JP2008085315A - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種画像表示装置の駆動素子や各種論理回路の論理素子等に用いることができる、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor that can be used for a drive element of various image display devices, a logic element of various logic circuits, and the like, and a method of manufacturing the same.
情報技術の目覚しい発展により、現在ではノート型パソコンや携帯情報端末などでの情
報の送受信が頻繁に行われている。近い将来、場所を選ばずに情報をやり取りできるユビ
キタス社会が来るであろうことは周知の事実である。そのような社会においては、より軽
量、薄型の情報端末が望まれている。
Due to the remarkable development of information technology, information is frequently sent and received at notebook computers and portable information terminals. It is a well-known fact that in the near future, a ubiquitous society that can exchange information regardless of location will come. In such a society, a lighter and thinner information terminal is desired.
現在、情報端末には各種の画像表示装置や論理回路が組み込まれているが、それらの駆動素子や論理素子の多くに薄膜トランジスタが用いられている。 Currently, various types of image display devices and logic circuits are incorporated in information terminals, but thin film transistors are used for many of their drive elements and logic elements.
現在半導体の主流はＳｉ系であるが、フレキシブル化、軽量化などの観点から有機半導体を用いたトランジスタ（以下、有機トランジスタと呼ぶ）の研究が盛んになっている。一般に有機半導体を用いる場合、液体でのプロセスが可能となるため大面積化できる、印刷法が適用できる、プラスチック基板が利用できるなどといった利点が挙げられる（非特許文献１参照）。 At present, the mainstream of semiconductors is Si-based, but from the viewpoint of flexibility and weight reduction, research on transistors using organic semiconductors (hereinafter referred to as organic transistors) has been actively conducted. In general, when an organic semiconductor is used, there are advantages such that the process can be performed in a liquid, so that the area can be increased, a printing method can be applied, and a plastic substrate can be used (see Non-Patent Document 1).
またその応用分野は広く、薄型、軽量のフレキシブルな情報端末に限らず、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグやセンサーなどへの応用も見込まれている。このように、ユビキタス社会に向けて有機トランジスタの研究は必要不可欠である。 In addition, the application field is wide and not limited to thin and light flexible information terminals, but is also expected to be applied to RFID (Radio Frequency Identification) tags and sensors. Thus, organic transistor research is indispensable for a ubiquitous society.
このような理由から、現在では印刷法を用いて形成する有機半導体が注目されているが、一般的に有機半導体を用いた電界効果トランジスタのキャリア移動度は現在では１０-２から１０-４ｃｍ２／Ｖｓオーダーと低く、実用化するレベルにまで至っていないため、有機半導体材料のみならず、電極材料、素子構成、製造プロセスなど、様々な角度からの改良が急務となっている。 For these reasons, organic semiconductors formed using a printing method are currently attracting attention. Generally, the carrier mobility of field effect transistors using organic semiconductors is currently 10 −2 to 10 −4 cm. Since it is as low as 2 / Vs and has not yet reached a practical level, improvements from various angles such as electrode materials, element structures, and manufacturing processes are urgently required, as well as organic semiconductor materials.
中でも半導体と電極界面の問題は重要であり、いかに効率よく電極から半導体にキャリ
ヤを注入できるかによってトランジスタ性能が大きく変わってくる。現在有機半導体として用いられている化合物の多くはキャリアがホールであるｐ型半導体であることから、半導体とオーミック接触をとるために、電極の仕事関数は大きいことが望ましい。さらには、電極の仕事関数が半導体の仕事関数より大きいことが好ましい。ｐ型の有機半導体の仕事関数は概ね５．０〜５．５ｅＶ程度であることから、仕事関数の大きい電極材料として、白金（５．６５ｅＶ）や金（５．１ｅＶ）等の金属材料、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）（５．０ｅＶ）、ポリアニリン（４．９ｅＶ）等の導電性高分子材料を用いることによりキャリア注入効率が上がることがわかっている。
In particular, the problem of the interface between the semiconductor and the electrode is important, and the transistor performance varies greatly depending on how efficiently carriers can be injected from the electrode into the semiconductor. Since many of the compounds currently used as organic semiconductors are p-type semiconductors whose carriers are holes, it is desirable that the work function of the electrode be large in order to make ohmic contact with the semiconductor. Furthermore, the work function of the electrode is preferably larger than that of the semiconductor. Since the work function of a p-type organic semiconductor is approximately 5.0 to 5.5 eV, as an electrode material having a large work function, a metal material such as platinum (5.65 eV) or gold (5.1 eV), poly It has been found that the carrier injection efficiency is increased by using a conductive polymer material such as (ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonate (PEDOT / PSS) (5.0 eV) or polyaniline (4.9 eV).
例えば、ソース電極とドレイン電極に仕事関数の大きい金や白金を使って薄膜トランジスタを作製している例がある（特許文献１参照）。 For example, there is an example in which a thin film transistor is manufactured using gold or platinum having a high work function for a source electrode and a drain electrode (see Patent Document 1).
しかしながら、仕事関数のより大きい金属材料は種類も少なく、稀少であるため、電極材料の選択性が広く、キャリア注入効率の良好な有機トランジスタを作製する上での障壁となっている。
本発明では上記のような問題を解決するため、電極材料の材料選択性が広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを課題とする。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a thin film transistor having a wide material selectivity of an electrode material and high carrier injection efficiency and a method for manufacturing the same.
