有機半導体素子の製造方法
【課題】本発明は、多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と、上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決するものである。
【解決手段】本発明は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と、上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴに代表される半導体トランジスタは、近年、ディスプレイ装置の発展に伴ってその用途を拡大する傾向にある。このような半導体トランジスタは、半導体材料を介して電極が接続されていることにより、スイッチング素子としての機能を果たすものである。
【０００３】
従来、上記半導体トランジスタに用いられる半導体材料としては、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、および、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）等の無機半導体材料が用いられてきた。近年、普及が拡大している液晶表示素子のディスプレイ用ＴＦＴアレイ基板にもこのような無機半導体材料が採用された半導体トランジスタが用いられている。
一方、上記半導体材料としては、有機化合物からなる有機半導体材料も知られている。有機半導体材料は、上記無機半導体材料に比べて安価に大面積化が可能であり、またフレキシブルなプラスチック基板上に形成することが可能であり、さらに機械的衝撃に対して安定であるという利点を有することから、電子ペーパー代表されるフレキシブルディスプレイ等の次世代ディスプレイ装置への応用などを想定した研究が活発に行われている。
【０００４】
ここで、上述した有機半導体トランジスタを作製する際には、有機半導体層をパターン状に形成することが必要とされるが、従来、パターン状に有機半導体層を形成する方法としては、フォトレジスト法が主に用いられてきた（例えば、特許文献１）。しかしながら、フォトレジスト法は、有機半導体材料からなる層を所望のパターンに精度良くパターニングできる点においては優れているが、工程が煩雑であるため生産性に乏しいという問題点があった。
【０００５】
このような問題点に対し、特許文献２にはインクジェット法を用いて有機半導体トランジスタを作製方法が開示されている。インクジェット法はインクジェットヘッドを用いて微量のインクを所定の位置に吐出することによって有機半導体層を形成する方法であり、微細にパターニングされた有機半導体層を、高生産性で形成することができる点において優れた方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５８４９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的に半導体トランジスタは、ゲート電圧を印加することによって上記半導体材料からなる層の界面の電荷量を変化させることにより、ドレイン電流を制御してスイッチング機能を発揮させるものである。ここで、半導体トランジスタに十分なスイッチング機能を発揮させるためには、オン、オフ時のドレイン電流の比（オンオフ比）が大きいことが望ましいものである。これは、オンオフ比が大きい場合は僅かなゲート電圧の変化で大きなドレイン電流の変化を得ることができるからである。しかしながら、上述した有機半導体トランジスタは、従来の無機半導体トランジスタに比べてオンオフ比が小さいといった問題がある。
【０００８】
一般的に、オンオフ比が小さくなる原因としては、オン電流が低いこと、あるいは、オフ電流が高いことが挙げられるが、上述した有機半導体トランジスタにおいては特にオフ電流が高いことに問題があった。
【０００９】
有機半導体トランジスタのオフ電流が高い原因としては種々の要因が考えられるが、その原因の一つとして、有機半導体材料からなる有機半導体層を微細なパターン状に形成することが困難であるため、有機半導体層の面積が必要以上に大きくなってしまうことが挙げられる。このため、有機半導体トランジスタの作製に際しては、有機半導体層を上記ソース電極とドレイン電極との間にのみ形成し、有機半導体層の面積を小さくすることがオフ電流を低下させるために有用な手段になる。そして、このように上記ソース電極とドレイン電極との間にのみ有機半導体層を形成するには、上記ソース電極およびドレイン電極を多孔質体にすることが有用である。
しかしながら、本発明者らは、上記ソース電極およびドレイン電極を多孔質体にした場合、有機半導体層を上記インクジェット法等の吐出法で作製すると、吐出された塗工液がソース電極あるいはドレイン電極に吸収されてしまい、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域に有機半導体層を均一に形成することが困難であるという問題点を見出した。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と、上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、上記ソース・ドレイン電極によって形成されるソース電極およびドレイン電極が多孔質体であることにより、上記有機半導体層形成工程において上記ソース電極および上記ドレイン電極の間のみに安定的に有機半導体層を形成することが可能になる。このため、上記有機半導体層形成工程において形成される有機半導体層の面積を小さくすることができる。
また、本発明によれば、上記有機半導体層形成工程が上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するものであることにより、上記ゲート電極およびドレイン電極が多孔質体であっても、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ゲート電極およびドレイン電極に吸収されることによって、上記ゲート電極およびドレイン電極の間の領域（以下、単に「チャネル領域」と称する場合がある。）への有機半導体層の形成が阻害されることを防止できる。このため、本発明によれば、上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができる。
このようなことから、本発明によれば多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００１３】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記ソース・ドレイン電極形成工程の前に、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程とを有し、かつ、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記ゲート絶縁層上に上記ソース電極およびド上記ドレイン電極を形成するものであってもよい。これにより本発明の有機半導体素子の製造方法によって、ボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造することができるからである。
また、このような場合においては、上記ゲート絶縁層の表面が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において上記ゲート絶縁層の表面に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がることを防止できるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００１４】
また本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、基板を用い、上記基板上に上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するものであり、かつ、上記有機半導体層形成工程の後に、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを有するものであってもよい。これにより本発明の有機半導体素子の製造方法によって、トップゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造することができるからである。
また、このような場合においては、上記基板の表面が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において上記基板上に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外の領域に濡れ拡がることを防止できるため、チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００１５】
また本発明においては、上記撥液性の程度が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましい。これにより、上記有機半導体層形成工程において、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００１６】
さらに本発明においては、上記吐出装置がインクジェットヘッドであることが好ましい。上記吐出装置としてインクジェットヘッドを用いることにより、本発明の有機半導体素子の製造方法を高生産性で有機半導体素子を製造可能なものにできるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の有機半導体素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１９】
上述したように本発明の有機半導体素子の製造方法は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２０】
このような本発明の有機半導体素子の製造方法について、図を参照しながら説明する。図１は本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。図１に例示するように、本発明の有機半導体素子の製造方法は、任意の構成を有する基材１１を用い、上記基材１１上に、多孔質体であるソース電極１およびドレイン電極２を、互いに平行な直線（ｘ、ｙ）上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図１（ａ））、
吐出装置１２を移動させながら、当該吐出装置１２から有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極１およびドレイン電極２の間に有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程（図１（ｂ）、（ｃ））とを有するものである。
このような例において本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記有機半導体層形成工程において、上記有機半導体層形成用塗工液が吐出される際の上記吐出装置１２の移動方向が、上記ソース電極１およびドレイン電極２が形成された直線（ｘ、ｙ）に対して、略垂直方向（図１中の矢印の方向）であることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によれば、上記ソース・ドレイン電極によって形成されるソース電極およびドレイン電極が多孔質体であることにより、上記有機半導体層形成工程において上記ソース電極および上記ドレイン電極の間のみに安定的に有機半導体層を形成することが可能になる。このため、上記有機半導体層形成工程において形成される有機半導体層の面積を小さくすることができる。
また、本発明によれば、上記有機半導体層形成工程が上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するものであることにより、上記ゲート電極およびドレイン電極が多孔質体であっても、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ゲート電極およびドレイン電極に吸収されることによって、上記チャネル領域への有機半導体層の形成が阻害されることを防止できるため、上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができる。
このようなことから、本発明によれば多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、少なくとも上記ソース・ドレイン電極形成工程と、上記有機半導体層形成工程とを有するものであり、必要に応じて他の任意の工程を有するものであってもよい。
以下、本発明に用いられる各工程について順に説明する。
【００２３】
１．有機半導体層形成工程
まず、本発明に用いられる有機半導体層形成工程について説明する。本工程は、後述するソース・ドレイン電極形成工程によって形成されたソース電極およびドレイン電極の間に有機半導体層を形成する工程であり、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記チャネル領域に有機半導体層を形成する方法が用いられることを特徴とするものである。
以下、このような有機半導体層形成工程について説明する。
【００２４】
本工程においては、上記吐出装置を上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するが、上記「略垂直方向」とは、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して、垂直な方向および垂直な方向に相当する方向を意味するものである。ここで、「垂直な方向に相当する方向」とは、吐出装置を上記「垂直な方向」に移動させながら有機半導体層を形成した場合と同様の効果を奏する範囲内で、上記「垂直な方向」からずれた方向を意味するものである。具体的に上記「垂直な方向」からどの程度ずれた方向までが上記「垂直な方向に相当する方向」に含まれるかについては、本工程に用いられる吐出装置や有機半導体層形成用塗工液の組成等に依存するものである。なかでも本工程において吐出装置を移動させる方向は、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して、９０°±３０°の範囲内であることが好ましく、特に９０°±２０°の範囲内であることが好ましく、さらに９０°±１０°の範囲内であることが好ましい。吐出装置の移動方向が上記範囲内であることにより、本工程に用いられる吐出装置や有機半導体層形成用塗工液の種類に関わらず、本工程において上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができるからである。
