KR20170030639A - Formation method for organic semiconductor thin film, organic semiconductor device using formation method for organic semiconductor thin film, and production method for organic semiconductor device using formation method for organic semiconductor thin film - Google Patents
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Abstract
단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 유기 반도체 박막의 형성 방법을 제공함과 함께, 상기 유기 반도체 박막을 이용한 유기 반도체 디바이스 및, 스루풋이 높은 유기 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 유기 반도체 재료(7)로 이루어지는 유기 반도체 박막(4)의 형성 방법에 있어서, 유기 반도체 재료(7)에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 유기 반도체 재료(7)를 박막화한다. 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 유기 반도체 박막을 포함하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 상기의 형성 방법으로 유기 반도체 박막을 형성시킨다. 유기 반도체 디바이스는, 상기 제조 방법으로 제조된 것이다. A method of forming an organic semiconductor thin film capable of forming an organic semiconductor thin film by a short processing time and an organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film and a method of manufacturing an organic semiconductor device having high throughput. In the method of forming the organic semiconductor thin film 4 made of the organic semiconductor material 7, the organic semiconductor material 7 is thinned by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material 7. A manufacturing method of an organic semiconductor device is a manufacturing method of an organic semiconductor device including an organic semiconductor thin film, and the organic semiconductor thin film is formed by the above-described forming method. The organic semiconductor device is manufactured by the above manufacturing method.
Description
본 발명은, 유기 반도체 박막의 형성 방법, 그의 형성 방법을 이용한 유기 반도체 디바이스 및, 그의 형성 방법을 이용한 유기 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming an organic semiconductor thin film, an organic semiconductor device using the method for forming the organic semiconductor thin film, and a method for manufacturing an organic semiconductor device using the method for forming the organic semiconductor device.
유기 반도체 재료의 박막을 전극 간에 형성시켜, 유기 반도체 디바이스를 얻는 방법은, 저온 프로세스로 제조할 수 있고, 보다 플렉시블하고, 또한 경량으로, 파손되기 어려운 디바이스가 작성 가능한 점에서, 최근 왕성하게 연구되게 되었다. A method of forming an organic semiconductor material thin film between electrodes to obtain an organic semiconductor device has recently been studied vigorously in that a device which can be manufactured by a low temperature process and which is more flexible, .
그러나, 종래, 유기 반도체 디바이스에 이용된 유기 반도체 재료는, 그 대부분이 유기 용제에 난용(難溶)이기 때문에, 도포 또는 인쇄 등이 염가인 수법을 이용하여 그의 박막을 형성할 수 없어, 비교적 비용이 비싼 진공 증착법 등으로 기판 상에 그 박막을 형성시키는 것이 일반적이었다. 최근이 되어, 잉크젯, 플렉소 인쇄, 코팅 등의 도포 또는 인쇄를 이용한 방법에 의해, 유기 반도체 박막을 형성하여, 유기 반도체 디바이스를 얻는 연구가 왕성하게 행해지고 있고, 비교적 높은 캐리어 이동도(이하, 적절히, 단순히 「이동도」라고 칭함)를 갖는 유기 반도체 디바이스가 얻어지게 되어 왔다. 상기의 도포 또는 인쇄를 이용한 방법은, 전계 효과 트랜지스터의 작성 공정에 있어서, 스루풋이 높고, 대면적의 전계 효과 트랜지스터를 저비용으로 제조하는 것이 기대된다. However, since most of the organic semiconductor materials used in the organic semiconductor device are difficult to be dissolved in the organic solvent, the thin film can not be formed using a technique such as coating or printing, It has been common to form the thin film on a substrate by such an expensive vacuum deposition method or the like. Recently, studies for obtaining an organic semiconductor device by forming an organic semiconductor thin film by a method of applying inkjet, flexo printing, coating, or printing have been actively carried out, and a relatively high carrier mobility , Simply referred to as " mobility "). It is expected that the method using coating or printing described above can produce a field effect transistor having a high throughput and a large area at a low cost in a manufacturing process of the field effect transistor.
그러나, 실상에서는, 도포 프로세스 또는 인쇄 프로세스를 이용한, 이동도가 높고 또한 내구성이 우수한 유기 반도체를 이용한 전계 효과 트랜지스터는 아직 실용화되어 있지 않다. 일반적으로, 유기 반도체 박막은, 진공 증착법을 비롯한 진공 프로세스, 또는 용매를 이용한 스핀 코팅법이나 블레이드 코팅법 등의 도포 프로세스로 형성되고 있다. 그러나, 진공 프로세스에 의한 유기 반도체 박막의 형성 방법은, 진공 프로세스를 행하기 위한 설비가 필요해지는 것 외에, 유기 반도체 재료의 손실이 많아진다는 결점이 있다. 도포 프로세스에 의한 유기 반도체 박막의 형성 방법도, 기판 전체에 유기 반도체 용액을 도포하기 때문에, 진공 프로세스와 동일하게 유기 반도체 재료의 손실이 많아진다. However, a field effect transistor using an organic semiconductor having high mobility and excellent durability using a coating process or a printing process has not yet been put to practical use. In general, the organic semiconductor thin film is formed by a vacuum process including a vacuum evaporation process, or a coating process such as a spin coating process or a blade coating process using a solvent. However, in the method of forming an organic semiconductor thin film by a vacuum process, equipment for performing a vacuum process is required, and there is a drawback that loss of the organic semiconductor material increases. Also in the method of forming an organic semiconductor thin film by a coating process, since the organic semiconductor solution is applied to the entire substrate, the loss of the organic semiconductor material increases in the same manner as in the vacuum process.
다른 유기 반도체 박막의 형성 방법으로서, 잉크젯법 등의 인쇄법이 알려져 있다. 인쇄법은, 목적 위치에 필요량의 유기 반도체 재료를 도포하는 것이 가능하지만, 다른 도포 또는 인쇄법과 동일하게, 용액으로부터 생성시킨 결정의 배향 방향을 제어하기 위해서는, 온도, 분위기, 도포면의 처리 등의 정치(精緻)한 프로세스 제어를 행하면서 천천히 유기 반도체 박막의 성막을 행하거나, 결정 생성 후에 결정 성장을 위해 수 분간∼수십 분간 걸쳐 소성을 행하거나 할 필요가 있다. 그 때문에, 이들 도포 또는 인쇄법에 의한 유기 반도체 박막의 형성 방법에서는, 유기 반도체 박막의 성막이나 결정 성장을 위한 소성에 시간이 걸려, 스루풋이 높지 않다는 결점이 있다. 또한, 실상에서는, 도포 또는 인쇄법 등의 종래의 유기 반도체 박막 형성 방법에 의한 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 이동도 등의 유기 반도체 디바이스 성능에 관해서도 실용화를 위해서는 불충분하다. As another method for forming an organic semiconductor thin film, a printing method such as an ink-jet method is known. In the printing method, it is possible to apply a necessary amount of the organic semiconductor material to the target position. However, in order to control the orientation direction of crystals produced from the solution, as in other application or printing methods, It is necessary to slowly form the organic semiconductor thin film while performing fine process control, or to perform firing for several minutes to several tens of minutes for crystal growth after crystal formation. For this reason, in the method of forming an organic semiconductor thin film by these coating or printing methods, it takes a long time for film formation of the organic semiconductor thin film and firing for crystal growth, and there is a drawback that the throughput is not high. Further, in actuality, the conventional method of manufacturing an organic semiconductor device by a method of forming an organic semiconductor thin film such as a coating or printing method is insufficient for practical use of the performance of an organic semiconductor device such as mobility.
도포 또는 인쇄법 등의 종래의 유기 반도체 박막 형성 방법에 의한 유기 반도체 디바이스의 제조 방법이 실용화에 불충분한 원인 중 하나로서, 유기 반도체 재료의 다결정 간의 결정립계나 분자 배향 제어 등의 유기 반도체 박막 상태에 의해 유기 박막 트랜지스터 등의 유기 반도체 디바이스의 특성이 크게 변하는 것을 들 수 있다. One of the reasons why the conventional method of manufacturing an organic semiconductor device by a method of forming an organic semiconductor thin film such as a coating method or a printing method is insufficient for practical use is that the organic semiconductor thin film state of polycrystals of an organic semiconductor material, The characteristics of an organic semiconductor device such as an organic thin film transistor are greatly changed.
결정립계가 존재하지 않는 단결정의 유기 반도체 박막의 형성 방법으로서, 비특허문헌 1에 기재되어 있는 기상법(물리 기상 성장)에 의해 단결정의 유기 반도체 박막을 형성하는 방법, 특허문헌 1에 기재되어 있는, 기판을 경사지게 하여 기판 상에 유기 반도체 용액의 액적(液滴)을 형성함으로써, 용매의 증발과 함께 유기 반도체 용액으로부터 일정 방향(경사의 방향)으로 결정을 성장시키는 방법, 특허문헌 2에 기재되어 있는 더블 잉크젯법에 의한 단결정성의 유기 반도체 박막의 제조 방법 등이 나타나고 있다. As a method of forming a single crystal organic semiconductor thin film in which crystal grain boundaries do not exist, a method of forming a single crystal organic semiconductor thin film by a vapor phase method (physical vapor phase growth) described in Non-Patent
그러나, 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 기상법에 의한 유기 반도체 박막의 형성 방법은, 실제의 유기 반도체 디바이스의 제조로의 응용에 곤란을 수반한다. 또한, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 용액법에 있어서 기판을 경사지게 하는 방법은, 기판 자체를 경사지게 하는 것이 매우 곤란하다. 또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 더블 잉크젯법에 의한 유기 반도체 박막의 제조 방법은, 용매의 선택이 곤란하고, 또한, 건조성의 제어가 필요하다. 그 결과로서, 환경에 대하여 부(負)의 영향이 있는 용매를 사용할 필요가 생기거나, 스루풋이 높은 유기 반도체 박막의 형성 방법을 실현할 수 없거나 하는 문제가 있다. However, the method of forming the organic semiconductor thin film by the vapor-phase method as described in the
또한, 유기 반도체의 단결정 이외의 결정의 배향 방법으로서는, 액정성의 유기 반도체 재료를 배향막 상에 도포하고, 액정 전이를 이용하여 결정을 배향시키는 방법이 예를 들면 특허문헌 3에 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법에서는, 냉각 과정에서의 상(相) 변화에 의해 결정 간에 균열이 들어갈 가능성이 있어, 냉각 과정의 온도를 치밀하게 제어할 필요가 있다. As a method for aligning crystals other than a single crystal of an organic semiconductor, a method of applying a liquid crystalline organic semiconductor material on an alignment film and orienting crystals using liquid crystal transition is disclosed in, for example,
비특허문헌 2에는 다결정의 유기 반도체 박막을 형성한 후, 용매 증기에 노출시킴으로써 결정의 재배향을 촉진하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 상기 방법으로 결정을 재배향시키려면 결정의 유기 반도체 박막을 장시간 용매에 노출시킬 필요가 있어, 스루풋이 높은 유기 반도체의 제조 방법으로의 응용에는 적합하지 않다. Non-Patent
한편, 열 가소성의 수지 등의 가공 기술로서 초음파 용착이 알려져 있다. 초음파 용착은, 초음파 진동과 압력에 의해 발생하는 마찰열을 이용한 접합·가공 기술이며, 가공 시간이 짧은 가공 기술로서 알려져 있다. 초음파 용착은, 주로, 스팟 용착, 필름의 시일, 부섬포(不纖布)의 시일, 금속의 인서트 등, 많은 분야에서 사용되고 있다. 그러나, 초음파 진동과 압력에 의해, 유기 반도체 재료를 박막화하는 기술은 지금까지 알려져 있지 않다. On the other hand, ultrasonic welding is known as a processing technique of a thermoplastic resin or the like. Ultrasonic welding is a joining / processing technique using ultrasonic vibration and friction heat generated by pressure, and is known as a processing technique with a short processing time. Ultrasonic welding is mainly used in many fields such as spot welding, sealing of film, sealing of non-woven cloth, and insert of metal. However, a technology for thinning an organic semiconductor material by ultrasonic vibration and pressure has heretofore not been known.
유기 반도체 박막의 형성에 초음파를 이용한 예로서, 유기 반도체 재료 등을 주성분으로서 함유하는 도포막에 대하여 초음파를 조사하는 방법이 특허문헌 4에 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4에 기재된 방법은, 도포막에 초음파를 조사함으로써, 도포막을 개질하여 저(低)저항화시키는 기술이다. 따라서, 특허문헌 4에 있어서의 초음파의 조사는, 유기 반도체 박막의 형성 후에 통상의 오븐 등등에 의해 행해지는 열 소성 프로세스나 건조 프로세스의 대체에 지나지 않고, 초음파의 조사와 압력에 의해, 단시간으로 유기 반도체 박막의 형성을 행하는 것은 아니다.
본 발명은, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 유기 반도체 박막의 형성 방법을 제공함과 함께, 상기 유기 반도체 박막을 이용한 유기 반도체 디바이스 및, 스루풋이 높은 유기 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a method of forming an organic semiconductor thin film capable of forming an organic semiconductor thin film by a short-time process, and also provides an organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film and a method of manufacturing an organic semiconductor device having high throughput .
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하여 유기 반도체 재료를 박막화하는 유기 반도체 박막의 형성 방법이, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 것 및, 그 유기 반도체 박막의 형성 방법을 이용함으로써 유기 반도체 박막을 이용한 유기 반도체 디바이스를 고(高)스루풋으로 제조할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. Means for Solving the Problems As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that a method for forming an organic semiconductor thin film, in which an organic semiconductor material is thinned by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material, And that the organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film can be manufactured with high throughput by using the method of forming the organic semiconductor thin film, and the present invention has been accomplished.
즉, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법은, 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막의 형성 방법으로서, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 유기 반도체 재료를 박막화하는 것을 특징으로 하고 있다. That is, the method for forming an organic semiconductor thin film of the present invention is a method for forming an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material, characterized in that the organic semiconductor material is thinned by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material .
본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 유기 반도체 박막을 포함하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 유기 반도체 박막을 형성시키는 것을 특징으로 하고 있다. A method of manufacturing an organic semiconductor device of the present invention is a method of manufacturing an organic semiconductor device including an organic semiconductor thin film, characterized in that an organic semiconductor thin film is formed by the method of forming an organic semiconductor thin film of the present invention.
본 발명의 유기 반도체 디바이스는, 상기 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 하고 있다. The organic semiconductor device of the present invention is characterized by being manufactured by the above-described manufacturing method.
본 발명에 의해, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 유기 반도체 박막의 형성 방법, 상기 유기 반도체 박막을 이용한 유기 반도체 디바이스 및, 스루풋이 높은 유기 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a method of forming an organic semiconductor thin film capable of forming an organic semiconductor thin film in a short time, an organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film, and a method of manufacturing an organic semiconductor device having high throughput.
도 1은 본 발명의 실시 일 형태에 따른 유기 반도체 박막의 형성 방법을 실시하기 위해 사용되는 초음파 용착기의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 실시 형태예를 제조하기 위한 제조 방법의 일 공정을 나타내는 개략도이며, 소스·드레인 기판 및 게이트 기판의 사이에 유기 반도체 재료를 협지(挾持)한 것을 초음파 용착기의 가열 스테이지 상에 설치한 공정 상태(공정 완료시의 상태)를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 실시 형태예를 제조하기 위한 제조 방법의 다른 일 공정을 나타내는 개략도이며, 초음파 용착기의 혼(horn)을 강하시켜 유기 반도체 재료에 압력을 가하는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 실시 형태예를 제조하기 위한 제조 방법의 다른 일 공정을 나타내는 개략도이며, 유기 반도체 재료에 압력을 가한 상태 그대로 유기 반도체 재료에 초음파 진동을 부여하여 유기 반도체 재료를 가열하는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 실시 형태예를 제조하기 위한 제조 방법의 다른 일 공정을 나타내는 개략도이며, 유기 반도체 재료에 대한 초음파 진동의 부여를 종료하여 유기 반도체 박막을 형성하는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 실시 형태예를 제조하기 위한 제조 방법의 다른 일 공정을 나타내는 개략도이며, 초음파 용착기의 혼을 상승시켜 유기 반도체 디바이스를 얻는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 일 예로서의 유기 박막 트랜지스터의 구조 실시 형태예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시의 일 예에 따른 유기 반도체 박막의 형성 방법에 있어서의 유기 반도체 재료의 온도의 이력을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 유기 반도체 재료를 가열 스테이지 상에 배치한 시점에 있어서의 유기 반도체 재료의 편광 현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서 유기 반도체 재료를 100℃의 가열 스테이지에서 가열한 후에 있어서의 유기 반도체 재료의 편광 현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 형성한 유기 반도체 박막의 편광 현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 있어서 유기 반도체 재료를 가열 스테이지 상에 배치한 시점에 있어서의 유기 반도체 재료의 편광 현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 형성한 유기 반도체 박막의 편광 현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서 유기 반도체 재료를 가열 스테이지 상에 배치한 시점에 있어서의 유기 반도체 재료의 편광 현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 형성한 유기 반도체 박막의 편광 현미경 사진이다. 1 is a schematic view showing a configuration of an ultrasonic welder used for carrying out a method of forming an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a process of a manufacturing method for manufacturing an organic semiconductor device according to an embodiment of the present invention. An organic semiconductor material is sandwiched between a source / drain substrate and a gate substrate, (A state at the completion of the process) provided on the heating stage of Fig.
