CN102832345A

CN102832345A - 薄膜晶体管及其制造方法和电子装置

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Publication number: CN102832345A
Application number: CN2012101845966A
Authority: CN
Inventors: 胜原真央
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-06
Also published as: US9368738B2; CN102832345B; JP2013004564A; US20120313150A1; JP5884306B2

Abstract

本发明公开了薄膜晶体管及其制造方法和电子装置，该薄膜晶体管包括：有机半导体层，由含有至少能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素的至少一种的含金属材料形成；彼此间隔开的源电极和漏电极；以及有机导电层，介于有机半导体层与源电极和漏电极之间的有机半导体层与源电极和漏电极的重叠区域中，并且有机导电层由不含有能与蚀刻气体反应的金属材料或半金属材料的至少一种的非含金属材料形成。

Description

薄膜晶体管及其制造方法和电子装置

技术领域

本技术涉及一种具有有机半导体层的薄膜晶体管和薄膜晶体管的制造方法，以及使用薄膜晶体管的电子装置。

背景技术

近年来，薄膜晶体管（TFT）已被用于多种电子装置中，诸如开关元件等类似元件。近年来，代替其中将无机半导体材料用于形成半导体层的无机TFT，其中将有机半导体材料用于形成构成沟道层的半导体层的有机TFT已被认为是有前途的。这是因为在有机TFT中，沟道层可通过涂层方法形成，并由此可确保较低的成本。进一步的原因在于，由于相比于气相沉积法或类似方法，沟道层可以在更低的温度下形成，所以柔性和低热阻的塑料膜等可被用作支撑基体。

与形成沟道层的有机半导体层一起，有机TFT具有连接到有机半导体层的源电极和漏电极。所述源电极和漏电极由金属材料等形成。源电极和漏电极与有机半导体层的位置关系被分为两种类型，其中，常用的是顶部接触型，其中，源电极和漏电极被配置为使得位于有机半导体层上侧并与其重叠（例如，参见日本专利申请公开第2008-085200号）。

在这种类型的有机TFT中，由金属材料形成的源电极和漏电极连接到由有机材料形成的有机半导体层上，使得其间的电荷注入效率可能不足。鉴于此，已提出在有机半导体层上形成诸如空穴注入层的有机导电层，使得有机导电层被设置在源电极和漏电极与有机半导体之间（例如，见日本专利申请公开第2006-253675号和日本专利申请公开第2005-327797号）。

发明内容

有机导电层被设置在有机半导体层上以在从源电极区至漏电极区的区域上延伸，然而，尽管这确保电荷注入效率提高，但由于有机导电层的存在，在电极之间很可能产生漏电流。为了去除有机导电层不必要的部分，从而防止漏电流产生，因此，已研究了利用源电极和漏电极作为掩膜对有机导电层进行干蚀刻。然而，尝试蚀刻有机导电层会导致不仅蚀刻了有机导电层而且也蚀刻了有机半导体层，从而导致电流路径易于被打断。在任何一种情况下，一方面提高了电荷注入效率，但另一方面降低了有机TFT的性能。

因此，需要一种薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及应用这种薄膜晶体管的电子装置，在该薄膜晶体管中，可同时实现源电极和漏电极与有机半导体层之间的电荷注入效率提高和良好的晶体管性能。

根据本技术实施方式，提供了一种薄膜晶体管，包括：有机半导体层，由含有能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素之一的含金属材料形成；彼此间隔开的源电极和漏电极；以及有机导电层，被插在有机半导体层与源电极和漏电极之间的有机半导体层与源电极和漏电极重叠的区域中，并且由不含能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素之一的非含金属材料形成。

根据本技术另一个实施方式，提供了一种应用上述薄膜晶体管的电子装置。

根据本技术的又一实施方式，提供了一种薄膜晶体管的制造方法，包括：利用含有能与蚀刻气体反应的金属元素或半金属元素之一的含金属材料形成有机半导体层；利用不含能与蚀刻气体反应的金属元素或半金属元素之一的非含金属材料在有机半导体层上形成有机导电层；在有机导电层上形成彼此间隔开的源电极和漏电极；以及利用蚀刻气体通过源电极和漏电极作为掩膜蚀刻有机导电层。

在根据本技术实施方式所述的薄膜晶体管及其制造方法或电子装置中，由非含金属材料形成的有机导电层被插入在由含金属材料形成的有机半导体层与源电极和漏电极之间的有机半导体层与源电极和漏电极的重叠区域中。这确保在源电极和漏电极作为掩膜的情况下蚀刻了有机半导体层。因此，可同时获得源电极和漏电极与有机半导体层之间的电荷注入效率提高和良好的晶体管性能。

