JP2005328030A - Ink for producing semiconductor device and method for producing semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】有機半導体層を有する半導体デバイスにおいて、半導体特性の優れた半導体デバイス、特に、閾値電圧、及びOn/Off比の優れた電界効果トランジスタ、を与えることができる半導体デバイス作製用インク、及びそれを用いた半導体デバイスの作製方法を提供する。
【解決手段】ポルフィリン化合物の濃度が0.1重量%以上である溶液を基本成分とし、表面張力が10〜60mN/m、粘度が1〜50mPa・s、沸点が75〜250℃である半導体デバイス作製用インク、及び、該半導体デバイス作製用インクを半導体層被形成面上に塗布し乾燥させることにより、半導体層を形成する半導体デバイスの作製方法。
【選択図】 なしAn ink for manufacturing a semiconductor device capable of providing a semiconductor device having an organic semiconductor layer, and a semiconductor device having excellent semiconductor characteristics, in particular, a field effect transistor having an excellent threshold voltage and On / Off ratio, and the same A method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor device is provided.
A semiconductor device having a solution having a porphyrin compound concentration of 0.1% by weight or more as a basic component, a surface tension of 10 to 60 mN / m, a viscosity of 1 to 50 mPa · s, and a boiling point of 75 to 250 ° C. An ink for manufacturing and a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor layer is formed by applying the ink for manufacturing a semiconductor device onto a surface on which a semiconductor layer is to be formed and drying.
[Selection figure] None
Description
本発明は、有機半導体層を有する半導体デバイスの作製用インク、及びそれを用いた半導体デバイスの作製方法に関する。 The present invention relates to an ink for manufacturing a semiconductor device having an organic semiconductor layer, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
有機半導体層を有する半導体デバイスは、従前のシリコン等の無機半導体を用いた蒸着等による層形成方法に比して、溶液の塗布や印刷等による形成方法で層を形成し得ることから、その層形成コスト面での優位性に加えて、プラスチック等の使用による軽量化、耐衝撃性等が付与されたデバイスの作製が可能であることから注目されている。 A semiconductor device having an organic semiconductor layer is capable of forming a layer by a formation method such as application of a solution or printing as compared to a conventional layer formation method such as vapor deposition using an inorganic semiconductor such as silicon. In addition to the advantages in terms of formation cost, it is attracting attention because it is possible to fabricate devices that are given weight reduction, impact resistance, etc. by using plastics.
このような有機半導体層を有する半導体デバイスにおける有機半導体として、例えば、ペンタセン等の芳香族縮合炭化水素、チオフェン環が4個以上連結したオリゴチオフェン類、又、ポリチオフェンやポリフルオレン等の高分子化合物等が、例えば電界効果トランジスタに応用できる有機半導体として知られている(例えば、非特許文献1参照。)。更に、それらの有機化合物が溶液の塗布等による層形成が困難であるのに対して、溶液の塗布等による半導体層形成が容易であり、且つ、高い移動度を発現し得る有機半導体として、ポリフィリン化合物が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、本発明者の検討によると、前記特許文献1に記載される、ポルフィリン化合物による半導体層の形成方法においては、塗布溶液(インク)の溶媒としてクロロホルムやクロロベンゼンが用いられていることから、作業環境が劣り、又、塗布装置等の周辺機器が腐食され易いばかりでなく、半導体デバイスとしての半導体特性が充分とは言えず、例えば電界効果トランジスタとして、閾値電圧の絶対値が0Vから外れたり、On/Off比が小さくなるという問題を内在し、これらの点において改良の余地があることが判明した。
However, according to the study of the present inventor, in the method for forming a semiconductor layer using a porphyrin compound described in
本発明は、前述の従来技術に鑑みてなされたものであって、従って、本発明は、有機半導体層を有する半導体デバイスにおいて、半導体特性の優れた半導体デバイス、特に、閾値電圧、及びOn/Off比の優れた電界効果トランジスタ、を与えることができる半導体デバイス作製用インク、及びそれを用いた半導体デバイスの作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described prior art. Accordingly, the present invention relates to a semiconductor device having an organic semiconductor layer, which is excellent in semiconductor characteristics, in particular, a threshold voltage, and On / Off. An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing ink capable of providing a field effect transistor having an excellent ratio, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の表面張力、特定の粘度、及び特定の沸点を有するインクが、前記目的を達成できることを見出し本発明に到達したもので、従って、本発明は、下記一般式(Ia)又は(Ib)で表されるポルフィリン化合物の濃度が0.1重量%以上である溶液を基本成分とし、表面張力が10〜60mN/m、粘度が1.0〜50mPa・s、沸点が75〜250℃である半導体デバイス作製用インク、及び、該半導体デバイス作製用インクを半導体層被形成面上に塗布し乾燥させることにより、半導体層を形成する半導体デバイスの作製方法、を要旨とする。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that an ink having a specific surface tension, a specific viscosity, and a specific boiling point can achieve the object, and has reached the present invention. In the present invention, a solution in which the concentration of the porphyrin compound represented by the following general formula (Ia) or (Ib) is 0.1% by weight or more is a basic component, the surface tension is 10 to 60 mN / m, and the viscosity is 1 Semiconductor device-forming ink having a boiling point of 75 to 250 ° C. and a semiconductor that forms a semiconductor layer by applying and drying the semiconductor device-forming ink on the surface on which the semiconductor layer is formed The gist is a method for manufacturing a device.
〔式(Ia)及び(Ib)中、R1 、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、R7 、及びR8 はそれぞれ独立して、水素原子、水酸基、置換基を有していてもよいアミノ基、ニトロ基、1価の有機基、又はハロゲン原子を示し、R9 、R10、R11、及びR12はそれぞれ独立して、水素原子、1価の有機基、又はハロゲン原子を示し、Mは金属原子を示す。〕 [In formulas (Ia) and (Ib), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 each independently have a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a substituent. R 9 , R 10 , R 11 , and R 12 each independently represents a hydrogen atom, a monovalent organic group, an amino group, a nitro group, a monovalent organic group, or a halogen atom, which may be Or, it represents a halogen atom, and M represents a metal atom. ]
本発明によれば、有機半導体層を有する半導体デバイスにおいて、半導体特性の優れた半導体デバイス、特に、閾値電圧、及びOn/Off比の優れた電界効果トランジスタ、を与えることができる半導体デバイス作製用インク、及びそれを用いた半導体デバイスの作製方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the semiconductor device which has an organic-semiconductor layer, the ink for semiconductor device preparation which can give the semiconductor device excellent in the semiconductor characteristic, especially the field effect transistor excellent in threshold voltage and On / Off ratio. And a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
<半導体デバイス作製用インク>
1.ポルフィリン化合物
本発明の半導体デバイス作製用インクにおいて、有機半導体としてのポルフィリン化合物は前記一般式(Ia)又は(Ib)で表される化合物である。前記一般式(Ia)及び(Ib)において、R1 〜R8 のアミノ基の置換基としては、例えば、炭素数1〜10のアルキル基等が挙げられ、又、R1 〜R8 の1価の有機基としては、炭素数1〜10のものであるのが好ましく、具体的には、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アシル基、カルボキシル基と炭素数1〜10のアルコールとのエステル基、ホルミル基、カルバモイル基等が挙げられ、これらの有機基は置換基を有していてもよい。又、R1 〜R8 のハロゲン原子としては、例えば、弗素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等が挙げられる。
<Semiconductor device manufacturing ink>
1. Porphyrin Compound In the ink for producing a semiconductor device of the present invention, the porphyrin compound as the organic semiconductor is a compound represented by the general formula (Ia) or (Ib). In the general formulas (Ia) and (Ib), examples of the substituent of the amino group of R 1 to R 8 include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 1 to 1 of R 1 to R 8 . The valent organic group is preferably one having 1 to 10 carbon atoms, specifically, for example, an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an acyl group, a carboxyl group, and an alcohol having 1 to 10 carbon atoms. Ester group, formyl group, carbamoyl group and the like, and these organic groups may have a substituent. In addition, examples of the halogen atom represented by R 1 to R 8 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
又、隣り合うR1 とR2 、R3 とR4 、R5 とR6 、及びR7 とR8 とは、結合して環を形成していてもよく、その場合に形成される環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環;ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の複素環;シクロヘキセン環等の脂環式環等が挙げられる。 Adjacent R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , and R 7 and R 8 may be bonded to form a ring, in which case the ring formed Examples of the ring include aromatic rings such as a benzene ring, naphthalene ring and anthracene ring; heterocycles such as a pyridine ring, quinoline ring, furan ring and thiophene ring; and alicyclic rings such as a cyclohexene ring.
