JP2008085315A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極材料の材料選択性が広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【解決方法】絶縁基板上に少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜が順次積層され、且つ前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極が設けられ、且つ半導体膜が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に設けられた薄膜トランジスタであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種画像表示装置の駆動素子や各種論理回路の論理素子等に用いることができる、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。

情報技術の目覚しい発展により、現在ではノート型パソコンや携帯情報端末などでの情
報の送受信が頻繁に行われている。近い将来、場所を選ばずに情報をやり取りできるユビ
キタス社会が来るであろうことは周知の事実である。そのような社会においては、より軽
量、薄型の情報端末が望まれている。

現在、情報端末には各種の画像表示装置や論理回路が組み込まれているが、それらの駆動素子や論理素子の多くに薄膜トランジスタが用いられている。

現在半導体の主流はＳｉ系であるが、フレキシブル化、軽量化などの観点から有機半導体を用いたトランジスタ（以下、有機トランジスタと呼ぶ）の研究が盛んになっている。一般に有機半導体を用いる場合、液体でのプロセスが可能となるため大面積化できる、印刷法が適用できる、プラスチック基板が利用できるなどといった利点が挙げられる（非特許文献１参照）。

またその応用分野は広く、薄型、軽量のフレキシブルな情報端末に限らず、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグやセンサーなどへの応用も見込まれている。このように、ユビキタス社会に向けて有機トランジスタの研究は必要不可欠である。

このような理由から、現在では印刷法を用いて形成する有機半導体が注目されているが、一般的に有機半導体を用いた電界効果トランジスタのキャリア移動度は現在では１０^-２から１０^-４ｃｍ^２／Ｖｓオーダーと低く、実用化するレベルにまで至っていないため、有機半導体材料のみならず、電極材料、素子構成、製造プロセスなど、様々な角度からの改良が急務となっている。

中でも半導体と電極界面の問題は重要であり、いかに効率よく電極から半導体にキャリ
ヤを注入できるかによってトランジスタ性能が大きく変わってくる。現在有機半導体として用いられている化合物の多くはキャリアがホールであるｐ型半導体であることから、半導体とオーミック接触をとるために、電極の仕事関数は大きいことが望ましい。さらには、電極の仕事関数が半導体の仕事関数より大きいことが好ましい。ｐ型の有機半導体の仕事関数は概ね５．０〜５．５ｅＶ程度であることから、仕事関数の大きい電極材料として、白金（５．６５ｅＶ）や金（５．１ｅＶ）等の金属材料、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）（５．０ｅＶ）、ポリアニリン（４．９ｅＶ）等の導電性高分子材料を用いることによりキャリア注入効率が上がることがわかっている。

例えば、ソース電極とドレイン電極に仕事関数の大きい金や白金を使って薄膜トランジスタを作製している例がある（特許文献１参照）。

しかしながら、仕事関数のより大きい金属材料は種類も少なく、稀少であるため、電極材料の選択性が広く、キャリア注入効率の良好な有機トランジスタを作製する上での障壁となっている。
特開２０００-１７４２７７号公報 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２６５，１６８４（１９９４）

本発明では上記のような問題を解決するため、電極材料の材料選択性が広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜が順次積層され、且つ前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極が設けられ、且つ半導体膜が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に設けられた薄膜トランジスタであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とする薄膜トランジスタである。

ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とすることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を大きくすることができ、電極材料の材料選択性広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。

請求項２に記載の発明は、前記電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタである。

電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極が前記電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタである。

ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合していることで、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。

少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含むことで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀とこれらの電子吸引性の官能基を有する化合物とが、金−チオール反応や銀―チオール反応で化学的に結合し、電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができる。

請求項５に記載の発明は、前記半導体膜がｐ型半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。

ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得るには、半導体膜がｐ型半導体膜であることが効果的である。

請求項６に記載の発明は、前記半導体膜が有機半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。

半導体膜が有機半導体膜であることで、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを提供することができる。

請求項７に記載の発明は、前記絶縁基板が可撓性基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタである。

絶縁基板が可撓性基板であることで、薄型、軽量、フレキシブルな薄膜トランジスタを提供することができる。

請求項８に記載の発明は、少なくとも、絶縁基板上にゲート電極を形成する第１工程と、ゲート絶縁膜を前記ゲート電極上に形成する第２工程と、ソース電極とドレイン電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する第３工程と、電子吸引性の官能基を有する化合物で前記ソース電極と前記ドレイン電極を表面処理する第４工程と、半導体膜を前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に形成する第５工程からなる薄膜トランジスタの製造方法である。