附图说明

图1是示出了本技术实施方式中的薄膜晶体管的构造的截面图；

图2是用于示出了薄膜晶体管的制造方法的截面图；

图3是用于示出了图2的步骤之后的步骤的截面图；

图4是示出了根据比较例的薄膜晶体管的构造的截面图；

图5是示出了关于薄膜晶体管的构造的变形的截面图；

图6是示出了关于薄膜晶体管的构造的另一个变形的截面图；

图7是示出了作为应用薄膜晶体管的一个实例的液晶显示器的构造的截面图；

图8是图7中所示的液晶显示器的电路图；

图9是示出了作为应用薄膜晶体管的一个实例的有机电致发光（EL）显示器的构造的截面图；

图10是图9中所示的有机EL显示器的电路图；

图11是示出了作为应用薄膜晶体管的一个实例的电子纸显示器的构造的截面图；

具体实施方式

现在，下面参照附图，将详细描述本技术的实施方式。将按下列顺序进行描述。

1.薄膜晶体管的结构

2.薄膜晶体管的制造方法

3.修改例

4.薄膜晶体管的应用例（电子装置）

4-1.液晶显示器

4-2.有机EL显示器

4-3.电子纸显示器

<1.薄膜晶体管的结构>

首先，描述根据本技术实施方式所述的薄膜晶体管的构造。图1示出了薄膜晶体管的截面结构。

本文所述的薄膜晶体管是一种具有有机半导体层4作为沟道层的有机TFT。例如，在该有机TFT中，栅极2、栅极绝缘层3、有机半导体层4、有机导电层5、6、源电极7和漏电极8顺次地堆叠在支撑基体1上。因此，如图1所示的有机TFT为顶部接触底栅型，其中，源电极7和漏电极8被设置在有机半导体层4的上侧，而栅极2被设置在有机半导体层4的下侧。顺便提及，“上侧”是指远离支撑基体1的一侧，“下侧”是指接近支撑基体1的一侧。

支撑基体1由从诸如塑料材料，金属材料和无机材料中选择的至少一种材料形成。

塑料材料的实例包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）、聚苯酚（PVP）、聚醚砜（PES）、聚碳酸酯（PC）、聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚醚醚酮（PEEK），聚丙烯酸（PAR）、聚苯硫醚（PPS）、三乙酰纤维素（TAC）。金属材料的实例包括铝（Al）、镍（Ni）和不锈钢。无机材料的实例包括硅（Si）、硅氧化物（SiO_X）、硅氮化物（SiN_X）、铝氧化物（AlO_X）和其它金属氧化物。必须指出的是，硅氧化物包括玻璃、石英、旋涂式玻璃（SOG）等。

支撑基体1可以为诸如晶片的刚性基体，或可以为柔性膜或箔片。此外，支撑基体1可以在其表面上设置一个具有预定功能的涂覆层。例如，涂覆层可以是用于确保粘合的缓冲层、用于防止气体释放的气体阻隔层，或具有其它功能的层。

支撑基体1可以具有单层结构或多层结构。在多层结构情况下，两个或多个上述材料层彼此堆叠。该结构可以为单层结构或多层结构的条件也适用于栅极2、栅极绝缘层3、有机半导体层4、有机导电层5、6以及源电极7和漏电极8。

栅极2被设置在支撑基体1上，并例如包括从金属材料、无机导电材料、有机导电材料、碳材料等中选择的至少一种材料。

金属材料的实例包括铝、铜（Cu）、钼（Mo）、钛（Ti）、铬（Cr）、镍、钯（Pd）、金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钨（W）、钽（Ta）及它们的合金。无机导电材料的实例包括三氧化二铟（In₂O₃）、氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）和氧化锌（ZnO）。有机导电材料的实例包括聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）、聚苯乙烯磺酸（PSS）和聚苯胺（PANI）。碳材料的实例包括石墨。顺便提及，栅极2例如具有PEDOT/PSS的多层结构。

栅极绝缘层3被设置为至少覆盖栅极2。例如，栅极绝缘层3包含从无机绝缘材料和有机绝缘材料中选择的至少一种材料。无机绝缘材料的实例包括硅氧化物、硅氮化物，铝氧化物和二氧化钛（TiO₂）、铪氧化物（HfO_X）以及钛酸钡（BaTiO₃）。有机绝缘材料的实例包括聚苯酚（PVP），聚乙烯醇（PVA），聚酰亚胺，聚酰胺，聚酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，环氧树脂，苯环丁烯（BCB），氟树脂，光敏聚酰亚胺，光敏酚醛树脂，和聚对二甲苯（polyparaxylylene）。

有机半导体层4设置在栅极绝缘层3上，并包括含有能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素之一（以下被称作“金属元素等”）的材料（含金属材料）。

含金属材料为在有机TFT的制造过程中利用任意蚀刻气体通过干蚀刻法进行蚀刻时，能够形成金属元素等和蚀刻气体成分的反应产物的材料。正如将在后面描述的，在蚀刻时，在有机半导体层4的表面上生成反应产物，由此用于基本阻止蚀刻处理过程，换而言之，反应产物用作蚀刻阻止器（etching stopper）。

例如，金属元素为选自由下列元素组成的组中的至少一种：铍（Be）、镁（Mg）、铝、钙（Ca）、钪（Sc）、钛、钒（V）、铬、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍、铜、锌（Zn）、镓（Ga）、锶（Sr）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯、银、镉（Cd）、铟（In）、锡（Sn）、钡（Ba）、铪（Hf）、钽、钨、铼（Re）锇（OS）、铱（Ir）、铂、金、汞（Hg）、铊（Tl）、铅（Pb）、铋（Bi）以及钋（Po），并且还可以为其它金属元素。另一方面，例如，半金属元素为选自由下列元素组成的组中的至少一种：硼（B）、硅、锗（Ge）、砷（As）、锑（Sb）和碲（Te），也可以为其它半金属元素。此外，金属元素和半金属元素分别为上述一系列金属元素的至少之一和上述一系列半金属元素之一。

