JPWO2009028453A1 - Thin film transistor - Google Patents
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Abstract
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)素子の安定化、即ち、移動度の向上、off電流の低下を果たしたon/off比の高い薄膜トランジスタを提供し、また、生産効率が向上した薄膜トランジスタを提供する。本発明の薄膜トランジスタは、金属酸化物半導体からなる第1の活性層と、有機半導体からなる第2の活性層を有し、第1と第2の活性層が積層した構成を有することを特徴とする。The present invention provides a thin film transistor having a high on / off ratio that stabilizes a thin film transistor (TFT) element, that is, improves mobility and lowers off current, and provides a thin film transistor with improved production efficiency. The thin film transistor of the present invention has a structure in which a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor are stacked, and the first and second active layers are laminated. To do.
Description
本発明は薄膜トランジスタ(TFT)に関し、さらに有機活性材料および無機酸化物活性材料により構成される薄膜トランジスタに関する。 The present invention relates to a thin film transistor (TFT), and further relates to a thin film transistor composed of an organic active material and an inorganic oxide active material.
薄膜トランジスタは、よく知られておりまた有機半導体に関する研究は非常に活発になっている。 Thin film transistors are well known and research on organic semiconductors is very active.
薄膜トランジスタにおいてn型有機半導体とp型有機半導体を積層構成とした、両性駆動特性を示すTFTが知られている(例えば、特許文献1、2)
いずれも、n型とp型の有機半導体層を積層した構成を有し、n型とp型の有機半導体層の積層構成にて、SD電極が二つの半導体層に挟まれた位置に形成されている。A TFT having an amphoteric drive characteristic in which an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor are stacked in a thin film transistor is known (for example, Patent Documents 1 and 2).
Both have a configuration in which n-type and p-type organic semiconductor layers are stacked, and in the stacked configuration of n-type and p-type organic semiconductor layers, the SD electrode is formed at a position sandwiched between two semiconductor layers. ing.
これらは、薄膜トランジスタにおける、ゼロバイアス時の電流(off電流)の低減、キャリア移動度の向上、on/off比の改善を行うこと、また、両性駆動特性、即ちバイアス条件に依存してp型チャネルあるいはn型チャネルトランジスタとなる特性を用いて、従来技術に係わる相補回路において、いずれのトランジスタとしても利用できることも目的としている。 These include the reduction of current at zero bias (off current), improvement of carrier mobility, improvement of on / off ratio in a thin film transistor, and p-type channel depending on amphoteric driving characteristics, that is, bias conditions. Alternatively, it is an object of the present invention to be able to be used as any transistor in a complementary circuit related to the prior art by using the characteristics of an n-type channel transistor.
しかしながら、上記の従来技術では、移動度、on/off比、閾値などの駆動特性が低いだけでなく、耐久性も問題となっている。
従って本発明の目的は、薄膜トランジスタ(TFT)素子の安定化、即ち、移動度の向上、off電流の低下を果たしたon/off比の高い薄膜トランジスタを提供するものであり、また、温度変化や、高湿また低湿等に強く耐久性が高い、生産効率が向上した薄膜トランジスタを供給することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film transistor having a high on / off ratio that stabilizes a thin film transistor (TFT) element, that is, improves mobility and lowers off current, The object is to provide a thin film transistor that is resistant to high or low humidity and has high durability and improved production efficiency.
本発明の上記課題は以下の手段により達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following means.
1.金属酸化物半導体からなる第1の活性層と、有機半導体からなる第2の活性層を有し、第1と第2の活性層が積層した構成を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。 1. A thin film transistor comprising a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor, wherein the first and second active layers are stacked.
2.第1の活性層上に、第2の活性層が形成されたことを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタ。 2. 2. The thin film transistor according to 1 above, wherein a second active layer is formed on the first active layer.
3.第1の活性層の表面が、有機物による表面処理を施されていることを特徴とする前記1または2に記載の薄膜トランジスタ。 3. 3. The thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein the surface of the first active layer is subjected to a surface treatment with an organic substance.
4.少なくとも第2の活性層が、溶液からのキャストで形成されたことを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 4). 4. The thin film transistor according to any one of 1 to 3, wherein at least the second active layer is formed by casting from a solution.
5.第1の活性層が溶液からのキャストを含む工程により形成されたことを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 5. 5. The thin film transistor according to any one of items 1 to 4, wherein the first active layer is formed by a process including casting from a solution.
6.n型チャネル動作およびp型チャネル動作の両方の駆動特性を示すことを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 6). 6. The thin film transistor according to any one of 1 to 5, wherein the thin film transistor exhibits driving characteristics of both n-type channel operation and p-type channel operation.
7.第2の活性層がp型半導体であることを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 7). 7. The thin film transistor according to any one of 1 to 6, wherein the second active layer is a p-type semiconductor.
8.金属酸化物半導体からなる第1の活性層が、In、Zn、Snのいずれかを含むことを特徴とする前記1〜7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 8). 8. The thin film transistor according to any one of 1 to 7, wherein the first active layer made of a metal oxide semiconductor contains any one of In, Zn, and Sn.
9.金属酸化物半導体からなる第1の活性層が、Ga、Alを含むことを特徴とする前記1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 9. 9. The thin film transistor according to any one of 1 to 8, wherein the first active layer made of a metal oxide semiconductor contains Ga and Al.
10.有機半導体からなる第2の活性層が、下記一般式(OSC1)で表される化合物を含有することを特徴とする前記1〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 10. 10. The thin film transistor according to any one of 1 to 9, wherein the second active layer made of an organic semiconductor contains a compound represented by the following general formula (OSC1).
(式中、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、Z1またはZ2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1またはn2は0〜3の整数を表す。)
11.第1の活性層がトップコンタクト型構成によりソース、ドレインに接触することを特徴とする前記1〜10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。(Wherein R 1 to R 6 represent a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, n1 or n2 represents an integer of 0 to 3.)
11. 11. The thin film transistor according to any one of 1 to 10, wherein the first active layer is in contact with a source and a drain by a top contact type configuration.
本発明により、移動度、on/off比、閾値などの駆動特性が向上した、耐久性が高い、薄膜トランジスタを得ることができる。 According to the present invention, a highly durable thin film transistor with improved driving characteristics such as mobility, on / off ratio, and threshold can be obtained.
1 超音波噴霧器
11 導入管
12 原料貯留部
13 超音波発生部
14 電源
15 放出管
21 第1電極
22、32 第2電極
22R、35 ロール回転電極
25A、25B 高周波電源
26A、26B マッチングボックス
27A、27B フィルタ
30 大気圧プラズマ処理装置
101 基板
102 ゲート電極
103 ゲート絶縁層
104 第1の活性層
106 第2の活性層
105 ソース・ドレイン電極
105a ソース電極
105b ドレイン電極
120 薄膜トランジスタシート
121 ゲートバスライン
122 ソースバスライン
124 薄膜トランジスタ素子
125 蓄積コンデンサ
126 出力素子
127 垂直駆動回路
128 水平駆動回路DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sprayer 11 Introducing pipe 12 Raw material storage part 13 Ultrasonic wave generation part 14 Power supply 15 Release pipe 21 1st electrode 22, 32 2nd electrode 22R, 35 Roll rotation electrode 25A, 25B High frequency power supply 26A, 26B Matching box 27A, 27B Filter 30 Atmospheric pressure plasma processing apparatus 101 Substrate 102 Gate electrode 103 Gate insulating layer 104 First active layer 106 Second active layer 105 Source / drain electrode 105a Source electrode 105b Drain electrode 120 Thin film transistor sheet 121 Gate bus line 122 Source bus line 124 Thin film transistor element 125 Storage capacitor 126 Output element 127 Vertical drive circuit 128 Horizontal drive circuit
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail.
上述の目的を達成するために、本発明の薄膜トランジスタは、金属酸化物半導体からなる第1の活性層と、有機半導体から成る第2の活性層を有し、第1と第2の活性層が積層した構成を有するものである。 In order to achieve the above-described object, a thin film transistor of the present invention has a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor, and the first and second active layers are It has a laminated structure.
即ち、チャネル領域と、チャネル領域を介して対向して配置されたソース電極とドレイン電極と、少なくともチャネル領域を覆う絶縁層と、チャネル上の絶縁層上に形成されたゲート電極とからなる電界効果型トランジスタにおいて、ソース電極とドレイン電極間に形成されるチャネル領域は、金属酸化物半導体からなる第1の活性層と有機半導体から成る第2の活性層とが積層した構成を有している。 That is, a field effect comprising a channel region, a source electrode and a drain electrode arranged to face each other through the channel region, an insulating layer covering at least the channel region, and a gate electrode formed on the insulating layer on the channel In a type transistor, a channel region formed between a source electrode and a drain electrode has a structure in which a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor are stacked.
本発明の薄膜トランジスタは、金属酸化物半導体からなる第1の活性層と有機半導体から成る第2の活性層とからなる有機/無機ハイブリッド化半導体材料である。 The thin film transistor of the present invention is an organic / inorganic hybrid semiconductor material composed of a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor.
本発明において、金属酸化物半導体からなる第1の活性層、また有機半導体から成る第2の活性層は、それぞれ単一半導体材料であっても、同一導電型の二種類またはそれ以上の有機半導体材料から形成されていてもよい。 In the present invention, the first active layer made of a metal oxide semiconductor and the second active layer made of an organic semiconductor may each be a single semiconductor material, or two or more organic semiconductors of the same conductivity type. It may be formed from a material.
金属酸化物半導体からなる第1の活性層における半導体の電子移動度は、10−3cm2/V・s以上であることが好ましく、また、本発明の有機半導体から成る第2の活性層における半導体の正孔の移動度は10−3cm2/V・s以上であることが好ましい。The electron mobility of the semiconductor in the first active layer made of the metal oxide semiconductor is preferably 10 −3 cm 2 / V · s or more, and in the second active layer made of the organic semiconductor of the present invention. The hole mobility of the semiconductor is preferably 10 −3 cm 2 / V · s or more.
本発明において用いられる金属酸化物半導体に制限はないが、n型の半導体材料であることが好ましく、スパッタなど公知のプロセスで作成可能であるが、金属酸化物半導体の前駆体となる金属成分を含む薄膜を設けた後、該薄膜を熱酸化、プラズマ酸化あるいは、酸素の存在下で光照射すること等により酸化処理して金属酸化物半導体薄膜を得ることが好ましい。 Although there is no restriction | limiting in the metal oxide semiconductor used in this invention, It is preferable that it is an n-type semiconductor material, and it can produce it by well-known processes, such as a sputtering, After providing the thin film, it is preferable to obtain a metal oxide semiconductor thin film by oxidizing the thin film by thermal oxidation, plasma oxidation, or light irradiation in the presence of oxygen.
本発明において、金属酸化物半導体からなる第1の活性層の形成には、金属酸化物半導体の前駆体となる材料を含有する薄膜を形成し、形成された薄膜を、次いで、酸化処理することにより形成する。薄膜の酸化処理法としては、熱酸化法、またプラズマ酸化法、また、UVオゾン法等の方法を用いることができる。 In the present invention, the first active layer made of a metal oxide semiconductor is formed by forming a thin film containing a material that is a precursor of the metal oxide semiconductor, and then oxidizing the formed thin film. To form. As a thin film oxidation treatment method, a thermal oxidation method, a plasma oxidation method, a UV ozone method, or the like can be used.
金属酸化物半導体の前駆体としては、金属原子を含む、金属塩、金属ハロゲン化物、有機金属化合物を挙げることができる。 Examples of the metal oxide semiconductor precursor include metal salts, metal halides, and organometallic compounds containing metal atoms.
金属酸化物、金属塩、金属ハロゲン化物、有機金属化合物、金属水素化合物の金属としては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げることができる。 Metal oxides, metal salts, metal halides, organometallic compounds, metal hydride metals include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl , Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and the like.
それらの金属塩のうち、インジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むことが好ましく、それらを併用して混合させてもよい。また、その他の金属として、ガリウムまたはアルミニウムを含むことが好ましい。 Among these metal salts, it is preferable to contain any of indium, tin, and zinc, and they may be used in combination. Moreover, it is preferable that a gallium or aluminum is included as another metal.
金属塩としては、硝酸塩、酢酸塩等を、ハロゲン化物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等を好適に用いることができる。 As metal salts, nitrates, acetates and the like can be suitably used, and as halides, chlorides, iodides, bromides and the like can be suitably used.
有機金属化合物としては、下記の一般式(I)で示すものが挙げられる。 Examples of the organometallic compound include those represented by the following general formula (I).
一般式(I) R1 xMR2 yR3 z
式中、Mは金属、R1はアルキル基、R2はアルコキシ基、R3はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基であり、金属Mの価数をmとした場合、x+y+z=mであり、x=0〜m、またはx=0〜m−1であり、y=0〜m、z=0〜mで、いずれも0または正の整数である。R1のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。R2のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。R3のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう)、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基(またはアセトキシ基)、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は18以下が好ましい。また直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。有機金属化合物のなかでは、分子内に少なくとも1つ以上の酸素を有するものが好ましい。このようなものとしてR2のアルコキシ基を少なくとも1つを含有する有機金属化合物、またR3のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基を少なくとも1つ有する金属化合物が最も好ましい。金属塩のなかでは、硝酸塩が好ましい。硝酸塩は高純度品が入手しやすく、また使用時の媒体として好ましい水に対する溶解度が高い。硝酸塩としては、硝酸インジウム、硝酸錫、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム等が挙げられる。Formula (I) R 1 x MR 2 y R 3 z
In the formula, M is a metal, R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkoxy group, R 3 is a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group, and a ketooxy group (ketooxy complex group). X + y + z = m, x = 0 to m, or x = 0 to m−1, and y = 0 to m, z = 0. ~ M, each of which is 0 or a positive integer. Examples of the alkyl group for R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkoxy group for R 2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a 3,3,3-trifluoropropoxy group. Moreover, the hydrogen atom of the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the group selected from the β-diketone complex group, the β-ketocarboxylic acid ester complex group, the β-ketocarboxylic acid complex group, and the ketooxy group (ketooxy complex group) of R 3 include, for example, 2,4 -Pentanedione (also called acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione , 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione and the like, as the β-ketocarboxylic acid ester complex group, for example, acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid ethyl ester, acetoacetic acid propyl ester, trimethylacetate Examples thereof include ethyl acetate, methyl trifluoroacetoacetate and the like. As β-ketocarboxylic acid, For example, acetoacetic acid, trimethylacetoacetic acid and the like can be mentioned, and examples of ketooxy include acetooxy group (or acetoxy group), propionyloxy group, butyryloxy group, acryloyloxy group, methacryloyloxy group and the like. These groups preferably have 18 or less carbon atoms. Further, it may be linear or branched, or a hydrogen atom may be a fluorine atom. Among organometallic compounds, those having at least one oxygen in the molecule are preferable. As such, an organometallic compound containing at least one alkoxy group of R 2 , a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group and a ketooxy group (ketooxy group) of R 3 Most preferred are metal compounds having at least one group selected from (complex groups). Among the metal salts, nitrate is preferable. Nitrate is easily available as a high-purity product and has high solubility in water, which is preferable as a medium for use. Examples of nitrates include indium nitrate, tin nitrate, zinc nitrate, and gallium nitrate.
