JP2008153259A - Organic thin-film transistor, and its fabrication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to an organic thin film transistor and a method for manufacturing the organic thin film transistor.
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイ(FPD)に対するニーズが高まっている。また、情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。 With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays (FPDs) as computer displays. In addition, with the progress of computerization, the information that has been provided in paper media has been increasingly digitized. As a mobile display medium that is thin, light, and easy to carry, it has become electronic paper or digital paper. Needs are growing.
一般に平板型のディスプレイ装置においては、液晶、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)、電気泳動等を利用した素子を用いて表示媒体を形成している。 In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element using liquid crystal, an organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as an organic EL element), electrophoresis, or the like.
また、こうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度等を確保するために、画像駆動方法としては薄膜トランジスタ素子(TFT素子)を用いるアクティブ駆動方法が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基体上にこれら薄膜トランジスタ素子を形成し、液晶、有機EL素子等の画素部に印加する電圧または電流を制御することによって、ディスプレイに所望の画像を表示している。 In such a display medium, an active driving method using a thin film transistor element (TFT element) has become mainstream as an image driving method in order to ensure uniformity of screen luminance, screen rewriting speed, and the like. For example, in a normal computer display, these thin film transistor elements are formed on a glass substrate, and a desired image is displayed on the display by controlling a voltage or current applied to a pixel portion such as a liquid crystal or an organic EL element.
半導体層はゲート絶縁膜に接して形成され、またゲート絶縁膜の他方の面にはゲート電極が形成されている。このゲート電極に印加された電界に応じた電荷量が絶縁層と半導体層の界面に発生することができる。その結果、半導体層の導電性を変化させることができる。すなわち、ゲート電極に印加する電界よって、ソース電極から半導体層を介してドレイン電極へと流れる電流量を制御することができる。 The semiconductor layer is formed in contact with the gate insulating film, and a gate electrode is formed on the other surface of the gate insulating film. A charge amount corresponding to the electric field applied to the gate electrode can be generated at the interface between the insulating layer and the semiconductor layer. As a result, the conductivity of the semiconductor layer can be changed. That is, the amount of current flowing from the source electrode to the drain electrode through the semiconductor layer can be controlled by the electric field applied to the gate electrode.
このため、絶縁層の膜厚が一定でないと、半導体層に誘起する電荷量、すなわちソース・ドレイン電極間に流れる電流値がばらつくこととなる。また、極端にゲート絶縁層の膜厚が薄い部位があると、電界の集中が起きてゲート絶縁層が破壊されてしまうこともあるため、ゲート絶縁層の膜厚は、高い精度で均一に形成される必要がある。 For this reason, if the thickness of the insulating layer is not constant, the amount of charge induced in the semiconductor layer, that is, the value of the current flowing between the source and drain electrodes varies. In addition, if there is an extremely thin part of the gate insulating layer, the concentration of the electric field may occur and the gate insulating layer may be destroyed. Therefore, the gate insulating layer is formed uniformly with high accuracy. Need to be done.
従来のトランジスタの構成要素を形成する材料としては、電極には各種の金属が、絶縁層には各種の金属酸化物が、また半導体層には主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)等の半導体が、一般的に用いられている。 As materials for forming the constituent elements of conventional transistors, various metals are used for electrodes, various metal oxides are used for insulating layers, and a-Si (amorphous silicon) and p-Si are mainly used for semiconductor layers. A semiconductor such as (polysilicon) is generally used.
これらのSi半導体、金属酸化物及び金属からなる層の形成には、通常スパッタリング、プラズマCVDその他の真空系の製造プロセスが必要とされる。さらにこれらの手法では、パターン形状を直接形成することができないため、全面に層を形成した後、フォトリソグラフィーのような多数の工程を要するプロセスによってパターンを形成している。 Formation of these Si semiconductor, metal oxide and metal layers usually requires sputtering, plasma CVD or other vacuum manufacturing processes. Furthermore, in these methods, the pattern shape cannot be directly formed. Therefore, after forming a layer on the entire surface, the pattern is formed by a process that requires many steps such as photolithography.
このような、真空プロセスによる層形成と、複雑な工程を有するパターニングを繰り返して各層を形成することで、従来のTFT素子は製造されている。 A conventional TFT element is manufactured by repeatedly forming such a layer by a vacuum process and patterning having complicated steps to form each layer.
このため、従来のTFT素子の製造方法では装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっている。さらに、ディスプレイ画面の大型化、高精細化のニーズに対応するには、真空チャンバーのサイズやマスクパターンの変更など、製造装置の大幅な設計変更が必要とされ、製造コストの低減は限界に近づいてきている。 For this reason, in the conventional TFT element manufacturing method, the apparatus cost and running cost are very large. Furthermore, to meet the needs for larger display screens and higher definition, it is necessary to make major design changes to the manufacturing equipment, such as changing the vacuum chamber size and mask pattern, and the reduction in manufacturing costs is approaching its limit. It is coming.
また、Si系半導体層の形成には高い温度の工程が含まれるため、基体材料には工程温度に耐える材料であるという制限が加わることになるため、TFT基板は事実上ガラスに限定されている。 In addition, since the formation of the Si-based semiconductor layer includes a process at a high temperature, the base material is restricted to be a material that can withstand the process temperature. Therefore, the TFT substrate is practically limited to glass. .
先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、従来のTFT素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基体上にSi系TFT素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへのニーズを満たすにあたり望ましくないものである。 When a thin display such as the electronic paper or digital paper described above is configured using a conventional TFT element, the display is heavy, lacks flexibility, and can be broken by a drop impact. . These characteristics resulting from the formation of Si-based TFT elements on a glass substrate are undesirable in satisfying the need for an easy-to-carry-type thin display with the progress of computerization.
そこで近年、有機半導体材料を半導体層に用いた、有機薄膜トランジスタ素子の検討が盛んになってきている。このような有機半導体材料としては、ペンタセンやテトラセンといったアセン類、またこれらに置換基を導入した化合物、フタロシアニンやポルフィリン類、およびこれらの前駆体、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物や、α−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン6量体を代表例とする芳香族オリゴマー、ナフタレン、アントラセンに5員の芳香族複素環が対称に縮合した化合物、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン、更にはポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子などが挙げられる。 Therefore, in recent years, studies on organic thin film transistor elements using organic semiconductor materials for semiconductor layers have become active. Examples of such organic semiconductor materials include acenes such as pentacene and tetracene, compounds having substituents introduced therein, phthalocyanines and porphyrins, precursors thereof, low molecular compounds such as perylene and its tetracarboxylic acid derivatives, Aromatic oligomers typically represented by thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene, naphthalene, anthracene, a compound in which a 5-membered aromatic heterocyclic ring is condensed symmetrically, mono-, oligo- and polydithienopyridines, and further polythiophene, Examples thereof include conjugated polymers such as polythienylene vinylene and poly-p-phenylene vinylene.
半導体層をこれらの有機半導体材料で形成することができれば、低温での真空ないし低圧蒸着、あるいは塗布等の溶液プロセスによる製造ができると考えられる。このような低温プロセスによる製造は、透明樹脂基体上へのTFT素子の形成を可能とし、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない(もしくは非常に割れにくい)ディスプレイとすることができると考えられる。 If the semiconductor layer can be formed of these organic semiconductor materials, it can be manufactured by a solution process such as vacuum or low-pressure deposition at low temperature or coating. Manufacturing by such a low temperature process makes it possible to form TFT elements on a transparent resin substrate, making the display lighter and more flexible than conventional ones, and not broken (or very difficult to break) when dropped. It is thought that it can be.
中でも、インクジェット法または印刷法などといった簡便な溶液プロセスによってパターニングができれば、フォトリソグラフに伴う露光・現像・洗浄等の多数の工程を削減することができ、簡便な工程でディスプレイを製造でき、製造コストの大幅な低減が可能であると期待される。 Above all, if patterning can be performed by a simple solution process such as an ink jet method or a printing method, a number of steps such as exposure, development, and washing associated with photolithography can be reduced, and a display can be manufactured in a simple process, resulting in a manufacturing cost. It is expected that a significant reduction of
同様にゲート絶縁層についても、真空プロセスを用いない簡便なプロセスが可能な材料が検討されている。例えば、ゾルゲル法によって無機薄膜を塗布で形成する方法や、絶縁性の有機高分子を塗布で形成するといった方法が検討されているが、ゾルゲル法で絶縁性の高い薄膜を得るためには高温の熱処理が必要であり、プラスチック基板上に形成したいという目的に適していない。 Similarly, a material that can be easily processed without using a vacuum process has been studied for the gate insulating layer. For example, a method of forming an inorganic thin film by coating by the sol-gel method or a method of forming an insulating organic polymer by coating has been studied. In order to obtain a thin film having high insulation by the sol-gel method, a high temperature is required. Heat treatment is necessary and it is not suitable for the purpose of forming on a plastic substrate.
また、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリイミド等の有機高分子を塗布・乾燥することでゲート絶縁層を形成するといった検討もなされているが、絶縁性が低いために耐久性が低かったり、絶縁性を高めるために厚い膜厚が必要とされてトランジスタの駆動電圧が高くなってしまったり、次工程(例えば有機半導体層の形成)で溶液プロセスを行う際にゲート絶縁層が溶解して特性が劣化するといった課題を有していた。 In addition, studies have been made to form a gate insulating layer by applying and drying organic polymers such as polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, and polyimide. However, since the insulating property is low, the durability is low or the insulating property is low. A thick film thickness is required to increase the transistor driving voltage, or the gate insulating layer dissolves during the solution process in the next process (for example, formation of an organic semiconductor layer) and the characteristics deteriorate. There was a problem.
尚、一部のポリイミドでは、比較的薄膜でTFT駆動ができるという報告もあるが、ポリイミドは一般に不溶性の高分子材料であり、前駆体のポリアミック酸の溶液を塗布した後、やはり高温の熱処理でポリイミドへと変換することが必要であるため、プラスチック基板に形成するためには高価なエンジニアリングプラスチックを使用する必要があり、ガラス基板を用いるよりも高価となってしまうこともあり、好ましくない。 Although some polyimides report that TFTs can be driven with a relatively thin film, polyimide is generally an insoluble polymer material, and after applying a precursor polyamic acid solution, it is also subjected to high-temperature heat treatment. Since it is necessary to convert it to polyimide, it is necessary to use expensive engineering plastic in order to form it on a plastic substrate, which may be more expensive than using a glass substrate, which is not preferable.
近年では、有機高分子を塗布した後、架橋反応を起こすことで有機高分子からなるゲート絶縁層の絶縁性・信頼性・耐溶剤性を高めようといった試みがなされている。 In recent years, attempts have been made to increase the insulation, reliability, and solvent resistance of a gate insulating layer made of an organic polymer by applying a cross-linking reaction after applying the organic polymer.
例えば、フェノール樹脂をメラミン系架橋剤で架橋したゲート絶縁膜が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、光酸発生剤および架橋剤を含有するポリビニルフェノールに対して紫外光を照射することで、架橋されたポリビニルフェノールをゲート絶縁層とした有機薄膜トランジスタが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, a gate insulating film in which a phenol resin is crosslinked with a melamine-based crosslinking agent is disclosed (for example, see Patent Document 1). Further, an organic thin film transistor is disclosed in which a polyvinylphenol containing a photoacid generator and a crosslinking agent is irradiated with ultraviolet light to form the crosslinked polyvinylphenol as a gate insulating layer (see, for example, Patent Document 2). .)
また、光酸発生剤と架橋剤を含有するポリビニルフェノールとポリ(N−(ヒドロキシフェニル)マレイミド)共重合体からなるゲート絶縁層に対して紫外光を照射することで、架橋されたゲート絶縁層を有する有機薄膜トランジスタが開示されている(例えば、特許文献3参照。)。 Moreover, the gate insulating layer crosslinked by irradiating the gate insulating layer made of polyvinylphenol and poly (N- (hydroxyphenyl) maleimide) copolymer containing a photoacid generator and a crosslinking agent with ultraviolet light. An organic thin film transistor having the above has been disclosed (for example, see Patent Document 3).
更にまた、ポリ珪皮酸ビニルからなる薄膜に対して紫外光を照射することによって起きる珪皮酸部位の2量化反応を利用して、架橋ポリマーとしたゲート絶縁膜が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。 Furthermore, there is disclosed a gate insulating film made of a crosslinked polymer by utilizing a dimerization reaction of a cinnamic acid site caused by irradiating a thin film made of polyvinyl cinnamate with ultraviolet light (for example, (See Patent Document 4).
しかし、上記特許文献1では180℃といった高温での焼成が架橋反応の完了に必要であり、汎用のプラスチックフィルム上に形成することは困難であり、特許文献2〜4では、紫外線照射による架橋反応を使用することで、ゲート絶縁層形成に必要な温度を140℃〜室温の範囲に低減させているが、ゲート絶縁層の塗布方式がスピンコートであり、大面積の基板に連続的に塗布する方式としては現実的でない等の問題点があった。 However, in Patent Document 1 above, baking at a high temperature such as 180 ° C. is necessary for the completion of the crosslinking reaction, and it is difficult to form on a general-purpose plastic film. The temperature required for forming the gate insulating layer is reduced to the range of 140 ° C. to room temperature by using the gate insulating layer, but the coating method of the gate insulating layer is spin coating, which is continuously applied to a large-area substrate. There was a problem that it was not realistic as a method.
また、塗布する溶液の濃度が低濃度・低粘度であるため、溶媒が揮発するまでに振動や気流などの外乱があると膜厚が変動しやすく、結果として得られる有機薄膜トランジスタ素子のばらつきが大きくなってしまい、素子間のバラツキの少ない有機薄膜トランジスタ素子を得ることは困難であった。 In addition, since the concentration of the solution to be applied is low and low in viscosity, if there is a disturbance such as vibration or air current before the solvent volatilizes, the film thickness tends to fluctuate, resulting in large variations in the resulting organic thin film transistor elements. Therefore, it has been difficult to obtain an organic thin film transistor element with little variation between elements.
このように、真空プロセスおよび高温のプロセスを使用せずに簡便な塗布プロセスで形成することができ、且つ、形成後は高い耐溶剤性を有し、しかも均一な膜厚を有するゲート絶縁層を形成可能な材料および製造方法は、いまだ知られていない。
本発明の目的は、生産効率が高い溶液プロセスによって製造することが可能で、形成後は高い耐溶剤性を有し、しかも均一な膜厚で形成されたゲート絶縁層を有する有機薄膜トランジスタ、及び有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor having a gate insulating layer formed with a uniform film thickness and an organic thin film transistor that can be manufactured by a solution process with high production efficiency, has high solvent resistance after formation, and organic It is to provide a method for manufacturing a thin film transistor.
本発明の上記目的は、下記の構成1〜15により達成された。 The above object of the present invention has been achieved by the following configurations 1 to 15.
1.基体上に、少なくともゲート電極パターン、ゲート絶縁層、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、及び有機半導体材料を含有する半導体層と、を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
該ゲート絶縁層が、硬膜剤によって架橋されたゼラチンを含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
1. In an organic thin film transistor having a semiconductor layer containing at least a gate electrode pattern, a gate insulating layer, a source electrode pattern, a drain electrode pattern, and an organic semiconductor material on a substrate,
An organic thin film transistor, wherein the gate insulating layer contains gelatin crosslinked by a hardener.
2.前記ゲート絶縁層が、下記一般式(1)で表される化合物を用いて表面処理されたことを特徴とする前記1に記載の有機薄膜トランジスタ。 2. 2. The organic thin film transistor according to 1 above, wherein the gate insulating layer is surface-treated using a compound represented by the following general formula (1).
一般式(1)
A−R1
〔式中、Aはアルデヒド基、N−メチロール基、エポキシ基、アルキルカルボニルオキシカルボニル基、アリールカルボニルオキシカルボニル基、ハロゲン置換カルボニル基、ビニルスルホニル基、アクリロイルアミノ基、メタクリロイルアミノ基、エチレンイミン−2−イル基、アルキルカルボジイミド基、アリールカルボジイミド基、イソオキサゾリル基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基から選ばれる、アミノ基と反応して結合を形成できる官能基を表し、R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基を表す。〕
3.前記Aがビニルスルホニル基であることを特徴とする前記1または2に記載の有機薄膜トランジスタ。
General formula (1)
A-R 1
[Wherein, A is an aldehyde group, N-methylol group, epoxy group, alkylcarbonyloxycarbonyl group, arylcarbonyloxycarbonyl group, halogen-substituted carbonyl group, vinylsulfonyl group, acryloylamino group, methacryloylamino group, ethyleneimine-2 - yl group, an alkyl carbodiimide group, an aryl carbodiimide group, isoxazolyl group, an alkoxysilyl group, a halogenated silyl group, a functional group capable of forming a bond by reacting with an amino group, R 1 is an alkyl group, a cycloalkyl An alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group or an alkylsilyl group is represented. ]
3. 3. The organic thin film transistor as described in 1 or 2 above, wherein A is a vinylsulfonyl group.
