JP5737849B2 - Organic semiconductor film manufacturing method and organic transistor - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体膜の製造方法及び有機トランジスタに関する。   The present invention relates to an organic semiconductor film manufacturing method and an organic transistor.

近年、有機半導体をチャネル層に利用した有機トランジスタが大きな注目を集めている。有機FETは、シリコンなどの無機半導体をチャネルとした従来型の電界効果トランジスタと比べると低コストで製造でき、大型化が容易で機械的にフレキシブルであるという特徴を有する。   In recent years, an organic transistor using an organic semiconductor as a channel layer has attracted much attention. Organic FETs are characterized in that they can be manufactured at a lower cost than conventional field effect transistors using an inorganic semiconductor such as silicon as a channel, are easy to increase in size, and are mechanically flexible.

また、有機FETに用いられる有機半導体膜の形成方法としては、蒸着による方法が知られているが、有機半導体材料を基板上に塗布し且つ乾燥させることによって薄膜を得る方法は、蒸着による方法と比較して装置が簡単で容易に製造できるという利点がある。しかしながら、有機半導体材料を撥水性の高い基板上に形成すると、ハジキによって有機半導体材料による成薄ができないという不具合があった。   In addition, as a method for forming an organic semiconductor film used in an organic FET, a method by vapor deposition is known. However, a method for obtaining a thin film by applying an organic semiconductor material on a substrate and drying it is a method by vapor deposition. In comparison, there is an advantage that the apparatus is simple and can be easily manufactured. However, when an organic semiconductor material is formed on a substrate having high water repellency, there is a problem in that the organic semiconductor material cannot be thinned by repelling.

そこで、有機半導体材料を含む溶液中に、最短径が30μm又は0.5μmの球体非多孔シリカ微粒子を、10質量%又は30質量%混入させることによって、ハジキを抑制して、基板上に有機半導体材料の薄膜を形成することが知られている(例えば、特許文献1)。   Therefore, by adding 10% by mass or 30% by mass of spherical non-porous silica fine particles having a shortest diameter of 30 μm or 0.5 μm in a solution containing an organic semiconductor material, repelling is suppressed and the organic semiconductor is formed on the substrate. It is known to form a thin film of material (for example, Patent Document 1).

特開2008−311403号公報JP 2008-311403 A

しかしながら、有機半導体材料による薄膜に対して、混入させる球体非多孔シリカ微粒子が大きすぎるため、成膜後に形成される薄膜の膜厚バラツキが大きく、且つ混入する球体非多孔シリカ微粒子が多いことから、有機FETとしての良好な性能を得ることが困難であるという不具合があった。   However, since the spherical non-porous silica fine particles to be mixed are too large for the thin film made of the organic semiconductor material, the film thickness variation of the thin film formed after the film formation is large, and there are many spherical non-porous silica fine particles to be mixed. There was a problem that it was difficult to obtain good performance as an organic FET.

そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを目的とした有機半導体膜の製造方法及び有機トランジスタを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an organic semiconductor film and an organic transistor aimed at solving the above problems.

また、本発明は、撥水性の高い基板上に膜厚のバラツキなく成膜される有機半導体膜の製造方法及びそのような有機トランジスタを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a method for producing an organic semiconductor film formed on a highly water-repellent substrate without variation in film thickness, and such an organic transistor.

本発明に係る有機半導体膜の製造方法は、基板上に有機半導体材料を含む溶液を供給し、乾燥させることにより薄膜を形成させ、基板の水接触角が50°以上であり、溶液に粒径10nm以上30nm以下の絶縁性微粒子を溶液全体の重量に対して0.1wt%以上1.0wt%以下含有することを特徴とする。   In the method for producing an organic semiconductor film according to the present invention, a solution containing an organic semiconductor material is supplied onto a substrate and dried to form a thin film, the substrate has a water contact angle of 50 ° or more, and the solution has a particle size. Insulating fine particles of 10 nm or more and 30 nm or less are contained in an amount of 0.1 wt% or more and 1.0 wt% or less with respect to the total weight of the solution.

