(57)【要約】本発明は、基板層を提供するステップと、ゲート電極層を提供するステップと、誘電材料層を提供するステップと、有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、ソース／ドレイン電極層を提供するステップとを備え、層のうちの１つ以上がレーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して堆積される、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造方法を提供する。好ましくは、有機ＴＦＴはボトムゲートデバイスであり、ソース／ドレイン電極は、ＬＩＴＩを使用して有機半導体層または誘電材料層上に堆積される。さらに好ましくは、ドーパント材料がＯＳＣ材料とソース／ドレイン電極層間に提供されてもよく、ドーパント材料もＬＩＴＩを使用して堆積されてもよい。また、好ましくは、ドーパントは、ＴＣＮＱやＦ４ＴＣＮＱなどの電荷中性ドーパントであってもよい。【選択図】図８
2012508964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法であって、
基板層を提供するステップと、
ゲート電極層を提供するステップと、
誘電材料層を提供するステップと、
有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、
ソース・ドレイン電極層を提供するステップとを備えており、
前記層のうちの１つ以上が、レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して堆積される方法。
【請求項２】
トップゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法であって、
基板層を提供するステップと、
レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して前記基板層上にソース電極および／またはドレイン電極を堆積するステップと、
前記ソース・ドレイン電極層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、
前記（ＯＳＣ）材料層上に誘電材料層を提供するステップと、
前記誘電材料層上にゲート電極を提供するステップとを備える方法。
【請求項３】
ボトムゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法であって、
基板層を提供するステップと、
前記基板層上にゲート電極を提供するステップと、
前記ゲート電極上に誘電材料層を提供するステップと、
前記誘電材料層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、
レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して前記ＯＳＣ層上にソース電極および／またはドレイン電極を堆積するステップとを備える方法。
【請求項４】
ボトムゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法であって、
基板層を提供するステップと、
前記基板層上にゲート電極を提供するステップと、
前記ゲート電極上に誘電材料層を提供するステップと、
レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して前記誘電材料層上にソース電極および／またはドレイン電極を堆積するステップと、
前記ソース・ドレイン層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップとを備える方法。
【請求項５】
前記ＯＳＣ材料と前記ソース・ドレイン電極層との間にドーパント材料を提供するステップをさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記ドーパント材料もまたＬＩＴＩを使用して堆積される、請求項５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ドーパント材料が、電子を受容することによって有機半導体材料を化学的にドーピングするためのドーパント部分を備えており、前記ドーパント部分が、アセトニトリル中の飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対して少なくとも０．３ｅＶの酸化還元電位を有する、請求項５または６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ドーパント部分の前記酸化還元電位が、アセトニトリル中の飽和カロメル電極に対して少なくとも０．４ｅＶである、請求項７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記ドーパント部分の前記酸化還元電位が、アセトニトリル中の飽和カロメル電極に対して少なくとも０．５ｅＶである、請求項８に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ドーパント部分が電荷中性ドーパントである、請求項７から９のうちのいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ドーパント部分が、ハロゲン、ニトロおよび／またはＣＮ基で置換される、請求項７〜１０のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記ドーパント部分が、２つ以上のハロゲン、ニトロまたはＣＮ基で置換される、請求項１１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記ハロゲンがフッ素である、請求項１１または１２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記ドーパント部分が、置換テトラシアノキノジメタン、アントラキノン、ペリレンビスイミドまたはテトラシアノアントラキノジメタンである、請求項７〜１３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記有機半導体材料が、ＴＣＮＱのＬＵＭＯレベルより深いＨＯＭＯレベルを有