又、R9 〜R12の1価の有機基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、カルボキシル基と炭素数1〜10のアルコールとのエステル基、アリール基等が挙げられ、これらの有機基は置換基を有していてもよい。又、R9 〜R12のハロゲン原子としては、例えば、弗素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等が挙げられる。又、Mの金属原子としては、銅、ニッケル、鉄、亜鉛、アルミニウム、白金、錫、マグネシウム、コバルト、チタン、バナジウムであるのが好ましく、銅、又は亜鉛であるのが特に好ましい。 Examples of the monovalent organic group represented by R 9 to R 12 include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an ester group of a carboxyl group and an alcohol having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group, and the like. The group may have a substituent. Examples of the halogen atom represented by R 9 to R 12 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The metal atom of M is preferably copper, nickel, iron, zinc, aluminum, platinum, tin, magnesium, cobalt, titanium, or vanadium, and particularly preferably copper or zinc.
以上のポルフィリン化合物の具体例としては、例えば、前記特許文献1に記載されたものを挙げることができる。その中でも、テトラベンゾポルフィリン類は、塗布法で半導体層を形成することができる有機半導体として特に好ましく、又、無金属テトラベンゾポルフィリン、及び、銅、亜鉛等の二価の金属錯体が特に好ましい。
Specific examples of the porphyrin compounds described above include those described in
尚、本発明の半導体デバイス作製用インクにおいて、該インクを用いて前記ポルフィリン化合物の有機半導体層を形成する場合、前記ポルフィリン化合物自体を溶媒に溶解した溶液(インク)を塗布等する方法の他に、ポルフィリン化合物の前駆体を溶媒に溶解した前駆体溶液(インク)を調製し、この前駆体溶液(インク)を塗布等した後、該前駆体の化学構造を変化させて最終的なポルフィリン化合物として半導体層を形成する方法を採ることもできる。この方法は、特に溶媒に難溶なポルフィリン化合物の有機半導体層を形成する場合に有効である。 In addition, in the semiconductor device manufacturing ink of the present invention, when the organic semiconductor layer of the porphyrin compound is formed using the ink, in addition to a method of applying a solution (ink) in which the porphyrin compound itself is dissolved in a solvent. After preparing a precursor solution (ink) in which a precursor of a porphyrin compound is dissolved in a solvent and applying the precursor solution (ink), the chemical structure of the precursor is changed to obtain a final porphyrin compound. A method of forming a semiconductor layer can also be adopted. This method is particularly effective when forming an organic semiconductor layer of a porphyrin compound that is hardly soluble in a solvent.
前駆体を用いてポルフィリン化合物の有機半導体層を形成する場合のその前駆体としては、即ち、本発明の半導体デバイス作製用インキにおける、前記一般式(Ia)又は(Ib)で表されるポルフィリン化合物としては、例えば、次に示すビシクロ構造を有するポルフィリン化合物は、加熱によりエチレン分子が解離して、ベンゼン環に変化することから、好ましい化合物として挙げられる。尚、下記ビシクロ構造及びそれが変化したベンゼン環の2本の結合手は、ポルフィリンに連結する結合手である。 As the precursor when forming an organic semiconductor layer of a porphyrin compound using a precursor, that is, the porphyrin compound represented by the general formula (Ia) or (Ib) in the ink for producing a semiconductor device of the present invention. For example, a porphyrin compound having the following bicyclo structure is exemplified as a preferable compound because ethylene molecules are dissociated by heating to change into a benzene ring. The two bonds of the bicyclo structure below and the benzene ring in which the bicyclo structure is changed are bonds connected to porphyrin.
一般に、溶液(インク)を用いた有機半導体層の形成、特に有機半導体が低分子化合物の場合には、成膜性が高くならず、結晶性の高い有機半導体層が得られにくいとされているが、上記前駆体を用いる方法によれば、溶液を用いて結晶性の高い優れた特性を有する有機半導体層を得ることができる。即ち、ビシクロ構造は立体的に嵩高いため、結晶性が低く、そのため、ビシクロ構造を有する分子は溶解性が良好であり、その溶液を塗布した際に、結晶性が低い、又は無定形な塗布膜が得られやすい。又、ビシクロ構造は、加熱工程を経ることによりベンゼン環に変化すると平面性の良好な分子構造になるために、結晶性が良好になる。従って、ビシクロ構造を有する前駆体からの化学変化を利用することにより、溶媒への溶解性が低いポルフィリン化合物でも、結晶性の良好なポルフィリン化合物よりなる有機半導体層を、塗布等により得ることができる。尚、前駆体を最終的なポルフィリン化合物に変換する際の加熱は、塗布溶媒を留去する等の他の目的を兼ねていてもよい。 In general, the formation of an organic semiconductor layer using a solution (ink), particularly when the organic semiconductor is a low molecular compound, the film forming property is not improved, and it is difficult to obtain an organic semiconductor layer with high crystallinity. However, according to the method using the precursor, an organic semiconductor layer having excellent characteristics with high crystallinity can be obtained using a solution. That is, since the bicyclo structure is three-dimensionally bulky, the crystallinity is low, and therefore the molecule having the bicyclo structure has good solubility, and when the solution is applied, the crystallinity is low or amorphous. A film is easily obtained. In addition, when the bicyclo structure is changed to a benzene ring through a heating step, a molecular structure with good planarity is obtained, so that crystallinity is improved. Therefore, by utilizing a chemical change from a precursor having a bicyclo structure, an organic semiconductor layer made of a porphyrin compound having good crystallinity can be obtained by coating or the like even with a porphyrin compound having low solubility in a solvent. . The heating for converting the precursor to the final porphyrin compound may also serve other purposes such as distilling off the coating solvent.
前記ポルフィリン化合物として、ピロール環にベンゼン環が縮合しているベンゾポルフィリン化合物は、前駆体としてのビシクロ構造を有するものから得ることができるので、上記の方法を用いて塗布等により有機半導体層を形成するのに有利である。 As the porphyrin compound, a benzoporphyrin compound in which a benzene ring is condensed on a pyrrole ring can be obtained from a precursor having a bicyclo structure, so that an organic semiconductor layer is formed by coating or the like using the above method. It is advantageous to do.
2.溶媒
又、本発明の半導体デバイス作製用インクにおいて、その溶液の溶媒としては、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、及びハロゲン非含有芳香族系溶媒からなる群より選択されたいずれかであるのが好ましく、これらの2種以上が併用されていてもよい。
2. Solvent In the ink for producing a semiconductor device of the present invention, the solvent of the solution is preferably any one selected from the group consisting of ketone solvents, ester solvents, and halogen-free aromatic solvents. Two or more of these may be used in combination.
ここで、ケトン系溶媒としては、具体的には、例えば、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、アセトニルアセトン、メシチルオキシド、ホロン、イソホロン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、ショウノウ等が挙げられ、これらの中で、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンが更に好ましい。 Here, specific examples of ketone solvents include methyl ethyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-hexanone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone, 4-heptanone, diisobutyl ketone, acetonyl acetone, mesi Examples include tiloxide, phorone, isophorone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, acetophenone, and camphor. Among these, methyl ethyl ketone and cyclohexanone are more preferable.
又、エステル系溶媒としては、具体的には、例えば、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸sec−ヘキシル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸ベンジル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソペンチル、酪酸エステル、イソ酪酸エステル、イソ吉草酸エステル、ステアリン酸エステル、安息香酸エステル、桂皮酸エチル、アビエチン酸エステル、アジピン酸ビス(2−エチルヘキシル)、γ−ブチロラクトン、シュウ酸エステル、マロン酸エステル、マレイン酸エステル、酒石酸ジブチル、クエン酸トリブチル、セバシン酸エステル、フタル酸エステル、エチレングリコールモノアセタート、二酢酸エチレン、エチレングリコールエステル、ジエチレングリコールモノアセタート、モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン、モノブチリン、炭酸ジエチル、炭酸プロピレン、ホウ酸エステル、リン酸エステル等が挙げられ、これらの中で、安息香酸エステル、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールエステル、ジエチレングリコールモノアセタートが更に好ましく、安息香酸エステルが特に好ましく、安息香酸エチルが最も好ましい。 Specific examples of the ester solvent include propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, sec-hexyl acetate, and acetic acid. 2-ethylbutyl, 2-ethylhexyl acetate, cyclohexyl acetate, benzyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, isopentyl propionate, butyric acid ester, isobutyric acid ester, isovaleric acid ester, stearic acid ester, benzoic acid ester , Ethyl cinnamate, abietic acid ester, bis (2-ethylhexyl) adipate, γ-butyrolactone, oxalic acid ester, malonic acid ester, maleic acid ester, dibutyl tartrate, tributyl citrate, sebacic acid ester Phthalic acid ester, ethylene glycol monoacetate, ethylene diacetate, ethylene glycol ester, diethylene glycol monoacetate, monoacetin, diacetin, triacetin, monobutyrin, diethyl carbonate, propylene carbonate, borate ester, phosphate ester, etc. Among these, benzoic acid ester, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol ester, and diethylene glycol monoacetate are more preferable, benzoic acid ester is particularly preferable, and ethyl benzoate is most preferable.
