柵絕緣膜、有機薄膜晶體管及有機薄膜晶體管的制造方法
【專利摘要】提供柵絕緣膜、有機薄膜晶體管及有機薄膜晶體管的制造方法，柵絕緣膜的膜質不會由于形成電極等時的加熱、藥液處理等而變化，在有機半導體層形成時可維持高平坦性。另外提供使用了這種柵絕緣膜的有機薄膜晶體管及其制造方法。本發(fā)明為柵絕緣膜，其使含有如下組分的組合物固化而成，該組合物含有(A)相對于使雙酚型環(huán)氧化合物和含乙烯性不飽和鍵基團的單羧酸反應而成的化合物、使a)二羧酸或三羧酸或其酸酐及b)四羧酸或其酸二酐以a/b的摩爾比為0.1～10的范圍反應而得到的化合物、(B)具有至少1個乙烯性不飽和鍵的聚合性單體及(C)環(huán)氧化合物，另外本發(fā)明為在柵電極上涂布所述組合物而并使其固化的有機薄膜晶體管及其制造方法。
【專利說明】柵絕緣膜、有機薄膜晶體管及有機薄膜晶體管的制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種柵絕緣膜及含有其的有機薄膜晶體管、W及有機薄膜晶體管的制 造方法。

【背景技術】
[0002] 有機薄膜晶體管可W進行輕量、柔性化，期待應用于耐沖擊性、便攜性優(yōu)異的新一 代顯示器。有機薄膜晶體管可W涂布可溶性低分子有機半導體及高分子有機半導體而作為 半導體使用。通過使用印刷法，可W適用大面積工藝，可W期待大幅度的成本降低。由于有 機半導體可W在低溫下形成，因此，也具有可W利用塑料基板等柔性基板的優(yōu)點。
[0003] 對于有機薄膜晶體管的應用領域而言，設想有機化顯示器、液晶、電子紙等顯示 設備、RFID標簽、傳感器等，正在積極地進行研究。但是，現(xiàn)狀的有機薄膜晶體管在遷移率、 工作電壓、驅動穩(wěn)定性方面沒有達到實用的水平，不僅從有機半導體、而且從元件構成、制 作工藝等各種角度的改良成為當務之急。
[0004] 如圖1及圖3中所例示的那樣，在使用了有機半導體的有機薄膜晶體管中，一般而 言，W有機半導體層和柵絕緣膜相接的方式形成。因此，已知由于構成上述柵絕緣膜的材 料，有機半導體層的半導體特性受到影響，晶體管性能降低。例如，在專利文獻1中公開了 使用了含有聚醜亞胺的柵絕緣層的晶體管，但使用了含有該種材料的柵絕緣層的有機薄膜 晶體管存在柵電壓的闊值電壓不穩(wěn)定的問題點。
[0005] 作為上述問題的解決策略，通過使用專利文獻2中所記載的含有Cardo型樹脂的 柵絕緣膜，絕緣耐壓提高，使闊值電壓穩(wěn)定化。但是，關于作為有機薄膜晶體管的性能的重 要的要素的有機半導體層的載流子遷移率沒有提及。已知有機半導體層的載流子遷移率受 柵絕緣膜的特性的影響，擔也由于柵絕緣膜的特性不充分，因此載流子遷移率不能充分地 升高。
[0006] 現(xiàn)有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 ;日本特開2003-304014號公報
[0009] 專利文獻2 ;日本特開2008-166537號公報


【發(fā)明內容】

[0010] 發(fā)明所要解決的課題
[0011] 由于載流子在有機半導體層和柵絕緣膜的界面移動，因此，需要使柵絕緣膜的平 坦性升高。但是，由有機化合物形成的柵絕緣膜由于成膜后的加熱及形成電極等的工序中 的加熱、藥液處理等，膜質發(fā)生變化，因此，表面粗趟度也變大，平坦性顯著地降低。
[0012] 因此，作為用于有機薄膜晶體管的優(yōu)選的柵絕緣膜，必須可W形成薄膜，在薄膜形 成后及電極等形成后，在有機半導體層的形成時也為高平坦。但是，W往沒有滿足該些特性 的柵絕緣膜。