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記有機半導体材料が、前記ドーパント部分のＬＵＭＯより浅いＨＯＭＯレベルを有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記有機半導体材料が溶液から堆積される、請求項１〜１６のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記ソース／ドレイン電極に隣接するドープされた有機半導体材料が１０-6Ｓ／ｃｍから１０-2Ｓ／ｃｍの範囲の伝導率を有する、請求項１〜１７のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記誘電材料が有機誘電材料を備える、請求項１８に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記誘電材料層が、前記ソース・ドレイン電極への前記ドーパント部分の選択的結合を高めるように処理される、請求項１８または１９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
前記ソース・ドレイン材料が以下のリストのうちの１つである、請求項１〜２０のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法：銀、銀コロイド、スズ、銅、金、モリブデン、プラチナ、パラジウム、タングステン、クロムまたはインジウムスズ酸化物。
【請求項２２】
１層の三酸化モリブデンまたは酸化モリブデンをさらに備える、請求項２１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
ＬＩＴＩを使用して堆積された前記層が、１５０℃未満の温度で熱処理される、請求項１〜２２のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
ＬＩＴＩを使用して堆積された前記層が、１２０℃から１３０℃の範囲の温度で熱処理される、請求項２３に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２５】
ＬＩＴＩを使用して堆積された前記層が焼結される、請求項２３または２４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２６】
赤外線からオレンジ色の範囲の光を使用するステップをさらに備える、請求項１〜２５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項にしたがって製造された有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）。
【請求項２８】
請求項１〜２６のいずれか一項にしたがって製造された有機ＴＦＴを含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、有機薄膜トランジスタおよびこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは２つの主要なタイプ、つまりバイポーラ接合トランジスタおよび電界効果トランジスタに分類可能である。両タイプは、チャネル領域において３つの電極とそれらの間に配置された半導体材料とを備える共通構造を共有する。バイポーラ接合トランジスタのこれら３つの電極は、エミッタ、コレクタおよびベースとして既知であるのに対して、電界効果トランジスタにおけるこれら３つの電極は、ソース、ドレインおよびゲートとして既知である。バイポーラ接合トランジスタは、エミッタとコレクタとの間の電流が、ベースとエミッタとの間を流れる電流によってコントロールされるため、電流作動デバイスと記されることがある。対照的に、電界効果トランジスタは、ソースとドレインとの間を流れる電流が、ゲートとソースとの間の電圧によってコントロールされるため、電圧作動デバイスと記されることがある。
【０００３】
トランジスタはまた、正の電荷キャリア（正孔）を伝導する半導体材料を備えるか負の電荷キャリア（電子）を伝導する半導体材料を備えるかに応じて、それぞれＰ型およびＮ型に分類可能である。半導体材料は、電荷を受容、伝導および提供する性能にしたがって選択可能である。正孔や電子を受容、伝導および提供するという半導体材料の性能は、その材料にドーピングを行なうことによって向上可能である。ソース電極やドレイン電極に使用される材料はまた、正孔や電極を受容および注入する性能にしたがって選択可能である。例えば、Ｐ型トランジスタデバイスは、正孔を受容、伝導および提供する際に効率的な半導体材料を選択することと、半導体材料から正孔を注入および受容する際に効率的なソース電極およびドレイン電極向け材料を選択することとによって形成可能である。電極のフェルミレベルと半導体材料のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルとの良好なエネルギーレベル整合は、正孔の注入および受容を高めることができる。対照的に、Ｎ型トランジスタデバイスは、電子を受容、伝導および提供する際に効率的な半導体材料を選択することと、電子を半導体材料に注入し、かつこれから電子を受容する際に効率的なソース電極およびドレイン電極向けの材料を選択することとによって形成可能である。電極のフェルミレベルと半導体材料のＬＵＭＯ（最低空分子軌道）レベルとの良好なエネルギーレベル整合は、電子の注入および受容を高めることができる。
【０００４】
トランジスタは、薄膜の成分を堆積して薄膜トランジスタを形成することによって形成可能である。有機材料がこのようなデバイスで半導体材料として使用される場合、これは有機薄膜トランジスタとして知られている。
【０００５】
有機薄膜トランジスタの種々の配置が既知である。このようなデバイスの１つは、ソース電極およびドレイン電極を備える絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、チャネル領域においてソース電極とドレイン電極との間に半導体材料が配置されており、半導体材料に隣接してゲート電極が配置されており、チャネル領域においてゲート電極と半導体材料との間に１層の絶縁材料が配置されているトランジスタである。
【０００６】
