TWI433369B - Method for manufacturing organic semiconductor film - Google Patents
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Description
本發明係關於一種以塗佈法使用有機半導體材料來製作有機半導體膜之製造方法、及配置有有機半導體膜之多個區域之有機半導體膜陣列。
近年來，有機半導體材料與無機半導體材料相比亦明顯具有優異之電特性，且正發展開發應用於各種電子裝置領域。於半導體通管(semiconductor channel)使用有機半導體膜之有機薄膜電晶體(TFT)與使用無機半導體的情況相比，易於加工，可使用簡易且便宜之製造程序。且可於接近室溫製造，因此使得使用塑膠基板之半導體技術變得可能，期待作為後矽半導體。
就使用於有機TFT之結晶性有機半導體薄膜之製作方法而言，以往依材料特性的不同檢討了蒸鍍法、分子束磊晶法、溶劑蒸發法、熔液法、Langmuir-Blodgett法等各種方法。
專利文獻1中，揭示了利用溶劑蒸發法來製作有機單結晶膜之經改良之方法的例子。該方法係重疊多片石英等之基板，再利用溶劑蒸發法使有機單結晶膜成長於該基板間之改良以往方法者。亦即，於含有有機物質溶液之容器內，將基板相對於液面水平配置之形態加以改變，使得基板相對於液面傾斜來進行溶劑蒸發法。目的在於藉此使得基板間之結晶成長所需要之範圍內的溶劑提早蒸發，提升種晶之發生、成長程序之效率。
使用有溶劑蒸發法原理之方法中，從簡易且便宜、可於接近室溫製造之觀點來看，如利用液滴成形、旋塗、印刷這樣使用有溶液之塗佈法進行之程序是用以開發高性能有機TFT之最受期待之方法。塗佈法係藉由將有機半導體材料溶液塗佈或滴於基板面，再將溶液所含之溶劑加以乾燥，使溶劑蒸發以使得溶液成為飽和狀態而析出結晶，以形成有機半導體薄膜之方法。
專利文獻1：日本特開平第03-59036號公報
專利文獻1所揭示之技術係用以製作光學元件用之有機單結晶膜之方法，並非欲獲得作為有機半導體所期望之電特性者。因此，即使使用專利文獻1所揭示之方法，仍難以製作具有可滿足作為有機TFT所用之有機半導體膜之電特性、尤其是足夠之電荷移動率之有機半導體膜。
又，為了利用塗佈法來製作具有足夠電荷移動率之有機半導體膜，雖報告了使用低分子至高分子等眾多材料之各種技術，但該等利用塗佈法所得之有機半導體膜及使用有其之有機TFT的性能尚未足以達到工業上取代非晶矽TFT之程度。亦即，利用塗佈法，僅將溶劑加以乾燥係難以獲得具有足夠移動率之有機半導體膜。
因此，本發明之目的在於提供一種有機半導體膜之製造方法，其可利用塗佈法進行之簡易步驟來實施，且可製作具有高電荷移動率之有機半導體膜。
且目的係提供一種有機半導體膜陣列，其配置有利用此種有機半導體膜之製造方法所得之多個有機半導體膜區域。
本發明之有機半導體膜之製造方法係將含有機半導體材料及溶劑之原料溶液供給於基板上，再將該原料溶液乾燥，藉此將有機半導體膜形成於該基板上之方法。
為了解決上述課題，本發明之製造方法之特徵在於，使用配置有用以個別附著該原料溶液之多個接觸面之接觸構件，以該接觸面相對於該基板表面呈一定關係之方式配置該接觸構件，於該基板上形成多個該原料溶液之液滴，以形成該液滴個別保持於該多個接觸面之液滴保持狀態，使該液滴中之該溶劑蒸發，以於對應於該多個接觸面之該基板表面之個別位置形成該有機半導體膜。
本發明之有機半導體膜陣列，其特徵在於：具備基板、與相互分離配置於該基板表面上之多個區域之有機半導體膜，該有機半導體膜，係利用塗佈法所形成之結晶性膜。
藉由上述構成之有機半導體膜之製造方法，會成為原料溶液之液滴附著於接觸面之狀態，利用經由與接觸面接觸之作用，於蒸發程序中有機半導體膜之區域的成長方向會固定下來。其結果，有機半導體膜分子之配列的規則性良好，為利用塗佈法進行之簡易步驟，且可獲得具有高移動率之有機半導體膜。且易於製作含有以下有機半導體膜之有機半導體膜陣列：於基板表面上之多個區域相互分離且形成於對應於接觸構件之位置之多個區域的有機半導體膜。
