(57)【要約】【課題】塗布法によってキャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタを形成できる有機薄膜トランジスタの形成方法、及び該形成方法によって形成される有機薄膜トランジスタを提供すること。【解決手段】有機半導体材料を含む塗布液をゲート絶縁膜を備えた基板上に供給し、乾燥させることにより、有機半導体層を形成する有機薄膜トランジスタの形成方法において、該有機半導体材料が置換基を有する縮合多環芳香族化合物であり、且つ該ゲート絶縁膜が２００℃以下の工程により形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの形成方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体材料を含む塗布液をゲート絶縁膜を備えた基板上に供給し、乾燥させることにより、有機半導体層を形成する有機薄膜トランジスタの形成方法において、該有機半導体材料が置換基を有する縮合多環芳香族化合物であり、且つ該ゲート絶縁膜が２００℃以下の工程により形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの形成方法。
【請求項２】
前記縮合多環芳香族化合物がアセン類またはヘテロアセン類であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【請求項３】
前記縮合多環芳香族化合物が炭素−炭素三重結合を含む置換基を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜が熱硬化性を有する高分子化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【請求項５】
前記高分子化合物が２００℃以下のガラス転移点を有することを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法より形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタの形成方法、及び該形成方法によって形成された有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体を半導体チャネルとして使用する有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）が種々検討されている。有機半導体は無機半導体に比べて加工が容易であり、プラスチック支持体との親和性が高いので薄層デバイスとしての魅力がある。
【０００３】
有機半導体膜の形成方法としては蒸着による方法が代表的であるが、材料の特性により種々の方法が用いられる。その中でも、塗布あるいはインクジェット等、有機半導体材料の溶液を基板に適用する常圧ウエットプロセスにより、蒸着等よりも容易に薄膜が得られるという特徴がある。
【０００４】
しかし、ウエットプロセスによる製膜は簡便な反面、高移動度の薄膜を安定に形成することが困難であり、その方法については未だ確立されていない。そのため、所望の位置に所望の移動度の薄膜を形成する方法が確立されていない。
【０００５】
従来、有機薄膜トランジスタの製造工程における有機半導体膜の形成方法として、有機半導体材料を用いて必要とされるよりも大きな面積を有する薄膜を形成し、これをパターニングして不要な部分を除去することによって成形する方法が広く用いられている。また、ゲート電極もタンタル、アルミニウム等の導電性薄膜を形成し、これをパターニングして作製されることが多い。
【０００６】
また、微細な形状の薄膜はインクジェット法によっても形成される。例えば、有機半導体材料を含む溶液をインクジェット式吐出装置によって基板上に吐出して、有機半導体膜を形成する方法が提案されている。インクジェット法によって吐出する場合、基板表面の濡れ性によっては吐出された液滴が濡れ拡がり、微細なパターンを正確に描くことが困難な場合もある。
【０００７】
そこで、吐出された液滴が所望のパターンに従って配置されるように、基板表面に予めバンクを形成して液滴の配置を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。更に、基板上に供給された有機半導体材料を含む液滴の周縁部（エッジ部）は乾燥が速く、周縁部に有機半導体材料を析出させることによって有機半導体膜を形成させ、更にチャネル領域に電極を設けて有機薄膜トランジスタを作製技術（例えば、特許文献３参照）も知られている。
【０００８】
現在、溶液プロセスで成膜する有機半導体材料としては、Ｊ．Ａ．Ｃ．Ｓ．２００５，１２７，４９８６〜４９８７に記載の材料が結晶性が高く、高性能であることが見出されている。しかし、これらの有機半導体材料は結晶性が高いが故に、フレキシブルディスプレイへ搭載する場合には次に挙げる課題があった。汎用的な絶縁膜との密着性が悪く、特に２００℃以上の高温で絶縁膜を形成した場合には、室温付近での可塑特性が高結晶性の半導体膜と整合しないという点である。
【特許文献１】特開昭５９−７５２０５号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３５９４号公報
【特許文献３】特開２００６−４９８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、塗布法によってキャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタを形成できる有機薄膜トランジスタの形成方法、及び該形成方法によって形成される有機薄膜トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