このような有機薄膜トランジスタの一例が図１に示されている。図示されている構造は基板１上に堆積可能であり、ソース電極２およびドレイン電極４を備えており、これらは、両者の間に配置されているチャネル領域６と間隔をあけられている。有機半導体（ＯＳＣ）８がチャネル領域６に堆積されており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部の上に延びてもよい。誘電材料の絶縁層１０が有機半導体８上に堆積されており、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部の上に延びてもよい。最終的に、ゲート電極１２が絶縁層１０に堆積される。ゲート電極１２はチャネル領域６に配置され、ソース電極２およびドレイン電極４の少なくとも一部に延びてもよい。
【０００７】
上記構造は、ゲートがデバイスの上側に配置されているため、トップゲート有機薄膜トランジスタとして知られている。また、デバイスの底側にゲートを提供していわゆるボトムゲート有機薄膜トランジスタを形成することも知られている。
【０００８】
このようなボトムゲート有機薄膜トランジスタの一例が図２に示されている。図１および図２に示されている構造の関係をより明確に示すために、同一の参照番号が対応する部分に使用されている。図２に示されているボトムゲート構造は、基板１に堆積されたゲート電極１２を備えており、誘電材料の絶縁層１０がこの上に堆積されている。有機半導体（ＯＳＣ）層８は誘電材料の絶縁層１０上に堆積される。ソース電極２およびドレイン電極４はＯＳＣ層８上に堆積される。ソース電極２およびドレイン電極４は、ゲート電極上でこれら両者の間に配置されているチャネル領域６から間隔をあけられている。
【０００９】
当技術分野において、ソース電極およびドレイン電極の上に薄型の自己組織化双極子層を提供してエネルギーレベル整合を改良することも既知である。理論に縛られることなく、薄型の自己組織化双極子層は、ＯＳＣとソース／ドレインの材料間のエネルギーレベル整合を改良するために、ソース／ドレイン電極付近にＯＳＣのエネルギーレベルをシフトさせる電界を提供することができる。このことは、ソース電極およびドレイン電極におけるコンタクト抵抗を低下させるという効果を有しているため、ＴＦＴの性能を改良する。
【００１０】
エネルギーレベル整合は、正孔注入のバリアを削減するために必要とされる。エネルギーレベル整合を実行するために、ソースおよびドレインの材料（コンタクト）の仕事関数は、とりわけ金属の仕事関数が非常に低い場合に、増大されなければならない。これは複数の方法で実行可能であるが、このうちの２つを以下に示す。
【００１１】
１つは、自己組織化単分子層を形成する材料、つまり、置換フェニル、チオールまたは有機シランなどの、永久双極子モーメントを備える金属表面に共有結合されている分子を使用することである。
【００１２】
もう１つは、強力な電子アクセプタである分子を使用することであり、この場合ＬＵＭＯレベルは、ソースおよびドレインの材料のフェルミエネルギーレベル未満である。この場合、材料が金属に吸着されると、金属からアクセプタ分子のＬＵＭＯへの自然電荷転写が、１層の負帯電アクセプタ分子が金属表面上に形成されるように生じる。例示的材料はフッ素置換テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）であり、これは、本出願人の以前の出願ＧＢ−Ａ−０７１２２６９．０号に開示されている。ＵＳ２０００／１３３７８２号およびＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００６，１２８，１６４１８−１６４１９もまた、ベンゾニトリル、またはＴＣＮＱなどの置換ベンゾニトリルの使用を開示している。
【００１３】
より良好なエネルギーレベル整合を提供するためのソースおよびドレインのコンタクトの可能な表面修正は、論じられているように、酸素プラズマ処理、ＵＶオゾン処理、および、永久双極子モーメントが強力な分子を備える自己組織化単分子層の形成を含む。
【００１４】
図３は既知のボトムゲート有機薄膜トランジスタを示しており、ここでソース電極およびドレイン電極は、薄いドーピング材料層をこの上に配置している。この構造は図２に示されている従来技術の配置に類似しており、明確にするために同一の参照番号が同一部分に使用されている。図３に示されている配置の重要な相違は、ドーピング材料１４の薄い層、例えばＦＴＣＮＱまたはＦ４ＴＣＮＱが、ソース電極２およびドレイン電極４と有機半導体８との間の界面に挿入されることである。
【００１５】
図４は既知のトップゲート有機薄膜トランジスタを示しており、ここでソース電極およびドレイン電極は、薄いドーピング材料層をこの上に配置している。この構造は図１に示されている従来技術の配置に類似しており、明確にするために同一の参照番号が同一部分に使用されている。また、図４に示されている配置の重要な相違は、ソース電極２およびドレイン電極４が、ドーピング材料１４の薄い層、例えばＦＴＣＮＱやＦ４ＴＣＮＱをこの上に配置していることである。
【００１６】
図３に示されている既知のボトムゲートは、通常は、概略断面図が示されている図５に図示されている方法を使用して形成される。
１．ゲート堆積およびパターニング１２（例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）コーティング基板のパターニング）。
２．誘電堆積およびパターニング１０（例えば、架橋性のフォトパターニング可能な誘電体）。
３．（例えば、溶液処理可能なポリマーのインクジェットプリンティングによる）ＯＳＣ８の堆積。
４．（例えば、シャドウマスキングによる）ドーパント層１６の堆積。ドーパント分子はＯＳＣ８と相互作用し、この場合両者は接触している。ＬＵＭＯが深いアクセプタドーパントについて、電子はＯＳＣからドーパントに転写され、ＯＳＣの局所領域を伝導させる。このことは、ソースおよびドレインのコンタクトにおける電荷の注入および抽出を改良する。
５．ソース・ドレインの材料堆積およびパターニング２、４（例えば、シャドウマスキング）。
【００１７】
