JP6393269B2 - バンク構造を有する有機電子デバイスの製造方法、これにより製造されたバンク構造および電子デバイス - Google Patents
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Description
この点において、いわゆるバンク構造は、基板上にかかる特定の限定された場所を規定するのに有用であることが知られている。例えば、US 2007/0023837 A1、WO 2008/117395 A1、EP 1 933 393 A1、GB 2,458,454 A、GB 2,462,845 A、US 2003/017360 A1、US 2007/190673 A1、WO 2007/023272 A1およびWO 2009/077738 A1は、個別におよび集合的に、かかる既知の構造およびそれらの形成方法の代表的な開示である。
したがって、バンク構造を有する有機電子デバイスを製造するための簡単かつ容易に実施できる方法が、業界において必要とされている。
そのため本発明の目的は、バンク構造を有する有機電子デバイスの製造のための改良された方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、バンク構造が十分に規定されている、バンク構造を有する有機電子デバイスの製造方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、有機電子デバイスが良好な性能を示す、バンク構造を有する有機電子デバイスの製造方法を提供することである。
本出願はしたがって、層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成する、有機電子デバイスの製造方法を提供する。
本出願により提供されるさらに好ましい方法は、従属請求項に示されている通りである。
また本出願は、本発明の方法によって得られるバンク構造、かかるバンク構造を含む有機電子デバイス、ならびにかかる有機電子デバイスを含む製品またはアセンブリに関する。
本明細書で使用する用語「有機電界効果トランジスタ」(OFET)は、「有機薄膜トランジスタ」(OTFT)として知られているようなデバイスのサブクラスを含むことが理解される。
また、用語「誘電体」および「絶縁」は、本明細書において交換可能に使用されることが理解される。
さらに、本明細書中で使用する用語「有機電子デバイス」は、用語「有機半導体デバイス」および、かかるデバイスのいくつかの特定の実装、例えば上記に定義した有機電界効果トランジスタなどを含むことが理解される。
本明細書で使用する用語「直交」および「直交性」は、化学的直交性を意味すると理解される。例えば直交溶媒は、これに溶解された材料の層を、前に堆積された層の上への堆積に用いる場合、前記前に堆積された層を溶解しない溶媒を意味する。
好ましくは、本発明の電子デバイスは、有機電子デバイスである。より好ましくは、これは、有機電界効果トランジスタ(OFET)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)、有機発光ダイオード(OLED)、および有機光起電装置からなる群から選択される。さらにより好ましくは、これは、有機電界効果トランジスタ(OFET)または有機発光ダイオード(OLED)である。最も好ましくは、これは、トップゲート型有機電界効果トランジスタまたはボトムゲート型有機電界効果トランジスタである。
図1は、本発明によるボトムゲート型有機薄膜トランジスタの例示的な概略図を示し、これは、基板(1)、ゲート電極(2)、誘電体層(3)、ソースおよびドレイン電極(5)、チャネル領域(6)、半導体材料層(7)、バンク構造(8a、8b)およびウェルを有する。
図2は、本発明によるトップゲート型有機薄膜トランジスタの例示的な概略図を示し、これは、基板(1’)、ゲート電極(2’)、平坦化層(4’)、ソースおよびドレイン電極(5’)、チャネル領域(6’)、半導体材料層(7’)、バンク構造(8a’、8b’)およびゲート絶縁層(10’)を有する。
基板、ゲート電極、ソースおよびドレイン電極、半導体材料、並びにゲート絶縁層は、当業者によく知られている材料から選択してよい。これらはまた、標準的な方法により製造しデバイスに統合することもできる。例示的な堆積方法としては、液体コーティング、並びにしばしば「CVD」と略記される化学蒸着法、または物理蒸着法が含まれる。これらの全ては当業者に周知であり、文献に見出すことができる。
電子デバイスの設計に依存して、本バンク構造は、一般に誘電体層または平坦化層のいずれかから誘導されるが、しかし必ずしもそうではない。したがってバンク構造、誘電体層および平坦化層は、以下に定義されるポリシクロオレフィン系ポリマーを含む。本バンク構造は、多種多様な電子デバイスにおいて、特に有機電界効果トランジスタ(OFET)および有機発光ダイオード(OLED)において、使用することができる。
好ましくは、バンク構造の厚さの、チャネル領域における誘電体層または平坦化層の厚さに対する比率は、少なくとも1.2である。
