JP4529571B2 - Field effect transistor - Google Patents

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Description

本発明は電界効果トランジスタに関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor.

従来、電界効果トランジスタ(以下適宜「FET」と呼ぶ)においては、材料、特にチャネルを形成する半導体部の材料を選択することでキャリアの移動度を上昇させ、大きなオン電流や大きなスイッチング周波数を得ることが図られてきた(例えば、特許文献1)。ここで「オン電流」とは、チャネルに電流を流すためにゲート電極に適切なゲート電圧を印加した時(即ち、オン時)に、チャネルを流れる出力電流のことである。
特開2003−301116号公報
Conventionally, in a field effect transistor (hereinafter referred to as “FET” as appropriate), the mobility of carriers is increased by selecting a material, particularly a material of a semiconductor portion that forms a channel, and a large on-current and a large switching frequency are obtained. (For example, Patent Document 1). Here, the “on-current” is an output current that flows through the channel when an appropriate gate voltage is applied to the gate electrode in order to cause the current to flow through the channel (that is, when it is on).
JP 2003-301116 A

しかしながら、従来行なわれてきたような半導体材料を選択するという手段で達成できる移動度は不十分である。そこで、別の手段によってFETのキャリアの移動度をより一層向上させ、オン電流やスイッチング周波数の向上を図ることが求められていた。特にこれは、有機物を半導体層の材料として用いた有機FETにおいて、重要な課題であった。
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、従来よりもキャリアの移動度を向上させることにより、オン電流及びスイッチング周波数の少なくともいずれかを改善した電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
However, the mobility that can be achieved by means of selecting semiconductor materials as has been done conventionally is insufficient. Therefore, it has been required to further improve the carrier mobility of the FET by another means to improve the on-current and the switching frequency. In particular, this is an important problem in an organic FET using an organic substance as a material for a semiconductor layer.
The present invention was devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor in which at least one of an on-current and a switching frequency is improved by improving carrier mobility. To do.

本発明の要旨は、少なくとも半導体部と、絶縁部を備える電界効果トランジスタであって、絶縁部が、強誘電性及び強磁性をともに有する物質及び非磁性物質を含有することを特徴とする電界効果トランジスタに存する。   The gist of the present invention is a field effect transistor comprising at least a semiconductor part and an insulating part, wherein the insulating part contains a substance having both ferroelectricity and ferromagnetism and a nonmagnetic substance. It exists in a transistor.

本発明の電界効果トランジスタによれば、キャリアの移動度を向上させることができる。これにより、電界効果トランジスタのオン電流及びスイッチング周波数の少なくともいずれかを大きくすることが可能となる。   According to the field effect transistor of the present invention, the mobility of carriers can be improved. This makes it possible to increase at least one of the on-current and the switching frequency of the field effect transistor.

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
[I.概要]
FETは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、半導体部及び絶縁部を備え、ソース電極とドレイン電極との間の半導体部内にチャネルが形成されるものである。半導体部は半導体により形成され、チャネルが形成される部分である。また、チャネルとは、ゲート電極に電圧が印加された際に生ずるキャリアが分布している部分のことで、通常は、ソース−ドレイン方向に沿って形成される。さらに、横型FETや静電誘導トランジスタ(以下適宜、「SIT」という)などの多くのFETは、基板上に各構成要素を設けることにより構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
[I. Overview]
The FET includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a semiconductor portion, and an insulating portion, and a channel is formed in the semiconductor portion between the source electrode and the drain electrode. The semiconductor portion is a portion where a channel is formed by a semiconductor. The channel is a portion where carriers generated when a voltage is applied to the gate electrode is distributed, and is usually formed along the source-drain direction. Further, many FETs such as a lateral FET and an electrostatic induction transistor (hereinafter referred to as “SIT” where appropriate) are configured by providing each component on a substrate.

また、FETは、ソース電極−ドレイン電極間の電流を、チャネルのキャリアの寄与により生じさせることを原理としている。即ち、ソース電極とドレイン電極との間をキャリアが移動することにより、チャネルに電流が流れる。なお、ソース−ドレイン方向とは、
ソース電極及び半導体部の接触部とドレイン電極及び半導体部の接触部との最短距離を結ぶ線分の方向で定義される。
The FET is based on the principle that the current between the source electrode and the drain electrode is generated by the contribution of channel carriers. In other words, current flows through the channel as carriers move between the source electrode and the drain electrode. The source-drain direction is
It is defined by the direction of a line segment that connects the shortest distances between the contact portion of the source electrode and the semiconductor portion and the contact portion of the drain electrode and the semiconductor portion.

以下、本発明のFETの各構成要素について詳細に説明する。
[1.基板]
上記のように、多くのFETにおいては、層、部材、電極などの構成要素は基板上に設けられる。特に、半導体部の材料に有機物を用いた場合に基板を用いれば、比較的低温のプロセスでFETを製造することが可能となり、好ましい。
Hereafter, each component of FET of this invention is demonstrated in detail.
[1. substrate]
As described above, in many FETs, components such as layers, members, and electrodes are provided on a substrate. In particular, it is preferable to use a substrate when an organic substance is used as the material of the semiconductor portion, because it is possible to manufacture an FET by a relatively low temperature process.

基板を形成する材料について特に制限は無く、任意の材料によって形成することができる。基板の材料の具体例を挙げると、Si、SiO、金属等の無機材料、合成樹脂等の有機材料、無機材料と有機材料との複合材などが挙げられる。また、基材の材料は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。例えば、無機物質の基板の表面を合成樹脂等の絶縁体によりコーティングすることで表面に絶縁性を持たせたもの等を用いることができる。 There is no restriction | limiting in particular about the material which forms a board | substrate, It can form with arbitrary materials. Specific examples of the substrate material include inorganic materials such as Si, SiO 2 and metals, organic materials such as synthetic resins, and composite materials of inorganic materials and organic materials. Moreover, the material of a base material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. For example, it is possible to use a substrate having an insulating property by coating the surface of an inorganic substrate with an insulator such as a synthetic resin.

また、基板の形状も任意であり、例えば板状、フィルム状など、様々な形状のものを用いることができる。ただし、可撓性があるという点から、基板には樹脂フィルムを用いることが好ましい。
さらに、基板の寸法についても制限は無く、その用途に応じて任意に設定することができる。
The shape of the substrate is also arbitrary, and various shapes such as a plate shape and a film shape can be used. However, from the viewpoint of flexibility, it is preferable to use a resin film for the substrate.
Furthermore, there is no restriction | limiting also about the dimension of a board | substrate, It can set arbitrarily according to the use.

また、上記のように、横型FET等のFETにおいては、半導体部の材料として特に有機物を用いた場合、比較的低温のプロセスでの製造が可能になる。そのため、基板にプラスチックフィルムを使用することができ、軽量で柔軟性に優れた壊れにくいデバイスを作製できる利点を有する。したがって、薄膜で可撓性のあるトランジスタの製造が可能になるので、これを各セルのスイッチング素子に利用することで、可撓性のあるアクティブマトリクス液晶ディスプレイが作製できる等、広い応用が期待できる。   As described above, in the case of an FET such as a lateral FET, when an organic substance is used as the material of the semiconductor portion, it can be manufactured in a process at a relatively low temperature. Therefore, a plastic film can be used for the substrate, and there is an advantage that a device that is lightweight and excellent in flexibility and hard to break can be manufactured. Therefore, since a thin film flexible transistor can be manufactured, a wide range of applications such as a flexible active matrix liquid crystal display can be expected by using this as a switching element of each cell. .

さらに、基板は、複数の層からなる積層体として形成されていても良い。複数の層からなる場合は、各層は、互いに異なる材料であっても良い。
ところで、基板に所定の表面処理を行なうことで、FETの特性を向上できる場合がある。例えば、基板表面の親水性、疎水性の度合いを調整することで、基板の上に成膜される膜の膜質を改良することができる場合がある。特に、基板上に半導体部として半導体層を成膜した場合には、半導体材料は分子の配向等の膜の状態によって特性を大きく変える。これを利用すれば、基板の表面処理によって基板と半導体層との界面部分における分子配向を制御することによって、FETの特性を改善することが可能となる。
Furthermore, the substrate may be formed as a laminate composed of a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, the layers may be made of different materials.
By the way, there is a case where the characteristics of the FET can be improved by performing a predetermined surface treatment on the substrate. For example, the film quality of the film formed on the substrate may be improved by adjusting the degree of hydrophilicity or hydrophobicity of the substrate surface. In particular, when a semiconductor layer is formed as a semiconductor portion on a substrate, the characteristics of the semiconductor material vary greatly depending on the state of the film such as molecular orientation. By utilizing this, it is possible to improve the FET characteristics by controlling the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor layer by the surface treatment of the substrate.

このような表面処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理、塩酸、硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、Langmuir−Blodgett膜(LB膜)の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理、機械的処理、コロナ放電等の電気的処理などが挙げられる。
[2.ゲート電極]
ゲート電極は、絶縁部にゲート電圧を印加するもので、このゲート電極から印加されるゲート電圧によりFETのオン、オフが制御されるようになっている。
Examples of such surface treatment include hydrophobization treatment with hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc., acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc., sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc. Alkali treatment, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment such as oxygen and argon, Langmuir-Blodgett film (LB film) formation process, other insulator and semiconductor thin film formation process, mechanical process, corona discharge, etc. For example.
[2. Gate electrode]
The gate electrode applies a gate voltage to the insulating portion, and on / off of the FET is controlled by the gate voltage applied from the gate electrode.

ゲート電極の材料は導電性を有するものであれば他に制限は無く、任意の材料を用いることができる。例えば、金属、合金、導電性高分子、及びこれらの複合材料等の導電性材
料を用いることができる。具体例を挙げると、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子;及び、それらに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF6、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等
のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散させた導電性の複合材料などが挙げられる。
The material of the gate electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, and any material can be used. For example, conductive materials such as metals, alloys, conductive polymers, and composite materials thereof can be used. Specific examples include metals such as platinum, gold, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, and sodium; conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacetylene; and hydrochloric acid Disperse carbon black and metal particles, including acids such as sulfuric acid and sulfonic acid, Lewis acids such as PF 6 , AsF 6 and FeCl 3 , halogen atoms such as iodine, and metal atoms such as sodium potassium And conductive composite materials.

なお、ゲート電極は、1種の材料を単独で用いて形成しても良く、2種以上の材料を任意の組み合わせ及び比率で併用して形成しても良い。
また、ゲート電極の形状は任意であるが、通常は、上記の材料を積層した薄膜形状に形成される。なお、この場合、薄膜は単層構造としても良く、2以上の層が積層された積層構造としてもよい。
Note that the gate electrode may be formed using one type of material alone, or may be formed using two or more types of materials in any combination and ratio.
The shape of the gate electrode is arbitrary, but it is usually formed in a thin film shape in which the above materials are stacked. In this case, the thin film may have a single layer structure or a stacked structure in which two or more layers are stacked.