この技術はまた、トップゲートデバイスと両立可能である。この場合、ソース・ドレイン層がまず堆積およびパターニングされる（上記ステップ５）。しかしながら、上記ステップ４を参照すると、トップゲートデバイスは、上述のように、ソースおよびドレインのコンタクトとＯＳＣとの間のより良好なエネルギーレベル整合を提供するために、多数の異なる方法で処理可能である。例えば、Ｆ４−ＴＣＮＱは自己組織化双極子層としてスピンコーティングすることによって適用可能であり、あるいは蒸着可能であり、あるいは表面処理を使用して厚く適用可能である。これら後者の２つの方法では、Ｆ４−ＴＣＮＱはドーパント層として作用する。
【００１８】
ソース・ドレイン金属が（例えば、後続の導電層への電気接続について）暴露される必要があるところでは、（例えば、フォト反応性取り付けグループの直接フォトパターニング、レーザー切断などによって）厚いドーパント層が除去される必要がある場合があり、あるいは従来の表面パターニングが、ドーパント層が必要とされる場所を定義するために必要とされる場合もある。あるいは、Ｆ４−ＴＣＮＱ層が薄い自己組織化単分子層として適用され、かつ十分導電性である場合、Ｆ４−ＴＣＮＱは、形成による導電を妨げることなく、そのままとされる場合もある。
【００１９】
説明されているように、ソースおよびドレインのコンタクトはトップゲートデバイスではＯＳＣの前に堆積されるため、上記の種々の方法を使用して、ソースおよびドレインの仕事関数を調整するために多くが実行可能である。半導体層がソースおよびドレインのコンタクトの製造後に堆積されるので、これによって、コンタクトの仕事関数を増大させることでＴＦＴデバイス内のコンタクト抵抗を削減するために、半導体層の堆積前にソースおよびドレインのコンタクトの表面の修正をすることが可能になる。
【００２０】
しかしながら、対照的に、トップコンタクト・ボトムゲート有機ＴＦＴの製造は、形成済み半導体層の上部に金属性のソースおよびドレインのコンタクトを堆積することを必要とする。
【００２１】
この場合には、レドックス活性および／またはイオン汚染の存在がＴＦＴのＯＦＦ電流を増大させることがあり、かつ／またはヒステリシス効果の発生をもたらすことになるので、半導体層の汚染を回避することが重要である。したがって、無電解めっきなどの化学反応や金属前駆体の熱／光化学分解を伴うプロセスは、有機半導体層の上部にソースおよびドレインのコンタクトを製造するには適していないことが分かっている。同じ制約が、フォトレジストの溶液、レジスト現像液および除去液を伴うリフトオフプロセスにあてはまる。事実、ソース電極およびドレイン電極を堆積するための従来技術の多くは、シリコン（およびその誘導体）などの無機半導体と併用するために開発されており、有機半導体材料と併用される場合には極めて不利なものである。
【００２２】
金属パターンを汚染なく堆積するための技術の１つは、「シャドウマスキング」という既知の技術による熱蒸着を使用する。しかしながら、このようなシャドウマスクプロセスでの溶解は制限され、蒸着金属コンタクトと半導体層との間の界面における化学的特性および電気的特性をコントロールおよび改良することは非常に困難である。
【００２３】
ソースおよびドレインのコンタクトをボトムゲートデバイスに適用するために従来技術を使用することは、ソースおよびドレインのコンタクトの底部を適切にドーピングし、あるいはソース／ドレイン／ドーパント／ＯＳＣ界面におけるドーパントのプロファイルを適切に修正する可能性をほとんど残さないことが分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の一実施形態の目的は、有機半導体層の上部に金属性のソースおよびドレインのコンタクトを堆積するための改良された方法を提供することである。さらなる目的は、有機半導体層の上部に金属性のソースおよびドレインのコンタクトを堆積する一方で、金属コンタクトと半導体層との間に得られる界面が適切にドープされることによって低コンタクト抵抗を表示することを保証するための改良された方法を提供することである。さらなる目的は、改良された有機薄膜トランジスタを提供することである。
【００２５】
本発明は、半導体層の上部への金属コンタクトの堆積にレーザー熱転写法（ＬＩＴＩ）を適用するステップを備える。
【００２６】
本発明はさらに、半導体層と金属コンタクト間の界面に化学ドーパント層を提供するステップと、局所的化学相互作用をもたらすステップと、界面での半導体材料を金属コンタクトにドーピングするステップとを備える。
【００２７】
本発明は有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）の製造に適用可能であり、トップゲートデバイスのみならずトップコンタクト・ボトムゲートデバイスにおけるソースおよびドレインのコンタクトと半導体層と間の、ドーピングされたことでオームの法則に従う界面の製造を見込んでいる。
【００２８】
したがって、上記に照らして、かつ本発明の第１の態様によると、基板層を提供するステップと、ゲート電極層を提供するステップと、誘電材料層を提供するステップと、有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、ソース電極およびドレイン電極層を提供するステップとを備えており、層のうちの１つ以上がＬＩＴＩプロセスを使用して堆積される、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造方法が提供される。
【００２９】
本発明の第２の態様によると、基板層を提供するステップと、ＬＩＴＩプロセスを使用して基板層上にソースおよび／またはドレイン電極を堆積するステップと、ソース／ドレイン電極層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、（ＯＳＣ）材料層上に誘電材料層を提供するステップと、誘電材料層上にゲート電極を提供するステップとを備える、トップゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造方法が提供される。
【００３０】
本発明の第３の態様によると、基板層を提供するステップと、基板層上にゲート電極を提供するステップと、ゲート電極上に誘電材料層を提供するステップと、誘電材料層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップと、ＬＩＴＩプロセスを使用してＯＳＣ層上にソースおよび／またはドレイン電極を堆積するステップとを備えるボトムゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造方法が提供される。
