(57)【要約】【課題】低コストで実用に供することのできる有機トランジスタを提供する。【解決手段】高分子基板１１上にゲート電極１２をパターニングして形成する。次いで、高分子基板１１上に、ゲート電極１２を覆うとともに、ゲート電極１２の少なくとも一部が露出するようにパターニングされたゲート絶縁膜１３を形成する。次いで、ゲート絶縁膜１３上において、少なくとも一部がゲート電極１２と電気的に接触するようにして、ペースト状の金属粒子からドレイン電極１４を形成し、同時に前記ペースト状の金属粒子からソース電極１５を形成する。次いで、ドレイン電極１４及びソース電極１５の少なくとも一部を覆うようにして有機半導体層１６を形成し、素子分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子基板を準備する工程と、
前記高分子基板上にゲート電極をパターニングして形成する工程と、
前記高分子基板上に、前記ゲート電極を覆うとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部が露出するようにパターニングされたゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上において、少なくとも一部が前記ゲート電極と電気的に接触するようにして、ペースト状の金属粒子からドレイン電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極の形成と同時に、前記ペースト状の金属粒子からソース電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の少なくとも一部を覆うようにして有機半導体層を形成し、素子分離する工程と、
を具えることを特徴とする、有機トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、前記金属粒子を含有するペーストを塗布した後、熱処理によって乾燥及び硬化させて形成することを特徴とする、請求項１に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は銀ペーストから形成することを特徴とする、請求項２に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理の温度が１８０℃以下であることを特徴とする、請求項３に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極上に、オーミックコンタクト層を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記オーミックコンタクト層は、メッキ法によって形成することを特徴とする、請求項５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、それぞれ縦横にパターン状に形成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、縦方向のパターニング形成と横方向のパターニング形成とを別工程で実施することを特徴とする、請求項７に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極のパターニング形成は、スクリーン印刷を用いて実施することを特徴とする、請求項７又は８に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の解像度が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
高分子基板を準備する工程と、
前記高分子基板上にゲート電極をパターニングして形成する工程と、
前記高分子基板上に、前記ゲート電極を覆うとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部が露出するようにパターニングされたゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上において、少なくとも一部が前記ゲート電極と電気的に接触するようにしてドレイン電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極の形成と同時に、ソース電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の少なくとも一部を覆うようにして有機半導体層を形成し、素子分離する工程とを具え、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、それぞれ縦横にパターン状に形成し、縦方向のパターニング形成と、横方向のパターニング形成とを別工程で実施することを特徴とする、有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極のパターニング形成は、スクリーン印刷を用いて実施することを特徴とする、請求項１１に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の解像度が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
高分子基板と、
前記高分子基板上にパターン状に形成されたゲート電極と、
前記高分子基板上に、前記ゲート電極を覆うとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部が露出するようにしてパターン状に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上において、少なくとも一部が前記ゲート電極と電気的に接触するようにして、縦横にパターン状に形成された、金属粒子からなるドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜上において、縦横にパターン状に形成された前記金属粒子からなるソース電極と、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の少なくとも一部を覆うようにして形成された素子分離用の有機半導体層と、
