JP2008192669A - Organic semiconductor composition and manufacturing method of transistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic semiconductor composition capable of forming an organic semiconductor layer having high preservation stability and superior characteristics, and a manufacturing method of a transistor by which a high-reliability transistor can be manufactured using this composition. <P>SOLUTION: This manufacturing method provides for a transistor 1 provided with a source electrode 20a, a drain electrode 20b, a gate electrode 50, an organic semiconductor layer 30 and a gate insulating film 40 for insulating the source electrode 20a and the drain electrode 20b from the gate electrode 50. The method includes a step of forming an organic semiconductor layer 30, by applying an organic semiconductor composition containing an organic semiconductor material, comprising a structure unit that contains at least one thiophene ring as a repeating unit and an organic solvent containing at least any one of sishydrindane, transhydrindane, 1,3-dimethyladamantan, exotetrahydrodicyclopentadiene or cineole. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体用組成物、及びトランジスタの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an organic semiconductor composition and a method for producing a transistor.

近年、無機半導体材料を用いた薄膜トランジスタを置き換え得るデバイスとして、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタが注目されている(例えば、特許文献1参照。)。
この薄膜トランジスタにおいて、有機半導体材料としては、チオフェン環を有するポリマー有機半導体材料が知られている。この有機半導体材料は、高いキャリア移動度が得られるとともに、ポリマーであることから有機溶媒に溶解してインクとすることができるので、液相プロセスによって有機半導体層を形成できるというメリットがある。
In recent years, a thin film transistor using an organic semiconductor material has attracted attention as a device that can replace a thin film transistor using an inorganic semiconductor material (see, for example, Patent Document 1).
In this thin film transistor, a polymer organic semiconductor material having a thiophene ring is known as an organic semiconductor material. This organic semiconductor material has high carrier mobility, and since it is a polymer, it can be dissolved in an organic solvent to form an ink, and thus has an advantage that an organic semiconductor layer can be formed by a liquid phase process.

ところで、液相プロセスでは、有機半導体材料を含有するインクを、所定の有機半導体層形成領域に塗布し、後処理することによって有機半導体層を形成する。
ここで、インクを均一に塗布し、形成される有機半導体層毎のバラツキを抑えるには、インクの性状が重要となる。
すなわち、インクは、有機半導体材料が析出し難く、安定性に優れていなければならない。また、インクの塗布方法に応じて、インクの表面張力、粘度および沸点が適正範囲に調整されていることが必要である。
しかしながら、チオフェン環を有する有機半導体材料は、有機溶媒に溶解すると、経時的にチオフェン環を中心にして凝集を生じ易く、この凝集により有機半導体材料が析出し、安定的なインクを得るのが困難であるという問題がある。
特開2004−6782号公報
By the way, in the liquid phase process, an organic semiconductor layer is formed by applying an ink containing an organic semiconductor material to a predetermined organic semiconductor layer formation region and performing post-processing.
Here, in order to uniformly apply the ink and suppress variations among the formed organic semiconductor layers, the properties of the ink are important.
That is, the ink must be excellent in stability because it is difficult for the organic semiconductor material to precipitate. Further, it is necessary that the surface tension, viscosity, and boiling point of the ink are adjusted to an appropriate range according to the ink application method.
However, when an organic semiconductor material having a thiophene ring dissolves in an organic solvent, aggregation tends to occur around the thiophene ring over time, and the organic semiconductor material precipitates due to this aggregation, making it difficult to obtain a stable ink. There is a problem that.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-6682

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、保存安定性が高く、特性に優れた有機半導体層を形成することができる有機半導体用組成物、これを用いて製造された信頼性の高いトランジスタを製造可能なトランジスタの製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a composition for organic semiconductors capable of forming an organic semiconductor layer having high storage stability and excellent characteristics, and a reliability produced using the same. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a transistor capable of manufacturing a high-performance transistor.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の有機半導体用組成物は、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料と、シスヒドリンダン、トランスヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、或いはシネオールの少なくとも1つを含有する有機溶媒と、を含むことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
An organic semiconductor composition of the present invention comprises an organic semiconductor material having a structural unit containing at least one thiophene ring as a repeating unit, cishydrindan, transhydrindan, 1,3-dimethyladamantane, exotetrahydrodicyclopentadiene, or cineol. And an organic solvent containing at least one of the following.

本発明の有機半導体用組成物によれば、保存安定性が高く、特性に優れた有機半導体層を形成することのできる有機半導体用組成物となる。   According to the composition for organic semiconductors of the present invention, the composition for organic semiconductors can form an organic semiconductor layer having high storage stability and excellent characteristics.

また、上記有機半導体用組成物においては、前記構造単位は、主鎖上にπ共役系構造を含まれるのが好ましい。
この構成によれば、π共役系構造は、それが構造内に含まれることに起因する分子のキャリア移動度の低下を防止でき、これによって有機半導体層のキャリア移動度の低下が防止されたものとなる。
また、前記π共役系構造は、フルオレン環であるのが望ましい。この場合、フルオレン環はキャリア移動度が特に高いため、フルオレン環に起因するキャリア移動度の低下を特に確実に防止することができる。
さらに、前記構造単位は、アルキル鎖を含み、該アルキル鎖は、前記フルオレン環に結合しているのが望ましい。この場合、少なくともチオフェン環にアルキル鎖が結合することを避けることができるため、チオフェン環の構造を維持することができる。したがって、チオフェン環の半導体特性が低下するのを確実に防止することができる。
In the organic semiconductor composition, the structural unit preferably includes a π-conjugated structure on the main chain.
According to this configuration, the π-conjugated structure can prevent a decrease in the carrier mobility of the molecule due to the inclusion in the structure, thereby preventing a decrease in the carrier mobility of the organic semiconductor layer. It becomes.
The π-conjugated structure is preferably a fluorene ring. In this case, since the fluorene ring has a particularly high carrier mobility, a decrease in carrier mobility caused by the fluorene ring can be particularly reliably prevented.
Furthermore, the structural unit preferably includes an alkyl chain, and the alkyl chain is preferably bonded to the fluorene ring. In this case, since at least an alkyl chain can be prevented from bonding to the thiophene ring, the structure of the thiophene ring can be maintained. Accordingly, it is possible to reliably prevent the semiconductor characteristics of the thiophene ring from deteriorating.

また、本発明の有機半導体用組成物においては、前記構造単位はアルキル鎖を含むことが好ましい。
これにより、一般的な有機溶媒に対する親和性が高まり、有機半導体材料の有機溶媒への溶解性が向上する。
Moreover, in the composition for organic semiconductors of this invention, it is preferable that the said structural unit contains an alkyl chain.
Thereby, the affinity with respect to a general organic solvent increases, and the solubility to the organic solvent of an organic-semiconductor material improves.