本発明の電子デバイスに用いる基板は、任意の適切な材料であってよい。かかる材料の例は、ガラスおよびポリマー材料である。好適なポリマー材料としては、限定はされないが、アルキド樹脂、アリルエステル、ベンゾシクロブテン、ブタジエン−スチレン、セルロース、セルロースアセテート、エポキシド、エポキシポリマー、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ガラス繊維強化ポリマー、フルオロカーボンポリマー、ヘキサフルオロプロピレンビニリデン−フルオリド共重合体、高密度ポリエチレン、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミド、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリケトン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリシクロオレフィン、シリコーンゴム、およびシリコーンが挙げられる。これらのうち、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィンおよびポリエチレンナフタレート材料がより好ましい。さらに、本発明のいくつかの態様について、基板は、例えばポリマー材料、金属またはガラス材料などの任意の好適な材料を、上記の1または2以上の材料でコーティングしたものであることができる。かかる基板を形成する際に、押出し、延伸、ラビングまたは光化学的技術などの方法を用いて、デバイス製造のための均一な表面を提供するだけでなく、その中でのキャリア移動度を強化するために有機半導体材料のプリアライメントを提供することができる。代替的に、基板は、1または2以上の上述のポリマー材料でコーティングされたポリマー材料、金属またはガラスであることができる。
本電子デバイスのゲート電極およびソースおよびドレイン電極は、任意の適切な電極材料のものであってよい。かかる電極材料としては、限定することなく、無機または有機材料、またはこれらの混合物が挙げられる。例示的な電極材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)またはドープされた共役ポリマー、さらに、黒鉛の分散物またはペースト、またはAu、Ag、Cu、Al、Ni、Moまたはそれらの混合物などの金属の粒子、ならびにCu、Cr、Pt/Pd、Ag、Auなどの金属をスパッターコーティングもしくは蒸着したもの、または酸化インジウムスズ(ITO)、FドープITOまたはAlドープZnOなどの金属酸化物が挙げられる。有機金属前駆体も使用することができ、液相から堆積することができる。ゲート電極、並びにソースおよびドレイン電極は、例えばスプレーコーティング、ディップコーティング、ウェブコーティングまたはスピンコーティングなどの液体コーティングによって、または、例えば物理蒸着法、化学蒸着法、もしくは熱蒸着法を含む真空蒸着法によって、堆積または形成することができる。好適な電極材料および電極を形成するための方法は、一般に当業者に知られており、文献に容易に見出すことができる。
半導体材料は、任意のn型またはp型の有機半導体材料であることができる。好ましくは、前記半導体材料は、少なくとも1×10−5cm2V−1s−1の電界効果トランジスタ移動度を有する。
本発明によるOSCの態様は、OSCがアクティブチャネル材料として使用されるOFET、OSCが電荷キャリア材料として使用されるOPVデバイス、またはOSCがダイオードなどの層要素である有機整流ダイオード(ORD)のいずれかであることができる。かかる態様のためのOSCは、前述の堆積方法のいずれかによって堆積することができるが、これらは一般にブランケット層として堆積または形成されるため、例えばスプレー、ディップ、ウェブもしくはスピンコーティングなどの溶媒コーティング法、またはインクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷などの印刷法が典型的には用いられて、周囲温度での処理を可能にする。しかしOSCは、任意の液体コーティング技術、例えばインクジェット堆積、またはPVDもしくはCVD技術によって堆積することができる。
上記の芳香環は縮合環であることができ、または共役連結基と連結することができ、共役連結基の例としては、−C(T1)=C(T2)−、−C≡C−、−N(R’’’)−、−N=N−、(R’’’)=N−、−N=C(R’’’)−であり、式中、T1およびT2は、各々独立して、H、Cl、F、−C≡NまたはC1−4アルキル基などの低級アルキル基を表し;R’’’は、H、任意に置換されたアルキルまたは任意に置換されたアリールを表す。さらに、R’’’がアルキルまたはアリールの場合、これはフッ素化されることができる。
WO 2005/055248 A1に記載されているように、適切であってレオロジー特性を調整するために必要な場合、本発明のいくつかの態様は、1または2種以上の有機結合剤を含むOSC組成物を使用する。
典型的にはポリマーである結合剤は、絶縁性結合剤または半導体結合剤のいずれかを含んでもよく、またはそれらの混合物は、本明細書において有機結合剤、ポリマー結合剤、または単に結合剤と称されてもよい。
好適な有機結合剤の例としては、ポリスチレン、またはスチレンとα−メチルスチレンのポリマーもしくは共重合体;またはスチレン、α−メチルスチレンおよびブタジエンを含む共重合体を、好適に用いることができる。適切な結合剤のさらなる例は、例えばUS 2007/0102696 A1に開示されている。
結合剤は、膜、より好ましくは可撓性膜を形成できることが好ましい。
結合剤はまた、アクリレート、エポキシ、ビニルエーテル、およびチオレンなどの架橋性結合剤であって、好ましくは十分に低い誘電率を、非常に好ましくは3.3以下を有するものから、選択することができる。結合剤はまた、メソゲン性または液晶であることができる。