4.前記ゲート絶縁層が、下記一般式(2)で表される化合物を用いて表面処理されたことを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 4). 4. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 3, wherein the gate insulating layer is surface-treated using a compound represented by the following general formula (2).
〔式中、Lはアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基またはアリーレン基を表し、Qは、C、Si、Ge、SnまたはPbを表し、R2〜R4は、各々アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基を表し、互いに連結して環を形成していても良い。〕
5.前記QがSiを表すことを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
[In the formula, L represents an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group or an arylene group, Q represents C, Si, Ge, Sn or Pb, and R 2 to R 4 each represents an alkyl group, It represents a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group or an alkylsilyl group, and may be linked to each other to form a ring. ]
5. 5. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the Q represents Si.
6.前記基体上に、ゲート電極パターン、ゲート絶縁層、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、及び有機半導体材料を含有する半導体層とが、この順で積層されたボトムコンタクト構成を形成していることを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 6). A bottom contact structure is formed in which a gate electrode pattern, a gate insulating layer, a source electrode pattern, a drain electrode pattern, and a semiconductor layer containing an organic semiconductor material are stacked in this order on the substrate. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 5 above.
7.前記ソース電極パターン及びドレイン電極パターンが、銀塩粒子をバインダー樹脂中に分散させた感光層に対し、露光処理工程、現像処理工程、ついでメッキ処理工程を経て、形成された電極パターンであることを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 7. The source electrode pattern and the drain electrode pattern are electrode patterns formed through an exposure process, a development process, and a plating process on a photosensitive layer in which silver salt particles are dispersed in a binder resin. 7. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 6 above.
8.前記バインダー樹脂がゼラチンであることを特徴とする前記7に記載の有機薄膜トランジスタ。 8). 8. The organic thin film transistor as described in 7 above, wherein the binder resin is gelatin.
9.前記銀塩粒子がハロゲン化銀粒子であることを特徴とする前記7または8に記載の有機薄膜トランジスタ。 9. 9. The organic thin film transistor as described in 7 or 8 above, wherein the silver salt grains are silver halide grains.
10.前記メッキ処理工程により形成される金属が、金であることを特徴とする前記7〜9のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 10. 10. The organic thin film transistor according to any one of 7 to 9, wherein the metal formed by the plating process is gold.
11.前記有機半導体材料が、ペンタセン誘導体であることを特徴とする前記1〜10のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。 11. 11. The organic thin film transistor according to any one of 1 to 10 above, wherein the organic semiconductor material is a pentacene derivative.
12.前記1〜11のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
(a)ゲート電極パターン上に、銀塩粒子をゼラチン中に分散させた感光層を塗布によって形成する工程、
(b)該感光層に対して露光工程及び現像処理を経て、金属銀パターンを得る工程、
(c)該金属銀パターンに対してメッキ処理工程を経て、ソース電極パターン及びドレイン電極パターンを形成する工程、
を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
12 In manufacturing the organic thin film transistor according to any one of 1 to 11,
(A) forming a photosensitive layer in which silver salt particles are dispersed in gelatin on a gate electrode pattern by coating;
(B) a step of obtaining a metallic silver pattern through an exposure step and a development treatment on the photosensitive layer;
(C) A step of forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern through a plating process on the metal silver pattern,
A method for producing an organic thin film transistor, comprising:
13.前記ゲート絶縁層の表面を、前記一般式(1)または(2)で表される化合物により表面処理する工程を有することを特徴とする前記12に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 13. 13. The method for producing an organic thin film transistor as described in 12 above, which comprises a step of surface-treating the surface of the gate insulating layer with the compound represented by the general formula (1) or (2).
14.前記メッキ処理工程において、金メッキ処理が含まれることを特徴とする前記12または13に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 14 14. The method for producing an organic thin film transistor according to 12 or 13, wherein the plating process includes a gold plating process.
15.前記有機半導体材料を含有する半導体層を塗布によって形成する工程を有することを特徴とする前記12〜14のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。 15. 15. The method for producing an organic thin film transistor according to any one of 12 to 14, further comprising a step of forming a semiconductor layer containing the organic semiconductor material by coating.
本発明により、均一な膜厚でゲート絶縁層を形成することができるため、素子間のバラツキの少ない薄膜トランジスタ特性を有する有機薄膜トランジスタを得ることができる。また、真空プロセスやフォトリソグラフ工程、および高温の熱処理工程などを用いない、生産効率が高くプラスチックフィルム上に形成することが可能な有機薄膜トランジスタ、およびその製造方法を提供することができた。 According to the present invention, since a gate insulating layer can be formed with a uniform thickness, an organic thin film transistor having thin film transistor characteristics with little variation between elements can be obtained. In addition, an organic thin film transistor that can be formed on a plastic film with high production efficiency without using a vacuum process, a photolithographic process, a high-temperature heat treatment process, and the like, and a method for manufacturing the same were provided.
本発明においては、請求項1〜10のいずれか1項に規定される構成により、キャリア移動度が高く、良好なON/OFF特性を示し、且つ、閾値電圧が低い等、優れたトランジスタ特性を示す、有機薄膜トランジスタを提供し、併せて、該有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。 In the present invention, the structure defined in any one of claims 1 to 10 has excellent transistor characteristics such as high carrier mobility, good ON / OFF characteristics, and low threshold voltage. It was possible to provide an organic thin film transistor, and to provide a method for producing the organic thin film transistor.
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について説明する。 Hereinafter, details of each component according to the present invention will be described.
以下、本発明の有機薄膜トランジスタの構成、次いで本発明の有機薄膜トランジスタを構成する各層の材料および製造方法の順に述べる。 Hereinafter, the constitution of the organic thin film transistor of the present invention, and then the materials and manufacturing methods of the respective layers constituting the organic thin film transistor of the present invention will be described.
《有機薄膜トランジスタの構成》
本発明の有機薄膜トランジスタの構成について説明する。
<Structure of organic thin film transistor>
The configuration of the organic thin film transistor of the present invention will be described.
本発明の有機薄膜トランジスタは、基材、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極から形成され、一般にMIS型(金属−絶縁体−半導体型)トランジスタと呼ばれる種類のトランジスタである。 The organic thin film transistor of the present invention is formed of a base material, a gate electrode, a gate insulating film, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, and is a type of transistor generally called a MIS type (metal-insulator-semiconductor type) transistor. .
MIS型トランジスタにおいては、ゲート電極に印加する電界を調節することで、絶縁層を介して半導体層の導電性を制御し、ひいては半導体層の両端に設置されたソース電極からドレイン電極へと電流量を制御することができる。 In the MIS transistor, the electric field applied to the gate electrode is adjusted to control the conductivity of the semiconductor layer through the insulating layer, and as a result, the amount of current flows from the source electrode installed at both ends of the semiconductor layer to the drain electrode. Can be controlled.
このようなMIS型トランジスタの中でも、上記各層の構成によっていくつかの形式に分類することができる。 Among such MIS transistors, they can be classified into several types according to the structure of each layer.
まず、基体上に有機半導体膜(以下、有機半導体層ともいう)で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、基体上に先ずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体膜で連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。 First, a top gate type having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film (hereinafter also referred to as an organic semiconductor layer) on a substrate, and having a gate electrode on the gate electrode via a gate insulating layer, First, it is roughly classified into a bottom gate type having a gate electrode and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor film through a gate insulating layer.
更に、ゲート電極から見てソース電極、ドレイン電極が、有機半導体層の手前にあるボトムコンタクト型と、有機半導体層の向こう側にあるトップコンタクト型に区別することができ、両者を組み合わせることによって、4種類の有機薄膜トランジスタの構成が可能である。本発明の有機薄膜トランジスタはこれらトップゲート型またボトムゲート型、またトップコンタクト型およびボトムコンタクト型のいずれでもよく、有機薄膜トランジスタを用いる用途に応じて選択することができる。 Furthermore, when viewed from the gate electrode, the source electrode and the drain electrode can be distinguished into a bottom contact type in front of the organic semiconductor layer and a top contact type on the other side of the organic semiconductor layer, and by combining both, Four types of organic thin film transistors can be configured. The organic thin film transistor of the present invention may be any of the top gate type, the bottom gate type, the top contact type, and the bottom contact type, and can be selected according to the use of the organic thin film transistor.
具体的な素子の層構成例の一例を、以下、図1(a)〜(e)に示す。 An example of a specific layer structure of the element is shown in FIGS. 1 (a) to 1 (e) below.
図1(a)、(c)はトップゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体6上に、ソース電極2及びドレイン電極3を有し、その上から有機半導体膜1が形成されている。さらに有機半導体膜1に接してゲート絶縁層5が形成され、その上にソース電極4を有する、といった構成である。
FIGS. 1A and 1C show top gate / bottom contact layer configuration examples. A
図1(b)はトップゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上に有機半導体膜1が形成され、さらに有機半導体膜1に接してソース電極2及びドレイン電極3が形成されている、といった構成である。
FIG. 1B shows an example of a layer structure of a top gate / top contact type. A
図1(d)、(f)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上にソース電極2及びドレイン電極3が形成され、その上に有機半導体膜1が形成されている、といった構成である。
FIGS. 1D and 1F show an example of a bottom gate / bottom contact type layer structure. A
図1(e)は、ボトムゲート・トップコンタクト型の層構成例を示す。基体6にゲート電極4を有し、その上にゲート絶縁層5が形成されている。その上に有機半導体膜1が形成され、その上にソース電極2及びドレイン電極3が形成されている、といった構成である。
FIG. 1E shows an example of a layer structure of a bottom gate / top contact type. A
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、より好ましくは、上記図1(c)、(f)で表されるボトムゲート・ボトムコンタクト型の構成を有することが好ましい。 More preferably, the organic thin film transistor of the present invention has a bottom-gate / bottom-contact type structure shown in FIGS.
有機半導体材料は酸素・水分・熱などによって劣化することがあるため、なるべく後半の工程で形成することで、他の層を形成する際のダメージを低減することができる。 Since the organic semiconductor material may be deteriorated by oxygen, moisture, heat, or the like, the damage in forming other layers can be reduced by forming it in the latter half of the process as much as possible.
このような観点で考えると、ボトムゲート・ボトムコンタクト型素子が最も後半の工程で有機半導体層を形成できるため、劣化の少ない良好な特性を有する有機薄膜トランジスタを得ることができる。 From this point of view, the bottom gate / bottom contact type element can form the organic semiconductor layer in the second half of the process, so that an organic thin film transistor having good characteristics with little deterioration can be obtained.
以下、有機半導体を形成する各層の材料および形成方法について記載する。 Hereinafter, the material and forming method of each layer forming the organic semiconductor will be described.
《ゲート絶縁層》
本発明の有機薄膜トランジスタに係るゲート絶縁層について説明する。
<Gate insulation layer>
The gate insulating layer according to the organic thin film transistor of the present invention will be described.
本発明では、ゼラチンがゾルゲル転移によって均一な膜厚を有する高品位な絶縁膜を容易に形成可能な点、および公知の硬膜剤によって容易に耐溶剤性を付与できる特性を利用して、本発明の有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層の形成材料として用いている。 In the present invention, the fact that gelatin can easily form a high-quality insulating film having a uniform film thickness by sol-gel transition and the property that solvent resistance can be easily imparted by a known hardener, It is used as a material for forming the gate insulating layer of the organic thin film transistor of the invention.
有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層(ゲート絶縁膜ともいう)に均一な膜厚を付与することに関して、種々検討する中で、本発明者らは、ゾルゲル転移特性を有するゼラチンに注目した。 In various studies regarding providing a uniform film thickness to a gate insulating layer (also referred to as a gate insulating film) of an organic thin film transistor, the present inventors paid attention to gelatin having a sol-gel transition property.
ゼラチンは温度によって容易にゾルゲル転移を起こすことができ、加熱溶解して塗布されたゼラチン溶液は、冷却するだけで容易にゲル化し、溶媒が完全に揮発しなくても形状が固定化される。 Gelatin can easily undergo sol-gel transition depending on the temperature, and a gelatin solution coated by heating and dissolving is easily gelled only by cooling, and the shape is fixed even if the solvent is not completely volatilized.
また、ゼラチン溶液の塗布後、成膜中の揮発成分が完全に揮発、乾燥するまでの間に、機械的振動および気流等の外乱によって膜厚の変化が起こりにくいため、均一な膜厚を必要とする、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層の形成材料として有用である。 In addition, since the volatile components in the film are completely volatilized and dried after the gelatin solution is applied, the film thickness hardly changes due to disturbances such as mechanical vibration and air current, so a uniform film thickness is required. It is useful as a material for forming a gate insulating layer of an organic thin film transistor.
更に、ゼラチンを用いてゲート絶縁層を形成する際には、従来公知の硬膜剤等の架橋剤の使用により、紫外線照射または高温の熱処理等の工程なしでゼラチン分子同士を架橋でき、絶縁性および耐溶剤性に優れたゲート絶縁層を形成することができる。 Furthermore, when the gate insulating layer is formed using gelatin, gelatin molecules can be cross-linked without using a step such as ultraviolet irradiation or high-temperature heat treatment by using a conventionally known cross-linking agent such as a hardener. In addition, a gate insulating layer having excellent solvent resistance can be formed.
《ゼラチン》
本発明に係るゼラチンとしては、一般に牛骨、牛皮、豚皮等を原料として製造され、コラーゲンからの製造工程において、石灰等による処理を伴うアルカリ処理ゼラチンや塩酸等による処理を伴う酸処理ゼラチンがあり、塗布液の一成分として適用されるゼラチンはいずれでもよい。
"gelatin"
The gelatin according to the present invention is generally produced from cow bone, cow skin, pork skin, etc. as raw materials, and in the production process from collagen, alkali-treated gelatin accompanied by treatment with lime or acid-treated gelatin accompanied by treatment with hydrochloric acid or the like. Yes, any gelatin may be applied as a component of the coating solution.
これらのゼラチンの製法、性質等の詳細については、例えば、ArthurVeis著,「The Macromolecular Chemistry of Gelatin」,187〜217頁,(1964),(Academic Press)、T.H.James著,「The Theory of the photographic Process」,4th.ed.,55頁,(1977),(Macmillan)、「にかわとゼラチン」,日本にかわゼラチン工業組合発行,(1987)、「写真工学の基礎 銀塩写真編」,119〜124頁,(コロナ社)等に記載されている。 For details on the production method and properties of these gelatins, see, for example, Arthur Veis, “The Macromolecular Chemistry of Gelatin”, pp. 187 to 217, (1964), (Academic Press), T. et al. H. James, “The Theory of the Photographic Process”, 4th. ed. 55, (1977), (Macmillan), “Niwa and Gelatin”, published by Nippon Gelatin Industries Association, (1987), “Basics of Photographic Engineering, Silver Salt Photography”, pages 119-124, (Corona) It is described in.
ゼラチンは、ゼリー強度(PAGI法による)が250g以上であることが好ましい。ゼラチンは、カルシウム含量(PAGI法による)が4000ppm以下であることが好ましく、3000ppm以下であることが特に好ましい。 Gelatin preferably has a jelly strength (by PAGI method) of 250 g or more. Gelatin preferably has a calcium content (according to the PAGI method) of 4000 ppm or less, and particularly preferably 3000 ppm or less.
ゼラチンとしては、通常分子量10万程度のアルカリ処理ゼラチン、酸処理ゼラチン、酸化処理したゼラチン、Bull.Soc.Sci.Photo.Japan.No.16.P30(1966)に記載されたような酵素処理ゼラチンを好ましく用いることができ、化学修飾ゼラチンを用いることも好ましい。当該化学修飾ゼラチンとしては、例えば、特開平5−72658号公報、特開平9−197595号公報、特開平9−251193号公報等の各公報に記載のアミノ基を置換したゼラチンを挙げることができる。 Examples of gelatin include alkali-treated gelatin having a molecular weight of about 100,000, acid-treated gelatin, oxidized gelatin, Bull. Soc. Sci. Photo. Japan. No. 16. Enzyme-treated gelatin as described in P30 (1966) can be preferably used, and chemically modified gelatin is also preferably used. Examples of the chemically modified gelatin include gelatin substituted with an amino group described in JP-A-5-72658, JP-A-9-197595, JP-A-9-251193, and the like. .
ゼラチンは、メチオニン含有量が30μmol/g未満であることが好ましく、20μmol/g未満であることがより好ましく、0.1μmol/g〜10μmol/gであることが更に好ましい。 The gelatin preferably has a methionine content of less than 30 μmol / g, more preferably less than 20 μmol / g, and even more preferably 0.1 μmol / g to 10 μmol / g.
ゼラチン中のメチオニン含有量を30μmol/g未満に低減するには、アルカリ処理ゼラチンの酸化剤による酸化処理が有効である。ゼラチンの酸化処理に用いることのできる酸化剤としては、例えば、過酸化水素、オゾン、ペルオキシ酸、ハロゲン、チオスルホン酸化合物、キノン類、有機過酸を挙げることができるが、過酸化水素を用いるのが最も好ましい。 In order to reduce the methionine content in gelatin to less than 30 μmol / g, oxidation treatment of alkali-treated gelatin with an oxidizing agent is effective. Examples of the oxidizing agent that can be used for the oxidation treatment of gelatin include hydrogen peroxide, ozone, peroxy acid, halogen, thiosulfonic acid compounds, quinones, and organic peracids. Hydrogen peroxide is used. Is most preferred.
