KR100681995B1 - 유기 반도체 소자와 그 제조 방법 - Google Patents

유기 반도체 소자와 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

유기 반도체 소자는, 유기 반도체층과, 이 유기 반도체층에 전류 또는 전계를 공급하는 전극을 구비한다. 유기 반도체층은 유기 반도체 입자의 열융착층으로 이루어진다. 유기 반도체 입자의 열융착층은, 예를 들면 전자 사진 방식을 적용하여 유기 반도체 입자를, 기초로 되는 층 위에 부착시킨 후, 이 유기 반도체 입자의 부착층을 가열하여 열융착시킴으로써 형성된다. 이러한 유기 반도체 소자 및 그 제조 방법에 따르면, 소자 구조의 미세화나 직접 묘화에 의한 저코스트성 등을 손상시키지 않고, 소자 제조 효율을 높일 수 있다.
유기 반도체층, 열융착층, 유기 반도체 소자, 전류

Description

유기 반도체 소자와 그 제조 방법{ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 개략 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 제조 공정에 적용되는 건식 현상형 화상 형성 장치의 일구성예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 제조 공정에 적용되는 습식 현상형 화상 형성 장치의 일구성예를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시하는 유기 반도체 소자에서의 유기 반도체층의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 일변형예의 개략 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 다른 변형예의 개략 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 개략 구조를 모식 적으로 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 유기 반도체 소자
2 : 기판
3 : 게이트 전극
4 : 도금 기초층
5 : 금속 도금층
6 : 게이트 절연막
7 : 소스 전극
8 : 드레인 전극
<특허 문헌1> 일본 특개2000-307172호 공보
<특허 문헌2> 일본 특개2003-179234호 공보
<관련 출원>
이 출원은, 2004년 6월 16일에 출원된 일본 출원, 일본 특원2004-177880호에 의한 우선권의 이익에 기초한다. 따라서, 그것에 의한 우선권의 이익을 주장한다. 상기 일본 출원의 내용의 모두는 여기에 참조 문헌으로서 삽입된다.
본 발명은 유기 반도체 소자와 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 유기 반도체 재료를 활성층으로서 이용한 유기 반도체 소자의 연구가 급속히 진행되고 있다. 유기 반도체 소자로서는, 예를 들면 수지 기판에 형성된 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 개재하여 유기 반도체층을 형성하고, 그 위에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한 전계 효과형의 유기 박막 트랜지스터(유기 TFT)가 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 2 참조).
유기 반도체 소자는, 종래의 실리콘 등의 무기 반도체를 이용한 소자와는 달리, 유기 반도체층의 형성에 저코스트의 인쇄법 등을 적용할 수 있다고 하는 이점을 갖는다. 또한, 유기 반도체 소자는 대면적화가 용이하다고 하는 이점도 갖는다. 즉, 유기 반도체층 자체의 유연성 외에 추가로, 인쇄법을 적용함으로써 수지 기판을 사용하는 것이 가능하기 때문에, 플렉시블한 반도체 소자를 제작할 수 있다고 하는 특징을 갖는다.
유기 반도체 소자에 이용되는 유기 반도체 재료는, 펜타센 등의 저분자계 유기 반도체 재료와 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 고분자계 유기 반도체 재료로 대별된다. 폴리티오펜 등의 고분자계 유기 반도체 재료는 유기 용매 등에의 용해성이 우수하기 때문에, 용액 형상으로 한 고분자계 유기 반도체 재료를 잉크로서 이용하고, 잉크젯트법, 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법 등의 인쇄법을 적용하여 유기 반도체층을 형성하는 것이 시도되고 있다.
이들 인쇄 방법 중, 잉크젯트법은 마스크 등을 이용하지 않고 직접 묘화가 가능하고, 또한 소자 구조의 미세화 등에 대해서도 유효하지만, 유기 반도체 소자의 제조 효율이 낮다고 하는 난점을 갖고 있다. 또한, 오프셋 인쇄나 그라비아 인쇄는, 유기 반도체 소자의 제조 효율이 우수한 반면, 소자 구조에 따른 판의 제작이 불가결하다. 이 때문에, 유기 반도체 소자의 제조 코스트가 증대되기 쉬움과 함께, 소량 다품종의 유기 반도체 소자의 제작에는 부적합하다. 또한, 오프셋 인쇄나 그라비아 인쇄는 소자 구조를 충분히 미세화할 수 없다고 하는 난점을 갖고 있다.