3 is a schematic view showing another process of a manufacturing method for manufacturing an organic semiconductor device according to an embodiment of the present invention and is a schematic view showing a process of applying a pressure to an organic semiconductor material by lowering a horn of an ultrasonic welding machine to be.
4 is a schematic view showing another process of a manufacturing method for manufacturing an organic semiconductor device according to an embodiment of the present invention, in which ultrasonic vibration is applied to an organic semiconductor material in a state where a pressure is applied to the organic semiconductor material, Fig.
5 is a schematic view showing another process of a manufacturing method for manufacturing an organic semiconductor device according to an embodiment of the present invention and showing a process for forming an organic semiconductor thin film by terminating the application of ultrasonic vibration to an organic semiconductor material Fig.
6 is a schematic view showing another process of a manufacturing method for manufacturing an embodiment of the organic semiconductor device of the present invention, and is a schematic view showing a process of raising the horn of an ultrasonic welder to obtain an organic semiconductor device.
7 is a schematic view showing a structural embodiment of an organic thin film transistor as an example of the organic semiconductor device of the present invention.
8 is a graph showing the history of the temperature of the organic semiconductor material in the method of forming the organic semiconductor thin film according to the embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a polarization microscope photograph of an organic semiconductor material at the time when an organic semiconductor material is placed on a heating stage in an embodiment of the present invention. Fig.
10 is a polarized microscope photograph of an organic semiconductor material after heating the organic semiconductor material in a heating stage at 100 캜 according to an embodiment of the present invention.
11 is a polarized microscope photograph of an organic semiconductor thin film formed by the method of forming an organic semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention.
12 is a polarization microscope photograph of an organic semiconductor material at the time when an organic semiconductor material is placed on a heating stage in another embodiment of the present invention.
13 is a polarized microscope photograph of an organic semiconductor thin film formed by a method of forming an organic semiconductor thin film according to another embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a polarized microscope photograph of an organic semiconductor material at the time when an organic semiconductor material is placed on a heating stage in another embodiment of the present invention. Fig.
15 is a polarized microscope photograph of an organic semiconductor thin film formed by a method of forming an organic semiconductor thin film according to another embodiment of the present invention.
(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)
본 발명을 상세하게 설명한다. The present invention will be described in detail.
본 발명의 제1 목적은, 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 단시간으로 형성할 수 있는 유기 반도체 박막의 형성 방법을 제공하는 것에 있다. A first object of the present invention is to provide a method of forming an organic semiconductor thin film which can form an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material in a short time.
본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법은, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 유기 반도체 재료를 박막화하여 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 방법에 의하면, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 방법에 있어서는, 초음파 진동 부여 종료 후의 냉각 과정에 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가한 경우, 냉각 과정에서의 상 변화 등에 의해 유기 반도체 박막에 균열이 들어가는 일이 일어나기 어렵다. The method for forming an organic semiconductor thin film according to the present invention is characterized by forming an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material by thinning an organic semiconductor material by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material. According to the above method, the organic semiconductor thin film can be formed in a short time. In addition, in the above method, when pressure is applied to the organic semiconductor material during the cooling process after the end of ultrasonic vibration is applied, it is difficult for cracks to enter the organic semiconductor thin film due to a phase change during the cooling process or the like.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하는 처리에서는, 유기 반도체 재료를 단독으로 피(被)처리물로서 사용해도 좋지만, 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하여 이루어지는 것을 피처리물로서 사용하고, 기재 상의 유기 반도체 재료에 대하여 상기 처리를 실시하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 방법에서는, 기재 상의 유기 반도체 재료에 대하여 상기 처리를 실시함으로써 결정의 재배향이 일어나 결정의 방위가 균일화한다고 생각되기 때문에, 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치할 때에 결정의 재배향을 위한 처리(예를 들면 용액 프로세스에 의한 유기 반도체 재료의 배치 후에 있어서의 소성 처리)가 불필요하다. 또한, 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치할 때에, 유기 반도체 재료의 배치 위치가 유기 반도체 박막을 형성하고자 하는 소망하는 위치(예를 들면, 유기 박막 트랜지스터를 제조하는 경우에는, 기재 상에 있어서의 소스 전극과 드레인 전극의 사이의 위치)로부터 다소 어긋났다고 해도, 상기 처리에 의해 유기 반도체 재료가 기재 표면 방향으로 펴발라지기 때문에, 소망하는 위치에 유기 반도체 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 유기 반도체 재료의 배치에는, 높은 정밀도가 요구되지 않는다. In the treatment of imparting ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material, the organic semiconductor material may be used alone as the material to be subjected to the treatment. However, the material obtained by disposing the organic semiconductor material on the substrate is used as the material to be treated , And it is more preferable that the organic semiconductor material on the substrate is subjected to the above treatment. In the method of the present invention, it is considered that the above-mentioned treatment is applied to the organic semiconductor material on the substrate to induce crystal rearrangement and to make the orientation of the crystals uniform. Therefore, when arranging the organic semiconductor material on the substrate, (For example, a baking treatment after the arrangement of the organic semiconductor material by a solution process) is unnecessary. Further, when the organic semiconductor material is placed on the substrate, it is preferable that the arrangement position of the organic semiconductor material be at a desired position where the organic semiconductor thin film is to be formed (for example, in the case of manufacturing an organic thin film transistor, The organic semiconductor material is spread in the direction of the substrate surface by the above-described process, so that the organic semiconductor thin film can be formed at a desired position. Therefore, high precision is not required for the arrangement of the organic semiconductor material.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하는 처리에서는, 한 쌍의 기재의 사이에 유기 반도체 재료를 끼운 것을 피처리물로서 사용하고, 한 쌍의 기재의 사이에 끼워진 유기 반도체 재료에 대하여 상기 처리를 실시하는 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 상기 처리시에, 유기 반도체 재료가 초음파 용착 장치의 혼이나 스테이지 등에 부착되는 것을 회피할 수 있음과 함께, 냉각 과정에서의 상 변화 등에 의해 유기 반도체 박막에 균열이 들어가는 것을 회피할 수 있다. 상기 기재로서는, 후단에서 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)를 구성하는 기재(1 및 1')의 예로서 드는 유리 등의 무기 기판이나 각종의 수지 필름, 이들 위에 전극 및/또는 절연층을 형성한 것 등을 들 수 있다. 상기 한 쌍의 기재는, 수지 필름인 것이 바람직하다. In the process of applying ultrasonic vibration while applying pressure to an organic semiconductor material, it is possible to use an organic semiconductor material sandwiched between a pair of substrates as an object to be processed, and to use an organic semiconductor material sandwiched between a pair of substrates It is more preferable to perform the above process. Accordingly, it is possible to avoid the organic semiconductor material from adhering to the horn, stage, or the like of the ultrasonic welding apparatus at the time of the processing, and to prevent cracks from entering the organic semiconductor thin film due to a phase change or the like during the cooling process . As the above substrate, an inorganic substrate such as glass or the like, which is an example of the
유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하는 경우, 유기 반도체 재료를 고체 상태 또는 용융 상태로 기재 상에 배치할 수 있다. 또한, 유기 반도체 재료를 고체 상태 또는 용융 상태로 기재 상에 배치하는 방법은, 환경 부하가 높은 유기 용매를 사용하지 않고 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치할 수 있는 등의 메리트가 있다. 유기 반도체 재료를 고체 상태 또는 용융 상태로 기재 상에 배치하는 방법으로서는, 벌크 분말, 미세 분말 등의 고체의 상태의 유기 반도체 재료를 기재 상에 직접 배치하는 방법, 벌크 분말, 미세 분말 등의 고체의 상태의 유기 반도체 재료를 충분히 따뜻해진 금속봉 등의 부재 상에 배치하여 용융하고, 용융 상태의 유기 반도체 재료를 상기 부재 상으로부터 기재 상으로 늘어뜨리는 방법 등을 이용할 수 있다. When the organic semiconductor material is disposed on the substrate, the organic semiconductor material may be placed on the substrate in a solid state or a molten state. Further, the method of disposing the organic semiconductor material on the substrate in the solid state or the molten state has merits such that the organic semiconductor material can be disposed on the substrate without using an organic solvent having a high environmental load. Examples of the method of disposing the organic semiconductor material on the substrate in a solid state or in a molten state include a method in which an organic semiconductor material in a solid state such as a bulk powder or a fine powder is directly placed on a substrate, a method in which a solid material such as a bulk powder, A method in which an organic semiconductor material in a state of being melted is arranged on a member such as a sufficiently warmed metal rod and the organic semiconductor material in a molten state is dripped from the member onto the substrate.
유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하는 방법으로서는, 그 외에, 드롭 캐스트법 등의 용액 프로세스(예를 들면, 유기 반도체 재료를 유기 용제에 용해시켜 이루어지는 용액을 도포 또는 인쇄하는 공정 및 건조 공정 등으로 구성됨)를 이용할 수도 있다. 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에서는, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 마찰열이 발생하여 유기 반도체 재료가 승온된 후, 초음파 진동의 부여가 종료되면 유기 반도체 재료가 냉각된다. 이 냉각 과정에서 유기 반도체 재료의 결정이 재배향하여 결정의 방위가 균일화된다고 생각된다. 그 때문에, 용액 프로세스를 이용하여 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하는 경우, 유기 반도체 재료를 함유하는 유기 용제 용액으로부터 유기 반도체 재료를 결정화하는 단계에 있어서는, 결정의 방위가 랜덤이라도 좋다. 그 때문에, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에 있어서 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하기 위한 용액 프로세스에서는, 유기 반도체 재료를 유기 용제에 용해시켜 이루어지는 용액을 도포 또는 인쇄한 후에는, 용액 중에 포함되는 유기 용제를 증발시키는 것만으로 좋다. 그 때문에, 유기 반도체 재료를 유기 용제에 용해시켜 이루어지는 용액을 도포 또는 인쇄한 후에, 결정의 방위를 균일화하기 위해 장시간의 베이킹에 의한 결정 배향 제어나 후처리에 의한 결정의 재배향과 같은 프로세스를 실시할 필요가 없다. 이와 같이 하여 기재 상에 배치된 유기 반도체 재료는, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 박막화하여 유기 반도체 박막이 된다. As a method of disposing the organic semiconductor material on the substrate, a solution process such as a drop cast method (for example, a process of applying or printing a solution formed by dissolving an organic semiconductor material in an organic solvent, a drying process, etc.) ) May be used. In the method for forming an organic semiconductor thin film according to the present invention, ultrasonic vibration is applied while applying pressure to an organic semiconductor material, and after the generation of frictional heat to raise the temperature of the organic semiconductor material, the organic semiconductor material is cooled do. It is believed that in this cooling process, crystals of the organic semiconductor material are reoriented to make the orientation of the crystals uniform. Therefore, when the organic semiconductor material is placed on the substrate using the solution process, the orientation of the crystal may be random in the step of crystallizing the organic semiconductor material from the organic solvent solution containing the organic semiconductor material. Therefore, in the solution process for disposing the organic semiconductor material on the substrate in the method of forming the organic semiconductor thin film of the present invention, after coating or printing the solution formed by dissolving the organic semiconductor material in the organic solvent, It is only necessary to evaporate the organic solvent. Therefore, after applying or printing a solution obtained by dissolving the organic semiconductor material in an organic solvent, a process such as control of crystal orientation by baking for a long time or rearrangement of crystals by post treatment is carried out in order to make the orientation of crystals uniform You do not have to. The organic semiconductor material disposed on the substrate in this way is thinned to form an organic semiconductor thin film by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 유기 반도체 재료에 대하여 직접 또는 보호 필름 또는 보호층을 통하여 가압 부재를 눌러대는 방법이 적합하다. 유기 반도체 재료에 대하여 보호 필름 또는 보호층을 통하여 가압 부재를 눌러대는 경우, 유기 반도체 재료를 기재와 보호 필름 또는 보호층의 사이에 협지한 것을 피처리물로서 사용하고, 기재 상의 유기 반도체 재료에 대하여 보호 필름 또는 보호층을 통하여 가압 부재를 눌러대는 것이 보다 바람직하다. 또한, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 유기 반도체 재료를 기재 상에 배치하고, 유기 반도체 재료에 대하여 직접 또는 보호 필름 또는 보호층을 통하여 가압 부재를 눌러대면서 가압 부재를 초음파 진동시키는 방법이 적합하다. 상기 가압 부재로서는, 유기 반도체 재료 전체에 압력을 가할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 기재가 평판인 경우, 가압 부재에 있어서의 유기 반도체 재료에 맞닿는 면이 평면인 것이 바람직하다. 이에 따라, 균일한 두께의 유기 반도체 박막을 형성할 수 있다. 상기 보호 필름 또는 보호층에 대해서는, 후술한다. The method of applying pressure to the organic semiconductor material is not particularly limited, but a method of pressing the pressing member directly against the organic semiconductor material or through a protective film or protective layer is suitable. In the case of pressing the pressing member against the organic semiconductor material through the protective film or the protective layer, the organic semiconductive material sandwiched between the substrate and the protective film or protective layer is used as the object to be treated, It is more preferable to press the pressing member through the protective film or the protective layer. The method of applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material is not particularly limited, but an organic semiconductor material may be disposed on the substrate, and the organic semiconductor material may be directly applied to the organic semiconductor material, The pressing member is ultrasonically vibrated while pressing the pressing member. The pressing member is not particularly limited as long as it can apply pressure to the entire organic semiconductor material. In the case where the substrate is a flat plate, it is preferable that the pressing member has a flat surface contacting the organic semiconductor material. Thus, an organic semiconductor thin film having a uniform thickness can be formed. The protective film or protective layer will be described later.
본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법으로서는, 포장 필름의 압착 등에 사용되는 일반적인 초음파 용착기(초음파 웰더)를 이용하는 방법을 들 수 있다. 일반적인 초음파 용착기를 사용하는 경우, 유기 반도체 재료를 포함하는 피처리물(유기 반도체 재료 단독, 유기 반도체 재료와 기재의 조합, 유기 반도체 재료와 보호 필름 또는 보호층의 조합, 또는 유기 반도체 재료와 기재와 보호 필름 또는 보호층의 조합)의 상방으로부터 초음파 용착기에 의해 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하고, 초음파 진동에 의해 발생한 마찰열과 압력을 이용하여 유기 반도체 재료를 박막화함으로써 본 발명의 유기 반도체 박막이 형성된다. 일반적인 초음파 용착기는, 피처리물에 눌러대어져 피처리물에 압력을 가함과 함께 초음파 진동을 부여하기 위한 혼을 가압 부재로서 구비하고 있다. As a method of forming the organic semiconductor thin film of the present invention, there is a method using a general ultrasonic welding machine (ultrasonic welder) used for pressing a packaging film or the like. In the case of using a general ultrasonic welding machine, a material to be processed (including an organic semiconductor material alone, a combination of an organic semiconductor material and a substrate, a combination of an organic semiconductor material and a protective film or a protective layer, A combination of a protective film or a protective layer) is applied to the organic semiconductor material by an ultrasonic welding machine while applying ultrasonic vibration to the organic semiconductor material, and the organic semiconductor material is thinned by using the frictional heat and pressure generated by the ultrasonic vibration, An organic semiconductor thin film is formed. A general ultrasonic welder is provided with a horn as a pressing member which is pressed against a material to be processed, applies pressure to the material to be processed, and applies ultrasonic vibration.