【００１１】
１．有機半導体材料を含む塗布液をゲート絶縁膜を備えた基板上に供給し、乾燥させることにより、有機半導体層を形成する有機薄膜トランジスタの形成方法において、該有機半導体材料が置換基を有する縮合多環芳香族化合物であり、且つ該ゲート絶縁膜が２００℃以下の工程により形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの形成方法。
【００１２】
２．前記縮合多環芳香族化合物がアセン類またはヘテロアセン類であることを特徴とする前記１に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【００１３】
３．前記縮合多環芳香族化合物が炭素−炭素三重結合を含む置換基を有することを特徴とする前記１または２に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【００１４】
４．前記ゲート絶縁膜が熱硬化性を有する高分子化合物を含有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【００１５】
５．前記高分子化合物が２００℃以下のガラス転移点を有することを特徴とする前記４に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法。
【００１６】
６．前記１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの形成方法より形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、塗布法によってキャリア移動度の高い有機薄膜トランジスタを形成できる有機薄膜トランジスタの形成方法、及び該形成方法により形成された有機薄膜トランジスタを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳しく説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【００１９】
本発明は、有機半導体材料を含む塗布液をゲート絶縁膜を備えた基板上に供給し、乾燥させることにより、有機半導体層を形成する有機薄膜トランジスタの形成方法において、該有機半導体材料が置換基を有する縮合多環芳香族化合物であり、且つ該ゲート絶縁膜が２００℃以下の工程により形成されることを特徴とする。
【００２０】
従来の無機の絶縁膜を使用すると半導体と絶縁膜の界面での密着性が悪いという問題があった。また、一般的なポリマーを絶縁膜に使用しても、性能が低下する点や有機半導体成膜後に絶縁膜を形成する場合には、半導体が熱的にダメージを受ける点に問題があった。
【００２１】
本発明で有機半導体材料として使用している縮合多環芳香族化合物は結晶性が高く、そのため熱等の外力に対する耐性を素子全体に持たせなければならない。一方、本発明におけるポリマー絶縁膜は有機半導体層との密着性が高く、外力に対する緩和作用が確認された。また、熱耐性に対しても優位であることがわかった。
【００２２】
本発明においては、有機半導体材料としては縮合多環芳香族化合物が用いられ、特にアセン類、またはヘテロ原子を含む縮合多環芳香族化合物、特にＳｉ、Ｓ、Ｏ、Ｎ、Ｇｅ等のヘテロ原子を含む縮合多環芳香族化合物、即ちヘテロアセン類が好ましい。アセン類とはベンゼン環が複数個縮合した化合物をいい、具体的にはナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フェナントレン、ピレン等が挙げられる。アセン類の例としては、国際公開第０３／１６５９９号パンフレット、国際公開第０３／２８１２５号パンフレット、米国特許第６，６９０，０２９号明細書、特開２００４−１０７２１６号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第２００３−１３６９６４号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、Ｊ．Ａ．Ｃ．Ｓ．ｖｏｌ．１２７．Ｎｏ１４．４９８６等に記載のアセン類及びその誘導体等が挙げられる。キャリア移動度、生産効率等を考慮すると、この中でも特に好ましいアセン類はペンタセンである。
【００２３】
更に、本発明に係る縮合多環芳香族化合物は炭素−炭素三重結合を含む置換基を有することが好ましい。また、分子量としては重量平均分子量が５０００以下のものであることが好ましい。
【００２４】
以下に好ましい具体的化合物例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
【化１】
2008251575.tif 000002
【００２６】
【化２】
2008251575.tif 000003
【００２７】
有機半導体材料（４）及び（６）はＪ．Ａ．Ｃ．Ｓ．２００５，１２７，４９８６〜４９８７に記載されている化合物であり、その他の化合物も上記文献を参考に合成することができる。
【００２８】
有機半導体膜を形成しようとする絶縁体表面は、例えば、ボトムゲート型有機薄膜トランジスタの場合、酸化膜付きシリコンウエハー基板の表面等であるが、該基板上に有機半導体膜を形成して、更にソース電極とドレイン電極を形成し有機半導体層を連結することで、ボトムゲート型有機薄膜トランジスタを形成することができる。シリコンウエハーはゲートを兼ね、表面に形成された酸化膜（酸化ケイ素膜）がゲート絶縁層を構成している。
【００２９】
