栅绝缘膜、有机薄膜晶体管及有机薄膜晶体管的制造方法
【专利摘要】本发明提供栅绝缘膜、有机薄膜晶体管及其制造方法，该栅绝缘膜的膜质不会由于形成电极等时的加热、药液处理等而变化，在有机半导体层的形成时可以维持高的平坦性。另外提供通过使用这种栅绝缘膜、载流子迁移率大、可以显现稳定的晶体管特性的有机薄膜晶体管及其制造方法。本发明为栅绝缘膜，其含有使如下的组合物固化而成的固化物，该组合物以(A)使双酚型环氧化合物和含乙烯性不饱和键基团的单羧酸反应而成的化合物及(B)以光聚合引发剂或热聚合引发剂为必需成分，固化物中含有(A)成分40～90质量％、含有(B)成分0.1～30质量％，另外，本发明为将所述组合物涂布在栅电极上并使其固化而成的有机薄膜晶体管及其制造方法。
【专利说明】栅绝缘膜、有机薄膜晶体管及有机薄膜晶体管的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种栅绝缘膜及含有其的有机薄膜晶体管、W及有机薄膜晶体管的制 造方法。
【背景技术】
[0002] 有机薄膜晶体管可W进行轻量、柔性化，期待应用于耐冲击性、便携性优异的新一 代显示器。有机薄膜晶体管可W涂布可溶性低分子有机半导体及高分子有机半导体而作为 半导体使用。通过使用印刷法，可W适用大面积工艺，可W期待大幅度的成本降低。由于有 机半导体可W在低温下形成，因此，也具有可W利用塑料基板等柔性基板的优点。
[0003] 对于有机薄膜晶体管的应用领域而言，设想有机化显示器、液晶、电子纸等显示 设备、RFID标签、传感器等，正在积极地进行研究。但是，现状的有机薄膜晶体管在迁移率、 工作电压、驱动稳定性方面没有达到实用的水平，不仅从有机半导体、而且从元件构成、制 作工艺等各种角度的改良成为当务之急。
[0004] 如图1及图3中所例示那样，在使用了有机半导体的有机薄膜晶体管中，一般而 言，W有机半导体层和栅绝缘膜相接的方式形成。因此，已知由于构成上述栅绝缘膜的材 料，有机半导体层的半导体特性受到影响，晶体管性能降低。例如，在专利文献1中公开有 使用了含有聚醜亚胺的栅绝缘层的晶体管，但使用有含有该种材料的栅绝缘层的有机薄膜 晶体管存在栅电压的阔值电压不稳定的问题点。另外，就聚醜亚胺而言为了使其固化，需要 25(TCW上的加热，因此，不能使用PEN(聚蔡二甲酸己二醇醋、耐热性15(TC )、PET(聚对苯 二甲酸己二醇醋、耐热性locrc)该样的通用性高的塑料基板。
[0005] 作为上述问题的解决策略，通过使用专利文献2中所记载的含有Cardo型树脂的 栅绝缘膜，绝缘耐压提高，使阔值电压稳定化。但是，关于作为有机薄膜晶体管的性能的重 要的要素的有机半导体层的载流子迁移率没有提及。已知有机半导体层的载流子迁移率受 栅绝缘膜的特性的影响，担也由于栅绝缘膜的特性不充分，因此载流子迁移率不能充分地 升高。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 ;日本特开2003-304014号公报
[0009] 专利文献2 ;日本特开2008-166537号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 由于载流子在有机半导体层和栅绝缘膜的界面移动，因此，需要使栅绝缘膜的平 坦性升高。但是，由有机化合物形成的栅绝缘膜由于在成膜后的加热及形成电极等的工序 中的加热、药液处理等，膜质发生变化，因此，表面粗趟度也变大，平坦性显著地降低。
[0012] 因此，作为用于有机薄膜晶体管的优选的栅绝缘膜，必须可W形成薄膜，在薄膜形 成后及电极等形成后、在有机半导体层的形成时也为高平坦。但是，w往没有满足该些特性 的栅绝缘膜。