具体来说，含金属材料例如是具有含金属元素等的基团（含金属基团）的有机半导体材料，或含金属元素等的有机金属复合物。例如，含金属基团含有作为半金属元素的硅，并且含金属基团的数量可以是一个或两个以上。例如，含硅的含金属基团为硅烷基团，诸如三异丙基硅乙炔基基团（TIPS）或三乙基硅乙炔基基团（TES），也可以是其它硅烷基团。有机半导体材料细节会在后面描述，具有含金属基团有机半导体材料的具体实例包括TIPS-并五苯和TES-蒽并二噻吩。有机金属复合物的具体实例包括金属酞菁、金属二巯基配合物和三（8-羟基喹啉）铝（Alq-3）。

顺便提及，蚀刻气体的成分没有特别限制，只要其能够形成金属元素等的反应产物。在适用的蚀刻气体成分中，含活性气体的成分是优选的。其原因在于活性气体具有优良的反应性，因此，可保证容易形成反应产物。例如，活性气体为氧气（O₂）和卤素的至少之一，也可以为其它活性气体。例如，卤素可以为氟气（F₂）、氯气（Cl₂）等的至少之一。

在蚀刻气体含有氧气作为活性气体的情况下，在其它成分中，优选含有硅的含金属材料作为组成元素。更具体地，含金属材料优选地为含有硅烷基团等的有机半导体材料。其原因在于，由于硅与氧极容易反应，在蚀刻有机半导体层4时，很容易形成硅和氧的反应产物（硅氧化物）。另一原因在于，由于硅氧化物具有足够大的蚀刻阻力（etching resistance），当有机半导体层4只被轻微蚀刻时，可本质上阻止蚀刻处理的过程。

顺便提及，有机半导体材料包含下列材料中的至少一种：（1）聚吡咯；（2）聚噻吩；（3）异硫茚如聚异硫茚；（4）噻吩乙炔如聚噻吩乙炔；（5）聚（P-苯乙烯）（6）聚苯胺；（7）聚乙炔；（8）聚二乙炔；（9）聚茂并芳庚（polyazulene）；（10）聚芘（polypyrene）；（11）聚咔唑；（12）聚硒酚；（13）聚呋喃；（14）聚对苯；（15）聚吲哚；（16）聚哒嗪；（17）并苯（acene），如萘并萘、并五苯、并六苯、并七苯、二苯并[a,c]五苯，四苯并[a,c,l,n]五苯、芘、二苯并芘、屈、二萘嵌苯、六苯并苯、人造纤维、卵苯、夸特锐烯和循环蒽；（18）通过用以下原子取代并苯中的至少一个碳来得到衍生物，如氮（N）、硫（S）或氧（O）或用羰基的官能团，例如三苯二噁嗪、三苯二噻嗪或并六苯-6,15-醌；（19）聚合材料和多环凝聚物，如聚乙烯咔唑、聚苯硫醚或硫化聚亚乙烯；（20）同上述聚合物材料具有相同的重复单元的低聚物；（21）金属酞菁如铜酞菁；（22）四硫富瓦烯；（23）四硫并环戊二烯；（24）N,N-双（1H，1H-全氟），N,N'-双（1H，1H-全氟丁基）或N,N’-二正辛萘-1,4,5,8-四羧酸二酰亚胺衍生物和萘1,4,5,8-四羧酸二酰亚胺和N,N’-双(4-四氟甲基苯)萘1,4,5,8-四羧酸二酰亚胺；（25）萘四羧酸二酰亚胺如萘2,3,6,7-四羧酸二酰亚胺；（26）稠环四羧酸二酰亚胺由萘四羧酸二酰亚胺表示，如萘2,3,6,7-四羧酸二酰亚胺；（27）富勒烯如C60、C70、C76、C78或C84；（28）碳纳米管如单壁碳纳米管（SWNT）；（29）染料如花青染料或半菁染料；和（30）迫呫吨并呫吨化合物如2,9-二萘-迫呫吨并呫吨。

有机半导体材料并不仅限于上述物质，而可以是上述一系列材料的衍生物。衍生物是通过将至少一个取代基引入上述材料所获得的材料，取代基的种类和引入位置是任意的。

有机导电层5和6是用来提高在有机半导体层4与源电极7和漏电极8的每一个之间的电荷注入效率，并且它们例如为空穴注入层等。有机导电层5介于有机半导体层4和源电极7之间的有机半导体层4和源电极7相互重叠的区域中。另一方面，有机导电层6被插在有机半导体层4和漏电极8之间的有机半导体层4和漏电极8相互重叠的区域。这是因为有机导电层5和6通过后文所述的以下方法形成，首先形成有机导电层9（图2）以盖有机半导体层4的表面，此后，源电极7和漏电极8作为掩膜，选择性地蚀刻有机导电层9。因此，将有机导电层5和6彼此间隔开。

不同于有机半导体层4，有机导电层5和6均包括不含有能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素的至少之一作为组成元素的材料（非含金属材料）。非含金属材料为，在有机TFT的制造过程中利用任意的蚀刻气体通过干蚀刻法蚀刻时，都不能够形成上述反应产物的材料。因此，有机导电层9（图2）不用作蚀刻阻止器，并被蚀刻成期望的图案形状。因此，当有机导电层9通过利用蚀刻气体被干蚀刻时，在有机导电层9和有机半导体层4之间获得一选择比（selectivity ratio）。

