(57)【要約】【課題】本発明は、有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、トランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、基板、および、上記基板上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを備える有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、上記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とする有機半導体素子を提供することにより、上記課題を解決するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、および、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、前記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを備える有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、
前記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とする、有機半導体素子。
【請求項２】
基板、および、前記基板上に形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、前記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを備える有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、
前記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とする、有機半導体素子。
【請求項３】
前記バインダー樹脂が水酸基を含有する樹脂であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の有機半導体素子。
【請求項４】
基板を用い、前記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極を覆うように、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、
前記親疎水パターン上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、
前記親疎水パターン上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、を有することを特徴とする、有機半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ソース・ドレイン電極形成工程が、前記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成するものであり、かつ、前記有機半導体層形成工程が前記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成するものであることを特徴とする、請求項４に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項６】
基板を用い、前記基板上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、
前記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
前記有機半導体層上に、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、
前記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有することを特徴とする、有機半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体トランジスタが用いられた有機半導体素子、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴに代表される半導体トランジスタは、ディスプレイ装置の発展に伴ってその用途を拡大する傾向にある。このような半導体トランジスタは、半導体材料を介して電極が接続されていることにより、スイッチング素子としての機能を果たすものである。
【０００３】
従来、上記半導体トランジスタに用いられる半導体材料としては、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの無機半導体材料が用いられている。近年、普及が拡大している液晶表示素子のディスプレイ用ＴＦＴアレイ基板にもこのような無機半導体材料を用いた半導体トランジスタが用いられてきたが、近年では、有機化合物からなる有機半導体材料が着目されている。
【０００４】
上記有機半導体材料を用いられたトランジスタは、通常、図１０に例示するような、ゲート電極１００ａと、上記ゲート電極１００ａを絶縁するゲート絶縁層１００ｂと、上記有機半導体材料からなる有機半導体層１００ｃと、上記有機半導体層１００ｃに接触するように形成されたソース電極１００ｄおよびドレイン電極１００eを有するものが一般的である。また、このような有機半導体材料が用いられたトランジスタとしては、上記ゲート電極１００ａが、上記有機半導体層１００ｃの下面側に配置されているボトムゲート型構造のものと（図１０（ａ））、上記ゲート電極１００ａが上記有機半導体層１００ｃの上面側に配置されているトップゲート型構造のものと（図１０（ｂ））、が知られている。
【０００５】
このような有機半導体材料が用いられたトランジスタは、上記無機半導体材料に比べて安価に大面積化が可能であり、フレキシブルなプラスチック基板上に形成でき、さらに機械的衝撃に対して安定であるという利点を有することから、電子ペーパー代表されるフレキシブルディスプレイ等の、次世代ディスプレイ装置への応用などを想定した研究が活発に行われている。
【０００６】
ここで、上記有機半導体材料が用いられたトランジスタは、従来の無機半導体材料が用いられたトランジスタと比較して駆動電圧が高いのが一般的である。このため、上記有機半導体材料が用いられたトランジスタは、高い絶縁性を備えるゲート絶縁層を備えることが求められている。
また、上記有機半導体材料が用いられたトランジスタ用のゲート絶縁層は、このような高い絶縁性を有すること以外に、誘電率が高いことが求められている。
さらに、上記有機半導体トランジスタにおいては、図１０に例示したように、上記ゲート絶縁層上に電極や有機半導体層が形成されるため、上記ゲート絶縁層としては、上記絶縁性および誘電性に優れるのみならず、その上に電極や有機半導体層をパターン形成することが容易なものであることが求められている。
【０００７】
この点、特許文献１には、ポリイミドからなるゲート絶縁層が用いられた有機半導体トランジスタが開示されている。しかしながら、このようなゲート絶縁層は誘電率が低く、所定のトランジスタ特性を備える有機半導体トランジスタを作製することが困難であるという問題点があった。
また、上記ポリイミドからなるゲート絶縁層を用いると、電極類や有機半導体層を上記ゲート絶縁層上にパターン状に形成する工程が煩雑になってしまう結果、生産性が損なわれてしまうという問題点があった。
【０００８】
このようなことから、従来、有機半導体材料が用いられたトランジスタであって、トランジスタ特性に優れ、かつ、高効率で製造可能なものを得ることは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０４０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、トランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、基板、および、上記基板上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを備える有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、上記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とする有機半導体素子を提供する。
【００１２】
また本発明は、基板、および、上記基板上に形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを備える有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、上記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とする有機半導体素子を提供する。
【００１３】
本発明によれば、上記ゲート絶縁層が光触媒と、有機シラン化合物とを含有することにより、例えば、本発明の有機半導体素子を製造する際に、上記ゲート絶縁層の表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成し、当該親疎水パターンを利用して上記ゲート絶縁層上に上記ソース電極およびドレイン電極、または、上記有機半導体層、あるいは、ゲート電極を形成することが容易になる。このため、本発明によれば高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
また、上記ゲート絶縁層に含有される光触媒は誘電率が高いため、本発明によれば上記ゲート絶縁層に、光触媒と上記バインダー樹脂とが含有されることにより、上記ゲート絶縁層を誘電性と、絶縁性とに優れたものにできる。このため、本発明によればトランジスタ特性に優れる有機半導体素子を得ることができる。
このようなことから、本発明によればトランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
【００１４】
本発明においては、上記バインダー樹脂が水酸基を含有する樹脂であることが好ましい。上記バインダー樹脂が、水酸基を含有する樹脂であることにより、上記バインダー樹脂と上記有機シラン化合物との相互作用を大きくすることができるため、例えば、本発明の有機半導体素子を製造する際に、上記ゲート絶縁層の表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを安定的に形成することが容易になるからである。
【００１５】
また本発明は、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極を覆うように、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、上記親疎水パターン上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、上記親疎水パターン上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、を有することを特徴とする、有機半導体素子の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、上記有機半導体層形成工程および上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記ゲート絶縁層の表面に形成された親疎水パターン上に有機半導体層、あるいは、ソース電極およびドレイン電極を形成するものであることにより、上記有機半導体層、あるいは、上記ソース電極およびドレイン電極を上記ゲート絶縁層上に高精細なパターン状に形成することが容易になる。このため、本発明によれば高効率で有機半導体素子を製造することが可能になる。
