TWI703746B - 有機半導體裝置的製造方法及粉體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種有機半導體裝置的製造方法以及適合該製造方法之材料，該製造方法能以無溶劑且高生產量地形成有機半導體薄膜。有機半導體裝置的製造方法，係包含將含有有機半導體材料的帶電粉體藉由靜電場的外加而在基材(23)上圖案化的步驟。

Description

有機半導體裝置的製造方法及粉體

本發明係有關有機半導體裝置的製造方法、及使用於該製造方法之粉體。

在電極間形成有機半導體材料的薄膜而得到有機半導體裝置的方法，因可用低溫製程製造，所以可作成彎曲性優異、輕量且不易崩壞的有機半導體裝置，故近年來都在積極研究。

不過，以往可使用於有機半導體裝置的有機半導體材料，因大多難溶於有機溶劑中，故不能利用塗布或印刷等價廉的方式形成該薄膜，通常是以比較高成本的真空蒸鍍法等在基板上形成該薄膜。最近，則盛行藉由利用噴墨、柔版印刷、塗布等塗布或印刷的方法形成有機半導體薄膜，獲得有機半導體裝置的研究，變得有可得具有較高載體遷移率(以下，適當地簡稱為「遷移率」)的有機半導體裝置的情況。期望藉由使用上述的塗布或印刷之方法，可用低成本製造電場效應電晶體的製作步驟中之生產量高、且大面積的電場效應電晶體。

通常，有機半導體薄膜係藉由以真空蒸鍍法為首的真空製程，或使用溶劑的旋轉塗布法或刮塗法等塗布製程形成。不過，以真空製程形成有機半導體薄膜的方法，除了需要進行真空製程用之設備之外，還有使有機半導體材料的耗損變多的缺點。以塗布製程形成有機半導體薄膜的方法，因為在整個基板塗布有機半導體溶液，故也與真空製程同樣會使有機半導體材料的耗損變多。

其他的有機半導體薄膜之形成方法，已知有噴墨法等印刷法。印刷法，可在目標位置塗布必要量的有機半導體材料，雖然因為期望取代真空製程並可大面積化/高速印刷等而有各式各樣的探討，但在目前的印刷法中，為了溶解有機半導體材料而需要鹵系溶劑或芳香族系溶劑等揮發性有機溶劑。此等有機溶劑不僅對作業人員有直接的影響，就保護地球環境等之觀點而言，不能說是最適用的印刷方式。所以，尋求無溶劑且圖案化的技術作為環境負荷少、可持續的技術。

此種以不使用溶劑的印刷方式使用有機半導體材料的技術，已熟知的是以OPC(有機感光體)為代表之印刷技術，但OPC中使用的電荷輸送層本身，係以使用溶劑的方式形成，藉由電暈放電等使感光體表面帶電，將藉由雷射照射而產生的電荷輸送到表層或下層，形成潛影的方式，並非將有機半導體材料本身圖案化者。已有數項研究在探討由此種感光體的技術利用靜電力(帶電)而形成有機半導體材料的方式。在專利文獻1至3中，已知使元 件構成要素的電極帶電，藉由噴墨法或噴塗法等供應帶有與電極相反電荷的有機半導體材料之溶液，可將有機半導體材料圖案化。不過，任一方式均是使用有機溶劑的印刷方式，並未建議以無溶劑形成有機半導體層的方式。

又，在使用有機溶劑的印刷方法中，除了需要溶劑的乾燥以外，在欲控制由溶液生成的結晶之定向方向時，也必須一邊進行溫度、氣體環境、塗布面的處理等精緻的製程控制一邊緩緩地進行有機半導體薄膜之成膜，或在結晶生成後為了結晶成長而花費數分鐘至數十分鐘進行燒製。因此在目前的印刷方法中，有所謂必須使用對環境有負面影響的溶劑，或無法實現高生產量的有機半導體薄膜之形成方法的問題。又，在目前，藉由塗布或印刷法等以往的有機半導體薄膜形成方法製造有機半導體裝置的方法，在有關遷移率等有機半導體裝置性能，尚不足以實用化。

生產量高的結晶控制方法，雖然已知有專利文獻4等的熱積層方法，但仍停留在將使用熔融狀態或塗布印刷方法所製膜之半導體材料進行控制結晶的方式，並沒有藉由無溶劑將有機半導體材料圖案化之具體例示。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2005-12061號公報

[專利文獻2] 日本特開2011-3442號公報

[專利文獻3] 日本特開2008-78339號公報

[專利文獻4] 國際公開第2014/136942號

[非專利文獻]

[非專利文獻1] Physica Status Solidi RRL, 7, 1093 (2013)

本發明的目的係提供一種可由無溶劑且短時間的處理形成有機半導體薄膜之有機半導體裝置的製造方法、及可在該製造方法中使用的粉體。

本發明人等，為了解決上述課題而深入研究的結果發現，不使用溶劑，且包含將含有有機半導體材料的帶正電或帶負電之粉體藉由外加靜電場而在基材上圖案化(對所期望的部位散布)的步驟之有機半導體裝置的製造方法，可無溶劑且高生產量地製造有機半導體裝置，而完成本發明。

即，本發明的有機半導體裝置之製造方法，係將有機半導體材料圖案化而製造有機半導體裝置的方法，且包含將含有有機半導體材料的帶電粉體藉由外加靜電場而在基材上圖案化之步驟。

本發明的粉體，係帶電的粉體，且含有有機半導體材料。

藉由本發明，提供一種有機半導體裝置之製造方法、及可使用在該製造方法中的粉體，該製造方法可用無溶劑、短時間的處理形成有機半導體薄膜，並且對環境負荷少且高生產量。

1、1’‧‧‧基材

2‧‧‧閘極電極

3、3’‧‧‧閘極絕緣層(絕緣層)

4‧‧‧半導體層(有機半導體薄膜)

5‧‧‧源極電極

6‧‧‧汲極電極

7‧‧‧有機半導體材料

8‧‧‧源極/汲極基板

9‧‧‧閘極基板

10A‧‧‧有機薄膜電晶體(有機半導體裝置)