OSCに対する結合剤の割合は、典型的には重量で20:1〜1:20、好ましくは10:1〜1:10、より好ましくは5:1〜1:5、さらにより好ましくは3:1〜1:3、さらに好ましくは2:1〜1:2、および特に1:1である。式Iの化合物の結合剤中の希釈は、従来技術から予想されたであろうこととは対照的に、電荷移動度にはほとんどまたは全く有害な影響を有しないことが見出された。
本電子デバイスの平坦化層、誘電体層およびゲート絶縁層は、任意の適切な誘電体材料のものであってよい。好適な誘電材料は、以下に定義されるポリシクロオレフィンである。
本電界効果トランジスタは、好ましくは、最大3.0の誘電率εを有する誘電体材料からなる誘電体層を使用する。より好ましくは、前記誘電率εは1.3〜3.0、さらにより好ましくは1.7〜3.0、さらにより好ましくは2.0〜3.0、または2.5〜3.0の範囲である。代替的に、いくつかの電界効果トランジスタにおいて、前記誘電率εは2.0〜2.6であってもよい。
本発明の好ましい態様において、ノルボルネン系ポリマーには、2または3種以上の異なる種類の反復単位が組み込まれる。
さらにまた、本発明の別の好ましい態様は、特に、R1〜4の1つのみがHとは異なるかかる態様は、Hとは異なる、ペンダントシリル基を有する基を包含し、これは例えば、−(CH2)n−SiR9 3で表されるシリル基であり、式中、nは0〜12の整数であり、各R9は独立して、塩素、フッ素、臭素、およびヨウ素からなる群から選択されるハロゲン、直鎖状または分枝状(C1〜C20)アルキル、直鎖状または分枝状(C1〜C20)アルコキシ、置換または非置換(C6〜C20)アリールオキシ、直鎖状または分枝状(C1〜C20)アルキルカルボニルオキシ;直鎖状または分枝状(C1〜C20)ジアルキルアミド;置換または非置換(C6〜C20)ジアリールアミド;置換または非置換(C6〜C20)アルキルアリールアミドを表す。
本明細書で使用する用語「光反応性および/または架橋性」は、特定のペンダント基を記述するために用いる場合、化学線に反応性であり、その結果反応が架橋反応に入る基、または化学線に非反応性であるが、架橋活性化剤の存在下で架橋反応に入ることができる基、を意味すると理解される。
本発明の別の好ましい態様は、反復単位を有する式Iのポリマーであって、式中、R1〜4の1つ、例えばR1は、上述の光反応性または架橋性基であり、R1〜4のその他のものはHである、前記ポリマーに向けられる。好ましくは、かかる反復単位は、上記の従属式27〜50からなる群から選択される。より好ましくは、かかる反復単位は、従属式34、35、36、37、38(DMMIMeNB、DMMIEtNB、DMMIPrNB、DMMIBuNBおよびDMMIHxNB)からなる群から選択される。最も好ましくは、かかる反復単位は、従属式37(DMMIBuNB)のものである。
本発明の別の好ましい態様は、上述のフッ素化反復単位から選択される第1のタイプの反復単位、および、これも上述の架橋性反復単位から選択される第2のタイプの反復単位を有する、ポリマーに向けられる。この態様の好ましいポリマーとしては、従属式15〜26、より好ましくは15、16、17、18、19、20および26(NBC4F9、NBCH2C6F5、NBC6F5、NBCH2C6H3F2、NBCH2C6H4CF3、NBalkylC6F5、およびPPVENB)から選択される第1のタイプの反復単位、および従属式34、35、36、37、38(DMMIMeNB、DMMIEtNB、DMMIPrNB、DMMIBuNBおよびDMMIHxNB)から選択される第2のタイプの反復単位を有するポリマーを含む。
適切で好ましいノルボルネンモノマー、ポリマー、およびそれらの合成方法は本明細書に提供され、またUS 5,468,819、US 6,538,087、US 2006/0020068 A1、US 2007/0066775 A1、US 2008/0194740 A1、PCT/EP2011/004281、US Ser.No.13/223,784、PCT/EP2011/004282およびUS Ser.No.13/223,884にも見出すことができ、これらは参照によって本出願に組み込まれる。例えば第VIII族遷移金属触媒を用いた例示的な重合プロセスは、前述のUS 2006/0020068 A1に記載されている。
別の好ましい態様において、架橋性ポリマー組成物は、自発的な架橋を防止し、ポリマー組成物の貯蔵寿命を改善するための安定化物質または部分を含む。好適な安定剤は、1または2以上の嵩高いアルキル基、例えばt−ブチル基を、フェノール性OH基に対してオルト位に任意に含有する、カテコールまたはフェノール誘導体などの抗酸化剤である。
処理に要する時間の短縮は、例えばコーティングプロセスを調整することにより可能であり、一方、UV架橋に必要な時間を減らすことは、ポリマーの化学的調整、またはプロセスの変化の両方によって達成することができる。
したがって、本発明の好ましい態様において、ポリマー組成物は、1または2以上の架橋添加剤を含む。かかる添加剤は、バンク構造を形成するために使用されるポリシクロオレフィン系ポリマーのペンダント架橋性基と反応することができる、2または3以上の官能基を含む。かかる架橋添加剤の使用はまた、前述のポリマーの架橋を強化し得ることが理解されるであろう。
UV照射への露光による架橋が好ましい。
非常に好ましくは、架橋剤は、式III1またはIII2から選択される:
P−A’’X’−A’’−P III1
H4−cC(A’’−P)c III2