【００２５】
本工程に用いられる吐出装置としては、所望量の有機半導体層形成用塗工液を所定の位置に吐出することができるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な吐出法に用いられる吐出装置を用いることができる。このような吐出装置としては、例えば、インクジェットヘッドやディスペンサー等を挙げることができるが、本工程においてはインクジェットヘッドを用いることが好ましい。上記吐出装置としてインクジェットヘッドを用いることにより、本工程においてインクジェット法で有機半導体層を形成することができるため、本発明の有機半導体素子の製造方法より生産性の高いものにすることができるからである。また、インクジェット法によれば極微量な有機半導体層形成用塗工液を、所定の位置にさせることが可能であるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００２６】
本工程に用いられるインクジェットヘッドとしては、所望の大きさの有機半導体層形成用塗工液の液滴を形成し、これを所望の位置に吐出させることができるものであれば特に限定されるものではない。このようなインクジェットヘッドとしては、例えば、帯電した塗工液を連続的に吐出し、磁場によって吐出量を制御する吐出方式のもの、圧電素子を用いて間欠的に塗工液を吐出する吐出方式のもの、または、塗工液を加熱しその発泡現象を利用して間欠的に吐出する吐出方式のもの等を挙げることができる。本工程においては、これらのいずれのインクジェットヘッドであっても好適に用いることができるが、なかでも上記圧電素子を用いる方式のものを用いることが好ましい。このような方式のインクジェットヘッドは、圧電素子に加える電圧のパターンを任意に調整することにより、有機半導体層形成用塗工液の吐出粒径や吐出速度等を任意に調整することが可能であるため、本発明により製造される有機半導体素子の用途等に応じて、本工程で形成される有機半導体層の形態を任意に制御することが容易になるからである。
【００２７】
なお、本工程においては単一の吐出装置が用いられてもよく、あるいは、複数の吐出装置が用いられてもよい。
【００２８】
本工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液は、有機半導体材料を含有するものであり、本工程に用いられる吐出装置を用いて吐出可能なものであれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては有機半導体材料が溶媒に溶解された有機半導体層形成用塗工液を用いることが好ましい。このような有機半導体層形成用塗工液を用いることにより、本工程に用いられる吐出装置に適合するように有機半導体層形成用塗工液の粘度等を調整することが容易になるからである。
【００２９】
本工程に用いられる有機半導体材料としては、本工程によって所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的に有機半導体トランジスタに用いられる有機半導体材料を用いることができる。このような有機半導体材料としては、例えば、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物等を挙げることができる。より具体的には、ペンタセン等の低分子系有機半導体材料、および、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）等のポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類、ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレン等のポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）等のポリアニリン類、ポリアセチレン等のポリアセチレン類、ポリジアセチレン、ポリアズレン等のポリアズレン類等の高分子系有機半導体材料を挙げることができる。
【００３０】
なお、本工程に用いられる有機半導体材料は１種類のみであってもよく、あるいは、２種類以上であってもよい。
【００３１】
本工程によって形成される有機半導体層の面積は、有機半導体トランジスタを構成する半導体層としての機能を果たせる範囲内で、より小さい方が好ましい。本工程において形成される有機半導体層の面積が小さいほど、本発明によって形成される有機半導体素子のオフ電流を小さくすることができるからである。ここで、本工程で形成される有機半導体層が、有機半導体トランジスタを構成する半導体層としての機能を果たすには、少なくとも上記チャネル領域に有機半導体層が形成されていればよいものである。したがって、本工程において形成される有機半導体層は、上記チャネル領域のみに形成されていることが好ましい。
【００３２】
また本工程において形成される有機半導体層の厚みは、上記有機半導体材料の種類等に応じて所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できる範囲であれば特に限定されない。なかでも本工程において形成される有機半導体層の厚みは、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲より厚いと本発明によって形成される有機半導体素子において、電流オフ時においても回り込み電流によってドレイン電流が生じ、これに起因してオフ電流が大きくなってしまう場合があるからである。また、上記範囲より薄いと後述するソース電極およびドレイン電極と接触していない部位が有機半導体層に生じてしまう可能性があるからである。
【００３３】
２．ソース・ドレイン電極形成工程
次に、本発明に用いられるソース・ドレイン電極について説明する。本工程は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成する工程である。
以下、このようなソース・ドレイン電極形成工程について詳細に説明する。
【００３４】
本工程においては、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を互いに平行な直線上に形成するが、ここで、「直線上に形成する」とは、必ずしも本工程において形成されるソース電極およびドレイン電極の形状が直線状であることを意味するものではなく、ソース電極およびドレイン電極がそれぞれ直線上に形成されていればよいこと意味するものである。したがって、例えば、本発明によって形成されるドレイン電極が直線上に、点線状に形成されたものであっても、上記「直線上に形成する」に該当するものである。
【００３５】
本工程においてソース電極およびドレイン電極が形成される態様としては、両電極によってチャネル領域が形成される態様であれば特に限定されるものではない。したがって、本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極は、同一の形態であってもよく、あるいは、異なる形態であってもよい。
なお、本工程において形成されるソース電極およびドレイン電極は、それぞれ異なる直線上に形成されることになる。
【００３６】
本工程において形成されるソース電極とドレイン電極との間隔（以下、単に「チャネル長」と称する場合がある。）は、本発明によって製造される有機半導体素子の用途等に応じて適宜調整することができるが、なかでも本工程においては、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３７】
本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極は、多孔質体からなるものであるが、このようなソース電極およびドレイン電極を形成するために用いられる材料としては、多孔質体からなる電極を形成することが可能であり、かつ、所望の導電性を有する導電性材料であれば特に限定されるものではない。このような導電性材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｔａ合金、ＩＴＯ、ＩＺＯ、および、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子を挙げることができる。
本工程においてはこれらのいずれの導電性材料であっても好適に用いることができるが、なかでも金属材料を用いることが好ましい。金属材料を用いることにより、後述する金属ナノ粒子を用いた方法によって簡易な工程で多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を形成することが可能になるからである。
【００３８】
本工程において、上記金属材料を用いて多孔質体であるソース電極およびドレイン電極を形成する方法としては、所望の多孔度を有するソース電極およびドレイン電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、金属ナノ粒子を含有する塗工液を塗布・焼結する塗布法を用いることが好ましい。このような塗布法を用いてソース電極およびドレイン電極を形成することにより、簡易な工程で多孔質体であるソース電極およびドレイン電極を形成することができるからである。
【００３９】
上記塗布法は、金属ナノ粒子を含有する塗工液を塗布し、次いで当該塗工液の塗膜を焼結することによって多孔質体からなる電極を形成する方法であるが、より具体的には、金属ナノ粒子を溶媒に分散して金属ナノ粒子塗工液を調製する金属ナノ粒子塗工液作成工程と、金属ナノ粒子塗工液を塗工し、当該塗工液の塗膜を形成する塗工工程と、形成された金属ナノ粒子の塗膜を焼結する焼結工程とを少なくとも有するものである。
以下、これらの各工程について順に説明する。
【００４０】
まず、上記金属ナノ粒子塗工液作成工程について説明する。本工程に用いられる金属ナノ粒子の平均粒径としては、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を形成できる範囲内であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成工程にも用いられる有機半導体材料の種類等に応じて適宜決定することができるものである。なかでも本工程に用いられる金属ナノ粒子の平均粒径は０．５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。金属ナノ粒子の平均粒径が上記範囲よりも大きいと、形成されるソース電極およびドレイン電極の多孔度が大きくなりすぎてしまい、例えば、上記有機半導体層形成工程においてチャネル領域内に吐出された有機半導体層形成用塗工液がチャネル領域以外の部位へ濡れ拡がってしまう可能性があるからである。また、平均粒径が上記範囲よりも小さいと形成されるソース電極およびドレイン電極の多孔度が小さくなりすぎてしまい、例えば、上記有機半導体層形成工程において、チャネル領域に均質に有機半導体層を形成することが困難になる場合があるからである。
【００４１】
ここで、上記金属ナノ粒子の平均粒径は、レーザー法により測定した値を用いるものとする。平均粒径とは、一般に粒子の粒度を示すために用いられるものであり、レーザー法とは、粒子を溶媒中に分散し、その分散溶媒にレーザー光線を当てて得られた散乱光を補足して演算することにより、平均粒径、粒度分布等を測定する方法である。
なお、上記平均粒径は、レーザー法による粒径測定機として、リーズ＆ノースラップ(Ｌｅｅｄｓ ＆ Ｎｏｒｔｈｒｕｐ)社製 粒度分析計 マイクロトラックＵＰＡ Ｍｏｄｅｌ-９２３０を使用することにより測定することができる。
【００４２】
なお、本工程においては、１種類の金属ナノ粒子のみを用いてもよく、あるいは、２種類以上の金属ナノ粒子を用いてもよい。２種類以上の金属ナノ粒子を用いる場合は、平均粒径が異なる金属ナノ粒子を用いてもよく、あるいは、構成する金属材料の種類が異なるものを用いてもよい。
【００４３】
上記金属ナノ粒子塗工液に用いられる溶媒としては、上記金属ナノ粒子を均一に分散できるものであれば特に限定されるものではなく、本工程において使用される金属ナノ粒子の材質や平均粒径によって適宜選択されるものである。本工程に用いられる溶媒の例としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノール、テルピネオール等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ベンジル等のエステル類；メトキシエタノール、エトキシエタノール等のエーテルアルコール類；ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の酸アミド類；ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ドデシルベンゼン等の芳香族炭化水素類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、トリメチルペンタン等の長鎖アルカン；シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等の環状アルカン；などを挙げることができる。また、水を用いることもでき、さらには長鎖アルカンの混合物であるミネラルスピリットを用いることもできる。
【００４４】
本工程においては、これらの溶媒を単独で用いてもよく、あるいは、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４５】
また、上記金属ナノ粒子塗工液に含まれる金属ナノ粒子の濃度としては、金属ナノ粒子の平均粒径や、後述する塗工工程に用いられる塗布方法等によって適宜調整されるものであり特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、通常、２０質量％〜９０質量％の範囲内であることが好ましく、特に６０質量％〜９０質量％の範囲内であることが好ましい。上記濃度が範囲内であることにより、後述する塗工工程において厚み精度よく塗膜を形成することができるからである。
【００４６】
次に、上記塗工工程について説明する。本工程において上記金属ナノ粒子塗工液を塗工する方法としては、厚みが均一な塗膜を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような塗工方法としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。なかでも本工程においては、スクリーン印刷法あるいはマイクロコンタクトプリンティング法を用いることが好ましい。このような方法を用いることにより、上記金属ナノ粒子塗工液をパターン状に精度良く塗工することができる結果、本工程において高精細なパターン状のソース電極およびドレイン電極を形成することが容易になるからである。
【００４７】