ゼラチンのメチオニン含有量測定法については多くの文献がある。例えば、ジャーナル・オブ・フォトグラフィック・サイエンス第28巻111頁、同40巻149頁、同41巻172頁、同42巻117頁、ジャーナル・オブ・イメージング・サイエンス第33巻10頁、ジャーナル・オブ・イメージング・サイエンス・アンド・テクノロジー第39巻367頁等が参考になる。 There are many literatures on methods for measuring the methionine content of gelatin. For example, Journal of Photographic Science 28, 111, 40, 149, 41, 172, 42, 117, Journal of Imaging Science, 33, 10; Journal of・ Reference is made to Imaging Science and Technology vol.39, p.367.
これら文献を参考することで、アミノ酸分析法、HPLC(High Performance Liquid Chromatograpy)法、ガスクロマトグラフィー法、銀イオン滴定法等でゼラチンのメチオニン含有量を測定することができる。 By referring to these documents, the methionine content of gelatin can be measured by amino acid analysis, HPLC (High Performance Liquid Chromatography), gas chromatography, silver ion titration, and the like.
なお、有機薄膜トランジスタ素子としての移動度を算出するためには、絶縁膜の誘電率が必要となるが、ゼラチンの誘電率は2.6〜2.7の範囲であり、後述する硬膜処理等を行ってもほぼ同様の範囲である。 In order to calculate the mobility as the organic thin film transistor element, the dielectric constant of the insulating film is required. However, the dielectric constant of gelatin is in the range of 2.6 to 2.7, and will be described later, such as a hardening process. Even if it is performed, the range is almost the same.
《ゼラチンと併用可能な、ゲート絶縁層形成材料》
ゲート絶縁層は、ゼラチンのほかにも種々の化合物を層状に形成して積層したり、ゼラチン層中に微粒子を分散させて用いることができる。
<Gate insulating layer forming material that can be used in combination with gelatin>
In addition to gelatin, the gate insulating layer can be formed by laminating various compounds in a layered manner, or fine particles can be dispersed in the gelatin layer.
このような化合物のうち、無機物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。それらの内、好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。 Among these compounds, inorganic substances include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate Strontium titanate, barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, yttrium trioxide, and the like. Of these, preferred are silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
また、有機物としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。 Examples of organic substances include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, radical photopolymerization systems, photocationic polymerization system photocurable resins, or copolymers containing acrylonitrile components, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, and Cyanoethyl pullulan or the like can also be used.
《ゲート絶縁層の形成方法》
本発明に係るゲート絶縁層の形成方法については、ゼラチン溶液の塗布に係る従来公知の塗布方法を適用することができ、例えば、ワイヤーバー等を用いてゼラチン溶液を基体(基板、支持体等)上に塗布することによって形成することが出来る。
<Method for forming gate insulating layer>
As a method for forming a gate insulating layer according to the present invention, a conventionally known coating method relating to coating of a gelatin solution can be applied. For example, a gelatin solution is applied to a substrate (substrate, support, etc.) using a wire bar or the like. It can be formed by coating on top.
ワイヤーバー塗布においては、溶液濃度およびワイヤーの太さを適宜選択することによって、容易に塗布膜の膜厚を制御することができる。なお、本発明に係るゲート絶縁層の膜厚としては一般に50nm〜3μm、好ましくは100nm〜1μmである。 In wire bar coating, the film thickness of the coating film can be easily controlled by appropriately selecting the solution concentration and the wire thickness. The film thickness of the gate insulating layer according to the present invention is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
前述の通り、ゼラチンは冷却することにより容易にゲル化するため、ゼラチンを含有する溶液は、25℃以上に加熱して塗布することが好ましい。より好ましくは、30℃以上である。塗布した後は、形状を固定するために30度以下、好ましくは25度以下に冷却することで、ゼラチン薄膜をゲル化させ、薄膜の形状を容易に固定化することができる。 As described above, since gelatin easily gels upon cooling, the solution containing gelatin is preferably applied by heating to 25 ° C. or higher. More preferably, it is 30 ° C. or higher. After coating, the gelatin thin film is gelled by cooling to 30 degrees or less, preferably 25 degrees or less in order to fix the shape, and the shape of the thin film can be easily fixed.
その後、後述する硬膜処理によって架橋・不溶化した後、加熱乾燥を行うことで、精度の良い膜厚でゼラチンからなる絶縁膜を得ることができる。 Thereafter, after crosslinking and insolubilization by a hardening process described later, an insulating film made of gelatin can be obtained with a precise film thickness by performing heat drying.
また、有機薄膜トランジスタの製造方法のところでも詳述するが、本発明者等が、ゲート絶縁層の構成材料としてゼラチンが有用であることを見出した結果、感光層の形成・露光・現像といった簡便なプロセスでゲート絶縁層およびソース電極パターン、ドレイン電極パターンを統合して形成できることを見出したことで、非常に生産効率の高い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できるようになった。 Further, as will be described in detail in the method for producing the organic thin film transistor, the present inventors have found that gelatin is useful as a constituent material of the gate insulating layer, and as a result, it is easy to form, expose and develop a photosensitive layer. It has been found that a gate insulating layer, a source electrode pattern, and a drain electrode pattern can be integrally formed by a process, and thus a method for manufacturing an organic thin film transistor with extremely high production efficiency can be provided.
《硬膜剤》
本発明に係る硬膜剤は、上記ゼラチンを硬膜させ、塗布膜の膨潤率、膜強度等をその量によって調整可能なものである。また、ゼラチン層の絶縁破壊電圧等の電気的特性を改善するといった効果も有している。
《Hardener》
The hardener according to the present invention hardens the above gelatin and can adjust the swelling rate, film strength, etc. of the coating film depending on the amount thereof. It also has an effect of improving electrical characteristics such as a dielectric breakdown voltage of the gelatin layer.
本発明に係る硬膜剤を用いて架橋されたゼラチンを含むゲート絶縁層は、均一な膜厚を有し、本発明の有機薄膜トランジスタの特性の安定化向上とともに、各素子の特性のバラツキを低減化するという効果がある。 The gate insulating layer containing gelatin cross-linked with the hardener according to the present invention has a uniform film thickness, and improves the stabilization of the characteristics of the organic thin film transistor of the present invention and reduces the variation in the characteristics of each element. There is an effect of becoming.
本発明に係る硬膜剤としては、例えば、アルデヒド類(ホルムアルデヒド、グリオキザール、グルタールアルデヒド等)、ムコハロゲノ酸(ムコクロル酸、ムコフェノキシクロル酸等)、エポキシ化合物、活性ハロゲン化合物(2,4−ジクロロ−6−ヒドロキシ−s−トリアジン等)、活性ビニル誘導体(1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒドロ−s−トリアジン、ビス(ビニルスルホニル)メチルエーテル、N,N′−メチレンビス(β−ビニルスルホニル(プロピオンアミド))等)エチレンイミン類、カルボジイミド類、メタンスルホン酸エステル類、イソオキサゾール類等の有機硬膜剤、クロム明ばん等の無機硬膜剤、米国特許第3,057,723号明細書、同3,396,029号明細書、同4,161,407号明細書等に記載の高分子硬膜剤等が挙げられる。これらの中でも、反応性の高いビニルスルホン系硬膜剤およびアクリルアミド系硬膜剤を用いることが好ましい。 Examples of the hardener according to the present invention include aldehydes (formaldehyde, glyoxal, glutaraldehyde, etc.), mucohalogenoic acids (mucochloric acid, mucophenoxycyclolic acid, etc.), epoxy compounds, active halogen compounds (2,4-dichloro). -6-hydroxy-s-triazine, etc.), active vinyl derivatives (1,3,5-triacryloylhexahydro-s-triazine, bis (vinylsulfonyl) methyl ether, N, N'-methylenebis (β-vinylsulfonyl ( Propionamide)) etc.) Organic hardeners such as ethyleneimines, carbodiimides, methanesulfonates, isoxazoles, inorganic hardeners such as chromium alum, US Pat. No. 3,057,723 No. 3,396,029, No. 4,161,407 It includes polymeric hardeners such as described. Among these, it is preferable to use highly reactive vinyl sulfone hardeners and acrylamide hardeners.
本発明に係る硬膜剤は単独で用いられてもよいし、2以上組み合わせられて用いられてもよい。 The hardener according to the present invention may be used alone or in combination of two or more.
《表面処理剤》
本発明に係るゲート絶縁層は表面処理剤によって処理されることが好ましい。
<Surface treatment agent>
The gate insulating layer according to the present invention is preferably treated with a surface treatment agent.
ゲート絶縁層に対して表面処理を行うことにより、ゲート絶縁層表面の表面エネルギーを低減することができ、その結果、ゲート絶縁層と有機半導体層の界面に発生するキャリヤトラップ密度が低減され、キャリア移動度を高めることができる。 By performing surface treatment on the gate insulating layer, the surface energy on the surface of the gate insulating layer can be reduced, and as a result, the carrier trap density generated at the interface between the gate insulating layer and the organic semiconductor layer is reduced, and the carrier Mobility can be increased.
尚、表面処理後の表面エネルギーを、純水に対する接触角で表すと、50度以上が好ましく、70度〜170度がより好ましく、90度〜130度がさらに好ましい。 In addition, when the surface energy after the surface treatment is expressed by a contact angle with respect to pure water, 50 degrees or more is preferable, 70 degrees to 170 degrees is more preferable, and 90 degrees to 130 degrees is more preferable.
上記の接触角の範囲を有することにより、有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度やon/off比を著しく向上させ、また素子間の特性のバラツキを低減させることが出来る。なお接触角は、各種の接触角計(例えば、協和界面科学社製動的接触角計DCA−VZ等)を用いて測定することができる。 By having the above contact angle range, the carrier mobility and the on / off ratio of the organic thin film transistor element can be remarkably improved, and variations in characteristics between elements can be reduced. The contact angle can be measured using various contact angle meters (for example, dynamic contact angle meter DCA-VZ manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
本発明に係る表面処理剤は、絶縁層を構成する主たる成分であるゼラチンと化学結合を形成しうる化合物であることが好ましい。ゼラチン表面には、活性な官能基としてアミノ基およびカルボン酸基を有しているが、アミノ基と反応する表面処理剤の方が、良好な半導体素子特性を得ることができるために好ましい。 The surface treatment agent according to the present invention is preferably a compound capable of forming a chemical bond with gelatin, which is a main component constituting the insulating layer. The gelatin surface has an amino group and a carboxylic acid group as active functional groups, but a surface treating agent that reacts with the amino group is preferable because good semiconductor element characteristics can be obtained.
このような効果を有する表面処理剤としては、一般式(1)で表される化合物が好ましく、該一般式(1)で表される化合物と従来公知の表面処理剤を併用してもよい。 As the surface treatment agent having such an effect, a compound represented by the general formula (1) is preferable, and a compound represented by the general formula (1) and a conventionally known surface treatment agent may be used in combination.
一般式(1)
A−R1
式中、Aはアルデヒド基、N−メチロール基、エポキシ基、アルキルカルボニルオキシカルボニル基、アリールカルボニルオキシカルボニル基、ハロゲン置換カルボニル基、ビニルスルホニル基、アクリロイルアミノ基、メタクリロイルアミノ基、エチレンイミン−2−イル基、アルキルカルボジイミド基、アリールカルボジイミド基、イソオキサゾリル基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基から選ばれる、アミノ基と反応して結合を形成できる官能基を表す。
General formula (1)
A-R 1
In the formula, A is an aldehyde group, N-methylol group, epoxy group, alkylcarbonyloxycarbonyl group, arylcarbonyloxycarbonyl group, halogen-substituted carbonyl group, vinylsulfonyl group, acryloylamino group, methacryloylamino group, ethyleneimine-2- It represents a functional group that can react with an amino group to form a bond selected from an yl group, an alkyl carbodiimide group, an aryl carbodiimide group, an isoxazolyl group, an alkoxysilyl group, and a halogenated silyl group.
これらの置換基を有していることで、表面処理剤とゼラチン層との間に強固な結合を形成することができる。これらの官能基の中でも、アルデヒド基、アクリロイルアミノ基、メタクリロイルアミノ基、ビニルスルホニル基が好ましいが、中でも好ましく用いられるのは、ビニルスルホニル基である。 By having these substituents, a strong bond can be formed between the surface treatment agent and the gelatin layer. Among these functional groups, an aldehyde group, an acryloylamino group, a methacryloylamino group, and a vinylsulfonyl group are preferable, and among them, a vinylsulfonyl group is preferably used.
R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基を表す。 R 1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group or an alkylsilyl group.
一般式(1)において、R1で表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the alkyl group represented by R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, and an isopentyl group. , Neopentyl group, tert-pentyl group, hexyl group, isohexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group and the like.
一般式(1)において、R1で表されるシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the cycloalkyl group represented by R 1 include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group.
一般式(1)において、R1で表されるアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、2−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基、2−ペンテニル基、イソプロペニル基等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the alkenyl group represented by R 1 include a vinyl group, allyl group, 1-propenyl group, 2-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 2-pentenyl group, and isopropenyl. Groups and the like.
一般式(1)において、R1で表されるアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロパルギル基等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the alkynyl group represented by R 1 include an ethynyl group and a propargyl group.
一般式(1)において、R1で表されるR1で表されるアリール基(芳香族炭化水素基ともいう)としては、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等が挙げられる。 In the general formula (1), the aryl group represented by R 1 represented by R 1 (also referred to as aromatic hydrocarbon group), for example, a phenyl group, p- chlorophenyl group, a mesityl group, a tolyl group, a xylyl Group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group and the like.
一般式(1)において、R1で表されるR1で表されるヘテロアリール基(芳香族複素環基ともいう)としては、例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、フタラジニル基等が挙げられる。 In the general formula (1), as the heteroaryl group represented by R 1 represented by R 1 (also referred to as a aromatic heterocyclic group), for example, a furyl group, a thienyl group, a pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group , Pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, carbazolyl group, carbolinyl group, diazacarbazolyl group (one of the carbon atoms constituting the carboline ring of the carbolinyl group is a nitrogen atom) And a phthalazinyl group.
一般式(1)において、R1で表されるR1で表されるアルキルシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリシクロヘキシルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、シラトラン基等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the alkylsilyl group represented by R 1 represented by R 1, for example, trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, tri-cyclohexyl silyl group, a triphenylsilyl group, a phenyl diethyl silyl group, A trimethoxysilyl group, a triethoxysilyl group, a silatrane group, etc. are mentioned.
上記一般式(1)において、R1で表される、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基は、各々、未置換でもよく、置換基を更に有していても良い。 In the general formula (1), each of the alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, and alkylsilyl group represented by R 1 may be unsubstituted or substituted. Furthermore, you may have.
このような疎水性の置換基を有していることで、上記表面処理剤は前述の範囲に表面エネルギーを調整することができる。 By having such a hydrophobic substituent, the surface treatment agent can adjust the surface energy within the aforementioned range.
本発明において、疎水性の置換基とは、疎水性/親水性を表すパラメータであるLogPが0以上の置換基であると定義され、好ましくは、LogPが2〜10の範囲である。 In the present invention, the hydrophobic substituent is defined as a substituent having LogP, which is a parameter representing hydrophobicity / hydrophilicity, of 0 or more, and preferably LogP is in the range of 2 to 10.
LogPは、通常n−オクタノールと水への2つの溶媒系における物質の分配係数より求めることが出来るが、これらは化学領域増刊122号「薬物の構造活性相関」(南江堂)73〜103頁に詳しく記載されている。 LogP can be obtained from the partition coefficient of substances in two solvent systems, usually n-octanol and water. These are described in detail in Chemistry Special Issue 122 “Structure-Activity Relationship of Drugs” (Nanedo) pages 73-103. Are listed.
また、近年logPを計算により求める方法が提案されており、特に有用な方法として米国モレキュラーデザイン社(Molecular Design Limited)のソフトウェア「CHEMLAB−II Revision10.02」を挙げることが出来る。本発明でいうところのlogPとはこのソフトウェア「CHEMLAB−II Revision10.02」を用いて計算された値を用いる。 In recent years, a method for calculating logP by calculation has been proposed. As a particularly useful method, software “CHEMLAB-II Revision 10.02” of Molecular Design Limited (USA) can be mentioned. As the logP in the present invention, a value calculated using this software “CHEMLAB-II Revision 10.02” is used.
上記一般式(1)で表される化合物の中でも、特に好ましく用いられるのは、上記一般紙式(2)で表される化合物である。 Among the compounds represented by the general formula (1), the compound represented by the general paper formula (2) is particularly preferably used.
一般式(2)において、Lはアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基またはアリーレン基を表す。アルキレン基としては、例えば、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。 In the general formula (2), L represents an alkylene group, a cycloalkylene group, an alkenylene group, an alkynylene group or an arylene group. Examples of the alkylene group include an ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, propylene group, ethylethylene group, pentamethylene group, and hexamethylene group.