さらに、ゲート電極の寸法も任意である。例えばその厚さとしては、通常1nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
ゲート電極の作製方法に制限は無く、公知の各種方法を任意に用いることができる。例えば、ゲート真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等を用いて材料を成膜することによりゲート電極を作製することができる。
Furthermore, the dimensions of the gate electrode are also arbitrary. For example, the thickness is usually 1 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 100 nm or less, preferably 50 nm or less.
There is no limitation on a method for manufacturing the gate electrode, and various known methods can be arbitrarily used. For example, the gate electrode can be formed by depositing a material using a gate vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, or the like.

また、成膜によりゲート電極を作製する場合には、成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行なうことが好ましい。パターニング方法も公知の各種方法を用いうるが、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチング(エッチング液によるウエットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング)とを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法などを利用できる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり、材料の導電性を変化させたりすることにより、直接パターンを作製することもできる。さらに、ゲート電極の周りにゲート絶縁膜をパターニングして作製することも可能である。   Further, in the case where the gate electrode is formed by film formation, it is preferable to perform patterning as necessary after forming the film so as to have a desired shape. Various known methods can be used as the patterning method. For example, photolithography using a combination of photoresist patterning and etching (wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma), inkjet printing, screen printing, offset A printing method such as printing and letterpress printing, a soft lithography method such as a microcontact printing method, and a method combining a plurality of these methods can be used. Alternatively, a pattern can be directly produced by irradiating an energy beam such as a laser or an electron beam to remove the material or changing the conductivity of the material. Further, a gate insulating film can be patterned around the gate electrode.

また、ゲート電極は半導体部から絶縁されるようになっている。絶縁の方法に制限は無く任意であるが、通常はゲート電極と半導体部の間に絶縁部を設け、キャリアが出入りすることを防止する。具体的には、絶縁層として絶縁部を薄膜状に形成して用いることが好ましい。
[3.ソース電極及びドレイン電極]
ソース電極は配線を通じて外部から電流が流入する電極であり、ドレイン電極は配線を通じて外部に電流を送りだす電極である。キャリアが正孔の場合、チャネルを通ってソース電極からドレイン電極にキャリアが移動することにより、ソース電極とドレイン電極との間にオン電流が流れるようになっている。同様に、キャリアが電子の場合、ドレイン電極からソース電極へとキャリアが移動することでオン電流が流れるようになっている。
The gate electrode is insulated from the semiconductor portion. There is no limitation on the method of insulation, but it is optional. Usually, an insulating part is provided between the gate electrode and the semiconductor part to prevent carriers from entering and exiting. Specifically, it is preferable to use the insulating portion formed as a thin film as the insulating layer.
[3. Source electrode and drain electrode]
The source electrode is an electrode through which current flows from the outside through the wiring, and the drain electrode is an electrode that sends current through the wiring to the outside. When the carriers are holes, the carriers move from the source electrode to the drain electrode through the channel, so that an on-current flows between the source electrode and the drain electrode. Similarly, when the carrier is an electron, an on-current flows when the carrier moves from the drain electrode to the source electrode.

ソース電極、ドレイン電極の材料は導電性を有するものであれば他に制限は無く、任意の材料を用いることができる。例えば、金属、合金、導電性高分子、及びこれらの複合材料等の導電性材料を用いることができる。具体例としては、ゲート電極の材料として例示したものと同様のものを挙げることができる。
なお、ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ独立に、1種の材料単独により形成しても良く、2種以上の材料を任意の組み合わせ及び比率で併用して形成しても良い。
The material for the source electrode and the drain electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, and any material can be used. For example, conductive materials such as metals, alloys, conductive polymers, and composite materials thereof can be used. Specific examples include the same materials as those exemplified as the material of the gate electrode.
Note that the source electrode and the drain electrode may be independently formed of one kind of material, or may be formed of two or more kinds of materials in any combination and ratio.

また、ソース電極、ドレイン電極の形状は任意であるが、通常は、材料を島状に形成した島状構造薄膜として成形して用いられる。なお、この場合、薄膜は単層構造としても良
く、2以上の層が積層された積層構造としてもよい。
さらに、ソース電極、ドレイン電極の寸法も任意であるが、例えばその厚さとしては、通常1nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
The shape of the source electrode and the drain electrode is arbitrary, but usually, the material is formed and used as an island-shaped structure thin film in which the material is formed in an island shape. In this case, the thin film may have a single layer structure or a stacked structure in which two or more layers are stacked.
Furthermore, although the dimensions of the source electrode and the drain electrode are arbitrary, for example, the thickness thereof is usually 1 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 100 nm or less, preferably 50 nm or less.

また、ソース電極、ドレイン電極の作製方法は任意であるが、例えば、ゲート電極と同
様にして作製することができる。
[4.半導体部]
(構成)
半導体部は、ソース電極とドレイン電極との間でキャリアが移動するチャネルを構成する部分であり、ソース電極とドレイン電極とを連結するように形成される。
A source electrode and a drain electrode can be manufactured by any method, but can be manufactured in the same manner as a gate electrode, for example.
[4. Semiconductor Department]
(Constitution)
The semiconductor portion is a portion constituting a channel in which carriers move between the source electrode and the drain electrode, and is formed so as to connect the source electrode and the drain electrode.

半導体部を形成する半導体材料に制限は無く、公知の半導体材料を任意に用いることができる。半導体材料は、有機物であっても無機物であっても良いが、有機物であることが好ましい。簡便かつ安価な製造方法にFETを製造できること、可撓性のあるFETを製造できること等の利点を有するからである。
半導体材料が有機物である場合、例えば、ナフタセン、ペンタンセン、ピレン、フラーレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のオリゴマー類;フタロシアニンやポルフィリン等の大環状化合物;α−セキシチオフェン、ジアルキルセキシチオフェンに代表されるチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾチアゾール環を合計4個以上連結したもの;アントラジチオフェン、ジベンゾチエノビスチオフェン、α,α′−ビス(ジチエノ[3,2−b′:2′,3′−d]チオフェン)等の縮合チオフェン及びその誘導体;ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物;銅フタロシアニン、パーフルオロ銅フタロシアニン、テトラベンゾポルフィリン及びその金属塩等の大環状化合物;ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等を用いることができる。
There is no restriction | limiting in the semiconductor material which forms a semiconductor part, A well-known semiconductor material can be used arbitrarily. The semiconductor material may be organic or inorganic, but is preferably organic. This is because there are advantages such as that the FET can be manufactured by a simple and inexpensive manufacturing method, and that a flexible FET can be manufactured.
When the semiconductor material is an organic material, for example, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentanesene, pyrene, fullerene; oligomers such as α-sexithiophene; macrocyclic compounds such as phthalocyanine and porphyrin; α-sexithiophene, Oligothiophenes containing 4 or more thiophene rings typified by dialkylsexithiophene; a total of 4 or more thiophene rings, benzene rings, fluorene rings, naphthalene rings, anthracene rings, thiazole rings, thiadiazole rings, and benzothiazole rings Condensed thiophenes such as anthradithiophene, dibenzothienobisthiophene, α, α'-bis (dithieno [3,2-b ': 2', 3'-d] thiophene) and derivatives thereof; naphthalenetetracarboxylic anhydride , Naphthalenetetracarboxylic acid diimide, Aromatic carboxylic anhydrides such as rylenetetracarboxylic anhydride and perylenetetracarboxylic diimide and imidized products thereof; macrocyclic compounds such as copper phthalocyanine, perfluorocopper phthalocyanine, tetrabenzoporphyrin and metal salts thereof; polythiophene, polyfluorene Polythienylene vinylene, polyphenylene vinylene, polyphenylene, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline and the like can be used.

これらの中でも特に、レジオレギュラーポリチオフェンのような自己組織化を示すものや、ポリフルオレンやその共重合体に代表される液晶性を示す高分子等が好ましい。
また、有機半導体材料の中でも、ペンタセン、ポルフィリン骨格を持つ化合物(ポルフィリン類化合物)等も好ましく、ポルフィリン骨格を有する化合物がより好ましい。例えば、FETの一種である横型FETの動作特性は、半導体部のキャリア移動度μ及び電導度σ、ゲート絶縁膜の静電容量、横型FETの構成(ソース・ドレイン電極間距離及び幅、ゲート絶縁膜の膜厚等)などにより決まるが、ポルフィリン骨格を有する化合物を用いたFETは、キャリア移動度μやオンオフ比を大きくすることが可能となり、好ましい。
Among these, those exhibiting self-organization such as regioregular polythiophene, and polymers exhibiting liquid crystallinity represented by polyfluorene and copolymers thereof are preferable.
Among organic semiconductor materials, pentacene, a compound having a porphyrin skeleton (porphyrin compound) and the like are preferable, and a compound having a porphyrin skeleton is more preferable. For example, the operational characteristics of a lateral FET, which is a type of FET, include carrier mobility μ and conductivity σ of the semiconductor part, capacitance of the gate insulating film, configuration of the lateral FET (distance and width between source and drain electrodes, gate insulation) The FET using a compound having a porphyrin skeleton is preferable because the carrier mobility μ and the on / off ratio can be increased.

ポルフィリン骨格を有する化合物の中で、特に好ましいものとしては、例えば下記式1又は式2で表される構造を有するものが挙げられる。   Among compounds having a porphyrin skeleton, particularly preferred are those having a structure represented by the following formula 1 or formula 2, for example.

Figure 0004529571
Figure 0004529571

Figure 0004529571
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上記式1及び式2中、Zia及びZib(iは1以上4以下の整数)は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基又は1価の有機基を表す。
ia及びZibとなり得る1価の有機基の例としては、アルキル基、アルコキシ基、メルカプト基(アルキルチオ基)、アシル基、カルボキシル基と炭素数1〜10のアルコールとのエステル、ホルミル基、カルバモイル基等が挙げられる。
In Formula 1 and Formula 2, Z ia and Z ib (i is an integer of 1 to 4) each independently represent a hydrogen atom, a hydroxyl group, a halogen atom, an amino group, a nitro group, or a monovalent organic group. .
Examples of monovalent organic groups that can be Z ia and Z ib include alkyl groups, alkoxy groups, mercapto groups (alkylthio groups), acyl groups, esters of carboxyl groups and C 1-10 alcohols, formyl groups, And a carbamoyl group.

ia及びZibが1価の有機基である場合、その炭素数は通常1以上、また、通常10以下である。さらに、これらの有機基は置換基を有していても良い。
また、Zia及びZibがアミノ基又はニトロ基である場合には、そのアミノ基又はニトロ基はアルキル基等の炭化水素基で置換されていても良い。アミノ基又はニトロ基に置換する炭化水素基の炭素数は通常1以上10以下である。
When Z ia and Z ib are monovalent organic groups, the carbon number is usually 1 or more and usually 10 or less. Furthermore, these organic groups may have a substituent.
Further, when Z ia and Z ib are an amino group or a nitro group, the amino group or nitro group may be substituted with a hydrocarbon group such as an alkyl group. The number of carbon atoms of the hydrocarbon group substituted with the amino group or nitro group is usually 1 or more and 10 or less.