10B‧‧‧有機薄膜電晶體

20‧‧‧粉體圖案化裝置

21‧‧‧基材

22‧‧‧支架

23‧‧‧電極

24‧‧‧配線

25‧‧‧座枱

30‧‧‧熱積層機

31、32‧‧‧熱輥

33‧‧‧送料輥

34‧‧‧被處理物

40‧‧‧超音波熔接機

41‧‧‧超音波振動器

42‧‧‧超音波振子

43‧‧‧增幅器

44‧‧‧喇叭

45‧‧‧加壓機制

45a‧‧‧臂部

45b‧‧‧支柱

46‧‧‧加熱枱

46a‧‧‧加熱器

第1圖係表示本發明的一實施形態之為了散布有機半導體材料而使用的粉體圖案化裝置之構成的示意圖。

第2圖係表示本發明的一實施形態之為了將有機半導體材料薄膜化而使用的熱積層機之構成的示意圖。

第3圖係表示本發明的一實施形態之為了將有機半導體材料薄膜化而使用的超音波熔接機之構成的示意圖。

第4圖係本發明的一實施例中，已混合有機半導體材料與載體粒子的帶電之含有有機半導體材料的粉體之偏光顯微鏡照片。

第5圖係本發明的一實施例中，藉由直流電壓將有機半導體材料散布在基板上之前的基板之偏光顯微鏡照片。

第6圖係本發明的一實施例中，藉由直流電壓將有機半導體材料散布在基板上之後的基板之偏光顯微鏡照片。

第7圖係本發明的一實施例中，藉由交流電壓將有機半導體材料散布在基板上之前的基板之偏光顯微鏡照片。

第8圖係本發明的一實施例中，藉由交流電壓將有機半導體材料散布在基板上之後的基板之偏光顯微鏡照片。

第9圖係本發明的一實施例之藉由熱積層法而薄膜化之前之已散布的有機半導體材料之偏光顯微鏡照片。

第10圖係本發明的一實施例之藉由熱積層法將已散布的有機半導體材料薄膜化之有機半導體薄膜的偏光顯微鏡照片。

第11圖(a)及(b)係表示作為本發明的有機半導體裝置之一例的有機薄膜電晶體之結構形態例的示意圖。

詳細說明本發明。

本發明的第一目的，係提供一種無溶劑且高生產量地製造有機半導體裝置之方法。

本發明的有機半導體裝置之製造方法，係包含將含有有機半導體材料的帶電粉體藉由靜電場的外加而散布在基材上並圖案化之步驟，且可用無溶劑進行有機半導體材料的圖案化。本發明的有機半導體裝置之製造方法，可視需要而進一步包含藉由熱及壓力將基材上的有機半導體材料薄膜化之步驟，此時，可用無溶劑一貫進行圖案化至薄膜化。

本發明的製造方法中，可使用含有帶電的有機半導體材料之粉體、含有帶電的有機半導體材料與帶電的載體粒子(後述)之粉體、及含有不帶電的有機半導體材料與帶電的載體粒子(後述)之粉體中之任一種粉體。

本發明的有機半導體裝置之製造方法的必要步驟，係將含有有機半導體材料的帶電粉體藉由外加靜 電場而散布在基材表面並圖案化的步驟(以下，亦稱為「圖案化步驟」)。前述圖案化步驟，係例如將由帶電的半導體性之有機化合物形成的有機半導體材料之粉體，藉由外加電壓而轉印至基板表面的步驟。若藉由上述方法，即可不使用溶劑並將有機半導體材料在基材表面的所期望之部位散布成所期望的圖案。

以下依據第1圖說明本發明的有機半導體裝置之製造方法中的圖案化步驟中適用的粉體圖案化裝置之一實施形態。又，各圖中之具有相同功能的構件是附記相同的符號，並省略其說明。

如第1圖中所示，將含有有機半導體材料的帶電粉體在基材21上圖案化用之粉體圖案化裝置20，係具備：支持含有有機半導體材料的帶電粉體用之支架(holder)22、對粉體外加靜電場用之電極23、供應電壓至支架22或電極23用之配線24、與使基材21搭載在其上並可於上下方向(Z軸方向)移動之座枱(stage)25。

在欲散布含有有機半導體材料的帶電粉體時，將支持含有有機半導體材料的帶電粉體的支架22朝基材21上移動，對支架22或基材21側的電極23施加與粉體的帶電極性相反的極性之電壓而藉由靜電力使帶電的有機半導體材料從支架22上分離，並散布在已固定於座枱25的基材21上。又，施加在支架22或基材21側的電極23之電壓，係直流電壓或交流電壓均可。

散布有機半導體材料的位置，可在對支架 22或基材21側的電極23施加電壓的位置、藉由控制外加電壓的程式等而在基材21上之期望的位置，將有機半導體材料圖案化。有時圖案化精度會依基材21與支架22之間的距離而改變。基材21與支架22之間的距離，雖然是取決於作成的圖案之精細度，但通常是10mm以下，並以1mm以下為佳。又，散布量，可藉由對支架22或基材21側的電極23施加之電壓大小、外加電壓的次數等而控制。此等電壓是由連接在支架22或電極23的外部電源供應。

支持帶電粉體的支架22是以磁鐵為佳。使用具有磁性的載體粒子以使粉體帶電，使用磁鐵作為支架22時，可使載體粒子不散布在基材21上而由屬於支架22的磁鐵支持，僅將不具磁性的有機半導體材料藉由靜電力而散布在基材21上。

藉由上述圖案化步驟而設在基板上的有機半導體材料，雖然也可就這樣發揮作為有機半導體的功能，但為了提升半導體特性，係以在上述圖案化後將已散布在基材上的有機半導體材料實施薄膜化之步驟(以下，稱為「薄膜化步驟」)為佳。經過薄膜化步驟可使微粒狀之有機半導體材料作成均勻的薄膜。

薄膜化步驟，係藉由對有機半導體材料給予熱及壓力，將有機半導體材料薄膜化而形成由有機半導體材料所成之有機半導體薄膜之步驟。若藉由上述方法，即可用短時間的處理提高有機半導體薄膜的特性。又，上述方法中，即使在給予超音波振動完畢後的冷卻過程中對 有機半導體材料施加壓力時，也不易因冷卻過程中的相變化等而在有機半導體薄膜產生龜裂。

一邊對有機半導體材料施加熱及壓力一邊薄膜化的方法，雖然可舉出非專利文獻1中的熱壓法、如同專利文獻4藉由熱輥的積層處理方法及一邊對有機半導體材料加壓一邊給予超音波振動的方法等，但在考量到生產量時，係以藉由熱輥的積層處理方法及一邊對有機半導體材料加壓一邊給予超音波振動的方法為佳。

在屬於一邊對有機半導體材料施加熱及壓力一邊薄膜化的方法之一例的利用熱輥之積層處理方法中，可使用由熱輥形成的一般的熱積層機。將該種一般的熱積層機之例表示於第2圖。如第2圖所示，本例的熱積層機30，係具備：對含有有機半導體材料的被處理物34施加熱及壓力用之一對熱輥31及一對熱輥32、與將被處理物34送到熱積層機30外部的送料輥33。

使用第2圖表示的一般的熱積層機30時，可將含有有機半導體材料的被處理物(有機半導體材料單獨、有機半導體材料與基材的組合、有機半導體材料與保護膜或保護層的組合、或者有機半導體材料與基材及保護膜或保護層的組合)34挾在一對熱輥31間及一對熱輥32間，利用熱輥31、32的接觸部之加熱與一對熱輥31、32間的鉗壓(nip pressure)，使有機半導體材料薄膜化。薄膜化後，被處理物34是經由送料輥33而送到熱積層機30的外部。

在屬於本發明的有機半導體裝置之製造方法的一例之一邊加壓一邊進行超音波處理的方法中，可舉出利用包裝膜的壓接等中使用的一般的超音波熔接機(超音波焊接機(welder))的方法。使用一般的超音波熔接機時，可一邊藉由超音波熔接機由含有有機半導體材料的被處理物之上方對有機半導體材料施加壓力一邊給予超音波振動，利用由超音波振動產生的摩擦熱與壓力，將有機半導體材料薄膜化。一般的超音波熔接機，係具備被按壓在被處理物而對被處理物施加壓力之同時給予超音波振動用之喇叭作為加壓構件。

