JPWO2015076334A1 - トランジスタの製造方法およびトランジスタ - Google Patents
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Abstract
トランジスタの製造方法は、ソース電極(6)、ドレイン電極(7)、半導体層(9)を有する基板(2)上において、半導体層(9)を覆って、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層(10)を形成する工程と、第1絶縁体層(10)を覆って第2絶縁体層(11)を形成する工程と、第2絶縁体層(11)の表面の少なくとも一部に、下地膜(12)を形成する工程と、下地膜(12)の表面に無電解めっき用触媒である金属を析出させた後に、無電解めっきにより下地膜の表面にゲート電極を形成する工程と、を有し、下地膜(12)を形成する工程は、下地膜(12)の形成材料である液状物(12S)を第2絶縁体層(11)の表面に塗布して行い、第2絶縁体層(11)は、第1絶縁体層(10)よりも液状物(12S)に対し高い親液性を有する。
Description
本発明は、トランジスタの製造方法およびトランジスタに関する。
本願は、2013年11月21日に出願された日本国特許出願2013−240560号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2013年11月21日に出願された日本国特許出願2013−240560号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、トランジスタの製造方法として、安価で大型化に向いている溶液プロセスの適用が検討されている。溶液プロセスを採用すると、従来よりも低温でトランジスタを製造することが可能となる。また、有機半導体材料を用いた有機半導体層を、樹脂材料を用いたフレキシブル基板上に形成することで、可撓性を有する有機トランジスタを製造することも可能となる。
このようなトランジスタの製造方法においては、材料表面の接触作用による還元を利用しためっき法である化学めっき(無電解めっき)を用いることができる。無電解めっきでは電気エネルギーを用いないため、不導体である樹脂材料やガラスなどに対してもめっきを施すことが可能である。しかし、樹脂材料やガラスなどの難めっき材料は、形成されるめっき皮膜との間の密着力が弱く、めっき皮膜の内部応力によって簡単にめっきが剥がれ、膨れなどの剥離を生じてしまう。
そこで、基板の表面にクロム酸溶液などを用いてエッチング処理を施し、表面を化学的に粗化することが行われている。これにより、形成されるめっき皮膜が、粗化された樹脂材料の凹凸に食い込むようにして形成されるため、密着力を得ることができる(アンカー効果)。
その他にも、基板表面上に微粉末シリカなどのフィラー成分と樹脂組成成分からなる下地膜を設け、その下地膜上に無電解めっきを行う方法(例えば、特許文献1参照)が開示されている。
ところで、トランジスタは、伝達特性においてヒステリシスを生じることがある。ヒステリシスの主な原因として、半導体と絶縁膜との界面において絶縁膜が電子の流れを妨げる「キャリアトラップ」が挙げられる。トランジスタの設計においては、ヒステリシスが生じないように構造や材料を選択するが、溶液プロセスによりトランジスタを製造する場合、形成材料やトランジスタ構造の選択の自由度が小さく、ヒステリシスが生じにくいトランジスタを製造することが困難であった。
本発明の態様は、伝達特性においてヒステリシスが生じにくく、動作挙動が安定したトランジスタを製造することが可能なトランジスタの製造方法を提供することを目的とする。また、動作挙動が安定したトランジスタを提供することをあわせて目的とする。
本発明の一態様は、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との表面に接する有機半導体層が形成された基板上において、前記有機半導体層を覆って、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層を形成する工程と、前記第1絶縁体層を覆って第2絶縁体層を形成する工程と、前記第2絶縁体層の表面の少なくとも一部に、めっき下地膜を形成する工程と、前記めっき下地膜の表面に無電解めっき用触媒である金属を析出させた後に、無電解めっきにより前記めっき下地膜の表面にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記めっき下地膜を形成する工程は、前記めっき下地膜の形成材料である液状物を前記第2絶縁体層の表面に塗布して行い、前記第2絶縁体層は、前記第1絶縁体層よりも前記液状物に対し高い親液性を有するトランジスタの製造方法である。
また、本発明の一態様は、ソース電極およびドレイン電極が形成された基板と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の表面に接する半導体層と、前記半導体層を覆って設けられた第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層を覆って設けられた第2絶縁体層と、前記第2絶縁体層の表面の少なくとも一部に設けられためっき下地膜と、前記めっき下地膜の表面に設けられたゲート電極と、を有し、前記第1絶縁体層は、フッ素含有樹脂を形成材料とし、前記第2絶縁体層は、前記第1絶縁体層よりも有機溶媒に対し高い親液性を有するトランジスタである。
本発明の態様によれば、伝達特性においてヒステリシスが生じにくく、動作挙動が安定したトランジスタを製造することが可能なトランジスタの製造方法を提供することができる。また、動作挙動が安定したトランジスタを提供することができる。
以下、図1〜図10を参照しながら、本実施形態に係るトランジスタの製造方法および本実施形態に係るトランジスタについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図1は、本実施形態のトランジスタの製造方法で製造するトランジスタ、および本実施形態のトランジスタを示す説明図である。
図1(a)はトランジスタ1の概略断面図である。本実施形態のトランジスタ1は、いわゆるトップゲート・ボトムコンタクト型のトランジスタである。以下の説明では、半導体層の形成材料として有機半導体を用いた有機トランジスタについて説明するが、本発明は、半導体層の形成材料として無機半導体を用いた無機トランジスタについても適用可能である。
トランジスタ1は、基板2と、下地膜(めっき下地膜)3と、無電解めっき用の触媒5と、ソース電極6と、ドレイン電極7と、有機半導体層(半導体層)9と、第1絶縁体層10と、第2絶縁体層11と、下地膜(めっき下地膜)12と、無電解めっき用の触媒14と、ゲート電極15と、を有している。
基板2は、光透過性を有するもの及び光透過性を有しないもののいずれも用いることができる。例えば、ガラス、石英ガラス、窒化ケイ素などの無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)やPBT(ポリブチレンテレフタレート)などのポリエステル樹脂などの有機高分子(樹脂)などを用いることができる。
下地膜3は、基板2の一主面の全面を覆って形成されている。下地膜3は、ソース下地膜およびドレイン下地膜であり、ソース下地膜およびドレイン下地膜が連続する膜として形成されている。また、下地膜3の表面の一部には、触媒(無電解めっき用触媒)5が選択的に設けられている。触媒5は、無電解めっき用のめっき液に含まれる金属イオンを還元する触媒であり、銀や金属パラジウム等の金属が挙げられる。中でも金属パラジウムが好適に用いられる。
下地膜3は、上述の触媒5である金属と結合を形成可能な膜であり、その金属と結合可能な基を有するシランカップリング剤を形成材料としている。下地膜3は、このようなシランカップリング剤を含む液状物を、基板2の一主面に塗布して形成される。
