JP6330408B2 - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.

現在、一般的な平面薄型画像表示装置は非晶質シリコンや多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジスタのアクティブマトリックスにより駆動されている。   At present, a general flat and thin image display device is driven by an active matrix of a thin film transistor using amorphous silicon or polycrystalline silicon as a semiconductor layer.

一方、平面薄型画像表示装置のさらなる薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに樹脂基板を用いる試みが近年なされている。   On the other hand, in recent years, attempts have been made to use a resin substrate instead of a glass substrate in order to further reduce the thickness, weight, and damage resistance of a flat and thin image display device.

しかし、上述のシリコンを用いる薄膜トランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。   However, the manufacture of the above-described thin film transistor using silicon requires a relatively high temperature thermal process and is generally difficult to form directly on a resin substrate having low heat resistance.

そこで、低温形成が可能な有機半導体を用いた薄膜トランジスタの開発が活発に行われている。   Therefore, development of a thin film transistor using an organic semiconductor that can be formed at a low temperature has been actively conducted.

また、有機半導体は印刷法によってパターニングが可能であるという長所を有する。さらに、有機半導体を用いた薄膜トランジスタは半導体層だけでなく、電極やゲート絶縁層も印刷法によって形成可能な材料を選択することにより、薄膜トランジスタを構成する層を全て印刷により形成することも可能である。   In addition, the organic semiconductor has an advantage that it can be patterned by a printing method. Furthermore, a thin film transistor using an organic semiconductor can be formed by printing not only the semiconductor layer but also the electrodes and the gate insulating layer by selecting materials that can be formed by a printing method, so that all layers constituting the thin film transistor can be formed by printing. .

印刷法を用いることにより、真空成膜・フォトリソグラフィーにより製造されるシリコン系薄膜とトランジスタと比較して製造コストの大幅な削減が期待される。   By using the printing method, a significant reduction in manufacturing cost is expected as compared with a silicon-based thin film and a transistor manufactured by vacuum film formation / photolithography.

例えば、ボトムゲート・ボトムコンタクト型TFTの場合、有機半導体膜は、ゲート絶縁層及びソース・ドレイン電極上へ形成される。有機半導体膜の形成方法としては、例えばゲート絶縁層及びソース・ドレイン電極上へ有機半導体材料を含有する塗布液を塗工し、その後溶媒を除去して形成する方法や、転写用基板上に有機半導体材料を含有する塗布液を塗布し、転写用基板上で有機半導体材料を結晶化させ、ゲート絶縁層及びソース・ドレイン電極上に、有機半導体膜を転写させて形成する方法等がある(特許文献1、2)。   For example, in the case of a bottom gate / bottom contact type TFT, the organic semiconductor film is formed on the gate insulating layer and the source / drain electrodes. The organic semiconductor film can be formed by, for example, applying a coating solution containing an organic semiconductor material onto the gate insulating layer and the source / drain electrodes and then removing the solvent to form an organic semiconductor film on the transfer substrate. There is a method in which a coating liquid containing a semiconductor material is applied, the organic semiconductor material is crystallized on a transfer substrate, and the organic semiconductor film is transferred onto the gate insulating layer and the source / drain electrodes (Patent) References 1, 2).

しかし、有機半導体膜を形成する際に、ゲート絶縁層とソース・ドレイン電極の表面エネルギーが異なるため、有機半導体膜はゲート絶縁層上またはソース・ドレイン電極上のどちらか一方に形成されやすく、どちらか一方には形成されにくいという問題がある。有機半導体膜がゲート絶縁層上に十分に形成されない場合、チャネル内に有機半導体膜が存在しない部分が発生するため、薄膜トランジスタのオン電流が減少し、デバイスを動作させる上で所望の特性が得られないこととなる。またソース・ドレイン電極上に有機半導体膜が十分に形成されない場合においても、有機半導体膜とソース・ドレイン電極との接触面積が小さく、接触抵抗が高くなるため、薄膜トランジスタのオン電流が減少し、デバイスを動作させる上で所望の特性が得られないこととなる。   However, when the organic semiconductor film is formed, the surface energy of the gate insulating layer is different from that of the source / drain electrode. Therefore, the organic semiconductor film is easily formed on either the gate insulating layer or the source / drain electrode. On the other hand, there is a problem that it is difficult to form. When the organic semiconductor film is not sufficiently formed on the gate insulating layer, a portion where the organic semiconductor film does not exist in the channel is generated, so that the on-current of the thin film transistor is reduced and desired characteristics can be obtained in operating the device. It will not be. Even when the organic semiconductor film is not sufficiently formed on the source / drain electrodes, the contact area between the organic semiconductor film and the source / drain electrodes is small and the contact resistance is high, so that the on-current of the thin film transistor is reduced, and the device In this case, desired characteristics cannot be obtained.