【００３１】
本発明の第４の態様によると、基板層を提供するステップと、基板層上にゲート電極を提供するステップと、ゲート電極上に誘電材料層を提供するステップと、レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセスを使用して誘電材料層上にソースおよび／またはドレイン電極を堆積するステップと、ソースおよびドレイン層上に有機半導体（ＯＳＣ）材料層を提供するステップとを備えるボトムゲート有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造方法が提供される。
【００３２】
好ましくは、第１、第２、第３および第４の態様において、ＯＳＣ材料とソース／ドレイン電極層間にドーパント材料をさらに提供する。さらに好ましくは、ドーパント材料もまたＬＩＴＩを使用して堆積されてもよい。
【００３３】
また好ましくは、ドーパントは、置換ＴＣＮＱやＦ４ＴＣＮＱなどの電荷中性ドーパントであってもよい。この誘導体は、ＯＳＣをドーピングし、ソース／ドレイン電極を結合し、ＯＳＣに可湿性表面を提供する際にとりわけ良好であることが分かっている。
【００３４】
好ましくは、有機半導体材料は、ＴＣＮＱのＬＵＭＯレベルより深いＨＯＭＯレベルを有する。有機半導体材料は好都合なことに、ドーパント部分のＬＵＭＯより浅いＨＯＭＯレベルを有する。
【００３５】
好ましくは、有機半導体材料は、材料が、例えばインクジェットプリンティングやスピンコーティングによって堆積可能になるように溶液処理可能なものである。適切な溶液処理可能な材料はポリマー、デンドリマーおよび小分子を含む。
【００３６】
組成の伝導率は好ましくは、電極に隣接して１０-6Ｓ／ｃｍから１０-2Ｓ／ｃｍの範囲である。しかしながら、組成の伝導率は、特定の使用に望ましい特定の伝導率値にしたがって、ドーパントの濃度を変更することによって、あるいは異なる有機半導体材料および／またはドーパントを使用することによって容易に変更可能である。
【００３７】
ボトムゲートデバイスについて、有機誘電材料は、ソース電極およびドレイン電極へのドーパント部分の選択的結合が促進されるように、誘電層とソース電極およびドレイン電極の化学的特性に大きな差異を提供するために利用可能である。
【００３８】
同様に、トップゲートデバイスについて、有機基板は、ソース電極およびドレイン電極へのドーパント部分の選択的結合が促進されるように、誘電層とソース電極およびドレイン電極の化学的特性に大きな差異を提供するために利用可能である。
【００３９】
別の配置では、誘電層または基板は、誘電層や基板ではなくソース電極およびドレイン電極へのドーパント部分の選択的結合を向上させるために処理可能である。
【００４０】
好ましくは、ソースおよびドレイン材料は、以下のリストのうちの１つである：銀、銀コロイド、スズ、銅、金、モリブデン、プラチナ、パラジウム、タングステン、クロムまたはインジウムスズ酸化物。三酸化モリブデンまたは酸化モリブデンのいずれかのさらなる層が好ましくはソースおよびドレインのコンタクトに適用される。
【００４１】
ソース電極およびドレイン電極が熱処理されるか、１５０℃未満、好ましくは１００℃付近の温度で焼結されることが好ましい。材料がソースおよび／またはドレイン材料としての使用に適しているはずの１２０から１３０℃で焼結する銀コロイドもある。ＬＩＴＩプロセスを使用する場合、赤外線からオレンジ色の範囲の波長の光が使用可能であることも好ましい。
【００４２】
第５の態様によると、ＴＦＴが、第１から第３の態様のうちのいずれか１つにしたがって製造される有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が提供される。
【００４３】
第６の態様によると、ＯＬＥＤデバイスが有機ＴＦＴを含み、ＴＦＴが第１から第３の態様のうちのいずれか１つにしたがって製造される有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスが提供される。
【００４４】
本発明は、例証としてのみ、添付の図面を参照して以下詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、既知のトップゲート有機薄膜トランジスタ配置を示している。
【図２】図２は、既知のボトムゲート有機薄膜トランジスタ配置を示している。
【図３】図３は、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層が、両者の間に１層の薄いドーピング材料を配置している既知のボトムゲート有機薄膜トランジスタを示している。
【図４】図４は、ソース電極およびドレイン電極がこの上に１層の薄いドーピング材料を配置している既知のトップゲート有機薄膜トランジスタを示している。
【図５】図５は、図３に示されている実施形態にしたがった有機薄膜トランジスタの形成に関する既知の方法ステップを図示している。
【図６Ａ】図６Ａは、当該技術分野で既知であるように、ＬＩＴＩを使用するドナー基板からレセプタ基板への材料の堆積を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、当該技術分野で既知であるように、ＬＩＴＩを使用するドナー基板からレセプタ基板への材料の堆積を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にしたがった、導電性材料およびドーパント材料の２成分転写層を備えるドナー基板を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、ＬＩＴＩプロセスを使用する、図７の導電性材料およびドーパント材料を備える２成分転写層のＴＦＴの半導体層への転写を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、ＬＩＴＩプロセスを使用する、図７の導電性材料およびドーパント材料を備える２成分転写層のＴＦＴの半導体層への転写を示す図である。
【図９】図９は、有機薄膜トランジスタおよび有機発光デバイスを備えるアクティブマトリクス有機発光ディスプレイの一部を示している。