下地膜3の形成材料である「シランカップリング剤」は、触媒5である金属と結合可能な基と、基板2に結合可能な基と、がケイ素原子に結合している化合物である。上述の基板2の材料は、無電解めっきの結果として形成される金属製のめっき皮膜と金属結合を形成しないが、このような下地膜3を形成することで、下地膜3を介して基板2の表面に金属製のめっき被膜を形成することができる。
ここで、「金属と結合可能な基」とは、触媒5である金属またはその金属のイオンと、例えばイオン結合や配位結合を形成可能な基を指す。このような基としては、例えば窒素原子や硫黄原子を有する基が挙げられる。窒素原子を有する基としては、アミノ基、ウレア基、窒素原子を含む複素環化合物に結合する水素原子を1つ以上取り去って得られる基、などを例示することができる。また、硫黄原子を有する基としては、チオール基(またはメルカプト基)、チオカルボニル基、チオウレア基、硫黄原子を含む複素環化合物に結合する水素原子を1つ以上取り去って得られる基、などを例示することができる。窒素原子や硫黄原子を含む複素環化合物としては、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピリミジン、チオフェンのような単環式の複素環芳香族化合物や、インドール、ベンゾチオフェンのような多環式の複素環芳香族化合物や、これらの芳香族化合物が有する芳香環における2以上の炭素原子が水素化され芳香属性を有さない複素環化合物が挙げられる。
また、「基板2に結合可能な基」としては、ヒドロキシ基や、炭素数1から6のアルコキシ基が挙げられる。
このような下地膜3の形成材料として用いることが可能な化合物として、具体的には、N−シクロヘキシルアミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)エチレンジアミン、1−(3−(トリメトキシシリルプロピル))ウレア、ビス(3−(トリメトキシシリルプロピル))ウレア、2,2−ジメトキシ−1,6−ジアザ−2−シラシクロオクタン、N−(3−(トリメトキシシリルプロピル))−4,5−ジヒドロイミダゾール、ビス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)チオウレア、3−トリメトキシシリルプロパンチオール、トリメトキシシリルプロピル基で修飾されたポリエチレンイミンなどを例示することができる。
中でも、シランカップリング剤としては、アミノ基を有するものが好ましく、−NH2で表される基を有する1級アミン、または−NH−で表される基を有する2級アミンであるとより好ましい。以下の説明においては、下地膜3は、1級アミンであるシランカップリング剤を用いて形成されているものとして説明する。
なお、図では、下地膜3が基板2の上面全面に形成されているものとしているが、触媒5が設けられる位置にのみ選択的に下地膜3を形成することとしても構わない。その場合、基板2の上面に、下地膜3の形成材料であるシランカップリング剤を通常知られた方法を用いて選択的に塗布することで、選択的に下地膜3を形成することができる。また、基板2の上面において、まず、下地膜3を形成する領域よりも広い領域にシランカップリング剤を塗布し、次いで、下地膜3を形成する領域からはみ出た部分に形成された膜に紫外線を照射することでシランカップリング剤を分解して除去し、選択的に下地膜3を形成することとしても構わない。
ソース電極6およびドレイン電極7は、触媒5の表面に形成された金属電極である。ソース電極6およびドレイン電極7は、チャネル長に対応する間隔で互いに離れて形成されている。ソース電極6は、第1電極61と、第1電極61の表面を覆う第2電極62とを有している。同様に、ドレイン電極7は、第3電極71と、第3電極71の表面を覆う第4電極72とを有している。
第1電極61及び第3電極71は、無電解めっきにより触媒5の表面に析出した金属で形成されている。第1電極61及び第3電極71の材料としては、ニッケル−リン(NiP)や、銅(Cu)が挙げられる。第1電極61及び第3電極71は、それぞれ同じ材料で形成されてよいし、異なる材料で形成されてもよい。本実施形態においては、第1電極61及び第3電極71の形成材料として、ニッケル−リン(仕事関数:5.5eV)を用いることとして説明する。
第2電極62は、第1電極61の触媒5に接しない表面全面を覆って形成された金属めっき層である。すなわち、第2電極62は、第1電極61の上面、および第1電極61の互いに対向する側面(対向する面)を覆って設けられている。第4電極72は、第3電極71の触媒5に接しない表面全面を覆って形成された金属めっき層である。すなわち、第4電極72は、第3電極71の上面、および第3電極71の互いに対向する側面(対向する面)を覆って設けられている。第2電極62が第1電極61を覆うことによって第1電極61の経時的な腐食を抑制し、且つ第4電極72が第3電極71を覆うことによって第3電極71の経時的な腐食を抑制し、トランジスタ1の性能を安定して維持することができる。
第2電極62及び第4電極72の形成材料としては、後述する半導体層9の形成材料のHOMO/LUMO準位との関係で、電子移動(または正孔移動)が容易な仕事関数を持つ金属材料を用いる。第2電極62及び第4電極72は、それぞれ同じ材料で形成されてよいし、異なる材料で形成されてもよい。本実施形態においては、第2電極62及び第4電極72の形成材料として、金(仕事関数:5.4eV)を用いることとして説明する。
半導体層9は、ソース電極6およびドレイン電極7の間において下地膜3の表面に設けられ、ソース電極6とドレイン電極7とに接して形成されている。詳しくは、半導体層9は、ソース電極6およびドレイン電極7の互いに対向する側面に接して設けられている。
また、半導体層9は、ソース電極6およびドレイン電極7の上面の一部を覆って設けられている。半導体層9は、第2電極62及び第4電極72と接している。
また、半導体層9は、ソース電極6およびドレイン電極7の上面の一部を覆って設けられている。半導体層9は、第2電極62及び第4電極72と接している。
半導体層9の形成材料としては、通常知られた有機半導体材料を用いることができる。
例えば、銅フタロシアニン(CuPc)、ペンタセン、ルブレン、テトラセン、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))のようなp型半導体や、C60のようなフラーレン類、PTCDI−C8H(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide)のようなペリレン誘導体などのn型半導体を用いることができる。中でも、TIPSペンタセン(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene)のような可溶性ペンタセンや、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))などの有機半導体ポリマーは、トルエンのような有機溶媒に可溶であり、湿式工程で半導体層9を形成可能であるため好ましい。本実施形態においては、半導体層9の形成材料として、p型半導体であるTIPSペンタセン(HOMO準位:5.2eV)を用いることとして説明する。
また、半導体層9の形成材料としては、有機半導体材料に限らず、通常知られた無機半導体材料を用いることも可能である。
