JP2006128691A - 薄膜トランジスタの製造方法及び表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を単純化し且つ製造コストを節減することが可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１００、ゲート電極１１０、ゲート絶縁体層１２０、ドレイン電極１５０、ソース電極１３０および半導体層１４０が順次に形成された薄膜トランジスタの製造方法において、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液をゲート絶縁体層１２０上に塗布する段階と、光還元によってドレイン電極１５０およびソース電極１３０を形成する段階と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に係り、より詳しくは、トランジスタに使用されるソース電極とドレイン電極の形成を、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を用いてコートした光還元反応によって金属パターン化する溶液プロセス（ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって行う薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。具体的には、本発明は、電極、絶縁層および半導体層をすべて溶液プロセスによって製造することにより、全体工程を単純化し且つ生産コストを節減する電荷移動度の高い有機薄膜トランジスタを製造することが可能な有機薄膜トランジスタの製造方法及び表示素子に関するものである。

最近、機能性電子素子や光素子などの広範囲な分野において、新しい電気電子材料として、繊維またはフィルムの形状に成形が容易であり、柔軟性および伝導性に優れるうえ、生産コストが低い高分子材料についての研究が活発に行われている。このような伝導性高分子を用いた素子の中でも、有機物を半導体活性層として使用する有機薄膜トランジスタについての研究は、１９８０年から始まり、現在全世界で盛んに行われている。その理由は、有機薄膜トランジスタは、印刷技術などの簡単な技術によって製造が可能であり、製造コストが低いうえ、フレキシブルな基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）との処理および互換性が良好であるという利点を持っているためである。

現在、有機薄膜トランジスタは、能動型ディスプレイの駆動素子やスマートカード（ｓｍａｒｔ ｃａｒｄ）、インベントリータグ（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｔａｇ）用プラスチックチップなどへの活用が予想されている。

有機半導体薄膜トランジスタは、既存のアモルファスシリコン薄膜トランジスタおよびポリシリコン薄膜トランジスタとは対照的に、活性材料としてポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）またはオリゴマー（ｏｌｉｇｏｍｅｒ）を用いる（非特許文献１〜５参照）。

非特許文献１〜５には、既存の有機半導体薄膜トランジスタの製造の際に溶液プロセスを適用する技術が開示されているが、これらの技術は大部分、高分子およびＰ型有機半導体に適用されている。有機薄膜トランジスタの製造に用いられる高分子半導体は、その特徴上、有機溶媒には溶解されるが、低分子有機半導体は、溶液プロセスが不可能であるという特徴により溶液プロセスの適用が殆ど不可能であった。

また、既存の有機薄膜トランジスタの製造方法では、電極は真空蒸着法によって形成したが、ソース電極およびドレイン電極の形成の際に金属が浸透および拡散する現象が発生し、絶縁体層（ボトムコンタクト（ｂｏｔｔｏｍ−ｃｏｎｔａｃｔ）構造の場合）または有機半導体層（トップコンタクト（ｔｏｐ−ｃｏｎｔａｃｔ）構造の場合）に損傷を与えるという問題点があった。

有機薄膜トランジスタは、スピンコーティング、スプレーコーティング、印刷技術などの低コスト工程によって製造可能であって製造工程が簡単であり且つコストが低いという著しい利点にも拘わらず、電荷移動度が低いため、高速応答性および低電圧駆動を要求する応用には適用に限界がある。このため、電荷移動度の高い有機薄膜トランジスタの開発が切実に要求されている。
Ｆ．Ｇａｒｎｉｅｒ ｅｔ ａｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ.２６５，ｐｐ．１６８４−１６８６ Ｈ．Ｋｏｅｚｕｋａ ｅｔ ａｌ,Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６２（１５），ｐｐ．１７９４−１７９６ Ｈ．Ｆｕｃｈｉｇａｍｉ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６３（１０），ｐｐ．１３７２−１３７４ Ｇ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．７０（１），ｐｐ．４６９−４７５ Ｇ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ ｅｔ ａｌ,Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ，Ｖｏｌ．４２０４３，ｐｐ．１１２７−１１３０

そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、絶縁体層および有機半導体層だけでなく、ソース電極およびドレイン電極も溶液プロセスによって形成することにより、製造工程を単純化し且つ製造コストを節減することが可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、有機半導体層の材料としてＮ型半導体物質のフラーレン誘導体、すなわち［６，６］−フェニル−Ｃ_６１ブチル酸メチルエステル（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１ ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ）（Ｆ［５，６］）およびメタノフラーレン（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル［６，６］Ｃ_６１（１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−１−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１）（Ｍ［６，６］）を使用することにより、電荷移動度を向上させた有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある様相によれば、基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ドレイン電極、ソース電極および半導体層が順次形成された薄膜トランジスタを製造するにおいて、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を前記ゲート絶縁体層上にコートする段階と、光還元（ｐｈｏｔｏ−ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）によってドレイン電極およびソース電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法が提供される。

また、本発明の他の様相によれば、基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、半導体層、ドレイン電極およびソース電極が順次形成された薄膜トランジスタを製造するにおいて、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を前記半導体層上にコートする段階、光還元によってドレイン電極およびソース電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法が提供される。

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を溶液プロセスによって形成することにより、金属の拡散による絶縁体または有機半導体層の損傷を防止することができる。また、全工程に溶液プロセスを用いることにより、工程の単純化およびコストの節減を図る、電荷移動度の高い有機薄膜トランジスタを製造することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ボトムコンタクト構造およびトップコンタクト構造の両者ともに適用できる。図１は本実施形態によって製造されたボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタの概略断面図である。図２は他の実施形態によって製造されたトップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの概略断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタは、基板１００上にゲート電極１１０を形成し、そのゲート電極１１０上にゲート絶縁体層１２０を積層した後、その上にソース電極１３０およびドレイン電極１５０を形成し、そのソース電極１３０およびドレイン電極１５０の上に半導体層１４０を形成した構造である。

図２に示すように、他の実施形態に係るトップコンタクト構造の薄膜トランジスタは、基板２００上にゲート電極２１０を形成し、そのゲート電極２１０上にゲート絶縁体層２２０を積層し、その上に半導体層２３０を形成した後、その半導体層２３０上にソース電極２４０とドレイン電極２５０を並列に同時に形成した構造である。

本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形成を、溶媒に溶かした金属前駆体を用いてコートした後還元反応によって純粋な金属パターンを形成することにより行う。

本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ドレイン電極、ソース電極および半導体層が順次形成されたボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタの製造方法に関するもので、薄膜トランジスタを製造するに際して、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液をゲート絶縁体層上にコートした後、光還元によってドレイン電極およびソース電極を形成する。ドレイン電極およびソース電極以外の残りの層は、真空蒸着などの既存の方法または溶液プロセスによって形成することができる。特に、ゲート電極の形成も溶液プロセスによって行うことができるが、この場合、基板上に、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液をコートした後、光還元によってゲート電極を形成する。

他の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、半導体層、ドレイン電極およびソース電極が順次形成されたトップコンタクト構造の薄膜トランジスタの製造方法に関するもので、金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を半導体層上にコートした後、光還元によってドレイン電極およびソース電極を形成する。ドレイン電極およびソース電極以外の残りの層は、真空蒸着などの既存の方法または溶液プロセスによって形成することができる。特に、ゲート電極の形成も溶液プロセスによって行うことができるが、この場合、基板上に、金属前駆体を溶媒に溶解させたコート液をコートした後、光還元によってゲート電極を形成する。

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、有機薄膜トランジスタの製造に限定されるのではなく、無機薄膜トランジスタの製造の際にも適用できる。特に、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を有機薄膜トランジスタの製造に適用する場合には、薄膜トランジスタの全層を溶液プロセスによって形成することができるため、製造工程が単純化されて製造コストが節減される。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るソース電極およびドレイン電極の溶液プロセスによる金属パターン化工程を説明するための概略工程図である。
図１に示したボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタを製造するためには、図３に示した順序通りにソース電極１３０とドレイン電極１５０を形成する。まず、基板１００上にゲート電極１１０を形成し、その上にゲート絶縁体層１２０を真空蒸着または溶液プロセスによって形成する。