將該種一般的超音波熔接機之例表示於第3圖。如第3圖所示，本例的超音波熔接機40，係具備使超音波振動的超音波振動器(產生器)41、產生超音波振動用之超音波振子(轉換器)42、增幅超音波振動用之增幅器(booster)43、喇叭44、對被處理物施加壓力用之加壓機制(加壓單元)45、與在其上配置被處理物的加熱座枱46。加壓機制45，具備：安裝有超音波振子42、增幅器43、及喇叭44的臂部45a；與以可於垂直方向上下滑動之方式支撐臂部45a的支架45b。加熱座枱46，具備將加熱座枱46的上面加熱至預定溫度用之加熱器46a。

在此等薄膜化步驟中，雖然可將有機半導體材料單獨使用作為被處理物，但以使用將有機半導體材料配置在基材上而成者作為被處理物，並對基材上的有機半導體材料施加上述處理為更佳。在本發明的方法中，因 對基材上的有機半導體材料施加上述處理，故可使微米、次微米級的有機半導體材料之粉體形成數10至數100奈米的有機半導體薄膜，同時產生結晶的再定向而使結晶方位均勻化。

又，圖案化步驟中散布有機半導體材料時，即使有機半導體材料的散布位置從欲形成有機半導體薄膜的所期望之位置(例如，在製造有機薄膜電晶體時，基材上的源極電極與汲極電極之間的位置)有些位移，也可藉由薄膜化步驟使有機半導體材料朝基材表面方向推壓拓展，故可在所期望的位置形成有機半導體薄膜。

在有機半導體材料的薄膜化步驟中，係以使用將有機半導體材料挾在1對基材之間而成者作為被處理物，並且對挾在1對基材之間的有機半導體材料施加上述處理為更佳。即，在有機半導體材料的薄膜化步驟中，例如，係以於已在1片基板上圖案化的有機半導體材料上再承載一片基材，將有機半導體材料挾持在一對的基材之間，由該承載的基材上部同時施加熱及壓力而使有機半導體材料薄膜化為更佳。藉此，上述處理時，可避免有機半導體材料附著在薄膜化中使用的接觸部(熱輥或超音波振動裝置)或座枱等，同時可避免因冷卻過程中的相變化等而在有機半導體薄膜產生龜裂。上述基材，雖然可舉出：後段中舉出作為構成有機薄膜電晶體10A及10B的基材1及1’之例的玻璃等無機基板或各種樹脂膜、在此等之上形成有電極及/或絕緣層者等，但以樹脂膜為佳。

對有機半導體材料施加壓力的方法，並無特別的限制，適合為：對有機半導體材料直接或者隔著保護膜或保護層使用熱輥(例如第2圖中的31及32)的鉗壓方法或使加壓構件(例如第3圖中的44)推壓的方法。隔著保護膜或保護層對有機半導體材料加壓時，係以使用將有機半導體材料挾持在基材與保護膜或保護層之間而成者作為被處理物，隔著保護膜或保護層對基材上的有機半導體材料推壓加壓構件為更佳。藉此，可形成厚度均勻的有機半導體薄膜。此處使用的保護膜或保護層，可以和基材相同或不同。又，為了將有機半導體薄膜在形成後自保護層剝離，可將已在離型材上積層有保護層之膜以離型材鄰接在有機半導體材料的方式設在有機半導體材料上。上述保護膜或保護層，將於後述。

對有機半導體材料施加熱及壓力而薄膜化時(以下，適當地稱為「薄膜化處理時」)之有機半導體材料的溫度，係配合有機半導體材料的種類而設定。有機半導體材料具有相轉移點(相轉移溫度)時，係以在相對於有機半導體材料的相轉移點之0至+80℃的範圍內調整薄膜化處理時的有機半導體材料之溫度為佳。又，將有機半導體材料與基材組合而使用時，係以將薄膜化處理時的有機半導體材料之溫度設定在比使用的基材之玻璃轉移點(玻璃轉移溫度)更低的溫度為佳，藉由有機半導體材料的相轉移點與基材的玻璃轉移點之組合，設定薄膜化處理時的有機半導體材料之溫度的最適宜溫度範圍。

欲將有機半導體材料薄膜化時，有機半導體材料的溫度，係以設在超過有機半導體材料的相轉移點(即液晶轉移點、玻璃轉移點、熔點等)之溫度為佳。此時，在該條件下，使有機半導體材料在薄膜化處理時由固相朝液晶相、玻璃相、液相等相轉移(相變化)，變得具有流動性，藉由給予的壓力而薄膜化。此時，在施予超音波振動完畢之後的冷卻過程中，有機半導體材料再結晶化，可獲得有機半導體薄膜。即，在本發明的有機半導體薄膜之形成步驟中，係以藉由使固相的有機半導體材料相轉移之後使有機半導體材料再結晶化，而將有機半導體材料薄膜化為佳。藉此，因使固相的有機半導體材料相轉移而提高有機半導體材料的流動性，故容易將有機半導體材料薄膜化。對有機半導體材料給予熱及壓力完畢時，有機半導體材料的溫度急速降低，造成有機半導體材料的再定向及再結晶化。如此而得的有機半導體薄膜，在與通常的溶液製程獲得的有機半導體薄膜比較時，不易在結晶粒間產生裂紋。又，即使在薄膜化處理時不產生有機半導體材料的相轉移時，藉由使有機半導體材料因超音波振動而在加熱狀態中受到足夠的壓力，而可能發生薄膜化。

前述薄膜化步驟中，其中一項特徵是認為有機半導體材料的結晶再定向而使結晶方位均勻化。因此，即使在此等有機半導體材料之中，尤其在使用具有結晶性的有機半導體材料時，可容易在短時間中獲得例如遷移率等半導體特性優異的有機半導體裝置。

經過上述的散布有機半導體材料之步驟及藉由施加熱及壓力而形成有機薄膜的步驟，即可不使用溶劑且形成有機半導體裝置中使用的有機薄膜。

前述圖案化步驟的較佳形態，可舉出自含有有機半導體材料及載體粒子的帶電粉體中藉由磁性而僅將載體粒子分離，並僅將帶電的有機半導體材料散布在基材上的方法。

此處所謂的載體粒子是指由磁性材料形成之粒子，該載體粒子，可舉出：由鐵、鐵氧體(ferrite)、磁鐵礦等金屬、此等金屬與鋁、鉛等金屬之合金等習知的磁性材料形成之磁性粒子，並以鐵氧體粒子為佳。又，也可使用使由前述磁性材料形成的磁性粒子之表面經樹脂等被覆者、樹脂中已分散有磁性微粉末者等作為載體粒子。作為最便捷的載體粒子者，可舉出自一般社團法人日本畫像學會販售的標準載體等。載體粒子的平均粒徑通常是50至200μm。將有機半導體材料與載體粒子以例如3至15：97至85的質量比混合之後，藉由攪拌、振盪等可使有機半導體材料摩擦帶電。