한편, 펜타센 등의 저분자계 유기 반도체 재료는 용매 용해성이 부족하기 때문에, 고분자계 유기 반도체 재료와 같이 인쇄법을 적용하여 유기 반도체 소자를 제작하는 것이 곤란하게 되어 있다. 저분자계 유기 반도체 재료를 이용한 유기 반도체 소자는, 종래의 무기 반도체와 마찬가지로 진공 성막 프로세스를 적용하여 제작하는 것이 시도되고 있지만, 이것으로는 유기 반도체 재료를 이용한 반도체 소자의 특징을 충분히 살릴 수 없다. 저분자계 유기 반도체 재료는 고분자계 재료와 비교하여 반도체 특성이 우수하기 때문에, 저코스트이면서 또한 수지 기판 등의 적용이 가능한 제조 프로세스의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일양태에 따른 유기 반도체 소자는, 유기 반도체 입자의 열융착층을 갖는 유기 반도체층과, 상기 유기 반도체층에 전류 또는 전계를 공급하는 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 유기 반도체 소자는, 유기 반도체 입자의 열융 착층을 갖는 유기 반도체층과, 상기 유기 반도체층에 전계를 인가하도록 게이트 절연막을 개재하여 배치된 게이트 전극과, 상기 유기 반도체층과 전기적으로 접속된 소스 전극과, 상기 유기 반도체층과 전기적으로 접속되고, 또한 상기 소스 전극과의 사이에 상기 게이트 전극의 형성 영역이 개재되도록 배치된 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일양태에 따른 유기 반도체 소자의 제조 방법은, 유기 반도체층을 갖는 유기 반도체 소자를 제조하는 방법으로서, 상기 유기 반도체층의 기초로 되는 층 위에 유기 반도체 입자를 부착시키는 공정과, 상기 유기 반도체 입자를 가열하여 열융착시킴으로써 상기 유기 반도체층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명하지만, 이들 도면은 도해만의 목적을 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 이들 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 반도체 소자의 개략 구조를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 유기 반도체 소자(1)는, 예를 들면 절연성 수지로 이루어지는 기판(2)을 갖고 있다. 특히, 절연성 수지 필름과 같은 플렉시블 수지 기판은, 유기 반도체 소자(1)의 특성을 살리는 면에서 유효하며, 또한 유기 반도체 소자(1)의 제조 코스트의 저감이나 이용 분야의 확대 등의 점으로부터도 바람직하다. 단, 기판(2)의 구성 재료는 절연성 수지에 한정되는 것은 아니며, 각종 절연 재료로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다.
기판(2) 위에는 게이트 전극(3)이 형성되어 있다. 게이트 전극(3)은, 예를 들면 도금 기초층(4)과 그 표면에 형성된 금속 도금층(5)으로 구성되어 있다. 단, 게이트 전극(3)은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 인쇄법, 증착법, 스퍼터링법 등으로 형성해도 된다. 게이트 전극(3) 위에는 게이트 절연막(6)이 형성되어 있다. 즉, 기판(2)의 표면은 게이트 전극(3) 위를 포함하여 게이트 절연막(6)에 의해 피복되어 있다. 게이트 절연막(6)은, 예를 들면 폴리비닐페놀, 폴리이미드, 불소계 수지 등의 절연성 수지, 혹은 SiO2나 Si3N4 등의 무기 절연물에 의해 형성되어 있다.
게이트 절연막(6) 위에는, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8)이 소정의 거리를 두고 배치되어 있다. 즉, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8)은 이들 사이에 게이트 전극(3)의 형성 영역이 개재되도록 배치되어 있다. 이들 전극(7, 8)은 게이트 전극(3)과 마찬가지로, 각각 도금 기초층(9)과 그 표면에 형성된 금속 도금층(10)으로 구성되어 있다. 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)도 게이트 전극(3)과 마찬가지로, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 각 전극(3, 7, 8) 및 게이트 절연막(6)을 갖는 기판(2)은, 후술하는 바와 같이 전자 사진 방식을 적용한 화상 형성 장치를 이용하여 제작할 수 있다. 단, 이러한 기판(2)은 인쇄법이나 라미네이트법 등을 적용하여 제작해도 된다.
소스 전극(7) 및 드레인 전극(8) 위에는, 이들 표면을 포함하여 게이트 절연 막(6) 전체를 피복하도록, 활성층으로서 유기 반도체층(11)이 형성되어 있다. 유기 반도체층(11)의 구성 재료에는, 예를 들면 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 고분자계 유기 반도체 재료, 또한 펜타센 등의 저분자계 유기 반도체 재료를 적용할 수 있다. 유기 반도체층(11)은 이러한 유기 반도체 재료의 입자(유기 반도체 입자)를 열융착시켜 층 형상으로 형성한 것이다.
유기 반도체층(11)은, 그 기초로 되는 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 갖는 게이트 절연막(6) 위에 유기 반도체 입자를 부착시키고, 이 유기 반도체 입자의 부착층에 가열 처리를 실시하여, 유기 반도체 입자 사이를 열융착시킴으로써 형성한 것이다. 게이트 절연막(6) 위에의 유기 반도체 입자의 부착 공정에는 전자 사진 방식을 적용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 소자 제조 효율이나 미세 패턴의 재현성 등을 높일 수 있다.