又、ハロゲン非含有芳香族系溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、メシチレン、p−シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ジペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、 ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、メトキシトルエン、アニリン、ベラトロール、ニトロベンゼン等が挙げられ、これらの中で、トルエン、キシレン、テトラリン、アニソールが更に好ましい。 Non-halogen-containing aromatic solvents include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, mesitylene, p-cymene, cyclohexylbenzene, diethylbenzene, pentylbenzene, dipentylbenzene, dodecylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, butylphenyl. Examples include ether, pentylphenyl ether, methoxytoluene, benzylethyl ether, methoxytoluene, aniline, veratrol, nitrobenzene, and among these, toluene, xylene, tetralin, and anisole are more preferable.
3.その他成分
前記ポルフィリン化合物の溶液を基本成分とする本発明の半導体デバイス作製用インクは、更に、レベリング剤や増粘剤等の添加剤成分を含有していてもよい。但し、これらの成分は、溶媒除去後に有機半導体層中に残留してしまうと、不純物として半導体特性に悪影響を及ぼすおそれがあるので、溶媒除去と共に除去され易い低沸点等のものであるのが好ましい。
3. Other Components The ink for producing a semiconductor device of the present invention having a solution of the porphyrin compound as a basic component may further contain additive components such as a leveling agent and a thickener. However, if these components remain in the organic semiconductor layer after removal of the solvent, they may adversely affect the semiconductor characteristics as impurities, and therefore it is preferable that they have a low boiling point that is easily removed together with the removal of the solvent. .
4.半導体デバイス作製用インクの物性
本発明の半導体デバイス作製用インクは、前記ポルフィリン化合物の濃度が0.1重量%以上である前記溶媒の溶液を基本成分とする。その際の前記ポルフィリン化合物の濃度は、0.5〜2重量%であるのが好ましい。
4). Physical Properties of Semiconductor Device Preparation Ink The semiconductor device preparation ink of the present invention contains, as a basic component, a solution of the solvent in which the concentration of the porphyrin compound is 0.1% by weight or more. In this case, the concentration of the porphyrin compound is preferably 0.5 to 2% by weight.
又、本発明の半導体デバイス作製用インクは、表面張力が10〜60mN/mであることが必須であり、12〜55mN/mであるのが好ましく、15〜50mN/mであるのが特に好ましい。インクを塗布や印刷等することにより半導体層被形成面上に溶液の層を形成する際、半導体層被形成面を充分に濡らすことができるためには、固体である半導体層被形成面の表面張力に比してインクの表面張力は小さいことが必要であり、前記範囲であることが必要となる。 Further, the ink for producing a semiconductor device of the present invention must have a surface tension of 10 to 60 mN / m, preferably 12 to 55 mN / m, and particularly preferably 15 to 50 mN / m. . In order to sufficiently wet the semiconductor layer formation surface when forming a solution layer on the semiconductor layer formation surface by applying or printing ink, the surface of the semiconductor layer formation surface that is solid The surface tension of the ink needs to be smaller than the tension, and needs to be in the above range.
又、本発明の半導体デバイス作製用インクは、粘度が1.0〜50mPa・sであることが必須であり、1.1〜30mPa・sが好ましく、1.2〜20mPa・sであるのが特に好ましい。表面張力と同様に半導体層被形成面を充分に濡らすためには、インクの粘度が小さいのが効果的であるが、粘度が小さすぎると半導体デバイスに必要不可欠な微細なパターニングを行う際にパターンの型崩れを起こしてしまい、パターニングができないという問題が発生する。一方、粘度が大きすぎるとインクジェット等の使用時にノズルヘッドに詰まりが生じるという問題が発生する。 The ink for producing a semiconductor device of the present invention must have a viscosity of 1.0 to 50 mPa · s, preferably 1.1 to 30 mPa · s, and 1.2 to 20 mPa · s. Particularly preferred. In order to sufficiently wet the surface where the semiconductor layer is formed as well as the surface tension, it is effective that the viscosity of the ink is small, but if the viscosity is too small, the pattern is formed when fine patterning that is essential for semiconductor devices is performed. This causes a problem that patterning cannot be performed. On the other hand, when the viscosity is too large, there is a problem that the nozzle head is clogged when an ink jet or the like is used.
又、本発明の半導体デバイス作製用インクは、沸点が75〜250℃であるのことが必須であり、80〜230℃であるのが好ましく、100〜200℃であるのが特に好ましい。沸点が低いと溶媒の揮発に伴いポルフィリン化合物が吸水し結晶水を含有することとなって、半導体特性が低下し、例えば電界効果トランジスタにおいて閾値電圧の絶対値が大きくなり、一方、沸点が高いと溶媒の除去が不完全となり、半導体デバイスとして残留溶剤による欠陥が生じる等の問題を引き起こすこととなる。 The ink for producing a semiconductor device of the present invention has a boiling point of 75 to 250 ° C., preferably 80 to 230 ° C., particularly preferably 100 to 200 ° C. When the boiling point is low, the porphyrin compound absorbs water with the volatilization of the solvent and contains crystal water, so that the semiconductor characteristics are deteriorated, for example, the absolute value of the threshold voltage is increased in a field effect transistor, while the boiling point is high. The removal of the solvent becomes incomplete, causing a problem such as a defect caused by the residual solvent as a semiconductor device.
5.半導体デバイス作製用インクの調製
本発明の前記半導体デバイス作製用インクは、前記溶媒に前記ポルフィリン化合物をその濃度が前記範囲となるように溶解し、更に必要に応じて添加剤成分を添加して作製される。その際の溶解温度としては、10〜140℃の範囲とするのが好ましく、20〜80℃の範囲とするのが特に好ましい。溶解温度が前記範囲未満では、ポルフィリン化合物の溶解性が劣り、又、前記範囲超過では、ポルフィリン化合物が熱分解するおそれが生じる傾向となる。又、ポルフィリン化合物を溶解した溶液を、0.1〜100μmのフィルターで濾過し、固形物を除去するのが好ましい。
5). Preparation of ink for semiconductor device preparation The ink for semiconductor device preparation of the present invention is prepared by dissolving the porphyrin compound in the solvent so that the concentration falls within the above range, and further adding an additive component as necessary. Is done. In this case, the melting temperature is preferably in the range of 10 to 140 ° C, particularly preferably in the range of 20 to 80 ° C. If the dissolution temperature is less than the above range, the solubility of the porphyrin compound is poor, and if it exceeds the above range, the porphyrin compound tends to be thermally decomposed. Moreover, it is preferable to filter the solution which melt | dissolved the porphyrin compound with a 0.1-100 micrometers filter, and to remove a solid substance.
<半導体デバイス>
1.半導体層の形成
本発明において、前記半導体テバイス作製用インクを用いて半導体デバイスの半導体層被形成面上に半導体層を形成するには、半導体層被形成面上に前記インクを塗布或いは印刷等することによりインク層を形成した後、該インク層を乾燥させることにより行うことができる。そのインク層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等の塗布法、インクジェット印刷、バブルジェット(登録商標)印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィー法等が挙げられる。尚、これらの手法は適宜2種以上組み合わせて用いてもよい。更に、塗布に類似する手法として、水面上に形成した半導体材料の単分子膜を基板に移して積層するラングミュア・ブロジェット法、液晶や融液状態の半導体材料を2枚の基板で挟んだり毛管現象で2枚の基板間に導入したりする方法等も挙げられる。
<Semiconductor devices>
1. Formation of Semiconductor Layer In the present invention, in order to form a semiconductor layer on a semiconductor layer formation surface of a semiconductor device using the semiconductor device manufacturing ink, the ink is applied or printed on the semiconductor layer formation surface. After forming the ink layer, the ink layer can be dried. The method for forming the ink layer is not particularly limited. For example, coating methods such as casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, spray coating, ink jet printing, bubble jet (registered trademark) printing, Examples thereof include printing methods such as screen printing, offset printing and letterpress printing, and soft lithography methods such as microcontact printing. In addition, you may use these methods in combination of 2 or more types suitably. Furthermore, as a method similar to coating, a Langmuir-Blodgett method in which a monomolecular film of a semiconductor material formed on a water surface is transferred to a substrate and laminated, a liquid crystal or a melted semiconductor material is sandwiched between two substrates, or a capillary tube There is also a method of introducing between two substrates due to a phenomenon.