본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에 적합하게 사용되는 초음파 용착기의 일 실시 형태를 도 1에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서의 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다. One embodiment of an ultrasonic welding machine suitably used in the method of forming an organic semiconductor thin film of the present invention will be described below with reference to Fig. In addition, members having the same functions in the drawings are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.
초음파 용착기(20)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 초음파 발진기(제너레이터)(21), 초음파 진동자(컨버터)(22), 부스터(23), 혼(24), 가압 기구(프레스 유닛)(25) 및, 가열 스테이지(26)를 구비하고 있다. 혼(24)은, 그의 피처리물에 맞닿는 면이 평면으로 되어 있다. 1, the
가열 스테이지(26)는, 그 위에, 피처리물이 배치되는 것이다. 또한, 가열 스테이지(26)는, 가열 스테이지(26)의 상면을 소정 온도로 가열하기 위한 히터(26a)를 구비하고 있다. 또한, 가열 스테이지(26)의 상면은, 가열하지 않아도 좋다. 따라서, 가열 스테이지(26)를 대신하여, 히터(26a)를 구비하고 있지 않은 단순한 스테이지를 이용해도 좋다. In the
가압 기구(25)는, 초음파 진동자(22), 부스터(23) 및, 혼(24)이 부착된 아암부(25a)와, 아암부(25a)를 연직 방향 상하로 활동 가능하게 지지하는 지주(支柱)(25b)와, 아암부(25a)를 연직 방향 상하로 이동시킴과 함께, 가열 스테이지(26) 상에 배치된 피처리물에 대하여 혼(24)을 연직 방향 하향으로 눌러대어 압력을 가하기 위한 도시하지 않는 구동 기구(예를 들면 에어 실린더)를 구비하고 있다. The
초음파 용착기(20)에서는, 도시하지 않는 상용(商用) 전원으로부터 입력된 전기 신호를 초음파 발진기(21)로 고주파의 전기 신호로 증폭하고, 증폭된 전기 신호를 초음파 진동자(22)로 기계적인 진동 에너지로 변환하고, 기계 진동(초음파 진동)이 초음파 진동자(22)로부터 발해진다. 초음파 진동자(22)로부터 발해진 기계 진동(초음파 진동)은, 부스터(23)에서 그의 진폭이 증감된 후에, 혼(24)에 전달된다. 혼(24)에 전달된 초음파 진동은, 가압 기구(25)에 의해 유기 반도체 재료에 대하여 혼(24)을 연직 방향 하향으로 눌러대어 압력을 가했을 때에, 유기 반도체 재료를 포함하는 피처리물로 전달된다. In the
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여할 때에 제어하는 파라미터로서는, 주로, 초음파 진동의 발진 시간, 초음파 진동의 진폭, 가압력, 초음파 용착기의 혼의 형상(혼을 구비하는 초음파 용착기를 사용하는 경우) 등을 들 수 있다. 초음파 진동의 발진 시간은, 초음파 진동을 유기 반도체 재료에 부여하는 시간이며, 장시간이 될수록 유기 반도체 재료에 드는 열량은 커지지만, 유기 반도체 재료의 물성에 맞추어 적절히 조정할 필요가 있다. 또한, 유기 반도체 박막 형성 처리의 택트 타임을 고려하면, 단시간으로 적절한 처리를 행하는 것이 바람직하고, 통상 1분 이내, 바람직하게는 10초 이내, 특히 바람직하게는 1초 이내에서의 처리가 가능하도록 설정한다. As parameters for controlling the ultrasonic vibration while applying the pressure to the organic semiconductor material, there are mainly used parameters such as the oscillation time of the ultrasonic vibration, the amplitude of the ultrasonic vibration, the pressing force, the shape of the horn of the ultrasonic welder (using an ultrasonic welder equipped with a horn ) And the like. The oscillation time of ultrasonic vibration is a time for applying ultrasonic vibration to the organic semiconductor material. The longer the time is, the larger the amount of heat to be applied to the organic semiconductor material. However, it is necessary to adjust the oscillation time appropriately in accordance with the physical properties of the organic semiconductor material. In consideration of the tact time of the organic semiconductor thin film forming process, it is preferable to perform appropriate processing in a short time, and it is usually set to be within 1 minute, preferably within 10 seconds, particularly preferably within 1 second do.
초음파 진동의 진폭은, 유기 반도체 재료에 부여되는 초음파 진동의 크기(혼을 구비하는 초음파 용착기를 사용하는 경우, 혼의 선단으로부터 유기 반도체 재료에 전해지는 초음파 진동의 크기)를 나타낸다. 초음파 용착기를 사용하는 경우에, 동일한 출력의 초음파 용착기를 이용해도, 초음파 진동의 진폭을 바꿈으로써 유기 반도체 재료에 드는 열량을 바꾸는 것이 가능하다. 초음파 진동의 진폭이 높을수록 큰 열량을 유기 반도체 재료에 부여하는 것이 가능하지만, 유기 반도체 재료를 기재 등의 다른 재료와 조합하여 사용하는 경우에는, 동시에 기재 등의 다른 재료로의 대미지(damage)를 고려하여 초음파 진동의 진폭이 지나치게 높아지지 않도록 설정할 필요가 있다. 초음파 진동의 진폭은, 초음파 용착기의 출력(초음파 용착기를 사용하는 경우), 초음파 진동의 진동수(주파수) 등에 의해 적절한 진폭은 변화한다. 이 때문에, 사용하는 유기 반도체 재료의 종류, 필요에 따라서 유기 반도체 재료와 조합하여 사용되어 초음파 진동 부여시에 마찰열이 가해지는 부재의 종류에 맞추어 적절한 진폭으로 제어할 필요가 있다. 상기의 초음파 진동 부여시에 마찰열이 가해지는 부재로서는, 예를 들면, 기재, 전극(게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 등), 절연층(예를 들면 게이트 절연층), 박막 트랜지스터 보호층, 유기 반도체 재료에 대하여 다른 부재를 통하여 혼 등의 가압 부재를 눌러대어 초음파 진동을 부여할 때에 혼 등의 가압 부재에 접하는 부재(보호 필름 또는 보호층 등) 등을 들 수 있다. 즉, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에서는, 유기 반도체 재료의 온도가 적절한 온도로 제어되도록, 초음파 진동의 진폭을 적절한 진폭으로 제어하는 것이 바람직하다. The amplitude of the ultrasonic vibration indicates the magnitude of the ultrasonic vibration applied to the organic semiconductor material (the size of the ultrasonic vibration transmitted from the tip of the horn to the organic semiconductor material when using the ultrasonic welding machine equipped with the horn). In the case of using an ultrasonic welder, it is possible to change the amount of heat applied to the organic semiconductor material by changing the amplitude of the ultrasonic vibration even if an ultrasonic welder with the same output is used. The higher the amplitude of the ultrasonic vibration is, the greater the amount of heat can be imparted to the organic semiconductor material. However, when the organic semiconductor material is used in combination with other materials such as a substrate, It is necessary to set the amplitude of the ultrasonic vibration so as not to be excessively high. The amplitude of the ultrasonic vibration varies depending on the output of the ultrasonic welding machine (in the case of using an ultrasonic welder) and the frequency (frequency) of ultrasonic vibration. Therefore, it is necessary to control the type of the organic semiconductor material used and the organic semiconductor material, if necessary, to have an appropriate amplitude in accordance with the kind of the member to which the frictional heat is applied during the ultrasonic vibration application. Examples of the member to which the frictional heat is applied in applying the ultrasonic vibration include a substrate, an electrode (a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, etc.), an insulating layer (e.g. a gate insulating layer) (A protective film or a protective layer, etc.) in contact with a pressing member such as a horn when a pressing member such as a horn is pressed against another semiconductor material through another member to impart ultrasonic vibration. That is, in the method of forming an organic semiconductor thin film of the present invention, it is preferable to control the amplitude of the ultrasonic vibration to an appropriate amplitude so that the temperature of the organic semiconductor material is controlled to an appropriate temperature.
가압력은, 유기 반도체 재료를 포함하는 피처리물에 부여되는 기계적 에너지(혼을 구비하는 초음파 용착기를 사용하는 경우, 혼으로부터 유기 반도체 재료에 전해지는 기계적 에너지)이며, 그의 크기가 초음파 진동에 의해 유기 반도체 재료에 발생하는 열량과 처리 시간(유기 반도체 재료가 박막화되는 데에 걸리는 시간)에 관련한다. 유기 반도체 재료를 포함하는 피처리물에 지나치게 강한 압력을 가하면, 초음파 진동의 진폭이 지나치게 큰 경우와 동일하게, 유기 반도체 재료에 대미지를 부여할 가능성이 있고, 또한, 유기 반도체 재료를 기재 등의 다른 재료와 조합하여 사용하는 경우에는, 기재 등의 다른 재료에 대미지를 부여할 가능성이 있다. 그 때문에, 가압력은, 이들 대미지를 고려하여 지나치게 강해지지 않도록 설정할 필요가 있다. 이들 파라미터(초음파 진동의 발진 시간, 초음파 진동의 진폭 및, 가압력)는, 서로 영향을 주는 것이고, 사용하는 유기 반도체 재료의 종류, 필요에 따라서 유기 반도체 재료와 조합하여 사용되어 초음파 진동 부여시에 마찰열이 가해지는 부재의 종류에 맞추어 적절한 조합으로 할 필요가 있다. The pressing force is a mechanical energy imparted to the object including the organic semiconductor material (mechanical energy transmitted from the horn to the organic semiconductor material when an ultrasonic welding machine having a horn is used) and its size is determined by ultrasonic vibration The amount of heat generated in the semiconductor material and the processing time (time taken for the organic semiconductor material to become thin). Applying an excessively strong pressure to the object to be processed including the organic semiconductor material may damage the organic semiconductor material in the same manner as when the amplitude of the ultrasonic vibration is excessively large. When used in combination with a material, there is a possibility of damaging other materials such as a substrate. Therefore, it is necessary to set the pressing force so as not to become too strong in consideration of these damages. These parameters (the oscillation time of the ultrasonic vibration, the amplitude of the ultrasonic vibration, and the pressing force) affect each other, and they are used in combination with the kind of the organic semiconductor material to be used and the organic semiconductor material as required, It is necessary to make an appropriate combination according to the kind of the member to be applied.
초음파 용착기의 혼의 형상은, 전달된 초음파 진동을 유기 반도체 재료에 전하기 위해 적절한 구조가 필요하고, 그 형상에 의해 초음파 진동의 진폭이 변화하는 경우가 있다. 또한, 혼 표면의 크기(처리 면적)에 의해서도 유기 반도체 재료에 드는 열량이 변화하기 때문에, 혼의 형상 및 혼 표면의 크기를 개별적으로 제어할 필요가 있다. The shape of the horn of the ultrasonic welder requires an appropriate structure to transmit the transmitted ultrasonic vibration to the organic semiconductor material, and the amplitude of the ultrasonic vibration may change depending on the shape. In addition, since the amount of heat applied to the organic semiconductor material also varies depending on the size (processing area) of the horn surface, it is necessary to individually control the shape of the horn and the size of the horn surface.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여할 때(이하, 적절히, 「가압 및 초음파 진동 부여시」라고 칭함)에 있어서의 유기 반도체 재료의 온도는, 유기 반도체 재료의 종류에 따라서 설정된다. 유기 반도체 재료가 상 전이점(상 전이 온도)을 갖는 경우, 유기 반도체 재료의 상 전이점에 대하여 0∼+80℃의 범위 내로 가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 온도를 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 유기 반도체 재료를 기재와 조합하여 사용하는 경우, 가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 온도를, 사용하는 기재의 유리 전이점(유리 전이 온도)보다도 낮은 온도로 설정하는 것이 바람직하고, 유기 반도체 재료의 상 전이점과 기재의 유리 전이점의 조합에 의해 가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 온도의 최적인 온도 범위가 설정된다. 또한, 여기에서 말하는 「가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 온도」는, 실시예의 측정 방법과 같이 유기 반도체 재료를 대신하여 열 전도 시트를 배치하여 가압 및 초음파 진동 부여를 행했을 때의 열 전도 시트의 온도를 의미하는 것으로 한다. The temperature of the organic semiconductor material at the time of applying the ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material (hereinafter referred to as " pressure and ultrasonic vibration application time ", as appropriate) is set according to the kind of the organic semiconductor material . When the organic semiconductor material has a phase transition point (phase transition temperature), it is preferable to adjust the temperature of the organic semiconductor material at the time of applying pressure and ultrasonic vibration within a range of 0 to + 80 DEG C with respect to the phase transition point of the organic semiconductor material . When the organic semiconductor material is used in combination with the substrate, it is preferable to set the temperature of the organic semiconductor material at the time of applying pressure and ultrasonic vibration to a temperature lower than the glass transition point (glass transition temperature) of the substrate to be used, The optimum temperature range of the temperature of the organic semiconductor material at the time of pressing and ultrasonic oscillation is set by the combination of the phase transition point of the organic semiconductor material and the glass transition point of the substrate. Here, the " temperature of the organic semiconductor material at the time of applying pressure and ultrasonic vibration " as used herein means the temperature at which the heat conduction sheet is disposed in place of the organic semiconductor material and pressure and ultrasonic vibration are applied Quot; means the temperature of the conductive sheet.
또한, 필요에 따라서, 유기 반도체 재료에 대한 초음파 진동의 부여와 동시에 유기 반도체 재료를 전도 가열해도 좋다. 유기 반도체 재료를 기재와 조합하여 사용하는 경우, 필요에 따라서, 초음파 진동의 부여와 동시에 기재를 보조적으로 전도 가열해도 좋다. 그 경우, 기재의 가열 온도는, 가압 및 초음파 진동 부여시에 있어서의 유기 반도체 재료의 가열 온도에 따라서 변화시키면 좋지만, 기재의 변형이나 다른 구성 부재의 대미지(유기 반도체 재료 및 기재를 다른 구성 부재와 조합하여 사용하는 경우)를 피하기 위해서는, 가능한 한 저온측으로 설정한다. If necessary, the organic semiconductor material may be conduction-heated at the same time as the ultrasonic vibration is applied to the organic semiconductor material. When the organic semiconductor material is used in combination with the base material, the base material may be conduction-heated at the same time as the application of the ultrasonic vibration, if necessary. In this case, the heating temperature of the substrate may be changed according to the heating temperature of the organic semiconductor material at the time of applying pressure and ultrasonic vibration, but it is preferable to change the heating temperature of the organic semiconductor material (In the case of using in combination), it is set as low as possible.
