JPWO2017208923A1 - Organic thin film transistor and image display device - Google Patents
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Abstract
印刷法を用いて製造された有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積が確保できない場合においても、キャパシタの静電容量を確保することで、電圧保持率を維持し、安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供する。有機薄膜トランジスタは、絶縁性の基板上に少なくともゲート電極と、キャパシタ電極と、少なくとも前記ゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、少なくともキャパシタ電極の一部を覆うように形成された第二の絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む半導体層を有する有機薄膜トランジスタであって、第二の絶縁層の膜厚が、第一の絶縁膜の膜厚よりも薄く形成されている。An organic thin film transistor manufactured using a printing method can maintain a voltage holding ratio and can be stably driven by ensuring the capacitance of the capacitor even when a sufficient capacitor electrode area cannot be secured. And an image display device. The organic thin film transistor is formed on an insulating substrate so as to cover at least a gate electrode, a capacitor electrode, a first insulating layer formed so as to cover at least the gate electrode, and at least a part of the capacitor electrode. An organic thin film transistor having a second insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material, wherein the thickness of the second insulating layer is larger than the thickness of the first insulating film Thinly formed.
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタおよび画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film transistor and an image display device.
薄膜トランジスタは液晶表示装置(LCD)、有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置、電子ペーパー表示装置などの、アクティブマトリクス方式の表示装置やセンサーなどに広く使用されている。 Thin film transistors are widely used in active matrix display devices and sensors such as liquid crystal display devices (LCD), organic electroluminescence (EL) display devices, and electronic paper display devices.
薄膜トランジスタに用いられる半導体材料としては、非晶質シリコンや多結晶シリコンあるいは酸化物半導体などを用いたものが主流となっており、これらの半導体材料を用いた薄膜トランジスタは、真空成膜法を用いて成膜した後にフォトリソグラフィ法などによりパターニングを行い製造されることが一般的である。 As semiconductor materials used for thin film transistors, those using amorphous silicon, polycrystalline silicon, oxide semiconductors, and the like have become mainstream, and thin film transistors using these semiconductor materials are formed using a vacuum film formation method. In general, after film formation, patterning is performed by a photolithography method or the like.
近年、半導体層として有機材料を用いた有機薄膜トランジスタが注目を集めている。有機薄膜トランジスタにおいては、半導体材料、導電性材料および絶縁性材料などの溶液を塗布・印刷技術などのウェット成膜法を用いることにより、低温でのプラスチック基板上へのデバイス形成、および低コストでのデバイス製造の可能性があることや、印刷法は成膜とパターニングの工程を同時に行うことから、従来のフォトリソグラフィプロセスを用いる真空成膜プロセスと比較して、材料利用効率が高く、現像、エッチング工程を必要としないことから、環境負荷が少ないという点でも期待されている。 In recent years, an organic thin film transistor using an organic material as a semiconductor layer has attracted attention. In organic thin-film transistors, devices such as semiconductor materials, conductive materials and insulating materials can be formed on plastic substrates at low temperatures by using wet film formation methods such as coating and printing techniques, and at low cost. Since there is a possibility of device manufacturing and the printing method performs film formation and patterning processes at the same time, the material utilization efficiency is high compared to the vacuum film formation process using the conventional photolithography process, and development and etching are performed. Since no process is required, it is also expected to have a low environmental impact.
有機薄膜トランジスタの印刷法による形成においては、薄膜トランジスタの各層の特徴に合わせて様々な印刷方法が用いられるが、従来のフォトリソグラフィプロセスと比較してアライメント精度やパターニング精度の面で劣るため、トランジスタの製造歩留まりを考慮して、薄膜トランジスタの各層の寸法に余裕を持たせて設計することが好ましい。 In the formation of organic thin-film transistors by printing methods, various printing methods are used according to the characteristics of each layer of the thin-film transistors. However, since they are inferior in alignment accuracy and patterning accuracy compared to conventional photolithography processes, transistor manufacturing In consideration of the yield, it is preferable to design with a margin in the dimensions of each layer of the thin film transistor.
しかしながら、寸法に余裕を持たせて設計すると、薄膜トランジスタ部の面積が大きくなるため、高精細の薄膜トランジスタパターンを作製することが困難となる。また、薄膜トランジスタ部の面積が大きくなることにより、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス方式の画像表示装置などの駆動の補助容量として機能するキャパシタ電極の面積が制限されるため、十分な容量を得ることが困難となる。 However, if the design is made with an allowance in size, the area of the thin film transistor portion becomes large, so that it becomes difficult to produce a high-definition thin film transistor pattern. In addition, since the area of the thin film transistor portion is increased, the area of the capacitor electrode that functions as an auxiliary capacitor for driving an active matrix image display device using a thin film transistor is limited, so that it is difficult to obtain a sufficient capacity. It becomes.
アクティブマトリクス方式の画像表示装置において、薄膜トランジスタに設置されるキャパシタは、各画素の書込み時において、電圧保持を補助する役割を担っており、容量が不足すると選択時間における電圧保持率が低下するため、書込み電圧を高くする、もしくは書込み回数を多くするなどの対策が必要となり、結果的に、画像表示装置の書込み時間の増加や消費電力の増大を招くこととなる。 In an active matrix image display device, a capacitor installed in a thin film transistor plays a role of assisting voltage holding at the time of writing of each pixel, and if the capacity is insufficient, the voltage holding ratio at the selection time decreases. Measures such as increasing the writing voltage or increasing the number of writings are required, and as a result, the writing time and power consumption of the image display device are increased.
本発明は、以上の点を鑑みなされたものであり、印刷法を用いて製造された有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積が確保できない場合においても、キャパシタの静電容量を確保することで、電圧保持率を維持し、安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and in an organic thin film transistor manufactured using a printing method, even when a sufficient capacitor electrode area cannot be ensured, by securing the capacitance of the capacitor, An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor and an image display device which can maintain a voltage holding ratio and can be stably driven.
上記課題を解決するための本発明の一局面は、絶縁性の基板上に少なくともゲート電極と、キャパシタ電極と、少なくともゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、少なくともキャパシタ電極の一部を覆うように形成された第二の絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む半導体層を有する有機薄膜トランジスタであって、第二の絶縁層の膜厚が、第一の絶縁膜の膜厚よりも薄く形成されている、有機薄膜トランジスタである。 One aspect of the present invention for solving the above problems includes at least a gate electrode, a capacitor electrode, a first insulating layer formed so as to cover at least the gate electrode, and at least a capacitor electrode on an insulating substrate. An organic thin film transistor having a second insulating layer formed so as to cover a part, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material, wherein the thickness of the second insulating layer is This is an organic thin film transistor formed thinner than the thickness of one insulating film.