一般式(2)において、Lで表されるシクロアルキレン基としては、例えば、シクロヘキサン−1,6−ジイル基等が挙げられる。 In the general formula (2), examples of the cycloalkylene group represented by L include a cyclohexane-1,6-diyl group.
アルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基、1−メチルビニレン基、1−メチルプロペニレン基、2−メチルプロペニレン基、1−メチルペンテニレン基、3−メチルペンテニレン基、1−エチルビニレン基、1−エチルプロペニレン基、1−エチルブテニレン基、3−エチルブテニレン基等が挙げられる。 Examples of alkenylene groups include vinylene, propenylene, butenylene, pentenylene, 1-methylvinylene, 1-methylpropenylene, 2-methylpropenylene, 1-methylpentenylene, 3-methyl. Examples include a pentenylene group, a 1-ethylvinylene group, a 1-ethylpropenylene group, a 1-ethylbutenylene group, and a 3-ethylbutenylene group.
アルキニレン基としては、例えば、エチニレン基、1−プロピニレン基、1−ブチニレン基、1−ペンチニレン基、1−ヘキシニレン基、2−ブチニレン基、2−ペンチニレン基、1−メチルエチニレン基、3−メチル−1−プロピニレン基、3−メチル−1−ブチニレン基等が挙げられる。 Examples of the alkynylene group include ethynylene group, 1-propynylene group, 1-butynylene group, 1-pentynylene group, 1-hexynylene group, 2-butynylene group, 2-pentynylene group, 1-methylethynylene group, 3-methyl-1 -Propinylene group, 3-methyl-1-butynylene group, etc. are mentioned.
アリーレン基としては、例えば、o−フェニレン基、m−フェニレン基、p−フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ナフタセンジイル基、ピレンジイル基、ナフチルナフタレンジイル基、ビフェニルジイル基(例えば、3,3′−ビフェニルジイル基、3,6−ビフェニルジイル基等)、テルフェニルジイル基、クアテルフェニルジイル基、キンクフェニルジイル基、セキシフェニルジイル基、セプチフェニルジイル基、オクチフェニルジイル基、ノビフェニルジイル基、デシフェニルジイル基等が挙げられる。 Examples of the arylene group include an o-phenylene group, m-phenylene group, p-phenylene group, naphthalenediyl group, anthracenediyl group, naphthacenediyl group, pyrenediyl group, naphthylnaphthalenediyl group, and biphenyldiyl group (for example, 3, 3 ′ -Biphenyldiyl group, 3,6-biphenyldiyl group, etc.), terphenyldiyl group, quaterphenyldiyl group, kinkphenyldiyl group, sexiphenyldiyl group, septiphenyldiyl group, octiphenyldiyl group, Biphenyldiyl group, deciphenyldiyl group, etc. are mentioned.
これらアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基またはアリーレン基等は、各々未置換でもよく、更に置換基を有していても良い。 These alkylene group, cycloalkylene group, alkenylene group, alkynylene group or arylene group may each be unsubstituted or may further have a substituent.
一般式(2)において、Qは、C、Si、Ge、SnまたはPbを表すが、中でも、好ましいのは、Siである。 In the general formula (2), Q represents C, Si, Ge, Sn, or Pb. Among them, Si is preferable.
一般式(2)において、式中、R2〜R4は、各々アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基を表し、互いに連結して環を形成していても良い。 In the general formula (2), in the formula, R 2 to R 4 each represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or an alkylsilyl group, and may be connected to each other to form a ring. .
以下、一般式(1)または一般式(2)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, although the specific example of a compound represented by General formula (1) or General formula (2) is shown, this invention is not limited to these.
上記一般式(1)または(2)で表される化合物の具体例として挙げられた各化合物等は、例えば、New J.Chem.,26巻(2002)、1515頁、Chem.Lett.,11巻(1992)、2169頁、J.Org.Chem.,54巻(1989)、1997頁、およびJ.Org.Chem.,70巻(2005)、4865頁等を参考にして合成することができる。 Each compound etc. which were mentioned as a specific example of the compound represented by the said General formula (1) or (2) are New J.J. Chem. 26 (2002), page 1515, Chem. Lett. 11 (1992), 2169, J. Am. Org. Chem. , 54 (1989), 1997, and J. Am. Org. Chem. 70 (2005), 4865, etc.
《ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極パターンの形成方法》
本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、ゲート電極パターンの3つの電極パターンは、公知の電極形成方法のいずれであっても、制限なく用いることができる。
<< Method of forming gate electrode, source electrode and drain electrode patterns >>
In the organic thin film transistor of the present invention, the three electrode patterns of the source electrode pattern, the drain electrode pattern, and the gate electrode pattern can be used without limitation, regardless of any known electrode forming method.
例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、および特開平11−43781号公報、特開2003−179234号公報、国際公開第04/75279号パンフレット等に記載の大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等のウェットプロセスなどの各種の公知の方法で全面に導電性層を形成した後、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法を挙げることができる。 For example, vacuum deposition method, molecular beam epitaxial growth method, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, CVD method, sputtering method, and JP-A Nos. 11-43781 and 2003-179234, Dry process such as atmospheric pressure plasma method described in WO 04/75279 pamphlet, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating Examples thereof include a method in which a conductive layer is formed on the entire surface by various known methods such as a wet process such as a method, and then an electrode is formed by using a known photolithographic method or a lift-off method.
ウェットプロセスで作製可能な場合は、直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、導電性インクまたはペーストを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。 When it can be produced by a wet process, patterning may be performed directly by ink jetting, or a method of patterning conductive ink or paste by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing may be used.
これらの電極形成方法によって形成される電極材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等の金属化合物、また酸化亜鉛、酸化すず、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛等の導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等のドーピング等で導電率を向上させた各種の導電性ポリマー、などを挙げることができる。 The electrode material formed by these electrode forming methods is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, Tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, Titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture , Metal compounds such as magnesium / indium mixture, lithium / aluminum mixture, and conductive metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, Examples thereof include conductive polythiophene, various conductive polymers whose conductivity is improved by doping such as a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, and the like.
しかし好ましくは、例えば、米国特許第2600343号明細書、特公昭42−23746号公報、特開2004−221565号公報などに記載されているような、銀塩を還元することによって導電性パターンを形成方法(以下、簡単に銀塩法とも称する)である。これらの手法においては、電極パターンを形成するにあたってゼラチンからなるバインダーを使用するため、ゼラチンからなる絶縁体層と電極パターン層を統合的に作製することができ、製造工程が簡略化されるといったメリットを有し、非常に効率の良い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。 However, preferably, a conductive pattern is formed by reducing a silver salt as described in, for example, US Pat. No. 2,600,333, Japanese Patent Publication No. 42-23746, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-221565. This is a method (hereinafter also referred to simply as a silver salt method). In these methods, since a binder made of gelatin is used to form an electrode pattern, an insulator layer made of gelatin and an electrode pattern layer can be integrally formed, and the manufacturing process is simplified. It is possible to provide a highly efficient method for manufacturing an organic thin film transistor.
なお、銀塩から導電性パターンを形成する方法は公知であるが、薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に適用した例は見られない。 In addition, although the method of forming a conductive pattern from silver salt is well-known, the example applied to the gate electrode of a thin-film transistor, a source electrode, and a drain electrode is not seen.
以下、銀塩法による電極形成方法について述べる。 Hereinafter, an electrode forming method by the silver salt method will be described.
《銀塩法による電極パターン形成》
銀塩法による電極パターン形成方法は、
(1)銀塩粒子をバインダー樹脂中に分散させた感光層を塗布する工程、
(2)上記感光層に対し、導電性パターンとしたい部分を露光する工程、
(3)上記露光された感光層に対し、未露光の部分を除去する現像工程、
(4)現像された導電性パターンをメッキ処理により導電性を向上させる工程、
を経ることによって、現像銀を核とする導電性パターンを得ることができるといった方法である。
《Electrode pattern formation by silver salt method》
The electrode pattern formation method by the silver salt method is:
(1) A step of applying a photosensitive layer in which silver salt particles are dispersed in a binder resin,
(2) A step of exposing a portion desired to be a conductive pattern to the photosensitive layer,
(3) A developing step for removing an unexposed portion of the exposed photosensitive layer,
(4) a step of improving conductivity by plating the developed conductive pattern;
In this way, a conductive pattern having developed silver as a nucleus can be obtained.
銀塩法は、感光性に優れる銀塩粒子から形成するために非常に高い精度を有する導電性パターンを形成することができるだけでなく、ロールトゥロールプロセスに適し、処理速度も速いため、製造速度に優れるといった特徴を有しており、好ましい。 The silver salt method is not only capable of forming conductive patterns with very high accuracy to form from silver salt particles with excellent photosensitivity, but also suitable for roll-to-roll process and high processing speed, so the production speed It has the feature that it is excellent in, and is preferable.
《銀塩粒子》
本発明の有機薄膜トランジスタに係るソース電極パターン、ドレイン電極パターン、およびゲート電極パターンの該感光層の形成に用いられる銀塩粒子として用いられる銀塩としては、ハロゲン化銀などの無機銀塩及び酢酸銀などの有機銀塩が挙げられるが、光センサーとしての特性に優れるハロゲン化銀を用いることが好ましい。
《Silver salt particles》
Examples of the silver salt used as the silver salt particles used for forming the photosensitive layer of the source electrode pattern, the drain electrode pattern, and the gate electrode pattern according to the organic thin film transistor of the present invention include inorganic silver salts such as silver halide and silver acetate. Examples of the organic silver salt include silver halides having excellent characteristics as an optical sensor.
本発明で用いられるハロゲン化銀としては、従来公知の銀塩写真フィルムや印画紙、印刷製版用フィルム、フォトマスク用エマルジョンマスク等で用いられるハロゲン化銀乳剤技術をそのまま用いることができる。 As the silver halide used in the present invention, a silver halide emulsion technique used in a conventionally known silver salt photographic film, photographic paper, printing plate-making film, photomask emulsion mask or the like can be used as it is.
ハロゲン化銀に含有されるハロゲン元素は、塩素、臭素、ヨウ素及びフッ素のいずれであってもよく、これらを組み合わせでもよい。例えば、AgCl、AgBr、AgIを主体としたハロゲン化銀が好ましく用いられ、さらにAgBrを主体としたハロゲン化銀が好ましく用いられる。 The halogen element contained in the silver halide may be any of chlorine, bromine, iodine and fluorine, or a combination thereof. For example, silver halide mainly composed of AgCl, AgBr, and AgI is preferably used, and silver halide mainly composed of AgBr is preferably used.
ここで、「AgBr(臭化銀)を主体としたハロゲン化銀」とは、ハロゲン化銀組成中に占める臭化物イオンのモル分率が50%以上のハロゲン化銀をいう。このAgBrを主体としたハロゲン化銀粒子は、臭化物イオンのほかに沃化物イオン、塩化物イオンを含有していてもよい。 Here, “silver halide mainly composed of AgBr (silver bromide)” refers to silver halide in which the molar fraction of bromide ions in the silver halide composition is 50% or more. The silver halide grains mainly composed of AgBr may contain iodide ions and chloride ions in addition to bromide ions.
ハロゲン化銀は固体粒子状であり、露光、現像処理後に形成されるパターン状金属銀層の画像品質の観点からは、ハロゲン化銀の平均粒子サイズは、球相当径で0.1nm〜1000nm(1μm)であることが好ましく、0.1nm〜100nmであることがより好ましく、1nm〜50nmの範囲であることがさらに好ましい。 Silver halide is in the form of solid grains, and from the viewpoint of image quality of the patterned metallic silver layer formed after exposure and development processing, the average grain size of silver halide is 0.1 nm to 1000 nm in terms of sphere equivalent diameter ( 1 μm), preferably 0.1 nm to 100 nm, more preferably 1 nm to 50 nm.
尚、ハロゲン化銀粒子の球相当径とは、粒子形状が球形の同じ体積を有する粒子の直径である。 Incidentally, the sphere equivalent diameter of silver halide grains is the diameter of grains having the same volume and a spherical shape.
ハロゲン化銀粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、立方体状、平板状(6角平板状、三角形平板状、4角形平板状など)、八面体状、14面体状など様々な形状であることができる。 The shape of the silver halide grains is not particularly limited, and may be various shapes such as a spherical shape, a cubic shape, a flat plate shape (hexagonal flat plate shape, triangular flat plate shape, tetragonal flat plate shape, etc.), octahedron shape, and tetrahedron shape. Can be.
本発明で用いられるハロゲン化銀は、さらに他の元素を含有していてもよい。例えば、写真乳剤において、硬調な乳剤を得るために用いられる金属イオンをドープすることも有用である。特にロジウムイオンやイリジウムイオンなどの遷移金属イオンは、金属銀像の生成の際に露光部と未露光部の差が明確に生じやすくなるため好ましく用いられる。ロジウムイオン、イリジウムイオンに代表される遷移金属イオンは、各種の配位子を有する化合物であることもできる。そのような配位子としては、例えば、シアン化物イオンやハロゲンイオン、チオシアナートイオン、ニトロシルイオン、水、水酸化物イオンなどを挙げることができる。具体的な化合物の例としては、K3Rh2Br9及びK2IrCl6などが挙げられる。 The silver halide used in the present invention may further contain other elements. For example, in a photographic emulsion, it is also useful to dope metal ions used to obtain a high-contrast emulsion. In particular, transition metal ions such as rhodium ions and iridium ions are preferably used because a difference between an exposed portion and an unexposed portion tends to occur clearly when a metallic silver image is generated. Transition metal ions represented by rhodium ions and iridium ions can also be compounds having various ligands. Examples of such a ligand include cyanide ions, halogen ions, thiocyanate ions, nitrosyl ions, water, hydroxide ions, and the like. Specific examples of the compound include K 3 Rh 2 Br 9 and K 2 IrCl 6 .
本発明において、ハロゲン化銀に含有されるロジウム化合物及び/又はイリジウム化合物の含有率は、ハロゲン化銀の銀のモル数に対して、10-10モル/モルAg〜10-2モル/モルAgであることが好ましく、10-9モル/モルAg〜10-3モル/モルAgであることがさらに好ましい。 In the present invention, the content of the rhodium compound and / or iridium compound contained in the silver halide is 10 −10 mol / mol Ag to 10 −2 mol / mol Ag with respect to the number of moles of silver in the silver halide. It is preferably 10 −9 mol / mol Ag, and more preferably 10 −3 mol / mol Ag.
その他、本発明では、Pd(II)イオンまたはPd金属を含有するハロゲン化銀も好ましく用いることができる。Pdはハロゲン化銀粒子内に均一に分布していてもよいが、ハロゲン化銀粒子の表層近傍に含有させることが好ましい。 In addition, in the present invention, silver halides containing Pd (II) ions or Pd metals can also be preferably used. Pd may be uniformly distributed in the silver halide grains, but is preferably contained in the vicinity of the surface layer of the silver halide grains.
ここで、Pdが「ハロゲン化銀粒子の表層近傍に含有する」とは、ハロゲン化銀粒子の表面から深さ方向に50nm以内において、他層よりもパラジウムの含有率が高い層を有することを意味する。このようなハロゲン化銀粒子は、ハロゲン化銀粒子を形成する途中でPdを添加することにより作製することができ、銀イオンとハロゲンイオンとをそれぞれ総添加量の50%以上添加した後に、Pdを添加することが好ましい。 Here, Pd “contains in the vicinity of the surface layer of the silver halide grains” means that the Pd content is higher than the other layers within 50 nm in the depth direction from the surface of the silver halide grains. means. Such silver halide grains can be prepared by adding Pd in the course of forming silver halide grains. After adding silver ions and halogen ions to 50% or more of the total addition amount, Pd Is preferably added.
また、Pd(II)イオンを後熟時に添加するなどの方法でハロゲン化銀表層に存在させることも好ましい。 It is also preferred that Pd (II) ions be present in the surface layer of the silver halide by a method such as addition at the time of post-ripening.
このPd含有ハロゲン化銀粒子は、物理現像や無電解メッキの速度を速め、所望の電極パターンの生産効率を上げ、生産コストの低減に寄与する。Pdは、無電解メッキ触媒としてよく知られて用いられているが、本発明では、ハロゲン化銀粒子の表層にPdを偏在させることが可能なため、極めて高価なPdを節約することが可能である。 The Pd-containing silver halide grains increase the speed of physical development and electroless plating, increase the production efficiency of a desired electrode pattern, and contribute to the reduction of production cost. Pd is well known and used as an electroless plating catalyst. However, in the present invention, Pd can be unevenly distributed on the surface layer of silver halide grains, so that extremely expensive Pd can be saved. is there.
本発明において、ハロゲン化銀に含まれるPdイオン及び/又はPd金属の含有率は、ハロゲン化銀の銀のモル数に対して10-8モル/モルAg〜10-4モル/モルAgであることが好ましく、10-6モル/モルAg〜10-5モル/モルAgであることがさらに好ましい。 In the present invention, the content of Pd ions and / or Pd metals contained in silver halide is 10 −8 mol / mol Ag to 10 −4 mol / mol Ag with respect to the number of moles of silver in the silver halide. It is preferably 10 −6 mol / mol Ag, more preferably 10 −5 mol / mol Ag.
