TW201324887A - 電晶體之製造方法及電晶體 - Google Patents

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Abstract

電晶體之製造方法具有以下步驟：形成載持無電解鍍敷用觸媒之基底膜；於基底膜之上形成具有與源極、汲極電極對應之開口部的光阻層；於開口部內之基底膜載持無電解鍍敷用觸媒，且進行第1無電解鍍敷；除去光阻層；於藉由第1無電解鍍敷所形成之電極之表面進行第2無電解鍍敷，形成源極、汲極電極；及，形成與源極、汲極電極相對之面接觸的半導體層；且，第2無電解鍍敷中使用之材料的功函數、與半導體層之材料中之用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於第1無電解鍍敷中使用之材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。

Description

電晶體之製造方法及電晶體
本發明係關於一種電晶體之製造方法及電晶體。
本申請案係基於2011年8月15日申請之日本專利特願2011-177424號而主張優先權，且將其內容沿用於本文中。
有機電晶體係可於比先前之無機矽薄膜之電晶體低的溫度下製作，且具有以下等優點：藉由形成於使用樹脂材料之可撓性基板上，可成為具可撓性之有機電晶體；廉價且能由適於大型化之溶液製程形成。因此，作為新一代的可撓性電子學之核心而得到廣泛研究。
有機薄膜電晶體之構造可大致分為底部接觸型及頂部接觸型。其中，底部接觸型有機薄膜電晶體係於預先形成有電路圖案之基板上形成有機半導體層，因此，具有不會因隨電極形成所產生之物理、化學性應力(stress)而使有機半導體層劣化的優點。
另一方面，於底部接觸型有機薄膜電晶體中，會因構成電極之金屬材料的功函數、與有機半導體之HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital：最高佔有軌道)(或LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital：最低非佔有軌道))位準之差，而使有機半導體與金屬配線之間產生接觸電阻(肖特基電阻)，因此存在特性比頂部接觸 型有機薄膜電晶體更加劣化的問題。
當利用蒸鍍或濺鍍等來將金配線形成於絕緣層上時，作為密合層需要鈦層或鉻層，但因鈦或鉻之功函數小，故而存在對於稠五苯等有機半導體之電荷注入性降低之問題。為了解決該問題，於非專利文獻1中，提出如下構成：於源極、汲極電極，採用對於有機半導體之電荷注入性良好的金屬氧化物之層與金屬層的積層構造，以降低電極層-有機半導體層間之電荷注入障壁。
而且，於非專利文獻2中，揭示有以下TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)：利用十一烷硫醇(DT)、全氟十一烷硫醇(PFDT)、全氟己烷硫醇(PFHT)等SAMs(自組化單分子膜)來對Au(金)電極進行處理而改變功函數，從而改善了來自電極的電荷注入。
[非專利文獻1]D.Kumaki.Appl.Phys.Lett.,92,013301(2008).
[非專利文獻2]P.Marmont等人，Organic Electronics(2008)，doi：10.1016/j.orgel.2008.01.004
然而，上述之方法中，於形成金屬氧化物之層時係使用真空製程、或使用高價的SAMs材料，因此，不適合基板之大型化或電晶體之量產化。
本發明之態樣的目的之一係在於提供一種降低了有機半導體與電極之間的接觸電阻、且生產性良好的電晶體之 製造方法。而且，其又一目的在於提供一種降低了有機半導體與電極之間的接觸電阻、且生產性良好的電晶體。
本發明之態樣之電晶體之製造方法之特徵在於，具有以下步驟：形成載持無電解鍍敷用觸媒的基底膜；於上述基底膜之上形成具有與源極電極及汲極電極對應之開口部的光阻層；於上述開口部內之上述基底膜上載持上述無電解鍍敷用觸媒，進行第1無電解鍍敷；除去上述光阻層；於藉由上述第1無電解鍍敷所形成之電極的表面上進行第2無電解鍍敷，形成源極電極及汲極電極；及，形成接觸於上述源極電極與汲極電極相對之面的半導體層；且上述第2無電解鍍敷中使用之金屬材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1無電解鍍敷中使用之金屬材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
此處，所謂「半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準」，當半導體層為p型半導體時為HOMO的能量位準，當半導體層為n型半導體時為LUMO的能量位準。