又，也可預先藉由噴磨機、珠磨機、球磨機等粉碎機將有機半導體材料粉碎成1至20μm的粒徑，然後，將所得的有機半導體材料之粉體與載體粒子混合。將有機半導體材料的粉體與載體粒子混合之後，藉由攪拌/振盪，使有機半導體材料帶正或負電，藉由靜電力將有機半導體材料的粉體附著在載體粒子上。

以本發明的製造方法製造的有機半導體裝置，雖然只要是將含有有機半導體薄膜的半導體層挾在1對的電極間之構成，即無特別的限制，但以有機薄膜電晶體為佳。以本發明的製造方法製造的有機半導體裝置，更佳係源極電極及汲極電極的2個電極鄰接在含有有機半導體薄膜的半導體層，並且隔著閘極絕緣層藉由在稱為閘極電極的另一個電極外加電壓而控制在該等源極電極及汲極電極之間流動的電流之構成的有機薄膜電晶體。即，以本發明的製造方法製造的有機半導體裝置，更佳係具備以相互離間之方式配設的源極電極及汲極電極、配設在上述源極電極及上述汲極電極之間的含有由有機半導體材料形成之有機半導體薄膜之半導體層、以與上述半導體層相向之方式配設的閘極電極、配設在上述半導體層與上述閘極電極之間的絕緣層(閘極絕緣層)之屬於有機電場效應電晶體之有機薄膜電晶體。上述有機電場效應電晶體，再更佳係在基材上具備上述源極電極、汲極電極、半導體層、閘極電極及絕緣層。

將以本發明的製造方法製造之有機薄膜電晶體的形態例表示於第11圖(a)及第11圖(b)。

第11圖(a)中表示的有機薄膜電晶體10A，係稱為底閘極型有機電場效應電晶體。有機薄膜電晶體10A，係具備：基材1、積層在基材1上的閘極電極2、積層在閘極電極2的上面(與基材1相向之面的背面)之上的閘極絕緣層3、在閘極絕緣層3的上面之一部份上以相互離間的方式配設之 源極電極5及汲極電極6、與配設在閘極絕緣層3的上面(但配設有源極電極5及汲極電極6之部份除外)之上的含有由有機半導體材料形成之有機半導體薄膜的半導體層4。

第11圖(b)中表示的有機薄膜電晶體10B，係有機電場效應電晶體，且具備：基材1’、積層在基材1’上的閘極絕緣層3’、在閘極絕緣層3’的上面(與基材1’相向之面的背面)之一部份上以相互離間的方式配設之源極電極5及汲極電極6、配設在閘極絕緣層3’的上面(但配設有源極電極5及汲極電極6之部份除外)之上的含有由有機半導體材料形成之有機半導體薄膜的半導體層4、配設在半導體層4的上面上之閘極絕緣層3、積層在閘極絕緣層3的上面上之閘極電極2、與積層在閘極電極2的上面上之基材1。又，在有機薄膜電晶體10B中，也可省略基材1’及閘極絕緣層3’之一。又，本發明的有機薄膜電晶體，也可以是自有機薄膜電晶體10B中去除基材1’及閘極絕緣層3’的兩者後之結構(稱為頂閘極型有機電界效應電晶體)的有機薄膜電晶體。

其次，說明第11圖(a)及第11圖(b)中表示的以本發明之製造方法製造的有機薄膜電晶體之形態例中的各構成要素。

基材1及1’，除了玻璃等無機基板以外，還可使用樹脂膜。考量到有機薄膜電晶體10A及10B的可撓性時，基材1及1’係以樹脂膜為佳。構成上述樹脂膜的樹脂，可列舉例如：聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙 二酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、纖維素三乙酸酯、聚醚醯亞胺等。基材1及1’的種類，係配合加壓及給予超音波振動時的製程溫度而選擇。又，也可在此等基材1及1’上具有平坦化層，以提高基材1及1’表面的平滑性。在構成上述樹脂膜的樹脂中，也可分散具有奈米級(例如5nm)的平均粒徑之無機氧化物粒子(例如二氧化矽粒子)，以提升金屬密合性或耐久性。此等基材1及1’，係以玻璃轉移點為100℃以上者為佳，並以玻璃轉移點為150℃以上者為更佳。基材1及1’的厚度，通常是1μm至10mm，並以5μm至3mm為佳。

使用樹脂膜作為基材1時，考量到有機薄膜電晶體的彎曲耐性，也可為如同有機薄膜電晶體10B般地以基材1及1’挾住半導體層4的構成。此構成時，係以使2種基材1及1’的材質相同為佳。藉由使用由此種樹脂膜形成的基材1及1’，可使有機薄膜電晶體具有可撓性，可實現具有高彎曲耐性的可撓曲且輕量的有機薄膜電晶體，提高有機薄膜電晶體的實用性。

在源極電極5、汲極電極6及閘極電極2中，可使用導電性材料(具有導電性的材料)。上述導電性材料，可使用例如：鉑、金、銀、鋁、鉻、鎢、鉭、鎳、鈷、銅、鐵、鉛、錫、鈦、銦、鈀、鉬、鎂、鈣、鋇、鋰、鉀、鈉等金屬及含有該等金屬的合金；InO₂、ZnO₂、SnO₂、ITO(氧化銦錫)等導電性無機氧化物；聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩(PEDOT‧PPS等)、聚乙炔、聚對苯乙烯、聚二乙炔等 導電性高分子化合物；碳奈米管、石墨等碳材料等。也可在以上舉出的各種材料中摻雜氧化鉬或對上述金屬施予經由硫醇等的處理，以使源極電極5、汲極電極6及閘極電極2的接觸電阻降低。又，上述導電性材料，也可使用已在以上舉出的各種材料中分散碳黑的導電性複合材料或已將金、鉑、銀、銅等金屬等之粒子分散在以上舉出的各種材料(但，係與粒子不同的材料)中之導電性複合材料。欲使有機薄膜電晶體10A及10B運作時，將配線連結在閘極電極2、源極電極5及汲極電極6。配線也可用與閘極電極2、源極電極5及汲極電極6的材料幾乎相同的材料製作。源極電極5、汲極電極6、閘極電極2的厚度，雖然因其材料而異，但通常是1nm至10μm，並以10nm至5μm為佳，而以30nm至1μm為更佳。

閘極絕緣層3及3’，係絕緣性材料(具有絕緣性的材料)之層。上述絕緣性材料，可使用例如：聚對二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚丙烯酸酯(丙烯酸樹脂)、聚苯乙烯、聚乙烯酚、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚胺酯、聚碸、氟系樹脂、環氧樹脂、酚樹脂等聚合物及將此等組合的共聚合物；二氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭等無機氧化物；SrTiO₃、BaTiO₃等強介電性無機氧化物；氮化矽、氮化鋁等無機氮化物；無機硫化物；無機氟化物等介電體的粒子分散於聚合物中而成之材料等。閘極絕緣層3中使用的絕緣性材料，係以預先確認有無因加壓及給予超音波振動而導致之 破損為佳，與基材1相同，除了要求熱的安定性，也必須考慮加壓及給予超音波振動的處理後之絕緣破壊等。閘極絕緣層3及3’的厚度，雖然因其中使用的絕緣性材料而異，但通常是10nm至10μm，並以50nm至5μm為佳，而以100nm至1μm為更佳。如第11圖(b)中表示具有將半導體層4挾入2片的基材1及1’中之構成的有機薄膜電晶體10B時，考量到有機薄膜電晶體10B的彎曲耐性時，閘極絕緣層3及3’是以相同的材質為佳。