また本工程においては、金属ナノ粒子塗工液を塗工した後に、焼結工程に即座に移行してもよいが、焼結工程に移行する前に金属ナノ粒子塗工液の溶媒を除去する乾燥工程を行うことが好ましい。乾燥工程を行うことにより、焼結体の膜厚が不均一になることを抑制できるからである。
【００４８】
次に、上記焼結工程について説明する。本工程において、上記金属ナノ粒子塗工液の塗膜を焼結する温度は、上記金属ナノ粒子を固着させることができる温度であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程おける焼結温度は１５０℃〜３５０℃の範囲内であることが好ましく、特に１５０℃〜２５０℃の範囲内であることが好ましく、さらに１５０℃〜２２０℃の範囲内であることが好ましい。焼結温度が上記範囲より低いと上記金属ナノ粒子の種類によっては、十分に固着することができない場合があるからである。一方、焼結温度が上記範囲より高いと、例えば、ゲート絶縁層、ゲート電極、基板等の他の部材にダメージが生じる恐れがあるからである。
【００４９】
本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極の厚みについては、上記有機半導体層形成工程において、チャネル領域に所望の厚みの有機半導体層を形成することができる範囲であれば特に限定されるものではない。したがって、本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極の厚みは上記有機半導体層の厚み等に応じて適宜調整されるものであるが、通常、５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、なかでも１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５０】
３．その他の工程
本発明の有機半導体素子の製造方法は、少なくとも上述した有機半導体層形成工程と、ソース・ドレイン電極形成工程とを有するものであるが、通常、他の任意の工程と併用されるものである。本発明に用いられる任意の工程としては、本発明の実施態様に応じ、本発明によって製造される有機半導体素子の用途等を考慮して適宜選択して用いられるものである。
ここで、本発明の実施態様は、ボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様（第１態様）と、トップゲート型の有機トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様（第２態様）とに大別することができるため、以下、これらの各態様に分けて、本発明に用いられる任意の工程について説明する。
【００５１】
（１）第１態様
まず、上記第１態様について説明する。本態様はボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様である。このような態様に用いられる任意の工程としては、例えば、上記ソース・ドレイン電極形成工程の前に実施され、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、を挙げることができる。
【００５２】
本態様において、上記ゲート電極形成工程と上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合について図を参照しながら説明する。図２は本態様にこれらの工程が用いられる場合の一例を示す概略図である。図２に例示するように、本態様において上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合としては、基板４を用い（図２（ａ））、上記基板４上にゲート電極５を形成するゲート電極形成工程と（図２（ｂ））、上記ゲート電極５上にゲート絶縁層６を形成するゲート絶縁層形成工程と（図２（ｃ））、上記ゲート絶縁層６上に上述した方法によってソース電極１およびドレイン電極２を形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図２（ｄ））、上記ソース電極１およびドレイン電極２の間に上述した方法によって有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程と（図２（ｅ））が用いられ、基板４上にボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタ２０ａが形成された有機半導体素子１０ａを製造する例を挙げることができる（図２（ｆ）。
【００５３】
以下、本態様に用いられるゲート電極形成工程および上記ゲート絶縁層形成工程について順に説明する。
【００５４】
ａ．ゲート電極形成工程
まず、上記ゲート電極形成工程について説明する。上述したように本工程は、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成する方法である。
【００５５】
本工程に用いられる基板としては所定の自己支持性を備えるものであれば特に限定されるものではなく、本態様によって製造される有機半導体素子の用途等に応じて任意の機能を有する基板を用いることができる。本工程に用いられる基板としては、ガラス基板等の可撓性を有さないリジット基板、および、プラスチック樹脂からなるフィルム等の可撓性を有するフレキシブル基板を挙げることができるが、本工程においては、これらのいずれの基板であっても好適に用いることができる。なかでも本工程においてはフレキシブル基板を用いることが好ましい。このようなフレキシブル基板を用いることにより、本工程をＲｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌプロセスにより実施することが可能になるため、生産性に優れたものにできるからである。
【００５６】
ここで、上記プラスチック樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＰＳおよびＰＥＩ等を挙げることができる。
【００５７】
また、本工程に用いられる基板は単一層からなるものであってもよく、または、複数の層が積層された構成を有するものであってもよい。複数の層が積層された構成を有する基板としては、例えば、上記プラスチック樹脂からなる基材上に、金属材料からなるバリア層が積層された構成を有するものを例示することができる。ここで、上記プラスチック樹脂からなる基板は、本態様の有機半導体素子を可撓性を有するフレキシブルなものにできるという利点を有する反面、表面に損傷を受けやすいという欠点を有することが指摘されている。しかしながら、上記バリア層が積層された基板を用いることにより、上記プラスチック樹脂からなる基材を用いる場合であっても、上記のような欠点を解消することができるという利点がある。
【００５８】
本工程に用いられる基板の厚みは、通常、１ｍｍ以下であることが好ましく、なかでも５０μｍ〜７００μｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、本工程に用いられる基板が複数の層が積層された構成を有するものである場合、上記厚みは各層の厚みの総和を意味するものとする。
【００５９】
本工程において、上記基板上にゲート電極を形成するために用いられる材料としては、所望の導電性を有する導電性材料であれば特に限定されるものではない。このような導電性材料としては、例えば、上記「２．ソース・ドレイン電極形成工程」の項において、ソース電極およびドレイン電極を形成するために用いられる導電性材料として説明したものと同様の材料を用いることができる。
【００６０】
また、本工程において上記基板上にゲート電極を形成する方法としては、上記導電性材料の種類等に応じて所望の導電性を有するゲート電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、真空蒸着法や金属ナノ粒子を塗布・焼結して形成する塗布法等を挙げることができる。
【００６１】
また、本工程においてパターン状のゲート電極を形成する方法としては、上述した方法によって基板上の全面にゲート電極を形成した後、これをパターニングする方法や、または、基板上に直接パターン状のゲート電極を形成する方法を挙げることができる。
ここで、上記ゲート電極をパターニングする方法としては、通常、リソグラフィー法が用いられ、なかでもフォトリソグラフィー法が好適に用いられる。
一方、上記パターン状のゲート電極を直接形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法等の印刷法や、マスク蒸着法等が好適に用いられる。
【００６２】
ｂ．ゲート絶縁層形成工程
次に、上記ゲート絶縁層形成工程について説明する。本工程は、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程である。
【００６３】
本工程において上記ゲート絶縁層を形成するために用いられる材料としては、所望の絶縁性を有する絶縁性材料であれば特に限定されるものではない。このような絶縁性材料としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の有機材料や、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料を挙げることができる。本工程においては、これらのいずれの絶縁性材料であっても好適に用いることができる。
【００６４】
なお、本工程に用いられる絶縁性材料は１種類であってもよく、あるいは、２種類以上であってもよい。
【００６５】
本工程においてゲート絶縁層を形成する方法としては、上記絶縁性材料の種類に応じて、所望の絶縁性を有するゲート絶縁層を形成できる方法であれば特に限定されるものでない。このような方法としては、例えば、上記絶縁性材料として有機材料を用いる場合には、有機材料を溶媒に溶解させたゲート絶縁層形成用塗工液を調製し、これを上記ゲート電極を覆うように塗工する方法を挙げることができる。
【００６６】
上記ゲート絶縁層形成用塗工液を塗工する塗布方式としては、上記ゲート絶縁層形成用塗工液の粘度等に応じて、厚みが均一な塗膜を形成できる方式であれば特に限定されるものではない。このような塗布方式としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。
【００６７】
一方、上記絶縁性材料として無機材料を用いる場合、本工程においてゲート絶縁層を形成する方法としては、例えば、ＣＶＤ法等を挙げることができる。
【００６８】
ここで、本工程によって形成されるゲート絶縁層は、表面に上記有機半導体層形成工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備えるものであることが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記有機半導体層形成用塗工液が上記チャネル領域以外に濡れ拡がることを防止できるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。また、上記ゲート絶縁層の表面が上記撥液性を有することにより、ゲート絶縁層上に形成される有機半導体層の反動体得性を向上させることができるからである。
ここで、上記「有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備える」とは、ゲート絶縁層の表面に対する上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角が、４０°以上であることを意味するものとする。
なお、上記接触角は、協和界面科学社製 Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７００を用いて室温（２３℃）において測定した値を用いるものとする。
【００６９】
本工程によって形成されるゲート絶縁層の撥液性の程度は、上記有機半導体層形成工程において上記チャネル領域内に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がらない程度であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成用塗工液の組成や、ソース電極およびドレイン電極の形態等に応じて適宜調整されるものである。なかでも本工程においては、上記撥液性の程度が上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましく、特に４０°〜６０°の範囲内であることが好ましく、さらに４０°〜４５°の範囲内であることが好ましい。接触角が上記範囲内であることにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ上記有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００７０】
ｃ．その他の工程
本態様においては、上記ゲート電極形成工程および上記ゲート絶縁層形成工程以外の他の工程も用いることができる。このような他の工程としては、本態様の有機半導体素子の製造方法により製造される有機半導体素子に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも上記他の工程として、本態様に好適に用いられるものとしては、上記有機半導体層を覆うようにパッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程を挙げることができる。このようなパッシベーション層形成工程を有することにより、本態様によって製造される有機半導体素子をトランジスタ特性の経時劣化が少ないものにできる。
【００７１】
上記パッシベーション層形成工程において、パッシベーション層を形成する方法としては、所望の保護機能を備えるパッシベーション層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、樹脂材料を溶媒に溶解したパッシベーション層形成用塗工液を用い、これを上記有機半導体層上に塗工する方法が好適に用いられる。このような方法としては、例えば、印刷法を用い、上記有機半導体層上に上記パッシベーション層形成用塗工液をパターン状に印刷する方法や、上記パッシベーション層形成用塗工液を上記有機半導体層上の全面に塗工することにより、パターニングされていないパッシベーション層を形成する方法等を挙げることができる。本工程においては上記のいずれの方法であっても好適に用いることができる。
【００７２】
本工程においてパッシベーション層を形成するために用いられる材料としては、上記有機半導体層が空気中に含有される水分等に曝露されることを所望の程度に防止できるものであれば特に限定されるものではない。このような材料としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。
【００７３】
（２）第２態様