上述構成之有機半導體膜陣列的構成，不但具備具有高移動率之有機半導體膜且可易於製造。
本發明之有機半導體膜之製造方法可以上述構成為基本，做成以下態樣。
亦即，可做成以下態樣：該接觸構件係由輔助基板與形成於該輔助基板上之多個接觸凸部構成，由該接觸凸部之與該輔助基板表面相交之端面的一部分個別形成該接觸面，當形成該液滴保持狀態時，對該基板表面以該接觸凸部從上方抵接之方式配置該接觸構件。
當為此態樣時，係將該基板維持成傾斜既定角度之狀態，以形成該接觸面之端面橫切於該基板之傾斜方向之方式，將該接觸構件載置於該基板上。
又，其他態樣方面，該接觸構件係由輔助基板與形成於該輔助基板上之多個接觸凸部構成，該接觸凸部之上面個別形成該接觸面，當形成該液滴保持狀態時，係以該多個接觸凸部之接觸面至少一部分設有間隙、面對該基板表面之方式配置該接觸構件，該原料溶液之液滴個別保持於該基板表面與該多個接觸面之間。
當為此態樣時，該多個接觸面個別具有相對於該輔助基板表面傾斜之傾斜部為佳。
又，當形成該液滴保持狀態時，以該接觸面之一部分抵接於該基板表面之方式配置該接觸構件較佳。
又，為了形成該液滴，於供給該原料溶液後，亦可作成以下態樣：將該輔助基板及該基板維持成傾斜既定角度之狀態，以形成該液滴保持狀態。
又，該有機半導體材料可使用選自[1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene衍生物、2,9-Dialkyldinaphtho[2,3-b:2’,3’-f]thieno[3,2-b]thiophene衍生物、dinaphth[2,3-b:2,3-f]thiopheno[3,2-b]thiophene衍生物、TIPS-稠五苯、TES-ADT、及其衍生物、苝(perylene)衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、F4-TCNQ、紅熒烯、稠五苯、p3HT、pBTTT、及pDA2T-C16中之任一材料。
上述構成之有機半導體膜陣列中，較佳為，該有機半導體膜之電荷移動率為3.5cm2
/Vs以上。
以下針對本發明之實施形態參照圖式進行說明。
(實施形態1)
A.實施形態1之基本步驟
參照圖1A、1B、及圖2A說明本發明之實施形態1中之有機半導體膜之製造方法的基本步驟。此製造方法係以塗佈法為基礎，使用基板1、及端面接觸構件2。亦即，將含有機半導體材料及溶劑之原料溶液以圖1A所示之方式，以與端面接觸構件2接觸之方式供給於基板1上，以形成液滴3。以此狀態將液滴3乾燥，藉此於基板1上形成有機半導體膜4。
端面接觸構件2包含接觸面2a，該接觸面2a於載置於基板1表面之狀態時，與基板表面相交之端面的一部分其俯視形狀即從基板1上方所見之形狀為直線狀或曲線狀。液滴3係以與端面接觸構件2之接觸面2a相接觸之方式供給。端面接觸構件2可由例如樹脂形成，只要能適當地達到以下所說明之功能，亦可使用樹脂以外之各種材質。
就有機半導體膜之製造步驟就而，首先如圖1A所示，將端面接觸構件2以接觸面2a橫切基板1之既定A方向的方式，較佳為以接觸面2a與A方向垂直之方式載置於基板1上。於此狀態下，將原料溶液以接觸於接觸面2a之方式供給至基板1表面上。所供給之原料溶液之液滴3係由接觸面2a所保持，呈一定之應力作用之狀態。此狀態之截面形狀示於圖2A。
於接觸面2a保持液滴3之狀態下進行乾燥程序，使液滴3中之溶劑蒸發。藉此，於液滴3中，如圖2A所示般，在A方向上之距離接觸面2a較遠端之邊緣部分，順序地因溶劑之蒸發使得原料溶液成為飽和狀態，有機半導體材料之結晶開始析出。伴隨溶劑蒸發之液滴3從遠端之邊緣移動係以點虛線e1、e2表示。溶劑蒸發之同時，有機半導體材料發展結晶化，如圖1B所示，有機半導體膜4成長。亦即，結晶的成長沿著基板1之A方向朝向接觸面2a進行，逐漸形成出有機半導體膜4。
此乾燥程序中，原料溶液之液滴3附著於接觸面2a之狀態，造成經由與接觸面2a之接觸使得結晶成長方向為一定之作用發生。因此獲得結晶性之控制效果，有機半導體材料之分子的配列規則性變良好，認為有助於電子傳導性(移動率)的提升。又，所形成之有機半導體膜4即使是多結晶狀態，結晶性亦良好，且可獲得充分良好之半導體特性。
