CN1879223A - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的薄膜晶体管(100)具有半导体层(14)和在上述半导体层上相互相对地分离设置的源极区域(15)和漏极区域(16)，上述半导体层具有π共轭类有机半导体分子作为主成分，将上述π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于在上述半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜。

Description

薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管及其制造方法，尤其涉及使用取向形成的π共轭类有机半导体作为半导体层的薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
现在，薄膜晶体管(以下称为TFT)适合作为有源矩阵型的液晶显示器等的驱动元件使用。作为这种TFT的结构，已经提出多种结构，但是基本上构成为：通过向通过绝缘层设置在半导体层上的栅极电极施加的电压(即，由施加的电压产生的电场)，对与半导体层接触设置的源极电极和漏极电极之间流动的电流进行控制。关于构成TFT的上述半导体层，作为现在已实用化的半导体材料，有虽然与结晶硅相比特性面较差、但比较廉价的非晶硅和低温多晶硅等半导体材料。另外，关于设置有栅极电极的上述绝缘层，作为现在已实用化的绝缘材料，有氧化硅和氮化硅等。但是，在使用这些半导体材料和绝缘材料的TFT的制造工艺中，需要等离子体CVD法等的大规模的装置和用于进行精密加工的薄膜控制装置。所以，TFT的制造成本变高。另外，由于上述制造工艺一般包含处理温度超过350℃的工艺，所以能够使用的基板材料等有限制。
但是，近年来，作为可以作为TFT利用的半导体材料，由有机化合物构成的有机物半导体受到关注。这种有机物半导体与使用上述的非晶硅和低温多晶硅等无机类的半导体的情况相比，能够通过作为低成本工艺和低温工艺的旋转涂敷、喷墨印刷和浸渍涂敷等制造工艺，形成上述半导体层。因此，能够降低TFT的制造成本，而且可以消除能够使用的基板材料等的限制。另外，由于上述的低成本工艺和低温工艺能够适用，所以可以实现在柔性的基板上或大面积的基板上形成TFT，由此可以期待用途扩大到大画面显示器、薄式(sheet-like)或纸页式(paper-like)显示器、或者无线ID标签等。但是，现在已报告的有机物半导体，其载流子迁移率比上述无机类半导体低。因此，为了实现与非晶硅同等的载流子迁移率，进行了各种努力。
有机半导体中，π共轭类有机半导体由含有具有π共轭双键的分子骨架的有机化合物构成。这样，可以认为：通过上述π共轭双键的π轨道重叠而产生的价电子带和传导带以及它们之间的带隙，可以得到半导体特性。但是，在将π共轭类有机半导体分子汇集而形成集合体的情况下，导电的容易程度从高到低依次是：沿分子内的主链方向的导电、利用相邻分子之间的π轨道重叠的导电、分子间的电子的跳跃(hopping)引起的导电。所以，在π共轭类有机半导体分子中，为了提高载流子迁移率，如何做成能够有效地利用上述的导电的容易程度高的导电的结构，成为问题。作为进一步减少上述分子间的电子的跳跃引起的导电的方法，一直以来，是采用将分子取向控制在一定的方向上的方法。作为更具体的取向方法，已公开了使用Langmuir-Blodgett法(LB法)或拉伸法，使聚硅烷薄膜取向的方法(例如，日本专利公开公报：特开平5-275695号公报)。另外，已公开了：用一定压力将聚四氟乙烯压在基板上并使其滑动、从而取向形成，通过使低聚噻吩化合物与该取向形成的聚四氟乙烯的膜的上面接触，从而取向成膜的方法(例如，日本专利公开公报：特开平7-206599号公报)。另外，还公开了使用热壁外延(hot-wall epitaxy)法使π共轭类低聚物分子取向生长的方法(例如，日本专利公开公报：特开2002-270621号公报)。通过使用这些取向方法，可以无限地减少由于上述分子间的电子的跳跃所引起的导电。
另外，作为进一步改善载流子迁移率的方法，已提出：控制π共轭类有机半导体分子的取向方向，使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线平行，由此有效地利用上述沿分子内的主链方向的导电的方法(例如，日本专利公开公报：特开平5-275695号公报和日本专利公表公报：特表2003-502874号公报)；控制π共轭类有机半导体分子的取向方向，使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线垂直，由此有效地利用上述利用沿相邻分子之间的π轨道重叠的导电的方法(例如，日本专利公开公报：特开平9-116163号公报)等。