次に、上記第２態様について説明する。本態様はトップゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様である。本態様に用いられる任意の工程としては、例えば、上記有機半導体層形成工程の後に、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を挙げることができる。
【００７４】
本態様において、上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合について図を参照しながら説明する。図３は本態様においてこれらの工程が用いられる場合の一例を示す概略図である。図３に例示するように、本態様において上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合としては、基板４を用い（図３（ａ））、上述した方法によって上記基板４上にソース電極１およびドレイン電極２を形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図３（ｂ））、上記ソース電極１およびドレイン電極２との間に、上述した方法によって有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程と（図３（ｃ））、上記有機半導体層３上にゲート絶縁層６を形成するゲート絶縁層形成工程と（図３（ｄ））、上記ゲート絶縁層６上にゲート電極５を形成するゲート電極形成工程（図３（ｅ））、が用いられ、基板４上にトップゲート型構造の有機半導体トランジスタ２０ｂが形成された有機半導体素子１０ｂを製造する例を挙げることができる。
【００７５】
ここで、本態様においては上述したソース・ドレイン電極形成工程が、上記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するものになるが、本工程に用いられる基板については、上記「（１)第１態様」の項において説明したものと同様のものを用いることができる。なかでも本態様に用いられる基板は、表面に上記有機半導体層形成工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備えるものであることが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ソース電極およびドレイン電極の間以外の領域に濡れ広がることを防止できるため、上記ソース電極およびドレイン電極の間のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。また、上記基板が表面に撥液性を備えるものであることにより、上記基板上に形成される有機半導体層の半導体特性を向上させることができるからである。
ここで、上記「有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備える」の意味については、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７６】
上記基板として表面に撥液性を有するものが用いられる場合、上記撥液性の程度は、上記有機半導体層形成工程において上記チャネル領域に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がらない程度であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成用塗工液の組成や、ソース電極およびドレイン電極の形態等に応じて適宜調整されるものである。なかでも本態様においては、上記撥液性の程度が上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましく、なかでも４０°〜６０°の範囲内であることが好ましく、特に４０°〜４５°の範囲内であることが好ましい。接触角が上記範囲内であることにより、上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ上記有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００７７】
なお、本態様に用いられる上記ゲート絶縁層形成工程については、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成すること以外は、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
また、本態様に用いられる上記ゲート電極形成工程についても、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成すること意外は、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００７９】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００８０】
１．実施例１
本実施例においては、トップゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００８１】
（１）ソース・ドレイン電極の形成
まず、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板上にスクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０ｗｔ％）をソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００８２】
（２）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し垂直方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートで２００℃、１０分乾燥させることにより、有機半導体層を形成した。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００８３】
（３）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層は有機半導体層（チャネル形成部）上およびソース・ドレイン電極上に形成した。なお形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００８４】
（４）ゲート電極の形成
Ａｇナノコロイド溶液をインクジェット法により上記ゲート絶縁上にパターン塗布した。その後、ホットプレートにて１５０℃で３０分間乾燥させた。
【００８５】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定した結果、トランジスタとして駆動していることが分かった。このとき、有機半導体トランジスタのＯＮ電流は１×１０−５Ａ、ＯＦＦ電流は２×１０−１３Ａであった。
【００８６】
２．実施例２
本実施例においては、ボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００８７】
（１）ゲート電極の形成
スパッタリング法により全面にＣｒが３００ｎｍ成膜された大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用意した。上記基板上にフォトレジスト（ポジ）をスピンコートした。このときのスピンコートは、１８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１００℃で１分乾燥させた後、５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。
次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで６０分乾燥させた。次いで、レジストのない部分のＣｒのエッチングを行い、ゲート電極とした。
【００８８】
（２）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層はゲート電極上に形成した。なお形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００８９】
（３）ソース・ドレイン電極の形成
スクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０％）をゲート絶縁層上にソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００９０】
（４）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し垂直方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートを用いて２００℃で１０分乾燥させた。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００９１】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定した結果、トランジスタとして駆動していることが分かった。このとき、有機半導体トランジスタのＯＮ電流は８×１０−６Ａ、ＯＦＦ電流は４×１０−１３Ａであった。
【００９２】
３．比較例
本比較例においては、ボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００９３】
（１）ゲート電極の形成
スパッタリング法により全面にＣｒが３００ｎｍ成膜された大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用意した。上記基板上にフォトレジスト（ポジ）をスピンコートした。このときのスピンコートは、１８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１００℃で１分乾燥させた後、５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。
次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで６０分乾燥させた。次いで、レジストのない部分のＣｒのエッチングを行い、ゲート電極とした。
【００９４】
（２）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層はゲート電極上に形成した。なお、形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００９５】
（３）ソース・ドレイン電極の形成
スクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０％）をゲート絶縁層上にソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００９６】
（４）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し水平方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートを用いて２００℃で１０分乾燥させた。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００９７】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定したが、チャネル領域全体に有機半導体層が形成されていないため、トランジスタとしての動作は確認できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の有機半導体素子の製造方法の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の有機半導体素子の製造方法の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ … ソース電極
２ … ドレイン電極
３ … 有機半導体層
４ … 基板
５ … ゲート電極
６ … ゲート絶縁層
１０ａ，１０ｂ … 有機半導体素子
１１ … 基材
１２ … 吐出装置
２０ａ，２０ｂ … 有機半導体トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴに代表される半導体トランジスタは、近年、ディスプレイ装置の発展に伴ってその用途を拡大する傾向にある。このような半導体トランジスタは、半導体材料を介して電極が接続されていることにより、スイッチング素子としての機能を果たすものである。
【０００３】
従来、上記半導体トランジスタに用いられる半導体材料としては、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、および、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）等の無機半導体材料が用いられてきた。近年、普及が拡大している液晶表示素子のディスプレイ用ＴＦＴアレイ基板にもこのような無機半導体材料が採用された半導体トランジスタが用いられている。
一方、上記半導体材料としては、有機化合物からなる有機半導体材料も知られている。有機半導体材料は、上記無機半導体材料に比べて安価に大面積化が可能であり、またフレキシブルなプラスチック基板上に形成することが可能であり、さらに機械的衝撃に対して安定であるという利点を有することから、電子ペーパー代表されるフレキシブルディスプレイ等の次世代ディスプレイ装置への応用などを想定した研究が活発に行われている。
【０００４】
ここで、上述した有機半導体トランジスタを作製する際には、有機半導体層をパターン状に形成することが必要とされるが、従来、パターン状に有機半導体層を形成する方法としては、フォトレジスト法が主に用いられてきた（例えば、特許文献１）。しかしながら、フォトレジスト法は、有機半導体材料からなる層を所望のパターンに精度良くパターニングできる点においては優れているが、工程が煩雑であるため生産性に乏しいという問題点があった。
【０００５】
このような問題点に対し、特許文献２にはインクジェット法を用いて有機半導体トランジスタを作製方法が開示されている。インクジェット法はインクジェットヘッドを用いて微量のインクを所定の位置に吐出することによって有機半導体層を形成する方法であり、微細にパターニングされた有機半導体層を、高生産性で形成することができる点において優れた方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５８４９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的に半導体トランジスタは、ゲート電圧を印加することによって上記半導体材料からなる層の界面の電荷量を変化させることにより、ドレイン電流を制御してスイッチング機能を発揮させるものである。ここで、半導体トランジスタに十分なスイッチング機能を発揮させるためには、オン、オフ時のドレイン電流の比（オンオフ比）が大きいことが望ましいものである。これは、オンオフ比が大きい場合は僅かなゲート電圧の変化で大きなドレイン電流の変化を得ることができるからである。しかしながら、上述した有機半導体トランジスタは、従来の無機半導体トランジスタに比べてオンオフ比が小さいといった問題がある。
