(57)【要約】  本開示は、トランジスタなどの薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、ａ）第１及び第２の導電性ゾーン（１０、２０）を支持する基板（６０）を用意する工程であって、第１及び第２の導電性ゾーン（１０、２０）は、それらの間にチャネル（５０）を画定し、そのチャネル（５０）は、いずれの導電性ゾーン（１０、２０）の周囲の７５％超とも境界を画さない、工程と、ｂ）有機半導体（４０）を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネル（５０）に隣接してあるいはチャネル（５０）上に堆積させる工程であって、溶液の大部分は、チャネル（５０）上ではなくチャネル（５０）の片側に堆積される、工程とを含む。本開示のいくつかの実施形態において、溶液は、チャネル（５０）上ではなく全体的にチャネル（５０）の片側に堆積され、更に、溶液は、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。本開示は更に、トランジスタなどの薄膜半導体デバイスを提供する。
2012508980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜半導体デバイスを作製する方法であって、
ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、前記第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、該チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも境界を画さない、工程と、
ｂ）有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、前記チャネルに隣接してあるいは前記チャネル上に堆積させる工程であって、前記アリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、前記溶液の大部分は、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の５０％以上とも境界を画さない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャネルと前記導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、前記第１の導電性ゾーンはソースであり、前記第２の導電性ゾーンはドレインである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記溶液の７０％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記溶液の９０％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶液のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記個別のアリコートは、複数の小滴の形態で堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記小滴はインクジェット印刷で堆積される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記小滴の少なくとも７０％が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記小滴の少なくとも９０％が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記小滴のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、堆積後に湿潤され、次いで、前記チャネル長さの１０倍以下の長さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、前記チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記チャネルは、あるチャネル長さを有し、前記有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、前記チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積され、前記溶液のすべてが、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
薄膜半導体デバイスであって、
ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板であって、前記第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、該チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも境界を画さない、基板と、
ｂ）前記チャネル上にかつ前記チャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、前記個別の半導体層の大部分は、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、個別の半導体層と、を備える、薄膜半導体デバイス。
【請求項１７】
前記チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の５０％以上とも境界を画さない、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記チャネルと前記導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、前記第１の導電性ゾーンはソースであり、前記第２の導電性ゾーンはドレインである、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
ゲートと誘電層とを更に備える、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記個別の半導体層の５５％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記個別の半導体層の６０％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記個別の半導体層の７０％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記個別の半導体層の８０％超が、前記チャネル上ではなく前記チャネルの片側に存在する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャネルがあるチャネル長さを有し、前記個別の半導体層は、前記チャネル長さの１０倍以下の長さを有する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２６】
薄膜半導体デバイスの対を作製する方法であって、
ａ）基板を用意する工程であって、前記基板は、
ｉ）第１及び第２の導電性ゾーンであって、それらの間に第１のチャネルを画定する、第１及び第２の導電性ゾーンと、
ｉｉ）第３及び第４の導電性ゾーンであって、それらの間に第２のチャネルを画定する、第３及び第４の導電性ゾーンと、を支持する、工程と、
ｂ）有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、前記第１及び第２のチャネルに隣接してあるいは前記第１及び第２のチャネル上に堆積させる工程であって、前記アリコートは、正確に２つの単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、前記溶液の大部分は、前記第１のチャネル上ではなく前記第１のチャネルの片側に堆積され、前記溶液の大部分は、前記第２のチャネル上ではなく前記第２のチャネルの片側に堆積される、工程と、を含む、方法。