本発明に係る有機トランジスタは、水接触角が50°以上の基板と、基板上に形成された有機半導体材料から構成される薄膜を有し、薄膜は、粒径10nm以上30nm以下の絶縁性微粒子を有機半導体材料の重量に対して5wt%以上50wt%以下含有することを特徴とする。   The organic transistor according to the present invention has a thin film composed of a substrate having a water contact angle of 50 ° or more and an organic semiconductor material formed on the substrate, and the thin film has insulating particles having a particle size of 10 nm to 30 nm. Is contained in an amount of 5 wt% to 50 wt% with respect to the weight of the organic semiconductor material.

本発明に係る有機半導体膜の製造方法及び有機トランジスタでは、撥水性の高い基板に対して塗布された有機半導体材料を膜厚のバラツキなく成膜することを可能とすると共に、有機半導体としての良好な特性を得ることが可能となった。   In the organic semiconductor film manufacturing method and the organic transistor according to the present invention, it is possible to form an organic semiconductor material applied to a highly water-repellent substrate without variation in film thickness, and it is favorable as an organic semiconductor. It became possible to obtain the characteristic.

有機トランジスタの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an organic transistor. ドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the gate voltage V G. ドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the gate voltage V G.

以下図面を参照して、本発明に係る有機トランジスタ及び有機半導体膜の形成方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。   Hereinafter, an organic transistor and a method for forming an organic semiconductor film according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図1は、有機トランジスタの概略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an organic transistor.

図1(a)に示す塗布型有機トランジスタ1は、基板2の表面に、ゲート電極3、ゲート絶縁膜4、有機半導体膜5、ソース電極6及びドレイン電極7を有するものである。以下、塗布型有機トランジスタ1の製造方法について説明する。   A coating type organic transistor 1 shown in FIG. 1A has a gate electrode 3, a gate insulating film 4, an organic semiconductor film 5, a source electrode 6 and a drain electrode 7 on the surface of a substrate 2. Hereinafter, the manufacturing method of the coating type organic transistor 1 will be described.

基板2としては、ガラス基板、もしくは、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの耐熱性高分子材料を用いることが可能である。   As the substrate 2, it is possible to use a glass substrate or a heat-resistant polymer material such as polycarbonate, polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET).

次に、ゲート電極3を、基板2上に、蒸着又はスパッタリング等による薄膜形成方法による真空成膜法によって成膜し、マスク成膜法叉はフォトリソグラフ法等によって電極形状を形成する。また、ゲート電極の材料としては、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属、これら金属を用いた合金、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)、インジウム・亜鉛酸化物(IZO)等の無機材料、及びそれらの2種以上の併用、を用いることが可能である。   Next, the gate electrode 3 is formed on the substrate 2 by a vacuum film forming method using a thin film forming method such as vapor deposition or sputtering, and an electrode shape is formed by a mask film forming method or a photolithographic method. In addition, as materials for the gate electrode, metals such as gold, platinum, chromium, palladium, aluminum, indium, molybdenum, nickel, alloys using these metals, polysilicon, amorphous silicon, tin oxide, indium oxide, indium It is possible to use inorganic materials such as tin oxide (ITO) and indium / zinc oxide (IZO), and combinations of two or more thereof.

次に、ゲート絶縁膜4を、ゲート電極3上に、材料をスピンコート法により塗布した後にオーブンで加熱硬化して形成、又は化学蒸着法により成膜する。また、ゲート絶縁膜の材料としては、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSQ)、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリパラキシレン等を用いることが可能である。なお、PMSQは、熱処理によって硬化して、撥水性が高く(水接触角93°)、表面エネルギーの低い良好な絶縁膜を形成する。   Next, the gate insulating film 4 is formed on the gate electrode 3 by applying a material by spin coating and then heat-curing in an oven, or by chemical vapor deposition. As a material for the gate insulating film, polymethylsilsesquioxane (PMSQ), polyimide, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyparaxylene, or the like can be used. Note that PMSQ is cured by heat treatment to form a good insulating film with high water repellency (water contact angle 93 °) and low surface energy.

