JP6143698B2 - Wiring pattern forming method, organic transistor manufacturing method, and organic transistor - Google Patents
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Description
本発明は、配線パターン形成方法、有機トランジスタの製造方法および有機トランジスタに関する。 The present invention relates to a wiring pattern forming method, an organic transistor manufacturing method, and an organic transistor.
軽量化、低コスト化、柔軟化が可能であることから、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイに用いられるFET(電界効果トランジスタ)、RFID(RFタグ)やメモリなどの論理回路を用いる装置等に、有機半導体膜(有機半導体層)を有する有機トランジスタが利用されている。
ここで、有機トランジスタの性能を向上させる観点から、有機トランジスタの電極には、高い導電性や精度が要求される。また、ゲート絶縁膜層等に対する高い密着性(電極密着性)が要求される。
このようななか、特許文献1には、有機トランジスタの電極を凸版オフセット法により形成する方法が開示され、上記方法により精密な電極(配線パターン)を形成することができる旨が記載されている。
Light weight, low cost, and flexibility are possible, so organic devices such as FETs (field effect transistors), RFIDs (RF tags), and memories that are used in liquid crystal displays and organic EL displays An organic transistor having a semiconductor film (organic semiconductor layer) is used.
Here, from the viewpoint of improving the performance of the organic transistor, the electrode of the organic transistor is required to have high conductivity and accuracy. Further, high adhesion (electrode adhesion) to the gate insulating film layer or the like is required.
Under such circumstances,
一方、本発明者が特許文献1を参考に凸版オフセット法を用いて配線パターンを形成したところ、形成された配線パターンに欠陥が見られる場合や、不要な箇所に残存パターンが見られる場合があることが明らかになった。すなわち、印刷性が不十分となる場合があることが明らかになった。また、印刷性に問題が無く高精度の配線パターンが形成されたとしても、形成された配線パターンの導電性や密着性が必ずしも昨今要求されているレベルを満たすものではないことが明らかになった。そして、有機トランジスタの電極の形成に用いた場合、有機トランジスタの移動度が不十分となる場合があることが明らかになった。
On the other hand, when the present inventor formed a wiring pattern using the relief offset method with reference to
そこで、本発明は、上記実情を鑑みて、印刷性、導電性および密着性に優れた配線パターン形成方法、ならびに、上記配線パターン形成方法により電極を形成する移動度に優れた有機トランジスタを製造する有機トランジスタの製造方法、および、上記製造方法により製造された有機トランジスタを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention manufactures a wiring pattern forming method excellent in printability, conductivity and adhesion, and an organic transistor excellent in mobility for forming electrodes by the wiring pattern forming method. It aims at providing the manufacturing method of an organic transistor, and the organic transistor manufactured by the said manufacturing method.
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、凸版オフセット法による配線パターン形成において、特定の沸点を有する2種の溶媒を含有し、かつ、成分の量比を特定した配線パターン形成用組成物を用い、さらに、光焼結を用いることで上記課題が解決できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventor has, as a wiring pattern formation by a relief offset method, a composition for wiring pattern formation containing two kinds of solvents having specific boiling points and specifying the amount ratio of components. Further, the present inventors have found that the above problems can be solved by using photo-sintering, and have reached the present invention.
That is, the present inventor has found that the above problem can be solved by the following configuration.
(1) 平均1次粒子径が100nm未満の銅ナノ粒子(A)と、界面活性剤(B)と、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)と、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)とを少なくとも含有し、上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の含有量と上記銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比(質量比X)が1:1〜1:30である配線パターン形成用組成物を仮支持体上に付与して、仮支持体上に塗膜を形成する塗膜形成工程と、
パターン状に凸部が形成された版を上記塗膜に押し当て、塗膜の一部を除去する除去工程と、
上記仮支持体上に残存する上記塗膜を基材上に転写して、基材上に配線パターン前駆体を形成する転写工程と、
上記配線パターン前駆体を光焼結して、配線パターンを形成する光焼結工程とを備える、配線パターン形成方法。
(2) 上記転写工程において、転写する上記塗膜中の、上記沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)および上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の合計の含有量と上記銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比(質量比Y)が1:1〜1:33である、上記(1に記載の配線パターン形成方法。
(3) 上記仮支持体のSP値と、上記沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)のSP値との差が、3.0〜15.0[MPa]1/2である、上記(1)または(2)に記載の配線パターン形成方法。
(4) 上記配線パターン形成用組成物が、さらに水を含有する、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の配線パターン形成方法。
(5) 上記沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)が、エタノールまたはイソプロピルアルコールである、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の配線パターン形成方法。
(6) 上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)が、アルコール類である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の配線パターン形成方法。
(7) 上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)が、2価または3価のアルコール類である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の配線パターン形成方法。
(8) 上記仮支持体を形成する材料の主成分が、ポリジメチルシロキサンである、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の配線パターン形成方法。
(9) ゲート電極と、ゲート絶縁膜層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを少なくとも備える、有機トランジスタを製造する方法であって、
上記ゲート電極、上記ソース電極および上記ドレイン電極からなる群より選択される少なくとも1つの電極を、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の配線パターン形成方法によって形成する、有機トランジスタの製造方法。
(10) 上記ゲート絶縁膜層を、有機物を主成分とする絶縁材料を含有する溶液を用いて形成する、上記(9)に記載の有機トランジスタの製造方法。
(11) 上記有機トランジスタが、上記ゲート絶縁膜層と上記ソース電極、および、上記ゲート絶縁膜層と上記ドレイン電極が、それぞれ互いに接した構造を有する、上記(9)または(10)に記載の有機トランジスタの製造方法。
(12) 上記ゲート絶縁膜層の膜厚が、200〜1000nmである、上記(9)〜(11)のいずれかに記載の有機トランジスタの製造方法。
(13) 上記ゲート電極、上記ソース電極および上記ドレイン電極の厚みが、50〜500nmである、上記(9)〜(12)のいずれかに記載の有機トランジスタの製造方法。
(14) 上記(9)〜(13)のいずれかに記載の有機トランジスタの製造方法によって製造された有機トランジスタ。
(1) Copper nanoparticles (A) having an average primary particle diameter of less than 100 nm, a surfactant (B), a water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or less, and a water-soluble organic having a boiling point of 200 ° C. or more. The mass ratio (mass ratio X) of the content of the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher and the content of the copper nanoparticles (A) is 1: 1. A coating film forming step of applying a wiring pattern forming composition of ˜1: 30 on a temporary support and forming a coating film on the temporary support;
A removal step of pressing a plate on which convex portions are formed in a pattern shape against the coating film, and removing a part of the coating film,
A transfer step of transferring the coating film remaining on the temporary support onto a substrate and forming a wiring pattern precursor on the substrate;
A wiring pattern forming method comprising: a photosintering step of photo-sintering the wiring pattern precursor to form a wiring pattern.
(2) In the transfer step, the total content of the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower and the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher in the coating film to be transferred and the above The wiring pattern forming method according to (1), wherein a mass ratio (mass ratio Y) with respect to the content of the copper nanoparticles (A) is 1: 1 to 1:33.
(3) The difference between the SP value of the temporary support and the SP value of the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower is 3.0 to 15.0 [MPa] 1/2. (1) The wiring pattern forming method according to (2).
(4) The wiring pattern forming method according to any one of (1) to (3), wherein the wiring pattern forming composition further contains water.
(5) The wiring pattern forming method according to any one of (1) to (4), wherein the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower is ethanol or isopropyl alcohol.
(6) The wiring pattern forming method according to any one of (1) to (5), wherein the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher is an alcohol.
(7) The wiring pattern forming method according to any one of (1) to (6), wherein the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher is a divalent or trivalent alcohol.
(8) The wiring pattern forming method according to any one of (1) to (7), wherein a main component of a material forming the temporary support is polydimethylsiloxane.
(9) A method of manufacturing an organic transistor comprising at least a gate electrode, a gate insulating film layer, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer,
Production of an organic transistor, wherein at least one electrode selected from the group consisting of the gate electrode, the source electrode and the drain electrode is formed by the wiring pattern forming method according to any one of (1) to (8) above Method.
(10) The method for producing an organic transistor according to (9), wherein the gate insulating film layer is formed using a solution containing an insulating material containing an organic substance as a main component.
(11) The organic transistor according to (9) or (10), wherein the organic transistor has a structure in which the gate insulating film layer and the source electrode, and the gate insulating film layer and the drain electrode are in contact with each other. Manufacturing method of organic transistor.
(12) The method for producing an organic transistor according to any one of (9) to (11), wherein the gate insulating film layer has a thickness of 200 to 1000 nm.
(13) The method for producing an organic transistor according to any one of (9) to (12), wherein the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode have a thickness of 50 to 500 nm.
(14) An organic transistor manufactured by the method for manufacturing an organic transistor according to any one of (9) to (13).
以下に示すように、本発明によれば、印刷性、導電性および密着性に優れた配線パターン形成方法、ならびに、上記配線パターン形成方法により電極を形成する移動度に優れた有機トランジスタを製造する有機トランジスタの製造方法、および、上記製造方法により製造された有機トランジスタを提供することができる。 As shown below, according to the present invention, a wiring pattern forming method excellent in printability, conductivity, and adhesion, and an organic transistor excellent in mobility for forming electrodes by the wiring pattern forming method are manufactured. The manufacturing method of an organic transistor and the organic transistor manufactured by the said manufacturing method can be provided.
以下に、本発明の配線パターン形成方法、および、有機トランジスタの製造方法について説明する。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
Below, the wiring pattern formation method of this invention and the manufacturing method of an organic transistor are demonstrated.
In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
[配線パターン形成方法]
本発明の配線パターン形成方法(以下、単に本発明の方法とも言う)は、平均1次粒子径が100nm未満の銅ナノ粒子(A)と、界面活性剤(B)と、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)と、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)とを少なくとも含有し、上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の含有量と上記銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比が1:1〜1:30である配線パターン形成用組成物を仮支持体上に付与して、仮支持体上に塗膜を形成する塗膜形成工程と、
パターン状に凸部が形成された版を上記塗膜に押し当て、塗膜の一部を除去する除去工程と、
上記仮支持体上に残存する上記塗膜を基材上に転写して、基材上に配線パターン前駆体を形成する転写工程と、
上記配線パターン前駆体を光焼結して、配線パターンを形成する光焼結工程とを備える。
[Wiring pattern forming method]
The wiring pattern forming method of the present invention (hereinafter, also simply referred to as the method of the present invention) includes a copper nanoparticle (A) having an average primary particle diameter of less than 100 nm, a surfactant (B), and a boiling point of 120 ° C. or lower. It contains at least a water-soluble organic solvent (C) and a water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher. The content of the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher and the copper nanoparticles (A ) Content ratio of 1: 1 to 1:30 on the temporary support, and a coating film forming step of forming a coating film on the temporary support,
A removal step of pressing a plate on which convex portions are formed in a pattern shape against the coating film, and removing a part of the coating film,
A transfer step of transferring the coating film remaining on the temporary support onto a substrate and forming a wiring pattern precursor on the substrate;
A photo-sintering step of photo-sintering the wiring pattern precursor to form a wiring pattern.
本発明の方法はこのような構成をとるため、印刷性、導電性および密着性に優れるものと考えられる。その理由は明らかではないが、およそ以下のとおりと推測される。
本発明の方法では、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)と、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)とを併用し、かつ、上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の含有量と銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比が特定の範囲である配線パターン形成用組成物を用いる。
上記配線パターン形成用組成物を用いて仮支持体上に塗膜を形成した場合、配線パターン形成用組成物に含有される沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)が仮支持体に適度に親和するため、その後の除去工程により塗膜が精密に除去される。すなわち、仮支持体上に残存する塗膜の形状の精度が高い。さらに、仮支持体上に残存する塗膜中には沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)が含有されるため、上記塗膜の柔軟性が高く、その後の転写工程において、高い精度で転写される。
そして、このように高い精度で基材上に転写された塗膜(配線パターン前駆体)を光焼結により焼結するため、基材へのダメージを抑えつつ、精密なパターンを形成することが可能となる。結果として、印刷性、導電性および密着性に優れた配線パターンが形成することができるものと考えられる。
以下ではまず塗膜形成工程で使用される配線パターン形成用組成物について説明してから、各工程について説明する。
Since the method of this invention takes such a structure, it is thought that it is excellent in printability, electroconductivity, and adhesiveness. The reason is not clear, but it is presumed that it is as follows.