例えば、銅フタロシアニン(CuPc)、ペンタセン、ルブレン、テトラセン、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))のようなp型半導体や、C60のようなフラーレン類、PTCDI−C8H(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide)のようなペリレン誘導体などのn型半導体を用いることができる。中でも、TIPSペンタセン(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene)のような可溶性ペンタセンや、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))などの有機半導体ポリマーは、トルエンのような有機溶媒に可溶であり、湿式工程で半導体層9を形成可能であるため好ましい。本実施形態においては、半導体層9の形成材料として、p型半導体であるTIPSペンタセン(HOMO準位:5.2eV)を用いることとして説明する。
また、半導体層9の形成材料としては、有機半導体材料に限らず、通常知られた無機半導体材料を用いることも可能である。
上述したように、第1電極61及び第3電極71の形成材料であるニッケル−リンは、仕事関数が5.5eVであり、第2電極62及び第4電極72の形成材料である金は、仕事関数が5.4eVであり、半導体層9の形成材料であるTIPSペンタセンは、HOMO準位が5.2eVである。すなわち、ソース電極6およびドレイン電極7の表面は、第1電極61及び第3電極71よりも半導体層9の形成材料との間で電子移動が容易な(半導体層9のHOMOとのエネルギー準位差が小さい)仕事関数を持つ金属材料を用いて第2電極62及び第4電極72が形成されている。そのため、半導体層9とソース電極6およびドレイン電極7との間でショットキー抵抗が低減され、駆動時に良好に電子移動させることができる。
第1絶縁体層10は、半導体層9の表面を覆って設けられている。詳しくは、第1絶縁体層10は、半導体層9の上面および側面を覆い、ソース電極6およびドレイン電極7に接して設けられている。半導体層9は、第1絶縁体層10、ソース電極6、ドレイン電極7および下地膜3に周囲全面を覆われている。
第1絶縁体層10は、絶縁性を有し、ソース電極6およびドレイン電極7と、ゲート電極15とを電気的に絶縁することが可能であり、且つ極性基を含まない樹脂材料を形成材料とする。第1絶縁体層10の形成材料は、フッ素含有樹脂にできる。また、用いるフッ素含有樹脂は、非晶質であると、可視光領域の光に対して高い光透過性を有するため好ましい。このようなフッ素含有樹脂としては、パーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)の環化重合体を例示することができる。第1絶縁体層10の形成材料としては、例えば、CYTOP(旭硝子社製)やEGC(3M社製)などを用いることができる。以下の説明においては、第1絶縁体層10は、光透過性を有するフッ素含有樹脂を用いて形成されているものとして説明する。
第2絶縁体層11は、第1絶縁体層10の表面を覆って設けられている。詳しくは、第2絶縁体層11は、第1絶縁体層10の上面および側面を覆い、ソース電極6およびドレイン電極7に接して設けられている。
第2絶縁体層11は、絶縁性を有し、ソース電極6およびドレイン電極7と、ゲート電極15とを電気的に絶縁することが可能である硬化性の樹脂材料を形成材料としている。
中でも、製造や微細な加工が容易であることから、光硬化型樹脂材料を形成材料とすることができる。例えば、第2絶縁体層11の形成材料として、紫外線硬化型のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。以下の説明においては、第2絶縁体層11は、紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成されているものとして説明する。
中でも、製造や微細な加工が容易であることから、光硬化型樹脂材料を形成材料とすることができる。例えば、第2絶縁体層11の形成材料として、紫外線硬化型のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。以下の説明においては、第2絶縁体層11は、紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成されているものとして説明する。
第1絶縁体層10と第2絶縁体層11との合計の膜厚は、ソース電極6およびドレイン電極7と、ゲート電極15との短絡を抑制することが可能な値を設定する。例えば、第1絶縁体層10と第2絶縁体層11との合計の膜厚が数百nm程度となると、リーク電流を抑制することができる。
下地膜12は、第2絶縁体層11の上面全面に形成されている。下地膜12は、ゲート電極15を形成するために用いられる。下地膜12の表面の一部には、触媒(無電解めっき用触媒)14が選択的に設けられている。触媒14の形成材料としては、上述の触媒5と同様のものを用いることができる。
下地膜12の形成材料としては、上述の下地膜3と同様のものを用いることができるが、下地膜3と下地膜12との形成材料を異ならせてもよい。以下の説明においては、下地膜12は、下地膜3と同じ1級アミンであるシランカップリング剤を用いて形成されているものとして説明する。
なお、図では、下地膜12が第2絶縁体層11の上面全面に形成されているものとしているが、触媒14が設けられる位置にのみ選択的に下地膜12を形成することとしても構わない。
ゲート電極15は、下地膜12上の触媒14の表面に形成された金属電極である。ゲート電極15は、後述するように無電解めっきにより触媒14の表面に析出した金属で形成されている。ゲート電極15の材料としては、ニッケル−リン(NiP)や、銅(Cu)が挙げられる。
本実施形態のトランジスタ1は、以上のような構成を有している。
本実施形態のトランジスタ1は、以上のような構成を有している。
図1(b)は、トランジスタ1の効果を説明する部分拡大図である。
本実施形態のトランジスタ1においては、半導体層9のチャネル領域ARが第1絶縁体層10側に形成される。ここで、第1絶縁体層10の形成材料として、カルボニル基やアミノ基水酸基のような極性基を含む樹脂材料を用いた場合、これらの極性基がチャネル領域ARを矢印Aで示すように流れる電子を引き寄せ、電子の流れを妨げる「キャリアトラップ」と呼ばれる現象が起きやすい。キャリアトラップが生じると、トランジスタの挙動が安定せず、例えば素子特性にヒステリシスを生じるというような不具合を生じやすい。
本実施形態のトランジスタ1においては、半導体層9のチャネル領域ARが第1絶縁体層10側に形成される。ここで、第1絶縁体層10の形成材料として、カルボニル基やアミノ基水酸基のような極性基を含む樹脂材料を用いた場合、これらの極性基がチャネル領域ARを矢印Aで示すように流れる電子を引き寄せ、電子の流れを妨げる「キャリアトラップ」と呼ばれる現象が起きやすい。キャリアトラップが生じると、トランジスタの挙動が安定せず、例えば素子特性にヒステリシスを生じるというような不具合を生じやすい。
対して、本実施形態のトランジスタ1では、半導体層9と接する第1絶縁体層10の形成材料として、極性基を含まない樹脂材料であるフッ素含有樹脂を形成材料としている。
そのため、上述のキャリアトラップが生じにくく、挙動が安定した高品質のトランジスタとすることができる。
そのため、上述のキャリアトラップが生じにくく、挙動が安定した高品質のトランジスタとすることができる。
また、トランジスタ1では、無電解めっきによって形成されたソース電極6、ドレイン電極7、ゲート電極15が、シランカップリング剤を形成材料とする下地膜3,12(ゲート下地膜、ソース下地膜、ドレイン下地膜)の上に形成されている。例えば、凹凸形状を有している領域にこれらの電極を形成する場合、下地の凹凸を反映して各電極には凹凸形状が付される。すると、絶縁体層を介して積層された電極間の距離が一定せず、ゲート電極とソース電極またはゲート電極とドレイン電極の距離が近づいた位置において絶縁が破れ、リーク電流が発生する可能性がある。また、下地が凹凸形状を有すると、ゲート電極と平面的に重なる半導体層のチャネル領域ARにも凹凸形状が付与され、チャネル領域においてキャリアの移動距離が長くなり、性能が低下する可能性がある。