を具えることを特徴とする、有機トランジスタ。
【請求項１５】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極は銀粒子からなることを特徴とする、請求項１４に記載の有機トランジスタ。
【請求項１６】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極上に形成されたオーミックコンタクト層を具えることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の有機トランジスタ。
【請求項１７】
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の解像度が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一に記載の有機トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタの製造方法、及び有機トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体や伝導性ポリマーをチャネル層に利用した有機電界効果トランジスタが近年大変な注目を集めている。有機トランジスタは、シリコンなど無機半導体をチャネルとした従来型の電界効果トランジスタと比べると、消費電力や動作速度などの性能が劣るもの、（1）低コストプロセスで、（2）大面積で、（3）機械的にフレキシブルであるという特徴を有する。
【０００３】
有機電界効果トランジスタを低コストで作製するためには、印刷技術を活用することが有効であり、これまで盛んに研究開発が進められてきた。しかしながら、従来の手法には、以下に示すような問題点があった。
【０００４】
まず、第１に、電界効果トランジスタを構成するソース電極とドレイン電極を形成する電極として金を利用していることが多く、材料コストが高いという問題があった。さらに、蒸着法など真空プロセスで薄膜を形成してから金電極を作製するため、プロセスに掛かるコストが高かった。このため、金電極のパターニングに印刷技術を利用している場合にも、金薄膜の形成は真空プロセスで行われるため、有機トランジスタの低コスト性を生かせていなかった。
【０００５】
一方、伝導性ポリマーをソースやドレイン電極として用いることによって、真空プロセスを用いずに有機トランジスタを印刷で作製する手法がある。しかしながら、伝導性ポリマーは金属電極と比較して導電率が著しく悪い。そのため、配線の遅延が大きくなって、現実的ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低コストで実用に供することのできる有機トランジスタ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】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は、
高分子基板を準備する工程と、
前記高分子基板上にゲート電極をパターニングして形成する工程と、
前記高分子基板上に、前記ゲート電極を覆うとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部が露出するようにパターニングされたゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上において、少なくとも一部が前記ゲート電極と電気的に接触するようにして、ペースト状の金属粒子からドレイン電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極の形成と同時に、前記ペースト状の金属粒子からソース電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の少なくとも一部を覆うようにして有機半導体層を形成し、素子分離する工程と、
を具えることを特徴とする、有機トランジスタの製造方法に関する。
【０００８】
本発明によれば、有機トランジスタを構成するドレイン電極及びソース電極をペースト状の金属粒子から作製するようにしたので、得られる前記ドレイン電極及び前記ソース電極は前記金属粒子から構成されるようになり、上方に形成された有機半導体層とのオーミックコンタクトを実現できるようになる。また、前記ドレイン電極及び前記ソース電極を形成する際には、金属ペーストが用いられるようになり、この場合スクリーン印刷などの印刷技術の適用が可能となる。したがって、低コストで実用に供することのできる有機トランジスタを提供できるようになる。
【０００９】
実用的な有機トランジスタを供する場合、前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、縦横にパターン状に形成することができるが、この場合、縦方向のパターニング形成と横方向のパターニング形成とを別工程で行うことが好ましい。
【００１０】
従来、ドレイン電極及びソース電極を縦横にパターン状に形成する場合、例えばスクリーン印刷などの印刷技術を用いて、縦横一括して形成していた。しかしながら、前記ドレイン電極及びソース電極を構成するペーストを押し出す際に、“はけ”の移動方向と、これと垂直な方向とで、前記ペーストの押し出し強さが異なり、その結果、前記ドレイン電極及び前記ソース電極を形成する際に、印刷技術の本来的な欠陥である“にじみ”が生じ、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の解像度を向上させることができなかった。
【００１１】
このような場合、上述したような好ましい態様を採用すれば、上述した“にじみ”の問題を回避することができ、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の解像度を向上させることができるようになる。この結果、前記ドレイン電極及び前記ソース電極間の距離で決定されるチャネル長を十分に小さくすることができ、最終的に得る有機トランジスタの高速化と駆動電圧の低減による省電力化を達成することができるようになる。