また、本発明の他の局面は、絶縁性の基板上に少なくともゲート電極と、キャパシタ電極と、少なくとも前記ゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、少なくともキャパシタ電極の一部を覆うように形成された第二の絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む半導体層を有する有機薄膜トランジスタであって、第二の絶縁層の誘電率が第一の絶縁層の誘電率よりも大きい、有機薄膜トランジスタである。 In another aspect of the present invention, at least a gate electrode, a capacitor electrode, a first insulating layer formed to cover at least the gate electrode, and at least a part of the capacitor electrode are formed on an insulating substrate. An organic thin film transistor having a second insulating layer formed to cover, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material, wherein the dielectric constant of the second insulating layer is the first insulating layer It is an organic thin film transistor having a dielectric constant greater than
また、第一の絶縁層は絶縁材料を2層以上積層して形成してもよい。 The first insulating layer may be formed by stacking two or more insulating materials.
また、第二の絶縁層は絶縁材料を2層以上積層して形成してもよい。 The second insulating layer may be formed by stacking two or more insulating materials.
また、第二の絶縁層が多層からなっていれば、その層の一部を第一の絶縁層と同じ材料および組成で形成してもよい。 If the second insulating layer is composed of multiple layers, a part of the layer may be formed of the same material and composition as the first insulating layer.
また、本発明の他の局面は、絶縁性の基板上に少なくともソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体材料を含む半導体層と、ソース電極および半導体層を覆うように形成された第一の絶縁層と、少なくともドレイン電極の一部を覆うように形成された第二の絶縁層と、ゲート電極と、キャパシタ電極と、を有する有機薄膜トランジスタであって、第二の絶縁層の膜厚が、第一の絶縁層の膜厚よりも薄いことを特徴とする、有機薄膜トランジスタである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a first insulation formed on an insulating substrate so as to cover at least a source electrode, a drain electrode, a semiconductor layer containing an organic semiconductor material, and the source electrode and the semiconductor layer. An organic thin film transistor having a layer, a second insulating layer formed so as to cover at least a part of the drain electrode, a gate electrode, and a capacitor electrode, wherein the second insulating layer has a film thickness of It is an organic thin film transistor characterized by being thinner than the thickness of one insulating layer.
また、第二の絶縁層の誘電率が、第一の絶縁層の誘電率よりも大きくてもよい。 Further, the dielectric constant of the second insulating layer may be larger than the dielectric constant of the first insulating layer.
また、第一の絶縁層は、絶縁材料を2層以上積層して形成してもよい。 The first insulating layer may be formed by stacking two or more insulating materials.
また、第二の絶縁層は、絶縁材料を2層以上積層して形成してもよい。 The second insulating layer may be formed by stacking two or more insulating materials.
また、本発明の他の局面は、上述の有機薄膜トランジスタを用いた画像表示装置である。 Another aspect of the present invention is an image display device using the above-described organic thin film transistor.
本発明によれば、印刷法を用いて製造された有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積が確保できない場合においても、キャパシタの静電容量を確保することで、電圧保持率を維持し、安定して駆動可能な素子特性を示す有機薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, in an organic thin film transistor manufactured using a printing method, even when a sufficient capacitor electrode area cannot be secured, the voltage holding ratio is maintained and stabilized by securing the capacitance of the capacitor. Thus, it is possible to provide an organic thin film transistor and an image display device that exhibit device characteristics that can be driven.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお各実施の形態において、同一または対応する構成要素については同一の符号を付け、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 each embodiment, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ100を示す概略断面図である。(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ100は、絶縁性の基板1の上に形成されたゲート電極2とキャパシタ電極3と、少なくともゲート電極2を覆うように形成された第一の絶縁層4と、少なくともキャパシタ電極3の一部を覆うように形成された第二の絶縁層5と、ソース電極6とドレイン電極7と、有機半導体材料からなる半導体層8を少なくとも備えている。また半導体層8を保護するための保護層9も好適に用いられる。
The organic
また、有機薄膜トランジスタ100に層間絶縁膜10と、画素電極11と、図示しない表示要素と、図示しない対向電極と、図示しない第二の基板とを設けることにより、画像表示装置とすることができる。対向電極および第二の基板は使用する表示要素の種類によりその構造は適宜変更することができる。
Further, by providing the organic
以下、有機薄膜トランジスタ100の各構成要素について、有機薄膜トランジスタ100の製造工程に沿って説明する。
Hereinafter, each component of the organic
初めに、基板1を準備する。基板1の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、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、シクロオレフィンポリマー、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、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、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、ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス、石英ガラスなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で使用してもよいが、2種以上を積層した複合の基板1として使用することもできる。
First, the
基板1が有機物フィルムである場合は、有機薄膜トランジスタ100の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層(図示せず)を形成することもできる。ガスバリア層としては酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、酸化窒化珪素(SiON)、炭化珪素(SiC)およびダイヤモンドライクカーボン(DLC)などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、これらのガスバリア層は2層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は有機物フィルムを用いた基板1の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、ホットワイヤーCVD法およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。In the case where the
また、基板1上に形成されるゲート電極2およびキャパシタ電極3の基板1との密着性を向上させるために密着層を設けることもできるし、基板1表面に表面処理などを施しても良い。
In addition, an adhesion layer can be provided in order to improve adhesion between the
次に、基板1上に、ゲート電極2及びキャパシタ電極3を形成する。ゲート電極2、キャパシタ電極3、ソース電極6およびドレイン電極7は、電極部分と配線部分とが明確に分かれている必要はなく、以下では特に各有機薄膜トランジスタの構成要素として電極と呼称している。
Next, the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3には、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
ゲート電極2およびキャパシタ電極3の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
The
次に、少なくともゲート電極2を覆うように第一の絶縁層4を形成する。
Next, the first insulating
第一の絶縁層4には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料や、自己組織化膜等の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The first insulating
第一の絶縁層4に自己組織化膜を用いる場合は、異なる自己組織化材料を積層する多層膜構造とすることで、絶縁層の誘電率や絶縁性を制御することが可能である。さらに、自己組織化した多層膜を繰り返し構造とすることで、絶縁性を高めることも可能である。また、第一の絶縁層4表面に形成される半導体層8の種類に合わせて表面の官能基を選択し、表面エネルギーを制御することで、有機薄膜トランジスタ100の性能を向上することも可能である。
In the case where a self-assembled film is used for the first insulating
第一の絶縁層4は、有機薄膜トランジスタ100および画像表示装置200におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The first insulating