就以上之製造方法的變形例而言，如圖2B所示，將基板1維持成於A方向上傾斜既定角度，將端面接觸構件2，以接觸面2a橫切基板1傾斜方向之方式，較佳為以接觸面2a與傾斜方向垂直之方式載置於基板1上。於此狀態下，將原料溶液以接觸於接觸面2a之方式，供給於基板1表面上。所供給之原料溶液之液滴3係由接觸面2a所保持，呈懸於基板1傾斜方向之狀態。藉由傾斜基板1可易於控制液滴3造成之濕潤面的大小，獲得具有所需特性之有機半導體膜。
又，用以形成液滴3之方法不限於上述方法。例如，亦可藉由將基板1與端面接觸構件2一起從浸於原料溶液之狀態中取出，以形成附著於接觸面2a之液滴。
為了調查本實施形態之方法所達成之效果，係進行使用[1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene(BTBT)之衍生物即C8
-BTBT作為有機半導體材料之實驗。溶劑係使用庚烷(heptane)，原料溶液係準備C8
-BTBT之0.4wt%溶液。基板1係使用在雜質添加Si層上形成有SiO2
層者。端面接觸構件2係使用矽晶圓之小片。
BTBT衍生物不論是真空蒸鍍、旋塗法皆展現優異之TFT性能。其之分子包含加有BTBT骨架構造之烷基鏈(參照圖3)。烷基鏈藉由所謂分子聚集效果(Molecular Fastener Effect)之鏈彼此之引力相互作用而使得相鄰之分子間的結合力提升。其結果，當經結晶構造解析，則亦有分子間距離小且使得擔任電子傳導之π骨架的距離變近之效果，而成為移動率變高之主要原因。另一方面，引力的相互作用因為亦具有使結晶急速成長之效果，故易於形成多結晶。
首先，藉由decyltriethoxysilane(癸基三乙氧基矽烷；DTS)之真空蒸鍍，進行基板1表面處理後，於傾斜之基板1上形成原料溶液之液滴3，並利用端面接觸構件2之接觸面2a來加以保持之。於溶劑蒸發之同時，結晶區域於傾斜之方向成長。結晶性膜之成長後，將端面接觸構件2除去，為了將溶劑完全地除去，係於真空中以50℃進行5小時之乾燥。
圖4A係表示利用原子力顯微鏡所觀察到之以與上述同樣方式形成之C8
-BTBT膜之表面形態。圖4B係表示截面曲線。微米級(micrometer scale)之階梯部區域，為分子等級之平坦，段差相當於C8
-BTBT分子高度之一分子層。階梯部及段差構造係與紅熒烯(rubrene)、稠五苯(pentacene)這樣具有代表性之有機單結晶一樣典型者。良好之平坦性與明確界定之分子段差係表示高度地配向之結晶膜於基板1之SiO2
介電體表面成長著。
接著，對於以上述方式所形成之C8
-BTBT之有機半導體膜，以通管與A方向亦即結晶成長之方向平行之方式，利用蒸鍍形成源極及汲極。通管之長度及寬度分別為0.1mm及1.5mm。使用基板1之雜質添加Si層作為閥電極，利用其於500nm厚之SiO2
(介電率約3.9)施加電場。
將以此方式製得並動作之TFT之飽和區域的傳達特性示於圖5A。圖5A中，橫軸表示閥電壓(V)、左側之縱軸表示汲極電流之絕對值的平方根，右側之縱軸係以對數刻度表示汲極電流(A)。白圓所表示之測定值表示汲極電流之絕對值的平方根，黒圓表示汲極電流(A)。
圖5A之圖的傾斜係表示5cm2
/Vs左右之移動率。閾限以下(subthreshold)特性為3V/decade良好。以同樣之方法所製作之良好之裝置幾乎都呈3.5~5cm2
/Vs之範圍的值。另一方面，有光學顯微鏡可觀察到之明顯結晶缺陷之裝置則為2cm2
/Vs。若將裝置之尺寸縮小，緩慢進行半導體膜之乾燥，則可更為改善良率。On-Off比，所製作之所有的裝置皆大致超過106
。
圖5B係表示上述所製得之裝置之輸出特性。閥電壓VG
=0、-20、-30、-40、-50V之各情況。
就以往之塗佈法所獲得之最高之移動率而言，C13
-BTBT膜的情況時，可獲得2.3cm2
/Vs，但再現性低。當與本實施形態一樣使用C8
-BTBT的情況時，利用以往之塗佈法係實現1.8cm2
/Vs左右之高移動率。相對於此，本實施形態的情況時，如上所述，獲得再現性良好達5cm2
