KR20100027071A - 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100027071A
KR20100027071A KR1020090081083A KR20090081083A KR20100027071A KR 20100027071 A KR20100027071 A KR 20100027071A KR 1020090081083 A KR1020090081083 A KR 1020090081083A KR 20090081083 A KR20090081083 A KR 20090081083A KR 20100027071 A KR20100027071 A KR 20100027071A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
effect transistor
field effect
semiconductor layer
formula
Prior art date
Application number
KR1020090081083A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101446362B1 (ko
Inventor
마사떼루 다니구찌
도모지 가와이
히데유끼 가와구찌
이꾸오 후꾸이
Original Assignee
고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 filed Critical 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
Publication of KR20100027071A publication Critical patent/KR20100027071A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101446362B1 publication Critical patent/KR101446362B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/468—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/468—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics
    • H10K10/471—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics the gate dielectric comprising only organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/141—Organic polymers or oligomers comprising aliphatic or olefinic chains, e.g. poly N-vinylcarbazol, PVC or PTFE
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

본 발명은 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 유기 전계 효과 트랜지스터에 있어서, 하기 화학식 1 및/또는 2의 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과 하기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합하여 형성된 절연체층, 및 유기 화합물을 포함하는 반도체층을 포함하여 이루어지는 유기 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다.
<화학식 1>
CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
<화학식 2>
CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
본 발명에 따르면 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 TFT에 있어서, 반도체층 및 절연체층 재료의 양자를 유기 화합물로 하고, 절연체층을 형성하는 물질로서 큰 비유전율을 가지며, 수산기를 갖지 않는 고분자 물질과 이것과는 별도의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합한 계로 절연체층을 형성함으로써, 통상 비정질 실리콘 수준의 저전압으로 동작하는 OFET를 얻을 수 있다.
도전체층, 절연체층, 반도체층, 유기 화합물, 고분자 물질, 유기 전계 효과 트랜지스터

Description

유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법{ORGANIC FIELD EFFECT TRANSISTOR AND ITS PRODUCTION METHOD}
본 발명은 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET), 특히 액정 디스플레이, 플렉시블 디스플레이나 IC 태그 등에 이용되는 OFET 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
종래형의 실리콘 반도체나 화합물 반도체를 이용한 박층 전계 효과 트랜지스터(TFT)는 일반적인 집적 회로 외에도 그 이용 분야가 확대되고 있다. 특히, 액정 디스플레이에 있어서의 TFT의 사용은 상식화되어 있다. 또한, 최근 들어, 액정 디스플레이는 디스플레이의 대형화와 함께 정밀화도 진행하여, 종래 이상으로 화소수에 대응한 다수의 TFT의 조립이 요구되고 있다.
그러나, 종래부터 이용되고 있는 통상의 금속계 반도체에서는 기판 상에 회로를 형성할 때 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리로 인해, 화면 상에 형성되는 TFT에 다소 결함을 발생시키는 것을 피할 수 없었다. 더구나, 이들 처리에 의해 TFT의 제조 비용을 감소시키기에는 일정한 한계가 있었다. 다른 박형 디스플레이, 즉 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이에 있어서도, TFT를 이용 하는 경우에는 동일한 것을 말할 수가 있다.
또한, 최근의 대면적 및 정밀화 경향은 제조 TFT 결함의 확률을 높이는 경향이 있어, 이 TFT 결함을 최소한으로 하는 방법이 강하게 요망되고 있다.
또한, 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리를 행함으로 인해 제작 비용을 감소시키는 것에 한계가 있다.