また、本発明によれば上記ゲート絶縁層形成工程により形成されるゲート絶縁層が、光触媒を含有することから、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することができる。
このようなことから、本発明によればトランジスタ特性に優れた有機半導体素子を高効率で製造することができる。
【００１７】
本発明においては、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成するものであり、かつ、上記有機半導体層形成工程が上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成するものであることが好ましい。これにより、上記ソース電極およびドレイン電極をパターン状に形成することが容易になることに加えて、上記ゲート絶縁層に含有される有機シラン化合物の上記有機半導体層への作用により、ゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れた有機半導体素子を製造することが可能になるからである。
【００１８】
さらに本発明は、基板を用い、上記基板上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、上記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記有機半導体層上に、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、上記ゲート電極形成工程が、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成するものであることにより、上記ゲート電極を上記ゲート絶縁層上に高精細なパターン状に形成することが容易になる。このため、本発明によれば高効率で有機半導体素子を製造することできる。
また、本発明によれば上記ゲート絶縁層形成工程により形成されるゲート絶縁層が、光触媒を含有することから、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することができる。
このようなことから、本発明によればトランジスタ特性に優れた有機半導体素子を高効率で製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子であって、トランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子およびその製造方法に関するものである。
以下、本発明の有機半導体素子、および、有機半導体素子の製造方法について順に説明する。
【００２２】
Ａ．有機半導体素子
最初に、本発明の有機半導体素子について説明する。本発明の有機半導体素子は、ボトムゲート構造の有機半導体トランジスタを有する第１態様の有機半導体素子と、トップゲート構造の有機半導体トランジスタを有する第２態様の有機半導体素子との２態様に分けることができる。したがって、以下、各態様に分けて本発明の有機半導体素子について説明する。
【００２３】
Ａ−１：第１態様の有機半導体素子
まず、本発明の第１態様の有機半導体素子について説明する。本態様の有機半導体素子は、ボトムゲート構造を有する有機半導体トランジスタを備えるものである。すなわち、本態様の有機半導体素子は、基板、および、上記基板上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを備える有機半導体トランジスタを有するものであって、上記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とするものである。
【００２４】
このような本態様の有機半導体素子について図を参照しながら説明する。図１は本態様の有機半導体素子の一例を示す概略図である。図１に例示するように本態様に有機半導体素子１０Ａは、基板１と、上記基板１上に形成された有機半導体トランジスタ２とを有するものである。
ここで、上記有機半導体トランジスタ２は、上記基板１上に形成されたゲート電極２ａと、上記ゲート電極２ａを覆うように形成されたゲート絶縁層２ｂと、上記ゲート絶縁層２ｂ上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層２ｃと、上記有機半導体層２ｃに接するように形成されたソース電極２ｄおよびドレイン電極２ｅとからなるものである。
このような例において、本態様の有機半導体素子１０Ａは、上記ゲート絶縁層２ｂに、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とが含まれることを特徴とするものである。
【００２５】
本態様によれば、上記ゲート絶縁層に絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物が含まれるため、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、上記ゲート絶縁層に紫外線をパターン状に照射することによって、上記ゲート絶縁層の表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成することが可能になる。これは、上記ゲート絶縁層に含有される光触媒に紫外線が照射されると、それによって生じる反応種によって、上記有機シラン化合物が有する有機基が分解除去されることに起因するものである。
このような親疎水パターンを形成することができると、例えば、本態様の有機半導体素子を製造する際に、当該親疎水パターンを利用して上記ソース電極およびドレイン電極、または、上記有機半導体層を上記親疎水パターンの親水性領域のみに形成することが可能になる。このため、上記ゲート絶縁層上に高精細なパターンに形成されたソース電極およびドレイン電極、または、有機半導体層を得ることが容易になる。
このようなことから、本態様によれば高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
【００２６】
また、本態様の有機半導体素子はその製造工程において上記親疎水パターンを形成することが可能になることにより、本態様の有機半導体素子を製造する際に、上記親疎水パターンの親水性領域上に上記ソース電極およびドレイン電極を形成した後、上記親疎水パターンの疎水性領域上に上記有機半導体層を形成することも可能となる。このようにして形成された有機半導体層は、上記ゲート絶縁層に含有される有機シラン化合物との作用により、ゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れたものとなる。このため、本態様によればトランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することも可能となる。
【００２７】
ここで、上述したような方法によって形成される有機半導体層が、ゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れたものになる理由については明らかではないが、次のような理由によるものであると考えられる。
すなわち、本態様の有機半導体素子は、上記ゲート絶縁層に光触媒と有機シラン化合物とが含まれることにより、その製造工程において上記親疎水パターンを形成することが可能になるものである。そして、上述したように上記親疎水パターンは、上記光触媒の作用によって上記有機シラン化合物が有する有機基が分解除去されることに起因するものである。したがって、上記親疎水パターンにおいては上記有機基が加水分解された領域が親水性領域となり、上記有機基が加水分解されずに残存する領域が疎水性領域となる。そして、上記疎水性領域上に有機半導体層を形成するということは、上記有機基が残存する領域上に有機半導体層が形成されることになる。
ここで、上記有機半導体層は、これを構成する有機半導体材料が層内において微視的に規則的な配列を形成すると優れたトランジスタ特性を発現するものになるものである。このため、上記有機基が残存する領域上に有機半導体層が形成されると、上記有機基がこのような有機半導体材料の配列形成に寄与するため、これに起因して上記有機半導体層のゲート電圧の閾値電圧の安定性が向上すると考えられる。
【００２８】
さらに、本態様よれば上記ゲート絶縁層に光触媒が含まれることにより、上記ゲート絶縁層の誘電率を高くすることができる。このため、本態様によればトランジスタ特性に優れる有機半導体素子を得ることができる。
【００２９】
以上のようなことから、本態様によればトランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
【００３０】
本態様の有機半導体素子は、少なくとも上記基板と、上記有機半導体トランジスタとを有するものである。
以下、このような本態様の有機半導体素子に用いられる各構成について順に説明する。
【００３１】
１．有機半導体トランジスタ
最初に、本態様に用いられる有機半導体トランジスタについて説明する。本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、ボトムゲート構造を有するものである。すなわち、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、後述する基板上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に接するように形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを有するものである。
以下、このような有機半導体トランジスタについて詳細に説明する。
【００３２】
（１）ゲート絶縁層
まず、本態様に用いられるゲート絶縁層について説明する。本態様に用いられるゲート絶縁層は、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有するものである。本態様の有機半導体素子は、このようなゲート絶縁層が用いられていることにより、トランジスタ特性に優れ、かつ、高効率で製造可能なものになるのである。
以下、このようなゲート絶縁層について詳細に説明する。
【００３３】
ａ．バインダー樹脂 
本態様に用いられるバインダー樹脂としては、所望の絶縁性を備えるゲート絶縁層を形成できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも本態様に用いられるバインダー樹脂は、耐電圧が３００Ｖ／μｍ以下であるものが好ましく、特に２３０Ｖ／μｍ以下であるものが好ましく、さらには１５０Ｖ／μｍ〜２００Ｖ／μｍの範囲内のものであることが好ましい。このようなバインダー樹脂を用いることより、上記ゲート絶縁層の絶縁機能をより優れたものにできる結果、本態様に用いられる有機半導体トランジスタをよりトランジスタ特性に優れたものにできるからである。
