JP7283035B2 - 重合体、絶縁膜、撥液膜、及び電子デバイス - Google Patents
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以下に本発明を詳細に説明する。
メチル-n-プロピルアミノ基等が挙げられる。
本発明において、具体的な式(3)で表される単量体としては式(5)で表される6-(クロモン-7-オキシ)ヘキサメチルメタクリレートの他、例えば、以下のものが挙げられる。
実施例において、スピンコート、膜厚測定、UV照射、耐溶剤性(残膜率)、1H-NMR測定、接触角、及び表面張力、絶縁破壊強度、ディスペンサー印刷、隔壁の形成、有機トランジスタの評価については、以下に示す条件・装置で実施した。
<スピンコート>
ミカサ株式会社製MS―A100を用いた。
<膜厚測定>
ブルカー社製Dektak XT スタイラスプロファイラーを用いて測定した。
<UV照射>
(株)ジーエス・ユアサ コーポレーション製UV-System、CSN-40A-2を用い、UV強度4.0kW/cm2の条件で、搬送速度を変えてUV照射時間を調整した。
<耐溶剤性(残膜率)>
洗浄、乾燥した30×30mm2のガラス(コーニング社製Eagle XG)上に、スピンコータ―を用いて重合体の溶液を乾燥後の膜厚が500nmとなるようにスピンコート製膜し、十分に乾燥させた。この絶縁膜に100mJ/cm2の紫外線を照射して重合体膜を光架橋した。この膜の厚みをブルカー社製Dektak XT スタイラスプロファイラーにより測定し、T0とした。次に、この光架橋した重合体膜がコーティングされたガラス板を重合体の良溶剤I~IIIに1分浸漬後、取り出してホットプレート用いて100℃で1分乾燥した後の膜厚を測定してT1とした。これらの膜厚測定値を用いて、残膜率(R)を下記の式により算出した。
ここで、溶剤としては1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン(溶剤I、東京化成製試薬)、トリス(ノナフルオロブチル)アミン(溶剤II、3Mジャパン製Fluorinert(商標)FC-43)、ジ-ノナフルオロブチル-ペンタフルオロエチルアミン(溶剤III、旭硝子製CT-Solvent(商標)―180)を用いた。
残膜率が高いほどUVによる重合体の架橋度が高く、耐溶剤性に優れることを示す。一方、残膜率Rが0の場合には重合体膜が完全に溶解し、耐溶剤性に劣ることを示す。
<1H-NMR測定>
JNM-ECZ400S FT-NMR(日本電子(株)製)を用いた。ここで、重合体をα,α, α,α’,α’,α’-ヘキサフルオロ-m-キシレン(HFMX)に溶解して調製した重合体溶液を内管にいれ、外管に重水素化クロロホルムを入れた2重管を用いて測定した。なお、NMRスペクトルに現れるδ7.68ppm、δ7.50ppm、及びδ7.28ppmの3つのピークはHFMXの芳香環の水素によるものである。
(ここで、α=I1/I2であり、I1はδ3.0~δ1.0ppmのピーク積分値を、
I2はδ4.5~δ3.8ppmのピーク積分値を表す。)
<接触角、及び表面張力>
液体、及び基材の表面張力をそれぞれγL、及びγSとするとき、γL>γSの場合には液体は基材にはじかれ、接触角θは大きくなる(例えば、接触角θ≧60)。一方、γL<γSの場合には液体は基材上に濡れ広がり、接触角θは小さくなる(例えば、接触角θ<50)。
(1)ガラス上に重合体をスピンコートして成膜した重合体膜と水、及びジヨードメタンとの接触角θを測定した。
(2)得られた接触角θから下記の式を用いて重合体膜の表面張力の分散項(γS d)、及び極性項(γS p)を求めた。
(3)γS d、及びγS pから下記の式によって重合体膜の表面張力γSを求めた。
洗浄、乾燥した30×30mm2のガラス(コーニング社製Eagle XG)に銀を真空蒸着し、厚み30nmの電極を形成した。その後、電極を形成した基材上に重合体(絶縁体)を製膜し、該重合体膜上に金電極を真空蒸着してMIM(Metal Insulator Metal)コンデンサを作製し、上記の銀-金電極間に電圧をかけて、絶縁破壊により電流が誘電体層内部を流れ始める電圧を測定し、該重合体膜の厚みで割った値を絶縁破壊強度とした。
<ディスペンサー印刷>
武蔵エンジニアリング(株)製IMAGE MASTER 350PC SMARTを用いた。
<隔壁の形成>
10cm×10cmの石英ガラスに、一辺が10ミクロンの正方形を縦に10個、横に10個配列した形状をクロムでパターニングしたマスク(隔壁形成用マスク)を用いた。基材上に印刷した厚み100nmの重合体膜上にマスクを配置し、100mJ/cm2の紫外線を照射した後、未架橋部分を重合体の良溶剤で洗浄除去することにより、膜上に50×50μm2サイズの穴が100個空いた形状の隔壁を形成した。
<有機トランジスタの評価>
有機電界効果トランジスタの一形態であるトップゲート・ボトムコンタクト(TGBC)型素子を作製し、ケースレイ社製半導体パラメータアナライザーSCS4200を用い、ソース・ドレイン間電圧をマイナス60ボルトとして、ゲート電圧を変化させることにより、移動度、漏洩電流、オン電流/オフ電流比、ソース・ドレイン間電流のヒステリシス、閾値電圧を評価した。