【図１０】図１０は、有機薄膜トランジスタおよび有機発光デバイスを備えるもう１つのアクティブマトリクス有機発光ディスプレイ配置の一部を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
一般的に、レーザー熱転写法（ＬＩＴＩ）によって、ドナー基板からレセプタ基板への材料パターンの転写が可能になる。図６Ａおよび図６Ｂは、当該技術分野で既知であるように、ＬＩＴＩを使用するドナー基板からレセプタ基板への材料の堆積を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂの両方において、ベース基板１００と、光熱変換層１１０と、転写可能な材料からなる転写層１２０とを備えるドナー基板３００が示されている。転写プロセス時に、ベース基板１００の所定の領域がレーザービーム４００で照射されて、照射エリアにおける光熱変換をもたらす（図６Ａ参照）。この熱は、転写層１２０と光熱変換層１１０間の接着を弱め、ドナー基板３００と接触しているレセプタ基板２００に転写されるドナー基板４２０Ａおよび４２０Ｂの加熱エリアに転写層１２０をもたらす（図６Ｂ参照）。
【００４７】
米国特許出願第２００６／００６８５２０Ａ１号は、レーザー熱転写（ＬＩＴＩ）プロセス用のドナー基板を製造する方法を開示している。つまり、ベース基板が準備される。光熱変換層がベース基板上に形成される。バッファ層が光熱変換層上に形成される。バッファ層の表面粗さは、バッファ層の表面を処理することによって増大される。ドナー基板は次いで、バッファ層上に転写層を形成することによって完成される。ドナー基板を使用することによって、転写層に含有されている材料のパターンが、ＯＬＥＤディスプレイの製造時にレセプタ基板に堆積可能である。
【００４８】
また、米国特許出願第２００６／００６８５２０Ａ１号は、ＯＬＥＤの放射性材料に加えて、正孔注入材料、正孔移送材料、正孔ブロック材料および電子注入材料を備える転写層が、ＯＬＥＤの製造時にＬＩＴＩプロセスを使用するパターン堆積に使用されてもよいことを開示している。
【００４９】
米国特許出願第２００６／００６８５２０Ａ１号は、ＯＬＥＤディスプレイの製造に必要な機能的材料のパターニング堆積の方法としてＬＩＴＩを開示している。
【００５０】
ＬＩＴＩを使用して、有機薄膜トランジスタの１つ以上の層を堆積することは知られていない。
【００５１】
本発明の実施形態のうちの１つの目的は、半導体層の表面上に電子導電性のソースおよびドレインのコンタクトを製造する方法を提供することと、これらのソースおよびドレインのコンタクトと半導体層間にドーピング界面をさらに提供することである。これは、以下の図７、図８Ａおよび図８Ｂを参照して説明されている。
【００５２】
図７は、本発明の一実施形態にしたがった、導電性材料およびドーパント材料の２成分転写層を備えるドナー基板を示す図である。導電性材料（５３０）を備える第１の（厚い）層と、ドーパント（５４０）を備える第２の（薄い上部）層とを具備する２成分転写層（Ａ）を備えるドナー基板５００が図７に示されている。ベース基板５１０および光熱変換層５２０も示されている。
【００５３】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、ＬＩＴＩプロセスを使用する、図７の導電性材料およびドーパント材料を備える２成分転写層のＴＦＴの有機半導体層への転写を示す図である。図８Ａにおいて、基板６８０と、ボトムゲート電極６９０と、誘電層６７０と、半導体層６６０とを備える部分的に準備または製造されたＴＦＴ６００が示されている。
【００５４】
導電性材料（６３０）を備える第１の（厚い）層と、ドーパント（６４０）を備える第２の（薄い上部）層とを具備する２成分転写層（Ａ’）を備えるドナー基板６００も示されている。ベース基板６１０および光熱変換層６２０もまた示されている。レーザー光８２０も示されている。
【００５５】
半導体層６６０の表面へのドナー基板６００の転写は次いで金属パターン６３０Ｄ、６３０Ｓの堆積をもたらし、１層の薄いドーパント６４０は金属パターン６３０Ｄ、６３０Ｓと半導体層６６０の表面間に挟持されている。このアプローチによって、金属パターン６３０Ｄ、６３０Ｓと半導体層６６０間の界面にドーピングプロファイル７００を導入することができる。
【００５６】
ＴＦＴ基板６８０と、ボトムゲート電極６９０と誘電層６７０も示されている。
【００５７】
ボトムゲートが占めるエリアのドナー基板にＬＩＴＩプロセス時に適用される光をマスクするために、マスクがドナー基板と併用される必要があることは当業者に明らかであるはずである。したがって、ＬＩＴＩ光マスクおよびボトムゲートは、ソース、ゲートおよびドーパント材料が半導体材料上の正確な位置に堆積されるように、慎重に整列される必要がある。
【００５８】
ＬＩＴＩプロセスによって使用される光は、多くの光が、有機半導体層ではなくソース電極およびドレイン電極によって吸収されるように、好ましくは赤外線である。赤色／オレンジ色の範囲の光の周波数もまた適切である。さらに、ＯＳＣの温度感度ゆえに、過熱によってＯＳＣ層に影響を与えることなく、十分な光エネルギーの使用と、ソースおよびドレインのコンタクトの（例えば）銀コロイドの焼結とが両立される必要がある。ターゲット温度範囲は１５０から１７０℃未満、好ましくは１００℃付近である。適切な１２０から１３０℃で焼結する銀コロイドもある。
【００５９】
有機ＴＦＴを製造するのに使用可能な本発明のプロセスの概要は以下のとおりである：
１．（例えば）ガラスまたはプラスチック基板上へのゲート堆積およびパターニング（例えば、ＩＴＯコーティング基板のパターニング）。
２．（例えば、ＯＬＥＤと併用される場合−以下の図９および図１０を参照）底部電極およびコンデンサの堆積。
３．誘電堆積およびパターニング（例えば、架橋性無機／有機フォトパターニング可能な誘電体）。
４．（例えば、溶液処理可能なポリマーのインクジェットプリンティングによる）ＯＳＣの堆積。
５．上述のような、かつ本発明にしたがったＬＩＴＩを使用するソース、ドレインおよびドーパントの堆積。
【００６０】
ＬＩＴＩプロセスが（ドーパント材料なしで）ソース電極およびドレイン電極のみを堆積するために使用可能であり、かつこのような場合ＬＩＴＩプロセスはトップゲートＴＦＴに使用可能であることは当業者には明らかなはずである。さらに、上記のようなＬＩＴＩプロセスは、トップゲートまたはボトムゲートの有機ＴＦＴの複数の層のうちのいずれか１つを堆積するために使用可能である。しかしながら、ＬＩＴＩプロセスは、ボトムゲートＴＦＴの場合、かつソース、ドレインおよびドーパント材料の堆積が単一ステップで実行される場合に最も有用であることが分かっている。