又、無機半導体等で用いられているフォトリソグラフィを用いた加工は、本発明においては、インクジェットにより行うことが可能であり、その際、インクの粘度を前記の如く1.0〜50mPa・sの範囲とすることにより、吐出されるインク滴がノズル内のインクから分離する際の温度やインクの粘度によって吐出量、吐出方向等にばらつきが発生するという問題をも解決し得ており、又、インク滴一つ一つに荷電し任意位置に着地させる連続式インクジェットにおいては、プリントヘッド内部にあるTOFコントロールにより粘度変化に応じて圧力調整して飛翔時間をコントロールするが、本発明においては、インクの沸点を75〜250℃の範囲とすることにより粘度変化を抑制することで、それらのコントロールを容易としている。 Further, in the present invention, the processing using photolithography used in inorganic semiconductors or the like can be performed by ink jetting. At that time, the viscosity of the ink is 1.0 to 50 mPa · s as described above. By setting the range, it is possible to solve the problem that the discharge amount, the discharge direction, and the like vary depending on the temperature when the discharged ink droplet is separated from the ink in the nozzle and the viscosity of the ink, In a continuous ink jet in which each ink droplet is charged and landed at an arbitrary position, the flight time is controlled by adjusting the pressure according to the change in viscosity by the TOF control inside the print head. By controlling the viscosity change by making the boiling point of the range of 75 to 250 ° C., it is easy to control them.
更に、本発明の半導体デバイス作製用インクは、前記範囲の表面張力、前記範囲の粘度、及び前記範囲の沸点とすることにより、スクリーン印刷における印刷像の縁のインクの溜まり等も解決しており、又、ダイレクト印刷とスクリーン印刷との中間の印字性を有しているパッド印刷等による層形成も可能としている。 Furthermore, the ink for producing a semiconductor device of the present invention solves the ink accumulation at the edge of the printed image in screen printing by setting the surface tension in the range, the viscosity in the range, and the boiling point in the range. In addition, it is possible to form a layer by pad printing or the like having intermediate printability between direct printing and screen printing.
尚、本発明において、前駆体を用いて半導体層を形成する場合には、前駆体のインクの塗布や印刷等の形成工程と加熱等の化学構造変化工程を繰り返せば、前駆体と有機半導体材料との溶解性が異なることを利用して、有機半導体層が前駆体のインクの溶媒に溶解しないようにしながら積層し、厚い膜を形成することもできる。 In the present invention, when a semiconductor layer is formed using a precursor, the precursor and the organic semiconductor material can be obtained by repeating the formation process such as coating and printing of the precursor ink and the chemical structure changing process such as heating. The organic semiconductor layer can be laminated so as not to dissolve in the solvent of the precursor ink, and a thick film can be formed by utilizing the fact that the solubility is different from that of the organic semiconductor layer.
又、半導体層の結晶の向きを制御する方法として、エピタキシャル成長法、塗布後のラビニグ等の手法を用いることができる。これらの手法によって、チャネルの電気抵抗率を低下させること等が可能となる。 In addition, as a method for controlling the crystal orientation of the semiconductor layer, an epitaxial growth method, a labinig after coating, or the like can be used. By these methods, it is possible to reduce the electrical resistivity of the channel.
又、形成された半導体層には、半導体層の特性を変化させることを目的として微量の元素や原子団、分子、高分子等の不純物を含有させる、所謂、ドーピングがなされてもよい。その際のドーピング方法としては、形成しようとする半導体層の特性等に応じて公知のものを任意に用いることができる。具体例を挙げると、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6 、AsF5 、FeCl3 等のルイス酸、沃素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを用いて、例えば、有機半導体材料や前駆体のインクにそれらドーパントを混合したり、前駆体層の形成の段階でそれらドーパントのガスや溶液に接触或いは浸漬させたりする、半導体層形成前に処理する方法、及び、形成した半導体層をそれらドーパントのガスや溶液に接触或いは浸漬させたり、又は電気化学的な処理をしたりする、半導体層形成後に処理する方法等が採られる。これらのドーピング処理により、キャリア密度の増加或いは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性(p型又はn型)の変化、フェルミ準位の変化等の効果が得られる。 The formed semiconductor layer may be so-called doped to contain a trace amount of an element, an impurity such as an atomic group, a molecule, or a polymer for the purpose of changing the characteristics of the semiconductor layer. As a doping method at that time, a known method can be arbitrarily used according to the characteristics of the semiconductor layer to be formed. Specific examples include oxygen, hydrogen, hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid and other acids, PF 6 , AsF 5 , FeCl 3 and other Lewis acids, iodine and other halogen atoms, and sodium and potassium metal atoms and other dopants. Using, for example, mixing the dopant into organic semiconductor material or precursor ink, or contacting or immersing the dopant in gas or solution of the dopant at the stage of forming the precursor layer, and processing before forming the semiconductor layer A method and a method of processing after forming the semiconductor layer, such as contacting or immersing the formed semiconductor layer in a gas or solution of the dopant, or performing an electrochemical treatment, are employed. By these doping treatments, effects such as change in electrical conductivity due to increase or decrease in carrier density, change in carrier polarity (p-type or n-type), change in Fermi level, and the like can be obtained.
又、形成された半導体層を、例えば、加熱処理することにより、層形成時に生じた層中の歪みを緩和し、特性の向上や安定化を図ったり、酸素や水素等の酸化性或いは還元性の気体や液体に晒すことにより、例えば層中のキャリア密度の増加或いは減少等の酸化或いは還元による特性変化を誘起したりする等の、後処理を施すこともできる。 In addition, the formed semiconductor layer is subjected to heat treatment, for example, to reduce distortion in the layer generated during layer formation, to improve and stabilize characteristics, and to oxidize or reduce oxygen, hydrogen, etc. By subjecting to a gas or a liquid, post-treatment such as inducing a characteristic change due to oxidation or reduction such as increase or decrease of carrier density in the layer can be performed.
本発明の半導体デバイスにおいて、前記半導体層は、単一の層から形成されていてもよく、2以上の層から形成されていてもよい。又、半導体層の膜厚は、厚くなるほど漏れ電流が増加するおそれが大きくなることから、必要な機能を果たせる範囲で薄いほど好ましく、10μm以下であるのが好ましく、1μm以下であるのが更に好ましく、500nm以下であるのが特に好ましい。又、1nm以上であるのが好ましく、5nm以上であるのが更に好ましく、10nm以上であるのが特に好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor layer may be formed from a single layer or may be formed from two or more layers. Further, since the thickness of the semiconductor layer is likely to increase as the leakage current increases, the thickness of the semiconductor layer is preferably as thin as possible within a range in which a necessary function can be performed, and is preferably 10 μm or less, and more preferably 1 μm or less. , 500 nm or less is particularly preferable. Further, it is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more.
2.半導体デバイスの作製
本発明において、半導体デバイスとは、前記半導体層を有すると共に、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、光以外の、例えば電気、磁気、又は化学物質等により制御するデバイスと言う。例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御するデバイス、磁場の印加による電圧や電流を制御するデバイス、化学物質を作用させて電圧や電流を制御するデバイス等が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振等が挙げられる。又、光で制御される、或いは発光を制御するデバイスでも、本発明における半導体材料が直接光を吸収したり発光したりして動作する以外の用途、例えば、配線や上記の電圧、電流の制御に使われるデバイスも含まれる。
2. Fabrication of Semiconductor Device In the present invention, the semiconductor device has the semiconductor layer and has two or more electrodes, and a current flowing between the electrodes or a generated voltage other than light, for example, electricity, magnetism, or A device controlled by chemical substances. For example, there are a device that controls current and voltage by applying voltage and current, a device that controls voltage and current by applying a magnetic field, and a device that controls voltage and current by applying a chemical substance. Examples of this control include rectification, switching, amplification, and oscillation. In addition, even in a device controlled by light or controlling light emission, the semiconductor material according to the present invention can be used for applications other than operating by directly absorbing light or emitting light, for example, control of wiring and the above voltage and current. This includes devices used for.
現在、シリコン等の無機半導体で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、或いはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。これらのより具体的な例としては、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley−Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。 Currently, the corresponding devices realized by inorganic semiconductors such as silicon include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplification elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc. Examples include combinations of elements and integrated devices. More specific examples of these include S.I. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley-Interscience 1981).
これらの半導体デバイスは、通常、基板上に作製されるが、その基板としては、ガラス、酸化珪素、及び珪素等の金属等の無機材料、並びに各種有機ポリマー等の有機材料等が挙げられ、これらは、例えば、無機材料の基板の表面に有機ポリマー等をコーティングして表面に絶縁層を形成した基板等の無機材料と有機材料との併用の場合も含めて2種以上を組み合わせて用いることもできる。尚、有機ポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルフォン、エポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸、ポリシルセスキオキサン、ポリビニルフェノール、及びポリオレフィン等が挙げら、又、これらの有機ポリマーは、必要に応じて、充填材、添加剤等を含んでいてもよい。 These semiconductor devices are usually fabricated on a substrate, and examples of the substrate include inorganic materials such as glass, silicon oxide, and metals such as silicon, and organic materials such as various organic polymers. Can be used in combination of two or more types including, for example, a combination of an inorganic material and an organic material such as a substrate in which an organic polymer is coated on the surface of an inorganic material substrate and an insulating layer is formed on the surface it can. Examples of the organic polymer include polyester, polycarbonate, polyimide, polyamide, polyether sulfone, epoxy resin, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polyparabanic acid, polysilsesquioxane, polyvinylphenol, and polyolefin. Moreover, these organic polymers may contain a filler, an additive, etc. as needed.