次に、有機半導体膜5を、ゲート絶縁膜4上に、有機半導体材料及び絶縁性微粒子を含む溶液をスピンコート法により塗布した後に、自然乾燥させて形成する。有機半導体材料としては、6, 13-ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPS−PEN)、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物、電荷移動錯体等の材料、具体的には、ペンタセン、中心ベンゼン環の間にビシクロ環を導入したペンタセン誘導体、テトラセン、アントラセン、チオフェンオリゴマー誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素等を用いることが可能である。絶縁性微粒子としては、シリカナノ粒子(SNP)、定型シリカ、顔料等を用いることができる。   Next, the organic semiconductor film 5 is formed on the gate insulating film 4 by applying a solution containing an organic semiconductor material and insulating fine particles by a spin coating method and then naturally drying the solution. Organic semiconductor materials include 6, 13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN), π-electron conjugated aromatic compounds, chain compounds, organic pigments, organosilicon compounds, charge transfer complexes, etc. Specifically, pentacene, a pentacene derivative in which a bicyclo ring is introduced between the central benzene rings, tetracene, anthracene, thiophene oligomer derivative, phenylene derivative, phthalocyanine derivative, polyacetylene derivative, polythiophene derivative, cyanine dye, etc. can be used. It is. As the insulating fine particles, silica nanoparticles (SNP), regular silica, pigments and the like can be used.

絶縁性微粒子は、撥水性が高い絶縁膜に対して、濡れ性が極めて悪く塗布が困難である有機半導体材料を含む溶液の濡れ性を向上させ、有機半導体膜の成膜を可能とするために添加されている。SNPの粒径は、SNPを乾固させた後、800℃で1時間焼成したもののBET比表面積を測定し、真比重2.2とした場合のシリカ球の径を示している。   Insulating fine particles improve the wettability of a solution containing an organic semiconductor material, which has extremely poor wettability and is difficult to apply to an insulating film with high water repellency, and enables the formation of an organic semiconductor film. It has been added. The particle size of the SNP indicates the diameter of the silica sphere when the SNP is dried and then calcined at 800 ° C. for 1 hour to measure the BET specific surface area to obtain a true specific gravity of 2.2.

例えば、撥水性が低い二酸化ケイ素(水接触角10°)をゲート絶縁膜として利用するような場合には、絶縁性微粒子を添加しなくても、有機半導体材料を成膜することが可能であるので、本発明は、特に、撥水性が高い基板(水接触角50°以上)に対して有効である。なお、水接触角は、絶縁膜表面に水滴を滴下し、水滴が絶縁膜と接している部分の角度を測定し求めた値を示している。   For example, when silicon dioxide having a low water repellency (water contact angle 10 °) is used as a gate insulating film, it is possible to form an organic semiconductor material without adding insulating fine particles. Therefore, the present invention is particularly effective for a substrate having a high water repellency (water contact angle of 50 ° or more). The water contact angle is a value obtained by measuring the angle of a portion where a water droplet is dropped on the surface of the insulating film and the water droplet is in contact with the insulating film.

次に、ソース電極6及びドレイン電極7を、有機半導体膜5上に、真空蒸着法によって形成する。なお、ソース電極6及びドレイン電極7は、有機トランジスタに用いられる公知の電極であれば特に限定されずに用いることができるが、ほとんどの有機半導体が、電荷を輸送するキャリアがホールであるP型半導体であることから、有機半導体とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい金属で形成されることが好ましい。具体的には、金、白金、銀、銅等をソース電極6及びドレイン電極7に用いることができる。   Next, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the organic semiconductor film 5 by a vacuum deposition method. The source electrode 6 and the drain electrode 7 can be used without particular limitation as long as they are known electrodes used in organic transistors, but most organic semiconductors are P-type in which carriers that transport charges are holes. Since it is a semiconductor, it is preferably formed of a metal having a high work function in order to make ohmic contact with the organic semiconductor. Specifically, gold, platinum, silver, copper, or the like can be used for the source electrode 6 and the drain electrode 7.