請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜が順次積層され、且つ前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極が設けられ、且つ半導体膜が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に設けられた薄膜トランジスタであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とする薄膜トランジスタである。 According to the first aspect of the present invention, at least a gate electrode and a gate insulating film are sequentially stacked on an insulating substrate, a source electrode and a drain electrode are provided on the gate insulating film, and a semiconductor film is formed with the source electrode. A thin film transistor provided on the gate insulating film between the drain electrode, wherein the source electrode and the drain electrode are surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group It is.
ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とすることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を大きくすることができ、電極材料の材料選択性広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。 The source and drain electrodes are surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group, so that the work functions of the source and drain electrodes can be increased, not limited to rare metal materials. In addition, it is possible to provide a thin film transistor having a high material selectivity and high carrier injection efficiency. By being surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group, electrons in each electrode are sucked into the compound having an electron-withdrawing functional group, and the number of electrons in each electrode is reduced. The work function of each electrode is increased.
請求項２に記載の発明は、前記電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタである。 The invention according to claim 2 is characterized in that the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent. The thin film transistor according to Item 1.
電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができる。 When the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, the adhesion to the source electrode and the drain electrode is improved, A work function of the source electrode and the drain electrode can be maintained large over a long period of time, and a thin film transistor with high carrier injection efficiency that is stable over time can be provided.
請求項３に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極が前記電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタである。 The invention according to claim 3 is characterized in that the source electrode and the drain electrode are chemically bonded to the compound having the electron-withdrawing functional group. Thin film transistor.
ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合していることで、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。 Since the source electrode and the drain electrode are chemically bonded to the compound having an electron-withdrawing functional group, the work function of the source electrode and the drain electrode can be maintained large over a longer period of time. A stable thin film transistor with high carrier injection efficiency can be obtained.
請求項４に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。 The invention according to claim 4 is characterized in that the source electrode and the drain electrode contain at least one element of gold or silver. It is.
少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含むことで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀とこれらの電子吸引性の官能基を有する化合物とが、金−チオール反応や銀―チオール反応で化学的に結合し、電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。 By including at least one element of gold or silver, a thin film transistor having a high carrier injection efficiency and having a source electrode and a drain electrode with a high work function can be obtained as well as a rare metal. Further, when the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, gold and silver of the electrode material and these electrons A chemical bond with a compound having an attractive functional group by a gold-thiol reaction or a silver-thiol reaction, and the work function of the electrode can be maintained large over a long period of time. Stable carrier injection over time A highly efficient thin film transistor can be obtained.
請求項５に記載の発明は、前記半導体膜がｐ型半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。 The invention described in claim 5 is the thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor film is a p-type semiconductor film.
ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得るには、半導体膜がｐ型半導体膜であることが効果的である。 In order to obtain a thin film transistor with high carrier injection efficiency when the work functions of the source electrode and the drain electrode are large, it is effective that the semiconductor film is a p-type semiconductor film.
請求項６に記載の発明は、前記半導体膜が有機半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。 A sixth aspect of the present invention is the thin film transistor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the semiconductor film is an organic semiconductor film.
半導体膜が有機半導体膜であることで、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを提供することができる。 When the semiconductor film is an organic semiconductor film, a flexible thin film transistor with a large area can be provided.
請求項７に記載の発明は、前記絶縁基板が可撓性基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。 The invention described in claim 7 is the thin film transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulating substrate is a flexible substrate.
絶縁基板が可撓性基板であることで、薄型、軽量、フレキシブルな薄膜トランジスタを提供することができる。 When the insulating substrate is a flexible substrate, a thin, lightweight, and flexible thin film transistor can be provided.
請求項８に記載の発明は、少なくとも、絶縁基板上にゲート電極を形成する第１工程と、ゲート絶縁膜を前記ゲート電極上に形成する第２工程と、ソース電極とドレイン電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する第３工程と、電子吸引性の官能基を有する化合物で前記ソース電極と前記ドレイン電極を表面処理する第４工程と、半導体膜を前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に形成する第５工程からなる薄膜トランジスタの製造方法である。 According to an eighth aspect of the present invention, at least a first step of forming a gate electrode on an insulating substrate, a second step of forming a gate insulating film on the gate electrode, and a source electrode and a drain electrode are insulated from the gate. A third step of forming on the film; a fourth step of surface-treating the source electrode and the drain electrode with a compound having an electron-withdrawing functional group; and a semiconductor film between the source electrode and the drain electrode. It is a manufacturing method of the thin film transistor which consists of a 5th process formed on the said gate insulating film.
電子吸引性の官能基を有する化合物でソース電極とドレイン電極を表面処理することで、稀少な金属に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。 By surface-treating the source and drain electrodes with a compound having an electron-withdrawing functional group, a thin film transistor having a high carrier injection efficiency and a high work function of the source and drain electrodes is manufactured, not limited to rare metals. Can do. By being surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group, electrons in each electrode are sucked into the compound having an electron-withdrawing functional group, and the number of electrons in each electrode is reduced. The work function of each electrode is increased.
請求項９に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極を電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する第４工程が、前記ソース電極と前記ドレイン電極を、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する工程であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 According to a ninth aspect of the present invention, in the fourth step of surface-treating the source electrode and the drain electrode with a compound having an electron-withdrawing functional group, the source electrode and the drain electrode are at least a thiol compound and a disulfide compound. 9. The method for producing a thin film transistor according to claim 8, wherein the thin film transistor is a step of performing a surface treatment with a compound having an electron-withdrawing functional group, including any one compound of a sulfide compound and a silane coupling agent. .
