專利名稱：有機薄膜晶體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有機薄膜晶體管。
背景技術：
有機薄膜晶體管與以往的以無機硅薄膜為基礎的薄膜晶體管相比，具有如下等多 個優(yōu)異的特征，即，可以采用低溫的成膜工藝，在樹脂等柔軟并且輕質(zhì)的基板上的成膜容 易，適于廉價的溶液涂布工藝，因而作為成為下一代的柔性電子的核心的技術正得到積極 的研究開發(fā)。圖2是作為有機薄膜晶體管(以下有時簡稱為“有機TFT”)的代表性的結(jié)構(gòu)的頂 接觸型有機TFT的概略剖面圖。頂接觸型有機TFT2在基板10上依次具有柵電極20、絕緣體層30及有機半導體層 40，在有機半導體層40上隔開規(guī)定的間隔(通道區(qū)域70)地分別配置有漏電極50及源電 極60。將像有機TFT2那樣夾隔著有機半導體層40將源電極60及漏電極50與基板10 相面對的構(gòu)成特稱為頂接觸型。頂接觸型有機TFT2中，有機半導體層40形成通道區(qū)域70，可以用施加在柵電極 20上的電壓來控制流向源電極60及漏電極50的電流。頂接觸型有機TFT2可以通過如下操作來制造，即，在形成有柵電極20及絕緣體層 30的基板10上，利用真空蒸鍍或旋涂·浸涂·流延等溶液工藝形成有機半導體層40，繼而 例如利用使用了蒸鍍掩模的真空蒸鍍來形成源電極60及漏電極50。圖3是底接觸型有機TFT的概略剖面圖。底接觸型有機TFT3在基板10上依次具有柵電極20及絕緣體層30，在絕緣體層 30上隔開規(guī)定的間隔(通道區(qū)域70)地分別配置漏電極50及源電極60，將漏電極50及源 電極60覆蓋地再層疊有機半導體層40。將像有機TFT3那樣在基板上形成源電極60及漏電極50、在源電極60及漏電極 50上再層疊有機半導體層40的構(gòu)成特稱為底接觸型。底接觸型有機TFT3中，在基板10上柵電極20、源電極60及漏電極50形成電路圖 案，在該電路圖案上形成有機半導體層40。由于在電極的形成中可以應用公知的光刻法等，因此可以很容易地形成高精細且 大面積的電路圖案。所以，由于與頂接觸型有機TFT不同，底接觸型有機TFT在預先形成有 電路圖案的基板上形成有機半導體層，因此具有不會因與電極形成相伴的物理的、化學的 應力而使構(gòu)成有機半導體層的有機半導體材料劣化的優(yōu)點。雖然是具有如上所述的優(yōu)點的底接觸型有機TFT，然而仍存在如下的問題，S卩，其 特性與使用相同的有機半導體材料制作的頂接觸型有機TFT相比明顯較差。這可以認為是 因為，在底接觸型有機TFT中，在有機半導體層與電極之間存在有較大的電氣性接觸電阻。為了解決該問題，進行過在源·漏電極中使用氧化物層/金屬層的層疊結(jié)構(gòu)的嘗試。即，嘗試在氧化物層中使用電荷注入性良好的材料，以圖降低電極層-有機半導體層間 的電荷注入壁壘。專利文獻1中，公開有如下的TFT，是源·漏電極夾隔著無機物的電荷注入層與ρ 型有機半導體相接的TFT，在電荷注入層中使用鉬的氧化物或釩的氧化物，在通道與源·漏 電極之間，使用具有中間的能級的無機電荷注入層。作為該TFT的效果，可以舉出驅(qū)動電壓的降低、特性的穩(wěn)定化及可靠性的提高。非專利文獻1中，公開有如下的TFT，即，具有MoOx/Au電極，其作為Au電極的基底 層，取代普通的Cr或Ti而使用了 MoOx。而且還公開出，MoOx的合適的膜厚為2nm。該TFT可以降低源·漏電極-有機半導體(并五苯)之間的接觸電阻，實現(xiàn)低電壓化。還進行過與上述嘗試不同的如下的嘗試，S卩，將金屬電極用例如在末端具有硫醇 基的有機化合物進行表面修飾而形成有機薄膜層，控制金屬電極表面的潤濕性或功函數(shù)。專利文獻2中，公開有如下的底接觸型TFT，即，在源·漏電極的邊緣部設置斜坡 (傾斜)，使斜坡的寬度小于半導體晶體的平均粒徑，使源·漏電極與半導體層之間夾有由 具有硫醇基的化合物構(gòu)成的有機化合物層(iA~io A)o該TFT使源·漏電極/半導體界面的接觸電阻降低，從而提高其性能。專利文獻3中，公開有在源·漏電極與有機半導體膜之間夾入甲苯硫酚的TFT。專利文獻4中，公開有使用具有與金屬產(chǎn)生化學的結(jié)合的官能團(例如硫醇基) 的電極表面處理劑的TFT。該TFT的TFT特性良好，可以應用生產(chǎn)效率高的溶液工藝。