また、トップゲート型の場合、例えば、絶縁体である支持体上に先ず有機半導体層を形成し、この上にソース電極とドレイン電極を形成し、その上に更にゲート絶縁層を介してゲート電極を形成して、有機薄膜トランジスタが形成される。この場合においては、最初に有機半導体材料溶液を適用して、有機半導体膜（層）を形成する支持体（絶縁体）表面が絶縁体表面を構成する。
【００３０】
いずれの場合においても、キャリア移動度の高い有機半導体膜をそれぞれ基板上、即ち基板となる絶縁体表面に形成する工程が必要であり、また微細な構造を有するＴＦＴシートを形成するためには、これら有機半導体材料溶液を微細でパターニング精度よく、基板上に適用できるものでなければならない。
【００３１】
これらの有機半導体膜は有機薄膜トランジスタを構成する場合、ゲート絶縁膜、例えば、シリコンの熱酸化膜等の疎水性の高い絶縁性膜を有する基板上に形成されるため、前記有機半導体材料を溶解する溶媒は、適用する表面との親和性を有している溶媒は沸点が７０℃以上、２５０℃以下であることが好ましく、例えば、トルエン等の芳香族炭化水素、ヘキサン、ヘプタン等の鎖状脂肪族炭化水素、またシクロヘキサン、シクロペンタン等の環状脂肪族炭化水素等、脂肪族炭化水素類、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、ジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフランやジオキサン等の環状エーテル、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類等が挙げられる。また、これらの溶媒は混合して用いてもよい。また、有機半導体材料の溶解の促進のため、有機半導体材料に対する溶解性の高い他の溶媒を混合して用いてもよい。
【００３２】
溶媒中における有機半導体材料の含有量は、用いる溶媒の種類また有機半導体材料の選択等によって変わるが、塗布によりこれらの液状材料を基板上に適用して薄膜を形成させるためには、該材料中において有機半導体材料は０．０１〜１０．０質量％、好ましくは０．１〜５．０質量％の範囲で溶解していることが好ましい。濃度が高すぎると基板上の均一な延展ができない、また低すぎると基板上での液切れによる塗膜のピンホール等が生じやすい。
【００３３】
本発明においては、有機半導体材料溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法等によって絶縁体表面（基板上）に適用し、乾燥することで有機半導体膜を基板上に形成することができる。
【００３４】
また、本発明においては、有機半導体膜（層）の設置後に所定時間、所定温度において熱処理を行ってもよい。これにより、形成される有機半導体材料の分子の配向乃至配列を更に強化、促進することが可能である。
【００３５】
前記熱処理は有機半導体材料の融点以下の温度で行うのが好ましい。特に有機半導体材料が前記示差走査熱分析（ＤＳＣ）測定において発熱ピークを有する場合、融点以下、発熱開始温度以上の範囲の温度で一定時間処理することが好ましい。例えば、１０秒から１週間、好ましくは１０秒から１日、更に好ましくは１０秒から１時間の一定時間、熱処理が行われることが好ましい。融点以上の温度での熱処理は有機半導体材料を融解させるので、形成された配向あるいは結晶化した膜が溶融状態となり、破壊されるからである。また余りに高い温度に晒されると、有機半導体材料自体の分解や変質も起こるため好ましくない。これらの熱処理は、窒素あるいはヘリウム、アルゴン等の不活性ガス中で行うのが好ましい。また、これら不活性気体の圧力としては０．７×１０2〜１．３×１０2ｋＰａの範囲、即ち大気圧近傍が好ましい。
【００３６】
本発明において、有機半導体膜を形成する絶縁体表面を有する基板としては、後述するがトップゲート型、またボトムゲート型等、その作製手順により異なってくるが、特にボトムゲート型有機薄膜トランジスタの製造においては、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜（ポリシリコン基板上に形成される熱酸化膜）等が挙げられる。また、トップゲート型薄膜トランジスタ等においては、最初に有機半導体膜（層）が形成される絶縁体表面を有する基板である。
【００３７】
本発明において、ゲート絶縁膜は熱硬化性の高分子化合物からなり、２００℃以下、好ましくは１００℃以上の工程で形成される。熱硬化性の高分子化合物としては、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ポリイミド等が挙げられる。中でも特に好ましい化合物は、ポリイミド（京セラケミカル製ＣＴ４１１２）である。
【００３８】
２００℃以下の工程で形成されるとは、基板上への絶縁膜材料の堆積（蒸着、塗布、ＣＶＤを含む）の工程や、堆積後の熱処理等の後処理も含めたプロセス全体を指す。これらの工程が高温下で行われた膜は、成膜環境に比較して低温である室温付近では、室温付近で成膜された半導体膜との可塑時の伸縮性や柔軟性が類似しており、折り曲げ等の外力に対する安定性が高いことを見出した。特に高分子化合物からなる絶縁膜は、有機化合物である有機半導体材料との化学的な親和性も高い。
【００３９】
また、塗布される有機半導体材料を含有する液体との濡れ性の高い表面を得るために、例えば、ゲート絶縁膜には表面処理を施すことが好ましい。このような処理として、ゲート絶縁膜を研磨等により表面粗さを変化させる処理、自己配列型の薄膜を形成させるためのラビング等の配向処理、またシランカップリング剤による表面処理が挙げられる。シランカップリング剤としては、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシラザン等が好ましい例として挙げられ、本発明はこれらに限らないが、シランカップリング剤による処理が好ましい。