【請求項２７】
薄膜半導体デバイスの対であって、
ａ）基板であって、
ｉ）第１及び第２の導電性ゾーンであって、それらの間に第１のチャネルを画定する、第１及び第２の導電性ゾーンと、
ｉｉ）第３及び第４の導電性ゾーンであって、それらの間に第２のチャネルを画定する、第３及び第４の導電性ゾーンと、を支持する基板と、
ｂ）前記第１及び第２のチャネル上にかつ前記第１及び第２のチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、正確に２つの単一の薄膜半導体デバイスとして働き、前記個別の半導体層の大部分は、前記第１のチャネル上ではなく前記第１のチャネルの片側に存在し、前記個別の半導体層の大部分は、前記第２のチャネル上ではなく前記第２のチャネルの片側に存在する、個別の半導体層と、を備える、薄膜半導体デバイスの対。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット印刷又は類似の流体堆積プロセスによる有機半導体デバイスの製造、及びそのように作製されたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン及びヒ化ガリウムなどの従来の無機材料ではなく有機材料を半導体として使用することを目指した研究努力が、以前にも増して行われている。いくつかの利点の中でも特に、有機材料を使用することにより、電子デバイスの製造コストを削減することができ、広範囲に及ぶ用途を実現することができ、また、ディスプレイバックプレーン、集積回路ＲＦＩＤタグ、及びセンサーの電子回路用の支持体としてフレキシブル基板を使用することが可能となる。
【０００３】
多様な有機半導体材料が検討されており、最も一般的なものは、アセン類に代表される縮合芳香族環化合物である。これらの有機半導体材料のうちの少なくともいくつかは、アモルファスシリコン系のデバイスと同等かそれ以上の、電荷キャリアの移動性、オン／オフ電流比、及び閾値下電圧などの性能特性を有している。これらの材料は、ほとんどの溶媒にあまり溶けないので、多くの場合は蒸着される。有機半導体が溶液（有機溶媒を有する溶液中など）から堆積される場合、良好なあるいは最適な性能特性が達成困難となっていた。
【０００４】
米国特許第６，６９０，０２９  Ｂ１号によれば、ある置換ペンタセン及びその置換ペンタセンを用いて作製された電子デバイスが開示されている。
【０００５】
国際公開第２００５／０５５２４８  Ａ２号によれば、トップゲート型薄膜トランジスタに用いられるある置換ペンタセン及びポリマーが開示されている。
【０００６】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００５年１２月２８日出願の米国特許出願第１１／２７５３６６号は概して、全インクジェット印刷された薄膜トランジスタ並びにその作製方法及び使用方法を開示するものである。有機半導体のインクジェット印刷に該当し得る参照文献として、リム（Lim）らの「乾燥液滴中の蒸発誘導流によるインクジェット印刷されたトリイソプロピルシリルエチニルペンタセンの自己組織化（Self-Organization of Ink-jet-Printed Triisopropylsilylethynyl Pentacene via Evaporation-Induced Flows in a Drying Droplet）」、高機能材料（Adv. Funct. Mater.）、２００８、１８、ページ２２９〜２３４がある。
【０００７】
有機半導体材料と共に、独特なデバイスの形状、例えば同心リング又はコルビーノ形状を使用したものも、いくつか報告されている。そのような技術に該当し得る参考文献として、クラーク（Klauk）らの「回路及びディスプレイ用のペンタセン有機薄膜トランジスタ（Pentacene Organic Thin-Film Transistors for Circuit and Display Applications）」、ＩＥＥＥ電子デバイス会報（IEEE Transactions on Electron Devices）、４６巻６号（Vol. 46, No. 6）、１９９９年６月、ページ１２５８〜１２６３、並びに、メイジャー（Meijer）らの「無秩序有機電界効果トランジスタにおけるドーパント密度の測定（Dopant density determination in disordered organic field-effect transistors）」、応用物理学会誌（J. App. Physics）、９３巻８号（Vol. 93, No. 8）、２００３年４月１５日、ページ４８３１〜４８３５がある。
【０００８】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００５年１２月２８日出願の米国特許出願第１１／２７５３６７号は概して、ボトムゲート型の形状を有する薄膜トランジスタ並びにその作製方法及び使用方法を開示するものである。
【０００９】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００８年５月３０日出願の米国特許仮出願第６１／０５７７１５号は概して、シリルエチニルペンタセン、シリルエチニルペンタセンを含有する組成物、並びに、シリルエチニルペンタセンを、例えば有機半導体として作製する方法及び使用する方法を開示するものである。
【００１０】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００８年６月１１日出願の米国特許仮出願第６１／０６０５９５号は概して、有機半導体を堆積させるための混合溶媒系の使用法を開示するものである。
【００１１】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００８年６月２７日出願の米国特許仮出願第６１／０７６１８６号は概して、有機半導体層を成長させる方法、有機半導体デバイスを製作する方法、並びにそれによって形成される層及びデバイスを開示するものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも、またいくつかの実施形態においては５０％超とも境界を画さない、工程と、ｂ）有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積する工程であって、そのアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。いくつかの実施形態において、チャネルと導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である。いくつかの実施形態において、薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、第１の導電性ゾーンはソースであり、第２の導電性ゾーンはドレインである。いくつかの実施形態においては、溶液の６０％超、いくつかの実施形態においては７０％超、いくつかの実施形態においては８０％超、いくつかの実施形態においては９０％超、いくつかの実施形態においては１００％が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、個別のアリコートは、一般的にはインクジェット印刷によって複数の小滴の形態で堆積される。いくつかのそのような実施形態においては、小滴の少なくとも６０％、他の実施形態においては少なくとも７０％、他の実施形態においては少なくとも８０％、他の実施形態においては少なくとも９０％、他の実施形態においては１００％が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、堆積後に湿潤され、次いで、チャネル長さの１０倍以下の長さを有する。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。
【００１３】