半導體層4，係含有由前述的有機半導體材料形成之有機半導體薄膜。構成半導體層4的半導體材料，可單獨使用前述的有機半導體材料，也可將前述的有機半導體材料與其他的半導體材料組合而使用。也可視需要而在構成半導體層4的半導體材料中混合各種添加劑，以改善有機薄膜電晶體10A及10B的特性。半導體層4的厚度，係以在不失去必要的功能之範圍中越薄越好。有機薄膜電晶體10A及10B中，雖然只要半導體層4具有預定以上的厚度，有機薄膜電晶體10A及10B之特性就不會取決於半導體層4的厚度，但半導體層4的厚度變厚時，大多會使漏電流增加。反之，半導體層4的厚度太薄時，因使半導體層4中不能形成電荷的通道(channel)，故半導體層4必須具有適度的厚度。使有機薄膜電晶體10A及10B顯示必要的功能用之半導體層4的厚度，通常是1nm至5μm，並以10nm至1μm為佳，而以10nm至500nm為更佳。

在以本發明的製造方法製造之有機薄膜電晶體中，也可視需要而在上述的各構成要素之間或上述的各構成要素之露出表面設置其他的層。例如，也可在有機薄膜電晶體10A中的半導體層4上直接或隔著其他的層形成用以保護有機薄膜電晶體10A的薄膜電晶體保護層。藉此，可使濕度等外氣對於有機薄膜電晶體的電氣特性之影響變小，使有機薄膜電晶體的電氣特性安定化。又，可提升有機薄膜電晶體的開/關比等電氣特性。

構成上述薄膜電晶體保護層的材料，雖然無特別的限制，但以例如環氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸樹脂、聚胺酯、聚醯亞胺、聚乙烯醇、氟樹脂、聚烯烴等各種樹脂；氧化矽、氧化鋁等無機氧化物；及氮化矽等氮化物等介電體等為佳，並以氧滲透率、水份滲透率及吸水率小的樹脂(聚合物)為更佳。構成上述薄膜電晶體保護層的材料，也可使用為了有機EL顯示器用而開發的阻氣性保護材料。薄膜電晶體保護層的厚度，雖然可配合其目的而採用任何厚度，但通常是100nm至1mm。

在本發明的有機半導體裝置之製造方法中，係藉由例如在已於其上形成絕緣層及電極的基材上，藉由上述的外加電壓之控制而散布有機半導體材料，並一邊對有機半導體材料施加熱及壓力一邊薄膜化而製造有機半導體裝置。

本發明的有機半導體裝置之製造方法，當上述有機半導體裝置為在基材上具備以相互離間的方式配 設之源極電極及汲極電極、配設在前述源極電極與前述汲極電極之間的含有由有機半導體材料形成之有機半導體薄膜的半導體層、以與前述半導體層相向之方式配設的閘極電極、配設在前述半導體層與上述閘極電極之間的絕緣層的屬於有機電場效應電晶體之有機薄膜電晶體時，係以在形成有機半導體薄膜之前，在前述基材上實施將含有有機半導體材料的帶電粉體圖案化之步驟為佳。在此製造方法中，可製造第11圖(a)表示的有機薄膜電晶體10A或第11圖(b)表示的有機薄膜電晶體10B。

此處，係依據使用2種基板的第11圖(b)之形態例的有機薄膜電晶體10B，詳細說明本發明的有機半導體裝置之製造方法。第一個基板(稱為「閘極基板9」)係在基材1上積層有閘極電極2及閘極絕緣層3者。另一個基板(稱為源極/汲極基板8)係在基材1’上積層有閘極絕緣層3’、源極電極5與汲極電極6者。又，在以下的說明中，係說明半導體層4僅由有機半導體薄膜形成的情形。

(閘極基板9的製作)

[基材1及1’的處理]

閘極基板9，係藉由在上述說明過的基材1上設置閘極電極2及閘極絕緣層3而製作。對於基材1的表面，也可進行表面處理(清洗處理)以提升基材1上積層的各層之濕潤性(積層的容易度)。表面處理之例，可舉出：用鹽酸、硫酸、乙酸等之酸處理；用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨等之鹼處理；臭氧處理；氟化處理；用氧或氬等的 電漿之電漿處理；朗繆-布洛傑(Langmuir-Blodgett)膜之形成處理；電暈放電等電氣處理等。

[閘極電極2的形成]

使用上述的導電性材料(電極材料)在基材1上形成閘極電極2。形成閘極電極2的方法，可列舉例如：真空蒸鍍法、濺鍍法、塗布法、熱轉印法、印刷法、溶膠凝膠法等。導電性材料的成膜時或成膜後，較佳係以使導電性材料成為所期望之形狀的方式視需要而進行圖案化。圖案化的方法，雖然可使用各種的方法，但可列舉例如：將光阻劑的圖案化與蝕刻組合而成之光刻法等。又，圖案化的方法，也可利用噴墨印刷、網版印刷、平版印刷、凸版印刷等印刷法、微觸印刷(microcontact printing)法等軟刻(soft lithography)法及將數種此等方法組合的方法。藉由印刷法形成的電極，藉由提供熱、光等能量直到達成所期望的導電率而燒製。

[閘極絕緣層3的形成]

其次，使用上述的絕緣性材料，在已形成於基材1上的閘極電極2上形成閘極絕緣層3(參照第11圖(b))。閘極絕緣層3的形成方法，可列舉例如：旋轉塗布法、噴塗法、浸塗法、鑄型法、棒塗法、刮刀(blade)塗布法等塗布法；網版印刷法、平版印刷法、噴墨法等印刷法；真空蒸鍍法、分子束晶膜生長法、離子團簇束法、離子鍍法、濺鍍法、大氣壓電漿法、CVD(化學氣相沉積)法等乾式法等。也可對閘極絕緣層3進行表面處理。認為是因對閘極絕緣層3 進行表面處理，而容易控制之後成膜的半導體層4與閘極絕緣層3之界面部份的分子定向或結晶性，同時減少基材1或閘極絕緣層3上的陷阱(trap)部位，藉此改良有機薄膜電晶體10B的載體遷移率等特性者。陷阱部位，係指在未處理的基材1或閘極絕緣層3中存在的例如羥基等官能基，此種官能基存在於基材1或閘極絕緣層3中時，使電子受到該官能基吸引，其結果是使有機薄膜電晶體10B的載體遷移率降低。所以，減少基材1或閘極絕緣層3中的陷阱部位，有時有效改良有機薄膜電晶體10B的載體遷移率等特性。

(源極/汲極基板8的製作)

[基材1’的處理]

閘極基板9，係在上述說明過的基材1’上設置閘極絕緣層3’、源極電極5及汲極電極6而製作。對於基材1’的表面，也可與基材1的表面相同，進行上述之表面處理。

[閘極絕緣層3’的形成]

其次，使用上述的絕緣性材料，在基材1’上形成閘極絕緣層3’(參照第11圖(b))。閘極絕緣層3’的形成方法，可利用與閘極絕緣層3的形成方法相同的方法。對於閘極絕緣層3’，也可與閘極絕緣層3同樣進行表面處理。

