(57)【要約】【課題】  有機半導体を用いた回路素子において、長期間安定して有機半導体の特性を維持し、また外部からの種々の応力および衝撃等に対しても耐久性が高い、信頼性に優れた回路素子を提供する。【解決手段】  有機半導体を含む回路部を基板上に形成してなる回路素子であって、当該回路部を所定空間をもって囲繞する封止缶を有することを特徴とする回路素子。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体を含む回路部を基板上に形成してなる回路素子であって、当該回路部を所定空間をもって囲繞する封止缶を有することを特徴とする回路素子。
【請求項２】
前記基板上には、有機半導体を含む回路部と有機ＥＬ素子構造部とが設けられ、前記封止缶が、この回路部と有機ＥＬ素子構造部との双方を所定の空間をもって囲繞するものであることを特徴とする請求項１に記載の回路素子。
【請求項３】
封止缶がガラス、金属またはセラミックスからなるものである請求項１または２に記載の回路素子。
【請求項４】
有機半導体を含む回路部は、有機トランジスタまたは有機ダイオードまたは有機太陽電池または有機メモリからなるものである請求項１〜３のいずれか１つに記載の回路素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の回路素子の製造方法であって、基板上に有機半導体の層を形成後、有機半導体を大気中に曝すことなく前記封止缶により封止することを特徴とする回路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えば、有機半導体を用いた薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）等を含む回路素子ならびにその製造方法等に関し、特にその有機半導体に対する保護技術等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）を用いる回路技術が着目されている。
【０００３】
このような有機ＴＦＴの作製に用いる塗布装置、真空蒸着装置は、一般的な無機ＴＦＴ、例えば、アモルファスシリコンＴＦＴの作製に用いるＣＶＤ装置、スパッタ装置などと比べて安価であり、また、前者は後者のものよりも成膜温度が低く、メンテナンスも容易である。従って、有機ＴＦＴは、無機ＴＦＴよりも安価で提供することが期待でき、またプラスチック等の可撓性基板への適用も期待できるためである。
【０００４】
従って、有機ＴＦＴに代表されるような有機半導体を用いた回路素子は、例えば、有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイ、電子タグ、スマートカード等の各種半導体装置への利用が検討されている。
【０００５】
一般的な有機ＴＦＴは、例えば、図１に示すように、ガラス等の基板１０上に、ゲート電極２０を形成し、その上部を絶縁膜３０（ゲート絶縁膜）にて覆ったのち、その上部にパターニングされた配線ライン４０によってソース電極、ドレイン電極を形成し、両電極間の間隙に、有機半導体層５０を設けた構造を有する。ゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面の電荷量を過剰ないし不足とし、ソース電極／有機半導体／ドレイン電極間を流れる電流（ドレイン電流Ｉｄ）を変化させ、スイッチングを行う。
【０００６】
このような有機ＴＦＴに用いられる有機半導体材料としては、例えば、導電性高分子や共役高分子などの高分子化合物系のものと、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、有機けい素化合物等の低分子化合物系のものが知られている。しかしながら、高分子化合物系および低分子化合物系のいずれのタイプのものも、概して酸化されやすいという傾向があり、空気中の酸素が有機半導体層にドーピングされ、キャリア密度が上昇し、リーク電流が多くなったり移動度が変化して安定な特性が得られなくなったりするため、安定した特性が得られないという問題があった。また、大気中の水分によっても、導電性が低下したり、その他の諸特性が劣化してしまうものであった。
【０００７】
非特許文献１には、有機ＴＦＴ上にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をコーティングして保護膜として用いている構造が示されている。図１は、上記したように有機半導体を用いた回路において、非特許文献１に開示されるような保護膜を設けた構造を示すものである。すなわち、図１において、有機半導体層５０上には、これに接して回路素子全体を覆うような保護膜６０が形成されている。
【非特許文献１】J. C. Ho et al, "NT-LCD Drien by Organic Thin-Film Transistor Arrays Fabricated by Printing Methods. Proceedings of IDW' 03 (Dec., 2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１に示すように、有機半導体に直接保護膜をコーティングした場合、コーティング工程で有機半導体が損傷を受けたり、不純物が混入して特性が劣化するといった問題が発生してしまう虞れがあった。
【０００９】
