(57)【要約】      （修正有）【課題】有機分子薄膜の電気伝導性を向上させ、実用上十分なオン／オフ比を有する有機ＴＦＴの作成方法を提供する。【解決手段】有機分子薄膜４に、その分子振動モードに相当する波長の直線偏光したレーザ１を照射し、分子の配向制御を行うことを特徴とする有機分子性薄膜の導電性向上方法であり、好ましくは直線偏光したレーザの波長が、赤外領域である有機分子薄膜の導電性向上方法である。また有機分子薄膜の電気伝導性向上方法を用いて得られる有機薄膜トランジスタであり電子部品である。【選択図】図２
2005012025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機分子薄膜に、その分子振動モードに相当する波長の直線偏光したレーザを照射し、分子の配向制御を行うことを特徴とする有機分子性薄膜の導電性向上方法。
【請求項２】
前記直線偏光したレーザの波長が、赤外領域である請求項１に記載の有機分子導電薄膜の導電性向上方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の有機分子薄膜の電気伝導性向上方法を用いて得られる有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の有機分子薄膜の電気伝導性向上方法を用いて得られる電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機半導体を有する有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）及び有機分子薄膜を用いた電子回路の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の表示用スイッチング素子として広く用いられている。従来ＴＦＴはアモルファスや多結晶のシリコンを用いて作成されていた。しかし、このようなシリコンを用いたＴＦＴの作成に用いるＣＶＤ装置は、非常に高額であり、ＴＦＴを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。又、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われるので、基板として使用可能な材料の種類が限られ、したがって軽量でフレキシブルな樹脂基板などは使用できないという問題があった。
【０００３】
上記問題を解決するために、アモルファスや多結晶のシリコンに代えて有機物を用いた有機ＴＦＴが提案されている。有機物でＴＦＴを形成する際に用いる成膜方法として真空蒸着法や塗布法等が知られているが、これらの成膜方法によれば、コストアップを抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため有機ＴＦＴでは、基板に用いる材料の選択時の制限が少ないといった利点が得られ、軽量でフレキシブルな樹脂基板が使用可能になる。
【０００４】
近年、有機ＴＦＴは盛んに報告されるようになった。その報告例として、Ｔ．  Ｓｕｍｉｔｏｍｏら、Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ，  ８６巻、２２５９項、１９９７年；Ｋ．  Ｋｕｄｏら、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，  ３３１巻、５１項、１９９８年；Ｋ．  Ｋｕｄｏら、Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ，  １０２巻、９００項、１９９９年；Ｋ．  Ｋｕｄｏら、Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ，  １１１−１１２巻、１１項、２０００年、あるいは特開平１０―１９０００１号公報、特開２００１−９４１０７、特開２００３−１１５６２４号公報等を挙げることができる。
【０００５】
ＴＦＴの有機化合物層に用いる有機物としては、共役ポリマーやチオフェン等の多量体（特開平１０‐１２５９２４号公報、特開平１０‐１９０００１号公報等）、或いは、金属フタロシアニン化合物（特開２０００‐１７４２７７号公報等）、またペンタセン等の縮合芳香族炭化水素（特開平５‐５５５６８号公報、特開２００１‐９４１０７号公報等）等が、単体或いは他の化合物との混合物の状態で用いられている。
【０００６】
ここで、従来より多用される代表的な有機ＴＦＴの断面構造を図３に示す。この有機ＴＦＴは、基板５上に、ゲート電極９及びゲート絶縁膜８をこの順に有し、ゲート絶縁膜８上に、所定の間隔を空けて形成されたソース電極６及びドレイン電極７を有している。ソース電極６とドレイン電極７の一部表面を含み、両電極間に露出するゲート絶縁膜８上には、有機薄膜層４が形成されている。このような構成を有する有機ＴＦＴでは、有機薄膜層４がチャネル領域をなしており、ゲート電極９に印加される電圧でソース電極６とドレイン電極７の間に流れる電流が制御されることによってオン／オフ動作する。
【０００７】