【００６１】
ＬＩＴＩプロセスはしたがって、ＯＳＣにダメージを与えうるため従来技術のスパッタリング方法によって実行不可能な、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化モリブデンなどの金属化合物を堆積するために使用可能である。
【００６２】
本発明の実施形態にしたがった有機ＴＦＴの他の特徴について以下に説明する。
【００６３】
基板
基板は剛性でも柔軟性でもよい。剛性基板はガラスまたはシリコンから選択されてもよく、柔軟性基板は、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）ＰＥＮ、ポリカーボネートおよびポリイミドなどの薄いガラスまたはプラスチックを備えてもよい。
【００６４】
有機半導体材料は、適切な溶媒の使用によって溶液処理可能なものとされてもよい。例示的溶媒は、トルエンおよびキシレンなどのアルキルベンゼンと、クロロホルムとを含む。好ましい溶液堆積技術はスピンコーティングおよびインクジェットプリンティングを含む。他の溶液堆積技術はディップコーティング、ロールプリンティングおよびスクリーンプリンティングを含む。
【００６５】
有機半導体材料
好ましい有機半導体材料は、随意置換されたペンタセン、ポリアリーレン、とりわけポリフルオレンおよびポリチオフェンなどの随意置換されたポリマー、およびオリゴノマーなどの小分子を含む。異なる材料タイプのブレンド（例えば、ポリマーおよび小分子のブレンド）を含む材料のブレンドが使用されてもよい。有機半導体層の厚さは好ましくは５０から８０ｎｍである。
【００６６】
ソース電極およびドレイン電極
ＬＩＴＩ転写層における導電性材料成分（ソース電極およびドレイン電極）は、無機金属、導電性金属酸化物、あるいは導電性ポリマーであるように選択されてもよい。このような導電性ポリマーの一例はポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）であるが、他の導電性ポリマーも当該技術分野で既知である。
【００６７】
好ましくは、導電性材料は高伝導率を有し、また、高伝導率を達成するために低温で焼結可能な銀ナノ粒子を備えるように選択されてもよい。
【００６８】
ｐチャネル有機ＴＦＴについて、好ましくはソース電極およびドレイン電極は高仕事関数材料、好ましくは３．５ｅＶより大きな仕事関数の金属、例えば、金、プラチナ、パラジウム、モリブデン、タングステンまたはクロムを備える。より好ましくは、金属は、４．５から５．５ｅＶの範囲の仕事関数を有する。他の適切な化合物、合金、およびインジウムスズ酸化物などの酸化物もまた使用可能である。三酸化モリブデンまたは酸化モリブデンのさらなる層も適用可能である。
【００６９】
ソース電極およびドレイン電極は好ましくは、製造を容易にするために同一の材料から形成される。しかしながら、ソース電極およびドレイン電極は、それぞれ電荷注入および抽出を最適化するために異なる材料から形成されてもよい点が認識される。この場合、ＬＩＴＩドナー基板の転写層はこれに応じて修正される必要がある。
【００７０】
ソース電極とドレイン電極間に定義されるチャネルの長さは最大５００ミクロンであってもよいが、好ましくは、この長さは２００ミクロン未満、より好ましくは１００ミクロン未満、最も好ましくは２０ミクロン未満である。
【００７１】
ゲート電極
ゲート電極は、広範囲の導電性材料、例えば金属（例えば、金）または金属化合物（例えば、インジウムスズ酸化物）から選択可能である。あるいはまた、導電性ポリマーはゲート電極として堆積されてもよい。このような導電性ポリマーは、例えばスピンコーティングまたはインクジェットプリンティング技術および上記の他の溶液堆積技術を使用して溶液から堆積されてもよい。ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極の厚さは５から２００ｎｍの範囲であってもよいが、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定されるように通常は５０ｎｍである。
【００７２】
絶縁層（ゲート誘電体）
絶縁層は、高抵抗率を有する絶縁性材料から選択された誘電材料を備える。誘電体の誘電定数ｋは通常約２から３であるが、有機ＴＦＴについて達成可能なキャパシタンスはｋに比例し、かつドレイン電流ＩDはキャパシタンスに比例するため、ｋの値が高い材料が望ましい。したがって、動作電圧が低い高ドレイン電流を達成するために、チャネル領域において誘電層が薄い有機ＴＦＴが好ましい。
【００７３】
誘電材料は有機でも無機でもよい。好ましい無機材料はＳｉＯ2、ＳｉＮｘおよびスピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）を含む。好ましい有機材料は概してポリマーであり、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリジン（ＰＶＰ）などの絶縁性ポリマーと、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリレートと、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇから入手可能なベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）とを含む。絶縁層は、材料のブレンドによって形成されてもよく、あるいは多層構造を備えてもよい。
【００７４】
誘電材料は、当該技術分野で既知のように、熱蒸着、真空処理または積層技術によって堆積されてもよい。あるいはまた、誘電材料は、例えば、スピンコーティングまたはインクジェットプリンティング技術および上記の他の溶液堆積技術を使用して溶液から堆積されてもよい。
【００７５】
誘電材料が溶液から有機半導体に堆積される場合、有機半導体の溶解をもたらすことはない。同様に、有機半導体が溶液から誘電材料上に堆積される場合、誘電材料は溶解されることはない。このような溶解を回避するための技術は、直交溶媒の使用、つまり下地層を溶解しない最上層の堆積への溶媒の使用と、下地層の架橋とを含む。