電子吸引性の官能基を有する化合物でソース電極とドレイン電極を表面処理することで、稀少な金属に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。

請求項９に記載の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極を電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する第４工程が、前記ソース電極と前記ドレイン電極を、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する工程であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理することで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成する工程であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成することで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する薄膜トランジスタを製造することができる。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀とこれらの電子吸引性の官能基を有する化合物とが、金−チオール反応や銀―チオール反応で化学的に結合し、電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができる。

請求項１１に記載の発明は、前記半導体膜を形成する第５工程が、ｐ型半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造するには、ｐ型半導体膜を形成することがより効果的である。

請求項１２に記載の発明は、前記半導体膜を形成する第５工程が、有機半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

有機半導体膜を形成することで、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを製造することができる。

請求項１３に記載の発明は、前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成することで、大面積の薄膜トランジスタを電極材料の使用効率良く製造することができる。

請求項１４に記載の発明は、前記印刷法がスクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

ソース電極とドレイン電極をスクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法のいずれかにより形成することで、大面積の薄膜トランジスタをより電極材料の使用効率良く製造することができる。

本発明によれば、ソース電極とドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を大きくすることができ、電極材料の材料選択性広く、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。

さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことで、ソース電極とドレイン電極への密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。

さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合していることで、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。

さらには、ソース電極とドレイン電極が少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含むことで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを提供することができた。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀がこれら電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合することができた。

また、薄膜トランジスタの製造方法が、少なくとも、絶縁基板上にゲート電極を形成する第１工程と、ゲート絶縁膜をゲート電極上に形成する第２工程と、ソース電極とドレイン電極をゲート絶縁膜上に形成する第３工程と、電子吸引性の官能基を有する化合物でソース電極とドレイン電極を表面処理する第４工程と、半導体膜をソース電極とドレイン電極との間のゲート絶縁膜上に形成する第５工程からなることで、稀少な金属材料に限らず、ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。

さらには、ソース電極とドレイン電極を少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理することで、ソース電極とドレイン電極との密着性が向上し、ソース電極とドレイン電極の仕事関数を長期間に渡り大きく維持することができる、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを製造することができた。

さらには、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成することで、稀少な金属に限らず、仕事関数の大きいソース電極とドレイン電極を有する薄膜トランジスタを製造することができた。また、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、電極材料の金や銀がこれら電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合した薄膜トランジスタを製造することができた。

さらには、ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成することで、電極材料の使用効率よく大画面化の可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に本発明の薄膜トランジスタの一例を示す。絶縁基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース電極とドレイン電極１４、半導体膜１６が形成されている。そして特徴的なのは、ソース電極とドレイン電極１４が表面処理剤１５で表面処理されていることである。

このように、ソース電極とドレイン電極１４が、電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、ソース電極とドレイン電極１４の仕事関数を大きくすることができ、キャリア注入効率を高くすることができる。電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、各電極中の電子は電子吸引性の官能基を有する化合物中に吸引され、各電極中の電子数が減少することにより、各電極の仕事関数が大きくなる。

次に、本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を、図２（ａ）から図２（ｅ）に示す。まず、絶縁基板１１上にゲート電極１２を形成する（図２（ａ））。絶縁基板１１には、石英などのガラス基板、シリコンウェハーの他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン、ポリカーボネートなどの公知のプラスチックフィルム等を用いることが出来る。

プラスチックフィルム等の可撓性基板であれば、薄型、軽量、フレキシブルな薄膜トランジスタを得ることができ、好ましい。また、製造工程に乾燥工程等の熱処理を含む場合には、熱安定性の高い石英などのガラス基板の他、プラスチックフィルムではＰＥＳやＰＥＮが好ましい。

ゲート電極１２の形成方法や材料は問わない。例えば、フォトリソグラフィー法やディスペンサ法の他、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法等の印刷法が挙げられる。材料としては例えば、金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペーストが挙げられる。

また、例えば、金属や合金、透明導電膜材料を、全面にスパッタ法や蒸着法等によって成膜後、ノボラック系、アクリル系等のレジスト材料を用い、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法で所望のレジストパターンを形成した後、酸等のエッチング液でエッチングすることにより所望のパターンを形成することができる。また、金属や合金、透明導電膜材料を、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法で直接所望のパターンを形成することもできる。これらスパッタ法や蒸着法に使用できる金属材料としては、アルミニウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ニッケル、銅、銀、金、白金、パラジウム等が、透明導電膜材料としてはＩＴＯ等が挙げられる。