但是，在控制π共轭类有机半导体分子的取向方向、使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线平行、由此利用上述沿π共轭类有机半导体分子的主链方向的导电来实现高载流子迁移率的方法中，源极电极和漏极电极之间的距离比π共轭类有机半导体分子的主链的分子长度较长时，随着该距离的增大，π共轭类有机半导体分子之间的电子的移动次数逐渐增多。这样，在这种情况下，由于电子必须在与源极电极和漏极电极之间的电场形成的方向垂直的方向上移动，所以在与连接源极电极和漏极电极的垂线垂直的方向上相邻的π共轭类有机半导体分子之间的电子的移动非常困难。即，除了使用与源极电极和漏极电极之间的距离相比、具有非常长的分子长度的π共轭类有机半导体分子的情况，和与π共轭类有机半导体分子的分子长度相比、源极电极和漏极电极之间的距离足够窄的情况之外，即使控制π共轭类有机半导体分子的取向方向、使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线平行，也不能得到足够的载流子迁移率。
另外，在控制π共轭类有机半导体分子的取向方向、使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线垂直、由此利用相邻的π共轭类有机半导体分子之间的π轨道重叠来实现高载流子迁移率的方法中，π共轭类有机半导体分子的主链的长度方向与连接源极电极和漏极电极的垂线垂直地排列，由此，沿π共轭类有机半导体分子内的主链方向的导电没有贡献，利用π共轭类有机半导体分子之间的π轨道重叠的导电几乎处于支配的地位。所以，源极电极和漏极电极之间的距离增大时，电子的移动次数与该距离的增大成比例地增多。即，即使控制π共轭类有机半导体分子的取向方向、使其与连接TFT的源极电极和漏极电极的垂线垂直、并且提高取向度，对于载流子迁移率的改善也有限。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而做出的，第一目的是提供在规定方向上取向形成π共轭类有机半导体分子从而构成的载流子迁移率得到改善的TFT和该TFT的制造方法。另外，本发明的第二目的是提供配置有多个载流子迁移率得到改善的TFT的有源矩阵型的显示器、在集成电路部分使用上述载流子迁移率得到改善的TFT的无线ID标签、在集成电路部分使用上述载流子迁移率得到改善的TFT的便携式电视、通信终端、PDA、便携式医疗设备等便携式设备。
于是，为了达到这些目的，本发明的TFT是具有半导体层和在上述半导体层上相互相对地分离设置的源极区域和漏极区域的薄膜晶体管，采用如下结构：上述半导体层具有π共轭类有机半导体分子作为主成分，将上述π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于在上述半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜。在此，在本说明书中，源极区域和漏极区域是指包含源极电极和漏极电极、以及将源极电极和漏极电极与半导体层连接的接触层或者高浓度杂质区域(层)等的概念。通过这样的结构，沿π共轭类有机半导体分子内的主链方向的电荷移动和利用施加电场的从源极区域向漏极区域的方向的π轨道重叠的电荷移动被有效地利用，所以可以实现载流子迁移率高的TFT。
在这种情况下，采用如下结构：源极区域和漏极区域按照具有相互相对的边的方式被分离设置在上述半导体层上，将上述π共轭类有机半导体分子取向、使得主链的分子轴相对于与上述相对的边垂直的方向倾斜。另外，采用如下结构：源极区域和漏极区域按照在该半导体层的膜厚方向上具有相互相对的面的方式被分离设置在上述半导体层上，将上述π共轭类有机半导体分子取向、使得主链的分子轴相对于与上述相对的面垂直的方向倾斜。通过该结构，π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴相对于与上述源极区域和漏极区域的相对的边垂直的方向倾斜地取向，所以，沿π共轭类有机半导体分子内的主链方向的传导在源极区域和漏极区域之间的电荷移动中被有效地利用。另外，相邻的π共轭类有机半导体分子之间的π轨道被形成为在从源极区域到漏极区域的方向上相对，所以，分子间的电荷移动不是跳跃，而主要是利用施加电场的从源极区域到漏极区域的方向的π轨道重叠的电荷移动。因此，可以实现载流子迁移率高的TFT。
在上述的情况下，优选采用如下结构：具有通过栅极绝缘层被设置在上述半导体层的至少一个面上的栅极电极，向上述栅极电极施加与上述薄膜晶体管为ON时同等的电压的状态下，上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴方向的导电率为σ1，与上述分子轴方向垂直的方向且为π轨道轴方向的导电率为σ2时，上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴，以相对于与上述源极区域和上述漏极区域的相对的边或相对的面垂直的方向倾斜由(1)式算出的角度θ的方向作为实质的取向方向进行取向。根据这样的结构，在薄膜晶体管为ON时的状态下，以导电率最高的方向作为基准，形成源极区域和漏极区域，所以，可以实现载流子迁移率更高的TFT。
θ＝arctan(σ2/σ1)    …(1)
另外，本发明优选采用如下结构：将上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照存在于与上述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向、并且该取向范围为上述角度θ±10°。通过这样的结构，对于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴能够在与半导体层的主面实质上平行的平面内取向的材料，可以实现载流子迁移率高的TFT。
