有機半導体装置の製造方法
【課題】塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止し、配向度の高い有機半導体薄膜を形成できるようにする。
【解決手段】有機半導体材料を含むインク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料を結晶化させて有機半導体薄膜１５を形成する。このとき、ノズル部２として、基板１２の表面と対向する先端面２ｆを構成するオーバハング部を有したノズル胴体部２ａと、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆから基板１２側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口２ｇを有する溶液吐出部２ｃとを備えたものを用いる。そして、溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２を吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に移動させることによりインク１１をライン状に塗布する。
【解決手段】有機半導体材料を含むインク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料を結晶化させて有機半導体薄膜１５を形成する。このとき、ノズル部２として、基板１２の表面と対向する先端面２ｆを構成するオーバハング部を有したノズル胴体部２ａと、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆから基板１２側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口２ｇを有する溶液吐出部２ｃとを備えたものを用いる。そして、溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２を吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に移動させることによりインク１１をライン状に塗布する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、基板表面に結晶性有機半導体薄膜を形成するための半導体溶液を塗布したのち、それを乾燥させることで有機半導体薄膜を製造する有機半導体薄膜の製造方法が提案されている。この製造方法では、ノズル（コーターヘッド）から半導体溶液を吐出しつつノズルと基板とを相対的に移動させることで半導体溶液を所望場所に塗布したのち、溶液塗布のエッジ部より溶液を乾燥させることにより、有機半導体薄膜を固液界面（固体と液体の境界）の移動と共に成長させることで、有機半導体材料の結晶を析出させる。そして、析出させた有機半導体材料の結晶によって有機半導体薄膜が製造されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７−１１９７０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２６に、上記特許文献１に示す従来のノズルで形成した有機半導体薄膜を示す。特許文献１に示した有機半導体薄膜の製造方法において、ノズル移動速度などの形成条件の最適化により、単一の結晶領域の大きさは大きくなる。
【０００５】
しかしながら、有機半導体薄膜は、結晶の方向によって、キャリア移動度が異なることが報告されており（R. L. Head rick et. al., Applied Physics Letter 92, 063302 (2008)）、より高いキャリア移動度を得ようとすれば、それぞれの結晶領域の結晶の配向方向を揃えることが重要となる。これに対して、特許文献１には、特許文献１の有機半導体薄膜の製造方法によれば、結晶の配向について有機半導体薄膜の成長方向と略平行となると記載されているが、結晶の配向方向を制御して製造するために十分ではなかった。すなわち、塗布開始場所でもノズル移動後の場所でも、同様に結晶化され、単一の結晶領域の大きさはある程度の大きさになるが、配向方向は成長方向（ノズル移動方向）とあまり一致しない。このため、高いキャリア移動度を得ることができない。
【０００６】
例えば、結晶の配向方向を定量的に評価する方法として、微小入射角Ｘ線回折（以下、GIXD法という）がある。他にも、有機半導体薄膜の結晶の配向方向を評価する方法として、偏光顕微鏡があるが、偏光顕微鏡による評価は定量的ではないため、GIXD法を用いるのが好ましい。図２７は、GIXD法による結晶の配向方向の評価を行うときの概要を示した図であり、図２７（ａ）は断面図、図２７（ｂ）は俯瞰図である。この図に示すように、微小な入射角（例えば０．１８°）としてＸ線を入射し、入射Ｘ線と反射Ｘ線との関係に基づいて、配向度を求めることができる。基板Ｊ１上に形成された有機半導体薄膜Ｊ２の表面と入射Ｘ線と成す角度がθχであるとすると、入射Ｘ線の方向と反射Ｘ線の方向とが成す角度は２θχとなる。実際には散乱により入射Ｘ線に対する角度２θχの方向以外にも散乱Ｘ線（散乱ベクトル（０ｋ０）などとして表せる）が出ており、アジマス角（φ）を変えることにより、有機半導体薄膜Ｊ２の配向度を求めることができる（例えば、Y. Natsume et. al., Organic Electronics 10, 107(2009)）。
【０００７】
図２８は、GIXD法によりアジマス角（φ）依存性測定により得られた回折ピークを示している。ピーク角度は結晶領域の方向を表し、ピークの積分強度は、結晶領域の面積を表している。図２８では、配向度が次式を満たすものとして独自に定義してある。この定義によれば、有機半導体薄膜の結晶が同一方向に揃う程度を定量的に評価できると言える。
【０００８】
（数１）
配向度＝最大ピークの積分強度／全ピークの積分強度
また、従来の有機半導体薄膜の製造方法により製造した有機半導体薄膜のＸ線回折データを確認したところ配向度は３％となった（後述する図１４（ｄ）参照）。これは塗布開始場所以外の場所から、塗布開始場所から発生する結晶領域とは結晶の配向方向が異なる結晶領域が成長し、塗布開始場所から成長する結晶領域の成長を阻害するためである。従来のノズルを使用する限り、溶液からの結晶成長メカニズムより回避は困難である。
【０００９】
すなわち、溶液から結晶成長をさせるためには、溶液を過飽和とする必要がある。過飽和となった溶液から核が生成し、さらに、過飽和を保持することで、核を基点に結晶が成長する。大きな結晶を得るためには、少量の核を発生させ、その核を基点に結晶を成長させることが重要である。
【００１０】
溶液の液溜まりからの結晶成長において、溶液の液溜まりは、その端部での溶媒の揮発速度が大きい。そして、溶媒の揮発により、液溜まりの端部が過飽和となるため、この部分で核が発生し、その核を基点に結晶が成長する。したがって、大きな結晶を成長させるためには、液溜まり端部の過飽和状態をうまく制御し、塗布開始場所でのみ核を発生させ、その核を基点に結晶を大きく成長させる必要がある。
【００１１】
ところが、上記した特許文献１に示す有機半導体薄膜の製造方法では、塗布した半導体溶液の乾燥制御が困難であり、塗布開始場所以外にも核が発生し、各核を基点として結晶が成長させられることになるため、結晶を十分に大きく成長させることができなかった。
【００１２】
本発明は、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止し、配向度の高い（結晶の配向方向が揃った）有機半導体薄膜を形成できる有機半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置においてキャリア移動度を高くすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程として、有機半導体薄膜（１５）を構成する有機半導体材料を含む溶液（１１）を吐出するノズル（２）を用いて、溶液（１１）を吐出させながらノズル（２）を所定方向に移動させることで溶液（１１）をライン状に塗布し、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の有機半導体材料を結晶化させることで有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を行う。そして、ノズル（２）として、基板（１２）の表面と対向する先端面（２ｆ）を構成するオーバハング部を有したノズル胴体部（２ａ）と、ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）から基板（１２）側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口（２ｇ）を有する溶液吐出部（２ｃ）とを備えたものを用い、溶液吐出部（２ｃ）の下端を基板（１２）から離間させた状態で溶液（１１）を吐出し、吐出された溶液（１１）にて溶液吐出部（２ｃ）と基板（１２）の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル（２）を吐出口（２ｇ）の長手方向に対する垂直方向に移動させることにより溶液（１１）をライン状に塗布し、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の有機半導体材料の結晶を成長させることを特徴としている。
【００１４】
このような製造方法によれば、従来のノズルを使用した製造方法では得られない高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を容易に形成できる。すなわち、ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）と基板（１２）とで挟まれた空間に液溜まりを形成しているため、液溜りから蒸発した溶媒蒸気で、液溜近傍が溶媒雰囲気となる。その結果、溶液（１１）の蒸発が抑制され、溶液（１１）の端部が過飽和になり難くなる。この状態でノズル（２）をノズル移動方向に移動すると、ノズル移動方向の後方の端部が前方に引かれ、膜厚が薄くなり、溶液（１１）の蒸発が促進することで、この場所が過飽和状態となり、核発生が起こる。これにより、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させられ、溶液（１１）中の有機半導体材料の結晶を成長させることが可能となる。したがって、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止し、配向度の高い有機半導体薄膜（１５）を形成できる有機半導体装置の製造方法とすることが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００１６】
このように、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うと、確実に溶液（１１）の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）における液溜まりの形状をカメラ（８）にてモニタし、モニタ結果に基づいて溶液吐出部（２ｃ）における溶液（１１）の吐出量を制御することで、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００１８】
このように、液溜りの形状をカメラ（８）にてモニタし、モニタ結果に基づいて、溶液（１１）の吐出量を制御することで、請求項２に記載のメニスカス形状を確実に保持できる。これにより、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長をより確実に防止でき、高い配向度の有機半導体薄膜（１５）が得られる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御することを特徴としている。
【００２０】
溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を変更すると、有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化することが確認された。これは、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を変更すると、それに応じてメニスカス形状が変わり、このメニスカス形状の変化に起因して溶液（１１）の端部の乾燥状態が変化するために有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化するからであると考えられる。したがって、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離、例えば１００μｍ以下に制御することで、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、オーバハング部が構成するノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の外周において、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００２２】
先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップと有機半導体薄膜（１５）の配向度との関係について調べたところ、ギャップの変化に応じて有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化することが確認された。具体的には、ギャップが大きくなると、有機半導体薄膜（１５）の配向度が低下することが判った。これは、ギャップが小さい時には液溜りから蒸発した溶媒蒸気で液溜近傍が溶媒雰囲気となり、溶液（１１）の蒸発が抑制されるために溶液（１１）の端部が過飽和になり難くなるが、ギャップが大きくなると液溜近傍があまり溶媒雰囲気にならず、溶液（１１）の乾燥が抑制され難くなるためと推測される。
【００２３】
したがって、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことで、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、ノズル（２）の移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴としている。また、請求項７に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、ノズル（２）の移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴としている。
【００２５】
有機半導体薄膜（１５）の配向度はノズル移動速度に応じても変化することが確認された。具体的には、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜の配向度が急激に向上する。特に、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすると、有機半導体薄膜（１５）の配向度がほぼ１００％となる。これは、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止した上で、塗布開始場所で形成した単一の結晶領域をノズル移動方向にゆっくりと成長させることで、ノズル移動方向に配向しやすい結晶領域が選択的に成長し、配向度が向上したためと推定される。このように、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、より有機半導体薄膜（１５）を高い配向度とすることが可能となり、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜（１５）の配向度をほぼ１００％にすることが可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を１００μｍ以下とすることを特徴としている。
【００２７】
このように、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を近づけ、１００μｍ以下となるようにすることで溶液（１１）のメニスカス形状が安定する。これにより、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、基板（１２）として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域をパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域と親インク性領域とがパターン状に形成されたものを用いることを特徴としている。
【００２９】
このように、溶液（１１）を塗布したい領域のみが親インク性領域（１２ｂ）となるようにすることで、塗布したい場所にのみ、溶液（１１）が塗布されるようにできる。そして、溶液（１１）を塗布したい複数の場所を親インク性領域（１２ｂ）とすれば、高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を一回で形成することが可能となり、生産性を向上することも可能となる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明では、ノズル（２）として、ノズル胴体部（２ａ）に、溶液吐出部（２ｃ）を挟んだ両側であって先端面（２ｆ）から突出させられると共に溶液（１１）をライン状に塗布するときのノズル移動方向において該溶液吐出部（２ｃ）より後方に延びる庇部（２ｈ）が備えられたものを用い、該庇部（２ｈ）によってノズル（２）の先端面（２ｆ）と基板（１２）との間に閉空間（２０）を構成し、液溜まりから蒸発した溶媒蒸気を閉空間（２０）内に留まらせつつ溶液（１１）を塗布することを特徴としている。 このように、ノズル移動方向の後方に延びる庇部（２ｈ）を備えるようにすることで、この庇部（２ｈ）によって液溜りから蒸発した溶媒蒸気が閉空間（２０）内に留まり、閉空間（２０）内の溶媒蒸気が高濃度雰囲気となる。このため、高濃度雰囲気によって溶液（１１）の乾燥が抑制され、より確実に、ライン状に塗布された溶液（１１）のうち高濃度雰囲気から外れた端部のみから乾燥させることが可能となる。これにより、より塗布開始場所でのみ核を発生させられ、さらに結晶を大きく成長させることが可能となる。
【００３１】
また、ノズル（２）からの溶液（１１）の塗布をパルス状の付勢力によって行う場合には、溶液（１１）が波打った形状になり得るが、塗布したのちノズル（２）が或る程度の距離移動するまで乾燥が防止されることで、波打った形状が平坦化してから乾燥が始まるようにすることもできる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明では、ノズル（２）として、庇部（２ｈ）が溶液吐出部（２ｃ）よりもノズル移動方向の前方にも形成されているものを用いることを特徴としている。
【００３３】
このように、庇部（２ｈ）を溶液吐出部（２ｃ）よりもノズル移動方向の前方にも形成することで、より溶媒蒸気が閉空間（２０）に留まり易くなる。したがって、より閉空間（２０）内の溶媒蒸気を高濃度雰囲気にすることが可能となる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明では、ノズル（２）として、溶液吐出部（２ｃ）からノズル移動方向の後方に所定距離離間した位置に、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間の距離を広げることで溶媒蒸気を上方へ逃がす蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）が備えられたものを用いることを特徴としている。
【００３５】
このように、ノズル（２）に蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）を形成することで、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置から溶液（１１）の乾燥を促すことができる。