【００３４】
ここで、上記バインダー樹脂の耐電圧は、例えば、図２に示すような方法によって測定することができる。
１）大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板２０の表面に、パターニングされたＩＴＯ電極２１（１ｍｍ×１ｍｍ、厚み１２００Å：以下、当該ＩＴＯ電極２１を下部電極と称する場合がある）を形成する（図２（ａ）)。
２）耐電圧の評価対象となるバインダー樹脂を溶媒に溶解した塗工液（固形分１３質量％)用い、スクリーン印刷法により上記基板２０上に当該塗工液をパターン塗工し、絶縁層２２を形成する。このとき、上記絶縁層２２が下部電極２１を覆うように、スクリーン版のパターンを１．２ｍｍ×１．２ｍｍに設計し、アライメントを合わせて印刷する（図２（ｂ））。また、スクリーン版は５００メッシュ、乳剤３μｍのものを使用し、スクリーン印刷機はマイクロテック社製の装置を用いる。さらに、印刷条件は、印圧０．２ＭＰａ、クリアランス２．１ｍｍ、スキージスピード１００ｍｍ／ｓｅｃとする。
３）上記絶縁層２２を１００℃のホットプレートで３０分乾燥させる。
４）１ｍｍ×１ｍｍの開口部を有するメタルマスクを上記絶縁層２２上に配置し、膜厚５０ｎｍのＡｕ膜を蒸着することにより、上部電極２３を形成する（図２（ｃ））。このとき、蒸着の際の真空度は１×１０４Ｐａとし、蒸着速度は約１Å／ｓｅｃとする。
５)上記上部電極２１および下部電極２３の間に０〜３００Ｖの電圧を印加し、上部電極２１−下部電極２３間を流れる電流値Ｉを計測する。そして、得られたデータを元に横軸を電界強度Ｅ（印加電圧Ｖを絶縁層２２の膜厚ｄで除した値）、縦軸を絶縁層２２の抵抗値Ｒ（印加電圧を電流値で除した値）としてプロットする。このようにして作製したグラフを元に、抵抗値Ｒが急激に低下する電界強度の値Ｅ０を絶縁破壊強さ（耐電圧）とする。
【００３５】
本態様に用いられるバインダー樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルクロライド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリパラキシレン、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、シアノエチルプルラン、パリレン等を挙げることができる。本態様においてはこれらのいずれのバインダー樹脂であっても好適に用いることができるが、なかでも水酸基を有する樹脂を用いることが好ましい。上記バインダー樹脂として水酸基を有する樹脂を用いることにより、バインダー樹脂と後述する有機シラン化合物との相互作用を大きくすることができるため、例えば、本発明の有機半導体素子を製造する際に、上記ゲート絶縁層の表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを安定的に形成することが容易になるからである。
【００３６】
このようなことから、本態様においてはＰＶＡまたはＰＶＰを好適に用いることができる。
【００３７】
なお、本態様に用いられるバインダー樹脂は１種類のみであってもよく、または、２種類以上であってもよい。
【００３８】
ｂ．光触媒
本態様に用いられる光触媒としては、本態様におけるゲート絶縁層に所定の誘電率を付与することができるものであり、かつ、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、所定の波長を有する光が照射されることにより、ゲート絶縁層の表面に親疎水パターンを形成できるものであれば特に限定されるものではない。このような光触媒としては、例えば、光半導体として知られる例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を挙げることができる。なかでも本態様においては、上記光触媒として酸化チタンを用いることが好ましい。酸化チタンはバンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定で毒性もなく、さらに入手も容易であるからである。
【００３９】
なお、酸化チタンには、アナターゼ型とルチル型とが知られているが、本態様においてはいずれの酸化チタンであっても好適に用いることができる。なかでも本態様においては、アナターゼ型の酸化チタンを用いることがより好ましい。アナターゼ型酸化チタンは励起波長が３８０ｎｍ以下にあるため、光触媒としての機能を発現させることが容易だからである。
【００４０】
本態様に用いられるアナターゼ型酸化チタンとしては、例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴＳ−０２（平均粒径７ｎｍ）、石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０１）、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（日産化学（株）製ＴＡ−１５（平均粒径１２ｎｍ））等を挙げることができる。
【００４１】
また、本態様に用いられる光触媒の粒径は特に限定されるものではないが、小さいほど光触媒反応が効果的に起こることから、できるだけ粒径の小さいことが好ましい。より具体的には、平均粒径か５０ｎｍ以下であることが好ましく、なかでも２０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【００４２】
なお、本態様に用いられる光触媒は１種類のみであってもよく、または、２種類以上であってもよい。
【００４３】
上記ゲート絶縁層中における上記光触媒の含有量としては、上記光触媒の種類に応じて、本態様におけるゲート絶縁層の誘電率を所望の範囲内にすることができ、かつ、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、ゲート絶縁層の表面に親疎水パターンを所望の時間内に形成できる範囲であれば特に限定されるものではない。なかでも本態様においては、上記光触媒の含有量が５質量％〜６０質量％の範囲内であることが好ましく、特に２０質量％〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００４４】
ｃ．有機シラン化合物
本態様に用いられる有機シラン化合物としては、珪素に有機基が結合した構成を有し、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、上述した光触媒の作用により、ゲート絶縁層の表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンが形成可能なものであれば特に限定されるものではない。なかでも本態様においては、光触媒の作用によって分解除去可能な有機基が珪素に結合した構造を有するものを用いることが好ましい。このような有機シラン化合物を用いることにより、上記光触媒の作用によって上記有機基を分解除去することにより、上記ゲート絶縁層の表面に、容易に親疎水パターンを形成することができるからである。
【００４５】
このような有機シラン化合物としては、例えば、一般式：ＹｎＳｉＸ（４−ｎ）（ここで、Ｙはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示し、Ｘはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。ｎは０〜４までの整数である。）で示される有機シラン化合物、あるいは、このような有機シラン化合物の１種または２種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物を挙げることができる。
【００４６】
ここで、上記一般式中、Ｙで示される基の炭素数は１〜２０の範囲内であることが好ましく、また、Ｘで示されるアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基であることが好ましい。
【００４７】
上記一般式で表される有機シラン化合物の具体例としては、例えば、メチルトリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリｔ−ブトキシシラン；エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−プロピルトリクロルシラン、ｎ−プロピルトリブロムシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−ヘキシルトリクロルシラン、ｎ−へキシルトリブロムシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、ｎ−へキシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−へキシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−デシルトリクロルシラン、ｎ−デシルトリブロムシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−デシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−オクタデシルトリクロルシラン、ｎ−オクタデシルトリブロムシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−オクタデシルトリｔ−ブトキシシラン；フェニルトリクロルシラン、フェニルトリブロムシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリｔ−ブトキシシラン；テトラクロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン；ジメチルジクロルシラン、ジメチルジブロムシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン；ジフェニルジクロルシラン、ジフェニルジブロムシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン；フェニルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジブロムシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン；トリクロルヒドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシラン、トリイソプロポキシヒドロシラン、トリｔ−ブトキシヒドロシラン；ビニルトリクロルシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリｔ−ブトキシシラン；トリフルオロプロピルトリクロルシラン、トリフルオロプロピルトリブロムシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メタアクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、��−メタアクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−アミノプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリｔ−ブトキシシラン；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン；および、それらの部分加水分解物；および、それらの混合物を挙げることができる。