特許第3803342号公報Japanese Patent No. 3803342 特許第4831406号公報Japanese Patent No. 4831406

本発明は、高いオン電流を得ることのできる薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the thin-film transistor which can obtain a high on-current, and its manufacturing method.

上記課題を解決するための本発明の一局面は、絶縁基板と、絶縁基板上に形成された少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体を含むチャネル層とを含み、ソース電極表面及びドレイン電極表面とチャネル層との間に、有機半導体を含む接触層を有し、チャネル層及び接触層が同一の有機半導体材料からなる、薄膜トランジスタである。 One aspect of the present invention for solving the above problems is an insulating substrate, at least a gate electrode formed on the insulating substrate, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a channel layer including an organic semiconductor. include, between the source electrode surface and the drain electrode surface and the channel layer, it has a contact layer comprising an organic semiconductor, the channel layer and the contact layer is made of the same organic semiconductor material, a thin film transistor.

また、チャネル層または接触層が結晶性を有する材料を含んでもよい。   Further, the channel layer or the contact layer may include a material having crystallinity.

また、本発明の他の局面は、有機半導体材料を含む塗布液を用いてチャネル層及び/又は接触層を形成する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法である。   Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor, including a step of forming a channel layer and / or a contact layer using a coating liquid containing an organic semiconductor material.

また、接触層を形成する工程において、塗布液のゲート絶縁層表面に対する接触角を、ソース電極及びドレイン電極に対する接触角よりも大きくなるように塗布液を塗布してもよい。 Further, in the step of forming the contact layer, the contact angle with the gate insulating layer surface of the coating liquid, the coating liquid may be applied so as to be larger than the contact angle against the source electrode and the drain electrodes.

また、接触層を形成する工程において、塗布液の絶縁基板表面に対する接触角を、ソース電極及びドレイン電極に対する接触角よりも大きくなるように塗布液を塗布してもよい。 Further, in the step of forming the contact layer, the contact angle with respect to the insulating substrate surface of the coating liquid, the coating liquid may be applied so as to be larger than the contact angle against the source electrode and the drain electrodes.

また、接触層を形成する工程において、塗布液の塗布後に、塗布液から溶媒成分を除去して、接触層となる有機半導体膜を形成する工程を含んでも良い。   Further, the step of forming the contact layer may include a step of forming an organic semiconductor film to be a contact layer by removing the solvent component from the coating solution after coating the coating solution.

また、チャネル層を形成する工程において、転写用基板上に塗布液を塗布する工程と、転写用基板上で塗布液が含有する有機半導体材料を結晶化させて有機半導体膜を形成する工程と、少なくともソース電極、ドレイン電極及び接触層が形成された絶縁基板上に、有機半導体膜を転写してチャネル層を形成する工程を含んでもよい。   Further, in the step of forming the channel layer, a step of applying a coating liquid on the transfer substrate, a step of crystallizing an organic semiconductor material contained in the coating liquid on the transfer substrate, and forming an organic semiconductor film, A step of forming a channel layer by transferring an organic semiconductor film over an insulating substrate on which at least a source electrode, a drain electrode, and a contact layer are formed may be included.

ソース電極及びドレイン電極表面とチャネル層の間に、有機半導体材料を含む接触層を有することで、チャネル層とソース・ドレイン電極間のコンタクト抵抗が低く、高いオン電流が得られる。   By having a contact layer containing an organic semiconductor material between the surface of the source and drain electrodes and the channel layer, the contact resistance between the channel layer and the source / drain electrodes is low, and a high on-current can be obtained.

チャネル層及び接触層が結晶性を有することで、より高いオン電流を得ることが可能となる。   Since the channel layer and the contact layer have crystallinity, higher on-current can be obtained.