しかし、本実施形態のトランジスタ1では、下地膜3,12がシランカップリング剤を形成材料としており、基板表面を粗化したりフィラー成分を含む下地膜を用いたりしないので平滑な膜となっている。そのため、下地膜3,12を形成することによっては凹凸形状が形成されず、凹凸形状に起因する不具合が生じないため、高性能なトランジスタとなる。
以下、図2〜10を用いて、上述のトランジスタ1の製造方法について説明する。
まず、図2(a)に示すように、基板2の表面に、上述のシランカップリング剤を必要に応じて有機溶媒で希釈した液状物を塗布し、塗膜3Aを形成する。塗布の方法としては、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、ロールコート、刷毛塗り、フレキソ印刷やスクリーン印刷といった印刷法などの通常知られた方法を例示することができる。
ここでは、シランカップリング剤として、1級アミンである3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いることとして説明する。
ここでは、シランカップリング剤として、1級アミンである3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いることとして説明する。
有機溶媒としては、シランカップリング剤を溶解可能であれば種々のものを用いることができ、中でも極性溶媒を好適に用いることができる。使用可能な溶媒として、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール、IPA)などのアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)のようなエーテル類、トルエンのような芳香族炭化水素、アセトニトリルのようなニトリル類、酢酸エステルのようなエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類を挙げることができる。
次いで、図2(b)に示すように、熱処理により有機溶媒を揮発させて除去し、下地膜3を形成する。このように形成された下地膜3は、極めて薄い膜厚のシランカップリング剤層となるため、光散乱が生じにくく透明な皮膜となる。そのため、例えば本実施形態の製造方法で製造するトランジスタが光透過性を有する基板上に設けられる場合、下地膜3を基板2の表面全面に成膜しても基板2と下地膜3とを合わせた全体として光透過性を維持することができ、成膜が容易である。
次いで、図3(a)に示すように、下地膜3上にレジスト材料を塗布し、これをプリベークすることでパターニングされていないレジスト層4Aを形成する。レジスト材料としては、ここではポジ型フォトレジストを用いる。
その後、金属電極を形成する領域に対応する位置に開口部M1aを備え、金属電極を形成しない領域に遮光部M1bを備えたマスクM1を介し、レジスト層4Aに紫外線Lを照射して、レジスト層4Aを露光する。
次いで、図3(b)に示すように、紫外線が照射されたレジスト層を溶解する現像液で現像することにより、開口部4aが設けられたレジスト層4を形成する。
次いで、図3(c)に示すように、レジスト層4に形成された開口部4aに露出している下地膜3の表面に、無電解めっきに用いる触媒5を析出させる。具体的には、2価パラジウム塩のコロイド溶液を接触させることで、下地膜3に触媒5である金属を析出させる。
一般的な樹脂の無電解めっき工程は、洗浄→エッチング→触媒付与→無電解めっきで示される。ここで、「触媒付与」は、無電解めっきの反応開始剤(触媒)となるパラジウム(Pd)などの金属を、めっきを施す領域の表面に付着させる工程である。通常は、2価パラジウム塩と2価スズ(Sn)塩とのコロイド溶液を基板に接触させてパラジウムを付着させ、その後アクセレーターと呼ばれる酸またはアルカリ溶液に浸漬することで、パラジウムを0価に還元して活性化する工程を含む。
これに対し、本実施形態のように、下地膜の形成材料であるシランカップリング剤が1級アミンまたは2級アミンであると、上述したアクセレーターを用いた還元処理が不要となることが、発明者らによって確認されている(後述)。そのため、シランカップリング剤として1級アミンまたは2級アミンを用いると、無電解めっきの操作が簡略化される。
本実施形態においては、下地膜3の形成材料として1級アミンである3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いるため、還元処理が不要となり、操作が簡略化される。
本実施形態においては、下地膜3の形成材料として1級アミンである3−アミノプロピルトリエトキシシランを用いるため、還元処理が不要となり、操作が簡略化される。
なお、シランカップリング剤が3級アミン、または他の「金属と結合可能な基」を有するケイ素化合物である場合には、2価パラジウム塩のコロイド溶液を塗布した後、上述したアクセレーターを用いる通常の処理(活性化する工程)を行うことで、下地膜3に無電解めっき用の触媒5を捕捉させることができる。
次いで、図4(a)に示すように、触媒5に無電解めっき液を接触させることにより、触媒5の表面で無電解めっき液に溶解する金属イオンを還元して析出させ、開口部4a内に選択的にニッケル−リンを形成材料とする第1電極61及び第3電極71を形成する。
シランカップリング剤が1級アミンまたは2級アミンである場合、アクセレーターを用いた活性化を行うことなく無電解めっき液に浸漬することで、触媒5の表面がめっきされる。このことから、下地膜3の表面には、金属パラジウムが捕捉されていることを間接的に確認することができる。
シランカップリング剤が1級アミンまたは2級アミンである場合、アクセレーターを用いた活性化を行うことなく無電解めっき液に浸漬することで、触媒5の表面がめっきされる。このことから、下地膜3の表面には、金属パラジウムが捕捉されていることを間接的に確認することができる。
次いで、図4(b)に示すように、残存するレジスト層の全面に紫外線を露光した後に、通常知られた現像液でレジスト層を除去する。このようにして、第1電極61及び第3電極71を形成する。
次いで、図4(c)に示すように、全体を置換金めっき浴に浸漬させることで、第1電極61及び第3電極71の表面に金を置換析出させる。更に、還元金めっき浴に浸漬させることにより、第1電極61の表面に金を形成材料とする第2電極62を形成し、第3電極71の表面に金を形成材料とする第4電極72を形成する。このようにして、ソース電極6およびドレイン電極7を形成する。
次いで、図5(a)に示すように、下地膜3、ソース電極6およびドレイン電極7上にレジスト材料を塗布し、これをプリベークすることでパターニングされていないレジスト層8Aを形成する。レジスト材料としては、ここではポジ型フォトレジストを用いる。
その後、半導体層を形成する領域に対応する位置に開口部M2aを備え、半導体層を形成しない領域に遮光部M2bを備えたマスクM2を介し、レジスト層8Aに紫外線Lを照射して、レジスト層8Aを露光する。
次いで、図5(b)に示すように、紫外線が照射されたレジスト層を溶解する現像液で現像することにより、開口部8aが設けられたレジスト層8を形成する。開口部8aには、ソース電極6の一部、ドレイン電極7の一部およびソース電極6とドレイン電極7との間の下地膜3が露出している。
次いで、図6(a)に示すように、開口部8aの内部およびレジスト層8の上面に、TIPSペンタセンのような有機溶媒に可溶なペンタセンや、P3HTなどの有機半導体ポリマーをトルエンなどの有機溶媒に溶解させた溶液を、開口部8aを覆ってソース電極6およびドレイン電極7の間に塗布する。その後、加熱し溶媒を気化させて乾燥させることにより、半導体材料の層9Aを形成する。
次いで、図6(b)に示すように、レジスト層8の全面に紫外線を照射し露光した後、現像液でレジスト層を除去する。これにより、レジスト層8の除去と共にレジスト層8上の余剰の半導体材料を除去し、半導体層9を形成する。