[源極電極5及汲極電極6的形成]

其次，使用上述的導電性材料在閘極絕緣層3’上形成源極電極5及汲極電極6。源極電極5及汲極電極6的材料，可以是相同，也可不同。形成源極電極5及汲極電極 6的方法，可使用與閘極電極2的形成方法相同的方法。構成源極電極5及汲極電極6的導電性材料中，也可摻雜氧化鉬等，以降低源極電極5及汲極電極6的接觸電阻。當源極電極5及汲極電極6係由金屬構成時，也可對該金屬施予經由硫醇等的處理。氧化鉬或硫醇等，可藉由與導電性材料之成膜方法相同的方法，積層在源極電極5及/或汲極電極6上。

[在源極/汲極基板8上散布有機半導體材料]

接著，利用粉體圖案化裝置20將有機半導體材料散布在源極/汲極基板8上。散布的方法是如同前述，由外部電壓對支持含有帶電的有機半導體之粉體的支架22施加與有機半導體同極性的電壓，或對基材側的電極23施加與有機半導體的電荷相反極性的電壓，而藉由靜電力使有機半導體材料自支架22分離，並散布在已固定在座枱25的基材21上。

支持帶電的有機半導體材料之支架是以磁鐵為佳。使用具有磁性的載體粒子以使有機半導體材料帶電時，載體粒子為了由屬於支架的磁鐵支持而不散布在基材上，可藉由靜電力而僅將無磁性的有機半導體材料散布在基材上。因此，可將能影響作為有機半導體裝置的功能之載體粒子分離。

在前述圖案化步驟中，可將粉體在前述源極電極、前述閘極電極或該等的附近之位置圖案化。又， 有機半導體材料可散布在源極/汲極基板8上的源極電極5與汲極電極6之間的區域(通道)上或其附近。散布有機半導體材料的位置，雖然依據有機半導體材料之量，但為了獲得良好的有機半導體薄膜，係以在電極上等通道附近將有機半導體材料圖案化者為佳。

[半導體層4的形成及有機薄膜電晶體10B的製作]

接著，將閘極基板9疊合在已在其上配置有機半導體材料的源極/汲極基板8。使用在如此而得的源極/汲極基板8及閘極基板9之間挾持有機半導體材料者，並隔著閘極基板9對有機半導體材料施加上述的薄膜化處理，藉此給予能量至有機半導體材料。藉此，有機半導體材料係薄膜化並且由有機半導體薄膜形成之半導體層4係形成作為通道，同時使源極/汲極基板8與閘極基板9壓接，完成有機薄膜電晶體10B。此薄膜化處理的條件，可使用與前述的有機半導體薄膜之形成方法相同的條件，而製造有機薄膜電晶體10B。不需要如以往的長時間之烘烤步驟，只要將加壓及給予超音波振動的條件最佳化，即可用極短的時間形成有機半導體薄膜。

通常，有機薄膜電晶體的運作特性，係取決於半導體層的載體遷移率及導電率、絕緣層的靜電容量、元件構成(源極電極與汲極電極之間的距離、源極電極及汲極電極的寬度、絕緣層的厚度等)等。為了獲得具有高載體遷移率、由有機半導體材料形成的半導體層4，要求 有機半導體材料具有朝一定方向的定向秩序(結晶的方位均勻化，更多的結晶朝一定方向定向)。在本發明的有機半導體裝置之製造方法中進一步包含薄膜化步驟的製造方法中，在熱及壓力的施加結束後之有機半導體材料的冷卻過程中，有機半導體材料的結晶再配向，可獲得由具有朝一定方向的定向秩序的有機半導體材料形成之半導體層4。又，在具有2個基材1及1’與2個閘極絕緣層3及3’的有機薄膜電晶體10B中，基材1及1’使用相同的材料，且閘極絕緣層3及3使用相同的材料時，可使有機薄膜電晶體10B的結構成為以半導體層4為中心的對稱之三明治(sandwich)結構。其結果，可得不易受到因不同材質而導致之變形等的影響、具有高彎曲耐性的有機薄膜電晶體10B。

此外，本發明的有機半導體裝置之製造方法中進一步包含薄膜化步驟的製造方法，因可用短時間的處理形成有機半導體薄膜，故也可適用於與由真空蒸鍍製程形成有機半導體薄膜的以往之製造方法、由其他的塗布法或印刷法(溶液製程)形成有機半導體薄膜的以往之製造方法相比，生產量高、非常低成本且大面積顯示器用途的有機半導體裝置之製造。又，本發明的有機半導體裝置之製造方法中進一步包含薄膜化步驟的製造方法，由於可用短時間的處理形成有機半導體薄膜，故也可能實現片對片(sheet to sheet)方式或輥對輥(roll to roll)方式的製造方法。

本發明的第二目的，係提供適合本發明的有機半導體裝置之製造方法的材料。本發明的材料，係含 有有機半導體材料的帶電粉體。前述有機半導體材料，係以含有帶電的有機半導體材料為佳。本發明的粉體，較佳係以進一步含有載體粒子，以使有機半導體材料帶電。

上述有機半導體材料，可使用低分子有機半導體化合物、高分子有機半導體化合物及寡聚物有機半導體化合物的任一種。上述低分子有機半導體化合物，可舉出：多并苯(polyacene)類、多并苯類的部份碳原子取代成氮原子、硫原子、氧原子等原子或羰基等多價官能基，或者多并苯類的部份氫原子取代成芳基、醯基、烷基、烷氧基等1價官能基的衍生物(三苯二

(triphenodioxazine)衍生物、三苯二噻

(triphenodithiazine)衍生物、後述通式(1)表示的噻吩并噻吩衍生物等)。又，上述低分子有機半導體化合物，還可舉出：苯乙烯基苯衍生物、金屬酞菁類、縮合環四羧酸二醯亞胺類、部花青(merocyanine)色素類或半花青(hemicyanine)色素類等色素、以肆(十八烷基硫基)四硫富瓦烯為代表的電荷轉移錯合物等。上述縮合環四羧酸二醯亞胺類，可舉出：萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N’-雙(4-三氟甲基苯甲基)萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N’-雙(1H,1H-全氟辛基)萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N’-雙(1H,1H-全氟丁基)萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N’-二辛基萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、萘-2,3,6,7-四羧酸二醯亞胺等萘四羧酸二醯亞胺類；蒽-2,3,6,7-四羧酸二醯亞胺等蒽四羧酸二醯亞胺類等。

上述高分子有機半導體化合物，可列舉例 如：聚吡咯、聚(N-取代吡咯)、聚(3-取代吡咯)、聚(3,4-二取代吡咯)等聚吡咯類；聚噻吩、聚(3-取代噻吩)、聚(3,4-二取代噻吩)、聚苯并噻吩等聚噻吩類；聚異噻茚(polyisothianaphthene)等聚異噻茚；聚噻吩乙烯(polythienylene vinylene)等聚噻吩乙烯類；聚(對苯乙烯)等聚(對苯乙烯)類；聚苯胺、聚(N-取代苯胺)、聚(3-取代苯胺)、聚(2,3-二取代苯胺)等聚苯胺類；聚乙炔等聚乙炔類；聚二乙炔等聚二乙炔類；聚薁等聚薁類；聚芘等聚芘類；聚咔唑、聚(N-取代咔唑)等聚咔唑類；聚硒吩等聚硒吩類；聚呋喃、聚苯并呋喃等聚呋喃類；聚(對-伸苯基)等聚(對-伸苯基)類；聚吲哚等聚吲哚類；聚嗒