/Vs之移動率。相對於典型的之非晶矽TFT的移動率為1cm2
/Vs左右，此移動率之值可與其之5倍匹敵，展現了本實施形態之有機TFT的優越性。
如上所述，本實施形態為以塗佈法為基本之容易之製造法，可使得配向良好之結晶性膜成長，可製作能獲得高移動率之有機半導體膜。因此，可作為用以量產簡便、低成本且高性能之有機電晶體之基本技術。
基板1之材料不限於在上述之雜質添加Si層上形成有SiO2
層者，亦可使用在銅、鋁等導電性金屬表面被覆有聚對二甲苯(parylene)、聚乙烯苯酚等高分子絕緣膜者等。又，端面接觸構件2例如矽晶圓以外，只要是上述功能適當者即可使用任何材質。
又，較佳係因應有機半導體材料、或所欲製作之有機半導體膜之特性、形態等來適當地調整基板1之傾斜角度、乾燥程序之速度、溶劑等。
B.有機半導體膜陣列之製造步驟
接著，參照圖6A~6C說明以上述步驟為基本且對於有機薄膜電晶體(TFT)之製作而言實用價值高之用以製造有機半導體膜陣列之方法。
此處，本發明之有機半導體膜陣列之製造方法之特徴基本上，係定義為：使用配置有用以個別附著原料溶液之多個接觸面之接觸構件，以於基板上形成液滴保持狀態。液滴保持狀態係指：以接觸面相對於基板表面呈一定關係之方式配置接觸構件，於基板上形成多個原料溶液之液滴，以形成該等液滴個別保持於多個接觸面之狀態。使液滴中之溶劑蒸發，以於對應於多個接觸面之基板表面之個別位置形成有機半導體膜。此定義之特徴在本發明之所有實施形態之有機半導體膜陣列之製造方法中皆相同。
另一方面，圖6A~6C所示之製造步驟係對應於圖1A、1B所示之形態之有機半導體膜陣列之製造方法的一個例子。因此，此方法中，係如圖6A所示，使用在輔助基板5上配置有多個接觸凸部6而成之構成之接觸構件7。接觸凸部6係具有與圖1A所示之端面接觸構件2相同之功能者。亦即，接觸凸部6之與輔助基板5表面相交之端面的一部分個別形成有接觸面6a。
就有機半導體膜之製造步驟而言，首先為了形成液滴保持狀態，如圖6A所示，於基板1之上方以使接觸凸部6與基板1相對之方式配置接觸構件7，如圖6B所示，使接觸凸部6抵接於基板1。於此狀態下將原料溶液以接觸於各個接觸面6a之方式供給，以形成液滴3。原料溶液之液滴3個別呈由接觸面6a所保持之狀態。
又，本實施形態中，用以形成液滴3之方法並不限於上述方法，例如亦可藉由將基板1與接觸構件7一起浸於原料溶液後，從該狀態中取出，以使得液滴3保持於接觸面6a。
於此狀態下，若如圖6C所示般，進行乾燥程序使得液滴3中之溶劑蒸發，則會與上述情況一樣，在各個液滴3中，於溶劑蒸發之同時，有機半導體材料之結晶會成長，因而在對應於多個接觸面6a之基板1面的個別位置形成有機半導體膜4a。如此一來，可製作有機半導體膜陣列，其係於基板1表面上之多個區域相互分離配置有有機半導體膜4a。多個有機半導體膜4a係與上述情況相同，展現高移動率。
C.本實施形態之變形例
又，與圖2B所示之形態一樣，亦可如圖7所示般採取將基板1傾斜既定角度以維持之方法。接觸構件7係以接觸面6a橫切於基板1傾斜方向之方式，較佳為以接觸面6a垂直於傾斜方向之方式，載置於基板1上。於此狀態下，形成原料溶液之液滴3，再進行乾燥步驟。
(實施形態2)
A.實施形態2之基本步驟
參照圖8A、8B、及圖9說明本發明之實施形態2之有機半導體膜之製造方法之基本步驟。此製造方法中，平面接觸構件8之與基板1相對之面形成接觸面8a。平面接觸構件8係以接觸面8a相對於基板1傾斜之方式配置。因此，接觸面8a與基板1表面之間設有楔形之間隙，當形成液滴保持狀態時，原料溶液之液滴3被保持於基板1表面與接觸面8a之間。
平面接觸構件8係與實施形態1之端面接觸構件2一樣，可由例如樹脂來形成，但只要能適當地達成以下所說明之功能，即亦可使用樹脂以外之任何材質。又，如後所述，不需要將接觸面8a傾斜。
就製造步驟而言，首先如圖8A所示，將平面接觸構件8以接觸面8a之傾斜方向沿著基板1之既定之B方向的方式載置於基板1上。於此狀態下，將原料溶液以接觸於接觸面8a之方式供給，藉由毛細管作用力使得原料溶液於接觸面8a與基板1表面之間隙中展開。所形成之原料溶液之液滴3係由接觸面8a所保持，呈一定之應力作用之狀態。此狀態之截面形狀示於圖9。