【００３６】
例えば、請求項１３に記載したように、蒸気排出部を先端面（２ｆ）に対して形成された開口部（２ｉ）で構成することができる。この場合、請求項１４に記載したように、ライン状に塗布される溶液（１１）の幅方向における開口部（２ｉ）の寸法が溶液（１１）の幅以上とされ、かつ、該寸法がノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされるようにすると好ましい。
【００３７】
このように、開口部（２ｉ）の寸法をノズル移動方向の後方において大きくしていくことで、塗布後に溶液（１１）が広がっても、それに対応して溶媒蒸気を逃すエリアを広げることが可能となる。
【００３８】
また、請求項１５に記載したように、蒸気排出部をノズル移動方向の後方に向かって先端面（２ｆ）を徐々に基板（１２）から離れるように傾斜させた傾斜面（２ｊ）によって構成することもできる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明では、基板（１２）を加熱しながらノズル（２）からの溶液（１１）の塗布を行うことを特徴としている。また、請求項１７に記載の発明では、ノズル（２）を加熱しながらノズル（２）からの溶液（１１）の塗布を行うことを特徴としている。
【００４０】
このように、基板（１２）やノズル（２）を加熱しておくことで、基板（１２）やノズル（２）の温度が溶液（１１）の温度よりも相対的に低かったとしても結露が発生することを抑制できる。
【００４１】
請求項１８に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）は、ライン状に形成されていると共に、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、該有機半導体薄膜（１５）の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されており、且つ該有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上であることを特徴としている。
【００４２】
配向度１５％程度までは、キャリア移動度の増加はないが、配向度が２５％を超えると急激にキャリア移動度が上がる。これは、配向度が低い領域は、単一の結晶領域が小さく、配向度以外の要因が支配的になるが、配向度２５％以上では配向度向上の効果が現れるためと考えられる。したがって、有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上となる部分を用いて、実質的に有機半導体装置として機能する部分を構成することで、キャリア移動度の大きい有機半導体装置とすることが可能となる。
【００４３】
請求項１９に記載の発明は、基板（１２）と、基板（１２）の表面上に形成された電極（１３）と、該電極（１３）の上に形成された絶縁膜（１４）とを有し、且つ少なくとも有機半導体薄膜（１５）の一部は、絶縁膜（１４）上に形成されていることを特徴としている。
【００４４】
このような構造の場合、電極（１３）の段差が生じる。このため、上記した請求項１ないし１７に記載の製造方法と従来の製造方法とで、有機半導体薄膜（１５）を形成したときの配向度に差が生じる。このため、このように段差が生じる構造の有機半導体装置であっても、上記した請求項１ないし１７に記載の製造方法によって製造することで、高い配向度のものとすることが可能となる。
【００４５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造装置の模式図である。
【図２】ノズル部２の詳細構造を示したものであり、（ａ）はノズル部２の正面図、（ｂ）はノズル部２の左側面図、（ｃ）はノズル部２の底面図である。
【図３】第１実施形態の製造方法によって製造される有機半導体装置の断面図である。
【図４】図３に示す有機半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図５】有機半導体薄膜１５を成膜する工程の様子を示した図である。
【図６】第１実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によって得られた有機半導体薄膜１５を示した図である。
【図７】インク塗布時におけるノズル胴体部２ａや溶液吐出部２ｃの位置と溶媒雰囲気での有機溶媒濃度の関係を示した図である。
【図８】実験で用いた各メニスカスを示した図である。
【図９】図８（ａ）〜（ｃ）のメニスカス形状で形成した有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。
【図１０】溶液吐出部２ｃの高さを変えることで溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを変えたときのメニスカス形状を示した図である。
【図１１】図１０に示す各場合の有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。
【図１２】先端面２ｆと基板１２との間のギャップと有機半導体薄膜１５の配向度との関係を示した図表である。
【図１３】ノズル移動速度と配向度の関係を示す図である。
【図１４】ノズル移動速度を変えて回折角度φ（°）とＸ線回折のピーク強度比との関係を示す図である。
【図１５】第１実施形態の製造方法により製造された有機半導体薄膜１５の偏光顕微鏡画像図である。
【図１６】配向度に対するキャリア移動度の比を示した図である。
【図１７】第１実施形態の製造方法と従来の製造方法それぞれで有機半導体薄膜１５を形成したときの様子を示した有機半導体装置の上面図である。
【図１８】第１実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法で用いられる基板１２の上面図である。
【図１９】図１８に示した基板１２を用いてインク１１を塗布している様子を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２１】第３実施形態の他の形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２の底面図である。
【図２２】本発明の第４実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２３】本発明の第５実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２４】本発明の第６実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態で説明する有機薄膜トランジスタの断面図である。
【図２６】従来のノズルで形成した有機半導体薄膜の図である。
【図２７】GIXD法による結晶の配向方向の評価を行うときの概要を示した図である。
【図２８】GIXD法によりアジマス角（φ）依存性測定により得られた回折ピークを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００４８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造装置の模式図である。この図を参照して、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法について説明する。
【００４９】
図１に示すように、有機半導体装置の製造装置１は、ノズル部２、基板保持台３、インク送出部４、ノズル移動レール部５、ノズル移動用モータ部６、ギャップ検出部７、メニスカス観察カメラ８および制御部９を有した構成とされている。
【００５０】
ノズル部２は、有機半導体薄膜１０を形成するための有機半導体材料を含む溶液（以下、インクという）１１を吐出することで基板１２の表面にインク１１を塗布する。インク１１には、どのような種類のものを用いても構わないが、例えば有機半導体材料がインク１１における０．０５重量濃度％から１重量濃度％を占めるように調整されたものを用いている。図２は、ノズル部２の詳細構造を示したものであり、図２（ａ）はノズル部２の正面図、図２（ｂ）はノズル部２の左側面図、図２（ｃ）はノズル部２の底面図である。図２（ａ）は、図１においてノズル部２を紙面左側から見た図に相当し、図２（ｂ）は、図１においてノズル部２を紙面裏面側から見た図に相当し、図２（ｃ）は、図１においてノズル部２を紙面下方から見た図に相当する。
【００５１】
図１および図２に示すように、ノズル部２は、ノズル胴体部２ａ、溶液貯留部２ｂ、溶液吐出部２ｃおよび溶液供給口２ｄを有した構成とされている。
【００５２】
ノズル胴体部２ａは、内部に溶液貯留部２ｂを備えていると共に、溶液貯留部２ｂに対して連通させられた溶液吐出部２ｃおよび溶液供給口２ｄを備えている。ノズル胴体部２ａは、例えば長方体の金属ブロックによって構成されており、有機半導体薄膜１０が形成される基板１２の表面と対向する一面を先端面２ｆとしたオーバハング部を有している。そして、オーバハング部における先端面２ｆから基板１２側に突出させられるように溶液吐出部２ｃが形成されており、先端面２ｆが溶液吐出部２ｃの周囲を囲むように配置された状態になっている。
【００５３】
溶液貯留部２ｂは、インク送出部４より送出されるインク１１を貯留し、溶液吐出部２ｃに備えられた後述する吐出口２ｇに対してインク１１を供給する役割を果たしている。図２に示されるように、溶液貯留部２ｂは、ノズル胴体部２ａを構成する金属ブロックの側面の一面から穴空け加工を行って横穴を形成すると共に、横穴および吐出口２ｇと連通するように上面から穴空け加工を行って縦穴を形成したのち、縦穴の入口を塞ぐことで溶液貯留部２ｂを形成している。
【００５４】
溶液吐出部２ｃは、先端面２ｆに対して所定高さ垂直方向に突出させられており、図１の紙面垂直方向を長手方向として、側面がテーパ状とされた四角錐台形状とされている。この溶液吐出部２ｃには、四角錐台形状における底面と上面とを貫通するように形成された吐出口２ｇが備えられ、当該溶液吐出部２ｃの長手方向と同方向を長手方向として延設されている。この吐出口２ｇが溶液貯留部２ｂと連通させられることで、吐出口２ｇからインク１１を吐出できるようになっている。吐出口２ｇの位置は、ノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆのいずれの位置であっても良いが、吐出口２ｇよりもノズル移動方向後方において先端面２ｆが所定長さ残り、先端面２ｆと基板１２との対向範囲が広く取れるようにしてある。
【００５５】
溶液供給口２ｄは、インク送出部４から溶液貯留部２ｂへのインク１１の送出を行うための供給口となる部分であり、例えば、図２に示されるように溶液貯留部２ｂを形成するための横穴の入口が溶液供給口２ｄとされる。この溶液供給口２ｄに対してインク送出部４に接続されたインク供給パイプ４ａが連結され、インク送出部４からインク１１が供給できるようになっている。このような構造により、ノズル部２が構成されている。
【００５６】
基板保持台３は、基板１２を搭載して保持するための台である。ノズル部２の溶液吐出部２ｃの先端位置、つまり基板保持台３の表面から溶液吐出部２ｃの先端部までの高さは調整可能とされており、この高さを調整することによって基板１２の表面から溶液吐出部２ｃの先端部までの高さが調整可能とされている。
【００５７】
インク送出部４は、インク１１を貯留すると共に、インク供給パイプ４ａを通じて貯留しているインク１１をノズル部２に対して送出するためのものである。インク送出部４内の圧力は制御部９によって制御可能とされており、制御部９によってインク送出部４内に一定圧力が印加されることでノズル部２からのインク吐出が行われ、インク送出部４内への圧力印加が停止されることでノズル部２からのインク吐出が停止される。
【００５８】
ノズル移動レール部５は、基板保持台３の表面と平行方向に伸ばされたレール部５ａと、ノズル部２が保持されるノズル保持部５ｂとを有し、ノズル保持部５ｂがレール部５ａに沿って移動することで、ノズル部２をレール部５ａに沿って図中に示したノズル移動方向に同じ高さで移動させる。
【００５９】
ノズル移動用モータ部６は、ノズル保持部５ｂをレール部５ａに沿って移動させる駆動源となるものであり、制御部９によって制御される。例えば、ノズル移動用モータ部６はレール部５ａを回転させるモータにて構成され、レール部５ａにネジ溝（雄ネジ）を形成すると共にノズル保持部５ｂにそれと対応するネジ溝（雌ネジ）を形成し、モータ回転に伴ってレール部５ａに沿ってノズル保持部５ｂが移動する構造とされる。このノズル移動用モータ部６におけるモータ回転数を制御することにより、ノズル移動速度を制御することが可能になっている。
【００６０】
ギャップ検出部７は、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔（ギャップ）を検出する。溶液吐出部２ｃの先端面２ｆからの高さが決まっていることから、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔を検出することにより、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２の表面との間の間隔を検出することができる。このギャップ検出部７の検出信号は、制御部９に入力されており、制御部９がノズル部２の高さ調整を行うことにより、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔が所定距離となるように調整される。なお、ノズル部２の高さ調整の具体的構造については図示していないが、例えばノズル移動レール部５の両端の支持柱を高さ調整が行える構造とすることなどによって実現可能である。
【００６１】
メニスカス観察カメラ８は、ノズル部２から吐出されたインク１１のメニスカス（吐出されたインク１１によって形作られた曲面形状）を撮影し、インク１１のメニスカスの画像を制御部９に伝える。
【００６２】
制御部９は、ノズル部２の移動の制御、インク送出部４の内部圧力の制御、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔の制御を行うことにより、ノズル部２によるインク１１の吐出を制御し、基板１２の所望場所に対してインク１１を塗布する。すなわち、制御部９は、ギャップ検出部７の検出信号およびメニスカス観察カメラ８の画像に基づいてインク１１のメニスカスが所望形状となるようにノズル部２と基板１２の表面との間の間隔やインク送出部４の内部圧力を制御している。そして、制御部９は、インク１１のメニスカスが所望形状となるようにしつつ、ノズル移動用モータ部６を駆動することで、ノズル部２を移動させ、基板１２の所望場所にインク１１が塗布されるようにしている。
【００６３】
以上のような構造により、有機半導体装置の製造装置が構成されている。続いて、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法について説明する。図１に示した有機半導体装置の製造装置は、有機半導体装置の製造工程のうちの有機半導体薄膜の形成工程に用いられる。以下、図３に本実施形態の製造方法によって製造される有機半導体装置の断面図を示すと共に、図４に図３に示す有機半導体装置の製造工程中の断面図を示し、これらの図を参照して説明する。
【００６４】
図３に示す有機半導体装置は、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）であり、基板１２の上にゲート電極１３、ゲート絶縁膜１４、有機半導体薄膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７、保護膜１８を順に形成した構造とされている。
【００６５】
基板１２の上において、ゲート電極１３は所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されており、このゲート電極１３を覆うようにゲート絶縁膜１４および有機半導体薄膜１５が形成されている。ソース電極１６およびドレイン電極１７は、有機半導体薄膜１５の上において離間配置されており、それぞれゲート電極１３の両端位置に形成されている。保護膜１８は、ソース電極１６やドレイン電極１７を含む基板表面全面を覆うように形成されている。このような構造により、有機半導体装置が構成されている。
【００６６】
このような有機半導体装置は、まず、図４（ａ）に示すように、基板１２を用意したのち、この基板１２の表面にゲート電極１３の形成材料を配置すると共に、その形成材料をパターニングすることでゲート電極１３を形成する工程を行う。基板１２としては、ガラス基板やフィルム（エチレンナフタレート（ＰＥＮ）もしくはポリイミド（ＰＩ））などを用いることができる。また、ゲート電極１３の形成材料としては、モリブデン（Ｍｏ）などを用いることができ、蒸着などによって基板１２の表面に配置することができる。
【００６７】
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート電極１３の表面を覆うようにゲート絶縁膜１４を成膜する工程を行う。例えば、ゲート絶縁膜１４としては、アルミナなどを用いており、スピンコートや蒸着などによって形成できる。そして、必要に応じて、ウェットエッチングなどにより、ゲート絶縁膜１４を所望形状にパターニングしている。
【００６８】
その後、図４（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１４の表面を覆うように有機半導体薄膜１５を形成する工程を行う。この有機半導体薄膜１５の形成工程において、図１に示した有機半導体装置の製造装置を用いる。また、有機半導体薄膜１５については、ペンタセン系やチオフェン系材料などを用いており、上記したノズル部２を用いたダイコート法によって成膜している。
【００６９】
図５は、この有機半導体薄膜１５を成膜する工程の様子を示した図であり、図５（ａ）はノズル部２の先端部の部分拡大図、図５（ｂ）は基板表面から見た有機半導体薄膜１５の塗布の様子を示した図である。
【００７０】
図１に示した有機半導体装置の製造装置を用い、制御部９がノズル移動用モータ部６を駆動することでノズル部２を基板１２における溶液塗布の開始位置まで移動させると共にノズル部２の高さ調整を行うことでノズル部２と基板１２の表面との間の間隔が所定の距離となるように調整する。例えば、オーバハング部が構成するノズル胴体部２ａの先端面２ｆの外周において、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となり、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにしている。
【００７１】
そして、制御部９がインク送出部４内の圧力を制御することで、インク送出部４からノズル部２に対してインク１１を送出し、ノズル部２の溶液吐出部２ｃの吐出口２ｇからインク１１を吐出させる。また、図示しないヒータなどの加熱機構を用いて、ノズル部２や基板１２の温度を室温からインク１１を構成する有機溶媒の沸点よりも２０℃程度低い温度まで加熱する。このように、ノズル部２や基板１２を加熱しておくことで、ノズル部２や基板１２の温度が相対的に有機溶媒に対して温度が低かったとしても結露が発生することを抑制できる。その後、ノズル移動用モータ部６を駆動してノズル部２をノズル移動方向に移動させ、有機半導体薄膜１５を所望パターンに塗布する。
【００７２】
このとき、ノズル部２における溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２をノズル移動方向に移動させることでインク１１をライン状に塗布する。具体的には、溶液吐出部２ｃや吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に、移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１０μｍ／ｓｅｃ以下としてノズル部２を移動させることにより、インク１１をライン状に塗布する。そして、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料の結晶を成長させる。