従って、本技術は、有機半導体を用いた回路素子において、上述したような従来技術における問題を解決する改良された素子構造およびその製造方法を提供することを課題の一つとする。本技術はまた、有機半導体を用いた回路素子において、長期間安定して有機半導体の特性を維持し、また外部からの種々の応力および衝撃等に対しても耐久性が高い、信頼性に優れた回路素子およびその製造方法を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する技術は、まず（１）有機半導体を含む回路部を基板上に形成してなる回路素子であって、当該回路部を所定空間をもって囲繞する封止缶を有することを特徴とする回路素子である。
【００１１】
また、（２）前記基板上には、有機半導体を含む回路部と有機ＥＬ素子構造部とが設けられ、前記封止缶が、この回路部と有機ＥＬ素子構造部との双方を所定の空間をもって囲繞するものであることを特徴とする（１）に記載の回路素子が示される。
【００１２】
さらに、（３）前記封止缶がガラス、金属またはセラミックスからなるものである（１）または（２）に記載の回路素子が示される。
【００１３】
さらに、（４）有機半導体を含む回路部は、有機トランジスタまたは有機ダイオードまたは有機太陽電池または有機メモリからなるものである（１）〜（３）のいずれか１つに記載の回路素子が示される。
【００１４】
上記課題を解決する技術はまた、（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の回路素子の製造方法であって、基板上に有機半導体の層を形成後、有機半導体を大気中に曝すことなく前記封止缶により封止することを特徴とする回路素子の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本技術を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本技術に係る回路素子の一構造例を模式的に示す断面図であり、また図３は、さらに別の構造例を模式的に示す断面図である。なお、図２および図３において、各部材の厚さは誇張して描かれている。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｃ）に示す構造例においては、図１に示す従来例と同様に、基板１０上に、ゲート電極２０を形成し、その上部を絶縁膜３０（ゲート絶縁膜）にて覆ったのち、その上部にパターニングされた配線ライン４０によってソース電極、ドレイン電極を形成し、両電極間の間隙に、有機半導体層５０を設けた構造を有する。また、この構造例において、上述したような有機ＴＦＴ構造の側方には、基板１上に、別の配線ライン４２が形成されており、前記絶縁膜３０によって絶縁された前記配線ライン４０とで回路を形成している。
【００１８】
この回路素子においては、ゲート電極に印加する電圧を変えることにより、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面の電荷量を過剰ないし不足とし、ソース電極／有機半導体／ドレイン電極間を流れる電流（ドレイン電流Ｉｄ）を変化させ、配線ライン４０および４２により接続された図示しない半導体装置のスイッチングを行うものとされている。
【００１９】
しかして、図２（ａ）〜（ｃ）に示す本技術に係る回路素子においては、基板１上に形成されたこれらの有機半導体を含む回路部を、所定空間をもって囲繞する封止缶７０が形成されており、基板１上の有機半導体を含む回路部を大気から遮蔽している。
【００２０】
本技術においては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、有機半導体を含む回路部を、当該有機半導体に何ら接触することなく缶状の構造物によって封止するものであるため、従来例におけるように有機半導体に接する保護膜を設ける場合とは異なり、その形成工程において有機半導体の特性を損ねることがない。また、封止缶の機械的強度も薄膜状の保護膜に比べて強いため、外部からの種々の応力および衝撃に対しても耐久性が高く、総合的な信頼性に優れたものとなる。
【００２１】
本技術において用いられる封止缶７０を構成する材質としては、水分および酸素等のガスに対してバリア性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ソーダライムガラス、特に脱アルカリ処理されたソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等のガラス、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｃｕあるいは各種合金等の金属、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の各種セラミックス等により構成することができる。さらに、例えば前記したようなガラス質の基材表面に金属膜を被覆したものといった異種材料による複数層からなるもの、あるいは異種ないし同種材料からなる複数層を被着あるいは相互に離間配置したもの等、各種の態様を用いることができる。また、封止缶の肉厚としては、構成材料によっても相違するため、一概には規定できないが、例えば、０．００１〜５ｍｍ、好ましくは０．０１〜０．５ｍｍ程度のものが適当である。
【００２２】
さらに、封止缶７０と有機半導体５０との離間距離としても、特に限定されるものではないが、例えば、０〜０．５ｍｍ程度とすることが適当である。
【００２３】
