TWI678799B - 主動元件及主動元件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明旨在提供一種可抑制區隔壁對電極的位置偏移的主動元件及主動元件之製造方法。本發明的主動元件具有：基材2；第1電極5及第2電極6，相鄰形成於基材2的一側主面上；有機半導體層9，於基材2的一側主面上，以至少覆蓋第1電極5與第2電極6間的區域的方式形成；區隔壁12，形成於基材2的一側主面上的較有機半導體層9更位於面方向外側且與形成第1電極5及第2電極6的區域為不同的區域，區隔壁12係導電材料。
Description
本發明係關於使用有機半導體作為半導體層的主動元件。
近年，隨著對於主動元件的薄型化、可撓性化、輕量化、大面積化等需求的增加，而使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醯亞胺(PI)等的高分子薄膜，作為基材材料。隨著此趨勢，業已開發各種可於該薄膜的耐熱溫度以下成膜的有機半導體作為半導體層的主動元件。於使用印刷法形成有機半導體的情形時，因含有機半導體的油墨的潤濕擴散方式與主動元件特性直接相關，故可能使所製造的各元件產生特性上的偏異。為了控制該油墨的潤濕擴散，利用以例如含氟成分而具撥液性的絕緣體材料，形成圍住油墨的堤岸(區隔壁)。如此的堤岸可藉由如光微影法或印刷法而形成(例如，參考專利文獻1的段落0028、0033)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2008／120351號
[發明欲解決之問題] 聚四氟乙烯(PTFE)等含氟成分的絕緣體材料，因對有機半導體油墨的潤濕性低，故適用作為區隔壁的材料。然而，因除了電極形成製程之外，尚必須有區隔壁形成製程，故容易產生區隔壁對電極的位置偏移。特別是，於以薄膜作為基材的情形時，隨著重複進行成膜或熱處理等的熱製程，有時會使基材延伸或收縮而導致尺寸改變，故更容易產生區隔壁對電極的位置偏移。若考慮區隔壁對電極的位置偏移，則必須於堤岸位置或大小的設計中設置裕度，如此一來，可能造成主動元件的面方向的尺寸增大。 因此，本發明之目的在於提供一種主動元件及主動元件之製造方法，其可抑制有機半導體油墨的潤濕擴散及區隔壁對電極的位置偏移。 [解決問題之方法]
可達成上述目的之本發明的主動元件，其要旨在於該主動元件具有：第1電極及第2電極，相鄰形成於基材的一側主面上；有機半導體層，於該基材的一側主面上，以至少覆蓋該第1電極與該第2電極間的區域的方式形成；及區隔壁，形成於該基材的一側主面上的較該有機半導體層更位於面方向外側且與形成該第1電極及該第2電極的區域為不同的區域，區隔壁係導電材料。本發明的主動元件因區隔壁係導電材料，故可於形成電極的製程中一起形成區隔壁，可省略另外設置區隔壁的製程。再者，本發明中，因區隔壁對第1電極及第2電極的位置偏移被抑制，故易控制有機半導體油墨的潤濕擴散。
宜為：區隔壁形成複數個，並於一區隔壁與其他區隔壁之間，形成有機半導體層。藉此，於考慮多種電極形狀下，可同時防堵有機半導體油墨的潤濕擴散。
宜為：第1電極的一邊與第2電極的一邊對向配置，一區隔壁與其他區隔壁對向配置，第1電極的一邊的第2電極的一邊的對向方向與一區隔壁與其他區隔壁的對向方向垂直。藉由第1電極、第2電極、一區隔壁、其他區隔壁，可從四個方向防堵有機半導體油墨的潤濕擴散。
區隔壁的導電材料以Cu為佳。Cu的潤濕性因低於其他導電材料，故若以Cu作為區隔壁材料，則可抑制有機半導體油墨往面方向外側擴散。
宜為：具有形成於有機半導體層上的絕緣層、及形成於絕緣層上的第3電極，區隔壁的潤濕性小於基材的潤濕性。藉此，有機半導體油墨可適度擴散於基材上，並較區隔壁更易配置於面方向內側。
宜為：具有形成於基材的一側主面上的第3電極、及形成於第3電極上的絕緣層，第1電極、第2電極及有機半導體層形成於絕緣層上，區隔壁的潤濕性小於絕緣層的潤濕性。藉此，有機半導體油墨可適度擴散於絕緣層上，並較區隔壁更以配置於面方向內側。
宜為：具有形成於基材的另一側主面上的第3電極，區隔壁的潤濕性小於基材的潤濕性。藉此，有機半導體油墨可適度擴散於基材上，較區隔壁更易配置於面方向內側。
區隔壁的潤濕性宜小於第1電極及第2電極的潤濕性。藉此，可抑制有機半導體油墨越過區隔壁而往面方向外側潤濕擴散。
宜為：第1電極具有形成於基材的一側主面上的下側第1電極及形成於下側第1電極上的上側第1電極，第2電極具有形成於基材的一側主面上的下側第2電極及形成於下側第2電極上的上側第2電極，上側第1電極的潤濕性小於下側第1電極的潤濕性，上側第2電極的潤濕性小於下側第2電極的潤濕性。若相較於配置於上側的電極，配置於下側的電極的潤濕性較大，則有機半導體油墨相較於上側的電極更易與下側的電極接觸。電極與有機半導體層的接觸面積越大，從下側電極往有機半導體層，或從有機半導體層往下側電極的載子注入效率增加，可提升元件的動作速度。