於接觸面8a保持液滴3之狀態下進行乾燥程序，使液滴3中之溶劑蒸發。藉此，於液滴3中，如圖8A所示般，在基板1之B方向上之接觸面2a的開放側的遠端邊緣部分，順序地因溶劑之蒸發使得原料溶液成為飽和狀態，有機半導體材料之結晶開始析出。伴隨溶劑蒸發之液滴3從開放側之遠端邊緣移動係以點虛線e1、e2表示。溶劑蒸發之同時，有機半導體材料發展結晶化，如圖8B所示，有機半導體膜4成長。亦即，結晶的成長沿著基板1之B方向朝向接觸面8a之封閉側進行，逐漸形成出有機半導體膜4。
此乾燥程序中，與實施形態1的情況一樣，原料溶液之液滴3附著於接觸面8a之狀態，造成經由與接觸面8a之接觸使得結晶成長方向為一定之作用發生。因此獲得結晶性之控制效果，有機半導體材料之分子的配列規則性變良好，認為有助於電子傳導性(移動率)的提升。
又，用以形成液滴3之方法不限於上述方法。例如，亦可藉由將基板1與平面接觸構件8一起從浸於原料溶液之狀態中取出，以形成附著於接觸面8a之液滴。
本實施形態中之有機半導體膜之製造方法，適用於形成例如像2,9-Dialkyldinaphtho[2,3-b:2’,3’-f]thieno[3,2-b]thiophenes(Cn-DNTT)這樣之對於有機溶劑溶解度低之材料之結晶性膜。此種材料大多以氣相成長法所製作，已知並未有利用塗佈法形成高移動率之膜的例子。相對於此，使用本實施形態之製造方法由C10
-DNTT進行成膜，可形成出具有展現移動率6cm2
/Vs之高移動率特性之有機半導體膜。
於成膜之時，將基板1保持為約120℃，將C10
-DNTT溶解於加熱至120℃之o-二氯苯，展開於接觸面8a與基板1表面之間隙中。因為此方法使得原料溶液確實地保持於間隙中，且溶液之乾燥方向固定成一定，故可獲得配向性整齊之具有高結晶性之塗佈膜。
對於上述方式所形成之C10
-DNTT之有機半導體膜，以通管與B方向即結晶成長方向平行之方式，利用蒸鍍形成源極及汲極。通管之長度與寬度分別為0.1mm及1.5mm。使用基板1之雜質添加Si層作為閥電極，利用其於500nm厚之SiO2
(介電率約3.9)施加電場。
將以此方式製得並動作之TFT之飽和區域的傳達特性示於圖10A。圖10A中，橫軸表示閥電壓(V)、左側之縱軸表示汲極電流之絕對值的平方根、右側之縱軸係以對數刻度表示汲極電流(A)。由圖10A之圖的傾斜可判定飽和區域中之移動率顯示為6cm2
/Vs。圖10B係表示上述所製得之裝置的輸出特性。閥電壓VG
=0、-20、-30、-40V之各情況。
用於本實施形態之方法之有機半導體材料可使用實施形態1中所述之種類的材料。基板1之材料亦可使用實施形態1中所述之種類的材料。
B.有機半導體膜陣列之製造步驟
接著，參照圖11A~11D說明以本實施形態之上述基本步驟為基本之有機半導體膜陣列之實用的製造方法。此製造方法中，如圖11A所示，係使用接觸構件11，其構成為於輔助基板10上設有多個具有與圖8A所示之平面接觸構件8相同功能之接觸凸部9之構成。接觸凸部9之上面個別形成接觸面9a。此例子中，多個接觸面9a係個別相對於輔助基板10之表面傾斜。又，可使加熱用之熱板12抵接於基板1之內面。藉此便易於在將對有機溶劑溶解度低之材料升溫之狀態下進行使用。
就製造步驟而言，首先係與圖8A之情況相同，如圖11A所示，使得接觸凸部9之上面(圖中為下面)即多個接觸面9a與基板1相對。然後，為了形成液滴保持狀態，係如圖11B所示，以接觸凸部9之前端抵接於基板1表面之方式配置接觸構件11。亦即，因為距離輔助基板10表面其高度較高那一側之接觸面9a的端部邊緣抵接於基板1之表面，故接觸面9a之傾斜部分與基板1表面之間形成了間隙。若於此狀態下供給原料溶液，則基板1表面與多個接觸面9a之間則個別保持住了原料溶液之液滴3。其中，當供給原料溶液以形成液滴3時，亦可與實施形態1的情況相同，使用其他之方法。
當於此狀態下進行乾燥程序以使得液滴3中之溶劑蒸發，則會如圖11C所示般，在結晶成長方向受到控制之狀態下，在與溶劑蒸發之同時，發展各液滴3中之有機半導體材料的結晶化。其結果，如圖11D所示般，有機半導體膜4a會成長於對應於多個接觸凸部9之接觸面9a之基板1面的個別位置。