In the method of the present invention, a water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower and a water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher are used in combination, and the water-soluble organic solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher ( The composition for wiring pattern formation whose mass ratio of content of D) and content of copper nanoparticles (A) is a specific range is used.
When a coating film is formed on the temporary support using the wiring pattern forming composition, the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or less contained in the wiring pattern forming composition is appropriate for the temporary support. Therefore, the coating film is precisely removed by a subsequent removal step. That is, the accuracy of the shape of the coating film remaining on the temporary support is high. Furthermore, since the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher is contained in the coating film remaining on the temporary support, the coating film has high flexibility, and in the subsequent transfer process, with high accuracy. Transcribed.
And since the coating film (wiring pattern precursor) transferred onto the substrate with such high accuracy is sintered by light sintering, it is possible to form a precise pattern while suppressing damage to the substrate. It becomes possible. As a result, it is considered that a wiring pattern excellent in printability, conductivity, and adhesion can be formed.
Below, after explaining the composition for wiring pattern formation used at a coating-film formation process first, each process is demonstrated.
〔配線パターン形成用組成物〕
配線パターン形成用組成物(以下、単に組成物とも言う)は、平均1次粒子径が100nm未満の銅ナノ粒子(A)と、界面活性剤(B)と、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)と、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)とを少なくとも含有する。ここで、上記沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の含有量と上記銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比は1:1〜1:30である。
[Composition for wiring pattern formation]
The composition for forming a wiring pattern (hereinafter also simply referred to as a composition) comprises a copper nanoparticle (A) having an average primary particle size of less than 100 nm, a surfactant (B), and a water-soluble organic compound having a boiling point of 120 ° C. or lower. It contains at least a solvent (C) and a water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher. Here, the mass ratio of the content of the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher and the content of the copper nanoparticles (A) is 1: 1 to 1:30.
<銅ナノ粒子(A)>
銅ナノ粒子(A)は、平均1次粒子径が100nm未満の粒子状の銅であれば特に制限されない。粒子状とは小さい粒状を指し、その具体例としては、球状、楕円体状などが挙げられる。完全な球や楕円体である必要は無く、一部が歪んでいても良い。
本発明における「銅」とは、酸化銅を実質的に含まない化合物である。酸化銅を実質的に含まないとは、限定的ではないが、酸化銅の含有量が銅粒子に対して1質量%以下であることをいう。銅粒子に対する酸化銅の含有量はXRDにより測定したものである。
上述のとおり、銅ナノ粒子(A)の平均1次粒子径は、100nm未満である。なかでも、1〜90nmであることが好ましく、5〜60nmであることがより好ましい。なお、本発明における平均1次粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、少なくとも50個以上の銅粒子の粒子径(直径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、観察図中、銅粒子の形状が真円状でない場合、長径を直径として測定する。
<Copper nanoparticles (A)>
The copper nanoparticles (A) are not particularly limited as long as they are particulate copper having an average primary particle diameter of less than 100 nm. The particulate form refers to a small granular form, and specific examples thereof include a spherical shape and an ellipsoidal shape. It does not have to be a perfect sphere or ellipsoid, and a part may be distorted.
The “copper” in the present invention is a compound that does not substantially contain copper oxide. Although it does not contain copper oxide substantially, it means that content of copper oxide is 1 mass% or less with respect to a copper particle. The content of copper oxide with respect to the copper particles is measured by XRD.
As described above, the average primary particle diameter of the copper nanoparticles (A) is less than 100 nm. Especially, it is preferable that it is 1-90 nm, and it is more preferable that it is 5-60 nm. In addition, the average primary particle diameter in this invention measures the particle diameter (diameter) of at least 50 or more copper particles by transmission electron microscope (TEM) observation, and calculates | requires them by arithmetic average. In addition, when the shape of a copper particle is not a perfect circle shape in an observation figure, a major axis is measured as a diameter.
組成物中の銅ナノ粒子(A)の含有量は、後述する質量比Xが所定の範囲であれば特に制限されないが、1〜40質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましい。 Although content of the copper nanoparticle (A) in a composition will not be restrict | limited especially if mass ratio X mentioned later is a predetermined range, It is preferable that it is 1-40 mass%, and it is 5-30 mass%. It is more preferable.
<界面活性剤(B)>
界面活性剤(B)の種類は特に制限されない。例えば、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。
陰イオン性界面活性剤の具体例としては、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルアリル硫酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等が挙げられる。
<Surfactant (B)>
The kind of surfactant (B) is not particularly limited. For example, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, etc. are mentioned.
Specific examples of the anionic surfactant include fatty acid salts, alkyl sulfate esters, alkylbenzene sulfonates, alkyl naphthalene sulfonates, alkyl sulfosuccinates, alkyl diphenyl ether disulfonates, alkyl phosphates, polyoxyethylenes. Alkyl sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl allyl sulfate ester salt, naphthalene sulfonic acid formalin condensate, polycarboxylic acid type polymer surfactant, polyoxyethylene alkyl phosphate ester and the like can be mentioned.
非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアセチアレニック・グリコールエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、オキシエチレン・オキシプロピレンブロックコポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。
より具体的には、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等が挙げられる。
Specific examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene acetylenic glycol ether, polyoxyethylene derivative, oxyethylene / oxypropylene block copolymer, sorbitan fatty acid Examples include esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitol fatty acid esters, glycerin fatty acid esters, polyoxyethylene fatty acid esters, polyoxyethylene alkylamines, and alkyl alkanolamides.
More specifically, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene lauryl ether and the like can be mentioned.
陽イオン性界面活性剤および両性界面活性剤の具体例としては、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルベタイン、アミンオキサイド等が挙げられる。 Specific examples of the cationic surfactant and the amphoteric surfactant include alkylamine salts, quaternary ammonium salts, alkylbetaines, amine oxides and the like.
また、これらのほかにもフッ素系界面活性剤や、シリコン系界面活性剤(例えば、BYK306(ビックケミー・ジャパン社製))も用いることができる。上記の界面活性剤の中でも、形成される導電膜の導電性がより優れる点で、非イオン性界面活性剤およびシリコン系界面活性剤が好ましい。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアセチアレニック・グリコールエーテルが好ましい。
In addition to these, fluorine-based surfactants and silicon-based surfactants (for example, BYK306 (manufactured by Big Chemie Japan)) can also be used. Among the above surfactants, nonionic surfactants and silicon-based surfactants are preferable in that the conductivity of the conductive film to be formed is more excellent.
As the nonionic surfactant, polyoxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene acetylenic glycol ether are preferable.
界面活性剤(B)はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
組成物中の界面活性剤(B)の含有量は特に制限されないが、0.01〜2.0質量%であるのが好ましい。
The surfactant (B) can be used alone or in combination of two or more.
Although content in particular of surfactant (B) in a composition is not restrict | limited, It is preferable that it is 0.01-2.0 mass%.
<沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)>
水溶性有機溶媒(C)(以下、単に溶媒(C)とも言う)は、沸点が120℃以下の水溶性有機溶媒であれば特に制限されない。なお、本明細書において、沸点は1気圧における値である。また、本明細書において、水溶性とは、25℃の水に対する溶解度が10質量%以上であることを言う。
水溶性有機溶媒(C)としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、字イソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。なかでも、エタノール、イソプロピルアルコールが好ましい。
<Water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower>
The water-soluble organic solvent (C) (hereinafter also simply referred to as solvent (C)) is not particularly limited as long as it is a water-soluble organic solvent having a boiling point of 120 ° C. or lower. In the present specification, the boiling point is a value at 1 atmosphere. Moreover, in this specification, water-soluble means that the solubility with respect to 25 degreeC water is 10 mass% or more.
Examples of the water-soluble organic solvent (C) include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, isobutyl ketone, and cyclohexanone. Of these, ethanol and isopropyl alcohol are preferable.
後述する仮支持体のSP値と、溶媒(C)のSP値(溶解度パラメータ)との差(絶対値)(以下、SP値差とも言う)は特に制限されないが、仮支持体に溶媒(C)がよりなじむことで印刷性がさらに向上する理由から、3.0〜15.0[MPa]1/2であることが好ましく、4.0〜15.0[MPa]1/2であることがより好ましく、10.0〜15.0[MPa]1/2であることがさらに好ましく、10.0〜14.0[MPa]1/2であることが特に好ましい。
ここで、仮支持体のSP値とは、仮支持体の材料のSP値を表す。
また、SP値は、Michael M. Collman, John F. Graf, Paul C. Painter (Pensylvania State Univ.)による、“SPECIFIC Interactions and the Miscibility of Polymer Blends” (1991), Technomic Publishing Co. Inc.に記載されている計算で求められる値である。但し、‐COOH基と‐OH基については記載がないため、R. F. FedorsによるPolymer Engineering and Science, 14(2), 147(1974)に記載の値を用いる。
The difference (absolute value) between the SP value of the temporary support described later and the SP value (solubility parameter) of the solvent (C) (hereinafter also referred to as SP value difference) is not particularly limited, but the solvent (C ) because the print is further improved by a more familiar, it is preferably from 3.0 to 15.0 [MPa] 1/2, which is from 4.0 to 15.0 [MPa] 1/2 Is more preferably 10.0 to 15.0 [MPa] 1/2 , and particularly preferably 10.0 to 14.0 [MPa] 1/2 .
Here, the SP value of the temporary support represents the SP value of the material of the temporary support.
In addition, the SP value is Michael M. Collman, John F. Graf, Paul C.M. "SPECIFIC Interactions and the Miscibility of Polymer Blends" (1991), Technological Publishing Co., by Painter (Pensylvania State Univ.). Inc. It is a value obtained by the calculation described in. However, since -COOH group and -OH group are not described, R.I. F. Values described in Polymer Engineering and Science by Fedors, 14 (2), 147 (1974) are used.
組成物中の溶媒(C)の含有量は特に制限されないが、30〜80質量%であることが好ましい。 The content of the solvent (C) in the composition is not particularly limited, but is preferably 30 to 80% by mass.
<沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)>
水溶性有機溶媒(D)(以下、単に溶媒(D)とも言う)は、沸点が200℃以上の水溶性有機溶媒であれば特に制限されない。
水溶性有機溶媒(D)は、沸点が200℃以上のアルコール類であることが好ましく、なかでも2価以上のアルコール類(1分子中に2個以上のヒドロキシ基を有するアルコール類)であることがより好ましく、そのなかでも2価または3価のアルコール類であることがさらに好ましく、そのなかでも3価のアルコール類であることが特に好ましい。
水溶性有機溶媒(D)の具体例としては、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン(250℃超)、グリセリン(250℃超)、1、4−ブタンジオール(230℃)、1,5−ペンタンジオール(242℃)、1,6−ヘキサンジオール(250℃)、1,7−ヘプタンジオール(258℃)、ジエチレングリコール(244℃)、トリエチレングリコール(250℃超)などが挙げられ、なかでも、トリメチロールプロパンが好ましい。なお、カッコ内は沸点を表す。
<Water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher>
The water-soluble organic solvent (D) (hereinafter also simply referred to as the solvent (D)) is not particularly limited as long as it is a water-soluble organic solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher.
The water-soluble organic solvent (D) is preferably an alcohol having a boiling point of 200 ° C. or higher, especially a divalent or higher alcohol (an alcohol having two or more hydroxy groups in one molecule). Of these, divalent or trivalent alcohols are more preferred, and trivalent alcohols are particularly preferred.
Specific examples of the water-soluble organic solvent (D) include trimethylolethane, trimethylolpropane (above 250 ° C.), glycerin (above 250 ° C.), 1,4-butanediol (230 ° C.), 1,5-pentanediol. (242 ° C.), 1,6-hexanediol (250 ° C.), 1,7-heptanediol (258 ° C.), diethylene glycol (244 ° C.), triethylene glycol (over 250 ° C.) and the like. Methylolpropane is preferred. In addition, the inside of a parenthesis represents a boiling point.