[0013] 本发明是鉴于该种问题点而完成的发明，其目的在于，提供一种栅绝缘膜，其能够 在100?15CTC的固化温度下形成，膜质不会由于形成电极等时的加热、药液处理等而发生 变化，在有机半导体层的形成时能够维持高的平坦性。另外，其目的在于，提供一种通过使 用该样地在有机半导体层形成时能够保持高平坦性的栅绝缘膜，载流子迁移率大、能够显 现稳定的晶体管特性的有机薄膜晶体管及其制造方法。予W说明，该高平坦的绝缘膜用的 材料在有机晶体管的构成中需要平坦化膜的情况下，也可W适用于该平坦化膜。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明人等对用于解决上述课题的手段进行了潜也研究，结果发现，通过使用规 定的组合物，可W制作在有机半导体层的形成时能够充分地保持平坦性的栅绝缘膜，完成 了本发明。
[0016] 目P，本发明的要点如下所述。
[0017] (1)本发明为一种栅绝缘膜，其特征在于，其含有使如下的组合物固化而成的固化 物，该组合物W (A)使双酷型环氧化合物和含己帰性不饱和键基团的单駿酸反应而成的化 合物、及炬）光聚合引发剂或热聚合引发剂为必需成分，在固化物中含有（A)成分40?90 质量％，含有做成分0. 1?30质量％。
[0018] (2)本发明还为（1)所述的栅绝缘膜，其特征在于，所述组合物还含有（C)具有1 个W上己帰性不饱和键的聚合性单体，在固化物中含有（C)成分5?60质量％。
[0019] (3)本发明还为一种有机薄膜晶体管，其特征在于，含有至少1个栅电极、至少1个 源电极、至少1个漏电极、至少1个有机半导体层和（1)或（2)所述的栅绝缘膜。
[0020] (4)本发明还为（3)所述的有机薄膜晶体管，其中，栅绝缘膜的膜厚为0.05? 1. 0 U m。
[0021] (5)本发明还为一种有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其为包含至少1个 栅电极、至少1个源电极、至少1个漏电极、至少1个有机半导体层和栅绝缘膜的有机薄膜 晶体管的制造方法，在栅电极上涂布权利要求1或2所述的组合物，在100?15CTC的温度 下使其固化，由此，W 0. 05?1. 0 y m的膜厚形成栅绝缘膜。
[00过发明效果
[0023] 根据本发明，可W制作在有机半导体层的形成时能够保持高平坦性的栅绝缘膜， 可W提高有机薄膜晶体管的载流子迁移率，可W显现稳定的晶体管特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是表示实施方式1的有机薄膜晶体管的一例的截面构成图。
[0025] 图2是实施方式1的有机薄膜晶体管的制造方法的说明图。图2(i)是表示栅电 极形成工序的一例的图。图2(ii)是表示栅绝缘膜形成工序的一例的图。图2(iii)是表 示源?漏电极形成工序的一例的图。图2(iv)是表示有机半导体层形成工序的一例的图。
[0026] 图3是表示实施方式2的有机薄膜晶体管的一例的截面构成图。
[0027] 图4是实施例1、2及比较例1的有机薄膜晶体管的相对于栅电压的漏电流和漏电 流的平方根的变化特性图。
[0028] 图5是表示实施例5及比较例4的有机薄膜晶体管的栅绝缘膜的平坦性的测定结 果的图。
[0029] 附图标记说明
[0030] 10绝缘基板
[00引]20栅电极 [00础 30栅绝缘膜
[0033] 40、42 源电极
[0034] 41、43 漏电极 [00巧]50、51有机半导体层
【具体实施方式】
[0036] W下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。
[0037] [实施方式U
[0038] 图1是表示本发明的实施方式1的有机薄膜晶体管的一例的截面构成图。图1中， 实施方式1的有机薄膜晶体管具有绝缘基板10、栅电极20、栅绝缘膜30、源电极40、漏电极 41和有机半导体层50。
[0039] 图1中，具有在绝缘基板10上形成栅电极20、在栅电极20上形成有栅绝缘膜30 的叠层结构。另外，源电极40及漏电极41在栅绝缘膜30的表面上的、俯视时覆盖栅电极 20的两端的位置上形成。另外，在源电极40和漏电极41之间的栅绝缘膜30上形成有机半 导体层50,有机半导体层50覆盖源电极40和漏电极41的内侧端部。图1所示的结构为被 称为底栅?底接触结构的结构。