한편, MIS(금속/절연체/반도체) 구조를 갖는 실리콘 반도체나 화합물 반도체를 이용한 TFT를 적용하는 새로운 용도가 증가하기 시작하여, 보다 저렴하거나 굴곡 가능한 디바이스의 요구가 증대하고 있다. 예를 들면, IC 태그, 플렉시블 디스플레이, 프린터블 집적 회로나 전자 페이퍼 등을 들 수 있으며, 이것에 대응하기 위해 저비용, 유연성 등 다양한 기능성을 디바이스에 응용하는 것이 가능하기 때문에, 절연체 및 반도체의 재료를 유기물로 하는 시도가 이루어져 있지만, 유기 절연 재료에 관한 내용은 적다. 예를 들면, 일본 특허 공표 (평)5-508745호 공보(특허 문헌 1)에서는 절연체층으로서 비유전율 5 이상의 절연성 유기 고분자를, 반도체층으로서 중량 평균 분자량 2,000 이하의 다공액 유기 화합물을 이용하여 제조된 디바이스가 전계 효과를 나타내고, 그 이동도가 10-2 ㎠V-1s-1 정도인 것이 기재되어 있다. 그러나, 유기 반도체 재료로서 α-섹시티에닐을 이용하여 증착에 의해 반도체층을 형성하기 때문에, 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리가 필요해져서 비용의 감소가 도모되지 않는다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공표 (평)5-508745호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 유기 재료를 이용한 OFET에서, 반도체층 및 절연층 재료를 유기 용제에 용해 가능한 유기 물질, 즉 고분자 물질로 함으로써, 종래의 금속계 반도체 및 절연체 사용에서의 회로 형성 기술을 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리로부터 인쇄로 할 수 있어, 상술한 액정 디스플레이용 TFT에서의 결함 확률의 감소 및 제작 비용의 감소가 가능해지며, 추가로 임계치 전압이 수 볼트 정도가 되는 통상 비정질 실리콘 수준의 저전압을 나타내는 OFET 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 절연체층을 형성하는 물질로서 큰 비유전율을 가지며, 수산기를 갖지 않는 고분자 물질과 이것과는 별도의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합한 계로 절연체층을 형성함으로써, 통상 비정질 실리콘 수준의 저전압으로 구동하는 OFET를 비교적 간편한 방법으로 얻을 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 이루기에 이른 것이다.
따라서, 본 발명은 하기에 나타내는 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공한다.
청구항 1:
도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 유기 전계 효과 트랜지스터에 있어 서, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과 하기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합하여 형성된 절연체층, 및 유기 화합물을 포함하는 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
청구항 2:
상기 고분자 물질에 있어서의 화학식 1 및 2의 몰 비율이 100:0 내지 50:50인 것을 특징으로 하는, 청구항 1에 기재된 유기 전계 효과 트랜지스터.
청구항 3:
상기 반도체층을 형성하는 물질이 유기 용제에 용해 가능하고 중량 평균 분자량이 2,000 초과 1,000,000 이하인 유기 화합물인 것을 특징으로 하는, 청구항 1 또는 2에 기재된 유기 전계 효과 트랜지스터.
청구항 4:
상기 반도체층을 형성하는 물질이 폴리티오펜류인 것을 특징으로 하는, 청구항 3에 기재된 유기 전계 효과 트랜지스터.
청구항 5:
상기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물이 이소시아네이트류인 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 효과 트랜지스터.
청구항 6:
상기 이소시아네이트류가 가교성 지환식 폴리이소시아네이트류인 것을 특징으로 하는, 청구항 5에 기재된 유기 전계 효과 트랜지스터.
청구항 7:
하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과 하기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 유기 용제에 용해한 절연체층 형성 용액을, 도전체층으로 이루어지는 게이트 전극 상에 도포 부착하고, 경화시켜서 절연체층을 형성한 후, 반도체층을 적층하는 것을 특징으로 하는, 유기 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
<화학식 1>
CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
<화학식 2>
CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
본 발명에 따르면 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 TFT에 있어서, 반도체층 및 절연체층 재료의 양자를 유기 화합물로 하여, 절연체층을 형성하는 물질로서 큰 비유전율을 가지며 수산기를 갖지 않는 고분자 물질과 이것과는 별도의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합한 계로 절연체층을 형성함으로써, 통상 비정질 실리콘 수준의 저전압으로 동작하는 OFET를 얻을 수 있다.
또한, 종래의 실리콘계 반도체 또는 무기계 반도체 및 절연체의 사용에 있어서의 회로 형성 기술에서는 포토레지스트 등에 의한 패턴화 및 에칭 등의 처리를 필요로 하는 데 비하여, 주로 용제 공정에서의 제조가 가능해지기 때문에, 잉크젯을 비롯한 인쇄 기술 등에 의해 용이하게 제조할 수가 있어, 회로 상의 결함 확률을 감소시켜, 제조 비용의 감소를 도모하는 것이 가능해진다.
본 발명의 OFET는 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, SiO2 등의 기판 (1) 상에 게이트 전극이 되는 도전체층 (2)가 형성되고, 그 위에 절연체층 (3)이 형성되고, 추가로 그 위에 반도체층 (4)가 형성됨과 함께, 이 반도체층 (4) 상에 소스 전극 (5) 및 드레인 전극 (6)이 형성된 것이다. 또한, 기판으로서는, 유리나, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등의 중합체 시트류도 이용된다.