또한, 유기 반도체 입자의 부착 공정은 전자 사진 방식에 한하지 않고, 예를 들면 유기 반도체 입자를 분산매 내에 분산시킨 액상물을 도포, 건조시킴으로써 실시해도 된다. 어떤 경우에도, 유기 반도체 재료를 입자 형태에서 기초로 되는 층 위에 부착시키는 것이 중요한데, 이에 의해 유기 반도체 재료의 특성을 유지하면서 유기 반도체층(11)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 용매 용해성 등이 부족한 저분자계 유기 반도체 재료를 이용한 경우에도, 진공 성막 프로세스 등을 적용하지 않고, 유기 반도체층(11)을 형성하는 것이 가능하게 된다.
유기 반도체층(11)의 형성에 전자 사진 방식을 적용하는 경우에는, 예를 들면 도 2나 도 3에 도시한 바와 같은 전자 사진식 화상 형성 장치가 이용된다. 도 2는 전자 사진 방식을 적용한 건식 현상형 화상 형성 장치(100)의 일구성예를 도시하고 있다. 화상 형성 장치(100)는, 주로 감광체 드럼(101), 대전기(102), 노광부(103), 건식 현상기(104), 전사부(105), 및 정착기(106)로 구성되어 있다. 건식 현상기(104)에는 유기 반도체 입자로 이루어지는 토너 입자가 저류되어 있다. 토너를 구성하는 유기 반도체 입자의 입경은, 평균 입경으로서 0.5∼20㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 건식 현상기(104)를 이용하는 경우, 유기 반도체 입자의 평균 입경은 3∼20㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 3은 전자 사진 방식을 적용한 습식 현상형 화상 형성 장치(200)의 일구성예를 도시하고 있다. 화상 형성 장치(200)는, 주로 감광체 드럼(201), 대전기(202), 노광부(203), 습식 현상기(204), 및 중간 전사 롤러(205)와 가압·가열 롤러(206)를 갖는 전사·정착부(207)로 구성되어 있다. 습식 현상기(204)에는 유전성 액체 내에 유기 반도체 입자로 이루어지는 토너 입자를 현탁시킨 액체 현상제가 저류되어 있다. 토너 입자를 구성하는 유기 반도체 입자의 평균 입경은, 습식 현상기(204)를 이용하는 경우에는 0.1∼3㎛의 범위, 특히 0.1∼0.5㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이러한 화상 형성 장치를 이용한 유기 반도체층(11)의 형성 공정에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 우선, 도 2에 도시한 건식 현상형 화상 형성 장치(100)를 이용한 예에 대하여 설명한다. 감광체 드럼(101)을 화살표 방향으로 회전시키면서, 대전기(102)에 의해 감광체 드럼(101)의 표면 전위를 일정 전위(예를 들면 마이너스 전하)로 대전시킨다. 구체적인 대전 방법으로서는, 스코로트론 대전 법, 롤러 대전법, 브러시 대전법 등이 있다. 이어서, 예를 들면 레이저 발생· 주사 장치를 적용한 노광부(103)에서, 화상 신호에 따라 레이저광을 감광체 드럼(101)에 조사하여, 조사 부분의 마이너스 전하를 제거한다. 이것에 의해, 감광체 드럼(101)의 표면에 소정의 소자 패턴에 따른 전하의 상(정전 잠상)(107)을 형성한다.
이어서, 건식 현상기(104)로부터 토너 입자, 즉 대전된 유기 반도체 입자를 공급하고, 이것을 감광체 드럼(101) 위의 정전 잠상(107)에 부착시켜 가시상(108)을 형성한다. 이 때, 정(正) 현상법 혹은 반전 현상법을 이용할 수 있다. 또한, 건식 현상기(104)에는 공지된 전자 사진식 복사 시스템에서의 건식의 토너 전사 기술을 적용할 수 있다. 이어서, 유기 반도체 입자(토너 입자)에 의해 형성된 가시상(108)을, 전사부(105)에 의해 감광체 드럼(101)으로부터 기재(109) 위에 전사시킨다. 전사 방식으로서는 정전 전사법, 점착 전사법, 압력 전사법 등이 알려져 있고, 이들 중 어느 것을 적용해도 된다.