チャネル層及び接触層が同一の有機半導体材料を含むことで、半導体膜中のキャリアの移動がスムーズに行われ、より高いオン電流を得ることが可能となる。   When the channel layer and the contact layer contain the same organic semiconductor material, carriers in the semiconductor film can move smoothly and a higher on-current can be obtained.

チャネル層及び接触層を、有機半導体材料を含む塗布液から形成することで、印刷法を用いて製造することが可能となり、低コストな薄膜トランジスタを実現することができる。   By forming the channel layer and the contact layer from a coating solution containing an organic semiconductor material, the channel layer and the contact layer can be manufactured using a printing method, and a low-cost thin film transistor can be realized.

ボトムゲート−ボトムコンタクト型薄膜トランジスタの場合、接触層となる有機半導体膜を形成する際に、有機半導体材料を含有する塗布液のゲート絶縁層表面に対する接触角を、ソース電極及びドレイン電極表面に対する接触角よりも大きくすることで、塗布液がソース電極及びドレイン電極を十分に濡らし、溶媒が乾燥する際に、ソース電極及びドレイン電極表面に十分に接触層を形成することができる。   In the case of a bottom gate-bottom contact thin film transistor, when forming an organic semiconductor film to be a contact layer, the contact angle with respect to the gate insulating layer surface of the coating liquid containing the organic semiconductor material is defined as the contact angle with respect to the source electrode and drain electrode surfaces. By making it larger than this, when the coating solution sufficiently wets the source electrode and the drain electrode and the solvent dries, a contact layer can be sufficiently formed on the surface of the source electrode and the drain electrode.

トップゲート−ボトムコンタクト型薄膜トランジスタの場合、接触層となる有機半導体膜を形成する際に、有機半導体材料を含有する塗布液の絶縁基板表面に対する接触角を、ソース電極及びドレイン電極表面に対する接触角よりも大きくすることで、塗布液がソース電極及びドレイン電極を十分に濡らし、溶媒が乾燥する際に、ソース電極及びドレイン電極表面に十分に接触層を形成することができる。   In the case of the top gate-bottom contact type thin film transistor, when forming the organic semiconductor film to be the contact layer, the contact angle of the coating liquid containing the organic semiconductor material with respect to the insulating substrate surface is determined from the contact angle with respect to the source electrode and drain electrode surfaces. By increasing the thickness, the coating liquid sufficiently wets the source electrode and the drain electrode, and the contact layer can be sufficiently formed on the surface of the source electrode and the drain electrode when the solvent is dried.

ソース電極及びドレイン電極上に、前述の有機半導体材料を含有する塗布液が塗出される工程と、該塗布液から溶媒成分を除去する工程とにより、ソース電極及びドレイン電極上に接触層となる有機半導体膜を容易に形成することができる。   An organic layer that becomes a contact layer on the source electrode and the drain electrode by the step of coating the coating solution containing the organic semiconductor material described above on the source electrode and the drain electrode and the step of removing the solvent component from the coating solution. A semiconductor film can be easily formed.

転写用基板上に前述の有機半導体材料を含有する塗布液を塗布する工程と、転写用基板上で有機半導体材料を結晶化させる工程と、ソース電極及びドレイン電極及び接触層が形成された絶縁基板上に、有機半導体膜を転写させる工程とにより、接触層を溶解させずに、ゲート絶縁層表面または絶縁基板上に結晶性の有機半導体膜を形成することができる。   Insulating substrate in which a coating liquid containing the above-mentioned organic semiconductor material is applied on a transfer substrate, a step of crystallizing the organic semiconductor material on the transfer substrate, and a source electrode, a drain electrode, and a contact layer are formed Further, a crystalline organic semiconductor film can be formed on the surface of the gate insulating layer or the insulating substrate without dissolving the contact layer by the step of transferring the organic semiconductor film.

本発明の第1の実施形態および実施例に係る薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。It is the schematic showing the cross-sectional structure of the thin-film transistor which concerns on the 1st Embodiment and Example of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。It is the schematic showing the cross-section of the thin-film transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の比較例に係る薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。It is the schematic showing the cross-sectional structure of the thin-film transistor which concerns on the comparative example of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.