本発明の半導体膜の形成に使用する薄膜形成材料としては、金属原子含有化合物が好ましい。金属原子含有化合物としては、金属塩、有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等を挙げることができるが、特に好ましい有機金属化合物としては、前記一般式(I)で表される金属化合物が挙げられる。 As a thin film forming material used for forming the semiconductor film of the present invention, a metal atom-containing compound is preferable. Examples of the metal atom-containing compound include metal salts, organometallic compounds, halogen metal compounds, metal hydride compounds, and the like. Particularly preferred organometallic compounds include the metal compounds represented by the general formula (I). Can be mentioned.
以上の前駆体のうち、好ましいのは、金属の硝酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド類である。具体例としては、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−i−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−i−プロポキシスズ、トリ−i−プロポキシガリウム、トリ−i−プロポキシアルミニウムなどが挙げられる。 Of the above precursors, metal nitrates, halides, and alkoxides are preferable. Specific examples include indium nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate, tin nitrate, aluminum nitrate, indium chloride, zinc chloride, tin chloride (divalent), tin chloride (tetravalent), gallium chloride, aluminum chloride, tri-i-. Examples include propoxyindium, diethoxyzinc, bis (dipivaloylmethanato) zinc, tetraethoxytin, tetra-i-propoxytin, tri-i-propoxygallium, and tri-i-propoxyaluminum.
(成膜方法、パターン化方法)
前述の前駆体の薄膜の形成方法としては、前駆体の溶液を塗設し、溶媒をキャストさせることで薄膜を形成することが好ましい。(Film formation method, patterning method)
As a method for forming the precursor thin film, it is preferable to form the thin film by coating a solution of the precursor and casting the solvent.
溶媒としては、水や、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル系、また、アセトニトリルなど、さらに、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、トリデカンなどの脂肪族炭化水素溶媒、α−テルピネオール、また、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、N−メチルピロリドン、二硫化炭素等を好適に用いることができるが、特に、水や、エタノール、などのアルコール類、また、アセトニトリルなど、前駆体を溶解することのできる溶媒であれば任意のものを用いることができる。 Solvents include water, alcohols such as ethanol, propanol and ethylene glycol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone, diethylene glycol monomethyl ether, etc. Glycol ethers, acetonitrile, and other aromatic hydrocarbon solvents such as xylene and toluene, aromatic solvents such as o-dichlorobenzene, nitrobenzene, and m-cresol, aliphatic carbonization such as hexane, cyclohexane, and tridecane Hydrogen solvents, α-terpineol, alkyl halide solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, N-methylpyrrolidone, carbon disulfide and the like can be suitably used. Alcohols such as ethanol and, also, such as acetonitrile, can be used any as long as it is a solvent which can dissolve the precursor.
本発明において、薄膜形成材料を含有する液体を基材上に適用して、金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ミスト法、など、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法でパターン化する方法などが挙げられる。塗布膜からフォトリソグラフ法、レーザーアブレーションなどによりパターン化してもよい。金属微粒子を含む薄膜の成膜、パターン化には従来の公知な方法が適用できる。これらのうち、好ましいのは薄膜の塗布が可能な、スプレーコート、ミスト法である。 In the present invention, as a method of forming a thin film containing a metal oxide semiconductor precursor by applying a liquid containing a thin film forming material on a substrate, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, Examples thereof include a dip coating method, a cast method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, and a mist method, and a patterning method using a printing method such as a relief plate, an intaglio plate, a planographic printing method, a screen printing method, and an ink jet method. The coating film may be patterned by photolithography, laser ablation, or the like. Conventionally known methods can be applied to the formation and patterning of a thin film containing metal fine particles. Of these, the spray coating and mist methods that can apply a thin film are preferable.
ミスト法における好ましい液滴の形成方法について以下に述べる。 A preferred droplet forming method in the mist method will be described below.
図1は、薄膜形成材料を含有する液体を液滴として基材上に付与もしくは電極間に供給する場合に用いられる超音波噴霧器の概略図である。これにより微小液滴(液滴)を形成することができる。図1中、1は超音波噴霧器、11は窒素ガスを導入する導入管、12は液滴原料としての薄膜形成材料を含有する液体Lを貯留する原料貯留部、13は超音波発生部、14は超音波発生部13に接続された電源、15は発生した液滴を放出する放出管である。導入管11から原料貯留部12に窒素ガスを導入し、かつ、電源14をONすることにより超音波発生部13から超音波を発生させると、液滴が発生する。このようにして発生した液滴は、放出管15を通って超音波噴霧器1外へ放出され、図示しない大気圧プラズマ装置の適宜の場所において基材上に、液滴が噴霧され、基材上に形成される該薄膜に対し、大気圧プラズマ処理装置においてプラズマ酸化が施されることになる。 FIG. 1 is a schematic view of an ultrasonic sprayer used when a liquid containing a thin film forming material is applied as droplets on a substrate or supplied between electrodes. Thereby, a micro droplet (droplet) can be formed. In FIG. 1, 1 is an ultrasonic atomizer, 11 is an introduction tube for introducing nitrogen gas, 12 is a raw material reservoir for storing a liquid L containing a thin film forming material as a droplet raw material, 13 is an ultrasonic generator, 14 Is a power source connected to the ultrasonic wave generator 13, and 15 is a discharge tube for discharging the generated droplets. When nitrogen gas is introduced from the introduction pipe 11 into the raw material storage unit 12 and the power source 14 is turned on to generate ultrasonic waves from the ultrasonic wave generation unit 13, droplets are generated. The droplets generated in this way are discharged to the outside of the ultrasonic sprayer 1 through the discharge tube 15, and the droplets are sprayed onto the substrate at an appropriate location of an atmospheric pressure plasma apparatus (not shown). Plasma oxidation is performed on the thin film to be formed in the atmospheric pressure plasma processing apparatus.
図2は、超音波噴霧器を備えた枚葉式の大気圧プラズマ処理装置の概略図であり、これにより液滴の噴霧による薄膜の形成と大気圧プラズマ処理によるプラズマ酸化が連続してあるいは同時に行える。図2中、1は図1と同様の超音波噴霧器である。超音波噴霧器1から下部方向に噴霧された液滴Mは、噴霧空間Aで基材S上に付与されることになる。21は固定された第1電極、22は基材Sを支持し、図中矢印の方向に反復運動することが可能な第2電極である。第1電極21と第2電極22とは所定のギャップを有して対向して設けられ、このギャップが放電空間Dを構成する。第1電極21と第2電極22は、それぞれ負荷であるフィルタ27Aまたは27Bと、さらにマッチングボックス26Aまたは26Bと、さらに高周波電源25Aまたは25Bと接続され、接地されている。フィルタは、異なる2種類の高周波電界を前記放電空間で重畳するため、互いの電源に互いの高周波が影響を与えないために挿入するものである。また、マッチングボックスは、高周波電源のエネルギーを有効に利用するため、負荷のもつリアクタンス成分をキャンセルし、インピーダンスを補正するために挿入している。 FIG. 2 is a schematic diagram of a single-wafer type atmospheric pressure plasma processing apparatus equipped with an ultrasonic atomizer, whereby thin film formation by droplet spraying and plasma oxidation by atmospheric pressure plasma processing can be performed continuously or simultaneously. . In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an ultrasonic sprayer similar to that shown in FIG. The droplets M sprayed downward from the ultrasonic sprayer 1 are applied onto the substrate S in the spray space A. Reference numeral 21 denotes a fixed first electrode, and reference numeral 22 denotes a second electrode that supports the substrate S and can be repeatedly moved in the direction of the arrow in the figure. The first electrode 21 and the second electrode 22 are provided to face each other with a predetermined gap, and this gap constitutes the discharge space D. The first electrode 21 and the second electrode 22 are connected to a filter 27A or 27B, which is a load, a matching box 26A or 26B, and a high-frequency power source 25A or 25B, respectively, and are grounded. The filter is inserted in order to superimpose two different types of high-frequency electric fields in the discharge space so that the high-frequency waves do not affect each other's power supply. The matching box is inserted to cancel the reactance component of the load and correct the impedance in order to effectively use the energy of the high-frequency power source.
高周波電源25Aにより発生させる第1の高周波電界および高周波電源25Bにより発生させる第2の高周波電界は、次の関係を満たす。第1の高周波電界の周波数ω1より第2の高周波電界の周波数ω2が高く、かつ、前記第1の高周波電界の強さV1、前記第2の高周波電界の強さV2および放電開始電界の強さIVとの関係が、V1≧IV>V2、または、V1>IV≧V2を満たす。前述したように、この関係を満たす2種類の高周波電界を重畳することで、放電開始電界強度が大きい窒素等のガスを用いた場合でも、安定して高密度な放電状態を達成することができ、質の高い製膜を行うことができる。 The first high-frequency electric field generated by the high-frequency power supply 25A and the second high-frequency electric field generated by the high-frequency power supply 25B satisfy the following relationship. The frequency ω2 of the second high-frequency electric field is higher than the frequency ω1 of the first high-frequency electric field, and the strength V1 of the first high-frequency electric field, the strength V2 of the second high-frequency electric field, and the strength of the discharge start electric field The relationship with IV satisfies V1 ≧ IV> V2 or V1> IV ≧ V2. As described above, by superimposing two types of high-frequency electric fields satisfying this relationship, a stable and high-density discharge state can be achieved even when a gas such as nitrogen having a high discharge starting electric field strength is used. High-quality film formation can be performed.
例えば、第1の高周波電界としては周波数100kHzの高周波を、それと対向する第2の高周波電界としては周波数13.56MHzの高周波を用いる。そして、電極間には、窒素ガスに対し、例えば、酸素ガス0.1体積%の混合ガスを導入し放電空間を形成させる。 For example, a high frequency with a frequency of 100 kHz is used as the first high frequency electric field, and a high frequency with a frequency of 13.56 MHz is used as the second high frequency electric field facing the first high frequency electric field. Between the electrodes, for example, a mixed gas of 0.1% by volume of oxygen gas is introduced into the nitrogen gas to form a discharge space.
ガラス等の基材Sは、第2電極22上に載置され、噴霧空間Aと放電空間Dとの間を反復移動する。噴霧空間Aでは薄膜形成材料を含有した液体の液滴が基材S上に付与される。放電空間Dでは、窒素等の放電ガスが供給され、2種類の高周波電界が重畳され、高密度なプラズマが発生しており、ここに液滴が付与された基材Sが晒される。これを繰り返すことによってプラズマ処理が行われる。 The substrate S such as glass is placed on the second electrode 22 and repeatedly moves between the spray space A and the discharge space D. In the spray space A, liquid droplets containing the thin film forming material are applied onto the substrate S. In the discharge space D, a discharge gas such as nitrogen is supplied, two kinds of high-frequency electric fields are superimposed, and high-density plasma is generated, and the substrate S to which droplets are applied is exposed. Plasma processing is performed by repeating this.
図3も、超音波噴霧器を備えたロール式の大気圧プラズマ処理装置の概略図である。図3中、参照符号で図2と同一であるものは、図2で説明した部材と同じである。図3においてSはプラスチックフィルム等の長尺の基材である。基材Sは第2電極であるロール電極22Rの周囲に巻回され図中の矢印の方向に搬送されている。超音波噴霧器1から噴霧される薄膜形成材料を含有する液滴Mは、噴霧空間Aにおいて、基材S上に付与される。その後、第1電極21と第2電極22Rとの間で形成される放電空間Dを、液滴Mが付与された基材Sが通過すると、薄膜が形成される。 FIG. 3 is also a schematic view of a roll-type atmospheric pressure plasma processing apparatus provided with an ultrasonic atomizer. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same as the members described in FIG. In FIG. 3, S is a long base material such as a plastic film. The base material S is wound around the roll electrode 22R that is the second electrode, and is conveyed in the direction of the arrow in the drawing. The droplet M containing the thin film forming material sprayed from the ultrasonic sprayer 1 is applied on the substrate S in the spray space A. Thereafter, when the base material S to which the droplet M is applied passes through the discharge space D formed between the first electrode 21 and the second electrode 22R, a thin film is formed.
大気圧プラズマ処理装置に設置する第1電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
A1 神鋼電機 3kHz SPG3−4500
A2 神鋼電機 5kHz SPG5−4500
A3 春日電機 15kHz AGI−023
A4 神鋼電機 50kHz SPG50−4500
A5 ハイデン研究所 100kHz* PHF−6k
A6 パール工業 200kHz CF−2000−200k
A7 パール工業 400kHz CF−2000−400k
等の市販のものを挙げることができ、いずれも使用することができる。As the first power supply (high frequency power supply) installed in the atmospheric pressure plasma processing apparatus,
Applied power symbol Manufacturer Frequency Product name A1 Shinko Electric 3kHz SPG3-4500
A2 Shinko Electric 5kHz SPG5-4500
A3 Kasuga Electric 15kHz AGI-023
A4 Shinko Electric 50kHz SPG50-4500
A5 HEIDEN Research Laboratories 100kHz * PHF-6k
A6 Pearl Industry 200kHz CF-2000-200k
A7 Pearl Industry 400kHz CF-2000-400k
And the like, and any of them can be used.
また、第2電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
B1 パール工業 800kHz CF−2000−800k
B2 パール工業 2MHz CF−2000−2M
B3 パール工業 13.56MHz CF−5000−13M
B4 パール工業 27MHz CF−2000−27M
B5 パール工業 150MHz CF−2000−150M
等の市販のものを挙げることができ、いずれも好ましく使用できる。As the second power source (high frequency power source),
Applied power supply symbol Manufacturer Frequency Product name B1 Pearl Industry 800kHz CF-2000-800k
B2 Pearl Industry 2MHz CF-2000-2M
B3 Pearl Industry 13.56MHz CF-5000-13M
B4 Pearl Industry 27MHz CF-2000-27M
B5 Pearl Industry 150MHz CF-2000-150M
And the like, and any of them can be preferably used.
なお、上記電源のうち、*印はハイデン研究所インパルス高周波電源(連続モードで100kHz)である。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。 Of the above power supplies, * indicates a HEIDEN Laboratory impulse high-frequency power supply (100 kHz in continuous mode). Other than that, it is a high-frequency power source that can apply only a continuous sine wave.
本発明において、対向する電極間に印加する電力は、第2電極(第2の高周波電界)に1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、エネルギーを薄膜形成液滴に与え、プラズマ酸化を行う。第2電極に供給する電力の上限値としては、好ましくは50W/cm2、より好ましくは20W/cm2である。下限値は、好ましくは1.2W/cm2である。なお、放電面積(cm2)は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。In the present invention, the power applied between the electrodes facing each other supplies power (power density) of 1 W / cm 2 or more to the second electrode (second high-frequency electric field) to excite the discharge gas to generate plasma. , Energy is applied to the thin film-forming droplet, and plasma oxidation is performed. The upper limit value of the power supplied to the second electrode is preferably 50 W / cm 2 , more preferably 20 W / cm 2 . The lower limit is preferably 1.2 W / cm 2 . In addition, discharge area (cm < 2 >) points out the area of the range which discharge occurs in an electrode.