【００４８】
本態様においては、これらの有機シラン化合物のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでもフルオロアルキル基を含有するものを用いることが好ましい。フルオロアルキル基は疎水性に優れることから、このような有機シラン化合物を用いることにより、親水性領域と、疎水性領域との親水性の差が大きい親疎水パターンを形成することが可能になるからである。
【００４９】
このようなフルオロアルキル基を有する有機シラン化合物としては、例えば、ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；（ＣＦ３）２ＣＦ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）３（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）５（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）７（Ｃ６Ｈ４）Ｃ２Ｈ４ＳｉＣＨ３（ＯＣＨ３）２；ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）５ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）９ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３；ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ２Ｎ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ２Ｈ４ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３等を挙げることができる。
【００５０】
また、本発明に用いられる有機シラン化合物としては、例えば、下記式で表される骨格を有する化合物も用いることができる。
【００５１】
【化１】
2008091565.tif 000003
【００５２】
上記式において、ｎは２以上の整数であり、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ炭素数１〜１０の置換もしくは非置換のアルキル、アルケニル、アリールあるいはシアノアルキル基であり、モル比で全体の４０％以下がビニル、フェニル、ハロゲン化フェニルである。
【００５３】
なお、本態様においては、上記式中のＲ１、Ｒ２がメチル基のものが表面エネルギーが最も小さくなるので好ましく、モル比でメチル基が６０％以上であることが好ましい。また、鎖末端もしくは側鎖には、分子鎖中に少なくとも１個以上の水酸基等の反応性基を有すルことが好ましい。
【００５４】
上記ゲート絶縁層中における有機シラン化合物の含有量としては、有機シラン化合物の種類等に応じて、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、ゲート絶縁層の表面に親疎水パターンを所望の時間内に形成できる範囲であれば特に限定されるものではない。なかでも本態様において、上記ゲート絶縁層中の有機シラン化合物の含有量が、０．０００１質量〜５０質量％の範囲内であることが好ましく、特に０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、さらに０．０１質量％〜５質量％の範囲内であることが好ましい。含有量が上記範囲よりも少ないと、本態様の有機半導体素子を製造する工程において、上記親疎水パターンを形成することが困難になる場合があるからである。また、含有量が上記範囲よりも多いと、ゲート絶縁層の絶縁性等が不十分になってしまう恐れがあるからである。
【００５５】
ｄ．その他
本態様に用いられるゲート絶縁層には、上記有機シラン化合物とともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコン化合物を含有させてもよい。
【００５６】
また、本態様に用いられるゲート絶縁層の厚みとしては、所望の絶縁性を達成できる範囲内であれば特に限定されるものではない。なかでも本態様においては、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、特に０．５μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１μｍ〜３μｍの範囲内であることが好ましい。
【００５７】
（２）有機半導体層
次に、本態様に用いられる有機半導体層について説明する。本態様に用いられる有機半導体層は有機半導体材料からなるものである。
【００５８】
本態様に用いられる上記有機半導体材料としては、本態様の有機半導体素子の用途等に応じて、所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できる材料であれば特に限定されるものではなく、一般的に有機半導体材料を用いた有機半導体トランジスタに用いられる有機半導体材料を用いることができる。このような有機半導体材料としては、例えば、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物等を挙げることができる。より具体的には、ペンタセン等の低分子系有機半導体材料、および、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）等のポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類、ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレン等のポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）等のポリアニリン類、ポリアセチレン等のポリアセチレン類、ポリジアセチレン、ポリアズレン等のポリアズレン類等の高分子系有機半導体材料を挙げることができる。なかでも本態様においては、ペンタセンまたはポリチオフェン類を用いることが好ましい。
【００５９】
また、本態様に用いられる有機半導体層の厚みについては、上記有機半導体材料の種類等に応じて所望の半導体特性を備える有機半導体層を発現できる範囲であれば特に限定されない。なかでも本態様においては、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、なかでも５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００６０】
（３）ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極
次に、本態様に用いられるゲート電極、ソース電極およびドレイン電極について説明する。本態様に用いられるゲート電極、ソース電極およびドレイン電極としては、所望の導電性を備える材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、通常、金属材料からなるものが用いられる。このような金属材料としては、一般的に有機半導体トランジスタのゲート電極に用いられる金属材料を用いることができる。本態様に用いられる金属材料の例としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、および、Ｍｏ−Ｔａ合金等を挙げることができる。なかでも本態様においては、ＡｇやＣｕ等の金属微粒子が分散した液を用いることが好ましい。また、導電性高分子を用いることができる。ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、  ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を挙げることができる。これらの分散液、溶液を用いることが好ましい。
【００６１】
（４）その他の構成
本態様に用いられる有機半導体トランジスタは上述した構成以外に、他の構成を有するものであってもよい。このような他の構成としては本態様の有機半導体素子に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも上記他の構成として本態様に好適に用いられるものとしては、上記有機半導体層を覆うように形成され、上記有機半導体層が空気中に含有される水分等に曝露されることを防止するパッシベーション層を挙げることができる。このようなパッシベーション層を有することにより、本態様に用いられる有機半導体トランジスタを、トランジスタ性能の経時劣化が少ないものにすることができる。
【００６２】
図３は、本態様に用いられる有機半導体トランジスタが上記パッシベーション層を有する場合の一例を示す概略図である。図３に例示するように、本態様に用いられる有機半導体トランジスタ２は、上記有機半導体層２ｃを覆うようにパッシベーション層２ｆが形成されているものであってもよい。
【００６３】
本態様に用いられるパッシベーション層を構成する材料としては、上記有機半導体層が空気中に含有される水分等に曝露されることを所望の程度に防止できるものであれば特に限定されるものではない。このような材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンーエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、および、ＰＶＰ、ＰＶＡ等の水溶性樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。
【００６４】
（５）有機半導体トランジスタ
本態様に用いられる有機半導体トランジスタの構造としては、ボトムゲート構造であれば特に限定されるものではない。したがって、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、例えば、図１に例示したような、ソース電極２ｄおよびドレイン電極２ｅが上記有機半導体層２ｃの上面に配置されているボトムゲート・トップコンタクト型構造であってもよく、または、図４に例示するような、ソース電極２ｄおよびドレイン電極２ｅが上記有機半導体層２ｃの下面に配置されているボトムゲート・ボトムコンタクト型構造であってもよい。
【００６５】
なお、本態様の有機半導体素子は、通常、後述する基板上に複数の有機半導体トランジスタが配置された構成を有するものである。ここで、上記複数の有機半導体トランジスタが基板上に配置される態様は特に限定されるものではなく、本態様の有機半導体素子の用途等に応じて所望の態様で配置することができる。
【００６６】
２．基板
次に、本態様の有機半導体素子に用いられる基板について説明する。本態様に用いられる基板は上記有機半導体トランジスタを支持するものである。
【００６７】