さらに、Zia及びZibがハロゲン原子である場合、その具体例としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
また、Zia及びZibは結合して環を形成していても良い。この場合に形成される環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香環;ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の複素環;シクロヘキセン等の非芳香族環等が挙げられる。
Further, when Z ia and Z ib are halogen atoms, specific examples thereof include fluorine, chlorine, bromine, iodine and the like.
Z ia and Z ib may combine to form a ring. Examples of the ring formed in this case include aromatic rings such as benzene ring, naphthalene ring and anthracene ring; heterocyclic rings such as pyridine ring, quinoline ring, furan ring and thiophene ring; non-aromatic rings such as cyclohexene Can be mentioned.

さらに、上記式1及び式2中、R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は1価の有機基を表す。この有機基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、メルカプト基、カルボキシル基と炭素数1〜10のアルコールとのエステル等が挙げられる。さらに、これらの有機基は置換基を有していても良い。また、R〜Rがハロゲ
ン原子である場合、その具体例としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
Furthermore, in said formula 1 and formula 2, R < 1 > -R < 4 > represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent organic group each independently. Examples of the organic group include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a mercapto group, an ester of a carboxyl group and an alcohol having 1 to 10 carbon atoms. Furthermore, these organic groups may have a substituent. When R 1 to R 4 are halogen atoms, specific examples thereof include fluorine, chlorine, bromine and iodine.

以下に、ポルフィリン類化合物の例を挙げる。ただし、ここでは無金属体の構造を例示しているが、以下の例に対応する金属塩や、置換基を有する分子であっても同様に好ましい有機半導体材料として使用することができる。また、対称性の良い分子構造を主に例示しているが、部分的な構造の組み合わせによる非対称構造であっても使用できる。さらに、ポルフィリン類化合物はこれらの例示化合物に限定されるわけではない。   Examples of porphyrin compounds are given below. However, although a metal-free structure is illustrated here, even a metal salt corresponding to the following example or a molecule having a substituent can be used as a preferable organic semiconductor material. In addition, molecular structures with good symmetry are mainly exemplified, but an asymmetric structure based on a combination of partial structures can also be used. Further, the porphyrin compounds are not limited to these exemplified compounds.

Figure 0004529571
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一方、無機半導体材料としては、例えば、単体の半導体や化合物半導体が挙げられる。
単体の半導体としては、Si,Ge等のIV(B)族半導体や、それら単体の半導体に
B等をドーピングをしたものなどが挙げられる。
また、化合物半導体としては、GaN、GaP、GaAs、InGaN、InGaP等のIII−V族化合物半導体;ZnTe、CdSe等のII−VI族半導体;FeS、Fe34、CuS等のカルコゲン化合物;磁鉄鉱などの酸化物半導体;それら化合物半導体にドーピングをしたものなどが挙げられる。
On the other hand, examples of the inorganic semiconductor material include a single semiconductor and a compound semiconductor.
Examples of the single semiconductor include IV (B) group semiconductors such as Si and Ge, and those obtained by doping these single semiconductors with B or the like.
The compound semiconductors include III-V group compound semiconductors such as GaN, GaP, GaAs, InGaN, and InGaP; II-VI group semiconductors such as ZnTe and CdSe; chalcogen compounds such as FeS, Fe 3 F 4 , and CuS; magnetite And oxide semiconductors such as those obtained by doping these compound semiconductors.

なお、半導体材料は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
さらに、半導体部には、半導体材料の他、特性を改善したり他の特性を付与したりするために、各種添加剤を混合してもよい。添加剤の例としては、酸化防止剤などが挙げられる。
In addition, a semiconductor material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
Further, in addition to the semiconductor material, various additives may be mixed in the semiconductor portion in order to improve the characteristics or to impart other characteristics. Examples of the additive include an antioxidant.

また、半導体部の形状についても特に制限は無く、ソース電極とドレイン電極とを連結することができれば、任意の形状に形成して用いることができる。ただし、通常は、半導体部は半導体を積層した半導体層として構成される。
半導体部を半導体層として形成する場合、半導体層は単一の層から形成されていてもよく、2以上の層から形成されていても良い。
Further, there is no particular limitation on the shape of the semiconductor portion, and any shape can be used as long as the source electrode and the drain electrode can be connected. However, the semiconductor part is usually configured as a semiconductor layer in which semiconductors are stacked.
When the semiconductor portion is formed as a semiconductor layer, the semiconductor layer may be formed from a single layer or may be formed from two or more layers.

さらに、半導体層の膜厚は、必要な機能を果たせる範囲で薄いほど好ましい。半導体層の膜厚が大きくなるほど、漏れ電流が増加する虞が大きくなるからである。半導体層の膜厚の具体的な範囲を挙げると、通常1nm以上、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上であり、また、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下、最も好ましくは50nm以下である。   Furthermore, the thickness of the semiconductor layer is preferably as thin as possible within a range that can perform a necessary function. This is because the risk of increase in leakage current increases as the thickness of the semiconductor layer increases. The specific range of the thickness of the semiconductor layer is usually 1 nm or more, preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less, most preferably Is 50 nm or less.

(形成方法)
半導体部の形成方法について制限は無く、公知の方法を任意に用いて形成することができる。以下、半導体部の形成方法の例として、半導体層の成形方法について説明する。
半導体層を形成する方法について制限は無く、公知の方法を任意に用いることができるが、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等の真空プロセスでの形成方法、塗布法、印刷法等の溶液プロセスでの形成方法などが挙げられる。なお、これらの半導体層を形成方法は、1種を単独で行なってもよく、2種以上の方法を適宜組み合わせて行なってもよい。
(Formation method)
There is no restriction | limiting about the formation method of a semiconductor part, It can form using a well-known method arbitrarily. Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer will be described as an example of a method for forming a semiconductor portion.
There is no limitation on the method for forming the semiconductor layer, and any known method can be used. For example, the formation method in a vacuum process such as a sputtering method or a vacuum deposition method, or a solution process such as a coating method or a printing method. And the like. In addition, the formation method of these semiconductor layers may be performed individually by 1 type, and may be performed combining 2 or more types of methods suitably.

(真空プロセス)
以下、半導体材料を真空プロセスによって成膜し、半導体層を得る方法について詳しく説明する。真空プロセスによる成膜では、真空又は減圧環境下、半導体材料を基板に付着させることにより成膜を行なう。
例えば真空蒸着法では、半導体材料を真空中で加熱し、蒸発させ、蒸発した半導体材料を基板に付着させることにより半導体層を形成する。
(Vacuum process)
Hereinafter, a method for obtaining a semiconductor layer by depositing a semiconductor material by a vacuum process will be described in detail. In film formation by a vacuum process, film formation is performed by attaching a semiconductor material to a substrate in a vacuum or reduced pressure environment.
For example, in the vacuum evaporation method, a semiconductor material is formed by heating and evaporating a semiconductor material in a vacuum and attaching the evaporated semiconductor material to a substrate.

真空蒸着法では、圧力条件は通常1×10-3Torr(1.3×10-1Pa)以下、好ましくは1×10-6Torr(1.3×10-4Pa)以下とする。
また、基板の温度によって半導体層、ひいてはFETの特性が変化するので、基板の温度を最適な基板温度にする。具体的には、通常0℃以上、好ましくは10℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは50℃以下とする。
In the vacuum deposition method, the pressure condition is usually 1 × 10 −3 Torr (1.3 × 10 −1 Pa) or less, preferably 1 × 10 −6 Torr (1.3 × 10 −4 Pa) or less.
In addition, since the characteristics of the semiconductor layer, and hence the FET, vary depending on the substrate temperature, the substrate temperature is set to an optimum substrate temperature. Specifically, it is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower.

さらに、蒸着速度は任意であるが、通常0.001nm/s以上、好ましくは0.01nm/s以上、また、通常10nm/s以下、好ましくは1nm/s以下である。
また、例えばスパッタリング法によって半導体層を得るようにしてもよい。スパッタリング法では、半導体材料を、加熱により蒸発させる代わりに、加速したアルゴン等のイオンを半導体材料ターゲットに衝突させて半導体材料原子を叩きだし、基板に付着させる以外は真空蒸着法と同様にして、半導体層を形成する。
Further, although the deposition rate is arbitrary, it is usually 0.001 nm / s or more, preferably 0.01 nm / s or more, and usually 10 nm / s or less, preferably 1 nm / s or less.
Moreover, you may make it obtain a semiconductor layer by sputtering method, for example. In the sputtering method, instead of evaporating the semiconductor material by heating, ions such as accelerated argon collide with the semiconductor material target to strike out semiconductor material atoms and attach them to the substrate in the same manner as the vacuum evaporation method, A semiconductor layer is formed.

一般に、半導体材料として比較的低分子量の有機半導体材料を用いる場合、及び、無機半導体材料を用いる場合には、このような真空プロセスを用いることが好ましい。また、真空プロセスには、高価な設備が必要であるものの、半導体層を形成する際の成膜性が良
く、均一な膜が得られやすいという利点がある。
(溶液プロセス)
次に、半導体材料を溶液プロセスによって成膜し、半導体層を得る方法について詳しく説明する。溶液プロセスによる成膜では、半導体材料を溶媒に溶かして溶液とし、その溶液を基板上に塗布して半導体層を得る。
In general, when a relatively low molecular weight organic semiconductor material is used as a semiconductor material and when an inorganic semiconductor material is used, it is preferable to use such a vacuum process. In addition, although an expensive facility is required for the vacuum process, there is an advantage that a film forming property when the semiconductor layer is formed is good and a uniform film can be easily obtained.
(Solution process)
Next, a method for obtaining a semiconductor layer by depositing a semiconductor material by a solution process will be described in detail. In film formation by a solution process, a semiconductor material is dissolved in a solvent to form a solution, and the solution is applied onto a substrate to obtain a semiconductor layer.