另外，本发明优选采用如下结构：将上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照不存在于与上述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且该取向范围为上述角度θ±5°。通过这样的结构，对于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴能够相对于与半导体层的主面实质上平行的平面形成规定的角度而取向的材料，可以实现载流子迁移率高的TFT。
另外，本发明采用如下结构：上述π共轭类有机半导体分子为以噻吩、乙炔、吡咯、亚苯基、和并苯中的任一个、或者将它们组合的分子骨架作为主链的衍生物。通过这样的构成，可以实现载流子迁移率优异的π共轭类的电荷移动。
另外，本发明优选采用如下结构：上述π共轭类有机半导体分子的各π轨道的延伸方向不都与同一矢量方向一致。通过这样的结构，在一个π共轭类有机半导体分子中，π轨道的延伸方向不都与同一矢量方向一致，所以，通过使主链的分子轴方向一致，相邻的π共轭类有机半导体分子之间的π轨道可以容易地相对。
另外，本发明优选采用如下构成：上述π共轭类有机半导体分子为结晶质。通过这样的构成，与使用非晶质分子的情况相比，可以提高π共轭类有机半导体分子的取向度，所以，可以实现载流子迁移率更高的TFT。
另外，本发明的TFT的制造方法，是具有半导体层和在上述半导体层上相互相对地分离设置的源极区域和漏极区域的薄膜晶体管的制造方法，采用如下结构：在上述半导体层中，使用π共轭类有机半导体分子作为主成分，将上述π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于在上述半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜。通过这样的结构，沿π共轭类有机半导体分子内的主链方向的电荷移动和利用施加电场的从源极区域到漏极区域的方向的π轨道重叠的电荷移动被有效地利用，所以可以实现载流子迁移率高的TFT。
在这种情况下，采用如下构成：按照具有相互相对的边的方式，在上述半导体层上分离设置源极区域和漏极区域，将上述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与上述相对的边垂直的方向倾斜。另外，采用如下构成：按照在该半导体层的膜厚方向上具有相互相对的面的方式，在上述半导体层上分离设置源极区域和漏极区域，将上述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与上述相对的面垂直的方向倾斜。通过这样的构成，由于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴相对于与源极区域和漏极区域的相对的边垂直的方向倾斜地被取向，所以沿π共轭类有机半导体分子内的主链方向的传导在源极区域和漏极区域之间的电荷移动中被有效地利用。另外，相邻的π共轭类有机半导体分子之间的π轨道被形成为在从源极区域到漏极区域的方向上相对，所以，分子间的电荷移动不是跳跃，而主要是利用施加电场的从源极区域到漏极区域的方向的π轨道重叠的电荷移动。所以可以制造载流子迁移率高的TFT。
在上述的情况下，优选采用如下结构：具有通过栅极绝缘层被设置在上述半导体层的至少一个面上的栅极电极，向上述栅极电极施加与上述薄膜晶体管为ON时同等的电压的状态下，上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴方向的导电率为σ1，与上述分子轴方向垂直的方向且为π轨道轴方向的导电率为σ2时，将上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴，以相对于与上述源极区域和上述漏极区域的相对的边或相对的面垂直的方向倾斜由(1)式算出的角度θ的方向作为实质的取向方向进行取向。根据这样的结构，在薄膜晶体管为ON时的状态下，以导电率最高的方向作为基准，形成源极区域和漏极区域，所以，可以制造载流子迁移率更高的TFT。
θ＝arctan(σ2/σ1)    …(1)
另外，本发明优选采用如下结构：将上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照存在于与上述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向、并且使该取向范围为上述角度θ±10°。通过这样的结构，对于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴能够在与半导体层的主面实质上平行的平面内取向的材料，可以制造载流子迁移率高的TFT。
另外，本发明优选采用如下结构：将上述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照不存在于与上述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且使该取向范围为上述角度θ±5°。通过这样的结构，对于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴能够相对于与半导体层的主面实质上平行的平面形成规定的角度而取向的材料，可以制造载流子迁移率高的TFT。