而且，本發明之態樣之電晶體之特徵在於，具備：源極電極及汲極電極、閘極電極，其對應於上述源極電極及上述汲極電極之間的通道而設置、及半導體層，其設置成接觸於上述源極電極及上述汲極電極相對之面；且 上述源極電極具有第1電極與設置於上述第1電極表面的至少一部分的第2電極，上述汲極電極具有第3電極與設置於上述第3電極表面的至少一部分的第4電極，上述第2電極之形成材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1電極之形成材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差，上述第4電極之形成材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第3電極之形成材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
根據本發明之態樣，可提供一種降低了有機半導體與電極之間的接觸電阻、且生產性良好的有機電晶體之製造方法。
以下，參照圖1~圖7B，對於本實施形態之有機電晶體之製造方法進行說明。再者，以下的所有圖式中，為了便於看清圖式，適當地改變各構成要素的尺寸或比率等。
圖1係表示利用本實施形態之有機電晶體之製造方法所製造的有機電晶體1的概略剖面圖。有機電晶體1係所謂底部接觸型有機薄膜電晶體。
有機電晶體1包括基板2、母鍍敷層3、13、無電解鍍敷用觸媒5、15、閘極電極6、源極電極16、汲極電極17、 及有機半導體層20。母鍍敷層(基底膜)13係作為使閘極電極6與源極電極16或汲極電極17絕緣的絕緣層而發揮功能。
基板2可使用具透光性者及不具透光性者中之任一種。可使用例如，玻璃、石英玻璃、氮化矽等無機物，或丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)或PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)等聚酯樹脂等有機高分子(樹脂)等。
該等基板2之材料不會與經過無電解鍍敷之後所形成的金屬製之鍍敷皮膜形成金屬鍵。因此，於本實施形態中，將該等材料作為難以直接形成鍍敷皮膜、且容易剝離已形成之鍍敷皮膜的難鍍型性材料進行處理。因同樣的理由，只要為容易剝離鍍敷皮膜的材料，例如上述材料的複合材料等亦可同樣用作基板2之形成材料。
母鍍敷層3係覆蓋於基板2之一主面的整個面而形成。母鍍敷層3具有平均粒徑例如為約100 nm、90 nm、80 nm、70 nm、60 nm、50 nm、40 nm、30 nm、20 nm、或10 nm以下的氧化鋁粒子。作為氧化鋁粒子，只要平均粒徑為約100 nm以下，則可採用粒狀、棒狀、羽毛狀等形狀。此處，所謂「平均粒徑」係指，可將動態光散射法等公知之方法作為測定原理，且採用體積平均粒徑、面積平均粒徑、累積中位徑(Median徑)等而求出的值。而且，當氧化鋁粒子具有棒狀或羽毛狀等特異的形狀時，一粒子中的最大徑(長方向上的大小)為上述平均粒徑，一粒子中的短方 向上的大小表現出小於上述平均粒徑的值。
而且，母鍍敷層3具有使上述氧化鋁粒子分散的黏合劑(基材)。作為黏合劑材料，可使用光硬化性樹脂，尤其適宜使用紫外線硬化性樹脂。作為此種樹脂材料，可列舉環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯酸氨基甲酸酯樹脂、苯酚樹脂、烯-硫醇樹脂、聚矽氧烷等。以下之說明中，對於使用紫外線硬化性樹脂作為母鍍敷層3之黏合劑的情況進行說明。
觸媒(無電解鍍敷用觸媒)5係選擇性地設置於母鍍敷層3的表面的一部分。觸媒5係將無電解鍍敷用鍍敷液中所含之金屬離子還原的觸媒，可較佳地列舉金屬鈀。
閘極電極6係形成於觸媒5之表面上的金屬配線，如下文所述係由經過無電解鍍敷而析出於觸媒5之表面上的金屬而形成。作為閘極電極6的材料，可列舉鎳-磷(NiP)、或銅(Cu)。
母鍍敷層13覆蓋於閘極電極6，且選擇性地設置於母鍍敷層3的表面上。作為絕緣層而發揮功能之母鍍敷層13係以例如幾百nm程度之厚度形成。作為母鍍敷層13之形成材料，可使用與上述母鍍敷層3相同者。母鍍敷層3與母鍍敷層13中所含之氧化鋁粒子或黏合劑的種類可相同，亦可不同。於以下的說明中，係對於母鍍敷層3、13僅厚度不同，包含相同的氧化鋁粒子，且使用紫外線硬化性樹脂作為黏合劑的情況進行說明。
觸媒(無電解鍍敷用觸媒)15係選擇性地設置於母鍍 敷層13的表面的一部分。作為觸媒15之形成材料，可使用與上述觸媒5相同者。
源極電極16及汲極電極17係形成於觸媒15之表面上的金屬配線。源極電極16包括第1電極161、及覆蓋於第1電極之表面上的第2電極162。同樣，汲極電極17包括第3電極171、及覆蓋於第3電極之表面上的第4電極172。