有機ＴＦＴに関する研究は盛んに行われているが、従来の有機ＴＦＴではそのいずれもが、動作速度が遅く、実用上十分なオン／オフ比を有することができなかった。ここで「オン／オフ比」という用語は、有機ＴＦＴがオンであるときのソース−ドレイン電流の、有機ＴＦＴがオフであるときのソース−ドレイン電流に対する比を意味する。
【０００８】
オン／オフ比が不十分である原因として、有機薄膜層の表面状態が考えられる。従来の真空蒸着法によって作成された有機薄膜層では、均一な薄膜が作成されることは稀で、グレインと呼ばれる塊状の領域が形成され、電気伝導の大きな障害となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機分子薄膜の電気伝導性を向上させ、実用上十分なオン／オフ比を有する有機ＴＦＴの作成方法を提供することにある。また簡易に配線パターンを形成できる方法およびそれで得られる電子部品を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意研究した結果、有機薄膜層に有機分子の分子振動モードに相当する波長の、直線偏光したレーザを照射することで課題を解決できることを見出し、本発明を成すに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、有機分子薄膜に、その分子振動モードに相当する波長の直線偏光したレーザを照射し、分子の配向制御を行うことを特徴とする有機分子性薄膜の導電性向上方法である。
前記直線偏光したレーザの波長が、赤外領域であることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、上記の有機分子薄膜の電気伝導性向上方法を用いて得られる有機薄膜トランジスタであり、また電子部品である。
【００１３】
分子の振動モードに相当する波長の直線偏光したレーザを前記の有機薄膜層に照射すると、分子はレーザ光を吸収し、照射部位の周囲に局所的な、熱的に非平衡な状態が発生する（特開２００１−２６４７６３号公報参照）。分子の偏光吸収には異方性があり、この状態で分子は直線偏光を吸収しない方向に配向するので、分子を任意の方向に配向させることが出来る。これにより、グレイン構造を有する有機薄膜層から均質な層を作成でき、導電性の高い領域を作成できる。ＴＦＴの有機薄膜層に用られている化合物は導電性に異方性があるので、偏光レーザでこれらの分子の配向制御を行うことで、実用上十分なオン／オフ比を有する有機ＴＦＴの作成が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明では、図１（ａ）に示すように、液晶分子からなる有機薄膜層４に直線偏光した２レーザ１を照射し、掃引して分子の配向制御を行い、図１（ｂ）に示すように、電気伝導性を高めたレーザ加工部３を形成することで実用上十分なオン／オフ比を有する有機ＴＦＴの作成が可能になる。
【００１５】
ここで有機薄膜層４は液晶分子からなる液晶層でもよい。
【００１６】
レーザは、赤外領域である２．５〜２５μｍの範囲内にある波長（波数では４００〜４０００ｃｍ−１）を有するのが好ましく、２．５〜１２．５μｍの範囲内にある波長（波数では８００〜４０００ｃｍ−１）を有するのがより好ましい。これらの範囲内から、分子の分子振動バンドに相当する波長を選択すれば良い。
【００１７】
基板５はフレキシブルであっても良く、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ガラス、ポリカーボネードなど公知の材料が使用できる。レーザは基板５又はゲート絶縁膜８を通して照射しても良く、この場合赤外透過な基板５又はゲート絶縁膜８の材質としては、ハロゲン化アルカリである臭化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化セシウム、弗化バリウム、弗化カルシウムなどが挙げられる。
【００１８】
本発明においては、有機薄膜層４の代わりに液晶分子からなる液晶層を用いる場合は、液晶層側に接する部分を高分子膜で処理しても良い。高分子膜を構成する高分子の種類としてはポリイミド、ポリアミド、ポリペプチド、ポリスチレン、マレイミド、ポリビニルアルコール、シアノアクリレート、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステルなどが挙げられる。このような高分子膜は従来公知の方法によりラビング処理されても良い。
【００１９】
また、高分子膜として側鎖にシクロペンタン環、シクロヘキサン環、ベンゼン環、ナフタレン環、フラン環、オキソラン環、ジオキソラン環、チオフェン環、ピロール環、ピラン環、オキサン環、ジオキサン環、ピリジン環、ピペリジン環、ピリミジン環、ピラジン環等を含む高分子膜なども挙げられる。また、硫黄化合物分子を含む高分子なども挙げられる。
【００２０】