7-(6-ヒドロキシヘキサノイル)-4H-クロモン-1-オン(HHC)はジャーナル・オブ・メディカル・ケミストリー誌、2014年、57巻22号、9343頁記載の方法により合成した。100MLのフラスコにHHC3.0g、ピリジン1.4g、4-ジメチルアミノピリジン0.14g、脱水テトラヒドロフラン(THF)24gを仕込み、室温で撹拌して均一溶液を得た。この溶液を氷冷により冷却した後、塩化メタクリロイル1.8gをゆっくりと添加した。その後、撹拌下で3時間反応を行い、微量のジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を添加した後、50℃、減圧下で溶剤等の揮発分を全て留去した。得られた固形物に塩化メチレン50mL、及び水200mLを添加して固形物を溶解させた。次に、得られた溶液を分液ロートに移して、35%塩酸5mLを加えて塩化メチレン層(油層)を洗浄した後、油層を分離した。この油層を飽和炭酸カルシウム水溶液で3回、飽和食塩水で2回洗浄し、相分離濾紙で濾過して油層のみを分離した。この油層に微量のBHTを加え、エバポレータで濃縮して赤橙色の液体から、真空ポンプにより揮発分を除去することにより3.0gの6CHMA(橙色結晶)を得た。得られた6CHMAの1H-NMRを図2に示す。
(実施例1)重合体1
窒素ボックス内で、20MLのシュレンク管に磁気撹拌子を入れ、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)7.1mg、禁止剤を除去した単量体(6CHMA0.27g、及び1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート(HFDMA)1.73g)、トルエン4.3g、α,α, α,α’,α’,α’-ヘキサフルオロ-m-キシレン(HFMX)7gを仕込んだ後、脱気(液体窒素による凍結、脱気、加温による融解)を4回行った。撹拌下、窒素で加圧した状態で加熱し、60℃で6時間重合した後、シュレンク管内に重合禁止剤(BHT)の溶液を適量加えて、1分間撹拌した後、室温まで冷却した。得られた反応溶液を500MLのメタノール溶液に注いで、重合体を沈殿させ、50℃で真空乾燥して0.7gの重合体1を得た。得られた重合体1はHFDMA単位を79モル%、6CHMA単位を21モル%含んでいた。得られた重合体1の1H-NMRチャートを図3に示す。
重合体1を溶剤Iに溶解させてガラス板上にスピンコート成膜し、更にUV架橋した重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。重合体1は溶剤Iに溶解し、室温、UV照射量100mJ/cm2で耐溶剤性に優れた重合体膜を形成した。また、水、及びテトラリンに対して優れた撥液性を示した。また、溶剤I~IIIに対しては接触角が小さく、濡れ性に優れているが、溶解はせず耐溶剤性に優れていた。
洗浄、乾燥した30×30mm2のガラス(基材)(コーニング社製Eagle XG)に、パリレン-C(日本パリレン合同会社製)をSCSラボコータ2(日本パリレン合同会社製(型式PDS2010))を用いて真空蒸着法により製膜し、膜厚300nmの絶縁層1を形成した(基板1)。この基板(1)上に金を真空蒸着して厚み50nm、チャンネル長50μm、電極幅50μmのソース電極、及びドレイン電極を形成した。その後、ペンタフルオロベンゼンチオール30mmolのイソプロパノール溶液に5分間浸漬し、イソプロパノールで洗浄後、ブロー乾燥した(基板2)。
窒素ボックス内で、20MLのシュレンク管に磁気撹拌子を入れ、AIBN6.6mg、禁止剤を除去した単量体(6CHMA0.24g、及び1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート(HFDMA)1.76g)、トルエン3.0g、α,α,α,α’,α’,α’-ヘキサフルオロ-m-キシレン(HFMX)4.9gを仕込んだ後、脱気(液体窒素による凍結、脱気、加温による融解)を4回行った。撹拌下、窒素で加圧した状態で加熱し、60℃で6時間重合した後、シュレンク管内に重合禁止剤ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)の溶液を適量加えて、1分間撹拌した後、室温まで冷却した。得られた反応溶液を500MLのメタノール溶液に注いで、重合体を沈殿させ、濾過、メタノール洗浄を行った後、50℃で真空乾燥して0.7gの重合体2を得た。得られた重合体2はHFDMA単位を82モル%、6CHMA単位を18モル%含んでいた。
重合体1を重合体2に変えた以外は実施例1と同様の手法で重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。評価結果を表1に合わせて示す。重合体2は溶剤への溶解性、室温でのUV架橋性、撥液性、及び隔壁上へのフッ素系樹脂の積層性に優れることを確認した。また、有機トランジスタとして安定に動作した。評価結果を表2に合わせて示す。
窒素ボックス内で、20MLのシュレンク管に磁気撹拌子を入れ、AIBN6.8mg、禁止剤を除去した単量体(6CHMA0.34g、及び1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート(HFDMA)1.66g)、トルエン3.0g、α,α,α,α’,α’,α’-ヘキサフルオロ-m-キシレン(HFMX)4.9gを仕込んだ後、脱気(液体窒素による凍結、脱気、加温による融解)を4回行った。撹拌下、窒素で加圧した状態で加熱し、60℃で6時間重合した後、シュレンク管内に重合禁止剤(BHT)の溶液を適量加えて、1分間撹拌した後、室温まで冷却した。得られた反応溶液を500MLのメタノール溶液に注いで、重合体を沈殿させ、50℃で真空乾燥して0.9gの重合体3を得た。得られた重合体3はHFDMA単位を75モル%、6CHMA単位を25モル%含んでいた。