また、本発明の有機半導体用組成物においては、前記アルキル鎖の炭素数は、4〜20であることが好ましい。
これにより、有機半導体材料の有機溶媒に対する溶解性を十分に維持できる。
Moreover, in the composition for organic semiconductors of this invention, it is preferable that carbon number of the said alkyl chain is 4-20.
Thereby, the solubility with respect to the organic solvent of organic-semiconductor material can fully be maintained.

また、本発明の有機半導体用組成物においては、前記有機半導体材料中の前記繰り返し単位の平均数は、2〜500であることが好ましい。
これにより、半導体材料として十分な特性を示しつつ、合成および取り扱いが容易なものとなる。
Moreover, in the composition for organic semiconductors of this invention, it is preferable that the average number of the said repeating units in the said organic-semiconductor material is 2-500.
This makes it easy to synthesize and handle while exhibiting sufficient characteristics as a semiconductor material.

また、本発明の有機半導体用組成物においては、前記有機半導体材料の含有率は、0.1〜5wt%であるのが好ましい。
これにより、有機半導体材料の析出を確実に防止しつつ、十分な膜厚の有機半導体層を形成することができる。
Moreover, in the composition for organic semiconductors of this invention, it is preferable that the content rate of the said organic-semiconductor material is 0.1-5 wt%.
Thereby, an organic semiconductor layer having a sufficient thickness can be formed while reliably preventing the organic semiconductor material from being deposited.

本発明のトランジスタの製造方法は、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して前記ソース電極および前記ドレイン電極を絶縁するゲート絶縁膜とを備えるトランジスタの製造方法であって、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料と、シスヒドリンダン、トランスヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、或いはシネオールの少なくとも1つを含有する有機溶媒と、を含む有機半導体用組成物を塗布して前記有機半導体層を形成することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a transistor comprising: a source electrode; a drain electrode; a gate electrode; an organic semiconductor layer; and a gate insulating film that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode. An organic semiconductor material having a structural unit containing at least one thiophene ring as a repeating unit, and at least one of cishydrindan, transhydrindane, 1,3-dimethyladamantane, exotetrahydrodicyclopentadiene, or cineol The organic semiconductor layer is formed by applying a composition for organic semiconductor containing an organic solvent containing the organic semiconductor layer.

本発明のトランジスタの製造方法によれば、トランジスタ特性および耐久性に優れ、かつ信頼性の高いトランジスタが得られる。   According to the method for producing a transistor of the present invention, a transistor having excellent transistor characteristics and durability and high reliability can be obtained.

以下、本発明の有機半導体用組成物、及びトランジスタの製造方法に係る一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の有機半導体用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第1実施形態について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the composition for organic semiconductor of the present invention and a method for producing a transistor will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, 1st Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic semiconductors of this invention is described.

図1は、本発明の有機半導体用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第1実施形態を示す概略図(図1中(a)は縦断面図、(b)は平面図)、図2および図3は、それぞれ、図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。
図1に示す薄膜トランジスタ(本発明のトランジスタ)1は、トップゲート型の薄膜トランジスタであり、互いに分離して設けられたソース電極20aおよびドレイン電極20bと、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように設けられた有機半導体層30と、有機半導体層30とゲート電極50との間に位置するゲート絶縁層40とを有し、基板10上に設けられている。
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a thin film transistor manufactured using the composition for organic semiconductor of the present invention ((a) is a longitudinal sectional view, (b) is a plan view) in FIG. 2 and 3 are views (longitudinal sectional views) for explaining a method of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.
A thin film transistor (transistor of the present invention) 1 shown in FIG. 1 is a top-gate thin film transistor, and is provided so as to cover a source electrode 20a and a drain electrode 20b provided separately from each other, and a source electrode 20a and a drain electrode 20b. The organic semiconductor layer 30 and the gate insulating layer 40 positioned between the organic semiconductor layer 30 and the gate electrode 50 are provided on the substrate 10.

以下、各部の構成について、順次説明する。
基板10は、薄膜トランジスタ1を構成する各層(各部)を支持するものである。
基板10には、例えば、ガラス基板、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)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリイミド(PI)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。
Hereinafter, the configuration of each unit will be sequentially described.
The substrate 10 supports each layer (each part) constituting the thin film transistor 1.
The substrate 10 includes, for example, a plastic substrate (glass substrate, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), aromatic polyester (liquid crystal polymer), polyimide (PI), etc. Resin substrate), quartz substrate, silicon substrate, metal substrate, gallium arsenide substrate, and the like can be used.

薄膜トランジスタ1に可撓性を付与する場合には、基板10には、プラスチック基板、または、薄い(比較的膜厚の小さい)金属基板が選択される。
基板10上には、ソース電極20aおよびドレイン電極20b(一対の電極)が設けられている。すなわち、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、ほぼ同一平面上に設けられている。
When the thin film transistor 1 is given flexibility, a plastic substrate or a thin (relatively small film thickness) metal substrate is selected as the substrate 10.
On the substrate 10, a source electrode 20a and a drain electrode 20b (a pair of electrodes) are provided. That is, the source electrode 20a and the drain electrode 20b are provided on substantially the same plane.

ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成材料としては、例えば、Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Cr、Ti、Ta、Alまたはこれらを含む合金のような金属材料、およびこれらの酸化物等を用いることができる。
また、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、導電性有機材料で構成することもできる。
As a constituent material of the source electrode 20a and the drain electrode 20b, for example, Au, Ag, Cu, Pt, Ni, Cr, Ti, Ta, Al or a metal material such as an alloy containing these, and oxides thereof are used. Can be used.
Moreover, the source electrode 20a and the drain electrode 20b can also be comprised with an electroconductive organic material.

また、有機半導体層30がp型である場合には、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成材料としては、それぞれ、Au、Ag、Cu、Ptまたはこれらを含む合金を主とするものが好ましい。これらのものは、比較的仕事関数が大きいため、ソース電極20aをこれらの材料で構成することにより、有機半導体層30への正孔(キャリア)の注入効率を向上させることができる。   When the organic semiconductor layer 30 is p-type, the constituent materials of the source electrode 20a and the drain electrode 20b are preferably mainly composed of Au, Ag, Cu, Pt, or an alloy containing these, respectively. Since these have a relatively large work function, the efficiency of injecting holes (carriers) into the organic semiconductor layer 30 can be improved by forming the source electrode 20a with these materials.

なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、10〜2000nm程度であるのが好ましく、50〜1000nm程度であるのがより好ましい。
ソース電極20aとドレイン電極20bとの距離、すなわち、図1に示すチャネル長Lは、2〜30μm程度であるのが好ましく、2〜20μm程度であるのがより好ましい。このような範囲にチャネル長Lの値を設定することにより、薄膜トランジスタ1の特性の向上(特に、ON電流値の上昇)を図ることができる。
In addition, although the average thickness of the source electrode 20a and the drain electrode 20b is not specifically limited, It is preferable that it is about 10-2000 nm, respectively, and it is more preferable that it is about 50-1000 nm.
The distance between the source electrode 20a and the drain electrode 20b, that is, the channel length L shown in FIG. 1 is preferably about 2 to 30 μm, and more preferably about 2 to 20 μm. By setting the value of the channel length L in such a range, the characteristics of the thin film transistor 1 can be improved (in particular, the ON current value can be increased).