なお、図1(a)に示す塗布型有機トランジスタ1では、有機半導体膜5の上に、ソース電極6及びドレイン電極7を形成した。しかしながら、図1(b)に示す塗布型有機トランジスタ10のように、ゲート絶縁膜4の上に、ソース電極6及びドレイン電極7を形成し、その上に有機半導体膜5を形成しても良い。即ち、ボトムゲート型の塗布型有機トランジスタ1及び10に、本発明を適用することが可能である。   In the coating type organic transistor 1 shown in FIG. 1A, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the organic semiconductor film 5. However, like the coated organic transistor 10 shown in FIG. 1B, the source electrode 6 and the drain electrode 7 may be formed on the gate insulating film 4, and the organic semiconductor film 5 may be formed thereon. . That is, the present invention can be applied to the bottom gate type coating organic transistors 1 and 10.

さらに、図1(c)に示す塗布型有機トランジスタ20のように、基板2上に有機半導体膜5を形成し、有機半導体膜5上にソース電極6及びドレイン電極7を形成し、ソース電極6及びドレイン電極7上にゲート絶縁膜4及びゲート電極3を形成しても良い。また、図1(d)に示す塗布型有機トランジスタ30のように、基板2上にソース電極6及びドレイン電極7を形成し、ソース電極6及びドレイン電極7上に有機半導体膜5を形成し、有機半導体膜5上にゲート絶縁膜4及びゲート電極3を形成しても良い。即ち、トップゲート型の塗布型有機トランジスタ20及び30に、本発明を適用することが可能である。   Further, like the coated organic transistor 20 shown in FIG. 1C, the organic semiconductor film 5 is formed on the substrate 2, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the organic semiconductor film 5, and the source electrode 6 The gate insulating film 4 and the gate electrode 3 may be formed on the drain electrode 7. 1D, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the substrate 2, and the organic semiconductor film 5 is formed on the source electrode 6 and the drain electrode 7, The gate insulating film 4 and the gate electrode 3 may be formed on the organic semiconductor film 5. That is, the present invention can be applied to the top gate type coating organic transistors 20 and 30.

厚さ500μmのガラス基板2上に、スパッタリング法によって成膜された膜厚10nmの抵抗率300Ω/cm2のITOをフォトリソグラフィー法によってパターンニングすることによってゲート電極3を形成した。さらに、ゲート電極3の上に、PMSQをスピンコート法により塗布した後に、200度のオーブンで60分間加熱して、膜厚350nmのゲート絶縁膜4を形成した。ゲート絶縁膜4の形成後、溶媒であるトルエンに溶液全体の重量に対してTIPS−PENを2.0wt%、粒径10nmのSNPを0.1wt%溶解した溶液をスピンコート法によって、ゲート絶縁膜4の上に成膜し、自然乾燥させて有機半導体膜5を形成した。形成された有機半導体膜5には、TIPS−PENの重量に対して、SNPが5wt%含有されていた。有機半導体膜5の形成後、有機半導体膜5の上に、膜厚50nmのソース電極6及びドレイン電極7を、金を材料として真空蒸着法により形成して、図1(a)に示す塗布型有機トランジスタを製造した。 A gate electrode 3 was formed on the glass substrate 2 having a thickness of 500 μm by patterning ITO having a film thickness of 10 nm and a resistivity of 300 Ω / cm 2 by a photolithography method. Further, PMSQ was applied on the gate electrode 3 by spin coating, and then heated in an oven at 200 degrees for 60 minutes to form a gate insulating film 4 having a thickness of 350 nm. After the gate insulating film 4 is formed, a solution obtained by dissolving 2.0 wt% of TIPS-PEN and 0.1 wt% of SNP having a particle diameter of 10 nm in toluene as a solvent with respect to the weight of the entire solution is formed by spin coating. An organic semiconductor film 5 was formed on the film 4 and naturally dried. The formed organic semiconductor film 5 contained 5 wt% SNP with respect to the weight of TIPS-PEN. After the formation of the organic semiconductor film 5, a source electrode 6 and a drain electrode 7 having a thickness of 50 nm are formed on the organic semiconductor film 5 by a vacuum deposition method using gold as a material, and the coating type shown in FIG. An organic transistor was manufactured.

