專利名稱：有機(jī)薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)薄膜晶體管。進(jìn)一步詳細(xì)而言，涉及源電極及漏電極中的至少一個含有特定的導(dǎo)電性高分子的有機(jī)薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)作為液晶顯示裝置等顯示用的開關(guān)元件被廣泛使用。代表性的TFT在基板上依次具有柵電極、絕緣體層、半導(dǎo)體層，且在半導(dǎo)體層上具有空出規(guī)定的間隔而形成的源電極及漏電極。半導(dǎo)體層形成信道區(qū)域，且通過以對柵電極施加的電壓控制在源電極與漏電極之間流過的電流來進(jìn)行開/關(guān)工作。以往，該TFT的半導(dǎo)體層使用無定型硅或多晶硅來制作，但使用這樣的硅的TFT的制作中采用的CVD裝置非常昂貴，使用TFT的顯示裝置等的大型化存在伴隨制造成本的大 幅增加的問題。此外，將無定型硅或多晶硅成膜的工藝由于在非常高的溫度下進(jìn)行，所以能夠作為基板使用的材料的種類有限，因此存在無法使用輕量的樹脂基板等的問題。為了解決這樣的問題，提出代替無定型硅或多晶硅而使用有機(jī)物的TFT(以下，有時簡記為有機(jī)TFT。)。作為以有機(jī)物形成TFT時使用的成膜方法，已知有真空蒸鍍法或涂布法等。根據(jù)這些成膜方法，能夠在抑制制造成本的上升的同時實(shí)現(xiàn)元件的大型化，可以使成膜時所需的工藝溫度為比較低的溫度。因此，就有機(jī)TFT而言，存在用于基板的材料的選擇時的限制少的優(yōu)點(diǎn)，可期待其實(shí)用化，研究報(bào)告正在盛行。實(shí)用性的有機(jī)TFT要求高的載流子遷移率、大的電流的導(dǎo)通/截止比、優(yōu)異的保存穩(wěn)定性。另外，這里所說的導(dǎo)通/截止比是施加?xùn)烹妷簳r(導(dǎo)通)的源-漏間流過的電流除以沒有施加?xùn)烹妷簳r(截止)的源-漏間流過的電流的值，導(dǎo)通電流是指通常逐漸增加?xùn)烹妷?，在?漏間流過的電流飽和時的電流值(飽和電流)。作為TFT的有機(jī)半導(dǎo)體層中使用的有機(jī)物，P型中以單體或與其它化合物的混合物的狀態(tài)使用共軛系聚合物或噻吩等多聚物(專利文獻(xiàn)I 5等)、并五苯等稠合芳香族烴(專利文獻(xiàn)6及7等)等。這些有機(jī)TFT中，存在源電極及漏電極與有機(jī)半導(dǎo)體的接觸電阻大、且驅(qū)動電壓高的問題。進(jìn)而，若接觸電阻變得過大，則存在場效應(yīng)遷移率降低、導(dǎo)通/截止比也降低的缺點(diǎn)。一般，有機(jī)TFT通過施加?xùn)烹妷簭脑措姌O注入載流子，在有機(jī)半導(dǎo)體中形成信道。并且，通過在源電極與漏電極之間施加電壓(漏電壓)，從而在源電極與漏電極間流過電流(漏電流)。通過柵電壓，載流子注入量發(fā)生變化，可以控制漏電流。在定量上，漏電流用下述式⑴及⑵表示。式⑴是在被稱為線性區(qū)的漏電壓小的區(qū)域中成立的式子，式(2)是在被稱為飽和區(qū)的漏電壓大的區(qū)域中成立的式子。[數(shù)學(xué)式I]Id =^￡vDl(vG-KJ-Ifd (I)
h ⑵(式中，Id:漏電流、Vd :漏電壓、Ve :柵電壓、Vth :閾值電壓、μ :場效應(yīng)遷移率、C :每單位面積的絕緣膜容量、L :信道長、W :信道寬。)上述式中，在有機(jī)半導(dǎo)體與源電極及漏電極的接合為歐姆接合，不存在電荷注入勢壘的理想的情況下，場效應(yīng)遷移率μ接近物質(zhì)固有的值。然而，一般在有機(jī)半導(dǎo)體與金屬電極之間存在接觸電阻。在漏電壓小的區(qū)域中，電流與電壓的關(guān)系由(I)的式產(chǎn)生偏差，該區(qū)域的開關(guān)特性不良好。進(jìn)而，由于產(chǎn)生在金屬/有機(jī)半導(dǎo)體界面上的電壓下降，該部分對有機(jī)半導(dǎo)體施加的實(shí)效的電壓降低，所以式(I)及(2)的場效應(yīng)遷移率μ較小地算出，存在響應(yīng)速度或?qū)?截止比的降低、驅(qū)動電壓的上升等問題。這里所說的載流子的注入，在P型有機(jī)TFT的情況下是指從電極向HOMO能級的空穴注入，在η型有機(jī)TFT的情況下是指向LUMO能級的電子注入。接觸電阻由注入勢壘產(chǎn)生時，為了盡可能降低接觸電阻，在P型有機(jī)TFT中，使用功函數(shù)大的金屬作為源電極及漏電極來謀求空穴的注入勢壘的降低。多數(shù)情況下，使用Au (功函數(shù)5. IeV化學(xué)便覽基礎(chǔ)編11-493頁(改訂3版日本化學(xué)會編丸善 株式會社發(fā)行1983年))。