【００１２】
なお、本発明に関する有機トランジスタおいて、チャネルは前記有機半導体層内に形成される。
【００１３】
また、“ドレイン電極及びソース電極の解像度”とは、パターン状に形成されたドレイン電極及びソース電極の各部分の幅及び間隔の大きさを意味するものであり、解像度が高い場合は、前記ドレイン電極及び前記ソース電極のパターンが微細化されて、各部分の幅及び間隔が狭小化されることを意味するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、低コストで実用に供することのできる有機トランジスタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のその他の特徴及び利点について詳述する。
図１は、本発明の有機トランジスタを断面方向から見た場合の構成を概略的に示す図であり、図２は、図１に示す有機トランジスタを上方から見た場合の状態を概略的に示す図である。図１に示す有機トランジスタの状態は、図２に示す有機トランジスタを矢印方向から見た場合に相当する。
【００１６】
なお、図１及び図２においては、本発明の有機トランジスタの構成上の特徴を明確にすべく、いくつかの構成要素においては、その大きさなどについて互いに異なるようにして描いている。例えば、図２に示すように、有機半導体層１６はゲート電極１２の全体を覆うようにして幅方向に延在しているが、図１においては、ゲート電極１２とドレイン電極１５との電気的接触を明示すべく、有機半導体層１６の幅を削減して描いている。同様に、図２に示す幅方向に延在したソース電極は、図１において、ゲート電極１２とドレイン電極との電気的接触を明示すべく、その幅を削減して描いている。
【００１７】
図１及び図２に示す有機トランジスタ１０は、高分子基板１１と、高分子基板１１上にパターン状に形成されたゲート電極１２と、高分子基板１１上において、ゲート電極１２を覆うとともに、ゲート電極１２の少なくとも一部が露出するようにしてパターン状に形成されたゲート絶縁膜１３とを具えている。
【００１８】
さらに、ゲート絶縁膜１３上において、少なくとも一部がゲート電極１２と電気的に接触するようにして、縦横にパターン状に形成されたドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１３上において、同じく縦横にパターン状に形成されたソース電極１５と、ドレイン電極１４及びソース電極１５の少なくとも一部を覆うようにして形成された素子分離用の有機半導体層１６とを具えている。なお、有機半導体層１６は、素子分離と同時にチャネル層としても機能する。
【００１９】
高分子基板１１は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの耐熱性高分子材料から構成することができる。特に、市販されている上記高分子材料フィルムを直接的に基板として用いることができる。  
【００２０】
ゲート電極１２は、銅などの廉価な導電性材料、あるいはＩＴＯなどの透明導電材料から構成することができる。ゲート絶縁膜１３は、ポリイミドの高分子材料あるいはガラス樹脂などから構成することができる。
【００２１】
有機半導体層１６は、ペンタセン、銅ニロシアニン、オリゴチオフェン及びポリチオフェンなどの公知の有機半導体材料から構成することができる。
【００２２】
ドレイン電極１４及びソース電極１５は、以下に示す本発明の製造方法に従って、所定の金属粒子から構成され、好ましくは銀粒子から構成される。これによって、有機半導体層１６に対して良好なオーミックコンタクトを形成することができ、以下に示す本発明の製造方法と伴って、図１に示す構成の実用的な有機トランジスタ１０を低コストで提供できるようになる。
【００２３】
なお、図１及び図２では示していないが、ドレイン電極１４及びソース電極１５と有機半導体層１６との間にオーミックコンタクト層を設けることもできる。以下に示す本発明の製造方法に起因して、ドレイン電極１４及びソース電極１５の表面の一部が酸化され、この結果、有機半導体層１６との間に十分なオーミックコンタクトを形成できない場合がある。この場合に、上述したオーミックコンタクト層を形成することにより、ドレイン電極１４及びソース電極１５と有機半導体層１６とのオーミックコンタクトを十分に確保できるようになる。
【００２４】
なお、前記オーミックコンタクト層は、高導電性を呈するとともに、高耐食性の材料から構成することができ、例えばＮｉ／Ａｕなどから構成することができる。
【００２５】
次に、図１及び図２に示す有機トランジスタ１０の製造方法について説明する。図３〜図９は、図１及び図２に示す有機トランジスタ１０の、本発明に従った製造方法を示す工程図である。なお、図３〜図９においては、必要に応じて直線“Ａ−Ｂ”に沿った平面で切った場合の、断面方向の状態も示している。
【００２６】
最初に、図３に示すように、高分子基板１１を準備する。なお、基板１１の表面が平坦でない場合、必要に応じて熱可塑性樹脂などをスピンコートして平坦化する。但し、ＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルムから基板１１を直接構成する場合は、平坦な表面を有する基板１１を簡易に準備することができる。
【００２７】
次いで、図４に示すように、高分子基板１１上にパターン化されたゲート電極１２を形成する。ゲート電極１２は、メタルシャドーマスク法、一様なゲート電極層を形成した後にフォトリソグラフィ及びエッチングを利用する手法、同じくゲート電極層を形成した後にフォトリスグラフィ及びリフトオフを利用する手法、及びスクリーン印刷を利用した手法などで形成することができる。
【００２８】
次いで、図５に示すように、高分子基板１１上において、ゲート電極１３を覆うようにしてゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３は、上述したポリイミドなどをスピンコートして塗布した後、電子オーブンなど加熱硬化して形成する。