【００７３】
また、インク１１の塗布の際には、溶液吐出部２ｃから吐出されることで形成されるインク１１の液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようなメニスカスにして、基板１２へのインク１１の塗布を行うようにしている。すなわち、溶液吐出部２ｃにおける液溜まりの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、モニタ結果に基づいて溶液吐出部２ｃにおけるインク１１の吐出量を制御することで、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面の間に位置するようにして基板１２へのインク１１の塗布を行っている。
【００７４】
このようにして、ゲート絶縁膜１４の表面の所望位置にインク１１が塗布され、その塗布開始場所からインク１１が乾燥していき、インク１１に含まれる有機半導体材料の結晶が成長していくことで、有機半導体薄膜１５が形成される。
【００７５】
その後、図４（ｄ）に示すように、有機半導体薄膜１５の表面に電極材料を成膜したのち、パターニングしてソース電極１６およびドレイン電極１７を形成する。例えば、電極材料としてはモリブデン（Ｍｏ）と金（Ａｕ）の合金もしくは金などを用いることができ、蒸着等によって成膜したのちウェットエッチングによってパターニングを行うことができる。また、マスク蒸着によって所望場所に電極材料を配置してソース電極１６およびドレイン電極１７を形成することもできる。
【００７６】
そして、図４（ｅ）に示すように、保護膜１８を成膜する。例えば、保護膜１８としては、アルミナもしくはパリレンなどを用いることができ、蒸着もしくはスピンコートなどによって成膜することができる。このような製造方法により、図３に示した有機半導体装置を製造することができる。
【００７７】
以上説明した、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、次のような効果を得ることができる。
【００７８】
（１）上記製造方法では、有機半導体薄膜１５を構成する有機半導体材料を含むインク１１を吐出するノズル部２を用いて、インク１１を吐出させながらノズル部２を所定方向に移動させることでインク１１をライン状に塗布している。そして、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料を結晶化させることで有機半導体薄膜１５を形成している。
【００７９】
このとき、ノズル部２として、基板１２の表面と対向する先端面２ｆを構成するオーバハング部を有したノズル胴体部２ａと、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆから基板１２側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口２ｇを有する溶液吐出部２ｃとを備えたものを用いている。そして、溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２を吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に移動させることによりインク１１をライン状に塗布している。これにより、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させられ、インク１１中の有機半導体材料の結晶を成長させることが可能となる。
【００８０】
図６は、このような製造方法によって得られた有機半導体薄膜１５を示した図である。この図に示すように、塗布開始場所では、単一の結晶領域は小さく、単一の結晶領域の結晶の方向がランダムとなる。これは従来のノズルを用いて有機半導体薄膜を形成した場合と同じである。しかしながら、ノズル部２の移動に伴って、単一の結晶領域が増大し、領域のほぼ全域が結晶方向の揃った単一の結晶領域となっていることが確認できる。
【００８１】
ノズル移動後の有機半導体薄膜１５のＸ線回折データを求めたところ、配向度が５５％となった。したがって、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、従来のノズルを使用した製造方法では得られない高い配向度の有機半導体薄膜１５を容易に形成できる。
【００８２】
このような効果が得られる理由は、以下のメカニズムによる。すなわち、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆと基板１２とで挟まれた空間に液溜まりを形成しているため、液溜りから蒸発した溶媒蒸気で、液溜近傍が高濃度な溶媒雰囲気となる。その結果、インク１１の蒸発が抑制され、インク１１の端部が過飽和になり難くなる。この状態でノズル部２をノズル移動方向に移動すると、ノズル移動方向の後方の端部が前方に引かれ、膜厚が薄くなり、インク１１の蒸発が促進することで、この場所が、過飽和状態となり、核発生が起こる。
【００８３】
図７は、インク塗布時におけるノズル胴体部２ａや溶液吐出部２ｃの位置と溶媒雰囲気での有機溶媒濃度の関係を示した図である。この図からも分かるように、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆとインク１１とが対向している部分が高濃度領域となっている。このため、この高濃度領域ではインク１１の端部が過飽和になり難くなる。そして、ノズル胴体部２ａのうちノズル移動方向末端部近辺まで高濃度領域となり、そこから徐々に有機溶媒濃度が低下していく。ここでインク１１の蒸発が促進されて核発生が起こるようにできる。このとき高濃度領域となる範囲はある程度長さがある方が好ましいため、溶液吐出部２ｃからノズル移動方向後方において先端面２ｆが所定長さ残され、先端面２ｆと基板１２との対向範囲が広く取れるようにしてある。
【００８４】
従来のノズルでも、装置雰囲気全体を溶媒雰囲気にすれば達成できる可能性があるが、製造装置が大がかりとなり、引いては半導体装置の製造コストが増加するため、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法とすることで、製造コストの増加を抑制することも可能となる。
【００８５】
（２）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うようにしている。これにより、より確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られるようにすることが可能となる。
【００８６】
ノズル部２と基板１２とに接するインク１１のメニスカスの形状を変更して結晶成長の様子について調べたところ、本実施形態の製造方法で用いているメニスカス形状とすることで、他のメニスカス形状とする場合と比較して、より上記効果が得られることが確認された。
【００８７】
図８は、実験で用いた各メニスカスを示した図であり、図８（ａ）は、ノズル部２で形成される一般的なメニスカス形状であり、図８（ｂ）は、本実施形態の製造方法で用いているメニスカス形状であり、図８（ｃ）は、ノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆに液溜まりの上部が接した状態のメニスカス形状である。また、図９は、図８（ａ）〜（ｃ）のメニスカス形状で形成した有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。なお、各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍ、ノズル移動速度を２０μｍ／ｓｅｃとしている。
【００８８】
実験において、図８（ａ）のメニスカスによって有機半導体薄膜１５を形成した場合、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長が発生し、有機半導体薄膜１５の配向度が低下した。また、図８（ｃ）のメニスカスによって有機半導体薄膜１５を形成しようとした場合、インク１１が先端面を伝わり、液溜りの大きさが制御できなくなって、有機半導体薄膜１５の製造には適用できなかった。
【００８９】
これに対して、図８（ｂ）のメニスカスのように、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うと、確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られた。これは、液溜りの表面積が大きくなることで、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆと基板１２とで挟まれた空間に、溶媒雰囲気が安定して形成できるためであると推定される。
【００９０】
このように、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、より確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られるようにすることが可能となる。
【００９１】
（３）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃにおける液溜まりの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、該モニタ結果に基づいて溶液吐出部２ｃにおけるインク１１の吐出量を制御している。これにより、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにして基板１２へのインク１１の塗布を行っている。
【００９２】
このように、液溜りの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、モニタ結果に基づいて、インク１１の吐出量を制御することで、上記した図８（ｂ）のメニスカス形状を確実に保持できる。これにより、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長をより確実に防止でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られる。
【００９３】
（４）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御するようにしている。
【００９４】
溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離は、液溜まりのメニスカス形状を決定する要素となる。このため、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を制御して、上記した図８（ｂ）のメニスカス形状となるようにすれば、高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能になる。溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離とメニスカス形状との関係を実験により調べたところ、次のようになった。
【００９５】
図１０は、溶液吐出部２ｃの高さを変えることで溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを変えたときのメニスカス形状を示した図である。また、図１１は、図１０に示す各場合の有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。なお、各実験では、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１μｍ、ノズル移動速度を２０μｍ／ｓｅｃとしている。
【００９６】
図１０に示すように、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと変更すると、それに応じてメニスカス形状が変わる。そして、各場合において液溜まりの上部がノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆと溶液吐出部２ｃの間に位置するようなメニスカス形状となるようにすると、メニスカスの高さが変ってくる。このメニスカス形状の変化に起因してインク１１の端部の乾燥状態が変化するために、図１１に示すように有機半導体薄膜１５の配向度が変化していると推定される。
【００９７】
したがって、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離ｄを所定の距離、例えば１００μｍ以下に制御することで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能となる。
【００９８】
（５）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程の際に、オーバハング部が構成するノズル胴体部２ａの先端面２ｆの外周において、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにしてインク１１の基板１２への塗布を行っている。
【００９９】
先端面２ｆと基板１２との間のギャップと有機半導体薄膜１５の配向度との関係についても調べたところ、ギャップの変化に応じて有機半導体薄膜１５の配向度が変化することが確認された。図１２は、この関係を示した図表である。この図に示されるように、ギャップが大きくなると、有機半導体薄膜１５の配向度が低下することが判った。これは、ギャップが小さい時には液溜りから蒸発した溶媒蒸気で液溜近傍が溶媒雰囲気となり、インク１１の蒸発が抑制されるためにインク１１の端部が過飽和になり難くなるが、ギャップが大きくなると液溜近傍があまり溶媒雰囲気にならず、インク１１の乾燥が抑制され難くなるためと推測される。
【０１００】
したがって、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うことで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能となる。
【０１０１】
（６）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは１０μｍ／ｓｅｃ以下となるようにしている。このように、ノズル移動速度を制御することにより、より有機半導体薄膜１５を高い配向度とすることが可能となる。
【０１０２】
図１３は、ノズル移動速度と配向度の関係を調べた結果を示した図である。このときの各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍとしている。また、図１４は、ノズル移動速度を変えて回折角度φ（°）とＸ線回折のピーク強度比との関係を調べた結果を示した図である。参考として、図１４中に従来ノズルを用いた場合についても記載してある。なお、このときの各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍとしている（従来ノズルの場合にはノズル先端から基板までの距離を１００μｍとしている）。
【０１０３】
図１３に示す結果より、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜の配向度が急激に向上することが分かる。これは、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止した上で、塗布開始場所で形成した単一の結晶領域をノズル移動方向にゆっくりと成長させることで、ノズル移動方向に配向しやすい結晶領域が選択的に成長し、配向度が向上したためと推定される。したがって、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜１５をより高い配向度とすることが可能となる。また、図１３および図１４に示された結果より、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、配向度がほぼ１００％になることが判る。したがって、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜１５を更に高い配向度とすることが可能となる。
【０１０４】
（７）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにしている。このように、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下にすると、高い配向度を得ることができる（図１１参照）。これは、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を近づけることでインク１１のメニスカス形状が安定し、インク１１の端部の乾燥状態が安定するためと想定される。したがって、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにすることで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を安定して得ることが可能となる。
【０１０５】
（８）また、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法により製造される有機半導体装置では、有機半導体薄膜１５がライン状に形成されるが、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、有機半導体薄膜１５の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されることになる。このような有機半導体薄膜１５のうち、実質的に有機半導体装置（有機薄膜トランジスタ）として用いられる部分において、有機半導体薄膜１５の配向度が２５％以上となるようにすると好ましい。
【０１０６】
図１５に、本実施形態の製造方法により製造された有機半導体薄膜１５の偏光顕微鏡画像図である。ライン状に形成された有機半導体薄膜１５の少なくとも一方の端部から内側に向かって配向度が高くなっていることが分かる。上記製造方法より有機半導体薄膜１５を形成した場合、塗布開始場所は核発生直後のため、多数の結晶方向の異なる結晶領域が混在し、配向度が低下する。また、塗布終了場所では、塗布後塗布ノズルを基板から離したときの残る溶液が、乾燥により過飽和となり、核が発生する。このため、有機半導体薄膜１５の両端から内側に向かって配向度が高くなる。
【０１０７】
図１６は、配向度に対するキャリア移動度の比を示した図である。配向度１５％程度までは、キャリア移動度の増加はないが、配向度が２５％を超えると急激にキャリア移動度が上がっている。これは、配向度が低い領域は、単一の結晶領域が小さく、配向度以外の要因が支配的となると推定され、配向度２５％以上で配向度向上の効果が現れるためと考えられる。したがって、有機半導体薄膜１５の配向度が２５％以上となる部分を用いて、実質的に有機半導体装置として機能する部分を構成することで、キャリア移動度の大きい有機半導体装置とすることが可能となる。
【０１０８】
（９）本実施形態の有機半導体装置では、基板１２の表面上にゲート電極１３が形成されていると共に、ゲート電極１３の上にゲート絶縁膜１４が形成され、少なくとも有機半導体薄膜１５の一部がゲート絶縁膜１４上に形成された構造となっている。このような構造の場合、ゲート電極１３の段差があるため、本実施形態の製造方法と従来の製造方法とで、有機半導体薄膜１５を形成したときの配向度に差が生じる。
【０１０９】
図１７は、本実施形態の製造方法と従来の製造方法それぞれで有機半導体薄膜１５を形成したときの様子を示した有機半導体装置の上面図である。この図に示すように、従来の製造方法の場合、ゲート電極１３の段差を基点として結晶が成長してしまい、配向度が低下してしまう。これに対して、本実施形態の製造方法の場合、ゲート電極１３の段差を基点とした結晶の成長がない。これは、先端面２ｆと基板１２との間の溶媒雰囲気により、過飽和度が抑制され、核が発生し難い状態となっているために、段差、異物などを基点とする核発生および結晶成長が防止されるためであると考えられる。
【０１１０】