유기 반도체 재료를 박막화하기 위해서는, 가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 온도는, 유기 반도체 재료의 상 전이점(즉 액정 전이점, 유리 전이점, 융점 등)을 초과하는 온도로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 그 조건하에서는, 유기 반도체 재료가 가압 및 초음파 진동 부여시에 고상(固相)으로부터 액정상, 유리상, 액상 등으로 상 전이(상 변화)하여, 유동성을 갖게 되고, 부여된 압력에 의해 박막화된다. 이 경우, 초음파 진동의 부여를 종료한 후의 냉각 과정에 있어서 유기 반도체 재료가 재결정화하여, 유기 반도체 박막이 얻어진다. 즉, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에서는, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 고상의 유기 반도체 재료를 상 전이시킨 후에 유기 반도체 재료를 재결정화함으로써, 유기 반도체 재료를 박막화하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고상의 유기 반도체 재료를 상 전이시킴으로써, 유기 반도체 재료의 유동성이 높아지기 때문에, 유기 반도체 재료가 박막화하기 쉬워진다. 또한, 가압 및 초음파 진동 부여시에 유기 반도체 재료의 상 전이가 일어나지 않는 경우라도, 유기 반도체 재료가 초음파 진동에 의해 가열된 상태로 충분한 압력을 받음으로써, 박막화가 일어날 수 있다. In order to thin the organic semiconductor material, the temperature of the organic semiconductor material at the time of applying pressure and ultrasonic vibration is preferably set to a temperature exceeding the phase transition point (that is, liquid crystal transition point, glass transition point, melting point, etc.) Do. In this case, under such conditions, the organic semiconductor material undergoes a phase transition (phase change) from a solid phase to a liquid crystal phase, a glass phase, and a liquid phase at the time of applying pressure and ultrasonic vibration, Thinned. In this case, the organic semiconductor material is recrystallized in the cooling process after finishing the application of the ultrasonic vibration, and an organic semiconductor thin film is obtained. That is, in the method for forming an organic semiconductor thin film of the present invention, ultrasonic vibration is applied while applying pressure to an organic semiconductor material, thereby phase-transitioning the solid phase organic semiconductor material and then recrystallizing the organic semiconductor material, . Accordingly, since the fluidity of the organic semiconductor material is increased by phase-transferring the solid phase organic semiconductor material, the organic semiconductor material becomes easier to be thinned. Further, even when phase transition of the organic semiconductor material does not occur at the time of applying pressure and ultrasonic vibration, the organic semiconductor material may be subjected to sufficient pressure in a state of being heated by ultrasonic vibration, so that thinning may occur.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동의 부여를 개시한 후, 초음파 진동의 부여를 종료하면, 유기 반도체 재료의 온도는 급격하게 저하되고, 유기 반도체 재료의 재배향 및 재결정화가 일어난다. 초음파 진동의 부여를 종료한 후, 두께 방향으로 균일한 유기 반도체 박막을 얻기 위해 유기 반도체 재료에 대한 가압을 계속해도 좋고, 초음파 진동 부여의 종료 후에 가압을 계속하는 시간은, 가압 및 초음파 진동 부여시의 유기 반도체 재료의 최고 도달 온도, 초음파 진동 부여의 종료시(냉각 후)에 있어서의 유기 반도체 재료의 온도와 실온의 온도차 및, 기재의 표면 에너지(유기 반도체 재료를 기재와 조합하여 사용하는 경우)에 의해 조절되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 얻어진 유기 반도체 박막은, 일반적인 용액 프로세스로 얻어지는 유기 반도체 박막에 비해 결정립 간에 크랙이 발생하기 어렵다. When the supply of the ultrasonic vibration is started while applying the pressure to the organic semiconductor material, the temperature of the organic semiconductor material sharply drops and the orientation and recrystallization of the organic semiconductor material occur. The pressing of the organic semiconductor material may be continued in order to obtain a uniform organic semiconductor thin film in the thickness direction after finishing the application of the ultrasonic vibration and the time for continuing the pressing after the termination of the ultrasonic vibration application is, The temperature difference between the temperature of the organic semiconductor material and the room temperature at the end of the ultrasonic vibration application (after cooling) and the surface energy of the substrate (when the organic semiconductor material is used in combination with the substrate) . The organic semiconductor thin film thus obtained is less likely to generate cracks among crystal grains than an organic semiconductor thin film obtained by a general solution process.
혼을 구비하는 초음파 용착기를 이용한 가압 및 초음파 진동의 부여시에는, 혼을 직접 반도체 재료에 접촉시키지 않기 때문에, 유기 반도체 재료 상에 보호 필름 또는 보호층을 형성하고, 유기 반도체 재료에 대하여 보호 필름 또는 보호층을 통하여 혼을 눌러대어도 좋다. 기재 상에 형성된 유기 반도체 재료 상에 보호 필름 또는 보호층을 형성하는 경우, 여기에서 이용되는 보호 필름 또는 보호층은, 기재와 동일해도 상이해도 좋다. 또한, 유기 반도체 박막을 형성 후에 보호층으로부터 박리하기 위해, 이형재의 위에 보호층을 적층한 필름을 이형재가 유기 반도체 재료에 접하도록 유기 반도체 재료 상에 형성할 수도 있다. In the application of pressure and ultrasonic vibration using an ultrasonic welding machine having a horn, since the horn is not directly brought into contact with the semiconductor material, a protective film or a protective layer is formed on the organic semiconductor material, The horn may be pressed through the protective layer. When a protective film or a protective layer is formed on an organic semiconductor material formed on a substrate, the protective film or protective layer used here may be the same as or different from the substrate. Further, in order to separate the organic semiconductor thin film from the protective layer after formation, a film in which a protective layer is laminated on the release material may be formed on the organic semiconductor material so that the release material contacts the organic semiconductor material.
유기 반도체 재료의 액정 전이점, 유리 전이점 및, 융점은, 시차(示差) 주사 열량계(DSC), 편광 현미경(POM) 관찰, 자동 융점 측정 장치 등을 이용하여 상 전이 거동을 파악함으로써 측정할 수 있다. 또한, 유기 반도체 재료의 고차(高次) 구조에 대해서는, X선 회절(XRD)을 이용하여 유기 반도체 재료의 분자 구조, 액정성 및, 결정성의 관계에 대해서 파악하는 것이 가능하다. The liquid crystal transition point, glass transition point and melting point of the organic semiconductor material can be measured by observing the phase transition behavior using a differential scanning calorimeter (DSC), a polarizing microscope (POM) observation, an automatic melting point measuring device, have. Further, with respect to the higher order structure of the organic semiconductor material, it is possible to grasp the relationship between the molecular structure, liquid crystallinity, and crystallinity of the organic semiconductor material by using X-ray diffraction (XRD).
유기 반도체 재료로서는, 반도체 특성을 나타내는 저분자 유기 화합물(저분자 유기 반도체 화합물), 반도체 특성을 나타내는 고분자 화합물(고분자 유기 반도체 화합물)(특히 수 평균 분자량이 1000 이상인 고분자 화합물) 및, 반도체 특성을 나타내는 반복 단위가 2∼20인 올리고머(올리고머 유기 반도체 화합물) 모두 이용하는 것이 가능하다. 유기 반도체 재료 중에서도, 가압 및 초음파 진동 부여시의 최고 도달 온도 이하에 액정 전이점, 유리 전이점, 융점 등의 상 전이점을 갖는 유기 반도체 재료가 바람직하다. 또한, 유기 반도체 재료를 유리 전이점을 갖는 기재(특히, 수지 필름 등의 수지 기재)와 조합하여 사용하는 경우에는, 유기 반도체 재료가, 기재의 유리 전이점보다도 낮은 상 전이점을 갖는 것이 바람직하고, 가압 및 초음파 진동 부여시의 최고 도달 온도 이하이고, 또한 기재의 유리 전이점보다도 낮은 상 전이점을 갖는 것이 보다 바람직하다. 유기 반도체 재료를 수지 기재와 조합하여 사용하는 경우에는, 유기 반도체 재료의 상 전이점이 70℃∼280℃의 범위 내인 것이 바람직하고, 유기 반도체 재료의 상 전이점이 100℃∼280℃의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. As the organic semiconductor material, a low molecular organic compound (low molecular weight organic semiconductor compound) showing a semiconductor property, a high molecular compound (a polymer organic semiconductor compound) showing a semiconductor property (particularly a high molecular weight compound having a number average molecular weight of 1000 or more) (Oligomer organic semiconductor compound) having a molecular weight of 2 to 20 can be used. Among the organic semiconductor materials, an organic semiconductor material having a phase transition point such as a liquid crystal transition point, a glass transition point, and a melting point at a maximum attainable temperature or less at the time of applying pressure and ultrasonic vibration is preferable. Further, when the organic semiconductor material is used in combination with a substrate having a glass transition point (in particular, a resin substrate such as a resin film), it is preferable that the organic semiconductor material has a phase transfer point lower than the glass transition point of the substrate More preferably not more than the maximum attainable temperature at the time of applying pressure and ultrasonic vibration, and has a phase transition point lower than the glass transition point of the substrate. When the organic semiconductor material is used in combination with the resin substrate, it is preferable that the phase transition point of the organic semiconductor material is within the range of 70 占 폚 to 280 占 폚, and the phase transition point of the organic semiconductor material is within the range of 100 占 폚 to 280 占 폚 desirable.
본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법에 있어서는, 유기 반도체 재료의 결정이 재배향하여 결정의 방위가 균일화된다고 생각되는 것이 하나의 특징이다. 이 때문에, 이들 유기 반도체 재료 중에서도, 특히 결정성을 갖는 유기 반도체 재료를 이용했을 때는, 예를 들면 이동도 등의 반도체 특성이 우수한 유기 반도체 디바이스를 단시간으로 용이하게 얻을 수 있다. In the method for forming an organic semiconductor thin film of the present invention, it is a feature that crystals of the organic semiconductor material are considered to be oriented uniformly in crystal orientation. Therefore, among these organic semiconductor materials, particularly when an organic semiconductor material having crystallinity is used, an organic semiconductor device having excellent semiconductor characteristics such as mobility can be easily obtained in a short time.
상기 저분자 유기 반도체 화합물로서는, 폴리아센류, 폴리아센류의 탄소 원자의 일부를 질소 원자, 황 원자, 산소 원자 등의 원자, 또는 카보닐기 등의 다가 관능기로 치환하거나, 혹은 폴리아센류의 수소 원자의 일부를 아릴기, 아실기, 알킬기, 알콕실기 등의 1가 관능기로 치환한 유도체(트리페노디옥사진 유도체, 트리페노디티아진 유도체, 후술하는 일반식 (1)로 나타나는 티에노티오펜 유도체 등)를 들 수 있다. 또한, 상기 저분자 유기 반도체 화합물로서, 그 외에, 스티릴벤젠 유도체, 금속 프탈로시아닌류, 축합환 테트라카본산 디이미드류, 메로시아닌 색소류나 헤미시아닌 색소류 등의 색소, 테트라키스(옥타데실티오)테트라티아풀발렌으로 대표되는 전하(電荷) 이동 착체 등을 들 수 있다. 상기 축합환 테트라카본산 디이미드류로서는, 나프탈렌-1,4,5,8-테트라카본산 디이미드, N,N'-비스(4-트리플루오로메틸벤질)나프탈렌-1,4,5,8-테트라카본산 디이미드, N,N'-비스(1H,1H-퍼플루오로옥틸)-1,4,5,8-테트라카본산 디이미드, N,N'-비스(1H,1H-퍼플루오로부틸)-1,4,5,8-테트라카본산 디이미드, N,N'-디옥틸나프탈렌-1,4,5,8-테트라카본산 디이미드, 나프탈렌-2,3,6,7-테트라카본산 디이미드, 등의 나프탈렌테트라카본산 디이미드류; 안트라센-2,3,6,7-테트라카본산 디이미드 등의 안트라센테트라카본산 디이미드류 등을 들 수 있다. Examples of the low-molecular organic semiconductor compound include a compound in which a part of the carbon atoms of the polyacene or polyacene is substituted with a polyfunctional group such as a nitrogen atom, a sulfur atom, an oxygen atom, or a carbonyl group, (Triphenodioxazine derivatives, triphenodithiazine derivatives, thienothiophen derivatives represented by the following general formula (1), etc.) substituted with monovalent functional groups such as an aryl group, an acyl group, an alkyl group and an alkoxyl group . In addition, as the above-mentioned low molecular weight organic semiconductor compound, a colorant such as a styrylbenzene derivative, a metal phthalocyanine derivative, a condensed ring tetracarboxylic acid diimide, a merocyanine colorant or a hemicyanine colorant, a tetrakis (octadecylthio ) And tetrathiafulvalene, and the like. Examples of the condensed ring tetracarboxylic acid diimide include naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic diimide, N, N'-bis (4-trifluoromethylbenzyl) naphthalene- N, N'-bis (1H, 1H-perfluorooctyl) -1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, Perfluorobutyl) -1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N'-dioctylnaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, naphthalene-2,3,6 , 7-tetracarboxylic acid diimide, and other naphthalenetetracarboxylic acid diimides; And anthracene tetracarboxylic acid diimides such as anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide.
상기 고분자 유기 반도체 화합물로서는, 예를 들면, 폴리피롤, 폴리(N-치환 피롤), 폴리(3-치환 피롤), 폴리(3,4-2치환 피롤) 등의 폴리피롤류; 폴리티오펜, 폴리(3-치환 티오펜), 폴리(3,4-2치환 티오펜), 폴리벤조티오펜 등의 폴리티오펜류; 폴리이소티아나프텐 등의 폴리이소티아나프텐류; 폴리티에닐렌비닐렌 등의 폴리티에닐렌비닐렌류; 폴리(p-페닐렌비닐렌) 등의 폴리(p-페닐렌비닐렌)류; 폴리아닐린, 폴리(N-치환 아닐린), 폴리(3-치환 아닐린), 폴리(2,3-2치환 아닐린) 등의 폴리아닐린류; 폴리아세틸렌 등의 폴리아세틸렌류; 폴리디아세틸렌 등의 폴리디아세틸렌류; 폴리아줄렌 등의 폴리아줄렌류; 폴리피렌 등의 폴리피렌류; 폴리카르바졸, 폴리(N-치환 카르바졸) 등의 폴리카르바졸류; 폴리셀레노펜 등의 폴리셀레노펜류; 폴리푸란, 폴리벤조푸란 등의 폴리푸란류; 폴리(p-페닐렌) 등의 폴리(p-페닐렌)류; 폴리인돌 등의 폴리인돌류; 폴리피리다진 등의 폴리피리다진류; 폴리페닐렌술피드, 폴리비닐렌술피드 등의 폴리술피드류 등을 들 수 있다. Examples of the polymer organic semiconductor compound include polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole) and poly (3,4-2 substituted pyrrole); Polythiophenes such as polythiophene, poly (3-substituted thiophene), poly (3,4-2 substituted thiophene) and polybenzothiophene; Polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene; Polythienylene vinylene such as polythienylene vinylene; Poly (p-phenylenevinylene) s such as poly (p-phenylenevinylene); Polyanilines such as polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline) and poly (2,3-2 substituted aniline); Polyacetylenes such as polyacetylene; Polydiacetylenes such as polydiacetylene; Polyazulenes such as polyazulene; Polypyranes such as polypyrylene; Polycarbazoles such as polycarbazole and poly (N-substituted carbazole); Polyselenopens such as polyselenophene; Polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran; Poly (p-phenylene) such as poly (p-phenylene); Polyindoles such as polyindole; Polypyridazines such as polypyridazine; And polysulfides such as polyphenylene sulfide and polyvinylene sulfide.
상기 올리고머 유기 반도체 화합물로서는, 상기의 폴리머와 동일한 반복 단위를 갖는 올리고머, 예를 들면, 티오펜 6량체인 α-섹시티오펜, α,ω-디헥실-α-섹시티오펜, α,ω-디헥실-α-퀸퀴티오펜, α,ω-비스(3-부톡시프로필)-α-섹시티오펜, 등의 올리고머를 들 수 있다. Examples of the oligomer organic semiconductor compound include oligomers having the same repeating unit as the above-mentioned polymer, for example, oligomers such as α-sexy thiophene, α, ω-dihexyl-α-sexy thiophene, α, Dihexyl-α-quinquiethiophene, and α, ω-bis (3-butoxypropyl) -α-sexy thiophene.
본 발명을 실시함에 있어서 특히 바람직한 유기 반도체 재료의 일 예로서, 하기 일반식 (1)As an example of a particularly preferable organic semiconductor material in the practice of the present invention,
(상기식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 아릴기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 복소환기, 알콕실기, 알콕시알킬기를 나타내고, R1 및 R2는 서로 동일해도 상이해도 좋고, m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1을 나타냄)(In the formula, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, the substituent may have an aryl group, the substituent represents a good heterocyclic group, an alkoxyl group, an alkoxyalkyl group, each other R 1 and R 2 And m and n each independently represent 0 or 1,
로 나타나는 티에노티오펜 유도체를 들 수 있다. Thienothiophene derivatives represented by the following formulas.
상기 알킬기는, 직쇄, 분기쇄, 또는 환상의 지방족 탄화수소기이고, 바람직하게는 직쇄 또는 분기쇄의 지방족 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 직쇄의 지방족 탄화수소기이다. 상기 알킬기의 탄소수는, 통상 1∼36이고, 바람직하게는 2∼24이고, 보다 바람직하게는 4∼20, 더욱 바람직하게는 6∼12이다. The alkyl group is a straight chain, branched chain or cyclic aliphatic hydrocarbon group, preferably a straight chain or branched chain aliphatic hydrocarbon group, more preferably a straight chain aliphatic hydrocarbon group. The number of carbon atoms of the alkyl group is usually 1 to 36, preferably 2 to 24, more preferably 4 to 20, and still more preferably 6 to 12.