[0013] 本發(fā)明是鑒于該種問題點而完成的發(fā)明，其目的在于，提供一種柵絕緣膜，其膜質 不會由于形成電極等時的加熱、藥液處理等而發(fā)生變化，另外，在有機半導體層的形成時可 W維持高的平坦性。另外，其目的在于，提供一種通過該樣使用在有機半導體層形成時能夠 保持高平坦性的柵絕緣膜而載流子遷移率大、能夠顯現(xiàn)穩(wěn)定的晶體管特性的有機薄膜晶體 管及其制造方法。予W說明，該高平坦的絕緣膜用的材料在有機晶體管的構成中需要平坦 化膜的情況下，也可W適用于該平坦化膜。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發(fā)明人等對用于解決上述課題的手段進行了潛也研究，結果發(fā)現(xiàn)，通過使用規(guī) 定的組合物，可W制作在有機半導體層的形成時能夠充分地保持平坦性的柵絕緣膜，完成 了本發(fā)明。
[0016] 目P，本發(fā)明的要點如下所述。
[0017] (1)本發(fā)明為一種柵絕緣膜，其特征在于，其使含有如下組分的組合物固化而成， 該組合物含有（A)相對于使雙酷型環(huán)氧化合物和含己帰性不飽和鍵基團的單駿酸反應而 成的化合物、使a)二駿酸或H駿酸或其酸酢及b)四駿酸或其酸二酢W a/b的摩爾比為 0. 1?10的范圍內反應而得到的化合物、炬）具有至少1個己帰性不飽和鍵的聚合性單體、 及（C)環(huán)氧化合物。
[0018] (2)本發(fā)明還為（1)所述的柵絕緣膜，其特征在于，在所述組合物中還含有值）光 聚合引發(fā)劑。
[0019] (3)本發(fā)明還為一種有機薄膜晶體管，其特征在于，含有至少1個柵電極、至少1個 源電極、至少1個漏電極、至少1個有機半導體層和（1)或（2)所述的柵絕緣膜。
[0020] (4)本發(fā)明還為（3)所述的有機薄膜晶體管，其中，柵絕緣膜的膜厚為0.05? 1. 0 U m。
[0021] (5)本發(fā)明還為一種有機薄膜晶體管的制造方法，其為包含至少1個柵電極、至少 1個源電極、至少1個漏電極、至少1個有機半導體層和柵絕緣膜的有機薄膜晶體管的制造 方法，其特征在于，在柵電極上涂布（1)或（2)所述的組合物，實施UV曝光和其后的150? 20(TC的溫度下的加熱固化，由此，W 0. 05?1. 0 y m的膜厚形成柵絕緣膜。
[002引發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，可W制作在有機半導體層的形成時能夠保持高平坦性的柵絕緣膜， 可W提高有機薄膜晶體管的載流子遷移率，可W顯現(xiàn)穩(wěn)定的晶體管特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是表示實施方式1的有機薄膜晶體管的一例的截面構成圖。
[00巧]圖2是實施方式1的有機薄膜晶體管的制造方法的說明圖。圖2(i)是表示柵電 極形成工序的一例的圖。圖2(ii)是表示高分子柵絕緣膜形成工序的一例的圖。圖2(iii) 是表示源?漏電極形成工序的一例的圖。圖2(iv)是表示有機半導體層形成工序的一例的 圖。
[0026] 圖3是表示實施方式2的有機薄膜晶體管的一例的截面構成圖。
[0027] 圖4是實施例1、2及比較例1的有機薄膜晶體管的相對于柵電壓的漏電流和漏電 流的平方根的變化特性圖。
[002引圖5是表示實施例4、5及比較例4的有機薄膜晶體管的柵絕緣膜中的平坦性的測 定結果的圖。
[0029] 附圖標記說明
[0030] 10絕緣基板
[00引]20柵電極 [00礎 30柵絕緣膜
[0033] 40、42 源電極
[0034] 41、43 漏電極 [00巧]50、51有機半導體層

【具體實施方式】
[0036] W下，參照附圖，對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。
[0037] [實施方式U
[0038] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的有機薄膜晶體管的一例的截面構成圖。圖1中， 實施方式1的有機薄膜晶體管具有絕緣基板10、柵電極20、柵絕緣膜30、源電極40、漏電極 41和有機半導體層50。
[0039] 圖1中，具有在絕緣基板10上形成柵電極20、在柵電極20上形成有柵絕緣膜30 的疊層結構。另外，源電極40及漏電極41在柵絕緣膜30的表面上的、俯視時覆蓋柵電極 20的兩端的位置上形成。另外，在源電極40和漏電極41之間的柵絕緣膜30上形成有機半 導體層50,有機半導體層50覆蓋源電極40和漏電極41的內側端部。圖1所示的結構為被 稱為底柵?底接觸結構的結構。