즉, 도 4a에 도시한 바와 같이 기재(109)로 되는 게이트 절연막(6)을 갖는 기판 위에, 토너 입자로서 이용한 유기 반도체 입자(12)를 유기 반도체층(11)의 형성 패턴에 따라 전사하여 부착시킨다. 이어서, 게이트 절연막(6) 위에 전사한 유기 반도체 입자(12)를, 정착기(106)에 의해 가열하여 정착시킨다. 이 가열 정착에서는, 유기 반도체 입자(12)의 적어도 표면부를 용융하거나 또는 연화시킴으로써, 인접하는 유기 반도체 입자(12)끼리 열융착시킨다. 이와 같이 하여, 도 4b에 도시한 바와 같이 유기 반도체 입자(12)의 열융착층으로 이루어지는 유기 반도체층(11) 을 형성한다. 또한, 유기 반도체 입자(12)의 전사 공정 및 가열 정착 공정은 유기 반도체층(11)의 두께 등에 따라 복수회 반복하여 실시해도 된다.
도 3에 도시한 습식 현상형 화상 형성 장치(200)를 이용하는 경우에는, 건식 현상형 화상 형성 장치(100)와 마찬가지로, 감광체 드럼(201)을 화살표 방향으로 회전시키면서, 대전기(202)에 의한 대전, 노광부(203)에 의한 정전 잠상(208)의 형성을 행한다. 이어서, 습식 현상기(204)로부터 유전성 액체 내에 토너 입자로서 유기 반도체 입자를 현탁시킨 액체 현상제를 공급하고, 이것을 감광체 드럼(201) 위의 정전 잠상(208)에 부착시킨다. 습식 현상기(204)에 내장된 스퀴즈부(209)에 의해 여분의 액체를 제거함으로써, 감광체 드럼(201)의 표면에 가시상(210)을 형성한다.
이어서, 유기 반도체 입자(토너 입자)에 의해 형성된 가시상(208)을 일단 중간 전사 롤러(205)로 전사한다. 이어서, 중간 전사 롤러(205)로 전사한 가시상(210)을, 기재(211)의 이면측으로부터 가압·가열 롤러(206)에 의해 압력과 온도를 가하면서 기재(211) 위에 전사시킨다. 이 때, 유기 반도체 입자에 의해 형성된 가시상(208)은, 기재(211) 위에의 전사와 동시에 가열하여 정착시킨다. 이와 같이 하여, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 유기 반도체 입자(12)를 부착시키는 공정, 및 유기 반도체 입자(12)의 열융착층(유기 반도체층(11))의 형성 공정을 실시한다.
전술한 유기 반도체 소자(1)에서, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8) 사이에는 유기 반도체층(11)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 소스 전극(7)으로부터 유기 반도체층(11)에 공급된 전류는 드레인 전극(8)으로부터 배출된다. 게이트 전극(3)은 소스 전극(7)과 드레인 전극(8) 사이를 접속하는 유기 반도체층(11)에 전계를 인가하는 것이 가능하도록 게이트 절연막(6)을 개재하여 배치되어 있다. 그리고, 유기 반도체 소자(1)는 게이트 전극(3)에의 전압의 온·오프에 기초하여, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8) 사이의 전류를 제어하는 전계 효과 트랜지스터(FET)로서 기능한다. 즉, 유기 반도체 소자(1)는 스위칭 소자 등으로서 기능하는 유기 TFT를 구성하는 것이다.
또한, 유기 반도체 소자(1)는 예를 들면 도 5나 도 6에 도시하는 소자 구조를 적용한 것이어도 된다. 도 5에 도시하는 유기 반도체 소자(1)는, 기판(2) 위에 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성하고, 그 위에 유기 반도체층(11), 게이트 절연막(6) 및 게이트 전극(3)을 순서대로 형성한 소자 구조를 갖고 있다. 도 6에 도시하는 유기 반도체 소자(1)는, 게이트 절연막(6) 위에 유기 반도체층(11)을 형성하고, 그 위에 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성한 소자 구조를 갖고 있다. 이 때, 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은 인쇄법 등으로 형성해도 된다.
이들 중에서도, 유기 반도체 소자(1)에는 도 1이나 도 5에 도시하는 소자 구조를 적용하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시하는 유기 반도체 소자(1)에서는, 유기 반도체층(11)의 형성 공정이 최종 공정으로 된다. 이 때문에, 전극(3, 7, 8)의 형성 공정에 도금법을 적용한 경우에도, 유기 반도체층(11)의 특성 열화를 억제할 수 있다. 도 5에 도시하는 유기 반도체 소자(1)에서는, 유기 반도체층(11) 위에 전극(3)을 형성할 때에, 게이트 절연막(6)이 유기 반도체층(11)의 보호층으로서 기 능한다. 이 때문에, 유기 반도체층(11)의 특성 열화가 억제된다.