また、ゼラチンとの結合を抑制しAgXへより効率的に配位させるために、Pd(SCN)2錯体やパラジウムグリシネートとして添加することが好ましい。 Further, in order to suppress the binding with gelatin and coordinate more efficiently to AgX, it is preferably added as a Pd (SCN) 2 complex or palladium glycinate.
使用するPd化合物の例としては、PdCl4やNa2PdCl4等が挙げられる。 Examples of the Pd compound used include PdCl 4 and Na 2 PdCl 4 .
本発明では、写真乳剤で行われる化学増感を施すこともできる。化学増感としては、例えば、金増感などの貴金属増感、イオウ増感などのカルコゲン増感、還元増感等を利用することができる。 In the present invention, chemical sensitization performed on a photographic emulsion can also be performed. As chemical sensitization, for example, noble metal sensitization such as gold sensitization, chalcogen sensitization such as sulfur sensitization, reduction sensitization or the like can be used.
また、本発明において、ゲート電極パターン、ソース電極パターン、ドレイン電極パターンのうちの複数のパターンを銀塩法によって形成する場合、各々の電極パターンに対応する導電性パターンを順次形成してもよいが、分光増感を銀塩粒子に施すと2層以上を同時に露光・現像することができるため、分光増感を施してもよい。たとえばゲート電極パターン層を赤色光に感光するように分光増感し、ソース電極パターン層およびドレイン電極パターン層を青色光に感光するように分光増光しておくと、赤色光と青色光で同時に2層のパターンを露光することができるため、より簡便に電極パターンを形成することができる。 In the present invention, when a plurality of gate electrode patterns, source electrode patterns, and drain electrode patterns are formed by the silver salt method, conductive patterns corresponding to the respective electrode patterns may be sequentially formed. When spectral sensitization is applied to silver salt particles, two or more layers can be exposed and developed simultaneously, and thus spectral sensitization may be applied. For example, if the gate electrode pattern layer is spectrally sensitized so that it is exposed to red light, and the source electrode pattern layer and the drain electrode pattern layer are spectrally sensitized so as to be sensitive to blue light, the red light and the blue light are simultaneously 2 Since the pattern of the layer can be exposed, the electrode pattern can be formed more easily.
写真乳剤の分光増感は、例えばリサーチ・ディスクロージャー(RD)No.17643(1978年12月)23頁 IV、同No.18716(1979年11月) 648〜649頁及び同No.308119(1989年12月)996〜8頁 IIIA等に記載された増感色素等を用いて行うことができる。 The spectral sensitization of photographic emulsions can be performed by, for example, Research Disclosure (RD) No. 17643 (December 1978) p. 23 IV, ibid. 18716 (November 1979), pages 648-649 and ibid. 308119 (December 1989) 996-8 pages IIIA etc. can be used.
本発明で使用できる乳剤としては、例えば、特開平11−305396号公報、特開2000−321698号公報、特開平13−281815号公報、特開2002−72429号公報の実施例に記載されたカラーネガフィルム用乳剤、特開2002−214731号公報に記載されたカラーリバーサルフィルム用乳剤、特開2002−107865号公報に記載されたカラー印画紙用乳剤などを好適に用いることができる。 Examples of emulsions that can be used in the present invention include color negatives described in Examples of JP-A-11-305396, JP-A-2000-321698, JP-A-13-281815, and JP-A-2002-72429. A film emulsion, a color reversal film emulsion described in JP-A No. 2002-214731, a color photographic paper emulsion described in JP-A No. 2002-107865, and the like can be suitably used.
《バインダー》
銀塩粒子をバインダー樹脂中に分散させた感光層(銀塩含有層)において、該バインダー(樹脂)は、銀塩粒子を均一に分散させ、且つ、銀塩含有層と支持体との密着を補助する目的で用いることができる。本発明においては、非水溶性ポリマー及び水溶性ポリマーのいずれもバインダーとして用いることができるが、水溶性ポリマーを用いることが好ましい。
"binder"
In the photosensitive layer (silver salt-containing layer) in which silver salt particles are dispersed in a binder resin, the binder (resin) uniformly disperses the silver salt particles and provides adhesion between the silver salt-containing layer and the support. It can be used for the purpose of assisting. In the present invention, both a water-insoluble polymer and a water-soluble polymer can be used as a binder, but a water-soluble polymer is preferably used.
水溶性のバインダーとしては、例えば、ゼラチン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、澱粉等の多糖類、セルロース及びその誘導体、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアミン、キトサン、ポリリジン、ポリアクリル酸、ポリアルギン酸、ポリヒアルロン酸、カルボキシセルロース等が挙げられる。これらは、官能基のイオン性によって中性、陰イオン性、陽イオン性の性質を有する。 Examples of the water-soluble binder include gelatin, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), starch and other polysaccharides, cellulose and derivatives thereof, polyethylene oxide, polyvinylamine, chitosan, polylysine, polyacrylic acid, polyalginic acid. , Polyhyaluronic acid, carboxycellulose and the like. These have neutral, anionic, and cationic properties depending on the ionicity of the functional group.
ハロゲン化銀粒子として写真用ハロゲン化銀ゼラチン乳剤をもちいるためバインダー樹脂中、ゼラチンが最も好ましい。 Since silver halide gelatin emulsions for photography are used as silver halide grains, gelatin is most preferred in the binder resin.
バインダーに用いるゼラチンは、前記ゲート絶縁層に用いるゼラチンと同一であることが好ましい。その結果、ソース・ドレイン電極パターン、およびゲート電極パターンを作製する際に同時にゲート絶縁層も形成されることとなり、工程が非常に簡素化される。 The gelatin used for the binder is preferably the same as the gelatin used for the gate insulating layer. As a result, the gate insulating layer is also formed at the same time when the source / drain electrode pattern and the gate electrode pattern are formed, and the process is greatly simplified.
感光層(銀塩含有層)中に含有されるバインダーの含有量は、特に限定されず、分散性と密着性を発揮し得る範囲で適宜決定することができる。銀塩含有層中のバインダーの含有量は、Ag/バインダー体積比で1/4〜100であることが好ましく、1/3〜10であることがより好ましく、1/2〜2であることがさらに好ましい。1/1〜2であることが最も好ましい。 Content of the binder contained in a photosensitive layer (silver salt content layer) is not specifically limited, It can determine suitably in the range which can exhibit a dispersibility and adhesiveness. The content of the binder in the silver salt-containing layer is preferably 1/4 to 100 in terms of Ag / binder volume ratio, more preferably 1/3 to 10, and more preferably 1/2 to 2. Further preferred. Most preferably, it is 1 / 1-2.
また、感光層(銀塩含有層)中にバインダーをAg/バインダー体積比で1/4以上含有すれば、物理現像及び/又はメッキ処理工程において金属粒子同士が互いに接触しやすく、高い導電性を得ることが可能であるため好ましい。 Moreover, if the binder is contained in the photosensitive layer (silver salt-containing layer) by 1/4 or more in terms of Ag / binder volume ratio, the metal particles are easily brought into contact with each other in the physical development and / or plating process, and have high conductivity. Since it can be obtained, it is preferable.
《感光層の形成》
感光層(銀塩含有層)は、上記銀塩をバインダーによって乳化・分散させた溶液を塗布することによって形成する。
<Formation of photosensitive layer>
The photosensitive layer (silver salt-containing layer) is formed by applying a solution obtained by emulsifying and dispersing the silver salt with a binder.
銀塩およびバインダーを含有する溶液の形成において用いられる溶媒は、特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ホルムアミドなどのアミド類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、酢酸エチルなどのエステル類、エーテル類等)、イオン性液体、及びこれらの混合溶媒を挙げることができる。写真用ハロゲン化銀ゼラチン乳剤が用いられることから水を主体とする溶媒が好ましい。 The solvent used in the formation of the solution containing the silver salt and the binder is not particularly limited. For example, water, organic solvents (for example, alcohols such as methanol, ketones such as acetone, amides such as formamide, dimethyl sulfoxide, etc. Sulphoxides, esters such as ethyl acetate, ethers, etc.), ionic liquids, and mixed solvents thereof. Since a photographic silver halide gelatin emulsion is used, a solvent mainly containing water is preferred.
感光層の形成方法としては、銀塩写真法において公知である、デイップコート法、スライド塗布法、バーコート法などの通常の塗布法、および前述のゼラチンからなるゲート絶縁層の塗布と同様の方法によって、基体上に、塗布することができる。 As a method for forming the photosensitive layer, known methods in the silver salt photography method are common coating methods such as a dip coating method, a slide coating method, a bar coating method, and the same method as the coating of the gate insulating layer made of gelatin. Can be applied on the substrate.
《露光処理工程》
ついで銀塩含有層に対して、導電性パターンを形成したい部分に対して露光を行う。
<< Exposure processing process >>
Next, the silver salt-containing layer is exposed to a portion where a conductive pattern is to be formed.
光源としては、電磁波を用いて行うことができる。電磁波としては、例えば、可視光線、紫外線などの光、X線などの放射線等が挙げられる。さらに露光には波長分布を有する光源を利用してもよく、特定の波長の光源を用いてもよい。 As the light source, electromagnetic waves can be used. Examples of the electromagnetic wave include light such as visible light and ultraviolet light, and radiation such as X-rays. Furthermore, a light source having a wavelength distribution may be used for exposure, or a light source having a specific wavelength may be used.
パターン状に露光する方法は、レーザビームによる走査露光で行ってもよいし、フォトマスクを利用した面露光で行ってもよい。面露光の方法としては、レンズを用いた屈折式露光でも反射鏡を用いた反射式露光でもよく、コンタクト露光、プロキシミティー露光、縮小投影露光、反射投影露光などの露光方式を用いることができる。 The pattern exposure method may be performed by scanning exposure using a laser beam, or may be performed by surface exposure using a photomask. The surface exposure method may be a refractive exposure using a lens or a reflection exposure using a reflecting mirror, and an exposure method such as contact exposure, proximity exposure, reduced projection exposure, or reflection projection exposure can be used.
これらの中でも、陰極線(CRT)を用いた走査露光で露光することが好ましい。陰極線管露光装置は、レーザを用いた装置に比べて、簡便でかつコンパクトであり、低コストになる。また、光軸や色の調整も容易である。画像露光に用いる陰極線管には、必要に応じてスペクトル領域に発光を示す各種発光体が用いられる。 Among these, it is preferable to expose by scanning exposure using a cathode ray (CRT). The cathode ray tube exposure apparatus is simpler and more compact and less expensive than an apparatus using a laser. Also, the adjustment of the optical axis and color is easy. As the cathode ray tube used for image exposure, various light emitters that emit light in the spectral region are used as necessary.
例えば、赤色発光体、緑色発光体、青色発光体、また近赤外発光体のいずれか1種又は2種以上が混合されて用いられる。 For example, one or more of a red light emitter, a green light emitter, a blue light emitter, and a near-infrared light emitter are used in combination.
スペクトル領域は、上記の近赤外、赤色、緑色及び青色に限定されず、黄色、橙色、紫色或いは赤外領域に発光する蛍光体も用いられる。特に、これらの発光体を混合して白色に発光する陰極線管がしばしば用いられる。また、紫外線ランプも好ましく、水銀ランプのg線、水銀ランプのi線等も利用される。 The spectral region is not limited to the above-mentioned near infrared, red, green, and blue, and phosphors that emit light in the yellow, orange, purple, or infrared region are also used. In particular, a cathode ray tube that emits white light by mixing these light emitters is often used. An ultraviolet lamp is also preferable, and g-line of a mercury lamp, i-line of a mercury lamp, etc. are also used.
また、本発明における露光は、ガスレーザ、発光ダイオード、半導体レーザ、半導体レーザ又は半導体レーザを励起光源に用いた固体レーザと非線形光学結晶を組合わせた第二高調波発光光源(SHG)等の単色高密度光を用いた走査露光方式を好ましく用いることができ、さらにKrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2レーザ等も用いることができる。 Further, the exposure in the present invention is a monochromatic high light source such as a gas laser, a light emitting diode, a semiconductor laser, a semiconductor laser, or a second harmonic light source (SHG) using a combination of a solid-state laser using a semiconductor laser as an excitation light source and a nonlinear optical crystal. A scanning exposure method using density light can be preferably used, and a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F2 laser, or the like can also be used.
システムをコンパクトで、安価なものにするために、露光は、半導体レーザ、半導体レーザあるいは固体レーザと非線形光学結晶を組合わせた第二高調波発生光源(SHG)を用いて行うことが好ましい。特にコンパクトで、安価、さらに寿命が長く、安定性が高い装置を設計するためには、露光は半導体レーザを用いて行うことが好ましい。 In order to make the system compact and inexpensive, exposure is preferably performed using a semiconductor laser, a semiconductor laser, or a second harmonic generation light source (SHG) that combines a solid-state laser and a nonlinear optical crystal. In order to design an apparatus that is particularly compact, inexpensive, long-life, and high in stability, exposure is preferably performed using a semiconductor laser.
レーザ光源としては、具体的には、波長430nm〜460nmの青色半導体レーザ(2001年3月の第48回応用物理学関係連合講演会で日亜化学発表)、半導体レーザ(発振波長約1060nm)を導波路状の反転ドメイン構造を有するLiNbO3のSHG結晶により波長変換して取り出した約530nmの緑色レーザ、波長約685nmの赤色半導体レーザ(日立タイプNo.HL6738MG)、波長約650nmの赤色半導体レーザ(日立タイプNo.HL6501MG)などが好ましく用いられる。 Specifically, as a laser light source, a blue semiconductor laser having a wavelength of 430 nm to 460 nm (announced by Nichia Chemical at the 48th Applied Physics Related Conference in March 2001) and a semiconductor laser (oscillation wavelength of about 1060 nm) are used. About 530 nm green laser, wavelength about 685 nm red semiconductor laser (Hitachi type No. HL6738MG), wavelength about 650 nm red semiconductor laser (wavelength converted by LiNbO 3 SHG crystal with waveguide inversion domain structure) Hitachi type No. HL6501MG) is preferably used.
《現像処理工程》
本発明では、感光層(銀塩含有層)を露光した後、さらに現像処理を行う。現像処理は、銀塩写真フィルムや印画紙、印刷製版用フィルム、フォトマスク用エマルジョンマスク等に用いられる通常の現像処理の技術を用いることができる。現像液については特に限定はしないが、PQ現像液、MQ現像液、MAA現像液等を用いることもでき、例えば、富士フィルム社製のCN−16、CR−56、CP45X、FD−3、パピトール、KODAK社製のC−41、E−6、RA−4、D−19、D−72などの現像液、又はそのキットに含まれる現像液、また、D−85などのリス現像液を用いることができる。
<Development process>
In the present invention, after the photosensitive layer (silver salt-containing layer) is exposed, development processing is further performed. The development processing can be performed by a normal development processing technique used for silver salt photographic film, photographic paper, printing plate-making film, photomask emulsion mask, and the like. The developer is not particularly limited, but a PQ developer, MQ developer, MAA developer, etc. can also be used. For example, CN-16, CR-56, CP45X, FD-3, Papitol manufactured by Fuji Film Co., Ltd. A developer such as C-41, E-6, RA-4, D-19, D-72 manufactured by KODAK, or a developer included in the kit, or a lith developer such as D-85 is used. be able to.
本発明では、上記の露光及び現像処理を行うことにより、パターン状の金属銀部が形成される。 In the present invention, a patterned metal silver portion is formed by performing the exposure and development processes described above.
現像処理は、未露光部分の銀塩を除去して安定化させる目的で行われる定着処理を含むことができる。なお、定着処理とは、露光されたハロゲン化銀粒子の現像終了後に、未露光部分のハロゲン化銀粒子を除去して安定化させる目的で行われる処理を指す。本発明における定着処理は、ハロゲン化銀粒子を用いた写真フィルムや印画紙等で用いられる定着液処方を用いることができる。定着処理で使用する定着液は、定着剤としてチオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等を使用することができる。定着時の硬膜剤として硫酸アルミウム、硫酸クロミウム等を使用することができる。定着剤の保恒剤としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、アスコルビン酸、エリソルビン酸等を使用することができ、その他にクエン酸、蓚酸等を使用することができる。本発明における定着処理は、銀塩写真フィルムや印画紙、印刷製版用フィルム、フォトマスク用エマルジョンマスク等に用いられる公知の定着処理の技術を用いることができる。 The development process can include a fixing process performed for the purpose of removing and stabilizing the silver salt in the unexposed part. The fixing process refers to a process performed for the purpose of removing and stabilizing unexposed silver halide grains after completion of development of exposed silver halide grains. For the fixing treatment in the present invention, a fixer formulation used for photographic films, photographic papers and the like using silver halide grains can be used. The fixing solution used in the fixing process may use sodium thiosulfate, potassium thiosulfate, ammonium thiosulfate, or the like as a fixing agent. Aluminum sulfate, chromium sulfate, or the like can be used as a hardener for fixing. As a preservative for the fixing agent, sodium sulfite, potassium sulfite, ascorbic acid, erythorbic acid and the like can be used, and citric acid, succinic acid and the like can be used. For the fixing process in the present invention, a known fixing process technique used for silver salt photographic film, photographic paper, film for printing plate making, emulsion mask for photomask, and the like can be used.