次に、キャパシタ電極3上に第二の絶縁層5を形成する。第二の絶縁層5は、少なくともキャパシタ電極3の一部を覆うように形成され、第二の絶縁層5上においてキャパシタ電極3と重畳するように形成されるドレイン電極7によってキャパシタ構造を成すことで、有機薄膜トランジスタ100を用いた画像表示装置のキャパシタとして機能する。なお、第一の絶縁層4及び第二の絶縁層5の形成は、この順序に限定されず、第二の絶縁層5を形成した後に第一の絶縁層4の形成を行ってもよい。
Next, the second insulating
第二の絶縁層5には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料や、自己組織化膜等の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The second
第二の絶縁層5に自己組織化膜を用いる場合は、異なる自己組織化材料を積層する多層膜構造とすることで、絶縁層の誘電率や絶縁性を制御することが可能である。さらに、自己組織化した多層膜を繰り返し構造とすることで、絶縁性を高めることも可能である。
When a self-assembled film is used for the second insulating
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ100および画像表示装置におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The second
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ100において、キャパシタ電極3およびドレイン電極7を絶縁することでキャパシタ構造を形成しており、キャパシタの容量を確保するために、その膜厚は第一の絶縁層4と比較して薄くすることが好ましい。有機薄膜トランジスタ100においては、第二の絶縁層5を第一の絶縁層4よりも薄膜で形成することにより、第一の絶縁層4におけるリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
The second
第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4と同様の材料および組成を用いてよいし、異なる材料を用いても良くこれらに限定されることなく、様々な組合せで形成することが可能である。
The second
第二の絶縁層5の材料に第一の絶縁層4よりも比誘電率の高い材料を用いることにより、キャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。第一の絶縁層4の比誘電率は2以上、5以下であることが好ましい。また、第二の絶縁層5の比誘電率は、3以上、好ましくは5以上、さらに好ましくは、20以上であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
By using a material having a relative dielectric constant higher than that of the first insulating
第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、金属錯体などを前駆体として使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、スリットコート法、スピンコート方、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
The first insulating
次に、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5上に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成する。ソース電極6およびドレイン電極7は、先に示したゲート電極2およびキャパシタ電極3と同様の材料および方法によって形成することができる。
Next, the
ソース電極6およびドレイン電極7については、半導体層8よりもソース電極6およびドレイン電極7を先に形成するボトムコンタクト構造としても良いし、半導体層8の形成後に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成するトップコンタクト構造としても良い。
The
また、ボトムコンタクト構造を適用する場合においては、ソース電極6およびドレイン電極7は、半導体層8との電気的接続における接触抵抗を低下させるために、表面処理などを行うことができる。
In the case of applying the bottom contact structure, the
次に、第一の絶縁層4、ソース電極6およびドレイン電極7上に半導体層8を形成する。半導体層8には、ペンタセン、およびそれらの誘導体のような低分子半導体やポリチオフェン、ポリアリルアミン、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が、これらに限定されるものではない。
Next, the
半導体層8は、有機半導体材料を溶解または分散させた溶液をインクとして用いる凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット法、ノズルプリンティングなどのウェット成膜方法で形成することができるが、これらに限定されるものではなく、公知一般の方法を使用することも可能である。
The
有機薄膜トランジスタ100は、外部の影響から半導体層8を保護するための保護層9を好適に設けることができる。
The organic
保護層9を設ける場合は、少なくとも半導体層8のチャネル領域を覆うように形成することが好ましい。
When the
保護層9の材料としては、酸化珪素、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、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のポリアクリレート、PVA(ポリビニルアルコール)、PVP(ポリビニルフェノール)、フッ素系樹脂等の絶縁材料が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
Examples of the material of the
保護層9の材料については、有機薄膜トランジスタ100のリーク電流を低く抑えるためにその抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。About the material of the
保護層9は、保護層材料またはその前駆体を溶解または分散させた溶液を用いて、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法のいずれかの方法によって形成される。これらの保護層9は単層として用いても構わないし、2層以上積層して用いることもできる。また成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The
有機薄膜トランジスタ100を用いた画像表示装置とする際は、層間絶縁膜10、画素電極11、図示しない表示要素、図示しない対向電極、図示しない対向基板が好適に設けられる。
In the case of an image display device using the organic
層間絶縁膜10は、ソース電極6と画素電極11とを絶縁することで、画素電極11を介したソース−ドレイン間のリークを防止することを主な目的として形成される。
The
層間絶縁膜10の材料としては、酸化珪素、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、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のポリアクリレート、PVA(ポリビニルアルコール)、PVP(ポリビニルフェノール)、フッ素系樹脂等の絶縁材料が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
Examples of the material for the
層間絶縁膜10の材料については、有機薄膜トランジスタ100のリーク電流を低く抑えるためにその抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。About the material of the
層間絶縁膜10は、保護層材料またはその前駆体を溶解または分散させた溶液を用いて、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法のいずれかの方法によって形成される。これらの層間絶縁膜10は単層として用いても構わないし、2層以上積層して用いることもできる。また成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The
画素電極11は画像表示装置の開口率を向上させることを目的に形成される。
The
画素電極11は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
画素電極11は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
The
また、画素電極11に不透明な材料を用いることにより、半導体層8への外部からの光照射を防ぐことも可能となる。
In addition, by using an opaque material for the
表示要素は、液晶、電気泳動粒子、または電気泳動粒子を含んだマイクロカプセルや有機エレクトロルミネッセンスなどが使用できる。画像表示装置においては、反射型、透過型のどちらに限定されることなく、これら公知一般の表示要素を使用することが可能である。また、使用する表示要素によっては、1画素内に有機薄膜トランジスタ100を複数設置する構成を利用することも可能である。
As the display element, liquid crystal, electrophoretic particles, microcapsules containing electrophoretic particles, organic electroluminescence, or the like can be used. In the image display apparatus, it is possible to use these known general display elements without being limited to either a reflection type or a transmission type. Further, depending on the display element to be used, it is possible to use a configuration in which a plurality of organic
表示要素は、対向電極を形成した対向基板上に形成した後に、画素電極11まで形成された有機薄膜トランジスタ100と合わせて、画像表示装置としても良いし、画素電極11上に形成した後に、対向電極おおび対向基板を積層して画像表示装置としても良く、使用する表示要素に合わせて、その工程を選択することが可能である。
The display element may be formed on the counter substrate on which the counter electrode is formed, and then combined with the organic
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ110を示す概略断面図である。(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ100と有機薄膜トランジスタ110との相違点は、第二の絶縁層5の形成される領域である。図2に示すように、第二の絶縁層5は、キャパシタ電極3とゲート電極2とを同時に覆うように積層される。また、第一の絶縁層4は、第二の絶縁層5の上からゲート電極2を覆うように積層されている。
The difference between the organic
第一の絶縁層4及び第二の絶縁層5をこのように形成することで、第二の絶縁層5の膜厚を、第一の絶縁層4と比較して薄くできるため、第一の絶縁層4におけるリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
By forming the first insulating
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ120を示す概略断面図である。(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ100と有機薄膜トランジスタ120との相違点は、第二の絶縁層5の膜厚及び第二の絶縁層5に用いる材料である。図2に示すように、第二の絶縁層5は、キャパシタ電極3を覆うように形成され、その膜厚は、第一の絶縁層4と同じである。また、第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4より誘電率の高い材料により形成されている。
The difference between the organic
第二の絶縁層5の材料に第一の絶縁層4よりも誘電率の高い材料を用いることにより、両者の膜厚が同じであっても、第一の絶縁層4におけるリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