したがって、本実施形態のような製造方法は、ゲート電極１３のように段差が生じる電極の上に、ゲート絶縁膜１４のような絶縁膜が形成され、さらにその上に有機半導体薄膜１５が形成されるような構造に適用されても、配向度の低下を防止することが可能となる。
【０１１１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して基板１２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１１２】
図１８は、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法で用いられる基板１２の上面図である。また、図１９は、図１８に示した基板１２を用いてインク１１を塗布している様子を示した図であり、図１９（ａ）が上面図、図１９（ｂ）が側面図である。
【０１１３】
図１８に示すように、基板１２のうちインク１１が塗布される表面に、撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとを設けている。このように、基板１２の表面に撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとを設けると、撥インク性領域１２ａではインク１１が弾かれて塗布されず、親インク性領域１２ｂにインク１１が塗布されるようにできる。
【０１１４】
したがって、インク１１を塗布したい領域のみが親インク性領域１２ｂとなるようにすることで、塗布したい場所にのみ、インク１１が塗布されるようにできる。例えば、基板１２として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域１２ｂをパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとがパターン状に形成されたものを用いることができる。そして、図１８に示したように、インク１１を塗布したい複数の場所を親インク性領域１２ｂとすれば、高い配向度の有機半導体薄膜１５を一回で形成することが可能となり、生産性を向上することが可能となる。
【０１１５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１１６】
図２０は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２０（ａ）はノズル部２を下方から見た斜視図、図２０（ｂ）はノズル部２の底面図、図２０（ｃ）はノズル部２の断面図である。
【０１１７】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆの周囲を囲むように、先端面２ｆから垂直方向に所定高さ突き出した庇部２ｈを形成している。この庇部２ｈは、少なくとも溶液吐出部２ｃを挟んだ両側であってノズル移動方向において溶液吐出部２ｃより後方に延びるように形成されていれば良いが、本実施形態では、溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方を含め、先端面２ｆの外縁全域に形成されるようにしている。
【０１１８】
このように、先端面２ｆに庇部２ｈを備えることにより、先端面２ｆと基板１２との間に閉空間２０を構成することができる。このため、インク塗布時に、この庇部２ｈによって液溜りから蒸発した溶媒蒸気が閉空間２０内に留まり、閉空間２０内の溶媒蒸気が高濃度雰囲気となる。このため、高濃度雰囲気によってインク１１の乾燥が抑制され、より確実に、ライン状に塗布されたインク１１のうち高濃度雰囲気から外れた端部のみから乾燥させることが可能となる。これにより、より塗布開始場所でのみ核を発生させられ、さらに結晶を大きく成長させることが可能となる。
【０１１９】
また、ノズル部２からのインク１１の塗布は例えばパルス状の付勢力によって行われるが、このよう形態にてインク１１の塗布を行う場合には、インク１１が波打った形状になり得る。しかしながら、本実施形態のようにすれば、インク１１を塗布したのちノズル部２が或る程度の距離移動するまで乾燥が防止されることで、波打った形状が平坦化してから乾燥が始まるようにすることもできる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方にも庇部２ｈを形成している。このように、庇部２ｈを溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方にも形成することで、より溶媒蒸気が閉空間２０に留まり易くなる。したがって、より閉空間２０内の溶媒蒸気を高濃度雰囲気にすることが可能となる。
【０１２１】
なお、庇部２ｈを設けることで、閉空間２０を構成し、その内部を溶媒蒸気の高濃度領域にできるが、閉空間２０の容積が狭いほど、より高濃度領域の濃度を高められる。このため、庇部２ｈのうちノズル移動方向の前方に位置している部分が後方に位置している部分よりも溶液吐出部２ｃまでの距離が短くなるようにし、閉空間２０の容積がノズル移動方向の前方において小さく、後方において大きくなるようにすると好ましい。
【０１２２】
また、本実施形態では、先端面２ｆの外縁全域を囲むように庇部２ｈを形成しているが、上記したように少なくとも溶液吐出部２ｃを挟んだ両側であってノズル移動方向において溶液吐出部２ｃより後方に延びるように庇部２ｈが形成されていれば良い。このため、例えば図２１（ａ）、（ｂ）に示したノズル部２の他の形態を表した底面図のように、単に溶液吐出部２ｃを挟んだ両側にのみ庇部２ｈを形成しても良いし、溶液吐出部２ｃの位置から後方のみを囲むような形態であっても良い。
【０１２３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１２４】
図２２は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２２（ａ）はノズル部２の底面図、図２２（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１２５】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆに蒸気排出部を構成する開口部２ｉを備えている。このような開口部２ｉを備えることによって先端面２ｆと基板１２との間の距離を広げることで、溶液吐出部２ｃから離れた位置から溶媒蒸気を上方へ逃がせるようにしている。これにより、溶液吐出部２ｃから離れた位置から有機溶媒濃度が低下し始めるようにできる。
【０１２６】
また、有機溶媒濃度が高濃度領域から徐々に低下していることが好ましいことから、本実施形態では開口部２ｉの開口率（開口幅）がノズル移動方向後方に向かうに従って徐々に大きくなるようにしている。開口部２ｉの開口幅は、溶液吐出部２ｃの吐出口２ｇの幅、つまりライン状に塗布されるインク１１の幅と同じ幅あれば良いため、吐出口２ｇの幅と同じ幅から徐々に開口部２ｉの開口幅が広がるようにしてある。ただし、塗布後にインク１１が濡れ広がる場合もあることから、その濡れ広がりを加味して、開口部２ｉのうち最も溶液吐出部２ｃ側の開口幅が吐出口２ｇの幅よりも大きくなるようにすることもできる。
【０１２７】
このように、ノズル部２に開口部２ｉからなる蒸気排出部を形成することで、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置からインク１１の乾燥を促すことができる。
【０１２８】
また、ライン状に塗布されるインク１１の幅方向における開口部２ｉの寸法がインク１１の幅以上とされ、かつ、該寸法がノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされている。このように、開口部２ｉの寸法をノズル移動方向の後方において大きくしていくことで、塗布後にインク１１が濡れ広がっても、それに対応して溶媒蒸気を逃すエリアを広げることが可能となる。
【０１２９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１３０】
図２３は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２３（ａ）はノズル部２の底面図、図２３（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１３１】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆに開口部２ｉを複数設けてある。そして、各開口部２ｉの開口幅がノズル移動方向後方に向かうに従って徐々に大きくなるようにしている。このように、開口部２ｉを複数設けた構成としても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１３３】
図２４は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２４（ａ）はノズル部２の底面図、図２４（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１３４】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆを、ノズル移動方向後方において基板１２から離れるように傾斜させた傾斜面２ｊとしており、この傾斜面２ｊによって蒸気排出部を構成している。このように、傾斜面２ｊを備えることによっても、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置からインク１１の乾燥を促すことができる。
【０１３５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、図３に示す構造の有機薄膜トランジスタを有する有機半導体装置を例に挙げた。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを上方から取るボトムゲートトップコンタクト構造となっている。しかしながら、これは有機薄膜トランジスタの一例を示したのであり、勿論、他の構造の有機薄膜トランジスタに本発明を適用しても良い。図２５（ａ）〜（ｃ）は、他の構造の有機薄膜トランジスタの断面図である。
【０１３６】
図２５（ａ）に示す有機薄膜トランジスタは、不純物をドープしたシリコン基板などによってゲート電極１３を構成し、その上にゲート絶縁膜１４を介して有機半導体薄膜１５を形成し、有機半導体薄膜１５の両側にソース電極１６とドレイン電極１７を形成した構造としている。この有機薄膜トランジスタは、上記図３で示したものと同様、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを上方から取るボトムゲートトップコンタクト構造とされる。
【０１３７】
図２５（ｂ）に示す有機薄膜トランジスタは、ガラスやフィルムもしくはシリコン基板などからなる基板１２の上に第１の絶縁膜１９を介して互いに離間するソース電極１６とドレイン電極１７を形成し、さらにこれらの間を連結するように有機半導体薄膜１５を形成したのち、有機半導体薄膜１５の上にゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１３を形成している。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が上部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを下方から取るトップゲートボトムコンタクト構造とされる。
【０１３８】
図２５（ｃ）に示す有機薄膜トランジスタは、シリコン基板などに対してゲート電極１３を作り込み、その上にゲート絶縁膜１４を介して互いに離間するソース電極１６とドレイン電極１７を形成し、さらにこれらの間を連結するように有機半導体薄膜１５を形成している。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを下方から取るボトムゲートボトムコンタクト構造とされる。
【０１３９】
このように、様々な形態の有機薄膜トランジスタがあるが、これらいずれの形態についても、本発明を適用することができる。勿論、有機薄膜半導体が備えられる有機半導体装置であれば、有機薄膜トランジスタ以外のものについても、本発明を適用することができる。
【０１４０】
なお、上記各実施形態では、ノズル部２自体を所定方向に移動させることによって有機半導体薄膜１０が形成される基板１２に対してノズル部２が移動させられるようにしたが、ノズル部２が基板１２に対して相対的に移動させられれば良い。例えば、ノズル部２を固定し、基板１２側をノズル部２に対して移動させることで、ノズル部２が基板１２に対して移動させられるような形態であっても良い。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 製造装置
２ ノズル部
２ａ ノズル胴体部
２ｃ 溶液吐出部
２ｆ 先端面
２ｇ 吐出口
４ インク送出部
５ ノズル移動レール部
６ ノズル移動用モータ部
７ ギャップ検出部
８ メニスカス観察カメラ
９ 制御部
１０ 有機半導体薄膜
１１ インク
１２ 基板
１２ａ 撥インク性領域
１２ｂ 親インク性領域
１３ ゲート電極
１４ ゲート絶縁膜
１５ 有機半導体薄膜
１６ ソース電極
１７ ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、基板表面に結晶性有機半導体薄膜を形成するための半導体溶液を塗布したのち、それを乾燥させることで有機半導体薄膜を製造する有機半導体薄膜の製造方法が提案されている。この製造方法では、ノズル（コーターヘッド）から半導体溶液を吐出しつつノズルと基板とを相対的に移動させることで半導体溶液を所望場所に塗布したのち、溶液塗布のエッジ部より溶液を乾燥させることにより、有機半導体薄膜を固液界面（固体と液体の境界）の移動と共に成長させることで、有機半導体材料の結晶を析出させる。そして、析出させた有機半導体材料の結晶によって有機半導体薄膜が製造されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７−１１９７０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２６に、上記特許文献１に示す従来のノズルで形成した有機半導体薄膜を示す。特許文献１に示した有機半導体薄膜の製造方法において、ノズル移動速度などの形成条件の最適化により、単一の結晶領域の大きさは大きくなる。
【０００５】
しかしながら、有機半導体薄膜は、結晶の方向によって、キャリア移動度が異なることが報告されており（R. L. Head rick et. al., Applied Physics Letter 92, 063302 (2008)）、より高いキャリア移動度を得ようとすれば、それぞれの結晶領域の結晶の配向方向を揃えることが重要となる。これに対して、特許文献１には、特許文献１の有機半導体薄膜の製造方法によれば、結晶の配向について有機半導体薄膜の成長方向と略平行となると記載されているが、結晶の配向方向を制御して製造するために十分ではなかった。すなわち、塗布開始場所でもノズル移動後の場所でも、同様に結晶化され、単一の結晶領域の大きさはある程度の大きさになるが、配向方向は成長方向（ノズル移動方向）とあまり一致しない。このため、高いキャリア移動度を得ることができない。
【０００６】
例えば、結晶の配向方向を定量的に評価する方法として、微小入射角Ｘ線回折（以下、GIXD法という）がある。他にも、有機半導体薄膜の結晶の配向方向を評価する方法として、偏光顕微鏡があるが、偏光顕微鏡による評価は定量的ではないため、GIXD法を用いるのが好ましい。図２７は、GIXD法による結晶の配向方向の評価を行うときの概要を示した図であり、図２７（ａ）は断面図、図２７（ｂ）は俯瞰図である。この図に示すように、微小な入射角（例えば０．１８°）としてＸ線を入射し、入射Ｘ線と反射Ｘ線との関係に基づいて、配向度を求めることができる。基板Ｊ１上に形成された有機半導体薄膜Ｊ２の表面と入射Ｘ線と成す角度がθχであるとすると、入射Ｘ線の方向と反射Ｘ線の方向とが成す角度は２θχとなる。実際には散乱により入射Ｘ線に対する角度２θχの方向以外にも散乱Ｘ線（散乱ベクトル（０ｋ０）などとして表せる）が出ており、アジマス角（φ）を変えることにより、有機半導体薄膜Ｊ２の配向度を求めることができる（例えば、Y. Natsume et. al., Organic Electronics 10, 107(2009)）。
【０００７】
図２８は、GIXD法によりアジマス角（φ）依存性測定により得られた回折ピークを示している。ピーク角度は結晶領域の方向を表し、ピークの積分強度は、結晶領域の面積を表している。図２８では、配向度が次式を満たすものとして独自に定義してある。この定義によれば、有機半導体薄膜の結晶が同一方向に揃う程度を定量的に評価できると言える。
【０００８】
（数１）
配向度＝最大ピークの積分強度／全ピークの積分強度
また、従来の有機半導体薄膜の製造方法により製造した有機半導体薄膜のＸ線回折データを確認したところ配向度は３％となった（後述する図１４（ｄ）参照）。これは塗布開始場所以外の場所から、塗布開始場所から発生する結晶領域とは結晶の配向方向が異なる結晶領域が成長し、塗布開始場所から成長する結晶領域の成長を阻害するためである。従来のノズルを使用する限り、溶液からの結晶成長メカニズムより回避は困難である。
【０００９】
すなわち、溶液から結晶成長をさせるためには、溶液を過飽和とする必要がある。過飽和となった溶液から核が生成し、さらに、過飽和を保持することで、核を基点に結晶が成長する。大きな結晶を得るためには、少量の核を発生させ、その核を基点に結晶を成長させることが重要である。
【００１０】
溶液の液溜まりからの結晶成長において、溶液の液溜まりは、その端部での溶媒の揮発速度が大きい。そして、溶媒の揮発により、液溜まりの端部が過飽和となるため、この部分で核が発生し、その核を基点に結晶が成長する。したがって、大きな結晶を成長させるためには、液溜まり端部の過飽和状態をうまく制御し、塗布開始場所でのみ核を発生させ、その核を基点に結晶を大きく成長させる必要がある。
【００１１】
ところが、上記した特許文献１に示す有機半導体薄膜の製造方法では、塗布した半導体溶液の乾燥制御が困難であり、塗布開始場所以外にも核が発生し、各核を基点として結晶が成長させられることになるため、結晶を十分に大きく成長させることができなかった。
【００１２】
本発明は、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止し、配向度の高い（結晶の配向方向が揃った）有機半導体薄膜を形成できる有機半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置においてキャリア移動度を高くすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程として、有機半導体薄膜（１５）を構成する有機半導体材料を含む溶液（１１）を吐出するノズル（２）を用いて、溶液（１１）を吐出させながらノズル（２）を所定方向に移動させることで溶液（１１）をライン状に塗布し、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の有機半導体材料を結晶化させることで有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を行う。そして、ノズル（２）として、基板（１２）の表面と対向する先端面（２ｆ）を構成するオーバハング部を有したノズル胴体部（２ａ）と、ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）から基板（１２）側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口（２ｇ）を有する溶液吐出部（２ｃ）とを備えたものを用い、溶液吐出部（２ｃ）の下端を基板（１２）から離間させた状態で溶液（１１）を吐出し、吐出された溶液（１１）にて溶液吐出部（２ｃ）と基板（１２）の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル（２）を吐出口（２ｇ）の長手方向に対する垂直方向に移動させることにより溶液（１１）をライン状に塗布し、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の有機半導体材料の結晶を成長させることを特徴としている。
