CN1855569A - 有机半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种有机半导体装置及其制造方法，该有机半导体装置是兼具作为有机薄膜晶体管和作为发光元件的功能的纵型的有机半导体装置，其中在以有机导电膜形成其栅极时，作为有机薄膜晶体管或者作为发光元件都可以控制其电特性。本发明的技术方案的要点是：形成一种纵型的有机半导体装置，在该有机半导体装置中，在用作有机薄膜晶体管的源极、漏极并用作发光元件的阳极、阴极的一对电极之间插有有机半导体膜；有机半导体膜之间插有用作栅极的被薄膜化了的有机导电膜；而且，有机导电膜的一部分电连接于辅助电极，以提供一种作为有机薄膜晶体管或者作为发光元件都可以控制其电特性的有机半导体装置。

Description

有机半导体装置
技术领域
本发明涉及纵型的有机半导体装置。本发明特别涉及具有作为有机薄膜晶体管及作为发光元件的功能的复合型有机半导体装置。
背景技术
有机薄膜晶体管是通过使用有机半导体膜作为活性层来形成的驱动元件，可以通过使用有机半导体材料来实现轻量化。因此，有机薄膜晶体管被期待应用于下一代便携用电子设备和大屏显示器等。
此外，因为纵型结构的有机薄膜晶体管具有使电流沿活性层的垂直方向流过的结构，所以是控制沿膜厚方向的电流，因而容易使沟道长度减短。因此，即使使用高电阻、低迁移率的有机半导体膜，也可以实现高电流密度和高工作速度。
注意，作为纵型结构的有机薄膜晶体管，在被一对电极夹持的有机半导体层之间夹持网眼状的栅极的结构是被众所周知的，至于其材料，除了金属材料以外，导电性高分子量材料等被使用(例如，参照专利文件1)。
然而，存在着如下问题：在使用金属材料形成栅极时，难以实现为使元件特性稳定的形状的最优化；在使用导电性高分子量材料等的有机导电膜时，不能充分地控制电特性。
再者，在有机薄膜晶体管的有机半导体层发光的复合型有机半导体装置中也存在着不能充分地控制发光亮度和量子效率的问题。
专利文件1专利申请公开2004-128028号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种有机半导体装置及其制造方法，该有机半导体装置是兼备有机薄膜晶体管和发光元件的功能的复合型的纵型有机半导体装置，其中在以有机导电膜形成其栅极时，作为有机薄膜晶体管或者作为发光元件都可以控制其电特性。
在本发明中，为了解决上述问题而形成一种纵型的有机半导体装置，其中，用作有机薄膜晶体管的源极、漏极并用作发光元件的阳极、阴极的一对电极之间插有有机半导体膜；再者，有机半导体膜之间插有用作栅极的被薄膜化了的有机导电膜；有机导电膜的一部分电连接于辅助电极。注意，纵型的有机半导体装置相当于作为有机薄膜晶体管或者作为发光元件都可以控制其电特性的有机半导体装置。
注意，在用作发光元件时，有必要将发光性的材料用于有机半导体膜的一部分或全部。
注意，本发明的结构是一种有机半导体装置，它至少包括：第一电极；与所述第一电极接触而形成的第一有机半导体膜；与所述第一有机半导体膜接触而形成的第二有机半导体膜；与所述第二有机半导体膜接触而形成的有机导电膜；与所述有机导电膜接触而形成的第二电极及第三有机半导体膜；与所述第三有机半导体膜接触而形成的第三电极，其中所述第二电极形成在不与所述第一电极及第三电极重叠的位置；所述第三电极形成在与所述第一电极重叠的位置。
在上述结构中，所述有机导电膜的膜厚为10nm或更多至30nm或更少。注意，有机导电膜以导电性高于有机半导体膜(第一有机半导体膜、第二有机半导体膜、以及第三有机半导体膜包括在内)的材料形成。此外，有机导电膜是为了引起与第二有机半导体层及第三有机半导体层的界面的能带弯曲(band bending)而形成的，因此，有必要使有机导电膜具有能实现该能带弯曲的膜厚。注意，随着有机导电膜的膜厚的增加，在施加电压时施加到界面的电压变小，因此，弯曲能带的效应变小，而不能获得足以作为电极的功能。
此外，双极性的有机化合物可以用于所述第二有机半导体膜及第三有机半导体膜，再者，掺杂物包含在上述膜的单方或双方之内。
此外，作为掺杂物，可以使用1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯(简称TPB)、二萘嵌苯、香豆素6、红荧烯、4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(p-二甲胺基-苯乙烯基)-4H-吡喃(简称DCM1)等。
此外，在上述结构中，所述有机导电膜的一部分形成在所述第二有机半导体膜的凹部分。
此外，本发明的有机半导体装置可以通过从所述有机导电膜施加的电压来控制在所述第一电极和第三电极之间的电流量的增减。