By using a material having a dielectric constant higher than that of the first insulating
(第4の実施形態)
図4は、本発明の第4の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ130を示す概略断面図である。(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ130は、絶縁性の基板1の上に形成されたゲート電極2とキャパシタ電極3と、少なくともゲート電極2を覆うように形成された第一の絶縁層4と、少なくともキャパシタ電極3の一部を覆うように形成された第二の絶縁層5と、ソース電極6とドレイン電極7と、有機半導体材料を含む半導体層8とを、少なくとも備えている。また、半導体層8を保護するための保護層9も好適に用いられる。
The organic
また、有機薄膜トランジスタ130に、層間絶縁膜10と、画素電極11と、図示しない表示要素と、図示しない対向電極と、図示しない第二の基板とを設けることにより、画像表示装置とすることができる。対向電極および第二の基板は、使用する表示要素の種類によりその構造は適宜変更することができる。
Further, by providing the organic
以下、有機薄膜トランジスタ130の各構成要素について、有機薄膜トランジスタ130の製造工程に沿って説明する。
Hereinafter, each component of the organic
初めに、基板1を準備する。基板1の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、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、シクロオレフィンポリマー、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、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、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、ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス、石英ガラスなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で使用してもよいが、2種以上を積層した複合の基板1として使用することもできる。
First, the
基板1が有機物フィルムである場合は、有機薄膜トランジスタ130の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層(図示せず)を形成することもできる。ガスバリア層としては、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、酸化窒化珪素(SiON)、炭化珪素(SiC)、およびダイヤモンドライクカーボン(DLC)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらのガスバリア層は、2層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は、有機物フィルムを用いた基板1の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、ホットワイヤーCVD法、およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるが、これらに限定されるものではない。When the
また、基板1上に形成されるゲート電極2およびキャパシタ電極3の基板1との密着性を向上させるために密着層を設けることもできるし、基板1の表面に表面処理などを施しても良い。
In addition, an adhesion layer can be provided in order to improve the adhesion between the
次に、基板1上に、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成する。ゲート電極2、キャパシタ電極3、ソース電極6、およびドレイン電極7は、電極部分と配線部分とが明確に分かれている必要はなく、以下では特に各有機薄膜トランジスタの構成要素として電極と呼称している。
Next, the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3には、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
ゲート電極2およびキャパシタ電極3の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
The
次に、少なくともゲート電極2を覆うように、第一の絶縁層4を形成する。
Next, the first insulating
第一の絶縁層4には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料や、自己組織化膜等の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The first insulating
第一の絶縁層4に自己組織化膜を用いる場合は、異なる自己組織化材料を積層する多層膜構造とすることで、絶縁層の誘電率や絶縁性を制御することが可能である。さらに、自己組織化した多層膜を繰り返し構造とすることで、絶縁性を高めることも可能である。また、第一の絶縁層4の表面に形成される半導体層8の種類に合わせて表面の官能基を選択し、表面エネルギーを制御することで、有機薄膜トランジスタ130の性能を向上することも可能である。
In the case where a self-assembled film is used for the first insulating
第一の絶縁層4は、有機薄膜トランジスタ130および画像表示装置におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The first insulating
次に、キャパシタ電極3上に、第二の絶縁層5を形成する。第二の絶縁層5は、少なくともキャパシタ電極3の一部を覆うように形成され、第二の絶縁層5上においてキャパシタ電極3と重畳するように形成されるドレイン電極7によってキャパシタ構造を成すことで、有機薄膜トランジスタ130を用いた画像表示装置の電圧保持容量として機能する。なお、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の形成は、この順序に限定されず、第二の絶縁層5を形成した後に第一の絶縁層4の形成を行ってもよい。
Next, the second insulating
第二の絶縁層5には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料や、自己組織化膜等の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The second
第二の絶縁層5に自己組織化膜を用いる場合は、異なる自己組織化材料を積層する多層膜構造とすることで、絶縁層の誘電率や絶縁性を制御することが可能である。さらに、自己組織化した多層膜を繰り返し構造とすることで、絶縁性を高めることも可能である。
When a self-assembled film is used for the second insulating
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ130および画像表示装置におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The second
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ130において、キャパシタ電極3およびドレイン電極7を絶縁することでキャパシタ構造を形成しており、キャパシタの容量を確保するために、その誘電率を第一の絶縁層4と比較して大きくすることが好ましい。有機薄膜トランジスタ130においては、第二の絶縁層5の誘電率を第一の絶縁層4の誘電率よりも大きくすることにより、キャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。第一の絶縁層4の比誘電率は、2以上かつ5以下であることが好ましい。また、第二の絶縁層5の比誘電率は、3以上、好ましくは5以上、さらには20以上であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
The second
第二の絶縁層5が多層からなる場合においては、第二の絶縁層5の一部に第一の絶縁層4と同じ材料および組成を用いてよいし、全て異なる材料を用いても良い。これらに限定されることなく、様々な組合せで形成することが可能である。
In the case where the second insulating
第二の絶縁層5の膜厚を第一の絶縁層4よりも薄くすることにより、第一の絶縁層4におけるゲートリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量をさらに増加させることが可能となる。
By making the thickness of the second insulating
第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、金属錯体などを前駆体として使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、スリットコート法、スピンコート方、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
The first insulating
次に、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5上に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成する。ソース電極6およびドレイン電極7は、先に示したゲート電極2およびキャパシタ電極3と同様の材料および方法によって形成することができる。
Next, the
ソース電極6およびドレイン電極7については、半導体層8よりもソース電極6およびドレイン電極7を先に形成するボトムコンタクト構造としても良いし、半導体層8の形成後に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成するトップコンタクト構造としても良い。
The
また、ボトムコンタクト構造を適用する場合においては、ソース電極6およびドレイン電極7は、半導体層8との電気的接続における接触抵抗を低下させるために、表面処理などを行うことができる。
In the case of applying the bottom contact structure, the
次に、第一の絶縁層4、ソース電極6およびドレイン電極7上に半導体層8を形成する。半導体層8には、ペンタセン、およびその誘導体のような低分子半導体やポリチオフェン、ポリアリルアミン、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が、これらに限定されるものではない。
Next, the
半導体層8は、有機半導体材料を溶解または分散させた溶液をインクとして用いる凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット法、ノズルプリンティングなどのウェット成膜方法で形成することができるが、これらに限定されるものではなく、公知一般の方法を使用することも可能である。
The
有機薄膜トランジスタ130は、外部の影響から半導体層8を保護するための保護層9を好適に設けることができる。
The organic
保護層9を設ける場合は、少なくとも半導体層8のチャネル領域を覆うように形成することが好ましい。
When the
保護層9の材料としては、酸化珪素、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、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のポリアクリレート、PVA(ポリビニルアルコール)、PVP(ポリビニルフェノール)、フッ素系樹脂等の有機系絶縁材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Examples of the material of the
保護層9の材料については、有機薄膜トランジスタ130のリーク電流を低く抑えるためにその抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。About the material of the
保護層9は、保護層材料またはその前駆体を溶解または分散させた溶液を用いて、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法のいずれかの方法によって形成される。これらの保護層9は、単層として用いても構わないし、2層以上積層して用いることもできる。また、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The
有機薄膜トランジスタ130を用いた画像表示装置とする際は、層間絶縁膜10、画素電極11、図示しない表示要素、図示しない対向電極、図示しない対向基板が好適に設けられる。