組成物中の沸点200℃以上の溶媒(D)の含有量は、後述する質量比Xが所定の範囲であれば特に制限されないが、0.05〜10質量%であることが好ましい。 The content of the solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher in the composition is not particularly limited as long as the mass ratio X described later is within a predetermined range, but is preferably 0.05 to 10% by mass.
<質量比X>
溶媒(D)の含有量と上述した銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比(質量比X)は1:1〜1:30である。
導電性および印刷性がより優れる理由から、質量比Xは、1:1〜1:20であることが好ましく、1:2〜1:20であることがより好ましい。
<Mass ratio X>
The mass ratio (mass ratio X) of the content of the solvent (D) and the content of the copper nanoparticles (A) described above is 1: 1 to 1:30.
The mass ratio X is preferably 1: 1 to 1:20, and more preferably 1: 2 to 1:20, because the conductivity and the printability are more excellent.
<任意成分>
組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上述した成分以外の成分(任意成分)を含有してもよい。そのような任意成分としては、上述した溶媒(C)および溶媒(D)以外の溶媒(例えば、水)や分散剤などが挙げられる。
組成物は、分散剤を含有することが好ましい。分散剤は、ポリアルキレングリコールであることが好ましい。
上記ポリアルキレングリコールは、オキシアルキレンの繰り返し単位(−R−O−:ここでRはアルキレン基を表す)を有し、1分子中にヒドロキシ基を2つ以上有する化合物であれば特に制限されない。アルキレン基は特に制限されない。例えば、エチレン基、プロピレン基のような炭素数1〜10のアルキレン基が挙げられる。
ポリアルキレングリコールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールが挙げられる。なかでも、ポリエチレングリコールが好ましい。
ポリアルキレングリコールの重量平均分子量(Mw)は特に制限されないが、1,000以上であるのが好ましく、3000〜500000であるのがより好ましく、4000〜30000であるのがさらに好ましい。なお、上記重量平均分子量は、GPC法(溶媒:N−メチルピロリドン)により得られたポリスチレン換算値である。
<Optional component>
The composition may contain components (arbitrary components) other than the components described above as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such an optional component include a solvent (for example, water) other than the solvent (C) and the solvent (D) described above, a dispersant, and the like.
The composition preferably contains a dispersant. The dispersant is preferably a polyalkylene glycol.
The polyalkylene glycol is not particularly limited as long as it is a compound having a repeating unit of oxyalkylene (—R—O—, wherein R represents an alkylene group) and having two or more hydroxy groups in one molecule. The alkylene group is not particularly limited. For example, a C1-C10 alkylene group like an ethylene group and a propylene group is mentioned.
Examples of the polyalkylene glycol include polyethylene glycol and polypropylene glycol. Of these, polyethylene glycol is preferable.
The weight average molecular weight (Mw) of the polyalkylene glycol is not particularly limited, but is preferably 1,000 or more, more preferably 3000 to 500000, and further preferably 4000 to 30000. In addition, the said weight average molecular weight is a polystyrene conversion value obtained by GPC method (solvent: N-methylpyrrolidone).
<配線パターン形成用組成物の調製方法>
配線パターン形成用組成物の調製方法は特に限定されず、公知の方法を採用できる。例えば、上記各成分を混合した後、超音波法(例えば、超音波ホモジナイザーによる処理)、ミキサー法、3本ロール法、ボールミル法などの公知の手段により成分を分散させるによって、組成物を得ることができる。
配線パターン形成用組成物の調製において、銅ナノ粒子の分散液を調製してから、これを他の成分と混合するのが好ましい。上記銅ナノ粒子の分散液の溶媒は水であることが好ましい。
<Method for Preparing Composition for Forming Wiring Pattern>
The preparation method of the composition for wiring pattern formation is not specifically limited, A well-known method is employable. For example, after mixing each of the above components, the composition is obtained by dispersing the components by a known means such as an ultrasonic method (for example, treatment with an ultrasonic homogenizer), a mixer method, a three-roll method, or a ball mill method. Can do.
In preparing the wiring pattern forming composition, it is preferable to prepare a dispersion of copper nanoparticles and then mix it with other components. The solvent of the copper nanoparticle dispersion is preferably water.
〔製造方法の各工程〕
次に、本発明の方法における各工程について、図面を参照して説明する。なお、以下で詳述する、基材上に配線パターン前駆体膜を製造する方法は、いわゆる反転印刷法に該当する。
[Each step of the manufacturing method]
Next, each step in the method of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the method of manufacturing a wiring pattern precursor film on a substrate, which will be described in detail below, corresponds to a so-called reverse printing method.
<塗膜形成工程>
図1は反転印刷法で配線パターン前駆体を形成する工程を示す概略図である。
まず、塗膜形成工程において、上述した組成物を仮支持体上に付与して、仮支持体上に塗膜を形成する。より具体的には、図1(a)に示すように、組成物を仮支持体1に付与して、仮支持体1上に塗膜2を形成する。
反転印刷法において使用される仮支持体としては、撥液表面を有するブランケットが好ましい態様の1つとして挙げられる。具体的には、シリコーンブランケットが挙げられる。
仮支持体の材料の主成分としては、例えば、ビニルシリコーンゴム、フッ素化シリコーンゴム等のシリコーン系エラストマー、各種フッ素樹脂系エラストマー、エチレンプロピレンゴム、オレフィン系エラストマーなどが用いられる。中でもシリコーン系エラストマーおよびフッ素系エラストマーは撥液性が優れ、離型性に優れることから好適に使用できる。特にシリコーン系エラストマーは適度の撥液性、耐溶剤性、溶剤膨潤性を有しておりブランケットの離型面用ゴムとして、より優れている。なかでもポリジメチルシロキサン(ポリジメチルシリコーン)(PDMS)ゴムは、高い撥液性と適度の溶剤吸収性を有しており、微細パターンの形成性及びパターンの転写性に優れていることから、凸版反転印刷用ブランケット材料として、特に優れた特性を有している。なお、主成分とは、80質量%以上占めることを意図する。
<Coating film formation process>
FIG. 1 is a schematic view showing a process of forming a wiring pattern precursor by a reverse printing method.
First, in the coating film forming step, the above-described composition is applied on a temporary support to form a coating film on the temporary support. More specifically, as shown in FIG. 1A, the composition is applied to the
As a temporary support used in the reversal printing method, a blanket having a liquid repellent surface is mentioned as one of preferred embodiments. Specifically, a silicone blanket is mentioned.
As the main component of the material of the temporary support, for example, silicone elastomers such as vinyl silicone rubber and fluorinated silicone rubber, various fluororesin elastomers, ethylene propylene rubber, olefin elastomers and the like are used. Of these, silicone elastomers and fluorine elastomers can be suitably used because of their excellent liquid repellency and excellent releasability. In particular, silicone elastomers have appropriate liquid repellency, solvent resistance, and solvent swelling properties, and are more excellent as rubbers for release surfaces of blankets. Among them, polydimethylsiloxane (polydimethylsilicone) (PDMS) rubber has high liquid repellency and moderate solvent absorbability, and is excellent in fine pattern formation and pattern transfer. As a reversal printing blanket material, it has particularly excellent characteristics. The main component is intended to occupy 80% by mass or more.
本発明において、組成物を仮支持体に付与する方法は特に制限されない。例えば、スリットコート、バーコート、スピンコートで所定の膜厚の塗膜を形成することができる。
付与された塗膜の膜厚は0.1μm〜15μm、さらに好ましくは0.15μm〜10μmで調整するのが、その後の微細パターン形成性、乾燥性により得られる導電性の観点から好ましい。
なお、後述するように、塗膜形成工程と後述する除去工程との間に、塗膜を乾燥する乾燥工程を備えてもよい。
In the present invention, the method for applying the composition to the temporary support is not particularly limited. For example, a coating film having a predetermined film thickness can be formed by slit coating, bar coating, or spin coating.
The film thickness of the applied coating is preferably adjusted to 0.1 μm to 15 μm, more preferably 0.15 μm to 10 μm, from the viewpoint of conductivity obtained by subsequent fine pattern formability and drying properties.
In addition, you may provide the drying process which dries a coating film between a coating-film formation process and the removal process mentioned later so that it may mention later.
<除去工程>
次に、除去工程において、パターン状に凸部が形成された版を仮支持体上に形成された塗膜上に押し当て、塗膜の一部を除去する。より具体的には、図1(b)および(c)に示すように、パターン状に形成された凸部6を有する版4を塗膜2に押し当て、凸部6と接触した塗膜の一部2aを除去する。これにより、仮支持体1上にパターン状の塗膜2bが残存する。
<Removal process>
Next, in the removing step, a plate on which convex portions are formed in a pattern is pressed onto the coating film formed on the temporary support to remove a part of the coating film. More specifically, as shown in FIGS. 1B and 1C, a plate 4 having
版の材質は、塗膜の一部を仮支持体から除去できるものであれば特に制限されず、例えば、ガラス、シリコン、ステンレス等の各種金属、各種樹脂が使用できる。
また、版の表面の加工方法も特に制限されず、材質、パターン精度、凸版深さ等によって最適な方法を選択できる。例えば、ガラス、シリコンを材質とする場合はウェットエッチング、ドライエッチング等の加工方法が適用できる。金属の場合はウェットエッチング、電鋳加工、サンドブラスト等が適用できる。また樹脂を材質とする場合はフォトリソエッチング、レーザー、収束イオンビーム等の加工方法が好適に適用できる。
The material of the plate is not particularly limited as long as a part of the coating film can be removed from the temporary support, and for example, various metals such as glass, silicon, stainless steel, and various resins can be used.
Further, the processing method of the plate surface is not particularly limited, and an optimum method can be selected depending on the material, pattern accuracy, relief plate depth, and the like. For example, when glass or silicon is used as a material, a processing method such as wet etching or dry etching can be applied. In the case of metal, wet etching, electroforming, sandblasting, etc. can be applied. Further, when a resin is used as a material, a processing method such as photolithography etching, laser, or focused ion beam can be suitably applied.
<乾燥工程>
上述のとおり、本発明の方法は、塗膜形成工程と除去工程の間に、塗膜形成工程後の仮支持体を乾燥させる乾燥工程を更に備えることができる。乾燥工程を備えることによって、転写性をより優れたものとすることができる。
乾燥工程における温度は100℃未満であるのが好ましい。この温度範囲であることによって有機溶媒を組成物から除去することができる。
<Drying process>
As described above, the method of the present invention can further include a drying step of drying the temporary support after the coating film forming step between the coating film forming step and the removing step. By providing the drying step, transferability can be further improved.
The temperature in the drying step is preferably less than 100 ° C. By being within this temperature range, the organic solvent can be removed from the composition.