非專利文獻2中，公開有如下的TFT，即，將Au電極用癸硫醇CH3- (CH2) 9_SH(DT)、全 氟癸硫醇 CF3- (CF2) 7- (CH2) 2-SH (PFDT)、全氟己硫醇 CF3- (CF2) 3- (CH2) 2_SH (PFHT)等 SAMs (自 組織化單分子膜)處理而使功函數(shù)變化，從而改善從電極的電荷注入。在該TFT中，例如在DT/Au電極中功函數(shù)變小0. 45eV，在PFDT/Au電極中增加 0. 9eV。與之相伴，與Au單質(zhì)的情況相比，接觸電阻在DT/Au電極的情況下增加，在PFDT/Au 電極的情況下減少。非專利文獻3中，公開有如下的TFT，S卩，將Cr/Au電極用1-hexadecanethiol (CH3 -(CH2)15-SH)處理而降低空穴注入壁壘，具有以下的關系。Ip :Au(5. IeV) > Pentacene HOMO (5. 0) > Au/C16H33SH(4. 9)非專利文獻4中，公開有如下的TFT，S卩，將金電極用 pentaf luorothiophenol (PFTP)處理，改善電極-半導體的接觸。盡管有如上所述的嘗試，然而仍然沒有做到完全地解決作為底接觸型有機TFT的 問題點的高閾值電壓、低遷移率等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有低閾值電壓、高場效應遷移率及高0N/0FF電流 比的底接觸型有機TFT。專利文獻1 日本特開2005-327797號公報專利文獻2 日本特開2005-93542號公報
專利文獻3 日本特開2007-158140號公報專利文獻4 日本特開2008-60117號公報非專利文獻1 :D. Kumaki, Appl. Phys. Lett. ,92,013301(2008)非專利文獻 2 :P. Marmont et. al.，Organic Electronics (2008), doi :10. 1016/ j. orgel. 2008. 01. 004.非專利文獻3 :N. Kawasaki, Appl. Phys. Lett.，91，123518(2007)非專利文獻4 :M. Μ. Payne et. al.，J. Am. Chem. Soc.，127，4986 (2005)本發(fā)明人等反復進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了氧化物層/金屬層的層疊電極 以外，通過用有機薄膜層來修飾金屬層的表面，可以明顯地改善TFT特性，從而完成了本發(fā) 明。此外還發(fā)現(xiàn)，通過使氧化物層的功函數(shù)、利用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬 層的功函數(shù)滿足特定的關系，可以得到明顯的特性改善效果。根據(jù)本發(fā)明，提供以下的有機薄膜晶體管等。1. 一種有機薄膜晶體管，是在基板上至少包含柵電極、絕緣體層、源電極、漏電極 以及有機半導體層的底接觸型有機薄膜晶體管，上述源電極及上述漏電極的至少一方具有氧化物層及金屬層層疊而成的層疊結(jié) 構(gòu)，上述金屬層被用有機薄膜層進行了表面修飾。2.根據(jù)1中所述的有機薄膜晶體管，其中，在將上述氧化物層的功函數(shù)設為IPox， 將上述金屬層的功函數(shù)設為IPmm時，上述IPox及IPmm滿足下述式(1)。IPox > IPmm ... (1)3.根據(jù)1或2中所述的有機薄膜晶體管，其中，在將上述氧化物層的功函數(shù)設為 IPox，將上述有機半導體層的Η0Μ0能級設為IPorg時，上述IPox及IPorg滿足下述式⑵。IPox > IPorg ... (2)4. 1 3中任意一項所述的有機薄膜晶體管的制造方法，其中，利用溶液工藝形成 有機半導體層。5. 一種具備1 3中任意一項所述的有機薄膜晶體管的裝置。根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有低閾值電壓、高場效應遷移率以及高0N/0FF電流比的 底接觸型有機薄膜晶體管。