また、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの長さ、すなわち、図1に示すチャネル幅Wは、0.1〜5mm程度であるのが好ましく、0.3〜3mm程度であるのがより好ましい。このような範囲にチャネル幅Wの値を設定することにより、寄生容量を低減させることができ、薄膜トランジスタ1の特性の劣化を防止することができる。また、薄膜トランジスタ1の大型化を防止することもできる。   Further, the length of the source electrode 20a and the drain electrode 20b, that is, the channel width W shown in FIG. 1, is preferably about 0.1 to 5 mm, and more preferably about 0.3 to 3 mm. By setting the value of the channel width W in such a range, the parasitic capacitance can be reduced, and deterioration of the characteristics of the thin film transistor 1 can be prevented. In addition, an increase in size of the thin film transistor 1 can be prevented.

基板10上には、各ソース電極20aおよびドレイン電極20bに接触するように、有機半導体層30が設けられている。
この有機半導体層30の構成材料については、後述する薄膜トランジスタの製造方法において説明する。
この有機半導体層30の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、1〜 500nm程度であるのがより好ましく、1〜100nm程度であるのがさらに好ましい。
An organic semiconductor layer 30 is provided on the substrate 10 so as to be in contact with each source electrode 20a and drain electrode 20b.
The constituent material of the organic semiconductor layer 30 will be described in the thin film transistor manufacturing method described later.
The average thickness of the organic semiconductor layer 30 is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 1000 nm, more preferably about 1 to 500 nm, and further preferably about 1 to 100 nm.

有機半導体層30上、すなわち、有機半導体層30を介してソース電極20aおよびドレイン電極20bと反対側には、ゲート絶縁層(絶縁体層)40が設けられている。
このゲート絶縁層40は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bに対して、後述するゲート電極(第3の電極)50を絶縁するものである。
ゲート絶縁層40の構成材料としては、公知のゲート絶縁体材料であれば、種類は特に限定されるものではなく、有機材料、無機材料のいずれも使用可能である。
A gate insulating layer (insulator layer) 40 is provided on the organic semiconductor layer 30, that is, on the side opposite to the source electrode 20 a and the drain electrode 20 b via the organic semiconductor layer 30.
The gate insulating layer 40 insulates a gate electrode (third electrode) 50 described later from the source electrode 20a and the drain electrode 20b.
The constituent material of the gate insulating layer 40 is not particularly limited as long as it is a known gate insulator material, and either an organic material or an inorganic material can be used.

有機材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルフェノール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
一方、無機材料としては、シリカ、窒化珪素、酸化アルミ、酸化タンタル等の金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウムチタン酸鉛等の金属複合酸化物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the organic material include polymethyl methacrylate, polyvinyl phenol, polyimide, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl phenol, and the like, and one or more of these can be used in combination.
On the other hand, examples of the inorganic material include metal oxides such as silica, silicon nitride, aluminum oxide, and tantalum oxide, and metal composite oxides such as barium strontium titanate and lead zirconium titanate. A combination of more than one species can be used.

ゲート絶縁層40の平均厚さは、特に限定されないが、10〜5000nm程度であるのが好ましく、100〜2000nm程度であるのがより好ましい。ゲート絶縁層40の厚さを前記範囲とすることにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとゲート電極50とを確実に絶縁しつつ、薄膜トランジスタ1の動作電圧を低くすることができる。
なお、ゲート絶縁層40は、単層構成のものに限定されず、複数層の積層構成のものであってもよい。
The average thickness of the gate insulating layer 40 is not particularly limited, but is preferably about 10 to 5000 nm, and more preferably about 100 to 2000 nm. By setting the thickness of the gate insulating layer 40 within the above range, the operating voltage of the thin film transistor 1 can be lowered while reliably insulating the source electrode 20a and the drain electrode 20b from the gate electrode 50.
Note that the gate insulating layer 40 is not limited to a single-layer structure, and may have a multilayer structure.

ゲート絶縁層40上の所定の位置、すなわち、ソース電極20aとドレイン電極20bとの間の領域に対応する位置には、有機半導体層30に電界をかけるゲート電極50が設けられている。
このゲート電極50の構成材料としては、公知の電極材料であれば、種類は特に限定されるものではない。具体的には、Cr、Al、Ta、Mo、Nb、Cu、Ag、Au、Pd、In、Ni、Nd、Coまたはこれらを含む合金のような金属材料、およびそれらの酸化物等を用いることができる。
A gate electrode 50 that applies an electric field to the organic semiconductor layer 30 is provided at a predetermined position on the gate insulating layer 40, that is, at a position corresponding to a region between the source electrode 20 a and the drain electrode 20 b.
The material of the gate electrode 50 is not particularly limited as long as it is a known electrode material. Specifically, metal materials such as Cr, Al, Ta, Mo, Nb, Cu, Ag, Au, Pd, In, Ni, Nd, Co or alloys containing these, and oxides thereof are used. Can do.

また、ゲート電極50は、導電性有機材料で構成することもできる。
ゲート電極50の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜 2000nm程度であるのが好ましく、1〜 1000nm程度であるのがより好ましい。
このような薄膜トランジスタ1では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加した状態で、ゲート電極50にゲート電圧を印加すると、有機半導体層30のゲート絶縁層40との界面付近にチャネルが形成され、チャネル領域をキャリア(正孔)が移動することで、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電流が流れる。
Moreover, the gate electrode 50 can also be comprised with a conductive organic material.
The average thickness of the gate electrode 50 is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 2000 nm, and more preferably about 1 to 1000 nm.
In such a thin film transistor 1, when a gate voltage is applied to the gate electrode 50 with a voltage applied between the source electrode 20a and the drain electrode 20b, a channel is formed near the interface between the organic semiconductor layer 30 and the gate insulating layer 40. As a result, carriers (holes) move through the channel region, whereby a current flows between the source electrode 20a and the drain electrode 20b.

すなわち、ゲート電極50に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間に電圧を印加しても、有機半導体層30中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
一方、ゲート電極50に電圧が印加されているON状態では、有機半導体層30のゲート絶縁層40に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(キャリアの流路)が形成される。この状態でソース電極20aおよびドレイン電極20bの間に電圧を印加すると、チャネル領域を通って電流が流れる。
That is, in the OFF state in which no voltage is applied to the gate electrode 50, even if a voltage is applied between the source electrode 20a and the drain electrode 20b, almost no carriers are present in the organic semiconductor layer 30; Only flows.
On the other hand, in the ON state in which a voltage is applied to the gate electrode 50, charges are induced in the portion of the organic semiconductor layer 30 facing the gate insulating layer 40, and a channel (carrier flow path) is formed. When a voltage is applied between the source electrode 20a and the drain electrode 20b in this state, a current flows through the channel region.