又、これら基板の表面には、例えば、親水性と疎水性のバランスを調整すること等によりその上に形成される層の特性を変化させるための表面処理が施されていてもよい。例えば、半導体層は、分子の配向の状態等によって特性が大きく変わるので、基板の表面処理によって、基板と半導体層との界面部分における分子配向が制御され、特性を改善することができる。そのような基板の表面処理手段としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理、塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、弗素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体等の薄膜の形成処理、コロナ放電等の電気的処理、機械的処理等が挙げられる。 Further, the surface of these substrates may be subjected to a surface treatment for changing the characteristics of the layer formed thereon, for example, by adjusting the balance between hydrophilicity and hydrophobicity. For example, the characteristics of the semiconductor layer vary greatly depending on the state of molecular orientation and the like. Therefore, the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor layer is controlled by the surface treatment of the substrate, and the characteristics can be improved. Examples of such substrate surface treatment means include hydrophobization treatment with hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc., acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc., sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide. , Alkaline treatment with ammonia, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment with oxygen, argon, etc., formation treatment of Langmuir / Blodgett film, other thin film formation treatment such as insulators and semiconductors, corona discharge, etc. Processing, mechanical processing, and the like.
又、半導体デバイスにおける電極や配線には、例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属の他、InO2 、SnO2 、 ITO等の導電性金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子、及びそれらに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6 、AsF5 、FeCl3 等のルイス酸、沃素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体材料及びそれにドーパントを添加したもの、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、並びに、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等を分散した導電性の複合材料等が挙げられる。 In addition, for electrodes and wires in semiconductor devices, for example, metals such as platinum, gold, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, and sodium, as well as conductive materials such as InO 2 , SnO 2 , ITO, etc. Conductive polymers such as conductive metal oxides, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polydiacetylene, and acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid, Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 , FeCl 3 , iodine, etc. Those added with dopants such as metal atoms such as halogen atoms, sodium and potassium, semiconductor materials such as silicon, germanium and gallium arsenide and those added with dopants, carbon materials such as fullerenes, carbon nanotubes and graphite, and Carbon black, graphite powder, metal It includes a composite material of the conductive dispersed particles or the like or the like.
又、これらの電極や配線は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等により形成された膜を、必要に応じて所望の形状にパターンニングすることにより形成される。そのパターンニング法としては、例えば、フォトレジストのパターニングと、エッチング液によるウェットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング等のエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれらの手法を複数組み合わせた手法等が挙げられる。又、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり、材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを形成することも可能である。 These electrodes and wirings are formed, for example, by patterning a film formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method or the like into a desired shape as necessary. . As the patterning method, for example, a photolithographic method combining photoresist patterning and etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, ink jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, etc. Soft lithography techniques such as the printing method and micro contact printing method, and a combination of these techniques. It is also possible to directly form a pattern by irradiating an energy beam such as a laser or an electron beam to remove the material or changing the conductivity of the material.
又、本発明による半導体デバイスは、外気の影響を最小限にするために、最外層に保護膜を有するのが好ましい。保護層としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマー膜、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化膜や窒化膜等が挙げられる。ポリマー膜は、溶液を塗布し乾燥する方法、モノマーを塗布或いは蒸着して重合する方法等により形成され、更に架橋処理や多層膜を形成することも可能である。無機物の膜の形成には、スパッタ法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。 In addition, the semiconductor device according to the present invention preferably has a protective film as the outermost layer in order to minimize the influence of outside air. Examples of the protective layer include polymer films such as epoxy resin, acrylic resin, polyurethane, polyimide, and polyvinyl alcohol, inorganic oxide films such as silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride, and nitride films. The polymer film is formed by a method in which a solution is applied and dried, a method in which a monomer is applied or vapor-deposited and polymerized, and a crosslinking treatment or a multilayer film can also be formed. For the formation of the inorganic film, a formation method using a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method using a solution process typified by a sol-gel method can be used.
3.半導体デバイスの具体例
3−1.電界効果トランジスタ(FET)
本発明において、これらの半導体デバイスの好適な例として、電界効果トランジスタ(FET)を挙げることができる。電界効果トランジスタは、基板上に、ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び半導体層と、該半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有してなり、ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極とドレイン電極との間の半導体層と隣接する層との界面には電流の流路(チャネル)が形成され、この構成により、ゲート電極から印加する入力電圧によってソース電極とドレイン電極との間を流れる電流を制御する機構となっている。
3. Specific example of semiconductor device 3-1. Field effect transistor (FET)
In the present invention, a field effect transistor (FET) can be mentioned as a suitable example of these semiconductor devices. A field effect transistor has a gate electrode and a semiconductor layer separated by a gate insulating layer on a substrate, and a source electrode and a drain electrode provided in contact with the semiconductor layer, and a voltage is applied to the gate electrode. Then, a current flow path (channel) is formed at the interface between the semiconductor layer and the adjacent layer between the source electrode and the drain electrode. With this configuration, the source electrode and the source electrode are separated by the input voltage applied from the gate electrode. This is a mechanism for controlling the current flowing between the drain electrode.
又、その電界効果トランジスタの構造を図面に基づいて説明すると、図1(A)〜(D)は、各々、電界効果トランジスタの代表的構造を示す縦断面図であり、図1(A)〜(D)において、1は基板、2はゲート電極、3はゲート絶縁層、4は半導体層、5はソース電極、6はドレイン電極であり、図1(A)に示されるボトムゲート・ボトムコンタクト型、図1(B)に示されるボトムゲート・トップコンタクト型、図1(C)に示されるトップゲート・ボトムコンタクト型、及び図1(D)に示されるトップゲート・トップコンタクト型等が挙げられ、更に、図示省略するが、各電界効果トランジスタの図面上最上部には、保護層が形成されている場合もある。 The structure of the field effect transistor will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1D are longitudinal sectional views showing typical structures of the field effect transistor, respectively. In (D), 1 is a substrate, 2 is a gate electrode, 3 is a gate insulating layer, 4 is a semiconductor layer, 5 is a source electrode, and 6 is a drain electrode, and the bottom gate / bottom contact shown in FIG. Type, bottom gate / top contact type shown in FIG. 1 (B), top gate / bottom contact type shown in FIG. 1 (C), and top gate / top contact type shown in FIG. 1 (D). Further, although not shown, a protective layer may be formed on the uppermost portion of each field effect transistor in the drawing.
これらの電界効果トランジスタにおいて、基板1としては、半導体デバイスの基板として前述したものの中で、従来の電界効果トランジスタにおいて用いられていると同様の基板を用いることができ、その厚みは、0.01〜10mmの範囲であるのが好ましく、0.05〜2mmの範囲であるのが特に好ましい。又、基板は、複数の層からなる積層体であってもよい。
In these field effect transistors, the
又、電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極2としては、半導体デバイスの電極として前述したものの中で、従来の電界効果トランジスタにおいて用いられていると同様の導電性材料を用いることができ、その厚みは、1〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのが特に好ましい。
In the field effect transistor, the
又、電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁層3としては、従来の電界効果トランジスタにおいて用いられている材料を用いることができる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機ポリマー等の有機材料、及び、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、窒化珪素等の窒化物、SrTiO3 、BaTiO3 等の強誘電性酸化物等の無機材料が挙げられる。又、有機材料と無機材料との混合物も用いられ、例えば、上記酸化物や窒化物、強誘電性酸化物等の粒子を分散させた上記有機ポリマー等が挙げられる。
In the field effect transistor, the
尚、ゲート絶縁層は、スピンコーティングやブレードコーティング等の塗布法、蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、アルミ上のアルマイトのように金属上に酸化膜を形成する方法等、材料特性に合わせた方法で形成することができ、その厚みは、0.1〜4μmであるのが好ましく、0.2〜2μmであるのが特に好ましい。又、一般にゲート絶縁層の静電容量が大きくなる程、ゲート電圧を低電圧で駆動できることになるので有利になり、これには、誘電率の大きな絶縁材料を用いるか、絶縁層の厚さを薄くすることで対応できる。 In addition, the gate insulating layer is a coating method such as spin coating or blade coating, a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method such as screen printing or inkjet, a method of forming an oxide film on a metal such as alumite on aluminum, etc. It can be formed by a method according to material characteristics, and the thickness thereof is preferably 0.1 to 4 μm, particularly preferably 0.2 to 2 μm. In general, as the capacitance of the gate insulating layer increases, the gate voltage can be driven at a low voltage, which is advantageous. For this purpose, an insulating material having a large dielectric constant is used, or the thickness of the insulating layer is reduced. It can be handled by making it thinner.
