有机半导体薄膜的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过溶媒蒸发法制作有机半导体薄膜的方法，特别是适合于制作大面积高移动度的有机半导体单结晶薄膜的制造方法。此外，涉及具备这样的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体装置。
【背景技术】
[0002]近年来，有机半导体材料具有比无机半导体材料更好的电气特性变得清楚，向各种各样的电子设备领域的应用开发正在被推进。在半导体沟道中使用有机半导体薄膜的有机TFT (薄膜晶体管)等的有机半导体装置与使用无机半导体的装置相比加工较容易，能够采用简单而便宜的制造工艺。此外，由于能够进行室温附近的制造，所以能够实现使用塑料基板的半导体技术，作为后硅半导体受到期待。
[0003]作为制作在有机TFT中使用的结晶性的有机半导体薄膜的方法，以往研究了蒸镀法、分子线外延生长法、溶媒蒸发法、恪液法、Langmuir 一 Blodgett法等，根据材料的特性而研究了各种各样的方法。在这些方法中，根据溶媒蒸发法，在是简单的方法的同时能够得到高性能的有机半导体薄膜。特别是，基于液滴成形、旋涂、印刷那样的使用溶液的涂敷法的溶媒蒸发法的工艺从简单而便宜、能够进行室温附近的制造的观点看，是非常受到期待的方法。
[0004]在涂敷法中，将有机半导体材料溶液向基板面涂敷或滴下，使溶液中包含的溶媒干燥。由此，溶媒蒸发而溶液成为饱和状态，使结晶析出，形成有机半导体薄膜。如旋涂或液滴成形那样的周知的技术能够容易地应用到大面积的有机半导体薄膜的制造中。通过涂敷法形成的典型的有机FET的性能呈现0.1cmVVs左右的相当高的载体移动度。但是，这样的以往的移动度的值不是能够满足的值。不充分的移动度起因于结晶粒界的存在及分子取向的不规则性成为电荷输送的障碍。
[0005]所以，为了改善分子排列中的规则性，进行了用来使单结晶的有机半导体薄膜成长的研究。例如，在专利文献I中，公开了一种使用基于液滴成形的溶媒蒸发法改良了用来制作具有在有机TFT等的用途中希望的电气的特性、特别是较高的电荷移动度的有机半导体单结晶膜的方法。
[0006]参照图12?图15对在专利文献I中公开的有机半导体薄膜的制造方法进行说明。图12是表示基本工序的立体图，图13是其剖视图。在该制造方法中，使用基板20及树脂制的端面接触部件21。如图所示，为了形成液滴22，将包含有机半导体材料及溶媒的原料溶液向基板20上供给，以使其与端面接触部件21接触。通过在该状态下使液滴22干燥，在基板20上形成有机半导体薄膜23。端面接触部件21作为与基板20的表面交叉的端面的一部分而包括平面形状的接触面21a。将液滴22向该接触面21a供给以使其接触。
[0007]在制造工序中，首先，将端面接触部件21以接触面21a与基板20的规定的A方向正交的方式载置到基板20上。如果在该状态下供给原料溶液，则原料溶液的液滴22被接触面21a保持，成为一定的力作用的状态。在该状态下进行干燥工艺，使液滴22中的溶媒蒸发。于是，如在液滴22中用图13表示那样，在A方向上的距接触面21a的远端缘的部分处，原料溶液依次成为饱和状态，有机半导体材料的结晶开始析出。将伴随着溶媒的蒸发的液滴22的远端缘的移动用单点划线el、e2表示。随着溶媒的蒸发，结晶的成长沿着基板20的A方向朝向接触面21a发展，逐渐形成有机半导体薄膜23。
[0008]在该干燥工艺中，通过原料溶液的液滴22附着在接触面21a上的状态，起到经由与接触面21a的接触规定结晶成长方向的作用。由此，能够得到结晶性的控制效果，有机半导体材料的分子的排列的规则性变好，有利于电子传导性(移动度)的提高。