有机导电层5和6优选地具有接近有机半导体层4的电离势的工作函数，以提高在有机半导体层4与每个源电极7和漏电极8之间的电荷注入效率。例如，具有这种特性的非含金属材料为从导电聚合物、掺杂任意受体等的导电聚合物、导电有机导体和碳材料中选择的至少一种材料。导电聚合物的实例包括诸如PEDOT-PSS等的聚合物以及聚苯胺。掺杂任意受体（acceptor）等的导电聚合物的实例包括掺杂氧气的聚噻吩。导电有机导体的实例包括四硫富瓦烯-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷（TTF-TCNQ）。碳材料的实例包括碳纳米管。

顺便提及，在蚀刻气体含有氧和含金属材料含有硅作为组成元素的情况下，如上所述，非含金属材料优选地不含硅作为组成元素。这用于确保上述选择比。

源电极7和漏电极8彼此间隔开地分别设置在有机导电层5和6上，并例如包括类似于栅极2的材料的材料。源电极7和漏电极8均优选地被设置为使得与栅极2重叠、至少部分地重叠。

顺便提及，图1中的标记P1表示有机TFT中的电流路径。在该有机TFT中，源电极7通过有机导电层5连接至有机半导体层4，同时漏电极8通过有机导电层6连接至有机半导体层4。因此，电流通过有机导电层5从源电极7流入有机半导体层4，然后沿路径P1通过有机导电层6流入漏电极8。

<2.薄膜晶体管的制造方法>

现在，下面将描述上述薄膜晶体管的制造方法。图2和图3为用于说明制造有机TFT作为薄膜晶体管的方法的示图，并且每个图均示出了与图1相对应的截面图。由于已经在上文详细描述了用于形成有机TFT的结构部件的材料，下面描述中将提及这些材料的各个实例。

在制造有机TFT中，首先，如图2所示，在诸如塑料膜的支撑基体1上形成栅极2。在这种情况下，例如，金属材料层（未显示）被形成为覆盖支撑基体1的表面，随后为金属材料层的图案化。

例如，形成金属材料层的材料为铜或类似材料。形成金属材料层的方法例如为诸如溅射法、汽相沉积法或化学汽相沉积（CVD）法的汽相生长法。例如，金属材料层的图案化方法为蚀刻法或类似方法。蚀刻法可以为诸如离子铣削法或反应离子蚀刻（RIE）法的干蚀刻法或可以为湿蚀刻法。

顺便提及，在图案化金属材料层时，可共同使用光刻法或紫外线绘图法等方法。在这种情况下，例如，金属材料层的表面被涂覆有光致抗蚀剂以形成感光耐蚀膜，然后通过光刻法或类似方法将感光耐蚀膜图案化，此后，利用图案化感光耐蚀膜作为掩膜，蚀刻金属材料层。应当指出的是，金属薄膜等可用于代替感光耐蚀膜作为掩膜。

接下来，形成栅极绝缘层3以至少覆盖栅极2。用于形成栅极绝缘层3的材料例如为PVP或类似材料。此外，形成栅极绝缘层3的方法例如为诸如旋涂法的涂布法。

随后，在栅极绝缘层3上形成有机半导体层4，以覆盖栅极绝缘层3的表面。用于形成有机半导体层4的材料例如为TES-蒽并二噻吩或TIPS-并五苯，这是一种含金属材料。此外，形成有机半导体层4的方法例如为汽相生长法，如电阻加热汽相沉淀法、溅射法、汽相沉积法或CVD法，或（2）涂布法，如旋涂法，气刀涂布机法（air doctor coater method），刮刀涂布机法、棒式涂布机法、刮刀式涂布机法、挤压涂布机法、逆转辊涂布机法、转印辊涂布机法、凹印涂布法、吻合式涂布法、涂布机铸法、喷涂法、切孔涂布法、砑光机涂布法或浸渍法。这些成型方法可根据诸如形成有机半导体层4的材料的条件适当地选择。顺便提及，有机半导体层4的厚度没有特别地限制，并例如可以为50nm。

然后，在有机半导体层4上形成有机导电层9，以覆盖有机半导体层4。有机导电层9用于形成有机导电层5和6的准备层。形成有机导电层9的材料类似于形成有机导电层5和6的材料（非含金属材料）。因此，用于形成有机导电层9的材料例如为TTF-TCNQ，这是一种导电有机导体。另外，用于形成有机导电层9的方法例如类似于用于形成有机半导体层4的方法。这些方法可根据用于形成有机导电层9材料的条件适当地进行选择。顺便提及，有机导电层9的厚度没有特别限制，如可以为5nm。

随后，在有机导电层9上形成彼此间隔开的源电极7和漏电极8。在这种情况下，例如，金属材料层（未示出）被形成为覆盖有机导电层9的表面，然后，图案化金属材料层。

例如，形成金属材料层的材料为金或类似材料。此外，例如形成金属材料层的方法为汽相生长法，如溅射法，汽相沉积法或化学汽相沉积（CVD）法。金属材料层的图案化方法例如为蚀刻法或类似方法。蚀刻法可以为干蚀刻法，如离子铣削法或反应离子蚀刻（RIE）法，或可以为湿蚀刻法。从有机半导体层4或有机导电层9低损坏可能性的角度看，在图案化方法中，湿蚀刻法是优选的。顺便提及，源电极7和漏电极8的厚度均没有特别限制，例如可以为50nm。