現像処理で用いられる現像液は、画質を向上させる目的で、画質向上剤を含有することができる。画質向上剤としては、例えば、ベンゾトリアゾールなどの含窒素へテロ環化合物を挙げることができる。また、リス現像液を利用する場合特に、ポリエチレングリコールを使用することも好ましい。 The developer used in the development process can contain an image quality improver for the purpose of improving the image quality. Examples of the image quality improver include nitrogen-containing heterocyclic compounds such as benzotriazole. In addition, it is also preferable to use polyethylene glycol, particularly when a lith developer is used.
高い導電性を得るためには、現像処理後の露光部に含まれる金属銀の質量は、露光前の露光部に含まれていた銀の質量に対して50質量%以上の含有率であることが好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。 In order to obtain high conductivity, the mass of the metallic silver contained in the exposed area after the development process should be 50% by mass or more based on the mass of silver contained in the exposed area before the exposure. Is preferable, and it is more preferable that it is 80 mass% or more.
本発明における現像処理後の階調は、特に限定されないが、4.0を超えることが好ましい。現像処理後の階調が4.0を超えると、光透過性部の透明性を高く保ったまま、導電性金属部の導電性を高めることができる。階調を4.0以上にする手段としては、例えば、前述のロジウムイオン、イリジウムイオンのドープが挙げられる。 The gradation after development processing in the present invention is not particularly limited, but is preferably more than 4.0. When the gradation after the development processing exceeds 4.0, the conductivity of the conductive metal portion can be increased while keeping the transparency of the light transmissive portion high. Examples of means for setting the gradation to 4.0 or higher include the aforementioned doping of rhodium ions and iridium ions.
《メッキ処理工程》
本発明に係るメッキ処理工程について説明する。
<< Plating process >>
The plating process according to the present invention will be described.
有機薄膜トランジスタによってディスプレイを作製する場合、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、ゲート電極パターン、およびこれらを接続する配線部は光を通さないため、これらの電極パターンの幅が太いとディスプレイの開口率が低下し、高画質のディスプレイを得ることはできない。そこで、これらの電極パターンをなるべく細くする必要があるが、電極パターンの幅を細くすると導電性が低下し、各画素のトランジスタに均一な電圧・電流を流すことが困難となる。したがって、これらの電極パターン部は高い導電性を有している必要がある。 When manufacturing a display using organic thin-film transistors, the source electrode pattern, drain electrode pattern, gate electrode pattern, and the wiring that connects them do not transmit light, so if these electrode patterns are wide, the aperture ratio of the display decreases. However, a high-quality display cannot be obtained. Therefore, it is necessary to make these electrode patterns as thin as possible. However, if the width of the electrode pattern is reduced, the conductivity is lowered, and it becomes difficult to flow a uniform voltage / current to the transistors of each pixel. Therefore, these electrode pattern portions need to have high conductivity.
前述の露光工程によって導電性の金属銀パターンは形成されたものの、これらの金属銀パターンは微粒子の集合体であるために導電性が不十分であるため、めっき処理工程によって金属銀パターン部の導電性を大幅に向上させ、均一な特性を有する有機薄膜トランジスタアレイおよび高品質なディスプレイを得ることができる。 Although conductive metal silver patterns have been formed by the exposure process described above, these metal silver patterns are aggregates of fine particles and therefore have insufficient conductivity. The organic thin film transistor array having a uniform characteristic and a high-quality display can be obtained.
メッキ処理は、無電解メッキ(化学還元メッキや置換メッキ)、電解メッキ、又は無電解メッキと電解メッキの両方を用いることができるが、本発明では、無電解メッキ処理(単に、無電解メッキといってもよい)が好ましい。 As the plating treatment, electroless plating (chemical reduction plating or displacement plating), electrolytic plating, or both electroless plating and electrolytic plating can be used. However, in the present invention, electroless plating treatment (simply electroless plating and May be preferred).
本発明における無電解メッキは、公知の無電解メッキ技術を用いることができ、例えば、プリント配線板などで用いられている無電解メッキ技術を用いることができ、無電解メッキは無電解銅めっき、無電界銀メッキおよび無電界金メッキであることが好ましい。 For the electroless plating in the present invention, a known electroless plating technique can be used, for example, an electroless plating technique used in a printed wiring board or the like can be used, and the electroless plating is an electroless copper plating, Electroless silver plating and electroless gold plating are preferred.
尚、銀塩写真分野においては「物理現像」と呼ばれる処理は、無電界銀メッキ工程とみなすことができる。 In the silver salt photography field, a process called “physical development” can be regarded as an electroless silver plating process.
これらの処理によって形成される導電性の金属パターンとしては、銀の上に形成が可能な金属であれば制限はなく、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、ニッケル、クロムなどといった金属を使用することができるが、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウムから選ばれる金属を用いることが好ましい。 The conductive metal pattern formed by these treatments is not limited as long as it is a metal that can be formed on silver. Platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, nickel A metal such as chromium can be used, but a metal selected from platinum, gold, silver, copper, aluminum, and indium is preferably used.
例えば、無電解銅メッキを行う場合には、硫酸銅や塩化銅、還元剤としてホルマリンやグリオキシル酸、銅の配位子としてEDTAやトリエタノールアミン等、その他、浴の安定化やメッキ皮膜の平滑性を向上させるための添加剤としてポリエチレングリコール、黄血塩、ビピリジン等を含む溶液で金属銀パターン部を処理する。他の電解銅メッキ浴としては、硫酸銅浴やピロリン酸銅浴が挙げられる。 For example, when performing electroless copper plating, copper sulfate or copper chloride, formalin or glyoxylic acid as a reducing agent, EDTA or triethanolamine as a copper ligand, etc., bath stabilization or smooth plating film The metallic silver pattern portion is treated with a solution containing polyethylene glycol, yellow blood salt, bipyridine and the like as additives for improving the properties. Other electrolytic copper plating baths include a copper sulfate bath and a copper pyrophosphate bath.
メッキ処理時のメッキ速度は、緩やかな条件で行うことができ、さらに5μm/時間以上の高速メッキも可能である。メッキ処理において、メッキ液の安定性を高める観点からは、例えば、EDTAなどの配位子など種々の添加剤を用いることができる。 The plating speed during the plating process can be performed under moderate conditions, and high-speed plating of 5 μm / hour or more is also possible. In the plating treatment, various additives such as a ligand such as EDTA can be used from the viewpoint of improving the stability of the plating solution.
銅以外の金属を用いる場合も、金属イオン種を変化させて同様の処理を行うことで、無電界めっき処理を行うことができる。 Even when a metal other than copper is used, the electroless plating process can be performed by changing the metal ion species and performing the same process.
無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開2004−158805(旭化成)に記載のように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法(インクジェット印刷含む)によって、パターニングした後に、メッキ剤を電極を設ける部分に接触させる等が具体的である。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により前記部分に無電解メッキが施されて、電極パターンが形成される。 Regarding the method of forming an electrode by an electroless plating method, as described in JP-A-2004-158805 (Asahi Kasei), a liquid containing a plating catalyst that causes electroless plating by acting with a plating agent on a portion where an electrode is provided Specifically, for example, after patterning by a printing method (including inkjet printing), a plating agent is brought into contact with a portion where an electrode is provided. If it does so, electroless plating will be performed to the said part by the contact of the said catalyst and a plating agent, and an electrode pattern will be formed.
無電解メッキの触媒と、メッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。 The application of the electroless plating catalyst and the plating agent may be reversed, and the pattern formation may be performed either. However, a method of forming a plating catalyst pattern and applying the plating agent to this is preferable.
また、無電界銀メッキ処理としては、銀塩写真業界においては「物理現像」と呼ばれる処理を用いることが好ましい。「物理現像(物理現像処理ともいう)」とは、露光により潜像を有するハロゲン化銀粒子の内部以外から銀イオンどの金属イオンを還元剤で還元して金属粒子を析出させ、現像銀を補強するプロセスのことを示す。この物理現象は、インスタントB&Wフィルム、インスタントスライドフィルムや、印刷版製造等に利用されており、本発明ではその技術を用いることができる。物理現像は、露光後の現像処理と同時に行っても、現像処理後に別途行ってもよいが、好ましくは後述の定着処理を行う前に、物理現像処理を行うことが好ましい。 As the electroless silver plating process, it is preferable to use a process called “physical development” in the silver salt photography industry. “Physical development (also called physical development processing)” means that silver ions such as silver ions from other than inside the silver halide grains having a latent image by exposure are reduced with a reducing agent to deposit metal particles, thereby reinforcing developed silver. Indicates the process to perform. This physical phenomenon is used for instant B & W film, instant slide film, printing plate manufacturing, and the like, and the technology can be used in the present invention. The physical development may be performed simultaneously with the development processing after exposure or separately after the development processing, but it is preferable to perform the physical development processing before performing the fixing processing described later.
現像処理液から銀イオンを供給するための具体的な方法としては、例えば予め現像処理液中に硝酸銀等を溶解しておき銀イオンを溶かしておく方法、あるいは現像液中に、チオ硫酸ナトリウム、チオシアン酸アンモニウム等のようなハロゲン化銀溶剤を溶解しておき、現像時に未露光部のハロゲン化銀を溶解させ、潜像を有するハロゲン化銀粒子の現像を補力する方法等が挙げられる。 As a specific method for supplying silver ions from the developing solution, for example, a method of dissolving silver nitrate or the like in advance in a developing solution and dissolving silver ions, or sodium thiosulfate in the developing solution, Examples include a method in which a silver halide solvent such as ammonium thiocyanate is dissolved, unexposed silver halide is dissolved during development, and development of silver halide grains having a latent image is supplemented.
なお、無電界めっきを行った後に電界めっきを行うと、一層導電率が高く、細かい配線を有する電極パターンおよび高い開口率を有するディスプレイを得ることができる。 In addition, when electroplating is performed after electroless plating is performed, it is possible to obtain a display having higher conductivity, an electrode pattern having fine wiring, and a high aperture ratio.
本発明における電界メッキの方法としては、従来公知の方法を用いることができる。なお、本工程の電界メッキに用いられる金属としては、有機半導体材料と電気的接合の良い金属を用いることが好ましく、白金、金、銀、銅から選ばれる金属を用いることが好ましい。中でも好ましくは金を用いて電界メッキを行うことである。 As the electroplating method in the present invention, a conventionally known method can be used. In addition, as a metal used for the electroplating of this process, it is preferable to use a metal with good electrical junction with an organic semiconductor material, and it is preferable to use a metal selected from platinum, gold, silver, and copper. Among them, it is preferable to perform electroplating using gold.
電気メッキによって得られる電極パターンの膜厚は、メッキ浴中に含まれる金属濃度、浸漬時間、或いは、電流密度などを調整することでコントロールすることができる。 The film thickness of the electrode pattern obtained by electroplating can be controlled by adjusting the concentration of metal contained in the plating bath, the immersion time, or the current density.
《酸化処理》
本発明では、現像処理後の金属銀部、並びに物理現像処理またはメッキ処理工程後に形成される導電性金属部(導電性パターンともいう)には、好ましくは酸化処理が行われる。酸化処理とは、所望するパターン部以外に付着した金属を除去する処理であり、本発明の有機薄膜トランジスタの特性の低下を防ぐことができる。
<Oxidation treatment>
In the present invention, oxidation treatment is preferably performed on the metallic silver portion after the development treatment and the conductive metal portion (also referred to as a conductive pattern) formed after the physical development treatment or the plating treatment step. The oxidation treatment is a treatment for removing metal adhering to a portion other than a desired pattern portion, and can prevent deterioration of characteristics of the organic thin film transistor of the present invention.
酸化処理としては、例えば、Fe(III)イオン処理など、種々の酸化剤を用いた公知の方法が挙げられる。酸化処理は、銀塩含有層の露光及び現像処理後、あるいは物理現像又はメッキ処理後に行うことができ、さらに現像処理後と物理現像又はメッキ処理後のそれぞれで行ってもよい。 Examples of the oxidation treatment include known methods using various oxidizing agents such as Fe (III) ion treatment. The oxidation treatment can be performed after exposure and development processing of the silver salt-containing layer, or after physical development or plating treatment, and may be performed after development processing and after physical development or plating treatment.
本発明では、さらに露光及び現像処理後の金属銀部を、Pdを含有する溶液で処理することもできる。Pdは、2価のパラジウムイオンであっても金属パラジウムであってもよい。この処理により無電解メッキ又は物理現像速度を促進させることができる。 In the present invention, the metallic silver portion after the exposure and development treatment can be further treated with a solution containing Pd. Pd may be a divalent palladium ion or metallic palladium. This treatment can accelerate electroless plating or physical development speed.
《バインダー層の後処理》
このようにして形成した電極パターンは、バインダー樹脂層の上に形成されている。電極パターンの上にゲート絶縁層、有機半導体層などといった他の層を形成する場合に、バインダー層が溶解・分解・変形などをおこし、薄膜トランジスタの性能に悪影響を与えることを避けるため、電極パターンの形成が終わった後、バインダー層を除去するか、架橋反応等によって不溶化させるなどといった後処理を行うことが好ましい。
《Binder layer post-treatment》
The electrode pattern thus formed is formed on the binder resin layer. When forming other layers such as a gate insulating layer and an organic semiconductor layer on the electrode pattern, the binder layer dissolves, decomposes, and deforms to avoid adversely affecting the performance of the thin film transistor. After the formation is completed, it is preferable to perform a post-treatment such as removing the binder layer or insolubilizing with a crosslinking reaction or the like.
バインダー層をそのままゲート絶縁層として用いる場合には、架橋処理を行う。バインダー層を架橋する場合は、前記各種の硬膜剤を用いることで、溶解・変形等を防ぐことができる。 When the binder layer is used as a gate insulating layer as it is, a crosslinking treatment is performed. When the binder layer is cross-linked, dissolution / deformation and the like can be prevented by using the above various hardeners.
また、バインダー層を除去する方法としては、バインダーが溶解する溶剤で洗浄したり、電極パターン部とのエッチング速度差を利用したドライエッチング等の方法によって除去したりすることができる。 Moreover, as a method of removing a binder layer, it can wash | clean with the solvent which a binder melt | dissolves, or can remove by methods, such as dry etching using the etching rate difference with an electrode pattern part.
《電極の表面処理》
なお、各種の方法によって形成された電極パターンの表面は、表面エネルギーや各種の特性の改質を目的として、任意の表面処理を施してもよい。例えば、オクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザン、および特願2006−82419号等に記載の化合物等のシランカップリング剤や、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸等、およびアルキルチオールやアリールチオールからなる自己組織化配向膜等が好適に用いられる。
《Electrode surface treatment》
The surface of the electrode pattern formed by various methods may be subjected to any surface treatment for the purpose of modifying the surface energy and various characteristics. For example, octadecyltrichlorosilane, trichloromethylsilazane, and silane coupling agents such as compounds described in Japanese Patent Application No. 2006-82419, alkane phosphoric acid, alkanesulfonic acid, alkanecarboxylic acid, and the like, and alkylthiol and arylthiol. A self-assembled alignment film or the like is preferably used.
《有機半導体材料》
有機薄膜トランジスタの形成に用いられる有機半導体材料について説明する。
《Organic semiconductor material》
An organic semiconductor material used for forming an organic thin film transistor will be described.
有機半導体材料は、ゲート電極に印加される電界に応じて導電性が変化する必要があるため、有機半導体材料の性能の指標としては、移動度およびON/OFF比が重要である。 Since the conductivity of an organic semiconductor material needs to change according to the electric field applied to the gate electrode, mobility and the ON / OFF ratio are important as indicators of the performance of the organic semiconductor material.
その用途に応じて必要とされる移動度およびON/OFF比は変化するが、例えば、電子ペーパーのような用途においては、キャリア移動度は0.01cm2/Vsec〜1.0cm2/Vsecの範囲であることが好ましく、ON/OFF比としては1.0×105〜1.0×107の範囲であることが好ましい。このような範囲とすることで十分な速度でディスプレイを駆動することができ、またディスプレイに良好な階調を付与することができる。 Although mobility and ON / OFF ratio is varied as required according to the purpose, for example, in applications such as electronic paper, the carrier mobility of 0.01cm 2 /Vsec~1.0cm 2 / Vsec The ON / OFF ratio is preferably in the range of 1.0 × 10 5 to 1.0 × 10 7 . By setting it as such a range, a display can be driven at sufficient speed and a favorable gradation can be provided to a display.
このような要求を満たす有機半導体材料であれば、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が適用可能である。 As long as the organic semiconductor material satisfies such requirements, various condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds are applicable.
縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, thacumanthracene, bisanthene, zeslen, heptazelene. , Pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, and the like, and derivatives and precursors thereof.
共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。 Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.