區隔壁宜於基材的厚度方向形成為高於第1電極與第2電極的至少一部分。藉此，可更加抑制有機半導體油墨越過區隔壁而往面方向外側擴散。
又，為了可達成上述目的的本發明的主動元件之製造方法，其要旨在於該主動元件之製造方法包含下述製程：於基材的一側主面上形成第1導電層；於第1導電層上，形成第2導電層；於第2導電層上，形成遮罩層；藉由使第1導電層及第2導電層與蝕刻液接觸，去除第1導電層及第2導電層的未被遮罩層所覆蓋的區域，而於基材的一側主面上，形成相鄰的第1電極及第2電極，並於基材的一側主面上的與形成第1電極及第2電極的區域為不同的區域且為第1電極與第2電極間的區域的外側，形成區隔壁；及於基材的一側主面上，以至少覆蓋第1電極與第2電極間的區域的方式，形成有機半導體層。本發明的主動元件之製造方法，因區隔壁係導電材料，故可於形成第1電極、第2電極的製程中一起形成區隔壁，可省略另外設置區隔壁的製程。再者，本發明中，因區隔壁對第1電極及第2電極的位置偏移被抑制，故更易控制有機半導體油墨的潤濕擴散。
本發明的主動元件之製造方法中，宜於形成有機半導體層之前，包含下述製程：將覆蓋第1電極、第2電極及區隔壁的遮罩層予以剝離；於第2導電層上的至少構成區隔壁的部分，形成其他遮罩層；及藉由使第1電極及第2電極與其他蝕刻液接觸，去除第2導電層的未被其他遮罩層所覆蓋的區域，而露出第1電極及第2電極的至少一部分。藉由第1電極及第2電極的至少一部分露出，因區隔壁於厚度方向形成為高於第1電極及第2電極的至少一部分，可更加抑制有機半導體油墨越過區隔壁而往面方向外側擴散。
本發明的主動元件之製造方法中，第1導電層的材料宜為ITO，第2導電層的材料宜為Cu。此係因ITO與有機半導體層間的能量障壁低，而往有機半導體層的載子注入效率高。Cu因導電率高，有助於主動元件的動作速度的提升。又，Cu因低價，故可提高主動元件的生產性。 [發明效果]
本發明之主動元件及其製造方法，因區隔壁為導電材料，故可於形成電極的製程中一起形成區隔壁，可省略另外設置區隔壁的製程。再者，本發明中，因可抑制區隔壁對第1電極及第2電極的位置偏移，故易控制有機半導體油墨的潤濕擴散。再者，本發明於使用薄膜作為基材的情形時即使重複進行成膜或熱處理等熱製程，亦不易產生區隔壁對電極的位置偏移。
以下，根據實施形態，更具體說明本發明，本發明當然不受限於下記實施形態，於適合前/後述旨趣的範圍內可進行變更而實施，該等變更皆包含於本發明的技術範圍。又，圖式中各種構件的尺寸比例，因以利於理解本發明的特徵為優先，故有時與實際尺寸比例不同。
1.主動元件 本發明中，主動元件係進行信號放大或整流的元件，例如電晶體、閘流體、二極體等元件。此等元件的應用例如為：顯示器、觸控面板、太陽電池、半導體雷射、壓力感測器、生物感測器等。
本發明中主動元件具有厚度方向與面方向。主動元件的厚度方向係基材、第1電極、第2電極、有機半導體層所堆疊的方向；主動元件的面方向係與厚度方向垂直的方向。
圖1為本發明的主動元件的俯視圖，圖2為圖1所示的主動元件的II－II剖面圖。如圖1～圖2所示，本發明的主動元件1具有：基材2；第1電極5；第2電極6；有機半導體層9；及區隔壁12。
基材2具有一側主面及另一側主面，其設置用於支撐第1電極5、第2電極6及有機半導體層9。
基材2最好使用由如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醯亞胺(PI)等高分子薄膜所成的可撓性基板或如玻璃基板等的剛性基板。
為了防止基材2的彎折或破裂，基材2的厚度例如以5μm以上為佳，10μm以上較佳，18μm以上又更佳。另一方面，就主動元件1的薄型化的觀點而言，基材2的厚度以200μm以下為佳，150μm以下較佳，125μm以下又更佳。
如後所述，於基材2兼用作為絕緣層的薄膜的情形時，基材2的厚度以10μm以下為佳，7μm以下較佳，5μm以下又更佳，0.1μm以上為佳，0.5μm以上較佳，1μm以上又更佳。
如圖1所示，本發明的主動元件1具有於基材2的一側主面上相鄰形成的第1電極5及第2電極6。
第1電極5、第2電極6及後述的第3電極11(以下，有時統稱為「電極」)，係設置用於使主動元件1動作而電連接，例如，於主動元件1為電晶體的情形時，第1電極5相當於源極電極，第2電極6相當於汲極電極，第3電極11相當於閘極電極。
電極的材料可使用如Cu、Al、Ag、Ｃ、Ni、Au、ITO、ZnO、IGO、IGZO、奈米碳管、石墨烯、石墨等導電性材料。
電極可利用例如光微影法或印刷法而形成。就提升第1電極5與第2電極6的相對位置的精確度的觀點而言，第1電極5與第2電極6宜利用光微影法而形成。