次に、ゲート絶縁膜１３を形成する（図２（ｂ））。ゲート絶縁膜１３の材料や形成方法は問わない。例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの高分子溶液、アルミナやシリカゲルなどの粒子を分散させた溶液を材料に用い、スピンコート法やダイコート法で形成することができる。また、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等の各種絶縁材料を用い、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法等で形成することもできる。

次に、ソース電極とドレイン電極１４を形成する（図２（ｃ））。形成方法や材料は問わない。例えば、フォトリソグラフィー法やディスペンサ法の他、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法等の印刷法が挙げられる。材料としては例えば、金、銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子を分散させた溶液若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペーストが挙げられる。

また、例えば、金属や合金、透明導電膜材料を、全面にスパッタ法や蒸着法等によって成膜後、ノボラック系、アクリル系等のレジスト材料を用い、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法で所望のレジストパターンを形成した後、酸等のエッチング液でエッチングすることにより所望のパターンを形成することができる。また、金属や合金、透明導電膜材料を、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法で直接所望のパターンを形成することもできる。これらスパッタ法や蒸着法に使用できる金属材料としては、アルミニウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ニッケル、銅、銀、金、白金、パラジウム等が、透明導電膜材料としてはＩＴＯ等が挙げられる。

また、形成方法としては、印刷法により形成すると、大面積の薄膜トランジスタを電極材料の使用効率良く製造することができ、好ましい。さらには、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法の何れかにより形成するとさらに、大面積の薄膜トランジスタをより電極材料の使用効率良く製造することができ、好ましい。

次に、ソース電極とドレイン電極１４を電子吸引性基を有する化合物で表面処理する（図２（ｄ））。ソース電極とドレイン電極１４の表面処理に用いる電子吸引性基を有する化合物は特に限定されるものではないが、例えば、ベンゼンチオール、クロロベンゼンチオール、ブロモベンゼンチオール、フルオロベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、ペンタクロロベンゼンチオール、ニトロチオフェノール、２−メルカプト−５−ニトロベンズイミダゾール、パーフルオロデカンチオール、ペンタフルオロチオフェノール、４−トリフルオロメチル−２，３，５，６−テトラフルオロチオフェノール、５−クロロ−２−メルカプトベンゾイミダゾール等のチオール化合物、ジフェニルジスルフィド等のジスルフィド化合物、ジフェニルスルフィド等のスルフィド化合物、長鎖フルオロアルキルシラン等のシランカップリング剤などを用いることができる。また、表面処理の方法としては、容器５１に入れた、上記の化合物をメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコールなどの溶媒で希釈した溶液５２に浸漬することにより処理する方法（図３）、スプレーで吹き付けるスプレー法、ダイコート法やスピンコート法等の各種ウエットコーティング法、蒸着等の各種ドライコーティング法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

電子吸引性基を有する化合物としては、チオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤が、ソース電極とドレイン電極への密着性が高いことから好ましい。

さらには、電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合していることが好ましい。電子吸引性の官能基を有する化合物が、ソース電極とドレイン電極と、化学的に結合を有していると、ソース電極とドレイン電極の仕事関数をより長期間に渡り大きく維持することができ、経時でも安定したキャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得ることができ、好ましい。

例えば、ソース電極とドレイン電極の電極材料が少なくとも金、銀いずれか１種の元素を含み、電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む場合には、チオール化合物や、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤と金電極との間の金―チオール反応による化学結合、チオール化合物や、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤と銀電極との間の銀―チオール反応による化学結合を形成することができるがこれらに限定されるものではない。

次に、半導体膜１６を形成する（図２（ｅ））。半導体膜１６の材料や形成方法は問わない。ソース電極とドレイン電極の仕事関数が大きい場合に、キャリア注入効率の高い薄膜トランジスタを得るには、半導体膜がｐ型半導体であることが効果的であるが、これに限定されるものではない。また、例えば、大面積でフレキシブルな薄膜トランジスタを得るために、有機半導体を好適に使用することができる。有機半導体の材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、ペリレン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いることができる。材料使用効率の良い有機半導体の形成方法として印刷法が挙げられ、インクジェット法、ディスペンサ法などが好ましいが、これらに限定されるものではない。