次に、本発明の有機半導体用組成物を、図1に示す薄膜トランジスタを製造する場合を例にして説明する。
図1に示す薄膜トランジスタ1の製造方法は、基板10上にソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する工程[A1]と、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように有機半導体層30を形成する工程[A2]と、有機半導体層30上にゲート絶縁層40を形成する工程[A3]と、ゲート絶縁層40上にゲート電極50を形成する工程[A4]とを有している。
Next, the composition for organic semiconductor of the present invention will be described by taking as an example the case of producing the thin film transistor shown in FIG.
1 includes a step [A1] of forming a source electrode 20a and a drain electrode 20b on a substrate 10, and a step of forming an organic semiconductor layer 30 so as to cover the source electrode 20a and the drain electrode 20b. [A2], a step [A3] of forming the gate insulating layer 40 on the organic semiconductor layer 30, and a step [A4] of forming the gate electrode 50 on the gate insulating layer 40.

[A1] ソース電極およびドレイン電極形成工程
まず、基板10上に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する(図2(a)参照。)。
このソース電極20aおよびドレイン電極20bは、例えば、エッチング法、リフトオフ法等を用いて形成することができる。
[A1] Source and Drain Electrode Formation Step First, the source electrode 20a and the drain electrode 20b are formed on the substrate 10 (see FIG. 2A).
The source electrode 20a and the drain electrode 20b can be formed using, for example, an etching method, a lift-off method, or the like.

エッチング法によりソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、例えば、スパッタ法、蒸着法、メッキ法等を用いて、基板10の全面に金属膜(金属層)を形成する。II:次に、例えばフォトリソグラフィー法、マイクロコンタクトプリンティング法等を用いて、金属膜上(表面)にレジスト層を形成する。III:次に、このレジスト層をマスクに用いて、金属膜にエッチングを施して、所定の形状にパターニングする。   When forming the source electrode 20a and the drain electrode 20b by etching, I: First, a metal film (metal layer) is formed on the entire surface of the substrate 10 by using, for example, sputtering, vapor deposition, plating, or the like. . II: Next, a resist layer is formed on the metal film (surface) by using, for example, a photolithography method, a microcontact printing method, or the like. III: Next, using this resist layer as a mask, the metal film is etched and patterned into a predetermined shape.

また、リフトオフ法によりソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する場合には、I:まず、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する領域以外の領域に、レジスト層を形成する。II:次に、例えば、蒸着法、メッキ法等を用いて、基板10のレジスト層側の全面に金属膜(金属層)を形成する。III:次に、レジスト層を除去する。   When the source electrode 20a and the drain electrode 20b are formed by the lift-off method, I: First, a resist layer is formed in a region other than the region where the source electrode 20a and the drain electrode 20b are formed. II: Next, a metal film (metal layer) is formed on the entire surface of the substrate 10 on the resist layer side using, for example, vapor deposition or plating. III: Next, the resist layer is removed.

なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、基板10上に、例えば、導電性粒子や、導電性有機材料を含む導電性材料を塗布(供給)して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
導電性粒子を含む導電性材料としては、金属微粒子を分散させた分散液、導電性粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
また、導電性有機材料を含む導電性材料としては、導電性有機材料の溶液または分散液が挙げられる。
The source electrode 20a and the drain electrode 20b are formed on the substrate 10 by applying (supplying), for example, conductive particles or a conductive material containing a conductive organic material to form a coating film, and then as necessary. The film can also be formed by post-treatment (for example, heating, infrared irradiation, application of ultrasonic waves, etc.).
Examples of the conductive material containing conductive particles include a dispersion in which metal fine particles are dispersed, a polymer mixture containing conductive particles, and the like.
Moreover, as a conductive material containing a conductive organic material, a solution or dispersion of a conductive organic material can be given.

基板10上に導電性材料を塗布(供給)する方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法のような塗布法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法のような印刷法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   Examples of methods for applying (supplying) a conductive material on the substrate 10 include spin coating, casting, micro gravure coating, gravure coating, bar coating, roll coating, wire bar coating, and dip coating. And coating methods such as spray coating method, screen printing method, flexographic printing method, offset printing method, ink jet method, printing method such as micro contact printing method, etc., one or more of these Can be used in combination.

[A2] 有機半導体層形成工程
次に、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、有機半導体層30を形成する(図2(b)参照。)。
有機半導体層30は、有機半導体材料と、有機溶媒とを含む有機半導体用組成物を、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように供給し、その後、必要に応じて後処理を施すことによって形成する。
[A2] Organic Semiconductor Layer Formation Step Next, the organic semiconductor layer 30 is formed so as to cover the source electrode 20a and the drain electrode 20b (see FIG. 2B).
The organic semiconductor layer 30 is formed by supplying a composition for an organic semiconductor containing an organic semiconductor material and an organic solvent so as to cover the source electrode 20a and the drain electrode 20b, and then performing post-processing as necessary. To do.

まず、有機半導体材料と、有機溶媒とを含む有機半導体用組成物を調製する。
有機半導体材料としては、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位(以下、単に「構造単位」とも言う。)を繰り返し単位とする有機半導体材料を使用する。このような有機半導体材料はチオフェン環がπ共役系を有することによって、高いキャリア移動度が得られる。したがって、かかる有機半導体材料を使用することにより、特性に優れた薄膜トランジスタを製造することができる。
First, an organic semiconductor composition containing an organic semiconductor material and an organic solvent is prepared.
As the organic semiconductor material, an organic semiconductor material having a structural unit including at least one thiophene ring (hereinafter also simply referred to as “structural unit”) as a repeating unit is used. In such an organic semiconductor material, high carrier mobility can be obtained because the thiophene ring has a π-conjugated system. Therefore, a thin film transistor having excellent characteristics can be manufactured by using such an organic semiconductor material.

ところが、ところが、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料は、チオフェン環を中心に凝集し易い。このため、このような有機半導体材料を有機溶媒に溶解してなる有機半導体用組成物は、時間の経過とともにチオフェン環を中心に有機半導体材料が凝集して析出してしまい、安定的に保存することができなかった。そのため、有機半導体層の形成に用いることが困難であったり、仮に形成に用いることができても、形成した有機半導体層ごとの特性のバラツキが大きいという問題があった。   However, an organic semiconductor material having a repeating unit of a structural unit containing at least one thiophene ring is likely to aggregate around the thiophene ring. For this reason, the composition for organic semiconductors formed by dissolving such an organic semiconductor material in an organic solvent is stable and stored as the organic semiconductor material aggregates and precipitates around the thiophene ring over time. I couldn't. For this reason, it is difficult to use for the formation of the organic semiconductor layer, and even if it can be used for the formation, there is a problem that the variation in the characteristics of each formed organic semiconductor layer is large.