少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理することで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。 Adhesion to the source and drain electrodes is improved by surface treatment with a compound having an electron-withdrawing functional group, including at least one of thiol compounds, disulfide compounds, sulfide compounds, and silane coupling agents. In addition, it is possible to manufacture a thin film transistor that can maintain a large work function of the source electrode and the drain electrode over a long period of time and has stable carrier injection efficiency even over time.
請求項１０に記載の発明は、前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成する工程であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 In a tenth aspect of the present invention, the third step of forming the source electrode and the drain electrode is a step of forming the source electrode and the drain electrode with a material containing at least one element of gold or silver. A method for producing a thin film transistor according to claim 8 or 9, wherein:
少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成することで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する薄膜トランジスタを製造することができる。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀とこれらの電子吸引性の官能基を有する化合物とが、金−チオール反応や銀―チオール反応で化学的に結合し、電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。 By forming the source electrode and the drain electrode with a material containing at least one element of gold and silver, a thin film transistor including a source electrode and a drain electrode with a high work function can be manufactured, not limited to rare metals. . Further, when the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, gold and silver of the electrode material and these electrons Stable carrier injection over time, which can be chemically bonded to compounds with attractive functional groups by gold-thiol reaction or silver-thiol reaction to maintain the work function of the electrode over a longer period of time. A highly efficient thin film transistor can be manufactured.
請求項１１に記載の発明は、前記半導体膜を形成する第５工程が、ｐ型半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the thin film transistor according to any one of the eighth to tenth aspects, the fifth step of forming the semiconductor film is a step of forming a p-type semiconductor film. It is a manufacturing method.
ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造するには、ｐ型半導体膜を形成することがより効果的である。 When the work functions of the source electrode and the drain electrode are large, it is more effective to form a p-type semiconductor film in order to manufacture a thin film transistor with high carrier injection efficiency.
請求項１２に記載の発明は、前記半導体膜を形成する第５工程が、有機半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 The invention according to claim 12 is characterized in that the fifth step of forming the semiconductor film is a step of forming an organic semiconductor film, wherein the thin film transistor according to any one of claims 8 to 11 is manufactured. Is the method.
有機半導体膜を形成することで、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを製造することができる。 By forming the organic semiconductor film, a flexible thin film transistor with a large area can be manufactured.
請求項１３に記載の発明は、前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 In a thirteenth aspect of the present invention, the third step of forming the source electrode and the drain electrode is a step of forming the source electrode and the drain electrode by a printing method. A method for producing the thin film transistor according to any one of the above.
ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成することで、大面積の薄膜トランジスタを電極材料の使用効率良く製造することができる。 By forming the source electrode and the drain electrode by a printing method, a thin film transistor having a large area can be manufactured with high use efficiency of the electrode material.
請求項１４に記載の発明は、前記印刷法がスクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。 The invention described in claim 14 is the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 13, wherein the printing method is any one of a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method. .
ソース電極とドレイン電極をスクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法のいずれかにより形成することで、大面積の薄膜トランジスタをより電極材料の使用効率良く製造することができる。 By forming the source electrode and the drain electrode by any one of a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method, a large-area thin film transistor can be manufactured more efficiently using an electrode material.
本発明によれば、ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を大きくすることができ、電極材料の材料選択性広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。 According to the present invention, since the source electrode and the drain electrode are surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group, the work functions of the source electrode and the drain electrode are increased, not limited to rare metal materials. Thus, it was possible to provide a thin film transistor with high material selectivity and high carrier injection efficiency.
さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。 Furthermore, since the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, adhesion to the source electrode and the drain electrode is improved. As a result, the work functions of the source electrode and the drain electrode can be maintained large over a long period of time, and a thin film transistor with high carrier injection efficiency that is stable over time can be provided.
さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合していることで、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。 Furthermore, since the compound having an electron-withdrawing functional group is chemically bonded to the source electrode and the drain electrode, the work function of the source electrode and the drain electrode can be maintained large over a longer period of time. In addition, it was possible to provide a thin film transistor having high carrier injection efficiency that was stable over time.
さらには、ソース電極とドレイン電極が少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含むことで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀がこれら電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合することができた。 Furthermore, since the source electrode and the drain electrode contain at least one element of gold and silver, the thin film transistor has a high carrier injection efficiency, including not only a rare metal but also a source electrode and a drain electrode having a high work function. Could be provided. In addition, when the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, the electrode material gold or silver is an electron withdrawing material. It was possible to chemically bond with a compound having a functional group.
また、薄膜トランジスタの製造方法が、少なくとも、絶縁基板上にゲート電極を形成する第１工程と、ゲート絶縁膜をゲート電極上に形成する第２工程と、ソース電極とドレイン電極をゲート絶縁膜上に形成する第３工程と、電子吸引性の官能基を有する化合物でソース電極とドレイン電極を表面処理する第４工程と、半導体膜をソース電極とドレイン電極との間のゲート絶縁膜上に形成する第５工程からなることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい、キャリア注入効率の高い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 addition, a thin film transistor manufacturing method includes at least a first step of forming a gate electrode on an insulating substrate, a second step of forming a gate insulating film on the gate electrode, and a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film. A third step of forming, a fourth step of surface-treating the source electrode and the drain electrode with a compound having an electron-withdrawing functional group, and forming a semiconductor film on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode By including the fifth step, it is possible to provide a method for manufacturing a thin film transistor having a high carrier injection efficiency and a large work function of the source electrode and the drain electrode, not limited to rare metal materials.
さらには、ソース電極とドレイン電極を少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理することで、ソース電極とドレイン電極との密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができた。 Further, the source electrode and the drain electrode are surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group including at least one of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent. Thus, a thin film transistor having a high carrier injection efficiency that is stable even over time can be manufactured, in which the adhesion between the electrode and the drain electrode is improved and the work function of the source electrode and the drain electrode can be maintained large over a long period of time.