이 경우, 도전체층으로서는 일반적인 ITO(산화인듐주석)막 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)이나 유기 금속 화학 기상 증착법(Metal Organic CVD: MOCVD)에 의한 Au, Cu, Al 등의 단독 금속 또는 Au/Ti, Cu/Ti, Al/Ti 등의 적층 금속을 사용할 수가 있는데, 본 발명의 목적으로부터 인쇄에 의해 제조할 수 있는 것이 바람직하기 때문에, 실용상 문제가 없으면 도전성 페이스트의 사용이 바람직하다. 또한, 도전성 페이스트로서는, 케첸 블랙 등의 도전성 카본 블랙 페이스트류, 은 페이스트 등의 도전성 금속 페이스트를 들 수 있다. 또한, 비교적 저온에서 금속화가 가능한 유기 금속 화합물 잉크, 예를 들면 은 유기 화합물을 이용한 은 잉크 등도 사용 가능하다.
본 발명의 OFET에서, 절연체층을 형성하는 제1 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 화합물이다. 또한, 이 고분자 화합물은 유기 용제에 용해 가능하고, 바람직하게는 디메틸포름아미드를 용매로 하는 20℃에서의 20 질량％ 농도의 점도가 30 내지 8,000 mPa·s이다. 또한, 이 점도는 회전식 점도계를 이용한 측정법에 의한 것이다.
<화학식 1>
CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
<화학식 2>
CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
구체적으로는, 디메틸포름아미드 등의 용매에 용해하는 상기 화학식 1로 표시되는 단량체, 즉 2-시아노에틸아크릴레이트 및 상기 화학식 2로 표시되는 단량 체, 즉 2-시아노에틸메타크릴레이트의 각 단독 중합물 및 이들 2종의 단량체의 공중합물이다.
이들 고분자 물질은 상기 단량체를 라디칼 중합 개시제를 이용하여 라디칼 중합함으로써 합성된다. 여기서, 라디칼 중합 개시제로서는 통상 이용되는 것일 수도 있는데, 예를 들면 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스-2-메틸부티로니트릴 등의 아조계 중합 개시제나, 벤조일퍼옥사이드 등의 과산화물계 촉매 등을 들 수 있다. 본 발명에 따른 고분자 물질은 그 분자 구조 중에 시아노기를 갖는 것이 필수이기 때문에, 특히 라디칼 중합 개시제로서는 니트릴기를 갖는 아조계 중합 개시제가 바람직하다. 중합 개시제의 첨가량은 단량체 전량의 몰수에 대한 몰수비로서 0.005 내지 0.02가 바람직하다. 중합 개시제의 첨가량이 이것보다 너무 적으면 라디칼의 실활 등에 의해 중합이 충분히 진행하지 않는 경우가 있고, 너무 많으면 중합 반응의 제어가 곤란해지는 외에, 얻어지는 고분자 물질의 중합도가 매우 커서 용제에 불용이 되는 등, 그 후의 사용에 제공하는 것이 어려운 경우가 있다.
또한, 중합 반응을 제어하기 위해서 라우릴메르캅탄 등의 연쇄 이동제를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 연쇄 이동제의 첨가량은 중합 개시제의 몰수에 대한 몰수비로서 0.05 내지 1.0이다. 연쇄 이동제의 첨가량이 이것보다 적으면 개시제 첨가량에 따라서는 중합 반응의 제어가 곤란해지는 등의 문제점을 발생시키는 경우가 있고, 이것보다 많으면 중합 반응이 충분히 진행하지 않는 경우가 있다.
중합 방법으로서는, 괴상 중합, 용액 중합, 현탁 중합, 유화 중합 등, 통상 일반적으로 알려져 있는 방법을 사용할 수 있다. 용액 중합의 경우의 중합 용매로서는 아세톤, N,N'-디메틸포름아미드, 에스테르류, 에테르류 등이 예시되는데, 단량체를 용해할 수가 있는 용매이고, 중합 반응을 저해하지 않은 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 중합 반응 후의 정제 공정을 고려하면, 정출 용제와의 혼화성 및 물과의 혼화성이 있는 용매가 바람직하고, 이 점에서 아세톤, N,N'-디메틸포름아미드 등이 바람직하다.
또한, 중합 용매 중의 단량체 농도도 특별히 제한되지 않지만, 중합 반응을 용액 중합으로 하여 행하는 경우, 중합 용매 중의 단량체 농도가 너무 희박하면 중합 반응이 충분히 진행하지 않는 경우가 있기 때문에 10 질량％ 이상이 바람직하다. 또한, 중합 용매를 사용하지 않는 경우에는 괴상 중합이 된다.