そこで、本発明者は、このような有機半導体用組成物を長期間安定的に保存することについて鋭意検討した結果、上記のような有機半導体材料を溶解する有機溶媒としてcis(シス)-ヒドリンダン、trans(トランス)-ヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、exo(エキソ)-テトラヒドロジシクロペンタジエン、或いはシネオールの少なくとも1つを含む有機溶媒を用いることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventor has conducted intensive studies on stably storing such a composition for organic semiconductors for a long period of time, and as a result, cis (cis) -hydrindane as an organic solvent for dissolving the organic semiconductor material as described above, The present invention is completed by finding that it is effective to use an organic solvent containing at least one of trans-hydrindane, 1,3-dimethyladamantane, exo-exo-tetrahydrodicyclopentadiene, or cineol. It came to.

ここで、上記5つの材料は、特異な立体構造を有し、一般的な有機溶媒に比べて立体障害性が大きい。上記材料のうち、シスヒドリンダン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、及びシネオールは、特に立体障害性が大きい。すなわち、特異な立体構造を有する上記材料を含む有機溶媒中に、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料を溶解させると、有機半導体材料は上記5つの材料の干渉(立体障害)により、チオフェン環を中心にして凝集して析出するのが妨げられる。その結果、長期にわたって安定的な有機半導体用組成物が得られる。   Here, the above-mentioned five materials have a specific steric structure and have a greater steric hindrance than a general organic solvent. Of the above materials, cishydrindan, exotetrahydrodicyclopentadiene, and cineol have particularly great steric hindrance. That is, when an organic semiconductor material having a repeating unit of a structural unit containing at least one thiophene ring is dissolved in an organic solvent containing the above material having a specific three-dimensional structure, the organic semiconductor material interferes with the above five materials ( Steric hindrance) prevents aggregation and precipitation around the thiophene ring. As a result, an organic semiconductor composition that is stable over a long period of time can be obtained.

そして、このように安定的な有機半導体用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタ1においては、個別の特性にバラツキが生じるのを防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
また、一般に、有機半導体層を構成する分子は、その分子構造において平面性が高いことが好ましい。これにより、分子における共役長が長くなり、分子間相互作用が強くなって有機半導体層の結晶性が向上することとなる。その結果、有機半導体層におけるキャリア移動度の向上を図ることができる。
And in the thin-film transistor 1 manufactured using such a stable composition for organic semiconductors, it is possible to prevent variation in individual characteristics and to improve reliability.
In general, the molecules constituting the organic semiconductor layer preferably have high planarity in the molecular structure. Thereby, the conjugation length in the molecule is increased, the intermolecular interaction is strengthened, and the crystallinity of the organic semiconductor layer is improved. As a result, carrier mobility in the organic semiconductor layer can be improved.

ここで、有機半導体材料がアルキル鎖を含むことが好ましい。これにより、一般的な有機溶媒に対する親和性が高まり、有機半導体材料の有機溶媒への溶解性が向上する。   Here, the organic semiconductor material preferably contains an alkyl chain. Thereby, the affinity with respect to a general organic solvent increases, and the solubility to the organic solvent of an organic-semiconductor material improves.

ここで、有機溶媒には、上記5つの物質以外の第2の物質が含有されていてもよい。第2の物質としては、例えば、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、1,4−ジオキサン、インダン、インデン、エチルナフタレン、メチルナフタレン、ベンゾフラン、トリメチルベンゼン、キシレン、トルエン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラヒドロナフタレン、ブタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン等が挙げられる。これら第2の物質を含有させ、その含有率を制御することによって、有機半導体材料に対する溶解性や有機半導体用組成物の安定性をより改善することができる。   Here, the organic solvent may contain a second substance other than the above five substances. Examples of the second substance include cyclohexane, cyclohexanone, 1,4-dioxane, indane, indene, ethylnaphthalene, methylnaphthalene, benzofuran, trimethylbenzene, xylene, toluene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, tetrahydronaphthalene, butane. Hexane, heptane, octane, decane, dodecane, tetradecane, hexadecane and the like. By containing these second substances and controlling the content, the solubility in organic semiconductor materials and the stability of the composition for organic semiconductors can be further improved.

なお、有機溶媒中における第3の物質の含有率は、10wt%以下であるのが好ましい。
また、有機半導体材料が有する繰り返し単位にアルキル鎖が含まれている場合、このアルキル鎖の炭素数は、4〜 20程度であるのが好ましく、6〜 10程度であるのがより好ましい。これにより、有機半導体材料の有機溶媒に対する溶解性を十分に維持しつつ、アルキル鎖の長さを、隣接する繰り返し単位間において、アルキル鎖同士が立体構造的な障害を特に生じ難い程度の長さとすることができる。なお、繰り返し単位内に複数のアルキル鎖を有する場合、前述のアルキル鎖の炭素数は、1つのアルキル鎖における炭素数のことを言う。また、アルキル鎖が途中で分枝している場合は、アルキル鎖において、主鎖に結合している基部側から、分枝した各末端までのそれぞれの炭素数のことを言う。
In addition, it is preferable that the content rate of the 3rd substance in an organic solvent is 10 wt% or less.
In addition, when the repeating unit of the organic semiconductor material includes an alkyl chain, the alkyl chain preferably has about 4 to 20 carbon atoms, and more preferably about 6 to 10 carbon atoms. Thus, while sufficiently maintaining the solubility of the organic semiconductor material in the organic solvent, the length of the alkyl chain between adjacent repeating units is such that the alkyl chains are not particularly likely to cause steric hindrance. can do. In addition, when it has a some alkyl chain in a repeating unit, carbon number of the above-mentioned alkyl chain means carbon number in one alkyl chain. Further, when the alkyl chain is branched in the middle, it means the number of carbon atoms from the base side bonded to the main chain to each branched end in the alkyl chain.

また、前述のような、少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位は、主鎖上にπ共役系構造を含むのが好ましい。π共役系構造は、それが構造内に含まれることに起因する分子のキャリア移動度の低下を防止するよう機能するため、これにより、有機半導体層のキャリア移動度の低下を防止することができる。
このようなπ共役系構造は、単結合と二重結合とが交互に結合した構造であり、例えば、フルオレン環、ピロール環、アニリン、カルバゾール、アセチレン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせても用いることができるが、特に、フルオレン環が好ましい。フルオレン環はキャリア移動度が特に高いため、フルオレン環に起因するキャリア移動度の低下を確実に防止することができる。
In addition, the structural unit including at least one thiophene ring as described above preferably includes a π-conjugated structure on the main chain. Since the π-conjugated structure functions to prevent a decrease in the carrier mobility of molecules due to the inclusion in the structure, this can prevent a decrease in the carrier mobility of the organic semiconductor layer. .
Such a π-conjugated structure is a structure in which single bonds and double bonds are alternately bonded, and examples thereof include a fluorene ring, a pyrrole ring, aniline, carbazole, acetylene, etc., and one of these or Two or more types can be used in combination, but a fluorene ring is particularly preferable. Since the fluorene ring has a particularly high carrier mobility, it is possible to reliably prevent a decrease in carrier mobility caused by the fluorene ring.