為了確保必要的導電率，電極的厚度例如以5nm以上為佳，10nm以上較佳，20nm以上又更佳。電極的厚度上限無特別限制，但就抑制主動元件1整體厚度增加及於使用光微影法時縮短蝕刻時間的觀點而言，例如以1μm以下為佳，700nm以下較佳，500nm以下又更佳。
第1電極及第2電極只要能相鄰形成即可，第1電極的一邊與第2電極的一邊亦可相對向配置。例如，圖1中，配置成第1電極5的一邊5C與第2電極的一邊6C相對向。
如圖2～圖3所示，第1電極5或第2電極6亦可堆疊而成。詳言之，第1電極5亦可具有：下側第1電極5A，形成於基材2的一側主面上；及上側第1電極5B，形成於下側第1電極5A上。與第1電極5相同，第2電極6亦可具有：下側第2電極6A，形成於基材2的一側主面上；及上側第2電極6B，形成於下側第2電極6A上。藉由適當選擇配置於下側的電極材料及配置於上側的電極材料，可提高主動元件1的性能。
上側第1電極5B的潤濕性宜小於下側第1電極5A的潤濕性，上側第2電極6B的潤濕性宜小於下側第2電極6A的潤濕性。若配置於下側的電極的潤濕性大於配置於上側的電極的潤濕性，則有機半導體油墨變成相較於上側的電極更易接觸下側的電極。雖會依電極與有機半導體層9間的能量障壁大小有所差異，但電極與有機半導體層9的接觸面積愈大，則從下側電極往有機半導體層或從有機半導體層9往下側電極所注入的電荷比率(載子注入效率)增加，而提升元件的動作速度。又，關於「潤濕性」於後詳述。
配置於下側的下側第1電極5A或下側第2電極6A，最好使用對有機半導體層9為高潤濕性、高載子注入效率的材料，例如ITO。另一方面，為了提高主動元件1的動作速度，配置於上側的電極宜使用導電率或移動度為高的材料，例如Cu。
上側第1電極5B的面積，亦可大於下側第1電極5A的面積(未示於圖中)。此情形時，藉由採用導電率或移動度為高的材料作為上側第1電極5B的材料，而提高主動元件1的動作速度。同理，上側第2電極6B的面積，亦可大於下側第2電極6A的面積(未示於圖中)。
其次，使用圖3～圖4，說明上側第1電極5B的面積小於下側第1電極5A的面積的例子。圖3顯示圖1所示的主動元件的俯視圖的變形例，圖4顯示圖3的主動元件的IV－IV剖面圖。如圖3～圖4所示，上側第1電極5B的面積亦可小於下側第1電極5A的面積。此情形時，若選擇高載子注入效率的材料作為下側第1電極5A的材料，因載子有效率地從電極注入有機半導體層9，故可提升主動元件1的性能。又，若採用對有機半導體油墨為高潤濕性的材料作為下側第1電極5A的材料，因可增大下側第1電極5A與有機半導體層9的接觸面積，故可更大幅提升載子注入效率。與第1電極5為相同理由，如圖3所示，上側第2電極6B的面積亦可小於下側第2電極6A的面積。
例如，下側第1電極5A與上側第1電極5B的電極寛度差的下限並無特別限制，例如，以1μm以上為佳，3μm以上更佳，5μm以上又更佳。另一方面，下側第1電極5A與上側第1電極5B的電極寛度差的上限亦無特別限制，例如，以20μm以下為佳，18μm以下更佳，15μm以下又更佳。下側第2電極6A與上側第2電極6B的電極寛度的差，宜設定為上述範圍。
第1電極5與第2電極6的間隔無特別限制，但於例如第1電極5為源極電極，第2電極6為汲極電極的電晶體的情形時，第1電極5與第2電極6間的長度亦即通道長，以20μm以下為佳，15μm以下較佳，10μm以下又更佳。通道長愈短，愈能提高電晶體的處理速度及積體度。
圖5～圖7為圖4所示的主動元件的剖面圖的變形例。如圖5所示，本發明的主動元件1宜具有：絕緣層10，形成於有機半導體層9上；及第3電極11，形成於絕緣層10上。此情形時，若將第1電極5設為源極電極，將第2電極6設為汲極電極，將第3電極11設為閘極電極，則可構成閘極電極相對於源極電極與汲極電極配置於上側的頂閘型電晶體。
如圖6所示，本發明的主動元件1亦可具有：第3電極11，形成於基材2的一側主面上；及絕緣層10，形成於第3電極11上。此情形時，若將第1電極5設為源極電極，將第2電極6設為汲極電極，將第3電極11設為閘極電極，則可構成閘極電極相對於源極電極與汲極電極配置於下側(靠近基材2側)的底閘型電晶體。
主動元件1為電晶體的情形時，絕緣層10係用作為閘極絕緣膜。絕緣層10最好由SiO2
、SiON等絕緣性材料形成。
就抑制漏電流的觀點而言，絕緣層10的厚度以200nm以上為佳，250nm以上較佳，300nm以上又更佳。另一方面，就縮小主動元件1的觀點而言，絕緣層10的厚度600nm以下為佳，550nm以下較佳，500nm以下又更佳。
如圖7所示，本發明的主動元件1亦可具有：第3電極11，形成於基材2的另一側主面上。此情形時，若將第1電極5設為源極電極，將第2電極6設為汲極電極，將第3電極11設為閘極電極，則可構成基材2兼用作為閘極絕緣膜的電晶體。