상기 아릴기는, 페닐기, 비페닐기, 피렌기, 자일릴기, 메시틸기, 쿠메닐기, 벤질기, 페닐에틸기, α-메틸벤질기, 트리페닐메틸기, 스티릴기, 신나밀기, 비페니릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기 등의 방향족 탄화수소기이다. 상기 복소환기는, 2-티에닐기, 벤조티에닐기, 티에노티에닐기 등이다. 이들 아릴기 및 복소환기는 각각, 상기의 알킬기 등의 치환기를 갖고 있어도 좋고, 복수의 치환기를 갖는 경우에는 그들 복수의 치환기는 동일해도 상이해도 좋다. The aryl group is preferably a phenyl group, a biphenyl group, a pyrene group, a xylyl group, a mesityl group, a cumenyl group, a benzyl group, a phenylethyl group, 2-naphthyl group, anthryl group, phenanthryl group, and other aromatic hydrocarbon groups. The heterocyclic group is a 2-thienyl group, a benzothienyl group, a thienothienyl group, or the like. Each of the aryl group and the heterocyclic group may have a substituent such as the above-mentioned alkyl group or the like. When plural substituents are present, plural substituents may be the same or different.
상기 일반식 (1)로 나타나는 티에노티오펜 유도체가 상 전이점을 전술의 범위(70℃∼280℃의 범위) 내로 갖기 위해서는, R1 및 R2 중 적어도 한쪽이 알킬기인 것이 바람직하고, 그의 알킬쇄의 길이는 탄소수 4 이상인 것이 바람직하다. In order that the thienothiophene derivative represented by the general formula (1) has the phase transfer point within the above-mentioned range (the range of 70 ° C to 280 ° C), it is preferable that at least one of R 1 and R 2 is an alkyl group, The length of the chain is preferably 4 or more carbon atoms.
상기 일반식 (1)로 나타나는 티에노티오펜 유도체는, Journal of the American Chemical Society, 2007, Vol.129, No.51, p.15732-15733 및 Advance Materials, 2011, 23, p.1222-1225에 기재된 공지의 방법에 의해 합성할 수 있다. 일반식 (1)로 나타나는 티에노티오펜 유도체의 정제 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 재결정, 컬럼 크로마토그래피 및, 진공 승화 정제 등의 공지의 방법을 채용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 이들 방법을 조합하여 이용해도 좋다. The thienothiophene derivative represented by the above general formula (1) can be prepared according to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2007, Vol. 129, No.51, p.15732-15733 and Advance Materials, 2011, 23, p.1222-1225 Can be synthesized by a known method described. The method for purifying the thienothiophene derivative represented by the general formula (1) is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography and vacuum sublimation purification can be employed. In addition, these methods may be used in combination if necessary.
본 발명의 제2 목적은 상기의 유기 반도체 박막을 이용한 유기 반도체 디바이스를 제공하는 것이며, 제3 목적은 이들을 이용한 유기 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다. A second object of the present invention is to provide an organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film, and a third object of the present invention is to provide a method of manufacturing an organic semiconductor device using the same.
본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 유기 반도체 박막을 포함하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 유기 반도체 박막을 형성시키는 방법이다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스는, 상기 본 발명의 제조 방법으로 제조된 것이다. 본 발명의 제조 방법으로 제조되는 유기 반도체 디바이스는, 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층을 전극으로 사이에 끼운 구성이면 특별히 한정되지 않지만, 유기 박막 트랜지스터인 것이 바람직하다. 본 발명의 제조 방법으로 제조되는 유기 반도체 디바이스는, 소스 전극 및 드레인 전극의 2개의 전극이 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층에 접하고 있고, 그들 소스 전극 및 드레인 전극의 사이에 흐르는 전류를, 게이트 절연층을 통하여 게이트 전극이라고 불리는 또 하나의 전극에 인가하는 전압으로 제어하는 구성의 유기 박막 트랜지스터인 것이 보다 바람직하다. 즉, 본 발명의 제조 방법으로 제조되는 유기 반도체 디바이스로서는, 서로 이간하도록 배치된 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 배치된 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층에 대향하도록 배치된 게이트 전극과, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극의 사이에 배치된 절연층(게이트 절연층)을 구비하는 유기 전계 효과 트랜지스터인 유기 박막 트랜지스터가 보다 바람직하다. 상기 유기 전계 효과 트랜지스터는, 상기 소스 전극, 드레인 전극, 반도체층, 게이트 전극 및, 절연층을 기재 상에 구비하는 것이 더욱 바람직하다. The method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention is a method for manufacturing an organic semiconductor device including an organic semiconductor thin film, which is a method for forming an organic semiconductor thin film by the method for forming an organic semiconductor thin film of the present invention. Further, the organic semiconductor device of the present invention is manufactured by the manufacturing method of the present invention. The organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited as long as the semiconductor layer including the organic semiconductor thin film is sandwiched between the electrodes, but is preferably an organic thin film transistor. In the organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention, the two electrodes of the source electrode and the drain electrode are in contact with the semiconductor layer including the organic semiconductor thin film, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is applied to the gate insulating It is more preferable that the organic thin film transistor is controlled to a voltage applied to another electrode called a gate electrode through a layer. That is, the organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention includes a source electrode and a drain electrode arranged to be spaced apart from each other, and an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material disposed between the source electrode and the drain electrode An organic thin film transistor which is an organic field effect transistor having a semiconductor layer, a gate electrode arranged to face the semiconductor layer, and an insulating layer (gate insulating layer) disposed between the semiconductor layer and the gate electrode is more preferable . It is more preferable that the organic field effect transistor has the source electrode, the drain electrode, the semiconductor layer, the gate electrode, and the insulating layer on the substrate.
본 발명의 유기 박막 트랜지스터의 실시 형태예를 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타낸다. Examples of embodiments of the organic thin film transistor of the present invention are shown in Figs. 7 (a) and 7 (b).
도 7(a)에 나타내는 유기 박막 트랜지스터(10A)는, 보텀 게이트형 유기 전계 효과 트랜지스터라고 불리는 것이다. 유기 박막 트랜지스터(10A)는, 기재(1)와, 기재(1) 상에 적층된 게이트 전극(2)과, 게이트 전극(2)의 상면(기재(1)에 대향하는 면의 이면) 상에 적층된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3)의 상면의 일부의 위에 서로 이간하도록 배치된 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과, 게이트 절연층(3)의 상면(단 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 배치되어 있는 부분을 제외함) 의 위에 배치된 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층(4)을 구비하고 있다. The organic
도 7(b)에 나타내는 유기 박막 트랜지스터(10B)는, 유기 전계 효과 트랜지스터이고, 기재(1')와, 기재(1') 상에 적층된 게이트 절연층(3')과, 게이트 절연층(3')의 상면(기재(1')에 대향하는 면의 이면)의 일부의 위에 서로 이간하도록 배치된 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과, 게이트 절연층(3')의 상면(단 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 배치되어 있는 부분을 제외함)의 위에 배치된 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층(4)과, 반도체층(4)의 상면 상에 배치된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3)의 상면 상에 적층된 게이트 전극(2)과, 게이트 전극(2)의 상면 상에 적층된 기재(1)를 구비하고 있다. 또한, 유기 박막 트랜지스터(10B)에서는, 기재(1') 및 게이트 절연층(3')의 한쪽을 생략해도 좋다. 또한, 본 발명의 유기 박막 트랜지스터는, 유기 박막 트랜지스터(10B)로부터 기재(1') 및 게이트 절연층(3')의 양방을 제거한 구조(톱 게이트형 유기 전계 효과 트랜지스터라고 불림)의 유기 박막 트랜지스터라도 좋다. The organic
다음으로, 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타나는 본 발명의 유기 박막 트랜지스터의 실시 형태예에 있어서의 각 구성 요소에 대해서 설명한다. Next, each component in the embodiment of the organic thin film transistor of the present invention shown in Figs. 7 (a) and 7 (b) will be described.
기재(1 및 1')로서는, 유리 등의 무기 기판의 외에, 수지 필름을 사용할 수 있다. 기재(1 및 1')는, 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)의 플렉시블성을 고려하면, 수지 필름인 것이 바람직하다. 상기 수지 필름을 구성하는 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스트리아세테이트, 폴리에테르이미드 등을 들 수 있다. 기재(1 및 1')의 종류는, 가압 및 초음파 진동 부여시에 있어서의 프로세스 온도에 따라서 선택된다. 또한, 이들 기재(1 및 1') 표면의 평활성을 높이기 위해 기재(1 및 1')의 위에 평탄화층을 가져도 좋다. 상기 수지 필름을 구성하는 수지 중에는, 금속 밀착성이나 내구성을 향상시키기 위해, 나노 오더(예를 들면 5㎚)의 평균 입자경을 갖는 무기 산화물 입자(예를 들면 실리카 입자)를 분산시켜도 좋다. 이들 기재(1 및 1')로서는, 유리 전이점이 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 유리 전이점이 150℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 기재(1 및 1')의 두께는, 통상은 1㎛∼10㎜이고, 바람직하게는 5㎛∼3㎜이다. As the
기재(1)로서 수지 필름을 사용한 경우, 유기 박막 트랜지스터의 굽힘 내성을 고려하여, 유기 박막 트랜지스터(10B)와 같이 기재(1 및 1')로 반도체층(4)을 사이에 끼우는 구성으로 해도 좋다. 이 구성의 경우, 2종류의 기재(1 및 1')의 재질을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 수지 필름으로 이루어지는 기재(1 및 1')를 이용함으로써 유기 박막 트랜지스터에 가효성을 갖게 할 수 있고, 높은 굽힘 내성을 갖는 플렉시블하고 경량인 유기 박막 트랜지스터를 실현할 수 있어, 유기 박막 트랜지스터의 실용성이 향상된다. When a resin film is used as the
소스 전극(5), 드레인 전극(6) 및, 게이트 전극(2)에는, 도전성 재료(도전성을 갖는 재료)가 이용된다. 상기 도전성 재료로서는, 예를 들면, 백금, 금, 은, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 탄탈, 니켈, 코발트, 구리, 철, 납, 주석, 티탄, 인듐, 팔라듐, 몰리브덴, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 리튬, 칼륨, 나트륨 등의 금속 및 그들을 포함하는 합금; InO2, ZnO2, SnO2, ITO(산화 인듐 주석) 등의 도전성 무기 산화물; 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜(PEDOT·PSS 등), 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리디아세틸렌 등의 도전성 고분자 화합물; 카본나노튜브, 그래파이트 등의 탄소 재료, 등을 사용할 수 있다. 소스 전극(5), 드레인 전극(6) 및, 게이트 전극(2)의 접촉 저항을 저하시키기 위해, 위에서 든 각종의 재료에 산화 몰리브덴을 도핑하거나, 상기 금속에 티올 등에 의한 처리를 하거나 해도 좋다. 또한, 상기 도전성 재료로서, 위에서 든 각종의 재료에 카본 블랙을 분산한 도전성의 복합 재료나, 금, 백금, 은, 구리 등의 금속 등의 입자를 위에서 든 각종의 재료(단, 입자와 상이한 재료)에 분산한 도전성의 복합 재료도 이용할 수 있다. 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)를 동작시킬 때에는 게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및, 드레인 전극(6)에는 배선이 연결된다. 배선도, 게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및, 드레인 전극(6)의 재료와 거의 동일한 재료로 제작된다. 소스 전극(5), 드레인 전극(6), 게이트 전극(2)의 두께는, 그 재료에 따라 상이하지만, 통상 1㎚∼10㎛이고, 바람직하게는 10㎚∼5㎛이고, 보다 바람직하게는 30㎚∼1㎛이다. A conductive material (material having conductivity) is used for the
게이트 절연층(3 및 3')은, 절연성 재료(절연성을 갖는 재료)의 층이다. 상기 절연성 재료로서는, 예를 들면, 폴리파라자일릴렌, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트(아크릴 수지), 폴리스티렌, 폴리비닐페놀, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올, 폴리아세트산 비닐, 폴리우레탄, 폴리술폰, 불소계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 폴리머 및 이들을 조합한 공중합체; 이산화규소, 산화 알루미늄, 산화 티탄, 산화 탄탈 등의 무기 산화물; SrTiO3, BaTiO3 등의 강(强)유전성 무기 산화물; 질화 규소, 질화 알루미늄 등의 무기 질화물; 무기 황화물; 무기 불화물 등의 유전체의 입자를 폴리머 중에 분산시킨 재료 등을 사용할 수 있다. 게이트 절연층(3)에 사용하는 절연성 재료는, 가압 및 초음파 진동 부여에 의한 대미지의 유무를 미리 확인하는 것이 바람직하고, 기재(1)와 동일하게, 열적인 안정성이 요구되는 것 외에, 가압 및 초음파 진동 부여의 처리 후의 절연 파괴 등도 고려할 필요가 있다. 게이트 절연층(3 및 3')의 두께는, 그에 사용하는 절연성 재료에 따라 상이하지만, 통상 10㎚∼10㎛이고, 바람직하게는 50㎚∼5㎛이고, 보다 바람직하게는 100㎚∼1㎛이다. 도 7(b)로 나타내는 바와 같은 반도체층(4)을 2매의 기재(1 및 1')의 사이에 끼우는 구성을 갖는 유기 박막 트랜지스터(10B)의 경우, 게이트 절연층(3 및 3')은, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 굽힘 내성을 고려하여, 동일한 재질로 하는 것이 바람직하다. The
반도체층(4)은, 전술한 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하고 있다. 반도체층(4)을 구성하는 반도체 재료로서, 상기 유기 반도체 재료를 단독으로 이용해도 좋고, 상기 유기 반도체 재료와 적어도 1종의 다른 반도체 재료를 조합하여 이용해도 좋다. 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)의 특성을 개선하기 위해, 필요에 따라서 각종 첨가제를, 반도체층(4)을 구성하는 반도체 재료에 혼합해도 좋다. 반도체층(4)의 두께는, 필요한 기능을 상실하지 않는 범위에서, 얇을수록 바람직하다. 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)에 있어서는, 반도체층(4)이 소정 이상의 두께를 갖고 있으면 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)의 특성은 반도체층(4)의 두께에 의존하지 않지만, 반도체층(4)의 두께가 두꺼워지면 누설 전류가 증가해 오는 경우가 많다. 반대로 반도체층(4)의 두께가 지나치게 얇으면, 반도체층(4) 중에 전하의 통로(채널)를 형성할 수 없게 되기 때문에, 반도체층(4)이 적당한 두께를 갖고 있는 것이 필요하다. 유기 박막 트랜지스터(10A 및 10B)가 필요한 기능을 나타내기 위한 반도체층(4)의 두께는, 통상 1㎚∼5㎛이고, 바람직하게는 10㎚∼1㎛이고, 보다 바람직하게는 10㎚∼500㎚이다. The
본 발명의 유기 박막 트랜지스터에서는, 전술한 각 구성 요소의 사이나, 전술한 각 구성 요소의 노출된 표면에 필요에 따라서 다른 층을 형성해도 좋다. 예를 들면, 유기 박막 트랜지스터(10A)에 있어서의 반도체층(4) 상에 직접 또는 다른 층을 통하여, 유기 박막 트랜지스터(10A)를 보호하기 위한 박막 트랜지스터 보호층을 형성해도 좋다. 이에 따라, 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성에 대한 습도 등의 외기의 영향을 작게 하여, 유기 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화시킬 수 있다. 또한, 유기 박막 트랜지스터의 온/오프비(比) 등의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. In the organic thin film transistor of the present invention, other layers may be formed on the surface of each of the above-described constituent elements or on the exposed surfaces of the respective constituent elements described above. For example, a thin film transistor protection layer for protecting the organic
상기 박막 트랜지스터 보호층을 구성하는 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 불소 수지, 폴리올레핀 등의 각종 수지; 산화 규소, 산화 알루미늄, 질화 규소 등의 무기 산화물; 및 질화물 등의 유전체 등이 바람직하고, 산소의 투과율, 수분의 투과율 및, 흡수율이 작은 수지(폴리머)가 보다 바람직하다. 상기 박막 트랜지스터 보호층을 구성하는 재료로서, 유기 EL 디스플레이용으로 개발되어 있는 가스 배리어 보호 재료도 사용할 수 있다. 박막 트랜지스터 보호층의 두께는, 그의 목적에 따라서 임의의 두께를 채용할 수 있지만, 통상 100㎚∼1㎜이다. The material constituting the thin film transistor protective layer is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin, an acrylic resin such as polymethyl methacrylate, various kinds of polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin and polyolefin Suzy; Inorganic oxides such as silicon oxide, aluminum oxide and silicon nitride; And a nitride such as a nitride are preferable, and a resin (polymer) having a low transmittance of oxygen, a low transmittance of moisture, and a low absorptance is more preferable. As a material constituting the thin film transistor protective layer, a gas barrier protective material developed for an organic EL display may also be used. The thickness of the thin film transistor protective layer may be any thickness depending on its purpose, but is usually 100 nm to 1 mm.