<転写工程>
転写工程は、上記除去工程で得られた仮支持体上に残存する塗膜(パターン状の塗膜)を基材上に転写して、基材に配線パターン前駆体を形成する工程である。より具体的には、まず図1(d)に示すようにパターン状の塗膜2bが形成された仮支持体1と基材8とを対向させて、次いで図1(e)に示すようにパターン状の塗膜2bが形成された仮支持体1と基材8とを接触させて、図1(f)に示すようにパターン状の塗膜2bを基材8上に転写する。なお、転写されたパターン状の塗膜2bは配線パターン前駆体であり、後述する光焼結工程を経て配線パターンとなる。
転写工程の手順は特に制限されないが、通常、除去工程後の仮支持体上の塗膜と基材とを対向させて、両者を軽く押し当て、仮支持体上に残存する塗膜を基材へ全転写するのが好ましい。
<Transfer process>
The transfer step is a step of transferring the coating film (patterned coating film) remaining on the temporary support obtained in the removing step onto the substrate to form a wiring pattern precursor on the substrate. More specifically, first, as shown in FIG. 1D, the
The procedure of the transfer process is not particularly limited, but usually, the coating film on the temporary support after the removal process is opposed to the substrate, and both are lightly pressed, and the coating film remaining on the temporary support is the substrate. It is preferable to transfer all the images to
反転印刷法に使用される基材の種類は特に制限されず、金属基材、樹脂基材などが挙げられ、取扱い性の点から、樹脂基材が好ましく挙げられる。樹脂基材としては、例えば、低密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリメチルメタクリレートなどのメタクリル系樹脂;ポリスチレン、ABS、ASなどのポリスチレン系樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ1,4−シクロヘキシルジメチレンテレフタレートなど)、ナイロン樹脂およびナイロン共重合体から選ばれるポリアミド樹脂;ポリ塩化ビニル樹脂;ポリオキシメチレン;ポリカーボネート樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;変性ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリアセタール樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂;ポリケトン樹脂;ポリエーテルニトリル樹脂;ポリエーテルエーテルケトン樹脂;ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂;ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂;フッ素樹脂;セルロース誘導体等が好ましく使用される。
上記転写工程において、転写する塗膜中の、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)および沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の合計の含有量と銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比(質量比Y)は特に制限されないが、1:1〜1:33であることが好ましく、導電性および印刷性がより優れる理由から、1:1〜1:22であることがより好ましく、1:2〜1:22であることがさらに好ましい。
The kind of base material used in the reverse printing method is not particularly limited, and examples thereof include a metal base material and a resin base material, and a resin base material is preferable from the viewpoint of handleability. Examples of the resin substrate include polyolefin resins such as low density polyethylene resin, high density polyethylene resin, polypropylene and polybutylene; methacrylic resins such as polymethyl methacrylate; polystyrene resins such as polystyrene, ABS and AS; acrylic resins; Polyamide resin selected from styrene resin, vinyl chloride resin, polyester resin (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate,
In the transfer step, the total content of the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower and the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher in the coating film to be transferred and the copper nanoparticles (A) The mass ratio with respect to the content (mass ratio Y) is not particularly limited, but is preferably 1: 1 to 1:33, and is preferably 1: 1 to 1:22 because the conductivity and printability are more excellent. It is more preferable that the ratio is 1: 2 to 1:22.
<光焼結工程>
次に、光焼結工程において、配線パターン前駆体を光焼結して、配線パターンを形成する。より具体的には、配線パターン前駆体に光を照射し、配線パターン前駆体中の銅ナノ粒子(A)を融着させることによって配線パターンを形成する。
<Photo sintering process>
Next, in the photosintering step, the wiring pattern precursor is photosintered to form a wiring pattern. More specifically, a wiring pattern is formed by irradiating the wiring pattern precursor with light and fusing the copper nanoparticles (A) in the wiring pattern precursor.
光照射で使用される光源は特に制限されず、例えば、水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、カーボンアーク灯等がある。放射線としては、電子線、X線、イオンビーム、遠赤外線などがある。また、g線、i線、Deep−UV光、高密度エネルギービーム(レーザービーム)も使用される。
具体的な態様としては、赤外線レーザーによる走査露光、キセノン放電灯などの高照度フラッシュ露光、赤外線ランプ露光などが好適に挙げられる。
The light source used for light irradiation is not particularly limited, and examples thereof include a mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a chemical lamp, and a carbon arc lamp. Examples of radiation include electron beams, X-rays, ion beams, and far infrared rays. Further, g-line, i-line, deep-UV light, and high-density energy beam (laser beam) are also used.
Specific examples of preferred embodiments include scanning exposure with an infrared laser, high-illuminance flash exposure such as a xenon discharge lamp, and infrared lamp exposure.
光照射は、フラッシュランプによる光照射が好ましく、パルス光照射(例:Xeフラッシュランプによるパルス光照射)であることがより好ましい。高エネルギーのパルス光の照射は、塗膜を付与した部分の表面を、極めて短い時間で集中して加熱することができるため、基材への熱の影響を極めて小さくすることができる。
パルス光の照射エネルギーとしては、0.5〜100J/cm2が好ましく、0.5〜30J/cm2がより好ましく、パルス幅としては1μ秒〜100m秒が好ましく、10μ秒〜10m秒がより好ましい。パルス光の照射時間は、0.1〜100m秒が好ましく、0.1〜50m秒がより好ましく、0.1〜10m秒がさらに好ましい。
The light irradiation is preferably light irradiation with a flash lamp, and more preferably pulsed light irradiation (eg, pulsed light irradiation with a Xe flash lamp). Irradiation with high-energy pulsed light can concentrate and heat the surface of the portion to which the coating film has been applied in a very short time, so that the influence of heat on the substrate can be extremely reduced.
The irradiation energy of the pulse light is preferably 0.5~100J / cm 2, more preferably 0.5~30J / cm 2, preferably 1μ seconds ~100m sec as a pulse width, and more is 10μ seconds ~10m seconds preferable. The irradiation time of the pulsed light is preferably 0.1 to 100 msec, more preferably 0.1 to 50 msec, and further preferably 0.1 to 10 msec.
光照射は、フラッシュランプを用いて、露光時間0.5m秒以上で2回以上行うのが好ましい態様の1つとして挙げられる。 One preferred embodiment is that light irradiation is performed twice or more using a flash lamp at an exposure time of 0.5 msec or more.
光照射を実施する雰囲気は特に制限されず、大気雰囲気下、不活性雰囲気下、または還元性雰囲気下などが挙げられる。なお、不活性雰囲気とは、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガスで満たされた雰囲気であり、また、還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素等の還元性ガスが存在する雰囲気を指す。 The atmosphere in which the light irradiation is performed is not particularly limited, and examples thereof include an air atmosphere, an inert atmosphere, and a reducing atmosphere. The inert atmosphere is, for example, an atmosphere filled with an inert gas such as argon, helium, neon, or nitrogen, and the reducing atmosphere is a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide. It refers to the atmosphere.
〔配線パターン〕
上記工程により配線パターンが基材上に配線パターン(パターン状の銅配線)が形成される。
配線パターンの厚みは特に制限されず、使用される用途に応じて適宜最適な厚みに調整されるが、50〜500nmであることが好ましい。
[Wiring pattern]
A wiring pattern (patterned copper wiring) is formed on the substrate by the above process.
The thickness of the wiring pattern is not particularly limited, and is appropriately adjusted to an optimal thickness depending on the intended use, but is preferably 50 to 500 nm.
〔有機トランジスタの製造方法〕
本発明の有機トランジスタの製造方法(以下、単に本発明の製造方法とも言う)は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを少なくとも備える有機トランジスタを製造する方法であって、上記ゲート電極、上記ソース電極および上記ドレイン電極からなる群より選択される少なくとも1つの電極を、上述した本発明の方法によって形成するものである。
上記有機トランジスタは、ゲート絶縁膜層とソース電極、および、ゲート絶縁膜層とドレイン電極が、それぞれ互いに接した構造を有するのが好ましい。
以下、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機トランジスタの製造方法を第1の態様、トップゲート−トップコンタクト型の有機トランジスタの製造方法を第2の態様として、詳述する。
[Method of manufacturing organic transistor]
An organic transistor manufacturing method of the present invention (hereinafter also simply referred to as a manufacturing method of the present invention) includes an organic transistor including at least a gate electrode, a gate insulating film layer, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer. In the manufacturing method, at least one electrode selected from the group consisting of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is formed by the method of the present invention described above.
The organic transistor preferably has a structure in which a gate insulating film layer and a source electrode, and a gate insulating film layer and a drain electrode are in contact with each other.
Hereinafter, the manufacturing method of the bottom gate-bottom contact type organic transistor will be described in detail as the first mode, and the manufacturing method of the top gate-top contact type organic transistor will be described as the second mode.
<第1の態様>
図2に、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機トランジスタの一実施態様の断面図を示す。
図2に示すように、有機トランジスタ10は、支持体12と、支持体12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14に接触するゲート絶縁膜層16と、ゲート絶縁膜層16のゲート電極14側とは反対側の表面と接するように配置されたソース電極18およびドレイン電極20と、ソース電極18、ドレイン電極20、および、ソース電極18とドレイン電極20とで挟まれた領域のゲート絶縁膜層16を覆うように配置された有機半導体層22を有する。
本発明の製造方法は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極からなる群より選択される少なくとも1つの電極を、上述した本発明の方法によって形成すればよく、他の部材(ゲート電極14、ゲート絶縁膜層16、有機半導体層22)の形成方法は特に制限されないが、通常、ゲート電極14を形成する工程(ゲート形成工程)、ゲート絶縁膜層16を形成する工程(絶縁膜層形成工程)、上記ソース電極18およびドレイン電極20を形成する工程(ソース・ドレイン形成工程)、および、有機半導体層22を形成する工程(有機半導体形成工程)をこの順で実施することが好ましい。
以下では、図2に示す、有機トランジスタ10の製造方法の好適態様の一つとして、上記工程を有する手順について詳述する。
<First aspect>
FIG. 2 shows a cross-sectional view of one embodiment of a bottom gate-bottom contact type organic transistor.
As shown in FIG. 2, the
In the manufacturing method of the present invention, at least one electrode selected from the group consisting of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode may be formed by the above-described method of the present invention. The method of forming the
Below, the procedure which has the said process is explained in full detail as one of the suitable aspects of the manufacturing method of the
(ゲート形成工程)
本工程は、支持体上にゲート電極を形成する工程である。以下では、まず、使用される支持体およびゲート電極について詳述する。
支持体の種類は特に制限されず、主に、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。プラスチックフィルムとしては、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)、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス支持体を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。
(Gate formation process)
This step is a step of forming a gate electrode on the support. Below, the support body and gate electrode which are used are explained in full detail first.
The type of the support is not particularly limited, and is mainly composed of glass or a flexible resin sheet. For example, a plastic film can be used as the sheet. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (TAC), and cellulose acetate propionate. Examples thereof include a film made of (CAP) or the like. Thus, by using a plastic film, it is possible to reduce the weight as compared to the case of using a glass support, to improve portability, and to improve resistance to impact.
ゲート電極を構成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、例えば、金(Au)、銀、アルミニウム(Al)、銅、クロム、ニッケル、コバルト、チタン、白金、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属;InO2、SnO2、ITO等の導電性の酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料などが挙げられる。なかでも、金属であることが好ましく、銀、アルミニウムであることがより好ましい。 The material constituting the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, gold (Au), silver, aluminum (Al), copper, chromium, nickel, cobalt, titanium, platinum, magnesium, calcium, barium, Metals such as sodium; conductive oxides such as InO 2 , SnO 2 , ITO; conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polydiacetylene; semiconductors such as silicon, germanium, gallium arsenide; fullerene, carbon Examples thereof include carbon materials such as nanotubes and graphite. Especially, it is preferable that it is a metal, and it is more preferable that they are silver and aluminum.
ゲート電極を形成する方法は特に制限されず、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写やインクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。
また、導電性高分子の溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性高分子や導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
ゲート電極は上述した本発明の方法により形成してもよい。この場合、支持体(基材)上にゲート電極前駆体(配線パターン前駆体)が形成され、これを光焼結することによってゲート電極(配線パターン)が形成される。
ゲート電極の厚みは特に制限されないが、20〜200nmであることが好ましい。
The method for forming the gate electrode is not particularly limited. For example, a method for forming a conductive thin film formed using a method such as vapor deposition or sputtering using a known photolithography method or a lift-off method, aluminum, copper, or the like. There is a method of etching on a metal foil using a resist such as thermal transfer or ink jet.
Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.
The gate electrode may be formed by the method of the present invention described above. In this case, a gate electrode precursor (wiring pattern precursor) is formed on a support (base material), and a gate electrode (wiring pattern) is formed by photo-sintering this.
The thickness of the gate electrode is not particularly limited, but is preferably 20 to 200 nm.
(絶縁膜層形成工程)
本工程は、支持体上のゲート電極と接触するゲート絶縁膜層を形成する工程である。ゲート絶縁膜層は、通常、ゲート電極を覆うように配置される。以下では、まず、ゲート絶縁膜層を構成する材料について詳述する。
(Insulating film layer forming process)
This step is a step of forming a gate insulating film layer in contact with the gate electrode on the support. The gate insulating film layer is usually disposed so as to cover the gate electrode. Below, the material which comprises a gate insulating-film layer is explained in full detail first.