상기 화학식 1의 2-시아노에틸아크릴레이트의 단독 중합물은 비유전율이 높고 연화 온도가 낮은 경향을 나타낸다. 한편, 상기 화학식 2의 2-시아노에틸메타크릴레이트의 단독 중합물은 상기 화학식 1의 2-시아노에틸아크릴레이트의 단독 중합물과 비교하여, 비유전율이 낮고, 연화 온도가 높은 경향을 나타낸다. 비유전율에 관해서는, 단량체로서 상기 화학식 1의 2-시아노에틸아크릴레이트와 상기 화학식 2의 2-시아노에틸메타크릴레이트를 비교한 경우, 쌍극자기인 시아노에틸기의 분자내 함량은 2-시아노에틸아크릴레이트쪽이 2-시아노에틸메타크릴레이트보다 높은 것에 의한다. 한편, 연화 온도에 관해서는, 아크릴레이트 단독 중합물과 메타크릴레이트 단독 중합물을 비교한 경우, 일반적으로 메타크릴레이트 단독 중합물쪽이 높은 것은 주지의 사실이고, 이것은 시아노에틸계 단량체의 중합물이어도 동일하 다.
또한, 절연체층을 형성하는 제2 성분인 상기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물로서는, 메틸(메트)아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 화합물류, 스티렌이나 아세트산비닐 등의 비닐계 화합물류, 이소시아네이트계 화합물류가 예시되는데, 중합성 및/또는 가교 반응성을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 단독 또는 복수를 혼합하여 사용할 수도 있다. 특히, 중합 및/또는 가교 반응 후에 그대로 절연체층을 형성하기 때문에, 특별한 촉매를 이용하지 않고, 예를 들면 자외선 등의 광 및 가열 등에 의해 중합 및/또는 가교 반응하는 화합물이 바람직하다. 이러한 화합물로서는, 특히 블록된 폴리이소시아네이트가 예시된다. 블록된 폴리이소시아네이트는 가열에 의해 블록제가 유리하여 활성인 이소시아네이트 화합물을 발생시키는 것으로서, 톨릴렌디이소시아네이트, 메타페닐렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄헥사메틸렌디이소시아네이트 및 트리페닐메탄트리이소시아네이트 등의 폴리이소시아네이트 화합물과, 페놀, 크레졸, 레조르신 등의 페놀류, ε-카프로락탐, 발레로락탐 등의 락탐류, 아세토옥심, 메틸에틸케톤옥심, 시클로헥산옥심 등의 옥심류, 및 에틸렌이민 등의 블록화제와의 반응물이 예시되고, 옥심류로 블록된 지환식 폴리이소시아네이트 및 이소포론디이소시아네이트와 같은 열경화성 일액형의 화합물이 바람직하다.
본 발명의 OFET의 동작은 게이트에 전위가 인가되었을 때에 절연체층-반도체 층의 계면에 본 발명의 절연체층을 형성하는 제1 성분인 고분자 화합물이 갖는 쌍극자기인 시아노에틸기가 배향함으로써, 채널의 형성이 증장(增長, enhancement)됨에 의한 것으로 생각된다. 이것으로부터, 비유전율이 높은 쪽이 이동도 등의 성능이 높아진다고 생각된다. 또한, 본 발명의 절연체층을 형성하는 제1 성분인 고분자 화합물은 수산기 등의 관능기를 갖지 않기 때문에, 기본적으로는 본 발명의 절연체층을 형성하는 제2 성분인 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물과 반응하지 않는 것이라고 생각된다. 따라서, 단독으로 중합 및/또는 가교한 제2 성분과 제1 성분이 마이크로도메인 모양의 구조가 되어 절연체층을 형성하고 있는 것으로 추측된다.
또한, 절연체층을 형성하는 제1 성분은 연화 온도가 너무 낮으면 구동 중의 온도 상승으로 절연체층이 부드러워짐으로써 안정된 성능을 나타내지 않는 경우가 있기 때문에, 상기 화학식 1 및 2의 단량체의 공중합체의 경우, 상기 화학식 1과 2의 단량체의 몰 비율은 100:0 내지 50:50, 특히 90:10 내지 50:50가 바람직하다. 화학식 2의 단량체의 몰 비율이 이것보다 많으면 연화 온도가 높아져서 계면의 유연성이 손상되거나, 비유전율이 저하되는 경우가 있다.