式中、X’は、O、S、NHまたは単結合であり、A’’は、単結合または連結、スペーサーもしくは架橋基であり、これは、(CZ2)n、(CH2)n−(CH=CH)p−(CH2)n、(CH2)n−O−(CH2)n、(CH2)n−C6Q10−(CH2)n、およびC(O)から選択され、式中、各nは、独立して0〜12の整数であり、pは1〜6の整数であり、Zは、独立して、HまたはFであり、C6Q10はQで置換されたシクロヘキシルであり、Qは、独立して、H、F、CH3、CF3、またはOCH3であり、Pは架橋性基であり、およびcは、2、3または4であり、および式III1において、X’および2つのA’’基の少なくとも1つは単結合ではない。
式III1の適切で好ましい化合物は、式C1から選択される:
好ましい基A’’は、−(CH2)r−、−(CH2CH2O)s−CH2CH2−、−CH2CH2−S−CH2CH2−または−CH2CH2−NH−CH2CH2−または−(SiR18R19−O)r−であり、ここでrは、2〜12の整数であり、sは、1、2、または3であり、およびR18およびR19は、上記の意味を有する。
式C1のものなどの架橋剤の合成は、例えばUS 3,622,321に開示されている。
別の好ましい態様において、ポリマー組成物は、架橋性ポリシクロオレフィン系ポリマーおよび反応性接着促進剤を含む。反応性接着促進剤は、バンク構造が設けられた基板との、例えば化学結合などの相互作用が可能な表面活性基である第1の官能基、および、ポリシクロオレフィン系ポリマーとの、化学結合の形成ありまたは無しのどちらかでの相互作用、例えばポリシクロオレフィン系ポリマー中のペンダント架橋性基と架橋することによる相互作用が可能な、第2の官能基を含む。接着促進剤は特に、バンク構造またはさらなる機能層を設けるためにフォトリソグラフィプロセスが使用される場合に、用いてもよい。
G1−A’’−G2 IV
式中、G1は、表面活性基、好ましくはシランまたはシラザン基であり、A’’は、好ましくは上の式III1で定義された、単結合または連結、スペーサーもしくは架橋基であり、G2は、好ましくは上の式III1で定義された、架橋性基であり、またはG2は、ポリシクロオレフィン系ポリマーに対する非反応性相溶化基である。本明細書で使用する場合、用語「相溶化」は、通常は非混和性のポリマーの均一なブレンドの形成を促進する、界面剤または基を意味すると理解される。例えば、ポリシクロオレフィン系ポリマーが、例えばモノマー15〜26におけるようにハロゲン化または過ハロゲン化部分を含む場合、相溶化基G2は、ハロゲン化または過ハロゲン化アルキル基、アリール基またはアラルキル基から選択してよい。
G2は好ましくは、マレイミド基、3−モノアルキルマレイミド基、3,4−ジアルキルマレイミド基、エポキシ基、ビニル基、アセチル基、インデニル基、シンナメート基またはクマリン基から選択される架橋性基であるか、または、置換もしくは非置換マレイミド部分、エポキシド部分、ビニル部分、アセチル部分、インデニル部分、シンナメート部分またはクマリン部分を含む。
A’’は好ましくは、(CZ2)n、(CH2)n−(CH=CH)p−(CH2)n、(CH2)n−O、(CH2)n−O−(CH2)n、(CH2)n−C6Q4−(CH2)n、(CH2)n−C6Q10−(CH2)nおよびC(O)−Oから選択され、式中、各nは、独立して0〜12の整数であり、pは、1〜6の整数であり、Zは、独立して、HまたはFであり、C6Q4は、Qで置換されたフェニルであり、C6Q10は、Qで置換されたシクロヘキシルであり、Qは、独立して、H、F、CH3、CF3、またはOCH3である。
本出願はまた、先に本出願において定義されている電子デバイスの製造方法を提供する。
したがって、一般的な側面において、本出願は、層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成する、電子デバイスの製造方法を提供する。
より具体的な側面において、前記方法は以下のステップを含む:
a)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む材料を基板上に堆積して、層を形成すること;
b)前記層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成すること。
a’)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む材料を基板上に堆積して、層を形成すること;
b’)前記層の表面の一部を化学線に露光すること;および
c’)前記層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成すること。
第一の選択肢において、本出願は好ましくは、例えば図1に示すようなボトムゲート型電子デバイスの製造方法を提供する。
I−a)基板(1)を提供すること;
I−b)前記基板(1)上にゲート電極(2)を形成すること;
I−c)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を、前記ゲート電極(2)および前記基板(1)上に堆積して、誘電体層(3)を形成すること;
I−d)ソースおよびドレイン電極(5)を、前記誘電体層(3)上に、前記ソースおよびドレイン電極(5)が前記ソースおよびドレイン電極(5)の間に位置するチャネル領域(6)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
I−e)前記誘電体層(3)の表面の一部を化学線に露光すること、この時露光部分が、少なくともチャネル領域(6)に及ぶようにすること;
