有机薄膜晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种即使不改变形成有机半导体薄膜的材料，也能够容易地控制阈值电压的有机薄膜晶体管及其制造方法。该有机薄膜晶体管包括栅电极（１２）、栅极绝缘膜（１４）、源电极（１６）、漏电极（１８）和有机半导体膜（２０），其中，在栅极绝缘膜（１４）和有机半导体薄膜（２０）之间具有阈值电压控制膜（２２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机薄膜晶体管，尤其涉及有机薄膜晶体管的阈值电压的控制方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT)，作为有源矩阵液晶显示器等的转换元件在已经得以产品化应用，并通过将非晶硅或多晶硅作为半导体使用来制造。近来，作为TFT用的半导体材料，有机半导体材料引起了人们的重视。由于有机半导体通过被称之为旋涂法和真空蒸镀法这样的简单的技术就能容易地形成薄膜，因而，与使用非晶硅或多晶硅的现有TFT相比，具有可实现制造工艺温度低温化的优点。低温工艺可以在一般耐热性低的塑料基板上形成TFT，对于实现显示器的轻量化和低成本化，以及，基于塑料基板的挠性而使其用途多样化等方面具有巨大的潜能。然而，在迄今为止的使用了有机半导体材料的TFT研制中，难以通过像使用非晶硅或多晶硅制造TFT时那样的杂质掺杂进行阈值电压的控制，这成为实际应用上的障碍之一。有关阈值电压，在Jiyoul Lee上有所记载(例如参照非专利文献1)，但对于任意地控制阈值电压的技术未加描述。非专利文献1APPLIED PHYSICS LETTERS，Vol.80，2925-2927(2002)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过在栅极绝缘膜和有机半导体薄膜之间设置阈值电压控制膜，使不改变形成有机半导体薄膜的材料的情况下，也能够容易地控制阈值电压的有机半导体薄膜晶体管及其制造方法。(1)本专利技术涉及的有机薄膜晶体管，是具有栅电极、栅极绝缘膜、源电极、漏电极和有机半导体膜的有机薄膜晶体管，其中，在所述栅极绝缘膜和所述有机半导体薄膜之间具有阈值电压控制膜。在本专利技术中，通过在栅极绝缘膜和有机半导体薄膜之间设置阈值电压控制膜，可在不改变形成有机半导体膜的材料的情况下，也能够容易地使阈值电压改变。(2)所述阈值电压控制膜的厚度可以小于或等于3nm。这样，通过将阈值电压控制膜制成超薄膜，在晶体管的构造设计和制造工艺的处理中，能够与没有阈值电压控制膜的情况几乎相同的状态下进行，所以几乎不会因设置阈值电压控制膜而产生新的制约。此外，因为能够用极少量的材料而形成阈值控制膜，所以非常经济。(3)所述阈值电压控制膜可以化学吸附于所述栅极绝缘膜或所述有机半导体薄膜中的至少一个。由于是化学吸附，所以即使是超薄膜，也能够形成致密、强固的膜，具有非常有效的功能。(4)所述阈值电压控制膜可以由硅烷化合物形成。因为硅烷化合物容易化学吸附于适用于栅极绝缘膜的SiO2或Al2O3等的氧化物表面，或者吸附于经过简单的亲水性处理的亲水表面，并形成致密、强固的超薄膜(单分子膜)，所以优选使用硅烷化合物。这里所谓的亲水性处理是指在表面上形成羟基(-OH)的处理。(5)所述硅烷化合物可以至少具有一个三氟甲基(-CF3)。有效地使阈值电压向正向移动。(6)所述硅烷化合物可以至少具有一个氨基(-NH2)。有效地使阈值电压向负向移动。(7)所述有机半导体膜可以由选自并五苯和噻酚低聚物(oligothiophene)等的有机低分子、聚噻吩等的有机高分子、酞菁(phthalocyanine)等的金属络合物、C60、C70、金属内嵌富勒烯等的富勒烯系列，以及纳米碳管类的组中的至少一种形成。(8)根据本专利技术的有机薄膜晶体管的制造方法，其是包括栅电极、栅极绝缘膜、源电极、漏电极和有机半导体膜的有机薄膜晶体管的制造方法，其包括在所述栅极绝缘膜和所述有机半导体薄膜之间形成阈值电压控制膜的工艺。(9)根据本专利技术的有机薄膜晶体管的制造方法还可以包括形成小于或等于3nm的所述阈值电压控制膜厚度的工艺。(10)所述阈值电压控制膜可以由具有官能团的化合物形成，该官能团可化学吸附于所述栅极绝缘膜或所述有机半导体薄膜中的至少一个。(11)形成所述阈值电压控制膜的化合物可以是硅烷化合物。(12)所述硅烷化合物可以至少具有一个三氟甲基(-CF3)。有效地使阈值电压向正向移动。(13)所述硅烷化合物可以至少具有一个氨基(-NH2)。有效地使阈值电压向负向移动。(14)根据本专利技术的有机薄膜晶体管的制造方法还可以包括所述有机半导体膜由从并五苯和噻酚低聚物(oligothiophene)等的有机低分子、聚噻吩等的有机高分子、酞菁等的金属络合物、C60、C70、金属内嵌富勒烯等的富勒烯系列，以及纳米碳管类中选择至少一种形成的工艺。(15)还可以包括在形成所述阈值电压控制膜之前，至少对所述阈值电压的基础表面进行亲水性处理的工艺。