또한, 절연체층을 형성하는 제1 성분과 제2 성분의 비율(질량비)은 95:5 내지 50:50, 특히 90:10 내지 50:50가 바람직하다. 제2 성분의 비율이 이것보다 낮으면 상술한 저전압 구동 효과가 얻어지기 어렵고, 이것보다 높으면 상술한 쌍극자기에 의하는 효과가 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 OFET에서, 반도체층을 형성하는 물질은 유기 화합물이고, 구체적 으로는, 펜타센, 구리 프탈로시아닌, 철 프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌, α-섹시티에닐 등의 저분자 화합물, 폴리티오펜류, 폴리피롤류, 폴리아닐린류, 폴리아세틸렌류, 폴리티에닐렌비닐렌류, 폴리페닐렌비닐렌류 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 한편, 고분자 화합물의 경우에는, 유기 용제에 용해 가능한 GPC에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량이 2,000을 초과하고, 1,000,000 이하인 고분자 화합물이 바람직하고, 구체적으로는 폴리티오펜류, 폴리피롤류, 폴리아닐린류, 폴리아세틸렌류, 폴리티에닐렌비닐렌류, 폴리페닐렌비닐렌류 등을 들 수 있다. 유기 용제에 대한 가용성, 양호한 가공성 등의 점을 고려하면, 특히 폴리(3-헥실티오펜) 등의 폴리티오펜류가 특히 바람직하다.
절연체층 상에 반도체층을 형성하는 경우, 반도체층을 형성하는 물질이 저분자 화합물이면 진공 증착 등의 일반적인 방법이 이용된다. 반도체층을 형성하는 유기 화합물이 저분자 화합물이거나 고분자 화합물이어도 유기 용제에 용해하는 성질을 갖는 경우에는, 절연체층 상에 용액 도포·건조에 의한 적층을 행할 수 있는데, 이 경우에는 절연체층이 용해하지 않는 유기 용매에 용해할 필요가 있다. 이것은 적층에 의해 반도체층 및 절연체층을 형성하려고 하면, 일반적으로는 계면 상태가 균일하게 되지 않는다고 생각되고 있기 때문이다.
본 발명의 OFET의 제조 방법에는, 유기 절연체층 상에 유기 반도체층을 증착에 의해 형성하는 방법이나, 유기 반도체 재료 및 유기 절연 재료의 각각을 유기 용제에 용해하고, 도포 부착하고, 건조하는 방법을 들 수 있는데, 특히 후자의 방법이 간편하기 때문에 바람직하다. 이 경우, 절연체층을 형성하는 화합물을 용해 하는 유기 용매로서는, 예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈, N,N'-디메틸포름아미드, 아세톤, 아세토니트릴, γ-부틸락톤 등이 사용되는데, 절연체층을 형성하는 제1 성분과 제2 성분의 양쪽이 용해하는 유기 용제가 바람직하다. 한편, 반도체층을 구성하는 고분자 화합물을 용해하는 유기 용매로서는, 예를 들면 클로로포름, 톨루엔, 헥산, 알코올류 등이 사용된다. 어느쪽의 경우도 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로는, 도전체층으로 이루어지는 게이트 전극 상에 상기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 상기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과, 상기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 유기 용제에 용해한 절연체층 형성 용액을 도포 부착하고, 건조한 후, 경화시켜 절연체층을 형성한 후, 절연체층이 용해하지 않는 유기 용매에 반도체층을 형성하는 유기 화합물을 용해한 용액을 도포 부착하고, 건조시켜 반도체층을 형성한다. 예를 들면, 유리 또는 일반적인 중합체 시트 등 중에서 선택된 기판 상에 게이트 전극이 되는 도전체층을 스퍼터링으로 형성하거나, 또는 도전체 페이스트, 도전성 고분자, 유기 금속 화합물 잉크 등을 스핀 코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄에 의해 도포, 건조하여 형성한다. 또한, 일반적으로 입수 가능한 ITO막 부착 유리를 이용하여 게이트 전극을 형성한다.
형성된 게이트 전극 상에 상기 절연체층을 형성하는 제1 성분 및 제2 성분을 유기 용제에 용해한 절연체층 형성 용액을 스핀 코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄에 의해 도포한 후, 소정의 경화 조건으로 예를 들면 자외선 등의 광 경화 또는 열 경 화시켜 절연체층을 형성한다.
그 후, 상기 절연층이 용해하지 않은 유기 용매에 반도체층을 형성하는 물질을 용해한 용액을, 절연체층 상에 스핀 코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄에 의해 도포, 건조하여 반도체층을 제조한다.