ゲート絶縁体層１２０形成段階では、例えば、架橋剤を含有したポリビニルフェノール誘導体を厚さ４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内に形成する。次に、約６０℃〜８０℃の範囲内で約６０秒〜３００秒間ソフトベーク（ｓｏｆｔ ｂａｋｅ）を行い、１２０℃〜１８０℃の範囲内で約３０分〜１８０分間ホットプレート上でハードベーク（ｈａｒｄ ｂａｋｅ）を行う。

その後、図３（ａ）に示すように、金属（例えば、金、銀、アルミニウム、ニッケル、銅）前駆体溶液をゲート絶縁体層１２０上にスピンコーティングなどの方法でコートして前駆体フィルム１６０を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、前駆体フィルム１６０の上部にマスク３００による露光（ｅｘｐｏｓｕｒｅ）工程を行い、ソース電極１３０およびドレイン電極１５０が形成されるべき領域（またはソース電極１３０およびドレイン電極１５０以外の領域）を露出させる現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）工程を行う。

この際、露光に用いられるＵＶは、露出された領域のソース電極１３０およびドレイン電極１５０の分子を活性化させる変化を引き起こす。
図３（ｃ）に示すように、光照射完了の後、照射された部分は金属が還元されるが、露光されなくて還元されていない部分はアセトニトリル（Ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）などの溶媒で溶解させて最終的にソース電極１３０およびドレイン電極１５０を形成する。さらに、ソース電極１３０およびドレイン電極１５０の粘着性を向上させるために、アニーリング工程（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を行うことができる。例えば、得られた金属パターン間の接着力を強化するために、８０〜１００℃で５分間熱処理を施すことができる。

最後に、ソース電極１３０およびドレイン電極１５０の上に、溶媒に溶解された半導体材料をコートして半導体層１４０を形成する。
薄膜トランジスタが形成される基板１００，２００としては、ガラス、シリコンまたはプラスチックなどからなるものを使用することができるが、これらに限定されない。

薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁体層１２０，２１０として用いられる物質は無機物と有機物に大別されるが、無機物としてはＳｉＮ_ｘ（０＜ｘ＜４）、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜４）、Ａｌ_２Ｏ_３などが、有機物としてはポリビニルフェノール、ポリオレフィン、ポリビニル、ポリアクリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリイミドおよびこれらの誘導体などが挙げられるが、これらに限定されない。

ゲート電極１１０，２２０、ソース電極１３０，２４０およびドレイン電極１５０，２５０の素材としては、通常用いられる金属または伝導性高分子が使用でき、具体的には金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアセチレン（ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ）、ＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）／ＰＳＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。

薄膜トランジスタの半導体層１４０，２３０は、Ｐ型無機半導体材料、Ｐ型有機半導体材料、Ｎ型無機半導体材料またはＮ型有機半導体材料から構成される。特に、Ｎ型有機半導体材料としては、化学式（３）のフラーレン誘導体であるフラーロイド（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル［５，６］Ｃ_６１）（１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−１−ｐｈｅｎｙｌ（５，６）Ｃ６１）（Ｆ（５，６））および化学式（４）のメタフラーレン（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル［６，６］Ｃ_６１）（１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−１−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１）（Ｍ［６，６］）を使用することが好ましい。また、半導体層１４０，２３０は、ペンタセン、銅フタロシアニン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン及びこれらの誘導体よりなる群から選択される材料で構成されることが好ましい。既存には、低分子の場合は溶液プロセスが難しいため、低分子にポリマーを混合して溶液プロセスを行っている。ところが、本実施形態では、ポリマーを添加しなくても溶液プロセスが可能である。

本発明では、溶液プロセスを用いて、ゲート絶縁体層、有機半導体層および電極形成段階をディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、プリンティング（ｉｎｋ−ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）などの方法によって行うことができる。

