JP5770104B2 - 無電解めっきによる有機薄膜トランジスタのソース及びドレイン電極の形成方法 - Google Patents
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Description
基板は剛直又は柔軟でもよい。剛直な基板はガラス又はシリコンであってもよく、柔軟な基板は薄ガラス、又はポリ(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、ポリカーボネート、及びポリイミドなどのプラスチックを含んでいてもよい。
好ましい有機半導体材料としては、任意選択により置換されたペンタセンなどの小分子、ポリアリーレンなどの任意選択により置換されたポリマー、特にポリフルオレン及びポリチオフェン、並びにオリゴマーが挙げられる。異なる材料タイプの混合物(例えばポリマー及び小分子の混合物)を含めた、材料の混合物を使用してもよい。
ソース及びドレイン電極は、金属又は導電性ポリマーの形態であってもよい溶液処理可能な材料を含む。本発明の好ましい実施形態において、ソース及びドレイン電極は金属の無電解めっきによって形成される。
ゲート電極4は、幅広い範囲の導電性材料、例えば金属(例えば金)又は金属化合物(例えば酸化インジウムスズ)から選択することができる。あるいは、導電性ポリマーをゲート電極4として被着させてもよい。そのような導電性ポリマーは、例えばスピン塗工又はインクジェット印刷法、及び上記で論じた他の溶液析出法を用いて、溶液から被着させてもよい。
絶縁層は、抵抗率が高い絶縁材料から選択される誘電材料を含む。誘電体の誘電率kは典型的にはおよそ2〜3であるが、kの値が高い材料が望ましく、なぜならOTFTにおいて得られる静電容量はkに正比例し、ドレイン電流IDは静電容量に正比例するからである。したがって、低い動作電圧で高いドレイン電流を得るために、チャネル領域に薄い誘電層を有するOTFTが好ましい。
素子の構造中に他の層が含まれていてもよい。例えば、必要により結晶性を高めるため、接触抵抗を低下させるため、表面特性を修復させるため、及び接着性を高めるために、自己組織化単分子層(SAM)をゲート、ソース、又はドレイン電極、基板、絶縁層、及び有機半導体材料の上に被着させてもよい。具体的には、例えば有機半導体のモルフォロジー(特にポリマー配列及び結晶性)を改善することによって、及び特に高いk値の誘電体表面における電荷トラップを覆うことによって素子の性能を改善するために、チャネル領域の誘電体表面に、結合領域及び有機領域を含む単分子層を設けてもよい。そのような単分子層の例となる材料としては、長いアルキル鎖を有するクロロシラン又はアルコキシシラン、例えばオクタデシルトリクロロシランが挙げられる。同様に、有機半導体と電極の間の接触を改善するために、ソース及びドレイン電極にSAMを設けてもよい。例えば、金のSD電極に、チオール結合基及び接触を改善するための基(双極子モーメントが高い基であってもよい);ドーパント;又は共役部分を含むSAMを設けてもよい。
本発明の実施形態によるOTFTは、幅広い範囲の実現可能な応用性を有する。1つのそのような応用は、光学素子、好ましくは有機光学素子におけるピクセルを駆動することである。そのような光学素子の例としては、光応答性素子、特に光検出器、及び発光素子、特に有機発光素子が挙げられる。OTFTはアクティブマトリックス有機発光素子での使用、例えばディスプレイ用途での使用に特に適している。
Claims (29)
- 有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
溶液処理法を用いてソース及びドレイン電極を基板上に被着させるステップと、
仕事関数改変層を形成する前に、酸化物を除去するために前記基板上に被着させた前記ソース及び前記ドレイン電極を洗浄するステップと、
溶液処理法を用いて前記仕事関数改変層を前記ソース及び前記ドレイン電極上に形成するステップと、
溶液処理法を用いて有機半導体材料を前記ソース及び前記ドレイン電極の間のチャネル領域に被着させるステップと、
を含む方法。 - 前記層のそれぞれに使用される溶液処理法が、無電解めっき、電気めっき、スピン塗工、ディップ塗工、ブレード塗工、バー塗工、スロットダイ塗工、又はスプレー塗工、及びインクジェット印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、又はスクリーン印刷から独立に選択される、請求項1に記載の方法。
- 無電解めっき法を使用して前記ソース及び前記ドレイン電極を形成する、請求項2に記載の方法。
- 無電解めっき法がパターンを含むシード層を形成するステップを含み、前記シード層の材料がパターンの間に残らない、請求項3に記載の方法。