ゲート絶縁膜層は特に制限されないが、有機物を主成分とする絶縁材料を含有する溶液を用いて形成されるものであることが好ましい。すなわち、ゲート絶縁膜層は有機絶縁材料を含むことが好ましい。ここで主成分とは75質量%以上であることを意図し、90質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。 The gate insulating film layer is not particularly limited, but is preferably formed using a solution containing an insulating material containing an organic substance as a main component. That is, the gate insulating film layer preferably contains an organic insulating material. Here, the main component is intended to be 75% by mass or more, preferably 90% by mass or more, and more preferably 100% by mass.
有機絶縁材料としては、絶縁性を示す有機物(有機化合物)であれば特にその種類は制限されない。例えば、絶縁樹脂が好ましく、より具体的には、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系や光カチオン重合系の光硬化性樹脂、アクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂、シアノエチルプルラン、シリコン系ポリマー、フッ素系ポリマー等を用いることができる。
有機絶縁材料としては、ソース電極および/またはドレイン電極とゲート絶縁膜層との密着性がより優れる、または、有機トランジスタの移動度がより優れる点で、シロキサン基またはパーフルオロ基を有する有機絶縁材料が好ましい。シロキサン基またはパーフルオロ基を有する有機絶縁材料としては、シロキサン基含有ポリマーまたはパーフルオロ基含有ポリマーを用いることが好ましい。シロキサン基含有ポリマーとしては、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリシルセスキオキサン等が挙げられ、パーフルオロ基含有ポリマーとしては例えば、テフロン(R)(三井・デュポン フロロケミカル社製)、サイトップ(R)(旭硝子社製)、ネオフロンTM(ダイキン社製)等のアモルファスフッ素樹脂が挙げられる。
なお、シロキサン基とはSi−Oで表される基を意図し、パーフルオロ基とはすべての水素原子がフッ素原子で置換された基を意図する。
The organic insulating material is not particularly limited as long as it is an organic substance (organic compound) exhibiting insulating properties. For example, an insulating resin is preferable, and more specifically, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo-curing resin of photo radical polymerization type or photo cationic polymerization type, copolymer containing acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl Alcohol, novolac resin, epoxy resin, cyanoethyl pullulan, silicon polymer, fluorine polymer, or the like can be used.
As the organic insulating material, an organic insulating material having a siloxane group or a perfluoro group in that the adhesion between the source electrode and / or the drain electrode and the gate insulating film layer is more excellent, or the mobility of the organic transistor is more excellent. Is preferred. As the organic insulating material having a siloxane group or a perfluoro group, a siloxane group-containing polymer or a perfluoro group-containing polymer is preferably used. Examples of the siloxane group-containing polymer include polydimethylsiloxane and polysilsesquioxane. Examples of the perfluoro group-containing polymer include Teflon (R) (Mitsui / DuPont Fluorochemicals), Cytop (R ) (Manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and amorphous fluororesins such as NEOFLON TM (manufactured by Daikin).
The siloxane group means a group represented by Si—O, and the perfluoro group means a group in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms.
ゲート絶縁膜層を形成する方法は特に制限されないが、例えば、ゲート電極が形成された支持体上に、上記有機絶縁材料を含むゲート絶縁膜層形成用組成物を塗布してゲート絶縁膜層を形成する方法、上記有機絶縁材料を蒸着またはスパッタしてゲート絶縁膜層を形成する方法などが挙げられる。なお、ゲート絶縁膜層形成用組成物には、必要に応じて、溶媒(水、または、有機溶媒)が含まれていてもよい。また、ゲート絶縁膜層形成用組成物には架橋成分が含まれてもよい。例えば、ヒドロキシ基を含有する有機絶縁材料に対し、メラミン等の架橋成分を添加することで、ゲート絶縁膜層に架橋構造を導入することもできる。
ゲート絶縁膜層形成用組成物を塗布する方法は特に制限されず、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、インクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが好ましい。
ゲート絶縁膜層形成用組成物を塗布してゲート絶縁膜層を形成する場合、溶媒除去、架橋などを目的として、塗布後に加熱(ベーク)してもよい。
A method for forming the gate insulating film layer is not particularly limited. For example, the gate insulating film layer is formed by applying a composition for forming a gate insulating film layer containing the organic insulating material onto a support on which a gate electrode is formed. And a method of forming a gate insulating film layer by vapor deposition or sputtering of the organic insulating material. Note that the composition for forming a gate insulating film layer may contain a solvent (water or an organic solvent) as necessary. The composition for forming a gate insulating film layer may contain a crosslinking component. For example, a crosslinked structure can be introduced into the gate insulating film layer by adding a crosslinking component such as melamine to an organic insulating material containing a hydroxy group.
The method for applying the gate insulating film layer forming composition is not particularly limited, and is applied by spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, or the like. A wet process such as a method using a patterning method or a method using a patterning method such as inkjet is preferable.
When a gate insulating film layer-forming composition is applied to form a gate insulating film layer, it may be heated (baked) after application for the purpose of solvent removal, crosslinking and the like.
ゲート絶縁膜層の膜厚は、特に限定されず、50nm〜3μmが好ましく、200nm〜1μmがより好ましい。 The film thickness of the gate insulating film layer is not particularly limited, and is preferably 50 nm to 3 μm, and more preferably 200 nm to 1 μm.
(ソース・ドレイン形成工程)
ソース電極およびドレイン電極の形成方法は特に制限されないが、上述した本発明の方法であるのが好ましい。この場合、ゲート絶縁膜層(基材)上にソース電極前駆体およびドレイン電極前駆体(配線パターン前駆体)が形成され、これを光焼結することによってソース電極およびドレイン電極(配線パターン)が形成される。
形成されるソース電極およびドレイン電極の厚みは、特に限定されないが、10nm〜1μmが好ましく、50〜500nmがより好ましい。
(Source / drain formation process)
A method for forming the source electrode and the drain electrode is not particularly limited, but the method of the present invention described above is preferable. In this case, a source electrode precursor and a drain electrode precursor (wiring pattern precursor) are formed on the gate insulating film layer (base material), and the source electrode and the drain electrode (wiring pattern) are formed by photo sintering. It is formed.
Although the thickness of the source electrode and drain electrode to be formed is not particularly limited, 10 nm to 1 μm is preferable, and 50 to 500 nm is more preferable.
(有機半導体形成工程)
本工程は、上述したソース電極およびドレイン電極が配置されたゲート絶縁膜層上にさらに有機半導体層を形成する工程である。より具体的には、本工程では、ソース電極、ドレイン電極、および、ソース電極とドレイン電極とで挟まれた領域のゲート絶縁膜層を覆うように、有機半導体層が形成される。なお、本工程は図2の態様には限定されず、例えば、図3の有機トランジスタ100に示すように、ソース電極18とドレイン電極20とで挟まれた領域のゲート絶縁膜層16を覆うように有機半導体層22が少なくとも形成されればよい。
以下では、有機半導体層を構成する材料について詳述する。
(Organic semiconductor formation process)
This step is a step of further forming an organic semiconductor layer on the gate insulating film layer on which the above-described source electrode and drain electrode are disposed. More specifically, in this step, the organic semiconductor layer is formed so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the gate insulating film layer in a region sandwiched between the source electrode and the drain electrode. Note that this step is not limited to the mode of FIG. 2. For example, as shown in the
Below, the material which comprises an organic-semiconductor layer is explained in full detail.
有機半導体材料として、π共役系材料が用いられる。π共役系材料としては、例えば、ポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)等のポリピロール類;ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類;ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類;ポリチェニレンビニレン等のポリチェニレンビニレン類;ポリ(p−フェニレンビニレン)等のポリ(p−フェニレンビニレン)類;ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリン)等のポリアニリン類;ポリアセチレン等のポリアセチレン類;ポリジアセチレン等のポリジアセチレン類;ポリアズレン等のポリアズレン類;ポリピレン等のポリピレン類;ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)等のポリカルバゾール類;ポリセレノフェン等のポリセレノフェン類;ポリフラン、ポリベンゾフラン等のポリフラン類;ポリ(p−フェニレン)等のポリ(p−フェニレン)類;ポリインドール等のポリインドール類;ポリピリダジン等のポリピリダジン類;ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン等のポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をN、S、O等の原子、カルボニル基等の官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノン等);ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド等のポリマー;特開平11−195790号に記載された多環縮合体等を用いることができる。 A π-conjugated material is used as the organic semiconductor material. Examples of the π-conjugated material include polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), and poly (3,4-disubstituted pyrrole); polythiophene and poly (3-substituted thiophene) ), Poly (3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene; polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene; polychenylene vinylenes such as polychenylene vinylene; poly (p-phenylene) Poly (p-phenylene vinylenes) such as vinylene; polyanilines such as polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline), poly (2,3-substituted aniline); polyacetylenes such as polyacetylene Polydiacetylenes such as polydiacetylene; polyazulenes such as polyazulene; polypyrene Polypyrenes; polycarbazoles such as polycarbazole and poly (N-substituted carbazole); polyselenophenes such as polyselenophene; polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran; poly (p-phenylene) such as poly (p-phenylene) -Phenylene) s; polyindoles such as polyindole; polypyridazines such as polypyridazine; naphthacene, pentacene, hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, pyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene, ovalene , Derivatives of polyacenes such as quaterylene and circumanthracene, and polyacenes substituted with functional groups such as atoms such as N, S and O, and carbonyl groups (triphenodioxazine, triphenodithiazine, hexacene-6) , 15-quinone and the like); polymers such as polyvinyl carbazole, polyphenylene sulfide and polyvinylene sulfide; polycyclic condensates described in JP-A No. 11-195790 can be used.
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有する、例えば、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体等のオリゴマーも好適に用いることができる。 In addition, these polymers have the same repeating unit, for example, α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω, which are thiophene hexamers. Oligomers such as -bis (3-butoxypropyl) -α-sexithiophene and styrylbenzene derivatives can also be suitably used.
さらに、銅フタロシアニンや特開平11−251601号に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)およびN,N’−ジオクチルナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、およびアントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素などが挙げられる。
Further, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A No. 11-251601,
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこれらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数nが20以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。 Among these π-conjugated materials, thiophene, vinylene, chelenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, a substituent thereof, or two or more of these are used as a repeating unit, and the number n of the repeating units is 4 to 4 At least one selected from the group consisting of 10 oligomers or polymers having 20 or more repeating units, condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic diimides, and metal phthalocyanines. Is preferred.
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。 Other organic semiconductor materials include tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex. Organic molecular complexes such as can also be used. Furthermore, (sigma) conjugated polymers, such as polysilane and polygermane, and organic-inorganic hybrid material as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-260999 can also be used.