【００２９】
次いで、図６に示すように、ゲート絶縁膜１３をゲート電極１２の少なくとも一部が露出するようにしてパターニングする。パターニングは、フォトリソグラフィ及びウエットエッチングの技術を用いることにより、開口部１３Ａを形成するようにして行うことができる。または、レーザ加工法などによって開口部１３Ａを形成するようにして行うことができる。
【００３０】
次いで、図７に示すように、ドレイン電極１４及びソース電極１５を横方向に例えばスクリーン印刷で形成し、次いで、図８に示すように、ドレイン電極１４及びソース電極１５を縦方向に例えばスクリーン印刷で形成して、縦横にパターン化されたドレイン電極１４及びソース電極１５を形成する。
【００３１】
図７及び図８に示すように、縦横にパターン化されたドレイン電極１４及びソース電極１５を横方向及び縦方向において別工程で作製することにより、一括して作製する際に生じる“にじみ”の問題を回避することができ、ドレイン電極１４及びソース電極１５の解像度を向上させることができるようになる。具体的には、前記解像度を２０μｍ以下にまで向上させることができる。この結果、ドレイン電極１４及びソース電極１５間の距離で決定されるチャネル長を十分に小さくすることができ、最終的に得る有機トランジスタ１０の高速化と駆動電圧の低減による省電力化を達成することができるようになる。
【００３２】
なお、ドレイン電極１４及びソース電極１５は、目的とする金属粒子を含有したペーストをスクリーン印刷で塗布した後、熱処理を施して乾燥及び硬化させることにより形成する。前記ペーストは如何なる種類のものでも良いが、好ましくは銀ペーストを用いる。銀ペーストは約１８０℃以下、さらには１２０℃以下の温度で乾燥硬化させることができるため、高分子基板１１に対して熱ダメージを与えず、さらには反りや膨脹収縮なども防ぐことができる。さらに、ドレイン電極１４及びソース電極１５を構成する銀粒子は、続いて形成する有機半導体層１６に対して良好なオーミックコンタクトを形成する。
【００３３】
前記熱処理は図７及び図８に示すそれぞれの工程の後に独立させて行うこともできるが、縦横にペーストを連続して塗布した後に、一括して行うこともできる。
【００３４】
また、スクリーン印刷の代わりに他の印刷技術を用いることもでき、銀ペーストの代わりに他の金属ペーストを用いることもできる。
【００３５】
さらに、図７に示す工程の後、又は図８に示す工程の後に、ドレイン電極１４及びソース電極１５上にオーミックコンタクト層を形成することができる。銀ペーストを乾燥硬化させてドレイン電極１４及びソース電極１５を形成する際に、その表面の一部が酸化してしまい、後に形成する有機半導体層１６と良好なオーミックコンタクトを実現できない場合がある。この場合に、前記オーミックコンタクト層を形成することにより、ドレイン電極１４及びソース電極１５と有機半導体層１６とのオーミックコンタクトを簡易に実現できるようになる。
【００３６】
なお、前記オーミックコンタクト層は、無電界メッキなどのメッキ法を用いてＮｉ／Ａｕなどの高導電性かつ高耐食性の材料から構成することができる。
【００３７】
次いで、図９に示すように、ドレイン電極１４及びソース電極１５を覆うようにして有機半導体層１６を形成し、素子分離を行い、目的とする有機トランジスタ１０を作製する。なお、前述したように、有機半導体層１６内にはチャネルが形成され、チャネル層としての機能も果たす。
【００３８】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３９】
例えば、縦横にパターン化されたドレイン電極１４及びソース電極１５を形成する際に、これらの電極を銀ペーストなどから形成することの如何によらず、縦方向のパターニング形成と、横方向のパターニングを別工程で行うようにすれば、“にじみ”の問題を回避して、ドレイン電極１４及びソース電極１５の解像度を向上させることができる。
【００４０】
また、上述した２方向のパターニングは縦横方向に行うのみならず、電極構造に応じて任意の方向に行うことができ、パターンのゆらぎやムラを抑制するために、斜めに交差するようにして行うこともできる。さらに、複数回のパターニングを利用して、電極幅や厚みを独立に制御し、電源線やグラウンド線などの大電流の流れる電極の幅や厚さを増大させて、かかる電極の抵抗を低減するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の有機トランジスタを断面方向から見た場合の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す有機トランジスタを上方から見た場合の状態を概略的に示す図である。
【図３】図１及び図２に示す有機トランジスタの製造方法を示す一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次の工程を示す図である。
【図５】図４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図６】図５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図７】図６に示す工程の次の工程を示す図である。
【図８】図７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図９】図８に示す工程の次の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  有機トランジスタ
１１  高分子基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１３Ａ  開口部
１４  ドレイン電極
１５  ソース電極
１６  有機半導体層
【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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