる。より具体的な複数の実施形態において、その加熱は、約１００℃から約２５０℃まで、または約１２０℃から約２００℃までの温度で実施する。その他の方法、例えばレーザーアニーリングなども、導電性形体を形成するための該銀ナノ粒子の融合を引き起こすために使用することができる。

該付着させた銀ナノ粒子を加熱することによって生成し、その結果として得られた銀含有エレメントの電気伝導度は、例えば、少なくとも１０００Ｓ／ｃｍである。他の複数の実施形態において、その電気伝導度は、四探針法により測定して少なくとも１０，０００Ｓ／ｃｍである。

その印刷したチャネルは、任意の用途で使用することができる。例えば、２つの形体の間の小さいチャネルは、他の材料を置くためのバンクまたはテンプレートとして使用することができる。その小さいチャネルは、マイクロ流体デバイスを作るために使用することもできる。複数の実施形態において、導電性粒子を含有する液体組成物を使用するとき、その得られる導電性エレメントは、電子デバイス類、例えば、薄膜トランジスタ類、有機発光ダイオード類、ＲＦＩＤ（無線認証）タグ類、光起電装置類、およびその他の導電性エレメントまたはコンポーネントを必要とする電子デバイス類などにおける導電性電極類、導電性パッド類、導電性ライン類、導電性トラック類などとして使用することができる。本方法は、一貫したチャネル長さを有するトランジスタのトランジスタ配列を作り出すのに特に有用である。

前述のように、ＴＦＴ類は、一般に、支持基板、３つの導電性電極（ゲート、ソースおよびドレイン電極）、チャネル半導体層、およびゲート電極を半導体層から分離する電気絶縁性ゲート誘電体層から構成されている。

該ＴＦＴの基板は、例えば、シリコン、ガラス板、プラスチックフィルムまたはシートから構成されている。構造的に柔軟なデバイス類に対しては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシートなどのプラスチック基板を使用することができる。

該ゲート電極、該ソース電極、および該ドレイン電極は、本開示の実施形態によって組み立てられる。該ゲート電極層の厚さは、例えば、約１０から約２０００ｎｍまでの範囲である。ソース電極およびドレイン電極の一般的な厚さは、例えば、約４０ｎｍから約１マイクロメートルまでであり、より具体的な厚さは、約６０〜約４００ｎｍである。

該絶縁性誘電体層は、一般に、無機材料のフィルムまたは有機ポリマーのフィルムであり得る。該絶縁層の厚さは、使用される誘電材料の誘電率によって、例えば、約１０ｎｍから約５００ｎｍまでである。該絶縁層の典型的な厚さは、約１００ｎｍから約５００ｎｍまでである。該絶縁層は、例えば、約１０^−１２Ｓ／ｃｍ未満の電気伝導度を有することができる。

例えば、半導体層が、該絶縁層と該ソース／ドレイン電極との間に据えられ、それらと接しており、その半導体層の厚さは、一般に、例えば、約１０ｎｍから約１マイクロメートル、または約４０から約１００ｎｍである。任意の半導体材料を、この層を形成するために使用することができる。例示的な半導体材料としては、位置規則性のポリチオフェン、オリゴチオフェン、およびペンタセンが挙げられる。該半導体層は、また、一般に、溶液方法、例えば該半導体の溶液または分散液のスピンコーティング、キャスティング、スクリーン印刷、スタンピング、またはジェット印刷によって組み立てることもできる。

該絶縁誘電体層、該ゲート電極、該半導体層、該ソース電極、および該ドレイン電極は、該ゲート電極および該半導体層が両方とも該絶縁層と接触し、該ソース電極および該ドレイン電極が両方とも該半導体層に接触する実施形態の場合は特に任意の順序で形成される。語句「任意の順序で」には、順次形成と同時の形成とが含まれる。例えば、該ソース電極および該ドレイン電極は、同時にまたは順次的に形成することができる。該銀ナノ粒子は、任意の適当な表面、例えば該基板、該誘電体層、または該半導体層の上に層として付着させることができる。