有機半導体膜の成膜は、上述したように、スピンコート法(20秒間、500rpm)を用い、スピンコート終了後、目視で有機半導体膜が成膜されているかどうかを確認した。その結果、実施例1の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。   As described above, the organic semiconductor film was formed using the spin coating method (20 seconds, 500 rpm), and it was visually confirmed whether the organic semiconductor film was formed after the spin coating was completed. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Example 1.

製造された塗布型有機トランジスタのオン・オフ比を測定した。オン・オフ比は、有機トランジスタのゲート電圧VGを変化させて測定した、ドレイン電流IDの最大値(以下「オン電流」とよぶ)とドレイン電流IDの最小値(以下「オフ電流とよぶ」)との比を言う。通常の有機トランジスタでは、オン・オフ比は、103以上であることが好ましい。実施例1の塗布型有機トランジスタでは、オン・オフ比は、2.3×103であって、良好なトランジスタ特性を示している。なお、オン・オフ比は、図2に示すドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(ドレイン電圧VD=−30(V)における)を示す図の実施例1に対応する曲線41に基づいて求めた。 The on / off ratio of the manufactured coated organic transistor was measured. On-off ratio was measured by changing the gate voltage V G of the organic transistor, the maximum value of the drain current I D (hereinafter referred to as "ON current") and the minimum value (hereinafter "off-state current of the drain current I D ")"). In a normal organic transistor, the on / off ratio is preferably 10 3 or more. In the coating type organic transistor of Example 1, the on / off ratio is 2.3 × 10 3 , indicating good transistor characteristics. Incidentally, on-off ratio, the curve 41 corresponding to Example 1 of Figure showing the relationship between the drain current I D and the gate voltage V G shown in FIG. 2 (in the drain voltage V D = -30 (V)) Based on.

また、得られた有機トランジスタのドレイン電圧VD、ドレイン電流をID、ゲート電圧VG、閾値電圧をVth、ゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量をC 、チャネル長さをL、チャネル幅をW、有機半導体膜の移動度をμとすると、それらは下記(1)式の関係で表すことができ、ID 1/2 とVGとをプロットしたグラフにおける傾きとして移動度μを求めた。
D= 〔WC/(2L)〕μ(VG−Vth2 (1)
ここで、閾値電圧Vthは、オフ電流を示す時の電圧VGの値とした。
Further, the obtained organic transistor has a drain voltage V D , a drain current I D , a gate voltage V G , a threshold voltage V th , a capacitance per unit area of the gate insulating film C 1, a channel length L, If the channel width is W and the mobility of the organic semiconductor film is μ, they can be expressed by the relationship of the following equation (1), and the mobility μ is expressed as a slope in a graph plotting I D 1/2 and V G. Asked.
I D = [WC / (2L)] μ (V G -V th) 2 (1)
Here, the threshold voltage V th is set to the value of the voltage V G when indicating the off current.

上記の方法により、製造された塗布型有機トランジスタの移動度μ及び閾値電圧Vthを求めた。実施例1の塗布型有機トランジスタでは、電界効果移動度μは1.2×10-3(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは2.0(V)であった。 By the above method, the mobility μ and the threshold voltage V th of the manufactured coating type organic transistor were obtained. In the coating type organic transistor of Example 1, the field effect mobility μ was 1.2 × 10 −3 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th was 2.0 (V).