尚、本発明において、電界効果トランジスタのゲート絶縁層としては、有機ポリマーからなるのが好ましく、その有機ポリマーのガラス転移点が80℃以上であるのが更に好ましく、ガラス転移点が100℃以上であるのが特に好ましい。ガラス転移点が前記範囲より低いと、流動性が大きすぎて、他の層の積層時や加熱時に軟化してゲート絶縁層としての膜厚の不均一や表面の凹凸等が発生し易く、絶縁層を維持し難い傾向となる。尚、前述の基板等の、ゲート絶縁層形成時における下層を溶解しない溶媒に可溶で、且つ、半導体層等の、上層の形成時における溶媒に浸食されない耐溶剤性を有することが好ましい。又、ゲート絶縁層としては、ゲート電極への漏れ電流、電界効果トランジスタの低ゲート電圧駆動に関係することから、室温での電気伝導度が10-12 S/cm以下であるのが好ましく、10-14 S/cm以下であるのが特に好ましく、又、比誘電率が2.0以上であるのが好ましく、2.5以上であるのが特に好ましい。 In the present invention, the gate insulating layer of the field effect transistor is preferably made of an organic polymer, the glass transition point of the organic polymer is more preferably 80 ° C. or higher, and the glass transition point is 100 ° C. or higher. It is particularly preferred. If the glass transition point is lower than the above range, the fluidity is too high, and softening during the lamination of other layers or heating to easily cause non-uniform film thickness or surface irregularities as a gate insulating layer. It tends to be difficult to maintain the stratum. It is preferable that the substrate is soluble in a solvent that does not dissolve the lower layer when the gate insulating layer is formed, and has a solvent resistance that is not eroded by the solvent when forming the upper layer such as a semiconductor layer. The gate insulating layer preferably has an electric conductivity of 10 −12 S / cm or less at room temperature because it relates to leakage current to the gate electrode and low gate voltage driving of the field effect transistor. It is particularly preferably -14 S / cm or less, and the relative dielectric constant is preferably 2.0 or more, particularly preferably 2.5 or more.
又、電界効果トランジスタにおいて、ソース電極5は、配線を通じて外部から電流が流入する電極であり、ドレイン電極6は、配線を通じて外部に電流を送り出す電極であり、前述した半導体層4に接して設けられている。本発明の電界効果トランジスタにおいて、ソース電極5及びドレイン電極6としては、半導体デバイスの電極として前述したものの中で、従来の電界効果トランジスタにおいて用いられていると同様の導電性材料を用いることができ、その厚みは、1〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのが特に好ましい。又、ソース電極とドレイン電極間の間隔(チャネル長さL)は100μm以下として形成するのが好ましく、50μm以下として形成するのが特に好ましく、チャネル幅Wは2,000μm以下として形成するのが好ましく、500μm以下として形成するのが特に好ましく、L/Wは0.1以下として形成するのが好ましく、0.05以下として形成するのが特に好ましい。
In the field effect transistor, the
本発明において、電界効果トランジスタは、移動度μが10-2cm2 /(V・s)以上を有するのが好ましく、10-1cm2 /(V・s)以上を有するのが特に好ましい。又、閾値電圧Vt が絶対値で30V以下であるのが好ましく、25V以下であるのが特に好ましい。又、On/Off比が102 以上を有するのが好ましく、103 以上を有するのが特に好ましい。 In the present invention, the field effect transistor preferably has a mobility μ of 10 −2 cm 2 / (V · s) or more, and particularly preferably 10 −1 cm 2 / (V · s) or more. Further, it is preferable the threshold voltage V t is 30V or less in absolute value, and particularly preferably 25V or less. Further, the On / Off ratio is preferably 10 2 or more, particularly preferably 10 3 or more.
3−2.静電誘導トランジスタ(SIT)
又、本発明において、半導体デバイスの他の例として、図2に示される静電誘導トランジスタ(SIT)が挙げられる。前述の電界効果トランジスタでは、ソース電極5及びドレイン電極6が基板1上に並列に配置され、電流の流れる方向がゲート電極2により誘起される電場に垂直方向であるのに対して、静電誘導トランジスタでは、ソース電極5とドレイン電極6がその間に半導体層4を挟んで基板1上に縦列に配置され、その間の半導体層4中にゲート絶縁層3(図示せず)により絶縁されたゲート電極2が網目状、縞状、或いは格子状等に所定の間隔を保って配置しており、電流の流れる方向はゲート電極2により誘起される電場に平行である点で、前述の電界効果トランジスタとは異なる。
3-2. Static induction transistor (SIT)
In the present invention, another example of the semiconductor device is an electrostatic induction transistor (SIT) shown in FIG. In the above-described field effect transistor, the
そして、静電誘導トランジスタにおいては、電界効果トランジスタに比べて、チャネル領域のソース−ドレイン方向に垂直な平面の断面積の総和であるチャネルの断面積を大きくとることができるので、一度に多数のキャリアをソース電極からドレイン電極へ、又、ドレイン電極からソース電極へ、移動させることができると共に、ソース電極とドレイン電極との縦列されているので、ソース電極とドレイン電極間の距離を小さくできるので、応答が高速となり、大電流を流したり、高速のスイッチングを行ったりする用途に用いるのに好適となる。 And, in the electrostatic induction transistor, since the cross-sectional area of the channel, which is the sum of the cross-sectional areas of the plane perpendicular to the source-drain direction of the channel region, can be made larger than that of the field effect transistor, a large number of the cross-sectional areas can Carriers can be moved from the source electrode to the drain electrode and from the drain electrode to the source electrode, and the distance between the source electrode and the drain electrode can be reduced because the source electrode and the drain electrode are arranged in tandem. The response is fast, and it is suitable for use in applications where a large current flows or high-speed switching is performed.
尚、静電誘導トランジスタにおいて、ゲート電極2同士間の距離は任意であるが、通常は、ソース電極5及びドレイン電極6間の距離(半導体層4の厚み)よりも小さいことが好ましい。又、ゲート電極2の厚みは、10nm〜10μmであるのが好ましく、20nm〜1μmであるのが特に好ましい。
In the electrostatic induction transistor, the distance between the
3−3.ダイオード
又、本発明において、半導体デバイスの他の例として、図3(A)、及び図3(B)に示されるダイオードが挙げられる。ダイオードは、非対称な構造をした2端子素子であり、その代表例として、図3(A)に示されるように、仕事関数の異なる2つの金属電極7、8で半導体層4を挟んだ構造のものが挙げられる。その少なくとも一方の金属電極7又は8は半導体層4との間でエネルギー障壁を形成する必要がある。p型の半導体との間でエネルギー障壁を形成する金属としては、アルミニウムがよく用いられるが、仕事関数が半導体と電極で異なるものであればエネルギー障壁を形成する。このような素子に電圧を印加すると、極性を逆転した場合で流れる電流が異なり、整流作用を生じる。
3-3. Diode In the present invention, another example of the semiconductor device includes a diode shown in FIGS. 3A and 3B. The diode is a two-terminal element having an asymmetric structure. As a typical example, the diode has a structure in which the
又、他の代表例として、図3(B)に示されるように、本発明の半導体デバイス作製用インクから形成された半導体層4と、仕事関数の大きく異なる他の半導体層9を接触させて金属電極7、8で挟んだ構造のものが挙げられる。この場合の金属電極7、8は同じでも異なっていてもよい。他の半導体層9の半導体材料としては、例えば、ペリレン顔料やフタロシアニン材料、フラーレン、共役高分子等が挙げられる。
As another representative example, as shown in FIG. 3B, the
3−4.その他
対称構造の2端子素子の作製も可能である。電極間の抵抗を調整して抵抗器として用いたり、抵抗を大きくして電極間の電気容量を調整してコンデンサーとして用いることも可能である。このような抵抗素子は、本発明のインクから形成された半導体層により、抵抗値等のデバイスパラメータを広く制御できるメリットがあり、集積化に都合がよい。又、低抵抗のものは配線に用いることもできる。
3-4. Others It is also possible to produce a two-terminal element having a symmetric structure. The resistance between the electrodes can be adjusted to be used as a resistor, or the resistance can be increased to adjust the electric capacity between the electrodes to be used as a capacitor. Such a resistance element has a merit that device parameters such as a resistance value can be widely controlled by a semiconductor layer formed from the ink of the present invention, which is convenient for integration. In addition, a low resistance material can be used for wiring.