这里，根据需要，可在形成源电极7和漏电极8之前图案化有机半导体层4和有机导电层9。在这种情况下，可以采用以下工艺，其中，利用光刻法或类似方法，在有机导电层9上形成感光耐蚀膜等，随后利用该感光耐蚀膜等作为掩膜对有机半导体层4或有机导电层9图案化。在这种情况下，图案化方法例如为干蚀刻法，诸如四氟化碳（CF4）的活性气体被用作蚀刻气体。

最后，利用所述源电极7和漏电极8作为掩膜，蚀刻有机导电层9以选择性地去除有机导电层9，从而形成有机导电层5和6，如图3所示。蚀刻方法例如为干蚀刻法，其中，诸如氧的活性气体被用作蚀刻气体。

在这一蚀刻步骤中，当蚀刻处理在蚀刻有机导电层9之后到达有机半导体层4时，含金属材料中的金属元素等与蚀刻气体的一种或多种成分反应，从而生成反应产物10。例如，在蚀刻气体为氧气并且含金属材料为含有硅烷基团的TES蒽并二噻吩或TIPS-并五苯等的情况下，反应产物10为硅氧化物。

当在有机半导体层4的表面上生成反应产物10时，反应物10用作蚀刻阻止器层。因此，蚀刻速率迅速下降，并且实质上完成蚀刻处理。这确保了蚀刻时获得的选择比。因此，当有机导电层9被彻底蚀刻（图案化）以形成有机导电层5和6时，有机半导体层4被轻微蚀刻并被留下。因此，在有机半导体层4与源电极7和漏电极8的重叠区域中，有机导电层5和6被介于有机半导体层4与相关电极之间而形成。

顺便提及，在形成有机导电层5和6之后，可以留下或去除反应产物10。反应产物10为一种绝缘氧化物或类似产物，它不会影响有机TFT的性能，因此，如果留下也无关。例如，在去除反应产物10的情况下，可利用湿蚀刻法等方法。在图1中，未示出反应产物10。

作为上述结果，有机半导体层4、有机导电层5和6、源电极7和漏电极8互连，从而获得了图1中所示的电流路径P1，并因此完成了顶部接触底栅型有机TFT的制造。

[有关薄膜晶体管制造方法的操作和效果]

在作为一种薄膜晶体管的有机TFT及其制造方法中，在有机半导体层4与源电极7和漏电极8重叠的区域中，有机导电层5和6介于有机半导体层4和相关电极之间。有机半导体层4由含有能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素的至少之一的含金属材料形成。另一方面，有机导电层5和6由不含能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素的至少之一的非含金属材料形成。因此，可同时实现有机半导体层4与源电极7和漏电极8的每一个之间的电荷注入效率提高，和有机TFT的良好性能。

图4是用于示出了根据对比例的有机TFT的构造和制造方法的示图，并示出了对应图1的截面图。根据对比例所述的有机TFT与根据本实施方式的有机TFT具有相同的构造，只是提供由非含金属材料形成的有机半导体层14代替由含金属材料形成的有机半导体层4。

首先，假设一种技术，如果有机导电层9介于有机半导体层4与每个源电极7和漏电极8之间（图2），有机导电层9的存在使得在电极之间产生漏电流，从而导致有机TFT的性能降低。这是因为有机导电层9形成在有机半导体层4上以从源电极7区域至漏电极8的区域上延伸到的结构导致了除沿路径P1的正常电流的流动以外的沿路径P2的不必要的电流流动。为解决因漏电流引起的问题，因此，研究了有机导电层9的图案化。

在对比例（图4）中，有机半导体层14由非含金属材料形成，然而，有机半导体层14在蚀刻时不能用作一种蚀刻阻止器。因此，有机半导体层14类似于有机导电层9易于被蚀刻；换句话说，不能获得选择比，使得不能控制蚀刻处理的过程。在这种情况下，即使试图只蚀刻有机导电层9，蚀刻处理会过度进行，有机半导体层14也会被蚀刻，从而导致电流路径P1变窄。因此，尽管通过有机导电层5和6提高了有机半导体层14与每个源电极7和漏电极8之间的电荷注入效率，但是由于电流路径P1的收缩（变窄），有机TFT的性能将降低。

另一方面，在本实施方式中（图1），有机半导体层4由含金属材料形成，用作蚀刻阻止器的有机半导体层4提供选择比，所以可通过利用选择比来控制蚀刻处理的进行程度。在这种情况下，只有有机导电层9被蚀刻，而有机半导体层4被轻微蚀刻，使得基本完整地保留下来；因此，由于确保了电流路径P1，所以通过有机导电层5和6提高了电荷注入效率，并维持了有机TFT的性能。因此，可同时获得提高的电荷注入效率和可靠的电流路径P1。

<3.修改例>

在图1中，有机TFT简单地设置有与有机导电层5和6相邻的并且由含金属层形成的有机半导体层4。然而，也可采用其它构造。例如，可采用一种在栅极绝缘层3和有机半导体层4之间设置有至少一个附加有机半导体层的构造。

如上所述，有机半导体层4必须由含金属材料形成以用作蚀刻阻止器。另一方面，附加有机半导体层不需用作蚀刻阻止器；因此，附加有机半导体层可由含金属材料或非含金属材料形成。用于形成附加有机半导体层（含金属材料或非含金属材料）的材料可以类似于用于形成有机半导体层4和有机导电层5和6的材料。