さらには、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成することで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する薄膜トランジスタを製造することができた。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀がこれら電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合した薄膜トランジスタを製造することができた。 Furthermore, by forming the source and drain electrodes with a material containing at least one element of gold and silver, a thin film transistor having not only a rare metal but also a high work function source and drain electrodes can be manufactured. We were able to. In addition, when the compound having an electron-withdrawing functional group contains at least one compound of a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent, the electrode material gold or silver is an electron withdrawing material. A thin film transistor chemically bonded to a compound having a functional group could be manufactured.
さらには、ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成することで、電極材料の使用効率よく大画面化の可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。 Furthermore, by forming the source electrode and the drain electrode by a printing method, it was possible to provide a method for manufacturing a thin film transistor capable of using an electrode material efficiently and having a large screen.
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図１に本発明の薄膜トランジスタの一例を示す。絶縁基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース電極とドレイン電極１４、半導体膜１６が形成されている。そして特徴的なのは、ソース電極とドレイン電極１４が表面処理剤１５で表面処理されていることである。 FIG. 1 shows an example of a thin film transistor of the present invention. On the insulating substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating film 13, a source and drain electrode 14, and a semiconductor film 16 are formed. What is characteristic is that the source electrode and the drain electrode 14 are surface-treated with the surface treatment agent 15.
このように、ソース電極とドレイン電極１４が、電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、ソース電極とドレイン電極１４の仕事関数を大きくすることができ、キャリア注入効率を高くすることができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。 As described above, since the source electrode and the drain electrode 14 are surface-treated with the compound having an electron-withdrawing functional group, the work functions of the source electrode and the drain electrode 14 can be increased, and the carrier injection efficiency can be increased. Can be high. By being surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group, electrons in each electrode are sucked into the compound having an electron-withdrawing functional group, and the number of electrons in each electrode is reduced. The work function of each electrode is increased.
次に、本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を、図２（ａ）から図２（ｅ）に示す。まず、絶縁基板１１上にゲート電極１２を形成する（図２（ａ））。絶縁基板１１には、石英などのガラス基板、シリコンウェハーの他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン、ポリカーボネートなどの公知のプラスチックフィルム等を用いることが出来る。 Next, an example of a method for manufacturing the thin film transistor of the present invention is shown in FIGS. 2 (a) to 2 (e). First, the gate electrode 12 is formed on the insulating substrate 11 (FIG. 2A). Insulating substrate 11 includes glass substrate such as quartz, silicon wafer, polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polystyrene. Known plastic films such as (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), nylon, and polycarbonate can be used.
プラスチックフィルム等の可撓性基板であれば、薄型、軽量、フレキシブルな薄膜トランジスタを得ることができ、好ましい。また、製造工程に乾燥工程等の熱処理を含む場合には、熱安定性の高い石英などのガラス基板の他、プラスチックフィルムではＰＥＳやＰＥＮが好ましい。 A flexible substrate such as a plastic film is preferable because a thin, light, and flexible thin film transistor can be obtained. In addition, when the manufacturing process includes a heat treatment such as a drying process, PES or PEN is preferable for a plastic film in addition to a glass substrate such as quartz having high thermal stability.
ゲート電極１２の形成方法や材料は問わない。例えば、フォトリソグラフィー法やディスペンサ法の他、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法等の印刷法が挙げられる。材料としては例えば、金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペーストが挙げられる。 The formation method and material of the gate electrode 12 are not limited. For example, in addition to the photolithography method and the dispenser method, a printing method such as a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method can be given. Examples of the material include a solution in which metal colloidal particles such as gold, silver and nickel are dispersed, or a thick film paste using metal particles such as silver as a conductive material.
また、例えば、金属や合金、透明導電膜材料を、全面にスパッタ法や蒸着法等によって成膜後、ノボラック系、アクリル系等のレジスト材料を用い、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法で所望のレジストパターンを形成した後、酸等のエッチング液でエッチングすることにより所望のパターンを形成することができる。また、金属や合金、透明導電膜材料を、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法で直接所望のパターンを形成することもできる。これらスパッタ法や蒸着法に使用できる金属材料としては、アルミニウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ニッケル、銅、銀、金、白金、パラジウム等が、透明導電膜材料としてはＩＴＯ等が挙げられる。 In addition, for example, a metal, an alloy, or a transparent conductive film material is formed on the entire surface by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and then a desired resist is formed by a photolithography method or a screen printing method using a novolac type or acrylic type resist material. After the pattern is formed, a desired pattern can be formed by etching with an etching solution such as an acid. In addition, a desired pattern can be directly formed from a metal, an alloy, or a transparent conductive film material by a sputtering method or a vapor deposition method using a mask. Examples of metal materials that can be used for these sputtering and vapor deposition methods include aluminum, molybdenum, chromium, titanium, tantalum, nickel, copper, silver, gold, platinum, and palladium, and examples of the transparent conductive film material include ITO.
次に、ゲート絶縁膜１３を形成する（図２（ｂ））。ゲート絶縁膜１３の材料や形成方法は問わない。例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの高分子溶液、アルミナやシリカゲルなどの粒子を分散させた溶液を材料に用い、スピンコート法やダイコート法で形成することができる。また、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等の各種絶縁材料を用い、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法等で形成することもできる。 Next, the gate insulating film 13 is formed (FIG. 2B). The material and formation method of the gate insulating film 13 are not limited. For example, a polymer solution such as polyvinylphenol, polymethyl methacrylate, polyimide, or polyvinyl alcohol, or a solution in which particles such as alumina or silica gel are dispersed can be used as a material, and a spin coating method or a die coating method can be used. Alternatively, various insulating materials such as SiO 2 , SiN, SiON, and Al 2 O 3 can be used and formed by sputtering, plasma CVD, vapor deposition, or the like.