然而，作為有機(jī)TFT發(fā)揮優(yōu)異的性能的很多有機(jī)半導(dǎo)體的HOMO能級比Au大，即使使用Au也存在注入勢壘，所以體現(xiàn)出接觸電阻，如上所述存在驅(qū)動電壓的高電壓化、低遷移率化、導(dǎo)通/截止比的降低等問題。為了解決該問題，專利文獻(xiàn)8公開了源電極及漏電極分別含有載流子中繼膜和載流子傳導(dǎo)膜，與有機(jī)半導(dǎo)體接觸的構(gòu)成載流子中繼膜的金屬的功函數(shù)為有機(jī)半導(dǎo)體的離子化電勢的附近。此外，專利文獻(xiàn)9公開了在源電極及漏電極與有機(jī)半導(dǎo)體膜之間插入有由無機(jī)物形成的電荷注入層的有機(jī)薄膜晶體管。然而，使用這些公開的材料時，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)若干的低電壓化，但是在實(shí)用上不充分的性能。另一方面，還實(shí)施了使用導(dǎo)電性高分子來簡便地制造電極的嘗試，非專利文獻(xiàn)2中，公開了以使用PEDOT =PSS的噴墨來形成源電極 漏電極的有機(jī)TFT，記載了與作為有機(jī)半導(dǎo)體使用的高分子F8T2之間存在接觸電阻。PEDOT =PSS作為源電極及漏電極殘留問題。此外，作為具有在大氣中穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的導(dǎo)電性聚合物，專利文獻(xiàn)10中，作為在活性層中注入空穴的電極材料使用與本發(fā)明中使用的物質(zhì)類似的組合物即聚苯胺(PANI)的例子，記載了以下的例子。即，公開了在層的厚度200nm中在基板上作為涂布膜形成具有50S/cm的比導(dǎo)電率及IkQ/ □的面電阻的聚苯胺的有機(jī)EL元件。但是，只記載了導(dǎo)電性，沒有記載聚苯胺組合物中，哪種材料作為電極特別優(yōu)異。此外，專利文獻(xiàn)11中記載了作為柵電極或源電極可以選擇聚苯胺的有機(jī)TFT。作為這些電極的例子可列舉出聚苯胺衍生物，但對于這些聚苯胺衍生物中，哪種材料能夠使設(shè)備特性提高沒有具體的記述。此外，作為使用聚苯胺作為電極的專利，可列舉出專利文獻(xiàn)12。其實(shí)施例3中，表I中記載了將使用二辛基磺基琥珀酸酯等各種質(zhì)子酸進(jìn)行質(zhì)子化的聚苯胺壓縮而得到的顆粒的導(dǎo)電性，實(shí)施例54以后公開了使用以CSA((±)-10-樟腦磺酸)作為摻雜劑的聚苯胺作為空穴注入電極(陽極)的有機(jī)發(fā)光二極管(有機(jī)EL)。該實(shí)施例54中，有流過作為空穴-注入接觸使用導(dǎo)電性聚苯胺透明薄膜的設(shè)備的電流與作為空穴-注入接觸使用ITO制作的設(shè)備基本相同的記載，關(guān)于與低電壓化有關(guān)的空穴注入特性，沒有發(fā)現(xiàn)改善?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平8-228034號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開平8-228035號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平9-232589號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開平10-125924號公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開平10-190001號公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開平5-55568號公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特開2001-94107號公報(bào) 專利文獻(xiàn)8 日本特開2004-55652號公報(bào)專利文獻(xiàn)9 日本特開2005-327797號公報(bào)專利文獻(xiàn)10 :日本特表2001-506393公報(bào)專利文獻(xiàn)11 :日本特開2008-243582公報(bào)專利文獻(xiàn)12 :日本專利3384566公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I MarciaM. Payne 等 J. Am. Chem. Soc. > 127 卷、4986 頁、2005 年非專利文獻(xiàn)2 :下田達(dá)也、川瀨健夫、應(yīng)用物理、第70卷、第12號、1452頁、2001年