I−f)続いて前記誘電体層(3)を膨潤溶媒で膨潤させ、これにより、少なくともチャネル領域に及ぶウェルを規定するバンク構造(8a、8b)を形成すること;および
I−g)半導体材料の層(7)を、前記バンク構造(8a、8b)で規定された前記ウェル内に堆積すること。
II−a)基板(1)を提供すること;
II−b)前記基板(1)上にゲート電極(2)を形成すること;
II−c)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を、前記ゲート電極(2)および前記基板(1)上に堆積して、誘電体層(3)を形成すること;
II−d)前記誘電体層(3)の表面の一部を化学線に露光すること;
II−e)続いて前記誘電体層(3)を膨潤溶媒で膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造(8a、8b)を形成すること;
II−f)ソースおよびドレイン電極(5)を前記誘電体層(3)上のウェルに、前記ソースおよびドレイン電極(5)が前記ソースおよびドレイン電極(5)の間に位置するチャネル領域(6)によって離れて配置されるようにして形成すること;
II−g)半導体材料の層(7)を、前記バンク構造(8a、8b)で規定された前記ウェル内に堆積すること。
電子デバイスのかかる製造方法は、次のステップを含む:
III−a)基板(1’)を提供すること;
III−b)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を前記基板(1’)上に堆積して、平坦化層(4’)を形成すること;
III−c)ソースおよびドレイン電極(5’)を、前記平坦化層(4’)上に、前記ソースおよびドレイン電極(5’)が前記ソースおよびドレイン電極(5’)の間に位置するチャネル領域(6’)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
III−d)前記平坦化層(4’)の表面の一部を化学線に露光すること、この時露光部分が、少なくともチャネル領域(6’)に及ぶようにすること;
III−e)続いて前記平坦化層(4’)を膨潤溶媒で膨潤させ、これにより、少なくともチャネル領域(6’)に及ぶウェルを規定するバンク構造(8a’、8b’)を形成すること;
III−f)半導体材料の層(7’)を、前記バンク構造(8a’、8b’)で規定されたウェル内に堆積すること;
III−g)続いてさらなる誘電体材料を堆積して、ゲート絶縁層(10’)を形成すること;および
III−h)ゲート電極(2’)を前記ゲート絶縁層(10’)上に形成すること。
IV−a)基板(1’)を提供すること;
IV−b)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を前記基板(1’)上に堆積して、平坦化層(4’)を形成すること;
IV−c)前記平坦化層(4’)の表面の一部を化学線に露光すること;
IV−d)続いて前記平坦化層(4’)を膨潤溶媒で膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造(8a’、8b’)を形成すること;
IV−e)ソースおよびドレイン電極(5’)を、前記平坦化層(4’)上に、前記ソースおよびドレイン電極が前記ソースおよびドレイン電極(5’)の間に位置するチャネル領域(6’)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
IV−f)半導体材料の層(7’)を、前記バンク構造(8a’、8b’)で規定されたウェル内に堆積すること;
IV−g)続いてさらなる誘電体材料を堆積して、ゲート絶縁材料(10’)を形成すること;および
IV−h)ゲート電極(2’)を前記ゲート絶縁層(10’)上に形成すること。
基板、ゲート電極、ソースおよびドレイン電極、誘電体層、平坦化層、半導体層およびゲート絶縁体層は、本出願に先に定義された通りであり、本出願に前に示されたようにして製造される。
ステップI−e、II−dおよびIII−dにおいて、誘電体層および平坦化層はそれぞれ、先に本出願に記載したように化学線に露光される。露光される部分は、少なくともチャネル領域に及ぶ。好ましくは、露光部または得られたウェル、または両方が、少なくともチャネル領域およびソースまたはドレイン電極のいずれかまたは両方の少なくとも一部に及ぶ。最も好ましくは、露光部およびウェルは、少なくともチャネル領域およびソースおよびドレイン電極全体に及ぶ。化学線は、露光された領域において誘電体層と平坦化層それぞれの架橋をもたらす。
好ましくは、前記膨潤溶媒は、−O−、−OH、−C(=O)−、−C(=O)O−および−COOHからなる群から選択される化学基を含む有機化合物である。より好ましくは、前記膨潤溶媒は、−OHおよび−C(=O)O−から選択される化学基を含む有機化合物である。さらにより好ましくは、前記膨潤溶媒は、−OHおよび−C(=O)O−両方を含む有機化合物である。さらにより好ましくは、膨潤溶媒は、式HO−(CRxRy−)sCOORzのものであり、この式中、RxおよびRyは、互いに独立して水素および1〜10個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、およびsは、1、2または3である。最も好ましくは、膨潤溶媒は乳酸エチル(H5C2−O−C(=O)−C(OH)−CH3)である。