圖1是表示本發(fā)明的有機薄膜晶體管的一個實施方式的概略剖面圖。圖2是頂接觸型有機薄膜晶體管的概略剖面圖。圖3是底接觸型有機薄膜晶體管的概略剖面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的有機薄膜晶體管是在基板上至少包含柵電極、絕緣體層、源電極、漏電極 以及有機半導體層的底接觸方式有機薄膜晶體管，其中源電極及漏電極的至少一方具有氧 化物層及金屬層層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)，金屬層被用有機薄膜層進行了表面修飾。
圖1是表示本發(fā)明的有機薄膜晶體管的一個實施方式的概略剖面圖。圖1的有機薄膜晶體管1在基板10上依次具有柵電極20及絕緣體層30，在絕緣 體層30上隔開規(guī)定的間隔(通道區(qū)域70)地分別配置漏電極50及源電極60，其中，漏電 極50是氧化物層52及用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層M的層疊體，源電極60是 氧化物層62及用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層64的層疊體，將漏電極50及源電極 60覆蓋地還層疊有有機半導體層40。而且，雖然有機薄膜晶體管1的漏電極50及源電極60雙方是氧化物層及用有機 薄膜層進行了表面修飾的金屬層的層疊體，然而并不限定于此。本發(fā)明中只要漏電極50及 源電極60的至少一方具有氧化物層及用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層的層疊結(jié)構(gòu) 即可，另一方可以使用公知的電極。另外，氧化物層52及氧化物層62既可以相同也可以不同，同樣地，用有機薄膜層 進行了表面修飾的金屬層M及用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層64既可以相同也可 以不同。本發(fā)明中所說的“表面修飾”只要將金屬層的與有機半導體層相接的部分的至少 一部分用有機薄膜層覆蓋即可，優(yōu)選將金屬層的與有機半導體層相接的部分的全部用有機
薄膜層覆蓋。本發(fā)明的有機薄膜晶體管的漏電極及源電極的至少一方具有氧化物層及用有機 薄膜層進行了表面修飾的金屬層的層疊結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的氧化物層中可以使用的材料，只要是具有電導性，相對于有機半導 體層體現(xiàn)出電荷注入功能的材料，就可以使用各種材料，例如優(yōu)選Ge02、SiO2, Mo03、V2O5, VO2、V2O3、MnO、Mn3O4、ZrO2、WO3、TiO2, In2O3、ZnO, NiO、HfO2、Ta2O5, ReO3、PbO2 等金屬氧化物。另外，也優(yōu)選GeOx (1 彡 χ 彡 2)、Sn02、Pb0、Zn0、fei0、Cd0、Zn0S、MgIn0、CdIn0、MgZn0寸。除了上述的材料以外，還可以優(yōu)選使用氧化銦·錫(ITO)、氧化銦·鋅(IZO)、氧化 銦 錫 鋅(ITZO)等氧化物或在這些氧化物中添加了 Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Ho等元素的氧化 物。在氧化物層的形成中，例如可以利用蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺射法、大氣壓等離 子體法、離子鍍法、化學氣相蒸鍍法、旋涂法、浸涂法、印刷或噴墨等來形成，根據(jù)需要并用 熱處理等后處理。另外，作為對使用上述的方法形成的氧化物層進行圖案處理的方法，有在蒸鍍或 濺射時使用金屬掩模的方法、對所形成的薄膜使用公知的光刻法或剝離(lift-off)法來 形成圖案的方法、利用噴墨等直接形成圖案的方法等。氧化物層的膜厚沒有特別限制，然而優(yōu)選為0. 2nm lOOnm，更優(yōu)選為Inm IOnm 的范圍。在氧化物層的膜厚小于0. 2nm的情況下，有可能會喪失氧化物層的電荷注入效果。 另一方面，在氧化物層的膜厚超過IOOnm的情況下，存在于源·漏電極中的內(nèi)部電阻變大， 有可能產(chǎn)生閾值電壓的上升等不良影響。在本發(fā)明的金屬層中，可以使用作為TFT的源電極或漏電極使用的公知的金屬材 料及合金材料。作為本發(fā)明的金屬層的材料，例如可以舉出鉬、金、銀、鎳、鉻、銅、鐵、錫、銻鉛、鉭、銦、鈀、碲、錸、銥、鋁、釕、鍺、鉬、鎢、鋅、銀膏劑、鋰、鈹、鈉、鎂、鉀、鈣、鈧、鈦、錳、鋯、鎵、鈮、