なお、ここでは、湿式法により半導体層9を形成することとしたが、昇華法、転写法などの方法を用いることもできる。
なお、ここでは、湿式法により半導体層9を形成することとしたが、昇華法、転写法などの方法を用いることもできる。
次いで、図7(a)に示すように、フッ素含有樹脂のモノマーやオリゴマーをフッ素含有溶媒に溶解した溶液10Sを半導体層9上に塗布して、上記モノマーやオリゴマーの塗膜10Aを形成する。溶液10Sは、形成される塗膜10Aが、半導体層9の上面および側面を十分に覆うことが可能な量を塗布するとよい。
フッ素含有樹脂のモノマーとしては、パーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)を例示することができる。
フッ素含有溶媒としては、デカフルオロメトキシトリフルオロメチルペンタンや、パーフルオロトリブチルアミンのようなパーフルオロ溶媒を例示することができる。
フッ素含有溶媒としては、デカフルオロメトキシトリフルオロメチルペンタンや、パーフルオロトリブチルアミンのようなパーフルオロ溶媒を例示することができる。
溶液10Sの溶媒として用いるフッ素含有溶媒は、半導体層9の形成材料である有機半導体材料を溶解しにくいため、溶液10Sを塗布した際に半導体層9が溶け出すことがなく、半導体層9の劣化を抑制することができる。
次いで、図7(b)に示すように、加熱し塗膜10Aから溶媒を除去することにより、塗膜10Aに含まれるモノマーやオリゴマーを重合させ、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層10を形成する。このとき、図中符号αで示すように、第1絶縁体層10が半導体層9の上面のみならず側面も覆っているため、第1絶縁体層10が半導体層9の保護膜として機能し、後段の工程における半導体層9の被毒や劣化を抑制可能である。
次いで、図8(a)に示すように、第1絶縁体層10の表面に対し、大気圧酸素プラズマや紫外線−オゾン洗浄を施す。これにより、第1絶縁体層10の表面を洗浄するとともに、第1絶縁体層10の表面に水酸基を形成し、第1絶縁体層10の表面の極性を向上させる。
次いで、図8(b)に示すように、第1絶縁体層10、ソース電極6およびドレイン電極7を覆って基板2の上面全面に、第2絶縁体層11の形成材料である紫外線硬化型エポキシ樹脂のモノマーを含む溶液を塗布し、塗膜11Aを成膜する。その後、第2絶縁体層を形成する領域に対応する位置に開口部M3aを備え、第2絶縁体層を形成しない領域に遮光部M3bを備えたマスクM3を介し、塗膜11Aに紫外線Lを照射して、塗膜11Aを露光する。この時、紫外線照射による硬化反応を促進させるため、熱処理を加えることとしてもよい。
次いで、図8(c)に示すように、紫外線硬化型エポキシ樹脂のモノマーを溶解する現像液で現像することにより、第2絶縁体層11を形成する。
第1絶縁体層10と第2絶縁体層11との合計膜厚は、各層の形成材料を含む溶液の濃度や塗布条件を制御することにより適宜変更可能である。上述の第1絶縁体層10と第2絶縁体層11とを形成する工程においては、ソース電極6およびドレイン電極7と、上層に形成するゲート電極との間のリークを抑制するため、第1絶縁体層10と第2絶縁体層11との合計膜厚が数百nm程度の厚さとなるように厚塗りする。
次いで、図9(a)に示すように、第2絶縁体層11の上面全面に、上述のシランカップリング剤を必要に応じて有機溶媒で希釈した液状物12Sを塗布し、塗膜12Aを形成する。
シランカップリング剤および有機溶媒としては、上述した下地膜3の形成で例示したものと同様のものを用いることができる。
シランカップリング剤および有機溶媒としては、上述した下地膜3の形成で例示したものと同様のものを用いることができる。
この際、液状物が塗布される表面は、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層10ではなく、紫外線硬化型エポキシ樹脂を形成材料とする第2絶縁体層11となっている。第2絶縁体層11の形成材料は、第1絶縁体層10の形成材料よりも上記液状物に対して高い親液性を有するため、液状物を第1絶縁体層10上に直接塗布する場合と比べ、塗布した液状物が好適に濡れ広がり、良好に塗膜12Aを形成することができる。
なお、第2絶縁体層11の形成材料の選択時において、「第1絶縁体層10の形成材料よりも上記液状物に対して高い親液性」であることは、例えば上記液状物を用いて接触角を測定することで判断することができる。具体的には、表面が第1絶縁体層10と同じ形成材料である試験片と、表面が第2絶縁体層11と同じ形成材料である試験片と、を用意し、各試験片における上記液状物の接触角の大小関係を比較することで、相対的な親液性を判断することができる。なお、接触角が小さいと親液性が高く、接触角が大きいと親液性が低いといえる。
次いで、図9(b)に示すように、塗膜12Aを熱処理し有機溶媒を揮発させて除去することで、下地膜12を形成する。
次いで、図10(a)に示すように、下地膜3、ソース電極6、ドレイン電極7、第2絶縁体層11および下地膜12を覆ってレジスト材料を塗布し、そのレジスト材料をプリベークすることでパターニングされていないレジスト層13Aを形成する。レジスト材料としては、ここではポジ型フォトレジストを用いる。
その後、ゲート電極を形成する領域に対応する位置に開口部M4aを備え、ゲート電極を形成しない領域に遮光部M4bを備えたマスクM4を介し、レジスト層13Aに紫外線Lを照射して、レジスト層13Aを露光する。
次いで、図10(b)に示すように、紫外線が照射されたレジスト層を溶解する現像液で現像することにより、開口部13aが設けられたレジスト層13を形成する。
次いで、図10(c)に示すように、開口部13aに露出している下地膜12に、2価パラジウム塩のコロイド溶液を接触させることで、下地膜12の表面に無電解めっきに用いる触媒14を析出させる。その後、触媒14に無電解めっき液を接触させることにより、触媒14の表面で無電解めっき液に溶解する金属イオンを還元して析出させ、開口部13a内に選択的にニッケル−リンを形成材料とするゲート電極15を形成する。
次いで、図10(d)に示すように、残存するレジスト層の全面に紫外線を露光した後に、通常知られた現像液でレジスト層を除去する。
このようにして、本実施形態のトランジスタ1を製造することができる。
このようにして、本実施形態のトランジスタ1を製造することができる。
以上のような構成のトランジスタの製造方法によれば、シランカップリング剤を含む液状物を塗布して下地膜12を形成する際、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層10の表面に、予め第1絶縁体層10よりも上記液状物に対して高い親液性を有する第2絶縁体層11を形成することとしている。そのため、液状物が第2絶縁体層11上で好適に濡れ広がり、良好に下地膜12を形成し、配線構造を形成することができる。
また、下地膜3,12はシランカップリング剤を形成材料としており、平滑な膜となっている。そのため、下地膜の凹凸形状に起因する不具合が生じず、高性能なトランジスタを容易に製造することができる。
なお、本実施形態においては、下地膜3,12の形成材料として、シランカップリング剤を用いることとしたが、これに限らない。下地膜3,12としては、樹脂膜と、樹脂膜に分散したフィラーとを含む構成とすることもできる。このような下地膜においては、フィラーとして微粉末シリカやアルミナ粒子を用いることができる。
このような下地膜においては、下地膜の表面にフィラーに起因する微細な凹凸形状が形成される。無電解めっき用の金属触媒は、凹凸部分に析出して付着する。
トランジスタ1に光透過性を付与する場合、樹脂膜の形成材料として光透過性を有する樹脂材料を選択する。また、フィラーとしては、平均粒径が100nm以下の粒子を用いるとよい。平均粒径が100nm以下であれば、粒状、棒状、羽毛状などの形状を採用することができる。