此種方式所形成之有機半導體膜陣列之平面形狀係如圖12所示。可製作於基板1表面上之多個區域相互分離且對應於接觸凸部9之接觸面9a之有機半導體膜4a之陣列。用以形成有機半導體膜4a陣列之接觸凸部9，可個別做成分別為不同之形狀，且該等之配列不需要是規則的，亦可自由地設定。
C.本實施形態之第1變形例
參照圖13A、13B說明本實施形態之製造方法之第1變形例。此變形例中，係將圖11A所示之接觸構件11變更為圖13A所示之接觸構件13。該圖之接觸構件13中，多個接觸凸部14，個別具有由相對於輔助基板10表面傾斜之傾斜部所形成之接觸面14a，且同時一部分形成有相對於輔助基板10表面平行之平坦抵接面14b。
當形成液滴保持狀態之時，如圖13B所示，係以平坦抵接面14b抵接於基板1表面之方式，於基板1上載置接觸構件13。藉此，於接觸面14a與基板1表面之間形成了間隙。當於此狀態下供給原料溶液，則可形成液滴3並由接觸面14a將其加以保持。又，因為平坦抵接面14b密接於基板1之表面，故可獲得抑制接觸面14a之封閉側之液滴3乾燥之效果。
D.本實施形態之第2變形例
參照圖14A~14D說明本實施形態之製造方法之第2變形例。此變形例中，如圖14A所示，係使用與圖11A所示之相同的接觸構件11。其中，接觸構件11係以接觸凸部9之接觸面9a朝向上方之方式配置。於此狀態下，以覆蓋多個接觸面9a之方式將原料溶液供給於輔助基板10上，以形成液滴3。
接著，如圖14B所示，將基板1配置於接觸構件11之上方，使得接觸凸部9的前端抵接基板1之表面。亦即，基板1之表面抵接於距離輔助基板10表面之高度較高那一側之接觸面9a的端部邊緣，而於多個接觸面9a之傾斜部分與基板1表面之間形成了間隙。又，為了形成液滴3，亦可使基板1相對之後再供給原料溶液。
當於此狀態下進行乾燥程序以使得液滴3中之溶劑蒸發，則會如圖14C所示般，在溶劑蒸發之同時，液滴3會分離成輔助基板10側之液滴3a與基板1側之液滴3b。基板1側之液滴3b進而會分離成對應於各個多個接觸面9a，成為由接觸面9a保持於基板1上之狀態。
藉由於此狀態下繼續進行乾燥程序，會得到與上述圖11B之情況相同之作用，在乾燥程序中之結晶成長方向成一定之狀態下，發展有機半導體材料之結晶化。其結果，如圖14D所示，有機半導體膜4a會成長於對應於多個接觸面9a之基板1面的各個位置。於此過程中，有機半導體膜4a會附著於接著性較接觸凸部9之接觸面9a更為良好之SiO2
基板1。
E.本實施形態之第3變形例
參照圖15A~15D說明本實施形態之製造方法之第3變形例。此變形例大致與第2變形例相同，對於各構成要素附上相同之參考符號進行說明。與第2變形例之相異點係如圖15B所示，在將基板1配置於接觸構件11上方時，基板1之表面並不抵接於接觸凸部9之前端。藉此，多個接觸面9a與基板1之間隔變成大於圖14B所示之狀態。
就製造步驟而言，首先係與第2變形例一樣，於圖15A所示之狀態下，於輔助基板10上，以覆蓋多個接觸面9a之方式供給原料溶液以形成液滴3。然後如圖15B所示，將基板1以不抵接於接觸凸部9之前端的方式配置於上方，並以使基板1與多個接觸面9a之間具有一定間隔之方式相對。
當於此狀態下進行乾燥程序使得液滴3中之溶劑蒸發，則會如圖15C所示般，在溶劑蒸發之同時，液滴3會分離成輔助基板10側之液滴3c與基板1側之液滴3d。基板1側之液滴3d進而會分離成對應於各個多個接觸面9a，成為由接觸面9a保持於基板1上之狀態。又，分離成對應於各個接觸面9a之液滴3d，會因為基板1未抵接於接觸凸部9之前端，而造成其與圖14C所示之情況相比，所形成之長度對於接觸面9a之基板1方向的長度之比率較大。
藉由於此狀態下繼續進行乾燥程序，會得到與上述圖11B之情況相同之作用，在乾燥程序中之結晶成長方向成一定之狀態下，發展有機半導體材料之結晶化。其結果，如圖15D所示，有機半導體膜4a會成長於對應於多個接觸面9a之基板1面的各個位置。
F.本實施形態之第4變形例