鈉-鉀合金、鎂/銅混合物、鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁/氧化鋁混合 物、鋰/鋁混合物等。作為金屬層的形成方法，例如可以利用蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺射法、大氣壓等 離子體法、離子鍍法、化學氣相蒸鍍法、電沉積法、非電解鍍法、旋涂法、印刷或噴墨等途徑 來形成。另外，作為根據(jù)需要進行的圖案處理的方法，可以舉出將使用上述方法形成的金 屬層用公知的光刻法或剝離法進行電極形成的方法；在鋁或銅等金屬箔上利用熱轉(zhuǎn)印、噴 墨等形成抗蝕層而進行蝕刻的方法。金屬層的膜厚只要可以導通電流就沒有特別限制，然而優(yōu)選為0. 2nm ΙΟμπι，更 優(yōu)選為4nm 300nm的范圍。在金屬層的膜厚小于0. 2nm的情況下，因膜厚薄而使電阻升高，有可能產(chǎn)生電壓 下降。另一方面，在金屬層的膜厚超過IOym的情況下，會在金屬層形成中花費過多時間， 或在層疊保護層或有機半導體層等其他的層的情況下，有可能產(chǎn)生階梯而無法順暢地層疊
層疊膜。在對金屬層進行表面修飾的有機薄膜層中，可以使用與金屬層具有親和性、能夠 覆蓋金屬層地實施表面修飾的各種材料。在可以用于有機薄膜層中的材料當中，優(yōu)選作為 自組織化單分子膜(SAMs)劑已知的材料，更優(yōu)選具有可以利用偶聯(lián)反應附著于金屬層表 面的末端基團的自組織化單分子膜劑。作為有機薄膜層的材料，例如為五氟苯硫酚(PFTP)、氟苯硫酚(FTP)、(三氟甲 基)苯硫酚(TFMTP)、硝基苯硫酚(NTP)、氯苯硫酚(CTP)、甲氧基苯硫酚(MOTP)等苯硫酚 類、戊硫醇(PT)、辛硫醇(OT)、癸硫醇(DT)、硬脂基硫醇(SM)等鏈烷硫醇類、或?qū)⑦@些鏈 烷硫醇類局部氟化了的十七氟-I-癸硫醇Ofeptadecafluoro-l-decanethiol) (HDFDT)、 十三氟-1-辛硫醇(Tridecafluoro-l-octanethiol) (TDFOT)等氟化鏈烷硫醇、(ω -(聯(lián)苯 基-4-基)鏈烷硫醇)等芳香族鏈烷硫醇類。金屬層的利用有機薄膜層的表面修飾可以通過向?qū)⑸鲜龅挠袡C薄膜層材料溶解 于二氯甲烷、乙醇等溶劑中而配制的溶液中浸漬形成有金屬層的基板來進行。溶液的濃度通常來說為0. 1 IOOmM,優(yōu)選為0. 1 10mM。浸漬時間隨著所用的 材料、溶液的溫度等而不同，然而通常來說在室溫下為1分鐘 M小時，優(yōu)選為10分鐘 6小時?？梢酝茰y，用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層會使有機半導體層材料相對于 金屬層所形成的源電極或漏電極的潤濕性、以及電極上的有機半導體晶體的形貌變化，改 善與存在于通道區(qū)域中的有機半導體層的接合，可以降低接觸電阻。適于作為對金屬層進行表面修飾的有機薄膜層材料的SAM劑在分子內(nèi)具有偶極。 可以推測，通過使用該SAM劑將金屬層表面覆蓋，會使金屬表面的有效的功函數(shù)變化，降低 從金屬層向有機半導體層的電荷注入壁壘，減小接觸電阻。從向有機半導體層中注入電荷的觀點考慮，可以期待，成為金屬電極的基底且與 有機半導體層的特別是形成通道的絕緣體層最附近層直接相接的氧化物層一方會發(fā)揮更 大的效果。但是，例如僅由氧化物層(如氧化鉬)及金屬層(如金)構(gòu)成的層疊體為源 漏電極的底接觸型TFT的遷移率與相同的材料結(jié)構(gòu)的頂接觸型TFT的遷移率相比，是小一個 量級以上的值。另外，僅由用有機薄膜層進行了表面修飾的金屬層構(gòu)成的底接觸型TFT雖 然與作為僅有金屬層的源 漏電極的底接觸型TFT相比，特性得到改善，然而也未達到頂接 觸型TFT的遷移率。本發(fā)明中，通過將氧化物層/金屬層的層疊電極、和利用有機薄膜層的 電極修飾加以組合，本發(fā)明的底接觸型有機薄膜晶體管就可以發(fā)揮出不遜于頂接觸型TFT 的性能。在本發(fā)明的底接觸型有機薄膜晶體管中，在將氧化物層的功函數(shù)設為IPox，將金 屬層的功函數(shù)設為IPmm時，IPox及IPmm優(yōu)選滿足下述式(1)。