本態様に用いられる基板としては、本態様の有機半導体素子の用途等に応じて任意の機能を有する基板を用いることができる。このような基板としては、ガラス基板等の可撓性を有さないリジット基板であってもよく、または、プラスチック樹脂からなるフィルム等の可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。本態様においては、このようなリジット基板およびフレキシブル基板のいずれであっても好適に用いられるが、なかでもフレキシブル基板を用いることが好ましい。このようなフレキシブル基板を用いることにより、本態様の有機半導体素子をＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌプロセスにより製造することが可能になるため、本態様の有機半導体素子を生産性の高いものにすることができるからである。
【００６８】
ここで、上記プラスチック樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＰＳおよびＰＥＩ等を挙げることができる。
【００６９】
また、本態様に用いられる基板は単一層からなるものであってもよく、または、複数の層が積層された構成を有するものであってもよい。上記複数の層が積層された構成を有する基板としては、例えば、上記プラスチック樹脂からなる基材上に、金属材料からなるバリア層が積層された構成を有するものを例示することができる。ここで、上記プラスチック樹脂からなる基板は、本態様の有機半導体素子を可撓性を有するフレキシブルなものにできるという利点を有する反面、上記ソース電極およびドレイン電極を形成する際に表面に損傷を受けやすいという欠点を有することが指摘されている。しかしながら、上記バリア層が積層された基板を用いることにより、上記プラスチック樹脂からなる基材を用いる場合であっても、上記のような欠点を解消することができるという利点がある。
【００７０】
また、本態様に用いられる基板の厚みは、通常、１ｍｍ以下であることが好ましく、なかでも５０μｍ〜７００μｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、本態様に用いられる基板が複数の層が積層された構成を有するものである場合、上記厚みは、各層の厚みの総和を意味するものとする。
【００７１】
３．有機半導体素子の用途
本態様の有機半導体素子の用途としては、例えば、ＴＦＴ方式を用いるディスプレイ装置のＴＦＴアレイ基板として用いることができる。このようなディスプレイ装置としては例えば、液晶ディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、および、有機ＥＬディスプレイ装置等を挙げることができる。
【００７２】
４．有機半導体素子の製造方法
本態様の有機半導体素子の製造方法としては、例えば、後述する「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明する方法を挙げることができる。
【００７３】
Ａ−２：第２態様の有機半導体素子
次に、本発明の第２態様の有機半導体素子について説明する。本態様の有機半導体素子は、トップゲート構造の有機半導体トランジスタを備えるものである。すなわち、本態様の有機半導体素子は、基板、および、上記基板上に形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを備える有機半導体トランジスタを有するものであって、上記ゲート絶縁層が、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有することを特徴とするものである。
【００７４】
このような本態様の有機半導体素子について図を参照しながら説明する。図５は本態様の有機半導体素子の一例を示す概略図である。図５に例示するように本態様の有機半導体素子１０Ｂは、基板１と、上記基板１上に形成された有機半導体トランジスタ２’と、を有するものである。
ここで、上記有機半導体トランジスタ２’は、上記基板１上に形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層２’ｃと、上記有機半導体層２’ｃに接するように形成されたソース電極２’ｄおよびドレイン電極２’ｅと、上記有機半導体層２’ｃ上に形成されたゲート絶縁層２’ｂと、上記ゲート絶縁層２’ｂ上に形成されたゲート電極２’ａとからなるものである。
このような例において、本態様の有機半導体素子１０Ｂは、上記ゲート絶縁層２’ｂが、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含むことを特徴とするものである。
【００７５】
本態様によれば、上記ゲート絶縁層に絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物が含まれることにより、例えば、本態様の有機半導体素子を製造する際に、上記ゲート絶縁層の表面に親疎水パターンを形成することが可能となり、当該親疎水パターンを利用することにより上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極をパターン状に形成することが容易になる。このため、本態様によれば高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
また、本態様よれば上記ゲート絶縁層に光触媒が含まれることにより、上記ゲート絶縁層の誘電率を高くすることができる。このため、本態様によればトランジスタ特性に優れる有機半導体素子を得ることができる。
このようなことから、本態様によればトランジスタ特性に優れ、高効率で製造可能な有機半導体素子を得ることができる。
【００７６】
本態様の有機半導体素子は、上記基板と、上記有機半導体トランジスタとを有するものである。
以下、本態様の有機半導体素子に用いられる各構成について順に説明する。
【００７７】
なお、本態様に用いられる基板については、上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７８】
１．有機半導体トランジスタ
最初に、本態様に用いられる有機半導体トランジスタについて説明する。本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、トップゲート構造を有するものである。すなわち、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、上記基板、および、上記基板上に形成され、有機半導体材料からなる有機半導体層と、上記有機半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを備えるものである。
【００７９】
ここで、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、トップゲート構造を有するものであれば特に限定されるものではない。したがって、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、例えば、図５に例示したような、ソース電極２’ｄおよびドレイン電極２’ｅが上記有機半導体層２’ｃ上面に配置されているトップゲート・トップコンタクト型構造であってもよく、または、図６に例示するような、ソース電極２’ｄおよびドレイン電極２’ｅが上記有機半導体層２’ｃの下面に配置されているトップゲート・ボトムコンタクト型構造であってもよい。
【００８０】
本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、少なくとも上記ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソースおよびドレイン電極を有するものである。ここで、本態様に用いられるこれらの各構成については、上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００８１】
また、本態様に用いられる有機半導体トランジスタは、上記ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソースおよびドレイン電極以外の他の構成を有するものであってもよい。このような他の構成についても上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００８２】
なお、本態様の有機半導体素子は、通常、上記基板上に複数の有機半導体トランジスタが配置された構成を有するものである。ここで、上記複数の有機半導体トランジスタが基板上に配置される態様は特に限定されるものではなく、本態様の有機半導体素子の用途等に応じて所望の態様で配置することができる。
【００８３】
２．有機半導体素子の用途
本態様の有機半導体素子の用途としては、例えば、ＴＦＴ方式を用いるディスプレイ装置のＴＦＴアレイ基板として用いることができる。このようなディスプレイ装置としては例えば、液晶ディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、および,有機ＥＬディスプレイ装置等を挙げることができる。
【００８４】
３．有機半導体素子の製造方法
本態様の有機半導体素子の製造方法としては、例えば、後述する「Ｂ−２：第２態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明する方法を挙げることができる。
【００８５】
Ｂ．有機半導体素子の製造方法
次に、本発明の有機半導体素子の製造方法について説明する。本発明の有機半導体素子の製造方法は、基板と、当該基板上に形成された有機半導体トランジスタとを有する有機半導体素子を製造するものである。ここで、本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記有機半導体トランジスタの構造によって２つの態様に分けることができる。すなわち、本発明の有機半導体素子の製造方法は、ボトムゲート構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する第１態様と、トップゲート構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する第２態様とに大別することができる。
したがって、以下、各態様に分けて本発明の有機半導体素子の製造方法について説明する。
【００８６】
Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法
まず、本発明の第１態様の有機半導体素子の製造方法について説明する。本態様の有機半導体素子の製造方法は、ボトムゲート構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する方法である。すなわち、本態様の有機半導体素子の製造方法は、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極を覆うように、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、上記親疎水パターン上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、上記親疎水パターン上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、を有することを特徴とするものである。
【００８７】