전술한 제1 실시예에서는, 유기 반도체층(11)에 유기 반도체 입자의 열융착층을 적용하고 있기 때문에, 각종 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체층(11)을, 그 반도체 특성을 유지하면서 형성할 수 있다. 또한, 유기 반도체 소자(1)의 제작 코스트의 삭감, 제작 효율의 향상 등이 실현 가능하게 된다. 예를 들면, 고분자계 유기 반도체 재료에 한하지 않고, 용매 용해성 등이 부족한 저분자계 유기 반도체 재료를 이용하는 경우에도, 유기 반도체 입자가 본래 갖는 반도체 특성을 유지하면서, 미세한 유기 반도체층(11)을 재현성 높으면서 또한 저코스트로 제작하는 것이 가능하게 된다.
특히, 유기 반도체 입자의 부착 공정에 전자 사진 방식을 적용함으로써, 미세 패턴의 형성성이나 직접 묘화에 의한 저코스트성 등을 손상시키지 않고, 유기 반도체 소자(1)의 제조 효율을 높일 수 있다. 즉, 전자 사진 방식에 따르면 마스크나 판 등을 이용하지 않고, 유기 반도체층(11)의 형성 패턴에 따라, 직접적으로 유기 반도체 입자를 기재(기초) 위에 부착시킬 수 있다. 이러한 유기 반도체 입자의 부착층을 가열 정착시킴으로써, 미세한 유기 반도체층(11)을 재현성 높게 얻을 수 있다. 따라서, 미세 패턴의 형성성이나 직접 묘화에 의한 저코스트성 등을 손상시키지 않고, 유기 반도체 소자(1)의 제조 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
이 실시예의 유기 반도체 소자(1)는, 각종 전기·전자 장치에 적용할 수 있다. 예를 들면, 유기 반도체 소자(1)는 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 디스플레이 장치, 광 센서나 감압 센서 등의 시트형 센서 장치, 태양 전지와 같 은 발전 장치, RF 태그와 같은 데이터 캐리어 부품에서의 스위칭 소자나 회로 소자 등으로서 사용된다. 유기 반도체 입자의 열융착층으로 이루어지는 유기 반도체층(11)은 FET에 한하지 않고, 바이폴라 트랜지스터와 같은 다른 3 단자 구조의 반도체 소자에 적용할 수 있다.
또한, 유기 반도체층(11)은 유기 다이오드나 유기 사이리스터 등의 2 단자 구조의 반도체 소자에 적용하는 것도 가능하다. 유기 다이오드나 유기 사이리스터에서는, p형 유기 반도체층과 n형 유기 반도체층과의 적층막을, 유기 반도체 입자의 열융착층으로 형성한다. 이러한 적층막(유기 반도체층)에 애노드와 캐소드를 부설함으로써, 2 단자 구조의 유기 반도체 소자가 구성된다. 유기 다이오드는, 예를 들면 광 센서나 태양 전지에 이용되는 수광 소자, 유기 EL 디스플레이에 이용되는 발광 소자 등으로서 사용된다.
전술한 유기 반도체층(11)의 형성 공정, 즉 전자 사진 방식을 적용한 유기 반도체층(11)의 형성 공정은, 전극(3, 7, 8)의 형성 공정(구체적으로 설명하면 도금 기초층의 형성 공정)이나 게이트 절연막(6)의 형성 공정에도 응용할 수 있다. 즉, 유기 반도체 소자(1) 전체의 제작 공정에 전자 사진 방식을 적용할 수 있다. 이러한 전자 사진 방식을 적용한 유기 반도체 소자(1)의 제작 공정에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이 기판(2) 위에 전자 사진 방식을 적용하여 게이트 전극(3)의 도금 기초층(도금 시드층)(5)을 형성한다. 도금 기초층(5)의 형성에 전자 사진 방식을 적용하는 데 있어서는, 금속 미립자를 함유하는 절연성 수 지 입자(금속 함유 수지 입자)를 토너로서 사용한다. 금속 함유 수지 입자에는, 예를 들면 B 스테이지의 에폭시 수지와 같은 열 경화성 수지 내에 Pt, Pd, Cu, Au, Ni, Ag 등의 금속 미립자를 함유시킨 입자가 이용된다. 수지 입자 내의 금속 미립자는 무전해 도금의 핵으로 된다. 금속 함유 수지 입자는 유기 반도체 입자와 마찬가지로, 도 2나 도 3에 도시한 전자 사진식 화상 형성 장치를 이용하여 형성된다.