[0009]但是，在上述的基本工序中，由于通过溶媒的蒸发而结晶的成长结束，所以形成的有机半导体薄膜23的大小是最大也不到Imm那样的较小的大小。因此，为了使用上述方法制作实用性的有机TFT，如图14?图15所示，制造有机半导体薄膜阵列。在该方法中，如图14所示，使用在辅助基板24的面上配置有多个接触凸部25的结构的接触部件26。接触凸部25分别具有与图12所示的端面接触部件21同样的功能。S卩，通过接触凸部25的与辅助基板24的表面交叉的端面的一部分，分别形成接触面25a。
[0010]首先，为了形成液滴保持状态，如图14所示，在基板20的上方，使接触凸部25与基板20对置而配置接触部件26，使接触凸部25抵接在基板20上。在该状态下对接触面25a分别供给原料溶液以使其接触，形成液滴22。原料溶液的液滴22分别成为被接触面25a保持的状态。如果进行干燥工艺而使液滴22中的溶媒蒸发，则与上述的情况同样，在各个液滴22中，随着溶媒的蒸发而有机半导体材料的结晶成长，如图15所示，在与多个接触面25a对应的基板20面的各自的位置形成有机半导体薄膜23a，能够制作有机半导体薄膜阵列。
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:国际公开第2011/040155号
【发明内容】
[0013]发明概要
[0014]发明要解决的课题
[0015]如上述那样，在专利文献I所公开的方法的情况下，在能够形成的有机半导体的单结晶膜的尺寸上有极限。此外，为了制作实用性的有机TFT，即使是制作有机半导体薄膜阵列的情况，在作为其电子设备的功能、特性及制造工序的容易性上也有极限。
[0016]因而，本发明的目的是提供一种能够通过使用基于液滴形成的溶媒蒸发法的简单的工序实施、能够制作大面积且具有较高的电荷移动度的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体薄膜的制造方法。
[0017]此外，目的是提供一种具备这样的有机半导体单结晶薄膜的有机半导体装置。
[0018]解决课题的手段
[0019]本发明的有机半导体薄膜的制造方法是将使有机半导体材料溶解在溶媒中的原料溶液向基板上供给、通过使上述溶媒蒸发而使上述有机半导体材料的结晶析出、在上述基板上形成有机半导体薄膜的方法。
[0020]为了解决上述课题，本发明的制造方法的特征在于，使用在一侧面上设有接触面的端面成形部件，以上述接触面相对于上述基板的表面以一定的角度交叉的方式，使上述端面成形部件对置而配置，将上述原料溶液向上述基板上供给，形成与上述接触面接触的上述原料溶液的液滴，向作为与上述基板的表面平行的方向、上述端面成形部件从上述液滴远离的朝向，使上述基板和上述端面成形部件相对移动，并且一边供给上述原料溶液以将伴随着上述相对移动的上述液滴的大小的变动维持在规定的范围，一边使上述液滴中的上述溶媒蒸发而在上述接触面移动后的上述基板上形成上述有机半导体薄膜。
[0021]本发明的有机半导体装置，具备基板和形成在其表面上的有机半导体薄膜，其特征在于，上述有机半导体薄膜具有其一边的大小为Icm以上的大小的矩形的平面形状，是厚度为10nm以下的单结晶薄膜。
[0022]发明效果
[0023]根据上述结构的有机半导体薄膜的制造方法，由于不会通过从原料溶液的溶媒的蒸发而结晶的成长结束，所以形成的有机半导体薄膜的大小可以根据端面成形部件的移动距离而通过连续的工序形成为希望的大面积。
[0024]此外，通过经由与接触面的接触的对于原料溶液的液滴的控制作用，液滴在与接触面正交的方向上成为非对称的形状，起因于非对称的溶媒蒸发而起到规定结晶成长方向的作用。由此，结晶成长的方向被规定，有机半导体材料的分子的排列的规则性变好，形成连续而均匀的单结晶薄膜。
[0025]此外