[0040] 绝缘基板10可W由包含绝缘材料的各种基板构成，可W使用例如石英玻璃、二氧 化娃玻璃等玻璃基板、聚对苯二甲酸己二醇醋（PET)、聚離讽（PES)、聚蔡二甲酸己二醇醋 (PEN)、聚醜亚胺（PI)、聚離醜亚胺（PEI)、聚苯己帰（P巧、聚氯己帰（PVC)、聚己帰（P巧、聚 丙帰（P巧、尼龙、聚碳酸醋等塑料膜等。另外，如果对表面进行绝缘性处理，则金属铅等也可 W作为绝缘基板10使用。
[0041] 栅电极20只要可W使电流高效地流动，则对材料没有限定。例如，可W由铅构成。 在栅电极20的表面上形成栅绝缘膜30，但对于栅电极20的表面而言，为了叠层形成栅绝缘 膜30,优选表面平滑性尽可能高。
[0042] 栅绝缘膜30为覆盖栅电极20的周围而将栅电极20绝缘的膜。本实施方式的有 机薄膜晶体管的栅绝缘膜30为使W (A)使双酷型环氧化合物和含己帰性不饱和键基团的 单駿酸反应而成的化合物、及炬）光聚合引发剂或热聚合引发剂为必需成分的组合物固化 而成的栅绝缘膜。
[0043] 在有机薄膜晶体管中，在对栅电极20施加电压时，在有机半导体层50形成沟道， 产生的载流子在源电极40和漏电极41之间移动并导通，进行晶体管工作。在对栅电极20 施加电压时产生的载流子在栅绝缘膜30和有机半导体层50的界面移动。因此，在栅绝缘 膜30存在凹凸时，移动速度变慢，载流子迁移率降低。因此，对栅绝缘膜30要求平坦性。
[0044] 对于本发明的栅绝缘膜30而言，可在形成栅绝缘膜用组合物的涂膜后，通过曝 光、有机溶剂显影进行光加工（限于作为炬）使用光聚合引发剂时）、或者，可W在栅绝缘 膜组合物的涂膜上叠层光致抗蚀剂，通过曝光、显影、采用反应性离子蚀刻等的除去光致抗 蚀剂的部分的绝缘膜组合物的除去、进而进行抗蚀剂剥离，由此进行光加工。本发明的栅绝 缘膜即使经过该些光加工的工序，也可W形成表面的凹凸少且平坦性非常高的膜。另外，本 发明的栅绝缘膜30即使在其表面形成源电极40和漏电极41之后，平坦性的变化也少。因 此，可W形成载流子迁移率良好的有机半导体层。目P，根据本发明，可W提高有机薄膜晶体 管的载流子迁移率，可W显现稳定的晶体管特性。在此，作为载流子迁移率提高的理由，可 W通过使用规定的栅绝缘膜用组合物而得到高平坦的栅绝缘膜，另外，有可能在绝缘膜中 捕获载流子的駿基那样的官能团的量少推测为主要原因之一。
[0045] 栅绝缘膜30的绝缘耐压比实际的电路所要求的耐压低时，不能使有机薄膜晶体 管作为实际的电路中的设备工作。例如，在显示器的驱动电路中，需要W 20V进行驱动，因 此，要求可工作的栅绝缘膜30的薄膜化及绝缘耐压。本发明的栅绝缘膜可W形成lym W 下的薄膜，且可W耐受20V的电压，因此，可W W 20V W下的电压驱动。另一方面，对于栅绝 缘膜的最小膜厚而言，由于一般W数10皿形成栅电极，需要将由形成栅电极所导致的凹凸 平坦化，因此，需要为0. 05 y m W上。
[0046] 该样，在本实施方式的有机薄膜晶体管中，通过适用本发明的栅绝缘膜30,可W得 到所期望的平坦性和绝缘耐压。
[0047] 本发明的有机薄膜晶体管的栅绝缘膜用组合物中的（A)为由双酷类衍生的具有2 个缩水甘油基離基的环氧化合物和含不饱和基团的单駿酸的反应物（W下，记载为"双酷 型环氧（甲基）丙帰酸醋化合物"）。