このような本態様の有機半導体素子の製造方法について図を参照しながら説明する。図７は本態様の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。図７に例示するように、本態様の有機半導体素子の製造方法は、基板１を用い（図７（ａ））、上記基板１上にゲート電極２ａを形成するゲート電極形成工程（図７（ｂ））、上記ゲート電極２ａを覆うように、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有するゲート絶縁層２ｂを形成するゲート絶縁層形成工程（図７（ｃ））と、上記ゲート絶縁層２ｂの表面に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程（図７（ｄ））と、上記親疎水パターン上の親水性領域（図７中、Ａで示す領域）上に、ソース電極２ｄおよびドレイン電極２ｅを形成するソース・ドレイン・電極形成工程（図７（ｅ））と、上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体材料からなる有機半導体層２ｃを形成する有機半導体層形成工程（図７（ｆ））とを有し、上記基板１上に、ボトムゲート構造の有機半導体トランジスタ２が形成された有機半導体素子１０Ａを製造するものである。
【００８８】
なお、上記図７においては、上記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成し、上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成する例を示した。しかしながら、本態様の有機半導体素子の方法において上記有機半導体層形成工程およびソース・ドレイン電極形成工程を実施する態様は、このような態様に限定されるものではなく、例えば、上記親疎水パターンの疎水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成し、上記親疎水パターンの親水性領域上に有機半導体層を形成する態様であってもよい。
【００８９】
また、上記図７においては、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する例を示したが、本態様の有機半導体素子の製造方法は、このような有機半導体素子を製造するものに限定されるものではなく、ボトムゲート・トップコンタクト構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造するものであってもよい。
【００９０】
本態様の有機半導体素子の製造方法によれば、上記有機半導体層形成工程および上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記ゲート絶縁層の表面に形成された親疎水パターン上に有機半導体層あるいはソース電極およびドレイン電極を形成するものであることにより、上記有機半導体層あるいは上記ソース電極およびドレイン電極を上記ゲート絶縁層上に高精細なパターン状に形成することが容易になる。このため、本態様によれば高効率で有機半導体素子を製造することが可能になる。
【００９１】
また本態様によれば、例えば、ソース・ドレイン電極形成工程において、上記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成し、上記有機半導体層形成意工程において、上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成することによりトランジスタ特性、具体的にはゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れた有機半導体素子を製造することができる。
なお、このような態様で有機半導体素子を製造することにより、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造できる理由については、上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明した理由と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００９２】
さらに、本態様によれば上記ゲート絶縁層形成工程により形成されるゲート絶縁層が、光触媒を含有するため、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することができる。
このようなことから、本態様によればトランジスタ特性に優れた有機半導体素子を高効率で製造することができる。
【００９３】
本態様の有機半導体素子の製造方法は、少なくとも上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程と、上記親疎水パターン形成工程と、上記有機半導体層形成工程と、上記ソース・ドレイン電極形成工程とを有するものであり、必要に応じて他の工程を有してもよいものである。
以下、このような本態様に用いられる各工程について詳細に説明する。
【００９４】
１．ゲート絶縁層形成工程
最初に、本態様に用いられるゲート絶縁層形成工程について説明する。本工程は、上記ゲート電極を覆うように、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物含有するゲート絶縁層を形成する工程である。
【００９５】
本工程において上記ゲート絶縁層を形成する方法としては、上記絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有し、所望の絶縁性を有するゲート絶縁層を形成できる方法であれば特に限定されるものでない。このような方法としては、例えば、上記バインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を溶媒に溶解させたゲート絶縁層形成用塗工液を調製し、これを上記ゲート電極を覆うように塗工する方法を挙げることができる。
【００９６】
上記ゲート絶縁層形成用塗工液に用いられる溶媒としては、上記バインダー樹脂を所望の濃度で溶解できるものであれば特に限定されるものではない。このような溶媒としては、例えば、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶媒を挙げることができる。
【００９７】
上記ゲート絶縁層形成用塗工液を塗工する塗布方式としては、上記ゲート絶縁層形成用塗工液の粘度等に応じて、厚みが均一な塗膜を形成できる方式であれば特に限定されるものではない。このような塗布方式としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。
【００９８】
なお、上記ゲート絶縁層形成用塗工液に用いられるバインダー樹脂、光触媒、および、光触媒については上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００９９】
２．親疎水パターン形成工程
次に、本態様に用いられる上記親疎水パターン形成工程について説明する。本工程は上記ゲート絶縁層形成工程により形成されたゲート絶縁層に、紫外線を照射することにより、その表面に親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する工程である。
より具体的には、本工程は、上記ゲート絶縁層に紫外線をパターン照射することにより、上記ゲート絶縁層に含有される光触媒の触媒反応を誘起させ、上記ゲート絶縁層の表面に存在する有機シラン化合物の有機基を分解除去することにより、親疎水パターンを形成する工程である。ここで、上記有機基の分解除去は紫外線が照射された部位において生じるため、本工程において紫外線が照射された部位が親水性領域となり、紫外線が照射されなかった部位が疎水性領域となる。
【０１００】
本工程において、紫外線を照射することによって親疎水パターンを形成する方法としては、親水性領域と疎水性領域とが所定のパターン状に配置された親疎水パターンを形成できる方法であれば特に限定されるものではない。本工程においては、通常、このような方法として、パターン状の開口部を有するフォトマスクを介して上記ゲート絶縁層に紫外線を照射する方法が用いられる。
【０１０１】
このようなフォトマスクを用いる方法以外の方法としては、レーザー等を用いてエネルギーを描画照射するような方法でエネルギーのパターン照射を行ってもよい。具体的には、エキシマー、ＹＡＧ等のレーザーを用いてパターン状に描画照射する方法を挙げることができる。しかしながら、このような方法は、装置が高価、取り扱いが困難、さらには連続出力ができない等の問題を有する場合がある。
【０１０２】
また、本工程において上記ゲート絶縁層に照射される紫外線の波長としては、上記ゲート絶縁層に含有される光触媒の種類に応じて、当該光触媒の触媒反応を誘起できる範囲であれば特に限定されるものではない。このような紫外線としては、通常、波長が４００ｎｍ以下のものが好ましく、特に３８０ｎｍ以下のものが好ましい。
【０１０３】
上記紫外線を照射するために用いられる光源としては、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を挙げることができる。
【０１０４】
本工程により形成される親疎水パターンの親水性領域と疎水性領域の親水性の差は特に限定されるものではないが、表面張力４０ｍＮ／ｍの液体に対する接触角の差が１度以上であることが好ましい。これにより、後述するソース・ドレイン電極形成工程または有機半導体層形成工程において、ソース電極およびドレイン電極、あるいは、有機半導体層を形成する際に、上記親疎水パターンに沿った高精細なパターンを形成することが容易になるからである。
【０１０５】
なお、上記親疎水パターンの親水性領域の濡れ性は、表面張力４０ｍＮ／ｍの液体との接触角が９度未満、好ましくは表面張力５０ｍＮ／ｍの液体との接触角が１０度以下、特に表面張力６０ｍＮ／ｍの液体との接触角が１０度以下であることが好ましい。
一方、上記親疎水パターンの疎水性領域の濡れ性は、表面張力４０ｍＮ／ｍの液体との接触角が１０度以上、好ましくは表面張力３０ｍＮ／ｍの液体との接触角が１０度以上、特に表面張力２０ｍＮ／ｍの液体との接触角が１０度以上であることが好ましい。
【０１０６】
ここでいう液体との接触角は、種々の表面張力を有する液体との接触角を接触角測定器（協和界面科学（株）製ＣＡ−Ｚ型）を用いて測定（マイクロシリンジから液滴を滴下して３０秒後）し、その結果から、もしくはその結果をグラフにして得たものである。また、この測定に際して、種々の表面張力を有する液体としては、純正化学株式会社製のぬれ指数標準液を用いるものとする。
【０１０７】
３．有機半導体層形成工程
次に、本態様に用いられる有機半導体層形成工程について説明する。本工程は、上記親疎水パターン形成工程によって形成された親疎水パターン上に、有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する工程である。
【０１０８】
本工程において有機半導体層を形成する態様としては、上記親疎水パターンの親水性領域上に有機半導体層を形成する態様であってもよく、または、上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成する態様であってもよい。なかでも本工程においては、前者の態様が好ましい。上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成することにより、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することができるからである。