また、第1電極(第1の高周波電界)にも、1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給することにより、第2の高周波電界の均一性を維持したまま、出力密度を向上させることができる。これにより、さらなる均一高密度プラズマを生成でき、さらなる製膜速度の向上と膜質の向上が両立できる。好ましくは5W/cm2以上である。第1電極に供給する電力の上限値は、好ましくは50W/cm2である。Further, by supplying power (output density) of 1 W / cm 2 or more to the first electrode (first high frequency electric field), the output density is improved while maintaining the uniformity of the second high frequency electric field. be able to. Thereby, a further uniform high-density plasma can be generated, and a further improvement in film forming speed and an improvement in film quality can be achieved. Preferably it is 5 W / cm 2 or more. The upper limit value of the power supplied to the first electrode is preferably 50 W / cm 2 .
ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれるON/OFFを断続的に行う断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも第2電極側(第2の高周波電界)は連続サイン波の方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。 Here, the waveform of the high-frequency electric field is not particularly limited. There are a continuous sine wave continuous oscillation mode called a continuous mode, an intermittent oscillation mode called ON / OFF intermittently called a pulse mode, and either of them may be adopted, but at least the second electrode side (second The high-frequency electric field is preferably a continuous sine wave because a denser and better quality film can be obtained.
これらにより、薄膜形成材料を含有する液体は、基材上に噴霧等により液滴として付与されることが好ましい。液滴の平均粒径は5μm以下、好ましくは1μm以下である。液滴の平均粒径の測定方法は、液滴群にレーザー光を照射し、そこから発せられる回折・散乱光の強度分布パターンから粒度分布を算出する方法が簡便であり、東日コンピュータアプリケーションズ株式会社のLDSA−1500A等が利用できる。 Accordingly, the liquid containing the thin film forming material is preferably applied as droplets by spraying or the like on the substrate. The average particle size of the droplets is 5 μm or less, preferably 1 μm or less. The average particle size of the droplets can be measured by simply irradiating the droplet group with laser light and calculating the particle size distribution from the intensity distribution pattern of the diffracted / scattered light emitted from it. The company's LDSA-1500A can be used.
本発明においては、このように、金属酸化物半導体の前駆体となる金属を含有する薄膜を形成した後、該薄膜に対し、プラズマ酸化を施すことにより、金属酸化物半導体を製造する。 In this invention, after forming the thin film containing the metal used as the precursor of a metal oxide semiconductor in this way, a metal oxide semiconductor is manufactured by performing plasma oxidation with respect to this thin film.
金属酸化物半導体の前駆体となる金属の材料から形成された薄膜を酸化する方法として、本発明においては、前記の如くプラズマ酸化を用いることが好ましい。 As a method for oxidizing a thin film formed of a metal material which is a precursor of a metal oxide semiconductor, it is preferable to use plasma oxidation as described above in the present invention.
プラズマ酸化としては、前記大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ法が好ましい。またプラズマ酸化において、前駆体を含有する薄膜を形成した基板は、150℃〜300℃の範囲で加熱させることが好ましい。 As the plasma oxidation, an atmospheric pressure plasma method using the atmospheric pressure plasma processing apparatus is preferable. In plasma oxidation, the substrate on which the thin film containing the precursor is formed is preferably heated in the range of 150 ° C to 300 ° C.
大気圧プラズマ法では、大気圧下で、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスを放電ガスとして、これと共に反応ガス(酸素を含むガス)を放電空間に導入して、高周波電界を印加して、放電ガスを励起させ、プラズマ発生させ、反応ガスと接触させて酸素プラズマを発生させ、基体表面をこれに晒すことでプラズマ酸化を行う。大気圧下とは、20〜110kPaの圧力を表すが、好ましくは93〜104kPaである。 In the atmospheric pressure plasma method, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used as a discharge gas under atmospheric pressure, and a reactive gas (a gas containing oxygen) is introduced into the discharge space and a high frequency electric field is applied. The plasma oxidation is performed by exciting the discharge gas, generating plasma, bringing it into contact with the reaction gas, generating oxygen plasma, and exposing the substrate surface to this. Under atmospheric pressure represents a pressure of 20 to 110 kPa, preferably 93 to 104 kPa.
大気圧プラズマ法により、酸素含むガスを反応性ガスとして用いて酸素プラズマを発生させるとき、使用するガスは、薄膜の種類によって異なるが、基本的には放電ガス(不活性ガス)と酸化性ガスの混合ガスである。プラズマ酸化を行う場合、酸化性ガスとして酸素ガスを混合ガスに対し、0.01〜10体積%含有させることが好ましい。0.1〜10体積%であることがより好ましいが、さらに好ましくは、0.1〜5体積%である。 When an oxygen plasma is generated using a gas containing oxygen as a reactive gas by the atmospheric pressure plasma method, the gas to be used varies depending on the type of thin film, but basically a discharge gas (inert gas) and an oxidizing gas. It is a mixed gas. When performing plasma oxidation, it is preferable to contain 0.01-10 volume% of oxygen gas with respect to mixed gas as oxidizing gas. Although it is more preferable that it is 0.1-10 volume%, More preferably, it is 0.1-5 volume%.
上記不活性ガスとしては、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンや、窒素ガス等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴン、窒素ガスが好ましく用いられる。 Examples of the inert gas include Group 18 elements of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen gas, etc., in order to obtain the effects described in the present invention. For this, helium, argon, or nitrogen gas is preferably used.
また、反応ガスを放電空間である電極間に導入するには、常温常圧で構わない。 In order to introduce the reaction gas between the electrodes which are the discharge space, normal temperature and normal pressure may be used.
大気圧下でのプラズマ法については特開平11−61406、同11−133205、特開2000−121804、同2000−147209、同2000−185362、WO2006/129461等に記載されている。 The plasma method under atmospheric pressure is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP-A-2000-121804, JP-A-2000-147209, JP-A-2000-185362, WO2006 / 129461, and the like.
また、プラズマ酸化において、基板を150℃〜300℃の範囲で加熱させることが好ましい。 In the plasma oxidation, it is preferable to heat the substrate in the range of 150 ° C. to 300 ° C.
(酸化物半導体薄膜)
本発明の方法により、前述した金属原子から選ばれた単独、または複数の金属原子を含む金属酸化物半導体の薄膜を作製する。金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜を用いる。(Oxide semiconductor thin film)
By the method of the present invention, a metal oxide semiconductor thin film containing a single metal atom or a plurality of metal atoms selected from the metal atoms described above is produced. As the metal oxide semiconductor, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferably used.
形成された金属酸化物半導体に含まれる金属原子は、前駆体の記述に挙げたものと同様に、インジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウムまたはアルミニウムを含むことが好ましい。 The metal atom contained in the formed metal oxide semiconductor preferably contains any of indium, tin, and zinc, and further preferably contains gallium or aluminum, as described in the description of the precursor.
好ましい組成比としては、Inを1としたときに、ZnySn1−y(ここにおいてyは0〜1の正数)は0.2〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。また、Inを1としたときに、GaまたはAlの組成比は0〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。As a preferable composition ratio, when In is 1, Zn y Sn 1-y (where y is a positive number from 0 to 1 ) is preferably 0.2 to 5, more preferably 0.5 to 2. is there. Moreover, when In is set to 1, the composition ratio of Ga or Al is preferably 0 to 5, and more preferably 0.5 to 2.
また、半導体の薄膜の膜厚は1〜200nmが好ましく、より好ましくは5〜100nmである。 The film thickness of the semiconductor thin film is preferably 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm.
金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。 The film thickness of the semiconductor that is a metal oxide is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the semiconductor film, and the film thickness varies depending on the semiconductor. Generally, 1 μm or less, particularly 10 to 300 nm is preferable.
本発明においては、前記プラズマ酸化において、前駆体材料、および組成比、またプラズマ酸化におけるガス組成比、流量、電極条件(周波数、電位等)などの製造条件を制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm3以上1018/cm3未満とする。より好ましくは1013/cm3以上1017/cm3以下、さらには1015/cm3以上1016/cm3以下の範囲にすることが好ましいものである。In the present invention, in the plasma oxidation, the precursor material and the composition ratio, the gas composition ratio in the plasma oxidation, the flow rate, the electrode conditions (frequency, potential, etc.) are controlled to control, for example, the electron carrier concentration. Is 10 12 / cm 3 or more and less than 10 18 / cm 3 . More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.
電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることができる。 The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.
(薄膜酸化工程)
金属酸化物半導体の前駆体となる金属の材料から形成された薄膜を酸化する方法としては、前記プラズマ酸化法以外にも、熱酸化法、また、UVオゾン法等を用いることができる。UVオゾン法は、酸素の存在下で、紫外光を照射し、酸化反応を進行させる方法である。紫外光の波長は、100nm〜450nm、特に好ましくは150〜300nm程度の所謂、真空紫外光を照射することが好ましい。光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマーランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザーなどを用いることができる。基板を50℃〜400℃、好ましくは100℃〜250℃の範囲で加熱させることが好ましい。(Thin film oxidation process)
As a method for oxidizing a thin film formed of a metal material which is a precursor of a metal oxide semiconductor, a thermal oxidation method, a UV ozone method, or the like can be used in addition to the plasma oxidation method. The UV ozone method is a method of irradiating ultraviolet light in the presence of oxygen to advance an oxidation reaction. It is preferable to irradiate so-called vacuum ultraviolet light having a wavelength of ultraviolet light of 100 nm to 450 nm, particularly preferably about 150 to 300 nm. As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used. It is preferable to heat the substrate in the range of 50 ° C to 400 ° C, preferably 100 ° C to 250 ° C.
(金属酸化物半導体)
本発明の方法により、前述した金属原子から選ばれた単独、または複数の金属原子を含む金属酸化物半導体の薄膜を作製することができる。金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜を用いる。(Metal oxide semiconductor)
By the method of the present invention, a thin film of a metal oxide semiconductor containing a single metal atom or a plurality of metal atoms selected from the metal atoms described above can be produced. As the metal oxide semiconductor, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferably used.
形成された金属酸化物半導体に含まれる金属原子は、前駆体の記述に挙げたものと同様に、インジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウムまたはアルミニウムを含むことが好ましい。好ましい組成比としては、Inを1としたときに、ZnySn1−y(ここにおいてyは0〜1の正数)は0.2〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。また、Inを1としたときに、Gaおよび/またはAlの組成比は各々0〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。The metal atom contained in the formed metal oxide semiconductor preferably contains any of indium, tin, and zinc, and further preferably contains gallium or aluminum, as described in the description of the precursor. As a preferable composition ratio, when In is 1, Zn y Sn 1-y (where y is a positive number from 0 to 1 ) is preferably 0.2 to 5, more preferably 0.5 to 2. is there. When In is 1, the composition ratio of Ga and / or Al is preferably 0 to 5, and more preferably 0.5 to 2.
金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に1〜300nmが好ましく、5〜200nmがより好ましく、さらに好ましくは10〜100nmである。 The film thickness of the semiconductor that is a metal oxide is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the semiconductor film, and the film thickness varies depending on the semiconductor. In general, it is 1 μm or less, particularly preferably 1 to 300 nm, more preferably 5 to 200 nm, still more preferably 10 to 100 nm.
本発明においては、前記の例えば、プラズマ酸化において、前駆体材料、および組成比、またプラズマ酸化におけるガス組成比、流量、電極条件(周波数、電位等)などの製造条件を制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm3以上1018/cm3未満とする。より好ましくは1013/cm3以上1017/cm3以下、さらには1015/cm3以上1016/cm3以下の範囲にすることが好ましいものである。In the present invention, for example, in the plasma oxidation, for example, the precursor material and the composition ratio, the gas composition ratio in the plasma oxidation, the flow rate, the electrode conditions (frequency, potential, etc.) are controlled, and for example, The electron carrier concentration is set to 10 12 / cm 3 or more and less than 10 18 / cm 3. More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.
電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることができる。 The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.
これら金属酸化物半導体薄膜は、本発明に係わる電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタ:TFT)の、第1の活性層として用いることができる。 These metal oxide semiconductor thin films can be used as the first active layer of the field effect transistor (thin film transistor: TFT) according to the present invention.
(有機半導体薄膜:有機半導体層)
また、有機半導体から成る第2の活性層として、p型半導体、即ち、正電荷担体を負電荷担体よりも効率的に伝達する半導体が好ましく、電荷担体(キャリア)は、一般的には正孔である。(Organic semiconductor thin film: Organic semiconductor layer)
The second active layer made of an organic semiconductor is preferably a p-type semiconductor, that is, a semiconductor that transmits positive charge carriers more efficiently than negative charge carriers, and the charge carriers (carriers) are generally holes. It is.
本明細書において、p型(n型)半導体とは、正電荷担体を負電荷担体よりも効率的に伝達する(伝達しない)半導体を指し、正(負)電荷担体(キャリア)は、一般的には正孔(電子)と称される。 In this specification, a p-type (n-type) semiconductor refers to a semiconductor that transmits (does not transmit) positive charge carriers more efficiently than negative charge carriers. Positive (negative) charge carriers (carriers) Is called a hole (electron).
本発明において第2の活性層を構成する有機半導体材料としては、後述する種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が適用可能である。 In the present invention, as the organic semiconductor material constituting the second active layer, various condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds described later can be applied.
有機半導体材料としての縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、フタロシアニン、ポルフィリンなどの化合物およびこれらの誘導体が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic compound as the organic semiconductor material include, for example, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, circumcamanthracene, Examples thereof include compounds such as bisanthene, zestrene, heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, phthalocyanine, porphyrin, and derivatives thereof.
共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェンおよびそのオリゴマー、ポリピロールおよびそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレンおよびそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタンなどのシアノ化合物、フラーレンおよびこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。 Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.
また、特にポリチオフェンおよびそのオリゴマーのうち、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、下記に示す化合物などのオリゴマーが好適に用いることができる。 In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexithiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- Butoxypropyl) -α-secthiothiophene and oligomers such as the following compounds can be preferably used.
さらに銅フタロシアニンや特開平11−251601に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N′−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドと共に、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)およびN,N′−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、およびアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNTなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などが挙げられる。 Furthermore, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A No. 11-251601, naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethylbenzyl) Along with naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N'-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N'-bis (1H, 1H-perfluorobutyl) and N, N'- Dioctylnaphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivatives, naphthalene 2,3,6,7 tetracarboxylic acid diimides and other naphthalene tetracarboxylic acid diimides, and anthracene 2,3,6,7-tetracarboxylic acid Anthracene tetracarboxylic acid diimides such as diimide Bon acid diimides, C60, C70, C76, C78, C84 etc. fullerenes, carbon nanotubes, merocyanine dyes, such as SWNT, and the like pigments such hemicyanine dyes.
これらのπ共役系材料のうちでも、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。 Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, and metal phthalocyanines is preferable.
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開2000−260999に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。 Other organic semiconductor materials include tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex. Organic molecular complexes such as can also be used. Furthermore, (sigma) conjugated polymers, such as polysilane and polygermane, and organic-inorganic hybrid material as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-260999 can also be used.
有機半導体材料として、また、下記一般式(OSC1)で表される化合物が好ましい。 As the organic semiconductor material, a compound represented by the following general formula (OSC1) is preferable.
式中、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、Z1またはZ2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1またはn2は0〜3の整数を表す。In the formula, R 1 to R 6 represent a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, and n1 or n2 Represents an integer of 0 to 3.