When an image display device using the organic
層間絶縁膜10は、ソース電極6と画素電極11とを絶縁することで、画素電極11を介したソース−ドレイン間のリークを防止することを主な目的として形成される。
The
層間絶縁膜10の材料としては、酸化珪素、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、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のポリアクリレート、PVA(ポリビニルアルコール)、PVP(ポリビニルフェノール)、フッ素系樹脂等の絶縁材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Examples of the material for the
層間絶縁膜10の材料については、有機薄膜トランジスタ130のリーク電流を低く抑えるためにその抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。About the material of the
層間絶縁膜10は、保護層材料またはその前駆体を溶解または分散させた溶液を用いて、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法のいずれかの方法によって形成される。これらの層間絶縁膜10は、単層として用いても構わないし、2層以上積層して用いることもできる。また、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The
画素電極11は、画像表示装置の開口率を向上させることを目的に形成される。
The
画素電極11は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
画素電極11は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
The
また、画素電極11に不透明な材料を用いることにより、半導体層8への外部からの光照射を防ぐことも可能となる。
In addition, by using an opaque material for the
表示要素は、液晶、電気泳動粒子、または電気泳動粒子を含んだマイクロカプセルや有機エレクトロルミネッセンスなどが使用できる。画像表示装置においては、反射型、透過型のどちらに限定されることなく、これら公知一般の表示要素を使用することが可能である。また、使用する表示要素によっては、1画素内に有機薄膜トランジスタ130を複数設置する構成を利用することも可能である。
As the display element, liquid crystal, electrophoretic particles, microcapsules containing electrophoretic particles, organic electroluminescence, or the like can be used. In the image display apparatus, it is possible to use these known general display elements without being limited to either a reflection type or a transmission type. Further, depending on the display element to be used, a configuration in which a plurality of organic
表示要素は、対向電極を形成した対向基板上に形成した後に、画素電極11まで形成された有機薄膜トランジスタ130と合わせて、画像表示装置としても良いし、画素電極11上に形成した後に、対向電極および対向基板を積層して画像表示装置としても良く、使用する表示要素に合わせて、その工程を選択することが可能である。
The display element may be formed on the counter substrate on which the counter electrode is formed, and then combined with the organic
(第5の実施形態)
図5は、本発明の第5の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ140を示す概略断面図である。(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ130と有機薄膜トランジスタ140との相違点は、第二の絶縁層5が形成される領域である。図5に示すように、第二の絶縁層5は、キャパシタ電極3とゲート電極2とを同時に覆うように積層される。また、第一の絶縁層4は、第二の絶縁層5の上からゲート電極2を覆うように積層されている。
The difference between the organic
第一の絶縁層4および第二の絶縁層5をこのように形成することで、第一の絶縁層4の表面性を変化させることなく、薄膜トランジスタのチャネル部に蓄積される電荷量を増やすことが可能となるため、キャパシタ容量の増加だけでなく、薄膜トランジスタのオン電流を増加させることも可能となる。
By forming the first insulating
(第6の実施形態)
図6は、本発明の第6の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ150を示す概略断面図である。(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ130と有機薄膜トランジスタ150との相違点は、第一の絶縁層4が形成される領域である。図6に示すように、第一の絶縁層4は、ゲート電極2とキャパシタ電極3とを同時に覆うように形成される。また、第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4の上からキャパシタ電極3を覆うように積層されている。また、第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4より誘電率の高い材料により形成されている。
The difference between the organic
第二の絶縁層5の材料に第一の絶縁層4よりも誘電率の高い材料を用いることにより、リーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
By using a material having a dielectric constant higher than that of the first insulating
(第7の実施形態)
図7は、本発明の第7の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ160を示す概略断面図である。(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ160は、絶縁性の基板1の上に形成されたソース電極6とドレイン電極7と、有機半導体材料を含む半導体層8と、ソース電極6および半導体層8を覆うように形成された第一の絶縁層4と、少なくともドレイン電極7の一部を覆うように形成された第二の絶縁層5と、ゲート電極2と、キャパシタ電極3とを、少なくとも備えている。
The organic
また、有機薄膜トランジスタ160に、層間絶縁膜10と、画素電極11と、図示しない表示要素と、図示しない対向電極と、図示しない第二の基板とを設けることにより、画像表示装置とすることができる。対向電極および第二の基板は、使用する表示要素の種類によりその構造は適宜変更することができる。
Further, by providing the organic
以下、有機薄膜トランジスタ160の各構成要素について、有機薄膜トランジスタ160の製造工程に沿って説明する。
Hereinafter, each component of the organic
初めに、基板1を準備する。基板1の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、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、シクロオレフィンポリマー、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、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、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、ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス、石英ガラスなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で使用してもよいが、2種以上を積層した複合の基板1として使用することもできる。
First, the
基板1が有機物フィルムである場合は、有機薄膜トランジスタ160の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層(図示せず)を形成することもできる。ガスバリア層としては、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、酸化窒化珪素(SiON)、炭化珪素(SiC)、およびダイヤモンドライクカーボン(DLC)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらのガスバリア層は、2層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は、有機物フィルムを用いた基板1の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、ホットワイヤーCVD法、およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるが、これらに限定されるものではない。When the
また、基板1上に形成されるソース電極6、ドレイン電極7、および半導体層8の基板1との密着性を向上させるために密着層を設けることもできるし、基板1の表面に表面処理などを施しても良い。
In addition, an adhesion layer can be provided to improve the adhesion of the
次に、基板1上に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成する。ソース電極6、ドレイン電極7、ゲート電極2、およびキャパシタ電極3は、電極部分と配線部分とが明確に分かれている必要はなく、以下では特に各有機薄膜トランジスタの構成要素として電極と呼称している。
Next, the
ソース電極6およびドレイン電極7には、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
ソース電極6およびドレイン電極7の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
For forming the
ソース電極6およびドレイン電極7については、半導体層8よりもソース電極6およびドレイン電極7を先に形成するボトムコンタクト構造としても良いし、半導体層8の形成後に、ソース電極6およびドレイン電極7を形成するトップコンタクト構造としても良い。
The
また、ボトムコンタクト構造を適用する場合においては、ソース電極6およびドレイン電極7は、半導体層8との電気的接続における接触抵抗を低下させるために、表面処理などを施すことができる。
When the bottom contact structure is applied, the
次に、絶縁性の基板1、ソース電極6、およびドレイン電極7上に、半導体層8を形成する。半導体層8には、ペンタセン、およびそれらの誘導体のような低分子半導体やポリチオフェン、ポリアリルアミン、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が、これらに限定されるものではない。
Next, the
半導体層8は、有機半導体材料を溶解または分散させた溶液をインクとして用いる凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット法、ノズルプリンティングなどのウェット成膜方法で形成することができるが、これらに限定されるものではなく、公知一般の方法を使用することも可能である。
The
次に、少なくともソース電極6および半導体層8を覆うように、第一の絶縁層4を形成する。
Next, the first insulating
第一の絶縁層4には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The first insulating
第一の絶縁層4は、有機薄膜トランジスタ160および画像表示装置におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The first insulating
次に、ドレイン電極7上に、第二の絶縁層5を形成する。第二の絶縁層5は、少なくともドレイン電極7の一部を覆うように形成され、第二の絶縁層5上においてドレイン電極7と重畳するように形成されるキャパシタ電極3によってキャパシタ構造を成すことで、有機薄膜トランジスタ160を用いた画像表示装置のキャパシタとして機能する。なお、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の形成は、この順序に限定されず、第二の絶縁層5を形成した後に第一の絶縁層4の形成を行ってもよい。