半導体材料を溶解させる溶媒に制限は無く、半導体材料の種類等に応じて任意の溶媒を用いることができる。
また、塗布の方法についても制限はなく、例えば、溶液をたらすだけのキャスティング、スピンコーティング、ディップティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法(塗布法)や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法や、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等が挙げられる。また、これらの手法は1種を単独で行なっても良く、適宜2種以上を組み合わせて用いても良い。
There is no restriction | limiting in the solvent which melt | dissolves a semiconductor material, Arbitrary solvents can be used according to the kind etc. of semiconductor material.
Also, there are no restrictions on the application method. For example, coating methods (application methods) such as casting, spin coating, dipping, blade coating, wire bar coating, spray coating, ink jet printing, screen printing, etc. And printing methods such as offset printing and letterpress printing, and soft lithography methods such as a microcontact printing method. Moreover, these methods may be performed alone or in combination of two or more as appropriate.

さらに、塗布に類似の技術として、水面上に形成した半導体材料の単分子膜を基板に移して積層するLangmuir−Blodgett法、液晶や融液状態の半導体材料を2枚の基板で挟んだり毛管現象で2枚の基板間に導入したりする方法等も挙げられる。
このような溶液プロセスを用いると、比較的安価な設備で、大面積の半導体層を作製しやすいという利点がある。
Furthermore, as a technique similar to coating, a Langmuir-Blodgett method in which a monomolecular film of a semiconductor material formed on a water surface is transferred to a substrate and laminated, a liquid crystal or a melted semiconductor material is sandwiched between two substrates, or a capillary phenomenon And a method of introducing between two substrates.
When such a solution process is used, there is an advantage that a semiconductor layer having a large area can be easily manufactured with relatively inexpensive equipment.

また、半導体層の材料の中でも、有機化合物、例えばポルフィリン類化合物等は、溶液プロセスにより有機半導体層を形成する場合、有機半導体材料自体を溶媒に溶解した溶液を基板に塗布する他に、次の、前駆体を用いる方法を取ることができる。すなわち、有機半導体材料の前駆体を溶媒に溶解して前駆体溶液を調製し、この前駆体溶液を基板に塗布し、基板上で前駆体の化学構造を変化させて最終的な有機半導体材料とし、半導体層を形成する方法である。この方法は、特に溶媒に難溶な半導体層の材料を溶液プロセスにより膜形成して有機半導体層を作製する際に有用である。   Among the materials for the semiconductor layer, organic compounds such as porphyrin compounds are formed by applying a solution obtained by dissolving the organic semiconductor material itself in a solvent to the substrate when forming the organic semiconductor layer by a solution process. The method using a precursor can be taken. That is, a precursor of an organic semiconductor material is dissolved in a solvent to prepare a precursor solution, this precursor solution is applied to a substrate, and the chemical structure of the precursor is changed on the substrate to obtain a final organic semiconductor material. This is a method for forming a semiconductor layer. This method is particularly useful when an organic semiconductor layer is formed by forming a film of a semiconductor layer material that is hardly soluble in a solvent by a solution process.

前駆体としては、例えば、次に示すビシクロ構造を有するものが挙げられる。なお、下記ビシクロ構造及びそれが変化したベンゼン環の2本の結合手は、ポルフィリン等に連結するための結合手である。   Examples of the precursor include those having a bicyclo structure shown below. The two bonds of the bicyclo structure below and the benzene ring in which it is changed are bonds for linking to porphyrin or the like.

Figure 0004529571
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このビシクロ構造は、下記反応式に示すように、加熱によりエチレン分子が解離して、ベンゼン環に変化する。   As shown in the following reaction formula, this bicyclo structure is transformed into a benzene ring by dissociation of ethylene molecules by heating.

Figure 0004529571
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ビシクロ構造は立体的にかさ高いため、結晶性が低い。そのため、ビシクロ構造を有する分子は溶解性が良好であり、その溶液を塗布した際に、結晶性が低い、又は無定形な塗布膜が得られやすい。また、ビシクロ構造は、加熱工程を経ることによりベンゼン環に変化すると平面性の良好な分子構造になるために、結晶性が良好になる。したがって、ビシクロ構造を有する前駆体からの化学変化を利用することにより、溶媒への溶解性が低い有機半導体材料を用いて有機半導体層を溶液プロセスで作製する場合でも、結晶性の良好な有機物よりなる半導体層を、塗布により得ることができる。なお、この加熱工程は、塗布溶媒を留去する等の他の目的を兼ねていても良い。   Since the bicyclo structure is sterically bulky, its crystallinity is low. Therefore, the molecule having a bicyclo structure has good solubility, and when the solution is applied, it is easy to obtain a coating film with low crystallinity or amorphousness. In addition, when the bicyclo structure is changed to a benzene ring through a heating step, a molecular structure with good planarity is obtained, so that crystallinity is improved. Therefore, by utilizing a chemical change from a precursor having a bicyclo structure, even when an organic semiconductor layer is formed by a solution process using an organic semiconductor material having low solubility in a solvent, the organic semiconductor layer has better crystallinity. The resulting semiconductor layer can be obtained by coating. This heating step may also serve other purposes such as distilling off the coating solvent.

前駆体を用いた方法に好適な半導体の具体例を挙げると、ポルフィリン類化合物の中では、ベンゾポルフィリン類と呼ばれるピロール環、チオフェン環、フラン環にベンゼン環が縮合している化合物は、ビシクロ構造を有する前駆体から生成することができるので、上記の方法を用いて塗布により半導体層を形成するのに有利である。
また、溶液プロセスでは、塗布工程と乾燥工程とを必要な回数だけ繰り返して、半導体層の膜厚を大きくすることができるという利点を有する。さらに、前駆体を用いて半導体層を形成する場合には、前駆体溶液の塗布工程と、化学構造変化工程とを繰り返せば、前駆体と有機半導体材料との溶解性が異なることを利用して半導体層が前駆体溶液に溶解しないようにしながら積層し、厚い膜を形成することができるという利点もある。
Specific examples of semiconductors suitable for a method using a precursor include, among porphyrin compounds, a compound in which a benzene ring is condensed with a pyrrole ring, a thiophene ring, or a furan ring called a benzoporphyrin is a bicyclo structure. Therefore, it is advantageous for forming a semiconductor layer by coating using the above method.
In addition, the solution process has an advantage that the thickness of the semiconductor layer can be increased by repeating the coating process and the drying process as many times as necessary. Furthermore, when forming a semiconductor layer using a precursor, if the coating process of the precursor solution and the chemical structure change process are repeated, the solubility of the precursor and the organic semiconductor material is different. There is also an advantage that a semiconductor layer can be stacked while not being dissolved in the precursor solution to form a thick film.

一般に、溶液プロセスによると、成膜性が高くならず、結晶性の高い半導体膜が得られにくいとされている。しかし、上記前駆体を用いる方法によれば、簡便な溶液プロセスで結晶性の高い特性の良い半導体膜が得られるので、好ましい。
このようにして形成された半導体層を備えたFETは、キャリア移動度が高く、且つオンオフ比が高いという好ましい特性を有する。なお、上記前駆体を用いる方法は、ポルフィリン類化合物に限らず、広く有機材料一般に適用しうる方法である。
In general, according to a solution process, it is considered that a film forming property is not high and a semiconductor film having high crystallinity is difficult to obtain. However, the method using the precursor is preferable because a semiconductor film having high crystallinity and good characteristics can be obtained by a simple solution process.
An FET including a semiconductor layer formed in this manner has preferable characteristics of high carrier mobility and high on / off ratio. In addition, the method using the said precursor is not only a porphyrin compound, but is a method which can be widely applied to general organic materials.

また、半導体層の結晶の向きを制御したい場合には、エピタキシャル成長法、塗布後のラビング等の手法を用いることにより、その結晶の向きを制御することができる。これらの手法によって半導体の結晶の向きを適宜調整すれば、チャネルの電気抵抗率を低下させること等が可能となる。
さらに、半導体部には、微量の原子や原子団、分子、高分子等の不純物を含有させても良い。このように半導体部に不純物を含有させることをドーピングといい、これにより半導体部の特性を変化させ好ましいものにすることができる。
When it is desired to control the crystal orientation of the semiconductor layer, the crystal orientation can be controlled by using a technique such as epitaxial growth or rubbing after coating. If the orientation of the semiconductor crystal is appropriately adjusted by these methods, the electrical resistivity of the channel can be reduced.
Further, the semiconductor portion may contain a small amount of impurities such as atoms, atomic groups, molecules, and polymers. The doping of impurities in the semiconductor portion in this way is referred to as doping, which can change the characteristics of the semiconductor portion and make it preferable.

不純物としては、形成しようとする半導体部の特性等に応じて公知のものを任意に用いることができる。具体例を挙げると、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム
等の金属原子等が挙げられる。
また、ドーピングの手法も任意であるが、例えば、半導体部を不純物のガスに接触させたり、不純物の溶液に浸したり、電気化学的な処理をしたりすることによれば良い。
As the impurities, known ones can be arbitrarily used depending on the characteristics of the semiconductor portion to be formed. Specific examples include acids such as oxygen, hydrogen, hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid, Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 and FeCl 3 , halogen atoms such as iodine, metal atoms such as sodium and potassium, and the like. .
The doping method is also arbitrary. For example, the semiconductor portion may be brought into contact with an impurity gas, immersed in an impurity solution, or subjected to an electrochemical treatment.

さらに、ドーピングは半導体部の形成後でなくても、半導体部の形成前や、半導体部の形成中に行なうこともできる。例えば、半導体部形成前の半導体材料合成時に不純物を混合すること等によりドーピングを行なうことができる。また、スパッタリングや蒸着等の気相法により半導体部を形成する場合は、ターゲットやソース等の原料にドープしたい不純物を予め混入させたものを用いることによりドーピングができる。さらに、溶液プロセスにより半導体部を形成する場合は、半導体材料や前駆体の溶液に不純物を混合したり、前駆体膜の段階で不純物のガスや溶液を用いたりすることにより、ドーピングを行なうことが可能である。また、真空プロセスにより半導体部を形成する場合は、蒸着時に不純物を共蒸着したり、真空プロセスの雰囲気に不純物を混合したり、さらには不純物のイオンを真空中で加速して半導体部に衝突させたりすることでドーピングを行なうことも可能である。   Further, the doping can be performed before or during the formation of the semiconductor portion, even after the semiconductor portion is not formed. For example, doping can be performed by mixing impurities at the time of synthesizing the semiconductor material before forming the semiconductor portion. In addition, when the semiconductor portion is formed by a vapor phase method such as sputtering or vapor deposition, doping can be performed by using a material in which an impurity to be doped is mixed in advance in a raw material such as a target or a source. Furthermore, when forming a semiconductor part by a solution process, doping may be performed by mixing impurities into a semiconductor material or a precursor solution, or using an impurity gas or solution at the stage of the precursor film. Is possible. In addition, when forming a semiconductor part by a vacuum process, impurities are co-deposited at the time of vapor deposition, impurities are mixed in the atmosphere of the vacuum process, and further, ions of the impurity are accelerated in the vacuum to collide with the semiconductor part. It is also possible to perform doping.