また、アルキル鎖は、チオフェン環に結合していてもよいが、前述のアルキル鎖同士の距離を遠ざける機能を有する部位に結合しているのが好ましい。これにより、少なくともチオフェン環にアルキル鎖が結合することを避けることができるため、チオフェン環の構造を維持することができる。したがって、チオフェン環の半導体特性が低下するのを確実に防止することができる。
以上で説明したような有機半導体材料の具体例としては、下記化学式(1)で表されるフルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)等が挙げられる。
The alkyl chain may be bonded to the thiophene ring, but is preferably bonded to a site having a function of increasing the distance between the alkyl chains. Thereby, since it is possible to avoid the alkyl chain from being bonded to at least the thiophene ring, the structure of the thiophene ring can be maintained. Accordingly, it is possible to reliably prevent the semiconductor characteristics of the thiophene ring from deteriorating.
Specific examples of the organic semiconductor material as described above include a fluorene-bithiophene copolymer (F8T2) represented by the following chemical formula (1).

Figure 2008192669
Figure 2008192669

このF8T2は、イオン化ポテンシャルが比較的高いため、空気中の酸素や水によって酸化され難い。したがって、F8T2を主材料として有機半導体材料を構成することにより、半導体特性に優れ、この特性が経時的に劣化し難い有機半導体層を形成することができる。
また、その他の有機半導体材料としては、例えば、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)、ポリ(3−オクチルチオフェン)のような、下記化学式(2)で表されるポリ(3−アルキルチオフェン)等の高分子系のものが挙げられ、これらを単独で用いることもでき、F8T2と組み合わせて用いることもできる。
Since F8T2 has a relatively high ionization potential, it is difficult to be oxidized by oxygen or water in the air. Therefore, by configuring the organic semiconductor material using F8T2 as a main material, it is possible to form an organic semiconductor layer that is excellent in semiconductor characteristics and hardly deteriorates over time.
Examples of other organic semiconductor materials include poly (3-alkylthiophene) represented by the following chemical formula (2) such as poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and poly (3-octylthiophene). These can be used alone, or can be used in combination with F8T2.

Figure 2008192669
[式中、Rはアルキル鎖を表す]
Figure 2008192669
[Wherein R represents an alkyl chain]

さらに、別の有機半導体材料としては、例えば、下記化学式(3)〜 (5)で表される化合物も挙げられ、これらを単独で用いることもでき、F8T2と組み合わせて用いることもできる。   Furthermore, as another organic semiconductor material, the compound represented by following Chemical formula (3)-(5) is also mentioned, for example, These can also be used independently and can also be used in combination with F8T2.

Figure 2008192669
[式中、Rはアルキル鎖を表す]
Figure 2008192669
[Wherein R represents an alkyl chain]

また、有機半導体材料中の繰り返し単位の平均数nは、2〜500程度であるのが好ましく、2〜 100程度であるのがより好ましく、4〜20程度であるのがさらに好ましい。これにより、半導体材料として十分な特性を示しつつ、合成および取り扱いが容易なものとなる。
有機半導体用組成物における有機半導体材料の含有率は、0.1〜5wt%程度であるのが好ましく、0.5〜2wt%程度であるのがより好ましい。これにより、有機半導体材料の析出を確実に防止しつつ、十分な膜厚の有機半導体層を形成することができる。
The average number n of repeating units in the organic semiconductor material is preferably about 2 to 500, more preferably about 2 to 100, and further preferably about 4 to 20. This makes it easy to synthesize and handle while exhibiting sufficient characteristics as a semiconductor material.
The content of the organic semiconductor material in the organic semiconductor composition is preferably about 0.1 to 5 wt%, and more preferably about 0.5 to 2 wt%. Thereby, an organic semiconductor layer having a sufficient thickness can be formed while reliably preventing the organic semiconductor material from being deposited.

次に、基板10上に、ソース電極およびドレイン電極を覆うように、前述したような有機半導体用組成物を供給する。
有機半導体形成用液状材料を基板10上に供給する方法としては、例えば、スピンコート法やディップコート法のような塗布法、インクジェット印刷法(液滴吐出法)やスクリーン印刷法のような印刷法等が挙げられる。
Next, the organic semiconductor composition as described above is supplied onto the substrate 10 so as to cover the source electrode and the drain electrode.
As a method for supplying the liquid material for forming an organic semiconductor onto the substrate 10, for example, a coating method such as a spin coating method or a dip coating method, a printing method such as an ink jet printing method (droplet discharge method) or a screen printing method. Etc.

このうちインクジェット法を使用するのが好ましい。インクジェット法は、液状材料を微細なパターンで供給できるので、パターニングが不要であり、簡易な工程で精密な形状の有機半導体層を形成することができる。
また、本発明の有機半導体用組成物で用いる有機溶媒は、その組成にもよるが、上記各材料の沸点が室温より十分に高いので、インクジェット法で問題となる液状材料のノズル面での乾燥を防止することができ、良好な吐出特性を得ることができる。
Of these, the inkjet method is preferably used. In the ink jet method, since a liquid material can be supplied in a fine pattern, patterning is unnecessary, and an organic semiconductor layer having a precise shape can be formed by a simple process.
The organic solvent used in the organic semiconductor composition of the present invention depends on the composition, but the boiling point of each of the above materials is sufficiently higher than room temperature. Can be prevented, and good discharge characteristics can be obtained.

具体的には、シスヒドリンダンの沸点が166℃、トランスヒドリンダンの沸点が159℃、1,3−ジメチルアダマンタンの沸点が201℃、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエンの沸点が189℃、シネオールの沸点が176℃となっている。   Specifically, the boiling point of cishydrindan is 166 ° C, the boiling point of transhydrindan is 159 ° C, the boiling point of 1,3-dimethyladamantane is 201 ° C, the boiling point of exotetrahydrodicyclopentadiene is 189 ° C, and the boiling point of cineol is 176 ° C. It has become.

なお、有機半導体用組成物に、有機半導体材料の前駆体を含有させた場合には、その後、アニール処理を行う。
これにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように有機半導体層30が形成される。このとき、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間には、チャネル領域が形成される。
In addition, when the organic semiconductor composition contains a precursor of an organic semiconductor material, an annealing treatment is performed thereafter.
Thereby, the organic semiconductor layer 30 is formed so as to cover the source electrode 20a and the drain electrode 20b. At this time, a channel region is formed between the source electrode 20a and the drain electrode 20b.