예를 들면, 도 2에 도시한 화상 형성 장치(100)에서, 일정 전위로 대전시킨 감광체 드럼(101)에, 노광부(103)에 의해 소정 패턴의 정전 잠상(108)을 형성한다. 정전 잠상(107)은 게이트 전극(3)의 형성 패턴에 대응시켜 형성한다. 현상기(104)로부터 금속 함유 수지 입자로 이루어지는 토너를 공급하여, 감광체 드럼(101) 위의 정전 잠상(107)에 부착시킨다. 계속해서, 전사부(105)에 의해 감광체 드럼(101)의 표면에 형성된 가시상(108)을 기재(109) 위에 전사시킨다. 이어서, 기재(109) 위에 전사된 금속 함유 수지 입자로 이루어지는 토너를, 정착기(106)에 의해 가열하여 정착시킨다. B 스테이지의 열 경화성 수지는 가열에 의해 경화된다.
이와 같이 하여, 기판(2) 위에 금속 미립자를 함유하는 절연성 수지층으로 이루어지는 도금 기초층(4)을 형성한다. 도 3에 도시한 화상 형성 장치(200)를 이용한 경우도 마찬가지다. 계속해서, 도 7b에 도시한 바와 같이 도금 기초층(4)에 대하여 무전해 도금 처리를 실시함으로써, 전극층으로 되는 금속 도금층(5)을 형성한다. 도 2에서는 도시를 생략했지만, 정착기(106)에 이어서 무전해 도금조(槽)가 배치되어 있다. 도금 기초층(4)을 갖는 기판(2)은 Cu 등의 무전해 도금 조에 침지 되고, 도금 기초층(4)의 표면에 돌출된 금속 미립자를 핵으로 하여, Cu 등의 금속을 선택적으로 석출시킨다. 이러한 무전계 도금 공정에 의해, 금속 도금층(5)을 갖는 게이트 전극(3)을 형성한다.
이어서, 도 7c에 도시한 바와 같이 게이트 전극(3) 위에 전자 사진 방식을 적용하여 게이트 절연막(6)을 형성한다. 게이트 절연막(6)의 형성에 전자 사진 방식을 적용하는 데 있어서는, 예를 들면 폴리비닐페놀, 폴리이미드, 불소 수지 등의 절연성 수지 입자를 토너로서 사용한다. 이러한 절연성 수지 입자로 이루어지는 토너를 이용하여, 도금 기초층(4)의 형성과 마찬가지로, 토너에 의한 정전 잠상의 현상, 토너에 의해 형성된 가시상의 전사, 전사상의 가열 정착을 실시한다. 이것에 의해, 게이트 전극(3) 위에 절연성 수지층으로 이루어지는 게이트 절연막(6)을 형성한다. 또한, 전사상의 가열 정착에서는, 열 경화성 수지로 이루어지는 토너를 가열 경화시킴으로써 정착시킨다. 열가소성 수지로 이루어지는 토너를 이용하는 경우에는, 예를 들면 열융착시켜 정착시킨다.
이어서, 도 7d에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(6) 위에 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성한다. 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)의 형성 공정은, 게이트 전극(3)의 형성 공정과 마찬가지로 하여 실시된다. 즉, 게이트 절연막(6) 위에 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)의 도금 기초층(9)을 형성하고, 이들 도금 기초층(9)의 표면에 돌출된 금속 미립자를 핵으로 하여, Cu 등의 금속을 무전해 도금에 의해 선택적으로 석출시킨다. 이와 같이 하여, 금속 도금층(10)을 갖는 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성한다. 이 후, 게이트 절연막(6) 위에 전자 사진 방 식을 적용하여 유기 반도체층(11)을 형성한다. 유기 반도체층(11)의 형성 공정은 전술한 바와 같다.
또한, 도 5에 도시하는 유기 반도체 소자(1)의 경우에는, 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성한 기판(2) 위에, 전자 사진 방식을 적용하여 유기 반도체층(11)을 형성한다. 이 때의 유기 반도체층(11)의 형성 공정은, 기초로 되는 층이 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성한 기판(2)으로 되는 것이 상이할 뿐이며, 그 외에는 도 4와 마찬가지로 하여 실시할 수 있다. 도 6에 도시하는 유기 반도체 소자(1)에서, 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)의 형성에 전자 사진 방식을 적용하는 경우에는, 금속 미립자를 함유하는 유기 반도체 입자를 토너로서 이용하여, 도금 기초층(10)을 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)과 유기 반도체층(11)과의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있다.
전술한 유기 반도체 소자(1)의 제조 공정에서는, 게이트 전극(3)의 형성 공정, 게이트 절연막(6)의 형성 공정, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8)의 형성 공정, 및 유기 반도체층(11)의 형성 공정을, 모두 전자 사진 방식을 적용하여 실시하고 있다. 따라서, 유기 반도체 소자(1) 전체를 저코스트이면서 또한 효율적으로 제작할 수 있다. 또한, 유기 반도체 소자(1)의 소자 구조 전체를 미세화할 수 있다. 이들에 의해, 유기 반도체 소자(1)의 소형·고밀도화, 고성능화, 저비용화 등을 실현하는 것이 가능하게 된다.