図1に本発明の薄膜トランジスタの第1の実施形態である、薄膜トランジスタ1を示す。絶縁基板10上にゲート電極11、ゲート絶縁層12、ソース電極13およびドレイン電極14、接触層15、チャネル層(半導体層)16を備えたボトムゲート−ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタである。   FIG. 1 shows a thin film transistor 1 which is a first embodiment of the thin film transistor of the present invention. The thin film transistor has a bottom gate-bottom contact structure including a gate electrode 11, a gate insulating layer 12, a source electrode 13 and a drain electrode 14, a contact layer 15, and a channel layer (semiconductor layer) 16 on an insulating substrate 10.

図2に本発明の薄膜トランジスタの第2の実施形態である、薄膜トランジスタ2を示す。絶縁基板10上にゲート電極11、ゲート絶縁層12、ソース電極13およびドレイン電極14、接触層15、チャネル層16を備えたトップゲート−ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタである。   FIG. 2 shows a thin film transistor 2 which is a second embodiment of the thin film transistor of the present invention. A thin film transistor having a top gate-bottom contact structure including a gate electrode 11, a gate insulating layer 12, a source electrode 13 and a drain electrode 14, a contact layer 15, and a channel layer 16 on an insulating substrate 10.

本発明の絶縁基板10としてガラス基板または樹脂基板を用いることができる。樹脂基板の場合、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を使用することができる。これらの基板は単独で使用することもでき、2種以上を積層した複合基板を使用することもできる。
絶縁基板上にポリビニルピロリドン等の有機物膜や、SiO等の無機膜からなるガスバリア層や密着層等を設けてもよい。
A glass substrate or a resin substrate can be used as the insulating substrate 10 of the present invention. In the case of a resin substrate, for example, polyimide, polymethyl methacrylate, polyacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone (PES), polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin polymer, polyethersulfene Triacetyl cellulose, polyvinyl fluoride film, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin, glass fiber reinforced acrylic resin film, glass fiber reinforced polycarbonate, fluorine resin, cyclic polyolefin resin, and the like can be used. These substrates can be used alone, or a composite substrate in which two or more kinds are laminated can be used.
A gas barrier layer or an adhesive layer made of an organic film such as polyvinyl pyrrolidone or an inorganic film such as SiO 2 may be provided on the insulating substrate.

本発明のゲート電極11には、Ag、Cu、Auなどの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成することにより形成することができる。PEDOT(ポリエチレンジオキシチフェン)等の導電性有機材料を用いることもできる。また、Mo、Al、Cuなどの低抵抗金属材料を真空成膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。   The gate electrode 11 of the present invention is formed by applying a low resistance metal material such as Ag, Cu, Au or the like in the form of an ink or paste by screen printing, transfer printing, letterpress printing, an ink jet method, or the like, and baking it. Can be formed. A conductive organic material such as PEDOT (polyethylenedioxythiophene) can also be used. Further, it can be formed by depositing a low resistance metal material such as Mo, Al, Cu or the like in vacuum and patterning using photolithography, but is not limited thereto.

本発明のゲート絶縁層12としては、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、パリレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの高分子溶液、アルミナやシリカゲル等の粒子を分散させた溶液、または酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料の前駆体溶液を、スピンコート法やスリットダイコート法等を用いて塗布し、焼成することにより形成することができる。また、上記無機材料を真空成膜法を用いて形成し、フォトリソグラフィー法でパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。   As the gate insulating layer 12 of the present invention, for example, a polymer solution such as polyvinylphenol, polymethyl methacrylate, polyimide, polyvinyl alcohol, parylene, fluororesin, epoxy resin, a solution in which particles such as alumina and silica gel are dispersed, Alternatively, a precursor solution of an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, or the like is applied using a spin coating method, a slit die coating method, or the like. It can be formed by coating and baking. In addition, the inorganic material can be formed by using a vacuum film forming method and patterned by a photolithography method, but is not limited thereto.

本発明のソース電極13及びドレイン電極14には、Ag、Cu、Auなどの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成することにより形成することができる。PEDOT(ポリエチレンジオキシチフェン)等の導電性有機材料を用いることもできる。また、Mo、Al、Cuなどの低抵抗金属材料を真空成膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。   For the source electrode 13 and the drain electrode 14 of the present invention, a low resistance metal material such as Ag, Cu, Au or the like is applied in an ink form or a paste form by screen printing, transfer printing, letterpress printing, an inkjet method, etc. It can be formed by firing. A conductive organic material such as PEDOT (polyethylenedioxythiophene) can also be used. Further, it can be formed by depositing a low resistance metal material such as Mo, Al, Cu or the like in vacuum and patterning using photolithography, but is not limited thereto.