1〜10個の炭素原子を有するアルキルの例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、イソ−プロピル、n−ブチル、イソ−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルまたはデシルである。これらのうち、メチル、エチル、n−プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、イソ−プロピル、n−ブチル、イソ−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチルが好ましい。
アルデヒドの好ましい例は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロパナール、ブタナール、ペンタナール、ヘキサナール、ヘプタナール、オクタナール、ノナナールおよびデカナールである。より好ましい例は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロパナールおよびブタナールである。最も好ましい例は、ホルムアルデヒドおよびアセトアルデヒドである。
アルコールの好ましい例は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソ−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−2−ブタノールである。最も好ましいアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールおよびイソプロパノールである。
カルボン酸の好ましい例は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、2−メチルプロピオン酸(イソ酪酸)、吉草酸、2−メチル酪酸および3−メチル酪酸(イソ吉草酸)である。
カルボン酸エステルの好ましい例は、上記カルボン酸のメチル、エチル、プロピルおよびブチルエステルであり、例えばメチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、またはブチルアセテートである。
ヒドロキシ酸の好ましい例は、グリコール酸(HO−CH2−COOH)、乳酸(H3C−CH(OH)−COOH)、リンゴ酸(HOOC−CH2−CH(OH)−COOH)、クエン酸および酒石酸(HOOC−CH(OH)−CH(OH)−COOH)である。ヒドロキシ酸の最も好ましい例は、乳酸である。
膨潤ステップの後、本方法は好ましくは膨潤後アニーリングステップを含み、ここではバンク構造を、少なくとも60℃から最高で140℃まで膨潤後アニーリング温度にて、1秒から10分の間アニーリングする。前記膨潤後アニーリング温度は、好ましくは少なくとも60℃、より好ましくは少なくとも80℃、および最も好ましくは少なくとも90℃である。前記膨潤後アニーリング温度は、好ましくは最高130℃、より好ましくは最高120℃、および最も好ましくは最高110℃である。好ましくは、膨潤後アニーリングを行う時間は、少なくとも5秒、より好ましくは少なくとも10秒、さらにより好ましくは少なくとも15秒、および最も好ましくは少なくとも20秒である。好ましくは、膨潤後アニーリングを行う時間は、最大で8分間、より好ましくは最大で6分、さらにより好ましくは最大で4分、さらにより好ましくは最大で3分、および最も好ましくは最大で2分である。
好ましくは、半導体材料の層を堆積するステップの前に、すなわちステップI−g、II−g、III−fまたはIV−fの前に、本方法はさらに、バンク構造、誘電体層または平坦化層それぞれの表面エネルギーを変化させる材料の自己組織化単分子膜を堆積することによって、表面処理を行うステップを含む。この表面処理は、例えば、表面処理製剤LisiconM001(登録商標)(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)を用いて行うことができる。
本発明者らは、本発明が、前記バンク構造を材料の別個の層として適用する必要性なしに、バンク構造の形成を可能にすることを見出した。最初の実験により、非常に驚くべきことに、本発明の方法は、例えば10μmオーダーの非常に小さなチャネル長を有し、同時に良好なデバイス特性を有する電子デバイスの製造を可能にすることが示された。
また本出願は、本発明の方法により得られる有機電子デバイスに関する。
さらに本出願は、上記定義の有機電子デバイスを含む製品またはアセンブリであって、該製品またはアセンブリが、集積回路、無線周波数識別タグ、無線周波数識別タグを含むセキュリティマーキングまたはセキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイ、FPDのバックプレーン、フラットパネルディスプレイのバックライト、電子写真装置、電子写真記録装置、有機メモリデバイス、センサー、バイオセンサー、およびバイオチップからなる群から選択される、前記製品またはアセンブリに関する。
本明細書に開示された特徴の全ては、かかる特徴および/またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的であるような組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特に、本発明の特徴は、本発明の全ての側面に適用可能であり、任意の組み合わせで使用することができる。同様に、非本質的組み合わせにおいて記載された特徴は、(組み合わせずに)別々に使用してもよい。
本発明を、次の例を参照することによってさらに詳細に説明するが、これは単に例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