重合体1を重合体3に変えた以外は実施例1と同様の手法で重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。評価結果を表1に合わせて示す。重合体3は溶剤への溶解性、室温でのUV架橋性、撥液性、及び隔壁上へのフッ素系樹脂の積層性に優れることを確認した。また、有機トランジスタとして安定に動作した。評価結果を表2に合わせて示す。
窒素ボックス内で、20MLのシュレンク管に磁気撹拌子を入れ、AIBN6.2mg、禁止剤を除去した1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート(HFDMA)2.0g)、トルエン3.0g、α,α,α,α’,α’,α’-ヘキサフルオロ-m-キシレン(HFMX)4.9gを仕込んだ後、脱気(液体窒素による凍結、脱気、加温による融解)を4回行った。撹拌下、窒素で加圧した状態で加熱し、60℃で6時間重合した後、シュレンク管内に重合禁止剤(BHT)の溶液を適量加えて、1分間撹拌した後、室温まで冷却した。得られた反応溶液を500MLのメタノール溶液に注いで、重合体を沈殿させ、50℃で真空乾燥して0.5gの重合体4を得た。
重合体1を重合体4に変えた以外は実施例1と同様の手法で重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。評価結果を表1に合わせて示す。重合体4は溶剤への溶解性、撥液性には優れるが、室温でUV架橋せず、耐溶剤性がないため、隔壁上へのフッ素系樹脂の積層により、隔壁が溶解するため、積層が難しいことが確認された。有機トランジスタは移動度が低く、素子間の移動度にバラつきがあった。評価結果を表2に合わせて示す。
重合体1をサイトップ(AGC旭硝子(株)製)に変え、溶剤Iを溶剤IIに変えた以外は実施例1と同様の手法で重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。評価結果を表1に合わせて示す。サイトップは溶剤への溶解性、撥液性には優れるが、室温でUV架橋せず、耐溶剤性がないため、隔壁上へのフッ素系樹脂の積層により、隔壁が溶解するため、積層が難しいことが確認された。
重合体1をテフロン(登録商標)-AF(三井・デュポンフロロケミカル(株)製)に変え、溶剤Iを溶剤IIIに変えた以外は実施例1と同様の手法で重合体膜の耐溶剤性、接触角、及び表面張力を測定した。評価結果を表1に合わせて示す。テフロン(登録商標)-AFは溶剤への溶解性、撥液性には優れるが、室温でUV架橋せず、耐溶剤性がないため、隔壁上へのフッ素系樹脂の積層により、隔壁が溶解するため、積層が難しいことが確認された。有機トランジスタは移動度が低く、素子間の移動度にバラつきがあった。評価結果を表2に合わせて示す。
(B):ボトムゲート-ボトムコンタクト型有機トランジスタ
(C):トップゲート-トップコンタクト型有機トランジスタ
(D):トップゲート-ボトムコンタクト型有機トランジスタ
1:有機半導体層
2:基板
3:ゲート電極
4:ゲート絶縁層
5:ソース電極
6:ドレイン電極
Claims (4)
- 化学式(1)及び化学式(2)で表される反復単位を含む重合体。
- 請求項1に記載の重合体及び/又はその架橋物を含むことを特徴とする絶縁膜。
- 請求項1に記載の重合体及び/又はその架橋物を含むことを特徴とする撥液膜。
- 請求項2に記載の絶縁膜及び/又は請求項3に記載の撥液膜を含むことを特徴とする電子デバイス。
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US20030073028A1 (en) | 2001-08-30 | 2003-04-17 | Clean Creative Co. Ltd. | Organic polymers for bottom antireflective coating, process for preparing the same, and compositions containing the same |
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2018
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US20030073028A1 (en) | 2001-08-30 | 2003-04-17 | Clean Creative Co. Ltd. | Organic polymers for bottom antireflective coating, process for preparing the same, and compositions containing the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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KWANG-DUK Ahn et al.,New Antireflective Coating Materials Containing a Novel Chromophore for KrF Laser Lithography,Journal of Photopolymer Science and Technology,日本,THE SOCIETY OF PHOTOPOLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY,2001年,Volume 14 Issue 3,p. 475-480,<DOI:org/10.2494/photopolymer.14.475>, 特に p. 477 Fig. 1., 2.4.-2.5. |
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