有機半導体材料としては、例えば、DNTT(ジナフト[2,3−b:2´,3´−f]チエノ[3,2−b]チオフェン)、DPh−BTBT(2,7−ジフェニル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン)、DT−BTT(2,6−ジトリルベンゾ[1,2−b:4,5−b´]ジチオフェン)、DPh−BTT(2,6−ジフェニルベンゾ[1,2−b:4,5−b´]ジチオフェン)、TIPSペンタセン(6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン)、TESペンタセン(6,13−ビス((トリエチルシリル)エチニル)ペンタセン)、ADT(アントラ[2,3−b:6,7−b´]ジチオフェン)、DFH−4T(5,5´´´−ビス(トリデカフルオロヘキシル)−2,2´:5´,2´´:5´´,2´´´−テトラチオフェン)、TES−ADT(5,11−ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン)、1,2,3,4,5,6,7,8−オクタフルオロ−9,10−ビス(メシチルエチニル)アントラセン、1,2,3,4,5,6,7,8−オクタフルオロ−9,10−ビス[4−(トリフルオロメチル)フェニル]アントラセン、DH−FTTF(5,5´−ビス(7−ヘキシル−9H−フルオレン−2−イル)−2,2´−ビチオフェン)、NSFAAP(13,6−N−スルフィニルアセトアミドペンタセン)、ペンタセン−N−スルフィニル−tert−ブチルカルバミン酸、9,10−ビス[(トリイソプロピルシリル)エチニル]アントラセン等も挙げられる。 Examples of the organic semiconductor material include DNTT (dinaphtho [2,3-b: 2 ′, 3′-f] thieno [3,2-b] thiophene), DPh-BTBT (2,7-diphenyl [1] benzothieno). [3,2-b] [1] benzothiophene), DT-BTT (2,6-ditolylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene), DPh-BTT (2,6-diphenylbenzo) [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene), TIPS pentacene (6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TES pentacene (6,13-bis ((triethylsilyl) ethynyl) pentacene ), ADT (anthra [2,3-b: 6,7-b ′] dithiophene), DFH-4T (5,5 ″ ″-bis (tridecafluorohexyl) -2,2 ′: 5 ′, 2 ´ ': 5 ″, 2 ″ ″-tetrathiophene), TES-ADT (5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), 1,2,3,4,5,6,7,8- Octafluoro-9,10-bis (mesitylethynyl) anthracene, 1,2,3,4,5,6,7,8-octafluoro-9,10-bis [4- (trifluoromethyl) phenyl] anthracene , DH-FTTF (5,5'-bis (7-hexyl-9H-fluoren-2-yl) -2,2'-bithiophene), NSFAAP (13,6-N-sulfinylacetamidopentacene), pentacene-N- Examples also include sulfinyl-tert-butylcarbamic acid, 9,10-bis [(triisopropylsilyl) ethynyl] anthracene and the like.
本発明においては、有機半導体層に、例えば、アクリル酸等、アセトアミド等、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基等の官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。 In the present invention, the organic semiconductor layer is made of, for example, a material having a functional group such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivative, tetracyanoethylene and tetracyanoquino Materials that accept electrons, such as dimethane and derivatives thereof, materials having functional groups such as amino group, triphenyl group, alkyl group, hydroxyl group, alkoxy group, phenyl group, phenylenediamine, etc. Including substituted amines, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and derivatives thereof, tetrathiafulvalene and derivatives thereof, and the like materials that serve as donors of electrons, Even if a so-called doping treatment is applied There.
ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、上述の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。 Doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Therefore, the doped thin film is a thin film containing the above-mentioned condensed polycyclic aromatic compound and a dopant.
本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。このアクセプターとしてCl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IF等のハロゲン、PF5、AsF5、SbF5、BF3、BC13、BBr3、SO3等のルイス酸、HF、HC1、HNO3、H2SO4、HClO4、FSO3H、ClSO3H、CF3SO3H等のプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸等の有機酸、FeCl3、FeOCl、TiCl4、ZrCl4、HfCl4、NbF5、NbCl5、TaCl5、MoCl5、WF5、WCl6、UF6、LnCl3(Ln=La、Ce、Nd、Pr等のランタノイドとY)などの遷移金属化合物、Cl−、Br−、I−、ClO4−、PF6−、AsF5−、SbF6−、BF4−、スルホン酸アニオン等の電解質アニオンなどを挙げることができる。 Either an acceptor or a donor can be used as the dopant used in the present invention. As this acceptor, Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr 3 , halogen such as IF, PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , BC1 3 , Lewis acid such as BBr 3 , SO 3 , HF , HC1, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , FSO 3 H, ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H and other protic acids, acetic acid, formic acid, amino acids and other organic acids, FeCl 3 , FeOCl, TiCl 4 , Transition metal compounds such as ZrCl 4 , HfCl 4 , NbF 5 , NbCl 5 , TaCl 5 , MoCl 5 , WF 5 , WCl 6 , UF 6 , LnCl 3 (Ln = La, Ce, Nd, Pr and other lanthanoids and Y) , Cl -, Br -, I -, ClO 4-, PF 6-, AsF 5-, SbF 6-, BF 4-, sulfonate anion And the like can be mentioned electrolyte anions.
また、本発明に用いるドナーとしては、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb等の希土類金属、アンモニウムイオン、R4P+、R4As+、R3S+(各Rはアルキル基、アリール基等を表す。)、アセチルコリンなどを挙げることができる。 As donors used in the present invention, alkali metals such as Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals such as Ca, Sr and Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Rd metals such as Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, ammonium ions, R 4 P + , R 4 As + , R 3 S + (each R represents an alkyl group, an aryl group, etc.), acetylcholine, and the like. Can be mentioned.
これらのドーパントのドーピングの方法として予め有機半導体層を作製しておき、ドーパントを後で導入する方法、有機半導体層作製時にドーパントを導入する方法のいずれも使用可能である。前者の方法のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを有機半導体層に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを有機半導体層に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングの方法を挙げることができる。また液相ドーピングにおいては電解を施すことによってドーピングの効率を調整することができる。後者の方法では、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥してもよい。例えば、真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合物とともにドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することができる。またスパッタリング法で有機半導体層を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入させることができる。さらに他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピングおよび例えば刊行物(工業材料、34巻、第4号、55頁、1986年)に示されたイオン注入法等の物理的ドーピングのいずれも使用可能である。 As a method for doping these dopants, either an organic semiconductor layer is prepared in advance and a dopant is introduced later, or a dopant is introduced when an organic semiconductor layer is produced can be used. As doping of the former method, gas phase doping using a dopant in a gas state, liquid phase doping in which a solution or liquid dopant is brought into contact with the organic semiconductor layer, and a dopant in a solid state brought into contact with the organic semiconductor layer A solid phase doping method for diffusion doping can be mentioned. In liquid phase doping, the efficiency of doping can be adjusted by applying electrolysis. In the latter method, a mixed solution or dispersion of an organic semiconductor compound and a dopant may be simultaneously applied and dried. For example, when using a vacuum evaporation method, a dopant can be introduce | transduced by co-evaporating a dopant with an organic-semiconductor compound. When an organic semiconductor layer is formed by a sputtering method, a dopant can be introduced into a thin film by sputtering using a binary target of an organic semiconductor compound and a dopant. Still other methods include chemical doping such as electrochemical doping, photoinitiated doping, and physics such as ion implantation shown in a publication (Industrial Materials, Vol. 34, No. 4, p. 55, 1986). Any of the chemical dopings can be used.
有機半導体層の作製法は特に制限されず、例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびLB法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液をもちいて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好まれる。また、有機半導体の溶液あるいは分散液をインクジェットで吐出し、溶媒を乾燥、除去することにより有機半導体層を形成してもよい。 The method for producing the organic semiconductor layer is not particularly limited, and for example, vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CVD, sputtering, plasma polymerization, electrolysis Examples include polymerization methods, chemical polymerization methods, spray coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, cast methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and LB methods, which can be used depending on the material. . However, in terms of productivity, spin coating method, blade coating method, dip coating method, roll coating method, bar coating method, die coating method, etc. that can form a thin film easily and precisely using an organic semiconductor solution. Liked. Alternatively, the organic semiconductor layer may be formed by discharging an organic semiconductor solution or dispersion with an ink jet and drying and removing the solvent.
有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、1μm以下が好ましく、10〜300nmがより好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular as the film thickness of an organic-semiconductor layer, The characteristic of the obtained transistor is largely influenced by the film thickness of the active layer which consists of organic semiconductors, and the film thickness changes with organic semiconductors. However, 1 micrometer or less is preferable and 10-300 nm is more preferable.
<第2の実施態様>
図4に、トップゲート−トップコンタクト型の有機トランジスタの一実施態様の概略図を示す。
図4に示すように、有機トランジスタ200は、支持体12と、支持体12上に配置された有機半導体層22と、有機半導体層22と接するように配置されたソース電極18およびドレイン電極20と、ソース電極18およびドレイン電極20を覆うように有機半導体層22上に配置されたゲート絶縁膜層16と、ゲート絶縁膜層16のソース電極18およびドレイン電極20側とは反対側の表面と接するように配置されたゲート電極14とを有する。
図4に示す有機トランジスタ200を構成する各部材は、上述した図2に示す有機トランジスタ10を構成する各部材と同じであり、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図4に示す有機トランジスタ200と、上述した図2に示す有機トランジスタ10とでは、各部材の積層順のみが異なる。
上述した第1の実施態様と同様に、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極からなる群より選択される少なくとも1つの電極を、上述した本発明の方法によって形成すればよいが、通常、支持体12上に有機半導体層22を形成する工程(有機半導体形成工程)、ソース電極18およびドレイン電極20を形成する工程(ソース・ドレイン形成工程)、ゲート絶縁膜層16を形成する工程(絶縁膜層形成工程)、および、ゲート電極14を形成する工程(ゲート形成工程)をこの順で実施することが好ましい。なお、各工程の手順は、上述した第1の実施態様での各工程の手順と同じである。
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows a schematic diagram of an embodiment of a top gate-top contact type organic transistor.
As shown in FIG. 4, the
The members constituting the
Similar to the first embodiment described above, at least one electrode selected from the group consisting of a gate electrode, a source electrode and a drain electrode may be formed by the method of the present invention described above. Step of forming organic semiconductor layer 22 (organic semiconductor forming step), step of forming
なお、有機半導体層22を形成する際には、図4の態様に限定されず、図5の有機トランジスタ300に示すように、ソース電極18とドレイン電極20とで挟まれた領域に有機半導体層22が少なくとも形成されればよい。
In forming the
以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
<銅ナノ粒子分散液(分散液1)の調製>
ガラス容器内にて、酢酸銅(II)水和物の115gを蒸留水の1700gおよびギ酸の30gで溶解して、銅イオンを含む水溶液を調製した。該水溶液のpHは2.7であった。該水溶液を撹搾しながら、該水溶液を40℃に加熱し、50質量%の次亜リン酸水溶液の240gを添加した。添加後5分で水溶液の色が青色から緑色、褐色へと変化した。そのまま40℃で30分間撹拌した後、さらに80℃で60分間加熱することで、銅ナノ粒子を合成した。その後、ポリエチレングリコール(重量平均分子量20000)を20g添加し、室温で20分撹拌した。その後、加圧ろ過による粒子回収、ポリエチレングリコール2質量%溶液中での超音波分散を2回繰り返し、洗浄を行い、最後は、銅ナノ粒子濃度が20質量%になるように水で希釈し、室温下で5分間超音波処理することで、銅ナノ粒子分散液を調製した。調製した銅ナノ粒子分散液を分散液1とする。分散液1中の銅ナノ粒子をSEMで観察したところ、銅ナノ粒子の平均1次粒子径は80nmであった。
<Preparation of copper nanoparticle dispersion (dispersion 1)>
In a glass container, 115 g of copper (II) acetate hydrate was dissolved in 1700 g of distilled water and 30 g of formic acid to prepare an aqueous solution containing copper ions. The pH of the aqueous solution was 2.7. While stirring the aqueous solution, the aqueous solution was heated to 40 ° C., and 240 g of a 50 mass% hypophosphorous acid aqueous solution was added. Five minutes after the addition, the color of the aqueous solution changed from blue to green to brown. After stirring for 30 minutes at 40 ° C., copper nanoparticles were synthesized by heating at 80 ° C. for 60 minutes. Thereafter, 20 g of polyethylene glycol (weight average molecular weight 20000) was added and stirred at room temperature for 20 minutes. Then, particle recovery by pressure filtration, ultrasonic dispersion in
<銅ナノ粒子分散液(分散液2)の調製>
銅ナノ粒子濃度が20質量%になるように水で希釈する代わりに、銅ナノ粒子濃度が20質量%になるようにエタノールで希釈した以外は、分散液1と同様の手順に従って銅ナノ粒子分散液を調製した。調製した銅ナノ粒子分散液を分散液2とする。分散液2中の銅ナノ粒子をSEMで観察したところ、銅ナノ粒子の平均1次粒子径は80nmであった。
<Preparation of copper nanoparticle dispersion (dispersion 2)>
Instead of diluting with copper so that the copper nanoparticle concentration is 20% by mass, the copper nanoparticles are dispersed according to the same procedure as
<配線パターン形成用組成物の調製>
表1の「銅ナノ粒子分散液」に記載の分散液10gと、界面活性剤としてBYK306(ビックケミー・ジャパン社製)0.5gと、表1の「沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)」に記載の溶媒30gと、表1の「沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)」に記載の溶媒0.2gと、ポリエチレングリコール(重量平均分子量20000)0.2gとを混合し、自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARE−310)で5分間処理することで配線パターン形成用組成物(各実施例および比較例で使用される配線パターン形成用組成物)を調製した。
なお、比較例2および3については、「沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)」を混合しなかった。また、比較例1、3および7については、「沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)」を混合しなかった。また、実施例13〜16および比較例5〜6については、表1の「質量比X」になるように、「沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)」の配合量を調節した。
表1中の分散液1は上述した分散液1を表し、表1中の分散液2は上述した分散液2を表す。また、表1中の質量比Xは上述した質量比Xを表す。
<Preparation of composition for wiring pattern formation>
10 g of the dispersion described in “Copper nanoparticle dispersion” in Table 1, 0.5 g of BYK306 (manufactured by BYK Japan) as a surfactant, and “water-soluble organic solvent having a boiling point of 120 ° C. or lower (C ) ”, 0.2 g of the solvent described in“ Water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher ”in Table 1, and 0.2 g of polyethylene glycol (weight average molecular weight 20000) are mixed. A composition for forming a wiring pattern (a composition for forming a wiring pattern used in each example and comparative example) was prepared by treating for 5 minutes with a rotation and revolution mixer (manufactured by THINKY, manufactured by Awatori Nertaro ARE-310). did.