IPox > IPmm ... (1)另外，在本發(fā)明的底接觸型有機薄膜晶體管中，在將氧化物層的功函數(shù)設為IPox， 將有機半導體層的HOMO能級設為IPorg時，IPox及IPorg優(yōu)選滿足下述式(2)。IPox > IPorg ... (2)作為有機半導體層中所用的材料，可以廣泛地使用在有機薄膜晶體管中使用的公 知的有機半導體，例如可以舉出Chemical Review、107卷、1066頁2007年中記載的有機半 導體材料等。作為可以用于有機半導體層中的材料的具體例，可以舉出以下的(1) (3)的材 料。(1)萘、蒽、并四苯、并五苯、并六苯、并七苯等可以具有取代基的并苯類作為上述并苯類的例子，可以舉出1，4_ 二苯乙烯基苯、1，4_ 二 O-甲基苯乙烯 基)苯、1，4-二(3-甲基苯乙烯基)苯(4MSB)、1，4-二 甲基苯乙烯基)苯、聚亞苯基亞 乙烯基等具有以C6H5-CH = CH-C6H5表示的苯乙烯基結(jié)構(gòu)的化合物以及這些化合物的低聚物 或聚合物。(2)含有噻吩環(huán)的化合物作為上述含有噻吩環(huán)的化合物，可以舉出以下的(i) (iii)。(i) α -4Τ、α -5Τ、α -6Τ、α -7Τ、α -8Τ的衍生物等可以具有取代基的噻吩低聚物(ii)聚己基噻吩、聚(9，9-二辛基芴基-2，7-二基-共-二噻吩)等噻吩系高分 子等噻吩系高分子(iii) 二苯并噻吩衍生物、α，α，-雙(二噻吩并[3，2_b :2，，3，_d]噻吩)、二噻 吩并噻吩-噻吩的共低聚物、五噻吩并苯(pentathienoacene)等縮合低聚噻吩(優(yōu)選具有 噻吩并苯骨架或二噻吩并苯骨架的化合物、二苯并噻吩并苯并噻吩衍生物)(3)硒吩低聚物、無金屬酞菁、銅酞菁、鉛酞菁、鈦酞菁、鉬酞菁、嚇啉、苯并卟啉等 卟啉類、四硫富瓦烯(TTF)及其衍生物、以及紅熒烯及其衍生物可以通過對有機半導體層材料提高其純度，而使所得的有機薄膜晶體管的場效應 遷移率、0N/0FF比等進一步提高。所以，最好根據(jù)需要將有機半導體層材料利用柱色譜、重 結(jié)晶、蒸餾、升華等方法精制。通過將這些精制方法反復進行和/或?qū)⒍喾N方法組合，可以 提高有機半導體層材料的純度，優(yōu)選作為精制的最終工序?qū)⑸A精制反復進行2次以上。有機半導體層材料的以HPLC測得出的純度優(yōu)選為90%以上，更優(yōu)選為95%以上， 特別優(yōu)選為99%以上。通過使用此種純度的有機半導體層材料，可以提高所得的有機薄膜 晶體管的場效應遷移率、0N/0FF比等。
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而且，有機半導體層既可以由將上述有機半導體材料的多種材料組合的混合物構(gòu) 成，也可以是分別由不同的材料構(gòu)成的多個層的層疊體。有機半導體層的膜厚沒有特別限制，然而通常來說為0. 5nm 1 μ m，優(yōu)選為2nm 250nm。在有機半導體層的膜厚小于0. 5nm的情況下，有可能無法有效地形成輸送電荷的通 道。另一方面，在有機半導體層的膜厚超過Iym的情況下，會發(fā)展成晶體粒塊，有可能產(chǎn)生 容易剝離等不佳狀況。有機半導體層的形成方法可以使用公知的方法，例如可以舉出分子束蒸鍍法(MBE 法)、真空蒸鍍法、化學蒸鍍、將材料溶于溶劑中的溶液的浸漬法、旋涂法、流延法、棒涂法、 輥涂法等印刷、涂布法以及烘烤、電聚合、分子束蒸鍍、源于溶液的自組織、以及將它們組合 了的方法。本發(fā)明中，有機半導體層優(yōu)選利用溶液工藝來形成。所謂溶液工藝是如下的工藝，S卩，將在溶劑中溶解有材料的溶液利用浸漬法、旋涂 法、流延法、棒涂法、輥涂法、噴墨法等方法印刷或涂布，形成有機半導體層。由于一旦使有機半導體層的結(jié)晶性提高，就可以提高有機TFT的場效應遷移率， 因此在使用氣相成膜(蒸鍍、濺射等)形成有機半導體層的情況下，最好將成膜中的基板溫 度保持在高溫?；鍦囟葍?yōu)選為50 250°C，更優(yōu)選為70 150°C。另外，無論成膜方法如何，如果在有機半導體層成膜后實施退火(annealing)，則 可以獲得高性能有機薄膜晶體管，因此優(yōu)選。退火溫度優(yōu)選為50 200°C，更優(yōu)選為70 200°C。退火時間優(yōu)選為10分鐘 12小時，更優(yōu)選為1 10小時。