他の実施形態は、トップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。トップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの製造の際には、任意の基板２００上に溶液プロセスを用いてゲート電極２１０を形成する。その後、ゲート電極２１０を含んだ上部に、溶媒に溶解された有機絶縁体を、溶液プロセスに用いられる通常のコーティング方法でゲート絶縁体層２２０として形成する。ゲート絶縁体層２２０を形成する場合、例えば、架橋剤含有のポリビニルフェノール誘導体を厚さ４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内に形成する。次いで、約６０℃〜８０℃の範囲内で約６０秒〜３００秒間ソフトベーク(ｓｏｆｔ ｂａｋｅ)を行い、１２０℃〜１８０℃の範囲内で約３０分〜１８０分間ホットプレート上でハードベーク（ｈａｒｄ ｂａｋｅ)を行う。

次に、溶液プロセスを用いて半導体層２３０の上部にソース電極２４０およびドレイン電極２５０を形成する。ソース電極２４０およびドレイン電極２５０の形成の際には、金属前駆体をスピンコートして前駆体フィルムを形成し、前駆体フィルムの上部にマスクを用いて露光工程を行い、ソース電極２４０およびドレイン電極２５０が形成されるべき領域（またはソース電極２４０およびドレイン電極２５０以外の領域）を露出させる現像（ｄｅｖｅｌｏｐ)工程を行う。その後、ソース電極２４０およびドレイン電極２５０が形成される領域以外の領域を、溶媒を用いて除去することにより、所望のソース電極２４０およびドレイン電極２５０を形成する。

他の実施形態に係るトップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの製造方法によって製造される有機薄膜トランジスタは、電界発光素子、液晶素子、電気移動素子などといった表示素子の製造に利用できる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の技術的範囲を制限するものではない。

＜電極形成用金属前駆体溶液の製造例＞
本実施例において、すべての製造工程は、ドライ−トレインガス清浄器(Ｄｒｉ−Ｔｒａｉｎ ｇａｓ ｐｕｒｉｆｉｅｒ)（Ｍｏｄｅｌ ＨＥ ４９３）付き真空ドライボックスを用いて窒素雰囲気下で行い、あるいは標準Ｓｃｈｌｅｎｋ技術を用いて真空状態で行った。試薬用(ｒｅａｇｅｎｔ ｇｒａｄｅ)溶媒を窒素気体の下で適宜な乾燥剤を用いて蒸留し、活性化された分子篩４Ａ上に保存し、使用の前に気体を除去した。Ａｌｄｒｉｃｈ社から購入したｎ−プロピルアミンおよびｎ−ブチルアミンを１日以上ＣａＨ_２で処理し、即時使用のために、濾過された１次アミンをＣａＨ_２で蒸留した。銀（Ｉ）塩および他の化合物は、Ａｌｄｒｉｃｈ社から購入してそのまま使用した。

ソース電極およびドレイン電極を製造するための金属前駆体溶液（ｎ−ＰｒＮＨ_２）Ａｇ（ＮＯ_２）は、次の過程によって製造した。２０ｍＬのＣＨ_３ＣＮにＡｇＮＯ_２（１.５３ｇ、１０ｍｍｏｌ）が溶解されている溶液に過量のｎ−プロピルアミン（３.６０ｇ、６０ｍｍｏｌ）を暗所で滴加した。常温で反応混合物を４時間攪拌して少量の茶色の沈殿物および薄い黄色の溶液を得た。その後、２μｍのＰＴＦＥメンブレインフィルターを用いて濾過した。その結果、体積５ｍＬの濾過物が得られた。この濾過物に５０ｍＬのＥｔ_２Ｏを添加した。この溶液をさらに濾過し、すべての揮発性有機物を常温で真空を用いて蒸発させて薄い黄色のオイルを得た（１.９ｇ）。

^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ_３ＣＮ，ｐｐｍ）：２．６９［ｔ，２Ｈ，Ｎ−ＣＨ_２］，１．５０［ｍ，２Ｈ，ＣＨ_２ＣＨ_３］，０．９０［ｔ，３Ｈ，ＣＨ_２ＣＨ_３］．Ａｎａｌ．Ｃａｌｃｄ ｆｏｒ Ｃ_３Ｈ_９Ｎ_２Ｏ_２Ａｇ．０．５ＣＨ_３ＣＮ:Ｃ，２０．５７；Ｈ，４．５３；Ｎ，１５．００．Ｆｏｕｎｄ:Ｃ，１９．８１；Ｈ，４．５１；Ｎ，１４．８２．