また、特にポリチオフェン及びそのオリゴマーのうち、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。 In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer, α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- An oligomer such as butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.
さらに、ポルフィリンや銅フタロシアニン、特開平11−251601号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、Chem. Commun. 1998, 1661頁や特開2003−304104号公報等に記載のポルフィリン類およびその金属化合物、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N′−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N′−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N′−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、さらにポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
Furthermore, porphyrin, copper phthalocyanine, metal phthalocyanines such as fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A No. 11-251601, Chem. Commun. 1998, 1661, JP-A-2003-304104 and the like, and porphyrins and metal compounds thereof,
これらのπ共役系材料のうちでも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物の誘導体、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンおよび金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。 Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of derivatives of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, metal phthalocyanines and metal porphyrins is preferable. .
以下に、本発明の有機薄膜トランジスタアレイに好ましく用いられる化合物例を示すが、本発明はこれらに限定されない。 Although the compound example preferably used for the organic thin-film transistor array of this invention below is shown, this invention is not limited to these.
本発明に係る有機半導体材料を有機薄膜トランジスタの半導体層を形成するには、公知の方法で形成することができ、例えば、真空蒸着、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、スパッター法、CVD(Chemical Vapor Deposition)、レーザ蒸着、電子ビーム蒸着、電着、スピンコート、ディップコート、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、およびLB法等、またスクリーン印刷、インクジェット印刷、ブレード塗布などの方法を挙げることができる。 In order to form the semiconductor layer of the organic thin film transistor, the organic semiconductor material according to the present invention can be formed by a known method, for example, vacuum deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), ion cluster beam method, low energy ion beam. Method, ion plating method, sputtering method, CVD (Chemical Vapor Deposition), laser deposition, electron beam deposition, electrodeposition, spin coating, dip coating, bar coating method, die coating method, spray coating method, LB method, etc. Examples include screen printing, ink jet printing, blade coating, and the like.
しかし生産性の観点から、適切な溶媒に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーション法等によって基板上に設置するのが好ましい。 However, from the viewpoint of productivity, it is preferable that a solution prepared by dissolving in an appropriate solvent and adding an additive as necessary is placed on the substrate by cast coating, spin coating, printing, an inkjet method, an ablation method, or the like.
この場合、本発明に係る有機半導体材料を溶解する溶媒は、有機半導体材料を溶解して適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はないが、具体的にはジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサン等の環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素等を挙げることができる。 In this case, the solvent for dissolving the organic semiconductor material according to the present invention is not particularly limited as long as the organic semiconductor material can be dissolved to prepare a solution having an appropriate concentration. Specifically, diethyl ether or diisopropyl is used. Chain ether solvents such as ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, alkyl halide solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, toluene, o-dichlorobenzene, Aromatic solvents such as nitrobenzene and m-cresol, N-methylpyrrolidone, carbon disulfide and the like can be mentioned.
これらの溶媒の内、非ハロゲン系溶媒を含む溶媒が好ましく、非ハロゲン系溶媒で構成することが好ましい。また、絶縁膜表面を疎水化処理した絶縁膜上に塗布する場合には、そのような疎水化表面の表面エネルギーよりも表面エネルギーが小さい非極性な溶媒であることが好ましく、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等が好ましい。 Of these solvents, a solvent containing a non-halogen solvent is preferable, and a non-halogen solvent is preferable. In addition, when the insulating film surface is applied on an insulating film hydrophobized, it is preferably a nonpolar solvent having a surface energy smaller than the surface energy of such a hydrophobic surface, such as hexane, cyclohexane, toluene. Etc. are preferred.
本発明の有機薄膜トランジスタは、後述する有機半導体材料を半導体層に用いることが好ましい。前記半導体層は、これらの有機半導体材料を含有する溶液または分散液を塗布することにより形成することが好ましい。また、カーボンナノチューブを半導体材料として用いる際には、特開2006−27961号公報に記載されているような、ゼラチン溶液に分散して塗布するといった方法も好ましく用いることができる。 In the organic thin film transistor of the present invention, an organic semiconductor material described later is preferably used for the semiconductor layer. The semiconductor layer is preferably formed by applying a solution or dispersion containing these organic semiconductor materials. In addition, when carbon nanotubes are used as a semiconductor material, a method of dispersing and coating in a gelatin solution as described in JP-A-2006-27961 can be preferably used.
これら有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10nm〜300nmが好ましい。 The film thickness of these organic semiconductor layers is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the organic semiconductor layer, and the film thickness varies depending on the organic semiconductor. In general, it is preferably 1 μm or less, particularly preferably 10 nm to 300 nm.
《基体(基板、支持体等)》
また、基体(基板、支持体等)は、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、トリアセチルセルロース(TAC)、ジアセチルセルロース(DAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができると共に衝撃に対する耐性を向上できる。
<< Substrate (substrate, support, etc.) >>
The substrate (substrate, support, etc.) is made of glass or a flexible resin sheet. For example, a plastic film can be used as the sheet. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC). And a film made of triacetyl cellulose (TAC), diacetyl cellulose (DAC), cellulose acetate propionate (CAP), or the like. Thus, by using a plastic film, it is possible to reduce the weight as compared to the case of using a glass substrate, to improve portability and to improve resistance to impact.
透明性、耐熱性、取り扱いやすさ及び価格の点から、上記プラスチックフィルムはポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)であることが好ましい。 From the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling and price, the plastic film is preferably a polyethylene terephthalate film (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).
また、ディスプレイ用としては透明性が要求されるため、支持体の透明性は高いことが望ましく、プラスチックフィルム又はプラスチック板の全可視光透過率は好ましくは70〜100%であり、より好ましくは90%〜100%である。 Further, since transparency is required for display use, it is desirable that the support is highly transparent. The total visible light transmittance of the plastic film or plastic plate is preferably 70 to 100%, more preferably 90%. % To 100%.
《有機薄膜トランジスタからなるディスプレイバックプレーンの製造方法》
上記のような構成を有する有機薄膜トランジスタを、図2のように縦横に配列することで、ディスプレイバックプレーンを形成することができる。
<< Method for Manufacturing Display Backplane Composed of Organic Thin Film Transistor >>
A display backplane can be formed by arranging the organic thin film transistors having the above-described configuration vertically and horizontally as shown in FIG.
図2は、有機薄膜トランジスタシートの概略等価回路図の1例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic equivalent circuit diagram of an organic thin film transistor sheet.
有機薄膜トランジスタシート10は、マトリクス配置された多数の有機薄膜トランジスタ11を有する。7は各有機薄膜トランジスタ11のゲートバスラインであり、8は各有機薄膜トランジスタ11のソースバスラインである。各有機薄膜トランジスタ11のソース電極には出力素子12が接続され、この出力12は、例えば、液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。13は蓄積コンデンサ、14は垂直駆動回路、15は水平駆動回路である。
The organic thin
以下、実施例および比較例の有機薄膜トランジスタアレイを作製するが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, although the organic thin-film transistor array of an Example and a comparative example is produced, this invention is not limited to these.
なお、実施例・比較例共に、トランジスタアレイはボトムゲート・ボトムコンタクト型でW/L=250μm/50μm、ゲート絶縁膜の厚み=500μmである薄膜トランジスタ素子を10個有しているようなアレイとなるように作製した。 In both examples and comparative examples, the transistor array is a bottom gate / bottom contact type, W / L = 250 μm / 50 μm, and the gate insulating film thickness = 500 μm. It produced as follows.
また、実施例で用いた化合物の構造を下記に示す。 The structures of the compounds used in the examples are shown below.
実施例1
《有機薄膜トランジスタアレイ1の作製》:比較例
前記特許文献4の実施例1を参考として、比較の有機薄膜トランジスタアレイ1を作製した。
Example 1
<< Preparation of Organic Thin Film Transistor Array 1 >>: Comparative Example A comparative organic thin film transistor array 1 was prepared with reference to Example 1 of Patent Document 4.
厚み100μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(以下PETフィルム)基板とし、12W・分/m2のコロナ放電により親水性処理を施した後、このPETフィルム上を幅1.2mmのシャドーマスクで覆い、真空蒸着機(アルバック社製「EX−400」)にて、真空度を0.13mPaとして、アルミニウムを1000Åの厚さで蒸着することによりゲート電極を形成した。 A biaxially stretched polyethylene terephthalate film (hereinafter referred to as PET film) substrate having a thickness of 100 μm was subjected to hydrophilic treatment by corona discharge at 12 W · min / m 2 , and then the PET film was covered with a shadow mask having a width of 1.2 mm. A gate electrode was formed by vapor-depositing aluminum with a thickness of 1000 mm at a vacuum degree of 0.13 mPa using a vacuum vapor deposition machine ("EX-400" manufactured by ULVAC).
この上に、5質量%濃度でクロロホルムに溶解させ、0.2μmのフィルターで濾過したポリ桂皮酸ビニル(Aldrich社製、重量平均分子量200,000)溶液をワイヤーバーで塗布し、乾燥させた後、紫外線を照射量300mJ/cm2で照射して架橋反応を行い、ゲート絶縁層を形成した。 On this, a polyvinyl cinnamate solution (manufactured by Aldrich, weight average molecular weight 200,000) solution dissolved in chloroform at a concentration of 5% by mass and filtered through a 0.2 μm filter was applied with a wire bar and dried. Then, ultraviolet rays were irradiated at an irradiation amount of 300 mJ / cm 2 to carry out a crosslinking reaction, thereby forming a gate insulating layer.
得られたゲート絶縁膜の表面粗さ(Ra)を、セイコーインスツルメンツ社製原子間力顕微鏡(AFM)SPA400を用いて測定したところ、中心線平均粗さは18nmであった。 When the surface roughness (Ra) of the obtained gate insulating film was measured using an atomic force microscope (AFM) SPA400 manufactured by Seiko Instruments Inc., the center line average roughness was 18 nm.
尚、上記の表面粗さ(Ra)は、JIS B 0601−1994に記載されている定義、測定方法を用いて得られたものです。 The above surface roughness (Ra) is obtained using the definition and measurement method described in JIS B 0601-1994.
次いで、このゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成するため前記のチャネル形状を有するシャドーマスクで覆い、クロムを5nm、金を50nmの厚さで蒸着し、ソース電極およびドレイン電極パターンを作製した。 Next, on this gate insulating layer, in order to form a source electrode and a drain electrode, it is covered with the shadow mask having the above-mentioned channel shape, chromium is deposited to a thickness of 5 nm, gold is deposited to a thickness of 50 nm, and Produced.
引き続いて、有機半導体材料(1)を1.0質量%でトルエンに溶解し、前記ソース電極およびドレイン電極が対向したチャネル部を完全に覆うように、窒素雰囲気下、室温においてナリシゲ社製マイクロインジェクターIM300を用いて塗布した。 Subsequently, the organic semiconductor material (1) was dissolved in toluene at 1.0% by mass, and a microinjector manufactured by Narishige Co., Ltd., at room temperature in a nitrogen atmosphere so as to completely cover the channel portion opposed to the source electrode and the drain electrode. Application was performed using IM300.
《電解効果移動度の測定》
得られた有機薄膜トランジスタアレイのそれぞれのトランジスタ素子について、半導体パラメーターアナライザー(Agilent社製4155)を用いて、ソース−ドレイン間電圧を50V、ゲート電圧を−50Vから+30Vまで掃引した時の電圧−電流曲線から電界効果移動度を算出した。
<Measurement of electrolysis mobility>
About each transistor element of the obtained organic thin-film transistor array, the voltage-current curve when using a semiconductor parameter analyzer (Agilent 4155) and sweeping the source-drain voltage from 50 V to -50 V to +30 V From this, the field effect mobility was calculated.
電界効果移動度を算出した結果、10個の素子の平均移動度は0.036cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±80%の範囲内であった。 As a result of calculating the field effect mobility, the average mobility of the 10 elements was 0.036 cm 2 / Vs, and the variation in mobility was within the range of ± 80% from the average value.
《有機薄膜トランジスタアレイ2の作製》:本発明
有機薄膜トランジスタアレイ1の作製において、構成を表1に記載のようにした以外は同様にして、有機薄膜トランジスタアレイ2を作製した。
<< Preparation of Organic Thin-
《下引き層の形成》
下記の下引き塗布液B−1を、前記で作成したゲート電極を形成したPETフィルム上に乾燥膜厚0.4μmになるように塗布した。
<Formation of undercoat layer>
The following undercoat coating solution B-1 was applied on the PET film on which the gate electrode prepared above was formed to a dry film thickness of 0.4 μm.
《下引き塗布液B−1》
ブチルアクリレート30質量%、t−ブチルアクリレート20質量%、スチレン25質量%、2−ヒドロキシエチルアクリレート25質量%の共重合体ラテックス液(固形分30%) 50g
化合物(UL−1) 0.2g
ヘキサメチレン−1,6−ビス(エチレン尿素) 0.05g
水で仕上げる 1000ml
《ソース電極パターンおよびドレイン電極パターンの形成》
以下のようにして作製した電極形成用乳剤M2を、ゼラチンの付き量が1.0g/m2となるように前記下引き済みPETフィルム支持体上に遮光下でワイヤーバーで塗布し、乾燥させた。
<< Undercoat coating liquid B-1 >>
Copolymer latex liquid (solid content 30%) of butyl acrylate 30% by mass, t-butyl acrylate 20% by mass, styrene 25% by mass, 2-hydroxyethyl acrylate 25% by mass 50 g
Compound (UL-1) 0.2g
Hexamethylene-1,6-bis (ethyleneurea) 0.05g
Finish with water 1000ml
<< Formation of source electrode pattern and drain electrode pattern >>
The electrode-forming emulsion M2 prepared as follows was coated on the undercoated PET film support with a wire bar under light shielding so that the amount of gelatin applied was 1.0 g / m 2 and dried. It was.
《ゲート電極形成用乳剤M−1の調製》
35℃に保温した0.5%ゼラチン水溶液1リットル中に、下記(M1A液)及び(M1B液)を銀電位(EAg)=85mV、pH=5.8に制御しつつ同時添加し、さらに下記(M1C液)及び(M1D液)をEAg=85mV、pH=5.8に制御しつつ同時添加した。この時、銀電位の制御は10%臭化カリウム水溶液を用い、pHの制御は酢酸または水酸化ナトリウム水溶液を用いて行った。
<< Preparation of Emulsion M-1 for Forming Gate Electrode >>
The following (M1A solution) and (M1B solution) were simultaneously added to 1 liter of a 0.5% gelatin aqueous solution kept at 35 ° C. while controlling the silver potential (EAg) = 85 mV and pH = 5.8, and (M1C solution) and (M1D solution) were simultaneously added while controlling EAg = 85 mV and pH = 5.8. At this time, the silver potential was controlled using a 10% potassium bromide aqueous solution, and the pH was controlled using acetic acid or a sodium hydroxide aqueous solution.
(M1A液)
臭化カリウム 104g
沃化カリウム 3.0g
水を加えて 1300ml
(M1B液)
硝酸銀 150g
水を加えて 1360ml
(M1C液)
臭化カリウム 310g
ヘキサクロロイリジウム(IV)酸カリウム 4×10-8モル
ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム 2×10-5モル
沃化カリウム 10g
水を加えて 4000ml
(M1D液)
硝酸銀 480g
水を加えて 4200ml
添加終了後、花王アトラス社製デモールNの5%水溶液と硫酸マグネシウムの20%水溶液を用いて脱塩を行った後、ゼラチン水溶液と混合して平均粒径0.04μm、粒径分布の変動係数0.13のハロゲン化銀乳剤を得た。
(M1A solution)
Potassium bromide 104g
Potassium iodide 3.0g
1300ml with water
(M1B solution)
150 g silver nitrate
1360ml with water
(M1C solution)
310g of potassium bromide
Potassium hexachloroiridium (IV) 4 × 10 −8 mol Potassium hexacyanoferrate (II) 2 × 10 −5 mol Potassium iodide 10 g
4000ml with water
(M1D solution)
480 g of silver nitrate
4200ml with water
After the addition, desalting was performed using a 5% aqueous solution of Demol N manufactured by Kao Atlas and a 20% aqueous solution of magnesium sulfate, and then mixed with an aqueous gelatin solution to obtain an average particle size of 0.04 μm and a coefficient of variation in particle size distribution. A 0.13 silver halide emulsion was obtained.
上記ハロゲン化銀乳剤に対し、チオ硫酸ナトリウムをハロゲン化銀1モル当たり2.0mg用い40℃にて80分間化学増感を行い、化学増感終了後に4−ヒドロキシ−6−メチル−1,3,3a,7−テトラザインデン(TAI)をハロゲン化銀1モル当たり500mg添加して、ハロゲン化銀乳剤M1Eを得た。 The silver halide emulsion was chemically sensitized with 2.0 mg of sodium thiosulfate per mole of silver halide at 40 ° C. for 80 minutes, and after completion of chemical sensitization, 4-hydroxy-6-methyl-1,3 , 3a, 7-tetrazaindene (TAI) was added in an amount of 500 mg per mole of silver halide to obtain a silver halide emulsion M1E.