ドーピングの効果としては、様々な効果が得られるが、代表的なものとしては、例えば、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性(p型またはn型)の変化、Fermi準位の変化等が挙げられる。
また、このように作製された半導体部は、後処理により、さらに特性を改良することが可能である。例えば、加熱処理により、成膜時に生じた半導体部中の歪みを緩和することができ、特性の向上を図ることができる。さらに、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは、例えば、半導体部中のキャリア密度の増加、あるいは減少の目的に利用される。また、後処理の例としては、その他にも、LB膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理、機械的処理、コロナ放電等の電気的処理などが挙げられる。
Various effects can be obtained as the effect of doping. Typical examples include a change in electrical conductivity due to an increase or decrease in carrier density, a change in carrier polarity (p-type or n-type), and Fermi. Examples include level changes.
Further, the characteristics of the semiconductor portion manufactured in this way can be further improved by post-processing. For example, the heat treatment can reduce distortion in the semiconductor portion that occurs during film formation and can improve characteristics. Furthermore, a change in characteristics due to oxidation or reduction can be induced by exposure to an oxidizing or reducing gas or liquid such as oxygen or hydrogen. This is used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the semiconductor portion, for example. Other examples of post-processing include LB film formation processing, other insulator or semiconductor thin film formation processing, mechanical processing, and electrical processing such as corona discharge.

[5.絶縁部]
本発明のFETにおいて、絶縁部は、強誘電性及び強磁性をともに有する物質(以下、「共存系物質」と呼ぶことがある。)及び非磁性物質を含有する。
ここで、強誘電性とは、外電場がゼロの状態でも自発電気分極を生ずる性質のことを言
う。自発電気分極を有するかどうかは、次のようにして知ることができる。まず、測るべき物質(対象物質)の温度Tを変化させながら電気感受率χeを測定し、1/χe −Tプ
ロット(1/χeとTとを軸とするプロット)を描く。この時、1/χe−Tプロットは直線となるが、この直線がT軸のT>0の領域で切片を有する場合、この対象物質は強誘電性を有すると言う。また、この切片の温度を強誘電体のCurie温度と言う。
[5. Insulation part]
In the FET of the present invention, the insulating portion contains a material having both ferroelectricity and ferromagnetism (hereinafter sometimes referred to as “coexisting material”) and a nonmagnetic material.
Here, the term “ferroelectric” refers to the property of generating spontaneous electric polarization even when the external electric field is zero. Whether or not it has spontaneous electric polarization can be known as follows. First, the electric susceptibility χ e is measured while changing the temperature T of the substance to be measured (target substance), and a 1 / χ e -T plot (plot with 1 / χ e and T as axes) is drawn. At this time, the 1 / χ e -T plot is a straight line. If the straight line has an intercept in the region of T> 0 on the T axis, the target substance is said to have ferroelectricity. The temperature of this intercept is called the Curie temperature of the ferroelectric.

なお、これに関連して、電気双極子モーメント−電場曲線(誘電分極曲線)がヒステリシスを有する物質は強誘電性を示す物質であるが、電気双極子モーメント−電場曲線(誘電分極曲線)がヒステリシスを有さない物質でも強誘電性を示す物質である場合がある。通常は、電気双極子モーメント−電場曲線(誘電分極曲線)がヒステリシスを有さないが強誘電性を示す物質を本発明のFETの共存系物質に用いることが望ましい。   In this connection, a substance having an electric dipole moment-electric field curve (dielectric polarization curve) having hysteresis exhibits a ferroelectric property, but an electric dipole moment-electric field curve (dielectric polarization curve) has hysteresis. In some cases, even a substance that does not have a ferroelectric substance exhibits ferroelectricity. Usually, it is desirable to use a substance that does not have hysteresis in the electric dipole moment-electric field curve (dielectric polarization curve) but exhibits ferroelectricity as the coexisting substance of the FET of the present invention.

同様に、強磁性とは、自発磁化を生ずる性質のことである。強磁性を有するかどうかについても、強誘電性と同様にして知ることができる。即ち、測るべき物質(対象物質)の温度Tを変化させながら帯磁率χmを測定し、1/χm−Tプロット(1/χmとTとを軸
とするプロット)を描く。このとき、T>0の領域に切片を有する場合、この対象物質は強磁性を有すると言う。また、この切片の温度を強磁性体のCurie温度と言う。
Similarly, ferromagnetism is a property that causes spontaneous magnetization. Whether or not it has ferromagnetism can also be known in the same way as ferroelectricity. That is, the magnetic susceptibility χ m is measured while changing the temperature T of the substance to be measured (target substance), and a 1 / χ m -T plot (plot with 1 / χ m and T as axes) is drawn. At this time, if the T> 0 region has an intercept, the target substance is said to have ferromagnetism. Further, the temperature of this intercept is called the Curie temperature of the ferromagnetic material.

また、これに関連して、磁気双極子モーメント−磁場曲線(磁化曲線)がヒステリシス
を有する物質は強磁性を示す物質であるが、磁気双極子モーメント−磁場曲線(磁化曲線)がヒステリシスを有さない物質でも強磁性を示す物質である場合がある。通常は、強誘電性と同様、磁気双極子モーメント−磁場曲線(磁化曲線)がヒステリシスを有さないが
強磁性を示す物質を本発明のFETの共存系物質に用いることが望ましい。
In this connection, a substance whose magnetic dipole moment-magnetic field curve (magnetization curve) has hysteresis is a substance exhibiting ferromagnetism, but the magnetic dipole moment-magnetic field curve (magnetization curve) has hysteresis. Even a non-existing substance may be a substance exhibiting ferromagnetism. Usually, as with ferroelectricity, it is desirable to use, as the coexisting material of the FET of the present invention, a substance that does not have hysteresis in the magnetic dipole moment-magnetic field curve (magnetization curve) but exhibits ferromagnetism.

本発明のFETにおいて共存系物質として用いるには、強誘電性及び強磁性をともに有
する物質であれば他に制限は無く、公知の物質を任意に用いることができる。その具体例としては、(BiFeO3x(BaTiO31-x、(BiFeO3x(PbTiO31-x、(PLZT)x(BiFeO31-x等を用いれば良い。ただし、ここでxはそれぞれ独
立に0≦x≦1を満たす数である。また、PLZTとは、Pb1-k-l-mLakZrlTim3のことを表わす。ただし、k、l、mはそれぞれk+l+m≦1を満たす、0以上1以
下の数である。中でも、透明性を有する(PLZT)x(BiFeO31-xを用いること
が好ましい。
In order to use the coexisting material in the FET of the present invention, there is no particular limitation as long as it is a material having both ferroelectricity and ferromagnetism, and a known material can be arbitrarily used. Specific examples thereof include (BiFeO 3 ) x (BaTiO 3 ) 1-x , (BiFeO 3 ) x (PbTiO 3 ) 1-x , (PLZT) x (BiFeO 3 ) 1-x, and the like. Here, x is a number satisfying 0 ≦ x ≦ 1 independently. In addition, the PLZT, indicating that the Pb 1-klm La k Zr l Ti m O 3. However, k, l, and m are numbers of 0 or more and 1 or less that satisfy k + 1 + m ≦ 1, respectively. Among these, it is preferable to use (PLZT) x (BiFeO 3 ) 1-x having transparency.

また、ここで例示した共存系物質の製造方法は任意であるが、例えば、硝酸塩等の出発物質を混合し、熱分解させることで製造することができる。具体例を挙げると、(PLZT)x(BiFeO31-xを製造する場合、出発物質としてPb(NO32,La(NO33・6H2O,ZrO(NO32・2H2O,Ti[OCH(CH324,Bi(NO3
3・5H2O,Fe(NO33・9H2Oを用意する。これらの出発物質を有機溶媒等の
溶媒に溶かし、絶縁部を形成したい場所に、例えばスピンコート等により膜状に塗布する。有機溶媒を蒸発させた後、電気炉等による加熱によって反応させる。この場合、反応温度は600℃程度に保つことが好ましい。これにより、絶縁部として共存系物質の薄膜を得ることができる。製法の詳細については、Journal of Physics and Chemistry of Solids 64,391(2003)等を参照することができる。
Moreover, the manufacturing method of the coexistence type material illustrated here is arbitrary, For example, it can manufacture by mixing starting materials, such as nitrate, and making it thermally decompose. Specifically, when (PLZT) x (BiFeO 3 ) 1-x is produced, Pb (NO 3 ) 2 , La (NO 3 ) 3 .6H 2 O, ZrO (NO 3 ) 2. 2H 2 O, Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4 , Bi (NO 3
) 3 · 5H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O are prepared. These starting materials are dissolved in a solvent such as an organic solvent, and applied in a film form to a place where an insulating portion is to be formed, for example, by spin coating. After evaporating the organic solvent, the reaction is carried out by heating with an electric furnace or the like. In this case, the reaction temperature is preferably maintained at about 600 ° C. Thereby, the thin film of a coexistence substance can be obtained as an insulating part. For details of the production method, Journal of Physics and Chemistry of Solids 64, 391 (2003) and the like can be referred to.

なお、共存系物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比
率で併用しても良い。
非磁性物質とは、FETを使用する環境下において、強磁性状態にならない物質のこと
である。すなわち、Curie温度を持たない物質、およびCurie温度がFETを使用する環境の温度よりも低い物質のことである。
In addition, a coexistence type | system | group substance may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
A nonmagnetic material is a material that does not become ferromagnetic in the environment in which the FET is used. That is, a substance having no Curie temperature and a substance having a Curie temperature lower than the temperature of the environment in which the FET is used.

非磁性物質は、導電性を有さない物質であることが好ましい。絶縁部における漏れ電流
増大を抑制するためである。
非磁性である物質としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ
ビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、SrTiO3、BaTiO3等の強誘電性酸化物、窒化珪素等の窒化物、硫化物、フッ化物などの誘電体を用いることができる。
The nonmagnetic material is preferably a material that does not have electrical conductivity. This is to suppress an increase in leakage current in the insulating portion.
Non-magnetic substances include, for example, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl phenol, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, phenol resin, and combinations of these. Polymers, oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide and titanium oxide, ferroelectric oxides such as SrTiO 3 and BaTiO 3 , dielectrics such as nitrides such as silicon nitride, sulfides and fluorides can be used. .