【００１４】
このような製造方法によれば、従来のノズルを使用した製造方法では得られない高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を容易に形成できる。すなわち、ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）と基板（１２）とで挟まれた空間に液溜まりを形成しているため、液溜りから蒸発した溶媒蒸気で、液溜近傍が溶媒雰囲気となる。その結果、溶液（１１）の蒸発が抑制され、溶液（１１）の端部が過飽和になり難くなる。この状態でノズル（２）をノズル移動方向に移動すると、ノズル移動方向の後方の端部が前方に引かれ、膜厚が薄くなり、溶液（１１）の蒸発が促進することで、この場所が過飽和状態となり、核発生が起こる。これにより、溶液（１１）の塗布開始場所から溶液（１１）を乾燥させられ、溶液（１１）中の有機半導体材料の結晶を成長させることが可能となる。したがって、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止し、配向度の高い有機半導体薄膜（１５）を形成できる有機半導体装置の製造方法とすることが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００１６】
このように、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うと、確実に溶液（１１）の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）における液溜まりの形状をカメラ（８）にてモニタし、モニタ結果に基づいて溶液吐出部（２ｃ）における溶液（１１）の吐出量を制御することで、液溜まりの上端が溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００１８】
このように、液溜りの形状をカメラ（８）にてモニタし、モニタ結果に基づいて、溶液（１１）の吐出量を制御することで、請求項２に記載のメニスカス形状を確実に保持できる。これにより、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長をより確実に防止でき、高い配向度の有機半導体薄膜（１５）が得られる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御することを特徴としている。
【００２０】
溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を変更すると、有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化することが確認された。これは、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を変更すると、それに応じてメニスカス形状が変わり、このメニスカス形状の変化に起因して溶液（１１）の端部の乾燥状態が変化するために有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化するからであると考えられる。したがって、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離、例えば１００μｍ以下に制御することで、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、オーバハング部が構成するノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の外周において、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことを特徴としている。
【００２２】
先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップと有機半導体薄膜（１５）の配向度との関係について調べたところ、ギャップの変化に応じて有機半導体薄膜（１５）の配向度が変化することが確認された。具体的には、ギャップが大きくなると、有機半導体薄膜（１５）の配向度が低下することが判った。これは、ギャップが小さい時には液溜りから蒸発した溶媒蒸気で液溜近傍が溶媒雰囲気となり、溶液（１１）の蒸発が抑制されるために溶液（１１）の端部が過飽和になり難くなるが、ギャップが大きくなると液溜近傍があまり溶媒雰囲気にならず、溶液（１１）の乾燥が抑制され難くなるためと推測される。
【００２３】
したがって、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして溶液（１１）の基板（１２）への塗布を行うことで、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることが可能となる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、ノズル（２）の移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴としている。また、請求項７に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、ノズル（２）の移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴としている。
【００２５】
有機半導体薄膜（１５）の配向度はノズル移動速度に応じても変化することが確認された。具体的には、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜の配向度が急激に向上する。特に、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすると、有機半導体薄膜（１５）の配向度がほぼ１００％となる。これは、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止した上で、塗布開始場所で形成した単一の結晶領域をノズル移動方向にゆっくりと成長させることで、ノズル移動方向に配向しやすい結晶領域が選択的に成長し、配向度が向上したためと推定される。このように、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、より有機半導体薄膜（１５）を高い配向度とすることが可能となり、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜（１５）の配向度をほぼ１００％にすることが可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を１００μｍ以下とすることを特徴としている。
【００２７】
このように、溶液吐出部（２ｃ）の先端と基板（１２）との間の距離を近づけ、１００μｍ以下となるようにすることで溶液（１１）のメニスカス形状が安定する。これにより、より高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を得ることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、基板（１２）として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域をパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域と親インク性領域とがパターン状に形成されたものを用いることを特徴としている。
【００２９】
このように、溶液（１１）を塗布したい領域のみが親インク性領域（１２ｂ）となるようにすることで、塗布したい場所にのみ、溶液（１１）が塗布されるようにできる。そして、溶液（１１）を塗布したい複数の場所を親インク性領域（１２ｂ）とすれば、高い配向度の有機半導体薄膜（１５）を一回で形成することが可能となり、生産性を向上することも可能となる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明では、ノズル（２）として、ノズル胴体部（２ａ）に、溶液吐出部（２ｃ）を挟んだ両側であって先端面（２ｆ）から突出させられると共に溶液（１１）をライン状に塗布するときのノズル移動方向において該溶液吐出部（２ｃ）より後方に延びる庇部（２ｈ）が備えられたものを用い、該庇部（２ｈ）によってノズル（２）の先端面（２ｆ）と基板（１２）との間に閉空間（２０）を構成し、液溜まりから蒸発した溶媒蒸気を閉空間（２０）内に留まらせつつ溶液（１１）を塗布することを特徴としている。 このように、ノズル移動方向の後方に延びる庇部（２ｈ）を備えるようにすることで、この庇部（２ｈ）によって液溜りから蒸発した溶媒蒸気が閉空間（２０）内に留まり、閉空間（２０）内の溶媒蒸気が高濃度雰囲気となる。このため、高濃度雰囲気によって溶液（１１）の乾燥が抑制され、より確実に、ライン状に塗布された溶液（１１）のうち高濃度雰囲気から外れた端部のみから乾燥させることが可能となる。これにより、より塗布開始場所でのみ核を発生させられ、さらに結晶を大きく成長させることが可能となる。
【００３１】
また、ノズル（２）からの溶液（１１）の塗布をパルス状の付勢力によって行う場合には、溶液（１１）が波打った形状になり得るが、塗布したのちノズル（２）が或る程度の距離移動するまで乾燥が防止されることで、波打った形状が平坦化してから乾燥が始まるようにすることもできる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明では、ノズル（２）として、庇部（２ｈ）が溶液吐出部（２ｃ）よりもノズル移動方向の前方にも形成されているものを用いることを特徴としている。
【００３３】
このように、庇部（２ｈ）を溶液吐出部（２ｃ）よりもノズル移動方向の前方にも形成することで、より溶媒蒸気が閉空間（２０）に留まり易くなる。したがって、より閉空間（２０）内の溶媒蒸気を高濃度雰囲気にすることが可能となる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明では、ノズル（２）として、溶液吐出部（２ｃ）からノズル移動方向の後方に所定距離離間した位置に、先端面（２ｆ）と基板（１２）との間の距離を広げることで溶媒蒸気を上方へ逃がす蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）が備えられたものを用いることを特徴としている。
【００３５】
このように、ノズル（２）に蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）を形成することで、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置から溶液（１１）の乾燥を促すことができる。
【００３６】
例えば、請求項１３に記載したように、蒸気排出部を先端面（２ｆ）に対して形成された開口部（２ｉ）で構成することができる。この場合、請求項１４に記載したように、ライン状に塗布される溶液（１１）の幅方向における開口部（２ｉ）の寸法が溶液（１１）の幅以上とされ、かつ、該寸法がノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされるようにすると好ましい。
【００３７】
このように、開口部（２ｉ）の寸法をノズル移動方向の後方において大きくしていくことで、塗布後に溶液（１１）が広がっても、それに対応して溶媒蒸気を逃すエリアを広げることが可能となる。
【００３８】
また、請求項１５に記載したように、蒸気排出部をノズル移動方向の後方に向かって先端面（２ｆ）を徐々に基板（１２）から離れるように傾斜させた傾斜面（２ｊ）によって構成することもできる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明では、基板（１２）を加熱しながらノズル（２）からの溶液（１１）の塗布を行うことを特徴としている。また、請求項１７に記載の発明では、ノズル（２）を加熱しながらノズル（２）からの溶液（１１）の塗布を行うことを特徴としている。
【００４０】
このように、基板（１２）やノズル（２）を加熱しておくことで、基板（１２）やノズル（２）の温度が溶液（１１）の温度よりも相対的に低かったとしても結露が発生することを抑制できる。
【００４１】
請求項１８に記載の発明は、有機半導体薄膜（１５）は、ライン状に形成されていると共に、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、該有機半導体薄膜（１５）の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されており、且つ該有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上であることを特徴としている。
【００４２】
配向度１５％程度までは、キャリア移動度の増加はないが、配向度が２５％を超えると急激にキャリア移動度が上がる。これは、配向度が低い領域は、単一の結晶領域が小さく、配向度以外の要因が支配的になるが、配向度２５％以上では配向度向上の効果が現れるためと考えられる。したがって、有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上となる部分を用いて、実質的に有機半導体装置として機能する部分を構成することで、キャリア移動度の大きい有機半導体装置とすることが可能となる。
【００４３】
請求項１９に記載の発明は、基板（１２）と、基板（１２）の表面上に形成された電極（１３）と、該電極（１３）の上に形成された絶縁膜（１４）とを有し、且つ少なくとも有機半導体薄膜（１５）の一部は、絶縁膜（１４）上に形成されていることを特徴としている。
【００４４】
このような構造の場合、電極（１３）の段差が生じる。このため、上記した請求項１ないし１７に記載の製造方法と従来の製造方法とで、有機半導体薄膜（１５）を形成したときの配向度に差が生じる。このため、このように段差が生じる構造の有機半導体装置であっても、上記した請求項１ないし１７に記載の製造方法によって製造することで、高い配向度のものとすることが可能となる。
【００４５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造装置の模式図である。
【図２】ノズル部２の詳細構造を示したものであり、（ａ）はノズル部２の正面図、（ｂ）はノズル部２の左側面図、（ｃ）はノズル部２の底面図である。
【図３】第１実施形態の製造方法によって製造される有機半導体装置の断面図である。
【図４】図３に示す有機半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図５】有機半導体薄膜１５を成膜する工程の様子を示した図である。
【図６】第１実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によって得られた有機半導体薄膜１５を示した図である。
【図７】インク塗布時におけるノズル胴体部２ａや溶液吐出部２ｃの位置と溶媒雰囲気での有機溶媒濃度の関係を示した図である。
【図８】実験で用いた各メニスカスを示した図である。
【図９】図８（ａ）〜（ｃ）のメニスカス形状で形成した有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。
【図１０】溶液吐出部２ｃの高さを変えることで溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを変えたときのメニスカス形状を示した図である。
【図１１】図１０に示す各場合の有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。
【図１２】先端面２ｆと基板１２との間のギャップと有機半導体薄膜１５の配向度との関係を示した図表である。
【図１３】ノズル移動速度と配向度の関係を示す図である。
【図１４】ノズル移動速度を変えて回折角度φ（°）とＸ線回折のピーク強度比との関係を示す図である。
【図１５】第１実施形態の製造方法により製造された有機半導体薄膜１５の偏光顕微鏡画像図である。
【図１６】配向度に対するキャリア移動度の比を示した図である。
【図１７】第１実施形態の製造方法と従来の製造方法それぞれで有機半導体薄膜１５を形成したときの様子を示した有機半導体装置の上面図である。
【図１８】第１実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法で用いられる基板１２の上面図である。
【図１９】図１８に示した基板１２を用いてインク１１を塗布している様子を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２１】第３実施形態の他の形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２の底面図である。
【図２２】本発明の第４実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２３】本発明の第５実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２４】本発明の第６実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態で説明する有機薄膜トランジスタの断面図である。
【図２６】従来のノズルで形成した有機半導体薄膜の図である。
【図２７】GIXD法による結晶の配向方向の評価を行うときの概要を示した図である。
【図２８】GIXD法によりアジマス角（φ）依存性測定により得られた回折ピークを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００４８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造装置の模式図である。この図を参照して、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法について説明する。
【００４９】
図１に示すように、有機半導体装置の製造装置１は、ノズル部２、基板保持台３、インク送出部４、ノズル移動レール部５、ノズル移動用モータ部６、ギャップ検出部７、メニスカス観察カメラ８および制御部９を有した構成とされている。
【００５０】
ノズル部２は、有機半導体薄膜１０を形成するための有機半導体材料を含む溶液（以下、インクという）１１を吐出することで基板１２の表面にインク１１を塗布する。インク１１には、どのような種類のものを用いても構わないが、例えば有機半導体材料がインク１１における０．０５重量濃度％から１重量濃度％を占めるように調整されたものを用いている。図２は、ノズル部２の詳細構造を示したものであり、図２（ａ）はノズル部２の正面図、図２（ｂ）はノズル部２の左側面図、図２（ｃ）はノズル部２の底面図である。図２（ａ）は、図１においてノズル部２を紙面左側から見た図に相当し、図２（ｂ）は、図１においてノズル部２を紙面裏面側から見た図に相当し、図２（ｃ）は、図１においてノズル部２を紙面下方から見た図に相当する。
【００５１】
図１および図２に示すように、ノズル部２は、ノズル胴体部２ａ、溶液貯留部２ｂ、溶液吐出部２ｃおよび溶液供給口２ｄを有した構成とされている。
【００５２】
ノズル胴体部２ａは、内部に溶液貯留部２ｂを備えていると共に、溶液貯留部２ｂに対して連通させられた溶液吐出部２ｃおよび溶液供給口２ｄを備えている。ノズル胴体部２ａは、例えば長方体の金属ブロックによって構成されており、有機半導体薄膜１０が形成される基板１２の表面と対向する一面を先端面２ｆとしたオーバハング部を有している。そして、オーバハング部における先端面２ｆから基板１２側に突出させられるように溶液吐出部２ｃが形成されており、先端面２ｆが溶液吐出部２ｃの周囲を囲むように配置された状態になっている。