再者，本发明的有机半导体装置可以通过从所述有机导电膜施加的电压来控制在所述第二有机半导体层或所述第三有机半导体层中的发光亮度的增减。
再者，本发明的结构是上述有机半导体装置的制造方法，它包括如下步骤：在衬底上形成第一电极；在所述第一电极上涂敷第一溶液以形成第一有机半导体膜；在所述第一有机半导体膜上涂敷第二溶液，并在氮气氛中以60℃或更多至80℃或更小使第二溶液干燥以形成第二有机半导体膜；为了改变所述第二有机半导体膜的表面状态而在所述第二有机半导体膜上涂敷第三溶液；在所述第二有机半导体膜上涂敷第四溶液，并在氮气氛中以60℃或更多至80℃或更小使第四溶液干燥以形成有机导电膜；在所述有机导电膜上涂敷第五溶液，并在氮气氛中以60℃或更多至80℃或更小使第五溶液干燥以形成第三有机半导体膜；除去所述第三有机半导体膜的一部分；在露出的所述有机导电膜上的一部分且不与所述第一电极重叠的位置形成第二电极；在所述第三有机半导体膜上且与所述第一电极重叠的位置形成第三电极。
注意，在上述结构中，所述第二溶液和所述第五溶液包含同一有机化合物。更有选的是所述第二溶液和所述第五溶液包含聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基](＝poly[2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-1，4-phenylenevinylene]，简称MEH-PPV)，而所述第四溶液包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(＝poly(3，4-ethylenedioxythiophene，简称PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(＝polystylene sulfonate，简称PSS)。
此外，在本发明的有机半导体装置的制造中，所述第一溶液、所述第二溶液、所述第三溶液、所述第四溶液及所述第五溶液通过液滴喷出法、喷墨法、旋涂法及浸渍法中的任一方法来涂敷。
通过实施本发明而可以制造一种兼备有机薄膜晶体管和发光元件的功能的复合型的有机半导体装置，该有机半导体装置是具有在一对电极之间只插有有机材料的结构的纵型的有机半导体装置。注意，本发明的有机半导体装置作为有机薄膜晶体管或者作为发光元件都可以充分地控制其电特性。
附图说明
图1是说明纵型结构的有机薄膜元件的元件结构的图；
图2A至2D是说明纵型结构的有机薄膜元件的制造方法的图；
图3A至3D是说明纵型结构的有机薄膜元件的制造方法的图；
图4A至4F是表示实施例1的有机薄膜的AFM照片的图；
图5A至5C是表示纵型结构的有机薄膜元件的电特性数据的图；以及
图6A至6C是表示纵型结构的有机薄膜元件的电特性数据的图。
本发明的选择图为图1
具体实施方式
下面，将参照附图等详细描述本发明的一个方式。但是，本发明可以通过多种不同的方式来实施，本领域人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式，而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在实施方式所记载的内容中。
实施方式1
在本实施方式1将参照图1描述本发明的有机半导体装置中的纵型结构的有机薄膜元件的结构。
注意，下面将描述的纵型结构的有机薄膜元件不仅具有作为有机薄膜晶体管的功能，而且还具有作为发光元件的功能。换言之，在有机薄膜晶体管的源极和漏极之间形成有发光的有机半导体膜，再者，形成在有机半导体膜之间的有机导电膜用作有机薄膜晶体管的栅极。
如图1所示，第一电极102形成在衬底101上。注意，第一电极102形成在衬底101上的一部分，在本实施方式1中，用作纵型结构的有机薄膜元件的漏极还用作发光元件的阳极。
衬底101可以由玻璃、石英、透光塑料等形成。此外，导电性的材料可以用于第一电极102，但是在第一电极102用作发光元件的阳极时，优选使用功函数大(功函数4.0eV或更多)的金属、合金及层叠该金属或合金和导电性的材料而形成的膜。注意，作为阳极材料的具体例子，可以使用ITO(氧化铟锡，indium tin oxide)等。
第一有机半导体膜103形成在第一电极102和衬底101上，第一有机半导体膜103具有提高来自第一电极102的空穴的注入性的功能。具体使用聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(简称PEDOT)或聚苯胺(PANI)和作为受主材料的樟脑磺酸(CSA)或聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物等形成第一有机半导体膜103。注意，第一有机半导体膜103的膜厚优选为10nm或更多至30nm或更小。