[0040] 絕緣基板10可W由包含絕緣材料的各種基板構成，可W使用例如石英玻璃、二氧 化娃玻璃等玻璃基板、聚離諷（PES)、聚蔡二甲酸己二醇醋（PEN)、聚醜亞胺（PI)、聚離醜亞 胺（PEI)等耐熱溫度（玻璃化轉變溫度）為15(TCW上的塑料膜等。另外，如果對表面進行 了絕緣性處理，則金屬鉛等也可W作為絕緣基板10使用。
[0041] 柵電極20只要可W使電流高效地流動，則對材料沒有限定。例如，可W由鉛構成。 在柵電極20的表面上形成柵絕緣膜30，對于柵電極20的表面而言，為了疊層形成柵絕緣膜 30,優(yōu)選表面平滑性盡可能高。
[0042] 柵絕緣膜30為覆蓋柵電極20的周圍而將柵電極20絕緣的膜。本實施方式的有 機薄膜晶體管的柵絕緣膜30的特征在于，使含有如下組分的組合物固化而成，該組合物含 有（A)相對于使雙酷型環(huán)氧化合物和含己帰性不飽和鍵基團的單駿酸反應而成的化合物、 使a)二駿酸或H駿酸或其酸酢及b)四駿酸或其酸二酢Wa/b的摩爾比為0. 1?10的范圍 反應而得到的化合物、炬）具有至少1個己帰性不飽和鍵的聚合性單體及（C)環(huán)氧化合物， 在進行光固化的情況及利用光刻法進行光加工的情況下，為使還含有值）光聚合引發(fā)劑的 組合物固化而成的柵絕緣膜。
[0043] 在有機薄膜晶體管中，在對柵電極20施加電壓時，在有機半導體層50形成溝道， 產(chǎn)生的載流子在源電極40和漏電極41之間移動并導通，進行晶體管工作。在對柵電極20 施加電壓時產(chǎn)生的載流子在柵絕緣膜30和有機半導體層50的界面移動。因此，在柵絕緣 膜30存在凹凸時，移動速度變慢，載流子遷移率降低。因此，柵絕緣膜30要求平坦性。
[0044] 本發(fā)明的柵絕緣膜30可W通過曝光、顯影而形成所期望的圖案，可W通過熱固化 而形成凹凸少且平坦性非常高的膜。另外，柵絕緣膜30即使在其表面形成源電極40和漏電 極41之后，平坦性的變化也少。因此，可W形成載流子的遷移率良好的有機半導體層。目P， 根據(jù)本發(fā)明，可W提高有機薄膜晶體管的載流子遷移率，可W顯現(xiàn)穩(wěn)定的晶體管特性。在 此，作為載流子遷移率提高的理由，可W通過使用規(guī)定的柵絕緣膜用組合物而得到高平坦 的柵絕緣膜，另外，有可能在絕緣膜中捕獲載流子的駿基那樣的官能團的量少推測為主要 原因之一。
[0045] 柵絕緣膜30的絕緣耐壓比實際的電路所要求的耐壓低時，不能使有機薄膜晶體 管作為實際的電路中的設備工作。例如，在顯示器的驅動電路中，需要W20V使其驅動，因 此，要求可工作的柵絕緣膜30的薄膜化及絕緣耐壓。本發(fā)明的柵絕緣膜可W形成lym W 下的薄膜，且可W耐受20V的電壓，因此，可W W 20V W下的電壓驅動。另一方面，對于柵絕 緣膜的最小膜厚而言，由于一般W數(shù)lOnm形成柵電極，需要將柵電極形成所導致的凹凸平 坦化，因此，需要為0. 05 y m W上。
[0046] 該樣，在本實施方式的有機薄膜晶體管中，通過適用本發(fā)明的柵絕緣膜30,可W得 到所期望的平坦性和絕緣耐壓。
[0047] 本發(fā)明的有機薄膜晶體管的柵絕緣膜用組合物中的（A)為相對于由雙酷類衍生 的具有2個縮水甘油基離基的環(huán)氧化合物和含不飽和基團的單駿酸的反應物、使（a)二駿 酸或H駿酸或其酸酢及化）四駿酸或其酸二酢W (a)/化）的摩爾比為0. 1?10的范圍反 應而得到的堿可溶性樹脂。