本開示のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネル上ではなく全体的にチャネルの片側に堆積され、更に、溶液は、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積される。そのような方法は、有効に機能するだけでなく、結果の改善をもたらす。
【００１４】
本開示は更に、ある薄膜半導体デバイスを提供し、その薄膜半導体デバイスは、ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板であって、第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも、またいくつかの実施形態においては５０％超とも境界を画さない、基板と、ｂ）そのチャネル上にかつそのチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片方に存在する、半導体層とを備える。いくつかの実施形態において、チャネルと導電性ゾーンの各々との境界は、実質的に直線状であり、かつ実質的に平行である。いくつかの実施形態において、薄膜半導体デバイスはトランジスタであり、第１の導電性ゾーンはソースであり、第２の導電性ゾーンはドレインである。いくつかの実施形態において、このデバイスは、ゲートと誘電層とを更に備える。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の５５％超、他の実施形態においては６０％超、他の実施形態においては６５％超、他の実施形態においては７０％超、他の実施形態においては７５％超、他の実施形態においては８０％超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。いくつかの実施形態において、個別の半導体層は、チャネル長さの１０倍以下の長さを有する。
【００１５】
本開示は、薄膜半導体デバイスの対を作製する方法を提供するものであり、その方法は、ａ）基板を用意する工程であって、その基板は、ｉ）第１及び第２の導電性ゾーンであって、それらの間に第１のチャネルの画定する、第１及び第２の導電性ゾーンと、ｉｉ）第３及び第４の導電性ゾーンであって、それらの間に第２のチャネルを画定する、第３及び第４の導電性ゾーンとを支持する、工程と、ｂ）有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、第１及び第２のチャネルに隣接してあるいは第１及び第２のチャネル上に堆積させる工程であって、アリコートは、正確に２つの単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、第１のチャネル上ではなく第１のチャネルの片側に堆積され、溶液の大部分は、第２のチャネル上ではなく第２のチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。
【００１６】
本開示は更に、薄膜半導体デバイスの対を提供するものであり、その薄膜半導体デバイスの対は、ａ）基板であって、ｉ）第１及び第２の導電性ゾーンであって、それらの間に第１のチャネルの画定する、第１及び第２の導電性ゾーンと、ｉｉ）第３及び第４の導電性ゾーンであって、それらの間に第２のチャネルを画定する、第３及び第４の導電性ゾーンとを支持する基板と、ｂ）第１及び第２のチャネル上にかつ第１及び第２のチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、正確に２つの単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、第１のチャネル上ではなく第１のチャネルの片側に存在し、個別の半導体層の大部分は、第２のチャネル上ではなく第２のチャネルの片側に存在する、個別の半導体層とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１で更に説明する、本開示によるインクジェット印刷された薄膜トランジスタの顕微鏡写真。
【図２】図１の顕微鏡写真に基づいた、本開示によるインクジェット印刷された薄膜トランジスタの概略図。
【図３】比較例２Ｃで更に説明する、比較用のインクジェット印刷された薄膜トランジスタの顕微鏡写真。
【図４】実施例１で更に説明する、全インクジェット印刷されたバックプレーンの顕微鏡写真。
【図５】実施例１及び比較例２Ｃで更に説明する、有機半導体溶液の個別のアリコートをインクジェット印刷するように設計されたピクセルのマトリックスを概略的に表す図。
【図６】実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタの移動度の値を示すグラフ。
【図７】実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタの閾値下電圧値を示すグラフ。
【図８】実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタのオン／オフ電流値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、薄膜半導体デバイスを作製する方法を提供するものであり、その方法は、ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板を用意する工程であって、第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも境界を画さない、工程と、ｂ）有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートを、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積する工程であって、そのアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与え、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される、工程とを含む。本開示は更に、ある薄膜半導体デバイスを提供し、その薄膜半導体デバイスは、ａ）第１及び第２の導電性ゾーンを支持する基板であって、第１及び第２の導電性ゾーンは、それらの間にチャネルを画定し、そのチャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも境界を画さない、基板と、ｂ）そのチャネル上にかつそのチャネルに隣接して位置する有機半導体を備える個別の半導体層であって、単一の薄膜半導体デバイスとして働き、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する、個別の半導体層とを備える。
【００１９】
この薄膜デバイスは、ダイオード、トランジスタなどのトリオード、又は他の多端子デバイスを含めて、任意の好適な半導体デバイスであってよい。最も一般的には、このデバイスはトランジスタである。このデバイスがトランジスタである場合、第１の導電性ゾーンは一般的に、ソース電極であり、第２の導電性ゾーンは一般的に、ドレイン電極である。トランジスタは通常、ゲート電極を含む。トランジスタは一般的に、ゲートと半導体層との間に介挿された誘電層を含む。
【００２０】
この薄膜デバイスは、参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００５年１２月２８日出願の米国特許出願第１１／２７５３６７号に開示されているトップコンタクト／ボトムゲート、ボトムコンタクト／ボトムゲート、トップコンタクト／トップゲート又はボトムコンタクト／トップゲート形状を含めて、任意の好適な形状を有してよい。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、トップコンタクト／ボトムゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、ボトムコンタクト／ボトムゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、トップコンタクト／トップゲート形状を有する。いくつかの実施形態において、薄膜デバイスは、ボトムコンタクト／トップゲート形状を有する。