다음으로, 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. Next, a method of manufacturing the organic semiconductor device of the present invention will be described in detail.
본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법에서는, 예를 들면, 절연층 및 전극이 그 위에 형성된 기재 상에 유기 반도체 재료를 배치하고, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 유기 반도체 디바이스를 제조한다. In the method of manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, for example, an organic semiconductor material is disposed on a substrate on which an insulating layer and an electrode are formed, and ultrasonic vibration is applied while applying pressure to the organic semiconductor material, .
본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기 유기 반도체 디바이스가, 서로 이간하도록 배치된 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 배치된 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층에 대향하도록 배치된 게이트 전극과, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극의 사이에 배치된 절연층을 기재 상에 구비하는 유기 전계 효과 트랜지스터인 유기 박막 트랜지스터인 경우, 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법으로 유기 반도체 박막을 형성시키기 전에, 상기 기재 상에 유기 반도체 재료를 배치하는 배치 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 제조 방법에서는, 도 7(a)에 나타내는 유기 박막 트랜지스터(10A)나, 도 7(b)에 나타내는 유기 박막 트랜지스터(10B)를 제조할 수 있다. A method of manufacturing an organic semiconductor device according to the present invention is characterized in that the organic semiconductor device comprises a source electrode and a drain electrode arranged to be spaced apart from each other and an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material disposed between the source electrode and the drain electrode In the case of an organic thin film transistor which is an organic field effect transistor provided on a substrate with an insulating layer disposed between the semiconductor layer and the gate electrode and a gate electrode arranged to face the semiconductor layer, It is preferable to include a disposing step of disposing the organic semiconductor material on the substrate before forming the organic semiconductor thin film by the method of forming the organic semiconductor thin film of the invention. In this manufacturing method, the organic
상기 배치 공정에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 그 위에 배치된 상기 기재에 대하여, 유기 반도체 재료를 고체 상태 또는 용융 상태로 상기 기재 상에 있어서의, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이의 영역 또는 그의 근방에 배치해도 좋고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 그 위에 배치된 상기 기재에 대하여, 유기 반도체 재료를 함유하는 용액을 상기 기재 상에 도포한 후, 건조시킴으로써 상기 기재 상에 있어서의, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이의 영역 또는 그의 근방에 유기 반도체 재료를 배치해도 좋다. In the arranging step, the organic semiconductor material may be formed in a region between the source electrode and the drain electrode on the substrate in a solid state or in a molten state with respect to the substrate on which the source electrode and the drain electrode are disposed, Or a solution containing an organic semiconductor material may be applied to the substrate on which the source electrode and the drain electrode are disposed and then dried so that the source An organic semiconductor material may be arranged in a region between the electrode and the drain electrode or in the vicinity thereof.
여기에서는, 2종류의 기판을 이용한 도 7(b)의 실시 형태예의 유기 박막 트랜지스터(10B)에 기초하여, 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 1개째의 기판(「게이트 기판(9)」이라고 칭함)은, 기재(1) 상에 게이트 전극(2) 및 게이트 절연층(3)을 적층한 것이다. 다른 한쪽의 기판(소스·드레인 기판(8)이라고 칭함)은, 기재(1') 상에 게이트 절연층(3') 및 소스 전극(5)과, 드레인 전극(6)을 적층한 것이다. 또한, 이하의 설명에서는, 반도체층(4)이 유기 반도체 박막만으로 이루어지는 경우에 대해서 설명한다. Here, the method of manufacturing the organic semiconductor device of the present invention will be described in detail based on the organic
(게이트 기판(9)의 작성)(Preparation of Gate Substrate 9)
[기재(1)의 처리][Treatment of substrate (1)] [
게이트 기판(9)은, 상기에서도 설명한 기재(1) 상에 게이트 전극(2) 및 게이트 절연층(3)을 형성함으로써 제작된다. 기재(1)의 표면에는, 기재(1) 상에 적층하는 각 층의 젖음성(적층의 용이함)을 향상시키기 위해 표면 처리(세정 처리)를 행해도 좋다. 표면 처리의 예로서는, 염산, 황산, 아세트산 등에 의한 산 처리; 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘, 암모니아 등에 의한 알칼리 처리; 오존 처리; 불소화 처리; 산소나 아르곤 등의 플라즈마에 의한 플라즈마 처리; 랭뮤어·블로젯막의 형성 처리; 코로나 방전 등의 전기적 처리 등을 들 수 있다. The
[게이트 전극(2)의 형성][Formation of gate electrode 2]
상기의 도전성 재료(전극 재료)를 이용하여 기재(1) 상에 게이트 전극(2)을 형성한다. 게이트 전극(2)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 진공 증착법, 스퍼터법, 도포법, 열 전사법, 인쇄법, 졸겔법 등을 들 수 있다. 도전성 재료의 성막시 또는 성막 후, 도전성 재료가 소망하는 형상이 되도록 필요에 따라서 패터닝을 행하는 것이 바람직하다. 패터닝의 방법으로서, 각종의 방법을 사용할 수 있지만, 예를 들면 포토레지스트의 패터닝과 에칭을 조합한 포트리소그래피법 등을 들 수 있다. 또한, 패터닝의 방법으로서, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 볼록판(凸版) 인쇄 등의 인쇄법, 마이크로콘택트 프린팅법 등의 소프트리소그래피법 및, 이들 수법을 복수 조합한 수법을 이용하는 것도 가능하다. 인쇄법에 의해 형성된 전극은, 소망하는 도전율에 도달할 때까지 열, 빛 등의 에너지를 부여함으로써, 소성된다. The
[게이트 절연층(3)의 형성][Formation of gate insulating layer 3]
다음으로, 상기의 절연성 재료를 이용하여, 기재(1) 상에 형성된 게이트 전극(2) 상에 게이트 절연층(3)을 형성한다(도 7(b) 참조). 게이트 절연층(3)의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 딥 코팅법, 캐스트법, 바 코팅법, 블레이드 코팅법 등의 도포법; 스크린 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯법 등의 인쇄법; 진공 증착법, 분자선 에피택셜 성장법, 이온 클러스터 빔법, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 대기압 플라즈마법, CVD(화학 기상 성장)법 등의 드라이 프로세스법, 등을 들 수 있다. 게이트 절연층(3)에는 표면 처리를 행해도 좋다. 게이트 절연층(3)에 표면 처리를 행함으로써, 그 후에 성막되는 반도체층(4)과 게이트 절연층(3)의 계면 부분에 있어서의 분자 배향이나 결정성이 제어되기 쉬워짐과 함께, 기재(1)나 게이트 절연층(3) 상의 트랩 부위가 저감됨으로써, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 캐리어 이동도 등의 특성이 개량되는 것으로 생각된다. 트랩 부위란, 미처리의 기재(1)나 게이트 절연층(3) 중에 존재하는 예를 들면 수산기와 같은 관능기를 가리키며, 이러한 관능기가 기재(1)나 게이트 절연층(3) 중에 존재하면, 전자가 당해 관능기에 끌어당겨져, 이 결과로서 유기 박막 트랜지스터(10B)의 캐리어 이동도가 저하된다. 따라서, 기재(1)나 게이트 절연층(3) 중의 트랩 부위를 저감하는 것도, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 캐리어 이동도 등의 특성의 개량에는 유효한 경우가 있다. Next, the
(소스·드레인 기판(8)의 작성)(Fabrication of source / drain substrate 8)
[기재(1')의 처리][Treatment of substrate (1 ')]
게이트 기판(9)은, 상기에서도 설명한 기재(1') 상에 게이트 절연층(3'), 소스 전극(5) 및, 드레인 전극(6)을 형성함으로써 제작된다. 기재(1')의 표면에는, 기재(1)의 표면과 동일하게, 전술한 표면 처리를 행해도 좋다. The
[게이트 절연층(3')의 형성][Formation of gate insulating layer 3 '] [
다음으로, 상기의 절연성 재료를 이용하여, 기재(1') 상에 게이트 절연층(3')을 형성한다(도 7(b) 참조). 게이트 절연층(3')의 형성 방법으로서는, 게이트 절연층(3)의 형성 방법과 동일한 방법을 이용할 수 있다. 게이트 절연층(3')에도, 게이트 절연층(3)과 동일하게, 표면 처리를 행해도 좋다. Next, a gate insulating layer 3 'is formed on the substrate 1' using the above-described insulating material (see FIG. 7 (b)). As a method of forming the gate insulating layer 3 ', the same method as the method of forming the
[소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)의 형성][Formation of the
다음으로, 상기의 도전성 재료를 이용하여 게이트 절연층(3') 상에 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 형성한다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)의 재료는, 동일해도, 상이해도 좋다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 형성하는 방법으로서는, 게이트 전극(2)의 형성 방법과 동일한 방법을 이용할 수 있다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 구성하는 도전성 재료에는, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)의 접촉 저항을 저하시키기 위해, 산화 몰리브덴 등을 도핑해도 좋다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)이 금속으로 구성되는 경우에는, 그 금속에 티올 등에 의한 처리를 해도 좋다. 산화 몰리브덴이나 티올 등은, 도전성 재료의 성막 방법과 동일한 방법에 의해 소스 전극(5) 및/또는 드레인 전극(6) 상에 적층할 수 있다. Next, the
[소스·드레인 기판(8) 상으로의 유기 반도체 재료의 배치][Arrangement of organic semiconductor material on source / drain substrate 8]
다음으로, 전술의 방법으로 작성한 소스·드레인 기판(8) 상에 유기 반도체 재료를 배치한다. 유기 반도체 재료를 벌크분 등의 고체 상태 또는 용융 상태로 무용매로 직접, 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역 또는 그의 근방에 배치해도 좋고, 유기 반도체 재료를 함유하는 용액을 소스·드레인 기판(8) 상에 도포 또는 인쇄한 후, 건조시키는 프로세스(용액 프로세스)에 의해 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역 또는 그의 근방에 유기 반도체 재료를 배치해도 좋다. 용액 프로세스로서는, 잉크젯법, 스크린 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 마이크로콘택트 인쇄법 등의 인쇄법, 또는 드롭 캐스트법 등의 도포법을 이용할 수 있다. 다른 용액 프로세스에서도 유기 반도체 재료를 소스·드레인 기판(8) 상에 배치하는 것은 가능하지만, 유기 반도체 재료의 이용 효율을 높이기 위해서는 필요한 양의 유기 반도체 재료를 필요한 장소에 배치할 수 있는 방법이 바람직하다. 이하, 유기 반도체 재료의 배치 방법에 대해서 상세하게 설명한다. Next, the organic semiconductor material is disposed on the source /
우선, 고체 상태 또는 용융 상태의 유기 반도체 재료를 직접, 소스·드레인 기판(8) 상에 배치하는 경우는, 벌크 형상의 고체 분말의 유기 반도체 재료 혹은 미세 분말화한 유기 반도체 재료를 직접, 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역 또는 그의 근방에 배치 또는 산포하거나, 혹은 융점 이상의 온도까지 가열하여 용융 상태로 한 유기 반도체 재료를 스탬프나 디스펜서 등의 여러 가지의 수단에 의해 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역 또는 그의 근방에 도포할 수 있다. 간이적으로, 충분히 가열한 금속봉의 선단에 유기 반도체 재료를 취하여 용융 상태로 하고, 금속봉의 선단의 용융 상태의 반도체 재료를 그대로 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역 또는 그의 근방에 도포해도 좋다. First, when the organic semiconductor material in the solid state or the molten state is directly placed on the source /
다음으로, 유기 반도체 재료를 용액 프로세스에 의해 소스·드레인 기판(8) 상에 배치하는 방법에 대해서 설명한다. 용액 프로세스란, 용제 가용성을 갖는 유기 반도체 재료, 예를 들면 상기 일반식 (1)로 나타나는 화합물 등을 미리 유기 용제에 용해하고, 얻어진 유기 반도체 재료의 용액을 도포 또는 인쇄한 후에 건조하여 유기 반도체 재료를 소망하는 장소에 배치하는 방법을 말한다. 용액의 도포 또는 인쇄와 건조에 의해 유기 반도체 재료를 배치하는 방법, 즉 용액 프로세스는, 유기 박막 트랜지스터(10B) 제조시의 환경을 진공이나 고온 상태로 할 필요가 없고, 대면적의 유기 박막 트랜지스터(10B)를 저비용으로 제조할 수 있기 때문에, 공업적으로도 유리하다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법으로 소스·드레인 기판(8) 상으로의 유기 반도체 재료의 배치에 용액 프로세스를 이용하는 경우, 초음파 진동 부여의 종료 후의 유기 반도체 재료가 냉각되는 과정에서 유기 반도체 재료의 결정이 재배향하여 결정의 방위가 균일화된다고 생각되기 때문에, 유기 반도체 재료가 용액으로부터 결정화하는 단계에서 결정 배향이 랜덤이라도 좋고, 용액의 도포 또는 인쇄의 후에는, 용액 중에 포함되는 유기 용제를 증발시키는 것만으로 좋다. 그 때문에, 용액의 도포 또는 인쇄의 후에, 결정의 방위를 균일화하기 위해 장시간의 베이킹에 의한 결정 배향 제어나 후처리에 의한 결정의 재배향이라는 프로세스를 실시할 필요가 없다. Next, a method of disposing an organic semiconductor material on the source /
유기 반도체 재료는, 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역(채널)상 또는 그 영역(채널) 외에 있어서의 그 영역(채널) 근방에 배치할 수 있다. 드롭 캐스트법이나 잉크젯법 등과 같은, 용액을 도포 또는 인쇄하는 방법만으로 유기 반도체층을 형성하는 경우에서는, 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역(채널)을 유기 반도체층으로 덮기 위해 유기 반도체 재료의 잉크젯 착탄 정밀도 등의 위치 정밀도를 고려할 필요가 있다. 이에 대하여, 본 방법에 의하면, 유기 반도체 재료를 배치하는 공정에 있어서 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이의 영역(채널)을 유기 반도체 재료로 완전히 덮을 필요가 없고, 도포 또는 인쇄에 사용하는 장치에 높은 위치 정밀도를 요구할 필요가 없다. 유기 반도체 재료를 배치하는 위치는, 유기 반도체 재료의 양에도 따르지만, 양호한 유기 반도체 박막을 얻기 위해서는, 채널 외의 채널 근방에 유기 반도체 재료를 배치하는 것이 바람직하고, 통상, 채널 외에 있어서의 소스 전극(5)으로부터 5㎜ 이하의 범위 내에 유기 반도체 재료를 배치하는 것이 바람직하다. The organic semiconductor material is formed on the region (channel) between the
[반도체층(4)의 형성 및 유기 박막 트랜지스터(10B)의 작성][Formation of