[004引作為成為（A)的原料的雙酷類，可列舉：雙（4-輕基苯基）麗、雙（4-輕基-3, 5-二 甲基苯基）麗、雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）麗、雙（4-輕基苯基）諷、雙（4-輕基-3, 5-二 甲基苯基）諷、雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）諷、雙（4-輕基苯基）六氣丙焼、雙（4-輕 基-3, 5-二甲基苯基）六氣丙焼、雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）六氣丙焼、雙（4-輕基苯 基）-甲基娃焼、雙（4-輕基-3, 5- _甲基苯基）_甲基娃焼、雙（4-輕基-3, 5- _氯苯 基）二甲基娃焼、雙（4-輕基苯基）甲焼、雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）甲焼、雙（4-輕 基-3, 5-二漠苯基）甲焼、2, 2-雙（4-輕基苯基）丙焼、2, 2-雙（4-輕基-3, 5-二甲基苯 基）丙焼、2, 2-雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）丙焼、2, 2-雙（4-輕基-3-甲基苯基）丙焼、 2, 2-雙（4-輕基-3-氯苯基）丙焼、雙（4-輕基苯基）離、雙（4-輕基-3, 5-二甲基苯基） 離、雙（4-輕基-3, 5-二氯苯基）離、9, 9-雙（4-輕基苯基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3-甲基苯 基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3-氯苯基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3-漠苯基）巧、9, 9-雙（4-輕 基-3-氣苯基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3, 5_二甲基苯基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3, 5-二氯 苯基）巧、9, 9-雙（4-輕基-3, 5-二漠苯基）巧、4, 4' -聯(lián)苯酷、3, 3' -聯(lián)苯酷等及該些的 衍生物。其中，特別適宜利用具有9, 9-巧基的化合物。
[0049] 接著，使上述雙苯酷類和環(huán)氧氯丙焼反應而得到具有2個縮水甘油基離基的環(huán)氧 化合物。在該反應時，一般伴有二縮水甘油基離化合物的低聚物化，因此，得到下述通式（I) 的環(huán)氧化合物。
[0050]
[0051]

【權利要求】
1. 一種柵絕緣膜，其特征在于，其使含有如下組分的組合物固化而成， 該組合物含有（A)相對于使雙酚型環(huán)氧化合物和含乙烯性不飽和鍵基團的單羧酸反 應而成的化合物、使a)二羧酸或三羧酸或其酸酐及b)四羧酸或其酸二酐以a/b的摩爾比 為0. 1?10的范圍反應而得到的化合物，（B)具有至少1個乙烯性不飽和鍵的聚合性單體 及（C)環(huán)氧化合物。
2. 根據(jù)權利要求1所述的柵絕緣膜，其中，所述組合物還含有（D)光聚合引發(fā)劑。
3. -種有機薄膜晶體管，其特征在于，含有至少1個柵電極、至少1個源電極、至少1個 漏電極、至少1個有機半導體層和權利要求1或2中任一項所述的柵絕緣膜。
4. 根據(jù)權利要求3所述的有機薄膜晶體管，其中，柵絕緣膜的膜厚為0. 05?1. 0 y m。
5. -種有機薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，其為含有至少1個柵電極、至少1個 源電極、至少1個漏電極、至少1個有機半導體層和柵絕緣膜的有機薄膜晶體管的制造方 法， 在柵電極上涂布權利要求1或2所述的組合物，實施UV曝光和其后的150?200°C的 溫度的加熱固化，由此，以〇. 05?l.Oum的膜厚形成柵絕緣膜。
【文檔編號】G03F7/027GK104423153SQ201410433323
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】奧慎也, 水上誠, 時任靜士, 高野正臣, 山田裕章, 林秀平 申請人:新日鐵住金化學株式會社, 國立大學法人山形大學