[0048] 作为成为双酷型环氧（甲基）丙帰酸醋化合物（A)的原料的双酷类，可列举：双 (4-轻基苯基）丽、双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基）丽、双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）丽、双 (4-轻基苯基）讽、双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基）讽、双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）讽、双 (4-轻基苯基）六氣丙焼、双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基）六氣丙焼、双（4-轻基-3, 5-二 氯苯基）六氣丙焼、双（4-轻基苯基）二甲基娃焼、双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基）二甲基 娃焼、双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）二甲基娃焼、双（4-轻基苯基）甲焼、双（4-轻基-3， 5-二氯苯基）甲焼、双（4-轻基-3, 5-二漠苯基）甲焼、2, 2-双（4-轻基苯基）丙焼、 2, 2-双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基）丙焼、2, 2-双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）丙焼、2, 2-双 (4-轻基-3-甲基苯基）丙焼、2, 2-双（4-轻基-3-氯苯基）丙焼、双（4-轻基苯基）離、双 (4-轻基-3, 5-二甲基苯基）離、双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）離、9,9-双（4-轻基苯基） 巧、9, 9-双（4-轻基-3-甲基苯基）巧、9, 9-双（4-轻基-3-氯苯基）巧、9, 9-双（4-轻 基-3-漠苯基）巧、9, 9-双（4-轻基-3-氣苯基）巧、9, 9-双（4-轻基-3, 5-二甲基苯基） 巧、9, 9-双（4-轻基-3, 5-二氯苯基）巧、9, 9-双（4-轻基-3, 5-二漠苯基）巧、4, 4'-联 苯酷、3.3' -联苯酷等及它们的衍生物。其中，特别适宜利用具有9, 9-巧基的化合物。
[0049] 接着，使上述双苯酷类和环氧氯丙焼反应而得到具有2个缩水甘油基離基的环氧 化合物。在该反应时，一般伴有二缩水甘油基離化合物的低聚物化，因此，得到下述通式（I) 的环氧化合物。
[0050] [化 1]
[0051]
【权利要求】
1. 一种栅绝缘膜，其特征在于，其含有使如下的组合物固化而成的固化物，该组合物以 (A)使双酚型环氧化合物和含乙烯性不饱和键基团的单羧酸反应而成的化合物、及（B)光 聚合引发剂或热聚合引发剂为必需成分，固化物中含有（A)成分40?90质量％，含有（B) 成分0. 1?30质量％。
2. 根据权利要求1所述的栅绝缘膜，其中，所述组合物还含有（C)具有1个以上乙烯性 不饱和键的聚合性单体，固化物中含有（C)成分5?60质量％。
3. -种有机薄膜晶体管，其特征在于，含有至少1个栅电极、至少1个源电极、至少1个 漏电极、至少1个有机半导体层和权利要求1或2所述的栅绝缘膜。
4. 根据权利要求3所述的有机薄膜晶体管，其中，栅绝缘膜的膜厚为0. 05?1. 0 y m。
5. -种有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其为含有至少1个栅电极、至少1个 源电极、至少1个漏电极、至少1个有机半导体层和栅绝缘膜的有机薄膜晶体管的制造方 法， 在栅电极上涂布权利要求1或2所述的组合物，在100?150°C的温度下使其固化，由 此，以0. 05?1. 0 ii m的膜厚形成栅绝缘膜。
【文档编号】H01L51/05GK104423154SQ201410436461
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】奥慎也, 水上诚, 时任静士, 高野正臣, 山田裕章, 林秀平 申请人:新日铁住金化学株式会社, 国立大学法人山形大学