なお封止缶７０の形状としては、有機半導体を含む回路部を覆うことのできるものであれば特に限定されるものではなく、図２（ａ）におけるような単純な略コ字型断面のもの以外に各種の形状のものとすることができる。例えば、図２（ｂ）に示すような、基板との当接面にフランジを有しているようなもの、あるいは図２（ｃ）に示すような、基板上に形成された回路部の側面に、封止缶の内側面を密接させるものといった形状のものは、封止缶の肉厚が薄いものであっても十分な接合部を形成できる。その他、囲繞する回路部の形状（段差）等に応じて上面形状を凹凸としたもの、曲面状としたもの等、種々の変更が可能である。
【００２４】
またこのような封止缶７０と基板１０との接合は、封止缶および基板の構成材料によっても相違するが、例えば、アクリル系、エポキシ系等の熱硬化型、紫外線硬化型、電子線硬化型等の接着剤を用いて行うことができる。
【００２５】
さらに封止缶７０で封止された囲繞空間に残存する水分、ないしは前記接着剤による接合部より侵入する虞れのある水分を除去するために、封止缶７０の内面側に、乾燥剤、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硫酸塩、金属ハロゲン化物、過塩素酸塩等の非潮解性の吸湿性無機化合物、吸水性高分子、ポリビニルアルコール等の有機吸水性化合物、その他、活性炭、ゼオライト等の物理吸着性物質等を、前記有機半導体層とは接触しないようにして配することも可能である。
【００２６】
また、封止缶７０で封止された囲繞空間に残存する酸素等を排除するために、この囲繞空間に、例えば、窒素、アルゴン等の有機半導体に劣化を及ぼさない不活性なガスを封入することも可能である。さらに、封止缶７０で封止された囲繞空間に残存する酸素等を排除するために、この囲繞空間に、例えば、有機半導体に劣化を及ぼさない液体あるいは樹脂等の固体を封入することも可能である。
【００２７】
このような封止缶７０は、基板１０上部に、上記したような有機半導体層５０を含む積層回路を形成した後に、例えば、別途所定形状に形成していた封止缶構造体を前記したような接着剤によって基板１０に被着することで形成されるが、基板上に有機半導体の層を形成後、有機半導体を大気中に曝すことなく、封止缶７０の基板１０への被着を行えば、より優れた特性を有する素子回路を得ることができるために好ましい。
【００２８】
次に、図３に示す構造例においては、有機半導体５０を用いた薄膜トランジスタを含む回路部Ａと、有機ＥＬ素子構造部Ｂとを基板１０上に形成した形態が示されている。図３に示す構造例において、回路部Ａは、前記した図２（ａ）〜（ｃ）に示す構造例と同様に、基板１０上に、ゲート電極２０を形成し、その上部を絶縁膜３０（ゲート絶縁膜）にて覆ったのち、その上部にパターニングされた配線ライン４０によってソース電極、ドレイン電極を形成し、両電極間の間隙に、有機半導体層５０を設けた構造を有している。一方、その側面部に設けられた、有機ＥＬ素子構造部Ｂは、基板１０上に順次積層された有機ＥＬ第１電極層４４、有機発光体層５２、有機ＥＬ第２電極層４６とを少なくとも含んでなるものであり、電気的に接続された前記回路部によってスイッチング制御されるものである。
【００２９】
しかして、この図３に示す構造例においては、有機半導体層５０を含む回路部Ａが、有機発光体層５２を含む有機ＥＬ素子構造部Ｂと共に、封止缶７２によって、所定の空間をもって囲繞されている。このため、有機半導体層５０および有機発光体層５２が、外部雰囲気中に含まれる水分、酸素等のガスに曝される虞がなくなり、長期間にわたり所期の特性を発揮できるものである。また、前記したように、封止缶は、その形成工程において有機半導体の特性を損ねることがなく、また、封止缶の機械的強度も良好なものであるため、外部からの種々の応力および衝撃に対しても耐久性が高く、総合的な信頼性に優れたものとなる。
【００３０】
なお、この図３に示す構造例における封止缶７２の構成材料、肉厚、形成方法等は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す例に関して上記に説明したものと同様であり、また、基板との被着に用いられる接着剤、内部空間に配されることが可能な乾燥剤、および不活性ガスの封入等に関しても同様とすることができる。また、図３において有機ＥＬ素子の発光方向が基板１０の逆方向、いわゆるトップエミッション構造の場合、あるいは発光方向が基板１０の方向および逆の両方向、いわゆるデュアルエミッション構造の場合は、封止缶の構成材料としてはガラス等の透明な材料が必須である。さらに、封止缶７２の基板１０への被着は、有機半導体層および有機ＥＬ素子の有機発光体の形成後、これらを大気中に曝すことなく、閉鎖系において連続的に行えば、より優れた特性を有する素子回路を得ることができるために好ましい。
【００３１】
なお、図２（ａ）〜（ｃ）および図３に示した構造例において、基板１０、ゲート電極２０ないし配線ライン４０、４２、絶縁膜３０、および有機半導体５０を構成する材質としては、特に限定されるものではなく、公知の各種のものを用いることができる。
【００３２】