等聚嗒

類；聚苯硫醚、聚乙烯硫醚等聚硫化物類等。

上述寡聚物有機半導體化合物，係具有與上述的聚合物相同之重複單元的寡聚物，可列舉例如：屬於噻吩6聚物的α-六噻吩、α,ω-二己基-α-六噻吩、α,ω-二己基-α-五噻吩、α,ω-雙(3-丁氧基丙基)-α-六聚噻吩等寡聚物。

當實施本發明時的有機半導體材料，係以結晶性低分子有機半導體化合物為佳。尤佳的結晶性低分子有機半導體化合物之一例，可舉出下述通式(1)表示的噻吩并噻吩衍生物。

式(1)中，R₁及R₂是分別獨立地表示氫原子、烷基、可具有取代基的烯基、可具有取代基的炔基、可具有取代基的芳基、可具有取代基的雜環基、烷氧基、或烷氧基烷基，R₁及R₂可互為相同也可不同，m及n是分別獨立地表示0或1。

上述烷基，係直鏈、分枝鏈或環狀的脂肪族烴基，並以直鏈或分枝鏈的脂肪族烴基為佳，而以直鏈的脂肪族烴基為更佳。上述烷基的碳數，通常是1至36，並以2至24為佳，而以4至20為更佳，而以4至10為又更佳。上述的烯基、炔基，係分子鏈內具有雙鍵或三鍵的脂肪族烴基，其碳數通常是1至36，也可具有下述芳基、雜環基作為取代基。

上述芳基，係苯基、聯苯基、芘基、二甲苯基、均三甲苯基、異丙苯基、苯甲基、苯基乙基、α-甲基苯甲基、三苯基甲基、苯乙烯基、肉桂基、聯苯基、1-萘基、2-萘基、蒽基、菲基等芳香族烴基。上述雜環基，係2-噻吩基、苯并噻吩基、噻吩并噻吩基等。此等芳基及雜環基也可分別具有上述烷基等取代基，具有複數個取代基時，該等複數個取代基可以是相同也可不同。

為了使上述通式(1)表示的噻吩并噻吩衍生 物在70℃至280℃的範圍內具有相轉移點，係以R₁及R₂的至少一方為烷基為佳，該烷基鏈之長度是以碳數4以上為佳。

其他，在不損及有機半導體裝置的功能之範圍中，也可視需要而在粉體中添加聚苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚合物等黏結劑樹脂、由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈦等微粒子形成之外添劑、蠟、電荷控制劑等。藉由此等的添加，可提升粉體的轉印性、流動性、顯像性、帶電性等。

此種含有有機半導體材料的帶電粉體，可適應本發明的有機半導體裝置之製造方法，可藉由對粉體圖案化裝置的支架或基材上的電極外加電壓而散布在所期望的位置，不使用以往的需要真空製程或鹵系溶劑、芳香族系溶劑等揮發性有機溶劑的塗布、印刷步驟，即可圖案化。

如此而製造的有機半導體裝置，可利用作為顯示器的主動矩陣之開關(switching)元件等。顯示器，可列舉例如：液晶顯示器、高分子分散型液晶顯示器、電泳型顯示器、電激發光(EL)顯示器、電子呈色型顯示器、粒子旋轉型顯示器等。又，本發明的有機半導體裝置，可利用作為記憶體電路的元件、訊號驅動電路的元件、訊號處理電路的元件等數位元件或類比元件，可藉由將此等元件組合而製作IC(積體電路)卡或IC標籤。並且，本發明的 有機半導體裝置，因可藉由化學物質等外部刺激而造成其特性變化，故也可期望利用作為FET(電場效應電晶體)感應器。

[實施例]

以下，雖然列舉出實施例以更詳細地說明本發明，但此等實施例僅用來容易理解本發明，本發明並非侷限於此等實施例。

[實施例1](含有有機半導體材料的帶正電荷粉體之製作)

將作為有機半導體材料的下述式(2)表示之化合物(以下，稱為「化合物(2)」)(2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩；熔點：127℃)與粒徑1至2mm的氧化鋯粒放入容器中，以旋轉數4,500rpm利用珠磨機5分鐘將化合物(2)粉碎。藉由將具有磁性的載體粒子P-02(一般社團法人日本畫像學會販售：正帶電極性色劑(toner)用標準載體)作為載體粒子，以化合物(2)：載體粒子=1：10的質量比率，混合在所得的粒徑10至20μm之化合物(2)的粉末中，攪拌而製作由化合物(2)與載體粒子形成之帶正電粉體。所得的粉體，藉由第4圖表示的偏光顯微鏡照片確認是由化合物(2)與載體粒子形成。

[實施例2](含有有機半導體材料的帶負電荷粉體之製作)

除了使用具有磁性的載體粒子N-01(一般社團法人日本畫像學會販售：負帶電極性色劑用標準載體)作為載體粒子以外，其餘以與實施例1相同的操作，製作由化合物(2)與載體粒子形成之帶負電粉體。

[實施例3](有機半導體材料的散布、圖案化)

在作為基材1’的厚度12μm之聚醯亞胺膜(製品名「Pomiran(註冊商標)N」，荒川化學工業股份有限公司製，具有已在聚醯亞胺基質中分散平均粒徑5nm的奈米二氧化矽粒子的結構之二氧化矽混合聚醯亞胺膜)上，將作為閘極絕緣層3’的「Parylene(註冊商標)C」(日本Parylene合資公司製)以900nm之厚度成膜，在該Parylene膜之上部形成金電極作為通道長20μm、通道寬5mm的源極電極5及汲極電極6，獲得源極/汲極基板8。

在第1圖的粉體圖案化裝置20之座枱25上設置此源極/汲極基板8作為基材21，在源極電極5附近將有機半導體材料圖案化。即，使實施例1中獲得的由化合物(2)與載體粒子形成之帶正電粉體附著在已連接外部 電源的經絕緣膜覆蓋之由釹磁鐵形成的支架22之後，調整源極/汲極基板8的水平方向(X軸、Y軸方向)之位置以使粉體來到源極/汲極基板8的源極電極5上。接著將座枱25上昇，調整源極/汲極基板8與支架22之間的距離至0.5mm，藉由以外部電源對支架22外加1.5kV的直流電壓，使有機半導體材料由支架22散布到源極/汲極基板8上。第5圖表示粉體散布前的源極/汲極基板8中之源極電極5周邊部的偏光顯微鏡照片，第6圖表示粉體散布後的源極/汲極基板8中之源極電極5周邊部的偏光顯微鏡照片。如第6圖表示，確認到由化合物(2)形成的粉體已轉印至源極電極5附近。

[實施例4]