なお、有機半導体層30の形成領域は、図示の構成に限定されず、有機半導体層30は、ソース電極20aおよびドレイン電極20bとの間の領域(チャネル領域)に選択的に形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の薄膜トランジスタ(素子)1を並設する場合に、各素子の有機半導体層30を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。   The formation region of the organic semiconductor layer 30 is not limited to the illustrated configuration, and the organic semiconductor layer 30 may be selectively formed in a region (channel region) between the source electrode 20a and the drain electrode 20b. . Thereby, when a plurality of thin film transistors (elements) 1 are arranged on the same substrate, the leakage current and crosstalk between the elements are suppressed by independently forming the organic semiconductor layer 30 of each element. Can do. Moreover, the usage-amount of organic-semiconductor material can be reduced and manufacturing cost can also be reduced.

[A3] ゲート絶縁層形成工程
次に、有機半導体層30上に、ゲート絶縁層40を形成する(図3(c)参照。)。
例えば、ゲート絶縁層40を有機高分子材料で構成する場合、ゲート絶縁層40は、有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、有機半導体層30上を覆うように塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
[A3] Gate Insulating Layer Formation Step Next, the gate insulating layer 40 is formed on the organic semiconductor layer 30 (see FIG. 3C).
For example, when the gate insulating layer 40 is made of an organic polymer material, the gate insulating layer 40 is applied (supplied) so as to cover the organic semiconductor layer 30 with a solution containing the organic polymer material or a precursor thereof. If necessary, the coating film can be formed by post-treatment (for example, heating, infrared irradiation, application of ultrasonic waves, etc.).

有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、有機半導体層30上へ塗布(供給)する方法としては、前記工程[A2]で挙げた塗布法、印刷法等を用いることができる。
また、ゲート絶縁層40を無機材料で構成する場合、ゲート絶縁層40は、例えば、熱酸化法、CVD法、SOG法により形成することができる。また、原材料にポリシラザンを用いることにより、ゲート絶縁層40として、シリカ膜、窒化珪素膜を湿式プロセスで成膜することが可能となる。
As a method for applying (supplying) a solution containing an organic polymer material or a precursor thereof onto the organic semiconductor layer 30, the application method, the printing method, and the like mentioned in the step [A2] can be used.
When the gate insulating layer 40 is made of an inorganic material, the gate insulating layer 40 can be formed by, for example, a thermal oxidation method, a CVD method, or an SOG method. Further, by using polysilazane as a raw material, a silica film and a silicon nitride film can be formed as a gate insulating layer 40 by a wet process.

[A4] ゲート電極形成工程
次に、ゲート絶縁膜40上に、ゲート電極50を形成する(図3(d)参照)。
まず、ゲート電極50の形成に先立って、金属膜(金属層)を形成する。
この金属膜は、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
[A4] Gate Electrode Formation Step Next, the gate electrode 50 is formed on the gate insulating film 40 (see FIG. 3D).
First, prior to forming the gate electrode 50, a metal film (metal layer) is formed.
This metal film is formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, laser CVD, vapor deposition, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, electrolytic plating, immersion plating, electroless It can be formed by wet plating methods such as plating, thermal spraying methods, sol-gel methods, MOD methods, metal foil bonding, and the like.

次に、この金属膜上に、レジスト材料を塗布した後に硬化させ、ゲート電極50の形状に対応する形状のレジスト層を形成する。このレジスト層をマスクに用いて、金属膜の不要部分を除去する。
この金属膜の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
その後、レジスト層を除去することにより、ゲート電極50が得られる。
Next, a resist material is applied on the metal film and then cured to form a resist layer having a shape corresponding to the shape of the gate electrode 50. Using this resist layer as a mask, unnecessary portions of the metal film are removed.
For the removal of the metal film, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and optical assist etching, and chemical etching methods such as wet etching are used. They can be used in combination.
Then, the gate electrode 50 is obtained by removing the resist layer.

なお、ゲート電極50は、ゲート絶縁層40上に、例えば、導電性粒子や、導電性有機材料を含む導電性材料を塗布(供給)して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
導電性粒子を含む導電性材料としては、金属微粒子を分散させた分散液、導電性粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
The gate electrode 50 is formed on the gate insulating layer 40 by, for example, applying (supplying) conductive particles or a conductive material containing a conductive organic material to form a coating film. It can also be formed by subjecting the coating film to post-treatment (for example, heating, infrared irradiation, application of ultrasonic waves, etc.).
Examples of the conductive material containing conductive particles include a dispersion in which metal fine particles are dispersed, a polymer mixture containing conductive particles, and the like.

また、導電性有機材料を含む導電性材料としては、導電性有機材料の溶液または分散液が挙げられる。
ゲート絶縁層40上に導電性材料を塗布(供給)する方法としては、例えば、前記工程[A2]で挙げた塗布法、印刷法等を用いることができる。
以上のような工程を経て、第1実施形態の薄膜トランジスタ1が得られる。
Moreover, as a conductive material containing a conductive organic material, a solution or dispersion of a conductive organic material can be given.
As a method for applying (supplying) the conductive material on the gate insulating layer 40, for example, the application method, the printing method, or the like described in the step [A2] can be used.
Through the steps as described above, the thin film transistor 1 of the first embodiment is obtained.

(第2実施形態)
次に、本発明の有機半導体用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第2実施形態について説明する。
図4は、本発明の有機半導体用組成物を使用して製造される薄膜トランジスタの第2実施形態を示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic semiconductors of this invention is described.
FIG. 4: is a schematic sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the thin-film transistor manufactured using the composition for organic semiconductors of this invention.

以下、第2実施形態の薄膜トランジスタについて、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の薄膜トランジスタ1は、各電極の配設位置が異なる以外は、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様である。
すなわち、図4に示す薄膜トランジスタ1は、ゲート電極50がゲート絶縁層40を介して、ソース電極20aおよびドレイン電極20bより基板10側に位置するボトムゲート型の薄膜トランジスタである。
Hereinafter, the thin film transistor of the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The thin film transistor 1 of the second embodiment is the same as the thin film transistor 1 of the first embodiment except that the arrangement positions of the respective electrodes are different.
That is, the thin film transistor 1 illustrated in FIG. 4 is a bottom-gate thin film transistor in which the gate electrode 50 is located on the substrate 10 side from the source electrode 20a and the drain electrode 20b with the gate insulating layer 40 interposed therebetween.