【００２１】
図２を参照すると、いくつかの実施形態において、本開示によるデバイスは、長さＡと幅Ｂを有するチャネル５０を備えており、チャネル５０は２つの導電性ゾーン１０及び２０によって境界を画されている。留意されたいこととして、当該技術分野における標準的な専門用語に従って、「長さ」という語は、導電性ゾーン間の距離が、チャネルの小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、この導電性ゾーン間の距離を指すものである。デバイスがトランジスタである場合、これらの導電性ゾーン１０及び２０は一般的に、ソース及びドレイン電極である。図２に示す実施形態において、デバイスは、ボトムコンタクト／ボトムゲート形状で基板６０上に構成されている。この形状において、ゲート３０を形成するようにパターン形成された導電層は、誘電層（図１においては透明であり、したがって図２において不可視である）、ソース１０及びドレイン２０を形成するようにパターン形成された第２の導電層、そして最後に、個別の半導体層４０に続いて、基板６０に施されている。
【００２２】
図２を参照すると、チャネル長さＡは、一方の導電性ゾーン１０からもう一方の導電性ゾーン２０へとチャネル５０を横断する距離である。一般的に、チャネル長さは実質的に一定である。いくつかの実施形態において、実質的に一定のチャネル長さは、設計では一定であり、材料及び外部条件の変動によってのみ変動する。いくつかの実施形態において、実質的に一定のチャネル長さは、一定値から±２５％、他の実施形態においては±２０％、他の実施形態においては±１５％、他の実施形態においては±１０％、他の実施形態においては±５％、他の実施形態においては±２．５％、他の実施形態においては±１％である。
【００２３】
図２を参照すると、個別の半導体層４０は、チャネル長さＡの約５倍の長さＣを有している。留意されたいこととして、「長さ」という語は、チャネルの長さ方向に平行な個別の半導体層４０の寸法が、個別の半導体層４０の小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、チャネルの長さ方向に平行な個別の半導体層４０の寸法を指している。いくつかの実施形態において、個別の半導体層４０の長さＣは、チャネル長さＡの２倍〜５０倍である。いくつかの実施形態において、個別の半導体層４０の長さＣは、チャネル長さＡの３倍〜２０倍である。いくつかの実施形態において、個別の半導体層４０の長さＣは、チャネル長さＡの４倍〜１０倍である。
【００２４】
いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが実質的に一定のチャネル長さを有するように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルがゲート電極を覆うように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが半導体材料によって占められるように取られる。いくつかの実施形態において、チャネル幅は、その幅の全体にわたってチャネルが先の条件のある組み合わせを満たすように取られる。図２に示す実施形態を含めて、いくつかの実施形態において、チャネル幅Ｂは、その幅の全体にわたってチャネル５０が、ゲート電極３０を覆うこと、実質的に一定のチャネル長さＡを有すること、及び半導体材料に占められることという、３つの条件すべてを満たすように取られる。図２に示す実施形態において、チャネル幅Ｂは、チャネル５０が半導体材料によって占められていない上端部にて終端しており、また、チャネル幅Ｂは、チャネル５０が実質的に一定のチャネル長さＡを有していない下端部にて終端している。
【００２５】
いくつかの実施形態において、チャネル５０と導電性ゾーン１０及び２０の各々との境界は、実質的に直線状であるか、実質的に平行であるか、あるいは実質的に直線状でかつ実質的に平行である。
【００２６】
本開示において、導電性ゾーンは、導電性ゾーンに電気的に接続され得るビア又は導電性トレースとは区別される。いくつかの実施形態において、導電性ゾーンは、ソース又はドレイン電極のうちの、ゲート電極を覆う部分のみであると規定されてもよい。チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の７５％超とも境界を画さない。本開示によるデバイスのチャネルは、同心リング形状又はコルビーノ形状を形成しないものである。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の６０％以上とも境界を画さない。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の５０％以上とも境界を画さない。いくつかの実施形態において、チャネルは、いずれの導電性ゾーンの周囲の４０％以上とも境界を画さない。
【００２７】
図２を参照すると、いくつかの実施形態において、本開示によるデバイスは、有機半導体を含む個別の半導体層４０を備えている。個別の半導体層４０は、チャネル５０に隣接してあるいはチャネル５０上に位置しており、個別の半導体層４０の大部分は、チャネル５０上ではなくチャネル５０の片側に存在する。本明細書で用いるとき、「片側」は、チャネルの真上ではなく、チャネルの一方の側を意味する。図２に示す実施形態において、個別の半導体層４０がなす卵形の長軸中心線は、チャネル５０上ではなく導電性ゾーン１０の上に存在することが分かり、したがって、個別の半導体層４０の大部分は、チャネル５０上ではなくチャネル５０の片側に存在し、つまり、個別の半導体層４０の側方領域の大部分は片側に存在し、その側方領域は、基板に平行な平面に投射される領域であると結論づけてもよい。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の５５％超、他の実施形態においては６０％超、他の実施形態においては６５％超、他の実施形態においては７０％超、他の実施形態においては７５％超、他の実施形態においては８０％超、他の実施形態においては８５％超、他の実施形態においては９０％超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。留意されたいこととして、この測定において、チャネルは幅に関して無限であるとみなされている。
【００２８】
別の実施形態において、個別の半導体層が、２つのバックツーバック型薄膜半導体デバイスの各々として働く。そのような実施形態において、個別の半導体層は、２つのバックツーバック型薄膜半導体デバイスのチャネル間に配置される。２つのチャネルの各々に関して言えば、個別の半導体層の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に存在する。いくつかの実施形態においては、個別の半導体層の５５％超、他の実施形態においては６０％超、他の実施形態において６５％超、他の実施形態においては７０％超、他の実施形態においては７５％超、他の実施形態においては８０％超、他の実施形態においては８５％超、他の実施形態においては９０％超が、各チャネル上ではなく各チャネルの片側に存在する。そのような実施形態において、個別の半導体層は、各々が１つのデバイスとして働く２つの部分へと後に分離されてもよい。この分離は、ナイフ、レーザーなどによる切断又は切り刻み、又は、個別の半導体層の中央部分を除去するか若しくは非導電性にする化学的手段を含めて、任意の好適な手段によるものであってよい。
【００２９】
個別の半導体層は、有機半導体材料を含んでいる。米国特許第６，６９０，０２９号、２００５年１２月２８日出願の米国特許出願第１１／２７５３６６号、２００５年１２月２８日出願の米国特許出願第１１／２７５３６７号、２００８年５月３０日出願の米国特許仮出願第６１／０５７７１５号、２００８年６月１１日出願の米国特許仮出願第６１／０６０５９５号に記載されているものを含めて、任意の好適な有機半導体材料が使用されてよく、これらの特許、特許出願、及び特許仮出願の開示内容は、参照によって本願に組み込まれる。半導体材料は、式Ｉに従う官能化ペンタセン化合物であってもよい。