例えば、有機半導体材料としては、高分子化合物系のもの、および低分子化合物系のもののいずれを用いることができる。低分子化合物系のものとしては、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、有機けい素化合物等、具体的には、例えば、ペンタセン、テトラセン、フェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、ベンゾジチオフェン、フラーレン、バックミンスターフラーレン、テトラシアノナフトキノン、テトラキスメチルアニモエチレン、シアニン色素等が例示されるがこれらに限定されるものではない。また、高分子化合物系のものとしては、導電性高分子や共役高分子等、具体的には、例えば、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキル）チオフェン、アルキル置換オリゴチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、ポリアセチレン誘導体、α−ヘキサチエニレンオリゴマー等が例示されるがこれらに限定されるものではない。
【００３３】
また、基板１０としては、例えば、石英やガラス板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
さらに、ゲート電極２０は、例えば、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモリファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料の他、例えば、塗布法を用いて形成可能なポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料、或いは導伝性インク等を用いて形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
絶縁膜３０は、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機材料の他、塗布法を用いて形成が可能なポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料を用いて形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３６】
さらに、ソース電極及びドレイン電極を構成する配線ライン４０の材料としては、一般に有機半導体が、ｐ型半導体であることから、有機半導体層とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい、例えば、金、白金等の金属が用いられ得るが、これらに限定されるわけではない。なお、「仕事関数」とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位のエネルギー差を電荷量で割った値として定義される。また、有機半導体層表面にドーパントを高密度にドープした場合は、金属／半導体間をキャリアがトンネリングできるようになり、金属種に対する依存性が低くなるために、上述したゲート電極において例示したような各種金属材料および有機材料を用いて形成することが可能である。
【００３７】
また、本技術に係る回路素子において、その回路構成ないし積層構成としては、図２（ａ）〜（ｃ）および図３に示した構造例に何ら限定されるものではなく、少なくとも有機半導体を用いたもので有れば、各種の形態をとり得るものである。例えば、図２（ａ）〜（ｃ）および図３に示したような有機ＴＦＴ以外にも、有機ダイオード、有機太陽電池、有機メモリ等を例示できる。
【００３８】
さらに、基板上に形成される有機ＥＬ素子構造としても、図３に示した構造例に何ら限定されるものではなく、公知の種々の構成のものとすることができる。例えば、有機発光層は、図３に示すような、単層型のほか、発光効率の向上のために正孔輸送層と電子輸送層とに分割して機能分離型にすることも可能である。また、発光層と第二電極との間に電子注入輸送層を設ける構成、正孔注入輸送層と電子注入輸送層の双方を設ける構成、あるいは正孔注入輸送層を発光層と混合した構成等とすることができる。
【００３９】
また、基板として、プラスチック製基板等を用いた場合などにおいては、基板側からの水分、酸素ガス等の侵入を防止するために、基板１０と前記したような積層回路ないし有機ＥＬ素子構造との間にバリア膜を有することができる。
【００４０】
また本技術に係る回路素子の製造において、各層の形成およびパターニングは、いずれも公知の技術を用いて行うことができる。例えば、有機半導体層等をはじめとする有機層の形成には、スピンコートなどの塗布法、真空蒸着法等が、無機絶縁膜等にはプラズマCVD法等が,金属膜、錫酸化物、酸化インジウム、ＩＴＯ等には、スパッタ法、真空蒸着法等が用いられる。また、パターンニングには、公知のフォトリソグラフィとドライエッチングあるいはウエットエッチングとの組合せのほか、電子線を用いたパターニング法を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の回路素子の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本技術に係る回路素子の構造の一例を示す概略断面図である。
【図３】本技術に係る回路素子の構造の別の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  基材
２０  ゲート電極
３０  絶縁膜
４０、４２  配線ライン
４４  有機ＥＬ素子第１電極
４６  有機ＥＬ素子第２電極
５０  有機半導体層
５２  有機発光体層
６０  保護膜
７０、７２  封止缶
【図１】
2005277065.tif 000003
【図２】
2005277065.tif 000004
【図３】
2005277065.tif 000005