마지막으로, 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 스퍼터링으로 형성하거나, 도전성 페이스트, 도전성 고분자, 유기 금속 화합물 잉크 등을 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄에 의해 도포, 건조한다.
본 발명의 OFET는 도전체층으로 이루어지는 게이트 전극 상에 절연체층을 설치하고, 그 위에 반도체층을 형성하고, 추가로 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성한 이른바 톱 컨택트(top contact) 구조이지만, 바텀 컨택트(bottom contact) 구조일 수도 있고, 특별히 제한되지 않는다. 동작 원리는 게이트에 전위가 부가됨으로써 전계를 형성하여, 전계 효과에 의해 절연체층 근방의 반도체 중에 전하를 발생시키고, 반도체층 중에 도전성 영역, 이른바 채널을 형성하는 것이다. 이것은, 절연체층과 반도체층의 계면 상태가 매우 중요하고, 그 계면이 평탄할수록 바람직한 것을 뜻하고 있다.
또한, 절연체층의 두께는 0.1 내지 10 μm, 특히 0.1 내지 0.3 μm인 것이 바람직하고, 반도체층의 두께는 50 내지 300 nm, 특히 50 내지 100 nm인 것이 바람직하고, 도전체층의 두께는 30 내지 50 nm인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예를 기술하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
냉각관 및 교반기를 갖는 3구 플라스크(500 ml)를 질소 치환한 후, 통상의 감압 증류법으로 증류한 2-시아노에틸아크릴레이트 단량체를 70 g 첨가하였다. 이어서, 중합 용매로서 탈수 처리를 행한 아세톤을 163 g, 단량체에 대한 몰수비가 0.01이 되도록 라디칼 개시제로서 2,2'-아조비스이소부티로니트릴을 첨가하고, 추가로 연쇄 이동제로서 0.001몰의 라우릴메르캅탄을 첨가하였다. 질소 도입관을 접속하고, 반응 온도 60℃에서 반응 시간 300분의 조건으로 반응을 행하였다. 종료 후, 실온까지 냉각하여, 과잉량의 메탄올에 반응액을 석출시키고, 추가로 석출물을 아세톤에 용해하고 과잉량의 메탄올로 석출하는 것을 수회 반복하였다. 그 후, 정제된 석출물을 건조하여 디메틸포름아미드를 용매로 하는 20℃에서의 20 질량％의 점도가 305 mPa·s, 40℃/1 kHz인 비유전율이 약 11, 연화 온도가 약 30℃인 폴리(2-시아노에틸아크릴레이트) 약 63 g을 얻었다.
절연체층을 형성하는 물질은 제1 성분으로서 상기에 의해 얻은 폴리(2-시아노에틸아크릴레이트)와, 제2 성분으로서 옥심계 블록형 이소포론디이소시아네이트(데구사사 제조, 베스타나트(VESTANAT) B1358/100)를 이용하고, 제1 성분과 제2 성분의 질량비2:1로 N-메틸-2-피롤리돈에 20 질량％가 되도록 용해한 용액을 제조하고, 0.2 μm 멤브레인 필터로 여과하여 절연체층 형성용 유기 용제 용액으로 하였다. 반도체층을 형성하는 물질로서, 구리 프탈로시아닌(알드리치사 제조)를 이용 하여, 하기에 나타내는 방법으로 유기 전계 효과 트랜지스터를 제조하여, 평가하였다.
폴리이미드 필름(우베 고산사 제조, 유필렉스-S, 두께 125 μm) 상에, 실온, 배압 10-4 Pa의 조건으로 RF 스퍼터링법에 의해 Al을 30 nm 증착하여 게이트 전극을 제조하였다. 그 후, 물을 Al막 상에 도포하고, 180℃에서 15초간 가열하여 산화시켜 게이트 전극 Al 표면에 산화알루미늄 박막을 제조하였다.
다음으로, 상기 산화알루미늄 박막을 표면에 갖는 게이트 전극 Al 상에, 상기 절연체층 형성 용액을 5,000 rpm에서 60초간 스핀 코팅하고, 180℃에서 24시간 가열하여, 용제를 증발시킴과 동시에 경화시켜서 0.3 μm의 절연체층을 형성하였다.
다음으로, 구리 프탈로시아닌을 이용하여, 진공 증착법에 의해 막 두께가 50 nm인 반도체층을 제조하였다.