與上述閘極電極6同樣，第1電極161及第3電極171係藉由無電解鍍敷而形成的金屬配線。作為第1電極161、第3電極171的材料，可列舉鎳-磷(NiP)、或銅(Cu)。本實施形態中，對於使用鎳-磷(功函數：5.5 eV)作為第1電極161、第3電極171之形成材料的情況進行說明。
第2電極162及第4電極172係覆蓋於第1電極161、第3電極171之未接觸於觸媒15的整個表面而形成的金屬鍍敷層。亦即，於源極電極16及汲極電極17上，第2電極162、第4電極172係以分別覆蓋於相對之側面16a、17a(對向之面)的方式而設置。
作為第2電極162及第4電極172之形成材料，考慮到後述之有機半導體層20之形成材料的HOMO/LUMO位準的關係，使用具有電子移動(或電洞移動)較容易的功函數的金屬材料。本實施形態中，對於使用金(功函數：5.4 eV)作為第2電極162、第4電極172之形成材料的情況進行說明。
有機半導體層20係於源極電極16及汲極電極17之間設在母鍍敷層13的表面上，且以接觸於源極電極16及汲 極電極17之方式形成。詳細而言，有機半導體層20係設置成接觸於源極電極16的側面16a、及汲極電極17的側面17a，且與第2電極162、第4電極172接觸。
作為有機半導體層20之形成材料，可使用通常知悉的有機半導體材料。例如，酞菁銅(CuPc)、稠五苯(pentacene)、紅螢烯(rubrene)、四(tetracene)、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，聚(3-己基噻吩-2,5-二基))等p型半導體，或如C60之富勒烯類、PTCDI-C8H(N,N’-dioctyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide，N,N’-二辛基-3,4,9,10-苝四羧二醯亞胺)等苝衍生物等之n型半導體。其中，TIPS稠五苯(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene，6,13-雙(三異丙基矽烷基乙炔基)稠五苯)等可溶性稠五苯、或P3HT等有機半導體聚合物係可溶於甲苯等有機溶劑，且可於濕式步驟中形成有機半導體層20，故而較佳。本實施形態中，對於使用TIPS稠五苯(HOMO位準：5.2 eV)作為有機半導體層20之形成材料的情況進行說明。
於此種有機電晶體1中，在源極電極16及汲極電極17的表面上形成有第2電極162、第4電極172，因此當驅動時有機半導體層20與源極電極16(或有機半導體層20與汲極電極17)之間容易流通電流，從而可良好地驅動。
圖2A、圖2B係表示有機電晶體之驅動狀況的模式圖，圖2A係表示除了不具有第2電極以外、其他構成均與有機電晶體1相同的有機電晶體1x的圖，圖2B係表示利用本 實施形態之製造方法製造之有機電晶體1的圖。
首先，如圖2A所示之有機電晶體1x，若構成為不具有第2電極，則有機半導體層20之HOMO與第1電極161之功函數之間的帶隙(能量位準差)較大，因此，會產生肖特基電阻，難有電流流動。因此，容易形成例如圖中由箭頭A表示的、在高電阻的有機半導體層20上流通之電流的流動，從而難以確保良好的導通。
對此，如圖2B所示，有機電晶體1上，若施加未圖示的閘極電極，則於有機半導體層20上之與母鍍敷層13之界面附近，形成厚度為幾nm的通道區域AR，從而可使源極電極16與未圖示之汲極電極之間導通。此時，於源極電極16的表面，係使用具有與第1電極161相比其與有機半導體層20之形成材料之間更容易進行電子移動(與有機半導體層20的HOMO的能量位準差小)之功函數的金屬材料而形成有第2電極162，使肖特基電阻降低，因此，電流可經由第1電極161及第2電極162而良好地流入通道區域AR。圖中，使用箭頭B表示電流的流動。因此，可實現高性能的有機電晶體1。
利用本實施形態之製造方法所製造之有機電晶體1成為以上構成。
以下，使用圖3A~7B對上述有機電晶體1之製造方法進行說明。
首先，如圖3A所示，將使上述氧化鋁離子均勻地分散於上述透明樹脂之前驅物中的塗佈液，塗佈於基板2的表 面上，形成塗膜3A。作為塗佈之方法，可列舉旋轉塗佈、浸漬塗佈、噴塗、輥塗、刷毛塗佈、快乾印刷(flexographic printing)或網版印刷等印刷法等普遍知曉的方法。
作為塗佈液之溶劑，適宜使用極性溶劑。作為可使用之溶劑，可列舉例如：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇(isopropyl alcohol、IPA)等醇類；丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)等醚類；甲苯等芳香族碳水化合物；乙腈等腈類；乙酸酯等酯類。
當選擇紫外線硬化性樹脂作為透明樹脂時，亦可於塗佈液中添加少量的光聚合起始劑。