參照圖16A~16D說明本實施形態之製造方法之第4變形例。此變形例中，係將圖14A~14D所示之第2變形例之接觸構件11變更為圖16A所示之接觸構件15。亦即，輔助基板10之表面設有多個接觸凸部16，接觸凸部16係個別由平行於輔助基板10表面且平坦之上端面來形成接觸面16a。
就製造步驟而言，首先係如圖16A所示，於輔助基板10上，以覆蓋多個接觸凸部16之接觸面16a的方式供給原料溶液以形成液滴3。然後如圖16B所示，係從上方使基板1以其與多個接觸凸部16之接觸面16a間有既定之間隔的方式對向。藉此，於基板1與輔助基板10之間便形成了充填有原料溶液之狀態。進而，如圖16C所示，將輔助基板10及基板1維持成傾斜既定角度之狀態。但輔助基板10及基板1並非必須要傾斜。
當於此狀態下進行乾燥程序以使得液滴3中之溶劑蒸發，則會如圖16C所示般，溶劑蒸發之同時，液滴3會分離成輔助基板10側之液滴3e與基板1側之液滴3f。基板1側之液滴3f進而會分離成對應於各個多個接觸凸部16，成為由接觸面16a保持於基板1上之狀態。
藉由於此狀態下繼續進行乾燥程序，則有機半導體材料之結晶會於結晶成長方向為一定之狀態下成長。其結果，會如圖16D所示般，於對應於多個接觸凸部16之接觸面16a之基板1表面之各個位置形成有機半導體膜4a。
使用上述之本實施形態方法之有機半導體材料期望為自我聚集功能高之材料。所謂自我聚集功能，係指當分子從溶劑析出時，會自發地聚集而易於結晶化之傾向。有機半導體材料，除上述以外，可使用dinaphth[2,3-b:2,3-f]thiopheno[3,2-b]thiophene衍生物、TIPS-稠五苯、TES-ADT、及其衍生物、苝衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、紅熒烯、稠五苯等低分子半導體材料、p3HT、pBTTT、pDA2T-C16等。
(產業利用性)
本發明之有機半導體膜之製造方法可利用簡易之步驟來實施，且可製作具有高電荷移動率之有機半導體膜，有用於有機電晶體之製作等。
1．．．基板
2．．．端面接觸構件
2a、6a、8a、9a、14a、16a．．．接觸面
3、3a、3b、3c、3d、3e、3f．．．液滴
4、4a．．．有機半導體膜
5、10．．．輔助基板
6、9、14、16．．．接觸凸部
7、11、13、15．．．接觸構件
8．．．平面接觸構件
12．．．熱板
14b．．．平坦抵接面
圖1A，係表示本發明之實施形態1之有機半導體膜之製造方法步驟之立體圖。
圖1B，係表示接續於該製造方法圖1A之步驟之立體圖。
圖2A，係表示該製造方法之步驟之截面圖。
圖2B，係表示該製造方法之步驟之變形例之截面圖。
圖3，係表示該製造方法所使用之有機半導體材料的一例即C8
-BTBT之分子構造之圖。
圖4A，係用以說明利用該製造方法所製得之有機半導體膜狀態之立體圖。
圖4B，係表示該有機半導體膜之截面曲線之圖。
圖5A，係表示使用該有機半導體膜所製得之電場效果電晶體之傳達特性之圖。
圖5B，係表示該電場效果電晶體之輸出特性之圖。
圖6A，係表示實施形態1之有機半導體膜陣列之製造方法之步驟之截面圖。
圖6B，係表示接續於該製造方法圖6A之步驟之截面圖。
圖6C，係表示接續於該製造方法圖6B之步驟之截面圖。
圖7，係表示該製造方法步驟之變形例之截面圖。
圖8A，係表示本發明之實施形態2之有機半導體膜之製造方法之步驟之立體圖。
圖8B，係表示接續於該製造方法圖8A之步驟之立體圖。
圖9，係表示該製造方法步驟之截面圖。
圖10A，係表示使用該有機半導體膜所製得之電場效果電晶體之傳達特性之圖。
圖10B，係表示使用該有機半導體膜所製得之電場效果電晶體之輸出特性之圖。
圖11A，係表示實施形態2之有機半導體膜陣列之製造方法步驟之截面圖。
圖11B，係表示接續於該製造方法圖11A之步驟之截面圖。
圖11C，係表示接續於該製造方法圖11B之步驟之截面圖。
圖11D，係表示接續於該製造方法圖11C之步驟之截面圖。
圖12，係利用該製造方法所製得之有機半導體膜陣列之俯視圖。
圖13A，係表示該製造方法之第1變形例之步驟之截面圖。
圖13B，係表示接續於該製造方法之第1變形例圖13A之步驟之截面圖。