기판을 -20℃로 냉각하고, 반도체층에 메탈 마스크를 개재하여, 배압 5×10-4 Pa 이하의 조건으로 RF 스퍼터링법에 의해 Au를 40 nm 증착하였다. 소스·드레인사이의 거리와 전극폭은 각각 50 μm의 간격(도 1에 있어서 L=50 μm), 4.0 mm 폭(도 1에 있어서 W=4.0 mm)이었다.
제조한 유기 전계 효과 트랜지스터의 전기 특성 평가는 1.3×10-3 Pa 이하의 진공·차광 하에서 행하였다.
제조한 유기 전계 효과 트랜지스터에 부의 게이트 전압을 인가하여, 전류-전압(ISD-VSD) 특성을 실온(25℃)에서 측정한 바, 도 2와 같이, 게이트 전압의 증가와 함께 전류치가 증가하여 가는, 전형적인 p형의 트랜지스터 특성을 나타내었다.
다음으로, 소스·드레인 전류-소스·드레인 전압 곡선의 채널 컨덕턴스로부터 이동도(μ)를 어림하였다. 이동도는 2.0×10-3 ㎠/Vs이고,
임계치 전압 VT는 -2.7 V이고, 통상 비정질 실리콘 수준의 5 V 이하의 저전압으로 구동한다.
도 1은 본 발명의 OFET의 일 양태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 OFET의 ISD-VSD 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
2 : 도전체층(게이트 전극)
3 : 절연체층
4 : 반도체층
5 : 소스 전극
6 : 드레인 전극

Claims (7)

  1. 도전체층/절연체층/반도체층 구조를 갖는 유기 전계 효과 트랜지스터에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과 하기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 혼합하여 형성된 절연체층, 및 유기 화합물을 포함하는 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
    <화학식 1>
    CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
    <화학식 2>
    CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 물질에서의 화학식 1 및 2의 몰 비율이 100:0 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 물질이 유기 용제에 용해 가능하고 중량 평균 분자량이 2,000 초과 1,000,000 이하인 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반도체층을 형성하는 물질이 폴리티오펜류인 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물이 이소시아네이트류인 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이소시아네이트류가 가교성 지환식 폴리이소시아네이트류인 것을 특징으로 하는 유기 전계 효과 트랜지스터.
  7. 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 중합 또는 공중합하여 얻어지는 고분자 물질과 하기 화학식 1 및 2 이외의 중합성 및/또는 가교성을 나타내는 유기 화합물을 유기 용제에 용해한 절연체층 형성 용액을, 도전체층으로 이루어지는 게이트 전극 상에 도포 부착하고, 경화시켜서 절연체층을 형성한 후, 반도체층을 적층하는 것을 특징으로 하는, 유기 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
    <화학식 1>
    CH2=CHCOO-(CH2)2-CN
    <화학식 2>
    CH2=C(CH3)COO-(CH2)2-CN
KR1020090081083A 2008-09-01 2009-08-31 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법 KR101446362B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2008-223369 2008-09-01
JP2008223369A JP5334039B2 (ja) 2008-09-01 2008-09-01 有機電界効果トランジスター及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100027071A true KR20100027071A (ko) 2010-03-10
KR101446362B1 KR101446362B1 (ko) 2014-10-01

Family

ID=41327976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090081083A KR101446362B1 (ko) 2008-09-01 2009-08-31 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8288762B2 (ko)
EP (1) EP2159859B1 (ko)
JP (1) JP5334039B2 (ko)
KR (1) KR101446362B1 (ko)
CN (1) CN101685846B (ko)
TW (1) TWI497788B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5652005B2 (ja) * 2010-06-03 2015-01-14 ソニー株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに電子機器
JP5830930B2 (ja) * 2011-05-19 2015-12-09 ソニー株式会社 半導体素子および電子機器
US11329228B2 (en) * 2016-12-19 2022-05-10 Corning Incorporated Polar elastomer microstructures and methods for fabricating same

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03116981A (ja) * 1989-09-29 1991-05-17 Toshiba Corp 有機薄膜素子
FR2664430B1 (fr) * 1990-07-04 1992-09-18 Centre Nat Rech Scient Transistor a effet de champ en couche mince de structure mis, dont l'isolant et le semiconducteur sont realises en materiaux organiques.