接著，如圖3B所示，可藉由進行加熱或光(紫外線)照射中之一者或兩者而使前驅物硬化，從而形成母鍍敷層3。
若塗佈液中所含之氧化鋁粒子的粒徑為100 nm以下，則因小於可見光區域之光的波長，而幾乎未發現因氧化鋁粒子引起之可見光的散射，母鍍敷層3表現出高透光率。因此，當使用採用具透光性之材料的基板2時，藉由將塗佈液塗佈於基板2的整個面上而形成母鍍敷層3，可維持基板2的透光率。
而且，當氧化鋁粒子的粒徑更小時(例如20 nm左右)，可將氧化鋁粒子相對於黏合劑的濃度(氧化鋁含量)抑制在5體積%左右，藉此，可降低母鍍敷層3的表面粗糙度，作成平滑的母鍍敷層3。從而，可使覆蓋於形成在母鍍敷層3之上部的閘極電極的絕緣層薄壁化，從而可製造出具有高 特性的電晶體。
若使用紫外線硬化性樹脂作為使氧化鋁粒子分散之黏合劑，則可於常溫下進行前驅物之硬化的步驟，因此不容易包含殘留應力。因此，例如於使用彈性率較低的材料作為基板2的情況下、或使用能捲成輥狀的較薄者的情況下，能抑制因殘留應力而產生變形的不良狀況，故而較佳。
再者，當使用紫外線硬化性樹脂時，亦可於紫外線照射之硬化反應後進行固定時間之加熱，使反應完結(所謂後烘烤)。此時，因前驅物之大部分於後烘烤之前已硬化，故而，不容易產生殘留應力，可享受使用紫外線硬化性樹脂之優點。
接著，如圖4A所示，於母鍍敷層3上塗佈光阻材料，對其進行預烘烤而形成未圖案化的光阻層4A。作為光阻材料，此時使用正型光阻劑。
之後，經由光罩M1而對光阻層4A照射紫外線L，藉此使光阻層4A曝光，該光罩M1係於與金屬配線之形成區域對應之位置上設有開口部Ma、而於未形成金屬配線之區域設有遮光部Mb。
接著，如圖4B所示，利用溶解經紫外線照射之光阻層的顯影液進行顯影，藉此形成設有開口部4a之光阻層4。
接著，如圖4C所示，向露出於光阻層4上所形成之開口部4a的母鍍敷層3，賦予無電解鍍敷中使用之觸媒5。具體而言，塗佈2價鈀鹽與2價錫(Sn)鹽之膠體溶液，之後浸漬於被稱作促進劑之酸或鹼性溶液中，將鈀還原為0 價，藉此賦予由金屬鈀構成之觸媒5。
此時，母鍍敷層3包含具有極微細的凹凸之氧化鋁粒子，因此認為，該極微細的凹凸上附著有作為鍍敷之觸媒的金屬鈀。藉此，認為母鍍敷層3與觸媒5之界面的結合變得牢固。
接著，如圖4D所示，藉由浸漬於無電解鍍敷液中，可於觸媒5的表面使溶解於無電解鍍敷液中之金屬離子還原且析出，從而於開口部4a內選擇性地形成閘極配線6。
接著，如圖4E所示，於殘留之光阻層之整個面上曝光紫外線之後，利用通常知曉之顯影液除去光阻層。如此，形成閘極配線6。
接著，如圖5A所示，將使上述氧化鋁粒子均勻地分散於上述透明樹脂之前驅物中的塗佈液，覆蓋於閘極配線6上而塗佈於母鍍敷層3的表面上。作為塗佈之方法，可使用上述方法。
作為塗佈液之溶劑，適宜使用與上述塗膜3A之塗佈液相同的極性溶劑。而且，於塗佈液中，藉由改變濃度或溶劑的種類，可調整塗佈液整體之黏度，控制塗佈液之塗膜13A的膜厚。亦即，藉由適當地選擇塗佈液的濃度或溶劑的種類，可控制由塗膜13A形成之母鍍敷層的層厚。
例如，若塗佈液中所含之氧化鋁粒子的濃度增高，則塗佈液之黏度會上升，因此，可較厚地塗佈塗佈液。
而且，作為塗佈液之溶劑，若自多種溶劑之中選擇黏度相對較高者，則可作為適於厚塗之塗佈液，因此，容易 使塗膜13A變厚；若選擇黏度相對較低者，則可作為適於薄塗之塗佈液，因此，容易使塗膜13A變薄。
進而，若著眼於塗佈液之溶劑的沸點，則沸點低的溶劑之黏度多比較低，而沸點高的溶劑之黏度多比較高，因此，亦可著眼於沸點而選擇溶劑。
另外，於使用有低沸點溶劑之塗佈液中，塗佈後立即乾燥硬化，則塗膜13A的表面上有產生塗佈不均或塗佈條紋之情況。因此，最好根據塗佈塗佈液之作業環境而選擇沸點適當的溶劑，以免產生塗佈不均或塗佈條紋。另一方面，較佳為，在當塗佈塗佈液之後容易除去溶劑之程度下沸點較低的溶劑。
該等溶劑可單獨使用，亦可適當地混合2種以上進行使用。例如，於作為高沸點、高黏度之溶劑的PGMEA中適當地混合作為低沸點、低黏度之溶劑的甲醇進行使用，藉此，可調整塗佈液之黏度與沸點之平衡。進而，亦可根據需要而反復塗佈，使塗膜變厚。
於圖5A所示之步驟中，使用由塗膜13A形成之母鍍敷層作為閘極配線6之絕緣層，因此，能以使塗膜13A達到幾百nm程度之厚度的方式進行厚塗。
接著，如圖5B所示，經由對應於母鍍敷層13之形成區域而設有開口部的光罩M2，對塗膜13A照射紫外線L而使黏合劑硬化，從而形成母鍍敷層13。
接著，如圖5C所示，利用溶解塗膜之溶劑S進行顯影，藉此，除去未硬化之塗膜，從而形成未圖案化的母鍍敷層 13。
接著，如圖6A所示，覆蓋母鍍敷層13而於母鍍敷層3之上表面塗佈光阻材料，對其進行預烘烤，藉此形成未圖案化的光阻層14A。作為光阻材料，使用正型光阻劑。
之後，經由對應於源極電極及汲極電極之形成區域而設有開口部的光罩M3，對光阻層14A照射紫外線L，使光阻層14A曝光。