【００５３】
溶液貯留部２ｂは、インク送出部４より送出されるインク１１を貯留し、溶液吐出部２ｃに備えられた後述する吐出口２ｇに対してインク１１を供給する役割を果たしている。図２に示されるように、溶液貯留部２ｂは、ノズル胴体部２ａを構成する金属ブロックの側面の一面から穴空け加工を行って横穴を形成すると共に、横穴および吐出口２ｇと連通するように上面から穴空け加工を行って縦穴を形成したのち、縦穴の入口を塞ぐことで溶液貯留部２ｂを形成している。
【００５４】
溶液吐出部２ｃは、先端面２ｆに対して所定高さ垂直方向に突出させられており、図１の紙面垂直方向を長手方向として、側面がテーパ状とされた四角錐台形状とされている。この溶液吐出部２ｃには、四角錐台形状における底面と上面とを貫通するように形成された吐出口２ｇが備えられ、当該溶液吐出部２ｃの長手方向と同方向を長手方向として延設されている。この吐出口２ｇが溶液貯留部２ｂと連通させられることで、吐出口２ｇからインク１１を吐出できるようになっている。吐出口２ｇの位置は、ノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆのいずれの位置であっても良いが、吐出口２ｇよりもノズル移動方向後方において先端面２ｆが所定長さ残り、先端面２ｆと基板１２との対向範囲が広く取れるようにしてある。
【００５５】
溶液供給口２ｄは、インク送出部４から溶液貯留部２ｂへのインク１１の送出を行うための供給口となる部分であり、例えば、図２に示されるように溶液貯留部２ｂを形成するための横穴の入口が溶液供給口２ｄとされる。この溶液供給口２ｄに対してインク送出部４に接続されたインク供給パイプ４ａが連結され、インク送出部４からインク１１が供給できるようになっている。このような構造により、ノズル部２が構成されている。
【００５６】
基板保持台３は、基板１２を搭載して保持するための台である。ノズル部２の溶液吐出部２ｃの先端位置、つまり基板保持台３の表面から溶液吐出部２ｃの先端部までの高さは調整可能とされており、この高さを調整することによって基板１２の表面から溶液吐出部２ｃの先端部までの高さが調整可能とされている。
【００５７】
インク送出部４は、インク１１を貯留すると共に、インク供給パイプ４ａを通じて貯留しているインク１１をノズル部２に対して送出するためのものである。インク送出部４内の圧力は制御部９によって制御可能とされており、制御部９によってインク送出部４内に一定圧力が印加されることでノズル部２からのインク吐出が行われ、インク送出部４内への圧力印加が停止されることでノズル部２からのインク吐出が停止される。
【００５８】
ノズル移動レール部５は、基板保持台３の表面と平行方向に伸ばされたレール部５ａと、ノズル部２が保持されるノズル保持部５ｂとを有し、ノズル保持部５ｂがレール部５ａに沿って移動することで、ノズル部２をレール部５ａに沿って図中に示したノズル移動方向に同じ高さで移動させる。
【００５９】
ノズル移動用モータ部６は、ノズル保持部５ｂをレール部５ａに沿って移動させる駆動源となるものであり、制御部９によって制御される。例えば、ノズル移動用モータ部６はレール部５ａを回転させるモータにて構成され、レール部５ａにネジ溝（雄ネジ）を形成すると共にノズル保持部５ｂにそれと対応するネジ溝（雌ネジ）を形成し、モータ回転に伴ってレール部５ａに沿ってノズル保持部５ｂが移動する構造とされる。このノズル移動用モータ部６におけるモータ回転数を制御することにより、ノズル移動速度を制御することが可能になっている。
【００６０】
ギャップ検出部７は、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔（ギャップ）を検出する。溶液吐出部２ｃの先端面２ｆからの高さが決まっていることから、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔を検出することにより、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２の表面との間の間隔を検出することができる。このギャップ検出部７の検出信号は、制御部９に入力されており、制御部９がノズル部２の高さ調整を行うことにより、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔が所定距離となるように調整される。なお、ノズル部２の高さ調整の具体的構造については図示していないが、例えばノズル移動レール部５の両端の支持柱を高さ調整が行える構造とすることなどによって実現可能である。
【００６１】
メニスカス観察カメラ８は、ノズル部２から吐出されたインク１１のメニスカス（吐出されたインク１１によって形作られた曲面形状）を撮影し、インク１１のメニスカスの画像を制御部９に伝える。
【００６２】
制御部９は、ノズル部２の移動の制御、インク送出部４の内部圧力の制御、ノズル部２と基板１２の表面との間の間隔の制御を行うことにより、ノズル部２によるインク１１の吐出を制御し、基板１２の所望場所に対してインク１１を塗布する。すなわち、制御部９は、ギャップ検出部７の検出信号およびメニスカス観察カメラ８の画像に基づいてインク１１のメニスカスが所望形状となるようにノズル部２と基板１２の表面との間の間隔やインク送出部４の内部圧力を制御している。そして、制御部９は、インク１１のメニスカスが所望形状となるようにしつつ、ノズル移動用モータ部６を駆動することで、ノズル部２を移動させ、基板１２の所望場所にインク１１が塗布されるようにしている。
【００６３】
以上のような構造により、有機半導体装置の製造装置が構成されている。続いて、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法について説明する。図１に示した有機半導体装置の製造装置は、有機半導体装置の製造工程のうちの有機半導体薄膜の形成工程に用いられる。以下、図３に本実施形態の製造方法によって製造される有機半導体装置の断面図を示すと共に、図４に図３に示す有機半導体装置の製造工程中の断面図を示し、これらの図を参照して説明する。
【００６４】
図３に示す有機半導体装置は、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）であり、基板１２の上にゲート電極１３、ゲート絶縁膜１４、有機半導体薄膜１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７、保護膜１８を順に形成した構造とされている。
【００６５】
基板１２の上において、ゲート電極１３は所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されており、このゲート電極１３を覆うようにゲート絶縁膜１４および有機半導体薄膜１５が形成されている。ソース電極１６およびドレイン電極１７は、有機半導体薄膜１５の上において離間配置されており、それぞれゲート電極１３の両端位置に形成されている。保護膜１８は、ソース電極１６やドレイン電極１７を含む基板表面全面を覆うように形成されている。このような構造により、有機半導体装置が構成されている。
【００６６】
このような有機半導体装置は、まず、図４（ａ）に示すように、基板１２を用意したのち、この基板１２の表面にゲート電極１３の形成材料を配置すると共に、その形成材料をパターニングすることでゲート電極１３を形成する工程を行う。基板１２としては、ガラス基板やフィルム（エチレンナフタレート（ＰＥＮ）もしくはポリイミド（ＰＩ））などを用いることができる。また、ゲート電極１３の形成材料としては、モリブデン（Ｍｏ）などを用いることができ、蒸着などによって基板１２の表面に配置することができる。
【００６７】
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート電極１３の表面を覆うようにゲート絶縁膜１４を成膜する工程を行う。例えば、ゲート絶縁膜１４としては、アルミナなどを用いており、スピンコートや蒸着などによって形成できる。そして、必要に応じて、ウェットエッチングなどにより、ゲート絶縁膜１４を所望形状にパターニングしている。
【００６８】
その後、図４（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１４の表面を覆うように有機半導体薄膜１５を形成する工程を行う。この有機半導体薄膜１５の形成工程において、図１に示した有機半導体装置の製造装置を用いる。また、有機半導体薄膜１５については、ペンタセン系やチオフェン系材料などを用いており、上記したノズル部２を用いたダイコート法によって成膜している。
【００６９】
図５は、この有機半導体薄膜１５を成膜する工程の様子を示した図であり、図５（ａ）はノズル部２の先端部の部分拡大図、図５（ｂ）は基板表面から見た有機半導体薄膜１５の塗布の様子を示した図である。
【００７０】
図１に示した有機半導体装置の製造装置を用い、制御部９がノズル移動用モータ部６を駆動することでノズル部２を基板１２における溶液塗布の開始位置まで移動させると共にノズル部２の高さ調整を行うことでノズル部２と基板１２の表面との間の間隔が所定の距離となるように調整する。例えば、オーバハング部が構成するノズル胴体部２ａの先端面２ｆの外周において、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となり、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにしている。
【００７１】
そして、制御部９がインク送出部４内の圧力を制御することで、インク送出部４からノズル部２に対してインク１１を送出し、ノズル部２の溶液吐出部２ｃの吐出口２ｇからインク１１を吐出させる。また、図示しないヒータなどの加熱機構を用いて、ノズル部２や基板１２の温度を室温からインク１１を構成する有機溶媒の沸点よりも２０℃程度低い温度まで加熱する。このように、ノズル部２や基板１２を加熱しておくことで、ノズル部２や基板１２の温度が相対的に有機溶媒に対して温度が低かったとしても結露が発生することを抑制できる。その後、ノズル移動用モータ部６を駆動してノズル部２をノズル移動方向に移動させ、有機半導体薄膜１５を所望パターンに塗布する。
【００７２】
このとき、ノズル部２における溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２をノズル移動方向に移動させることでインク１１をライン状に塗布する。具体的には、溶液吐出部２ｃや吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に、移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１０μｍ／ｓｅｃ以下としてノズル部２を移動させることにより、インク１１をライン状に塗布する。そして、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料の結晶を成長させる。
【００７３】
また、インク１１の塗布の際には、溶液吐出部２ｃから吐出されることで形成されるインク１１の液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようなメニスカスにして、基板１２へのインク１１の塗布を行うようにしている。すなわち、溶液吐出部２ｃにおける液溜まりの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、モニタ結果に基づいて溶液吐出部２ｃにおけるインク１１の吐出量を制御することで、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面の間に位置するようにして基板１２へのインク１１の塗布を行っている。
【００７４】
このようにして、ゲート絶縁膜１４の表面の所望位置にインク１１が塗布され、その塗布開始場所からインク１１が乾燥していき、インク１１に含まれる有機半導体材料の結晶が成長していくことで、有機半導体薄膜１５が形成される。
【００７５】
その後、図４（ｄ）に示すように、有機半導体薄膜１５の表面に電極材料を成膜したのち、パターニングしてソース電極１６およびドレイン電極１７を形成する。例えば、電極材料としてはモリブデン（Ｍｏ）と金（Ａｕ）の合金もしくは金などを用いることができ、蒸着等によって成膜したのちウェットエッチングによってパターニングを行うことができる。また、マスク蒸着によって所望場所に電極材料を配置してソース電極１６およびドレイン電極１７を形成することもできる。
【００７６】
そして、図４（ｅ）に示すように、保護膜１８を成膜する。例えば、保護膜１８としては、アルミナもしくはパリレンなどを用いることができ、蒸着もしくはスピンコートなどによって成膜することができる。このような製造方法により、図３に示した有機半導体装置を製造することができる。
【００７７】
以上説明した、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、次のような効果を得ることができる。
【００７８】
（１）上記製造方法では、有機半導体薄膜１５を構成する有機半導体材料を含むインク１１を吐出するノズル部２を用いて、インク１１を吐出させながらノズル部２を所定方向に移動させることでインク１１をライン状に塗布している。そして、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させ、インク１１中の有機半導体材料を結晶化させることで有機半導体薄膜１５を形成している。
【００７９】
このとき、ノズル部２として、基板１２の表面と対向する先端面２ｆを構成するオーバハング部を有したノズル胴体部２ａと、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆから基板１２側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口２ｇを有する溶液吐出部２ｃとを備えたものを用いている。そして、溶液吐出部２ｃの下端を基板１２から離間させた状態でインク１１を吐出し、吐出されたインク１１にて溶液吐出部２ｃと基板１２の間に液溜まりを形成しつつ、ノズル部２を吐出口２ｇの長手方向に対する垂直方向に移動させることによりインク１１をライン状に塗布している。これにより、インク１１の塗布開始場所からインク１１を乾燥させられ、インク１１中の有機半導体材料の結晶を成長させることが可能となる。
【００８０】
図６は、このような製造方法によって得られた有機半導体薄膜１５を示した図である。この図に示すように、塗布開始場所では、単一の結晶領域は小さく、単一の結晶領域の結晶の方向がランダムとなる。これは従来のノズルを用いて有機半導体薄膜を形成した場合と同じである。しかしながら、ノズル部２の移動に伴って、単一の結晶領域が増大し、領域のほぼ全域が結晶方向の揃った単一の結晶領域となっていることが確認できる。
【００８１】
ノズル移動後の有機半導体薄膜１５のＸ線回折データを求めたところ、配向度が５５％となった。したがって、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、従来のノズルを使用した製造方法では得られない高い配向度の有機半導体薄膜１５を容易に形成できる。
【００８２】
このような効果が得られる理由は、以下のメカニズムによる。すなわち、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆと基板１２とで挟まれた空間に液溜まりを形成しているため、液溜りから蒸発した溶媒蒸気で、液溜近傍が高濃度な溶媒雰囲気となる。その結果、インク１１の蒸発が抑制され、インク１１の端部が過飽和になり難くなる。この状態でノズル部２をノズル移動方向に移動すると、ノズル移動方向の後方の端部が前方に引かれ、膜厚が薄くなり、インク１１の蒸発が促進することで、この場所が、過飽和状態となり、核発生が起こる。
【００８３】
図７は、インク塗布時におけるノズル胴体部２ａや溶液吐出部２ｃの位置と溶媒雰囲気での有機溶媒濃度の関係を示した図である。この図からも分かるように、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆとインク１１とが対向している部分が高濃度領域となっている。このため、この高濃度領域ではインク１１の端部が過飽和になり難くなる。そして、ノズル胴体部２ａのうちノズル移動方向末端部近辺まで高濃度領域となり、そこから徐々に有機溶媒濃度が低下していく。ここでインク１１の蒸発が促進されて核発生が起こるようにできる。このとき高濃度領域となる範囲はある程度長さがある方が好ましいため、溶液吐出部２ｃからノズル移動方向後方において先端面２ｆが所定長さ残され、先端面２ｆと基板１２との対向範囲が広く取れるようにしてある。
【００８４】
従来のノズルでも、装置雰囲気全体を溶媒雰囲気にすれば達成できる可能性があるが、製造装置が大がかりとなり、引いては半導体装置の製造コストが増加するため、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法とすることで、製造コストの増加を抑制することも可能となる。
【００８５】
（２）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うようにしている。これにより、より確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られるようにすることが可能となる。
【００８６】
ノズル部２と基板１２とに接するインク１１のメニスカスの形状を変更して結晶成長の様子について調べたところ、本実施形態の製造方法で用いているメニスカス形状とすることで、他のメニスカス形状とする場合と比較して、より上記効果が得られることが確認された。
【００８７】
図８は、実験で用いた各メニスカスを示した図であり、図８（ａ）は、ノズル部２で形成される一般的なメニスカス形状であり、図８（ｂ）は、本実施形態の製造方法で用いているメニスカス形状であり、図８（ｃ）は、ノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆに液溜まりの上部が接した状態のメニスカス形状である。また、図９は、図８（ａ）〜（ｃ）のメニスカス形状で形成した有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。なお、各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍ、ノズル移動速度を２０μｍ／ｓｅｃとしている。
【００８８】
実験において、図８（ａ）のメニスカスによって有機半導体薄膜１５を形成した場合、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長が発生し、有機半導体薄膜１５の配向度が低下した。また、図８（ｃ）のメニスカスによって有機半導体薄膜１５を形成しようとした場合、インク１１が先端面を伝わり、液溜りの大きさが制御できなくなって、有機半導体薄膜１５の製造には適用できなかった。
【００８９】
これに対して、図８（ｂ）のメニスカスのように、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うと、確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られた。これは、液溜りの表面積が大きくなることで、ノズル胴体部２ａの先端面２ｆと基板１２とで挟まれた空間に、溶媒雰囲気が安定して形成できるためであると推定される。
【００９０】
このように、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法によれば、より確実にインク１１の塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を抑制でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られるようにすることが可能となる。
【００９１】