【０００８】
一般的に、オンオフ比が小さくなる原因としては、オン電流が低いこと、あるいは、オフ電流が高いことが挙げられるが、上述した有機半導体トランジスタにおいては特にオフ電流が高いことに問題があった。
【０００９】
有機半導体トランジスタのオフ電流が高い原因としては種々の要因が考えられるが、その原因の一つとして、有機半導体材料からなる有機半導体層を微細なパターン状に形成することが困難であるため、有機半導体層の面積が必要以上に大きくなってしまうことが挙げられる。このため、有機半導体トランジスタの作製に際しては、有機半導体層を上記ソース電極とドレイン電極との間にのみ形成し、有機半導体層の面積を小さくすることがオフ電流を低下させるために有用な手段になる。そして、このように上記ソース電極とドレイン電極との間にのみ有機半導体層を形成するには、上記ソース電極およびドレイン電極を多孔質体にすることが有用である。
しかしながら、本発明者らは、上記ソース電極およびドレイン電極を多孔質体にした場合、有機半導体層を上記インクジェット法等の吐出法で作製すると、吐出された塗工液がソース電極あるいはドレイン電極に吸収されてしまい、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域に有機半導体層を均一に形成することが困難であるという問題点を見出した。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と、上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、上記ソース・ドレイン電極によって形成されるソース電極およびドレイン電極が多孔質体であることにより、上記有機半導体層形成工程において上記ソース電極および上記ドレイン電極の間のみに安定的に有機半導体層を形成することが可能になる。このため、上記有機半導体層形成工程において形成される有機半導体層の面積を小さくすることができる。
また、本発明によれば、上記有機半導体層形成工程が上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するものであることにより、上記ゲート電極およびドレイン電極が多孔質体であっても、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ゲート電極およびドレイン電極に吸収されることによって、上記ゲート電極およびドレイン電極の間の領域（以下、単に「チャネル領域」と称する場合がある。）への有機半導体層の形成が阻害されることを防止できる。このため、本発明によれば、上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができる。
このようなことから、本発明によれば多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００１３】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記ソース・ドレイン電極形成工程の前に、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程とを有し、かつ、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、上記ゲート絶縁層上に上記ソース電極およびド上記ドレイン電極を形成するものであってもよい。これにより本発明の有機半導体素子の製造方法によって、ボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造することができるからである。
また、このような場合においては、上記ゲート絶縁層の表面が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において上記ゲート絶縁層の表面に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がることを防止できるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００１４】
また本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記ソース・ドレイン電極形成工程が、基板を用い、上記基板上に上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するものであり、かつ、上記有機半導体層形成工程の後に、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを有するものであってもよい。これにより本発明の有機半導体素子の製造方法によって、トップゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造することができるからである。
また、このような場合においては、上記基板の表面が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において上記基板上に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外の領域に濡れ拡がることを防止できるため、チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００１５】
また本発明においては、上記撥液性の程度が、上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましい。これにより、上記有機半導体層形成工程において、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００１６】
さらに本発明においては、上記吐出装置がインクジェットヘッドであることが好ましい。上記吐出装置としてインクジェットヘッドを用いることにより、本発明の有機半導体素子の製造方法を高生産性で有機半導体素子を製造可能なものにできるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の有機半導体素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１９】
上述したように本発明の有機半導体素子の製造方法は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と、上記ソース電極および上記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２０】
このような本発明の有機半導体素子の製造方法について、図を参照しながら説明する。図１は本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。図１に例示するように、本発明の有機半導体素子の製造方法は、任意の構成を有する基材１１を用い、上記基材１１上に、多孔質体であるソース電極１およびドレイン電極２を、互いに平行な直線（ｘ、ｙ）上に形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図１（ａ））、
吐出装置１２を移動させながら、当該吐出装置１２から有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極１およびドレイン電極２の間に有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程（図１（ｂ）、（ｃ））とを有するものである。
このような例において本発明の有機半導体素子の製造方法は、上記有機半導体層形成工程において、上記有機半導体層形成用塗工液が吐出される際の上記吐出装置１２の移動方向が、上記ソース電極１およびドレイン電極２が形成された直線（ｘ、ｙ）に対して、略垂直方向（図１中の矢印の方向）であることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によれば、上記ソース・ドレイン電極によって形成されるソース電極およびドレイン電極が多孔質体であることにより、上記有機半導体層形成工程において上記ソース電極および上記ドレイン電極の間のみに安定的に有機半導体層を形成することが可能になる。このため、上記有機半導体層形成工程において形成される有機半導体層の面積を小さくすることができる。
また、本発明によれば、上記有機半導体層形成工程が上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するものであることにより、上記ゲート電極およびドレイン電極が多孔質体であっても、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ゲート電極およびドレイン電極に吸収されることによって、上記チャネル領域への有機半導体層の形成が阻害されることを防止できるため、上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができる。
このようなことから、本発明によれば多孔質体であるソース電極とドレイン電極との間のみに、吐出法によって均質な有機半導体層を形成すること可能な、有機半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明の有機半導体素子の製造方法は、少なくとも上記ソース・ドレイン電極形成工程と、上記有機半導体層形成工程とを有するものであり、必要に応じて他の任意の工程を有するものであってもよい。
以下、本発明に用いられる各工程について順に説明する。
【００２３】
１．有機半導体層形成工程
まず、本発明に用いられる有機半導体層形成工程について説明する。本工程は、後述するソース・ドレイン電極形成工程によって形成されたソース電極およびドレイン電極の間に有機半導体層を形成する工程であり、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記チャネル領域に有機半導体層を形成する方法が用いられることを特徴とするものである。
以下、このような有機半導体層形成工程について説明する。
【００２４】
本工程においては、上記吐出装置を上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら有機半導体層形成用塗工液を吐出させることによって有機半導体層を形成するが、上記「略垂直方向」とは、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して、垂直な方向および垂直な方向に相当する方向を意味するものである。ここで、「垂直な方向に相当する方向」とは、吐出装置を上記「垂直な方向」に移動させながら有機半導体層を形成した場合と同様の効果を奏する範囲内で、上記「垂直な方向」からずれた方向を意味するものである。具体的に上記「垂直な方向」からどの程度ずれた方向までが上記「垂直な方向に相当する方向」に含まれるかについては、本工程に用いられる吐出装置や有機半導体層形成用塗工液の組成等に依存するものである。なかでも本工程において吐出装置を移動させる方向は、上記ソース電極およびドレイン電極が形成された直線に対して、９０°±３０°の範囲内であることが好ましく、特に９０°±２０°の範囲内であることが好ましく、さらに９０°±１０°の範囲内であることが好ましい。吐出装置の移動方向が上記範囲内であることにより、本工程に用いられる吐出装置や有機半導体層形成用塗工液の種類に関わらず、本工程において上記チャネル領域に均質な有機半導体層を形成することができるからである。
【００２５】
本工程に用いられる吐出装置としては、所望量の有機半導体層形成用塗工液を所定の位置に吐出することができるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な吐出法に用いられる吐出装置を用いることができる。このような吐出装置としては、例えば、インクジェットヘッドやディスペンサー等を挙げることができるが、本工程においてはインクジェットヘッドを用いることが好ましい。上記吐出装置としてインクジェットヘッドを用いることにより、本工程においてインクジェット法で有機半導体層を形成することができるため、本発明の有機半導体素子の製造方法より生産性の高いものにすることができるからである。また、インクジェット法によれば極微量な有機半導体層形成用塗工液を、所定の位置にさせることが可能であるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。
【００２６】
本工程に用いられるインクジェットヘッドとしては、所望の大きさの有機半導体層形成用塗工液の液滴を形成し、これを所望の位置に吐出させることができるものであれば特に限定されるものではない。このようなインクジェットヘッドとしては、例えば、帯電した塗工液を連続的に吐出し、磁場によって吐出量を制御する吐出方式のもの、圧電素子を用いて間欠的に塗工液を吐出する吐出方式のもの、または、塗工液を加熱しその発泡現象を利用して間欠的に吐出する吐出方式のもの等を挙げることができる。本工程においては、これらのいずれのインクジェットヘッドであっても好適に用いることができるが、なかでも上記圧電素子を用いる方式のものを用いることが好ましい。このような方式のインクジェットヘッドは、圧電素子に加える電圧のパターンを任意に調整することにより、有機半導体層形成用塗工液の吐出粒径や吐出速度等を任意に調整することが可能であるため、本発明により製造される有機半導体素子の用途等に応じて、本工程で形成される有機半導体層の形態を任意に制御することが容易になるからである。
【００２７】
なお、本工程においては単一の吐出装置が用いられてもよく、あるいは、複数の吐出装置が用いられてもよい。
【００２８】
本工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液は、有機半導体材料を含有するものであり、本工程に用いられる吐出装置を用いて吐出可能なものであれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては有機半導体材料が溶媒に溶解された有機半導体層形成用塗工液を用いることが好ましい。このような有機半導体層形成用塗工液を用いることにより、本工程に用いられる吐出装置に適合するように有機半導体層形成用塗工液の粘度等を調整することが容易になるからである。
【００２９】