【００３０】
【化１】
2012508980.tif 000003
【００３１】
各Ｒ１は、Ｈ及びＣＨ３から個別に選択されるものであり、各Ｒ２は、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状Ｃ２〜Ｃ１８アルカン、分岐若しくは非分岐のＣ１〜Ｃ１８アルキルアルコール、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状Ｃ２〜Ｃ１８アルケン、Ｃ４〜Ｃ８アリール若しくはヘテロアリール、Ｃ５〜Ｃ３２アルキルアリール若しくはアルキルヘテロアリール、フェロセニル、又はＳｉＲ３３から個別に選択されるものであり、各Ｒ３は、水素、分岐若しくは非分岐のＣ１〜Ｃ１０アルカン、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状Ｃ１〜Ｃ１０アルキルアルコール、又は分岐若しくは非分岐のＣ２〜Ｃ１０アルケンから個別に選択されるものである。一般に、各Ｒ１はＨである。一般に、各Ｒ２はＳｉＲ３３である。より一般的には、各Ｒ２はＳｉＲ３３であり、各Ｒ３は、分岐若しくは非分岐の直鎖若しくは環状Ｃ１〜Ｃ１０アルカン若しくはアルケンから個別に選択されるものである。最も一般的には、この化合物は、式ＩＩに示す６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）である。
【００３２】
【化２】
2012508980.tif 000004
【００３３】
いくつかの実施形態において、各Ｒ２は、−ＳｉＲ４ｘＲ５ｙＲ６ｚから個別に選択されるものである。
【００３４】
各Ｒ４はそれぞれ、（ｉ）分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換Ｃ１〜Ｃ８アルキル基、（ｉｉ）置換若しくは非置換シクロアルキル基、又は（ｉｉｉ）置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン５基を含み、各Ｒ５はそれぞれ、（ｉ）分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換Ｃ２〜Ｃ８アルケニル基、（ｉｉ）置換若しくは非置換シクロアルキル基、又は（ｉｉｉ）置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン基を含み、各Ｒ６は、（ｉ）水素、（ｉｉ）分岐若しくは非分岐の置換若しくは非置換Ｃ２〜Ｃ８アルキニル基、（ｉｉｉ）置換若しくは非置換シクロアルキル基、（ｉｖ）置換若しくは非置換シクロアルキルアルキレン基、（ｖ）置換アリール基、（ｖｉ）置換若しくは非置換アリールアルキレン基、（ｖｉｉ）アセチル基、又は（ｖｉｉｉ）Ｏ、Ｎ、Ｓ及びＳｅのうちの少なくとも１つを環に含む置換若しくは非置換複素環を含み、ｘ＝１又は２、ｙ＝１又は２、ｚ＝０又は１、及び（ｘ＋ｙ＋ｚ）＝３である。
【００３５】
個別の半導体層は通常、０．１重量％〜９９重量％の量の式Ｉ又は式ＩＩの化合物を含んでいる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、個別の半導体層は、好適なポリマーなどの付加的な材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、あるポリマー添加剤が、１ｋＨｚで１．０超、より一般的には３．３超、より一般的には３．５超、より一般的には４．０超の誘電率を有する。このポリマーは、一般的には少なくとも１，０００、より一般的には少なくとも５，０００の分子量を有する。一般的なポリマーに、ポリ（４−シアノメチルスチレン）及びポリ（４−ビニルフェノール）が挙げられる。いくつかの実施形態において、シアノプルランが使用されてもよい。
【００３７】
一般的なポリマーにはまた、参照によって本願に組み込まれる、米国特許公開第２００４／０２２２４１２  Ａ１号に記載されているポリマーが挙げられる。ここで記載されているポリマーには、次式の繰返し単位を有する実質的にフッ素化されていない有機ポリマーが挙げられる。
【００３８】
【化３】
2012508980.tif 000005
【００３９】
式中、
各Ｒ１はそれぞれ、Ｈ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、アリール基、又は架橋性基を含んだ有機基であり、
各Ｒ２はそれぞれ、Ｈ、アリール基、又はＲ４であり、
各Ｒ３はそれぞれ、Ｈ又はメチルであり、
各Ｒ５はそれぞれ、アルキル基、ハロゲン、又はＲ４であり、
各Ｒ４はそれぞれ、少なくとも１つのＣＮ基を含みかつＣＮ基当たり約３０〜約２００の分子量を有する有機基であり、
ｎ＝０〜３であり、
ポリマーの少なくとも１つの繰返し単位がＲ４を含むことを条件とする。
【００４０】
使用され得る他のポリマーには、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（α−ビニルナフタレン）、ポリ（ビニルトルエン）、ポリエチレン、シス−ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、ポリ（４−メチルスチレン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（２−メチル−１，３−ブタジエン）、ポリ（ｐ−キシリレン）、ポリ（α−α−α’−α’テトラフルオロ−ｐ−キシリレン）、ポリ［１，１−（２−メチルプロパン）ビス（４−フェニル）カーボネート］、ポリ（シクロヘキシルメタクリレート）、ポリ（クロロスチレン）、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリイソブチレン、ポリ（ビニルシクロヘキサン）、ポリ（ビニルシンナメート）、ポリ（４−ビニルビフェニル）、ポリ（１，２−ブタジエン）、ポリフェニレン、ポリ（メチルメタクリレート）、及びポリビニルフェノールが挙げられる。
【００４１】
上記の材料のコポリマーもまた有用となり得る。例えば、スチレンとα−メチルスチレンのポリマー、スチレン、α−メチルスチレン及びブタジエンを含むコポリマーが挙げられる。ランダムコポリマー又はブロックコポリマーの両方が使用され得る。例示的なコポリマーには、ポリ（エチレン／テトラフルオロエチレン）、ポリ（エチレン／クロロトリフルオロエチレン）、フッ素化エチレン／プロピレンコポリマー、ポリスチレンーｃｏ−α−メチルスチレン、エチレン／エチルアクリレートコポリマー、ポリ（スチレン／１０％ブタジエン）、ポリ（スチレン／１５％ブタジエン）、ポリ（スチレン／２，４ジメチルスチレン）、ダウケミカル社（Dow Chemical）からＴＯＰＡＳ（すべてのグレード）の商標標記で市販されているものなどの環状オレフィンコポリマー、分岐若しくは非分岐ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン、ポリスチレン−ブロック（ポリエチレン−ｒａｎ−ブチレン）−ブロック−ポリスチレン、ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン、ポリスチレン−（エチレン−プロピレン）−ジブロック−コポリマー（例えば、テキサス州ヒューストンのクラトンポリマーズＵ．Ｓ．社（Kraton Polymers U.S. LLC）のＫＲＡＴＯＮ−Ｇ１７０１Ｅ）、ポリ（プロピレン−ｃｏ−エチレン）、及びポリ（スチレン−ｃｏ−メチルメタクリレート）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
個別の半導体層は、０〜９９．９重量％、より一般的には１０〜９０重量％、より一般的には２０〜５０重量％の量でこのポリマーを含んでいてもよい。
【００４３】
本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートが、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積される。ある一般的な実施形態において、各そのようなアリコートは、単一の薄膜半導体デバイスに有機半導体を与える。