次に、ソース電極とドレイン電極１４を形成する（図２（ｃ））。形成方法や材料は問わない。例えば、フォトリソグラフィー法やディスペンサ法の他、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法等の印刷法が挙げられる。材料としては例えば、金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペーストが挙げられる。 Next, a source electrode and a drain electrode 14 are formed (FIG. 2C). The formation method and materials are not limited. For example, in addition to the photolithography method and the dispenser method, a printing method such as a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method can be given. Examples of the material include a solution in which metal colloidal particles such as gold, silver and nickel are dispersed, or a thick film paste using metal particles such as silver as a conductive material.
また、例えば、金属や合金、透明導電膜材料を、全面にスパッタ法や蒸着法等によって成膜後、ノボラック系、アクリル系等のレジスト材料を用い、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法で所望のレジストパターンを形成した後、酸等のエッチング液でエッチングすることにより所望のパターンを形成することができる。また、金属や合金、透明導電膜材料を、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法で直接所望のパターンを形成することもできる。これらスパッタ法や蒸着法に使用できる金属材料としては、アルミニウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ニッケル、銅、銀、金、白金、パラジウム等が、透明導電膜材料としてはＩＴＯ等が挙げられる。 In addition, for example, a metal, an alloy, or a transparent conductive film material is formed on the entire surface by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and then a desired resist is formed by a photolithography method or a screen printing method using a novolac type or acrylic type resist material. After the pattern is formed, a desired pattern can be formed by etching with an etching solution such as an acid. In addition, a desired pattern can be directly formed from a metal, an alloy, or a transparent conductive film material by a sputtering method or a vapor deposition method using a mask. Examples of metal materials that can be used for these sputtering and vapor deposition methods include aluminum, molybdenum, chromium, titanium, tantalum, nickel, copper, silver, gold, platinum, and palladium, and examples of the transparent conductive film material include ITO.
また、形成方法としては、印刷法により形成すると、大面積の薄膜トランジスタを電極材料の使用効率良く製造することができ、好ましい。さらには、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法の何れかにより形成するとさらに、大面積の薄膜トランジスタをより電極材料の使用効率良く製造することができ、好ましい。 As a forming method, a thin film transistor having a large area can be manufactured with high efficiency in using an electrode material, which is preferable when formed by a printing method. Furthermore, it is preferable that a thin film transistor having a large area can be manufactured more efficiently with use of an electrode material when formed by any one of a screen printing method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a reverse offset printing method.
次に、ソース電極とドレイン電極１４を電子吸引性基を有する化合物で表面処理する（図２（ｄ））。ソース電極とドレイン電極１４の表面処理に用いる電子吸引性基を有する化合物は特に限定されるものではないが、例えば、ベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、ブロモベンゼンチオール、フルオロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、ペンタクロロベンゼンチオール、ニトロチオフェノール、２−メルカプト−５−ニトロベンズイミダゾール、パーフルオロデカンチオール、ペンタフルオロチオフェノール、４−トリフルオロメチル−２，３，５，６−テトラフルオロチオフェノール、５−クロロ−２−メルカプトベンゾイミダゾール等のチオール化合物、ジフェニルジスルフィド等のジスルフィド化合物、ジフェニルスルフィド等のスルフィド化合物、長鎖フルオロアルキルシラン等のシランカップリング剤などを用いることができる。また、表面処理の方法としては、容器５１に入れた、上記の化合物をメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコールなどの溶媒で希釈した溶液５２に浸漬することにより処理する方法（図３）、スプレーで吹き付けるスプレー法、ダイコート法やスピンコート法等の各種ウエットコーティング法、蒸着等の各種ドライコーティング法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Next, the source electrode and the drain electrode 14 are surface-treated with a compound having an electron-withdrawing group (FIG. 2D). The compound having an electron-withdrawing group used for the surface treatment of the source electrode and the drain electrode 14 is not particularly limited. For example, benzenethiol, chlorobenzenethiol, bromobenzenethiol, fluorobenzenethiol, pentafluorobenzenethiol, penta Chlorobenzenethiol, nitrothiophenol, 2-mercapto-5-nitrobenzimidazole, perfluorodecanethiol, pentafluorothiophenol, 4-trifluoromethyl-2,3,5,6-tetrafluorothiophenol, 5-chloro- Thiol compounds such as 2-mercaptobenzimidazole, disulfide compounds such as diphenyl disulfide, sulfide compounds such as diphenyl sulfide, and silane coupling agents such as long-chain fluoroalkylsilanes. It can be used. As a surface treatment method, a method of treating the above compound by immersing it in a solution 52 diluted with a solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol or the like in a container 51 (FIG. 3), spraying. Spraying method, spray coating method, various wet coating methods such as die coating method and spin coating method, various dry coating methods such as vapor deposition, etc., but are not limited thereto.
電子吸引性基を有する化合物としては、チオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤が、ソース電極とドレイン電極への密着性が高いことから好ましい。 As the compound having an electron withdrawing group, a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, and a silane coupling agent are preferable because of high adhesion to the source electrode and the drain electrode.
さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合していることが好ましい。電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合を有していると、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができ、好ましい。 Furthermore, it is preferable that the compound having an electron-withdrawing functional group is chemically bonded to the source electrode and the drain electrode. When the compound having an electron-withdrawing functional group has a chemical bond with the source electrode and the drain electrode, the work function of the source electrode and the drain electrode can be largely maintained over a longer period of time, A thin film transistor having high carrier injection efficiency that is stable over time can be obtained, which is preferable.
例えば、ソース電極とドレイン電極の電極材料が少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含み、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、チオール化合物や、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤と金電極との間の金―チオール反応による化学結合、チオール化合物や、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤と銀電極との間の銀―チオール反応による化学結合を形成することができるがこれらに限定されるものではない。 For example, the electrode material of the source electrode and the drain electrode contains at least one element of gold or silver, and the compound having an electron-withdrawing functional group is at least a thiol compound, a disulfide compound, a sulfide compound, or a silane coupling agent. When any one compound is included, thiol compounds, disulfide compounds, sulfide compounds, chemical bonds by gold-thiol reaction between silane coupling agents and gold electrodes, thiol compounds, disulfide compounds, sulfide compounds The chemical bond between the silane coupling agent and the silver electrode can be formed by a silver-thiol reaction, but is not limited thereto.
次に、半導体膜１６を形成する（図２（ｅ））。半導体膜１６の材料や形成方法は問わない。ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得るには、半導体膜がｐ型半導体であることが効果的であるが、これに限定されるものではない。また、例えば、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを得るために、有機半導体を好適に使用することができる。有機半導体の材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、ペリレン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いることができる。材料使用効率の良い有機半導体の形成方法として印刷法が挙げられ、インクジェット法、ディスペンサ法などが好ましいが、これらに限定されるものではない。 Next, the semiconductor film 16 is formed (FIG. 2E). The material and the formation method of the semiconductor film 16 are not limited. In order to obtain a thin film transistor with high carrier injection efficiency when the work functions of the source electrode and the drain electrode are large, it is effective that the semiconductor film is a p-type semiconductor, but the invention is not limited to this. Further, for example, an organic semiconductor can be preferably used in order to obtain a flexible thin film transistor having a large area. Examples of organic semiconductor materials include high molecular organic semiconductor materials such as polythiophene, polyallylamine, fluorenebithiophene copolymers, and derivatives thereof, and pentacene, tetracene, copper phthalocyanine, perylene, and derivatives thereof. Any low molecular organic semiconductor material can be used. Carbon compounds such as carbon nanotubes or fullerenes, semiconductor nanoparticle dispersions, and the like can also be used as semiconductor materials. Examples of a method for forming an organic semiconductor with high material use efficiency include a printing method, and an inkjet method, a dispenser method, and the like are preferable, but are not limited thereto.
尚、本発明の薄膜トランジスタには、必要に応じて封止層、遮光層などを好適に設けることができる。 Note that a sealing layer, a light shielding layer, and the like can be suitably provided in the thin film transistor of the present invention as necessary.
（実施例１）
まず、絶縁基板１１としてＰＥＮフィルムを用い、この絶縁基板１１上に反転オフセット印刷法によりナノ銀インキ（住友電工製ナノ銀：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＃２００＝８：１（重量比））を印刷、１８０℃で１時間ベークさせて膜厚５０ｎｍのゲート電極１２を得た（図４（ａ）から図４（ｄ））。反転オフセット印刷は、シリコーンゴム製のブランケット２１上にキャップコーターを用いてナノ銀インキの液膜２２を作製、室温で２分予備乾燥を行い、非画像部のパターンを有する凸版２３を用いて不要部２４を除去、ブランケット２１上に残った画像部を絶縁基板１１に転写する工程で行った。
(Example 1)
First, a PEN film is used as the insulating substrate 11, and nano silver ink (Sumitomo Electric nano silver: Aldrich polyethylene glycol # 200 = 8: 1 (weight ratio)) is printed on the insulating substrate 11 by a reverse offset printing method. Baking was performed at 180 ° C. for 1 hour to obtain a gate electrode 12 having a film thickness of 50 nm (FIGS. 4A to 4D). Reverse offset printing is not required using a relief printing plate 23 having a non-image portion pattern after a nanosilver ink liquid film 22 is prepared on a blanket 21 made of silicone rubber using a cap coater, preliminarily dried at room temperature for 2 minutes. This was performed in the process of removing the portion 24 and transferring the image portion remaining on the blanket 21 to the insulating substrate 11.
次に、ゲート絶縁膜材料として、ポリイミドインク（三菱ガス化学製ネオプリム）３１をダイコーター３２により塗布、１８０℃で１時間乾燥させて膜厚１μｍのゲート絶縁膜１３を形成した（図５（ａ））。 Next, as a gate insulating film material, polyimide ink (Neoprim manufactured by Mitsubishi Gas Chemical) 31 was applied by a die coater 32 and dried at 180 ° C. for 1 hour to form a gate insulating film 13 having a thickness of 1 μm (FIG. 5A )).
そして、ソース電極とドレイン電極材料として銀ペースト（住友電工製）４１を用い、スクリーン印刷４２により印刷、１８０℃で１時間乾燥させて膜厚１０μｍのソース電極及びドレイン電極１４を形成した（図５（ｂ））。 Then, silver paste (manufactured by Sumitomo Electric) 41 was used as a source electrode and drain electrode material, printed by screen printing 42 and dried at 180 ° C. for 1 hour to form a source electrode and a drain electrode 14 having a thickness of 10 μm (FIG. 5). (B)).