具体地，例如，如图5所示，有机TFT可含有附加有机半导体层11。例如，形成附加有机半导体层11的材料为非含金属材料，具体实例为迫呫吨并呫吨化合物，诸如2,9-二萘-迫呫吨并呫吨。此外，用于形成有机半导体层4的材料例如为含金属材料，如TES-蒽并二噻吩。有机半导体层4和附加有机半导体层11的厚度没有特别限制，例如，可以分别为20nm或30nm。同样，在这种情况下，可获得与在不设置附加有机半导体层的情况（图1）下相同的操作和效果。当然，附加有机半导体层（S）的数量不限于一个，而可以为两个以上。

顺便提及，在形成附加有机半导体层11的材料为含金属材料的情况下，形成有机半导体层4的材料和形成附加有机半导体层11的材料可以彼此相同或不同。这些层的厚度也可以相同或不同。然而，在这里必须指出，为了实现由非含金属材料形成的附加有机半导体层11而不是由含金属材料形成的有机半导体层4用于形成主要电流路径P1的结构，优选地设置有机半导体层4的厚度小于附加有机半导体层11的厚度。这是因为为确保电流路径P1，附加有机半导体层11的厚度应足够大，但另一方面，有机半导体层4的厚度仅需足够用作一种蚀刻阻止器。

另外，当图1中的有机TFT为顶部接触底栅类型时，有机TFT可以为顶部接触顶栅型，如图6所示。例如，在该有机TFT中，有机半导体层4、有机导电层5和6、源电极7和漏电极8、栅级绝缘层3、和栅极2在支撑基体1中顺次地堆叠。如上所述，该有机TFT的详细构造和制造方法与本实施方式中的构造和制造方法相同，只是结构部件所堆叠的顺序不同。同样，在这种情况下，可获得与顶部接触底栅型（图1）情况下的操作相同的操作，并因此，可获得与顶部接触底栅型（图1）情况下的效果相同的效果。

<4.薄膜晶体管的应用例（电子装置）>

现在，下文将描述作为薄膜晶体管的上述有机TFT的应用例。例如，如下所述，有机TFT适用于多种电子装置。

<4-1.液晶显示器>

有机TFT例如应用于液晶显示器。图7和图8分别示出了液晶显示器的截面构造和电路构造。下面描述的设备构造（图7）和电路构造（图8）仅为实例，并因此，根据需要，可修改这些构造。

此处描述的液晶显示器例如为利用有机TFT的有源矩阵驱动系统的透射型液晶显示器，其中，有机TFT被用作开关元件（像素选择）。如图7所示，液晶显示器包括密封地夹在驱动基板20和对向基板（countersubstrate）30之间的液晶层41。

驱动基体20例如具有有机TFT 22、平坦化绝缘层23和像素电极24顺次地堆叠在支撑基板21的表面上，其中，有机TFT 22和像素电极24以矩阵模式配置。此处应当注意，包含在一个像素中的一个有机TFT或多个TFT 22的数量可以为一个或可以为两个以上。图7和图8示出了在每个像素中均包含一个有机TFT 22的示例性情况。

支撑基板21例如由诸如玻璃或塑料材料的透光材料形成，并且有机TFT 22的构造与上述有机TFT相同的构造相同。塑料材料的种类例如与结合以上有机TFT描述的种类相同，这同样应用于下面的描述。例如，平坦化绝缘层23由诸如聚酰亚胺的绝缘树脂材料形成。像素电极24例如由诸如ITO的光透射导电材料形成。顺便提及，像素电极24通过在平坦化绝缘层23中设置的接触孔（未显示）均连接到有机TFT 22。

例如，对向基板30是具有形成在支撑基板21的整个表面区域上的对向电极32的基板。支撑基板21例如由诸如玻璃或塑料材料的光透射材料形成。对向电极32例如由诸如ITO的光透射导电材料形成。

驱动基板20和对向基板30被布置为像素电极24和对向电极32彼此面对，液晶层41位于其间，并且这些基板通过密封材料40而彼此粘合。包含在液晶层41中的液晶分子的种类可以任意选择。

除了上述结构组件，液晶显示器可以包括其他结构组件，诸如相板、偏振板、配向膜和背光单元（均未示出）。

针对图8所示的实例，用于驱动液晶显示器的电路包括电容器45，连同有机TFT 22和液晶显示元件44（每个元件均包括像素电极24、对向电极32和液晶显示层41）。在该电路中，多条信号线42以行方向配置，而多条扫描线43以列方向配置；此外，有机TFT 22、液晶显示元件44和电容器45被配置在信号线42和扫描线43相交的每一位置处。有机TFT22中的源电极、栅极和漏电极所连接的部分并不限于以图8所示的模式的部分，并且可被任意修改。信号线42和扫描线43分别连接至信号线驱动电路（数据驱动器）和扫描线驱动电路（扫描驱动），这些并未示出。

在液晶显示器中，当液晶显示元件44通过有机TFT 22选择时并且当电场施加在选择的显示元件的像素电极24和对向电极32之间时，液晶显示层41中的液晶分子的配向状态根据电场强度而改变。因此，根据液晶分子的配向状态，控制光被透射的量（透射率）。以这种方式，显示灰度图像。