非磁性物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併
用しても良い。
絶縁部中には、共存系物質、非磁性物質以外にも、特性を損なわない範囲で他の物質、
例えば、強磁性のみを有する物質等が少量含まれていても良い。
チャネルは前記の半導体部に形成されるため、絶縁部は半導体部に直接接するように設けられる。半導体部が2個以上の部材によって構成されている場合には、そのうちの少なくとも一つの部材に直接に接することが好ましい。
A nonmagnetic substance may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
In addition to the coexisting materials and non-magnetic materials, other materials in the insulating part, as long as the properties are not impaired,
For example, a small amount of a substance having only ferromagnetism may be included.
Since the channel is formed in the semiconductor portion, the insulating portion is provided so as to be in direct contact with the semiconductor portion. When the semiconductor portion is composed of two or more members, it is preferable that the semiconductor portion is in direct contact with at least one of the members.

さらに、絶縁部の形状も任意であり、薄膜状、ブロック状、板状、棒状等、様々な形状に形成することが可能であるが、通常は、半導体部に沿って薄膜状に形成されることが好ましい。なお、この場合、薄膜は単層構造としても良く、2以上の層が積層された積層構造としてもよい。
また、絶縁部の寸法も任意であるが、例えば薄膜状に形成する場合には、必要な機能を果たせる範囲で薄い方が好ましい。膜厚は、通常1nm以上、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上、また、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下である。膜厚が薄い方がより大きなキャリア注入効果が得られるが、膜厚が薄すぎると絶縁破壊の虞があるためである。
Furthermore, the shape of the insulating portion is also arbitrary, and can be formed in various shapes such as a thin film shape, a block shape, a plate shape, and a rod shape, but is usually formed in a thin film shape along the semiconductor portion. It is preferable. In this case, the thin film may have a single layer structure or a stacked structure in which two or more layers are stacked.
In addition, the dimensions of the insulating portion are arbitrary, but when it is formed in a thin film, for example, it is preferable that the insulating portion is thin as long as a necessary function can be achieved. The film thickness is usually 1 nm or more, preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. The thinner the film thickness, the larger the carrier injection effect can be obtained. However, if the film thickness is too thin, there is a risk of dielectric breakdown.

絶縁部の作製方法に制限は無く、任意の方法により作製可能である。具体例としては、絶縁部を薄膜状に形成する場合には、スピンコーティングやブレードコーティング等の塗布法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、真空蒸着法、スパッタリング法、その他、アルミニウム上のアルマイトのように金属上に酸化物膜を形成する方法等の薄膜形成方法を用いることができる。   There is no limitation on a method for manufacturing the insulating portion, and the insulating portion can be manufactured by any method. As a specific example, when the insulating portion is formed in a thin film shape, a coating method such as spin coating or blade coating, a printing method such as screen printing or inkjet, a vacuum deposition method, a sputtering method, or other alumite on aluminum. Thus, a thin film forming method such as a method of forming an oxide film on a metal can be used.

また、絶縁部、半導体部の順で各部を形成する場合には、絶縁部と半導体部との界面で半導体材料の結晶配向、分子配向を良好にさせるために、絶縁部に所定の表面処理を行なうことが好ましい。表面処理の手法の例としては、基板の表面処理と同様の手法が挙げられる。
本発明のFETにおいて、発明の趣旨を満たす範囲であれば、絶縁部は、1個でも良く、また2以上の部位からなっていても良い。層状である場合は、1層でも良く、2以上の層からなっていても良い。
In addition, when forming each part in the order of the insulating part and the semiconductor part, in order to improve the crystal orientation and molecular orientation of the semiconductor material at the interface between the insulating part and the semiconductor part, a predetermined surface treatment is applied to the insulating part. It is preferable to do so. As an example of the surface treatment method, the same method as the surface treatment of the substrate can be given.
In the FET of the present invention, the number of insulating portions may be one, or two or more portions as long as the scope of the invention is satisfied. When it is layered, it may be one layer or may be composed of two or more layers.

なお、基板に表面処理を行なう場合と同様に、絶縁部に表面処理を行ない、FETの特性を向上させてもよい。表面処理の手法は、基板の表面処理と同様のものを用いることができる。
なお、本発明のFETの効果を大きくする目的で、必要に応じてFETの使用環境の温度を室温よりも低温又は高温に保つようにしても良い。特に、格子振動によるキャリア散乱を低減したりする等の目的のためには、室温よりも低温に保つことが好ましい。
As in the case where the substrate is subjected to the surface treatment, the insulating portion may be subjected to the surface treatment to improve the FET characteristics. As the surface treatment method, the same surface treatment as that of the substrate can be used.
For the purpose of increasing the effect of the FET of the present invention, the temperature of the usage environment of the FET may be kept lower or higher than room temperature as necessary. In particular, for the purpose of reducing carrier scattering due to lattice vibration, it is preferable to keep the temperature lower than room temperature.

ここで、GMR効果について説明する。
本発明のFETの絶縁部に電圧(ゲート電圧)を印加すると、チャネルの内部にキャリア(電子及び/又は正孔)が誘起される。ソース電極とドレイン電極の間に電圧が印加されている場合、誘起されたキャリアがチャネルを流れる。
一般に、キャリアは、磁気双極子モーメントによるスピン散乱の影響を受ける。一旦ス
ピン散乱を受けたキャリアは、平均自由行程の範囲内では、その散乱の履歴を保っている。散乱の履歴を保ちながら、その後、始めに散乱を受けた磁気双極子モーメントと同じ向きの磁気双極子モーメントと相互作用する場合、スピン散乱が低下する。そのため、金属、半導体等、キャリアが流れる部位の電気抵抗率が低下する。ここで、始めの散乱に寄与する磁気双極子モーメントと次の散乱に寄与する磁気双極子モーメント同士の内積が最大の場合(磁気双極子モーメントの向きが互いに揃っている場合)、スピン散乱の効果が低下する。これは、強磁性物質と非磁性物質が両方とも存在した物質中で、磁気双極子モーメントの向きを互いに揃えることで実現される。この効果は、Giant Magneto−Resistance(GMR)効果として知られ、固体物理,38(9),612(2004)、Annual Review of Materials Science,25,357(1995)等に記載がある。
Here, the GMR effect will be described.
When a voltage (gate voltage) is applied to the insulating portion of the FET of the present invention, carriers (electrons and / or holes) are induced inside the channel. When a voltage is applied between the source electrode and the drain electrode, induced carriers flow through the channel.
In general, carriers are affected by spin scattering due to a magnetic dipole moment. The carriers once subjected to spin scattering maintain their scattering history within the mean free path. If, while maintaining the history of scattering, then interacting with a magnetic dipole moment in the same direction as the magnetic dipole moment initially subjected to scattering, spin scattering is reduced. Therefore, the electrical resistivity of the part where carriers flow, such as metal and semiconductor, decreases. Here, when the inner product of the magnetic dipole moment contributing to the first scattering and the magnetic dipole moment contributing to the next scattering is the maximum (when the directions of the magnetic dipole moments are aligned with each other), the effect of spin scattering Decreases. This is realized by aligning the directions of the magnetic dipole moments in a material in which both a ferromagnetic material and a non-magnetic material exist. This effect is known as the Giant Magneto-Resistance (GMR) effect, and is described in Solid State Physics, 38 (9), 612 (2004), Annual Review of Materials Science, 25, 357 (1995), and the like.

本発明のFETにおいては、絶縁部に共存系物質が用いられている。共存系物質は、電
場等の外場によって電気双極子モーメントの向きが制御されると同時に磁気双極子モーメントの向きも制御される。そのため、絶縁部にゲート電圧が印加されると、共存系物質の電気双極子モーメントが揃い、磁気双極子モーメントの向きも揃う。一方、半導体部中、絶縁部と接した部位には、キャリアが誘起されチャネルが形成される。チャネル中を流れるキャリア(出力電流(ドレイン電流)の担体となる。)は、絶縁部で実現されている、
強磁性物質と非磁性物質が両方とも存在した状態により、スピン散乱の影響を受ける。強磁性物質でもある共存系物質が用いられているためである。この時、ゲート電圧が印加されていることにより共存系物質の磁気双極子モーメントの向きが互いに揃っているため、キャリアのスピン散乱の効果が低減する。結果としてキャリアの移動度が上昇する。
In the FET of the present invention, a coexisting material is used for the insulating portion. In the coexisting material, the direction of the electric dipole moment is controlled at the same time as the direction of the electric dipole moment by an external field such as an electric field. Therefore, when a gate voltage is applied to the insulating portion, the electric dipole moments of the coexisting materials are aligned, and the directions of the magnetic dipole moments are aligned. On the other hand, carriers are induced in a portion of the semiconductor portion in contact with the insulating portion to form a channel. Carriers that flow in the channel (becomes carriers of output current (drain current)) are realized by an insulating part.
It is affected by spin scattering due to the presence of both ferromagnetic and non-magnetic materials. This is because a coexisting material that is also a ferromagnetic material is used. At this time, since the directions of the magnetic dipole moments of the coexisting materials are aligned with each other when the gate voltage is applied, the effect of carrier spin scattering is reduced. As a result, the mobility of the carrier increases.

共存系物質の絶縁部に対する含有量は、好ましくは1体積%以上、より好ましくは10
体積%以上である。また、好ましくは80体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。小さすぎると、スピン散乱間におけるキャリアの移動距離が大きくなり、移動中でスピン散乱の情報を維持することができなくなるからである。また、大きすぎると、共存系物質粒子同士の連続経路が形成されてしまい、GMR効果が発現しないからである。非磁性物質の絶縁体部に対する含有量は、100−(共存系物質の絶縁部に対する含有量)(体積%)であることが好ましい。共存系物質以外の絶縁部は、非磁性物質によりなることが好ましいからである。上記共存系物質、非磁性物質の含有量は、TEM像の画像処理から決定される。すなわち、当該部分のTEM像での平均面積分率を3/2乗することによって、体積分率が定義される。
The content of the coexisting material with respect to the insulating part is preferably 1% by volume or more, more preferably 10%.
Volume% or more. Moreover, Preferably it is 80 volume% or less, More preferably, it is 40 volume% or less. This is because if the distance is too small, the distance of carrier movement between spin scattering increases, and information on spin scattering cannot be maintained during movement. On the other hand, if it is too large, a continuous path between the coexisting material particles is formed, and the GMR effect is not exhibited. The content of the nonmagnetic substance with respect to the insulator part is preferably 100- (content of the coexisting substance with respect to the insulating part) (volume%). This is because the insulating portion other than the coexisting material is preferably made of a nonmagnetic material. The content of the coexisting material and the nonmagnetic material is determined by image processing of a TEM image. That is, the volume fraction is defined by raising the average area fraction in the TEM image of the part to the 3/2 power.