第二有机半导体膜104形成在第一有机半导体膜103上。第二有机半导体膜104用作纵型结构的有机薄膜元件中的沟道区域。注意，使用双极性的材料或具有空穴输运功能的空穴输运性材料形成第二有机半导体膜104。
此外，当这些材料是发光性材料(例如，聚对亚苯基亚乙烯基衍生物、聚芴衍生物、聚噻吩衍生物等)或是包含掺杂物(例如，1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯(简称TPD)、二萘嵌苯、香豆素6、红荧烯、DCM1等)的材料时，第二有机半导体膜104也用作纵型结构的有机薄膜元件中的发光区域。
作为形成第二有机半导体膜104的材料，可以使用聚对亚苯基亚乙烯基衍生物、聚芴衍生物、聚噻吩衍生物等。注意，第二有机半导体膜104的膜厚优选为50nm或更多至80nm或更小。
有机导电膜105形成在第二有机半导体膜104上。有机导电膜105用作纵型结构的有机薄膜元件中的栅极。注意，有机导电膜105的膜厚为1nm或更多至30nm或更小，与其他膜相比，其膜厚更薄。此外，有机导电膜105是部分连续或不连续的网眼状的膜，这是因为第二有机半导体膜104的膜表面存在着凹部分。
第三有机半导体膜106形成在有机导电膜105上。第三有机半导体膜106用作如图1所示的纵型结构的有机薄膜元件中的沟道区域。注意，使用双极性的材料或具有电子输运功能的电子输运性材料形成第三有机半导体膜106。此外，当这些材料是发光性材料或是包含掺杂物的材料时，第三有机半导体膜106也用作纵型结构的有机薄膜元件中的发光区域。
注意，关于形成第三有机半导体膜106的材料及使用的掺杂物，可以使用与第二有机半导体膜104相同的材料。此外，第三有机半导体膜106的膜厚优选为50nm或更多至80nm或更小。
此外，第二电极107形成在有机导电膜105上的没形成有第三有机半导体膜106的部分。注意，第二电极107形成在不与第一电极102重叠的位置，并用作有机导电膜105的辅助电极。
作为形成第二电极107的材料，可以使用导电性的材料(例如，Al、PEDOT:PSS等)。注意，第二电极107的膜厚优选为50nm或更多至100nm或更小。
此外，第三电极108形成在第三有机半导体膜106上的与第一电极102重叠的位置。在本实施方式1中，第三电极108用作纵型结构的有机薄膜元件中的源极并还兼用作发光元件的阴极。因此，除了导电性的材料(Al、Ta等)以外，还优选使用功函数小(功函数3.8eV或更小)的金属、其合金及层叠该金属或合金和导电性的材料而形成的膜，来形成第三电极108。
注意，作为功函数小的金属和其合金的具体例子，可以举出属于元素周期表的1族或2族的元素，即Li、Cs等的碱金属及Mg、Ca、Sr等的碱土金属、以及包含这些的合金(Mg:Ag、Al:Li)等。
本发明的纵型结构的有机薄膜元件可以通过从第二电极107和有机导电膜105施加的电压来控制流过第一电极102和第三电极108之间的电流量的增减。再者，在发光性材料用于第二有机半导体膜104和第三有机半导体膜106中的任何一个或双方时，可以通过从第二电极107和有机导电膜105施加的电压来控制包含这些的有机半导体膜中的发光亮度的增减。
实施方式2
在本实施方式2将参照图2A至2D和图3A至3D描述本发明的有机半导体装置中的纵型的有机薄膜元件的制造方法。
首先，在衬底201上形成第一导电层202。注意，第一导电膜202可以使用真空沉积法、溅射法等来形成。此外，优选以100nm或更多至200nm或更小的膜厚形成第一导电层202(图2A)。
注意，在本实施方式2中，第一导电层202用作有机薄膜晶体管的漏极并还兼用作发光元件的阳极。因此，作为第一导电层202的材料，除了导电性材料以外，还优选使用功函数大(功函数4.0eV或更多)的金属、合金及层叠该金属或合金和导电性的材料而形成的叠层(例如，ITO(氧化铟锡))等。
其次，蚀刻而除去第一导电层202的一部分，以形成第一电极203。对于在此的蚀刻，只要使用可以蚀刻形成第一导电层202的材料的材料(例如，王水等)即可。
其次，在衬底201和第一电极203上形成第一有机半导体膜204(图2B)。在此，第一有机半导体膜204的膜厚优选为10nm或更多至30nm或更小。注意，作为形成方法，可以使用诸如旋涂法、喷墨法、液滴喷出法、浸渍法等的涂敷法。此外，在本实施方式2中，使用包含具有空穴注入性的材料的溶液形成第一有机半导体膜204。作为具有空穴注入性的材料，例如可以使用PEDOT等。注意，有必要在涂敷包含具有空穴注入性的材料的溶液之后，以180℃或更多至200℃或更小进行5至10分钟的干燥。