다음으로, 게이트 기판(9)을, 유기 반도체 재료가 그 위에 배치된 소스·드레인 기판(8)에 서로 겹친다. 이와 같이 하여 얻어진 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 유기 반도체 재료를 협지한 것을 사용하여, 유기 반도체 재료에 대하여 게이트 기판(9)을 통하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 에너지를 유기 반도체 재료에 부여한다. 이에 따라, 유기 반도체 재료가 박막화되어 유기 반도체 박막으로 이루어지는 반도체층(4)이 채널로서 형성됨과 동시에, 소스·드레인 기판(8)과 게이트 기판(9)이 압착되어, 유기 박막 트랜지스터(10B)가 완성된다. 가압 및 초음파 진동 부여의 조건으로서, 전술의 유기 반도체 박막의 형성 방법과 동일한 조건을 이용하여 유기 박막 트랜지스터(10B)가 제조된다. 유기 반도체 재료의 성질에 따라서, 발진 시간(용착 시간), 진폭, 가압력 등의 가압 및 초음파 진동 부여의 조건이 최적화된다. 필요에 따라서 기재(1)를 얹는 스테이지(가열 스테이지(26))를 전도 가열 수단(히터(26a) 등)으로 가열함으로써 기재(1)를(유기 반도체 재료를) 전도 가열(스테이지 가열)해도 좋다. 본 발명의 유기 반도체 박막의 형성 방법을 이용한 경우, 종래와 같은 장시간의 베이킹 공정을 필요로 하지 않고, 가압 및 초음파 진동 부여의 조건을 최적화하면, 1초 이하라는 매우 짧은 시간으로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있다. Next, the
다음으로, 유기 반도체 박막으로 이루어지는 반도체층(4)을 형성하는 방법의 일 실시 형태로서, 도 1에 나타내는 초음파 용착기(20)를 이용하여 반도체층(4)을 형성하는 방법을 도 2∼도 6에 기초하여 설명한다. Next, a method of forming the
우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 유기 반도체 재료(7)를 협지한 것을 초음파 용착기(20)의 가열 스테이지(26) 상에 설치한다. 다음으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 혼(24)을 강하시켜 압력을 피처리물에 대하여(즉 유기 반도체 재료(7)에 대하여) 가한다. 다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 압력을 피처리물에 대하여(즉 유기 반도체 재료(7)에 대하여) 가한 상태 그대로, 혼(24)으로부터 게이트 기판(9)을 통하여 유기 반도체 재료(7)에 초음파 진동을 부여함으로써 유기 반도체 재료(7)를 가열한다(유기 반도체 재료(7)에 에너지를 부여한다). 이에 따라, 유기 반도체 재료(7)의 두께가 얇아진다. 다음으로, 도 5에 나타내는 바와 같이, 압력을 피처리물에 대하여(즉 유기 반도체 재료(7)에 대하여) 가한 상태 그대로, 유기 반도체 재료(7)에 대한 초음파 진동의 부여를 종료하여 유기 반도체 재료(7)를 냉각한다. 이에 따라, 본래의 유기 반도체 재료(7)의 두께보다 얇은 유기 반도체 재료의 박막(유기 반도체 박막)이 반도체층(4)으로서 형성된다. 마지막으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 혼(24)을 상승시켜 압력의 인가를 종료함으로써, 유기 박막 트랜지스터(10B)를 완성시킨다. 2, the
일반적으로, 유기 박막 트랜지스터의 동작 특성은, 반도체층의 캐리어 이동도 및 전도도, 절연층의 정전 용량, 소자 구성(소스 전극과 드레인 전극의 사이의 거리, 소스 전극 및 드레인 전극의 폭, 절연층의 두께 등) 등에 의해 결정된다. 높은 캐리어 이동도를 갖는, 유기 반도체 재료로 이루어지는 반도체층(4)을 얻기 위해서는, 유기 반도체 재료가 일정 방향으로 배향 질서를 갖는(결정의 방위가 균일화하여, 보다 많은 결정이 일정 방향으로 배향함) 것이 요구된다. 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법에서는, 초음파 진동 부여의 종료 후의 유기 반도체 재료가 냉각되는 과정에서 유기 반도체 재료의 결정이 재배향하여, 일정 방향으로 배향 질서를 갖는 유기 반도체 재료로 이루어지는 반도체층(4)을 얻을 수 있다. 또한, 2개의 기재(1 및 1')와 2개의 게이트 절연층(3 및 3')을 갖는 유기 박막 트랜지스터(10B)에 있어서, 기재(1 및 1')에 동일한 재료를 이용하고, 또한 게이트 절연층(3 및 3')에 동일한 재료를 이용하면, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 구조를 반도체층(4)을 중심으로 하여 대칭의 샌드위치 구조로 할 수 있다. 그 결과, 상이한 재질에 의한 변형 등의 영향을 받기 어렵고, 높은 굽힘 내성을 갖는 유기 박막 트랜지스터(10B)를 얻는 것이 가능하다. In general, the operating characteristics of the organic thin film transistor are affected by the carrier mobility and conductivity of the semiconductor layer, the capacitance of the insulating layer, the device configuration (the distance between the source electrode and the drain electrode, the width of the source electrode and the drain electrode, Thickness, etc.). In order to obtain the
또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있기 때문에, 진공 증착 프로세스에 의해 유기 반도체 박막을 형성하는 종래의 제조 방법이나, 다른 도포법 또는 인쇄법(용액 프로세스)에 의해 유기 반도체 박막을 형성하는 종래의 제조 방법에 비해, 스루풋이 높고, 매우 저비용으로 대면적 디스플레이 용도의 유기 반도체 디바이스의 제조에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 단시간의 처리로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 점에서, 시트·투·시트 방식이나 롤·투·롤 방식의 제조 방법을 실현하는 것도 가능하다. In addition, since the organic semiconductor device of the present invention can form an organic semiconductor thin film by a short-time process, it is possible to use a conventional manufacturing method for forming an organic semiconductor thin film by a vacuum deposition process, The present invention can be applied to the manufacture of an organic semiconductor device for a large area display with a high throughput and a very low cost as compared with a conventional manufacturing method of forming an organic semiconductor thin film by a solution process (solution process). In addition, the method of manufacturing an organic semiconductor device of the present invention can realize a manufacturing method of a sheet-to-sheet system or a roll-to-roll system in that an organic semiconductor thin film can be formed by a short- .
본 발명의 유기 반도체 디바이스는, 디스플레이의 액티브 매트릭스의 스위칭 소자 등으로서 이용할 수 있다. 디스플레이로서는, 예를 들면 액정 디스플레이, 고분자 분산형 액정 디스플레이, 전기 영동형(泳動型) 디스플레이, 일렉트로루미네선스(EL) 디스플레이, 일렉트로크로믹형 디스플레이, 입자 회전형 디스플레이 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스는, 메모리 회로의 소자, 신호 드라이버 회로의 소자, 신호 처리 회로의 소자 등의, 디지털 소자나 아날로그 소자로서도 이용할 수 있고, 이들 소자를 조합함으로써 IC(집적 회로) 카드나 IC 태그의 제작이 가능하다. 또한, 본 발명의 유기 반도체 디바이스는, 화학 물질 등의 외부 자극에 의해 그 특성에 변화를 일으킬 수 있기 때문에, FET(전계 효과 트랜지스터) 센서로서의 이용도 기대할 수 있다. The organic semiconductor device of the present invention can be used as a switching element of an active matrix of a display or the like. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer dispersed liquid crystal display, an electrophoretic display, an electroluminescence (EL) display, an electrochromic display, a particle rotating display, and the like. The organic semiconductor device of the present invention can also be used as a digital device or an analog device, such as a device of a memory circuit, a device of a signal driver circuit, a device of a signal processing circuit, It is possible to manufacture IC tags. Furthermore, the organic semiconductor device of the present invention can be expected to be used as a FET (Field Effect Transistor) sensor because it can cause a change in its characteristics due to external stimuli such as chemical substances.
(실시예)(Example)
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이들 실시예는 어디까지나 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for the purpose of facilitating understanding of the present invention only, and the present invention is not limited to these examples.
[실시예 1][Example 1]
유기 반도체 재료로서 하기식 (2)(2) as an organic semiconductor material,
로 나타나는 화합물(이하, 「화합물 (2)」라고 칭함)(2,7-디옥틸[1]벤조티에노[3,2-b][1]벤조티오펜)의 고체(융점: 127℃)를, 가열한 금속봉의 선단에 올려놓아 용융 상태로 하고, 금속봉의 선단의 용융 상태의 반도체 재료를 두께 12㎛의 폴리이미드 필름(제품명 「포미란(등록상표) N」, 아라카와카가쿠코교 가부시키가이샤 제조, 폴리이미드 매트릭스 중에 평균 입자경 5㎚의 나노 실리카 입자가 분산한 구조를 갖는 실리카 하이브리드 폴리이미드 필름) 상에 배치했다. 이때의 반도체 재료의 두께는 수 ㎛였다. 그 후, 이 폴리이미드 필름 상에 화합물 (2)를 통하여 다른 1매의 동일한 폴리이미드 필름을 겹쳤다. (Melting point: 127 占 폚) of 2,7-dioctyl [1] benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene) (hereinafter referred to as " Was placed on the tip of the heated metal rod to be melted, and a semiconductor material in a molten state at the tip of the metal rod was laminated on a polyimide film (product name: "POMYRAN (registered trademark)", manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) A silica hybrid polyimide film having a structure in which nanosilica particles having an average particle size of 5 nm were dispersed in a polyimide matrix, manufactured by Taiyo Kagaku Co., Ltd.). The thickness of the semiconductor material at this time was several 占 퐉. Thereafter, another one identical polyimide film was overlapped on the polyimide film through the compound (2).
이와 같이 하여 얻어진 2매의 폴리이미드 필름의 사이에 화합물 (2)를 협지한 것을, 도 2에 나타내는 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 유기 반도체 재료(7)를 협지한 것을 대신하여 피처리물로서 사용하는 것 이외에는, 도 2∼6에 나타내는 제조 방법과 동일하게 하여 유기 반도체 박막을 형성했다. The
즉, 우선, 도 2와 동일하게 하여, 가열 스테이지(26)를 가진 도 1의 초음파 용착기(20)의 일 예인 시판의 초음파 용착기(제품명 「ΣP-30B」의 프레스 본체와 제품명 「ΣG-620B」의 발진기로 구성되는 것, 세이덴샤덴시코교 가부시키가이샤 제조, 최대 진폭(100% 진폭) 25㎛, 진동수(주파수) 28.5㎑, 혼 형상: 사각기둥 형상(모따기), 혼 표면의 크기(처리 면적): 64㎟)에 있어서의 가열 스테이지(26) 상에 피처리물(2매의 폴리이미드 필름의 사이에 화합물 (2)를 협지한 것)을 설치했다. 2, a press body of a commercially available ultrasonic welder (product name "? P-30B ", product name " 裡 G-620B ", which is an example of the
다음으로, 가열 스테이지(26)의 온도(표면 온도)가 100℃가 되도록 가열 스테이지(26)를 히터(26a)로 가열(화합물 (2)를 전도 가열하기 위한 가열)하고, 도 3과 동일하게 하여 혼(24)을 강하시켜 0.15㎫의 압력을 피처리물에 대하여(즉 화합물 (2)에 대하여) 가했다. 그 후, 도 4와 동일하게 하여, 0.15㎫의 압력을 피처리물에 대하여(즉 화합물 (2)에 대하여) 가한 상태 그대로, 초음파 진동의 진폭 25%, 30%, 또는 35%, 초음파 진동의 발진 시간 1초의 조건으로 초음파 용착기를 초음파 발진시킴으로써 화합물 (2)에 초음파 진동을 부여하여 화합물 (2)를 가열했다. Next, the
다음으로, 도 5와 동일하게 하여, 압력을 피처리물에 대하여(즉 유기 반도체 재료에 대하여) 가한 상태 그대로, 초음파 용착기의 초음파 발진을 종료하여 유기 반도체 재료를 냉각함으로써, 본래의 화합물 (2)의 두께보다 얇은 화합물 (2)의 박막(유기 반도체 박막)을 반도체층(4)으로서 형성했다. 마지막으로, 도 6과 동일하게 하여, 혼(24)을 상승시켜 압력의 인가를 종료하고, 유기 반도체 박막을 얻었다. Next, in the same manner as in Fig. 5, the ultrasonic wave oscillation of the ultrasonic welding machine is terminated and the organic semiconductor material is cooled while the pressure is applied to the article to be processed (i.e., to the organic semiconductor material) (Organic semiconductor thin film) of the compound (2) thinner than the thickness of the semiconductor layer (4) was formed as the semiconductor layer (4). Finally, in the same manner as in Fig. 6, the
이때의 유기 반도체 재료(화합물 (2))의 온도의 변화는 도 8에 나타낸 바와 같았다. 이 결과로부터, 초음파 진동의 진폭의 변화에 의해 유기 반도체 재료의 온도의 제어가 가능함과 함께, 초음파 발진의 종료와 함께 신속하게 유기 반도체 재료의 온도가 저하되는 것을 확인했다. The change in the temperature of the organic semiconductor material (compound (2)) at this time was as shown in Fig. From this result, it was confirmed that the temperature of the organic semiconductor material can be controlled by the change of the amplitude of the ultrasonic vibration, and the temperature of the organic semiconductor material is quickly lowered with the end of the ultrasonic oscillation.
이들로부터, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 유기 반도체 재료의 박막화, 즉 유기 반도체 박막의 형성이 가능한 것을 확인했다. 표 1에, 각 진폭 조건에서의 유기 반도체 재료의 최고 도달 온도와, 유기 반도체 재료의 박막화의 유무를 기재했다. 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 조건에 있어서도, 유기 반도체 재료가 박막화되어, 수십 ㎚의 유기 반도체 박막을 형성할 수 있었다. From these, it was confirmed that the organic semiconductor material can be thinned, that is, the organic semiconductor thin film can be formed by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material. Table 1 shows the maximum attained temperature of the organic semiconductor material under each amplitude condition and whether or not the organic semiconductor material is thinned. As can be seen from the results of Table 1, the organic semiconductor material was thinned under any condition, and an organic semiconductor thin film of several tens nm was formed.
또한, 유기 반도체 재료의 온도는, 이하의 방법으로 측정했다. 즉, 폴리이미드 필름 상에 유기 반도체 재료(화합물 (2))를 대신하여 시트형 온도 센서를 배치한 것 이외에는, 전술한 유기 반도체 박막의 형성과 동일한 처리를 행하고, 시트형 온도 센서에 의해 시트형 온도 센서의 온도(2매의 폴리이미드 필름 간의 부분의 온도)의 변화를 측정했다. The temperature of the organic semiconductor material was measured by the following method. That is, the same process as that for forming the organic semiconductor thin film described above was performed, except that the sheet-like temperature sensor was disposed in place of the organic semiconductor material (compound (2)) on the polyimide film, And the change of the temperature (the temperature of the portion between the two polyimide films) was measured.