下面，對本發(fā)明的底接觸型有機薄膜晶體管的其他的構(gòu)件進行說明。本發(fā)明的有機薄膜晶體管的基板擔負著支承有機薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的作用。作為基板的材料，可以舉出玻璃、金屬氧化物或氮化物等無機化合物、塑料薄膜 (PET、PES、PC、聚酰亞胺)、金屬基板、或這些材料的復合體及層疊體等。而且，在可以利用 基板以外的構(gòu)成要素充分地支承有機薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的情況下，也可以不使用基板。在作為基板的材料使用塑料薄膜的情況下，出于對基板賦予耐溶劑性、氣體屏蔽 性的目的，也可以在塑料薄膜上再層疊或涂覆其他的樹脂材料、無機材料、金屬材料、氧化 物材料等的薄膜。作為基板的材料有時也使用硅(Si)晶片，而在作為基板材料使用硅晶片的情況 下，可以將硅自身作為柵電極兼基板使用。而且，有時也在具有作為柵電極的功能的硅基板 上，作為引線連接用的取出電極，形成Au等金屬層。另外，硅基板也可以將硅表面氧化而形成SiO2層，作為絕緣層使用。柵電極可以廣泛地使用在TFT中作為源 漏電極、柵電極使用的金屬材料、合金材 料、金屬氧化物材料等具有導電性且形成膜的公知的材料。作為柵電極的合適的材料，可以使用能夠在上述的金屬層及氧化物層中使用的材 料。作為柵電極中所用的特別優(yōu)選的材料，是Au、Ag、Cu、Al等金屬、含有它們的合金材料 及膏劑材料、以及ITO、IZO等氧化物透明電極材料。另外，柵電極的圖案處理也可以利用與上述的金屬層及氧化物層相同的方法來進 行。作為絕緣體層的材料，只要是具有電絕緣性且可以形成薄膜的材料，就沒有特別限定，例如可以使用金屬氧化物(包括硅的氧化物)、金屬氮化物(包括硅的氮化物)、高分 子、有機低分子等在室溫下的電阻率為IOQcm以上的材料，優(yōu)選為介電常數(shù)高的無機氧化 物。作為上述無機氧化物，可以舉出氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦、氧化錫、氧化釩、 鈦酸鋇鍶、鋯酸鈦酸鋇、鋯酸鈦酸鉛、鈦酸鉛鑭、鈦酸鍶、鈦酸鋇、氟化鋇鎂、鑭氧化物、氟氧 化物、鎂氧化物、鉍氧化物、鈦酸鉍、鈮氧化物、鈦酸鍶鉍、鉭酸鍶鉍、五氧化鉭、鉭酸鈮酸鉍、 三氧化二釔(trioxide yttrium)、以及它們的混合物，優(yōu)選為氧化硅、氧化鋁、氧化鉭及氧 化鈦。另外，除了上述無機氧化物以外，還可以優(yōu)選使用氮化硅(Si3N4、SixNy(x、y>0))、 氮化鋁等無機氮化物。絕緣體層也可以用含有醇鹽金屬的前驅(qū)物質(zhì)來形成，可以通過將該前驅(qū)物質(zhì)的溶 液例如覆蓋于基板上，對該基板進行包括熱處理的化學溶液處理而形成絕緣體層。作為醇鹽金屬的金屬，例如可以從過渡金屬、鑭系或主族元素中選擇，具體來說， 可以舉出鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈦(Ti)、鉍(Bi)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鉛 (Pb)、鑭(La)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、 鈮(Nb)、鉈(Tl)、汞(Hg)、銅(Cu)、鈷(Co)、銠(Rh)、鈧(Sc)及釔(Y)等。作為醇鹽金屬的醇鹽，例如可以舉出由包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁 醇等的醇類、包括甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、戊氧基乙醇、庚氧基 乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、戊氧基丙醇、庚氧基丙醇的烷氧 基醇類等衍生的醇鹽。當用上述材料形成絕緣體層時，就容易在絕緣體層中產(chǎn)生極化，可以減小有機TFT 動作的閾電壓。另外，上述材料當中，特別是當使用Si3N4、SixNy、SiONx (χ、y > 0)等氮化硅 形成絕緣體層時，則更容易產(chǎn)生極化，可以進一步減小閾電壓。