圖14A，係表示該製造方法之第2變形例之步驟之截面圖。
圖14B，係表示接續於該製造方法圖14A之步驟之截面圖。
圖14C，係表示接續於該製造方法圖14B之步驟之截面圖。
圖14D，係表示接續於該製造方法圖14C之步驟之截面圖。
圖15A，係表示該製造方法之第3變形例之步驟之截面圖。
圖15B，係表示接續於該製造方法圖15A之步驟之截面圖。
圖15C，係表示接續於該製造方法圖15B之步驟之截面圖。
圖15D，係表示接續於該製造方法圖15C之步驟之截面圖。
圖16A，係表示該製造方法之第4變形例之步驟之截面圖。
圖16B，係表示接續於該製造方法圖16A之步驟之截面圖。
圖16C，係表示接續於該製造方法圖16B之步驟之截面圖。
圖16D，係表示接續於該製造方法圖16C之步驟之截面圖。
1．．．基板
2．．．端面接觸構件
2a．．．接觸面
3．．．液滴
4．．．有機半導體膜
Claims (7)
- 一種有機半導體膜之製造方法，係將含有機半導體材料及溶劑之原料溶液供給於基板上，再將該原料溶液乾燥，藉此將有機半導體膜形成於該基板上，其特徵在於：使用配置有用以個別附著該原料溶液之多個接觸面之接觸構件，以該接觸面相對於該基板表面呈一定關係之方式配置該接觸構件，於該基板上形成多個該原料溶液之液滴，以形成該液滴個別保持於該多個接觸面之液滴保持狀態，使該液滴中之該溶劑蒸發，以於對應於該多個接觸面之該基板表面之個別位置形成該有機半導體膜；該接觸構件係由輔助基板與形成於該輔助基板上之多個接觸凸部構成，由該接觸凸部之與該輔助基板表面相交之端面的一部分個別形成該接觸面，當形成該液滴保持狀態時，對該基板表面以該接觸凸部從上方抵接之方式配置該接觸構件。
- 如申請專利範圍第1項之有機半導體膜之製造方法，其中，將該基板維持成傾斜既定角度之狀態，以形成該接觸面之端面橫切於該基板之傾斜方向之方式，將該接觸構件載置於該基板上。
- 一種有機半導體膜之製造方法，係將含有機半導體材料及溶劑之原料溶液供給於基板上，再將該原料溶液乾燥，藉此將有機半導體膜形成於該基板上，其特徵在於：使用配置有用以個別附著該原料溶液之多個接觸面之 接觸構件，以該接觸面相對於該基板表面呈一定關係之方式配置該接觸構件，於該基板上形成多個該原料溶液之液滴，以形成該液滴個別保持於該多個接觸面之液滴保持狀態，使該液滴中之該溶劑蒸發，以於對應於該多個接觸面之該基板表面之個別位置形成該有機半導體膜；該接觸構件係由輔助基板與形成於該輔助基板上之多個接觸凸部構成，該接觸凸部之上面個別形成該接觸面，當形成該液滴保持狀態時，以該多個接觸凸部之該接觸面至少一部分設有間隙、面對該基板表面之方式配置該接觸構件，該原料溶液之液滴個別保持於該基板表面與該多個接觸面之間。
- 如申請專利範圍第3項之有機半導體膜之製造方法，其中，該多個接觸面個別具有相對於該輔助基板表面傾斜之傾斜部。
- 如申請專利範圍第4項之有機半導體膜之製造方法，其中，當形成該液滴保持狀態時，以該接觸面之一部分抵接於該基板表面之方式配置該接觸構件。
- 如申請專利範圍第3項之有機半導體膜之製造方法，其中，為了形成該液滴，於供給該原料溶液後，將該輔助基板及該基板維持成傾斜既定角度之狀態，形成該液滴保持狀態。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之有機半導體膜之製造方法，其中，該有機半導體材料係使用選自 [1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene衍生物、2,9-Dialkyldinaphtho[2,3-b：2’,3’-f]thieno[3,2-b]thiophene衍生物、dinaphth[2,3-b：2,3-f]thiopheno[3,2-b]thiophene衍生物、TIPS-稠五苯、TES-ADT、及其衍生物、苝衍生物、TCNQ、F4-TCNQ、F4-TCNQ、紅熒烯、稠五苯、p3HT、pBTTT、及pDA2T-C16中之任一材料。
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