ここで「平均粒径」とは、動的光散乱法など公知の方法を測定原理として、体積平均粒径、面積平均粒径、累積中位径(Median径)などを採用して求めることができる値である。また、フィラーが、棒状や羽毛状など異形の形状を有する場合には、一粒子のなかでの最大径(長手方向の大きさ)が上述の平均粒径であり、一粒子において短手方向の大きさは上述の平均粒径よりも小さい値を示す。
また、本実施形態においては、ソース電極6およびドレイン電極7を無電解めっきで形成することとしたが、これに限らない。ソース電極6およびドレイン電極7としては、例えば、基板2の表面に形成されたアルミニウムなどの金属膜をエッチングすることにより形成した金属配線や、印刷技術により導電性材料を電極の形状に塗布して形成した電極を用いることとしてもよい。
また、本実施形態においては、紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いて第2絶縁体層11を形成することとしたが、これに限らない。例えば、第2絶縁体層11の形成材料として、熱硬化型樹脂を用い、印刷法を用いてその熱硬化型樹脂のモノマーやオリゴマーをパターニング成膜することで第2絶縁体層11を形成することとしてもよい。第2絶縁体層11としては、絶縁性を有し塗布可能な材料であれば用いることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、基板として非金属材料を用いることができる。非金属材料であるPET基板を用いて、その基板上に下地膜を形成しためっき用部材を複数用意し、複数のめっき用部材を搬送しながら搬送過程において上述の製造方法を用いてトランジスタを製造することで、PET基板上に高性能のトランジスタを形成することができる。
さらに、基板として可撓性を有する長尺のPETフィルムを用い、そのフィルム上に下地膜を形成しためっき用部材をロール状に巻き取っておき、そのめっき用部材を巻出しながら搬送し、上述の製造方法を用いて連続的にトランジスタを形成した後に、製造されるトランジスタをロール状に巻き取る、所謂ロールトゥロール工程においてPETフィルム上にトランジスタを形成することができる。
[実施例]
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(ソース電極およびドレイン電極の作製)
本実施例においては、アミン系シランカップリング剤である3−アミノプロピルトリエトキシシラン(KBE903、信越シリコーン社製)を、0.2質量%となるようにメチルイソブチルケトン(以下、MIBKと称することがある)に溶解して液状物を調製し、下地膜の形成に用いた。
(ソース電極およびドレイン電極の作製)
本実施例においては、アミン系シランカップリング剤である3−アミノプロピルトリエトキシシラン(KBE903、信越シリコーン社製)を、0.2質量%となるようにメチルイソブチルケトン(以下、MIBKと称することがある)に溶解して液状物を調製し、下地膜の形成に用いた。
PET基板(型番:A−4100(コートなし)、東洋紡績株式会社製)の表面を大気圧酸素プラズマにより洗浄した後、上記液状物をディップコートにてPET基板上に塗布した。ディップコートの引き上げ速度は1mm/秒とした。その後、105℃で15分間加熱して下地膜を形成した。
次いで、下地膜を形成したPET基板に、ヘキサメチルジシラザン(12058−1A、関東化学社製)をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)にて塗布した。その後、105℃で10分間加熱して、保護層を形成した。
次に、基板の保護層を形成したPET基板に対し、レジスト材料(SUMIRESIST PFI−34A6、住友化学株式会社製)をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)し、105℃にて5分間加熱(プリベーク)することにより、レジスト層を形成した。
次いで、フォトマスクを介して、29mW/cm2の強度の紫外線を2秒間露光し、105℃で15分間加熱(ポストベーク)した後に、2.38%TMAH溶液に2分間浸漬することにより、レジスト層にマスクパターンを現像し開口部を形成した。
以下の工程においても、レジスト材料の塗布条件、露光条件、現像条件は、上述の条件を採用した。
次いで、レジスト層開口部が形成された基板について、室温にて30秒間、超音波水洗を行った後に、無電解めっき用の触媒コロイド溶液(メルプレート アクチベーター7331、メルテックス社製)に、室温にて60秒間浸漬し、レジスト層の開口部に露出している下地膜に触媒を付着させた。
次いで、表面を水洗した後に、無電解めっき液(メルプレート NI−867、メルテックス社製)に、73℃にて60秒間浸漬し、レジスト層の開口部に付着している触媒上にニッケル−リン(NiP)を析出させてニッケル−リンめっきを行った。
次いで、表面を水洗した後に乾燥させ、残存するレジスト層を含む全面に、29mW/cm2の強度の紫外線を1分間露光した後、エタノールに1分間浸漬することでレジスト層を除去した。
次いで、表面を水洗した後、置換金めっき浴に1分間浸漬させ、更に還元めっき浴に3分間浸漬させることで、無電解金めっきを行い、ニッケル−リン電極の表面を金で被覆してソース電極およびドレイン電極を作製した。
図11は、ソース電極およびドレイン電極の写真である。図11(a)は、ソース電極およびドレイン電極を作成した基板の全体写真であり、図11(b)はソース電極およびドレイン電極の光学顕微鏡による拡大写真である。
観察の結果、設定通りのチャネル長を有するソース電極およびドレイン電極が形成されていることを確認した。また、凹凸の少ない平坦なソース電極およびドレイン電極が形成されていることを確認した。
(有機半導体層の作製)
上述の条件でレジスト材料を成膜し、露光、現像することで、ソース電極およびドレイン電極の間のチャネル領域が露出するように開口部を有するレジスト層を形成した。窒素雰囲気下、TIPSペンタセン(シグマアルドリッチ製)の2質量%トルエン溶液をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)し、自然乾燥させることで半導体材料の層を形成した。用いたTIPSペンタセン/トルエン溶液の調整も、窒素雰囲気下で行った。
上述の条件でレジスト材料を成膜し、露光、現像することで、ソース電極およびドレイン電極の間のチャネル領域が露出するように開口部を有するレジスト層を形成した。窒素雰囲気下、TIPSペンタセン(シグマアルドリッチ製)の2質量%トルエン溶液をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)し、自然乾燥させることで半導体材料の層を形成した。用いたTIPSペンタセン/トルエン溶液の調整も、窒素雰囲気下で行った。
次いで、基板全面に29mW/cm2の強度の紫外線を1分間露光した後、50g/L濃度のNaOH水溶液に浸漬させてレジスト層を除去した。
次いで、表面を水洗し乾燥させることで、ソース電極およびドレイン電極の表面に接する有機半導体層をパターニング成膜した。
図12は、表面に有機半導体層を形成したソース電極およびドレイン電極の拡大写真である。図12(a)は全体写真、図12(b)は光学顕微鏡による拡大写真であり、図11に対応する写真である。
観察の結果、ソース電極およびドレイン電極の間にTIPSペンタセンの結晶が形成されていることを確認した。
(第1絶縁体層、第2絶縁体層の作製)
上述の有機半導体層の上に、フッ素含有樹脂の形成材料である0.9質量%CYTOP溶液(CYTOP:CTX−109A、溶媒:CT−Solv.100E、旭硝子社製)をドロップキャストした。次いで、105℃で30分間加熱して溶媒を揮発させ、第1絶縁体層を形成した。第1絶縁体層の厚みは1μmであった。