【００４４】
上述のように、任意の好適な有機半導体が使用されてよい。
【００４５】
いくつかの実施形態において、この溶液は、上述のようなポリマーを更に含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００８年６月２７日出願の米国特許仮出願第６１／０７６１８６号にて開示されているように、半導体結晶成長溶液が使用されてもよい。
【００４６】
任意の好適な溶媒が使用されてよく、それらの溶媒には、ケトン、芳香族炭化水素などを挙げることができ、またそれらの混合物を挙げることができる。一般に溶媒は有機溶媒である。一般に溶媒は非プロトン性溶媒である。好適な溶媒には、トルエン、エチルベンゼン、ブチルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、テトラヒドロナフタレン、シクロヘキサノン、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。いくつかの単一溶媒の実施形態において、溶液は、少なくとも９５重量％の単一溶媒を含有する。
【００４７】
参照によってその開示内容が本願に組み込まれる、２００８年６月１１日出願の米国特許仮出願第６１／０６０５９５号にて開示されているように、混合溶媒系が使用されてもよい。
【００４８】
任意の好適な量の有機半導体が、本開示の方法で堆積されるか、あるいは本開示のデバイスに存在してもよい。量が増すことにより、より厚くかつ／又はより結晶性の高い半導体層が最終的なデバイスに生成され得る。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、１５ｐＬ〜４０ｎＬである。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、少なくとも１５ｐＬ、より一般的には少なくとも２５ｐＬ、より一般的には少なくとも５０ｐＬ、より一般的には少なくとも２５０ｐＬであり、また、いくつかの実施形態において、５００ｐＬ以上である。いくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートの体積は、４０ｎＬ以下、より一般的には１０ｎＬ以下、より一般的には４ｎＬ以下、より一般的には１ｎＬ以下である。
【００４９】
本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、任意の好適な方法で堆積されてよい。いくつかの実施形態において、この個別のアリコートは、単一の液滴又は小滴として堆積される。そのような実施形態には、インクジェット印刷、マイクロピペッティング（micropipetting）、フレキソ印刷などを挙げることができる。いくつかの実施形態において、この個別のアリコートは、複数の小滴の形態で堆積される。そのような実施形態にはまた、インクジェット印刷、マイクロピペッティング（micropipetting）、フレキソ印刷などを挙げることができる。
【００５０】
多色写真を含めて、写真を印刷するためのインクジェット印刷が周知である。インクジェット印刷では、インクの非常に小さな液滴を正確に位置決めすることができる。本発明の実施において、熱、圧電、及び連続インクジェットシステムを含めて、任意の好適なインクジェット印刷システムが使用されてよい。最も一般的には、圧電インクジェットシステムが使用される。インクジェット印刷に有用なインクは、一般に５００ｎｍ超の大きさの微粒子を含まないものであり、より一般的には２００ｎｍ超の大きさの微粒子を含まないものである。
【００５１】
本開示の方法において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、チャネルに隣接してあるいはチャネル上に堆積され、溶液の大部分は、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。本明細書で用いるとき、「片側」という語は、チャネルの外側の一方の側を意味する。本明細書で用いるとき、堆積の位置は、後の流動又は湿潤に関わらず、堆積の初期の位置である。本開示による方法のいくつかの実施形態において、溶液の５５％超が、他の実施形態においては６０％超、他の実施形態においては６５％超、他の実施形態においては７０％超、他の実施形態においては７５％超、他の実施形態においては８０％超、他の実施形態においては８５％超、他の実施形態においては９０％超、他の実施形態においては９５％超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、溶液はすべて、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。個別のアリコートが複数の小滴の形態で堆積される実施形態にインクジェット印刷を挙げることができるが、それらの実施形態においては、小滴の５０％超が、他の実施形態においては５５％超が、他の実施形態においては６０％超が、他の実施形態においては６５％超が、他の実施形態においては７０％超が、他の実施形態においては７５％超が、他の実施形態においては８０％超が、他の実施形態においては８５％超が、他の実施形態においては９０％超が、他の実施形態においては９５％超が、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。いくつかの実施形態において、小滴はすべて、チャネル上ではなくチャネルの片側に堆積される。
【００５２】
本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の個別のアリコートは、表面上での堆積及び湿潤の後、チャネル長さの約５倍の長さを有する。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの２倍〜５０倍である。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの３倍〜２０倍である。いくつかの実施形態において、その長さは、チャネル長さの４倍〜１０倍である。
【００５３】
本開示による方法のいくつかの実施形態において、ゲート、誘電、ソース／ドレイン及び半導体層などのインクジェット印刷層は、一般的にはピクセルの直線マトリクスからなる画像から印刷され、その直線マトリクスは、インクジェット堆積溶液の堆積位置を規定する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの０．０５倍〜５倍の長さを有する。ここでも留意されたいこととして、「長さ」という語は、堆積位置の画像の長さが、小さい方の寸法である、すなわち「幅」よりも小さい場合でも、チャネルの長さ方向に平行な寸法を指す。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さ未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの半分未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置の画像は、チャネル長さの０．１倍〜０．９倍の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの０．０５倍〜５倍の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さ未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの半分未満の長さを有する。本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液の堆積位置は、チャネル長さの０．１倍〜０．９倍の長さを有する。
【００５４】
したがって、上記の内容から、本開示による方法のいくつかの実施形態において、有機半導体を含有する溶液は、完全にチャネルの外側に堆積され、チャネル長さ未満の長さを有するバンド内に堆積されることになる。