이 실시예의 유기 반도체 소자의 제조 공정은 FET에 한하지 않고, 다른 3 단자 구조의 반도체 소자, 혹은 유기 다이오드와 같은 2 단자 구조의 반도체 소자에 적용하는 것도 가능하다. 전자 사진 방식은 각종 구조의 유기 반도체 소자의 제작공정에 적용할 수 있으며, 어느 것이든 소자 전체를 저코스트이면서 또한 효율적으로 제작하는 것이 가능하게 된다. 즉, 이 실시예의 제조 공정에 따르면, 각종 구조의 유기 반도체 소자의 소형·고밀도화, 고성능화, 저비용화 등을 실현하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 반도체 소자에 대하여, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 전술한 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 일부 생략한다. 도 8에 도시하는 유기 반도체 소자(20)에서, 기판(2) 위에는 각각 도금 기초층(9)과 금속 도금층(10)을 갖는 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)이 형성되어 있다. 이들 각 전극(7, 8)은 전술한 제1 실시예와 같이 전자 사진 방식에 의해 형성된다.
소스 전극(7) 및 드레인 전극(8) 위에는, 활성층으로서 유기 반도체층(11)이 형성되어 있다. 유기 반도체층(11)의 구성 재료에는 제1 실시예와 마찬가지로, 예를 들면 폴리티오펜, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 고분자계 유기 반도체 재료, 펜타센 등의 저분자계 유기 반도체 재료를 적용할 수 있다. 유기 반도체층(11)은 이러한 유기 반도체 재료의 입자를 열융착시킨 것이다. 즉, 유기 반도체층(11)은 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 갖는 기판(2) 위에 유기 반도체 입자를 부착시키고, 이 유기 반도체 입자의 부착층에 가열 처리를 실시하여, 유기 반도체 입자 사이를 열융착시킴으로써 층 형상으로 형성된 것이다. 구체적인 형성 공정은 제1 실시예와 마찬가지이다.
유기 반도체 입자의 열융착층으로 이루어지는 유기 반도체층(11) 위에는, 게이트 전극(3)의 도금 기초층(4)이 형성되어 있다. 도금 기초층(4) 위는 게이트 전극(3)으로서 기능하는 금속 도금층(5)이 형성되어 있다. 도금 기초층(4)은 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 전자 사진 방식에 의해 형성된다. 여기서, 도금 기초층(4)은 금속 미립자를 함유하는 절연성 수지층으로 구성되어 있고, 층 전체적으로는 절연층으로서 기능한다. 즉, 도금 기초층(4)에서, 도금핵으로 되는 금속 미립자는 절연성 수지층 내에 분산되어 있기 때문에, 도금 기초층(4) 자체는 절연층으로서의 기능이 유지되고 있다.
제2 실시예의 유기 반도체 소자(20)에서는, 절연층으로서의 기능을 갖는 도금 기초층(4)을 게이트 절연막(6)으로서 이용하고 있다. 즉, 게이트 전극(3)으로서 기능하는 금속 도금층(5)은, 도금 기초층(4)으로 이루어지는 게이트 절연막(6)을 개재하여, 유기 반도체층(11) 위에 형성되어 있다. 즉, 소스 전극(7)과 드레인 전극(8) 사이를 접속하는 유기 반도체층(11) 위에는, 도금 기초층(4)으로 이루어지는 게이트 절연막(6)을 개재하여 게이트 전극(3)이 배치되어 있고, 이 게이트 전극(3)으로부터 전계가 인가되도록 구성되어 있다. 유기 반도체 소자(20)는 제1 실시예와 마찬가지로 전계 효과 트랜지스터로서 기능한다.
전술한 제2 실시예의 유기 반도체 소자(20)에서는, 도금 기초층(4)을 게이트 절연막(6)으로서 이용함으로써, 소자를 구성하는 층 수를 감소시키고 있다. 이 때문에, 유기 반도체 소자(20)의 제조 코스트를 더 삭감할 수 있다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 유기 반도체 입자의 열융착층으로 이루어지는 유기 반도체층(11) 을 적용하고 있기 때문에, 각종의 유기 반도체 재료로 이루어지는 층(11)을, 그 반도체 특성을 유지하면서 저코스트로 제작하는 것이 가능하게 된다. 또한, 유기 반도체 입자의 부착 공정에 전자 사진 방식을 적용함으로써, 미세 패턴의 형성성이나 직접 묘화에 의한 저코스트성 등을 손상시키지 않고, 유기 반도체 소자(20)의 제조 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 유기 반도체층을 활성층으로서 이용하는 유기 반도체 소자 및 그 제조 방법이면 본 발명에 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 확장 혹은 변경될 수 있으며, 이 확장, 변경된 실시예도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
이상, 본 발명에 따르면, 소자 구조의 미세화나 직접 묘화에 의한 저코스트성 등을 손상시키지 않고, 소자 제조 효율을 높일 수 있다.