如圖2所示，有機半導體層9於基材2的一側主面上以至少覆蓋第1電極與第2電極間的區域的方式形成。於電晶體的情形時，有機半導體層9係用作為通道區。有機半導體層9的材料可使用如：並五苯、蒽、稠四苯、紅螢烯、聚乙炔、聚噻吩、富勒烯、奈米碳管等。
有機半導體層9的厚度上限並無特別限制，但為了得到薄型的主動元件1，有機半導體層9的厚度，例如，以200nm以下為佳，150nm以下較佳，100nm以下又更佳。
有機半導體層9最好藉由印刷法形成。詳言之，係藉由將使有機半導體分子分散於塗佈用有機溶劑而成的混合液體(以下，稱「有機半導體油墨」)，塗佈於基材2後，使其乾燥而形成。
於以印刷法形成有機半導體層9的情形時，有機溶劑可使用例如均三甲苯、甲苯、氯仿、p－二異丙基苯、苯甲醇或此等的混合溶劑。
區隔壁12係設置用以控制有機半導體油墨的潤濕擴散。如圖1所示，區隔壁12係形成於基材2的一側主面上的較有機半導體層9更位於面方向外側且與形成第1電極5及第2電極6的區域為不同的區域。
形成區隔壁12的位置無特別限制，但就使區隔壁12與第1電極5及第2電極6絕緣而確保主動元件1的動作速度的觀點而言，如圖1所示，區隔壁12不與第1電極5及第2電極6接觸。亦即，區隔壁12於基材2的面方向中，宜配置於較第1電極5及第2電極6更為外側。
如圖1所示，區隔壁12宜配置為：以除去配線外的最大可能範圍而圍住有機半導體層9。藉此，可確實防堵有機半導體油墨的潤濕擴散。
於圖1中，第1電極5的上側第1電極5B、上側第2電極6B，分別配置於較下側第1電極5A、下側第2電極6A更為外側。因此，區隔壁12配置為：在不與第1電極5及第2電極6接觸的範圍下，圍住有機半導體層9。
圖1的俯視圖中，顯示2個ㄇ字型的區隔壁12。然而，就使區隔壁12的形狀單純化的觀點而言，亦可如圖8所示，於俯視中，使區隔壁12A、12B成平行帶狀地設置於由第1電極5及第2電極6所形成的通道區的上側及下側。
區隔壁12至少設置1個即可，亦可設置複數個。為了考慮多種電極形狀並防堵有機半導體油墨的潤濕擴散，如圖1、圖3所示，形成複數個區隔壁12，以於一區隔壁12A與其他區隔壁12B之間，形成有機半導體層9為佳。於圖1、圖3中，第1電極5、第2電極6形成為往面方向外側(第1電極5的左側與第2電極6的右側)凸出，該凸出部分與配線(未示於圖中)相連。藉此，可於避開第1電極5、第2電極6往面方向外側凸出的部分，並防堵有機半導體油墨的潤濕擴散。
於形成複數個區隔壁12的情形時，一區隔壁12A與其他區隔壁12B的配置關係並無限制，例如，亦可使一區隔壁12A與其他區隔壁12B對向配置。
如圖8所示，宜使第1電極5的一邊5C與第2電極6的一邊6C對向配置；一區隔壁12A與其他區隔壁12B對向配置；第1電極5的一邊5C和第2電極6的一邊6C的對向方向係與一區隔壁12A和其他區隔壁12B的對向方向垂直。藉由第1電極5、第2電極6、一區隔壁12A及其他區隔壁12B，可從四個方向防堵有機半導體油墨的潤濕擴散。
又，為了縮小主動元件1的面方向尺寸，如圖8所示，區隔壁12亦可較第1電極5及第2電極6更形成於左右方向的內側。
區隔壁12為導電材料。以往，於使用絕緣性材料作為區隔壁12的材料的情形時，除了形成電極的製程外，必須另有設置區隔壁12的製程。相對於此，依據本發明，因區隔壁12為導電材料，可於形成電極的製程中一起形成區隔壁12，故可省略另外設置區隔壁12的製程。此外，依據本發明，因區隔壁12對於第1電極5及第2電極6的位置偏移被抑制，故易控制有機半導體油墨的潤濕擴散。
區隔壁12的導電材料如為Cu、Al、Ag、C、Ni、Au、ITO、ZnO、IGO、IGZO、奈米碳管、石墨烯、石墨等。
區隔壁12的導電材料以Cu為佳。依據後述驗證，Cu的潤濕性因相較於其他導電材料(Au、ITO、IGZO)而言非常低，故若使用Cu作為區隔壁12的材料，則可抑制有機半導體層9往面方向外側過度擴散。
本發明中，所謂「區隔壁12的潤濕性」，係指：形成有機半導體層9的有機半導體油墨對於區隔壁12的潤濕性。區隔壁12的潤濕性愈高，則位於區隔壁12上的有機半導體油墨愈易往面方向擴散。同樣地，所謂「基材2的潤濕性」，係指：形成有機半導體層9的有機半導體油墨對於基材2的潤濕性，所謂「電極的潤濕性」，係指：形成有機半導體層9的有機半導體油墨對於電極的潤濕性。
具體而言，潤濕性可藉由以下指標進行評價。 (1)接觸角 接觸角係液體面與固體面所成的角度，根據JIS R 3257：1999基板玻璃表面的潤濕性測試方法而測量。雖希望直接測量液體有機半導體油墨的接觸角，但為了更簡便評價潤濕性，亦可將有機半導體油墨的接觸角視為與水的接觸角成正比，而測量水的接觸角。
為了防止位於區隔壁12上的有機半導體油墨往面方向過度擴散，區隔壁12與有機半導體油墨的接觸角，以70度以上為佳，90度以上較佳，110度以上又更佳。