（３）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃにおける液溜まりの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、該モニタ結果に基づいて溶液吐出部２ｃにおけるインク１１の吐出量を制御している。これにより、液溜まりの上端が溶液吐出部２ｃの下端からノズル胴体部２ａの先端面２ｆの間に位置するようにして基板１２へのインク１１の塗布を行っている。
【００９２】
このように、液溜りの形状をメニスカス観察カメラ８にてモニタし、モニタ結果に基づいて、インク１１の吐出量を制御することで、上記した図８（ｂ）のメニスカス形状を確実に保持できる。これにより、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長をより確実に防止でき、高い配向度の有機半導体薄膜１５が得られる。
【００９３】
（４）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御するようにしている。
【００９４】
溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離は、液溜まりのメニスカス形状を決定する要素となる。このため、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を制御して、上記した図８（ｂ）のメニスカス形状となるようにすれば、高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能になる。溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離とメニスカス形状との関係を実験により調べたところ、次のようになった。
【００９５】
図１０は、溶液吐出部２ｃの高さを変えることで溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを変えたときのメニスカス形状を示した図である。また、図１１は、図１０に示す各場合の有機半導体薄膜１５の配向度を示した図表である。なお、各実験では、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１μｍ、ノズル移動速度を２０μｍ／ｓｅｃとしている。
【００９６】
図１０に示すように、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離ｄを５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと変更すると、それに応じてメニスカス形状が変わる。そして、各場合において液溜まりの上部がノズル胴体部２ａにおける先端面２ｆと溶液吐出部２ｃの間に位置するようなメニスカス形状となるようにすると、メニスカスの高さが変ってくる。このメニスカス形状の変化に起因してインク１１の端部の乾燥状態が変化するために、図１１に示すように有機半導体薄膜１５の配向度が変化していると推定される。
【００９７】
したがって、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離ｄを所定の距離、例えば１００μｍ以下に制御することで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能となる。
【００９８】
（５）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程の際に、オーバハング部が構成するノズル胴体部２ａの先端面２ｆの外周において、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにしてインク１１の基板１２への塗布を行っている。
【００９９】
先端面２ｆと基板１２との間のギャップと有機半導体薄膜１５の配向度との関係についても調べたところ、ギャップの変化に応じて有機半導体薄膜１５の配向度が変化することが確認された。図１２は、この関係を示した図表である。この図に示されるように、ギャップが大きくなると、有機半導体薄膜１５の配向度が低下することが判った。これは、ギャップが小さい時には液溜りから蒸発した溶媒蒸気で液溜近傍が溶媒雰囲気となり、インク１１の蒸発が抑制されるためにインク１１の端部が過飽和になり難くなるが、ギャップが大きくなると液溜近傍があまり溶媒雰囲気にならず、インク１１の乾燥が抑制され難くなるためと推測される。
【０１００】
したがって、先端面２ｆと基板１２との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにしてインク１１の基板１２への塗布を行うことで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を得ることが可能となる。
【０１０１】
（６）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは１０μｍ／ｓｅｃ以下となるようにしている。このように、ノズル移動速度を制御することにより、より有機半導体薄膜１５を高い配向度とすることが可能となる。
【０１０２】
図１３は、ノズル移動速度と配向度の関係を調べた結果を示した図である。このときの各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍとしている。また、図１４は、ノズル移動速度を変えて回折角度φ（°）とＸ線回折のピーク強度比との関係を調べた結果を示した図である。参考として、図１４中に従来ノズルを用いた場合についても記載してある。なお、このときの各実験では、溶液吐出部２ｃの先端部と基板１２との距離を１００μｍ、先端面２ｆと基板１２との距離を１．１ｍｍとしている（従来ノズルの場合にはノズル先端から基板までの距離を１００μｍとしている）。
【０１０３】
図１３に示す結果より、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜の配向度が急激に向上することが分かる。これは、塗布開始場所以外の場所からの結晶成長を防止した上で、塗布開始場所で形成した単一の結晶領域をノズル移動方向にゆっくりと成長させることで、ノズル移動方向に配向しやすい結晶領域が選択的に成長し、配向度が向上したためと推定される。したがって、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜１５をより高い配向度とすることが可能となる。また、図１３および図１４に示された結果より、ノズル移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、配向度がほぼ１００％になることが判る。したがって、ノズル移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることで、有機半導体薄膜１５を更に高い配向度とすることが可能となる。
【０１０４】
（７）本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、有機半導体薄膜１５を形成する工程において、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにしている。このように、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下にすると、高い配向度を得ることができる（図１１参照）。これは、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離を近づけることでインク１１のメニスカス形状が安定し、インク１１の端部の乾燥状態が安定するためと想定される。したがって、溶液吐出部２ｃの先端と基板１２との間の距離が１００μｍ以下となるようにすることで、より高い配向度の有機半導体薄膜１５を安定して得ることが可能となる。
【０１０５】
（８）また、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法により製造される有機半導体装置では、有機半導体薄膜１５がライン状に形成されるが、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、有機半導体薄膜１５の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されることになる。このような有機半導体薄膜１５のうち、実質的に有機半導体装置（有機薄膜トランジスタ）として用いられる部分において、有機半導体薄膜１５の配向度が２５％以上となるようにすると好ましい。
【０１０６】
図１５に、本実施形態の製造方法により製造された有機半導体薄膜１５の偏光顕微鏡画像図である。ライン状に形成された有機半導体薄膜１５の少なくとも一方の端部から内側に向かって配向度が高くなっていることが分かる。上記製造方法より有機半導体薄膜１５を形成した場合、塗布開始場所は核発生直後のため、多数の結晶方向の異なる結晶領域が混在し、配向度が低下する。また、塗布終了場所では、塗布後塗布ノズルを基板から離したときの残る溶液が、乾燥により過飽和となり、核が発生する。このため、有機半導体薄膜１５の両端から内側に向かって配向度が高くなる。
【０１０７】
図１６は、配向度に対するキャリア移動度の比を示した図である。配向度１５％程度までは、キャリア移動度の増加はないが、配向度が２５％を超えると急激にキャリア移動度が上がっている。これは、配向度が低い領域は、単一の結晶領域が小さく、配向度以外の要因が支配的となると推定され、配向度２５％以上で配向度向上の効果が現れるためと考えられる。したがって、有機半導体薄膜１５の配向度が２５％以上となる部分を用いて、実質的に有機半導体装置として機能する部分を構成することで、キャリア移動度の大きい有機半導体装置とすることが可能となる。
【０１０８】
（９）本実施形態の有機半導体装置では、基板１２の表面上にゲート電極１３が形成されていると共に、ゲート電極１３の上にゲート絶縁膜１４が形成され、少なくとも有機半導体薄膜１５の一部がゲート絶縁膜１４上に形成された構造となっている。このような構造の場合、ゲート電極１３の段差があるため、本実施形態の製造方法と従来の製造方法とで、有機半導体薄膜１５を形成したときの配向度に差が生じる。
【０１０９】
図１７は、本実施形態の製造方法と従来の製造方法それぞれで有機半導体薄膜１５を形成したときの様子を示した有機半導体装置の上面図である。この図に示すように、従来の製造方法の場合、ゲート電極１３の段差を基点として結晶が成長してしまい、配向度が低下してしまう。これに対して、本実施形態の製造方法の場合、ゲート電極１３の段差を基点とした結晶の成長がない。これは、先端面２ｆと基板１２との間の溶媒雰囲気により、過飽和度が抑制され、核が発生し難い状態となっているために、段差、異物などを基点とする核発生および結晶成長が防止されるためであると考えられる。
【０１１０】
したがって、本実施形態のような製造方法は、ゲート電極１３のように段差が生じる電極の上に、ゲート絶縁膜１４のような絶縁膜が形成され、さらにその上に有機半導体薄膜１５が形成されるような構造に適用されても、配向度の低下を防止することが可能となる。
【０１１１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して基板１２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１１２】
図１８は、本実施形態にかかる有機半導体薄膜を備えた有機半導体装置の製造方法で用いられる基板１２の上面図である。また、図１９は、図１８に示した基板１２を用いてインク１１を塗布している様子を示した図であり、図１９（ａ）が上面図、図１９（ｂ）が側面図である。
【０１１３】
図１８に示すように、基板１２のうちインク１１が塗布される表面に、撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとを設けている。このように、基板１２の表面に撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとを設けると、撥インク性領域１２ａではインク１１が弾かれて塗布されず、親インク性領域１２ｂにインク１１が塗布されるようにできる。
【０１１４】
したがって、インク１１を塗布したい領域のみが親インク性領域１２ｂとなるようにすることで、塗布したい場所にのみ、インク１１が塗布されるようにできる。例えば、基板１２として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域１２ｂをパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域１２ａと親インク性領域１２ｂとがパターン状に形成されたものを用いることができる。そして、図１８に示したように、インク１１を塗布したい複数の場所を親インク性領域１２ｂとすれば、高い配向度の有機半導体薄膜１５を一回で形成することが可能となり、生産性を向上することが可能となる。
【０１１５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１１６】
図２０は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２０（ａ）はノズル部２を下方から見た斜視図、図２０（ｂ）はノズル部２の底面図、図２０（ｃ）はノズル部２の断面図である。
【０１１７】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆの周囲を囲むように、先端面２ｆから垂直方向に所定高さ突き出した庇部２ｈを形成している。この庇部２ｈは、少なくとも溶液吐出部２ｃを挟んだ両側であってノズル移動方向において溶液吐出部２ｃより後方に延びるように形成されていれば良いが、本実施形態では、溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方を含め、先端面２ｆの外縁全域に形成されるようにしている。
【０１１８】
このように、先端面２ｆに庇部２ｈを備えることにより、先端面２ｆと基板１２との間に閉空間２０を構成することができる。このため、インク塗布時に、この庇部２ｈによって液溜りから蒸発した溶媒蒸気が閉空間２０内に留まり、閉空間２０内の溶媒蒸気が高濃度雰囲気となる。このため、高濃度雰囲気によってインク１１の乾燥が抑制され、より確実に、ライン状に塗布されたインク１１のうち高濃度雰囲気から外れた端部のみから乾燥させることが可能となる。これにより、より塗布開始場所でのみ核を発生させられ、さらに結晶を大きく成長させることが可能となる。
【０１１９】
また、ノズル部２からのインク１１の塗布は例えばパルス状の付勢力によって行われるが、このよう形態にてインク１１の塗布を行う場合には、インク１１が波打った形状になり得る。しかしながら、本実施形態のようにすれば、インク１１を塗布したのちノズル部２が或る程度の距離移動するまで乾燥が防止されることで、波打った形状が平坦化してから乾燥が始まるようにすることもできる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方にも庇部２ｈを形成している。このように、庇部２ｈを溶液吐出部２ｃよりもノズル移動方向の前方にも形成することで、より溶媒蒸気が閉空間２０に留まり易くなる。したがって、より閉空間２０内の溶媒蒸気を高濃度雰囲気にすることが可能となる。
【０１２１】
なお、庇部２ｈを設けることで、閉空間２０を構成し、その内部を溶媒蒸気の高濃度領域にできるが、閉空間２０の容積が狭いほど、より高濃度領域の濃度を高められる。このため、庇部２ｈのうちノズル移動方向の前方に位置している部分が後方に位置している部分よりも溶液吐出部２ｃまでの距離が短くなるようにし、閉空間２０の容積がノズル移動方向の前方において小さく、後方において大きくなるようにすると好ましい。
【０１２２】
また、本実施形態では、先端面２ｆの外縁全域を囲むように庇部２ｈを形成しているが、上記したように少なくとも溶液吐出部２ｃを挟んだ両側であってノズル移動方向において溶液吐出部２ｃより後方に延びるように庇部２ｈが形成されていれば良い。このため、例えば図２１（ａ）、（ｂ）に示したノズル部２の他の形態を表した底面図のように、単に溶液吐出部２ｃを挟んだ両側にのみ庇部２ｈを形成しても良いし、溶液吐出部２ｃの位置から後方のみを囲むような形態であっても良い。
【０１２３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１２４】
図２２は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２２（ａ）はノズル部２の底面図、図２２（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１２５】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆに蒸気排出部を構成する開口部２ｉを備えている。このような開口部２ｉを備えることによって先端面２ｆと基板１２との間の距離を広げることで、溶液吐出部２ｃから離れた位置から溶媒蒸気を上方へ逃がせるようにしている。これにより、溶液吐出部２ｃから離れた位置から有機溶媒濃度が低下し始めるようにできる。
【０１２６】
また、有機溶媒濃度が高濃度領域から徐々に低下していることが好ましいことから、本実施形態では開口部２ｉの開口率（開口幅）がノズル移動方向後方に向かうに従って徐々に大きくなるようにしている。開口部２ｉの開口幅は、溶液吐出部２ｃの吐出口２ｇの幅、つまりライン状に塗布されるインク１１の幅と同じ幅あれば良いため、吐出口２ｇの幅と同じ幅から徐々に開口部２ｉの開口幅が広がるようにしてある。ただし、塗布後にインク１１が濡れ広がる場合もあることから、その濡れ広がりを加味して、開口部２ｉのうち最も溶液吐出部２ｃ側の開口幅が吐出口２ｇの幅よりも大きくなるようにすることもできる。
【０１２７】
このように、ノズル部２に開口部２ｉからなる蒸気排出部を形成することで、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置からインク１１の乾燥を促すことができる。
【０１２８】
また、ライン状に塗布されるインク１１の幅方向における開口部２ｉの寸法がインク１１の幅以上とされ、かつ、該寸法がノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされている。このように、開口部２ｉの寸法をノズル移動方向の後方において大きくしていくことで、塗布後にインク１１が濡れ広がっても、それに対応して溶媒蒸気を逃すエリアを広げることが可能となる。
【０１２９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１３０】
図２３は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２３（ａ）はノズル部２の底面図、図２３（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１３１】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆに開口部２ｉを複数設けてある。そして、各開口部２ｉの開口幅がノズル移動方向後方に向かうに従って徐々に大きくなるようにしている。このように、開口部２ｉを複数設けた構成としても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してノズル部２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１３３】
図２４は、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造装置に備えられるノズル部２を示した図であり、図２４（ａ）はノズル部２の底面図、図２４（ｂ）はノズル部２の断面図である。
【０１３４】
この図に示すように、本実施形態では、ノズル部２におけるノズル胴体部２ａの先端面２ｆを、ノズル移動方向後方において基板１２から離れるように傾斜させた傾斜面２ｊとしており、この傾斜面２ｊによって蒸気排出部を構成している。このように、傾斜面２ｊを備えることによっても、その位置で溶媒蒸気を上方へ逃がすことが可能となり、逃がした位置からインク１１の乾燥を促すことができる。