作為絕緣體層中可以使用的有機化合物，可以舉出聚酰亞胺、聚酰胺、聚酯、聚丙 烯酸酯、光自由基聚合系的光固化性樹脂、光陽離子聚合系的光固化性樹脂、含有丙烯腈成 分的共聚物、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、線性酚醛樹脂、以及氰基乙基普魯蘭多糖等。除了這 些有機化合物以外，還可以使用蠟、聚乙烯、聚氯芘、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚氯 乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰亞胺氰基乙基普魯蘭多糖、聚 (乙烯基苯酚)(PVP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚烯 烴、聚丙烯酰胺、聚(丙烯酸)、線性酚醛樹脂、甲酚樹脂、聚酰亞胺、聚苯二亞甲基、環(huán)氧樹 脂、普魯蘭多糖等具有高介電常數(shù)的高分子材料。在可以用于絕緣體層中的有機化合物當中，特別優(yōu)選的是具有疏水性的有機化合 物。通過將具有疏水性的有機化合物用于絕緣體層中，就可以抑制絕緣體層與通道控制層 的相互作用，保持通道控制層所具有的非晶體性，因此通道控制層可以發(fā)揮功能而使TFT 性能提高。作為具有疏水性的有機化合物，例如可以舉出^suda等在Jpn. J. App 1. Phys. Vol. 42 (2003) pp. 6614-6618中記載的聚對苯二亞甲基衍生物、Janos Veres等在Chem. Mater.，Vol. 16(2004)pp. 4543-4555 中記載的化合物。絕緣體層既可以是使用多種上述的無機化合物材料或有機化合物材料的混合層，也可以是將由這些材料構(gòu)成的層分別層疊的層疊體。該情況下，也可以通過根據(jù)需要將介 電常數(shù)高的材料和具有疏水性的材料混合，或者將由這些材料構(gòu)成的層分別層疊來控制 TFT性能。另外，絕緣體層也可以是陽極氧化膜，或者將該陽極氧化膜作為構(gòu)成包含。陽極氧 化膜優(yōu)選被進行封孔處理。陽極氧化膜是通過將可以進行陽極氧化的金屬利用公知的方法 進行陽極氧化而形成的。作為可以進行陽極氧化處理的金屬，可以舉出鋁或鉭。陽極氧化處理的方法沒有特別限定，可以使用公知的方法。通過進行陽極氧化處 理，而形成氧化被膜。作為陽極氧化處理中所用的電解液，只要是可以形成多孔氧化皮膜的 電解液即可，一般來說，可以使用硫酸、磷酸、草酸、鉻酸、硼酸、氨基磺酸、苯磺酸等或?qū)⑺?們組合2種以上的混酸或它們的鹽。陽極氧化的處理條件根據(jù)所用的電解液而不同，然而通常來說，在電解液的濃度 為1 80質(zhì)量％、電解液的溫度為5 70°C、電流密度為0. 5 60A/cm2、電壓為1 100 伏、電解時間為10秒 5分鐘的范圍中進行。作為優(yōu)選的陽極氧化處理，是作為電解液使 用硫酸、磷酸或硼酸的水溶液而用直流電流進行處理的方法，然而也可以使用交流電流。這 些酸的濃度優(yōu)選為5 45質(zhì)量％，優(yōu)選在電解液的溫度為20 50°C、電流密度為0. 5 20A/cm2下進行20 250秒電解處理。作為絕緣體層的厚度，通常來說為IOnm 5μπι，優(yōu)選為50nm 2 μ m，更優(yōu)選為 IOOnm 1 μ m0在絕緣體層的厚度小于IOnm的情況下，對有機半導體施加的有效電壓變大，可以 降低TFT自身的驅(qū)動電壓、閾電壓，然而反過來有可能使源·漏之間的泄漏電流變大。作為絕緣體層的形成方法，根據(jù)絕緣體層中所用的材料而不同，然而可以舉出真 空蒸鍍法、分子束外延生長法、離子簇束法、低能離子束法、離子鍍法、CVD法、濺射法、日本 特開平11-61406號公報、日本特開平11-133205號公報、日本特開2000-121804號公報、日 本特開2000-147209號公報、日本特開2000-185362號公報中記載的大氣壓等離子體法等 干式工藝、噴涂法、旋涂法、刮涂法、浸涂法、流延法、輥涂法、棒涂法、模具涂覆法等利用涂 布的方法、印刷或噴墨等利用圖案處理的方法等濕式工藝。濕式工藝可以使用如下的方法，S卩，將無機氧化物的微粒根據(jù)需要使用表面活性 劑等分散輔助劑分散于任意的有機溶劑或水中，涂布如此得到的液體并干燥的方法；涂布 氧化物前驅(qū)體，例如醇鹽體的溶液并干燥的溶膠凝膠法。