根据这种液晶显示器，其中，有机TFT 22与上述有机TFT具有相同的构造，可同时获得有机半导体层与源电极和漏电极之间的提高的电荷注入效率以及有机TFTs 22的良好性能。因此，可提高显示性能。顺便提及，液晶显示器可以不必为透射型，而可以为反射型。

<4-2.有机EL显示器>

有机TFT例如应用于有机EL显示器。图9和图10分别示出了有机EL显示器的截面构造和电路结构。下面描述的设备构造（图9）和电路构造（图10）仅仅是实例，因此，根据需要可以修改这些构造。

例如，这里将要描述的有机EL显示器为有源矩阵驱动系统的有机EL显示器，其中，有机TET被用作开关元件。例如，有机EL显示器包括通过粘附层70相互粘附的驱动基板50和对向基板60，并且例如为通过对向基板60发射光的顶部发射型。

驱动基板50例如具有有机TFT 52、保护层53、平坦化绝缘层54、像素分离绝缘层55、像素电极56、有机层57、对向电极58和保护层59顺次地堆叠在支撑基板51上。有机TFT 52、像素电极56和有机层57以矩阵模式配置。这里应当指出，一个像素中的有机TFT或TFTs 52的数量可以为一个或可以两个以上。图9和图10示出了在每个像素中含有两个有机TFT 52（一个选择TFT 52A和一个驱动TFT 52B）的典型实例。

支撑基板51例如由玻璃或塑料材料等形成。因为光通过对向基板60以顶部发射类型进行发射，支撑基板51可以由光透射材料或非光透射材料形成。有机TFT 52与上述有机TFT具有相同的构造。保护层53例如由诸如PVA或聚对二甲苯的聚合材料形成。平坦化绝缘层54和像素分离绝缘层55例如由诸如聚酰亚胺的绝缘树脂材料形成。像素分离绝缘层55优选地可通过光图案或回流等来塑造的感光树脂材料形成，其目的是例如简化层的形成并使层形成为所期望的形状。顺便提及，如果保护层53可提供足够高的平坦性，则可省略平坦化绝缘层54。

像素电极56例如由诸如铝、银、钛或铬的反射材料形成。对向电极58例如由诸如ITO或IZO的光透射导电材料形成。这里应注意，对向电极58可由诸如钙（Ca）的光透射金属材料或诸如PEDOT的光透射有机导电材料形成。有机层57例如包括可产生红色、绿色或蓝色或其它颜色的光的发光层；如果必要的话，有机层57可具有包括空穴传输层和电子传输层等的堆叠结构。形成发光层的材料根据光要产生的颜色可任意选择。像素电极56和有机层57以矩阵模式配置，同时通过像素分离绝缘层55分离。另一方面，对向电极58连续延伸以遍及每个像素，同时通过有机层57面对像素电极56。保护层59例如由光透射电介质材料（如氧化硅、氧化铝、氮化硅、聚对二甲苯或聚氨酯）形成。顺便提及，像素电极56均通过设置在保护层53和平坦化绝缘层54中的接触孔（未示出）而连接至有机TFT 52。

对向电极60例如具有设置在支撑基板61的表面上的滤色片62。例如，支撑基板61由光透射材料（如玻璃或塑料材料）形成。滤色片62具有与在有机层57中生成的光的颜色相对应的多个颜色区域。然而，这里必须注意，可省略滤色片62。

粘合层70由诸如热固树脂的粘合剂形成。

如图10所示的实例，用于驱动有机EL显示器的电路包括电容器74，连同有机TFT 52（选择TFT 52A和驱动TFT 52B）和有机EL显示元件73（每个元件部均包括像素电极56、有机层57和对向电极58）。在该电路中，有机TFT 52、有机EL显示元件73和电容器74被配置在多条信号线71和多条扫描线72相交的每个位置处。在每个选择TFT 52A和驱动TFT 52B中的源电极、栅电极和漏电极所连接的部分不限于图10中所示的模式，并且可任意地修改。

例如，当有机EL显示元件73被在该有机EL显示器中的选择TFT52A选择时，有机EL显示元件73由驱动TFT 52B驱动。结果，电场施加在像素电极56和对向电极58之间，其中，在有机层57中产生光。例如，在这种情况下，在三个彼此相邻地配置的有机EL显示元件73中分别产生红色光、绿色光和蓝色光。这些光合成的复合光通过对向基板60发射至外部。以此方式，显示灰度图像。

根据该有机EL显示器，其中，有机TFT 52与上述有机TFT具有相同的构造，可以在与上述液晶显示器的情况相同的方式来增强该显示性能。

顺便提及，有机EL显示器不限于顶部发射类型。有机EL显示器可以为底部发射类型，其中，光通过驱动基板50发射，或可以为双重发射类型，其中，光通过驱动基板50和对向基板60发射。在这种情况下，像素电极56和对向电极58中，发光侧的电极由光透射材料形成，而位于光未发光侧的电极由反光材料形成。

<4-3.电子纸显示器>

有机TFT例如被应用于电子纸显示器。图11示出了电子纸显示器的截面图。下面描述的设备构造（图11）和将要描述的参考图8的电路设备仅为实例，因此，这些构造可根据需要进行修改。

例如，这里要描述的电子纸显示器为有源矩阵驱动系统电子纸显示器，其中，有机TFT被用作开关元件。例如，电子纸显示器例如具有驱动基板80和包括电泳元件93的对向基板90通过粘合层100而彼此粘附的结构。