Next, the second insulating
第二の絶縁層5には、酸化珪素(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiON)や、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)などの有機系絶縁材料や、自己組織化膜等の材料を使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または2層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The second
第二の絶縁層5に自己組織化膜を用いる場合は、異なる自己組織化材料を積層する多層膜構造とすることで、絶縁層の誘電率や絶縁性を制御することが可能である。さらに、自己組織化した多層膜を繰り返し構造とすることで、絶縁性を高めることも可能である。
When a self-assembled film is used for the second insulating
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ160および画像表示装置におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。The second
第二の絶縁層5は、有機薄膜トランジスタ160において、ドレイン電極7およびキャパシタ電極3を絶縁することでキャパシタ構造を形成しており、キャパシタの容量を確保するために、その膜厚は第一の絶縁層4と比較して薄くすることが好ましい。有機薄膜トランジスタ160においては、第二の絶縁層5を第一の絶縁層4よりも薄膜で形成することにより、第一の絶縁層4の形成されるトランジスタ部におけるリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
The second
第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4と同様の材料および組成を用いてよいし、異なる材料を用いても良くこれらに限定されることなく、様々な組合せで形成することが可能である。
The second
第二の絶縁層5の材料に第一の絶縁層4よりも比誘電率の高い材料を用いることにより、キャパシタの静電容量をさらに増加させることが可能となる。第一の絶縁層4の比誘電率は、2以上かつ5以下であることが好ましい。また、第二の絶縁層5の比誘電率は、3以上、好ましくは5以上、さらには20以上であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
By using a material having a relative dielectric constant higher than that of the first insulating
第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、金属錯体などを前駆体として使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、スリットコート法、スピンコート方、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
The first insulating
次に、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5上に、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成する。ゲート電極2およびキャパシタ電極3は、先に示したソース電極6およびドレイン電極7と同様の材料および方法によって形成することができる。
Next, the
有機薄膜トランジスタ160を用いた画像表示装置とする際は、層間絶縁膜10、画素電極11、図示しない表示要素、図示しない対向電極、図示しない対向基板が好適に設けられる。
In the case of an image display device using the organic
層間絶縁膜10は、ゲート電極2およびキャパシタ電極3と画素電極9とを絶縁することで、画素電極9を介したゲート−ドレイン間およびキャパシタ−ドレイン間のリークを防止することを主な目的として形成される。
The
層間絶縁膜10の材料としては、酸化珪素、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、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料、または、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のポリアクリレート、PVA(ポリビニルアルコール)、PVP(ポリビニルフェノール)、フッ素系樹脂等の絶縁材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Examples of the material for the
層間絶縁膜10の材料については、有機薄膜トランジスタ160のリーク電流を低く抑えるためにその抵抗率が1011Ωcm以上、より好ましくは1014Ωcm以上であることが望ましい。About the material of the
層間絶縁膜10は、保護層材料またはその前駆体を溶解または分散させた溶液を用いて、インクジェット法、凸版印刷法、平版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法のいずれかの方法によって形成される。これらの層間絶縁膜9は、単層として用いても構わないし、2層以上積層して用いることもできる。また、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
The
画素電極11は、画像表示装置の開口率を向上させることを目的に形成される。
The
画素電極11は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、マンガン(Mn)などの金属材料や、酸化インジウム(InO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
The
画素電極11は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
The
また、画素電極11に不透明な材料を用いることにより、半導体層8への外部からの光照射を防ぐことも可能となる。
In addition, by using an opaque material for the
表示要素は、液晶、電気泳動粒子、または電気泳動粒子を含んだマイクロカプセルや有機エレクトロルミネッセンスなどが使用できる。画像表示装置においては、反射型、透過型のどちらに限定されることなく、これら公知一般の表示要素を使用することが可能である。また、使用する表示要素によっては、1画素内に有機薄膜トランジスタ160を複数設置する構成を利用することも可能である。
As the display element, liquid crystal, electrophoretic particles, microcapsules containing electrophoretic particles, organic electroluminescence, or the like can be used. In the image display apparatus, it is possible to use these known general display elements without being limited to either a reflection type or a transmission type. Further, depending on the display element to be used, it is possible to use a configuration in which a plurality of organic
表示要素は、対向電極を形成した対向基板上に形成した後に、画素電極11まで形成された有機薄膜トランジスタ160と合わせて、画像表示装置としても良いし、画素電極11上に形成した後に、対向電極および対向基板を積層して画像表示装置としても良く、使用する表示要素に合わせて、その工程を選択することが可能である。
The display element may be formed on the counter substrate on which the counter electrode is formed, and then combined with the organic
(第8の実施形態)
図8は、本発明の第8の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ170を示す概略断面図である。(Eighth embodiment)
FIG. 8 is a schematic sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ160と有機薄膜トランジスタ170との相違点は、第二の絶縁層5が形成される領域である。図8に示すように、第一の絶縁層4は、半導体層8を覆うように積層される。また、第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4の上から、ソース電極6および半導体層8、さらにドレイン電極7の一部の領域を覆うように積層される。
The difference between the organic
第一の絶縁層4および第二の絶縁層5をこのように形成することで、ドレイン電極7およびキャパシタ電極3により形成されるキャパシタ部分の膜厚を半導体層8の形成されているトランジスタ部の膜厚よりも薄くできるため、トランジスタ部のリーク電流を低く抑えながらキャパシタの静電容量を増加させることが可能となる。
By forming the first insulating
(第9の実施形態)
図9は、本発明の第9の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ180を示す概略断面図である。(Ninth embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an organic
有機薄膜トランジスタ160と有機薄膜トランジスタ180との相違点は、第一の絶縁層4と第二の絶縁層5の膜厚および第二の絶縁層5に用いる材料である。図9に示すように、第二の絶縁層5は、ドレイン電極7の一部を覆うように形成され、その膜厚は、第一の絶縁層4よりも薄く形成される。また、第二の絶縁層5は、第一の絶縁層4より誘電率の高い材料により形成されている。
The difference between the organic
第二の絶縁層5の材料に第一の絶縁層4よりも誘電率の高い材料を用いることにより、キャパシタの静電容量をさらに増加させることが可能となる。
By using a material having a dielectric constant higher than that of the first insulating
実施例1として、図1に示す有機薄膜トランジスタ100を作製した。
As Example 1, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてモリブデン(Mo)を400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3とした。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板に、感光性アクリル樹脂をスリットコート法で塗布し、露光、現像を行い所望の形状にパターニングし、200℃で焼成を行い、第二の絶縁層5を形成した。その後、第二の絶縁層5と同様の方法で第一の絶縁層4を形成した。第一の絶縁層4の膜厚は1μm、第二の絶縁層5の膜厚は0.5μmとした。感光性アクリル樹脂の比誘電率は3.4である。
A photosensitive acrylic resin is applied to the substrate on which the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, a solution in which silver nanoparticles were dispersed was used as an ink, and was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form a
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例2として、図2に示す有機薄膜トランジスタ110を作製した。