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的課題而進(jìn)行的，其目的在于提供能夠以低電壓驅(qū)動、且響應(yīng)速度(驅(qū)動速度)也高速的有機(jī)薄膜晶體管。本發(fā)明者們?yōu)榱诉_(dá)成上述目反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將含有特定的導(dǎo)電性聚苯胺組合物的膜(導(dǎo)電性聚苯胺膜)與有機(jī)薄膜晶體管(有機(jī)TFT)的半導(dǎo)體層相接設(shè)置，以其至少作為源電極或漏電極，從含有該導(dǎo)電性聚苯胺組合物的層(即，源電極和/或漏電極)注入空穴，能夠達(dá)成上述目的。本發(fā)明的有機(jī)薄膜晶體管中的上述特定的導(dǎo)電性聚苯胺膜是包含含有(a)通過使特定的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽質(zhì)子化而成的取代或未取代的聚苯胺復(fù)合體、及(b)具有酚性羥基的化合物的特定的導(dǎo)電性聚苯胺組合物的層。本發(fā)明中使用的上述特定的導(dǎo)電性聚苯胺組合物是W02005/052058號小冊子中記載的物質(zhì)，其有機(jī)溶劑相能夠均一地涂布到基材上。記載了將添加了少量的具有酚性羥基的化合物的組合物涂布到玻璃等基材上而得到的該導(dǎo)電性聚苯胺組合物的成形體(膜)的電導(dǎo)率等電特性飛躍地提高。本發(fā)明者進(jìn)一步反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使用由上述聚苯胺組合物形成的膜作為有機(jī)薄膜晶體管的至少源電極或漏電極，可達(dá)成僅由其良好的導(dǎo)電性類推的以上的有機(jī)薄膜晶體管的低電壓化，最終完成本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，可提供以下的有機(jī)薄膜晶體管。I. 一種有機(jī)薄膜晶體管，其是至少具有柵電極、源電極、漏電極、絕緣體層及有機(jī)半導(dǎo)體層的有機(jī)薄膜晶體管，其中，源電極及漏電極中的至少一個由包含下述成分(a)及(b)的導(dǎo)電性聚苯胺組合物形成。(a)通過使下述式(I)所示的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽質(zhì)子化而成的取代或未取代的聚苯胺復(fù)合體M (XCR4 (CR52COOR6) COOR7) P(I){式中 ，M為氫原子或有機(jī)或無機(jī)游離基，X為酸性基，R4及R5分別獨(dú)立地為氫原子、烴基或R83Si-基(其中，R8為烴基，3個R8可以相同或不同)，R6及R7分別獨(dú)立地為可具有取代基的碳原子數(shù)4以上的烴基或-(R9O),-Rltl基[其中，R9為烴基或亞甲硅烷基，Rki為氫原子、烴基或R113Si-(R11為烴基，3個R11可以相同或不同)，q為I以上的整數(shù)]，P為M的價數(shù)}(b)具有酚性羥基的化合物。2.根據(jù)I所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，上述式(I)所示的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽為下述式(II)所示的磺基琥珀酸衍生物M (O3SCH (CH2COOR12) COOR13) m(II){式中，M為氫原子或有機(jī)或無機(jī)游離基，R12及R13分別獨(dú)立地為可具有取代基的碳原子數(shù)4以上的烴基或-(R14O)r-R15基[其中，R14為烴基或亞甲硅烷基，R15為氫原子、烴基或R163Si-基(其中，R16為烴基，3個R16可以相同或不同)，r為I以上的整數(shù)]，m為M的價數(shù)}。3.根據(jù)I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，上述(b)具有酚性羥基的化合物為下述式⑷所示的化合物。[化學(xué)式I]
9H
(A)
k^f0R-i)s(式中，s為O 5的整數(shù)。R101為氫原子、碳原子數(shù)I 20的烷基、碳原子數(shù)2 20的鏈烯基、形成環(huán)的碳原子數(shù)3 10的環(huán)烷基、形成環(huán)的碳原子數(shù)6 20的芳基、碳原子數(shù)7 20的烷基芳基或碳原子數(shù)7 20的芳基烷基，s為2以上時，多個的Rltl1可以相同或不同。)4.根據(jù)I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，上述(b)具有酚性羥基的化合物為下述式⑶所示的化合物。[化學(xué)式2]