一般式(OSC1)において、R1〜R6で各々表される置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、tert−ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、tert−オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、例えば、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、2−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基、2−ペンテニル基、イソプロペニル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、芳香族炭化水素基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(ヘテロアリール基ともいい、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)、等が挙げられる。In the general formula (OSC1), examples of the substituent represented by each of R 1 to R 6 include an alkyl group (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, and a tert-pentyl group). Group, hexyl group, octyl group, tert-octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), cycloalkyl group (for example, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), alkenyl group (for example, vinyl group, for example) Allyl group, 1-propenyl group, 2-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 2-pentenyl group, isopropenyl group, etc.), alkynyl group (for example, ethynyl group, propargyl group, etc.), aromatic hydrocarbon group (Also called aromatic carbocyclic group, aryl group, etc., for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, Cytyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc.), aromatic heterocyclic group (also called heteroaryl group, For example, pyridyl group, pyrimidinyl group, furyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, benzoimidazolyl group, pyrazolyl group, pyrazinyl group, triazolyl group (for example, 1,2,4-triazol-1-yl group, 1,2,3- Triazol-1-yl group, etc.), oxazolyl group, benzoxazolyl group, thiazolyl group, isoxazolyl group, isothiazolyl group, furazanyl group, thienyl group, quinolyl group, benzofuryl group, dibenzofuryl group, benzothienyl group, dibenzothienyl group , Indolyl group, carbazoli Group, carbolinyl group, diazacarbazolyl group (in which one of carbon atoms constituting the carboline ring of the carbolinyl group is replaced by a nitrogen atom), quinoxalinyl group, pyridazinyl group, triazinyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group Etc.), heterocyclic groups (for example, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxy groups (for example, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, octyloxy group, Dodecyloxy group etc.), cycloalkoxy group (eg cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group etc.), aryloxy group (eg phenoxy group, naphthyloxy group etc.), alkylthio group (eg methylthio group, ethylthio group, propylthio group) , Pentyl Thio group, hexylthio group, octylthio group, dodecylthio group, etc.), cycloalkylthio group (eg, cyclopentylthio group, cyclohexylthio group, etc.), arylthio group (eg, phenylthio group, naphthylthio group, etc.), alkoxycarbonyl group (eg, methyl Oxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl group (eg, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.), sulfamoyl group (eg, Aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, octylamino Sulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminosulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group, Octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (for example, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy group, octylcarbonyloxy group) Group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide group (for example, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, dimethylcarbonyl) Nylamino group, propylcarbonylamino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexylcarbonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group, naphthylcarbonylamino group, etc.), carbamoyl group ( For example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylamino Carbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), ureido group (for example, methylureido) Group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido group, dodecylureido group, phenylureido group, naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, methylsulfinyl group, ethylsulfinyl group, Butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group, phenylsulfinyl group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (for example, methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl) Group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.), arylsulfonyl group (phenylsulfonyl group, naphthyl) Sulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (for example, amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino group, naphthylamino) Group, 2-pyridylamino group, etc.), halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, etc.), fluorinated hydrocarbon group (eg, fluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, pentafluorophenyl) Group), cyano group, nitro group, hydroxy group, mercapto group, silyl group (for example, trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, phenyldiethylsilyl group, etc.), and the like.
これらの置換基は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。 These substituents may be further substituted with the above substituents. In addition, a plurality of these substituents may be bonded to each other to form a ring.
一般式(OSC1)において、Z1またはZ2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基は、上記R1〜R6で各々表される置換基として記載されている芳香族炭化水素基、芳香族複素環基と各々同義である。In the general formula (OSC1), the aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group represented by Z 1 or Z 2 is an aromatic carbon group described as a substituent represented by each of R 1 to R 6 above. It is synonymous with a hydrogen group and an aromatic heterocyclic group, respectively.
さらに、下記一般式(OSC2)で表される化合物が好ましい。 Furthermore, a compound represented by the following general formula (OSC2) is preferable.
(式中、R7またはR8は水素原子または置換基を表し、Z1またはZ2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1またはn2は0〜3の整数を表す。)
一般式(OSC2)において、R7またはR8で表される置換基は、般式(OSC1)においてR1〜R6で各々表される置換基と同義である。また、Z1またはZ2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基は、上記R1〜R6で各々表される置換基として記載されている芳香族炭化水素基、芳香族複素環基と各々同義である。(Wherein R 7 or R 8 represents a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, and n1 or n2 represents an integer of 0 to 3.)
In the general formula (OSC2), the substituent represented by R 7 or R 8 has the same meaning as the substituents represented by R 1 to R 6 in the general formula (OSC1). Moreover, the aromatic hydrocarbon group and aromatic heterocyclic group represented by Z 1 or Z 2 are the aromatic hydrocarbon groups and aromatics described as the substituents represented by R 1 to R 6 , respectively. Each has the same meaning as a heterocyclic group.
前記一般式(OSC2)において、さらに、置換基R7−およびR8−が一般式(SG1)で表されることが好ましい。In the general formula (OSC2), the substituents R 7 — and R 8 — are preferably represented by the general formula (SG1).
(式中、R9〜R11は置換基を表し、Xはケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、またはスズ(Sn)を表す。)
上記一般式(SG1)において、R9〜R11で表される置換基は、前記一般式(1)におけるR1〜R3で表される置換基と同義である。(Wherein R 9 to R 11 represent a substituent, and X represents silicon (Si), germanium (Ge), or tin (Sn)).
In the general formula (SG1), the substituent represented by R 9 to R 11 has the same meaning as the substituent represented by R 1 to R 3 in the general formula (1).
以下に、前記一般式(OSC2)で表される化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the compound represented by the general formula (OSC2) are shown below, but are not limited thereto.
また、有機半導体材料としては、J.Am.Chem.Soc.2006年,128巻,12604頁、J.Am.Chem.Soc.2007年,129巻,2224頁、Liquid Crystals誌2003年,30巻,603〜610頁に記載される化合物を用いることができる。 Examples of organic semiconductor materials include J. Org. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12604, J. Am. Am. Chem. Soc. The compounds described in 2007, 129, 2224, Liquid Crystals 2003, 30, 603-610 can be used.
また、本発明においては、有機半導体層に、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。 In the present invention, for example, a material having a functional group such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivative, tetracyanoethylene, and tetracyanoquino Materials that accept electrons, such as dimethane and derivatives thereof, materials having functional groups such as amino group, triphenyl group, alkyl group, hydroxyl group, alkoxy group, phenyl group, phenylenediamine, etc. Including substituted amines, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and derivatives thereof, tetrathiafulvalene and derivatives thereof, and the like materials that serve as donors of electrons, So-called doping treatment It may be.
前記ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしては公知のものを採用することができる。 The doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Therefore, the doped thin film is a thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound and the dopant. A well-known thing can be employ | adopted as a dopant used for this invention.
これらの有機半導体層を形成する方法としては、公知の方法で形成することができ、例えば、真空蒸着、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)、レーザー蒸着、電子ビーム蒸着、電着、また溶液からのキャスト法、スピンコート、ディップコート、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、およびLB法等、またスクリーン印刷、インクジェット印刷、ブレード塗布などの方法を挙げることができる。 As a method of forming these organic semiconductor layers, it can be formed by a known method, for example, vacuum deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, Sputtering method, CVD (Chemical Vapor Deposition), laser deposition, electron beam deposition, electrodeposition, casting from solution, spin coating, dip coating, bar coating method, die coating method, spray coating method, LB method, etc. Examples include screen printing, ink jet printing, blade coating, and the like.
この中で生産性の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好まれる。特に、本発明に係わるパターン形成方法により有機半導体層を形成する場合、有機半導体溶液を、パターニングされた基体表面に塗布、適用することが好ましい。 Among these, the spin coating method, blade coating method, dip coating method, roll coating method, bar coating method, die coating method and the like that can form a thin film easily and precisely using an organic semiconductor solution are preferred in terms of productivity. . In particular, when the organic semiconductor layer is formed by the pattern forming method according to the present invention, it is preferable to apply and apply the organic semiconductor solution to the patterned substrate surface.
有機半導体溶液を作製する際に使用される有機溶媒は、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素または脂肪族ハロゲン化炭化水素が好ましく、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素または脂肪族炭化水素がより好ましい。 The organic solvent used in preparing the organic semiconductor solution is preferably an aromatic hydrocarbon, an aromatic halogenated hydrocarbon, an aliphatic hydrocarbon or an aliphatic halogenated hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an aromatic halogenated More preferred are hydrocarbons or aliphatic hydrocarbons.
芳香族炭化水素の有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、メチルナフタレン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。 Examples of the aromatic hydrocarbon organic solvent include toluene, xylene, mesitylene, and methylnaphthalene, but the present invention is not limited thereto.
脂肪族炭化水素としては、オクタン、4−メチルヘプタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、2,2−ジメチルヘキサン、2,3−ジメチルヘキサン、2,4−ジメチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサンシクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。 Aliphatic hydrocarbons include octane, 4-methylheptane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethylhexane, 2,4-dimethylhexane, 2,5-dimethyl. Although hexanecyclohexane, cyclopentane, methylcyclohexane, etc. can be mentioned, this invention is not limited to these.
脂肪族ハロゲン化炭化水素の有機溶媒としては、例えば、クロロホルム、ブロモホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジフルオロエタン、フルオロクロロエタン、クロロプロパン、ジクロロプロパン、クロロペンタン、クロロヘキサン等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。 Examples of the organic solvent for the aliphatic halogenated hydrocarbon include chloroform, bromoform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, difluoroethane, fluorochloroethane, chloropropane, dichloropropane, chloropentane, and chlorohexane. It is not limited to these.
本発明で用いられるこれらの有機溶媒は、1種類あるいは2種類以上混合して用いてもよい。また、有機溶媒は50℃〜250℃の沸点を有するものが好ましい。 These organic solvents used in the present invention may be used alone or in combination of two or more. The organic solvent preferably has a boiling point of 50 ° C to 250 ° C.
なおAdvanced Material誌 1999年 第6号、p480〜483に記載の様に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成しても良い。 In addition, as described in Advanced Material 1999 No. 6, p. 480 to 483, a precursor such as pentacene is soluble in a solvent, a target organic material formed by heat treatment of a precursor film formed by coating A thin film may be formed.
これら有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。 The film thickness of these organic semiconductor layers is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the organic semiconductor layer, and the film thickness varies depending on the organic semiconductor. Generally, 1 μm or less, particularly 10 to 300 nm is preferable.
さらに、本発明の有機半導体素子によれば、そのゲート電極、ソース/ドレイン電極のうち少なくとも一つを本発明の有機半導体素子の製造方法によって形成することによって、低抵抗の電極を、有機半導体層材料層の特性劣化を引き起こすことなしに形成することが可能となる。 Furthermore, according to the organic semiconductor device of the present invention, at least one of the gate electrode and the source / drain electrode is formed by the method of manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, whereby the low resistance electrode is formed into the organic semiconductor layer. It is possible to form the material layer without causing deterioration of the characteristics of the material layer.
第1の活性層上は、あるいは、第2の活性層である有機半導体からなる層が形成される基板表面は、有機物からなる表面処理を施されていることが好ましい。 The surface of the substrate on which the layer made of the organic semiconductor as the second active layer is formed on the first active layer is preferably subjected to a surface treatment made of an organic substance.
有機物からなる表面処理としては、第1の活性層である金属酸化物表面上に物理吸着、あるいは化学吸着により単分子膜を形成するものが好ましく、また、界面活性剤等を用いることもできるが、シランカップリング剤による処理が好ましい。 As the surface treatment composed of an organic substance, it is preferable to form a monomolecular film on the surface of the metal oxide as the first active layer by physical adsorption or chemical adsorption, and a surfactant or the like can also be used. The treatment with a silane coupling agent is preferred.
特に、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、オクチルトリエトキシシランなどのシランカップリング剤、ヘキサメチルジシラザンなどのシラザン類、オクチルトリクロロチタン、オクチルトリイソプロポキシチタンなどのチタンカップリング剤による表面処理が好ましい。 Especially with silane coupling agents such as octyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, octyltriethoxysilane, silazanes such as hexamethyldisilazane, and titanium coupling agents such as octyltrichlorotitanium and octyltriisopropoxytitanium. Surface treatment is preferred.
これらの有機物が第1の活性層上に結合し、自己組織化膜あるいは単分子膜と呼ばれる層を形成していることが好ましい。材料として好ましいのは、オクチルトリクロロシラン、オクチルトリエトキシシランなどのn−アルキルシラン類、ヘキサメトキシジシラザンなどのシラザン類である。 These organic substances are preferably bonded on the first active layer to form a layer called a self-assembled film or a monomolecular film. Preferable materials include n-alkylsilanes such as octyltrichlorosilane and octyltriethoxysilane, and silazanes such as hexamethoxydisilazane.
また、下記一般式(1)で表される化合物も好ましく挙げられる。 Moreover, the compound represented by following General formula (1) is also mentioned preferably.
一般式(1)において、Xは、ケイ素、ゲルマニウム、錫、および鉛から選ばれるいずれかの原子を表し、Zは、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、および鉛(Pb)から選ばれるいずれかの原子を表す。R1〜R6は各々水素原子または置換基を表す。Yは連結基を表す。In the general formula (1), X represents any atom selected from silicon, germanium, tin, and lead, and Z represents silicon (Si), titanium (Ti), germanium (Ge), tin (Sn). And any atom selected from lead (Pb). R 1 to R 6 each represent a hydrogen atom or a substituent. Y represents a linking group.
一般式(1)において、R1〜R3で表される置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシル基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシル基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)、等が挙げられる。In the general formula (1), examples of the substituent represented by R 1 to R 3 include an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group). Group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), cycloalkyl group (eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), alkenyl group (eg, vinyl group, allyl group, etc.), alkynyl group (eg, ethynyl group) , Propargyl group, etc.), aryl group (for example, phenyl group, naphthyl group, etc.), aromatic heterocyclic group (for example, furyl group, thienyl group, pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group) , Pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), heterocyclic ring (Eg, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxyl group (eg, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, etc.), Cycloalkoxyl group (for example, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (for example, phenoxy group, naphthyloxy group, etc.), alkylthio group (for example, methylthio group, ethylthio group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group) Octylthio group, dodecylthio group, etc.), cycloalkylthio group (eg, cyclopentylthio group, cyclohexylthio group, etc.), arylthio group (eg, phenylthio group, naphthylthio group, etc.), alkoxycarbonyl group (eg, Methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl group (eg, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.), sulfamoyl group (For example, aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, octylaminosulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminosulfonyl Group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group) Cyclohexylcarbonyl group, octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (for example, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy) Group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide group (for example, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, dimethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexyl group) Carbonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group Naphthylcarbonylamino group, etc.), carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylamino) Carbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), ureido group (for example, methylureido group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido group) , Dodecylureido group, phenylureido group naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, methylsulfinyl group) Ethylsulfinyl group, butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group, phenylsulfinyl group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (for example, methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group) Group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.), arylsulfonyl group (phenylsulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group etc.), amino group (for example, amino group, Ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino group, naphthylamino group, 2- Pyridylamino groups, etc.), halogen atoms (eg, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.), fluorinated hydrocarbon groups (eg, fluoromethyl groups, trifluoromethyl groups, pentafluoroethyl groups, pentafluorophenyl groups, etc.), And cyano group, nitro group, hydroxyl group, mercapto group, silyl group (for example, trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, phenyldiethylsilyl group, etc.).