附图说明图1是表示本专利技术的实施例涉及的有机薄膜晶体管构造的截面模式图。图2中的图2(A)～(D)是表示本专利技术实施例涉及的有机薄膜晶体管的制造方法的截面模式图。图3是表示本专利技术的实施例涉及的试验体的漏极电流ID和栅极电压VG间关系的示意图。图4是表示本专利技术的实施例涉及的试验体的漏极电流ID和栅极电压VG间关系的示意图。图5是本专利技术实施例涉及的有机薄膜晶体管的构造的变形例的截面模式图。图6是本专利技术的实施例涉及的有机薄膜晶体管的构造的变形例的截面模式图。具体实施例方式下面参照附图就本专利技术的实施例进行说明。(有机薄膜晶体管)以下，就实施例涉及的有机薄膜晶体管的构造进行说明。图1是本实施例涉及的有机薄膜晶体管构造的截面模式图。本专利技术的有机薄膜晶体管在基板10上配置有栅电极12、栅极绝缘膜14、源电极16、漏电极18、有机半导体膜20和阈值电压控制膜22，在栅极绝缘膜14和有机半导体膜20之间设置阈值电压控制膜22。通过该阈值电压控制膜22，可不必改变构成有机半导体膜20的材料，就能够控制有机薄膜晶体管的阈值电压(Vth)。(制造工艺)以下，对实施例的有机薄膜晶体管的制造方法进行说明。图2(A)～(D)是适用本专利技术的实施例涉及的有机薄膜晶体管的制造步骤的截面模式图。作为基板10没有特别的限定，例如，可以采用添加了作为杂质的硼(B)、磷(P)、锑(Sb)等的p型或n型的单晶硅基板、玻璃基板、石英基板、塑料基板，该塑料基板是聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)、聚醚砜(polyethersulfone)、或聚碳酸酯等的基板。在本实施例中，基板10使用掺杂了杂质的单晶硅基板，并将其作为栅电极12。首先，如图2(A)所示，在基板10上形成栅极绝缘膜14。栅极绝缘膜14的形成方法没有特别限制，例如，既可以通过热氧化法使基板表面氧化形成二氧化硅(SiO2)，也可以通过溅射法(sputtering)或化学气相沉积法(CVD法)的真空镀膜法形成SiO2、Al2O3等的绝缘性膜。栅极绝缘膜14的厚度诸如是100～800nm。接着，如图2(B)所示，形成源电极16和漏电极18。源电极16和漏电极18的材质没有特别限定，可以使用金属电极、金属氧化物电极和炭精电极。例如，有机半导体膜20使用富勒烯(C60)时，适宜使用铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铟-锡氧化物(ITO)等。源电极16和漏电极18的厚度诸如是50～300nm。源电极16和漏电极18的形成方法，通过真空镀膜法在栅极绝缘膜14上形成导电性的薄膜，再利用平版印刷技术形成源电极16和漏电极18的特定的图案。接着，如图2(C)所示，形成阈值电压控制膜22。阈值电压控制膜22是将有机半导体膜20的阈值电压特性控制为希望值的膜，例如可以利用以R1(CH2)mSiR2nX3-n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机薄膜晶体管，其包括栅电极、栅极绝缘膜、源电极、漏电极和有机半导体膜，其中，在所述栅极绝缘膜和所述有机半导体薄膜之间具有阈值电压控制膜。

【技术特征摘要】
JP 2003-7-7 2003-1931101.一种有机薄膜晶体管，其包括栅电极、栅极绝缘膜、源电极、漏电极和有机半导体膜，其中，在所述栅极绝缘膜和所述有机半导体薄膜之间具有阈值电压控制膜。2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其所述阈值电压控制膜的厚度小于或等于3nm。3.根据权利要求1或2所述的有机薄膜晶体管，其中，所述阈值电压控制膜化学吸附于所述栅极绝缘膜或所述有机半导体薄膜中的至少一个。4.根据权利要求1至3中任一项所述的有机薄膜晶体管，其中，所述阈值电压控制膜由硅烷化合物形成。5.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管，其中，所述硅烷化合物至少包括一个三氟甲基。6.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管，其中，所述硅烷化合物至少包括一个氨基。7.根据权利要求1至6中任一项所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机半导体膜由选自有机低分子材料、有机高分子材料、金属络合物、富勒烯系列材料、以及纳米碳管系列材料组成的组中的至少一种形成。8.一种有机薄膜晶体管的制造方法，其系包括栅电极、栅极绝缘膜、源电极、漏电极、以及有机半导体膜的有机薄膜晶体管的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：西川尚男，下田达也，岩佐义宏，竹延大志，小林慎一郎，三谷忠兴，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]