＜実施例１：溶液プロセスによるボトムコンタクト有機薄膜トランジスタの製造＞
本実施例では、図１に示したボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタを製作した。ソース電極およびドレイン電極は、図３に示した方法によって製作した。まず、ゲート電極として、厚さ１５００ÅのＡｌＮｄが電子ビームによって蒸着されたガラス基板を使用し、このガラス基板を半導体級のアセトンとメタノール溶媒を用いて超音波洗浄器内で洗浄した。その上にゲート絶縁体層として架橋剤を含むポリビニルフェノール系絶縁物質をスピンコーティング法によって３０００ｒｐｍで５５００Åの厚さにコートした後、１１０℃で５分、１５０℃で２時間ベーキングを行った。この絶縁体は、ベーキングの後、有機溶媒に溶解されない。次いで、製造した銀前駆体を絶縁体の上にスピンコートし、ＵＶをチャネル長５０μｍ、チャネル幅２ｍｍのフォトマスク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）を介して照射した。照射完了の後、照射された部分は銀が還元されるが、露光されなくて還元されていない部分はアセトニトリルで溶解して最終的に図１に示したようにソース電極およびドレイン電極を形成した。得られた金属パターン間の接着力（ａｄｈｅｓｉｏｎ）を強化するために、８０〜１００℃で５分間熱処理を施した。最終的に得られたパターンの厚さは５０〜７０ｎｍであった。次に、その上にＰＣＢＭ（［６，６］−フェニル−Ｃ_６１ブチル酸メチルエステル）をクロロベンゼン（ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）溶媒に１ｗｔ％で溶かしてスピンコーターによって１０００ｒｐｍで厚さ７０〜１１０ｎｍ間の薄膜をコートした後、真空の下に７０〜８０℃の温度で約３時間熱処理を施して溶媒を除去し、有機半導体層を形成してボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタを完成した。

こうして得られた有機薄膜トランジスタの電流伝達特性をＫＥＩＴＨＬＥＹ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（４２００−ＳＣＳ）を用いて評価して図４および図５にグラフで示した。この図４および図５から電気的特性を下記の方法で測定して表１に示した。
電荷移動度は、下記飽和領域（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）電流式から（Ｉ_ＳＤ）^１／２とＶ_Ｇを変数としたグラフを得、そのグラフの傾きから求めた。

上記式中、Ｉ_ＳＤはソース−ドレイン電流、μまたはμ_ＦＥＴは電荷移動度、Ｃ_Ｏは酸化膜静電容量、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｖ_Ｇはゲート電圧、Ｖ_Ｔはしきい値電圧をそれぞれ示す。

＜比較例１：既存の真空蒸着法によるボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタの製造＞
チャネル長１００μｍ、チャネル幅１ｍｍのシャドーマスクを用いて金を５０ｎｍの厚さに真空蒸着してソース−ドレイン電極を形成した以外には、実施例１と同様に行った。得られた素子の電流伝達特性曲線および電荷移動度を測定してそれぞれ図４および図５に示した。また、その電気的特性を実施例１と同様の方法で測定して表１に共に示した。

＜実施例２：溶液プロセスによるトップコンタクト型有機薄膜トランジスタの製造＞
本実施例では、図２に示したトップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタを製作した。まず、ゲート電極である厚さ１５００ÅのＡｌＮｄが電子ビームによって蒸着されたガラス基板を使用し、これを半導体級のアセトンとメタノール溶媒を用いて超音波洗浄器内で洗浄した。その上にゲート絶縁体層として架橋剤を含むポリビニルフェノール系絶縁物質を、スピンコーティング法を用いて３０００ｒｐｍで５５００Åの厚さにコートした後、１１０℃で５分、１５０℃で２時間ベーキングを行った。この絶縁体は、ベーキングの後、有機溶媒に溶解されない。その後、このゲート絶縁体層上に、ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニル−Ｃ_６１ブチル酸メチルエステル）をクロロベンゼン溶媒に１ｗｔ％で溶かしてスピンコーターによって１０００ｒｐｍで厚さ７０〜１１０ｎｍ間の薄膜をコートした後、真空の下に７０〜８０℃の温度で約３時間熱処理を施して溶媒を除去し、有機半導体層を形成した。