本発明の接触層15は、有機半導体材料を含有する塗布液を用いて形成される。具体例としては、有機半導体材料を含有する塗布液を、スクリーン印刷、凸版印刷等の印刷法、またはインクジェット法、ディスペンサ法等を用いてソース電極及びドレイン電極上に塗布し、その後、塗布液から溶媒成分を除去する方法がある。印刷法を用いて製造することにより、低コストな薄膜トランジスタを実現することができる。また、塗布後に塗布液から溶媒成分を除去する方法により、ソース電極及びドレイン電極上に接触層となる有機半導体膜を容易に形成することができる。接触層15の形成方法は、これに限定されるものではない。接触層15の材料は、より高いオン電流を得ることが可能となるため、結晶性の有機半導体材料である方が好ましいが、非結晶性であっても構わない。ペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料や、ポリチオフェン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料を用いることができる。また、溶媒に適当な分散剤や安定剤等の添加剤を加えてもよい。   The contact layer 15 of the present invention is formed using a coating solution containing an organic semiconductor material. As a specific example, a coating liquid containing an organic semiconductor material is applied onto a source electrode and a drain electrode using a printing method such as screen printing or letterpress printing, or an ink jet method, a dispenser method, and the like. There is a method for removing the solvent component. By manufacturing using a printing method, a low-cost thin film transistor can be realized. Moreover, the organic semiconductor film used as a contact layer can be easily formed on a source electrode and a drain electrode by the method of removing a solvent component from a coating liquid after coating. The method for forming the contact layer 15 is not limited to this. Since the material of the contact layer 15 can obtain a higher on-current, it is preferably a crystalline organic semiconductor material, but may be non-crystalline. Low molecular organic semiconductor materials such as pentacene, tetracene, copper phthalocyanine, and derivatives thereof, and high molecular organic semiconductor materials such as polythiophene, fluorenebithiophene copolymer, and derivatives thereof can be used. Moreover, you may add additives, such as a suitable dispersing agent and a stabilizer, to a solvent.

接触層15は、図1及び図2に示すように、ソース電極13表面及びドレイン電極14表面とチャネル層16の間に形成される。これにより、チャネル層とソース・ドレイン電極間のコンタクト抵抗が低く、高いオン電流が得られる   As shown in FIGS. 1 and 2, the contact layer 15 is formed between the surface of the source electrode 13 and the drain electrode 14 and the channel layer 16. As a result, the contact resistance between the channel layer and the source / drain electrodes is low, and a high on-current can be obtained.

図1に示すボトムゲート−ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ1の場合、接触層15となる有機半導体膜を形成する際に、有機半導体材料を含有する塗布液のゲート絶縁層12表面に対する接触角を、ソース電極13及びドレイン電極14表面のゲート絶縁層12に対する接触角よりも大きくすることが好ましい。塗布液がソース電極13及びドレイン電極14を十分に濡らし、溶媒が乾燥する際に、ソース電極13及びドレイン電極14表面に十分に接触層を形成することができるためである。   In the case of the bottom gate-bottom contact type thin film transistor 1 shown in FIG. 1, when forming the organic semiconductor film to be the contact layer 15, the contact angle of the coating solution containing the organic semiconductor material with respect to the surface of the gate insulating layer 12 is expressed as the source. It is preferable that the contact angle of the surfaces of the electrode 13 and the drain electrode 14 with respect to the gate insulating layer 12 is larger. This is because when the coating solution sufficiently wets the source electrode 13 and the drain electrode 14 and the solvent is dried, a contact layer can be sufficiently formed on the surface of the source electrode 13 and the drain electrode 14.