本工程に用いられる有機半導体材料としては、本工程によって所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的に有機半導体トランジスタに用いられる有機半導体材料を用いることができる。このような有機半導体材料としては、例えば、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物等を挙げることができる。より具体的には、ペンタセン等の低分子系有機半導体材料、および、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）等のポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類、ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレン等のポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）等のポリアニリン類、ポリアセチレン等のポリアセチレン類、ポリジアセチレン、ポリアズレン等のポリアズレン類等の高分子系有機半導体材料を挙げることができる。
【００３０】
なお、本工程に用いられる有機半導体材料は１種類のみであってもよく、あるいは、２種類以上であってもよい。
【００３１】
本工程によって形成される有機半導体層の面積は、有機半導体トランジスタを構成する半導体層としての機能を果たせる範囲内で、より小さい方が好ましい。本工程において形成される有機半導体層の面積が小さいほど、本発明によって形成される有機半導体素子のオフ電流を小さくすることができるからである。ここで、本工程で形成される有機半導体層が、有機半導体トランジスタを構成する半導体層としての機能を果たすには、少なくとも上記チャネル領域に有機半導体層が形成されていればよいものである。したがって、本工程において形成される有機半導体層は、上記チャネル領域のみに形成されていることが好ましい。
【００３２】
また本工程において形成される有機半導体層の厚みは、上記有機半導体材料の種類等に応じて所望の半導体特性を備える有機半導体層を形成できる範囲であれば特に限定されない。なかでも本工程において形成される有機半導体層の厚みは、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲より厚いと本発明によって形成される有機半導体素子において、電流オフ時においても回り込み電流によってドレイン電流が生じ、これに起因してオフ電流が大きくなってしまう場合があるからである。また、上記範囲より薄いと後述するソース電極およびドレイン電極と接触していない部位が有機半導体層に生じてしまう可能性があるからである。
【００３３】
２．ソース・ドレイン電極形成工程
次に、本発明に用いられるソース・ドレイン電極について説明する。本工程は、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を、互いに平行な直線上に形成する工程である。
以下、このようなソース・ドレイン電極形成工程について詳細に説明する。
【００３４】
本工程においては、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を互いに平行な直線上に形成するが、ここで、「直線上に形成する」とは、必ずしも本工程において形成されるソース電極およびドレイン電極の形状が直線状であることを意味するものではなく、ソース電極およびドレイン電極がそれぞれ直線上に形成されていればよいこと意味するものである。したがって、例えば、本発明によって形成されるドレイン電極が直線上に、点線状に形成されたものであっても、上記「直線上に形成する」に該当するものである。
【００３５】
本工程においてソース電極およびドレイン電極が形成される態様としては、両電極によってチャネル領域が形成される態様であれば特に限定されるものではない。したがって、本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極は、同一の形態であってもよく、あるいは、異なる形態であってもよい。
なお、本工程において形成されるソース電極およびドレイン電極は、それぞれ異なる直線上に形成されることになる。
【００３６】
本工程において形成されるソース電極とドレイン電極との間隔（以下、単に「チャネル長」と称する場合がある。）は、本発明によって製造される有機半導体素子の用途等に応じて適宜調整することができるが、なかでも本工程においては、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３７】
本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極は、多孔質体からなるものであるが、このようなソース電極およびドレイン電極を形成するために用いられる材料としては、多孔質体からなる電極を形成することが可能であり、かつ、所望の導電性を有する導電性材料であれば特に限定されるものではない。このような導電性材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｔａ合金、ＩＴＯ、ＩＺＯ、および、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子を挙げることができる。
本工程においてはこれらのいずれの導電性材料であっても好適に用いることができるが、なかでも金属材料を用いることが好ましい。金属材料を用いることにより、後述する金属ナノ粒子を用いた方法によって簡易な工程で多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を形成することが可能になるからである。
【００３８】
本工程において、上記金属材料を用いて多孔質体であるソース電極およびドレイン電極を形成する方法としては、所望の多孔度を有するソース電極およびドレイン電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、金属ナノ粒子を含有する塗工液を塗布・焼結する塗布法を用いることが好ましい。このような塗布法を用いてソース電極およびドレイン電極を形成することにより、簡易な工程で多孔質体であるソース電極およびドレイン電極を形成することができるからである。
【００３９】
上記塗布法は、金属ナノ粒子を含有する塗工液を塗布し、次いで当該塗工液の塗膜を焼結することによって多孔質体からなる電極を形成する方法であるが、より具体的には、金属ナノ粒子を溶媒に分散して金属ナノ粒子塗工液を調製する金属ナノ粒子塗工液作成工程と、金属ナノ粒子塗工液を塗工し、当該塗工液の塗膜を形成する塗工工程と、形成された金属ナノ粒子の塗膜を焼結する焼結工程とを少なくとも有するものである。
以下、これらの各工程について順に説明する。
【００４０】
まず、上記金属ナノ粒子塗工液作成工程について説明する。本工程に用いられる金属ナノ粒子の平均粒径としては、多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を形成できる範囲内であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成工程にも用いられる有機半導体材料の種類等に応じて適宜決定することができるものである。なかでも本工程に用いられる金属ナノ粒子の平均粒径は０．５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。金属ナノ粒子の平均粒径が上記範囲よりも大きいと、形成されるソース電極およびドレイン電極の多孔度が大きくなりすぎてしまい、例えば、上記有機半導体層形成工程においてチャネル領域内に吐出された有機半導体層形成用塗工液がチャネル領域以外の部位へ濡れ拡がってしまう可能性があるからである。また、平均粒径が上記範囲よりも小さいと形成されるソース電極およびドレイン電極の多孔度が小さくなりすぎてしまい、例えば、上記有機半導体層形成工程において、チャネル領域に均質に有機半導体層を形成することが困難になる場合があるからである。
【００４１】
ここで、上記金属ナノ粒子の平均粒径は、レーザー法により測定した値を用いるものとする。平均粒径とは、一般に粒子の粒度を示すために用いられるものであり、レーザー法とは、粒子を溶媒中に分散し、その分散溶媒にレーザー光線を当てて得られた散乱光を補足して演算することにより、平均粒径、粒度分布等を測定する方法である。
なお、上記平均粒径は、レーザー法による粒径測定機として、リーズ＆ノースラップ(Ｌｅｅｄｓ ＆ Ｎｏｒｔｈｒｕｐ)社製 粒度分析計 マイクロトラックＵＰＡ Ｍｏｄｅｌ-９２３０を使用することにより測定することができる。
【００４２】
なお、本工程においては、１種類の金属ナノ粒子のみを用いてもよく、あるいは、２種類以上の金属ナノ粒子を用いてもよい。２種類以上の金属ナノ粒子を用いる場合は、平均粒径が異なる金属ナノ粒子を用いてもよく、あるいは、構成する金属材料の種類が異なるものを用いてもよい。
【００４３】
上記金属ナノ粒子塗工液に用いられる溶媒としては、上記金属ナノ粒子を均一に分散できるものであれば特に限定されるものではなく、本工程において使用される金属ナノ粒子の材質や平均粒径によって適宜選択されるものである。本工程に用いられる溶媒の例としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノール、テルピネオール等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ベンジル等のエステル類；メトキシエタノール、エトキシエタノール等のエーテルアルコール類；ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の酸アミド類；ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ドデシルベンゼン等の芳香族炭化水素類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、トリメチルペンタン等の長鎖アルカン；シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等の環状アルカン；などを挙げることができる。また、水を用いることもでき、さらには長鎖アルカンの混合物であるミネラルスピリットを用いることもできる。
【００４４】
本工程においては、これらの溶媒を単独で用いてもよく、あるいは、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４５】
また、上記金属ナノ粒子塗工液に含まれる金属ナノ粒子の濃度としては、金属ナノ粒子の平均粒径や、後述する塗工工程に用いられる塗布方法等によって適宜調整されるものであり特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、通常、２０質量％〜９０質量％の範囲内であることが好ましく、特に６０質量％〜９０質量％の範囲内であることが好ましい。上記濃度が範囲内であることにより、後述する塗工工程において厚み精度よく塗膜を形成することができるからである。
【００４６】
次に、上記塗工工程について説明する。本工程において上記金属ナノ粒子塗工液を塗工する方法としては、厚みが均一な塗膜を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような塗工方法としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。なかでも本工程においては、スクリーン印刷法あるいはマイクロコンタクトプリンティング法を用いることが好ましい。このような方法を用いることにより、上記金属ナノ粒子塗工液をパターン状に精度良く塗工することができる結果、本工程において高精細なパターン状のソース電極およびドレイン電極を形成することが容易になるからである。
【００４７】
また本工程においては、金属ナノ粒子塗工液を塗工した後に、焼結工程に即座に移行してもよいが、焼結工程に移行する前に金属ナノ粒子塗工液の溶媒を除去する乾燥工程を行うことが好ましい。乾燥工程を行うことにより、焼結体の膜厚が不均一になることを抑制できるからである。
【００４８】
次に、上記焼結工程について説明する。本工程において、上記金属ナノ粒子塗工液の塗膜を焼結する温度は、上記金属ナノ粒子を固着させることができる温度であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程おける焼結温度は１５０℃〜３５０℃の範囲内であることが好ましく、特に１５０℃〜２５０℃の範囲内であることが好ましく、さらに１５０℃〜２２０℃の範囲内であることが好ましい。焼結温度が上記範囲より低いと上記金属ナノ粒子の種類によっては、十分に固着することができない場合があるからである。一方、焼結温度が上記範囲より高いと、例えば、ゲート絶縁層、ゲート電極、基板等の他の部材にダメージが生じる恐れがあるからである。
【００４９】
本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極の厚みについては、上記有機半導体層形成工程において、チャネル領域に所望の厚みの有機半導体層を形成することができる範囲であれば特に限定されるものではない。したがって、本工程によって形成されるソース電極およびドレイン電極の厚みは上記有機半導体層の厚み等に応じて適宜調整されるものであるが、通常、５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、なかでも１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５０】
３．その他の工程
本発明の有機半導体素子の製造方法は、少なくとも上述した有機半導体層形成工程と、ソース・ドレイン電極形成工程とを有するものであるが、通常、他の任意の工程と併用されるものである。本発明に用いられる任意の工程としては、本発明の実施態様に応じ、本発明によって製造される有機半導体素子の用途等を考慮して適宜選択して用いられるものである。
ここで、本発明の実施態様は、ボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様（第１態様）と、トップゲート型の有機トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様（第２態様）とに大別することができるため、以下、これらの各態様に分けて、本発明に用いられる任意の工程について説明する。
【００５１】
（１）第１態様
まず、上記第１態様について説明する。本態様はボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様である。このような態様に用いられる任意の工程としては、例えば、上記ソース・ドレイン電極形成工程の前に実施され、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、を挙げることができる。