其次，在第一有机半导体膜204上形成第二有机半导体膜205(图2C)。在此，第二有机半导体膜205的膜厚优选为50nm或更多至80nm或更小。注意，与第一有机半导体膜204一样，使用涂敷法形成第二有机半导体膜205。在本实施方式2中，通过涂敷包含具有双极性或空穴输运性的材料的溶液来形成第二有机半导体膜205。
作为具有双极性或空穴输运性的材料，例如，除了聚(对亚苯基亚乙烯基)的衍生物以外，还可以使用聚对亚苯基的衍生物、聚噻吩的衍生物、聚芴的衍生物等。上述聚(对亚苯基亚乙烯基)的衍生物是聚(2，5-二烷氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)(简称RO-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2，-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基](简称MEH-PPV)、聚(2-二烷氧基苯基-1，4-亚苯基亚乙烯基](简称ROPh-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-(1-氰基亚乙烯基)亚苯基亚乙烯基](简称CN-PPV)、聚(2，5-二己氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)。上述聚对亚苯基的衍生物是聚(2，5-二烷氧基-1，4-亚苯基)(简称RO-PPP)、聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-(1-氰基亚乙烯基)亚苯基](简称CN-PPP)、聚(2，5-二己氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)。上述聚噻吩的衍生物是聚(3-烷基噻吩)(简称PAT)、聚(3-己基噻吩)(简称PHT)、聚(亚噻吩基亚乙烯基)(简称PTV)、聚(3-环己基噻吩)(简称PCHT)、聚(3-环己基-4-甲基噻吩)(简称PCHMT)、聚(3，4-二环己基噻吩)(简称PDCHT)、聚[3-(4-辛基苯基)-噻吩](简称POPT)、聚(3-(4-辛基苯基)-2，2-二噻吩)(简称PTOPT)、聚(3-(2，5-辛基二苯基)-噻吩)(简称PDOPT)。上述聚芴的衍生物是聚(9，9-二烷基芴)(简称PDAF)、聚(9，9-二辛基芴)(简称PDOF)、聚[9，9-二(乙基己基)芴](简称PF2/6)、聚(9，9-二辛基芴-二噻吩)(简称F8T2)。
注意，有必要在涂敷具有双极性或空穴输运性的材料之后，以60℃或更多至80℃或更小进行2.5至3个小时的干燥。
其次，在第二有机半导体膜205上涂敷第一溶液206(图2D)。可以通过涂敷第一溶液206来改变第二有机半导体膜205的表面状态。因而，作为第一溶液206，使用己烷、庚烷等。
其次，在第二有机半导体膜205上形成有机导电膜207(图3A)。在此，有机导电膜207的膜厚优选为1nm或更多至30nm或更小，更优选为10nm或更多至30nm或更小。注意，与第一有机半导体膜204一样，使用涂敷法形成有机导电膜207。在本实施方式2中，涂敷包含导电性高分子量材料的溶液，以形成有机导电膜207。作为导电性高分子量材料，例如可以使用PEDOT∶PSS等。
注意，只要在涂敷包含导电性高分子量材料的溶液之后，以60℃或更多至80℃或更小进行1个小时的干燥即可。
其次，在有机导电膜207上形成第三有机半导体膜208(图3B)。在此，第三有机半导体膜208的膜厚优选为50nm或更多至80nm或更小。注意，与第一有机半导体膜204一样，使用涂敷法形成第三有机半导体膜208。在本实施方式2中，涂敷包含具有双极性或电子输运性的材料的溶液，以形成第三有机半导体膜208。作为具有双极性或电子输运性的材料，可以使用与上述形成第二有机半导体膜的材料相同的材料。
注意，只要在涂敷包含具有双极性或电子输运性的材料的溶液之后，以60℃或更多至80℃或更小进行1个小时的干燥即可。
其次，蚀刻而除去第三有机半导体膜208的一部分(图3C)。注意，在此除去的是第三有机半导体膜208中的不与第一电极203重叠的部分。只要使用可以蚀刻形成第三有机半导体膜208的材料的材料(例如，甲苯等)来蚀刻即可。
其次，在通过蚀刻而露出的有机导电膜207上使用掩模形成第二电极209(图3D)。第二电极209电连接于有机导电膜207，用作辅助电极。在此，第二电极209的膜厚优选为50nm或更多至100nm或更小。