(2)表面自由能 潤濕性的指標，亦可使用將固體表面的分子間力予以數值化所成的表面自由能γS(單位：N／m)。使用接觸角與測量液的表面張力的值，可從以下的擴散Fowkes式(1)式及Young式(2)式而求得表面自由能。又，接觸角的測量液可選自純水、流動石蠟、甘油、碘化甲烷、正十六烷、α-溴代萘等。 γL(1＋cosθ)／2＝(γSd×γLd)1/2
＋(γSp×γLp)1/2
＋(γSh×γLh)1/2
・・・(1) γS＝γSd＋γSp＋γSh・・・(2) γL：測量液的表面張力 γLd：測量液的表面張力分散成分 γLp：測量液的表面張力極性成分 γLh：測量液的表面張力氫鍵成分 γS：表面自由能 γSd：表面自由能分散成分 γSp：表面自由能極性成分 γSh：表面自由能氫鍵成分
若區隔壁12的表面自由能愈小，則對有機半導體油墨的區隔壁12的黏合力變小，故有機半導體油墨不易往面方向擴散。因此，區隔壁12的表面自由能宜為小。
如圖5所示，於主動元件1具有形成於有機半導體層9上的絕緣層10及形成於絕緣層10上的第3電極11的情形時，形成有機半導體層9的有機半導體油墨，宜於基材2上適度擴散，且較區隔壁12更配置於面方向內側。因此，區隔壁12的潤濕性宜小於基材2的潤濕性。
另一方面，如圖6所示，於主動元件1具有形成於基材2的一側主面上的第3電極11及形成於第3電極11上的絕緣層10，而第1電極5、第2電極6、有機半導體層9係形成於絕緣層10上的情形時，形成有機半導體層9的有機半導體油墨，宜於絕緣層10上適度擴散，且較區隔壁12更配置於面方向內側。因此，區隔壁12的潤濕性宜小於絕緣層10的潤濕性。
如圖7所示，於主動元件1具有形成於基材2的另一側主面上的第3電極11的情形時，形成有機半導體層9的有機半導體油墨，宜於基材2上適度擴散，且較區隔壁12更配置於面方向內側，故區隔壁12的潤濕性宜小於基材2的潤濕性。
區隔壁12的潤濕性，宜小於第1電極5及第2電極6的潤濕性。藉此，可抑制有機半導體油墨越過區隔壁12而往面方向外側潤濕擴散。
如圖2所示，區隔壁12亦可由複數導電材料堆疊而構成。亦即，區隔壁12亦可為形成於基材2主面上的下側區隔壁13與形成於下側區隔壁13上的上側區隔壁14的堆疊體。例如，於使用複數導電材料堆疊電極時亦一起形成區隔壁12的情形時，區隔壁12具有與電極相同的堆疊構造。此情形時，有機半導體油墨對於上側區隔壁14的潤濕性，宜低於對下側區隔壁13的潤濕性。藉此，可抑制有機半導體油墨越過上側區隔壁14而往面方向外側擴散。
區隔壁12宜於基材的厚度方向形成為高於第1電極5與第2電極6的至少一部分。藉此，可更抑制有機半導體油墨越過區隔壁12而往面方向外側擴散。
區隔壁12的厚度方向的高度下限無特別限制，區隔壁12的高度，例如，以第1電極5及第2電極6的高度的1.2倍以上為佳，1.5倍以上較佳，1.8倍以上又更佳。
2.主動元件之製造方法 圖9～圖19係本發明的主動元件之製造方法的製程剖面圖。 本發明的主動元件之製造方法，包含： (1)於基材的一側主面上形成第1導電層的製程； (2)於第1導電層上形成第2導電層的製程； (3)於第2導電層上形成遮罩層的製程； (4)藉由使第1導電層及第2導電層與蝕刻液接觸，去除第1導電層及第2導電層的未被遮罩層所覆蓋的區域，而於於基材的一側主面上，形成相鄰的第1電極及第2電極，並於基材的一側主面上的與形成第1電極及第2電極的區域為不同的區域且為第1電極與第2電極間的區域的外側，形成區隔壁的製程， (8)於基材的一側主面上，以至少覆蓋第1電極與第2電極間的區域的方式，形成有機半導體層的製程。
又，為了提高主動元件1的性能，本發明的主動元件1之製造方法，於形成有機半導體層的製程(8)之前，亦可包含： (5)將覆蓋第1電極、第2電極及區隔壁的遮罩層予以剝離的製程； (6)於第2導電層上的至少構成區隔壁的部分形成其他遮罩層的製程； (7)藉由使第1電極及第2電極與其他蝕刻液接觸，去除第2導電層的未被其他遮罩層所覆蓋的區域，而露出第1電極及第2電極的至少一部分的製程。 藉由實施製程(6)及(7)，可調整上側第1電極5B相對於下側第1電極5A的大小、或上側第2電極6B相對於下側第2電極6A的大小。以下說明各製程的詳細內容。
(1)於基材的一側主面上形成第1導電層的製程 如圖9所示，準備基材2。雖未圖示，但於基材2的主面上，亦可形成密接層、平坦化層、光學調整層等。又，為了形成端電極或通孔電極，於基材2，亦可形成於厚度方向貫穿基材2的貫通孔(未示於圖中)。貫通孔的形成，可使用利用針狀物的穿刺、衝壓、雷射加工等。
如圖10所示，於基材2的一側主面上形成第1導電層3。第1導電層3係用以形成源極電極、汲極電極、閘極電極、端電極、通孔電極等各種電極。
形成第1導電層3的方法並無特別限定，例如，可使用真空蒸鍍法或濺鍍法。又，於基材2未形成貫穿於厚度方向的貫通孔的情形時，可藉由貼附形成為箔狀的導電性材料而形成第1導電層3。