溶液全体の重量に対して粒径10nmのSNPを1.0wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。形成された有機半導体膜5には、TIPS−PENの重量に対してSNPが50wt%含有されていた。その結果、実施例2の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。また、実施例2の塗布型有機トランジスタのオン・オフ比は1.8×103であって、良好なトランジスタ特性を示している。さらに、電界効果移動度μは2.8×10-4(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは1.0(V)であった。なお、オン・オフ比は、図2に示すドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(ドレイン電圧VD=−30(V)における)を示す図の実施例2に対応する曲線42に基づいて求めた。 A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 1.0 wt% of SNP having a particle diameter of 10 nm was added to the total weight of the solution. The formed organic semiconductor film 5 contained 50 wt% SNP with respect to the weight of TIPS-PEN. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Example 2. The on / off ratio of the coating type organic transistor of Example 2 is 1.8 × 10 3 , indicating good transistor characteristics. Further, the field effect mobility μ was 2.8 × 10 −4 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th was 1.0 (V). The on / off ratio is a curve 42 corresponding to Example 2 in the diagram showing the relationship between the drain current I D and the gate voltage V G shown in FIG. 2 (in the drain voltage V D = −30 (V)). Based on.

溶液全体の重量に対して粒径30nmのSNPを0.1wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、実施例3の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。また、実施例3の塗布型有機トランジスタのオン・オフ比は1.3×102であり、良好なトランジスタ特性を示している。さらに、移動度μは1.7×10-3(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは8.0(V)であった。なお、オン・オフ比は、図3に示すドレイン電流IDとゲート電圧VCとの関係(ドレイン電圧VD=−60(V)における)を示す図の実施例3に対応する曲線43に基づいて求めた。 A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 0.1 wt% of SNP having a particle size of 30 nm was added to the total weight of the solution. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Example 3. The on / off ratio of the coating type organic transistor of Example 3 is 1.3 × 10 2 , indicating good transistor characteristics. Furthermore, the mobility μ was 1.7 × 10 −3 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th was 8.0 (V). The on / off ratio is a curve 43 corresponding to Example 3 in the diagram showing the relationship between the drain current I D and the gate voltage V C shown in FIG. 3 (in the drain voltage V D = −60 (V)). Based on.

溶液全体の重量に対して粒径30nmのSNPを1.0wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、実施例4の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。また、実施例4の塗布型有機トランジスタのオン・オフ比は1.5×102であり、良好なトランジスタ特性を示している。さらに、移動度μは3.2×10-4(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは6.0であった。なお、オン・オフ比は、図3に示すドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(ドレイン電圧VD=−60(V)における)を示す図の実施例4に対応する曲線44に基づいて求めた。
(比較例1)
A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 1.0 wt% of SNP having a particle size of 30 nm was added to the total weight of the solution. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Example 4. The on / off ratio of the coating type organic transistor of Example 4 is 1.5 × 10 2 , indicating good transistor characteristics. Furthermore, the mobility μ was 3.2 × 10 −4 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th was 6.0. The on / off ratio is a curve 44 corresponding to Example 4 in the diagram showing the relationship between the drain current I D and the gate voltage V G (in the drain voltage V D = −60 (V)) shown in FIG. Based on.
(Comparative Example 1)

溶液全体の重量に対して粒径10nmのSNPを0.01wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、比較例1の塗布型有機トランジスタでは、スピンコート法によって、有機半導体膜を成膜することができなかった。したがって、比較例1についてのオン・オフ比、移動度μ及び閾値電圧Vthは測定していない。
(比較例2)
A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 0.01 wt% of SNP having a particle diameter of 10 nm was added to the total weight of the solution. As a result, in the coating type organic transistor of Comparative Example 1, an organic semiconductor film could not be formed by spin coating. Therefore, the on / off ratio, mobility μ, and threshold voltage V th for Comparative Example 1 are not measured.
(Comparative Example 2)

