(57)【要約】【課題】良好な特性が得られ、かつ製造工程において液滴のだれ等が生じにくい薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜トランジスタは、絶縁基板と、絶縁基板上に形成された少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備え、ソース電極及びドレイン電極は少なくとも１種の金属を含む積層体であり、ソース電極及びドレイン電極の有機半導体層と接するエッジがテーパー形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備え、
前記ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ少なくとも１種の金属を含む積層体であり、
前記ソース電極及びドレイン電極の前記有機半導体層と接するエッジがテーパー形状である、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ銀を含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ソース電極及びドレイン電極を積層成膜法を用いて、それぞれを構成する各層をエッジをずらしながら積層して形成し、前記テーパー形状を形成する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記テーパー形状を形成する工程において、転写印刷法を用いて前記各層を形成する、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記テーパー形状を形成する工程において、凸版印刷法を用いて前記各層を形成する、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記テーパー形状を形成する工程において、スクリーン印刷法を用いて前記各層を形成する、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体をチャネル層とした薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的な平面薄型画像表示装置は非晶質シリコンや多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジスタのアクティブマトリックスにより駆動されている。
【０００３】
一方、平面薄型画像表示装置のさらなる薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに樹脂基板を用いる試みが近年なされている。
【０００４】
しかし、上述のシリコンを用いる薄膜トランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
【０００５】
そこで、低温形成が可能な有機半導体を用いた薄膜トランジスタの開発が活発に行われている。
【０００６】
また、有機半導体は印刷法によってパターニングが可能であるという長所を有する。さらに、有機半導体を用いた薄膜トランジスタは半導体層だけでなく、電極やゲート絶縁層も印刷法によって形成可能な材料を選択することにより、薄膜トランジスタを構成する層を全て印刷により形成することも可能である。
【０００７】
印刷法を用いることにより、真空成膜・フォトリソグラフィーにより製造されるシリコン系薄膜とトランジスタと比較して製造コストの大幅な削減が期待される。
【０００８】
薄膜トランジスタの電極材料としては銀が用いられることが最も一般的である（非特許文献１、２）。しかし、有機半導体材料による有機半導体層１５を銀電極１３、１４上へ塗布した際に、有機半導体層１５と銀電極１３’、１４’との接触界面に空孔１６が形成され、有機半導体材料と銀電極が十分に接触していないことが問題となっている（図５）。
【０００９】
有機半導体材料と銀電極が十分に接触しなければ、薄膜トランジスタのオン電流が減少し、デバイスを動作させる上で所望の特性が得られないこととなる。そこで問題解決の為に、銀電極、特にソース電極とドレイン電極にテーパー部を設けることは有効な方法である。例えば、インクジェット法によるソース電極とドレイン電極のテーパー部の製造が報告されている。（特許文献１）
【００１０】
しかしながら、インクジェット法を用いて、ソース電極とドレイン電極のテーパー部を製造する場合、液滴のだれ等の問題があり、所望のテーパー形状を製造することが難しいという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−６６５１０号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】関谷毅、外４名、「オーガニックトランジスターズ  マニュファクチャード  ユージング  インクジェット  テクノロジー  ウィズ  サブフェムトリッター  アキュラシー（Ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｋｊｅｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｗｉｔｈ  ｓｕｂｆｅｍｔｏｌｉｔｅｒ  ａｃｃｕｒａｃｙ）」、米国科学アカデミー紀要（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ）、２００８年４月１日、第１０５巻、第１３号、ｐ．４９７６‐４９８０
【非特許文献２】グレゴリー・ルイス・ホワイティング（Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌｅｗｉｓ  Ｗｈｉｔｉｎｇ）、外１名、「ケミカリーモディファイド  インクジェットプリンテッド  シルバーエレクトローズ  フォー  オーガニックフィールドエフェクトトランジスター（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｉｎｋ−ｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｓｉｌｖｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｆｏｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）」、アプライドフィジカルレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、２００９年１２月２１日、第９５巻、第２５号、ｐ．２５３３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、良好な特性が得られ、かつ製造工程において液滴のだれ等が生じにくい薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、絶縁基板と、絶縁基板上に形成された少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備え、ソース電極及びドレイン電極は少なくとも１種の金属を含む積層体であり、ソース電極及びドレイン電極の有機半導体層と接するエッジがテーパー形状である、薄膜トランジスタである。