接著，如圖6B所示，利用溶解經紫外線照射之光阻層的顯影液進行顯影，藉此形成設有開口部14a之光阻層14。
接著，如圖6C所示，向露出於開口部14a之母鍍敷層13，賦予無電解鍍敷中使用之觸媒15之後，浸漬於無電解鍍敷液中，藉此，於觸媒15的表面使溶解於無電解鍍敷液中之金屬離子還原且析出，從而於開口部14a內選擇性地形成第1電極161、第3電極171。
接著，如圖6D所示，於殘留之光阻層之整個面上曝光紫外線之後，利用通常知悉之顯影液除去光阻層。從而，形成第1電極161、第3電極171。
接著，如圖7A所示，將整體浸漬於取代鍍金浴中，藉此，於第1電極161、第3電極171的表面取代且析出金，進而，藉由浸漬於還原鍍金浴中，而於第1電極161、第3電極171的表面形成以金作為形成材料的第2電極162、第4電極172。從而，形成源極電極16及汲極電極17。
接著，如圖7B所示，將已溶解有TIPS稠五苯等可溶於有機溶劑之有機半導體的溶液S1，塗佈於源極電極16及 汲極電極17之間，使其乾燥，藉此形成有機半導體層20。再者，此處，已藉由濕式法形成有機半導體層20，但亦可使用昇華法、轉印法等方法。
藉由以上方式，可製造有機電晶體1。
根據具有以上構成之有機電晶體之製造方法，於形成第2電極162、第4電極172之前預先除去光阻層14，因此，於源極電極16的側面16a、及汲極電極17的側面17a亦可確實地形成第2電極162、第4電極172。因此，能容易地製造已降低了有機半導體層20與源極電極16、汲極電極17之間的接觸電阻降低的高性能的有機電晶體1。進而，本實施形態之製造方法係使用濕式製程來形成電極，因此無需真空製程，而且，亦不使用高價的SAMs材料，故而，對於基板之大型化或電晶體之量產化而言較為有效。
再者，本實施形態中，已對於閘極電極比源極、汲極電極更靠近基板側而配置之底部閘極型有機電晶體進行了說明，但並不限於此，亦可適用於頂部閘極型有機電晶體。
以上，已參照隨附圖式對本發明之實施形態之示例進行了說明，當然，本發明並不限於所述示例。上述示例中所示之各構成構件的各形狀或組合等均為一例，可於不脫離本發明主旨之範圍內根據設計要求等進行多種變更。
例如，使用PET基板作為基板，準備多個於該基板上形成有母鍍敷層之鍍敷用構件，一方面搬送多個鍍敷用部材一方面於搬送過程中使用上述之製造方法而製造有機電晶體，藉此，可於PET基板上形成高性能的有機電晶體。
進而，可於所謂輥對輥(roll to roll)步驟中在PET膜上形成有機電晶體，該輥對輥步驟係指：使用長形PET膜作為基板，將該膜上形成有母鍍敷層之鍍敷用部材捲成輥狀，捲出該鍍敷用部材同時進行搬送，使用上述之製造方法連續地形成有機電晶體之後，將所製造之有機電晶體捲成輥狀。
當採用此種製程製造有機電晶體時，上述之製造方法中，因母鍍敷層中所含之氧化鋁粒子較小，為100 nm以下，故鍍敷用部材表現出高透明性，並且，當將膜捲成輥狀時，母鍍敷層表現出高追隨性，母鍍敷層不易產生龜裂或剝離。因此，能以高生產性製造高品質的有機電晶體。
[實施例]
以下，利用實施例對本發明進行說明，但本發明並不限於該等實施例。
[閘極電極之作成]
首先，使用膠體氧化鋁粒子(Aldrich公司製造)作為氧化鋁粒子，使用紫外線硬化型丙烯酸系樹脂(ArtResin UN-3220HA，根上工業股份有限公司製造)作為黏合劑，調整甲醇分散液(以下稱為塗佈液)。
圖8係本實施例中所使用之膠體氧化鋁粒子的TEM像，另外使用將動態光散射法作為測定原理之測定器，確認其係體積平均粒徑為20 nm左右之粒狀奈米粒子。
塗佈液中氧化鋁相對於黏合劑之濃度係由體積比規定(體積%)，且可考慮到氧化鋁及黏合劑之密度而進行調 整。本實施例中，氧化鋁之密度係使用3.97 g/cm3，黏合劑之密度係使用1.19 g/cm3，根據該等值進行重量換算，使氧化鋁之2質量%甲醇分散液與黏合劑之2質量%甲醇溶液混合，藉此調整塗佈液。而且，於塗佈液中，對於黏合劑添加3質量%之聚合起始劑(irgacure1173，Ciba Specialty Chemicals公司製造)而進行使用。
本實施例中，調整氧化鋁對於黏合劑的濃度為5體積%的塗佈液，用於形成母鍍敷層。亦即，於50 mm×50 mm見方的PET基板(型號：A-4100(未塗佈)，東洋紡織股份有限公司製造)上塗佈上述塗佈液且使其乾燥之後，藉由照射紫外線而使其硬化，從而形成母鍍敷層。
詳細而言，於基板上利用旋轉塗佈法(3000 rpm×30秒)塗佈塗佈液且使其乾燥之後，使用紫外線照射裝置(Multi-Light，USHIO電極股份有限公司製造)，以放射照度：37 mW/cm2、照射時間：40秒(照射量：1480 mj/cm2)之條件照射365 nm之紫外線。之後，以120℃加熱30分鐘而形成母鍍敷層。
接著，對於基板之形成有母鍍敷層之面，旋轉塗佈光阻材料(SUMIRESIST PFI-34A6，住友化學株式會公司製造)，以90℃進行30分鐘加熱(預烘烤)，藉此形成光阻層。旋轉塗佈之條件係於1000 rpm下30秒，從而形成厚度約為1 μm之光阻層。