上述の有機半導体層の上に、フッ素含有樹脂の形成材料である0.9質量%CYTOP溶液(CYTOP:CTX−109A、溶媒:CT−Solv.100E、旭硝子社製)をドロップキャストした。次いで、105℃で30分間加熱して溶媒を揮発させ、第1絶縁体層を形成した。第1絶縁体層の厚みは1μmであった。
次いで、大気圧酸素プラズマを用いて第1絶縁体層の表面を10秒間処理し、第1絶縁体層の表面を改質した。
次いで、エポキシ樹脂ベースの紫外線硬化型樹脂であるSU−8(日本化薬社製)の20質量%にディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)し、105℃で10分間加熱(プリベーク)して紫外線硬化型樹脂の塗膜を形成した。
次いで、平面視で第1絶縁体層を含む領域に開口部を有するマスクを介して、基板全面に29mW/cm2の強度の紫外線を5秒間照射した。
硬化促進のため105℃で30分熱処理(ポストベーク)した後、PEGMEA現像液に浸漬させ、紫外線硬化型樹脂をパターニング成膜した。パターニング成膜した後、105℃で20分熱処理を行い、第2絶縁体層を形成した。第2絶縁体層の厚みは1μmであった。
図13は、第1絶縁体層および第2絶縁体層の写真である。図13(a)は全体写真、図13(b)は光学顕微鏡による拡大写真であり、図11に対応する写真である。図に示すように、基板上に一方向に配列する複数のソース電極およびドレイン電極に対し、帯状の第2絶縁体層を共通して設けた。
観察の結果、有機半導体層の輪郭に滲みや広がりが生じておらず、第1絶縁体層の形成時に、有機半導体層を溶解させていないことが確認できた。また、第2絶縁体層は、第1絶縁体層の表面ではじかれたり塗りムラを生じたりすることなく良好に形成されていることが確認できた。
(ゲート電極の作製)
大気圧酸素プラズマを用いて、第2絶縁体層を形成した基板の表面をプラズマ処理した後、上述の(ソース電極およびドレイン電極の作製)と同様の方法にて下地膜及びレジスト層の作製と、無電解めっきとを行い、第2絶縁体層上にパターニングされたゲート電極を形成した。
大気圧酸素プラズマを用いて、第2絶縁体層を形成した基板の表面をプラズマ処理した後、上述の(ソース電極およびドレイン電極の作製)と同様の方法にて下地膜及びレジスト層の作製と、無電解めっきとを行い、第2絶縁体層上にパターニングされたゲート電極を形成した。
図14は、ゲート電極の写真である。図14(a)は全体写真、図14(b)は光学顕微鏡による拡大写真であり、図11に対応する写真である。
観察の結果、第2絶縁体層の表面において、良好にゲート電極が形成されていることを確認した。また、第2絶縁体層について、無電解めっき工程での破損は確認されなかった。
以上のようにして、本実施例のトランジスタ1を作製した。
以上のようにして、本実施例のトランジスタ1を作製した。
(トランジスタの評価)
作製したトランジスタ1のトランジスタ特性は、半導体パラメータアナライザー(4200−SCS、KEITHLEY社製)を用いて評価した。
図15は、実施例1のトランジスタ1のトランジスタ特性を示すグラフである。
作製したトランジスタ1のトランジスタ特性は、半導体パラメータアナライザー(4200−SCS、KEITHLEY社製)を用いて評価した。
図15は、実施例1のトランジスタ1のトランジスタ特性を示すグラフである。
図15の各グラフにおいては、図を見やすくするため負の値である真の値のゲート電圧(VG)について−1をかけることで、正の値として表記している。ゲート電圧の真の値に対して、表記上用いる上記正の値(ゲート電圧に対応する値)については「−VG」として示している。
同様に、ソース−ドレイン間の電圧(VDS)については、対応する正の値として「−VDS」とした値を用いて示している。
また、測定されるドレイン電極で検出された電流値についても、対応する正の値として「−ID」とした値を用いて示している。
また、測定されるドレイン電極で検出された電流値についても、対応する正の値として「−ID」とした値を用いて示している。
図15(a)は、トランジスタ1の伝達特性を示すグラフである。図15(a)のグラフにおいて、横軸はゲート電極に印加した電圧を示し、縦軸はドレイン電極で検出された電流値を示す。
得られたトランジスタ1のゲート電極に対し−80Vから30Vまでゲート電圧を上昇させながら印加(正スイープ)した後、30Vから−80Vまでゲート電圧を下降させながら印加(逆スイープ)させ、電圧に対する電流値を測定した。その際、ソース−ドレイン間には、−30Vの定電圧を印加して電流を流した。
測定の結果、本実施例のトランジスタ1は、正スイープ時と逆スイープ時とでドレイン電流に差が見られず、ヒステリシスは観察されなかった。
また、図15(b)のグラフにおいて、横軸はソース・ドレイン間に印加した電圧を示し、縦軸はドレイン電極で検出された電流値を示す。図示する複数の結果は、ゲート電極に印加するゲート電圧に対応する。
得られたトランジスタ1のゲート電極に−10V〜−40Vのゲート電圧を印加し、ソース−ドレイン間に0V〜−40Vの電圧を印加して電流を流した。その結果、図に示す様に、正孔が半導体層のチャネル領域(ソース−ドレイン間)に誘起され、作製したトランジスタ1はp型トランジスタとして動作した。また、トランジスタ1は、移動度:6×10−3cm2/Vs,On/Off比:1.1×105の特性を示した。
[比較例1]
図16は、比較例1で形成したトランジスタ1Xを示す断面図であり、図1に対応する図である。図16においては、図1に示すトランジスタ1と共通する構成については、同じ符号を付している。
図16は、比較例1で形成したトランジスタ1Xを示す断面図であり、図1に対応する図である。図16においては、図1に示すトランジスタ1と共通する構成については、同じ符号を付している。
図16に示すトランジスタ1Xは、基板2と、下地膜3と、無電解めっき用の触媒5と、ソース電極6と、ドレイン電極7と、有機半導体層(半導体層)9と、第2絶縁体層11と、下地膜12と、無電解めっき用の触媒14と、ゲート電極15と、を有している。
トランジスタ1Xは、基板2の表面には下地膜3が形成され、下地膜3の一部には触媒14と、触媒14上に積層したゲート電極15とが設けられている。ゲート電極15は、第2絶縁体層11で覆われている。第2絶縁体層11の上面には、全面に下地膜12が形成され、下地膜12の一部には、2箇所に触媒5と、触媒5上にそれぞれ積層したソース電極6、ドレイン電極7が設けられている。ソース電極6とドレイン電極7とに重なって半導体層9が設けられている。
このようなトランジスタ1Xは、以下のようにして形成した。
このようなトランジスタ1Xは、以下のようにして形成した。
(ゲート電極の作製)
実施例1のゲート電極と同様の手順で作製した。
実施例1のゲート電極と同様の手順で作製した。
(第2絶縁体層の作製)
作製したゲート電極の表面を大気圧酸素プラズマにより洗浄した後、感光性PVP樹脂溶液をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)により塗布した。
作製したゲート電極の表面を大気圧酸素プラズマにより洗浄した後、感光性PVP樹脂溶液をディップコート(引き上げ速度:1mm/秒)により塗布した。
感光性PVP樹脂溶液としては、下記(a)〜(e)のシクロヘキサノン溶液を用いた。
(a)PVP(シグマアルドリッチ社製)
(b)テトラフェニルオールエタングリシジルエーテル(シグマアルドリッチ社製)
(c)トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル(シグマアルドリッチ社製)
(d)ビスフェノールAエポキシ(RE−310s;日本化薬社製)
(e)光カチオン重合開始剤(トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩混合物、50% in propylene carbonate(シグマアルドリッチ社製))