また、図2に示すトップゲート−ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ2の場合、接触層15となる有機半導体膜を形成する際に、絶縁基板10の表面に対する有機半導体材料を含有する塗布液の接触角を、ソース電極13及びドレイン電極14の絶縁基板10の表面に対する接触角よりも大きくすることが好ましい。塗布液がソース電極13及びドレイン電極14を十分に濡らし、溶媒が乾燥する際に、ソース電極13及びドレイン電極14表面に十分に接触層を形成することができるためである。   In the case of the top gate-bottom contact type thin film transistor 2 shown in FIG. 2, when forming the organic semiconductor film to be the contact layer 15, the contact angle of the coating liquid containing the organic semiconductor material with respect to the surface of the insulating substrate 10 is set. The contact angles of the source electrode 13 and the drain electrode 14 with respect to the surface of the insulating substrate 10 are preferably larger. This is because when the coating solution sufficiently wets the source electrode 13 and the drain electrode 14 and the solvent is dried, a contact layer can be sufficiently formed on the surface of the source electrode 13 and the drain electrode 14.

本発明のチャネル層16は、より高いオン電流を得ることが可能となるため、転写用基板上に結晶性を有する有機半導体材料を含有する塗布液を塗布し、転写用基板上で有機半導体材料を結晶化させ有機半導体膜を形成し、ソース電極13、ドレイン電極14及び接触層15が形成された絶縁基板10上に、有機半導体膜を転写させて形成される。このような工程により、接触層15を溶解させずに、ゲート絶縁層表面または絶縁基板上に結晶性の有機半導体膜を形成することができる。有機半導体膜の転写には、例えば凸版印刷法、反転印刷法、マイクロコンタクトプリンタ法等を用いることができる。チャネル層16の材料としてはペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料が挙げられるがこれに限定されるものではない。塗布液には適当な分散剤や安定剤等の添加剤を加えてもよい。また、半導体膜中のキャリアの移動がスムーズに行われ、より高いオン電流を得ることが可能となるため、接触層15とチャネル層16は、同一の有機半導体材料を含んでも良い。   Since the channel layer 16 of the present invention can obtain a higher on-current, a coating liquid containing an organic semiconductor material having crystallinity is applied onto the transfer substrate, and the organic semiconductor material is applied on the transfer substrate. Is formed by transferring the organic semiconductor film onto the insulating substrate 10 on which the source electrode 13, the drain electrode 14, and the contact layer 15 are formed. Through such a process, a crystalline organic semiconductor film can be formed on the surface of the gate insulating layer or on the insulating substrate without dissolving the contact layer 15. For the transfer of the organic semiconductor film, for example, a relief printing method, a reverse printing method, a micro contact printer method, or the like can be used. Examples of the material of the channel layer 16 include, but are not limited to, low molecular organic semiconductor materials such as pentacene, tetracene, copper phthalocyanine, and derivatives thereof. You may add additives, such as a suitable dispersing agent and a stabilizer, to a coating liquid. Further, since the carriers move smoothly in the semiconductor film and a higher on-current can be obtained, the contact layer 15 and the channel layer 16 may contain the same organic semiconductor material.

以下、本発明に係る薄膜トランジスタの具体的な実施例について説明する。なお、本発明は各実施例に限るものではない。   Specific examples of the thin film transistor according to the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to each embodiment.