次に、製造された銀前駆体を絶縁体上にスピンコートし、ＵＶをチャネル長５０μｍ、チャネル幅２ｍｍのフォトマスクを介して照射した。照射完了の後、照射された部分は銀が還元され、露光されなくて還元されていない部分はアセトニトリルで溶解させてソース電極およびドレイン電極を形成した。得られた金属パターン間の接着力を強化するために、８０〜１００℃で５分間熱処理を施した。最終的に得られたパターンの厚さは５０〜７０ｎｍであった。これにより、トップコンタクト型有機薄膜トランジスタを完成した。

表１の結果から確認されるように、本発明の方法によって製造される有機薄膜トランジスタは、全工程を低コストの溶液プロセスによって行ったにも拘わらず、電荷移動度などの電気的特性に優れるため、高速応答性および低電圧駆動を要求する応用にも利用することができる。

以上、添付図面を参照しながら実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこのような実施形態及び実施例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。

本発明の一実施例によって製造されたボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 本発明の他の実施例によって製造されたトップコンタクト構造の有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例に係る薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極形成段階を説明するための概略工程図である。 本発明の実施例および比較例によって製造された有機薄膜トランジスタの電流伝達特性を比較して示したグラフである。 本発明の実施例および比較例によって製造された有機薄膜トランジスタの電荷移動度を比較して示したグラフである。

符号の説明

１００、２００ 基板
１１０、２１０ ゲート電極
１２０、２２０ ゲート絶縁体層
１３０、２４０ ソース電極
１５０、２５０ ドレイン電極
１４０、２３０ 半導体層

Claims (12)

1. 基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ドレイン電極、ソース電極および半導体層が順次に形成された薄膜トランジスタの製造方法において、
   金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を前記ゲート絶縁体層上に塗布する段階と、
   光還元によって前記ドレイン電極および前記ソース電極を形成する段階と、
   を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記基板上に、前記金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を塗布する段階と、
   光還元によって前記ゲート電極を形成する段階と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
3. 基板、ゲート電極、ゲート絶縁体層、半導体層、ドレイン電極およびソース電極が順次に形成された薄膜トランジスタの製造方法において、
   金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を前記半導体層上に塗布する段階と、
   光還元によって前記ドレイン電極および前記ソース電極を形成する段階と、
   を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
4. 前記基板上に、前記金属前駆体を溶媒に溶解させたコーティング液を塗布する段階と、
   光還元によって前記ゲート電極を形成する段階と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
5. 前記半導体層の材料は、Ｐ型無機半導体材料、Ｐ型有機半導体材料、Ｎ型無機半導体材料またはＮ型有機半導体材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記Ｎ型有機半導体材料は、化学式（１）のフラーロイド（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル［５，６］Ｃ_６１）（Ｆ［５，６］）または化学式（２）のメタフラーレン（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル［６，６］Ｃ_６１）（Ｍ［６，６］）を使用することを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
   

   

   
7. 前記ゲート絶縁体層が、ポリオレフィン、ポリビニル、ポリアクリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルフェノール及びこれらの誘導体からなる有機物質、並びにＳｉＯｘ（０＜ｘ＜４）、ＳｉＮｘ（０＜ｘ＜４）、Ａｌ_２Ｏ_３からなる無機物質よりなる群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記半導体層が、ペンタセン、銅フタロシアニン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン及びこれらの誘導体よりなる群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の形成が、金、銀、アルミニウム、ニッケルおよび銅よりなる群から選択される金属前駆体を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記基板が、ガラス、シリコンおよびプラスチックよりなる群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. 前記コーティングが、ディップコーティング、スピンコーティング、プリンティング、スプレーコーティングまたはロールコーティングであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12. 請求項１〜請求項４のいずれか１項の製造方法によって製造された薄膜トランジスタを用いて製造されることを特徴とする表示素子。

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