(2)於第1導電層上形成第2導電層的製程 如圖11所示，於第1導電層3上形成第2導電層4。與第1導電層3相同，第2導電層4亦係用於形成源極電極、汲極電極、閘極電極、端電極、通孔電極等各種電極。
形成第2導電層4的方法無特別限定，與第1導電層3的成膜相同，例如，可使用真空蒸鍍法或濺鍍法。又，於基材2未形成貫穿於厚度方向的貫通孔的情形時，亦可藉由貼附形成為箔狀的導電性材料而形成第2導電層4。
第1導電層3及第2導電層4的材料，例如，可使用Cu、Al、Ag、C、Ni、Au、ITO、ZnO、IGO、IGZO、奈米碳管、石墨烯、石墨等導電性材料。其中，第1導電層3的材料宜為ITO。此係因ITO與有機半導體層9間的能量障壁低，而對有機半導體層9的載子注入效率高。另一方面，第2導電層4的材料宜為Cu。因Cu導電率高，有助於提升主動元件1的動作速度。又，因Cu為低價，故可提高主動元件1的生產性。
(3)於第2導電層上形成遮罩層的製程 如圖12所示，於第2導電層4上形成遮罩層20a、20b、20c。遮罩層20a及20b、20c分別決定第1電極5及第2電極6、區隔壁12的形成位置。
遮罩層的具體形成方法如下。於第2導電層4之上，塗佈乾膜光阻或液態光阻等感光性樹脂組合物(除感光性樹脂外尚含有硬化劑、溶劑等。以下，簡單稱為「感光性樹脂」)。感光性樹脂分為曝光部分對顯影液為不溶性的負型及曝光部分對顯影液為可溶性的正型，而以下以負型感光性樹脂為例說明。於第2導電層4上塗佈光阻，從該光阻之上照射電子束或光(紫外線)，而於光阻繪製預定的電路形狀。於光阻上，繪製第1電極5及第2電極6(例如，電晶體的情形時，為源極電極及汲極電極)、區隔壁12的形狀。
藉由使用曝光裝置(未圖示)，從基材2的一側主面側使光阻曝光，而對光阻進行電路形狀的轉印、印附。
藉由使光阻與顯影液接觸，使得各光阻的未曝光部分被顯影液溶解。結果，如圖12所示，光阻曝光部分作為遮罩層20a、20b、20c而殘留於第2導電層4上。
遮罩層雖可以乾膜光阻或液態光阻形成，但宜以乾膜光阻形成。相較於遮罩層以液態光阻形成的情形，因不需進行光阻塗佈後的溶劑乾燥，故可提高生產性。
(4)藉由使第1導電層及第2導電層與蝕刻液接觸，去除第1導電層及第2導電層的未被遮罩層所覆蓋的區域，而於基材的一側主面上，形成相鄰的第1電極及第2電極，並於基材的一側主面上的與形成第1電極及第2電極的區域為不同的區域且為第1電極與第2電極間的區域的外側，形成區隔壁的製程 使第1導電層3及第2導電層4與蝕刻液接觸。如圖13所示，藉由此操作，而去除第1導電層3及第2導電層4的未被遮罩層所覆蓋的區域。
如此，本發明中，因區隔壁12為導電材料，故可於形成第1電極5、第2電極6的製程中一起形成區隔壁12，可省略另外設置區隔壁的製程。再者，本發明中，因可抑制區隔壁12對第1電極5及第2電極6的位置偏移，故易控制有機半導體油墨的潤濕擴散。
(5)將覆蓋第1電極及第2電極及區隔壁的遮罩層予以剝離的製程 藉由使形成於第1電極5、第2電極6、區隔壁12上的遮罩層與剝離液接觸而溶解，而將覆蓋第1電極5及第2電極6及區隔壁12的遮罩層予以剝離。結果，如圖14所示，於基材2的一側的主面上，形成第1電極5、第2電極6及，區隔壁12。第1電極5及第2電極6相鄰形成。又，區隔壁12形成於與形成第1電極5及第2電極6區域為不同的區域且為第1電極5及第2電極6間的區域的外側。因於第1導電層3上形成第2導電層4，故第1電極5具有由第1導電層3所形成的下側第1電極5A及由第2導電層4所形成的上側第1電極5B。又，與第1電極5相同，第2電極6具有由第1導電層3所形成的下側第2電極6A及由第2導電層4所形成的上側第2電極6B。
(6)於第2導電層上的至少構成區隔壁的部分形成其他遮罩層的製程 如圖15所示，為了防止區隔壁12被蝕刻，亦可於第2導電層4上的至少構成區隔壁12的部分形成其他遮罩層20d。其他遮罩層的形成方法，與上述遮罩層20a、20b、20c的形成方法相同。
(7)藉由使第1電極及第2電極與其他蝕刻液接觸，而去除第2導電層的未以其他遮罩層所覆蓋的區域，以露出第1電極及第2電極的至少一部分的製程 如圖16所示，亦可藉由使第1電極5及第2電極6與其他蝕刻液接觸，而去除第2導電層4的未以其他遮罩層所覆蓋的區域，以露出第1電極及第2電極的至少一部分。具體而言，藉由使第1電極5及第2電極6與其他蝕刻液接觸，而去除上側第1電極5B及上側第2電極6B。在此所使用的其他蝕刻液，係選擇不去除第1導電層3但去除第2導電層4的蝕刻液。
如圖17所示，藉由使其他遮罩層20d與剝離液接觸而溶解，而去除其他遮罩層20d。與圖14相比，區隔壁12於厚度方向形成為高於第1電極5與第2電極6的至少一部分。藉此，可於形成有機半導體層9的製程(5)中，更加抑制有機半導體油墨越過區隔壁12而往面方向外側擴散。