In Comparative Examples 2 and 3, the “water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower” was not mixed. In Comparative Examples 1, 3 and 7, “water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher” was not mixed. Moreover, about Examples 13-16 and Comparative Examples 5-6, the compounding quantity of "the water-soluble organic solvent (D) whose boiling point is 200 degreeC or more" was adjusted so that it might become "mass ratio X" of Table 1.
The
(表1中の「沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)」に記載の溶媒の沸点)
表1中の「沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)」に記載の溶媒の沸点は以下のとおりである。なお、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトンおよびメタノールは25℃の水に対する溶解度が10質量%以上であり上述した溶媒(C)に該当するが、ヘキサンは25℃の水に対する溶解度が10質量%未満であり上述した溶媒(C)に該当しない。
・エタノール:78℃
・イソプロピルアルコール:82℃
・アセトン:57℃
・メチルエチルケトン:80℃
・メタノール:65℃
・ヘキサン:69℃
(The boiling point of the solvent described in “Water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower” in Table 1)
The boiling points of the solvents described in “Water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower” in Table 1 are as follows. In addition, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, and methanol have a solubility in water of 25 ° C. of 10% by mass or more and correspond to the above-mentioned solvent (C), but hexane has a solubility in water of 25 ° C. of less than 10% by mass. And does not correspond to the solvent (C) described above.
・ Ethanol: 78 ° C
Isopropyl alcohol: 82 ° C
Acetone: 57 ° C
・ Methyl ethyl ketone: 80 ℃
・ Methanol: 65 ℃
・ Hexane: 69 ℃
(表1中の「沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)」に記載の溶媒の沸点)
表1中の「沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)」に記載の溶媒の沸点は以下のとおりである。なお、トリメチロールプロパン、グリセリンおよび1,7−ヘプタンジオールは25℃の水に対する溶解度が10質量%以上である。
・トリメチロールプロパン:250℃超
・グリセリン:250℃超
・1,7−ヘプタンジオール:258℃
(The boiling point of the solvent described in “Water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher” in Table 1)
The boiling points of the solvents described in “Water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher” in Table 1 are as follows. Trimethylolpropane, glycerin and 1,7-heptanediol have a solubility in water at 25 ° C. of 10% by mass or more.
Trimethylolpropane: over 250 ° C Glycerin: over 250 °
<有機トランジスタの作製>
以下のとおり、各配線パターン形成用組成物を用いて、図2に示されるボトムゲート−ボトムコンタクト型有機トランジスタ(各実施例および比較例の有機トランジスタ)を作製した。
<Production of organic transistor>
A bottom gate-bottom contact type organic transistor (organic transistors of each example and comparative example) shown in FIG. 2 was produced using each wiring pattern forming composition as follows.
(ゲート電極の形成)
無アルカリ硝子基板(5cm×5cm)上に、銀ナノインク(銀ナノコロイド H−1,三菱マテリアル社製)を、DMP2831(1ピコリットルヘッド)を用いたインクジェット印刷により、幅100μm、膜厚100nmのゲート電極前駆体を形成し、その後、200℃90分間、ホットプレート上、大気下で加熱焼成することで、ゲート電極を形成した。
(Formation of gate electrode)
On an alkali-free glass substrate (5 cm × 5 cm), silver nanoink (silver nanocolloid H-1, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is 100 μm wide and 100 nm thick by inkjet printing using DMP2831 (1 picoliter head). A gate electrode precursor was formed, and then heated and fired at 200 ° C. for 90 minutes on a hot plate in the atmosphere to form a gate electrode.
(ゲート絶縁膜層の形成(実施例4および5以外))
実施例4および5以外については以下のとおりゲート絶縁膜層を形成した。
ポリビニルフェノール(Mw25000、アルドリッチ社製)5質量部、メラミン5質量部、および、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート90質量部を攪拌混合し、0.2μmメンブレンフィルターでろ過することで、溶液を調製した。得られた溶液を、上述のとおりゲート電極を形成した無アルカリ硝子基板上に滴下し、スピンコートにより、コートし、150℃/30分加熱することで、ゲート絶縁膜層を形成した。なお、表1に示される膜厚になるようにスピンコートの条件を調節した。
(Formation of gate insulating film layer (other than Examples 4 and 5))
Except for Examples 4 and 5, a gate insulating film layer was formed as follows.
A solution was prepared by stirring and mixing 5 parts by mass of polyvinylphenol (Mw 25000, manufactured by Aldrich), 5 parts by mass of melamine, and 90 parts by mass of polyethylene glycol monomethyl ether acetate and filtering with a 0.2 μm membrane filter. The obtained solution was dropped onto the alkali-free glass substrate on which the gate electrode was formed as described above, coated by spin coating, and heated at 150 ° C./30 minutes to form a gate insulating film layer. The spin coating conditions were adjusted to achieve the film thickness shown in Table 1.
(ゲート絶縁膜層の形成(実施例4))
実施例4については、ゲート絶縁膜層を形成するための溶液として、ポリシルセスキオキサン(HBSQ101、荒川化学工業社製)(100質量部)、イソホロンジイソシアネート(10質量部)およびジメチルグリコール100質量部を混合した溶液を使用した以外は、上述した実施例4および5以外と同様にゲート絶縁膜層を形成した。
(Formation of Gate Insulating Film Layer (Example 4))
About Example 4, as a solution for forming a gate insulating film layer, polysilsesquioxane (HBSQ101, manufactured by Arakawa Chemical Industries) (100 parts by mass), isophorone diisocyanate (10 parts by mass) and 100 parts by mass of dimethyl glycol A gate insulating film layer was formed in the same manner as in Examples 4 and 5 described above, except that the mixed solution was used.
(ゲート絶縁膜層の形成(実施例5))
実施例5については、ゲート絶縁膜層を形成するための溶液として、エスレックKS−3(積水化学工業社製)(5質量部)とトルエン/エタノール1:1混合溶媒(95質量部)とを混合した溶液を使用した以外は、上述した実施例4および5以外と同様にゲート絶縁膜層を形成した。
(Formation of gate insulating film layer (Example 5))
About Example 5, as a solution for forming a gate insulating film layer, SRECK KS-3 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) (5 parts by mass) and toluene / ethanol 1: 1 mixed solvent (95 parts by mass) were used. A gate insulating film layer was formed in the same manner as in Examples 4 and 5 except that the mixed solution was used.
(ソース電極およびドレイン電極の形成)
1.塗膜形成工程
PDMSブランケット(10cm×10cm)に、得られた配線パターン形成用組成物をコーターにより塗布(6μm液膜厚)し、30秒間室温乾燥した。このようにしてPDMSブランケット上に塗膜を形成した。
2.除去工程
次いで、図6に示されるパターン状に凸部が形成されたガラス版(深さ10μm)を上記塗膜上に設置し、上部から10秒間押し付けたのち、版をはがすことで、塗膜のうち凸部52が接触した部分を除去した。結果、PDMSブランケット上に図6の開口部53および54の形状の塗膜が残存した。
3.転写工程
20秒後に上記ゲート絶縁膜層上にPDMSブランケット上に残存する塗膜を接触させ、上部から10秒押し付けた後、PDMSブランケットをはがすことで、塗膜を上記ゲート絶縁膜層上に転写した。表1に各実施例および比較例について上述した質量比Yを示す。なお、「<1:100」は、1:100よりも「沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)および沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の合計の含有量」が少ないことを表す。
4.光焼結工程
転写された塗膜(配線パターン前駆体)を、パルス光照射処理(Xenon社製光焼結装置Sinteron2000)を用い、照射エネルギー:5J/m2、パルス幅:2m秒の条件で光焼結を行うことでソース電極およびドレイン電極(配線パターン)を形成した。なお、比較例3および7については、適当な配線パターン前駆体が形成されなかったため、光焼結を行わなかった。また、比較例4については、光焼結の代わりに熱焼結(窒素雰囲気)を行うことでソース電極およびドレイン電極を形成した。表1に形成されたソース電極およびドレイン電極の厚みを示す。
(Formation of source and drain electrodes)
1. Coating Film Formation Step The obtained wiring pattern forming composition was applied to a PDMS blanket (10 cm × 10 cm) with a coater (6 μm liquid film thickness) and dried at room temperature for 30 seconds. In this way, a coating film was formed on the PDMS blanket.
2. Removal Step Next, a glass plate (depth: 10 μm) in which convex portions are formed in the pattern shown in FIG. 6 is placed on the coating film, pressed from above for 10 seconds, and then peeled off to remove the coating film. The part which the
3.
4). Photo-sintering process The transferred coating film (wiring pattern precursor) is subjected to pulsed light irradiation treatment (Xenon's photo-sintering apparatus Sinteron 2000) under the conditions of irradiation energy: 5 J / m 2 and pulse width: 2 msec. A source electrode and a drain electrode (wiring pattern) were formed by performing photo-sintering. In Comparative Examples 3 and 7, since an appropriate wiring pattern precursor was not formed, photosintering was not performed. Moreover, about the comparative example 4, the source electrode and the drain electrode were formed by performing heat sintering (nitrogen atmosphere) instead of light sintering. Table 1 shows the thicknesses of the source and drain electrodes formed.
(有機半導体層の形成)
TIPSペンタセン(シグマアルドリッチ社製)のベンゼン0.5wt%溶液を調製し、0.2μmメンブレンフィルターでろ過することで、有機半導体溶液を作製した。得られた溶液をソース電極およびドレイン電極を形成した基板上に、滴下し、スピンコート(1000rpm,120秒)により、コートした。そのまま、大気下室温で2時間乾燥することで、有機半導体層を作製した。
このようにして各有機トランジスタを作製した。
(Formation of organic semiconductor layer)
A benzene 0.5 wt% solution of TIPS pentacene (manufactured by Sigma-Aldrich) was prepared, and filtered through a 0.2 μm membrane filter to prepare an organic semiconductor solution. The obtained solution was dropped onto a substrate on which a source electrode and a drain electrode were formed, and was coated by spin coating (1000 rpm, 120 seconds). The organic semiconductor layer was produced by drying at room temperature for 2 hours as it was.
Thus, each organic transistor was produced.
