[发明专利]有机半导体薄膜制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成有机半导体薄膜的方法和使用所述有机半导体薄膜制造有机半导体装置的方法。

背景技术

有机半导体装置必不可少的场效应晶体管具有其中在电极之间形成有机半导体薄膜的结构，且其制造通常依赖于相对昂贵的真空沉积法等。已经用作有机场效应晶体管原料的具有高载流子迁移率的许多有机化合物难以溶于有机溶剂中。因此不能使用诸如涂布印刷的廉价手段。

近来已经开发了实现实用水平迁移率的溶剂可溶解的有机半导体材料，由此预期能够廉价制造半导体装置。已经能够采用多种方法，包括涂布法和印刷法如喷墨法、柔版印刷法和涂布法，并进行了广泛研究，同时采用这些方法以形成有机薄膜，从而制造具有比较高的载流子迁移率的有机半导体装置。

然而，利用有机半导体通过涂布法或印刷法制造具有高迁移率和优异耐久性的场效应晶体管的方法至今未投入实际使用。为了形成有机薄膜，通常使用真空沉积法或涂布法如旋涂法或刮涂法，但前者需要昂贵的设备以实施真空工艺且后者因在整个基板上涂布而造成大量的材料损失。诸如喷墨法的印刷法使得以必要的量将材料施加到目标位置。然而，与涂布法和其他印刷法类似，从溶液形成晶体的方法需要精细地控制例如温度、气氛和施加表面的处理，以控制结晶取向。因此，这些装置制造方法花费大量时间以形成有机半导体层并因此具有产量低的缺点。

为了克服与制造相关的这些问题，专利文献1提供了一种通过倾斜基板来控制晶体以一定方向从有机半导体溶液生长的方法；专利文献2提供了一种形成薄膜的方法，包括将半导体溶液的液滴施加到基板与倾斜的表面之间并蒸发溶剂；专利文献3～5提供了一种通过双喷墨法制造单晶有机半导体薄膜的方法；且非专利文献1提供了一种改善取向的方法，包括形成薄膜和将形成的膜暴露在溶剂蒸气下。专利文献1的方法在基板自身的倾斜方面存在难度，且专利文献2～5的方法在溶剂的选择方面存在难度并需要控制干燥。非专利文献1中所述的方法需要使用大量溶剂，这对环境具有负面影响，且不适合应用于有机半导体的高产量生产方法如对辊法(Roll-to-Roll)。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP03-059036A

专利文献2：WO2011/040155

专利文献3：JP2012-049291A

专利文献4：2012-043926B

专利文献5：WO2012/023476

非专利文献

非专利文献1：APPLIEDPHYSICSLETTERS,94,93307,2009

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种能够方便、容易并稳定地制造具有高取向(即单轴取向)的有机半导体薄膜的新型方法。本发明的第二个目的是通过利用所述膜制造方法提供一种能够大量制造具有高迁移率和开/关比的实用有机场效应晶体管的高产量方法。

解决问题的技术方案

作为为了解决上述问题而进行的彻底研究的结果，本发明人已经发现，通过如下操作能够容易地形成具有良好取向的单畴单晶有机半导体层：将模具配置在基板上以形成具有预定空间体积的封闭空间；将有机半导体溶液供给至所述空间并将其溶剂除去。基于这些发现，完成了本发明。

即，本发明涉及如下内容：

[1]一种制造有机半导体薄膜的方法，包括将具有凹部的模具设置在基板上的步骤、以及将有机半导体溶液引入由所述凹部与所述基板制成的空间内的步骤；

[2]根据[1]的制造有机半导体薄膜的方法，其中在引入所述有机半导体溶液之后，除去所述模具以形成所述有机半导体薄膜；

[3]根据[1]或[2]的制造有机半导体薄膜的方法，其中在将所述有机半导体溶液引入所述模具之后，将其溶剂蒸发以形成薄膜；

[4]根据[1]～[3]中任一项的制造有机半导体薄膜的方法，其中通过毛细管力或机械作用实施所述有机半导体溶液的引入；

[5]根据[1]～[4]中任一项的制造有机半导体薄膜的方法，其中在引入所述有机半导体溶液和/或除去所述模具之后，实施热处理以在所述基板上形成有机半导体薄膜；

[6]根据[5]的制造有机半导体薄膜的方法，其中在20℃以上且200℃以下的温度下实施所述热处理；

[7]根据[1]～[6]中任一项的制造有机半导体薄膜的方法，其中得到的有机半导体薄膜为单畴晶体形式；