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
<ビシクロポルフィリン銅錯体の合成>
S.Ito,N.Ochi,T.Murashima,H.Uno,N.Ono,Heterocycles,vol.52,399(2000)に記載の方法に準じて、下記ルートでビシクロポルフィリンからビシクロポルフィリン銅錯体を合成した。即ち、下記構造のビシクロポルフィリン92.8mg(0.16mmol)と酢酸銅(II)2水和物313.6mg(1.6mmol)をクロロホルム150mL/メタノール15mLの混合液に溶解し、約1時間攪拌した。アルミナTLC(展開溶媒クロロホルム/ヘキサン=1:1)により、原料は消失して新規化合物が生成しているのが確認されたので、水を加えて反応を停止し、そのまま水で洗浄し、有機層を分離した。更に飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。乾燥剤を濾紙により濾過した後に溶媒を留去し、アルミナゲルによりクロマトグラフィー(展開溶媒クロロホルム/ヘキサン=1:1)を行い、目的物のみを含むフラクションのみを集めて濃縮した。濃縮の途中でメタノールを加え、更に濃縮を続けると目的物の沈殿が生成した。これを、濾紙を用いて廬別し、真空乾燥した。こうして得られたビシクロポルフィリン銅錯体の収量は76.5mg、収率は75%であった。
<Synthesis of Bicycloporphyrin Copper Complex>
S. Ito, N .; Ochi, T .; Murashima, H .; Uno, N .; Ono, Heterocycles, vol. According to the method described in 52,399 (2000), a bicycloporphyrin copper complex was synthesized from bicycloporphyrin by the following route. That is, 92.8 mg (0.16 mmol) of bicycloporphyrin having the following structure and 313.6 mg (1.6 mmol) of copper (II) acetate dihydrate were dissolved in a mixture of chloroform 150 mL / methanol 15 mL and stirred for about 1 hour. did. Since it was confirmed by alumina TLC (developing solvent chloroform / hexane = 1: 1) that the raw material disappeared and a new compound was formed, the reaction was stopped by adding water, and the organic solvent was washed with water as it was. The layers were separated. Furthermore, after washing with saturated saline, it was dried over anhydrous sodium sulfate. After the desiccant was filtered through filter paper, the solvent was distilled off, and chromatography was performed using alumina gel (developing solvent chloroform / hexane = 1: 1), and only fractions containing only the target product were collected and concentrated. When methanol was added during the concentration and the concentration was continued further, a precipitate of the desired product was formed. This was filtered off using filter paper and vacuum dried. The yield of the bicycloporphyrin copper complex thus obtained was 76.5 mg, and the yield was 75%.
得られたビシクロポルフィリン銅錯体0.8mgをクロロホルム1.25gに溶解して、ガラス基板上に2,000rpmでスピンコートして膜を形成し、得られた膜を、4℃/分で加熱しながら吸収スペクトルを測定した。その結果を図4に示す。これから、下記に示すように、120〜180℃の間でビシクロポルフィリン銅錯体からベンゾポルフィリン銅錯体への変換が起こっていることが分かる。 0.8 mg of the obtained bicycloporphyrin copper complex was dissolved in 1.25 g of chloroform and spin-coated on a glass substrate at 2,000 rpm to form a film. The obtained film was heated at 4 ° C./min. The absorption spectrum was measured. The result is shown in FIG. From this, as shown below, it can be seen that the conversion from the bicycloporphyrin copper complex to the benzoporphyrin copper complex occurs between 120 and 180 ° C.
比較例1
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃でクロロホルム1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク1を調製した。該インク1の表面張力は27.1mN/m、粘度は0.56mPa・s、沸点は61℃であった。このインク1を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、16重量%減少していた。更に溶媒の減量に伴いビシクロポルフィリン銅錯体が若干析出していることが確認された。
Comparative Example 1
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of chloroform at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an
一方、表面に厚み300nmの酸化被膜をゲート絶縁層として形成したN型のシリコン基板(Sbドープ、抵抗率0.02Ωcm以下、住友金属工業社製)の酸化被膜上に、フォトリソグラフィーで、間隔(L)10μm、幅(W)500μmのチャネルを有するように、ソース電極及びドレイン電極を形成した。又、この電極と異なる酸化被膜を弗酸/弗化アンモニウム液でエッチングし、剥き出しになった部分のシリコン基板上に金を蒸着し、これをシリコン基板(ゲート電極)に電圧を印加するための電極とした。 On the other hand, on the oxide film of an N-type silicon substrate (Sb-doped, resistivity 0.02 Ωcm or less, manufactured by Sumitomo Metal Industries) having an oxide film having a thickness of 300 nm formed on the surface as a gate insulating layer, a gap ( L) A source electrode and a drain electrode were formed so as to have a channel of 10 μm and a width (W) of 500 μm. In addition, an oxide film different from this electrode is etched with a hydrofluoric acid / ammonium fluoride solution, gold is deposited on the exposed silicon substrate, and a voltage is applied to the silicon substrate (gate electrode). An electrode was obtained.
次いで、前記保管後の半導体デバイス作製用インク1を上記電極を形成した基板上に1、000rpmでスピンコートした後、120℃に加熱したホットプレートの上に置き、その後15分毎に10℃ずつステップ状に200℃まで昇温し加熱することにより、厚み100nmのベンゾポルフィリン銅錯体からなる有機半導体層を形成し、電界効果トランジスタFET−Aを作製した。尚、以上の製膜、及び以下の電界効果トランジスタとしての電気特性の評価は、全て窒素雰囲気下で行った。
Subsequently, the semiconductor
得られた電界効果トランジスタFET−Aの移動度μ、閾値電圧Vt 、及びOn/Off比をアジレントテクノロジー社製半導体パラメーターアナライザー「4155C」を用いて以下に示す方法で測定したところ、移動度μは0.25cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は34V、On/Off比は1.4×103 であった。 When the mobility μ, threshold voltage V t , and On / Off ratio of the obtained field effect transistor FET-A were measured by the following method using a semiconductor parameter analyzer “4155C” manufactured by Agilent Technologies, the mobility μ Was 0.25 cm 2 / (V · s), the threshold voltage V t was 34 V, and the On / Off ratio was 1.4 × 10 3 .
<移動度μ、閾値電圧Vt >
ソース電極とドレイン電極間に印加された電圧Vd に対して流れる電流をId 、ソース電極とゲート電極に印加される電圧をVg 、閾値電圧をVt 、ゲート絶縁層の単位面積当たりの静電容量をCi 、ソース電極とドレイン電極の間隔をL、幅をW、半導体層の移動度をμとすると、その動作は下記(1)又は(2)式の関係で表すことができ、異なるVg に対するId の変化を測定し、Id 1/2 とVg とをプロットしたグラフにおける傾きとして移動度μを求め、又、そのグラフのId 切片から閾値電圧Vt を求めた。
Vd <Vg −Vt のとき、
Id =μCi (W/L)〔(Vg −Vt )Vd −(Vd 2 /2)〕 (1)
Vd >Vg のとき、
Id =(1/2)μCi (W/L)(Vg −Vt )2 (2)
<Mobility μ, threshold voltage V t >
The current flowing with respect to the voltage V d applied between the source electrode and the drain electrode is I d , the voltage applied to the source electrode and the gate electrode is V g , the threshold voltage is V t , per unit area of the gate insulating layer When the capacitance is C i , the distance between the source electrode and the drain electrode is L, the width is W, and the mobility of the semiconductor layer is μ, the operation can be expressed by the relationship of the following formula (1) or (2). Measure the change in I d for different V g, find the mobility μ as the slope in the graph plotting I d 1/2 and V g, and find the threshold voltage V t from the I d intercept of the graph It was.
When V d <V g −V t
I d = μC i (W / L) [(V g -V t) V d - (
When Vd> Vg
I d = (1/2) μC i (W / L) (V g −V t ) 2 (2)
<On/Off比>
ソース電極とドレイン電極間に印加された電圧Vd を−30Vに固定し、ソース電極とゲート電極に印加される電圧Vg を、−50V、+30Vにした時のソース電極とドレイン電極間に流れる電流Id (−50V)、Id (+30V)をそれぞれ測定し、これらの比Id (−50V)/Id (+30V)によってOn/Off比を算出した。
<On / Off ratio>
The voltage V d applied between the source electrode and the drain electrode is fixed to −30 V, and the voltage V g applied to the source electrode and the gate electrode flows between the source electrode and the drain electrode when set to −50 V and +30 V. The currents I d (−50 V) and I d (+30 V) were measured, and the On / Off ratio was calculated from these ratios I d (−50 V) / I d (+30 V).