【００４０】
なお、本発明において有機半導体材料溶液を適用する基板表面の接触角測定は、協和界面科学株式会社製：接触角計ＣＡ−ＶｏｒＣＡ−ＤＴ・Ａ型を用いて２０℃、５０％ＲＨの環境下で測定するものである。また、基板の表面エネルギーは１．０×１０-2〜７．０×１０-2Ｎｍ-1であることが好ましく、１．０×１０-2Ｎｍ-1より小さいと塗布に問題があり、７．０×１０-2Ｎｍ-1でより大きいと高いキャリア移動度が得られない。
【００４１】
このようにして形成される有機半導体層の膜厚としては特に制限はないが、得られた有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の特性は、有機半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は有機半導体材料により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
【００４２】
また、本発明に係るヘテロ原子を含む縮合多環芳香族化合物を有機半導体材料とする場合、有機半導体層中には有機半導体材料のみではなく、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基等の官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレン及びテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体等のように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えば、アミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基等の官能基を有する材料、フェニレンジアミン等の置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾール及びその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体等のように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、所謂ドーピング処理を行ってもよい。ドーピングが施された有機半導体膜の有機半導体材料分子の配向等の構造化においても、本発明に係る有機半導体膜の形成方法は同様に有用である。
【００４３】
本発明において、好ましい態様の一つであるボトムゲート型の有機薄膜トランジスタを例にとり、有機薄膜トランジスタを作製について説明する。
【００４４】
有機薄膜トランジスタは、支持体上にゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極、ドレイン電極がそれぞれ最適に配置されることで構成されるものである。
【００４５】
従って、例えば、支持体上にゲート電極を形成した後、ゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上に前記の方法にて活性層（有機半導体膜（層））を形成した後、それぞれソース、ドレイン電極を形成することにより、本発明に係る有機薄膜トランジスタは形成される。また、例えば、ゲート絶縁膜形成後、ゲート絶縁膜上にソース、ドレイン電極パターンを形成し、該ソース、ドレイン電極間に有機半導体層をパターニングにより形成してもよい。
【００４６】
このように、支持体上にゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体膜（層）、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ必要な場合には適宜パターニングし、最適に配置することで本発明の有機薄膜トランジスタが得られる。
【００４７】
以下、本発明において有機半導体層以外の有機薄膜トランジスタを構成するその他の構成要素について説明する。
【００４８】
本発明において、前記ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は、導電性材料であれば特に限定されず、種々の金属材料を用いることができるが、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯ及び炭素等が好ましい。
【００４９】
電極の形成方法としては、導電性微粒子分散液、または導電性ポリマーの溶液あるいは分散液を直接インクジェット法によりパターニングする方法、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーション等により形成する方法がある。更に、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００５０】
あるいは、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等も好適に用いられる。中でも、有機半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００５１】
導電性微粒子の金属材料（金属微粒子）としては、白金、金、銀、コバルト、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛等を用いることができるが、特に仕事関数が４．５ｅＶ以上の白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンが好ましい。
【００５２】
