(57)【要約】【課題】より簡便な構造が可能となる有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一観点に係る有機半導体デバイス製造装置は、基材上に形成された電極と、電極に対向して設けられ、有機半導体溶液を射出する射出部材と、電極と射出部材の間にフレキシブル基板を供給する基板供給装置と、射出部材及び電極の間に電圧を印加する電圧供給装置と、を備える。また、本発明の他の一観点に係る有機半導体デバイスの製造方法は、基材上に形成された電極と電極に対向して設けられ有機半導体溶液を射出する射出部材の間にフレキシブル基板を配置するステップ、電極と射出部材の間に電圧を印加するとともに、射出部材から有機半導体溶液を射出するステップ、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成された電極と、
前記電極に対向して設けられ、有機半導体溶液を射出する射出部材と、
前記電極と前記射出部材の間にフレキシブル基板を供給する基板供給装置と、
前記射出部材及び前記電極の間に電圧を印加する電圧供給装置と、を備える有機半導体デバイス製造装置。
【請求項２】
前記射出部材は、前記有機半導体溶液を収容するシリンジと、前記シリンジに接続される金属性の中空の針と、を有する請求項１記載の有機半導体デバイス製造装置。
【請求項３】
基材上に形成された電極と前記電極に対向して設けられ有機半導体溶液を射出する射出部材の間にフレキシブル基板を配置するステップ、
前記電極と前記射出部材の間に電圧を印加するとともに、前記射出部材から有機半導体溶液を射出するステップ、を備える有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記射出部材は、前記有機半導体溶液を収容するシリンジと、前記シリンジに接続される導電性の中空の針と、を有する請求項３記載の有機半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体デバイスは、半導体層として有機物を用いた半導体デバイスであって、基板にプラスチックフィルム等を用いることで、柔らかいという有機物としての特性を生かしつつ、曲げた場合であってもその動作を続けることができる優れたデバイスである。
【０００３】
この有機半導体デバイス製造方法に関する公知の技術として、例えば下記特許文献１には、液体パターン材料を微粒子化して帯電させるとともに、基板のパターン形成領域に電界を与えるとともに微粒子をパターン形成領域に静電吸着させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載する方法では、薄膜をパターニング成膜する場合、材料の微細化にアトマイザーやガスが必要となる。また、微粒子へ帯電させるために別途電子線照射ユニット等が必要となり、装置が複雑化する。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、より簡便な構造が可能となる有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法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】
上記課題を解決する本発明の一観点に係る有機半導体デバイス製造装置は、基材上に形成された電極と、電極に対向して設けられ、有機半導体溶液を射出する射出部材と、電極と前記射出部材の間にフレキシブル基板を供給する基板供給装置と、射出部材及び前記電極の間に電圧を印加する電圧供給装置と、を備える。
【０００８】
また、本観点において、限定されるわけではないが、射出部材は、有機半導体溶液を収容するシリンジと、シリンジに接続される金属性の中空の針と、を有することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の他の一観点に係る有機半導体デバイスの製造方法は、基材上に形成された電極と電極に対向して設けられ有機半導体溶液を射出する射出部材の間にフレキシブル基板を配置するステップ、電極と射出部材の間に電圧を印加するとともに、射出部材から有機半導体溶液を射出するステップ、を備える。
【００１０】
また、本観点において、限定されるわけではないが、射出部材は、有機半導体溶液を収容するシリンジと、シリンジに接続される導電性の中空の針と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明により、より簡便な構造が可能となる有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る有機半導体デバイス製造装置の概略を示す図である。
【図２】電極の配置の他の一例を示す図である。
【図３】基材の他の一例を示す図である。
【図４】基板供給装置の一例の概略を示す図である。
【図５】実施形態に係る有機半導体デバイスの製造方法の概略を示す図である。
【図６】実施例に係る有機半導体溶液を針から射出する際の写真図である。
【図７】実施例において作製された有機半導体デバイスの断面図である。
【図８】実施例において作成された有機半導体デバイスの特性を示す図である。
【図９】実施例において用いた電極を示す写真図である。
【図１０】実施例において作製された有機半導体が形成されたポリイミドを示す写真図である。
【図１１】実施例において作製された有機半導体が形成されたポリイミドを折り曲げた場合の写真図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例における具体的な例示にのみ限定されるわけではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る有機半導体デバイス製造装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本図で示すように、本装置１は、基材２１上に形成された電極２２と、電極２２に対向して設けられ、有機半導体溶液を射出する射出部材３と、電極２２と射出部材３の間にフレキシブル基板Ｆを供給する基板供給装置４と、射出部材３及び電極２２の間に電圧を印加する電圧供給装置５と、を備える。