本發(fā)明的有機薄膜晶體管中將源電極及漏電極隔開規(guī)定的間隔相面對地形成，而 源電極與漏電極之間的間隔通常來說為0. Ιμπι 1mm，優(yōu)選為Ιμπι ΙΟΟμπι，更優(yōu)選為 5 μ m 100 μ m。對于源電極及漏電極當中的不具有氧化物層及金屬層層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)的電 極，可以廣泛地使用在TFT中作為源 漏電極、柵電極使用的金屬材料、合金材料、金屬氧化 物材料等具有導電性并且形成膜的公知的材料。作為該源電極及漏電極中所用的特別優(yōu)選的材料，是Au、Ag、Cu、Al等金屬、含有 它們的合金材料及膏劑材料、以及ITO、IZO等氧化物透明電極材料。另外，該源電極及漏電極的圖案處理也可以利用與上述的金屬層及氧化物層相同
11的方法來進行。本發(fā)明的有機薄膜晶體管具有低閾值電壓、高場效應遷移率及高0N/0FF電流比， 例如可以適用于各種電子電路、個人電腦、顯示器、攜帶電話、RF標簽、商品價錢標簽、各種 傳感器等中。實施例實施例1[有機薄膜晶體管的制作]利用以下的步驟制作出底接觸型有機薄膜晶體管。使用熱氧化法將Si基板(N型、電阻率1 Ω cm、兼用作柵電極)的表面氧化，在基 板上形成膜厚300nm的熱氧化膜而作為絕緣體層。繼而在利用干式蝕刻將基板的作為絕緣 體層的SiO2的相反一側(cè)的SW2膜完全除去后，利用濺射法以20nm的膜厚在SW2除去面 上形成鉻的膜，繼而在鉻膜上利用濺射形成膜厚IOOnm的金(Au)，作為柵電極的取出電極。 將該基板用中性清洗劑、純水、丙酮及乙醇各進行30分鐘超聲波清洗。然后，將上述基板設于真空蒸鍍裝置(ULVAC公司制、EX-400)內(nèi)，通過金屬掩模， 以0. 05nm/s的蒸鍍速度按照達到2nm膜厚的方式形成氧化鉬而作為氧化物層，接下來以 0. 05nm/s的蒸鍍速度按照達到50nm膜厚的方式形成金而作為金屬層。氧化物層/金屬層的 層疊電極(源 漏電極)的間隔(通道長度L)達到75 μ m，寬度(通道寬度W)達到5mm。暫且將基板從蒸鍍裝置中取出，在PFTP (2,3,4, 5，6-Pentaf luorothiophenol)的 二氯甲烷溶液(ImM)中在室溫下浸漬6小時，在金屬層上形成有機薄膜層而將金屬層設成 表面修飾金屬層后，用二氯甲烷及氯仿漂洗。將漂洗了的基板再次設于上述真空蒸鍍裝置內(nèi)，以0. 05nm/s的蒸鍍速度以50nm 膜厚形成并五苯(Pentacene)而設為有機半導體層，制作出有機薄膜晶體管。[化1]
權利要求
1.一種有機薄膜晶體管，是在基板上至少包含柵電極、絕緣體層、源電極、漏電極以及 有機半導體層的底接觸型有機薄膜晶體管，其特征在于，所述源電極及所述漏電極的至少一方具有氧化物層及金屬層層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)， 所述金屬層被用有機薄膜層進行了表面修飾。
2.根據(jù)權利要求1所述的有機薄膜晶體管，其中，在將所述氧化物層的功函數(shù)設為 IPox，將所述金屬層的功函數(shù)設為IPmm時，所述IPox及IPmm滿足下述式(1)，IPox > IPmm ... (1)
3.根據(jù)權利要求1或2所述的有機薄膜晶體管，其中，在將所述氧化物層的功函數(shù)設為 IPox,將所述有機半導體層的HOMO能級設為IPorg時，所述IPox及IPorg滿足下述式(2)，IPox > IPorg ... (2)
4.一種權利要求1 3中任意一項所述的有機薄膜晶體管的制造方法，其中，利用溶液 工藝形成有機半導體層。
5.一種具備權利要求1 3中任意一項所述的有機薄膜晶體管的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機薄膜晶體管，是在基板上至少包含柵電極、絕緣體層、源電極、漏電極以及有機半導體層的底接觸型有機薄膜晶體管，所述源電極及所述漏電極的至少一方具有氧化物層及金屬層層疊而成的層疊結(jié)構(gòu)，所述金屬層被用有機薄膜層進行了表面修飾。
文檔編號H01L29/417GK102084485SQ20098012307
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權日2008年6月18日
發(fā)明者中村浩昭, 關谷隆司 申請人:出光興產(chǎn)株式會社