例如，驱动基板80例如具有有机TFT 82、保护层83、平坦化绝缘层84和像素电极85顺次地堆叠在支撑基板81的表面上的构造，其中，有机TFT 82和像素电极85以矩阵模式配置。例如，支撑基板81由玻璃和塑料材料等形成，并且有机TFT 82与上述有机TFT具有相同的构造。例如，保护层83和平坦化绝缘层84均由诸如聚酰亚胺的绝缘树脂材料形成。像素电极85例如由诸如银的金属材料形成。顺便提及，像素电极85通过设置在保护层83和平坦化绝缘层84上的接触孔（未示出）均连接至有机TFT 82。如果保护层83提供了足够大的平坦度，则可省略平坦化绝缘层84。

对向基板90例如具有对向电极92和电泳元件93顺次地堆叠在支撑基板91的表面上，其中，对向电极92形成在整个表面区域上。例如，支撑基体91由诸如玻璃或塑料材料的光透射材料形成。例如，对向电极92由诸如ITO的光透射导电材料形成。电泳元件93是通过利用电泳现象产生对比度的元件，并且其构造是任意的。

除了上述结构组件，电子纸显示器可以包括诸如滤色片（未示出）的其它结构组件。

例如，驱动电子纸显示器的电路与图8所示的用于液晶显示器的电路具有类似的构造。电子纸显示器的电路包括有机TFT 82和电子纸显示器元件（每个元件部分均包括像素电极85，对向电极92和电泳元件93），分别代替有机TFT 22和液晶显示元件44。

在这种电子纸显示器中，当电子纸显示器元件被有机TFT 82选择并且电场施加在选择的显示器件的像素电极85和对向电极92之间时，根据电场在电泳元件93中产生对比度。以这种方式，显示灰度图像。

根据该电子纸显示器，有机TFT 82与上述有机TFT具有相同的构造，并且可与上述液晶显示器的情况相同的方式增强显示性能。

尽管通过说明上述实施方式已经描述了本技术，但本技术并不仅限于实施方式，可进行各种修改。例如，应用根据本技术实施方式的薄膜晶体管的电子装置并不限于液晶显示器、有机EL显示器和电子纸显示器，而可以是其它显示器。其它显示器的实例包括MEMS（微机电系统）显示单元（MEMS显示器）。同时，在这种情况下，显示性能可以得到提高。

此外，根据本技术实施方式所述的薄膜晶体管可应用于其它电子装置而不是显示器。其它电子装置的实例包括传感器矩阵、内存传感器、RFID（射频识别）标签和传感器阵列。而且，在这种情况下，可获得增强的性能。

本申请包含于2011年6月13日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP2011-131103所涉及的主题，其全部内容结合于此作为参考。

Claims

1.一种薄膜晶体管，包括：

有机半导体层，由含有能与蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素中的至少一个的含金属材料形成；

彼此间隔开的源电极和漏电极；以及

有机导电层，介于所述有机半导体层与所述源电极和漏电极之间的所述有机半导体层与所述源电极和所述漏电极重叠的区域中，并且由不含能与所述蚀刻气体反应的金属元素和半金属元素中的至少一个的非含金属材料形成。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述蚀刻气体包含从氧气（O₂）和卤素中选择的至少一种活性气体；以及

所述金属元素和所述半金属元素为选自由下列元素组成的组中的至少一种元素：铍（Be）、镁（Mg）、铝（Al）、钙（Ca）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（Va）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、镓（Ga）、锶（Sr）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铟（In）、锡（Sn）、钡（Ba）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、汞（Hg）、铊（TI）、铅（Pb）、铋（Bi）、钋（Po）、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、砷（As）、锑（Sb）以及碲（Te）。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述含金属材料为具有含所述金属元素和所述半金属元素中的至少一个的基团的有机半导体材料；以及

所述非含金属材料为不含所述金属元素和所述半金属元素中的至少一个的有机导电材料和有机半导体材料之一。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，

所述蚀刻气体含有氧气；

所述含金属材料含有硅（Si）作为组成元素；以及

所述非含金属材料不含硅作为组成元素。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述有机导电层为用于提高所述源电极和漏电极与所述有机半导体层之间的电荷注入效率的空穴注入层。

6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述源电极和所述漏电极被设置在所述有机半导体层的上部侧，并且栅电极被设置在所述有机半导体层的下部侧。

7.一种薄膜晶体管的制造方法，包括：

利用含有能与蚀刻气体反应的金属元素或半金属元素中的至少一个的含金属材料形成有机半导体层；

利用不含能与所述蚀刻气体反应的金属元素或半金属元素中的至少一个的非含金属材料在所述有机半导体层上形成有机导电层；

在所述有机导电层上形成彼此间隔开的源电极和漏电极；以及

利用所述蚀刻气体通过将所述源电极和所述漏电极作为掩膜蚀刻所述有机导电层。

8.一种使用薄膜晶体管的电子装置，所述薄膜晶体管包括：

有机半导体层，由含能与蚀刻气体反应的金属材料和半金属材料中的至少一个的含金属材料形成；

彼此间隔开的源电极和漏电极；以及

有机导电层，介于所述有机半导体层与所述源电极和漏电极之间的所述有机半导体层与所述源电极和所述漏电极重叠的区域中；并且由不含能与所述蚀刻气体反应的金属材料或半金属材料中的至少一个的非含金属材料形成。