[7.その他]
本発明のFETには、上述した部材以外にも、他の部材を設けても良い。
例えば、FETの各部(ソース電極、ドレイン電極、半導体部、強磁性部、ゲート電極及び絶縁部)の間やFETの外面に、必要に応じて他の層を設けることができる。他の層の例としては、半導体部上に直接または他の層を介して保護層を形成すると、湿度等の外気の影響を最小限にできる利点がある。また、保護層によりFETのオンオフ比を向上させる等、電気的特性を安定化できる利点もある。
[7. Others]
In addition to the members described above, other members may be provided in the FET of the present invention.
For example, other layers can be provided between the respective portions of the FET (source electrode, drain electrode, semiconductor portion, ferromagnetic portion, gate electrode, and insulating portion) or on the outer surface of the FET as necessary. As an example of another layer, when a protective layer is formed on the semiconductor portion directly or via another layer, there is an advantage that the influence of outside air such as humidity can be minimized. In addition, there is an advantage that the electrical characteristics can be stabilized, for example, the on / off ratio of the FET is improved by the protective layer.

保護層の材料は特に限定されず、目的に応じて任意の材料を用いることができるが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂や、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化膜や窒化膜等の誘電体等が好ましく挙げられる。これらの中でも、特に、酸素や水分の透過率や吸水率が小さい樹脂(ポリマー)を用いることが好ましい。   The material of the protective layer is not particularly limited, and any material can be used depending on the purpose. For example, epoxy resin, acrylic resin such as polymethyl methacrylate, polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin, polyolefin, etc. Preferable examples include various resins, dielectric materials such as an inorganic oxide film and a nitride film, and the like, such as silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride. Among these, it is particularly preferable to use a resin (polymer) having low oxygen and moisture permeability and water absorption.

保護層を成膜する方法について制限は無く、公知の各種方法を任意に用いうるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば樹脂溶液を塗布後乾燥させて樹脂膜とする方法、樹脂モノマーを塗布あるいは蒸着したのち重合する方法等が挙げられる。また、成膜後に適宜後処理を行なってもよく、例えば、成膜後に架橋処理を行なっても良い。また、例えば、保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法を用いることができる。   There is no limitation on the method for forming the protective layer, and various known methods can be arbitrarily used. However, when the protective layer is made of a resin, for example, a method in which a resin solution is applied and dried to form a resin film, a resin monomer is used. Examples thereof include a method of polymerizing after coating or vapor deposition. Further, post-treatment may be performed as appropriate after film formation. For example, cross-linking treatment may be performed after film formation. For example, when the protective layer is made of an inorganic material, for example, a formation method in a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method in a solution process typified by a sol-gel method can be used.

また、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極には、通常、配線が連結される。この配線の素材は任意であるが、通常は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とほぼ同様の材料により作製される。
さらに、FETを構成する材料、特に、半導体部に用いられる半導体材料の中には、光を吸収して電荷を発生するものがあるため、必要であれば、そのように光により電荷を生じる部分(例えばトランジスタ部分)を遮光することが好ましい。これは、例えば、所望の領域に光の透過率の小さいパターン(いわゆるブラックマトリクス)を形成することで実現される。このパターンには、通常は、クロムやアルミニウム、銀、金等の金属の膜、カーボンブラック等の顔料を分散した樹脂膜、有機色素の膜等が用いられる。
In addition, a wiring is usually connected to the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode. The material of the wiring is arbitrary, but is usually made of substantially the same material as the source electrode, drain electrode, and gate electrode.
Furthermore, some materials that make up FETs, especially semiconductor materials used in the semiconductor part, generate charges by absorbing light. It is preferable to shield light (for example, a transistor portion). This is realized, for example, by forming a pattern with a low light transmittance (a so-called black matrix) in a desired region. For this pattern, a metal film such as chromium, aluminum, silver or gold, a resin film in which a pigment such as carbon black is dispersed, an organic dye film or the like is usually used.

さらに、本発明のFETのオンオフ比は任意である。ただし、通常は高いほど好ましく、具体的には、オンオフ比は通常800以上、好ましくは1000以上である。ここで、
オンオフ比の定義について説明する。ドレイン電圧VD(ソース電極に対するドレイン電
極の電圧)を−30Vに固定し、ゲート電圧VGを、半導体層がp型半導体である場合、
−50V、+30Vにした時のソース−ドレイン間に流れる電流ID(−50V)、ID(+30V)をそれぞれ測定し、これらのID(−50V)/ID(+30V)によってオンオフ比を定義する。一方、n型半導体の場合、ID(+50V)、ID(−30V)をそれぞれ測定し、ID(+50V)/ID(−30V)によってオンオフ比を定義する。
Furthermore, the on / off ratio of the FET of the present invention is arbitrary. However, it is usually better as it is higher. Specifically, the on / off ratio is usually 800 or more, preferably 1000 or more. here,
The definition of the on / off ratio will be described. Drain voltage V D (the voltage of the drain electrode to the source electrode) is fixed to -30 V, the gate voltage V G, if the semiconductor layer is a p-type semiconductor,
Currents I D (-50V) and I D (+ 30V) flowing between the source and drain at -50V and + 30V are measured, and the on / off ratio is determined by these I D (-50V) / I D (+ 30V). Define. On the other hand, in the case of an n-type semiconductor, I D (+50 V) and I D (−30 V) are measured, and the on / off ratio is defined by I D (+50 V) / I D (−30 V).

[II.横型FET]
以下、本発明の一実施形態としてFETの一例である横型FETに本発明を適用した場合を例に挙げて、図を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る横型FETの要部を示す縦断面図である。横型FET10では、絶縁体で形成された基板11上に、ソース電極12及びドレイン電極13が形成されている。さらに、それらの上には半導体材料で形成された半導体部として半導体層15が形成され、更にその上には絶縁部としての絶縁層16が形成されている。
絶縁層16の上には、ゲート電極17が設けられ、このゲート電極17から印加するゲート電圧(入力電圧)によってソース電極12及びドレイン電極13の間を流れる電流を制御するようになっている。ただし、ゲート電極17は絶縁層16によって、半導体層15から絶縁されている。なお、図1においては、ソース電極12、ドレイン電極13及びゲート電極17に接続される配線は図示を省略する。
[II. Horizontal FET]
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a case where the present invention is applied to a lateral FET which is an example of an FET will be described as an example and described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a lateral FET according to an embodiment of the present invention. In the lateral FET 10, a source electrode 12 and a drain electrode 13 are formed on a substrate 11 made of an insulator. Further, a semiconductor layer 15 is formed thereon as a semiconductor portion made of a semiconductor material, and an insulating layer 16 as an insulating portion is further formed thereon.
A gate electrode 17 is provided on the insulating layer 16, and a current flowing between the source electrode 12 and the drain electrode 13 is controlled by a gate voltage (input voltage) applied from the gate electrode 17. However, the gate electrode 17 is insulated from the semiconductor layer 15 by the insulating layer 16. In FIG. 1, wirings connected to the source electrode 12, the drain electrode 13, and the gate electrode 17 are not shown.

絶縁層は、共存系物質及び非磁性物質を含有している。
この構成でゲート電極17にゲート電極を印加すると、ソース電極12とドレイン電極13との間の半導体層15には、キャリアが誘起される。すなわち、チャネルが形成される。同時に、絶縁層中の共存系物質の磁気モーメントの向きが揃い、チャネル内のキャリアの移動度が上昇する。横型FETにおいては、チャネルの厚さは通常5nm〜50nm程度である。
The insulating layer contains a coexisting material and a nonmagnetic material.
When a gate electrode is applied to the gate electrode 17 with this configuration, carriers are induced in the semiconductor layer 15 between the source electrode 12 and the drain electrode 13. That is, a channel is formed. At the same time, the directions of the magnetic moments of the coexisting substances in the insulating layer are aligned, and the mobility of carriers in the channel is increased. In the lateral FET, the channel thickness is usually about 5 nm to 50 nm.

また、横型FETの各構成要素の態様は前記の横型FET10の構成に制限されず、例えば本発明のFETの概要の説明の中で説明したように変形して実施しても良い。
さらに、横型FETの構成は上記実施形態で説明したものに限定されず、各部の配置等は任意に設定することができる。
例えば、図2(a)に示すように、基板11の上にゲート電極17絶縁層16、ソース電極12及びドレイン電極13、半導体層15の順に配置した横型FET10Aとして構成してもよい。なお、図2(a)において、図1と同符号を用いて示す部分は、それぞれ同様のものを表わす。
The aspect of each component of the lateral FET is not limited to the configuration of the lateral FET 10 described above, and may be modified as described in the description of the outline of the FET of the present invention.
Furthermore, the configuration of the lateral FET is not limited to that described in the above embodiment, and the arrangement of each part can be arbitrarily set.
For example, as shown in FIG. 2A, a lateral FET 10 </ b> A may be configured in which a gate electrode 17 insulating layer 16, a source electrode 12 and a drain electrode 13, and a semiconductor layer 15 are arranged in this order on a substrate 11. In FIG. 2A, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.

さらに、例えば横型FETを、図2(b)に示すように、基板11の上にゲート電極1
7、絶縁層16、半導体層15、並びに、ソース電極12、ドレイン電極13の順に配置した横型FET10Bとして構成しても良い。なお、図2(b)において、図1及び図2(a)と同符号を用いて示す部分は、それぞれ同様のものを表わす。
また、例えば横型FETを、図2(c)に示すように、半導体層15、ソース電極12及びドレイン電極13、共存系絶縁層16並びにゲート電極17の順に配置した横型FET10Cとして構成しても良い。なお、図2(c)において、図1及び図2(a)、b)と同符号を用いて示す部分は、それぞれ同様のものを表わす。
また、上記の各横型FETの構成において、それぞれ別の部材や層を設けてもよい。
Further, for example, a lateral FET is formed on the substrate 11 as shown in FIG.
7, the insulating layer 16, the semiconductor layer 15, and the lateral FET 10 </ b> B in which the source electrode 12 and the drain electrode 13 are arranged in this order. In FIG. 2B, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2A denote the same parts.
Further, for example, the lateral FET may be configured as a lateral FET 10C in which a semiconductor layer 15, a source electrode 12 and a drain electrode 13, a coexisting insulating layer 16 and a gate electrode 17 are arranged in this order as shown in FIG. . In FIG. 2C, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2A, and 2B denote the same parts.
Further, in the configuration of each lateral FET described above, another member or layer may be provided.

