秋季応用物理学会 酸化物TFTや有機TFTでVthを制御する提案が活発に

9月18〜21日、名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)で開かれた「第79回応用物理学会秋季学術講演会」。有機EL、酸化物TFT、有機TFT、CNT-TFTのなかから注目講演を予稿集ベースでピックアップする。

逆構造有機ELの電子注入層と電子輸送層を最適化

　まず有機ELでは、信州大学が逆構造型デバイス向けとして電子注入層と電子輸送層を最適化した成果を報告した。

　今回の実験では、パターニング済みITO基板にO2プラズマ処理をした後、ZnOの水酸化アンモニウム水溶液をスピンコートして300℃で加熱処理。その後、ディップコート法によってpolyethylenimine(PEI)を塗布し、120℃でアニールした。この結果、ZnO/PEIという2層のナノ電子注入層が形成される。次に、電子輸送材料とF8を成膜。この後、n型ドーパントとしてCs2CO3をドーピング濃度1mol%または5mol%となるよう溶液を調整してドープした。次に、PDMSスタンプ上にPoly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine)] (TFB)を塗布し、転写法を用いてF8膜上に転写。そして、最後にMoO3ホール輸送材料とAgアノードを真空蒸着した。

　図1に作製した素子のJ-V-L特性を示す。Cs2CO3のドーピングにより動作電圧が1.2V低減。また、最大外部量子効率はドーピングレスで1.0％だったのに対し、ドーピング濃度2mol%では1.7%、5mol%では2.5%に向上した。これはドーピングによる電子輸送性の改善や電子注入層/F8界面付近でのバンドベンディングが大きくなり、電子注入が促進されて効率が向上したためと推測できる。

UVアニールによって酸化物TFTのVthを制御

　酸化物TFTでは、日立製作所と日立金属の研究グループがZTO-TFTに対するアニール処理効果を報告した。

図3 試作酸化物TFTの伝達特性2)

図2 試作酸化物TFTの構造2)

　今回の研究では、図2のようにa-TFTで一般的なバックチャネル構造を用いた。チャネル長は10μm、チャネル幅は100μmである。チャネル層(ZTO系酸化物/IZO)とMoソース・ドレイン電極はDCマグネトロンスパッタ法によって室温成膜した。また、アニール方法はホットプレートによる大気雰囲気中アニール(300℃)とUVアニール(40mW/cm²、200℃)の二つを比較した。

　図3は伝達特性で、従来のホットプレートによるアニールではVth＝-13.5Vだったのに対し、UVアニールではVth＝-3.5Vと10V程度もVthが低減した。また、モビリティも29.5cm²/V･sと良好な値が得られた。つまり、UVアニールを用いるとアニール温度が低温化できるだけでなく、ハイモビリティ化とVth制御も両立できることがわかった。

高撥水性ゲート絶縁膜によって有機TFTのΔVthを抑制

　有機トランジスタについては、東京大学と産業技術研究所の研究グループが撥水性ゲート絶縁膜を用いたオール塗布型デバイスの特性について報告した。

　実験では、まずゲート基板上に高撥水性パーフルオロポリマーCytopをスピンコートしてゲート絶縁膜を形成。続いて、メタル配線を高速かつ簡便に印刷できるSuPR-NaP法によりAgソース・ドレイン電極を印刷した。そして、プッシュコート法によりポリマー半導体PDVT-10を成膜して、ボトムゲート・ボトムコンタクト型TFTを作製した。

図4 バイアスストレス特性 (a)Cytop、(b)SiO2、(c)ΔVthの比較3)

　N2雰囲気においてゲートバイアス電圧40Vに対する伝達特性の経時変化を調べたところ、図4-(a)のように1000秒程度のバイアス電圧印加に対し、ドレイン電流値の減衰は3％未満と高いバイアス安定性が得られた。一方、Si酸化膜絶縁層と蒸着成膜したAuソース・ドレイン電極を用いたリファレンスTFTでは、図4-(b)のようにVthシフトに起因し60％以上という大幅なドレイン電流値の減衰がみられた。

　図4-(c)はVthの経時変化(ΔVth)を比較したものである。Cytopゲート絶縁層を用いた場合Vthシフトが大幅に抑制されており、高撥水性絶縁層からなるキャリア輸送界面の構築によって安定駆動することが確認された。

局所的にチャネルの歪みを抑制してCNT-TFTをウェアラブルデバイスに

　CNT(カーボンナノチューブ)-TFTでは、名古屋大学が伸縮性を兼ね備えたウェアラブルデバイス用CNT-TFTについて報告した。

　試作デバイスはPDMSフィルム基板上にCNT活性層、CNT透明電極、Al2O3ゲート絶縁膜(50nm)を設けた。局所的にチャネルの歪みを制御するため、チャネル領域上に比較的ヤング率の高いポリマーを塗布した。

図6 印加した歪みとON/OFF電流の関係4)

図5 印加した歪みとチャネル歪みの関係4)

　試作デバイスは5Vのゲート電圧で十分にON状態となり、移動度は7.2cm²/V･s、ON/OFF電流レシオは10⁵だった。基材であるPDMSフィルムに対しチャネル方向に一軸引っ張り歪みを印加して歪み制御層の効果を調べたところ、図5のようにチャネル領域に導入される歪みは印加した歪みの14％に抑制された。さらに、図6のように35％伸張した場合もドレイン電流の変化がみられなかった。これらの結果は、局所歪み制御技術の有効性を示すものである。

参考文献
1)田口ほか：ナノハイブリッド電子バッファー層の積層化による逆構造青色OLEDの高効率化に向けた検討、第79回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集、11-238(2018.9)
2)森塚ほか：低温アニール技術による高移動度酸化物TFTの検討、第79回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集、16-068(2018.9)
3)北原ほか：高撥水性キャリア輸送界面を用いた塗布型有機薄膜トランジスタの安定駆動、第79回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集、11-215(2018.9)
4)西尾ほか：局所歪み制御層を有する低電圧駆動かつ大伸縮可能なカーボンナノチューブ薄膜トランジスタ、第79回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集、15-160(2018.9)