As Example 2, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、酸化アルミニウム(Al2O3)を原子層堆積(ALD)法を用いて50nmの膜厚で成膜した。その後、感光性アクリル樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、200℃で焼成し、第一の絶縁層4となる領域を酸化アルミニウムと感光性アクリル樹脂との積層構造とし、第二の絶縁層5となる領域を酸化アルミニウムのみの層となるように形成した。感光性アクリル樹脂の膜厚は1μmである。なお電極取り出し部などの不要な酸化アルミニウム層はフォトリソ法およびドライエッチング法を用いて除去した。酸化アルミニウムの比誘電率は9.3、感光性アクリル樹脂の比誘電率は3.4である。Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was formed to a thickness of 50 nm on the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例3として、図3に示す有機薄膜トランジスタ120を作製した。
As Example 3, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、感光性ポリスチレン樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、200℃で焼成し、第一の絶縁層4を形成した。続いて実施例1及び2とは比誘電率の異なる感光性アクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、第二の絶縁層5を形成した。第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の膜厚はともに1μmである。第一の絶縁層4の比誘電率は2.5、第二の絶縁層の比誘電率は4.2である。
A photosensitive polystyrene resin was applied to the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例4として、図4に示す有機薄膜トランジスタ130を作製した。
As Example 4, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてモリブデン(Mo)を400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、感光性シリコーン樹脂をスリットコート法で塗布し、露光、現像を行い所望の形状にパターニングし、200℃で焼成を行い、第一の絶縁層4を形成した。その後、第一の絶縁層4と同様の方法で第二の絶縁層5を形成した。第一の絶縁層4および第二の絶縁層5の膜厚は、ともに1μmとした。また、第一の絶縁層4の比誘電率は2.5、第二の絶縁層5の比誘電率は、4.2である。
A photosensitive silicone resin is applied to the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、180℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, a solution in which silver nanoparticles were dispersed was used as an ink, and was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 180 ° C. for 1 hour to form a
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例5として、図5に示す有機薄膜トランジスタ140を作製した。
As Example 5, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、酸化アルミニウム(Al2O3)を原子層堆積法(ALD法)を用いて100nmの膜厚で成膜した。その後、感光性シリコーン樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、200℃で焼成し、第一の絶縁層4となる領域を酸化アルミニウムと感光性アクリル樹脂との積層構造とし、キャパシタ電極3上の第二の絶縁層5となる領域を酸化アルミニウムのみの層となるように形成した。感光性アクリル樹脂の膜厚は1μmである。なお、電極取り出し部などの不要な酸化アルミニウム層は、フォトリソ法およびドライエッチング法を用いて除去した。酸化アルミニウムの比誘電率は9.3、感光性シリコーン樹脂の比誘電率は2.5である。Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was formed to a thickness of 100 nm on the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、180℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 180 ° C. for 1 hour to form the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例6として、図6に示す有機薄膜トランジスタ150を作製した。
As Example 6, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、感光性シリコーン樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、200℃で焼成し、第一の絶縁層4を形成した。第一の絶縁層4の膜厚は、ゲート電極2上は1μmの膜厚とし、キャパシタ電極3上は0.5μmの膜厚として形成した。続いて感光性アクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、第二の絶縁層5を0.5μmの膜厚で形成した。第一の絶縁層4の比誘電率は2.5、第二の絶縁層5の比誘電率は4.2である。
A photosensitive silicone resin was applied to the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、180℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 180 ° C. for 1 hour to form the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
実施例7として、図7に示す有機薄膜トランジスタ160を作製した。
As Example 7, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、銀(Ag)のナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ソース電極6およびドレイン電極7を形成した基板1に、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
A mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material is dissolved at a concentration of 0.1% by weight is patterned on the
その後、フッ素樹脂をインクジェット法で塗布し、第一の絶縁層4および第二の絶縁層5を形成する。図7に示すように、第二の絶縁層5の膜厚が第一の絶縁層4の膜厚よりも薄くなるように形成した。第一の絶縁層4の膜厚は1μm、第二の絶縁層5の膜厚は0.5μmとした。用いた樹脂の比誘電率は、2.0である。
Thereafter, a fluororesin is applied by an ink jet method to form the first insulating
つづいて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
Subsequently, a solution in which silver nanoparticles were dispersed was used as an ink, and was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
実施例8として、図8に示す有機薄膜トランジスタ170を作製した。
As Example 8, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、銀(Ag)のナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ソース電極6およびドレイン電極7を形成した基板1に、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
A mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material is dissolved at a concentration of 0.1% by weight is patterned on the
その後、半導体層8、ソース電極6、およびドレイン電極7の一部を覆うようにフッ素樹脂をインクジェット法により1μmの膜厚で塗布し、第一の絶縁層4を形成した。図8に示すように、第二の絶縁層5として酸化アルミニウム(Al2O3)を原子層体積法(ALD法)を用いて100nmの膜厚で成膜した。なお、電極の外部との接続部などに成膜された不要な酸化アルミニウム層は、フォトリソ法およびドライエッチング法を用いて除去した。第一の絶縁層4の比誘電率は2.0、第二の絶縁層5の比誘電率は9.3である。Thereafter, a fluororesin was applied with a film thickness of 1 μm by an inkjet method so as to cover a part of the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
実施例9として、図9に示す有機薄膜トランジスタ180を作製した。
As Example 9, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、銀(Ag)のナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ソース電極6およびドレイン電極7を形成した基板1のドレイン電極7上の一部に原子層体積法(ALD法)を用いて100nmの膜厚で成膜した後、不要な酸化アルミニウム層を、フォトリソ法およびドライエッチング法を用いて除去し、第二の絶縁層5を形成した。第二の絶縁層5の比誘電率は9.3である。
After a film having a thickness of 100 nm is formed on a part of the
次に、ソース電極6、ドレイン電極7、および基板1の一部にかかるように、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Next, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material is dissolved at a concentration of 0.1% by weight so as to cover a part of the
その後、半導体層8、ソース電極6、およびドレイン電極7上の一部にフッ素樹脂をインクジェット法により、1μmの膜厚で塗布し、第一の絶縁層4を形成した。第一の絶縁層4の比誘電率は2.0である。
Thereafter, a fluororesin was applied to a part of the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
(比較例1)
比較例1として、図10に示す有機薄膜トランジスタ200を作製した。(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、実施例1〜3とは比誘電率の異なる感光性アクリル樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、200℃で焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3上に第一の絶縁層4のみを形成した。第一の絶縁層4の膜厚は1μm、比誘電率は3.3である。
A photosensitive acrylic resin having a dielectric constant different from that of Examples 1 to 3 is applied to the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an inkjet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour, whereby the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
(比較例2)
比較例2として、図11に示す有機薄膜トランジスタ210を作製した。(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、DCマグネトロンスパッタを用いてMoを400nmの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した基板1に、感光性シリコーン樹脂をスリットコート法で塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、200℃で焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3の上に第一の絶縁層4のみを形成した。第一の絶縁層4の膜厚は1μm、比誘電率は2.5である。