図4および表Iのデータに示されるように、得られた電子デバイスは、良好な特性を特徴とする。実際、本発明に従って製造された電子デバイスの特性が、従来の完全にインクジェット印刷された電子デバイスの特性に匹敵すること、および簡略化された製造方法は、意外な結果である。
Claims (24)
- 電子デバイスを製造する方法であって、層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりバンク構造を形成し、ウェルを規定する、前記方法。
- 以下のステップを含む、請求項1に記載の方法:
a)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む材料を基板上に堆積して、層を形成すること;および
b)前記層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成すること。 - 以下のステップを含む、請求項1または2に記載の方法:
a’)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む材料を基板上に堆積して、層を形成すること;
b’)前記層の表面の一部を化学線に露光すること;および
c’)前記層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成すること。 - 以下のステップを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法:
I−a)基板(1)を提供すること;
I−b)前記基板(1)上にゲート電極(2)を形成すること;
I−c)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を、前記ゲート電極(2)および前記基板(1)上に堆積して、誘電体層(3)を形成すること;
I−d)ソースおよびドレイン電極(5)を、前記誘電体層(3)上に、前記ソースおよびドレイン電極(5)が前記ソースおよびドレイン電極(5)の間に位置するチャネル領域(6)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
I−e)前記誘電体層(3)の表面の一部を化学線に露光すること、この時露光部分が、少なくともチャネル領域(6)に及ぶようにすること;
I−f)続いて前記誘電体層(3)を膨潤溶媒で膨潤させ、これにより、少なくともチャネル領域に及ぶウェルを規定するバンク構造(8a、8b)を形成すること;および
I−g)半導体材料の層(7)を、前記バンク構造(8a、8b)で規定された前記ウェル内に堆積すること。 - 以下のステップを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法:
II−a)基板(1)を提供すること;
II−b)前記基板(1)上にゲート電極(2)を形成すること;
II−c)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を、前記ゲート電極(2)および前記基板(1)上に堆積して、誘電体層(3)を形成すること;
II−d)前記誘電体層(3)の表面の一部を化学線に露光すること;
II−e)続いて前記誘電体層(3)を膨潤溶媒で膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造(8a、8b)を形成すること;
II−f)ソースおよびドレイン電極(5)を前記誘電体層(3)上のウェル内に、ソースおよびドレイン電極(5)が前記ソースおよびドレイン電極(5)の間に位置するチャネル領域(6)によって離れて配置されるようにして形成すること;
II−g)半導体材料の層(7)を、前記バンク構造(8a、8b)で規定された前記ウェル内に堆積すること。 - 以下のステップを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法:
III−a)基板(1’)を提供すること;
III−b)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を前記基板(1’)上に堆積して、平坦化層(4’)を形成すること;
III−c)ソースおよびドレイン電極(5’)を、前記平坦化層(4’)上に、前記ソースおよびドレイン電極(5’)が前記ソースおよびドレイン電極(5’)の間に位置するチャネル領域(6’)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
III−d)前記平坦化層(4’)の表面の一部を化学線に露光すること、この時露光部分が、少なくともチャネル領域(6’)に及ぶようにすること;
III−e)続いて前記平坦化層(4’)を膨潤溶媒で膨潤させ、これにより、少なくともチャネル領域(6’)に及ぶウェルを規定するバンク構造(8a’、8b’)を形成すること;
III−f)半導体材料の層(7’)を、前記バンク構造(8a’、8b’)で規定されたウェル内に堆積すること;
III−g)続いてさらなる誘電体材料を堆積して、ゲート絶縁層(10’)を形成すること;および
III−h)ゲート電極(2’)を前記ゲート絶縁層(10’)上に形成すること。 - 以下のステップを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法:
IV−a)基板(1’)を提供すること;
IV−b)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体材料を前記基板(1’)上に堆積して、平坦化層(4’)を形成すること;