注意，可以使用真空沉积法、溅射法等形成第二电极209。
再者，在第三有机半导体膜208上且与第一电极203重叠的位置形成第三电极210。在此，第三电极210的膜厚优选为50nm或更多至200nm或更小。注意，与第二电极209一样，可以使用真空沉积法、溅射法等形成第三电极210。
在本实施方式2中，第三电极210用作有机薄膜晶体管的源极并还兼用作发光元件的阴极。因此，作为第三电极210的材料，除了导电性材料(例如，Al、Ti、Ta等)以外，还优选使用功函数小(功函数3.5eV或更小)的金属(Ca、Sr、Ba等)、合金、以及层叠该金属或合金和导电性的材料而形成的膜。此外，作为形成第二电极209的材料的具体例子，可以举出诸如Al、Ti、Ta等的导电性材料。
这样，可以形成纵型的有机薄膜元件。
实施例1
本实施例将说明根据实施方式2所描述的制造方法制造的纵型的有机薄膜元件。
在本实施例中，通过真空沉积法在玻璃衬底上形成由ITO(氧化铟锡)构成的膜作为导电膜，其膜厚为110nm，然后，使用丙酮对于导电膜的表面进行超声波清洗，并且使用2-丙醇进行煮沸清洗之后，由王水蚀刻导电膜的一部分。就这样，形成第一电极。蚀刻后，使用丙酮进行超声波清洗，并且使用2-丙醇进行煮沸清洗之后，进行紫外线臭氧清洗。
注意，在本实施例中，第一电极是这样一种电极：在将有机薄膜元件当作有机薄膜晶体管时，其被用作漏极，并在将有机薄膜元件当作发光元件时，其被用作阳极。
其次，在玻璃衬底和第一电极上通过旋涂法涂敷聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(＝poly(3，4-ethylenedioxythiophene，简称PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合溶液与2-丙醇的混合溶液((PEDOT∶PSS)∶2-丙醇＝1∶3)，然后，在大气中以200℃进行10分钟的干燥。根据上述步骤，形成具有空穴注入性的第一有机半导体膜。注意，在本实施例中，第一有机半导体膜的膜厚为30nm。
其次，使用旋涂法涂敷通过将1重量％的聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基](＝poly[2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-1，4-phenylenevinylene](简称MEH-PPV))溶到甲苯中而制成的MEH-PPV溶液，然后，在氮气氛中以60℃或更多至70℃或更小进行2.5小时的干燥。根据上述步骤，形成具有双极性的第二有机半导体膜。注意，在本实施例中，第二有机半导体膜的膜厚为50nm或更多至80nm或更小。
图4A和4B是表示使用原子力显微镜(AFM：Atomic ForceMicroscope)观察到的第二有机半导体膜的表面的照片。此外，测量了第二有机半导体膜表面的均方根粗糙度(RMS：Root MeanSquare)，其结果为3.60nm。从该结果来看，可以看出第二有机半导体膜的表面上存在着很多凹凸。
其次，在第二有机半导体膜上通过旋涂法涂敷己烷。图4C和4D是涂敷己烷之后的AFM的表面照片。此外，测量了第二有机半导体膜表面的均方根粗糙度(RMS)，其结果为2.90nm。因而，可以确认到第二有机半导体膜的表面状态通过涂敷己烷而被改变了。
再者，通过旋涂法涂敷PEDOT∶PSS混合溶液、己烷和2-丙醇的混合溶液。注意，在此使用的混合溶液是己烷和2-丙醇的混合溶液(混合比为己烷∶2-丙醇＝1∶10)与PEDOT∶PSS混合溶液以3∶1的混合比而混合的溶液。
涂敷后，在氮气氛中以70℃进行1个小时的干燥。根据上述步骤，可以形成具有导电性并用作有机薄膜元件的栅极的有机导电膜。注意，在本实施例中，有机导电膜的膜厚为20nm。图4E和4F是AFM的表面照片。从表面照片来看，可以确认到有机导电膜进入已经形成的第二有机半导体膜的缝隙而形成。注意，与其他膜相比，有机导电膜很薄，而且，因为形成在具有凹部的膜表面，所以有机导电膜形成为具有部分不连续的部分的状态(网眼状)。注意，测量了有机导电膜表面的均方根粗糙度(RMS)，其结果为1.45nm。
其次，通过旋涂法涂敷与用于第二有机半导体膜的制造相同的MEH-PPV溶液，然后，在氮气氛中以60℃或更多至80℃或更小进行1个小时的干燥。根据上述步骤，可以形成具有双极性的第三有机半导体膜。注意，在本实施例中，第三有机半导体膜的膜厚为50nm或更多80nm或更小。