- 前駆体材料の層を基板上に被着させ、次いでパターンの間の領域から前記前駆体材料を除去することによりパターニングすることによって、パターニングされた前記シード層を形成する、請求項4に記載の方法。
- 直接的なパターニング法を用いて前駆体材料の層を前記基板上に被着させることにより、パターニングされた前記シード層を形成する、請求項4に記載の方法。
- 前記ソース及び前記ドレイン電極が、銅、ニッケル、白金、パラジウム、コバルト、及び金のうちの1つから形成される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ソース及び前記ドレイン電極が銅から形成される、請求項7に記載の方法。
- 前記洗浄するステップが希酸による洗浄を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記仕事関数改変層が金属層を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属層を無電解めっき又は電気めっきにより被着させる、請求項10に記載の方法。
- 前記仕事関数改変層が、電荷の受容又は供与により有機半導体材料に化学的にドープするための有機ドーパントを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機ドーパントが電荷中性ドーパントである、請求項12に記載の方法。
- 前記有機ドーパントが、前記有機半導体材料から電子を受け取る電子受容性であり、それによって前記有機半導体材料がpドープされる、請求項12又は13に記載の方法。
- 前記有機ドーパントのLUMO準位が−4.3eV未満である、請求項14に記載の方法。
- 前記有機半導体材料のHOMO準位が−5.5eV以上である、請求項14又は15に記載の方法。
- 前記有機半導体材料のHOMO準位が前記有機ドーパントのLUMO準位を上回る、請求項14から16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機半導体材料のHOMO準位が−4.6〜−5.5eVの範囲である、請求項14から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機ドーパントが任意選択により置換されたテトラシアノキノジメタン(TCNQ)である、請求項14から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記任意選択により置換されたTCNQがそのフッ素化誘導体である、請求項19に記載の方法。
- 前記有機ドーパントが、電荷の受容又は供与により前記有機半導体材料に化学的にドープするためのドーパント部分と、前記ドーパント部分に結合しており前記ソース及び前記ドレイン電極に選択的に結合するための別個の接合部分とを含む、請求項12から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記接合部分と前記ドーパント部分の間にスペーサ基が備えられている、請求項21に記載の方法。
- 前記仕事関数改変層が自己組織化層を含む、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機薄膜トランジスタが、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された誘電材料の層とを含むボトムゲート素子であり、前記ソース及び前記ドレイン電極が前記誘電材料上に配置されている、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機薄膜トランジスタは、前記ソース及び前記ドレイン電極が前記基板上に配置され、前記有機半導体材料が前記ソース及び前記ドレイン電極上に配置され、それらの間のチャネル領域で前記有機半導体材料上に誘電材料が配置され、ゲート電極が前記誘電材料上に配置されているトップゲート素子である、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記誘電材料を溶液処理法によって被着させる、請求項24又は25に記載の方法。
- 前記ゲート電極を溶液処理法によって被着させる、請求項24から26のいずれか一項に記載の方法。
- 溶液処理により基板上に形成されたソース及びドレイン電極と、
酸化物を除去するための基板洗浄後に形成された仕事関数改変材料であって、前記ソース及び前記ドレイン電極上に配置された溶液処理による仕事関数改変材料と、
前記ソース及び前記ドレイン電極の間のチャネル領域に配置された溶液処理による有機半導体材料と
を含む、有機薄膜トランジスタ。 - 無電解めっきのシード材料が前記ソース及び前記ドレイン電極内に配置されている、請求項28に記載の有機薄膜トランジスタ。
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