【００５５】
本発明の目的及び利点について以下の実施例によって更に説明するが、これらの実施例において記載した特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。
【実施例】
【００５６】
特に明記しない限り、すべての試薬は、ウィスコンシン州ミルウォーキー（Milwaukee）のアルドリッチ・ケミカル社（Aldrich Chemical Co.）から取得したもの又は入手可能なものであり、既知の方法で合成されてもよい。
【００５７】
（実施例１及び２Ｃ）
以下で説明するプロセスによって、すべての層、すなわち、ゲート、誘電、ソース／ドレイン及び半導体層を可撓性ポリマー基板の上にインクジェット印刷することにより、２つのバックプレーンを含んだシートを製作した。各バックプレーンは、８列×１５行のトランジスタ（合計で１２０個のトランジスタ）を３．０ｍｍのピッチで収容するものであった。図４は、インクジェット印刷されたバックプレーンのうちの１つのデジタル写真である。
【００５８】
２つのバックプレーンのうちの最初のバックプレーンである実施例１は、本開示を代表するものであり、第２のバックプレーンである比較例２Ｃは、比較のためのものである。
【００５９】
Ａｄｏｂｅ（登録商標）Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（登録商標）（カリフォルニア州サンホセ（San Jose）のアドビシステムズ社（Adobe Systems））で作製した画像から、各インクジェット印刷層、すなわち、ゲート、誘電、ソース／ドレイン及び半導体層を印刷した。７０２ｄｐｉ（１ｃｍ当たり２７６ピクセル）の印刷システムで使用するために、ピクセルの直線マトリックスとして各画像を作成した。したがって、各ピクセルは、３６．２マイクロメートルの初期幅を有していた。
【００６０】
ソース／ドレイン層の画像は、６ピクセル又は２１７マイクロメートルのチャネル長さを有するトランジスタチャネルを含むものであった。印刷すると、ソース／ドレイン層の材料は横方向に湿潤し、チャネル長さは、印刷されたバックプレーンにおいて約１２８マイクロメートルの長さに減じられた。実施例１及び２Ｃの平均測定チャネル長さはそれぞれ、１２０マイクロメートル及び１３６マイクロメートルであった。実施例１及び２Ｃの平均測定チャネル幅はそれぞれ、７８０マイクロメートル及び９１０マイクロメートルであった。
【００６１】
半導体層の画像は、各々が単一のトランジスタに有機半導体を与える、有機半導体溶液の個別のアリコートを堆積させるように設計されたものであった。図５は、各アリコート対して使用した半導体画像を概略的に表しており、この半導体画像は、幅が２５ピクセル、長さが２ピクセルであり、バックプレーンに堆積された１８滴の有機半導体溶液を表す１８個の印刷ピクセルを含むものであった。５４０ｐＬの全体積を有するように、各液滴は３０ｐＬの体積を有するものであった。印刷したとき、この液滴のマトリックスは横方向に湿潤して、単一の連続的な堆積体を形成し、その堆積体は、おおよそ卵形の形状をなし、約１２００マイクロメートルの幅と、約６５０マイクロメートルの長さを有していた。これらの堆積体は、図１及び３のいずれにおいても半透明の卵形体として視認され、図１に基づいた図２において参照符号４０で表されている。
【００６２】
比較例２Ｃのバックプレーンにおいて、半導体の画像の幅は、チャネルの幅全体に対して中心に置かれている。図３は、比較例２Ｃのバックプレーン内のあるトランジスタの顕微鏡写真である。
【００６３】
実施例１のバックプレーンにおいて、半導体の画像の幅は、チャネルの中心から５ピクセル又は約１８０マイクロメートルだけ片寄っていた。この片寄りは、印刷プロセス中ではなく半導体の画像の設計自体でなされたものである。したがって、半導体溶液は、インクジェット印刷で直接チャネル内に堆積されなかったということになる。その代わりに、印刷した液滴のマトリックスが横方向に湿潤して、単一の連続的な堆積体を形成し、その堆積体がチャネル全体に広がった。図１は、実施例１のバックプレーン内の１つのあるトランジスタの顕微鏡写真である。
【００６４】
図１及び３を調べることにより、各堆積体の縁部は、強い結晶性の形態を呈し、中心部は非晶質であったことが示唆される。したがって、実施例１における片寄った半導体の堆積体は、相当な量の結晶性物質をチャネル全体に配置するものと思われる。図１及び３を調べることにより、結果として半導体材料の卵形の堆積体を生じる、矩形の半導体層の画像は、短い側よりも長い側に、結晶構造の平行性をより強く呈することが示唆される。したがって、長辺を生じ、その長辺を実施例１と同様にチャネル全体に配置することにより、更に平行な結晶性物質がチャネル全体に配置されると思われる。以下のプロセスの説明に従う定量試験結果で説明するように、実施例１のトランジスタは、比較例２Ｃのトランジスタと比べて劇的に改善された流動性を示した。
【００６５】
プロセス
４ｍｉｌ（０．１ｍｍ）厚のＰＥＮフィルムのＤｕｐｏｎｔ  Ｔｅｏｎｅｘ（登録商標）Ｑ６５の８インチ×８インチ（２０．３ｃｍ×２０．３ｃｍ）片を、２片のステンレス鋼の間に固定した。これら２片のステンレス鋼は、ＰＥＮフィルムの周囲にクランプする。これらのクランプは、プロセス全体を通じたＰＥＮフィルムの収縮を最小化するのに役立つ。粒子の混入を減じるために、また一定の表面エネルギーを清浄表面に与えるために、クランプしたＰＥＮフィルムの両側を無水エタノールで複数回、洗浄した。洗浄の後、クランプしたフィルムを、アルミニウム製の真空テーブル上のＸＹ堆積システムに４本のネジで固定した。クランプしたフィルムをシステムに置いた後、そのフィルムをもう一度、エタノールで洗浄した。
【００６６】
次いで、Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｄｉｍａｔｉｘ  ＳＸ３−１２８印刷ヘッドをシステムに挿入した。ＳＸ３−１２８印刷ヘッドは、１０ｐＬの液滴体積を有する１２８個のジェットを有する。印刷ヘッドに、約２０．０ｍＬのＣａｂｏｔ  Ａｇ−ＩＪ−Ｇ−１００−Ｓ１インクジェット用銀導体インクを充填した。この材料は、バックプレーンのゲート層として働くものであった。印刷ヘッドをシステムに入れた後、その高さ及びサーベル角度を調節した。印刷ヘッド高さを、ＰＥＮフィルムの表面から約１．０ｍｍ上方に調節した。サーベル角度を、所望の７０２ｄｐｉの解像度が得られるように調節した。それらが完了した後、基板を位置合わせした。ステンレス鋼クランプの角部を、始点又は原点として使用した。原点から負のｘ及びｙ方向に、１．０インチ（２．５ｃｍ）の片寄りを設定した。これは、プリントヘッドが導電性インク又はゲート層のパターンの印刷を開始した位置であった。
【００６７】
導電性インクの塗布に先立って、基板を予備収縮させた。基板を予備収縮させる目的は、位置合わせを改善することであった。各層の加熱硬化の間にフィルムが収縮すると、続く層の位置合わせがその影響を受ける。この予備収縮プロセスは、基板の底部と頂部からフィルムを加熱することを含むものであった。下方からの加熱は、１２５℃に設定したオンラインホットプレートを用いて行った。基板の上方からの加熱は、５００ワット／インチ（１９６．９ワット／ｃｍ）の赤外線ランプを用いて行った。ホットプレートが１２５℃に達すると、速度２．０インチ／秒（５．１ｃｍ／秒）、電力レベル１００％で、赤外線ランプを基板全体に５回、走査させた。このプロセスは２５秒を要し、基板の最高温度は１４０℃に達し、これを赤外線パイロメーターで記録した。
【００６８】
予備収縮プロセスの完了後、銀のゲート層の堆積に備えて、基板／アルミニウム圧盤を４５℃の温度まで冷却した。圧盤が高温にある間に銀インクを印刷することにより、銀インクがＰＥＮフィルム基板上で過度に湿潤することが防止される。パターンゲート層が基板の上に堆積されると、そのパターンゲート層は、５．０分間にわたって４５℃で位した。これにより、材料を沈降させ、したがって、後の堆積プロセスのためにより均一な層を形成することが可能となった。
【００６９】