次に、容器５１中に入れた、ペンタフルオロチオフェノール（東京化成製）をイソプロピルアルコールで０．２重量％に希釈した表面処理剤溶液５２に基板を２時間浸漬（図５（ｃ））、イソプロピルアルコールで洗浄、エアーガンで乾燥させて表面処理１５を施した（図５（ｄ））。このとき、ペンタフルオロチオフェノールと電極材料の銀は銀−チオール反応により、化学結合を有していた。 Next, the substrate was immersed in a surface treatment agent solution 52 in which pentafluorothiophenol (manufactured by Tokyo Chemical Industry) was diluted to 0.2% by weight with isopropyl alcohol in a container 51 (FIG. 5 (c)), Surface treatment 15 was performed by washing with isopropyl alcohol and drying with an air gun (FIG. 5D). At this time, pentafluorothiophenol and silver as an electrode material had a chemical bond due to a silver-thiol reaction.
このソース電極とドレイン電極を表面処理した後の電極の仕事関数を光電子分光装置ＡＣ−１（理研計器製）で陽極電圧３３４０Ｖ、測定範囲が４ｅＶから６ｅＶの条件で測定した結果、５．４０[ｅＶ]と大きい値を得られた（図１４）。 The work function of the electrode after the surface treatment of the source electrode and the drain electrode was measured with a photoelectron spectrometer AC-1 (manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.) under conditions of an anode voltage of 3340 V and a measurement range of 4 eV to 6 eV. eV] and a large value were obtained (FIG. 14).
そして、半導体材料として有機半導体材料であるＬｉｓｉｃｏｎ ＳＰ２００（Ｍｅｒｃｋ製）をテトラリン（関東化学製）で０．５重量％になるように溶解させた溶液６２をディスペンサ６１で塗布、９０℃で９０分間真空乾燥して膜厚５０ｎｍの半導体層１６を形成し得た（図５（ｅ））。この半導体膜１６の仕事関数を上記と同条件で測定した結果、５．１８［ｅＶ］であった。 Then, a solution 62 in which Lisicon SP200 (manufactured by Merck) as an organic semiconductor material is dissolved in tetralin (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to 0.5 wt% is applied with a dispenser 61, and vacuumed at 90 ° C. for 90 minutes. The semiconductor layer 16 having a film thickness of 50 nm was formed by drying (FIG. 5E). The work function of the semiconductor film 16 was measured under the same conditions as above, and was found to be 5.18 [eV].
得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を半導体特性評価装置ＳＣＳ４２００（ケースレー製）で調べた結果を図６に示す。ここでＶｄｓはソース電極とドレイン電極間の電圧である。この図６のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．８２Ｅ−０３[ｃｍ２／Ｖｓ]と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。 FIG. 6 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor using a semiconductor characteristic evaluation apparatus SCS4200 (manufactured by Keithley). Here, Vds is a voltage between the source electrode and the drain electrode. The maximum value of the carrier mobility at Vds = −5 V in FIG. 6 was 2.82E-03 [cm 2 / Vs], a high and good value (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is larger than the work function of the semiconductor film because the electrode is surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group.
また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を光電子分光装置ＡＣ−１（理研計器製）を用いて上記と同様の条件で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．４０［ｅＶ］と変化が無く良好であった。 Moreover, as a result of evaluating the stability over time of the work function of the formed electrode using the photoelectron spectrometer AC-1 (manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.) under the same conditions as described above, the work function was 5.40 [eV] even after 2000 hours. It was good with no change.
（実施例２）
ソース電極とドレイン電極を、電極材料としてナノ銀インキ（住友電工製ナノ銀：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＃２００＝８：１（重量比））を用いて、反転オフセット印刷法により形成した以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．７４ [ｅＶ] と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図７に示す。この図７のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．０６Ｅ−０３[ｃｍ２／Ｖｓ]と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．７４［ｅＶ］と変化が無く良好であった。
(Example 2)
Example except that the source electrode and the drain electrode were formed by the reverse offset printing method using nano silver ink (Nano silver made by Sumitomo Electric: polyethylene glycol # 200 = 8: 1 (weight ratio) made by Aldrich) as an electrode material In the same manner as in Example 1, a thin film transistor was obtained. The work function of the electrode measured in the same manner as in Example 1 was as large as 5.74 [eV] (FIG. 14). FIG. 7 shows the result of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor in the same manner as in Example 1. The maximum value of carrier mobility when Vds = −5 V in FIG. 7 was 2.06E−03 [cm 2 / Vs], which was a high and favorable value (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is larger than the work function of the semiconductor film because the electrode is surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group. Further, as a result of evaluating the stability over time of the work function of the formed electrode by the same method as in Example 1, the work function was as good as 5.74 [eV] without change even after 2000 hours.
（実施例３）
ソース電極とドレイン電極を、金を用いて蒸着法、フォトリソ法、エッチング法により形成した以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．４９［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図８に示す。この図８のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．２９Ｅ−０３［ｃｍ２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．４９［ｅＶ］と変化が無く良好であった。
(Example 3)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the source electrode and the drain electrode were formed by vapor deposition, photolithography, and etching using gold. The work function of the electrode measured in the same manner as in Example 1 was as large as 5.49 [eV] (FIG. 14). FIG. 8 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor in the same manner as in Example 1. The maximum value of the carrier mobility when Vds = −5 V in FIG. 8 is 2.29E-03 [cm 2 / Vs], which is a high and favorable value (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is larger than the work function of the semiconductor film because the electrode is surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group. Moreover, as a result of evaluating the stability over time of the work function of the formed electrode by the same method as in Example 1, the work function was as good as 5.49 [eV] even after 2000 hours.