其次，蚀刻而除去第三有机半导体膜的一部分(即不与第一电极重叠的位置部分)，以部分露出有机导电膜。注意，在本实施例中，使用甲苯蚀刻有机导电膜的一部分。
在露出的有机导电膜上使用掩模并通过真空沉积法形成第二电极。注意，在本实施例中，使用Al形成膜厚100nm的第二电极。根据上述步骤，可以形成电连接于已经形成的有机导电膜并用作其辅助电极的第二电极。
其次，在第三有机半导体膜上且与第一电极重叠的位置，使用掩模并通过真空沉积法形成第三电极。注意，通过层叠Ca(30nm)和Al(70nm)来形成本实施例的第三电极。在本实施例中，第三电极是这样一种电极；在将有机薄膜元件当作有机薄膜晶体管时被用作源极，并在将有机薄膜元件当作发光元件时被用作阴极。
实施例2
本实施例表示测量纵型的有机薄膜元件的电特性的结果，该纵型的有机薄膜元件具有实施例1所示的元件结构。注意，元件结构及制造方法虽然与实施例1相同，但是采用根据测量条件而具有不同膜厚的有机薄膜元件。
图5A表示具有实施例1所示的元件结构的有机薄膜元件的电压-电流密度特性的测量结果，所述有机薄膜元件具有如下结构：第一电极的膜厚为110nm；第一有机半导体膜的膜厚为30nm；第二有机半导体膜的膜厚为45nm；有机导电膜的膜厚为50nm；第三有机半导体膜的膜厚为50nm；第二电极的膜厚为100nm；第三电极的膜厚为100nm(Al：70nm/Ca：30nm)。注意，在图5A中，以第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电压(Vd)为横轴，而以第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电流密度(Jd)为纵轴。此时，不能确认到随着从有机导电膜施加的电压变化而改变的电特性。
与此相反，在图5B中，可以确认到在图5A的有机薄膜元件中只将有机导电膜的膜厚设定为20nm的情况下的有机薄膜元件的随着从有机导电膜施加的电压的变化而改变的电特性。注意，在图5B中设定横轴和纵轴的方法与图5A相同。此外，图5B还表示出第三电极-第二电极及有机导电膜之间(源极-栅极之间)的电流密度(Jg)。从该数据来看，可以看出流过第三电极-第二电极及有机导电膜之间的电流很微小，并且没影响到第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电流。因此，可以看出只有电场施加到第二电极及有机导电膜(栅极)。
注意，有机导电膜是为了引起与第二有机半导体层及第三有机半导体层的界面的能带弯曲而形成的，因此，如从上述结果也可以看出那样，优选使有机导电膜的膜厚成为能够实现上述能带弯曲的膜厚，即为1nm或更多至30nm或更小，更优选为10nm或更多至30nm或更小。注意，在图5A中，不能改变电特性是因为如下缘故：若有机导电膜的膜厚增加则在电压被施加时影响到界面的电压就变小，因此弯曲能带的效应变小，而不能获得足够作为电极的功能。
再者，如图5C所示那样，在使第二有机半导体膜及第三有机半导体膜的膜厚变厚，即在使第二有机半导体膜的膜厚为60nm，使有机导电膜的膜厚为20nm，使第三有机半导体膜的膜厚为65nm时，可以确认到比图5B的情况更稳定的电特性的变化。在第二有机半导体膜及第三有机半导体膜的膜厚超过45nm时，可以确认到具有整流性的电特性的变化。注意，第二有机半导体膜及第三有机半导体膜的膜厚优选相同。
在第二有机半导体膜及第三有机半导体膜的膜厚超过80nm时，不能确认到电特性的变化。此外，在有机导电膜的膜厚也超过40nm时，不能确认到电特性的变化。
图6A表示具有实施例1所示的元件结构的有机薄膜元件的栅电压和源极-漏极之间的电流密度的关系的测量结果，所述有机薄膜元件具有如下结构：第一电极的膜厚为110nm；第一有机半导体膜的膜厚为30nm；第二有机半导体膜的膜厚为65nm；有机导电膜的膜厚为20nm；第三有机半导体膜的膜厚为60nm；第二电极的膜厚为100nm；第三电极的膜厚为100nm(Al：70nm/Ca：30nm)。注意，在图6A中，以从第二电极及有机导电膜施加的栅电压(Vg)为横轴，而以第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电流密度(Jd)为纵轴。可以确认出通过改变栅电压可以控制漏电流。注意，互导gm＝δ1d/δVg为1.7×10-5S。
此外，图6B表示，相同元件在改变栅电压时，相对于漏电压的从第三有机半导体膜中可以获得的发光亮度的测量结果。注意，在图6B中，以第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电压(Vd)为横轴，而以从第三有机半导体膜中可以获得的发光的发光亮度(cd/m2)为纵轴。与图6A的情况相同，能够确认出可以通过改变栅电压来控制发光亮度。