除了將外部電源與源極/汲極基板8上的源極電極5連接，並使用實施例2中製作的由化合物(2)與載體粒子形成之帶負電的粉體以外，其餘以和實施例3相同的操作，將有機半導體材料由支架散布到源極/汲極基板8上。與實施例3同樣地確認到由化合物(2)形成的粉體已轉印至源極電極5附近。

[實施例5]

除了將藉由外部電源外加在支架22的電壓改變成脈衝振幅150V、頻率10Hz的矩形波狀交流電壓以外，其餘以和實施例3相同的操作，將有機半導體材料散布到源極/汲極基板8上。第7圖表示粉體散布前的源極/汲極基板8中之源極電極5周邊部的偏光顯微鏡照片，第8圖表示粉體散布後的源極/汲極基板8中之源極電極5周邊部的偏光顯微鏡照片。如第8圖表示， 確認到由化合物(2)形成的粉體轉印至源極電極5附近。

[實施例6]

在本實施例中，係製作第11圖(b)表示的有機薄膜電晶體10B之一例。在作為基材1的厚度12μm之聚醯亞胺膜(製品名「Pomiran(註冊商標)N」)上，形成金電極作為閘極電極2，在該金電極的上部將作為閘極絕緣層3的「Parylene(註冊商標)C」(日本Parylene合資公司製)以900nm之厚度成膜，獲得閘極基板9。

其次將閘極基板9疊合在實施例3中已圖案化之源極/汲極基板8上。將在如此而得的源極/汲極基板8及閘極基板9之間挾持有化合物(2)者(稱為被處理物)，利用具有熱輥31、32的第2圖之熱積層機30之一例的市售附熱輥之積層機(FUJIPLA製Lamipacker Meister 6 LPD3226)，以熱輥31、32的溫度140℃、熱輥31、32的鉗壓5.9N/cm²、速度0.4m/分鐘的條件將被處理物積層，獲得由化合物(2)形成的有機半導體薄膜。

第9圖係表示以偏光顯微鏡確認積層前之試料(在源極/汲極基板8及閘極基板9之間挾持有機半導體材料者)中的有機半導體材料之様子的結果。第10圖係表示以偏光顯微鏡確認通過熱輥之後取出的試料(在源極/汲極基板8及閘極基板9之間形成有機半導體薄膜者)中之有機半導體材料的様子之結果。如第10圖表示，可知由有機半導體薄膜形成的半導體層4是在源極電極5及汲極電極6(中央的2條縱線)之間形成，並可製作有機薄膜電晶體 10B。

其次，測定實施例6中獲得的有機薄膜電晶體10B之半導體特性。使用吉時利儀器(Keithley Instruments)公司製的2635A型System SourceMeter進行有機薄膜電晶體10B的閘極電壓的外加及閘極電流的測定，使用吉時利儀器公司製的6430型Sub-femtoamp Remote SourceMeter進行有機薄膜電晶體10B的源極/汲極電壓的外加及汲極電流的測定。在將有機薄膜電晶體10B的汲極電壓設為-10V、且使有機薄膜電晶體10B的閘極電壓Vg在5至-10V中變化的條件下，測定有機薄膜電晶體10B的電流-電壓特性。由所得的有機薄膜電晶體10B之電流-電壓特性，計算出有機薄膜電晶體10B的遷移率及閾值電壓。計算出的遷移率是0.025cm²/Vs，計算出的閾值電壓是0.9V，獲得半導體層4具有p型半導體之特性的有機薄膜電晶體10B。

由各實施例所述之結果顯示，不僅可藉由無溶劑製程由有機半導體的圖案化至薄膜化一貫地製造有機半導體裝置，且利用此方法製作的有機半導體裝置具有高的半導體特性。若藉由各實施例的有機半導體裝置之製造方法，形成有機半導體薄膜時，確認不僅不需真空製程、揮發性有機溶劑，且可用極短時間形成有機半導體薄膜。因此，確認各實施例的有機半導體裝置之製造方法係高生產量的製造方法。

20‧‧‧粉體圖案化裝置

21‧‧‧基材

22‧‧‧支架

23‧‧‧電極

24‧‧‧配線

25‧‧‧座枱

Claims (14)

1. 一種有機半導體裝置的製造方法，係將有機半導體材料圖案化而製造有機半導體裝置的方法，且該製造方法包含：將含有有機半導體材料的帶電粉體藉由靜電場的外加而散布在基板上並在基材上圖案化的步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述有機半導體材料係包含帶電的有機半導體材料。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之有機半導體裝置的製造方法，更包含：在前述圖案化步驟之後，藉由熱及壓力將有機半導體材料薄膜化的步驟。
4. 如申請專利範圍第3項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述薄膜化步驟係包含藉由以熱輥構成的熱積層機對有機半導體材料施加熱及壓力從而將有機半導體材料薄膜化的步驟。
5. 如申請專利範圍第3項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述薄膜化步驟係包含一邊對有機半導體材料施加壓力一邊給予超音波振動而將有機半導體材料薄膜化的步驟。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述圖案化步驟係藉由磁性自含有有機半導體材料及載體粒子的帶電粉體使載體粒子分離，僅將有機半導體材料散布在基材上的步驟。
7. 如申請專利範圍第3項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述薄膜化步驟係於已在1片基板上圖案化的有機半導體材料上再承載一片基材，而將有機半導體材料挾持在一對的基材之間，由該承載的基材上部同時給予熱及壓力而將有機半導體材料薄膜化之步驟。
8. 如申請專利範圍第7項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述一對的基材是樹脂膜。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述有機半導體裝置是有機薄膜電晶體。
10. 如申請專利範圍第9項所述之有機半導體裝置的製造方法，其中，前述有機薄膜電晶體係在基材上具備以相互離間之方式配設的源極電極及汲極電極、配設在前述源極電極及前述汲極電極之間的含有由有機半導體材料形成的有機半導體薄膜之半導體層、以與前述半導體層相向之方式配設的閘極電極、配設在前述半導體層與上述閘極電極之間的絕緣層之有機電場效應電晶體，前述圖案化步驟，係將含有帶電的有機半導體材料之粉體藉由施加靜電場，而在前述源極電極、前述閘極電極、或該等電極的附近位置予以圖案化的步驟，前述製造方法更包含：在前述圖案化步驟之後，將有機半導體材料挾持在一對的基材之間，由該基材的 上部同時對有機半導體材料給予熱及壓力的步驟。
11. 一種粉體，其含有有機半導體材料及載體粒子，且該粉體是帶電的粉體。
12. 如申請專利範圍第11項所述之粉體，其中，前述有機半導體材料係包含帶電的有機半導體材料。
13. 如申請專利範圍第11或12項所述之粉體，其中，前述有機半導體材料是結晶性低分子有機半導體化合物。
14. 如申請專利範圍第13項所述之粉體，其中，前述結晶性低分子有機半導體化合物是下述通式(1)表示的噻吩并噻吩衍生物，

    

    式中，R₁及R₂分別獨立地表示氫原子、烷基、可具有取代基的烯基、可具有取代基的炔基、可具有取代基的芳基、可具有取代基的雜環基、烷氧基、烷氧基烷基，R₁及R₂可互為相同或不同，m及n分別獨立地表示0或1。

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