<導電性>
得られた各有機トランジスタのソース電極およびドレイン電極について、四探針法抵抗率計を用いて体積抵抗率を測定した。そして、以下の基準により導電性を評価した。結果を表1に示す。実用上、A〜Cであることが好ましい。なお、焼結を行わなかった比較例3および7については導電性の評価を行わなかった。
「A」:体積抵抗率が10μΩ・cm未満
「B」:体積抵抗率が10μΩ・cm以上50μΩ・cm未満
「C」:体積抵抗率が50μΩ・cm以上100μΩ・cm未満
「D」:体積抵抗率が100μΩ・cm以上1000μΩ・cm未満
「E」:体積抵抗率が1000μΩ・cm以上
<Conductivity>
About the obtained source electrode and drain electrode of each organic transistor, the volume resistivity was measured using the four-probe method resistivity meter. And conductivity was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1. Practically, it is preferably A to C. In addition, about Comparative Examples 3 and 7 which did not sinter, electroconductivity evaluation was not performed.
“A”: Volume resistivity is less than 10 μΩ · cm “B”: Volume resistivity is 10 μΩ · cm or more and less than 50 μΩ · cm “C”: Volume resistivity is 50 μΩ · cm or more and less than 100 μΩ · cm “D”: Volume resistance Rate is 100 μΩ · cm or more and less than 1000 μΩ · cm “E”: Volume resistivity is 1000 μΩ · cm or more
<印刷性(凸版オフセット印刷性)>
有機トランジスタの作製において、有機半導体層を形成せずに、形成されたソース電極およびドレイン電極(配線パターン)を光学顕微鏡で観察し、以下の基準により印刷性を評価した。実用上、A〜Cであることが好ましい。結果を表1に示す。なお、焼結を行わなかった比較例3および7については印刷性の評価を行わなかった。
「A」:配線パターンに欠陥が見られず、不要箇所に残存パターンが見られず、配線パターンのエッジににじみやがたつきが見られない。
「B」:配線パターンに欠陥が見られず、不要箇所に残存パターンが見られないが、配線パターンのエッジ部にわずかににじみやがたつきが見られる。
「C」:配線パターンに欠陥が見られず、不要箇所に残存パターンが見られないが、パターンのエッジ部ににじみやがたつきが見られる。しかし、配線としては許容な範囲内。
「D」:配線パターンに欠陥が一部見られる、もしくは、不要箇所に残存パターンが一部見られる。または、パターンのエッジ部ににじみやがたつきが顕著に見られる。
「E」:配線パターンに顕著な欠陥が見られる、または、不要箇所に顕著な残存パターンが見られ、配線パターンをなしていない。
<Printability (Letter offset printability)>
In the production of the organic transistor, the formed source electrode and drain electrode (wiring pattern) were observed with an optical microscope without forming the organic semiconductor layer, and the printability was evaluated according to the following criteria. Practically, it is preferably A to C. The results are shown in Table 1. In addition, printability evaluation was not performed about the comparative examples 3 and 7 which did not sinter.
“A”: No defect is found in the wiring pattern, no remaining pattern is seen in unnecessary portions, and no blur or rattling is seen on the edge of the wiring pattern.
“B”: No defect is found in the wiring pattern, and no remaining pattern is seen in an unnecessary portion, but slight blurring or shading is seen in the edge portion of the wiring pattern.
“C”: No defect is found in the wiring pattern, and no remaining pattern is seen in an unnecessary portion, but bleeding and shading are seen in the edge portion of the pattern. However, within the allowable range for wiring.
“D”: Some defects are found in the wiring pattern, or some remaining patterns are seen in unnecessary portions. Alternatively, the blur and shakiness are noticeable at the edge of the pattern.
“E”: A noticeable defect is seen in the wiring pattern, or a noticeable remaining pattern is seen in an unnecessary portion, and the wiring pattern is not formed.
<密着性(電極密着性)>
有機トランジスタの作製において、有機半導体層を形成せずに、形成されたソース電極およびドレイン電極(配線パターン)について、テープ剥離試験を行った。そして、以下の基準により密着性を評価した。結果を表1に示す。実用上、A〜Cであることが好ましい。なお、焼結を行わなかった比較例3および7、ならびに、印刷性の評価が「E」であった比較例1については密着性を評価しなかった。
「A」:全く剥がれ無し
「B」:5%未満の面積の剥がれ有り
「C」:5%以上20%未満の面積の剥がれ有り
「D」:20%以上90%未満の面積の剥がれ有り
「E」:90%以上の面積の剥がれ有り
<Adhesion (electrode adhesion)>
In the production of the organic transistor, a tape peeling test was performed on the formed source electrode and drain electrode (wiring pattern) without forming the organic semiconductor layer. And the adhesiveness was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1. Practically, it is preferably A to C. In addition, adhesiveness was not evaluated about the comparative examples 3 and 7 which did not sinter, and the comparative example 1 whose printability evaluation was "E".
“A”: no peeling at all “B”: peeling at an area of less than 5% “C”: peeling at an area of 5% or more but less than 20% “D”: peeling of an area of 20% or more but less than 90% “ E ": There is peeling of an area of 90% or more
<移動度>
得られた各有機トランジスタについて、半導体デバイスアナライザB1500A(アジレント社製)を用いて移動度を測定した。結果を表1に示す。なお、焼結を行わなかった比較例3および7、ならびに、印刷性の評価が「E」であった比較例1については移動度を評価しなかった。
<Mobility>
About each obtained organic transistor, mobility was measured using semiconductor device analyzer B1500A (made by Agilent). The results are shown in Table 1. In addition, mobility was not evaluated about the comparative examples 3 and 7 which did not sinter, and the comparative example 1 whose evaluation of printability was "E".
表1中、SP値差は、上述したSP値差を表す。ここで、仮支持体であるPDMSブランケットのSP値はポリジメチルシロキサンのSP値であり、具体的には15.3[MPa]1/2である。 In Table 1, the SP value difference represents the SP value difference described above. Here, the SP value of the PDMS blanket which is a temporary support is the SP value of polydimethylsiloxane, specifically 15.3 [MPa] 1/2 .
表1から分かるように、銅ナノ粒子(A)と、界面活性剤(B)と、沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)と、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)とを少なくとも含有し、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)の含有量と銅ナノ粒子(A)の含有量との質量比(質量比X)が1:1〜1:30である配線パターン形成用組成物を用いた本願実施例の配線パターン形成方法により形成された配線パターンはいずれも優れた導電性、印刷性および密着性を示した。また、ソース電極およびドレイン電極を上記本願実施例の配線パターン形成方法により形成した有機トランジスタはいずれも高い有機半導体移動度を示した。
実施例1および13〜16の対比から、質量比Xが1:1〜1:20である実施例1および13〜15はより優れた導電性を示した。なかでも、質量比Xが1:2〜1:20である実施例1、13および15はさらに優れた導電性およびより優れた印刷性を示した。
また、実施例1、6および7の対比から、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)が3価のアルコール類である実施例1および6はより優れた密着性を示した。なかでも、沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)がトリメチロールプロパンである実施例1はより優れた印刷性を示した。
また、実施例1、8および10〜12の対比から、仮支持体のSP値と沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)のSP値との差(SP値差)が4.0〜15.0である実施例1、8、10および12はより優れた導電性を示した。なかでも、SP値差が10.0〜15.0である実施例1および12はより優れた印刷性を示した。そのなかでも、SP値差が10.0〜14.0である実施例1はさらに優れた導電性を示した。
また、実施例1と9との対比から、銅ナノ粒子分散液の溶媒が水である実施例1はより優れた印刷性を示した。
As can be seen from Table 1, copper nanoparticles (A), surfactant (B), water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower, and water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher And a mass ratio (mass ratio X) of the content of the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher and the content of the copper nanoparticles (A) is 1: 1 to 1:30 All of the wiring patterns formed by the wiring pattern forming method of Examples of the present application using the pattern forming composition showed excellent conductivity, printability and adhesion. Moreover, the organic transistor which formed the source electrode and the drain electrode by the wiring pattern formation method of the said this-application Example showed high organic-semiconductor mobility.
From the comparison of Examples 1 and 13 to 16, Examples 1 and 13 to 15 having a mass ratio X of 1: 1 to 1:20 showed better conductivity. Among them, Examples 1, 13 and 15 having a mass ratio X of 1: 2 to 1:20 showed further excellent conductivity and printability.
Further, from the comparison of Examples 1, 6 and 7, Examples 1 and 6 in which the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher is a trivalent alcohol showed better adhesion. Among them, Example 1 in which the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher was trimethylolpropane showed better printability.
Further, from the comparison of Examples 1, 8 and 10 to 12, the difference (SP value difference) between the SP value of the temporary support and the SP value of the water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower is 4.0 to 4.0. Examples 1, 8, 10 and 12 which were 15.0 showed better conductivity. Among them, Examples 1 and 12 having an SP value difference of 10.0 to 15.0 showed more excellent printability. Among them, Example 1 in which the SP value difference is 10.0 to 14.0 showed further excellent conductivity.
Moreover, from the comparison with Example 1 and 9, Example 1 whose solvent of the copper nanoparticle dispersion liquid is water showed more excellent printability.
一方、配線パターン形成用組成物が沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)または沸点200℃以上の水溶性有機溶媒(D)を含有しない比較例1〜3および7は転写できずに適当な配線パターン前駆体が形成されないか、適当な配線パターン前駆体が形成されても印刷性が不十分であった。
また、焼結を熱焼結により行った比較例4は導電性および密着性が不十分であった。
また、質量比Xが1:1〜1:30の範囲外である比較例5および6は、印刷性が不十分であり、また、導電性および密着性も不十分であった。
On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 and 7 in which the wiring pattern forming composition does not contain a water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower or a water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher are suitable without being transferred. Even if a proper wiring pattern precursor was not formed or an appropriate wiring pattern precursor was formed, the printability was insufficient.
Moreover, the comparative example 4 which sintered by heat sintering was inadequate in electroconductivity and adhesiveness.
Further, Comparative Examples 5 and 6 in which the mass ratio X is outside the range of 1: 1 to 1:30 have insufficient printability, and also have insufficient conductivity and adhesion.
1 仮支持体
2 塗膜
2a 塗膜の一部(除去された塗膜)
2b パターン状の塗膜
4 版
6 凸部
8 基材
10,100,200,300 有機トランジスタ
12 支持体
14 ゲート電極
16 ゲート絶縁膜層
18 ソース電極
20 ドレイン電極
22 有機半導体層
51 ガラス版
52 凸部
53,54 開口部
1
2b Patterned coating film 4
Claims (12)
パターン状に凸部が形成された版を前記塗膜に押し当て、塗膜の一部を除去する除去工程と、
前記仮支持体上に残存する前記塗膜を基材上に転写して、基材上に配線パターン前駆体を形成する転写工程と、
前記配線パターン前駆体を光焼結して、配線パターンを形成する光焼結工程とを備え、
前記仮支持体のSP値と、前記沸点120℃以下の水溶性有機溶媒(C)のSP値との差が、3.0〜14.1[MPa] 1/2 である、配線パターン形成方法。 Copper nanoparticles (A) having an average primary particle size of less than 100 nm, a surfactant (B), a water-soluble organic solvent (C) having a boiling point of 120 ° C. or lower, and a water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher The mass ratio (mass ratio X) of the content of the water-soluble organic solvent (D) having a boiling point of 200 ° C. or higher and the content of the copper nanoparticles (A) is 1: 1 to 1: A coating film forming step of applying a wiring pattern forming composition of 30 on a temporary support and forming a coating film on the temporary support; and
A removal step of pressing a plate on which convex portions are formed in a pattern shape against the coating film, and removing a part of the coating film;
A transfer step of transferring the coating film remaining on the temporary support onto a substrate and forming a wiring pattern precursor on the substrate;
A photo-sintering step of photo-sintering the wiring pattern precursor to form a wiring pattern ;
And SP value of the temporary support, the difference between the SP value of the boiling point of 120 ° C. or less of the water-soluble organic solvent (C) is, 3.0 to 14.1 [MPa] Ru 1/2 der, wiring patterns formed Method.
前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極からなる群より選択される少なくとも1つの電極を、請求項1〜7のいずれか1項に記載の配線パターン形成方法によって形成する、有機トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing an organic transistor comprising at least a gate electrode, a gate insulating film layer, a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer,
Said gate electrode, at least one electrode selected from the group consisting of the source electrode and the drain electrode are formed by a wiring pattern forming method according to any one of claims 1 to 7 the method of manufacturing the organic transistor .
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