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)薄膜晶體管，其是至少具有柵電極、源電極、漏電極、絕緣體層及有機(jī)半導(dǎo)體層的有機(jī)薄膜晶體管，其中， 源電極及漏電極中的至少一個由包含下述成分(a)及(b)的導(dǎo)電性聚苯胺組合物形成， (a)通過使下述式(I)所示的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽質(zhì)子化而成的取代或未取代的聚苯胺復(fù)合體M (XCR4 (CR52COOR6) COOR7) p(I) 式中， M為氫原子、或者有機(jī)或無機(jī)的游離基， X為酸性基， R4及R5分別獨(dú)立地為氫原子、烴基或R83Si-基，其中，R8為烴基，3個R8可以相同或不同， R6及R7分別獨(dú)立地為可具有取代基的碳原子數(shù)4以上的烴基或-(R9O)q-Rui基，其中，R9為烴基或亞甲硅烷基，R10為氫原子、烴基或R113Si-, R11為烴基，3個R11可以相同或不同，q為I以上的整數(shù)， P為M的價數(shù)， (b)具有酚性羥基的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述式(I)所示的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽為下述式(II)所示的磺基琥珀酸衍生物M (O3SCH (CH2COOR12) COOR13) m(II) 式中， M為氫原子、或者有機(jī)或無機(jī)的游離基， R12及R13分別獨(dú)立地為可具有取代基的碳原子數(shù)4以上的烴基或-(R14O)r-R15基，其中，R14為烴基或亞甲硅烷基，R15為氫原子、烴基或R163Si-基，R16為烴基，3個R16可以相同或不同，r為I以上的整數(shù)，m為M的價數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述(b)具有酚性羥基的化合物為下述式(A)所示的化合物， [化學(xué)式9] OHrS ㈧k^ORl01)s 式中，S為O 5的整數(shù)， R101為氫原子、碳原子數(shù)I 20的烷基、碳原子數(shù)2 20的鏈烯基、形成環(huán)的碳原子數(shù)3 10的環(huán)烷基、形成環(huán)的碳原子數(shù)6 20的芳基、碳原子數(shù)7 20的烷基芳基或碳原子數(shù)7 20的芳基烷基，s為2以上時，多個的Rltl1可以相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述(b)具有酚性羥基的化合物為下述式(B)所示的化合物， [化學(xué)式10]
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述(b)具有酚性羥基的化合物如下述式(C)所示， [化學(xué)式11]
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述(b)具有酚性羥基的化合物為下述式(D)所示的化合物， [化學(xué)式12]
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述(b)具有酚性羥基的化合物為選自由苯酚、鄰甲酚、間甲酚或?qū)追印翰璺?、間苯二酚、氯苯酚、水楊酸、羥基苯甲酸、羥基萘、酚醛樹脂、聚苯酚及聚(羥基苯乙烯)組成的組中的I種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 7中任I項(xiàng)所述的有機(jī)薄膜晶體管，其中，所述有機(jī)半導(dǎo)體層的HOMO能級大于Au的HOMO能級。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機(jī)薄膜晶體管，其是至少具有柵電極、源電極、漏電極、絕緣體層及有機(jī)半導(dǎo)體層的有機(jī)薄膜晶體管，其中，源電極及漏電極中的至少一個由包含(a)通過使M(XCR4(CR52COOR6)COOR7)p所示的有機(jī)質(zhì)子酸或其鹽質(zhì)子化而成的取代或未取代的聚苯胺復(fù)合體及(b)具有酚性羥基的化合物的導(dǎo)電性聚苯胺組合物形成。
文檔編號H01L21/28GK102844875SQ20118001957
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者中村浩昭, 齊藤雅俊, 近藤浩史, 板東徹 申請人:出光興產(chǎn)株式會社