Claims (20)

  1. 유기 반도체 입자의 열융착층을 갖는 유기 반도체층과,
    상기 유기 반도체층에 전류 또는 전계를 공급하는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 반도체 입자는 0.5∼20㎛의 범위의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 반도체층은 절연성 수지 기판 위에 직접 또는 다른 층을 개재하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 금속 미립자를 함유하는 절연성 수지층 또는 유기 반도체층으로 이루어지는 도금 기초층과, 상기 도금 기초층 위에 형성된 금속 도금층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  5. 유기 반도체 입자의 열융착층을 갖는 유기 반도체층과,
    상기 유기 반도체층에 전계를 인가하도록, 게이트 절연막을 개재하여 배치된 게이트 전극과,
    상기 유기 반도체층과 전기적으로 접속된 소스 전극과,
    상기 유기 반도체층과 전기적으로 접속되고, 또한 상기 소스 전극과의 사이에 상기 게이트 전극의 형성 영역이 개재되도록 배치된 드레인 전극
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로부터 선택되는 적어도 하나는, 금속 미립자를 함유하는 절연성 수지층 또는 유기 반도체층을 갖는 도금 기초층과, 상기 도금 기초층 위에 형성된 금속 도금층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은 절연성 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은 상기 게이트 전극을 갖는 기판의 표면을 피복하도록 형성되어 있고, 또한 상기 유기 반도체층은 상기 게이트 절연막 위에 형성된 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 피복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 유기 반도체층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 갖는 기판의 표면을 피복하도록 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막은 상기 유기 반도체층 위에 형성되어 있고, 또한 상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은 금속 미립자를 함유하는 절연성 수지층을 갖고, 또한 상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연막을 도금 기초층으로 하여 형성된 금속 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자.
  11. 유기 반도체층을 갖는 유기 반도체 소자를 제조하는 방법으로서,
    상기 유기 반도체층의 기초로 되는 층 위에 유기 반도체 입자를 부착시키는 공정과,
    상기 유기 반도체 입자를 가열하여 열융착시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    전자 사진 방식을 적용하여 상기 유기 반도체 입자를 상기 기초층 위에 부착시키는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유기 반도체 입자의 부착 공정은, 감광체를 상기 유기 반도체층의 화상 정보에 기초하여 노광하고, 상기 감광체 위에 정전 잠상을 형성하는 공정과, 상기 감광체 위의 상기 정전 잠상을 상기 유기 반도체 입자를 포함하는 토너 입자로 현상하여, 상기 감광체 위에 토너상을 형성하는 공정과, 상기 감광체 위의 상기 토너상을 상기 기초층 위에 전사시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 현상 공정은, 상기 정전 잠상을 평균 입경이 3∼20㎛의 범위인 상기 유기 반도체 입자를 포함하는 상기 토너 입자로 건식 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 현상 공정은, 상기 정전 잠상을 평균 입경이 0.1∼3㎛의 범위인 상기 유기 반도체 입자를 상기 토너 입자로서 유전성 액체 내에 현탁시킨 액체 현상제로 습식 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 유기 반도체층에 전류 또는 전계를 공급하는 전극을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전극의 형성 공정은, 전자 사진 방식을 적용하여 금속 미립자가 분산된 절연성 수지 입자 또는 유기 반도체 입자를, 상기 전극의 기초로 되는 층 위에 부착시키는 공정과, 상기 절연성 수지 입자 또는 상기 유기 반도체 입자를 가열하여 도금 기초층을 형성하는 공정과, 상기 도금 기초층에 무전해 도금을 실시하여 금속 도금층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 유기 반도체층에 전류를 공급하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정과, 상기 유기 반도체층에 전계를 인가하는 게이트 전극을 형성하는 공정과, 상기 유기 반도체층과 상기 게이트 전극 사이에 게이트 절연막을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 하나를 형성하는 공정은, 전자 사진 방식을 적용하여 금속 미립자가 분산된 절연성 수지 입자 또는 유기 반도체 입자를, 상기 전극의 기초로 되는 층 위에 부착시키는 공정과, 상기 절연성 수지 입자 또는 상기 유기 반도체 입자를 가열하여 도금 기초층을 형성하는 공정과, 상기 도금 기초층에 무전해 도금을 실시하여 금속 도금층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 게이트 절연막의 형성 공정은, 전자 사진 방식을 적용하여 절연성 수지 입자를 상기 게이트 절연막의 기초로 되는 층 위에 부착시키는 공정과, 상기 절연성 수지 입자를 가열하여 열 경화 또는 열융착시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 소자의 제조 방법.
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