そして、有機半導体層30が、前記第1実施形態と同様の有機半導体用組成物を使用して形成されている。
このような薄膜トランジスタ1も、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1とほぼ同様にして製造することができる。
このような第2実施形態の薄膜トランジスタ1によっても、前記第1実施形態の薄膜トランジスタ1と同様の作用・効果が得られる。
なお、本発明の有機半導体用組成物によって有機半導体層を形成する電子デバイスは、薄膜トランジスタに限定されるものではなく、例えば有機EL素子や光電変換素子等であってもよい。
And the organic-semiconductor layer 30 is formed using the composition for organic semiconductors similar to the said 1st Embodiment.
Such a thin film transistor 1 can also be manufactured in substantially the same manner as the thin film transistor 1 of the first embodiment.
Also by the thin film transistor 1 of the second embodiment, the same operation and effect as the thin film transistor 1 of the first embodiment can be obtained.
In addition, the electronic device which forms an organic-semiconductor layer with the composition for organic-semiconductors of this invention is not limited to a thin film transistor, For example, an organic EL element, a photoelectric conversion element, etc. may be sufficient.

(実施例)
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1−1.液状材料(本発明の有機半導体層用組成物)の調製
以下に示すようにして、液状材料No.1〜28を、それぞれ調製した。
(Example)
Next, specific examples of the present invention will be described.
1-1. Preparation of Liquid Material (Organic Semiconductor Layer Composition of the Present Invention) As shown below, liquid material No. 1-28 were prepared respectively.

(実施例)
(液状材料No.1 〜 5)
フルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)を、上記5つの材料(シスヒドリンダン、トランスヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、及びシネオール)の少なくとも1つを含む溶媒に、1wt%の割合で分散・溶解することによって、液状材料を調整した。
(Example)
(Liquid material No.1-5)
A fluorene-bithiophene copolymer (F8T2) is added to a solvent containing at least one of the above five materials (cishydrindan, transhydrindan, 1,3-dimethyladamantane, exotetrahydrodicyclopentadiene, and cineol) in an amount of 1 wt%. The liquid material was prepared by dispersing and dissolving at a ratio.

(比較例)
(液状材料No.6 〜 28)
F8T2を分散・溶解する溶媒を、表1に示すように変更した以外は、前記液状材料No.1 〜 5と同様にして液状材料を調製した。
(Comparative example)
(Liquid material No. 6 to 28)
Except for changing the solvent for dispersing and dissolving F8T2 as shown in Table 1, the liquid material Nos. A liquid material was prepared in the same manner as in 1-5.

1−2.評価
各液状材料について、それぞれ、室温環境下に放置し、F8T2が析出するまでの時間を測定した。この結果を表1,2に示す。
1-2. Evaluation Each liquid material was left in a room temperature environment, and the time until F8T2 was precipitated was measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2008192669
Figure 2008192669

Figure 2008192669
Figure 2008192669

表1,2に示すように、液状材料No1 〜 5(実施例)は、それぞれ上記5つの材料を除いた液状材料No.6 〜 28(比較例)に比べて、F8T2の析出時間がいずれも3ヶ月以上と長く、安定性が高いことが明らかとなった。これにより、上記5つの材料を含んだ有機溶媒の溶解性向上の効果が明らかとなった。   As shown in Tables 1 and 2, liquid material Nos. 1 to 5 (Examples) are liquid material Nos. 1 to 5 except for the above five materials. Compared with 6-28 (comparative example), it became clear that the precipitation time of F8T2 was as long as 3 months or more, and the stability was high. Thereby, the effect of improving the solubility of the organic solvent containing the above five materials was clarified.

有機半導体用組成物から得る薄膜トランジスタの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the thin-film transistor obtained from the composition for organic semiconductors. 図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the thin-film transistor shown in FIG. 図2に続く薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing method of the thin film transistor following FIG. 2. 薄膜トランジスタの第2実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of a thin-film transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1…薄膜トランジスタ、10…基板、20a…ソース電極、20b…ドレイン電極、30…有機半導体層、40…ゲート絶縁層、50…ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin film transistor, 10 ... Substrate, 20a ... Source electrode, 20b ... Drain electrode, 30 ... Organic-semiconductor layer, 40 ... Gate insulating layer, 50 ... Gate electrode

Claims (9)

少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料と、シスヒドリンダン、トランスヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、或いはシネオールの少なくとも1つを含有する有機溶媒と、を含むことを特徴とする有機半導体用組成物。   An organic semiconductor material having a structural unit containing at least one thiophene ring as a repeating unit, and an organic solvent containing at least one of cishydrindan, transhydrindane, 1,3-dimethyladamantane, exotetrahydrodicyclopentadiene, or cineol The composition for organic semiconductors characterized by including these. 前記構造単位は、主鎖上にπ共役系構造を含む請求項1に記載の有機半導体用組成物。   The composition for an organic semiconductor according to claim 1, wherein the structural unit includes a π-conjugated structure on the main chain. 前記π共役系構造は、フルオレン環である請求項2に記載の有機半導体用組成物。   The organic semiconductor composition according to claim 2, wherein the π-conjugated structure is a fluorene ring. 前記構造単位は、アルキル鎖を含み、該アルキル鎖は、前記フルオレン環に結合している請求項3に記載の有機半導体用組成物。   The composition for organic semiconductor according to claim 3, wherein the structural unit includes an alkyl chain, and the alkyl chain is bonded to the fluorene ring. 前記構造単位は、アルキル鎖を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機半導体用組成物。   The composition for organic semiconductor according to claim 1, wherein the structural unit includes an alkyl chain. 前記アルキル鎖の炭素数は、4〜20である請求項4または5に記載の有機半導体用組成物。   The organic semiconductor composition according to claim 4 or 5, wherein the alkyl chain has 4 to 20 carbon atoms. 前記有機半導体材料中の前記繰り返し単位の平均数は、2〜500である請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機半導体用組成物。   The composition for organic semiconductors according to any one of claims 1 to 6, wherein an average number of the repeating units in the organic semiconductor material is 2 to 500. 前記有機半導体材料の含有率は、0.1〜5wt%である請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機半導体用組成物。   The content rate of the said organic-semiconductor material is 0.1-5 wt%, The composition for organic-semiconductors as described in any one of Claims 1-7. ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して前記ソース電極および前記ドレイン電極を絶縁するゲート絶縁膜とを備えるトランジスタの製造方法であって、
少なくとも1つのチオフェン環を含む構造単位を繰り返し単位とする有機半導体材料と、シスヒドリンダン、トランスヒドリンダン、1,3−ジメチルアダマンタン、エキソテトラヒドロジシクロペンタジエン、或いはシネオールの少なくとも1つを含有する有機溶媒と、を含む有機半導体用組成物を塗布して前記有機半導体層を形成することを特徴とするトランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a transistor comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating film that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode,
An organic semiconductor material having a structural unit containing at least one thiophene ring as a repeating unit, and an organic solvent containing at least one of cishydrindan, transhydrindane, 1,3-dimethyladamantane, exotetrahydrodicyclopentadiene, or cineol A method for producing a transistor, wherein the organic semiconductor layer is formed by applying a composition for organic semiconductor comprising:
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