【０１３５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、図３に示す構造の有機薄膜トランジスタを有する有機半導体装置を例に挙げた。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを上方から取るボトムゲートトップコンタクト構造となっている。しかしながら、これは有機薄膜トランジスタの一例を示したのであり、勿論、他の構造の有機薄膜トランジスタに本発明を適用しても良い。図２５（ａ）〜（ｃ）は、他の構造の有機薄膜トランジスタの断面図である。
【０１３６】
図２５（ａ）に示す有機薄膜トランジスタは、不純物をドープしたシリコン基板などによってゲート電極１３を構成し、その上にゲート絶縁膜１４を介して有機半導体薄膜１５を形成し、有機半導体薄膜１５の両側にソース電極１６とドレイン電極１７を形成した構造としている。この有機薄膜トランジスタは、上記図３で示したものと同様、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを上方から取るボトムゲートトップコンタクト構造とされる。
【０１３７】
図２５（ｂ）に示す有機薄膜トランジスタは、ガラスやフィルムもしくはシリコン基板などからなる基板１２の上に第１の絶縁膜１９を介して互いに離間するソース電極１６とドレイン電極１７を形成し、さらにこれらの間を連結するように有機半導体薄膜１５を形成したのち、有機半導体薄膜１５の上にゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１３を形成している。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が上部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを下方から取るトップゲートボトムコンタクト構造とされる。
【０１３８】
図２５（ｃ）に示す有機薄膜トランジスタは、シリコン基板などに対してゲート電極１３を作り込み、その上にゲート絶縁膜１４を介して互いに離間するソース電極１６とドレイン電極１７を形成し、さらにこれらの間を連結するように有機半導体薄膜１５を形成している。この有機薄膜トランジスタは、ゲート電極１３が底部にあり、ソース電極１６とドレイン電極１７のコンタクトを下方から取るボトムゲートボトムコンタクト構造とされる。
【０１３９】
このように、様々な形態の有機薄膜トランジスタがあるが、これらいずれの形態についても、本発明を適用することができる。勿論、有機薄膜半導体が備えられる有機半導体装置であれば、有機薄膜トランジスタ以外のものについても、本発明を適用することができる。
【０１４０】
なお、上記各実施形態では、ノズル部２自体を所定方向に移動させることによって有機半導体薄膜１０が形成される基板１２に対してノズル部２が移動させられるようにしたが、ノズル部２が基板１２に対して相対的に移動させられれば良い。例えば、ノズル部２を固定し、基板１２側をノズル部２に対して移動させることで、ノズル部２が基板１２に対して移動させられるような形態であっても良い。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 製造装置
２ ノズル部
２ａ ノズル胴体部
２ｃ 溶液吐出部
２ｆ 先端面
２ｇ 吐出口
４ インク送出部
５ ノズル移動レール部
６ ノズル移動用モータ部
７ ギャップ検出部
８ メニスカス観察カメラ
９ 制御部
１０ 有機半導体薄膜
１１ インク
１２ 基板
１２ａ 撥インク性領域
１２ｂ 親インク性領域
１３ ゲート電極
１４ ゲート絶縁膜
１５ 有機半導体薄膜
１６ ソース電極
１７ ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２）を用意し、該基板（１２）の表面上に少なくとも有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を有する有機半導体装置の製造方法であって、
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程として、前記有機半導体薄膜（１５）を構成する有機半導体材料を含む溶液（１１）を吐出するノズル（２）を用いて、前記溶液（１１）を吐出させながら前記ノズル（２）を所定方向に移動させることで前記溶液（１１）をライン状に塗布し、前記溶液（１１）の塗布開始場所から前記溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の前記有機半導体材料を結晶化させることで前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を行い、
前記ノズル（２）として、前記基板（１２）の表面と対向する先端面（２ｆ）を構成するオーバハング部を有したノズル胴体部（２ａ）と、前記ノズル胴体部（２ａ）の前記先端面（２ｆ）から前記基板（１２）側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口（２ｇ）を有する溶液吐出部（２ｃ）とを備えたものを用い、
前記溶液吐出部（２ｃ）の下端を前記基板（１２）から離間させた状態で前記溶液（１１）を吐出し、吐出された前記溶液（１１）にて前記溶液吐出部（２ｃ）と前記基板（１２）の間に液溜まりを形成しつつ、前記ノズル（２）を前記吐出口（２ｇ）の長手方向に対する垂直方向に移動させることにより前記溶液（１１）をライン状に塗布し、前記溶液（１１）の塗布開始場所から前記溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の前記有機半導体材料の結晶を成長させることを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記液溜まりの上端が前記溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）における前記液溜まりの形状をカメラ（８）にてモニタし、該モニタ結果に基づいて前記溶液吐出部（２ｃ）における前記溶液（１１）の吐出量を制御することで、前記液溜まりの上端が前記溶液吐出部（２ｃ）の下端から前記ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）の先端と前記基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記オーバハング部が構成する前記ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の外周において、前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記ノズル（２）の移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記ノズル（２）の移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）の先端と前記基板（１２）との間の距離を１００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板（１２）として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域をパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域と親インク性領域とがパターン状に形成されたものを用いることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ノズル（２）として、前記ノズル胴体部（２ａ）に、前記溶液吐出部（２ｃ）を挟んだ両側であって前記先端面（２ｆ）から突出させられると共に前記溶液（１１）をライン状に塗布するときのノズル移動方向において該溶液吐出部（２ｃ）より後方に延びる庇部（２ｈ）が備えられたものを用い、該庇部（２ｈ）によって前記ノズル（２）の前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間に閉空間（２０）を構成し、前記液溜まりから蒸発した溶媒蒸気を前記閉空間（２０）内に留まらせつつ前記溶液（１１）を塗布することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ノズル（２）として、前記庇部（２ｈ）が前記溶液吐出部（２ｃ）よりも前記ノズル移動方向の前方にも形成されているものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ノズル（２）として、前記溶液吐出部（２ｃ）から前記ノズル移動方向の後方に所定距離離間した位置に、前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間の距離を広げることで前記溶媒蒸気を上方へ逃がす蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）が備えられたものを用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記蒸気排出部は、前記先端面（２ｆ）に対して形成された開口部（２ｉ）であることを特徴とする請求項１２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
ライン状に塗布される前記溶液（１１）の幅方向における前記開口部（２ｉ）の寸法が前記溶液（１１）の幅以上とされ、かつ、該寸法が前記ノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされていることを特徴とする請求項１３に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記蒸気排出部は、前記ノズル移動方向の後方に向かって前記先端面（２ｆ）を徐々に前記基板（１２）から離れるように傾斜させた傾斜面（２ｊ）であることを特徴とする請求項１２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記基板（１２）を加熱しながら前記ノズル（２）からの前記溶液（１１）の塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記ノズル（２）を加熱しながら前記ノズル（２）からの前記溶液（１１）の塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
基板（１２）と、
前記基板（１２）の表面上に形成した有機半導体薄膜（１５）と、を有する有機半導体装置であって、
前記有機半導体薄膜（１５）は、ライン状に形成されていると共に、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、該有機半導体薄膜（１５）の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されており、且つ該有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上であることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項１９】
基板（１２）と、前記基板（１２）の表面上に形成された電極（１３）と、該電極（１３）の上に形成された絶縁膜（１４）とを有し、且つ少なくとも有機半導体薄膜（１５）の一部は、前記絶縁膜（１４）上に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の有機半導体装置。
【請求項１】
基板（１２）を用意し、該基板（１２）の表面上に少なくとも有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を有する有機半導体装置の製造方法であって、
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程として、前記有機半導体薄膜（１５）を構成する有機半導体材料を含む溶液（１１）を吐出するノズル（２）を用いて、前記溶液（１１）を吐出させながら前記ノズル（２）を所定方向に移動させることで前記溶液（１１）をライン状に塗布し、前記溶液（１１）の塗布開始場所から前記溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の前記有機半導体材料を結晶化させることで前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程を行い、
前記ノズル（２）として、前記基板（１２）の表面と対向する先端面（２ｆ）を構成するオーバハング部を有したノズル胴体部（２ａ）と、前記ノズル胴体部（２ａ）の前記先端面（２ｆ）から前記基板（１２）側に突出すると共に一方向を長手方向として延設された吐出口（２ｇ）を有する溶液吐出部（２ｃ）とを備えたものを用い、
前記溶液吐出部（２ｃ）の下端を前記基板（１２）から離間させた状態で前記溶液（１１）を吐出し、吐出された前記溶液（１１）にて前記溶液吐出部（２ｃ）と前記基板（１２）の間に液溜まりを形成しつつ、前記ノズル（２）を前記吐出口（２ｇ）の長手方向に対する垂直方向に移動させることにより前記溶液（１１）をライン状に塗布し、前記溶液（１１）の塗布開始場所から前記溶液（１１）を乾燥させ、該溶液（１１）中の前記有機半導体材料の結晶を成長させることを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記液溜まりの上端が前記溶液吐出部（２ｃ）の下端からノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）における前記液溜まりの形状をカメラ（８）にてモニタし、該モニタ結果に基づいて前記溶液吐出部（２ｃ）における前記溶液（１１）の吐出量を制御することで、前記液溜まりの上端が前記溶液吐出部（２ｃ）の下端から前記ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の間に位置するようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）の先端と前記基板（１２）との間の距離を計測しつつ、これらの間の距離を所定の距離に制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記オーバハング部が構成する前記ノズル胴体部（２ａ）の先端面（２ｆ）の外周において、前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間のギャップが１．５ｍｍ以下となるようにして前記溶液（１１）の前記基板（１２）への塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記ノズル（２）の移動速度を３０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記ノズル（２）の移動速度を１０μｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記有機半導体薄膜（１５）を形成する工程では、前記溶液吐出部（２ｃ）の先端と前記基板（１２）との間の距離を１００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板（１２）として、表面が撥インク性を示す撥インク性基板を用い、当該撥インク性の表面に親インク性領域をパターン状に形成することにより、表面に撥インク性領域と親インク性領域とがパターン状に形成されたものを用いることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ノズル（２）として、前記ノズル胴体部（２ａ）に、前記溶液吐出部（２ｃ）を挟んだ両側であって前記先端面（２ｆ）から突出させられると共に前記溶液（１１）をライン状に塗布するときのノズル移動方向において該溶液吐出部（２ｃ）より後方に延びる庇部（２ｈ）が備えられたものを用い、該庇部（２ｈ）によって前記ノズル（２）の前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間に閉空間（２０）を構成し、前記液溜まりから蒸発した溶媒蒸気を前記閉空間（２０）内に留まらせつつ前記溶液（１１）を塗布することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ノズル（２）として、前記庇部（２ｈ）が前記溶液吐出部（２ｃ）よりも前記ノズル移動方向の前方にも形成されているものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ノズル（２）として、前記溶液吐出部（２ｃ）から前記ノズル移動方向の後方に所定距離離間した位置に、前記先端面（２ｆ）と前記基板（１２）との間の距離を広げることで前記溶媒蒸気を上方へ逃がす蒸気排出部（２ｉ、２ｊ）が備えられたものを用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記蒸気排出部は、前記先端面（２ｆ）に対して形成された開口部（２ｉ）であることを特徴とする請求項１２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
ライン状に塗布される前記溶液（１１）の幅方向における前記開口部（２ｉ）の寸法が前記溶液（１１）の幅以上とされ、かつ、該寸法が前記ノズル移動方向の後方に向かうに従って大きくされていることを特徴とする請求項１３に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記蒸気排出部は、前記ノズル移動方向の後方に向かって前記先端面（２ｆ）を徐々に前記基板（１２）から離れるように傾斜させた傾斜面（２ｊ）であることを特徴とする請求項１２に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記基板（１２）を加熱しながら前記ノズル（２）からの前記溶液（１１）の塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記ノズル（２）を加熱しながら前記ノズル（２）からの前記溶液（１１）の塗布を行うことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
基板（１２）と、
前記基板（１２）の表面上に形成した有機半導体薄膜（１５）と、を有する有機半導体装置であって、
前記有機半導体薄膜（１５）は、ライン状に形成されていると共に、少なくともラインの一方の端部から内側に向かって、該有機半導体薄膜（１５）の配向度が高くなるように有機半導体が結晶化されており、且つ該有機半導体薄膜（１５）の配向度が２５％以上であることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項１９】
基板（１２）と、前記基板（１２）の表面上に形成された電極（１３）と、該電極（１３）の上に形成された絶縁膜（１４）とを有し、且つ少なくとも有機半導体薄膜（１５）の一部は、前記絶縁膜（１４）上に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の有機半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２８】
【図６】
【図１５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２８】
【図６】
【図１５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１３−７７７９９（Ｐ２０１３−７７７９９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２４９５４（Ｐ２０１２−１２４９５４）
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]