(実施例)
図1に示すような断面を有する、実施例に係る薄膜トランジスタを作製した。
絶縁基板10となるポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム上に、Alをスパッタリングにて成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極11を作製した。次に、ゲート絶縁層12となるポリビニルフェノールを、ゲート電極11を含む絶縁基板10上にスピンコート法により成膜し、180℃で1時間で焼成し、ゲート絶縁層12を得た。続いて、ゲート絶縁層12上にソース電極13及びドレイン電極14として、Auを蒸着後、フォトリソグラフィー法を用いてパターンを形成し、ソース電極13及びドレイン電極14を得た。次に、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセンをキシレンを含む溶媒に溶解させた塗布液をディスペンサ法を用いてソース電極13及びドレイン電極14上に塗布し、100℃で60分乾燥させ、接触層15を得た。最後に6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセンをトルエンとジメチルテトラリンを含む溶媒に溶解させた塗布液を転写基板上で結晶化させ、凸版印刷法を用いてソース電極13及びドレイン電極14上の一部を覆うようにしてソース電極13及びドレイン電極14間に印刷し、100℃で60分乾燥させて、チャネル層16を形成した。作製した薄膜トランジスタのチャネル長は10μm、チャネル幅は200μmである。
(Example)
A thin film transistor according to an example having a cross section as shown in FIG. 1 was produced.
On the polyethylene naphthalate (PEN) film used as the insulating substrate 10, Al was formed into a film by sputtering, and the gate electrode 11 was produced using the photolithographic method. Next, the polyvinyl phenol used as the gate insulating layer 12 was formed into a film by the spin coat method on the insulating substrate 10 containing the gate electrode 11, and baked at 180 degreeC for 1 hour, and the gate insulating layer 12 was obtained. Subsequently, after depositing Au as the source electrode 13 and the drain electrode 14 on the gate insulating layer 12, a pattern was formed using a photolithography method, and the source electrode 13 and the drain electrode 14 were obtained. Next, a coating solution in which 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene is dissolved in a solvent containing xylene is applied onto the source electrode 13 and the drain electrode 14 using a dispenser method, and dried at 100 ° C. for 60 minutes. The contact layer 15 was obtained. Finally, a coating solution in which 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene is dissolved in a solvent containing toluene and dimethyltetralin is crystallized on the transfer substrate, and the source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed using a relief printing method. The channel layer 16 was formed by printing between the source electrode 13 and the drain electrode 14 so as to cover a part of the upper part and drying at 100 ° C. for 60 minutes. The manufactured thin film transistor has a channel length of 10 μm and a channel width of 200 μm.

以上のようにして作製した実施例に係る薄膜トランジスタの素子特性はオフ電流1.1×10−12A、オン電流5.6×10−6Aであり、高いオン電流を有する薄膜トランジスタが得られた。 The device characteristics of the thin film transistor according to the example manufactured as described above were an off current of 1.1 × 10 −12 A and an on current of 5.6 × 10 −6 A, and a thin film transistor having a high on current was obtained. .

(比較例)
図3に示すような断面を有する、比較例に係る薄膜トランジスタ3を作製した。
絶縁基板10となるポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム上に、Alをスパッタリングにて成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極11を作製した。次に、ゲート絶縁層12となるポリビニルフェノールを、ゲート電極11を含む絶縁基板10上にスピンコート法により成膜し、180℃で1時間で焼成し、ゲート絶縁層12を得た。続いて、ゲート絶縁層12上にソース電極13及びドレイン電極14として、Auを蒸着後、フォトリソグラフィー法を用いてパターンを形成し、ソース電極13及びドレイン電極14を得た。最後に6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセンをトルエンとジメチルテトラリンを含む溶媒に溶解させた塗布液を転写基板上で結晶化させ、凸版印刷法を用いてソース電極13及びドレイン電極14上の一部を覆うようにしてソース電極13及びドレイン電極14間に印刷し、100℃で60分乾燥させて、チャネル層16を形成した。作製した薄膜トランジスタ3のチャネル長は10μm、チャネル幅は200μmである。
(Comparative example)
A thin film transistor 3 according to a comparative example having a cross section as shown in FIG. 3 was produced.
On the polyethylene naphthalate (PEN) film used as the insulating substrate 10, Al was formed into a film by sputtering, and the gate electrode 11 was produced using the photolithographic method. Next, the polyvinyl phenol used as the gate insulating layer 12 was formed into a film by the spin coat method on the insulating substrate 10 containing the gate electrode 11, and baked at 180 degreeC for 1 hour, and the gate insulating layer 12 was obtained. Subsequently, after depositing Au as the source electrode 13 and the drain electrode 14 on the gate insulating layer 12, a pattern was formed using a photolithography method, and the source electrode 13 and the drain electrode 14 were obtained. Finally, a coating solution in which 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene is dissolved in a solvent containing toluene and dimethyltetralin is crystallized on the transfer substrate, and the source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed using a relief printing method. The channel layer 16 was formed by printing between the source electrode 13 and the drain electrode 14 so as to cover a part of the upper part and drying at 100 ° C. for 60 minutes. The manufactured thin film transistor 3 has a channel length of 10 μm and a channel width of 200 μm.

以上のようにして作製した薄膜トランジスタ3の素子特性はオフ電流1.0×10−12A、オン電流1.1×10−6Aであり、実施例と比較すると、オン電流が低い薄膜トランジスタが得られた。 The device characteristics of the thin film transistor 3 manufactured as described above are an off-current of 1.0 × 10 −12 A and an on-current of 1.1 × 10 −6 A, and a thin film transistor having a low on-current is obtained as compared with the example. It was.