銀が５分間にわたって位した後、その銀をオンラインホットプレートと赤外線ランプで焼結した。ホットプレートを１２５℃に設定し、次いで赤外線ランプでパターン画像を５回、速度２．０インチ／秒（５．１ｃｍ／秒）、電力１００％で走査した。赤外線ランプで銀を焼結する前に基板を１２５℃に加熱する目的は、焼結時間を減少させることであった。赤外線ランプで銀を焼結するのに約２５秒を要した。銀を焼結した後、ホットプレートの温度を１５０℃に設定した。基板は１０分間にわたってこの温度を保った。この工程の目的は、２０％がＡｇ、４０％がエタノール、４０％がエチレングリコールである銀のナノ粒子インクを、すべての溶媒が含んでいないことを確認することであった。
【００７０】
全インクジェット印刷バックプレーンの製作における次の層は、誘電層であった。ゲート層を熱硬化させた後、ＳＸ３−１２８印刷ヘッドを取り外し、Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｄｉｍａｔｉｘ  ＳＥ−１２８印刷ヘッドと交換した。この印刷ヘッドを誘電材料の印刷に使用した。誘電材料はジルコニアアクリレートをイソホロンに入れたものであった。ＳＥ−１２８は、１２８個のジェットと、３０ｐＬの液滴体積を有する。高さを基板から約１．０ｍｍ上方に設定し、７０２ｄｐｉの解像度が得られるようにサーベル角度を設定した。圧盤温度を２６℃に低下させた。高すぎる温度で誘電層を印刷すると、湿潤性が低下する。湿潤性が不十分であると誘電層にホールが生じ、それにより、望ましくない短絡が薄膜トランジスタに引き起こされることがある。
【００７１】
誘電層を印刷する前に、パターンゲート層に対して誘電層を位置合わせするために、試験印刷を行った。この試験印刷を、ゲート層で印刷した別の試験印刷と比較した。２つのテスト印刷の測定差により、誘電層の印刷がどこから始まるかを判定した。
【００７２】
位置合わせが完了すると、誘電材料のブランケットコーティングをゲート層の上に印刷した。印刷が完了すると、材料を直ちに乾燥させ、硬化させ、再び乾燥させた。オンラインホットプレートと赤外線ランプを用いて、第１の乾燥プロセス又は予備ベーキングを行った。ホットプレートが７５℃の温度に達すると、印刷した画像の上を赤外線ランプで、速度２．０インチ／秒（５．１ｃｍ／秒）、電力４０％で走査した。このプロセスにおける赤外線工程は低温であったが、それは、この工程の強度を高めると、誘電層が「皮で覆われ」、溶媒を閉じこめる原因となり得るからである。よって、乾燥のほとんどは、基材下からの熱により行われた。赤外線ランプで試料上を走査した後、圧盤温度を更に１０分間７５℃に維持した。プロセスにおけるこの工程は、残存する溶媒を除去するために用いたものである。溶媒を誘電材料から除去した後、誘電材料を４５℃の圧盤温度で硬化又は架橋させた。これは、４０１秒間にわたり、窒素でパージしながら、２５０ｎｍ波長の紫外線殺菌灯を用いて達成した。最後の乾燥工程又はポストベークでは、２．０インチ／秒（５．１ｃｍ／秒）、電力１００％で５回、画像上を赤外線ランプで走査したことを除き、上述のプリベークと同じプロセス工程を用いた。
【００７３】
誘電層が完成した後、ソース及びドレイン層の堆積のために、ＳＥ−１２８印刷ヘッドをシステムから取り外し、ＳＸ３−１２８印刷ヘッド（printed）と交換した。ソース／ドレイン層もまた、Ｃａｂｏｔ  Ｓｉｌｖｅｒで印刷した。印刷ヘッドの高さを基板から約１．０ｍｍ上方に調節し、７０２ｄｐｉの解像度が得られるようにサーベル角度を設定した。ソース／ドレイン層を２回、印刷した。
【００７４】
第１のソース／ドレイン層を印刷するために、アルミニウム圧盤を４５℃に冷まし、誘電層について上述したものと同じ方式で位置合わせを行った。印刷が完了すると、圧盤温度を３０秒間にわたって６０℃に上昇させた。これによって、より高い温度で材料が完全に焼結される前に、縁部に沿って銀が焼結された。３０秒後、圧盤温度を１０分間にわたって１５０℃に上昇させた。
【００７５】
第２に印刷するソース／ドレイン層に関して言えば、すべての画像又は形体を２回、印刷したわけではない。ドレインラインは１回のみ印刷したが、ソースパッドは２回印刷した。第１の層の焼結後に不均一性があるため、ソースパッドは２回印刷した。圧盤を１０分間にわたって１５０℃に設定して銀を焼結した。
【００７６】
半導体を印刷するプロセスに先だって、圧盤を３０℃に冷まし、誘電材料及びソース／ドレインコンタクトに表面処理を施した。ピペットを用いて、高純度のトルエンをサンプル全体の表面上に堆積させ、このサンプルを１．０分間にわたって放置した。１．０分間後、エア缶を用いて吹き飛ばすことにより、トルエンを除去した。次に、高純度トルエン中の１．０ｍｍｏｌペルフルオロチオフェノール溶液を、サンプル全体の表面に堆積させ、１．０分間にわたって放置した。エア缶を用いて吹き飛ばすことにより、溶液を除去した。次いで、先の工程を繰り返した。最後の工程では、高純度のトルエンを２０秒間にわたって基板の表面全体に堆積させた。２０秒後、エア缶を用いてトルエンをサンプルから吹き飛ばした。この処理により、コンタクト上のあらゆる残留物が取り除かれ、半導体溶液に好ましい表面エネルギーが与えられた。
【００７７】
表面処理が完了すると、ＳＸ３−１２８印刷ヘッドをシステムから取り外し、ＳＥ−１２８印刷ヘッドと交換した。ｎ−ブチルベンゼン中の１．０重量％のポリスチレン、２．０重量％の有機半導体、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンの溶液を印刷ヘッドに充填した。高さ及びサーベル角度を上述の仕様に調節した。他の層に関して上述した通りに、半導体層の位置合わせを完了した。
【００７８】
半導体の堆積に先立って、表面処理後に基板上に残留していた溶媒、トルエンを除去するため、予熱工程を開始した。この予熱工程は、オンライン赤外線ランプを２．０インチ／秒（５．１ｃｍ／秒）、電力８０パーセントで６回通過させて完了した。完了すると、圧盤を３０℃に冷ました。
【００７９】
上記のように、１８滴又は５４０ｐＬの半導体溶液を各トランジスタの上に堆積させた。
【００８０】
結果
飽和Ｉｄ−Ｖｇ曲線でトランジスタを測定した。ゲート電圧に１０Ｖ〜４０Ｖのバイアスをかけ、ドレイン電圧を−４０Ｖに設定した。比較例２Ｃのトランジスタの平均移動度は、０．０４２ｃｍ２／Ｖ−ｓであったのに対し、実施例１のトランジスタの平均移動度は０．１１ｃｍ２／Ｖ−ｓであった。図６は、実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタの移動度の値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より高い移動度を示した。図７は、実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタの閾値下電圧値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より低い閾値下電圧を示した。図８は、実施例１及び比較例２Ｃのトランジスタのオン／オフ電流比の値を示すグラフである。本開示によるトランジスタは、より高いオン／オフ電流比の値で動作した。
【００８１】
本発明の様々な修正形態及び変更形態が、当業者には、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく明らかとなろう。また、理解されたいこととして、本発明は、本明細書に記載した例示的な実施形態に不当に限定されるものではない。
【図１】
2012508980.tif 000006
【図２】
2012508980.tif 000007
【図３】
2012508980.tif 000008
【図４】
2012508980.tif 000009
【図５】
2012508980.tif 000010
【図６】
2012508980.tif 000011
【図７】
2012508980.tif 000012
【図８】
2012508980.tif 000013
【国際調査報告】
2012508980.tif 000014
2012508980.tif 000015