接著，經由光罩，使強度為37 mW/cm2之紫外線曝光2.8秒，且於110℃下加熱(後烘烤)30分鐘之後，浸漬於 2.38%TMAH溶液中2分鐘，藉此，於光阻層對光罩圖案進行顯影而形成開口部。
接著，對於形成有光阻層開口部之基板，於室溫下進行超音波水洗30秒之後，於室溫下浸漬於無電解鍍敷用觸媒膠體溶液(Melplate activator 7331，Meltex公司製造)中300秒，使觸媒附著在露出於光阻層之開口部的母鍍敷層。
接著，對表面進行水洗之後，於室溫下浸漬於無電解鍍敷之觸媒活化劑(Melplate PA-7340，Meltex公司製造)中180秒，使附著於光阻層之開口部之觸媒活化。
接著，對表面進行水洗之後，於73℃下浸漬於無電解鍍敷液(Melplate NI-867，Meltex公司製造)中60秒，使附著於光阻層之開口部的觸媒上析出鎳-磷而進行鍍鎳-磷。
接著，對表面進行水洗後使其乾燥，於包含殘留之光阻層的整個面上，使強度為37 mW/cm2之紫外線曝光1分鐘之後，浸漬於濃度為50 g/L之NaOH水溶液中2分鐘，藉此除去光阻層，作成閘極電極。
圖9A係表示已作成之閘極電極的照片，圖9B係閘極電極的放大照片。可知，形成有凹凸少的平坦的閘極電極。
[絕緣層之作成]
於PET基板之形成有閘極電極之側的整個面上，利用旋轉塗佈法塗佈使用乙醇與水之混合溶劑將矽烷偶合劑(KBE903,Shin-Etsu Silicone公司製造)稀釋成0.05質量% 所得的溶液。
接著，以120℃加熱5分鐘之後，利用旋轉塗佈法塗佈後來的塗佈液。旋轉塗佈之條件係800 rpm30秒。
塗佈液係使用黏合劑之10質量%甲醇溶液、與黏合劑之10質量%PGMEA溶液的1：1混合溶液，將膠體氧化鋁(Aldrich公司製造)之10質量%甲醇分散液稀釋而進行調整。氧化鋁對於黏合劑之含有率係成為5體積%。黏合劑係使用紫外線硬化型丙烯酸系樹脂(ArtResin UN-3220HA，根上工業股份有限公司製造)，且添加上述聚合起始劑3質量%。
塗佈上述塗佈液且使其乾燥之後，經由光罩，以放射照度：37 mW/cm2、照射時間：40秒之條件照射365 nm之紫外線。接著，以120℃加熱2分鐘之後，一方面將整個基板浸漬於丙酮中一方面進行10秒超音波處理而進行顯影，進而，以120℃加熱30分鐘，藉此形成作為絕緣層發揮功能的母鍍敷層。
圖10A係已作成絕緣層之基板的照片，圖10B係圖10A中之由虛線包圍的區域內之絕緣層的放大照片。經過觀察可確認，絕緣層中填料充分分散，未發現凝結體等。而且，利用階差測量儀來測定選擇性母鍍敷層之厚度，可知膜厚為350 nm左右。
[源極、汲極電極之作成]
接著，於PET基板之形成有絕緣層之側的整個面上，利用上述方法作成光阻層且進行無電解鍍敷，藉此，於絕 緣層上形成經圖案化之NiP電極。NiP電極係與實施形態中所說明的第1電極對應。
另外，進而，於剝離光阻劑後，浸漬於取代鍍金浴中2分鐘，進而浸漬於還原鍍敷浴中3分鐘，藉此進行無電解鍍金，利用金來覆蓋NiP電極的表面，從而作成源極電極及汲極電極。
圖11係按上述順序所製作之多層配線構造的剖面SEM像。根據剖面SEM像，可觀察到，源極、汲極電極由兩層構成，且NiP電極的表面完全被金被覆的狀況。
而且，利用測量儀來計量閘極電極與源極、汲極電極之間的導通時，未發現洩漏電流。因此，可確認，本實施例中之母鍍敷層亦可用作絕緣層。
[有機半導體層之作成]
在氮環境下，於源極電極及汲極電極之間，滴加TIPS稠五苯(Sigma-Aldrich製造)的甲苯溶液，使其自然乾燥，藉此形成有機半導體層，從而作成有機電晶體。使用之TIPS稠五苯/甲苯溶液的調整亦在氮環境下進行。
圖12係表示表面形成有有機半導體層的源極電極及汲極電極的放大照片。可觀察到，於源極電極及汲極電極之間形成有TIPS稠五苯的結晶。
[有機電晶體的評估]
所作成之有機電晶體的電晶體特性係使用半導體參數分析儀(型號：4145B，橫河惠普(YHP)公司製造)進行評估。
圖13係表示使用上述方法以濕式製程所製作之有機電晶體的電晶體特性之圖表。
對於所得之有機薄膜電晶體的閘極電極施加0 V~40 V的閘極電壓，對於源極-汲極之間施加0 V~50 V的電壓，而流通有電流。結果，如圖所示，所製作之有機電晶體作為p型電晶體動作。
根據以上結果可知，可利用全濕式製程來作成有機電晶體。而且，可使用無電解鍍敷法，利用具有與有機半導體層之形成材料的HOMO之間的能量帶隙較小的功函數的金屬材料來被覆源極、汲極電極的整個面，因此，可提供有機半導體層與源極、汲極電極的電性接觸電阻較小的有機電晶體。
根據以上結果，可確認本發明之有用性。