【０１０９】
本工程において有機半導体層形成する方法としては、使用する有機半導体材料の種類等に応じて、所望の厚みの有機半導体層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、上記有機半導体材料が溶媒に可溶なものである場合は、当該有機半導体材料を溶媒に溶解して、有機半導体層形成用塗工液を調製した後、当該有機半導体層形成用塗工液を塗工する方法を挙げることができる。この場合の塗工方法としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、および、キャスト法等を挙げることができる。
一方、上記有機半導体材料が溶媒に不溶なものである場合は、例えば、真空蒸着法等のドライプロセスを挙げることができる。
【０１１０】
４．ソース・ドレイン電極形成工程
次に、本態様に用いられるソース・ドレイン電極形成工程について説明する。本工程は、上記親疎性パターン上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程である。
【０１１１】
本工程において、上記親疎水パターン上にソース電極およびドレイン電極を形成する態様としては、上記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成する態様であってもよく、または、上記親疎水パターンの疎水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成する態様であってもよい。なかでも本工程においては、前者の態様が好ましい。上記ソース電極およびドレイン電極が上記親疎水パターンの親水性領域上に形成されることにより、上述した有機半導体層形成工程において上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層が形成されることになるため、本態様によりトランジスタ特性により優れた有機半導体素子を製造することができるからである。
【０１１２】
本工程において、上記ソース電極およびドレイン電極を形成する方法としては、所望のチャネル長でソース電極およびドレイン電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような形成方法としては、例えば、真空蒸着法や金属ナノコロイドを用いた塗布法等を挙げることができる。
【０１１３】
５．ゲート電極形成工程
次に、本態様に用いられるゲート電極形成工程について説明する。本工程は、基板を用い、基板上にゲート電極を形成する方法である。
【０１１４】
本工程において、上記基板上に上記ゲート電極を形成する方法としては、ゲート電極を構成する材料の種類に応じて所望の形態のゲート電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、真空蒸着法や金属ナノコロイドを用いた塗布法等を挙げることができる。
【０１１５】
また、本工程においては、通常、上記基板上にパターン状にゲート電極を形成するが、パターン状にゲート絶縁層を形成する態様としては、上述した方法によって基板上の全面にゲート電極を形成した後、これをパターニングする態様であってもよく、または、基板上に直接パターン状のゲート電極を形成する態様であってもよい。
ここで、上記ゲート電極をパターニングする方法としては、通常、リソグラフィー法が用いられ、なかでもフォトレジストを用いたフォトリソグラフィー法が好適に用いられる。
一方、上記パターン状のゲート電極を直接形成する方法としては、マスク蒸着法等が好適に用いられる。
【０１１６】
なお、本工程に用いられる基板については、上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１１７】
６．その他の工程
本態様の有機半導体素子の製造方法には、上述した工程以外に他の工程が用いられていてもよい。このような他の工程としては、本態様の有機半導体素子の製造方法により製造される有機半導体素子に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも上記他の工程として、本態様に好適に用いられるものとしては、上記有機半導体層を覆うようにパッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程を挙げることができる。このようなパッシベーション層形成工程を有することにより、本態様の有機半導体層形成工程によって製造される有機半導体素子を、トランジスタ特性に経時劣化が少ないものにできる。
【０１１８】
上記パッシベーション層形成工程において、パッシベーション層を形成する方法としては、所望の保護機能を備えるパッシベーション層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、樹脂材料を溶媒に溶解したパッシベーション層形成用塗工液を用い、これを上記有機半導体層上に塗工する方法が好適に用いられる。このような方法としては、印刷法を用い、上記有機半導体層上に上記パッシベーション層形成用塗工液をパターン状に印刷する方法と、上記パッシベーション層形成用塗工液を上記有機半導体層上の全面に塗工することにより、パターニングされていないパッシベーション層を形成する方法とを挙げることができる。本工程においては上記のいずれの方法であっても好適に用いることができる。
【０１１９】
なお、上記樹脂材料については、上記「Ａ−１：第１態様の有機半導体素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１２０】
７．その他
本態様の有機半導体素子の製造方法においては、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記親疎水パターンの親水性領域上にソース電極およびドレイン電極を形成するものであり、かつ、上記有機半導体層形成工程が上記親疎水パターンの疎水性領域上に有機半導体層を形成するものであることが好ましい。これにより、上記ソース電極およびドレイン電極をパターン状に形成することが容易になることに加えて、上記ゲート絶縁層の表面に存在する有機シラン化合物の上記有機半導体層への作用により、ゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れた有機半導体素子を製造することが可能になるからである。
【０１２１】
Ｂ−２：第２態様の有機半導体素子の製造方法
次に、本発明の第２態様の有機半導体素子の製造方法について説明する。本態様の有機半導体素子の製造方法は、トップゲート構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する方法である。すなわち、本態様の有機半導体素子の製造方法は、基板を用い、上記基板上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、上記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記有機半導体層上に、絶縁性を有するバインダー樹脂、光触媒、および、有機シラン化合物を含有するゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程と、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有することを特徴とするものである。
【０１２２】
このような本態様の有機半導体素子の製造方法について図を参照しながら説明する。図８は本態様の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。図８に例示するように、本態様の有機半導体素子の製造方法は、基板１を用い（図８（ａ））、上記基板１上に有機半導体材料からなる有機半導体層２’ｃを形成する有機半導体層形成工程（図８（ｂ））と、上記有機半導体層２’ｃに接するようにソース電極２’ｄおよびドレイン電極２’ｅを形成するソース・ドレイン電極形成工程（図８（ｃ））と、上記有機半導体層２’ｃ上に、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有するゲート絶縁層２’ｂを形成するゲート絶縁層形成工程（図８（ｄ））と、上記ゲート絶縁層２’ｂの表面に紫外線を照射することにより、親水性の異なる部位からなる親疎水パターンを形成する親疎水パターン形成工程（図８（ｅ））と、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極２’ａを形成するゲート電極形成工程（図８（ｆ））とを有し、上記基板１上に、トップゲート構造の有機半導体トランジスタ２’が形成された有機半導体素子を製造するものである。
【０１２３】
本態様によれば、上記ゲート電極形成工程が、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成するものであることにより、上記ゲート電極を上記ゲート絶縁層上に高精細なパターン状に形成することが容易になる。このため、本態様によれば高効率で有機半導体素子を製造することできる。
また、本態様によれば上記ゲート絶縁層形成工程により形成されるゲート絶縁層が、光触媒を含有することから、トランジスタ特性に優れた有機半導体素子を製造することができる。
このようなことから、本態様によればトランジスタ特性に優れた有機半導体素子を高効率で製造することができる。
【０１２４】
なお、上記図８においては、トップゲート・トップコンタクト構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造する例を示したが、本態様の有機半導体素子の製造方法は、このような有機半導体素子を製造するものに限定されるものではなく、トップゲート・ボトムコンタクト構造の有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を製造するものであってもよい。
【０１２５】
本態様の有機半導体素子の製造方法法は、少なくとも上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程と、上記親疎水パターン形成工程と、上記有機半導体層形成工程と、上記ソース・ドレイン電極形成工程とを有するものであり、必要に応じて他の工程を有してもよいものである。
以下、このような本態様に用いられる各工程について詳細に説明する。
【０１２６】
なお、本態様に用いられる親疎水パターン形成工程については、上記「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１２７】
１．ゲート絶縁層形成工程
最初に、本態様に用いられるゲート絶縁層形成工程について説明する。本工程は、後述する有機半導体層形成工程によって形成される上記有機半導体層上に、絶縁性を有するバインダー樹脂と、光触媒と、有機シラン化合物とを含有するゲート絶縁層を形成する工程である。
【０１２８】
ここで、本態様に用いられるゲート絶縁層形成工程は、ゲート絶縁層を後述する有機半導体層形成工程によって形成される有機半導体層上に形成すること以外は、上記「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１２９】