Photosensitive silicone resin is applied to the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、180℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 180 ° C. for 1 hour to form the
その後、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
Thereafter, a mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material was dissolved at a concentration of 0.1% by weight was patterned by an ink jet method to form a
(比較例3)
比較例3として、図12に示す有機薄膜トランジスタ220を作製した。(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, an organic
基板1として厚さ0.7mmの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板1上に、銀(Ag)のナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。
A non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm was used as the
ソース電極6およびドレイン電極7を形成した基板1に、有機半導体材料としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)を0.1重量%濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングし、半導体層8を形成した。
A mesitylene solution in which poly (3-hexylthiophene) as an organic semiconductor material is dissolved at a concentration of 0.1% by weight is patterned on the
その後、半導体層8、ソース電極6、およびドレイン電極7を覆うようにフッ素樹脂をスリットコート法により膜厚1μmで塗布し、第一の絶縁層4を形成した。第一の絶縁層4の比誘電率は2.0である。
Thereafter, a fluororesin was applied by a slit coating method so as to cover the
つづいて、銀ナノ粒子を分散させたインクを、インクジェット法を用いて所望の形状にパターニングし、150℃で1時間焼成し、ゲート電極2およびキャパシタ電極3を形成した。
Subsequently, the ink in which the silver nanoparticles were dispersed was patterned into a desired shape using an ink jet method, and baked at 150 ° C. for 1 hour to form the
以上の工程により、実施例1〜9および比較例1〜3に係る有機薄膜トランジスタを作製した。実施例1においては、第二の絶縁層5の膜厚を第一の絶縁層4の約半分にすることにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ200と比較して2倍とすることができた。実施例2においては、第二の絶縁層5に高誘電率の膜を用いることで、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ200と比較して大幅に増加させることができた。また、実施例3においては、第二の絶縁層5の比誘電率が第一の絶縁層4と比較して高いものを選択することにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ200と比較して増加させることができた。いずれの実施例においても、キャパシタの容量を増加させることで、画像表示装置の書込み電圧の保持率を向上させ、安定的に画像表示装置を駆動させることが可能となった。
The organic thin-film transistor which concerns on Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3 was produced according to the above process. In Example 1, the capacitance of the capacitor could be doubled compared to the organic
実施例4においては、第一の絶縁層4よりも誘電率の大きい第二の絶縁層5とすることにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ210と比較して1.6倍とすることができた。実施例5においては、第二の絶縁層5に高誘電率の膜を用いることで、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ210と比較して約75倍と大幅に増加させることができた。また、実施例6においては、第二の絶縁層5の比誘電率が第一の絶縁層4と比較して高いものを選択することにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ210と比較して約1.6倍に増加させることができた。いずれの実施例においても、キャパシタの容量を増加させることで、画像表示装置の書込み電圧の保持率を向上させ、安定的に画像表示装置を駆動させることが可能となった。
In Example 4, the capacitance of the capacitor could be 1.6 times that of the organic
実施例7においては、第二の絶縁層5の膜厚を第一の絶縁層4の約半分にすることにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ220と比較して2倍とすることができた。実施例8においては、第二の絶縁層5に高誘電率の膜を用いることで、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ220と比較して大幅に増加させることができた。また、実施例9においては、第二の絶縁層5の比誘電率が第一の絶縁層4と比較して高いものを選択することにより、キャパシタの容量を有機薄膜トランジスタ220と比較して増加させることができた。いずれの実施例においても、キャパシタの容量を増加させることで、画像表示装置の書込み電圧の保持率を向上させ、安定的に画像表示装置を駆動させることが可能となった。
In Example 7, the capacitance of the capacitor could be doubled compared with the organic
以上説明したように、本発明によれば、キャパシタ電極3とドレイン電極7との間に形成される第二の絶縁層5の誘電率を大きくすることにより、薄膜トランジスタにおけるリーク電流を低く抑えながらキャパシタ容量を増加させることが可能となる。また、少なくともキャパシタ電極3とドレイン電極7との間に形成される第二の絶縁層5の膜厚を薄くすることで、さらにキャパシタ容量を増加させ、電圧保持率を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the dielectric constant of the second insulating
したがって、本発明によれば、印刷法を用いた有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積が確保できない場合においても、容量を確保することで、電圧保持率を維持し、安定して駆動可能な素子特性を示す有機薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, even in a case where a sufficient capacitor electrode area cannot be secured in an organic thin film transistor using a printing method, an element capable of maintaining a voltage holding ratio and stably driving by securing a capacitance. It becomes possible to provide an organic thin film transistor and an image display device exhibiting characteristics.
本発明は、画像表示装置、また各種センサーなどに好適に利用可能である。 The present invention can be suitably used for an image display device and various sensors.
1 基板
2 ゲート電極
3 キャパシタ電極
4 第一の絶縁層
5 第二の絶縁層 6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 半導体層
9 保護層
10 層間絶縁膜
11 画素電極
100〜180、200〜220 有機薄膜トランジスタDESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第二の絶縁層の膜厚が、第一の絶縁膜の膜厚よりも薄い、有機薄膜トランジスタ。On the insulating substrate, at least a gate electrode, a capacitor electrode, a first insulating layer formed to cover at least the gate electrode, and a second electrode formed to cover at least a part of the capacitor electrode An organic thin film transistor having an insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material,
An organic thin film transistor in which the film thickness of the second insulating layer is thinner than the film thickness of the first insulating film.
前記第二の絶縁層の誘電率が前記第一の絶縁層の誘電率よりも大きい、有機薄膜トランジスタ。On the insulating substrate, at least a gate electrode, a capacitor electrode, a first insulating layer formed to cover at least the gate electrode, and a second electrode formed to cover at least a part of the capacitor electrode An organic thin film transistor having an insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material,
An organic thin film transistor, wherein a dielectric constant of the second insulating layer is larger than a dielectric constant of the first insulating layer.
前記第二の絶縁層の膜厚が、前記第一の絶縁層の膜厚よりも薄いことを特徴とする、有機薄膜トランジスタ。At least a source electrode, a drain electrode, a semiconductor layer containing an organic semiconductor material, a first insulating layer formed so as to cover the source electrode and the semiconductor layer, and at least the drain electrode on an insulating substrate An organic thin film transistor having a second insulating layer formed so as to cover a part, a gate electrode, and a capacitor electrode,
An organic thin film transistor, wherein the thickness of the second insulating layer is thinner than the thickness of the first insulating layer.
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