実施例1
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃でアニソール1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク2を調製した。該インク2の表面張力は34.2mN/m、粘度は1.20mPa・s、沸点は153℃であった。このインク2を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、減少が見られなかった。又、ビシクロポルフィリン銅錯体の析出も確認されなかった。この保管後の半導体デバイス作製用インク2を用いて、比較例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Bを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.31cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は19V、On/Off比は3.6×104 であった。
Example 1
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of anisole at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an
実施例2
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃で安息香酸エチル1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク3を調製した。該インク3の表面張力は35.4mN/m、粘度は1.96mPa・s、沸点は213℃であった。このインク3を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、減少が見られなかった。又、ビシクロポルフィリン銅錯体の析出も確認されなかった。この保管後の半導体デバイス作製用インク3を用いて、比較例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Cを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.36cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は20V、On/Off比は2.7×104 であった。
Example 2
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of ethyl benzoate at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an
実施例3
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃でテトラリン1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク4を調製した。該インク4の表面張力は35.5mN/m、粘度は2.02mPa・s、沸点は207℃であった。このインク4を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、減少が見られなかった。又、ビシクロポルフィリン銅錯体の析出も確認されなかった。この保管後の半導体デバイス作製用インク4を用いて、比較例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Dを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.26cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は26V、On/Off比は7.2×103 であった。
Example 3
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of tetralin at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an
実施例4
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃でシクロヘキサノン1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク5を調製した。該インク5の表面張力は34.5mN/m、粘度は2.20mPa・s、沸点は155℃であった。このインク5を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、減少が見られなかった。又、ビシクロポルフィリン銅錯体の析出も確認されなかった。この保管後の半導体デバイス作製用インク5を用いて、比較例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Eを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.29cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は18V、On/Off比は3.1×104 であった。
Example 4
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of cyclohexanone at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an
実施例5
前記合成例で得られたビシクロポルフィリン銅錯体7mgを25℃でフェネトール1gに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過して半導体デバイス作製用インク6を調製した。該インク6の表面張力は32.8mN/m、粘度は1.16mPa・s、沸点は172℃であった。このインク6を25℃、大気中で24時間保管し、溶媒量の変化を測定したところ、減少が見られなかった。又、ビシクロポルフィリン銅錯体の析出も確認されなかった。この保管後の半導体デバイス作製用インク6を用いて、比較例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Fを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.32cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は22V、On/Off比は1.6×104 であった。
Example 5
7 mg of the bicycloporphyrin copper complex obtained in the above synthesis example was dissolved in 1 g of phenetole at 25 ° C. and filtered through a 0.2 μm filter to prepare an ink 6 for producing a semiconductor device. The ink 6 had a surface tension of 32.8 mN / m, a viscosity of 1.16 mPa · s, and a boiling point of 172 ° C. When this ink 6 was stored at 25 ° C. in the air for 24 hours and the change in the amount of solvent was measured, no decrease was observed. In addition, precipitation of the bicycloporphyrin copper complex was not confirmed. Using the semiconductor device manufacturing ink 6 after storage, a field effect transistor FET-F was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 and the electrical characteristics were evaluated. As a result, the mobility μ was 0.32 cm 2 / ( V · s), the threshold voltage V t was 22 V, and the On / Off ratio was 1.6 × 10 4 .
実施例6
実施例1において、半導体デバイス作製用インク2の塗布方法としてスピンコーティング法に代えてディップコーティング法を用いた外は、実施例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Gを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.37cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は27V、On/Off比は9.9×103 であった。尚、ディップコーティング法は、電極を形成したシリコン基板を、半導体デバイス作製用インク2を満たしたビーカーに浸した後、ドライヤーで温風を当てながら5mm/分の速度で引き上げる方法を採った。
Example 6
In Example 1, a field effect transistor FET-G was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dip coating method was used instead of the spin coating method as the method of applying the semiconductor
実施例7
実施例1において、半導体デバイス作製用インク2の塗布方法としてスピンコーティング法に代えてブレードコーティング法を用いた外は、実施例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Hを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.29cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は30V、On/Off比は3.0×103 であった。尚、ブレードコーティング法は、電極を形成したシリコン基板に対し、半導体デバイス作製用インク2をステンレス製の簡易ブレードコーターで3mm/分の速度で塗り付ける方法を採った。
Example 7
In Example 1, a field effect transistor FET-H was produced in the same manner as in Example 1 except that the blade coating method was used instead of the spin coating method as the coating method of the semiconductor
実施例8
実施例1において、半導体デバイス作製用インク2の塗布方法としてスピンコーティング法に代えてスプレーコーティング法を用いた外は、実施例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Iを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.39cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は29V、On/Off比は9.5×103 であった。尚、スプレーコーティング法は、電極を形成したシリコン基板に対し、半導体デバイス作製用インク2を、OLYMPOS社製ピースコン(ノズル0.2mm、カップ容量0.3cc本体内部、操作方法押ボタン式)を用いて拭き付ける方法を採った。
Example 8
In Example 1, a field effect transistor FET-I was prepared in the same manner as in Example 1 except that the spray coating method was used instead of the spin coating method as the method for applying the semiconductor
実施例9
実施例1において、半導体デバイス作製用インク2の塗布方法としてスピンコーティング法に代えてインクジェットプリント法を用いた外は、実施例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Jを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.30cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は21V、On/Off比は6.5×104 であった。尚、インクジェットプリント法は、電極を形成したシリコン基板に対し、ネガ型フォトレジスト(日本ゼオン社製「ZPN1100」)を用いて電極まわりにバンクを形成した後、そのバンクを形成した電極上1cmに半導体デバイス作製用インク2を満たしたマイクロシリンジを固定して200pL滴下してインクジェットプリントする方法を採った。
Example 9
In Example 1, a field effect transistor FET-J was produced in the same manner as in Example 1 except that the inkjet printing method was used instead of the spin coating method as the coating method of the semiconductor
実施例10
実施例1において、半導体デバイス作製用インク2の塗布方法としてスピンコーティング法に代えてコンタクトプリンティング法を用いた外は、実施例1と同様にして電界効果トランジスタFET−Kを作製し、電気特性の評価を行ったところ、移動度μは0.33cm2 /(V・s)、閾値電圧Vt は20V、On/Off比は4.7×104 であった。尚、コンタクトプリンティング法は、電極を形成したシリコン基板に対し、半導体デバイス作製用インク2に浸したシリコンゴム製スタンプ(ネクスト・アイ社製)を、基板上の電極にコンタクトプリントする方法を採った。
Example 10
In Example 1, a field effect transistor FET-K was prepared in the same manner as in Example 1 except that the contact printing method was used instead of the spin coating method as a method for applying the semiconductor
本発明の半導体デバイス作製用インクを用いて作製される半導体デバイスは、ディスプレーのアクティブマトリクスのスイッチング素子として利用することができる。これは、ゲート電極に印加される電圧でソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングできることを利用して、ある表示素子に電圧を印加或いは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断することにより、高速、高コントラストな表示を行うものである。適用される表示素子としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。 A semiconductor device manufactured using the semiconductor device manufacturing ink of the present invention can be used as a switching element of an active matrix of a display. This is because the current applied between the source electrode and the drain electrode can be switched by the voltage applied to the gate electrode, and the switch is turned on only when a voltage is applied to or supplied to a certain display element, and the circuit is used for other times. By cutting the line, high-speed and high-contrast display is performed. Examples of the display element to be applied include a liquid crystal display element, a polymer dispersion type liquid crystal display element, an electrophoretic display element, an electroluminescence element, and an electrochromic element.
特に、本発明による半導体デバイスは、低温プロセスでの素子作製が可能であり、プラスチックや紙等の高温処理に耐え難い基板を用いることができ、又、塗布或いは印刷プロセスでの素子作製が可能であることから、大面積のディスプレーへの応用にも適している。又、従来のアクディブマトリクスの代替としても、省エネルギー、低コストプロセスの可能な素子として有利である。 In particular, the semiconductor device according to the present invention can be manufactured by a low-temperature process, can use a substrate that cannot withstand high-temperature processing such as plastic and paper, and can be manufactured by a coating or printing process. Therefore, it is also suitable for application to large area displays. Moreover, it is advantageous as an element capable of energy saving and a low cost process as an alternative to the conventional active matrix.
又、トランジスタを集積することにより、デジタル素子やアナログ素子が実現できる。これらの例としては、AND、OR、NAND、NOT等の論理回路、メモリー素子、発振素子、増幅素子等が挙げられる。更にこれらを組み合わせることにより、ICカードやICタグ等を作製することもできる。 Further, by integrating transistors, a digital element or an analog element can be realized. Examples of these include logic circuits such as AND, OR, NAND, NOT, memory elements, oscillation elements, amplification elements, and the like. Furthermore, an IC card, an IC tag, etc. can also be produced by combining these.
又、有機半導体が、ガスや化学物質、温度等の外部の刺激により、特性が大きく変化することを利用して、センサーへの応用も考えられる。例えば、気体や液体との接触により変化する量を測定することにより、定性的或いは定量的にそれに含まれている化学物質を掲出することが可能である。 In addition, an organic semiconductor may be applied to a sensor by taking advantage of the fact that the characteristics of the organic semiconductor change greatly due to external stimuli such as gas, chemical substance, and temperature. For example, by measuring the amount that changes due to contact with gas or liquid, it is possible to qualitatively or quantitatively display the chemical substances contained therein.
1 基板
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁層
4 半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 金属電極
8 金属電極
9 半導体層
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