【００１５】
また、ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ銀を含んでもよい。
【００１６】
また、本発明の他の局面は、上述の薄膜トランジスタの製造方法であって、ソース電極及びドレイン電極を積層成膜法を用いて、それぞれを構成する各層をエッジをずらしながら積層して形成し、テーパー形状を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法である。
【００１７】
また、テーパー形状を形成する工程において、転写印刷法を用いて各層を形成してもよい。
【００１８】
また、テーパー形状を形成する工程において、凸版印刷法を用いて各層を形成してもよい。
【００１９】
また、テーパー形状を形成する工程において、スクリーン印刷法を用いて各層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、閾値電圧が０Ｖ近傍になる良好な特性を有しつつも製造工程において液滴のだれ等が生じにくい薄膜トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図
【図２】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタのチャネル部の断面構造を示す概略図
【図３】比較例に係る薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示すグラフ
【図４】本発明の一実施例に係る薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示すグラフ
【図５】従来技術に係る薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。実施の形態において、同一または対応する構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２３】
図１及び図２に本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ１の断面構造を示す。薄膜トランジスタ１は、絶縁基板１０上にゲート電極１１、ゲート絶縁層１２、ソース電極１３及びドレイン電極１４、有機半導体層１５を備えたボトムゲート−ボトムコンタクト構造を有する。図２は、薄膜トランジスタ１のチャネル部を拡大した断面構造を示す。
【００２４】
絶縁基板１０として、ガラス基板または樹脂基板を用いることができる。樹脂基板の場合、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を使用することができる。これらの基板は単独で使用することもでき、２種以上を積層した複合基板を使用することもできる。
【００２５】
ゲート電極１１には、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）などの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷等で印刷し、焼成することにより形成することができる。ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチフェン）等の導電性有機材料を用いることもできる。
【００２６】
ゲート絶縁層１２としては、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、パリレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの高分子溶液、アルミナやシリカゲル等の粒子を分散させた溶液、または酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料の前駆体溶液を、スピンコート法やスリットダイコート法等を用いて塗布し、焼成することにより形成することができる。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態に係るソース電極１３及びドレイン電極１４は、有機半導体層１５と接するエッジ（端部）がテーパー形状（積層テーパー形状）であり、さらに、ソース電極１３及びドレイン電極１４は金属材料の積層体により形成される。具体的には、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、凸版印刷、転写印刷等の積層成膜法で印刷し、焼成することにより形成することができる。特にＡｇをインキ状またはペースト状にしたものが、低抵抗および低コストという観点から好ましい。積層体は、ゲート絶縁層１２に接する最下層から所望の厚さになるまで何層も重ねて形成する。テーパー形状は、各層のずらし量と膜厚を調整することで、各層のエッジを通る面と絶縁基板１０の表面とがなす傾斜角度を所望の角度で形成することができる。
【００２８】
ソース電極１３及びドレイン電極１４の有機半導体層１５と接するエッジをテーパー形状に形成することにより、ソース電極１３及びドレイン電極１４と有機半導体層１５との接触界面における空孔の発生を抑制し、また、接触面積を広くすることができるため、閾値電圧が０Ｖ近傍になる、良好な特性を有する薄膜トランジスタが得られる。また、ソース電極１３及びドレイン電極１４の有機半導体層１５を、積層成膜法を用いて金属材料の積層体により形成することで、製造工程において液滴のだれ等の発生を防止でき所望のテーパー形状を形成することができる。
【００２９】