再者，图6C表示，相同元件在改变栅电压时，相对于源极-漏极之间的电流密度(Jd)的有机薄膜元件的外量子效率的测量结果。注意，在图6C中，以第一电极-第三电极之间(源极-漏极之间)的电流密度(Jd)为横轴，而以外量子效率(％)为纵轴。从该结果可以确认出通过改变栅电压可以控制外量子效率。
从上述结果来看，可以说将有机导电膜用于栅极的纵型结构的有机薄膜元件是兼备作为有机薄膜晶体管及作为发光元件的功能的复合型的有机薄膜元件，因为可以通过施加栅电压来控制在是有机薄膜晶体管时的源极-漏极之间的电流并控制在是发光元件时的亮度和量子效率。
本说明书根据2005年3月25日在日本专利局受理的日本专利申请编号2005-087893而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (31)

1.一种有机半导体装置，它包括：
第一电极；
形成在所述第一电极上的第一有机半导体膜；
形成在所述第一有机半导体膜上的第二有机半导体膜；
形成在所述第二有机半导体膜上的有机导电膜；
形成在所述有机导电膜上的第二电极；
形成在所述有机导电膜上的第三有机半导体膜；以及
形成在所述第三有机半导体膜上的第三电极。
2.一种有机半导体装置，它包括：
第一电极；
形成在所述第一电极上的第一有机半导体膜；
形成在所述第一有机半导体膜上的第二有机半导体膜；
形成在所述第二有机半导体膜上的有机导电膜；
形成在所述有机导电膜上的第二电极；
形成在所述有机导电膜上的第三有机半导体膜；以及
形成在所述第三有机半导体膜上的第三电极，
其中，所述第二电极不与所述第一电极和所述第三电极重叠；
并且，所述第三电极的至少一部分与所述第一电极重叠。
3.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜不薄于10nm并不厚于30nm。
4.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜不薄于10nm并不厚于30nm。
5.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜各由具有双极性的有机化合物形成。
6.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜各由具有双极性的有机化合物形成。
7.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜中的单方或双方包含掺杂物。
8.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜中的单方或双方包含掺杂物。
9.根据权利要求7的有机半导体装置，其中，所述掺杂物是1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯、二萘嵌苯、香豆素6、红荧烯、或4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(p-二甲胺基-苯乙烯基)-4H-吡喃。
10.根据权利要求8的有机半导体装置，其中，所述掺杂物是1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯、二萘嵌苯、香豆素6、红荧烯、或4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(p-二甲胺基-苯乙烯基)-4H-吡喃。
11.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜的一部分形成在所述第二有机半导体膜表面的凹部。
12.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜的一部分形成在所述第二有机半导体膜表面的凹部。
13.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜或所述第三有机半导体膜发光。
14.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述第二有机半导体膜或所述第三有机半导体膜发光。
15.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述第三电极具有由复数个材料形成的层叠结构。