本發明之一實施形態中，電晶體之製造方法之特徵在於，具有以下步驟：形成載持無電解鍍敷用觸媒之基底膜；於上述基底膜之上形成具有與源極電極及汲極電極對應之開口部的光阻層；於上述開口部內之上述基底膜載持上述無電解鍍敷用觸媒，進行第1無電解鍍敷；除去上述光阻層；於藉由上述第1無電解鍍敷所形成之電極的表面上進行第2無電解鍍敷，形成源極電極及汲極電極；及形成接觸於上述源極電極與汲極電極相對之面的半導體層；且上述第2無電解鍍敷中使用之金屬材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1無電解鍍敷中使用之金屬材 料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
上述實施形態中，例如，上述半導體層可由有機半導體構成。
而且，上述實施形態中，例如，可配置已溶解有上述半導體形成材料的溶液而形成上述半導體層。
而且，上述實施形態中，例如，上述基底膜可包含由光硬化性樹脂構成之基材、及平均粒徑為100 nm以下之氧化鋁粒子，且可配置包含上述基材前驅物及上述氧化鋁粒子的溶液，選擇性地進行光照射，藉此選擇性地形成上述基底膜。
而且，上述實施形態中，例如，上述光硬化性樹脂可為紫外線硬化性樹脂。
而且，上述實施形態中，例如，可將上述電晶體形成於由非金屬材料構成之基板上。
而且，上述實施形態中，例如，可將上述電晶體形成於由樹脂材料構成之基板上。
而且，上述實施形態中，例如，上述基板可具可撓性。
本發明之另一實施形態中，電晶體之特徵在於，具備：源極電極及汲極電極、閘極電極，其對應於上述源極電極及上述汲極電極之間的通道而設置；及半導體層，其設置成接觸於上述源極電極及上述汲極電極相對的面；且上述源極電極具有第1電極與設置於上述第1電極表面的至少一部分的第2電極，上述汲極電極 具有第3電極與設置於上述第3電極表面的至少一部分的第4電極，上述第2電極之形成材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1電極之形成材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差，且上述第4電極之形成材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第3電極之形成材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
上述實施形態中，例如，上述第1電極與上述第3電極可由相同材料構成。
而且，上述實施形態中，例如，上述第2電極與上述第4電極可由相同材料構成。
而且，上述實施形態中，例如，上述半導體層可由有機半導體構成。
1、1x‧‧‧有機電晶體
2‧‧‧基板
3‧‧‧母鍍敷層
3A‧‧‧塗膜
4‧‧‧光阻層
4A‧‧‧光阻層
4a‧‧‧開口部
5‧‧‧觸媒
6‧‧‧閘極電極
13‧‧‧母鍍敷層(基底膜)
13A‧‧‧塗膜
14‧‧‧光阻層
14a‧‧‧開口部
15‧‧‧無電解鍍敷用觸媒
16‧‧‧源極電極
161‧‧‧第1電極
162‧‧‧第2電極
16a、17a‧‧‧側面(對向之面)
17‧‧‧汲極電極
171‧‧‧第3電極
172‧‧‧第4電極
20‧‧‧有機半導體層
A、B‧‧‧箭頭
AR‧‧‧通道區域
Ma‧‧‧開口部
L‧‧‧紫外線
Mb‧‧‧遮光部
M1、M2、M3‧‧‧光罩
S1‧‧‧溶液
圖1係表示利用本實施形態之製造方法所製造之有機電晶體的概略剖面圖。
圖2A係表示利用本實施形態之製造方法所製造之有機電晶體之驅動狀況的圖。
圖2B係表示利用本實施形態之製造方法所製造之有機電晶體之驅動狀況的圖。
圖3A係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖3B係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖4A係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖4B係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖4C係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖4D係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖4E係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖5A係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖5B係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖5C係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖6A係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖6B係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖6C係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖6D係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖7A係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖7B係表示本實施形態之製造方法的步驟圖。
圖8係表示實施例之結果的照片。
圖9A係表示實施例之結果的照片。
圖9B係表示實施例之結果的照片。
圖10A係表示實施例之結果的照片。
圖10B係表示實施例之結果的照片。
圖11係表示實施例之結果的照片。
圖12係表示實施例之結果的照片。
圖13係表示實施例之結果的圖表。
1‧‧‧有機電晶體
2‧‧‧基板
3‧‧‧母鍍敷層
5‧‧‧觸媒
6‧‧‧閘極電極
13‧‧‧母鍍敷層(基底膜)
15‧‧‧無電解鍍敷用觸媒
16‧‧‧源極電極
161‧‧‧第1電極
162‧‧‧第2電極
16a、17a‧‧‧側面(對向之面)
17‧‧‧汲極電極
171‧‧‧第3電極
172‧‧‧第4電極
S1‧‧‧溶液

Claims (12)

  1. 一種電晶體之製造方法，其具有以下步驟：形成載持無電解鍍敷用觸媒之基底膜；於上述基底膜之上形成具有與源極電極及汲極電極對應之開口部的光阻層；於上述開口部內之上述基底膜載持上述無電解鍍敷用觸媒，進行第1無電解鍍敷；除去上述光阻層；於藉由上述第1無電解鍍敷所形成之電極的表面進行第2無電解鍍敷，形成源極電極及汲極電極；及形成接觸於上述源極電極與汲極電極相對之面的半導體層；且上述第2無電解鍍敷中使用之金屬材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1無電解鍍敷中使用之金屬材料的功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
  2. 如申請專利範圍第1項之電晶體之製造方法，其中，上述半導體層係由有機半導體構成。
  3. 如申請專利範圍第2項之電晶體之製造方法，其中，配置已溶解有上述有機半導體形成材料的溶液以形成上述半導體層。
  4. 如申請專利範圍第1至第3項中任一項之電晶體之製造方法，其中，上述基底膜包含由光硬化性樹脂構成之基 材與平均粒徑100 nm以下之氧化鋁粒子；配置包含上述基材之前驅物及上述氧化鋁粒子的溶液，選擇性地進行光照射，藉此選擇性地形成上述基底膜。
  5. 如申請專利範圍第4項之電晶體之製造方法，其中，上述光硬化性樹脂係紫外線硬化性樹脂。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電晶體之製造方法，其中，將上述電晶體形成於由非金屬材料構成之基板上。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電晶體之製造方法，其中，將上述電晶體形成於由樹脂材料構成之基板上。
  8. 如申請專利範圍第7項之電晶體之製造方法，其中，上述基板具可撓性。
  9. 一種電晶體，其具備：源極電極及汲極電極；閘極電極，其對應於上述源極電極及上述汲極電極之間的通道而設置；及半導體層，其設置成接觸於上述源極電極與上述汲極電極相對之面；且上述源極電極具有第1電極與設置於上述第1電極表面的至少一部分的第2電極；上述汲極電極具有第3電極與設置於上述第3電極表面的至少一部分的第4電極；上述第2電極之形成材料的功函數、與上述半導體層 之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第1電極之形成材料之功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差；上述第4電極之形成材料的功函數、與上述半導體層之形成材料中用於電子移動之分子軌道之能量位準的能量位準差係小於上述第3電極之形成材料之功函數、與上述分子軌道之能量位準的能量位準差。
  10. 如申請專利範圍第9項之電晶體，其中，上述第1電極與上述第3電極係由相同材料構成。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之電晶體，其中，上述第2電極與上述第4電極係由相同材料構成。
  12. 如申請專利範圍第9至11項中任一項之電晶體，其中，上述半導體層係由有機半導體構成。
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