本発明の有機半導体層１５の材料としては、ポリチオフェン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども有機半導体層１５の材料として用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの有機半導体材料はトルエンなどの芳香族系の溶媒に溶解又は分散させてインキ状の溶液又は分散液として用いることができる。溶媒に適当な分散剤や安定剤等の添加剤を加えてもよい。
【００３０】
本発明の有機半導体層１５には金属イオンと結合する化合物を含有する。例えばベンゾトリアール系またはトリアジン系の化合物が挙げられる。
【００３１】
ベンゾトリアゾール系は化学式１に示されるベンゾトリアールが基本形であり、他にメタノールの付加物である１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール（化学式２）や、トリアゾール側にアルキル基を付加したもの（化学式３）や、ベンゼン側にアルキル基を付加したものが挙げられる（化学式４）。
【００３２】
【化１】
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【００３３】
【化２】
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【００３４】
【化３】
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【００３５】
【化４】
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【００３６】
トリアジンの基本骨格は化学式５に示されるものであり、例えば化学式６に示される２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン等が挙げられる。
【００３７】
【化５】
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【００３８】
【化６】
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【００３９】
有機半導体層１５の形成方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることができる。一般に、上記の有機半導体材料に関しては、溶剤に対する溶解度が低いため、低粘度溶液の印刷に適したフレキソ印刷、転写印刷、インクジェット法、ディスペンサを用いることが望ましい。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明に係る薄膜トランジスタの具体的な実施例について説明する。なお、本発明の実施形態は各実施例に限るものではない。
【００４１】
（実施例）
実施例では図１に示すような断面を有する薄膜トランジスタ素子を作製する。
絶縁基板１０となるポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム上に、ゲート電極１１としてナノ銀インキを転写法を用いて形成し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１００ｎｍのゲート電極１１を作製する。次に、ゲート絶縁層１２となるポリビニルフェノールを、ゲート電極１１を含む絶縁基板１０上にスピンコート法により成膜し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１μｍのゲート絶縁層１２を得る。続いて、ゲート絶縁膜１２上にソース電極１３及びドレイン電極１４として、ナノ銀インキを転写法を用いて、最下層から膜厚１００ｎｍになるまで何層も重ねて形成する。テーパー形状の所望の角度は、各層のずらし量と膜厚を調整することで形成する（図２）。１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を得る。さらにソース電極１３及びドレイン電極１４上にペンタフルオロチオフェノールをイソプロピルアルコールで１重量％に希釈した溶液に３０分浸漬させ、自己組織化単分子膜を形成する。最後に有機半導体材料である６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンをテトラリンで２重量％になるように溶解させた溶液に、ベンゾトリアゾール系化合物を半導体材料（固形分）と重量比１．５：１として添加し、凸版印刷法を用いて、ソース電極１３及びドレイン電極１４上の一部を覆うようにしてソース電極１３及びドレイン電極１４間に印刷し、１００℃で６０分乾燥させて、膜厚５０ｎｍの有機半導体層１５を形成する。
作製した薄膜トランジスタのチャネル長は２０μｍ、チャネル幅は１８０μｍである。
【００４２】
（比較例）
比較例では図５に示すような断面を有する薄膜トランジスタ素子を作製した。
ソース電極１３’及びドレイン電極１４’は、ナノ銀インキにより転写法を用いて膜厚１００ｎｍに形成した。比較例では、ソース電極１３’及びドレイン電極１４’を１層で形成し、テーパー形状を設けなかった。他の構成の材料及び形成方法は、実施例と同一とした。
【００４３】
図３に、比較例に係る薄膜トランジスタのゲート電圧Ｖｇとソースドレイン電流Ｉｄの特性を示す。図４に、実施例に係る薄膜ランジスタのゲート電圧Ｖｇとソースドレイン電流Ｉｄの特性を示す。ゲート電圧Ｖｇは−２０Ｖから＋２０Ｖ、ソースドレイン電圧Ｖｄ１５Ｖで測定を行っている。比較例に係る薄膜トランジスタは閾値電圧が０Ｖから大きくシフトしている。一方、実施例に係る薄膜トランジスタは閾値電圧が０Ｖ近傍の良好な特性を示す。これにより本発明の効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
このような薄膜トランジスタは、フレキシブル電子ペーパー、圧力センサ等のスイッチング素子として利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１    薄膜トランジスタ
１０    絶縁基板
１１    ゲート電極
１２    ゲート絶縁層
１３、１３’    ソース電極
１４、１４’    ドレイン電極
１５    有機半導体層
１６    空孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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