本発明で有機薄膜層４を構成する有機分子としては、特に制限されないが、フルオレンコポリマー、アントラセン、ポリ塩化アントラセン、ポリ弗化アントラセン、ペンタセン、ナフタセン、チオフェン、ナフタレン、ポリ塩化ナフタレン、ポリ弗化ナフタレン、ナフタレンテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレン、ペリレンテトラカルボン酸、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フタロシアニン、金属（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，ＴｉＯ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｐｂ）フタロシアニン、弗素化フタロシアニン、弗素化金属（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，ＴｉＯ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｐｂ）フタロシアニン、ナフタロシアニン、金属（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，ＴｉＯ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｐｂ）ナフタロシアニン、弗素化金属（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，ＴｉＯ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｐｂ）ナフタロシアニン、およびその誘導体といった、π電子共役系を含む分子やポリマーなどが挙げられる。
【００２１】
有機薄膜層４の作成方法は、特に制限されないが、真空蒸着法、塗布法などが挙げられる。
【００２２】
有機薄膜に用いる液晶分子としては、特に限定されないが、π電子共役系を含む強誘電性液晶分子またはπ電子共役系を含むディスコティック液晶分子が好ましい。
【００２３】
強誘電性液晶分子としては、特に下記に示されるものがより好ましい。
【００２４】
【化１】
2005012025.tif 000003
【００２５】
【化２】
2005012025.tif 000004
【００２６】
【化３】
2005012025.tif 000005
【００２７】
【化４】
2005012025.tif 000006
【００２８】
【化５】
2005012025.tif 000007
【００２９】
【化６】
2005012025.tif 000008
【００３０】
【化７】
2005012025.tif 000009
【００３１】
【化８】
2005012025.tif 000010
【００３２】
【化９】
2005012025.tif 000011
【００３３】
ここでＲ１は、同一または異なる炭素数７〜１２のアルキル基、Ｒ２は、不斉炭素原子を含んだ同一または異なる炭素数５〜８のアルキル基である。
【００３４】
ディスコティック液晶分子としては、特にＮａｔｕｒｅ  ３７１，  １４１  （１９９４）  に記載の次式で表わされるで液晶分子が好ましい。
【００３５】
【化１０】
2005012025.tif 000012
【００３６】
ここでＲは同一または異なる炭素数４〜１０のアルキル基で、炭素数５〜８が好ましく、炭素数６〜７がより好ましい。この分子はある種のカラムナー相で１０−１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１というアモロファスＳｉ並みの伝導性を示すので、直線偏光したレーザを照射し、カラムナー相の配向方向を制御することで、高い電気伝導度を持つレーザ加工部の形成が可能になる。
【００３７】
本発明の別の応用例として、電子回路が挙げられる。図２に示すように、有機薄膜層４に、有機分子の分子振動モードに相当する波長を有し方向２に直線偏光したレーザ１を照射して掃引し、電気伝導性を向上させたレーザ加工部を形成することにより、有機薄膜層４上に回路パターンを作成することができる。有機薄膜層４は基板５で保持されても良いし、挟持されても良い。レーザ照射側の基板はレーザ透過である必要がある。このような電子回路を用いて種々の電子部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）直線偏光したレーザを照射し、有機薄膜層を加工しているところを示す概略断面図である。
（ｂ）レーザ照射によって作成されたレーザ加工部を示す概略断面図である。
【図２】本発明の応用例である電子回路の作成方法の一例を示す概略断面図である。
【図３】従来の有機ＴＦＴの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１：    レーザ                ２：    方向              ３：レーザ加工部
４：      有機薄膜層      ５：      基板                    ６：  ソース電極
７：    ドレイン電極    ８：    ゲート絶縁膜      ９：    ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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