【００５２】
本態様において、上記ゲート電極形成工程と上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合について図を参照しながら説明する。図２は本態様にこれらの工程が用いられる場合の一例を示す概略図である。図２に例示するように、本態様において上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合としては、基板４を用い（図２（ａ））、上記基板４上にゲート電極５を形成するゲート電極形成工程と（図２（ｂ））、上記ゲート電極５上にゲート絶縁層６を形成するゲート絶縁層形成工程と（図２（ｃ））、上記ゲート絶縁層６上に上述した方法によってソース電極１およびドレイン電極２を形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図２（ｄ））、上記ソース電極１およびドレイン電極２の間に上述した方法によって有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程と（図２（ｅ））が用いられ、基板４上にボトムゲート型構造の有機半導体トランジスタ２０ａが形成された有機半導体素子１０ａを製造する例を挙げることができる（図２（ｆ）。
【００５３】
以下、本態様に用いられるゲート電極形成工程および上記ゲート絶縁層形成工程について順に説明する。
【００５４】
ａ．ゲート電極形成工程
まず、上記ゲート電極形成工程について説明する。上述したように本工程は、基板を用い、上記基板上にゲート電極を形成する方法である。
【００５５】
本工程に用いられる基板としては所定の自己支持性を備えるものであれば特に限定されるものではなく、本態様によって製造される有機半導体素子の用途等に応じて任意の機能を有する基板を用いることができる。本工程に用いられる基板としては、ガラス基板等の可撓性を有さないリジット基板、および、プラスチック樹脂からなるフィルム等の可撓性を有するフレキシブル基板を挙げることができるが、本工程においては、これらのいずれの基板であっても好適に用いることができる。なかでも本工程においてはフレキシブル基板を用いることが好ましい。このようなフレキシブル基板を用いることにより、本工程をＲｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌプロセスにより実施することが可能になるため、生産性に優れたものにできるからである。
【００５６】
ここで、上記プラスチック樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＰＳおよびＰＥＩ等を挙げることができる。
【００５７】
また、本工程に用いられる基板は単一層からなるものであってもよく、または、複数の層が積層された構成を有するものであってもよい。複数の層が積層された構成を有する基板としては、例えば、上記プラスチック樹脂からなる基材上に、金属材料からなるバリア層が積層された構成を有するものを例示することができる。ここで、上記プラスチック樹脂からなる基板は、本態様の有機半導体素子を可撓性を有するフレキシブルなものにできるという利点を有する反面、表面に損傷を受けやすいという欠点を有することが指摘されている。しかしながら、上記バリア層が積層された基板を用いることにより、上記プラスチック樹脂からなる基材を用いる場合であっても、上記のような欠点を解消することができるという利点がある。
【００５８】
本工程に用いられる基板の厚みは、通常、１ｍｍ以下であることが好ましく、なかでも５０μｍ〜７００μｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、本工程に用いられる基板が複数の層が積層された構成を有するものである場合、上記厚みは各層の厚みの総和を意味するものとする。
【００５９】
本工程において、上記基板上にゲート電極を形成するために用いられる材料としては、所望の導電性を有する導電性材料であれば特に限定されるものではない。このような導電性材料としては、例えば、上記「２．ソース・ドレイン電極形成工程」の項において、ソース電極およびドレイン電極を形成するために用いられる導電性材料として説明したものと同様の材料を用いることができる。
【００６０】
また、本工程において上記基板上にゲート電極を形成する方法としては、上記導電性材料の種類等に応じて所望の導電性を有するゲート電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば、真空蒸着法や金属ナノ粒子を塗布・焼結して形成する塗布法等を挙げることができる。
【００６１】
また、本工程においてパターン状のゲート電極を形成する方法としては、上述した方法によって基板上の全面にゲート電極を形成した後、これをパターニングする方法や、または、基板上に直接パターン状のゲート電極を形成する方法を挙げることができる。
ここで、上記ゲート電極をパターニングする方法としては、通常、リソグラフィー法が用いられ、なかでもフォトリソグラフィー法が好適に用いられる。
一方、上記パターン状のゲート電極を直接形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法等の印刷法や、マスク蒸着法等が好適に用いられる。
【００６２】
ｂ．ゲート絶縁層形成工程
次に、上記ゲート絶縁層形成工程について説明する。本工程は、上記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程である。
【００６３】
本工程において上記ゲート絶縁層を形成するために用いられる材料としては、所望の絶縁性を有する絶縁性材料であれば特に限定されるものではない。このような絶縁性材料としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の有機材料や、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料を挙げることができる。本工程においては、これらのいずれの絶縁性材料であっても好適に用いることができる。
【００６４】
なお、本工程に用いられる絶縁性材料は１種類であってもよく、あるいは、２種類以上であってもよい。
【００６５】
本工程においてゲート絶縁層を形成する方法としては、上記絶縁性材料の種類に応じて、所望の絶縁性を有するゲート絶縁層を形成できる方法であれば特に限定されるものでない。このような方法としては、例えば、上記絶縁性材料として有機材料を用いる場合には、有機材料を溶媒に溶解させたゲート絶縁層形成用塗工液を調製し、これを上記ゲート電極を覆うように塗工する方法を挙げることができる。
【００６６】
上記ゲート絶縁層形成用塗工液を塗工する塗布方式としては、上記ゲート絶縁層形成用塗工液の粘度等に応じて、厚みが均一な塗膜を形成できる方式であれば特に限定されるものではない。このような塗布方式としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法、ＬＢ法、ディップコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、およびキャスト法等の塗布方法や、インクジェット法、スクリーン印刷法、パッド印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、および、グラビア・オフセット印刷法等の印刷方法等を挙げることができる。
【００６７】
一方、上記絶縁性材料として無機材料を用いる場合、本工程においてゲート絶縁層を形成する方法としては、例えば、ＣＶＤ法等を挙げることができる。
【００６８】
ここで、本工程によって形成されるゲート絶縁層は、表面に上記有機半導体層形成工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備えるものであることが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記有機半導体層形成用塗工液が上記チャネル領域以外に濡れ拡がることを防止できるため、上記チャネル領域のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。また、上記ゲート絶縁層の表面が上記撥液性を有することにより、ゲート絶縁層上に形成される有機半導体層の反動体得性を向上させることができるからである。
ここで、上記「有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備える」とは、ゲート絶縁層の表面に対する上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角が、４０°以上であることを意味するものとする。
なお、上記接触角は、協和界面科学社製 Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７００を用いて室温（２３℃）において測定した値を用いるものとする。
【００６９】
本工程によって形成されるゲート絶縁層の撥液性の程度は、上記有機半導体層形成工程において上記チャネル領域内に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がらない程度であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成用塗工液の組成や、ソース電極およびドレイン電極の形態等に応じて適宜調整されるものである。なかでも本工程においては、上記撥液性の程度が上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましく、特に４０°〜６０°の範囲内であることが好ましく、さらに４０°〜４５°の範囲内であることが好ましい。接触角が上記範囲内であることにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ上記有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００７０】
ｃ．その他の工程
本態様においては、上記ゲート電極形成工程および上記ゲート絶縁層形成工程以外の他の工程も用いることができる。このような他の工程としては、本態様の有機半導体素子の製造方法により製造される有機半導体素子に所望の機能を付与できるものであれば特に限定されるものではない。なかでも上記他の工程として、本態様に好適に用いられるものとしては、上記有機半導体層を覆うようにパッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程を挙げることができる。このようなパッシベーション層形成工程を有することにより、本態様によって製造される有機半導体素子をトランジスタ特性の経時劣化が少ないものにできる。
【００７１】
上記パッシベーション層形成工程において、パッシベーション層を形成する方法としては、所望の保護機能を備えるパッシベーション層を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。なかでも本工程においては、樹脂材料を溶媒に溶解したパッシベーション層形成用塗工液を用い、これを上記有機半導体層上に塗工する方法が好適に用いられる。このような方法としては、例えば、印刷法を用い、上記有機半導体層上に上記パッシベーション層形成用塗工液をパターン状に印刷する方法や、上記パッシベーション層形成用塗工液を上記有機半導体層上の全面に塗工することにより、パターニングされていないパッシベーション層を形成する方法等を挙げることができる。本工程においては上記のいずれの方法であっても好適に用いることができる。
【００７２】
本工程においてパッシベーション層を形成するために用いられる材料としては、上記有機半導体層が空気中に含有される水分等に曝露されることを所望の程度に防止できるものであれば特に限定されるものではない。このような材料としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。
【００７３】
（２）第２態様
次に、上記第２態様について説明する。本態様はトップゲート型構造の有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を製造する態様である。本態様に用いられる任意の工程としては、例えば、上記有機半導体層形成工程の後に、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を挙げることができる。
【００７４】
本態様において、上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合について図を参照しながら説明する。図３は本態様においてこれらの工程が用いられる場合の一例を示す概略図である。図３に例示するように、本態様において上記ゲート電極形成工程と、上記ゲート絶縁層形成工程とが用いられる場合としては、基板４を用い（図３（ａ））、上述した方法によって上記基板４上にソース電極１およびドレイン電極２を形成するソース・ドレイン電極形成工程と（図３（ｂ））、上記ソース電極１およびドレイン電極２との間に、上述した方法によって有機半導体層３を形成する有機半導体層形成工程と（図３（ｃ））、上記有機半導体層３上にゲート絶縁層６を形成するゲート絶縁層形成工程と（図３（ｄ））、上記ゲート絶縁層６上にゲート電極５を形成するゲート電極形成工程（図３（ｅ））、が用いられ、基板４上にトップゲート型構造の有機半導体トランジスタ２０ｂが形成された有機半導体素子１０ｂを製造する例を挙げることができる。
【００７５】
ここで、本態様においては上述したソース・ドレイン電極形成工程が、上記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するものになるが、本工程に用いられる基板については、上記「（１)第１態様」の項において説明したものと同様のものを用いることができる。なかでも本態様に用いられる基板は、表面に上記有機半導体層形成工程に用いられる有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備えるものであることが好ましい。これにより上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記有機半導体層形成用塗工液が上記ソース電極およびドレイン電極の間以外の領域に濡れ広がることを防止できるため、上記ソース電極およびドレイン電極の間のみに有機半導体層を形成することが容易になるからである。また、上記基板が表面に撥液性を備えるものであることにより、上記基板上に形成される有機半導体層の半導体特性を向上させることができるからである。