[III.静電誘導トランジスタ]
また、本発明のFETの他の実施形態としては、例えば、静電誘導トランジスタ(SIT)を挙げることができる。以下、図3を用いてこのSITを説明する。
横型FET10,10A〜10Cでは、ソース電極12及びドレイン電極13が基板1
1上に並べて配置され、電流の流れる方向がゲート電極17により誘起される電場に垂直方向であるのに対し、SITでは、ソース電極12とドレイン電極13との間の適当な位置にゲート電極17がグリッド状に配置され、電流の方向がゲート電極17により誘起される電場に平行方向となる{図3(a),(b)の矢印参照}。
[III. Static induction transistor]
Further, as another embodiment of the FET of the present invention, for example, an electrostatic induction transistor (SIT) can be cited. Hereinafter, this SIT will be described with reference to FIG.
In the lateral FETs 10, 10A to 10C, the source electrode 12 and the drain electrode 13 are the substrate 1
In the SIT, the gate electrode 17 is arranged at an appropriate position between the source electrode 12 and the drain electrode 13, while the current flow direction is perpendicular to the electric field induced by the gate electrode 17. Are arranged in a grid and the direction of the current is parallel to the electric field induced by the gate electrode 17 {see arrows in FIGS. 3A and 3B}.

図3(a)は、本発明の一実施形態としてのSITの要部を示す断面図である。図3(a)に示すように、SIT20Aでは絶縁体で形成された基板21上に、ソース電極22、有機半導体材料で形成された半導体部としての半導体層23及びドレイン電極24が積層されている。また、半導体層23中のソース電極22とドレイン電極24との間には、絶縁部としての絶縁層25により全周面を被覆されることで半導体層23から絶縁されたゲート電極26が複数設けられている。     FIG. 3A is a cross-sectional view showing the main part of the SIT as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, in SIT 20A, a source electrode 22, a semiconductor layer 23 as a semiconductor portion made of an organic semiconductor material, and a drain electrode 24 are laminated on a substrate 21 made of an insulator. . In addition, a plurality of gate electrodes 26 insulated from the semiconductor layer 23 are provided between the source electrode 22 and the drain electrode 24 in the semiconductor layer 23 by covering the entire peripheral surface with an insulating layer 25 as an insulating portion. It has been.

このような構成のSIT20Aにおいて、ゲート絶電圧が印加されると半導体層中にキャリアが誘起される。ソース電極、ドレイン電極間にも電圧(ソース−ドレイン間電圧)が印加されているため、ソース−ドレイン間電圧によって生じた電場により、ソース電極22からドレイン電極24へと、半導体層23の部分をキャリアが移動して電流が流れる(矢印で示す。)。同時に、絶縁部内に含有されている共存系物質の磁気モーメントの向きが揃い、半導体層の電気抵抗率が低下する。   In the SIT 20A having such a configuration, carriers are induced in the semiconductor layer when a gate breakdown voltage is applied. Since a voltage (source-drain voltage) is also applied between the source electrode and the drain electrode, the portion of the semiconductor layer 23 is moved from the source electrode 22 to the drain electrode 24 by the electric field generated by the source-drain voltage. Carriers move and current flows (indicated by arrows). At the same time, the magnetic moments of the coexisting substances contained in the insulating portion are aligned, and the electrical resistivity of the semiconductor layer is lowered.

また、SITの各構成要素の態様は前記のSIT20Aの構成に制限されず、例えば本発明のFETの概要の説明の中で説明したように変形して実施しても良い。
さらに、図3(b)に示すように、SIT20Bを、ソース電極22よりもドレイン電極24の方が基板21に対して近くに設けられるようにしてもよい。なお、図3(b)において図3(a)と同様の符号で示す部分は、それぞれ同様のものを表わす。
In addition, the configuration of each component of the SIT is not limited to the configuration of the SIT 20A, and may be modified as described in the description of the outline of the FET of the present invention.
Further, as shown in FIG. 3B, the SIT 20 </ b> B may be provided so that the drain electrode 24 is closer to the substrate 21 than the source electrode 22. In FIG. 3B, the same reference numerals as those in FIG. 3A denote the same parts.

また、SIT20A,20Bにおいては、電流がソース電極22からドレイン電極24へとゲート電極26同士の間を通って流れるようにするため、ゲート電極26の形状を、網目状、縞状、格子状等のように、所定の間隔を有する形状にすることが望ましい。この際、ゲート電極26同士の間隔の大きさは任意であるが、通常は、ソース電極22とドレイン電極24との距離(ここでは、半導体層23の厚さに相当)よりも小さいことが好ましい。   In the SITs 20A and 20B, in order to allow current to flow between the gate electrodes 26 from the source electrode 22 to the drain electrode 24, the shape of the gate electrode 26 is a mesh shape, a stripe shape, a lattice shape, or the like. Thus, it is desirable to have a shape having a predetermined interval. At this time, the size of the gap between the gate electrodes 26 is arbitrary, but is usually preferably smaller than the distance between the source electrode 22 and the drain electrode 24 (corresponding to the thickness of the semiconductor layer 23 here). .

また、ゲート電極の厚さ(即ち、ソース−ドレイン方向の大きさ)は、半導体層の厚さより薄い範囲で、大きいことが好ましい。絶縁体層の半導体層との界面のうち、ソース−ドレイン方向への射影成分が大きくなり、共存系物質の磁気モーメントが揃うことによる移動度の上昇効果が大きくなるからである。ゲート電極の厚さは、通常、半導体層の厚さの1/100以上、好ましくは1/10以上、より好ましくは1/2以上、最も好ましくは、9/10以上である。また、通常99/100以下である。   In addition, the thickness of the gate electrode (that is, the size in the source-drain direction) is preferably large in a range thinner than the thickness of the semiconductor layer. This is because, in the interface between the insulator layer and the semiconductor layer, the projected component in the source-drain direction is increased, and the effect of increasing the mobility due to the uniform magnetic moment of the coexisting material is increased. The thickness of the gate electrode is usually 1/100 or more, preferably 1/10 or more, more preferably 1/2 or more, and most preferably 9/10 or more of the thickness of the semiconductor layer. Moreover, it is usually 99/100 or less.

ところで、上述したようなSIT20A,20Bのチャネルは、横型FET10,10A〜10Cに比べ大きな断面積をとることができる。ここで、チャネルの断面積とは、チャネル領域のソース−ドレイン方向に垂直な平面による断面の面積の総和のことである。そのため、SIT構造をとることで、一度に多数のキャリアをソース電極22からドレイン電極24へ、又はドレイン電極24からソース電極22へ、移動させることができる。   By the way, the channels of the SITs 20A and 20B as described above can have a larger cross-sectional area than the lateral FETs 10 and 10A to 10C. Here, the cross-sectional area of the channel is the total sum of the cross-sectional areas by a plane perpendicular to the source-drain direction of the channel region. Therefore, by adopting the SIT structure, a large number of carriers can be moved from the source electrode 22 to the drain electrode 24 or from the drain electrode 24 to the source electrode 22 at a time.

また、SIT20A,20Bにおいては、ソース電極22とドレイン電極24とが縦に配されているので、ソース電極22とドレイン電極24との間の距離を小さくでき、応答を高速化することができる。
したがって、SIT20A,20Bは、大電流を流したり、高速のスイッチングを行なったりする用途に好ましく適用される。
In SIT 20A and 20B, since the source electrode 22 and the drain electrode 24 are arranged vertically, the distance between the source electrode 22 and the drain electrode 24 can be reduced, and the response can be speeded up.
Accordingly, the SITs 20A and 20B are preferably applied to applications in which a large current flows or high-speed switching is performed.

また、上記の各SITの構成において、それぞれ別の部材や層を設けてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、前述したとおり、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
例えば、上述した各構成を組み合わせて実施しても良い。
Further, in the configuration of each SIT described above, different members and layers may be provided.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above embodiment, As mentioned above, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it deform | transforms arbitrarily and can implement. it can.
For example, you may implement combining each structure mentioned above.

また、例えば、横型FETやSIT以外の任意のFETに本発明の構成を適用しても良い。   Further, for example, the configuration of the present invention may be applied to an arbitrary FET other than a lateral FET or SIT.

本発明のFETは、例えば、電子デバイスを用いる広い産業分野において使用することができる。具体例としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電子ペーパー、有機LED表示素子、電気泳動表示素子、無機EL表示素子、エレクトロクロミック素子等のディスプレイのアクティブマトリクスとして用いることができる他、ICタグ、ICチップ、センサなどにも用いることができる。   The FET of the present invention can be used, for example, in a wide industrial field using an electronic device. Specific examples include an active matrix of a display such as a liquid crystal display element, a polymer dispersed liquid crystal display element, electronic paper, an organic LED display element, an electrophoretic display element, an inorganic EL display element, and an electrochromic element. It can also be used for IC tags, IC chips, sensors and the like.

本発明の一実施形態に係る横型FETの要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of lateral type FET which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)はいずれも、本発明の一実施形態に係る横型FETの要部を示す縦断面図である。(A)-(c) is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of lateral type FET which concerns on one Embodiment of this invention. (a),(b)はともに、本発明の一実施形態に係るSITの要部を示す縦断面図である。(A), (b) is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of SIT which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A,10B,10C 横型FET
11,21 基板
12,22 ソース電極
13,24 ドレイン電極
15,23 半導体層(半導体部)
16,25 絶縁層(絶縁部)
17,26 ゲート電極
20A,20B SIT
10, 10A, 10B, 10C Horizontal FET
11, 21 Substrate 12, 22 Source electrode 13, 24 Drain electrode 15, 23 Semiconductor layer (semiconductor part)
16, 25 Insulating layer (insulating part)
17, 26 Gate electrodes 20A, 20B SIT

Claims (2)

少なくとも半導体部と、
絶縁部を備える電界効果トランジスタであって、
半導体部を形成する半導体材料が有機物であり、かつ、
絶縁部が、強誘電性及び強磁性をともに有する物質及び非磁性物質を含有することを特
徴とする電界効果トランジスタ。
At least the semiconductor part,
A field effect transistor comprising an insulating part,
The semiconductor material forming the semiconductor part is organic, and
A field effect transistor characterized in that the insulating portion contains a substance having both ferroelectricity and ferromagnetism and a nonmagnetic substance.
少なくとも半導体部と、At least the semiconductor part,
強誘電性及び強磁性をともに有する物質及び非磁性物質を含有する絶縁部を備える電界効果トランジスタの製造方法であって、A method of manufacturing a field effect transistor comprising an insulating portion containing a substance having both ferroelectricity and ferromagnetism and a nonmagnetic substance,
半導体部を形成する半導体材料が有機物又は無機物であり、かつ、The semiconductor material forming the semiconductor part is organic or inorganic, and
半導体部を溶液プロセスで形成する工程を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。A method of manufacturing a field effect transistor, comprising a step of forming a semiconductor part by a solution process.
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