溶液全体の重量に対して粒径10nmのSNPを10wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、比較例2の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。また、比較例2の塗布型有機トランジスタのオン・オフ比は2.7×100、移動度μは3.0×10-6(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは−1.0(V)であった。上記のように、比較例2では、成膜をすることはできたが、オン・オフ比の値が低く、有機トランジスタとしての良好な特性を得ることはできなかった。なお、オン・オフ比は、図2に示すドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(VD=−30(V)における)を示す図の比較例2に対応する曲線52に基づいて求めた。
(比較例3)
A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 10 wt% of SNP having a particle diameter of 10 nm was added to the total weight of the solution. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Comparative Example 2. The on-off ratio of the coated organic transistor of Comparative Example 2 is 2.7 × 10 0 , the mobility μ is 3.0 × 10 −6 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th is −1. 0.0 (V). As described above, in Comparative Example 2, the film could be formed, but the on / off ratio was low, and good characteristics as an organic transistor could not be obtained. Incidentally, on-off ratio, based on the drain current I D and the curve 52 corresponding to Comparative Example 2 in graph showing relationship between a gate voltage V G and (V D = at -30 (V)) shown in FIG. 2 Asked.
(Comparative Example 3)

溶液全体の重量に対して粒径30nmのSNPを0.01wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、比較例3の塗布型有機トランジスタでは、スピンコート法によって、有機半導体膜を成膜することができなかった。したがって、比較例3についてのオン・オフ比、移動度μ及び閾値電圧Vthは測定していない。
(比較例4)
A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 0.01 wt% of SNP having a particle diameter of 30 nm was added to the total weight of the solution. As a result, in the coating type organic transistor of Comparative Example 3, an organic semiconductor film could not be formed by spin coating. Therefore, the on / off ratio, mobility μ, and threshold voltage V th for Comparative Example 3 are not measured.
(Comparative Example 4)

溶液全体の重量に対して粒径30nmのSNPを10wt%添加した以外は、実施例1と同様の操作を行い、塗布型有機トランジスタを製造した。その結果、比較例4の塗布型有機トランジスタでは、良好に有機半導体膜が成膜されていることが確認された。また、比較例4の塗布型有機トランジスタのオン・オフ比は7.6×101、移動度μは9.8×10-5(cm2/Vs)であり、閾値電圧Vthは−6.0(V)であった。上記のように、比較例4では、成膜をすることはできたが、オン・オフ比の値が低く、有機トランジスタとしての良好な特性を得ることはできなかった。なお、オン・オフ比は、図3に示すドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係(ドレイン電圧VD=−60(V)における)を示す図の比較例4に対応する曲線54に基づいて求めた。
(比較例5)
A coated organic transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 10 wt% of SNP having a particle diameter of 30 nm was added to the total weight of the solution. As a result, it was confirmed that the organic semiconductor film was satisfactorily formed in the coating type organic transistor of Comparative Example 4. The on-off ratio of the coating type organic transistor of Comparative Example 4 is 7.6 × 10 1 , the mobility μ is 9.8 × 10 −5 (cm 2 / Vs), and the threshold voltage V th is −6. 0.0 (V). As described above, in Comparative Example 4, although film formation was possible, the value of the on / off ratio was low, and good characteristics as an organic transistor could not be obtained. Incidentally, on-off ratio, the drain current I D and the gate voltage V relationship between G (drain voltage V D = -60 (in V)) curve 54 corresponding to Comparative Example 4 shows a shown in FIG. 3 Based on.
(Comparative Example 5)

溶液全体の重量に対して粒径500nmのSNPを0.1wt%添加した。その結果、SNPが液中で均一分散せず、スピンコート法によって有機半導体膜を製膜することができなかった。したがって、比較例5についてのオン・オフ比、移動度μ及び閾値電圧Vthは測定していない。
(比較例6)
0.1 wt% of SNP having a particle diameter of 500 nm was added to the weight of the whole solution. As a result, SNP was not uniformly dispersed in the liquid, and an organic semiconductor film could not be formed by spin coating. Therefore, the on / off ratio, mobility μ, and threshold voltage V th for Comparative Example 5 are not measured.
(Comparative Example 6)

溶液全体の重量に対して粒径500nmのSNPを1.0wt%添加した。その結果、SNPが液中で均一分散せず、スピンコート法によって有機半導体膜を製膜することができなかった。したがって、比較例6についてのオン・オフ比、移動度μ及び閾値電圧Vthは測定していない。 1.0 wt% of SNP having a particle diameter of 500 nm was added with respect to the weight of the whole solution. As a result, SNP was not uniformly dispersed in the liquid, and an organic semiconductor film could not be formed by spin coating. Therefore, the on / off ratio, mobility μ, and threshold voltage V th for Comparative Example 6 are not measured.