上記の置換基のうち特に好ましいのは、アルキル基であり、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基等が挙げられる。 Of the above substituents, an alkyl group is particularly preferable, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and a tert-butyl group.
なお、上記の各種置換基は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、R1、R2およびR3は相互に同一であっても、異なっていてもよい。In addition, said various substituents may be further substituted by said substituent. R 1 , R 2 and R 3 may be the same as or different from each other.
Xで表される金属原子のうち、好ましいのは、Si、Geである。 Of the metal atoms represented by X, Si and Ge are preferable.
Yで表される連結基としては、アルキレン基(例えば、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、2,2,4−トリメチルヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、シクロヘキシレン基(例えば、1,6−シクロヘキサンジイル基等)、シクロペンチレン基(例えば、1,5−シクロペンタンジイル基など)等)、アルケニレン基(例えば、ビニレン基、プロペニレン基等)、アルキニレン基(例えば、エチニレン基、3−ペンチニレン基等)、アリーレン基などの炭化水素基のほか、ヘテロ原子を含む基(例えば、−O−、−S−等のカルコゲン原子を含む2価の基、−N(R)−基、ここで、Rは、水素原子またはアルキル基を表し、該アルキル基は、前記一般式(1)において、R1〜R3で表されるアルキル基と同義である)等が挙げられる。Examples of the linking group represented by Y include an alkylene group (for example, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, propylene group, ethylethylene group, pentamethylene group, hexamethylene group, 2,2,4-trimethylhexamethylene group). , Heptamethylene group, octamethylene group, nonamethylene group, decamethylene group, undecamethylene group, dodecamethylene group, cyclohexylene group (for example, 1,6-cyclohexanediyl group, etc.), cyclopentylene group (for example, 1,5 -Cyclopentanediyl group etc.), alkenylene group (eg vinylene group, propenylene group etc.), alkynylene group (eg ethynylene group, 3-pentynylene group etc.), hydrocarbon group such as arylene group, hetero atom (For example, 2 containing a chalcogen atom such as —O— or —S—) Groups, -N (R) - group, where, R represents a hydrogen atom or an alkyl group, the alkyl group in the general formula (1), the alkyl group represented by R 1 to R 3 And the like).
また、上記のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基の各々においては、2価の連結基を構成する炭素原子の少なくとも一つが、カルコゲン原子(酸素、硫黄等)や前記−N(R)−基等で置換されていても良い。 In each of the alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, and arylene group, at least one of carbon atoms constituting the divalent linking group is a chalcogen atom (oxygen, sulfur, etc.) or -N (R). -It may be substituted with a group or the like.
さらに、Yで表される連結基としては、例えば、2価の複素環基を有する基が用いられ、例えば、オキサゾールジイル基、ピリミジンジイル基、ピリダジンジイル基、ピランジイル基、ピロリンジイル基、イミダゾリンジイル基、イミダゾリジンジイル基、ピラゾリジンジイル基、ピラゾリンジイル基、ピペリジンジイル基、ピペラジンジイル基、モルホリンジイル基、キヌクリジンジイル基等が挙げられ、また、チオフェン−2,5−ジイル基や、ピラジン−2,3−ジイル基のような、芳香族複素環を有する化合物(ヘテロ芳香族化合物ともいう)に由来する2価の連結基であってもよい。 Furthermore, as the linking group represented by Y, for example, a group having a divalent heterocyclic group is used. For example, an oxazolediyl group, a pyrimidinediyl group, a pyridazinediyl group, a pyrandiyl group, a pyrrolinediyl group, an imidazolinediyl group. Group, imidazolidinediyl group, pyrazolidinediyl group, pyrazolinediyl group, piperidinediyl group, piperazinediyl group, morpholinediyl group, quinuclidinediyl group and the like, and thiophene-2,5-diyl group, It may be a divalent linking group derived from a compound having an aromatic heterocycle (also referred to as a heteroaromatic compound) such as a pyrazine-2,3-diyl group.
また、アルキルイミノ基、ジアルキルシランジイル基やジアリールゲルマンジイル基のようなヘテロ原子を会して連結する基であってもよい。 Further, it may be a group that meets and links heteroatoms such as an alkylimino group, a dialkylsilanediyl group, or a diarylgermandiyl group.
上記連結基のうち、好ましいのは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、およびアリーレン基等の炭化水素連結基である。 Of the above linking groups, preferred are hydrocarbon linking groups such as an alkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group, and an arylene group.
前記一般式(1)において、Zで表される原子のうち、好ましいのは、Si、Tiである。 In the general formula (1), among the atoms represented by Z, Si and Ti are preferable.
R4〜R6は、R1〜R3と同義であるが、置換基として、少なくともアルコキシ基またはハロゲン原子のいずれかを有していることが好ましい。R 4 to R 6 have the same meanings as R 1 to R 3 , but preferably have at least either an alkoxy group or a halogen atom as a substituent.
以下に、一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例を示すが、これらに限定されるものではない。 Although the preferable specific example of a compound represented by General formula (1) below is shown, it is not limited to these.
これら具体例として挙げられた各化合物等は、例えば、Collect.Czech.Chem.Commun.,44巻,750〜755頁、J.Amer.Chem.Soc.1990年,112巻,2341〜2348頁、Inorg.Chem.,10巻,889〜892頁,1971年、米国特許第3,668,233号明細書等、また、特開昭58−122979号、特開平7−242675号、特開平9−61605号、同11−29585号、特開2000−64348号、同2000−144097号公報等に記載の合成方法、あるいはこれに準じた合成方法により製造することができる。 Each compound mentioned as these specific examples is, for example, Collect. Czech. Chem. Commun. 44, 750-755, J. MoI. Amer. Chem. Soc. 1990, 112, 2341-2348, Inorg. Chem. 10: 889-892, 1971, U.S. Pat. No. 3,668,233, etc., JP-A 58-122979, JP-A 7-242675, JP-A 9-61605, etc. 11-29585, JP-A No. 2000-64348, JP-A No. 2000-144097 and the like, or a synthesis method based on the synthesis method.
第1の活性層上には、有機半導体材料を含有する第2の活性層が形成されることが好ましいため、有機材料で表面処理された第1の活性層の水の接触角は60度以上、より好ましくは80度以上であることが好ましい。有機半導体材料が好ましい配向をもつ薄膜を形成するためトランジスタ素子のキャリア移動度を向上させ、on/off比を著しく低下させることができる。 Since the second active layer containing the organic semiconductor material is preferably formed on the first active layer, the water contact angle of the first active layer surface-treated with the organic material is 60 degrees or more. More preferably, it is 80 degrees or more. Since the organic semiconductor material forms a thin film having a preferred orientation, the carrier mobility of the transistor element can be improved and the on / off ratio can be significantly reduced.
接触角は、23℃、50%RHの環境下で、溶液の2μl液滴を基材上に滴下し、0.2秒後の接触角の値である。自動接触角計(協和界面科学社製CA−VPモデル)を用い測定する。 The contact angle is a value of a contact angle 0.2 seconds after dropping a 2 μl droplet of the solution on a substrate in an environment of 23 ° C. and 50% RH. Measurement is performed using an automatic contact angle meter (CA-VP model manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
また、表面粗さなどの影響もあるが、有機半導体材料を堆積させる第1の活性層表面の半導体材料溶液接触角は3〜20度、さらに5〜15度がより好ましい。またそれ以外の領域の半導体材料溶液接触角は、15〜100度、さらに20〜90度がより好ましい。 Moreover, although there are influences, such as surface roughness, the semiconductor material solution contact angle of the surface of the 1st active layer which deposits organic-semiconductor material is 3-20 degree | times, Furthermore, 5-15 degree | times is more preferable. Moreover, the semiconductor material solution contact angle in other regions is preferably 15 to 100 degrees, and more preferably 20 to 90 degrees.
第1の活性層上に単分子膜を形成する方法、即ち、シランカップリング剤を用いた表面処理方法については、特開2004−327857号公報、同2005−32774号公報、同2005−158765号公報の各公報等に開示されているような公知の方法を適用することができる。例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition、化学蒸着)法等の気相法、スピンコート法やディップコート法等の液相法、さらにスクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、インクジェット法等の印刷法などを適用することができる。また、直接材料を供給してもよい。より好ましくは溶液プロセス(液相法)による方法である。 Regarding a method for forming a monomolecular film on the first active layer, that is, a surface treatment method using a silane coupling agent, JP-A Nos. 2004-327857, 2005-32774, and 2005-158765 are disclosed. Known methods such as those disclosed in each publication of the publication can be applied. For example, a vapor phase method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a liquid phase method such as a spin coating method or a dip coating method, and a printing method such as a screen printing method, a micromold method, a micro contact method, and an ink jet method. Etc. can be applied. Moreover, you may supply a material directly. More preferred is a solution process (liquid phase method).
中でも好ましく用いられる方法としては、表面処理剤の溶液に基体を浸漬、または表面処理剤の溶液を基体に塗布して乾燥する方法(湿式法)が好ましい。 Among them, the method preferably used is preferably a method (wet method) in which the substrate is immersed in a solution of the surface treatment agent or the solution of the surface treatment agent is applied to the substrate and dried.
また、自己組織化単分子膜を形成する前には、酸素プラズマなどによる洗浄処理を施すことが反応性を高める上で好ましい。 In addition, before the self-assembled monomolecular film is formed, it is preferable to perform a cleaning process using oxygen plasma or the like in order to increase the reactivity.
(湿式法)
湿式法では、例えば、基体を表面処理剤の1質量%トルエン溶液に10分浸漬後、乾燥する、またはこの溶液を基体上に塗布して、乾燥する。浸漬時間、また、表面処理剤の濃度を変化させることで、自己組織化単分子膜の密度を調整できる。用いられる溶媒としては、表面処理剤と反応せず、これを溶解するものを選択すればよく限定されない。有機半導体溶液を作製する際に使用される有機溶媒と同様な溶媒を用いることができる。(Wet method)
In the wet method, for example, the substrate is dipped in a 1% by weight toluene solution of a surface treatment agent for 10 minutes and then dried, or this solution is applied onto the substrate and dried. The density of the self-assembled monolayer can be adjusted by changing the immersion time and the concentration of the surface treatment agent. The solvent used is not limited as long as it selects a solvent that does not react with the surface treatment agent and dissolves it. A solvent similar to the organic solvent used when producing the organic semiconductor solution can be used.
(プラズマCVD法、大気圧プラズマCVD法)
表面処理剤(プラズマCVD法では薄膜形成材料を原料ともいう)を含む反応ガスを50℃〜500℃の範囲で加熱された基体上に供給し、熱的反応により薄膜を形成する熱CVD法や、前述の大気圧プラズマ法の装置と放電ガス、反応ガスを用いて、0.01Pa〜100Paの減圧下で行う一般的なプラズマCVD法を用いてもよく、薄膜の均一性、薄膜の形成速度、非真空系での効率的生産という観点から大気圧プラズマ法が好ましい。(Plasma CVD method, atmospheric pressure plasma CVD method)
A thermal CVD method in which a reactive gas containing a surface treatment agent (also referred to as a raw material for a thin film forming material in the plasma CVD method) is supplied onto a substrate heated in a range of 50 ° C. to 500 ° C., and a thin film is formed by a thermal reaction; A general plasma CVD method performed under a reduced pressure of 0.01 Pa to 100 Pa using the above atmospheric pressure plasma apparatus, discharge gas, and reactive gas may be used. Thin film uniformity, thin film formation speed From the viewpoint of efficient production in a non-vacuum system, the atmospheric pressure plasma method is preferable.
金属酸化物半導体からなる第1の活性層と、有機半導体から成る第2の活性層を有し、第1と第2の活性層が積層した構成を有する本発明に係る薄膜トランジスタは、電界効果型薄膜トランジスタ(TFT)に用いることができる。 The thin film transistor according to the present invention having a first active layer made of a metal oxide semiconductor and a second active layer made of an organic semiconductor and having the first and second active layers laminated is a field effect type. It can be used for a thin film transistor (TFT).
本発明の薄膜トランジスタ(電界効果トランジスタ)は、例えば、絶縁性基板上にゲート電極を形成する工程、絶縁性基板とゲート電極の上にゲート絶縁層を形成する工程、ゲート絶縁層の上に、例えば、金属酸化物半導体からなる第1の活性層を形成する工程、第1の活性層の上にソース・ドレイン電極を形成する工程、ソース・ドレイン電極と第1の活性層との上に逆導電型の第2の活性層を形成する工程とにより形成される(ボトムゲート型構成)。 The thin film transistor (field effect transistor) of the present invention includes, for example, a step of forming a gate electrode on an insulating substrate, a step of forming a gate insulating layer on the insulating substrate and the gate electrode, A step of forming a first active layer made of a metal oxide semiconductor, a step of forming a source / drain electrode on the first active layer, and a reverse conductivity on the source / drain electrode and the first active layer. Forming a second active layer of the mold (bottom gate structure).
または、絶縁性基板上に第1の活性層を形成する工程、第1の活性層の上にソース・ドレイン電極を形成する工程、第1の活性層とソース・ドレイン電極との上に逆導電型の第2の活性層を形成する工程、第2半導体層の上にゲート絶縁層を形成する工程、ゲート絶縁層の上にゲート電極を形成する工程等によっても製造できる(トップゲート型構成)。 Alternatively, a step of forming a first active layer on an insulating substrate, a step of forming a source / drain electrode on the first active layer, a reverse conductivity on the first active layer and the source / drain electrode It can also be manufactured by a step of forming a second active layer of a mold, a step of forming a gate insulating layer on the second semiconductor layer, a step of forming a gate electrode on the gate insulating layer, etc. (top gate type configuration) .
図面を参照して説明する。図4に本発明の薄膜トランジスタの構造の一例を断面模式図にて示す。 This will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the thin film transistor of the present invention.
図4(a)では、まず、導電材料層を絶縁性の基板101の上に形成してゲート電極102を形成する。次に、絶縁材料を基板とゲート電極102との上に形成してゲート絶縁層103を形成する。次に、金属酸化物半導体からなる第1の活性層を、前記の方法(ゲート絶縁層上に金属薄膜を形成した後、これをプラズマ酸化する)によりゲート絶縁層103の上に形成して第1の活性層104を形成する。次に、導電材料(例えば金蒸着)により第1半導体層104の上にソース電極105a、ドレイン電極105bを形成する。そして、逆導電型の有機半導体からなる第2の活性層が、第1の活性層104とソース電極105a、ドレイン電極105bとの上に形成されて、第1の活性層104と共に第2の活性層106を形成する。 In FIG. 4A, first, a conductive material layer is formed on an insulating substrate 101 to form a gate electrode 102. Next, an insulating material is formed over the substrate and the gate electrode 102 to form the gate insulating layer 103. Next, a first active layer made of a metal oxide semiconductor is formed on the gate insulating layer 103 by the above-described method (a metal thin film is formed on the gate insulating layer and then plasma-oxidized). One active layer 104 is formed. Next, the source electrode 105a and the drain electrode 105b are formed on the first semiconductor layer 104 by a conductive material (for example, gold vapor deposition). Then, a second active layer made of a reverse conductivity type organic semiconductor is formed on the first active layer 104, the source electrode 105a, and the drain electrode 105b, and the second active layer is formed together with the first active layer 104. Layer 106 is formed.