IV−c)前記平坦化層(4’)の表面の一部を化学線に露光すること;
IV−d)続いて前記平坦化層(4’)を膨潤溶媒で膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造(8a’、8b’)を形成すること;
IV−e)ソースおよびドレイン電極(5’)を、前記平坦化層(4’)上に、前記ソースおよびドレイン電極が前記ソースおよびドレイン電極(5’)の間に位置するチャネル領域(6’)によって離れて配置されるようにして、形成すること;
IV−f)半導体材料の層(7’)を、前記バンク構造(8a’、8b’)で規定されたウェル内に堆積すること;
IV−g)続いてさらなる誘電体材料を堆積して、ゲート絶縁層(10’)を形成すること;および
IV−h)ゲート電極(2’)を前記ゲート絶縁層(10’)上に形成すること。 - 露光部分およびウェルが、少なくともチャネル領域およびソースまたはドレイン電極の少なくとも一部、またはソースおよびドレイン電極の両方に及ぶ、請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。
- ポリシクロオレフィン系ポリマーがノルボルネン系ポリマーである、請求項2〜8のいずれか一項に記載の方法。
- ポリシクロオレフィン系ポリマーが、2または3種以上の異なる種類の反復単位を含む、請求項2〜9のいずれか一項に記載の方法。
- ポリシクロオレフィン系ポリマーが、ペンダント架橋基を含む反復単位を含む、請求項2〜10のいずれか一項に記載の方法。
- ポリシクロオレフィン系ポリマーが反復単位を含み、反復単位は、置換もしくは非置換マレイミド部分、エポキシド部分、ビニル部分、アセチレン部分、インデニル部分、シンナメート部分またはクマリン部分を含む、請求項2〜11のいずれか一項に記載の方法。
- ポリシクロオレフィン系ポリマーが、以下:
- 膨潤溶媒が、−O−、−OH、−C(=O)−、−C(=O)O−および−COOHからなる群から選択される化学基を含む有機化合物である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 膨潤溶媒が、化学基−OHおよび−C(=O)O−を含む有機化合物である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 膨潤溶媒が、式:HO−(CRxRy−)sCOORzのものであり、この式中、RxおよびRyは、互いに独立して、水素および1〜10個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、sは1、2または3である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 膨潤溶媒が、乳酸エチル(H5C2−O−C(=O)−C(OH)−CH3)である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 電子デバイスが、有機電界効果トランジスタ、有機薄膜トランジスタ、有機発光ダイオード、および有機光起電装置からなる群から選択される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 電子デバイスが、トップゲート型有機電界効果トランジスタまたはボトムゲート型有機電界効果トランジスタである、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
- a’)ポリシクロオレフィン系ポリマーを含む材料を基板上に堆積して、層を形成すること;
b’)前記層の表面の一部を化学線に露光すること;および
c’)前記層を膨潤溶媒で選択的に膨潤させ、これによりウェルを規定するバンク構造を形成する、バンク構造の製造方法。 - 有機電子デバイスにおけるバンク構造であって、前記バンク構造が、ポリシクロオレフィン系ポリマーまたは請求項9〜13のいずれか一項にさらに定義されているポリシクロオレフィン系ポリマーを含み、前記バンク構造がさらに、膨潤溶媒または請求項14〜17のいずれか一項にさらに定義されている膨潤溶媒を含む、前記バンク構造。
- 基板、ゲート電極、少なくとも1つの誘電体層、ソースおよびドレイン電極であって該ソースおよびドレイン電極の間に位置するチャネル領域を有するもの、少なくともチャネル領域に及ぶウェルを規定するバンク構造、半導体層、を含む有機電子デバイスであって、前記バンク構造が、ポリシクロオレフィン系ポリマーおよび膨潤溶媒を含む、前記有機電子デバイス。
- バンク構造が、ポリシクロオレフィン系ポリマーまたは請求項9〜13のいずれか一項にさらに定義されているポリシクロオレフィン系ポリマーを含む誘電体層の一部から形成された、請求項22に記載の有機電子デバイス。
- 請求項22または23に記載の有機電子デバイスを含む製品またはアセンブリであって、前記製品またはアセンブリが、集積回路、無線周波数識別タグ、無線周波数識別タグを含むセキュリティマーキングまたはセキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイ、FPDのバックプレーン、フラットパネルディスプレイのバックライト、電子写真装置、電子写真記録装置、有機メモリデバイス、センサー、バイオセンサー、およびバイオチップからなる群から選択される、前記製品またはアセンブリ。
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