尚、本発明の薄膜トランジスタには、必要に応じて封止層、遮光層などを好適に設けることができる。

（実施例１）
まず、絶縁基板１１としてＰＥＮフィルムを用い、この絶縁基板１１上に反転オフセット印刷法によりナノ銀インキ（住友電工製ナノ銀：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＃２００＝８：１（重量比））を印刷、１８０℃で１時間ベークさせて膜厚５０ｎｍのゲート電極１２を得た（図４（ａ）から図４（ｄ））。反転オフセット印刷は、シリコーンゴム製のブランケット２１上にキャップコーターを用いてナノ銀インキの液膜２２を作製、室温で２分予備乾燥を行い、非画像部のパターンを有する凸版２３を用いて不要部２４を除去、ブランケット２１上に残った画像部を絶縁基板１１に転写する工程で行った。

次に、ゲート絶縁膜材料として、ポリイミドインク（三菱ガス化学製ネオプリム）３１をダイコーター３２により塗布、１８０℃で１時間乾燥させて膜厚１μｍのゲート絶縁膜１３を形成した（図５（ａ））。

そして、ソース電極とドレイン電極材料として銀ペースト（住友電工製）４１を用い、スクリーン印刷４２により印刷、１８０℃で１時間乾燥させて膜厚１０μｍのソース電極及びドレイン電極１４を形成した（図５（ｂ））。

次に、容器５１中に入れた、ペンタフルオロチオフェノール（東京化成製）をイソプロピルアルコールで０．２重量％に希釈した表面処理剤溶液５２に基板を２時間浸漬（図５（ｃ））、イソプロピルアルコールで洗浄、エアーガンで乾燥させて表面処理１５を施した（図５（ｄ））。このとき、ペンタフルオロチオフェノールと電極材料の銀は銀−チオール反応により、化学結合を有していた。

このソース電極とドレイン電極を表面処理した後の電極の仕事関数を光電子分光装置ＡＣ−１（理研計器製）で陽極電圧３３４０Ｖ、測定範囲が４ｅＶから６ｅＶの条件で測定した結果、５．４０[ｅＶ]と大きい値を得られた（図１４）。

そして、半導体材料として有機半導体材料であるＬｉｓｉｃｏｎ ＳＰ２００（Ｍｅｒｃｋ製）をテトラリン（関東化学製）で０．５重量％になるように溶解させた溶液６２をディスペンサ６１で塗布、９０℃で９０分間真空乾燥して膜厚５０ｎｍの半導体層１６を形成し得た（図５（ｅ））。この半導体膜１６の仕事関数を上記と同条件で測定した結果、５．１８［ｅＶ］であった。

得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を半導体特性評価装置ＳＣＳ４２００（ケースレー製）で調べた結果を図６に示す。ここでＶｄｓはソース電極とドレイン電極間の電圧である。この図６のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．８２Ｅ−０３[ｃｍ^２／Ｖｓ]と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。

また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を光電子分光装置ＡＣ−１（理研計器製）を用いて上記と同様の条件で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．４０［ｅＶ］と変化が無く良好であった。

（実施例２）
ソース電極とドレイン電極を、電極材料としてナノ銀インキ（住友電工製ナノ銀：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＃２００＝８：１（重量比））を用いて、反転オフセット印刷法により形成した以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．７４ [ｅＶ] と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図７に示す。この図７のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．０６Ｅ−０３[ｃｍ^２／Ｖｓ]と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．７４［ｅＶ］と変化が無く良好であった。

（実施例３）
ソース電極とドレイン電極を、金を用いて蒸着法、フォトリソ法、エッチング法により形成した以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．４９［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図８に示す。この図８のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．２９Ｅ−０３［ｃｍ^２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．４９［ｅＶ］と変化が無く良好であった。

（実施例４）
電子吸引性の官能基を有する化合物として、５−クロロ−２−メルカプトベンゾイミダゾールを用いた以外は実施例３と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は５．２６［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図９に示す。この図９のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、１．６６Ｅ−０３［ｃｍ^２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は５．２６［ｅＶ］と変化が無く良好であった。

（実施例５）
電子吸引性の官能基を有する化合物として、４−トリフルオロメチル−２，３，５，６−テトラフルオロチオフェノールを用いた以外は実施例３と同様にして薄膜トランジスタを得た。実施例１と同様にして測定した電極の仕事関数は６．００［ｅＶ］と大きい値を得られた（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を実施例１と同様にして調べた結果を図１０に示す。この図１０のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．２３Ｅ−０３［ｃｍ^２／Ｖｓ］と、高い良好な値を示した（図１５）。これは、電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることで、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数より大きい値をとったことによる。また、形成した電極の仕事関数の経時安定性を実施例１と同様な方法で評価した結果、２０００時間後でも仕事関数は６．００［ｅＶ］と変化が無く良好であった。