２．有機半導体層形成工程
次に、本態様に用いられる有機半導体層形成工程について説明する。本工程は基板を用い、上記基板上に有機半導体材料からなる有機半導体層を形成する工程である。
【０１３０】
ここで、本態様に用いられる有機半導体層形成工程は、有機半導体層を上記基板上に形成すること以外は、上記「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１３１】
３．ソース・ドレイン電極形成工程
次に、本態様に用いられるソース・ドレイン電極形成工程について説明する。本工程は上記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程である。
【０１３２】
ここで、本態様に用いられるソース・ドレイン電極形成工程は、上記親疎水パターン上に形成しないこと以外は、上記「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１３３】
４．ゲート電極形成工程
次に、本態様に用いられるゲート電極形成工程について説明する。本工程は親疎水パターン形成工程によって、上記ゲート絶縁層の表面に形成される親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成する工程である。本工程においては、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成することにより、上記親疎水パターンのパターン形状に沿った高精細なパターン状にゲート電極を形成することができる。
【０１３４】
本工程において、上記親疎水パターンの親水性領域上にゲート電極を形成する方法としては、上記親疎水パターンのパターンに沿ってゲート電極を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、金属ナノコロイドを用いた塗布法を用いることが好ましい。このような方法を用いるより、上記親疎水パターンにおける親水性領域と疎水性領域との親水性の差を利用して、高精細なパターン上にゲート電極を形成することが容易だからである。
【０１３５】
５．その他の工程
本態様の有機半導体素子の製造方法には、上述した工程以外に他の工程が用いられていてもよい。このような他の工程としては、本態様の有機半導体素子の製造方法により製造される有機半導体素子に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。このような他の工程については、上記「Ｂ−１：第１態様の有機半導体素子の製造方法」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１３７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【０１３８】
１．実施例１
（１）基板の準備
コーニング社製無アルカリガラス（＃１７３７）２５ｍｍ×２５ｍｍを、以下の手順で洗浄した。
i）フルウチ化学社製「セミコクリーン」原液中に浸し、超音波洗浄機を用いて15分間洗浄する。
ii）純水にて５分×３回超音波洗浄機を用いてリンスする。
iii）アセトンに浸し超音波洗浄機を用い１５分間洗浄する。
iv）２−プロパノールに浸し超音波洗浄機を用い１５分間洗浄する。
Ｖ）２３０℃のオーブンに入れ３０分間乾燥する。
【０１３９】
（２）ゲート電極形成工程
洗浄した基板をＵＶオゾン洗浄機中で５分間照射した後、Ｃｒをターゲットにしたスパッタリング装置（キャノンアネルバ社製  ＳＰＦ−７３０）により、マスクを用いてパターン状のゲート電極を形成した。このときゲート電極の厚みは５０ｎｍとした。
【０１４０】
（３）ゲート絶縁層形成工程
ヘキシルトリメトキシシラン０．１ｇと酸化チタン無機コーティング液（ＳＴ−Ｋ０３  石原産業製）１００ｇとを混合し、１００℃で１時間攪拌した。その後、ＰＶＰを０．５を添加し、超音波により溶解させることにより、ゲート絶縁層形成用塗工液を調整した。
次いで、上記ゲート電極が形成された基板上に、上記ゲート絶縁層形成用塗工液をインクジェットによって吐出し、１２０℃で１０分間加熱することにより厚さ１μｍのゲート絶縁層を形成した。
【０１４１】
（４）親疎水パターン形成工程
上記ゲート絶縁層の表面に、フォトマスクを介して超高圧水銀ランプにより２０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線（３６５ｎｍ）露光することにより、ソース及びドレイン電極を形成する部位を親水性に変化させた。このとき、親液性領域の水の接触角は２０°であり、有機半導体層が形成される（疎水性領域）の水の接触角は９３°であった。
【０１４２】
（５）ソース・ドレイン電極形成工程
インクジェット法により、固形分５０質量％の銀コロイド液を上記ゲート絶縁層表面の親水性領域に吐出し、２００℃で３０分間加熱することにより、ソース、ドレイン電極を形成した。
【０１４３】
（６）有機半導体層形成工程
液晶性有機半導体材料（オリゴチオフェン）を用い、アルバック社製蒸着装置ＶＰＣ−０６０によって、マスクを用いてパターン形成することにより有機半導体層を形成した。このとき、有機半導体層の膜厚は５０ｎｍとした。
【０１４４】
（７）評価
このようにして作製した有機半導体素子が有する有機半導体トランジスタのゲート電圧の閾値電圧を評価した。その結果を図９に示す。
図９に例示するように、本発明によりゲート電圧の閾値電圧の安定性に優れた有機半導体トランジスタを有する有機半導体素子を得ることができた。
【０１４５】
２．実施例２
（１）基板の準備
実施例１と同様の方法により、コーニング社製無アルカリガラス（＃１７３７）２５ｍｍ×２５ｍｍを、実施例１と同様の方法で洗浄した。
【０１４６】
（２）ソース・ドレイン電極形成工程
洗浄した基板をＵＶオゾン洗浄機中で５分間照射した後、Ｃｒをターゲットにしたスパッタリング装置（キャノンアネルバ社製  ＳＰＦ−７３０）により、マスクを用いてパターン状のソース電極およびドレイン電極を形成した。このときソース電極およびドレイン電極の厚みは５０ｎｍとした。
【０１４７】
（３）有機半導体層形成工程
液晶性有機半導体材料（５，５'''−ｄｉｏｃｔｙｌ−２，２'：５'，２''：５''，２'''−ｑｕａｔｅｒｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）を用い、実施例１と同様の方法により有機半導体層を形成した。このとき、有機半導体層の膜厚は５０ｎｍとした。
【０１４８】
（４）ゲート絶縁層形成工程
ヘキシルトリメトキシシラン０．１ｇと酸化チタン無機コーティング液（ＳＴ−Ｋ０３  石原産業製）１００ｇとを混合し、１００℃で１時間攪拌した。その後、ＰＶＰを０．５を添加し、超音波により溶解させることにより、ゲート絶縁層形成用塗工液を調整した。
次いで、上記ソース電極およびドレイン電極、上記有機半導体層が形成された基板上に、上記ゲート絶縁層形成用塗工液をインクジェットによって吐出し、１２０℃で１０分間加熱することにより厚さ１μｍのゲート絶縁層を形成した。
【０１４９】
（５）親疎水パターン形成工程
上記ゲート絶縁層の表面に、フォトマスクを介して超高圧水銀ランプにより２０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線（３６５ｎｍ）露光することにより、ゲート電極を形成する部位を親水性に変化させた。このとき、親液性領域の水の接触角は２０°であった。
【０１５０】
（６）ゲート電極形成工程
インクジェット法により、固形分５０質量％の銀コロイド液を上記ゲート絶縁層表面の親水性領域に吐出し、２００℃で３０分間加熱することにより、ゲート電極を形成した。
【０１５１】
３．比較例１
ゲート絶縁層形成用塗工液として、ＰＶＰ水溶液（１０％）１００ｇに、ヘキシルトリメトキシシラン０．１ｇを添加し、超音波により溶解させたものを用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、有機半導体素子を作製した。
その結果、ゲート絶縁層にフォトマスクを介して超高圧水銀ランプにより２０００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍ）露光したが、ソース電極およびドレイン電極が形成される部位は親水性に変化せず、水に対する接触角は８０°であった。このため、上記ソース電極およびドレイン電極をパターン状に形成することが困難であった。
【０１５２】
４．比較例２
ゲート絶縁層形成用塗工液として、ＰＶＰ水溶液（１０％）１００ｇに、ヘキシルトリメトキシシラン０．１ｇを添加し、超音波により溶解させたものを用いたこと以外は、実施例２と同様の方法により、有機半導体素子を作製した。
その結果、ゲート絶縁層にフォトマスクを介して超高圧水銀ランプにより２０００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍ）露光したが、ゲート電極が形成される部位は親水性に変化せず、水に対する接触角は８０°であった。このため、上記ゲート電極をパターン状に形成することが困難であった。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の第１態様の有機半導体素子の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に用いられるバインダー樹脂の耐電圧測定方法の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第１態様の有機半導体素子の他の例を示す概略図である。
【図４】本発明の第１態様の有機半導体素子の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明の第２態様の有機半導体素子の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の第２態様の有機半導体素子の他の例を示す概略図である。
【図７】本発明の第１態様の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第２態様の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の有機半導体素子についてゲート電圧の閾値電圧を評価した結果を示すグラフである。
【図１０】一般的な半導体トランジスタの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１  …  基板
２，２’  …  有機半導体トランジスタ
２ａ，２’ａ  …  ゲート電極
２ｂ，２’ｂ  …  ゲート絶縁層
２ｃ，２’ｃ  …  有機半導体層
２ｄ，２’ｄ  …  ソース電極
２ｅ，２’ｅ  …  ドレイン電極
２ｆ  …  パッシベーション層
１０Ａ，１０Ｂ  …  有機半導体素子
１００  …  有機半導体トランジスタ
１００ａ  …  ゲート電極
１００ｂ  …  ゲート絶縁層
１００ｃ  …  有機半導体層
１００ｄ  …  ソース電極
１００ｅ  …  ドレイン電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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