(8)於基材的一側主面上，以至少覆蓋第1電極與第2電極間的區域的方式，形成有機半導體層的製程 於基材2的一側主面上，以至少覆蓋第1電極5與第2電極6間的區域的方式，形成有機半導體層9。藉此，可製造主動元件1，該主動元件1為：於已去除第1導電層3及第2導電層4的基材2的一側主面上，形成有機半導體層9。又，於未實施製程(6)及(7)的情形時，可得到如圖2所示的主動元件1；於實施製程(6)及(7)的情形時，可得到圖18所示的主動元件1。
為了得到頂閘型電晶體，可於製程(8)後，實施下一製程(9)。
(9)於有機半導體層9上形成絕緣層10，於絕緣層10上形成第3電極11的製程 如圖19所示，於有機半導體層9上形成絕緣層10。接著，如圖5所示，於絕緣層10上形成第3電極11。在此，圖5、圖19皆為實施製程(6)～(7)的情形時的例子。
如此，藉由實施製程(9)，可製造第1電極5、第2電極6、第3電極11分別相當於源極電極、汲極電極、閘極電極的頂閘型電晶體。
又，為了得到底閘型電晶體，可於製程(1)前，實施以下製程(10)。
(10)於基材2的一側主面上形成第3電極11，於第3電極11上形成絕緣層10的製程 準備基材2，於基材2的一側主面上形成第3電極11。第3電極11的形成，可使用印刷法或光微影法。於使用光微影法的情形時，與第1電極5、第2電極6的形成相同，於形成第3導電層(未示於圖中)之後，於第3導電層上形成期望形狀的遮罩層，藉由使第3導電層與蝕刻液接觸，而形成第3電極11。
接著，於第3電極11上形成絕緣層10。
藉由實施製程(10)，如圖6所示，製造可第1電極5、第2電極6、第3電極11分別相當於源極電極、汲極電極、閘極電極的底閘型電晶體。在此，圖6係表示實施製程(6)～(7)的情形時的例子。
(驗證) 使用以下所示的印刷裝置，對於具有縱向及橫向的Cu、Au、ITO、IGZO的導電材料，如圖20所示，使用有機半導體油墨印刷長度為750μm的線，於有機半導體油墨的潤濕擴散結束後，分別各測量3次縱向及橫向的有機半導體油墨的潤濕擴散寛度。縱向及橫向的油墨的潤濕擴散寛度的測量值(單位：μm)及3次測量值的平均(單位：μm)示於表1。又，導電材料為Cu、Au、ITO、IGZO時的油墨潤濕擴散的模樣，分別示於圖21、圖22、圖23、圖24。 ＜繪圖條件＞ 印刷裝置：富士薄膜股份有限公司製 Ink－Jet(Dimatix(登錄商標)DMP－2831) 有機半導體油墨：有機半導體；dif－TES－ADT 2wt％ 溶劑；均三甲苯
【表1】
如表1、圖21～圖24所示，Cu的縱向及橫向的有機半導體油墨的潤濕擴散寛度，相較於其他導電材料(Au、ITO、IGZO)為極小。具體而言，橫向的潤濕擴散寛度無論何種導電材料皆與所繪製的線的長度大致成正比，相對於此，Cu的縱向的潤濕擴散寛度為其他導電材料的大約1／4以下。由此結果可知，Cu對於有機半導體油墨的潤濕性，較其他導電材料為低，故Cu最適宜作為隔壁12的材料。
1‧‧‧主動元件
2‧‧‧基材
3‧‧‧第1導電層
4‧‧‧第2導電層
5‧‧‧第1電極
5A‧‧‧下側第1電極
5B‧‧‧上側第1電極
5C‧‧‧第1電極的一邊
6‧‧‧第2電極
6A‧‧‧下側第2電極
6B‧‧‧上側第2電極
6C‧‧‧第2電極的一邊
9‧‧‧有機半導體層
10‧‧‧絕緣層
11‧‧‧第3電極
12、12A、12B‧‧‧區隔壁
13‧‧‧下側區隔壁
14‧‧‧上側區隔壁
20a、20b、20c、20d‧‧‧遮罩層
【圖1】本發明的主動元件的俯視圖。 【圖2】圖1所示的主動元件的II－II剖面圖。 【圖3】本發明的主動元件的俯視圖的變形例。 【圖4】圖3所示的主動元件的IV－IV剖面圖。 【圖5】圖4所示的主動元件的剖面圖的變形例。 【圖6】圖4所示的主動元件的剖面圖的變形例。 【圖7】圖4所示的主動元件的剖面圖的變形例。 【圖8】圖1所示的主動元件的俯視圖的變形例。 【圖9】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖10】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖11】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖12】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖13】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖14】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖15】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖16】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖17】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖18】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖19】本發明的主動元件之製造方法之製程剖面圖。 