図4(b)では、ゲート絶縁層103を形成した後、金属酸化物半導体からなる第1の活性層104を、前記の方法(ゲート絶縁層上に金属薄膜を形成した後、これをプラズマ酸化する)によりチャネル領域に形成した後、さらに、例えばマスクを用いて蒸着、あるいはインクジェット法、スクリーン印刷等の塗布プロセスにより第1の活性層104上に、有機半導体から成る第2の活性層106を形成し、次に、導電材料(例えば金等)を第2の活性層106の上に蒸着等により形成してソース電極105a、ドレイン電極105bを形成する。 In FIG. 4B, after forming the gate insulating layer 103, the first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor is formed by plasma oxidation after forming the metal thin film on the gate insulating layer. The second active layer 106 made of an organic semiconductor is further formed on the first active layer 104 by, for example, vapor deposition using a mask or a coating process such as an inkjet method or screen printing. Next, a conductive material (for example, gold) is formed on the second active layer 106 by vapor deposition or the like to form the source electrode 105a and the drain electrode 105b.
図4(c)では、ゲート絶縁層3を形成した後、金属酸化物半導体からなる第1の活性層104を、前記の方法(ゲート絶縁層上に金属薄膜を形成した後、これをプラズマ酸化する)によりチャネル領域に形成した後、さらに、インクジェット法あるいはスクリーン印刷等により有機半導体からなる第2の活性層106を、金属酸化物半導体薄膜(第1の活性層104)の形成された領域を超えず、例えば、約5μmの幅に亘って第1の活性層104である金属酸化物半導体薄膜表面が露出するように形成した。 In FIG. 4C, after the gate insulating layer 3 is formed, the first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor is formed by plasma oxidation after forming the metal thin film on the gate insulating layer. The second active layer 106 made of an organic semiconductor is further formed on the channel oxide region by the ink jet method or screen printing, and the region where the metal oxide semiconductor thin film (first active layer 104) is formed. For example, the metal oxide semiconductor thin film surface as the first active layer 104 was formed to be exposed over a width of about 5 μm.
さらに、マスクあるいは蒸着で、あるいはインクジェット法、スクリーン印刷等の塗布プロセスにより第1の活性層104表面、また、有機半導体から成る第2の活性層106の表面に導電材料(例えば金等)を蒸着等により形成してソース電極105a、ドレイン電極105bを形成する。 Further, a conductive material (for example, gold or the like) is deposited on the surface of the first active layer 104 or the surface of the second active layer 106 made of an organic semiconductor by a mask or vapor deposition, or by a coating process such as an inkjet method or screen printing. Thus, the source electrode 105a and the drain electrode 105b are formed.
ここで、絶縁性の基板1は、例えば、ガラス、あるいはプラスチック材料上にシリコン酸化膜等の絶縁性の材料を形成した絶縁性基体である。また、図4(a)、(b)では、ゲート電極は、ソース電極とドレイン電極との間隙を覆うように形成されているが、ソース電極とドレイン電極との間隙の間に配置されるよう構成されていても問題なく、絶縁膜を介してゲート電極の下の半導体層にチャネルが形成され電界効果トランジスタ動作を行うことができる。 Here, the insulating substrate 1 is, for example, an insulating substrate in which an insulating material such as a silicon oxide film is formed on glass or a plastic material. 4A and 4B, the gate electrode is formed so as to cover the gap between the source electrode and the drain electrode, but is arranged between the gap between the source electrode and the drain electrode. Even if configured, a channel is formed in the semiconductor layer under the gate electrode through the insulating film, and a field effect transistor operation can be performed.
図4(a)、(b)ではソース・ドレイン電極は一方の活性層上に形成されているが、ソース・ドレイン電極は第1の活性層と第2の活性層との両方の半導体層に接触していれば良いが、位置関係は、図4(a)、(b)にのみに限定されるものではない。図4(c)で示される構成は、ソース・ドレイン電極が第1の活性層と第2の活性層との両方の半導体層の上に接触して形成されておりコンタクト抵抗という観点で好ましい。 In FIGS. 4A and 4B, the source / drain electrodes are formed on one active layer, but the source / drain electrodes are formed on both the semiconductor layers of the first active layer and the second active layer. However, the positional relationship is not limited to FIGS. 4A and 4B. The configuration shown in FIG. 4C is preferable from the viewpoint of contact resistance because the source / drain electrodes are formed in contact with both the semiconductor layers of the first active layer and the second active layer.
図4(a)の構成では、ソース電極およびドレイン電極を形成した後に第2の活性層が形成されるが、ソース電極、ドレイン電極の表面が、有機物からなる表面処理を施されていることが好ましい。有機物からなる表面処理としては、ソース電極およびドレイン電極に物理吸着、あるいは化学吸着により単分子膜を形成するものが好ましく、例えば、アルキルあるいはアリールチオール(例えばオクチルチオール、ペンタフルオロフェニルチオール)等を用いる。 In the configuration of FIG. 4A, the second active layer is formed after the source electrode and the drain electrode are formed. The surface of the source electrode and the drain electrode is subjected to a surface treatment made of an organic material. preferable. As the surface treatment made of an organic substance, it is preferable to form a monomolecular film on the source electrode and the drain electrode by physical adsorption or chemical adsorption. For example, alkyl or aryl thiol (for example, octyl thiol, pentafluorophenyl thiol) or the like is used. .
図4においては、ゲート電極からみてゲート電極に近い側に、n型の半導体特性をもつ金属酸化物半導体からなる第1の活性層が、配置されているが、逆の構成、即ち、有機半導体からなる第2の活性層がゲート電極に近い側に配置される構成でもよい。 In FIG. 4, the first active layer made of a metal oxide semiconductor having n-type semiconductor characteristics is disposed on the side close to the gate electrode as viewed from the gate electrode. Alternatively, the second active layer may be arranged on the side close to the gate electrode.
しかしながら、製造工程からみたとき、金属酸化物半導体層上に有機半導体層を形成する方が、生産性が高く、またこの順で形成されるとき界面の乱れが少なく、特性の安定化が図れる点で好ましく、p型材料上に、n型材料が配置されたトランジスタよりもデバイス特性として良好なトランジスタが実現できる。 However, when viewed from the manufacturing process, it is more productive to form the organic semiconductor layer on the metal oxide semiconductor layer, and there is less disturbance of the interface when formed in this order, and the characteristics can be stabilized. Preferably, a transistor having better device characteristics than a transistor in which an n-type material is arranged on a p-type material can be realized.
例えば、トップゲート型の構成をもつ場合においても、n型材料、即ち金属酸化物半導体からなる活性層と、p型材料、即ち有機半導体からなる第2の活性層はどちらが上側(即ちゲートに近い側)に配置されていてもよいが、n型材料、即ち金属酸化物半導体からなる活性層の上に、p型材料、即ち有機半導体からなる第2の活性層が配置されていることが好ましい。 For example, even in the case of having a top-gate configuration, whichever is the upper side (that is, closer to the gate) is the active layer made of an n-type material, that is, a metal oxide semiconductor, and the second active layer made of a p-type material, that is, an organic semiconductor. The second active layer made of a p-type material, that is, an organic semiconductor is preferably disposed on the active layer made of an n-type material, that is, a metal oxide semiconductor. .
p型材料層であることが好ましい第2の活性層はおよそ10〜100nm厚の有機半導体より構成されていることが好ましい。また、n型材料層であることが好ましい第1の活性層はおよそ10〜100nmの厚の無機酸化物半導体層からなることが好ましい。 The second active layer, which is preferably a p-type material layer, is preferably composed of an organic semiconductor having a thickness of about 10 to 100 nm. The first active layer, which is preferably an n-type material layer, is preferably composed of an inorganic oxide semiconductor layer having a thickness of about 10 to 100 nm.
例えば、具体的には第1の活性層104は、例えば、In、Zn、Gaの組成比1:1:1の合金から形成されるn型の金属酸化物半導体層であって第2の活性層106は例えばペンタセン、オリゴチオフェン等から形成されるp型の有機半導体層である。 For example, specifically, the first active layer 104 is an n-type metal oxide semiconductor layer formed of, for example, an alloy of In, Zn, and Ga having a composition ratio of 1: 1: 1. The layer 106 is a p-type organic semiconductor layer formed of, for example, pentacene or oligothiophene.
本発明の発明者は、このような構成をとることによって、デバイス特性を実質的に改良することが可能であることを見いだした。特に、ソース−ドレイン間の“オフ”電流(off電流)が著しく低減でき、従ってトランジスタのon/off比が改善される。 The inventor of the present invention has found that the device characteristics can be substantially improved by adopting such a configuration. In particular, the “off” current (off current) between the source and drain can be significantly reduced, thus improving the on / off ratio of the transistor.
“オフ”電流の減少は、適切な有機半導体材料からなる第2の活性層106および金属半導体層からなる第1の活性層104の間の接触、具体的には、ペンタセン、オリゴチオフェン等とIn、Zn、Gaの組成比1:1:1の合金等から形成される酸化物半導体との界面に関連していると考えられる。 The decrease in “off” current is caused by contact between the second active layer 106 made of a suitable organic semiconductor material and the first active layer 104 made of a metal semiconductor layer, specifically pentacene, oligothiophene, etc. and In , Zn, and Ga are considered to be related to an interface with an oxide semiconductor formed of an alloy having a 1: 1: 1 composition ratio.
特に、本発明において第1の活性層上に第2の活性層を形成することは界面の乱れを少なくできるためその効果が大きい。 In particular, the formation of the second active layer on the first active layer in the present invention has a great effect because the disturbance of the interface can be reduced.
図5に、本発明の薄膜トランジスタ素子が複数配置される薄膜トランジスタシート120の1例の概略の等価回路図を示す。 FIG. 5 shows a schematic equivalent circuit diagram of an example of a thin film transistor sheet 120 in which a plurality of thin film transistor elements of the present invention are arranged.
薄膜トランジスタシート120はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子124を有する。121は各薄膜トランジスタ素子124のゲート電極のゲートバスラインであり、122は各薄膜トランジスタ素子124のソース電極のソースバスラインである。各薄膜トランジスタ素子124のドレイン電極には、出力素子26が接続され、この出力素子126は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子126として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。125は蓄積コンデンサ、127は垂直駆動回路、28は水平駆動回路である。 The thin film transistor sheet 120 has a large number of thin film transistor elements 124 arranged in a matrix. 121 is a gate bus line of the gate electrode of each thin film transistor element 124, and 122 is a source bus line of the source electrode of each thin film transistor element 124. An output element 26 is connected to the drain electrode of each thin film transistor element 124. The output element 126 is, for example, a liquid crystal or an electrophoretic element, and constitutes a pixel in the display device. In the illustrated example, a liquid crystal is shown as an output element 126 by an equivalent circuit composed of a resistor and a capacitor. Reference numeral 125 denotes a storage capacitor, 127 denotes a vertical drive circuit, and 28 denotes a horizontal drive circuit.
この様な、支持体上に薄膜トランジスタ素子を2次元的に配列したシートに本発明を用いることができる。 The present invention can be used for such a sheet in which thin film transistor elements are two-dimensionally arranged on a support.
本発明の薄膜トランジスタは、有機半導体材料層および金属酸化物半導体材料層のエネルギーレベルにより、ゲートがソースに対して負にバイアスされた場合にはp型チャネル材料(有機半導体から成る第2の活性層)が正孔で充たされ、ゲートがソースに対して正にバイアスされた場合にはn型チャネル材料(金属酸化物半導体からなる第1の活性層と)が電子で充たされるようなものであることは、当業者には自明である。 The thin film transistor of the present invention has a p-type channel material (second active layer made of an organic semiconductor) when the gate is negatively biased with respect to the source due to the energy levels of the organic semiconductor material layer and the metal oxide semiconductor material layer. ) Is filled with holes, and when the gate is positively biased with respect to the source, the n-type channel material (with the first active layer made of a metal oxide semiconductor) is filled with electrons. It will be obvious to those skilled in the art.
図6は、図1に示されたトランジスタの、ゲート電圧−ドレイン電流特性を模式的に示した図である。この図6は単一のトランジスタがp型チャネルおよびn型チャネルデバイスの双方として利用可能であることに留意されたい。 FIG. 6 is a diagram schematically showing gate voltage-drain current characteristics of the transistor shown in FIG. Note that FIG. 6 shows that a single transistor can be used as both a p-type channel and an n-type channel device.
従来技術に係る(シリコンに基づいた)トランジスタを用いた相補回路は公知であり、低電力消費動作が可能であることも公知である。例えば、W.N.Carr etal., ”MOS/LSI Design and Applications”(McGraw−Hill)の第77−78頁を参照。従来技術に係る相補回路においては、どのトランジスタがn型チャネルであってどのトランジスタがp型チャネルであるかが(不純物の選択を通して)予め決定されている。 Complementary circuits using transistors (based on silicon) according to the prior art are known and are known to be capable of low power consumption operation. For example, W.W. N. Carr et al. , "MOS / LSI Design and Applications" (McGraw-Hill), pages 77-78. In the complementary circuit according to the prior art, which transistor is an n-type channel and which transistor is a p-type channel is determined in advance (through selection of impurities).
本発明に係わる薄膜トランジスタは、印加されるバイアス電圧に依存して、p型チャネルあるいはn型チャネルデバイスのいずれかとして利用され得る。そのため、回路設計者に付加的な自由度が与えられることになる。なぜなら、与えられたトランジスタがあるバイアス条件下ではp型チャネルデバイスとなり、また別のバイアス条件下ではn型チャネルデバイスとなり、一方のトランジスタはn型チャネルデバイスとして機能し、他方はp型チャネルデバイスとして機能する。 The thin film transistor according to the present invention can be used as either a p-type channel or an n-type channel device depending on the applied bias voltage. This gives the circuit designer additional freedom. Because a given transistor becomes a p-type channel device under one bias condition and an n-type channel device under another bias condition, one transistor functions as an n-type channel device and the other as a p-type channel device. Function.
(電極)
本発明において、TFT素子を構成するソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極に用いられる導電性材料としては、電極として実用可能なレベルでの導電性があればよく、特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。(electrode)
In the present invention, the conductive material used for the electrodes such as the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode constituting the TFT element is not particularly limited as long as it has conductivity at a practical level as an electrode. , Gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, indium / tin oxide ( ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium Sodium - potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used.
また、導電性材料としては、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。金属微粒子を含有する分散物としては、例えば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が1nm〜50nm、好ましくは1nm〜10nmの金属微粒子を含有する分散物である。金属微粒子から電極を形成するには、前述の方法を同様に用いることができ、金属微粒子の材料としては上記の金属を用いることができる。 Moreover, as a conductive material, a conductive polymer, metal fine particles, or the like can be suitably used. As the dispersion containing metal fine particles, for example, a known conductive paste may be used, but a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 10 nm is preferable. In order to form an electrode from metal fine particles, the above-described method can be used in the same manner, and the metal described above can be used as the material of the metal fine particles.
(電極等の形成方法)
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。(Method for forming electrodes, etc.)