【００１５】
本装置１において、電極２２は、基材２１上に形成される導電性を備えた部材であり、射出部材３の備える導電性部材との間において電圧差を生じさせることができるものである。
【００１６】
本装置１において電極２２の材質は、良好な導電性を有している限り限定されるわけではないが、金属、導電性金属酸化物及び導電性高分子の少なくともいずれかであることが好ましい。金属の場合は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｉ及びこれらの合金を例示することができ、導電性金属酸化物の場合は、例えばＩｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｓｎ２Ｏ、ＺｎＯ、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）などを例示することができ、導電性高分子の場合は、例えばポリアセチレン、ポリチオフェン等を例示することができる。
【００１７】
また本装置１において、電極２２の形状は、フレキシブル基板Ｆに形成される有機半導体層の形状に合わせて形成されている。後述の記載から明らかとなるが、この形状に合わせてフレキシブル基板Ｆ上に有機半導体層が形成されるためである。なお、本装置１における電極２２の形状は、薄膜形状となっていることが好ましい。薄膜形状とすることで不必要な凹凸による製造誤差を防ぐことが可能となる。なお、可能であれば、例えば図２で示すように、基材２１に電極２２の形状に合わせた凹みを設け、この凹みに電極２２を埋設する構成としてもよい。このようにすることで平坦性を確保し、製造誤差をより少なくすることも可能である。
【００１８】
また本装置１において、電極２２は、互いに電気的に独立した電極を複数設けておくことも好ましい。このようにすることで、形成する電極に応じて電位を調整し、フレキシブル基板上の異なる位置に異なる有機半導体層を形成することが可能となる。これは後述のように、基材にローラーを用いた場合に効果が顕著となる。
【００１９】
本装置１において基材２１は、電極２２を形成することができる程度の硬さを有するものである。この限りにおいて材質は限定されるわけではなく、例えばガラス、金属（電極２２と絶縁、又は電圧差を持つ）や樹脂等の高分子等を用いることができる。
【００２０】
本装置１において基材２１の形状は、上記図１で示すような薄板であってもよいが、ローラーに設置された薄膜であってもよく、更には、ローラーの表面それ自体であってもよい。この場合の例を図３に示しておく。なお、ローラーを用いる場合、ローラーが基板供給装置４の機能を兼ねる場合もあるがこれについては後述する。
【００２１】
本装置１において射出部材３は、有機半導体溶液を射出する部材である。本実施形態において、限定されるわけではないが、射出部材は、有機半導体溶液を収容するシリンジと、シリンジに接続される金属性の中空の針と、を有することが好ましい。シリンジを備えることで、有機半導体溶液を適切なタイミングで適切な量を射出させることができることができるとともに、金属製の中空の針をシリンジに接続させることで、導電性を確保しつつ、射出部分を正確に設定し、絞り込むことが可能となる。なお、中空の針の場合、針の内径については有機半導体溶液の粘度等により適宜調整可能であるが、例えば０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
本装置１において射出部材３は、複数設けられていても当然によい。複数の射出部材を設けることで、複数種の有機半導体層を形成することが可能となる等より高い精度で制御することが可能となる。
【００２３】
また本装置１において射出部材３と電極２２との距離は特に限定されないが、フレキシブル基板Ｆ及びこの上に形成される有機半導体層を配置しても接触しない程度の距離があり、電極と射出部材の間に形成される電界を十分に維持することができる限りにおいて限定されず、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ程度であれば十分である。
【００２４】
また本実施形態において有機半導体溶液は、有機半導体を溶媒に含ませて射出することができるものである限りにおいて限定されない。有機半導体としては、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。低分子化合物の場合は、例えばペンタセン、アントラセン、ルブレンや、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）等を例示することができ、高分子化合物である場合は、例えばポリアセチレン、ポリピロール、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアニリン、等を例示することができる。またこの場合において溶媒としては、有機半導体の性能を劣化させず溶解又は安定的に分散させることができる限りにおいて限定されるわけではないが、有機溶媒であることは好ましく、例えばメシチレン、トリクロロベンゼン、クロロホルム、メタノール、ＴＨＦ等を例示することができるがこれに限定されない。
【００２５】
なお、有機半導体溶液の有機半導体の濃度としても、塗布した後で十分な有機半導体層としての機能を有することができる限りにおいて限定されるわけではないが、０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であれば十分である。
【００２６】
本装置１において基板供給装置４は、上記電極２２と射出部材３との間にフレキシブル基板Ｆを供給（挿入）するための装置であり、この限りにおいて限定されず、例えば一対のローラーとこのローラーを回転させる回転機構を含み、ローラーを回転してフレキシブル基板Ｆを送り出す及び引き出すものであることは一例として挙げられる。この場合の例を例えば図４に示しておく。なお、上記の基材２１自体がローラーである場合は、例えば基材としてのローラーに突起を設ける一方、フレキシブル基板Ｆ自体にこの突起に嵌めあわされる孔を形成し、これらをはめ合わせることで位置調整を行うこととしてもよい。