ここで、上記「有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を備える」の意味については、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７６】
上記基板として表面に撥液性を有するものが用いられる場合、上記撥液性の程度は、上記有機半導体層形成工程において上記チャネル領域に吐出された有機半導体層形成用塗工液が、上記チャネル領域以外に濡れ拡がらない程度であれば特に限定されるものではなく、上記有機半導体層形成用塗工液の組成や、ソース電極およびドレイン電極の形態等に応じて適宜調整されるものである。なかでも本態様においては、上記撥液性の程度が上記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることが好ましく、なかでも４０°〜６０°の範囲内であることが好ましく、特に４０°〜４５°の範囲内であることが好ましい。接触角が上記範囲内であることにより、上記有機半導体層形成工程において有機半導体層を形成する際に、上記ソース電極およびドレイン電極に染み込んだ上記有機半導体層形成用塗工液が電極外へ染み出すことを防止できるため、上記チャネル領域以外に有機半導体層が形成されることを防止できるからである。
【００７７】
なお、本態様に用いられる上記ゲート絶縁層形成工程については、上記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成すること以外は、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
また、本態様に用いられる上記ゲート電極形成工程についても、上記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成すること意外は、上記「（１）第１態様」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００７９】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００８０】
１．実施例１
本実施例においては、トップゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００８１】
（１）ソース・ドレイン電極の形成
まず、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板上にスクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０ｗｔ％）をソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００８２】
（２）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し垂直方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートで２００℃、１０分乾燥させることにより、有機半導体層を形成した。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００８３】
（３）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層は有機半導体層（チャネル形成部）上およびソース・ドレイン電極上に形成した。なお形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００８４】
（４）ゲート電極の形成
Ａｇナノコロイド溶液をインクジェット法により上記ゲート絶縁上にパターン塗布した。その後、ホットプレートにて１５０℃で３０分間乾燥させた。
【００８５】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定した結果、トランジスタとして駆動していることが分かった。このとき、有機半導体トランジスタのＯＮ電流は１×１０−５Ａ、ＯＦＦ電流は２×１０−１３Ａであった。
【００８６】
２．実施例２
本実施例においては、ボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００８７】
（１）ゲート電極の形成
スパッタリング法により全面にＣｒが３００ｎｍ成膜された大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用意した。上記基板上にフォトレジスト（ポジ）をスピンコートした。このときのスピンコートは、１８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１００℃で１分乾燥させた後、５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。
次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで６０分乾燥させた。次いで、レジストのない部分のＣｒのエッチングを行い、ゲート電極とした。
【００８８】
（２）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層はゲート電極上に形成した。なお形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００８９】
（３）ソース・ドレイン電極の形成
スクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０％）をゲート絶縁層上にソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００９０】
（４）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し垂直方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートを用いて２００℃で１０分乾燥させた。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００９１】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定した結果、トランジスタとして駆動していることが分かった。このとき、有機半導体トランジスタのＯＮ電流は８×１０−６Ａ、ＯＦＦ電流は４×１０−１３Ａであった。
【００９２】
３．比較例
本比較例においては、ボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備える有機半導体素子を作製した。
【００９３】
（１）ゲート電極の形成
スパッタリング法により全面にＣｒが３００ｎｍ成膜された大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用意した。上記基板上にフォトレジスト（ポジ）をスピンコートした。このときのスピンコートは、１８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１００℃で１分乾燥させた後、５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。
次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで６０分乾燥させた。次いで、レジストのない部分のＣｒのエッチングを行い、ゲート電極とした。
【００９４】
（２）ゲート絶縁層の形成
カルド系樹脂溶液（固形分濃度：２０ｗｔ％）を前記基板上にスピンコートした。このときのスピンコートは、８００ｒｐｍで１０ｓｅｃ保持させた。その後、基板を１２０℃で２分乾燥させた後、３５０ｍＪ／ｃｍ２でパターン露光した。次に、露光部分のレジスト現像を行い、その後、２００℃のオーブンで３０分乾燥させた。ゲート絶縁層はゲート電極上に形成した。なお、形成されたゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。
【００９５】
（３）ソース・ドレイン電極の形成
スクリーン印刷法で銀ペースト（固形分濃度：９０％）をゲート絶縁層上にソース・ドレイン形状にパターニングした。パターニング後２００℃オーブンにて焼成した。焼成後のソース・ドレイン電極の膜厚は１．８μｍであった。形成されたソース電極およびドレイン電極を反射型光学顕微鏡にて観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであった。
【００９６】
（４）有機半導体層の形成
有機半導体材料（ポリチオフェン）を固形分濃度０．２ｗｔ％でトリクロロベンゼン溶媒に溶解させた塗工液を、上記ソース、ドレイン電極間にインクジェット法により付与することにより、ソース電極およびドレイン電極の間（チャネル形成部位）のみにパターン塗布した。尚、インクジェット法による塗布方向はソースおよびドレイン電極に対し水平方向とした。その後、Ｎ２雰囲気下にてホットプレートを用いて２００℃で１０分乾燥させた。形成された有機半導体層の膜厚は０．１μｍであった。
【００９７】
（５）評価
作製した有機半導体素子の有機半導体トランジスタのトランジスタ特性を測定したが、チャネル領域全体に有機半導体層が形成されていないため、トランジスタとしての動作は確認できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の有機半導体素子の製造方法の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の有機半導体素子の製造方法の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ … ソース電極
２ … ドレイン電極
３ … 有機半導体層
４ … 基板
５ … ゲート電極
６ … ゲート絶縁層
１０ａ，１０ｂ … 有機半導体素子
１１ … 基材
１２ … 吐出装置
２０ａ，２０ｂ … 有機半導体トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を互いに平行な直線上に形成する、ソース・ドレイン電極形成工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ソース・ドレイン電極形成工程の前に、基板を用い、前記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、を有し、かつ、前記ソース・ドレイン電極形成工程が、前記ゲート絶縁層上に前記ソース電極およびドレイン電極を形成するものであることを特徴とする、請求項１に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層の表面が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することを特徴とする、請求項２に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ソース・ドレイン電極形成工程が、基板を用い、前記基板上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成するものであり、かつ、前記有機半導体層形成工程の後に、前記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板の表面が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することを特徴とする、請求項４に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記撥液性の程度が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記吐出装置がインクジェットヘッドであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項１】
多孔質体からなるソース電極およびドレイン電極を互いに平行な直線上に形成する、ソース・ドレイン電極形成工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成された直線に対して略垂直方向に吐出装置を移動させながら、有機半導体材料を含む有機半導体層形成用塗工液を吐出させることにより、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、を有することを特徴とする有機半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ソース・ドレイン電極形成工程の前に、基板を用い、前記基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、を有し、かつ、前記ソース・ドレイン電極形成工程が、前記ゲート絶縁層上に前記ソース電極およびドレイン電極を形成するものであることを特徴とする、請求項１に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層の表面が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することを特徴とする、請求項２に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ソース・ドレイン電極形成工程が、基板を用い、前記基板上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成するものであり、かつ、前記有機半導体層形成工程の後に、前記有機半導体層上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板の表面が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する撥液性を有することを特徴とする、請求項４に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記撥液性の程度が、前記有機半導体層形成用塗工液に対する接触角で４０°以上であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記吐出装置がインクジェットヘッドであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２５８２０６（Ｐ２００８−２５８２０６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９５７０８（Ｐ２００７−９５７０８）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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