結果を表1に示す。表1から理解できるように、絶縁性微粒子であるSNPの粒径が10nm以上、30nm以下であって、TIPS−PENに対して0.1wt%以上、1.0wt%以下添加されることが、有機半導体膜の成膜を可能とし且つ有機トランジスタとしての特性を良好に保つために必要である。   The results are shown in Table 1. As can be understood from Table 1, the particle size of the insulating fine particles SNP is 10 nm or more and 30 nm or less, and 0.1 wt% or more and 1.0 wt% or less are added to TIPS-PEN. It is necessary for forming an organic semiconductor film and maintaining good characteristics as an organic transistor.

Figure 0005737849
Figure 0005737849

1、10、20、30 塗布型有機トランジスタ
2 基板
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁膜
5 有機半導体膜
6 ソース電極
7 ドレイン電極
1, 10, 20, 30 Coating type organic transistor 2 Substrate 3 Gate electrode 4 Gate insulating film 5 Organic semiconductor film 6 Source electrode 7 Drain electrode

Claims (4)

基板の絶縁膜上に有機半導体材料を含む溶液を供給し、乾燥させることにより薄膜を形成させる有機半導体膜の製造方法において、
前記絶縁膜は焼成によって形成され、
前記絶縁膜の水接触角が50°以上であり、
前記溶液に、粒径10nm以上30nm以下のシリカナノ粒子を0.1wt%以上1.0wt%以下含有し、
前記溶液の溶媒はトルエンであり、前記有機半導体材料はトリイソプロピルシリルエチニルペンタセンである、
ことを特徴とする有機半導体膜の製造方法。
In the method of manufacturing an organic semiconductor film in which a thin film is formed by supplying a solution containing an organic semiconductor material onto an insulating film of a substrate and drying it,
The insulating layer is formed by shrink formation,
The water contact angle of the insulating film is 50 ° or more,
The solution contains 0.1 wt% to 1.0 wt% of silica nanoparticles having a particle size of 10 nm to 30 nm ,
The solvent of the solution is toluene, and the organic semiconductor material is triisopropylsilylethynylpentacene.
The manufacturing method of the organic-semiconductor film characterized by the above-mentioned.
前記絶縁膜は、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSQ)、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、又はポリパラキシレンである、請求項1に記載の有機半導体膜の製造方法。 The method for producing an organic semiconductor film according to claim 1 , wherein the insulating film is polymethylsilsesquioxane (PMSQ), polyimide, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, or polyparaxylene. 成によって形成された、水接触角が50°以上の絶縁膜を有する基板と、
前記絶縁膜上に形成されたトリイソプロピルシリルエチニルペンタセンから構成される薄膜と、を有し、
前記薄膜は、粒径10nm以上30nm以下のシリカナノ粒子トリイソプロピルシリルエチニルペンタセンに対して5wt%以上50wt%以下含有する、
ことを特徴とする有機トランジスタ。
Formed by shrink deposition, a substrate water contact angle has a 50 ° or more insulating film,
A thin film made of triisopropylsilylethynylpentacene formed on the insulating film,
The thin film contains silica nanoparticles having a particle size of 10 nm to 30 nm with respect to triisopropylsilylethynylpentacene in an amount of 5 wt% to 50 wt%.
An organic transistor characterized by that.
前記絶縁膜は、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSQ)、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、又はポリパラキシレンである、請求項3に記載の有機トランジスタ。 The organic transistor according to claim 3 , wherein the insulating film is polymethylsilsesquioxane (PMSQ), polyimide, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, or polyparaxylene.
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