このような金属微粒子分散物の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法等の物理的生成法や、コロイド法、共沈法等の液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平１１−７６８００号、同１１−８０６４７号、同１１−３１９５３８号、特開２０００−２３９８５３号の各公報等に示されたコロイド法、特開２００１−２５４１８５号、同２００１−５３０２８号、同２００１−３５２５５号、同２０００−１２４１５７号、同２０００−１２３６３４号の各公報等に記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子分散物である。
【００５３】
分散される金属微粒子の平均粒径としては、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５４】
また、金属微粒子分散物に導電性ポリマーを含有させることが好ましく、これをパターニングして押圧、加熱等によりソース電極、ドレイン電極を形成すれば、導電性ポリマーにより有機半導体層とのオーミック接触を可能とできる。即ち、金属微粒子の表面に導電性ポリマーを介在させて、半導体への接触抵抗を低減させ、且つ金属微粒子を加熱融着させることで更に本発明の効果を高めることができる。
【００５５】
導電性ポリマーとしては、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマーを用いることが好ましく、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等が好適に用いられる。
【００５６】
金属微粒子の含有量は、導電性ポリマーに対する質量比で０．００００１〜０．１が好ましい。この量を超えると金属微粒子の融着が阻害されることがある。
【００５７】
これらの金属微粒子分散物で電極を形成する場合、ソース電極、ドレイン電極を形成した後、加熱により前記の金属微粒子を熱融着させることが好ましい。また、電極形成時に概ね１〜５００００Ｐａ、更に１０００〜１００００Ｐａ程度の押圧をかけ、融着を促進してもよい。
【００５８】
上記金属微粒子分散物を用いて電極様にパターニングする方法として、直接インクジェット法によりパターニングする場合、インクジェットヘッドの吐出方式としては、ピエゾ方式、バブルジェット（登録商標）方式等のオンデマンド型や静電吸引方式等の連続噴射型のインクジェット法等公知の方法を使用することができる。
【００５９】
加熱また加圧する方法としては、加熱ラミネータ等に用いられる方法をはじめ公知の方法を用いることができる。
【００６０】
ゲート絶縁層として無機酸化物を用いることもできる。
【００６１】
無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化錫、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。これらの内、好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００６２】
上記の無機酸化物皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法（大気圧プラズマＣＶＤ法）、ディップコート法、キャスト法、リールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布により形成する方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウエットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
【００６３】
ウエットプロセスは、無機酸化物の微粒子を任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布乾燥する、所謂ゾルゲル法が用いられる。
【００６４】
これらの内、好ましいのは大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。
【００６５】
大気圧プラズマ法による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平１１−６１４０６号、同１１−１３３２０５号、特開２０００−１２１８０４号、同２０００−１４７２０９号、同２０００−１８５３６２号の各公報等に記載されている。これによって高機能性の薄膜を生産性高く形成することができる。
【００６６】
また、これらの絶縁膜には予め表面処理を施してもよく、これらの処理としては前記の様なシランカップリング剤による処理、ラビング等の配向処理が好ましく挙げられる。
【００６７】
また、有機化合物皮膜の形成法としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としてはウエットプロセスが好ましい。
【００６８】
これら有機化合物皮膜の物性としては、弾性率は２．０ＧＰａから４．０ＧＰａが好ましく、更に好ましくは２．５ＧＰａから３．５ＧＰａである。また、線膨張係数は５．０×１０-5／℃から１．０×１０-4／℃が好ましく、更に好ましくは７．０×１０-5／℃から８．５×１０-5／℃である。また、誘電率は２から５が好ましく、更に好ましくは３．５から４．２である。
【００６９】
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。また、これら絶縁膜の膜厚としては一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。