(a)PVP(シグマアルドリッチ社製)
(b)テトラフェニルオールエタングリシジルエーテル(シグマアルドリッチ社製)
(c)トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル(シグマアルドリッチ社製)
(d)ビスフェノールAエポキシ(RE−310s;日本化薬社製)
(e)光カチオン重合開始剤(トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩混合物、50% in propylene carbonate(シグマアルドリッチ社製))
感光性PVP樹脂溶液においては、(a):(b):(c):(d)=2:5:2:1の質量比とし、(e)を樹脂成分((a)〜(d))の合計量に対して3.5質量%添加した。また、樹脂成分の濃度は、20質量%とした。
上記感光性PVP樹脂溶液を塗布した後、105℃で10分間プリベークし、成膜する部分に開口部を有するマスクを介して紫外線を30秒照射した。硬化促進のため105℃で60分間加熱(ポストベーク)した後、アセトン現像液に浸漬させて絶縁体樹脂をパターニング成膜した。パターニング成膜した後、本硬化として105℃で20分熱処理を行い、第2絶縁体層とした。成膜した絶縁体層の厚みは、1μmであった。
(ソース電極およびドレイン電極の作製)
実施例1のソース電極およびドレイン電極と同様の手順で作製した。
実施例1のソース電極およびドレイン電極と同様の手順で作製した。
(有機半導体層の作製)
実施例1の有機半導体層と同様の手順で作製した。
実施例1の有機半導体層と同様の手順で作製した。
図17は、作製したトランジスタ1Xの写真である。図17(a)は全体写真、図17(b)は光学顕微鏡による拡大写真であり、図14に対応する写真である。
観察の結果、各電極が良好に形成されているとともに、ソース電極およびドレイン電極の間にTIPSペンタセンの結晶が形成されていることが確認された。
(トランジスタの評価)
作製したトランジスタ1Xのトランジスタ特性は、半導体パラメータアナライザー(4200−SCS、KEITHLEY社製)を用い、実施例1と同様にして評価した。
作製したトランジスタ1Xのトランジスタ特性は、半導体パラメータアナライザー(4200−SCS、KEITHLEY社製)を用い、実施例1と同様にして評価した。
図18は、比較例1のトランジスタ1Xのトランジスタ特性を示すグラフである。図18(a)はトランジスタ1Xの伝達特性を示すグラフ、図18(b)はトランジスタ1Xの出力特性を示すグラフであり、図15に対応するグラフである。図18の各グラフにおいて、縦軸横軸は図15と同じである。
図18(a)に示すように、比較例1のトランジスタ1Xは、正スイープ時と逆スイープ時とでドレイン電流に差が見られ、ヒステリシスが観察された。
また、図18(b)に示すように、作製したトランジスタ1Xはp型トランジスタとして動作した。また、トランジスタ1Xは、移動度:1×10−3cm2/Vs,On/Off比:1.4×106の特性を示した。
以上の結果より、本発明の実施形態に係るトランジスタは、伝達特性においてヒステリシスが観察されず、安定した駆動が可能であることが分かった。
以上の結果より、本発明の有用性が確かめられた。
以上の結果より、本発明の有用性が確かめられた。
1,1X…トランジスタ、2…基板、3,12…下地膜(めっき下地膜)、5,14…触媒(無電解めっき用触媒)、6…ソース電極、7…ドレイン電極、9…有機半導体層(半導体層)、10…第1絶縁体層、10S…溶液、11…第2絶縁体層、12S…液状物、15…ゲート電極。
Claims (17)
- ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との表面に接する有機半導体層が形成された基板上において、前記有機半導体層を覆って、フッ素含有樹脂を形成材料とする第1絶縁体層を形成する工程と、
前記第1絶縁体層を覆って第2絶縁体層を形成する工程と、
前記第2絶縁体層の表面の少なくとも一部に、めっき下地膜を形成する工程と、
前記めっき下地膜の表面に無電解めっき用触媒である金属を析出させた後に、無電解めっきにより前記めっき下地膜の表面にゲート電極を形成する工程と、を有し、
前記めっき下地膜を形成する工程は、前記めっき下地膜の形成材料である液状物を前記第2絶縁体層の表面に塗布して行い、
前記第2絶縁体層は、前記第1絶縁体層よりも前記液状物に対し高い親液性を有するトランジスタの製造方法。 - 前記第1絶縁体層を形成する工程は、前記フッ素含有樹脂と、前記フッ素含有樹脂を溶解するフッ素含有溶媒と、を含む溶液を前記有機半導体層の表面に塗布して行う請求項1に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記第1絶縁体層を形成する工程では、前記有機半導体層の上面および側面を完全に覆って前記第1絶縁体層を形成する請求項1または2に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記液状物は、シランカップリング剤を含み、
前記シランカップリング剤は、窒素原子または硫黄原子のうち少なくとも一方を有する基を含んでいる請求項1から3のいずれか1項に記載のトランジスタの製造方法。 - 前記シランカップリング剤が、アミノ基を有する請求項4に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記シランカップリング剤が、1級アミンまたは2級アミンである請求項5に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記液状物は、樹脂材料が溶解した溶液と、前記溶液に分散したフィラーと、含む請求項1から3のいずれか1項に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記基板が、非金属材料からなる請求項1から7のいずれか1項に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記基板が、樹脂材料からなる請求項8に記載のトランジスタの製造方法。
- 前記基板が、可撓性を有する請求項9に記載のトランジスタの製造方法。
- ソース電極およびドレイン電極が形成された基板と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の表面に接する半導体層と、
前記半導体層を覆って設けられた第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層を覆って設けられた第2絶縁体層と、
前記第2絶縁体層の表面の少なくとも一部に設けられためっき下地膜と、
前記めっき下地膜の表面に設けられたゲート電極と、を有し、
前記第1絶縁体層は、フッ素含有樹脂を形成材料とし、
前記第2絶縁体層は、前記第1絶縁体層よりも有機溶媒に対し高い親液性を有するトランジスタ。 - 前記めっき下地膜は、シランカップリング剤を含み、
前記シランカップリング剤は、窒素原子または硫黄原子のうち少なくとも一方を有する基を含んでいる請求項11に記載のトランジスタ。 - 前記めっき下地膜は、樹脂膜と、前記樹脂膜に分散したフィラーとを含む請求項11に記載のトランジスタ。
- 前記半導体層は有機半導体層である請求項11から13のいずれか1項に記載のトランジスタ。
- 非金属材料からなる基板上に形成された請求項11から14のいずれか1項に記載のトランジスタ。
- 前記基板が、樹脂材料からなる請求項15に記載のトランジスタ。
- 前記基板が、可撓性を有する請求項16に記載のトランジスタ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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