４０重量％の銀ナノ粒子、４０重量％のドデカン、および２０重量％のテルピネオールを含有するインク組成物を製造した。該銀ナノ粒子は、有機アミンにより安定化した。少量の有機アミン（１重量％前後）が、遊離の安定剤として存在し、表面改質剤として機能した。

そのインクを、Ｆｕｊｉｆｉｌｍ（登録商標）Ｄｉｍａｔｉｘ（登録商標）ＤＭＰ−２８００シリーズプリンターを用いてプラズマ洗浄したガラス基板上に噴射した。その基板温度は６０℃であった。図６は、右側のラインが最初に印刷され、次いで第２のラインが左側に印刷されたものである。改質領域が、第１のラインが印刷されたとき該表面改質剤によって形成され、それによって第２のラインが第１のラインの周囲で曲がり、その２つのラインの間にすき間（すなわち、チャネル）を形成することがもたらされた。そのチャネルは非常に均一であり、平滑縁を有した。そのすき間は、約３０ミクロンであった。

図７には、一連のドットが印刷されている。次にラインを印刷した。該ラインの縁は、該ドットの位置に従って一貫して曲がり、該ドットと該ラインとの間に均一なすき間を形成した。これにより、該方法が、再現可能であり、小さいが均一な長さのすき間またはチャネルを一貫して形成することを示した。

１０ＴＦＴ配置、１２半導体層、１４誘電体層、１８シリコンウエーハ、２０ソース電極、２２ドレイン電極、２４チャネル、２６チャネル長さ、３０ＴＦＴ配置、３２半導体層、３４誘電体層、３６基板、３８ゲート電極、４０ソース電極、４２ドレイン電極、４４チャネル、４６チャネル長さ、５０ＴＦＴ配置、５２半導体層、５４誘電体層、５６シリコンウエーハ、６０ソース電極、６２ドレイン電極、６４チャネル、６６チャネル長さ、７０ＴＦＴ配置、７２半導体層、７４誘電体層、７６基板、７８ゲート電極、８０ソース電極、８２ドレイン電極、８４チャネル、８６チャネル長さ、１００インク液滴の第１のセット、１１０基板、１１２幅、１２０第１のライン、１２２幅、１２４改質された領域、１２６改質された領域、２００インク液滴の第２のセット、２２０第２のライン、２５０チャネル、２５５チャネル長さ。

Claims

４０重量％〜６０重量％の銀ナノ粒子と、表面改質剤と、炭化水素溶媒と、アルコール補助溶媒とを含む第１の液体組成物であって、前記炭化水素溶媒対前記アルコール補助溶媒の重量比が５：１〜１：２の範囲である前記第１の液体組成物を準備するステップと、
前記第１の液体組成物を基板上に付着させて第１の形体を形成し、前記表面改質剤が前記第１の形体の周囲に改質された領域を作り出すようにするステップと、
第２の液体組成物を前記第１の形体の周囲の前記改質された領域の上にまたはそれに隣接して付着させて第２の形体を形成するステップと、
を含む基板上にチャネルを形成するための方法であって、前記第２の液体組成物を前記改質された領域によってはじき、前記第１の形体と前記第２の形体との間にチャネルを形成し、
前記第１の液体組成物と前記第２の液体組成物とは同じ組成物であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記表面改質剤が、有機アミンであることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１の液体組成物が、前記銀ナノ粒子に加え更に金属ナノ粒子または金属酸化物ナノ粒子を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記基板が親水性表面を有しており、前記基板が高温であることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、前記有機アミンが、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、及びヘキサデシルアミンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法であって、前記金属ナノ粒子は、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，及びＮｉからなる群から選択される金属を含み、
前記金属酸化物ナノ粒子は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＺｎＯ_２，ＣｕＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＳｎＯ_２，インジウムスズ酸化物，及びアンチモンスズ酸化物からなる群から選択される金属酸化物を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記表面改質剤は、前記第１の液体組成物の０．０１重量％〜２０重量％の範囲であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記炭化水素溶媒はドデカンであり、前記アルコール補助溶媒はテルピネオールであることを特徴とする方法。