【圖20】有機半導體油墨對於導電材料的潤濕擴散寛度的評價方法的概略圖。 【圖21】顯示有機半導體油墨對於Cu的潤濕擴散結果的相片。 【圖22】顯示有機半導體油墨對於Au的潤濕擴散結果的相片。 【圖23】顯示有機半導體油墨對於ITO的潤濕擴散結果的相片。 【圖24】顯示有機半導體油墨對於IGZO的潤濕擴散結果的相片。
Claims (13)
- 一種主動元件，其具有： 基材； 第1電極及第2電極，相鄰形成於該基材的一側主面上； 有機半導體，以至少覆蓋該第1電極與該第2電極間的區域的方式，形成於該基材的一側主面上；及 區隔壁，形成於該基材的一側主面上之較該有機半導體層更位於面方向外側且與形成該第1電極及該第2電極的區域為不同的區域， 該區隔壁係導電材料。
- 如申請專利範圍第1項之主動元件，其中， 該區隔壁形成有複數個， 於一個該區隔壁與其他該區隔壁之間，形成該有機半導體層。
- 如申請專利範圍第2項之主動元件，其中， 該第1電極的一邊與該第2電極的一邊對向配置， 一個該區隔壁與其他該區隔壁對向配置， 該第1電極的一邊與該第2電極的一邊的對向方向，係直交於一個該區隔壁與其他該區隔壁的對向方向。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其中， 該區隔壁的該導電材料係Cu。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其具有： 絕緣層，形成於該有機半導體層上；及 第3電極，形成於該絕緣層上， 該區隔壁的潤濕性小於該基材的潤濕性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其具有： 第3電極，形成於該基材的一側主面上；及 絕緣層，形成於該第3電極上， 該第1電極、該第2電極及該有機半導體層形成於該絕緣層上，該區隔壁的潤濕性小於該絕緣層的潤濕性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其具有： 第3電極，形成於該基材的另一側主面上， 該區隔壁的潤濕性小於該基材的潤濕性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其中， 該區隔壁的潤濕性小於該第1電極及該第2電極的潤濕性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其中， 該第1電極具有：下側第1電極，形成於該基材的一側主面上；及上側第1電極，形成於該下側第1電極上， 該第2電極具有：下側第2電極，形成於該基材的一側主面上；及上側第2電極，形成於該下側第2電極上， 該上側第1電極的潤濕性小於該下側第1電極的潤濕性， 該上側第2電極的潤濕性小於該下側第2電極的潤濕性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之主動元件，其中， 該區隔壁係形成為：於該基材的厚度方向上高於該第1電極及該第2電極的至少一部分。
- 一種主動元件之製造方法，包含下述製程： 於基材的一側主面上，形成第1導電層； 於該第1導電層上，形成第2導電層； 於該第2導電層上，形成遮罩層； 藉由使該第1導電層及該第2導電層與蝕刻液接觸，以去除該第1導電層及該第2導電層的未被該遮罩層所覆蓋的區域，而於該基材的一側主面上形成相鄰的第1電極及第2電極，並於「該基材的一側主面上之與形成該第1電極及該第2電極的區域為不同之區域且為該第1電極與該第2電極間之區域的外側」，形成區隔壁；及 於該基材的一側主面上，以至少覆蓋該第1電極與該第2電極間的區域之方式，形成有機半導體層。
- 如申請專利範圍第11項之主動元件之製造方法，其中， 於形成該有機半導體層之前，包含下述製程： 將覆蓋該第1電極、該第2電極及該區隔壁的該遮罩層予以剝離； 於該第2導電層上的至少構成該區隔壁的部分，形成其他遮罩層；及 藉由使該第1電極及該第2電極與其他蝕刻液接觸，去除該第2導電層的未被該其他遮罩層所覆蓋的區域，而露出該第1電極及該第2電極的至少一部分。
- 如申請專利範圍第11或12項之主動元件之製造方法，其中， 該第1導電層的材料係ITO，該第2導電層的材料係Cu。
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