16.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述第三电极具有由复数个材料形成的层叠结构。
17.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，由从电连接于所述第二电极的所述有机导电膜施加的电压控制流过所述第一电极和所述第三电极之间的电流量。
18.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，由从电连接于所述第二电极的所述有机导电膜施加的电压控制流过所述第一电极和所述第三电极之间的电流量。
19.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，由从电连接于所述第二电极的所述有机导电膜施加的电压控制所述第二有机半导体膜或所述第三有机半导体膜中的发光亮度。
20.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，由从电连接于所述第二电极的所述有机导电膜施加的电压控制所述第二有机半导体膜或所述第三有机半导体膜中的发光亮度。
21.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸。
22.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸。
23.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述第一有机半导体膜包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸；所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜各包含聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]。
24.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述第一有机半导体膜包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸；所述第二有机半导体膜和所述第三有机半导体膜各包含聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]。
25.根据权利要求1的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜不薄于10nm并不厚于30nm。
26.根据权利要求2的有机半导体装置，其中，所述有机导电膜不薄于10nm并不厚于30nm。
27.一种有机半导体装置的制造方法，它包括如下步骤：
在衬底上形成第一电极；
在所述第一电极上涂敷第一溶液以形成第一有机半导体膜；
在所述第一有机半导体膜上涂敷第二溶液；
将所述第二溶液在氮气氛中且以不低于60℃并不高于80℃的温度干燥，以形成第二有机半导体膜；
在所述第二有机半导体膜上涂敷第三溶液，以改变所述第二有机半导体膜的表面状态；
涂敷所述第三溶液之后，在所述第二有机半导体膜上涂敷第四溶液；
将所述第四溶液在氮气氛中且以不低于60℃并不高于80℃的温度干燥，以形成有机导电膜；
在所述有机导电膜上涂敷第五溶液；
将所述第五溶液在氮气氛中且以不低于60℃并不高于80℃的温度干燥，以形成第三有机半导体膜；
除去所述第三有机半导体膜的一部分；
在露出的所述有机导电膜的一部分上形成第二电极，其中所述第二电极不与所述第一电极重叠；以及，
在所述第三有机半导体膜上形成第三电极，其中所述第三电极的至少一部分与所述第一电极重叠。
28.根据权利要求27的有机半导体装置的制造方法，其中，包含在所述第二溶液的有机化合物与包含在所述第五溶液的有机化合物相同。
29.根据权利要求27的有机半导体装置的制造方法，其中，己烷或庚烷用于所述三溶液。
30.根据权利要求27的有机半导体装置的制造方法，其中，所述第二溶液和所述第五溶液包含聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]，而所述第四溶液包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸。
31.根据权利要求27的有机半导体装置的制造方法，其中，所述第一溶液、所述第二溶液、所述第三溶液、所述第四溶液、以及所述第五溶液通过液滴喷出法、喷墨法、旋涂法及浸渍法中的任一方法来涂敷。
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