As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method from a conductive thin film formed by using a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method in which a resist is formed and etched by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Further, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.
ソース、ドレイン、あるいはゲート電極等の電極、またゲート、あるいはソースバスライン等を、エッチングまたはリフトオフ等感光性樹脂等を用いた金属薄膜のパターニングなしに形成する方法として、無電解メッキ法による方法が知られている。 As a method of forming an electrode such as a source, drain, or gate electrode, a gate, or a source bus line without patterning a metal thin film using a photosensitive resin such as etching or lift-off, there is a method by an electroless plating method. Are known.
無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開2004−158805にも記載されたように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法(インクジェット印刷含む。)によって、パターニングした後に、メッキ剤を、電極を設ける部分に接触させる。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により前記部分に無電解メッキが施されて、電極パターンが形成されるというものである。 Regarding the method for forming an electrode by an electroless plating method, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158805, a liquid containing a plating catalyst that acts on a plating agent to cause electroless plating is applied to a portion where the electrode is provided. For example, after patterning by a printing method (including inkjet printing), a plating agent is brought into contact with a portion where an electrode is provided. If it does so, electroless plating will be performed to the said part by the contact of the said catalyst and a plating agent, and an electrode pattern will be formed.
無電解メッキの触媒と、メッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。 The application of the electroless plating catalyst and the plating agent may be reversed, and the pattern formation may be performed either. However, a method of forming a plating catalyst pattern and applying the plating agent to this is preferable.
印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、平版、凸版、凹版またインクジェット法による印刷などが用いられる。 As the printing method, for example, screen printing, lithographic printing, letterpress printing, intaglio printing, ink jet printing, or the like is used.
(ゲート絶縁膜)
本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。(Gate insulation film)
Although various insulating films can be used as the gate insulating film of the thin film transistor of the present invention, an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。 Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method and the like, spraying Wet processes such as coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and other wet processes such as printing and ink jet patterning methods, etc. Can be used depending on the material.
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。 The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used.
これらのうち好ましいのは、上述した大気圧プラズマ法である。 Of these, the atmospheric pressure plasma method described above is preferable.
ゲート絶縁膜(層)が陽極酸化膜または該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。 It is also preferable that the gate insulating film (layer) is composed of an anodized film or the anodized film and an insulating film. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method.
陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。 Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used.
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂等を用いることもできる。 Examples of organic compound films include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization-type, photo-cation polymerization-type photo-curing resins, copolymers containing acrylonitrile components, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, etc. Can also be used.
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。 An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
(基板)
基板を構成する支持体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、紙、不織布などを用いることができるが、本発明において支持体は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えば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)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。(substrate)
Various materials can be used as the support material constituting the substrate. For example, ceramic substrates such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide. In addition, a semiconductor substrate such as gallium nitrogen, paper, and non-woven fabric can be used. In the present invention, the support is preferably made of a resin, for example, a plastic film sheet can be used. Examples of plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), and cellulose. Examples include films made of triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.
また本発明の薄膜トランジスタ素子上には素子保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物または無機窒化物等が挙げられ、上述した大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。 An element protective layer can be provided on the thin film transistor element of the present invention. Examples of the protective layer include the inorganic oxides and inorganic nitrides described above, and it is preferable to form the protective layer by the atmospheric pressure plasma method described above.
以下の実施例により、本発明に係る薄膜トランジスタについて、図7の薄膜トランジスタ作製工程の模式図を用いて具体的に説明する。 The following examples will specifically describe the thin film transistor according to the present invention with reference to the schematic diagram of the thin film transistor manufacturing process of FIG.
〈実施例1〉
樹脂支持体101として、ポリエーテルスルホン樹脂フィルム(200μm)を用い、この上に、先ず、50W/m2/minの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。<Example 1>
As the resin support 101, a polyethersulfone resin film (200 μm) was used, and first, a corona discharge treatment was performed thereon under the condition of 50 W / m 2 / min. Thereafter, an undercoat layer was formed in order to improve adhesion as follows.
(下引き層の形成)
下記組成の塗布液を乾燥膜厚2μmになるように塗布し、90℃で5分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯下10cmの距離から4秒間硬化させた。(Formation of undercoat layer)
A coating solution having the following composition was applied to a dry film thickness of 2 μm, dried at 90 ° C. for 5 minutes, and then cured for 4 seconds from a distance of 10 cm under a 60 W / cm high-pressure mercury lamp.
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ50nmの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層108とした(図7(1))。Dipentaerythritol hexaacrylate monomer 60g
Dipentaerythritol hexaacrylate dimer 20g
Dipentaerythritol hexaacrylate trimer or higher component 20g
Diethoxybenzophenone UV initiator 2g
Silicone surfactant 1g
75g of methyl ethyl ketone
Methyl propylene glycol 75g
Further, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm was formed on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as the undercoat layer 108 (FIG. 7 (1)).
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
(電極条件)
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを1mm被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてRmax5μmとした誘電体(比誘電率10)を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
Discharge output: 10 W / cm 2
(Electrode condition)
The electrode is coated with 1 mm of alumina by ceramic spraying on a stainless steel jacket roll base material having cooling means with cooling water, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, and then sealed by ultraviolet irradiation. This is a roll electrode having a dielectric (relative permittivity of 10) that has been subjected to hole treatment and has a smooth surface and an Rmax of 5 μm, and is grounded. On the other hand, as the application electrode, a hollow rectangular stainless steel pipe was coated with the same dielectric as described above under the same conditions.
次いで、ゲート電極を形成する。スパッタ法により、厚さ300nmのアルミニウム皮膜を一面に成膜した後、フォトリソグラフ法により、エッチングしてゲート電極102を形成した(図7(2))。 Next, a gate electrode is formed. An aluminum film having a thickness of 300 nm was formed on one surface by sputtering, and then etched by photolithography to form the gate electrode 102 (FIG. 7 (2)).
(陽極酸化被膜形成工程)
ゲート電極102を形成したのち基板をよく洗浄し、30質量%燐酸アンモニウム水溶液中で、2分間、30Vの定電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが120nmになるまで陽極酸化を行った(図では省略)。(Anodized film forming process)
After the gate electrode 102 is formed, the substrate is thoroughly washed, and a direct current supplied from a constant voltage power source of 30 V is used for 2 minutes in a 30% by mass ammonium phosphate aqueous solution until the thickness of the anodized film reaches 120 nm. Anodization was performed (not shown in the figure).
次いで、さらにフィルム温度200℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ30nmの酸化珪素膜を設け、前記した陽極酸化アルミニウム層を併せて、厚さ150nmのゲート絶縁膜103を形成した(図7(3))。 Next, at a film temperature of 200 ° C., a silicon oxide film having a thickness of 30 nm is provided by the atmospheric pressure plasma method described above, and the above-described anodized aluminum layer is combined to form a gate insulating film 103 having a thickness of 150 nm (FIG. 7 (3)).
次に、テトラ−i−プロポキシスズ、ジエトキシ亜鉛をモル比1:1でトルエンに溶解し、5質量%の溶液を調製した。この溶液を、インクジェット装置を用いて、ゲート電極の配置されたゲート絶縁膜上に吐出し、溶媒をキャストさせて平均膜厚が30nmの薄膜を成膜した。 Next, tetra-i-propoxytin and diethoxyzinc were dissolved in toluene at a molar ratio of 1: 1 to prepare a 5 mass% solution. This solution was discharged onto a gate insulating film provided with a gate electrode using an ink jet apparatus, and the solvent was cast to form a thin film having an average film thickness of 30 nm.
さらに、前記大気圧プラズマ法において、以下のように条件を変えて、酸化処理を行った。 Further, in the atmospheric pressure plasma method, the oxidation treatment was performed under the following conditions.
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 99.5体積%
反応性ガス:酸素ガス 0.5体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm2
樹脂支持体(フィルム)温度200℃にて酸化処理を施した。厚さ約30nmの金属酸化物半導体からなる第1の活性層104に転換された(図7(4))。(Used gas)
Inert gas: Helium 99.5% by volume
Reactive gas: Oxygen gas 0.5% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Oxidation treatment was performed at a resin support (film) temperature of 200 ° C. The first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor having a thickness of about 30 nm was converted (FIG. 7 (4)).
次いで、フォトリソグラフ法によるレジスト形成、金の加熱蒸着、レジストの剥離のステップから成るリフトオフ法により、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図7(5))。それぞれのサイズは、幅10μm、長さ50μm(チャネル幅)厚さ50nmであり、ソース電極105a、ドレイン電極105bの距離(チャネル長)は15μmとした。 Next, a source electrode 105a and a drain electrode 105b were formed by a lift-off method including steps of resist formation by photolithography, gold vapor deposition, and resist peeling (FIG. 7 (5)). Each size was 10 μm wide, 50 μm long (channel width), and 50 nm thick, and the distance (channel length) between the source electrode 105a and the drain electrode 105b was 15 μm.
UVオゾン処理によるドライ洗浄の後、ペンタフルオロベンゼンチオールの5質量%エタノール溶液に3分間浸漬した。さらに、ヘキサメチルジシラザンを3000rpmのスピンコートにより、塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。 After dry cleaning by UV ozone treatment, it was immersed for 3 minutes in a 5 mass% ethanol solution of pentafluorobenzenethiol. Furthermore, hexamethyldisilazane was applied by spin coating at 3000 rpm, and a heat treatment at 90 ° C. for 2 minutes was performed.
次に、有機半導体材料として、OSC2−1を用いて有機半導体層を形成した。即ち、OSC2−1のキシレン溶液(0.5質量%)を調製し、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、ソース・ドレイン電極上およびチャネル領域に吐出し(図7(6))、窒素ガス中で、50℃で3分乾燥した。乾燥することでチャネル領域に膜厚30nmの有機半導体からなる第2の活性層106が形成された(図7(7))。 Next, an organic semiconductor layer was formed using OSC2-1 as the organic semiconductor material. That is, a xylene solution (0.5% by mass) of OSC2-1 was prepared and discharged onto the source / drain electrodes and the channel region by using a piezo ink jet method (FIG. 7 (6)). And dried at 50 ° C. for 3 minutes. By drying, a second active layer 106 made of an organic semiconductor having a thickness of 30 nm was formed in the channel region (FIG. 7 (7)).
上記で得られた薄膜トランジスタ素子について、トランジスタ特性の評価を行ったが、ゲートバイアスがマイナスの領域で、pチャンネルのエンハンスメント型FETの動作特性を示した。 The transistor characteristics of the thin film transistor element obtained above were evaluated, and the operating characteristics of the p-channel enhancement type FET were shown in the negative gate bias region.
ドレインバイアスを−15Vとし、ゲートバイアスを+10Vから−30Vまで掃引した時のドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられたキャリア移動度は1.0cm2/Vs、on/off比は7桁、閾値は−3Vであった。An increase in drain current (transfer characteristics) was observed when the drain bias was −15 V and the gate bias was swept from +10 V to −30 V. The carrier mobility estimated from the saturation region was 1.0 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 7 digits, and the threshold was −3V.
また、ゲートバイアスがプラスの領域においても、同様に、nチャンネルのエンハンスメント型FETの動作特性を示した。ドレインバイアスを+15Vとし、ゲートバイアスを−10Vから+30Vまで掃引したときのドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられたキャリア移動度は6cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+5Vであった。Similarly, in the region where the gate bias is positive, the operating characteristics of the n-channel enhancement type FET are also shown. An increase in drain current (transfer characteristic) was observed when the drain bias was +15 V and the gate bias was swept from -10 V to +30 V. The carrier mobility estimated from the saturation region was 6 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was +5 V.
このように本発明の薄膜トランジスタは、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示す。 As described above, the thin film transistor of the present invention exhibits both n-type and p-type drive characteristics.
〈実施例2〉
図8にプロセスを示す。<Example 2>
FIG. 8 shows the process.
実施例1と同様にして、金属酸化物半導体薄膜からなる第1の活性層104を設けた後(図8(1))、ヘキサメチルジシラザンを3000rpmのスピンコートにより塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。その後、実施例1と同様に、有機半導体OSC2−1を用いて有機半導体薄膜からなる第2の活性層106を形成した(図8(2))。 In the same manner as in Example 1, after providing the first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor thin film (FIG. 8 (1)), hexamethyldisilazane was applied by spin coating at 3000 rpm, and 90 ° C. for 2 minutes. The heat treatment was performed. Thereafter, similarly to Example 1, a second active layer 106 made of an organic semiconductor thin film was formed using the organic semiconductor OSC2-1 (FIG. 8B).
次に、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図8(3))。 Next, gold was deposited using a mask to form a source electrode 105a and a drain electrode 105b (FIG. 8 (3)).
この薄膜トランジスタの断面図を示す。第1の活性層は、長さ約300μm、幅(X1)60μmの領域に形成された。第2の活性層は、長さ約300μm、幅(X2)50μmの領域に形成され、第1の活性層上の幅手方向、中央部分に位置するよう配置した。ソース電極105a、ドレイン電極105bは、それぞれのサイズが、幅40μm、長さ250μm(チャネル幅)、厚さ50nmであり、長さ方向が、第1の活性層および第2の活性層の長さ方向と並行になるよう配置された。また、電極間の距離L(チャネル長)は30μmとし、チャネル部分が第1の活性層および第2の活性層の、幅手方向の中央に位置している。A cross-sectional view of this thin film transistor is shown. The first active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 1 ) of 60 μm. The second active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 2 ) of 50 μm, and was arranged so as to be located in the width direction, center portion on the first active layer. Each of the source electrode 105a and the drain electrode 105b has a width of 40 μm, a length of 250 μm (channel width), and a thickness of 50 nm, and the length direction is the length of the first active layer and the second active layer. Arranged parallel to the direction. Further, the distance L (channel length) between the electrodes is set to 30 μm, and the channel portion is located at the center in the width direction of the first active layer and the second active layer.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタの特性を測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.8cm2/Vs、on/off比は7桁、閾値は−5Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は6cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+5Vであった。When the characteristics of the thin film transistor were measured under exactly the same conditions as in Example 1, the driving characteristics of both n-type operation and p-type operation were shown. The carrier mobility during p-type operation was 0.8 cm 2 / Vs, on / The off ratio was 7 digits and the threshold was -5V. Moreover, the carrier mobility at the time of n-type operation was 6 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was + 5V.
〈実施例3〉
実施例1と同様にして、金属酸化物半導体薄膜からなる第1の活性層104を設けた(図9(1))。その後、ヘキサメチルジシラザンを3000rpmのスピンコートにより塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。その後、さらに実施例1と同様に、有機半導体OSC2−1を用いて有機半導体薄膜からなる第2の活性層106を形成した。このとき、有機半導体溶液の吐出量を50%増加させたため、実施例2と異なり、有機半導体薄膜領域は、金属酸化物半導体薄膜の領域を完全に覆うよう形成された(図9(2))。<Example 3>
In the same manner as in Example 1, a first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor thin film was provided (FIG. 9 (1)). Thereafter, hexamethyldisilazane was applied by spin coating at 3000 rpm, and a heat treatment at 90 ° C. for 2 minutes was performed. Thereafter, similarly to Example 1, a second active layer 106 made of an organic semiconductor thin film was formed using the organic semiconductor OSC2-1. At this time, since the discharge amount of the organic semiconductor solution was increased by 50%, unlike Example 2, the organic semiconductor thin film region was formed to completely cover the region of the metal oxide semiconductor thin film (FIG. 9 (2)). .