（実施例４）
電子吸引性の官能基を有する化合物として、５−クロロ−２−メルカプトベンゾイミダゾールを用いた以外は実施例３と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．２６［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図９に示す。この図９のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、１．６６Ｅ−０３［ｃｍ２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．２６［ｅＶ］と変化が無く良好であった。
Example 4
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 3 except that 5-chloro-2-mercaptobenzimidazole was used as the compound having an electron-withdrawing functional group. The work function of the electrode measured in the same manner as in Example 1 was as large as 5.26 [eV] (FIG. 14). FIG. 9 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor in the same manner as in Example 1. The maximum value of the carrier mobility when Vds = −5 V in FIG. 9 is 1.66E-03 [cm 2 / Vs], which is a high and favorable value (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is larger than the work function of the semiconductor film because the electrode is surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group. In addition, as a result of evaluating the stability over time of the work function of the formed electrode by the same method as in Example 1, the work function was good with no change of 5.26 [eV] even after 2000 hours.
（実施例５）
電子吸引性の官能基を有する化合物として、４−トリフルオロメチル−２，３，５，６−テトラフルオロチオフェノールを用いた以外は実施例３と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は６．００［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図１０に示す。この図１０のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．２３Ｅ−０３［ｃｍ２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は６．００［ｅＶ］と変化が無く良好であった。
(Example 5)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 3 except that 4-trifluoromethyl-2,3,5,6-tetrafluorothiophenol was used as the compound having an electron-withdrawing functional group. The electrode work function measured in the same manner as in Example 1 was as large as 6.00 [eV] (FIG. 14). FIG. 10 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor in the same manner as in Example 1. The maximum value of the carrier mobility at Vds = −5 V in FIG. 10 was 2.23E-03 [cm 2 / Vs], a high and good value (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is larger than the work function of the semiconductor film because the electrode is surface-treated with a compound having an electron-withdrawing functional group. Further, as a result of evaluating the work function stability over time of the formed electrode by the same method as in Example 1, the work function was good with no change of 6.00 [eV] even after 2000 hours.
（比較例１）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例１と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．７５[ｅＶ]と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１１に示す。この図１１のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、３．２６Ｅ−０４[ｃｍ２／Ｖｓ]と、低い値であった（図１５）。これは、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数よりも小さいことによる。
(Comparative Example 1)
A thin film transistor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the surface treatment was not performed on the source electrode and the drain electrode, and the same evaluation was performed. The work function of the electrode was as small as 4.75 [eV] (FIG. 14). FIG. 11 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor. The maximum value of carrier mobility at Vds = −5 V in FIG. 11 was a low value of 3.26E-04 [cm 2 / Vs] (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is smaller than the work function of the semiconductor film.
（比較例２）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例２と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．７４[ｅＶ]と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１２に示す。この図１２のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、９．９２Ｅ−０４[ｃｍ２／Ｖｓ]と、低い値であった。（図１５）。これは、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数よりも小さいことによる。
(Comparative Example 2)
A thin film transistor was prepared in the same manner as in Example 2 except that the surface treatment was not performed on the source electrode and the drain electrode, and the same evaluation was performed. The work function of the electrode was as small as 4.74 [eV] (FIG. 14). FIG. 12 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor. The maximum value of the carrier mobility at Vds = −5 V in FIG. 12 was as low as 9.92E-04 [cm 2 / Vs]. (FIG. 15). This is because the work function of the electrode is smaller than the work function of the semiconductor film.
（比較例３）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例３と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．６０［ｅＶ］と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１３に示す。この図１３のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．０５Ｅ−０３［ｃｍ２／Ｖｓ］と、実施例３と比較して若干低い値であった。（図１５）。これは、表面処理した電極の仕事関数の方が、表面処理していない電極の仕事関数よりも大きいことによる。
(Comparative Example 3)
A thin film transistor was prepared in the same manner as in Example 3 except that the surface treatment was not performed on the source electrode and the drain electrode, and the same evaluation was performed. The work function of the electrode was as small as 4.60 [eV] (FIG. 14). FIG. 13 shows the results of examining the relationship between the current (| Id |) and the carrier mobility (| μ |) with respect to the voltage (Vgs) of the obtained thin film transistor. The maximum value of the carrier mobility at Vds = −5 V in FIG. 13 was 2.05E-03 [cm 2 / Vs], which was slightly lower than that in Example 3. (FIG. 15). This is because the work function of the electrode subjected to the surface treatment is larger than the work function of the electrode not subjected to the surface treatment.
１１・・・絶縁基板
１２・・・ゲート電極
１３・・・ゲート絶縁膜
１４・・・ソース電極とドレイン電極
１５・・・表面処理剤
１６・・・半導体膜
２１・・・ブランケット
２２・・・インキ液膜
２３・・・凸版
２４・・・インキ液膜の不要部
３１・・・ゲート絶縁膜材料
３２・・・ダイコーター
４１・・・ソース電極とドレイン電極材料
４２・・・スクリーン印刷
５１・・・容器
５２・・・表面処理剤溶液
６１・・・ディスペンサ
６２・・・半導体材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Insulating substrate 12 ... Gate electrode 13 ... Gate insulating film 14 ... Source electrode and drain electrode 15 ... Surface treatment agent 16 ... Semiconductor film 21 ... Blanket 22 ... Ink liquid film 23 ... letterpress 24 ... unnecessary part 31 of ink liquid film ... gate insulating film material 32 ... die coater 41 ... source and drain electrode material 42 ... screen printing 51 ..Container 52 ... Surface treatment agent solution 61 ... Dispenser 62 ... Semiconductor material
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