（比較例１）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例１と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．７５[ｅＶ]と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１１に示す。この図１１のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、３．２６Ｅ−０４[ｃｍ^２／Ｖｓ]と、低い値であった（図１５）。これは、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数よりも小さいことによる。

（比較例２）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例２と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．７４[ｅＶ]と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１２に示す。この図１２のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、９．９２Ｅ−０４[ｃｍ^２／Ｖｓ]と、低い値であった。（図１５）。これは、電極の仕事関数が半導体膜の仕事関数よりも小さいことによる。

（比較例３）
ソース電極とドレイン電極に表面処理を施さない以外は、実施例３と同様な方法で薄膜トランジスタを作成し、同様な評価を行った。電極の仕事関数は４．６０［ｅＶ］と小さかった（図１４）。得られた薄膜トランジスタの電圧（Ｖｇｓ）に対する電流（｜Ｉｄ｜）、キャリア移動度（｜μ｜）の関係を調べた結果を図１３に示す。この図１３のＶｄｓ＝−５Ｖ時のキャリア移動度の最大値は、２．０５Ｅ−０３［ｃｍ^２／Ｖｓ］と、実施例３と比較して若干低い値であった。（図１５）。これは、表面処理した電極の仕事関数の方が、表面処理していない電極の仕事関数よりも大きいことによる。

本発明の薄膜トランジスタの一例を示す断面図 本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例 本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例 本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例 本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例 実施例１のトランジスタ特性 実施例２のトランジスタ特性 実施例３のトランジスタ特性 実施例４のトランジスタ特性 実施例５のトランジスタ特性 比較例１のトランジスタ特性 比較例２のトランジスタ特性 比較例３のトランジスタ特性 実施例及び比較例のソース電極とドレイン電極の仕事関数の表 実施例及び比較例の薄膜トランジスタのキャリア移動度の表

符号の説明

１１・・・絶縁基板
１２・・・ゲート電極
１３・・・ゲート絶縁膜
１４・・・ソース電極とドレイン電極
１５・・・表面処理剤
１６・・・半導体膜
２１・・・ブランケット
２２・・・インキ液膜
２３・・・凸版
２４・・・インキ液膜の不要部
３１・・・ゲート絶縁膜材料
３２・・・ダイコーター
４１・・・ソース電極とドレイン電極材料
４２・・・スクリーン印刷
５１・・・容器
５２・・・表面処理剤溶液
６１・・・ディスペンサ
６２・・・半導体材料

Claims (14)

1. 絶縁基板上に少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜が順次積層され、且つ前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極が設けられ、且つ半導体膜が前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に設けられた薄膜トランジスタであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記電子吸引性の官能基を有する化合物が、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記ソース電極と前記ドレイン電極が前記電子吸引性の官能基を有する化合物と、化学的に結合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記ソース電極と前記ドレイン電極が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記半導体膜がｐ型半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記半導体膜が有機半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記絶縁基板が可撓性基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
8. 少なくとも、絶縁基板上にゲート電極を形成する第１工程と、ゲート絶縁膜を前記ゲート電極上に形成する第２工程と、ソース電極とドレイン電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する第３工程と、電子吸引性の官能基を有する化合物で前記ソース電極と前記ドレイン電極を表面処理する第４工程と、半導体膜を前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ゲート絶縁膜上に形成する第５工程からなる薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記ソース電極と前記ドレイン電極を電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する第４工程が、前記ソース電極と前記ドレイン電極を、少なくともチオール化合物、ジスルフィド化合物、スルフィド化合物、シランカップリング剤のいずれか1種の化合物を含む電子吸引性の官能基を有する化合物で表面処理する工程であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、少なくとも金、銀のいずれか1種の元素を含む材料でソース電極とドレイン電極を形成する工程であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. 前記半導体膜を形成する第５工程が、ｐ型半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12. 前記半導体膜を形成する第５工程が、有機半導体膜を形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. 前記ソース電極とドレイン電極を形成する第３工程が、ソース電極とドレイン電極を印刷法により形成する工程であることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14. 前記印刷法がスクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法、反転オフセット印刷法のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。