以上の結果から、本発明により、高いオン電流の薄膜トランジスタを得ることができることが確認できた。   From the above results, it was confirmed that a thin film transistor with high on-current can be obtained according to the present invention.

このような薄膜トランジスタは、フレキシブル電子ペーパー、圧力センサ等のスイッチング素子として利用できる。   Such a thin film transistor can be used as a switching element such as flexible electronic paper and a pressure sensor.

1、2、3 薄膜トランジスタ
10 絶縁基板
11 ゲート電極
12 ゲート絶縁層
13 ソース電極
14 ドレイン電極
15 接触層
16 チャネル層
1, 2, 3 Thin film transistor 10 Insulating substrate 11 Gate electrode 12 Gate insulating layer 13 Source electrode 14 Drain electrode 15 Contact layer 16 Channel layer

Claims (9)

絶縁基板と
前記絶縁基板上に形成された少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体を含むチャネル層とを含み、
前記ソース電極表面及び前記ドレイン電極表面と前記チャネル層との間に、有機半導体を含む接触層を有し、
前記チャネル層及び前記接触層が同一の有機半導体材料からなる、
薄膜トランジスタ。
Including an insulating substrate, at least a gate electrode formed on the insulating substrate, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a channel layer including an organic semiconductor;
Between the source electrode surface and the drain electrode surface and the channel layer, it has a contact layer comprising an organic semiconductor,
The channel layer and the contact layer are made of the same organic semiconductor material;
Thin film transistor.
前記チャネル層は結晶性を有する、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the channel layer has crystallinity. 前記接触層は結晶性を有する、請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the contact layer has crystallinity. 請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
有機半導体材料を含有する塗布液を塗布して前記チャネル層を形成する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 3 ,
The manufacturing method of a thin-film transistor including the process of apply | coating the coating liquid containing an organic-semiconductor material, and forming the said channel layer.
請求項1乃至のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
有機半導体材料を含有する塗布液を用いて前記接触層を形成する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 3 ,
The manufacturing method of a thin-film transistor including the process of forming the said contact layer using the coating liquid containing an organic-semiconductor material.
前記接触層を形成する工程において、前記塗布液の前記ゲート絶縁層表面に対する接触角が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対する接触角よりも大きくなるように前記塗布液を塗布する、請求項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the step of forming the contact layer, the contact angle with respect to the gate insulating layer surface of the coating solution, the applying the coating solution to be greater than the contact angle against the source electrode and the drain electrodes, claim 6. A method for producing a thin film transistor according to 5 . 前記接触層を形成する工程において、前記塗布液の前記絶縁基板表面に対する接触角が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対する接触角よりも大きくなるように前記塗布液を塗布する、請求項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the step of forming the contact layer, the contact angle with respect to the insulating substrate surface of the coating solution, the applying the coating solution to be greater than the contact angle against the source electrode and the drain electrodes, according to claim 5 A method for producing the thin film transistor according to 1. 前記接触層を形成する工程は、前記塗布液の塗布後に、前記塗布液から溶媒成分を除去して、接触層となる有機半導体膜を形成する工程を含む、請求項乃至のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The step of forming the contact layer, after application of the coating liquid, by removing the solvent component from the coating liquid, comprising the step of forming an organic semiconductor film to be the contact layer, in any one of claims 5 to 7 The manufacturing method of the thin-film transistor of description. 前記チャネル層を形成する工程は、
転写用基板上に前記塗布液を塗布する工程と、
前記転写用基板上で前記塗布液が含有する有機半導体材料を結晶化させて有機半導体膜を形成する工程と、
少なくとも前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記接触層が形成された前記絶縁基板上に、前記有機半導体膜を転写してチャネル層を形成する工程とを含む、請求項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The step of forming the channel layer includes:
Applying the coating solution onto a transfer substrate;
Forming an organic semiconductor film by crystallizing an organic semiconductor material contained in the coating liquid on the transfer substrate;
5. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 4 , comprising: forming a channel layer by transferring the organic semiconductor film on the insulating substrate on which at least the source electrode, the drain electrode, and the contact layer are formed. .
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