【００７０】
また、支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【００７１】
このようにプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができると共に衝撃に対する耐性を向上できる。
【００７２】
図１に本発明の有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構成例を断面図で示す。
【００７３】
同図（ａ）は、ガラス支持体６上にマスクを用い、例えば、金の蒸着によりパターン形成し、ソース電極２、ドレイン電極３を形成し、その間に有機半導体層１を形成し、その上にゲート絶縁層５を形成し、更にその上にゲート電極４を形成して有機ＴＦＴを形成したものである。
【００７４】
同図（ｂ）、（ｃ）に、トップゲート型の有機薄膜トランジスタの他の構成例を示す。また、同図（ｄ）〜（ｆ）はボトムゲート型の有機ＴＦＴの構成例を示す。同図（ｄ）は支持体６上にゲート電極４を形成した後、ゲート絶縁層５を形成し、その上にソース電極２、ドレイン電極３を形成して、該ソース、ドレイン電極間のゲート絶縁層上に有機半導体層１を形成してボトムゲート型の有機ＴＦＴを形成したものである。同様に他の構成例を同図（ｅ）、（ｆ）に示す。同図（ｆ）は支持体６上にゲート電極４を形成した後、ゲート絶縁層５を形成し、その上に有機半導体材料層１を形成した後、更にソース電極２、ドレイン電極３を形成して有機ＴＦＴを形成したものである。
【００７５】
図２は、前記有機薄膜トランジスタを用いて、液晶、電気泳動素子等の出力素子様に構成されたＴＦＴシートの概略等価回路図の１例である。
【００７６】
ＴＦＴシート１０はマトリクス配置された多数の有機ＴＦＴ１１を有する。７は各有機ＴＦＴ１１のゲートバスラインであり、８は各有機ＴＦＴ１１のソースバスラインである。各有機ＴＦＴ１１のソース電極には、例えば、液晶、電気泳動素子等の出力素子１２が接続され、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１３は蓄積コンデンサ、１４は垂直駆動回路、１５は水平駆動回路である。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【００７８】
比較例１
厚さ５００μｍ比抵抗０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコンウエハーに厚さ２００ｎｍの熱酸化膜を形成し、ゲート絶縁膜とした。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。
【００７９】
次に、有機半導体材料（４）を用い、窒素でバブリングしたトルエンの１質量％溶液を調製し、前記ゲート絶縁膜表面に供給して有機半導体膜を形成した。この有機ＴＦＴ素子はｐチャネル型トランジスタとして動作し、飽和領域のキャリア移動度は０．０５ｃｍ2／Ｖｓであった。
【００８０】
比較例２
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）フィルムに、ニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成し、次いでポリアミドのγ−ブチルラクトン溶液を全面にスピンコートし、１２０℃５分、１５０℃３０分、２２０℃１２０分それぞれで熱処理することにより、膜厚３００ｎｍのゲート絶縁膜とした。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８１】
比較例３
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホンフィルムにＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布しソース・ドレイン電極を形成した。次に、有機半導体材料（４）を用い、窒素でバブリングしたトルエンの１質量％溶液を調製し、前記表面に供給して有機半導体膜を形成した。
【００８２】
次いで、この有機半導体膜上にポリアミドのγ−ブチルラクトン溶液を全面にスピンコートし、１２０℃５分、１５０℃３０分、２２０℃１２０分それぞれで熱処理することにより、膜厚３００ｎｍのゲート絶縁膜とした。更に、このゲート絶縁膜上にニッケルを蒸着することによりゲート電極を形成し、有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８３】
実施例１
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホンフィルムに、ポリビニルフェノールと架橋剤としてポリ（メラミン−ｃｏ−ホルムアルデヒド）メタクリレートとを、４：１（質量比）の割合で混合し、この混合物を５質量％濃度でテトラヒドロフランに溶解させた後、スピンコートを行った。その後、１２０℃にて熱処理を３分行うことにより膜厚３００ｎｍのゲート絶縁膜とした。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８４】
実施例２
厚さ５００μｍ比抵抗０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコンウエハーにニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成し、ポリイミド前駆体（京セラケミカル製ＣＴ４１１２）のＮ−メチルピロリドン１．５倍希釈し、フィルターを通してスピンコートし、８０℃２分熱処理をした。その後、低真空下で８０℃１時間、１２０℃１時間、１８０℃１時間熱処理することによりポリイミドゲート絶縁膜を形成した。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８５】