【００７６】
絶縁層の厚さは好ましくは２マイクロメートル未満、より好ましくは５００ｎｍ未満である。
【００７７】
ドーパント材料
ＬＩＴＩ転写層のドーパント成分は、低ＬＵＭＯのアクセプタ化合物であるように選択されてもよい。例として、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）およびテトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）が挙げられる。
【００７８】
出願人は、ＧＢ２４５５０９６号において、銀とＦ４ＴＣＮＱの組み合わせは、有機ＴＦＴにおいてソースおよびドレインのコンタクトとして使用される場合に、優れた正孔注入特性を有することを示している。例えば、アセトニトリル中の飽和カロメル電極に対するＴＣＮＱＦ4の値０．５３およびＴＣＮＱの値わずか０．１７を付与する表ＩＶを参照のこと。ＴＣＮＱＦ4は本発明にしたがってソース／ドレインドーパントとして有用であることが分かっているが、本発明の実施形態にしたがってドーパントとして使用するのに適切な他の電子アクセプタ、例えば、ＴＣＮＱ（ＣＮ）2と、ＴＣＮＱＣｌ2およびＴＣＮＱＢｒ2などのＴＣＮＱのハロゲン化誘導体もまた表ＩＶに開示されている。他の電子アクセプタのフッ素化誘導体、例えばアントラキノン、ペリレンビスイミドおよびテトラシアノアントラキノジメタンのフッ素化誘導体などの誘導体もまた使用可能である。ドーパントの電子親和性を増大させるための他の電子求引置換基はニトロ（−ＮＯ2）およびシアノ（−ＣＮ）基を含む。
【００７９】
ＧＢ２４５５０９６号の実施形態は、ドーパントが、ソース／ドレイン電極に対するより良好な選択的結合、ソース／ドレイン電極上のＯＳＣのより良好な可湿性、およびより良好なドーピングによるＯＳＣの電荷移動性の改良を有するという、ＵＳ２００５／１３３７８２号に開示されているＴＣＮＱドーパントに対する改良を提供する。
【００８０】
有機ＴＦＴ用途
本発明の実施形態にしたがった有機ＴＦＴは、広範囲の可能な用途を有している。このような用途の１つは、光学デバイス、好ましくは有機光学デバイスの画素を駆動することである。このような光学デバイスの例は、光応答性デバイス、とりわけ光検出器と、発光デバイス、とりわけ有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）とを含む。有機ＴＦＴは、アクティブマトリクス有機発光デバイスとの併用、例えばディスプレイ用途での使用にとりわけ適している。
【００８１】
図９は、共通基板２１に製造された有機薄膜トランジスタおよび隣接する有機発光デバイスを備える画素を示している。有機ＴＦＴはゲート電極２２と、誘電層２４と、ソース電極２３ｓおよびドレイン電極２３ｄと、ＯＳＣ層２５とを備える。ＯＬＥＤは陽極２７と、陰極２９と、陽極と陰極間に提供されているエレクトロルミネセント層２８とを備える。電荷移送層、電荷注入層または電荷ブロック層などのさらなる層が陽極と陰極間に配置されてもよい。図６の実施形態では、陰極材料層が有機ＴＦＴとＯＬＥＤの両方に亘って延びており、絶縁層２６が、陰極層２９をＯＳＣ層２５から電気的に分離するために提供される。有機ＴＦＴおよびＯＬＥＤのアクティブエリアは、基板２１上に１層のフォトレジストを堆積して、これをパターニングすることによって形成された共通バンク材料によって定義され、基板上に有機ＴＦＴおよびＯＬＥＤエリアを定義する。本実施形態では、ドレイン電極２３ｄは、発光状態と非発光状態に有機発光デバイスを切り替えるために、有機発光デバイスの陽極に直接接続される。
【００８２】
図１０に示されている代替配置では、有機薄膜トランジスタは、有機発光デバイスに対して積層して製造されてもよい。このような実施形態では、有機薄膜トランジスタは、トップゲート構成またはボトムゲート構成で上記のように構築される。図６の実施形態のように、有機ＴＦＴおよびＯＬＥＤのアクティブエリアはフォトレジスト３３のパターニング層によって定義されるが、この積層配置では、２つの個別バンク層３３があり、一方はＯＬＥＤ用、もう一方は有機ＴＦＴ用である。（パッシベーション層としても既知である）平坦化層３１が有機ＴＦＴ上に堆積される。例示的パッシベーション層はＢＣＢおよびパリレンを含む。有機発光デバイスがパッシベーション層上に製造される。有機発光デバイスの陽極３４が、パッシベーション層３１およびバンク層３３を通過する導電性ビア３２によって有機薄膜トランジスタのドレイン電極に電気接続される。
【００８３】
有機ＴＦＴおよび光学アクティブエリア（例えば発光または光検知エリア）を備える画素回路がさらなる要素を備えてもよい点が認識される。とりわけ、図９および１０のＯＬＥＤ画素回路は通常、図示されている駆動トランジスタに加えて少なくとも１つのさらなるトランジスタと、少なくとも１つのコンデンサとを備えることになる。
【００８４】
ここに説明されている有機発光デバイスはトップ放射デバイスまたはボトム放射デバイスであってもよいことが認識される。つまり、デバイスは、デバイスの陽極側または陰極側のいずれかを介して発光可能である。透過デバイスでは、陽極および陰極の双方が透過性である。透過陰極デバイスは、（当然、完全透過デバイスが所望されなければ）透過陽極を有する必要はないため、ボトム放射デバイスに使用される透過陽極は、アルミニウム層などの反射性材料層によって置換または補完されてもよい点が認識される。
【００８５】
透過陰極はアクティブマトリクスデバイスについてとりわけ好都合であるが、それは、このようなデバイスにおける透過陽極を介する放射は、図１０に示されている実施形態から分かるように、放射画素の下に配置されている有機ＴＦＴ駆動回路によって少なくとも部分的にブロックされてもよいからである。
【００８６】
本発明は好ましい実施形態を参照して具体的に図示および説明されているが、添付の請求項によって定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細に関する種々の変更がなされてもよい点が当業者によって理解される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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