US5338479A (en) * 1991-02-12 1994-08-16 Cargill, Incorporated Blocked isocyanate blend having a high isocyanate content
JP3246189B2 (ja) * 1994-06-28 2002-01-15 株式会社日立製作所 半導体表示装置
TW306024B (en) * 1996-06-28 1997-05-21 Vanguard Int Semiconduct Corp The manufacturing method of LDDFET with ladder gate
DE10105914C1 (de) * 2001-02-09 2002-10-10 Siemens Ag Organischer Feldeffekt-Transistor mit fotostrukturiertem Gate-Dielektrikum und ein Verfahren zu dessen Erzeugung
JP2004134508A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 縦型有機トランジスタ
US7098525B2 (en) * 2003-05-08 2006-08-29 3M Innovative Properties Company Organic polymers, electronic devices, and methods
JP2005072528A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Shin Etsu Chem Co Ltd 薄層電界効果トランジスター及びその製造方法
KR101007787B1 (ko) * 2003-12-08 2011-01-14 삼성전자주식회사 퀴녹살린환을 주쇄에 포함하는 유기박막 트랜지스터용유기반도체 고분자
KR20050058062A (ko) * 2003-12-11 2005-06-16 삼성전자주식회사 유기절연막 형성용 조성물 및 이를 사용하여 제조된유기절연막
JP5108210B2 (ja) * 2004-06-21 2012-12-26 三星電子株式会社 有機絶縁膜組成物およびこれを用いた有機絶縁膜のパターン形成方法および有機薄膜トランジスタおよびこれを含む表示素子
US20050279995A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Composition for preparing organic insulating film and organic insulating film prepared from the same
JP4858804B2 (ja) * 2004-08-31 2012-01-18 国立大学法人大阪大学 薄層化学トランジスター及びその製造方法
GB2418062A (en) * 2004-09-03 2006-03-15 Seiko Epson Corp An organic Field-Effect Transistor with a charge transfer injection layer
US7265380B2 (en) * 2005-03-25 2007-09-04 Osaka University Ambipolar organic thin-film field-effect transistor and making method
JP4883558B2 (ja) * 2005-03-25 2012-02-22 国立大学法人大阪大学 両極性有機電界効果薄層トランジスター及びその製造方法
EP1868260B1 (en) * 2006-06-12 2011-01-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Organic solid electrolyte and secondary battery containing the same
JP5152493B2 (ja) * 2007-03-26 2013-02-27 国立大学法人大阪大学 有機電界効果トランジスター及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2159859B1 (en) 2013-04-03
EP2159859A2 (en) 2010-03-03
TWI497788B (zh) 2015-08-21
JP2010062183A (ja) 2010-03-18
CN101685846A (zh) 2010-03-31
US20100051927A1 (en) 2010-03-04
EP2159859A3 (en) 2011-09-21
TW201027820A (en) 2010-07-16
US8288762B2 (en) 2012-10-16
KR101446362B1 (ko) 2014-10-01
JP5334039B2 (ja) 2013-11-06
CN101685846B (zh) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1620885B1 (en) Organic polymers, electronic devices, and methods
US8354666B2 (en) Organic polymer semiconductor, method of preparing the same, and ambipolar organic thin film transistor using the same
JP5199752B2 (ja) 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法、並びにこの有機トランジスタを用いたディスプレイ用部材及びディスプレイ
KR100981558B1 (ko) 양극성 유기 전계 효과 박층 트랜지스터 및 그의 제조 방법
US9929345B1 (en) Curable polymeric materials and their use for fabricating electronic devices
KR20080102109A (ko) 히드록시기 포함 폴리머를 포함하는 유기 절연체 조성물 및이를 이용한 절연막 및 유기박막 트랜지스터
EP3117469B1 (en) Organic electronic compositions and device thereof
KR101439538B1 (ko) 보호막 형성용 조성물 및 이에 의한 보호막을 포함한유기박막 트랜지스터
US10147895B2 (en) Curable polymeric materials and their use for fabricating electronic devices
US7863694B2 (en) Organic thin film transistors
KR101446362B1 (ko) 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법
KR101249090B1 (ko) 유기 절연막 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 유기절연막
KR101375964B1 (ko) 유기 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법
EP1760103A1 (en) Arylamine polymer and organic thin film transistor
KR101445876B1 (ko) 유기 절연체 조성물, 이를 이용하는 유기 절연층 및 유기 박막 트랜지스터
WO2010032834A1 (ja) 有機半導体装置、有機半導体装置の製造方法、電子デバイス、電子機器および絶縁層形成組成物
US7573063B1 (en) Organic thin film transistors
KR101371998B1 (ko) 절연체 형성용 조성물 및 이를 이용하는 유기 절연체
JP5218812B2 (ja) 有機薄膜トランジスタ
JP5320877B2 (ja) 有機薄膜トランジスタ及びディスプレイ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170830

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180920

Year of fee payment: 5