実施例３
厚さ１ｍｍのガラス基板にニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成し、ポリイミド前駆体（京セラケミカル製ＣＴ４１１２）のＮ−メチルピロリドン１．５倍希釈し、フィルターを通してスピンコートし、８０℃２分熱処理をした。その後、低真空下で８０℃１時間、１２０℃１時間、１８０℃１時間熱処理することによりポリイミドゲート絶縁膜を形成した。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８６】
実施例４
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホンフィルムにニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成し、更にゲート絶縁層として厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素被膜を下記条件の大気圧プラズマ法にて形成した。なお、このときフィルムの温度は１８０℃とした。
【００８７】
（使用ガス）
不活性ガス：ヘリウム                        ９８．２５体積％
反応性ガス：酸素ガス                            １．５体積％
反応性ガス：テトラエトキシシラン蒸気          ０．２５体積％
ヘリウムガスにてバブリング。
【００８８】
（放電条件）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ2
この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００８９】
実施例５
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホンフィルムにニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成し、ポリイミド前駆体（京セラケミカル製ＣＴ４１１２）のＮ−メチルピロリドン１．５倍希釈し、フィルターを通してスピンコートし、８０℃２分熱処理をした。その後、低真空下で８０℃１時間、１２０℃１時間、１８０℃１時間熱処理することによりポリイミドゲート絶縁膜を形成した。この絶縁膜上にＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。以降、比較例１同様のプロセスを経て有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００９０】
実施例６
厚さ３００μｍのポリエーテルスルホンフィルムにＰＥＤＯＴＰＳＳをパターニング塗布し、ソース・ドレイン電極を形成した。有機半導体材料（４）を用い、窒素でバブリングしたトルエンの１質量％溶液を調製し、前記フィルム上に供給して有機半導体膜を形成した。ポリイミド前駆体（京セラケミカル製ＣＴ４１１２）のＮ−メチルピロリドン１．５倍希釈し、フィルターを通してスピンコートし、８０℃２分熱処理をした。その後、低真空下で８０℃１時間、１２０℃１時間、１８０℃１時間熱処理することによりポリイミドゲート絶縁膜を形成した。次に、ニッケルをパターニング蒸着してゲート電極を形成した。
【００９１】
実施例７
実施例５において、有機半導体材料を（４）に代えて有機半導体材料（８）を用いた以外は同様にして、有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００９２】
実施例８
実施例５において、有機半導体材料を（４）に代えて有機半導体材料（６）を用いた以外は同様にして、有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００９３】
実施例９
実施例１において、有機半導体材料を（４）に代えて有機半導体材料（６）を用いた以外は同様にして、有機ＴＥＴ素子を作製した。
【００９４】
上記有機ＴＥＴ素子について、作製した直後の平面状態で測定したときのキャリア移動度と、その後一度丸めて再び平面に戻した時のキャリア移動度を表１に記載した。なお、キャリア移動度はＩ−Ｖ特性の飽和領域から求めた。
【００９５】
【表１】
2008251575.tif 000004
【００９６】
表１より、２００℃以下の工程で形成されたゲート絶縁膜を用いた有機ＴＥＴ素子は高移動度を示し、更にフレキシブル基板上に有機絶縁膜を塗布し、熱硬化された絶縁膜を用いることにより、折り曲げ後にキャリア移動度の劣化の少ないデバイスを作製できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る有機薄膜トランジスタの構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る有機ＴＦＴシートの概略等価回路図の一例である。
【符号の説明】
【００９８】
１  有機半導体層
２  ソース電極
３  ドレイン電極
４  ゲート電極
５  ゲート絶縁層
６  支持体
７  ゲートバスライン
８  ソースバスライン
１０  有機ＴＦＴシート
１１  有機ＴＦＴ
１２  出力素子
１３  蓄積コンデンサ
１４  垂直駆動回路
１５  水平駆動回路
【図１】
2008251575.tif 000005
【図２】
2008251575.tif 000006