次に、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図9(3))。 Next, gold was deposited using a mask to form a source electrode 105a and a drain electrode 105b (FIG. 9 (3)).
第1の活性層は、長さ約300μm、幅(X1)60μmの領域に形成された。第2の活性層は、長さ約300μm、幅(X2)70μmの領域に形成され、第1の活性層上の幅手方向、中央部分に位置するよう配置した。ソース電極105a、ドレイン電極105bは、それぞれのサイズが、幅40μm、長さ250μm(チャネル幅)、厚さ50nmであり、長さ方向が、第1の活性層および第2の活性層の長さ方向と並行になるよう配置された。また、電極間の距離L(チャネル長)は30μmとし、チャネル部分が第1の活性層および第2の活性層の、幅手方向の中央に位置している。The first active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 1 ) of 60 μm. The second active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 2 ) of 70 μm, and was arranged so as to be located in the lateral direction and the central portion on the first active layer. Each of the source electrode 105a and the drain electrode 105b has a width of 40 μm, a length of 250 μm (channel width), and a thickness of 50 nm, and the length direction is the length of the first active layer and the second active layer. Arranged parallel to the direction. Further, the distance L (channel length) between the electrodes is set to 30 μm, and the channel portion is located at the center in the width direction of the first active layer and the second active layer.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタを測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.8cm2/Vs、on/off比は7桁、閾値は−5Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は0.5cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+8Vであった。When the thin film transistor was measured under exactly the same conditions as in Example 1, the driving characteristics of both n-type operation and p-type operation were shown, and carrier mobility during p-type operation was 0.8 cm 2 / Vs, on / off ratio. Was 7 digits and the threshold was -5V. In addition, the carrier mobility at the time of n-type operation was 0.5 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was +8 V.
〈実施例4〉
図8にプロセスを示す。<Example 4>
FIG. 8 shows the process.
実施例1と同様にして、ゲート絶縁膜103を設けた後、実施例1の金属酸化物半導体薄膜からなる第1の活性層の形成を以下のように変更した。 After forming the gate insulating film 103 in the same manner as in Example 1, the formation of the first active layer made of the metal oxide semiconductor thin film of Example 1 was changed as follows.
硝酸インジウム、硝酸亜鉛をモル比1:1で超純水に溶解し、5質量%の溶液を調製した。この溶液を、インクジェット装置を用いて、ゲート電極の配置されたゲート絶縁膜上に吐出し、溶媒をキャストさせて平均膜厚が30nmの薄膜を成膜した。 Indium nitrate and zinc nitrate were dissolved in ultrapure water at a molar ratio of 1: 1 to prepare a 5 mass% solution. This solution was discharged onto a gate insulating film provided with a gate electrode using an ink jet apparatus, and the solvent was cast to form a thin film having an average film thickness of 30 nm.
さらに、前記大気圧プラズマ法において、以下のように条件を変えて、酸化処理を行った。 Further, in the atmospheric pressure plasma method, the oxidation treatment was performed under the following conditions.
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 99.5体積%
反応性ガス:酸素ガス 0.5体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm2
樹脂支持体(フィルム)温度200℃にて、酸化処理を施した。酸化処理によって金属薄膜は透明に変化し、厚さ約30nmの金属酸化物半導体に転換され、第1の活性層104が形成された(図8(1))。(Used gas)
Inert gas: Helium 99.5% by volume
Reactive gas: Oxygen gas 0.5% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Oxidation treatment was performed at a resin support (film) temperature of 200 ° C. By the oxidation treatment, the metal thin film was changed to be transparent and converted to a metal oxide semiconductor having a thickness of about 30 nm, and the first active layer 104 was formed (FIG. 8 (1)).
次に、ヘキサメチルジシラザンを3000rpmのスピンコートにより塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。その後実施例1と同様に、有機半導体OSC2−1を用いて有機半導体からなる第2の活性層を形成した(図8(2))。 Next, hexamethyldisilazane was applied by spin coating at 3000 rpm, and heat treatment was performed at 90 ° C. for 2 minutes. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a second active layer made of an organic semiconductor was formed using the organic semiconductor OSC2-1 (FIG. 8 (2)).
次に、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図8(3))。 Next, gold was deposited using a mask to form a source electrode 105a and a drain electrode 105b (FIG. 8 (3)).
第1の活性層は、長さ約300μm、幅(X1)60μmの領域に形成された。第2の活性層は、長さ約300μm、幅(X2)50μmの領域に形成され、第1の活性層上の幅手方向、中央部分に位置するよう配置した。ソース電極105a、ドレイン電極105bは、それぞれのサイズが、幅40μm、長さ250μm(チャネル幅)、厚さ50nmであり、長さ方向が、第1の活性層および第2の活性層の長さ方向と並行になるよう配置された。また、電極間の距離L(チャネル長)は30μmとし、チャネル部分が第1の活性層および第2の活性層の、幅手方向の中央に位置している。The first active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 1 ) of 60 μm. The second active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 2 ) of 50 μm, and was arranged so as to be located in the width direction, center portion on the first active layer. Each of the source electrode 105a and the drain electrode 105b has a width of 40 μm, a length of 250 μm (channel width), and a thickness of 50 nm, and the length direction is the length of the first active layer and the second active layer. Arranged parallel to the direction. Further, the distance L (channel length) between the electrodes is set to 30 μm, and the channel portion is located at the center in the width direction of the first active layer and the second active layer.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタを測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は1.1cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は−6Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は5cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+6Vであった。When the thin film transistor was measured under exactly the same conditions as in Example 1, the driving characteristics of both n-type operation and p-type operation were shown, and carrier mobility during p-type operation was 1.1 cm 2 / Vs, on / off ratio. Was 6 digits and the threshold was -6V. Further, the carrier mobility during n-type operation was 5 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was +6 V.
〈実施例5〉
実施例4と半導体層の上下を入れ替えた例を示す。図10にプロセスを示した。<Example 5>
Example 4 shows an example in which the upper and lower sides of the semiconductor layer are interchanged. The process is shown in FIG.
実施例1と同様にして、ゲート絶縁膜103を設けた後、ヘキサメチルジシラザンを3000rpmのスピンコートにより塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。 In the same manner as in Example 1, after providing the gate insulating film 103, hexamethyldisilazane was applied by spin coating at 3000 rpm, and heat treatment was performed at 90 ° C. for 2 minutes.
次に、その後実施例1と同様に、有機半導体OSC2−1を用いて有機半導体薄膜からなる第2の活性層106を形成した(図10(1))。その上に、金属酸化物半導体薄膜からなる第1の活性層104を形成する。即ち、硝酸インジウム、硝酸亜鉛をモル比1:1で超純水に溶解し、5質量%の溶液を調製した。この溶液を、インクジェット装置を用いて、有機半導体からなる第2の活性層上に吐出し、溶媒である水をキャストさせて平均膜厚が30nmの前駆体の薄膜を成膜した。 Next, similarly to Example 1, a second active layer 106 made of an organic semiconductor thin film was formed using the organic semiconductor OSC2-1 (FIG. 10 (1)). A first active layer 104 made of a metal oxide semiconductor thin film is formed thereon. That is, indium nitrate and zinc nitrate were dissolved in ultrapure water at a molar ratio of 1: 1 to prepare a 5% by mass solution. This solution was discharged onto a second active layer made of an organic semiconductor using an ink jet apparatus, and water as a solvent was cast to form a precursor thin film having an average film thickness of 30 nm.
さらに、前記大気圧プラズマ法において、以下のように条件を変えて、酸化処理を行った。 Further, in the atmospheric pressure plasma method, the oxidation treatment was performed under the following conditions.
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 99.5体積%
反応性ガス:酸素ガス 0.5体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm2
樹脂支持体(フィルム)温度200℃にて酸化処理を施した。酸化処理によって金属薄膜は透明に変化し、厚さ約30nmの金属酸化物からなる酸化物半導体薄膜(第1の活性層104)に転換された(図10(2))。(Used gas)
Inert gas: Helium 99.5% by volume
Reactive gas: Oxygen gas 0.5% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Oxidation treatment was performed at a resin support (film) temperature of 200 ° C. The metal thin film turned transparent by the oxidation treatment, and was converted to an oxide semiconductor thin film (first active layer 104) made of a metal oxide having a thickness of about 30 nm (FIG. 10 (2)).
次に、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図10(3))。 Next, gold was deposited using a mask to form a source electrode 105a and a drain electrode 105b (FIG. 10 (3)).
第2の活性層は、長さ約300μm、幅(X2)60μmの領域に形成された。第1の活性層は、長さ約300μm、幅(X1)50μmの領域に形成され、第2の活性層上の幅手方向、中央部分に位置するよう配置した。ソース電極105a、ドレイン電極105bは、それぞれのサイズが、幅40μm、長さ250μm(チャネル幅)、厚さ50nmであり、長さ方向が、第1の活性層および第2の活性層の長さ方向と並行になるよう配置された。また、電極間の距離L(チャネル長)は30μmとし、チャネル部分が第1の活性層および第2の活性層の、幅手方向の中央に位置している。The second active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 2 ) of 60 μm. The first active layer was formed in a region having a length of about 300 μm and a width (X 1 ) of 50 μm, and was arranged so as to be positioned in the width direction and center portion on the second active layer. Each of the source electrode 105a and the drain electrode 105b has a width of 40 μm, a length of 250 μm (channel width), and a thickness of 50 nm, and the length direction is the length of the first active layer and the second active layer. Arranged parallel to the direction. Further, the distance L (channel length) between the electrodes is set to 30 μm, and the channel portion is located at the center in the width direction of the first active layer and the second active layer.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタを測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.7cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は−3Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は0.2cm2/Vs、on/off比は5桁、閾値は+15Vであった。When the thin film transistor was measured under exactly the same conditions as in Example 1, it showed both n-type and p-type drive characteristics, and carrier mobility during p-type operation was 0.7 cm 2 / Vs, on / off ratio. Was 6 digits and the threshold was -3V. The carrier mobility during n-type operation was 0.2 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 5 digits, and the threshold was +15 V.
〈実施例6〉
実施例1にて、第1の活性層に対する表面処理であるペンタフルオロベンゼンチオールおよびヘキサメチルジシラザンによる処理を行わずに、薄膜トランジスタを作製した。<Example 6>
In Example 1, a thin film transistor was fabricated without performing treatment with pentafluorobenzenethiol and hexamethyldisilazane, which are surface treatments on the first active layer.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタを測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.3cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は−7Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は5cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+6Vであった。When the thin film transistor was measured under exactly the same conditions as in Example 1, the driving characteristics of both n-type operation and p-type operation were shown, and carrier mobility during p-type operation was 0.3 cm 2 / Vs, on / off ratio Was 6 digits and the threshold was -7V. Further, the carrier mobility during n-type operation was 5 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was +6 V.
〈実施例7〉
実施例1にて、第1の活性層に対するペンタフルオロベンゼンチオールによる表面処理を行わず、ヘキサメチルジシラザンによる処理のみ施した。ヘキサメチルシラザンの処理は、実施例1同様、3000rpmのスピンコートにより塗布し、90℃2分の加熱処理を行った。<Example 7>
In Example 1, the surface treatment of the first active layer with pentafluorobenzenethiol was not performed, but only the treatment with hexamethyldisilazane was performed. The hexamethylsilazane treatment was applied by spin coating at 3000 rpm and heat treatment at 90 ° C. for 2 minutes as in Example 1.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタを測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.8cm2/Vs、on/off比は7桁、閾値は−4Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は6cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は+6Vであった。When the thin film transistor was measured under exactly the same conditions as in Example 1, the driving characteristics of both n-type operation and p-type operation were shown, and carrier mobility during p-type operation was 0.8 cm 2 / Vs, on / off ratio. Was 7 digits and the threshold was -4V. Further, the carrier mobility at the time of n-type operation was 6 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was + 6V.
〈比較例〉
実施例2にて、n型半導体を金属酸化物半導体から、特開2004−235624で使用されているフッ化銅フタロシアニン(F16CuPc)に変更した。アルドリッチ製のフッ化銅フタロシアニンを昇華精製してn型半導体材料を準備した。<Comparative example>
In Example 2, the n-type semiconductor was changed from a metal oxide semiconductor to copper fluoride phthalocyanine (F 16 CuPc) used in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-235624. Aldrich copper fluoride phthalocyanine was purified by sublimation to prepare an n-type semiconductor material.
ゲート絶縁膜103を設けた後、その上に、フッ化銅フタロシアニンを加熱蒸着し、厚さ30nmのn型半導体層を形成した。 After providing the gate insulating film 103, copper fluoride phthalocyanine was heated and evaporated thereon to form an n-type semiconductor layer having a thickness of 30 nm.
その後、実施例2と同様に(図8にプロセスを示す)、有機半導体OSC2−1を用いて有機半導体層を形成した。このとき有機半導体領域は、酸化物半導体薄膜の領域を超えず、約5μmの幅に亘り、第1の活性層である酸化物半導体薄膜が露出していた(図8(2))。 Thereafter, as in Example 2 (process is shown in FIG. 8), an organic semiconductor layer was formed using the organic semiconductor OSC2-1. At this time, the organic semiconductor region did not exceed the region of the oxide semiconductor thin film, and the oxide semiconductor thin film as the first active layer was exposed over a width of about 5 μm (FIG. 8B).
次に、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極105aおよびドレイン電極105bを形成した(図8(3))。それぞれのサイズは、幅10μm、長さ50μm(チャネル幅)厚さ50nmであり、ソース電極105a、ドレイン電極105bの距離(チャネル長)は15μmとした。 Next, gold was deposited using a mask to form a source electrode 105a and a drain electrode 105b (FIG. 8 (3)). Each size was 10 μm wide, 50 μm long (channel width), and 50 nm thick, and the distance (channel length) between the source electrode 105a and the drain electrode 105b was 15 μm.
実施例1と全く同じ条件で、薄膜トランジスタの特性を測定したところ、n型動作およびp型動作の両方の駆動特性を示し、p型動作時のキャリア移動度は0.00003cm2/Vs、on/off比は2桁、閾値は−35Vであった。また、n型動作時のキャリア移動度は0.0001cm2/Vs、on/off比は2桁、閾値は+45Vであった。The characteristics of the thin film transistor were measured under exactly the same conditions as in Example 1. As a result, the driving characteristics of both the n-type operation and the p-type operation were shown, and the carrier mobility during the p-type operation was 0.00003 cm 2 / Vs, on / The off ratio was 2 digits and the threshold was -35V. The carrier mobility during n-type operation was 0.0001 cm 2 / Vs, the on / off ratio was two digits, and the threshold was +45 V.
Claims (11)
(式中、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、Z1またはZ2は置換または無置換の芳香族炭化水素環、あるいは置換または無置換の芳香族複素環を表し、n1またはn2は0〜3の整数を表す。)The thin film transistor according to any one of claims 1 to 9, wherein the second active layer made of an organic semiconductor contains a compound represented by the following general formula (OSC1).
(Wherein R 1 to R 6 represent a hydrogen atom or a substituent, Z 1 or Z 2 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring, or a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic ring, n1 or n2 represents an integer of 0 to 3.)
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