【００２７】
本実施形態においてフレキシブル基板Ｆは、上記の記載から明らかなように、塗布される有機半導体を有機半導体層として保持することができるものである。この限りにおいて限定されるわけではないが、曲げることを想定すると薄膜であることは好ましく、材質としては例えば高分子であることは好ましく、例えばポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等を例示することができるがこれに限定されない。
【００２８】
また、本実施形態において電圧供給装置５は、上記電極２２と射出部材３との間に電圧を印加することができるものであり、いわゆる電源と、これと上記電極及び射出部材とを電気的に接続するための配線を備えたものである。また、この電源を制御するスイッチ等の制御装置を備えたものであることが好ましい。このようにすることで、フレキシブル基板Ｆの位置に応じて電圧を制御し、高精度な塗布を可能とする。
【００２９】
次にここで、本実施形態に係る有機半導体デバイスの製造方法について説明する。本方法は、上記した実施形態に係る有機半導体デバイス製造装置の構造から明らかとなっているが、（１）基板上に形成された電極と電極に対向して設けられ有機半導体溶液を射出する射出部材の間にフレキシブル基板を配置するステップ、（２）電極と前記射出部材の間に電圧を印加するとともに、射出部材から有機半導体溶液を射出するステップ、を備える。
【００３０】
本方法において、図５で示すように、まず（１）基板上に形成された電極と電極に対向して設けられる有機半導体溶液を射出する射出部材の間にフレキシブル基板を配置する。
【００３１】
次に、本方法では、（２）電極と射出部材の間に電圧を印加するとともに、射出部材から有機半導体溶液を射出する。
【００３２】
ここで、電極と射出部材の間に印加する電圧は、これらの間に生ずる電界に基づき適宜調整される。この間に生じる電界の強さとしては、特に限定されるわけではないが、例えば５００Ｖ以上１０ｋＶ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｋＶ以上５ｋＶ以下の範囲である。
【００３３】
また本方法では、有機半導体溶液を射出し、十分に有機半導体層がフレキシブル基板上に形成された後、フレキシブル基板を送り出して再び所定の位置にフレキシブル基板を配置した後、上記処理を繰り返す。
【００３４】
以上、本実施形態により、より簡便な構造が可能となる有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、本発明の説明の観点から有機半導体層の形成についてのみ説明しているが、この有機半導体デバイスの製造の工程として必要な他の工程、例えば絶縁膜、ゲートやドレイン等の電極層等を形成する工程をその前後に配置することができることは言うまでもない。
【実施例】
【００３６】
ここで、上記実施形態に係る装置及び方法を用いて、実際に本発明の効果について検証を行った。以下具体的に説明する。
【００３７】
（実施例１）
まず、ガラス基板にＡｌゲート電極を２００ｎｍ、その上にＳｎＯ２ゲート電極を１００ｎｍ形成した。そして、さらにその上にＡｕソース／ドレイン電極を基板に対し斜め４５度の角度から真空蒸着を行い３０ｎｍ形成し、有機半導体層を形成する前の素子を作成した。
【００３８】
そして、ウェットプロセスが可能な有機半導体溶液ＴＩＰＳ−ペンタセン（１ｗｔ％）をシリンダに充填し、上記のＡｌゲート電極とシリンダに接続されたＳＵＳ製の中空針（内径０．１ｍｍ）との間に電圧２ｋＶとなるよう電圧を印加しながら、上記中空針から有機半導体溶液を射出した。なおＡｌゲート電極と中空針との先端の距離は２０ｍｍとなるように配置した。
【００３９】
また、この場合において印加した電圧が０Ｖ、２ｋＶ、４ｋＶの場合を図６にそれぞれ示しておく。０ｋＶである場合は針先端に有機半導体溶液が球状にたまってしまい、うまく塗布することができなかった一方、４ｋＶを越えると液滴のクーロン反発力により液滴が分裂・反発し、ニードル先端からスプレー状となっていた。
【００４０】
またここで図７に、本実施例によって作成された有機半導体デバイスの断面について示すとともに、図８に、本方法により作成した有機半導体デバイスの動作について確認を行ったところ、しきい電圧  １１Ｖ、電流オン-オフ比  ４．７、電界効果移動度  １．６×１０−４（ｃｍ２／Ｖｓ）と、ＦＥＴ動作を発揮していることを確認することができた。
【００４１】
（実施例２）
次に、下部電極として厚さ０．５ｍｍの短冊形の電極を複数間隔を置いて配置し、上記実施例１と同様のシリンダ及び中空針を用い、上記と同様の条件（間隔及び電位）とし、この間に、厚さ０．３ｍｍのポリイミド基板（フレキシブル基板）を配置し、上記と同様有機半導体層の形成を行った。この結果を図９乃至図１１に示しておく。図９は作成した基板を、図１０は作製された有機半導体層を、図１１はこれを折り曲げた状態のものをそれぞれ示している。
【００４２】
この結果、ポリイミド基板上に有機半導体を所望のパターンにて塗布、形成できていることを確認した。この基板は折り曲げることが可能であり、電極と射出部材の間にフレキシブル基板を配置して塗布するだけで容易に有機半導体層を形成することができるのを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、有機半導体デバイス製造装置及び有機半導体デバイスの製造方法として産業上の利用可能性がある。
【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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【図１１】
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