[실시예 2][Example 2]
본 실시예에서는, 도 7(b)에 나타내는 유기 박막 트랜지스터(10B)의 일 예를 제작했다. 우선, 기재(1')로서의 두께 12㎛의 폴리이미드 필름(제품명 「포미란(등록상표) N」) 상에 게이트 절연층(3')으로서의 「파릴렌(등록상표) C」(니혼파릴렌고도가이샤 제조)를 900㎚의 두께로 성막하고, 그 파릴렌막의 상부에 채널 길이 20㎛, 채널 폭 5㎜의 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로서 금 전극을 형성하여, 소스·드레인 기판(8)을 얻었다. 한편, 기재(1)로서의 두께 12㎛의 폴리이미드 필름(제품명 「포미란(등록상표) N」) 상에 게이트 전극(2)으로서 금 전극을 형성하고, 그 금 전극의 상부에 게이트 절연층(3)으로서의 파릴렌을 900㎚의 두께로 성막하여, 게이트 기판(9)을 얻었다. In this embodiment, an example of the organic
다음으로, 도 9에 나타내는 바와 같이, 소스·드레인 기판(8) 상에 있어서의, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)(그리고 그들의 사이의 영역)으로부터 소스·드레인 기판(8)의 단측(도 9에 있어서의 우 단측)으로 약 200㎛ 떨어진 위치에, 유기 반도체 재료로서의 화합물 (2)의 고체(융점: 127℃)를 배치했다. 다음으로, 화합물 (2)의 고체가 그 위에 배치된 소스·드레인 기판(8) 상에 게이트 기판(9)을 겹쳤다. Next, as shown in Fig. 9, the distance from the
다음으로, 이와 같이 하여 얻어진 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 화합물 (2)를 협지한 것을, 실시예 1에 있어서의 2매의 폴리이미드 필름의 사이에 화합물 (2)를 협지한 것을 대신하여 피처리물로서 사용하고, 가열 스테이지의 온도를 95℃로 변경하고, 초음파 진동의 진폭을 45%로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1에 있어서의 유기 반도체 박막의 형성 방법과 동일하게 하여, 화합물 (2)로 이루어지는 유기 반도체 박막을 형성했다. 이때, 유기 반도체 재료의 최고 도달 온도는 230℃였다. Next, the
도 9∼도 11은, 실시예 2에 있어서의 유기 반도체 재료의 변화를 편광 현미경으로 관찰한 결과를 나타내는 것이다. 도 9는, 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 유기 반도체 재료(화합물 (2))를 협지한 것을 가열 스테이지(26) 상에 배치한 시점에 있어서의 유기 반도체 재료의 모양을 나타내는 것이다. 도 10은, 유기 반도체 재료를 100℃의 가열 스테이지(26)로 가열한 후에 있어서의 유기 반도체 재료의 모양을 나타내는 것이다. 도 11은, 초음파 진동의 부여 및 압력의 부여를 종료한 후에 초음파 용착기로부터 꺼낸 시료(소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 유기 반도체 박막이 형성된 것)에 있어서의 유기 반도체 재료의 모양을 편광 현미경으로 확인한 결과를 나타내는 것이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 유기 반도체 박막으로 이루어지는 반도체층(4)이 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)(중앙의 2개의 종선)의 사이에 형성되어 있고, 유기 박막 트랜지스터(10B)를 제작할 수 있었던 것을 알았다. Figs. 9 to 11 show the results of observing changes in the organic semiconductor material in Example 2 with a polarization microscope. 9 shows a state in which the organic semiconductor material (compound (2)) sandwiched between the source /
다음으로, 실시예 2로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 반도체 특성을 측정했다. 유기 박막 트랜지스터(10B)의 게이트 전압의 인가 및 게이트 전류의 측정을, KEITHLEY 2635A SYSTEM Source Meter를 사용하여 행하고, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 소스·드레인 전압의 인가 및 드레인 전류의 측정을, KEITHLEY 6430 SUBFEMTO AMP REMOTE Source Meter를 사용하여 행했다. 유기 박막 트랜지스터(10B)의 드레인 전압을 -30V로 하고, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 게이트 전압 Vg를 30∼-30V로 변화시킨 조건으로, 유기 박막 트랜지스터(10B)의 전류-전압 특성을 측정했다. 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 전류-전압 특성으로부터 유기 박막 트랜지스터(10B)의 이동도 및 문턱값 전압을 산출했다. 산출된 이동도는 0.038㎠/V·s, 산출된 문턱값 전압은 1.2V이고, 반도체층(4)이 p형 반도체의 특성을 갖는 유기 박막 트랜지스터(10B)가 얻어졌다. Next, the semiconductor characteristics of the organic
또한, 게이트 절연층(3 및 3')에 사용한 두께 900㎚의 파릴렌막의, 가압 및 초음파 진동 부여에 대한 내성을 확인하기 위해, 본 실시예에 있어서의 유기 반도체 박막의 형성시와 동일한 조건으로 초음파 용착기에 의한 가압 및 초음파 진동 부여의 처리를 파릴렌막에 대하여 행했다. 그 결과, 처리 전후로 누설 전류 밀도에 실질적인 변화는 보이지 않고, 초음파 용착기에 의한 가압 및 초음파 진동 부여에 의해 파릴렌막의 절연 특성이 열화하지 않는 것이 확인되었다. In order to confirm resistance of the parylene film having a thickness of 900 nm used for the
[실시예 3][Example 3]
실시예 2의 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)에 대하여, 가압 및 초음파 진동 부여의 전에 펜타플루오로티오페놀을 이용하여 전극 처리를 행한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여, 유기 박막 트랜지스터(10B)를 얻었다. 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 이동도 및 문턱값 전압을 실시예 2에 있어서의 측정 방법과 동일하게 하여 측정하고, 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 이동도 및 문턱값 전압을 산출했다. 이동도 및 문턱값 전압의 산출 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 반도체층(4)은 p형 반도체의 특성을 나타냈다. The same procedures as in Example 2 were carried out except that the
[실시예 4][Example 4]
실시예 3의 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)의 채널 길이를 100㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여, 유기 박막 트랜지스터(10B)를 얻었다. 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 반도체 특성을 실시예 2에 있어서의 측정 방법과 동일하게 하여 측정하고, 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 이동도 및 문턱값 전압을 산출했다. 이동도 및 문턱값 전압의 산출 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시예로 얻어진 유기 박막 트랜지스터(10B)의 반도체층(4)은 p형 반도체의 특성을 나타냈다. An organic
[실시예 5][Example 5]
잉크젯 장치(후지필름 가부시키가이샤 제조, 형번(型番) 「DMP-2831」)를 이용하여 두께 12㎛의 폴리이미드 필름(제품명 「포미란(등록상표) N」) 상에 화합물 (2)의 2중량% 테트라하이드로나프탈렌 용액으로 이루어지는 유기 반도체 재료를 인쇄하고, 용액을 자연 건조시켜 용제(테트라하이드로나프탈렌)를 제거함으로써, 유기 반도체 재료를 폴리이미드 필름 상에 배치했다. 도 12에 나타내는 바와 같이 인쇄 직후의 유기 반도체층(유기 반도체 재료의 층)의 형상은 요철이 심하고, 유기 반도체층의 막두께는 최대로 450㎚였다. 그 후, 이 폴리이미드 필름 상에 유기 반도체 재료(화합물 (2))를 통하여 다른 1매의 동일한 폴리이미드 필름을 겹쳤다. (2) of Compound (2) was laminated on a polyimide film (trade name: "POMILAN (registered trademark)") having a thickness of 12 μm using an inkjet apparatus (model No. DMP-2831 manufactured by Fuji Film Co., An organic semiconductor material was disposed on the polyimide film by printing an organic semiconductor material composed of a weight% tetrahydronaphthalene solution and naturally drying the solution to remove the solvent (tetrahydronaphthalene). As shown in Fig. 12, the shape of the organic semiconductor layer (the layer of the organic semiconductor material) immediately after printing was highly irregular, and the film thickness of the organic semiconductor layer was 450 nm at the maximum. Thereafter, another one identical polyimide film was overlapped on the polyimide film through the organic semiconductor material (compound (2)).
다음으로, 가열 스테이지(26)의 온도(표면 온도) 100℃, 피처리물(유기 반도체 재료)에 대한 압력 0.15㎫, 초음파 진동의 진폭 50%, 초음파 진동의 발진 시간 1초의 조건으로 실시예 1과 동일하게 하여 초음파 용착기를 초음파 발진시켰다. 유기 반도체 재료(화합물 (2))의 최고 도달 온도는 180℃이고, 초음파 용착 처리 후는 도 13에 나타내는 바와 같은 유기 반도체 박막이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Next, the temperature of the heating stage 26 (surface temperature) was 100 ° C, the pressure of the object (organic semiconductor material) was 0.15 MPa, the amplitude of the ultrasonic vibration was 50%, and the oscillation time of the ultrasonic vibration was 1 second. The ultrasonic welder was ultrasonically oscillated. It was confirmed that the maximum reaching temperature of the organic semiconductor material (compound (2)) was 180 캜, and after the ultrasonic welding treatment, the organic semiconductor thin film shown in Fig. 13 was formed.
[실시예 6][Example 6]
실시예 2에서 사용한 소스·드레인 기판(8)의 소스 전극(5)과 드레인 전극(6)의 사이에 실시예 5에서 사용한 잉크젯 장치를 이용하여 화합물 (2)의 2중량% 테트라하이드로나프탈렌 용액으로 이루어지는 유기 반도체 재료를 인쇄하고, 용액을 자연 건조시켜 용제(테트라하이드로나프탈렌)를 제거했다. 유기 반도체 재료의 인쇄에 의해 소스 전극(5)을 따라 직선 형상의 패턴을 묘화(描畵)했지만, 용액의 건조에 수반하여, 채널 내에서 유기 반도체층(유기 반도체 재료의 층)이 분단 되어, 불연속의 유기 반도체층이 되었다(도 14). 그 후, 이 소스·드레인 기판(8) 상에 유기 반도체 재료(화합물 (2))를 통하여 실시예 2에서 사용한 게이트 기판(9)을 겹쳐 유기 반도체 재료를 소스·드레인 기판(8)과 게이트 기판(9)의 사이에 협지하고, 실시예 5와 동일한 조건으로 초음파 용착기를 초음파 발진시켜, 유기 반도체 박막을 얻었다. 이에 따라, 유기 박막 트랜지스터(10B)가 얻어졌다. 얻어진 유기 반도체 박막의 편광 현미경상(像)을 도 15에 나타냈다. 이 상으로부터, 초음파 용착 처리에 의해 균일한 채널을 갖는 유기 반도체 박막이 얻어진 것을 확인했다. A 2 wt% solution of the compound (2) in tetrahydro-naphthalene was added between the
[비교예 1][Comparative Example 1]
우선, 실시예 2와 동일하게 하여 소스·드레인 기판(8) 및 게이트 기판(9)의 사이에 화합물 (2)를 협지한 것을 피처리물로서 얻었다. 다음으로, 비특허문헌(Physica Status Solidi A, Volume 210, Issue 7, p.1353-1357(2013))에 따라, 피처리물에 대하여, 최고 도달 온도 125℃, 압력 1.6㎫의 조건으로 열 프레스법(상기 비특허문헌의 Fig. 1(b))에 의해 화합물 (2)를 박막화했다. 박막화에 걸리는 시간은 2분간이었다. 박막화 후, 냉각 속도 1.5℃/min으로 피처리물을 냉각함으로써, 실시예 2와 동일한(단 반도체 특성은 실시예 2와 상이함) 비교용의 유기 박막 트랜지스터를 얻을 수 있었다. First, the
얻어진 비교용의 유기 박막 트랜지스터의 반도체 특성을 실시예 2와 동일하게 측정한 결과, 비교용의 유기 박막 트랜지스터의 이동도는 0.052㎠/Vs, 문턱값 전압은 -15.8V이고, 실시예 2의 유기 박막 트랜지스터(10B)의 반도체 특성과 거의 동등했다. 그러나, 본 비교예에서는, 박막화에 걸리는 시간(택트 타임)은, 전술한 바와 같이 2분간이고, 실시예 2에 있어서의 박막화에 걸리는 시간(1초간)에 비해 크게 뒤떨어져 있고, 박막화에 필요한 압력도, 전술한 바와 같이 1.6㎫이고, 실시예 2에 있어서의 박막화에 필요한 압력(0.15㎫)에 비해 크게 뒤떨어져 있었다. The semiconductor characteristics of the obtained organic thin film transistor for comparison were measured in the same manner as in Example 2. As a result, the mobility of the organic thin film transistor for comparison was 0.052
각 실시예에 기재한 결과로부터, 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 유기 반도체 재료를 박막화하는 방법으로 유기 반도체 박막을 형성할 수 있는 것뿐만 아니라, 이 방법을 이용하여 제작한 유기 반도체 디바이스는 높은 반도체 특성을 갖는 것이 나타났다. 또한, 유기 반도체 박막을 형성할 때에는, 진공 증착법이나, 결정 성장을 위한 번잡하고 정치한 프로세스 제어를 행할 필요가 없고, 매우 단시간으로 유기 반도체 박막을 형성 가능하다는 것이 확인되었다. 따라서, 각 실시예의 유기 반도체 디바이스의 제조 방법은, 고스루풋의 제조 방법인 것이 확인되었다. From the results described in each of the Examples, not only is it possible to form an organic semiconductor thin film by thinning an organic semiconductor material by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material, Organic semiconductor devices have been found to have high semiconductor properties. Further, it has been confirmed that when forming the organic semiconductor thin film, it is not necessary to carry out complicated and stationary process control for the vacuum deposition or crystal growth, and the organic semiconductor thin film can be formed in a very short time. Therefore, it was confirmed that the manufacturing method of the organic semiconductor device of each of the embodiments is a manufacturing method of high throughput.
1, 1' : 기재
2 : 게이트 전극
3, 3' : 게이트 절연층(절연층)
4 : 반도체층(유기 반도체 박막)
5 : 소스 전극
6 : 드레인 전극
7 : 유기 반도체 재료
8 : 소스·드레인 기판
9 : 게이트 기판
10A : 유기 박막 트랜지스터(유기 반도체 디바이스)
10B : 유기 박막 트랜지스터
20 : 초음파 용착기
21 : 초음파 발진기
22 : 초음파 진동자
23 : 부스터
24 : 혼
25 : 가압 기구
26 : 가열 스테이지
26a : 히터1, 1 ': substrate
2: gate electrode
3, 3 ': Gate insulating layer (insulating layer)
4: semiconductor layer (organic semiconductor thin film)
5: source electrode
6: drain electrode
7: Organic semiconductor material
8: source / drain substrate
9: gate substrate
10A: organic thin film transistor (organic semiconductor device)
10B: organic thin film transistor
20: Ultrasonic welder
21: Ultrasonic Oscillator
22: Ultrasonic vibrator
23: Booster
24: Hon
25: Pressurizing device
26: Heating stage
26a: Heater
Claims (11)
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 유기 반도체 재료를 박막화하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 박막의 형성 방법. A method of forming an organic semiconductor thin film comprising an organic semiconductor material,
Wherein the organic semiconductor material is thinned by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material.
유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여함으로써 고상(固相)의 유기 반도체 재료를 상 전이시킨 후에 유기 반도체 재료를 재결정화함으로써, 유기 반도체 재료를 박막화하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 박막의 형성 방법. The method according to claim 1,
Characterized in that the organic semiconductor material is thinned by recrystallizing the organic semiconductor material after phase transition of the solid phase organic semiconductor material by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material / RTI >
유기 반도체 재료에 대한 초음파 진동의 부여와 동시에 유기 반도체 재료를 전도 가열하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 박막의 형성 방법. 3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the organic semiconductor material is subjected to conduction heating simultaneously with application of ultrasonic vibration to the organic semiconductor material.
한 쌍의 기재의 사이에 끼워진 유기 반도체 재료에 대하여 압력을 가하면서 초음파 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 박막의 형성 방법. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein ultrasonic vibration is applied while applying pressure to the organic semiconductor material sandwiched between the pair of substrates.
상기 한 쌍의 기재가, 수지 필름인 것을 특징으로 하는 유기 반도체 박막의 형성 방법. 5. The method of claim 4,
Wherein the pair of substrates is a resin film.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 형성 방법으로 유기 반도체 박막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법. A method of manufacturing an organic semiconductor device comprising an organic semiconductor thin film,
A method for manufacturing an organic semiconductor device, characterized by forming an organic semiconductor thin film by the forming method according to any one of claims 1 to 5.
상기 유기 반도체 디바이스가, 유기 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법. The method according to claim 6,
Wherein the organic semiconductor device is an organic thin film transistor.
상기 유기 박막 트랜지스터가, 서로 이간하도록 배치된 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 배치된 유기 반도체 재료로 이루어지는 유기 반도체 박막을 포함하는 반도체층과, 상기 반도체층에 대향하도록 배치된 게이트 전극과, 상기 반도체층과 상기 게이트 전극의 사이에 배치된 절연층을 기재 상에 구비하는 유기 전계 효과 트랜지스터이고,
상기 제조 방법은,
유기 반도체 박막의 형성 전에, 상기 기재 상에 유기 반도체 재료를 배치하는 배치 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the organic thin film transistor comprises: a semiconductor layer including a source electrode and a drain electrode arranged to be spaced apart from each other; and an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material disposed between the source electrode and the drain electrode; And an insulating layer disposed between the semiconductor layer and the gate electrode, the organic field effect transistor comprising:
In the above manufacturing method,
And a disposing step of disposing an organic semiconductor material on the substrate before forming the organic semiconductor thin film.
상기 배치 공정에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 그 위에 배치된 상기 기재에 대하여, 유기 반도체 재료를 고체 상태 또는 용융 상태로 상기 기재 상에 있어서의, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이의 영역 또는 그의 근방에 배치하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법. 9. The method of claim 8,
In the arranging step, the organic semiconductor material may be formed in a region between the source electrode and the drain electrode on the substrate in a solid state or in a molten state with respect to the substrate on which the source electrode and the drain electrode are disposed, Wherein the organic semiconductor layer is disposed in the vicinity thereof.
상기 배치 공정에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 그 위에 배치된 상기 기재에 대하여, 유기 반도체 재료를 함유하는 용액을 상기 기재 상에 도포한 후, 건조시킴으로써 상기 기재 상에 있어서의, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이의 영역 또는 그의 근방에 유기 반도체 재료를 배치하는 것을 특징으로 하는 유기 반도체 디바이스의 제조 방법. 9. The method of claim 8,
In the arranging step, a solution containing the organic semiconductor material is applied to the substrate on which the source electrode and the drain electrode are disposed, and then the substrate is dried to form the source electrode and the drain electrode, Wherein an organic semiconductor material is disposed in a region between or in the vicinity of the drain electrode.
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