このハロゲン化銀乳剤M1Eを用いて、ハロゲン化銀粒子とゼラチンの体積比(ハロゲン化銀粒子/ゼラチン)が1.4となるように追加のゼラチンを調整し、さらに硬膜剤(H−1:テトラキス(ビニルスルホニルメチル)メタン)をゼラチン1g当たり30mgの比率となるようにして添加し、電極形成用乳剤M−1とした。 Using this silver halide emulsion M1E, additional gelatin was adjusted so that the volume ratio of silver halide grains to gelatin (silver halide grains / gelatin) was 1.4, and a hardener (H-1 : Tetrakis (vinylsulfonylmethyl) methane) was added at a ratio of 30 mg / g of gelatin to prepare an emulsion M-1 for electrode formation.
(ゲート絶縁層、およびソース電極パターン、ドレイン電極パターンの形成)
前記電極形成用乳剤M−2が塗布されたPETフィルムに、レーザー波長405nmのCTPセッター(ECRM社製)を用いて、2400dpi(ここで、dpiとは、1インチ(2.54cm)当たりのドット数を表す)条件にて、前記の電極パターンを有するマスクを介して露光した。
(Formation of gate insulating layer, source electrode pattern, and drain electrode pattern)
Using a CTP setter (manufactured by ECRM) with a laser wavelength of 405 nm, a PET film coated with the electrode forming emulsion M-2 is 2400 dpi (where dpi is a dot per inch (2.54 cm)). The film was exposed through a mask having the electrode pattern under the conditions (representing the number).
その後、下記の現像液(D−1)を用いて25℃60秒間の現像処理を、ついで下記の物理現像液(P−1)を用いて45℃60秒間の物理現像処理(無電解銀メッキ処理)を、次いで定着液(F−1)を用いて25℃120秒間の定着処理を行った後、40℃の温純水で5分洗浄したのち、40℃の温風で30分間の乾燥を行い、さらに架橋剤(C−1)を用い、架橋処理を行った。架橋処理終了後、さらに下記の無電解金メッキ溶液P−1で45℃3分間の処理を行い、60℃の純水、30℃のイソプロパノールで順次洗浄することによって、最表面が金で形成されたソース電極パターンおよびドレイン電極パターンを形成した。 Thereafter, development processing at 25 ° C. for 60 seconds using the following developer (D-1), followed by physical development processing (electroless silver plating) at 45 ° C. for 60 seconds using the following physical developer (P-1) Next, after performing a fixing treatment at 25 ° C. for 120 seconds using a fixing solution (F-1), washing with warm pure water at 40 ° C. for 5 minutes, and then drying with warm air at 40 ° C. for 30 minutes. Furthermore, a crosslinking treatment was performed using a crosslinking agent (C-1). After the completion of the crosslinking treatment, the following electroless gold plating solution P-1 was further treated at 45 ° C. for 3 minutes, and washed sequentially with 60 ° C. pure water and 30 ° C. isopropanol, whereby the outermost surface was formed of gold. A source electrode pattern and a drain electrode pattern were formed.
40℃の温純水で5分洗浄したのち、40℃の温風で30分間の乾燥を行った。その結果、所望の形状を有するゲート電極パターンが得られた。 After washing with warm pure water at 40 ° C. for 5 minutes, drying was performed with warm air at 40 ° C. for 30 minutes. As a result, a gate electrode pattern having a desired shape was obtained.
その結果、所望の形状を有するソース電極パターンおよびドレイン電極パターンを有する、硬膜ゼラチンからなるゲート絶縁層が得られた。なおこのゲート絶縁層の中心線表面粗さは2.4nmであった。 As a result, a gate insulating layer made of hardened gelatin having a source electrode pattern and a drain electrode pattern having a desired shape was obtained. The center line surface roughness of this gate insulating layer was 2.4 nm.
(現像液D−1)
純水 500ml
メトール 2g
無水亜硫酸ナトリウム 80g
ハイドロキノン 4g
ホウ砂 4g
チオ硫酸ナトリウム 10g
臭化カリウム 0.5g
水を加えて全量を1リットルとする
(物理現像液P−1)
ハイドロキノン5gおよびクエン酸10gを含む水溶液 1L
硝酸銀35gを含む水溶液 1L
上記2つの水溶液を混合して30分以内の水溶液
(定着液F−1)
純水 750ml
チオ硫酸ナトリウム 250g
無水亜硫酸ナトリウム 15g
氷酢酸 15ml
カリミョウバン 15g
水を加えて全量を1リットルとする
(架橋剤C−1)
純水 750ml
グルタルアルデヒド 15g
(無電解金メッキ溶液P−1)
ジシアノ金カリウム 0.1モル
蓚酸ナトリウム 0.1モル
酒石酸ナトリウムカリウム 0.1モル
水を加えて全量を1リットルとする
《有機半導体層の形成および有機薄膜トランジスタアレイの評価》
有機半導体材料(1)を0.1質量%でトルエンに溶解し、前記ソース電極およびドレイン電極が対向したチャネル部を完全に覆うように、窒素雰囲気下、室温においてナリシゲ社製マイクロインジェクターIM300を用いて塗布した。
(Developer D-1)
500 ml of pure water
Metol 2g
80 g of anhydrous sodium sulfite
Hydroquinone 4g
4g borax
Sodium thiosulfate 10g
Potassium bromide 0.5g
Add water to make 1 liter (physical developer P-1)
1 L aqueous solution containing 5 g hydroquinone and 10 g citric acid
1L aqueous solution containing 35g of silver nitrate
An aqueous solution within 30 minutes after mixing the above two aqueous solutions (fixing solution F-1)
750 ml of pure water
Sodium thiosulfate 250g
Anhydrous sodium sulfite 15g
Glacial acetic acid 15ml
Potash alum 15g
Add water to make the total volume 1 liter (Crosslinking agent C-1)
750 ml of pure water
Glutaraldehyde 15g
(Electroless gold plating solution P-1)
Potassium dicyano gold 0.1 mol Sodium oxalate 0.1 mol Potassium sodium tartrate 0.1 mol Add water to make 1 liter << Formation of organic semiconductor layer and evaluation of organic thin film transistor array >>
The organic semiconductor material (1) was dissolved in toluene at 0.1% by mass, and a microinjector IM300 manufactured by Narishige Co., Ltd. was used at room temperature in a nitrogen atmosphere so as to completely cover the channel portion where the source electrode and the drain electrode faced each other. And applied.
得られた有機薄膜トランジスタアレイのそれぞれのトランジスタ素子について、同様に電界効果移動度を算出した結果、10個の素子の平均移動度は0.034cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±45%の範囲内であり、良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタアレイを低いバラツキで作製することができた。 As a result of calculating the field effect mobility in the same manner for each transistor element of the obtained organic thin film transistor array, the average mobility of 10 elements was 0.034 cm 2 / Vs, and the variation in mobility was from the above average value. An organic thin film transistor array having a good mobility within a range of ± 45% could be produced with low variations.
《有機薄膜トランジスタアレイ3の作製》:本発明
以下のようにして本発明の有機薄膜トランジスタ3を作製した。
<< Preparation of Organic Thin
厚み100μmのPETフィルム上に、12W・min/m2のコロナ放電により親水性処理を施した後、前記の下引き塗布液B1を、有機薄膜トランジスタアレイ2の作製と同様の条件で塗布した。
A hydrophilic treatment was performed on a PET film having a thickness of 100 μm by corona discharge of 12 W · min / m 2 , and then the undercoat coating solution B1 was applied under the same conditions as those for the production of the organic thin
《ゲート電極パターンの形成》
ついで、上記下引き層を形成したPETフィルム上に、前記電極形成用乳剤M−1を実施例1と同様の条件で塗布、乾燥を行った後、同様にレーザー波長405nmのCTPセッターを用いて、2400dpi条件にて以下の下記のゲート電極パターンを有するマスクを介して露光した。
<< Formation of gate electrode pattern >>
Next, the electrode-forming emulsion M-1 was applied on the PET film on which the undercoat layer had been formed under the same conditions as in Example 1, dried, and then similarly using a CTP setter having a laser wavelength of 405 nm. It exposed through the mask which has the following gate electrode patterns below on 2400 dpi conditions.
その後、前記の現像液(D−1)を用いて25℃、60秒間の現像処理を、ついで前記の物理現像液(P−1)を用いて45℃60秒間の物理現像処理(無電解銀メッキ処理)を、次いで前記定着液(F−1)を用いて25℃120秒間の定着処理を行った後、さらに以下の架橋剤(C−1)を用い、架橋処理を行った。 Thereafter, development processing at 25 ° C. for 60 seconds using the developer (D-1) was performed, and then physical development processing (electroless silver) at 45 ° C. for 60 seconds using the physical developer (P-1). Then, after performing a fixing treatment at 25 ° C. for 120 seconds using the fixing solution (F-1), a crosslinking treatment was further performed using the following crosslinking agent (C-1).
架橋処理後、40℃の温純水で5分洗浄したのち、40℃の温風で30分間の乾燥を行った。その結果、所望の形状を有するゲート電極パターンが得られた。 After the crosslinking treatment, it was washed with warm pure water at 40 ° C. for 5 minutes, and then dried with warm air at 40 ° C. for 30 minutes. As a result, a gate electrode pattern having a desired shape was obtained.
《ゲート絶縁層、電極パターンの形成》
ついで、上記ゲート電極パターンを形成したPETフィルム上に、さらに前記電極形成用乳剤M−1を塗布し、CTPセッターを用いた露光時のパターンをソース・ドレイン電極パターンに変更した以外は上記ゲート電極パターンの形成時と同様の処理を行い、現像銀からなるソース電極パターンおよびドレイン電極パターン、およびゼラチンからなるゲート絶縁膜を形成した。
<< Formation of gate insulating layer and electrode pattern >>
Next, the gate electrode except that the electrode forming emulsion M-1 was further coated on the PET film on which the gate electrode pattern was formed, and the pattern at the time of exposure using the CTP setter was changed to the source / drain electrode pattern. The same processing as that for forming the pattern was performed to form a source electrode pattern and a drain electrode pattern made of developed silver, and a gate insulating film made of gelatin.
この時点での中心線平均粗さは1.2nmであった。 At this time, the center line average roughness was 1.2 nm.
(ゲート絶縁膜の表面処理)
上記で作製した有機薄膜トランジスタアレイ基板を、例示化合物11の10mmol/Lエタノール溶液中で60℃10分間の処理を行った後、60℃の純水、次いで30℃のイソプロパノールで洗浄した。
(Surface treatment of gate insulating film)
The organic thin film transistor array substrate produced above was treated in a 10 mmol / L ethanol solution of Exemplified Compound 11 at 60 ° C. for 10 minutes, and then washed with pure water at 60 ° C. and then with isopropanol at 30 ° C.
《有機半導体層の形成および有機薄膜トランジスタアレイの評価》
有機半導体材料(1)を0.1質量%でトルエンに溶解し、前記ソース電極およびドレイン電極が対向したチャネル部を完全に覆うように、窒素雰囲気下、室温においてナリシゲ社製マイクロインジェクターIM300を用いて塗布した。
<< Formation of organic semiconductor layer and evaluation of organic thin film transistor array >>
The organic semiconductor material (1) was dissolved in toluene at 0.1% by mass, and a microinjector IM300 manufactured by Narishige Co., Ltd. was used at room temperature in a nitrogen atmosphere so as to completely cover the channel portion where the source electrode and the drain electrode faced each other. And applied.
得られた有機薄膜トランジスタアレイのそれぞれのトランジスタ素子について、同様に電界効果移動度を算出した結果、10個の素子の平均移動度は0.055cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±35%の範囲内であり、良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタアレイを低いバラツキで作製することができた。 As a result of calculating the field effect mobility in the same manner for each transistor element of the obtained organic thin film transistor array, the average mobility of the 10 elements was 0.055 cm 2 / Vs, and the variation in mobility was from the average value. An organic thin film transistor array having a good mobility within the range of ± 35% could be produced with low variations.
《有機薄膜トランジスタアレイ4の作製》:本発明
有機薄膜トランジスタアレイ2の工程において、ゲート絶縁膜の表面処理剤として、例示化合物例11に代えて例示化合物13に代えた以外は、同様にして有機薄膜トランジスタアレイ4を作製し、同様に評価した。
<< Preparation of Organic Thin-Film Transistor Array 4 >>: The organic thin-film transistor array in the same manner as in the step of the organic thin-
10個の素子の平均移動度は0.072cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±30%の範囲内であり、良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタアレイを低いバラツキで作製することができた。 The average mobility of 10 elements is 0.072 cm 2 / Vs, and the variation in mobility is within ± 30% of the average value, and an organic thin film transistor array having good mobility is manufactured with low variation. I was able to.
《有機薄膜トランジスタアレイ5の作製》
有機薄膜トランジスタアレイ2の工程において、ゲート絶縁膜の表面処理剤として、例示化合物例11に代えて例示化合物34に代えた以外は、同様にして有機薄膜トランジスタアレイ5を作製し、同様に評価した。
<< Preparation of organic thin
In the process of the organic thin
10個の素子の平均移動度は0.089cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±30%の範囲内であり、良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタアレイを低いバラツキで作製することができた。 The average mobility of 10 elements is 0.089 cm 2 / Vs, and the variation in mobility is within ± 30% of the average value, and an organic thin film transistor array having good mobility is manufactured with low variation. I was able to.
《有機薄膜トランジスタアレイ6の作製》
有機薄膜トランジスタアレイ4の工程において、有機半導体材料(1)を有機半導体材料(2)に代えた以外は、同様にして有機薄膜トランジスタアレイ6を作製し、同様に評価した。
<< Production of Organic Thin
An organic thin
10個の素子の平均移動度は0.18cm2/Vs、及び移動度のバラツキは前記平均値から±25%の範囲内であり、良好な移動度を有する有機薄膜トランジスタアレイを低いバラツキで作製することができた。 The average mobility of 10 elements is 0.18 cm 2 / Vs, and the variation in mobility is within a range of ± 25% from the average value, and an organic thin film transistor array having good mobility is manufactured with low variations. I was able to.
得られた結果を下記の表1に示す。 The obtained results are shown in Table 1 below.
表1から、比較に比べて、本発明の有機薄膜トランジスタは移動度が高く、バラツキの少ない有機薄膜トランジスタであることが判る。 From Table 1, it can be seen that the organic thin film transistor of the present invention has high mobility and less variation than the comparison.
1 有機半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁層
6 支持体
7 ゲートバスライン
8 ソースバスライン
10 有機薄膜トランジスタシート
11 有機薄膜トランジスタ
12 出力素子
13 蓄積コンデンサ
14 垂直駆動回路
15 水平駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic-
Claims (15)
該ゲート絶縁層が、硬膜剤によって架橋されたゼラチンを含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 In an organic thin film transistor having a semiconductor layer containing at least a gate electrode pattern, a gate insulating layer, a source electrode pattern, a drain electrode pattern, and an organic semiconductor material on a substrate,
An organic thin film transistor, wherein the gate insulating layer contains gelatin crosslinked by a hardener.
一般式(1)
A−R1
〔式中、Aはアルデヒド基、N−メチロール基、エポキシ基、アルキルカルボニルオキシカルボニル基、アリールカルボニルオキシカルボニル基、ハロゲン置換カルボニル基、ビニルスルホニル基、アクリロイルアミノ基、メタクリロイルアミノ基、エチレンイミン−2−イル基、アルキルカルボジイミド基、アリールカルボジイミド基、イソオキサゾリル基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基から選ばれる、アミノ基と反応して結合を形成できる官能基を表し、R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルキルシリル基を表す。〕 2. The organic thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer is surface-treated using a compound represented by the following general formula (1).
General formula (1)
A-R 1
[Wherein, A is an aldehyde group, N-methylol group, epoxy group, alkylcarbonyloxycarbonyl group, arylcarbonyloxycarbonyl group, halogen-substituted carbonyl group, vinylsulfonyl group, acryloylamino group, methacryloylamino group, ethyleneimine-2 - yl group, an alkyl carbodiimide group, an aryl carbodiimide group, isoxazolyl group, an alkoxysilyl group, a halogenated silyl group, a functional group capable of forming a bond by reacting with an amino group, R 1 is an alkyl group, a cycloalkyl An alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group or an alkylsilyl group is represented. ]
(a)ゲート電極パターン上に、銀塩粒子をゼラチン中に分散させた感光層を塗布によって形成する工程、
(b)該感光層に対して露光工程及び現像処理を経て、金属銀パターンを得る工程、
(c)該金属銀パターンに対してメッキ処理工程を経て、ソース電極パターン及びドレイン電極パターンを形成する工程、
を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 In manufacturing the organic thin film transistor according to any one of claims 1 to 11,
(A) forming a photosensitive layer in which silver salt particles are dispersed in gelatin on a gate electrode pattern by coating;
(B) a step of obtaining a metallic silver pattern through an exposure step and a development treatment on the photosensitive layer;
(C) A step of forming a source electrode pattern and a drain electrode pattern through a plating process on the metal silver pattern,
A method for producing an organic thin film transistor, comprising:
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