另外，本发明采用如下结构：作为上述π共轭类有机半导体分子，使用以噻吩、乙炔、吡咯、亚苯基、和并苯中的任一个、或者将它们组合的分子骨架作为主链的衍生物。通过这样的构成，可以实现载流子迁移率优异的π共轭类的电荷移动。
另外，使用本发明的薄膜晶体管的有源矩阵型显示器，采用如下结构：配置多个第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶体管，作为用于驱动像素的开关元件。通过这样的结构，可以具体实现低成本、特性优良的薄式或纸页式的显示器。
另外，使用本发明的薄膜晶体管的无线ID标签，采用如下结构：利用第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶体管，作为用于构成集成电路的半导体元件。通过这样的结构，可以将无线ID标签贴在各种形状的物体、或者材料上。并且，可以具体实现能够形成为任意形状的无线ID标签。
另外，使用本发明的薄膜晶体管的便携设备，采用如下结构：利用第一方面～第九方面中任一方面所述的薄膜晶体管，作为用于构成集成电路的半导体元件。在此，作为便携设备，可以举出例如便携式电视、通信终端、PDA、便携式医疗设备等。但是，并不限于这些便携设备，也包含例如便携式AV设备、便携式计算机等任何便携设备。通过这样的构成，可以使便携式电视、通信终端、PDA、便携式医疗设备等便携设备增加低成本、柔韧性、耐冲击性、能够形成任意形状等优点。
参照附图，根据以下的优选实施方式的详细说明，本发明的上述目的、其他目的、特征、和优点将变得明确。
附图说明
图1是示意性地表示TFT的第一代表结构的各种情况的截面图。
图2是示意性地表示TFT的第二代表结构的各种情况的截面图。
图3是表示作为用于半导体层的π共轭类有机半导体分子的低聚噻吩衍生物分子的结构的图，图3A表示化学结构式，图3B表示σ键和π电子云的样子，图3C是示意性地表示分子的立体图。
图4是示意性地表示半导体层中的低聚噻吩衍生物分子的取向状态的立体图。
图5是表示用于测定TFT的载流子迁移率的测定试样的结构的示意图。
图6是表示施加各种栅压的情况下、改变低聚噻吩衍生物分子的取向角度时，载流子迁移率的变化的测定结果的图，图6A表示栅压为20V时的测定结果，图6B表示栅压为30V时的测定结果，图6C表示栅压为40V时的测定结果。
图7是表示对使用具有6个五元环并且将两末端用烷基进行化学修饰的低聚噻吩衍生物分子的TFT的载流子迁移率的变化进行测定的结果的图。
图8是表示作为用于半导体层的π共轭类有机半导体分子的并五苯的结构的图，图8A表示并五苯的化学结构式，图8B表示并五苯的σ键和π电子云的情况，图8C是示意性地表示并五苯的立体图。
图9是示意性地表示半导体层中的并五苯的取向状态的立体图。
图10是表示施加各种栅压的情况下、改变并五苯的取向角度时，载流子迁移率的变化的测定结果的图，图10A表示栅压为20V时的测定结果，图10B表示栅压为40V时的测定结果。
图11是示意性地表示将有机EL用于显示部的有源矩阵型显示器的结构的立体图。
图12是将TFT驱动电路部的结构放大表示的示意图。
图13是示意性地表示使用本实施方式的TFT的无线ID标签的结构的立体图。
图14是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式电视的结构的正面图。
图15是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式电话的结构的正面图。
图16是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式医疗设备的结构的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
在本发明的第一实施方式中，对使用低聚噻吩衍生物作为构成TFT的半导体层的π共轭类有机半导体分子的情况进行说明。
图1是示意性地表示TFT的第一代表结构的各种情况的截面图。
如图1A～图1D所示，作为本实施方式的TFT100的结构，可以考虑各种结构。在任一结构中，具有基板11、栅极电极12、栅极绝缘层13、半导体层14、源极电极15和漏极电极16作为其结构要素，这点是共通的。在此，图1A和图1B通常被称为底栅式。另外，图1C和图1D被称为顶栅式。另外，根据半导体层14与源极电极15、漏极电极16的位置关系，图1A和图1C也被称为顶接触(top-contact)式。另外，图1B和图1D也被成为底接触(bottom-contact)式。在图1A～图1D所示的TFT100中，由于源极电极15和漏极电极16在截面图中被配置成在横向上相对，所以被称为横型TFT。
另一方面，相对于图1A～图1D所示的现有的横型TFT，近年也已提出将源极电极15和漏极电极16在截面图中配置成在纵向上相对的纵型TFT。
图2A和图2B是示意性地表示TFT的第二代表结构的各种情况的截面图。
如图2A和图2B所示，在本实施方式的TFT200的结构中，也具备基板11、栅极电极12、栅极绝缘层13、半导体层14、源极电极15和漏极电极16作为其结构要素，这点与图1A～图1D所示的TFT100基本上相同。但是，本实施方式的TFT200，在图2A和图2B的任一个中，被配置成源极电极15和漏极电极16将半导体层14在其膜厚方向(纵向)上夹住而相对。所以，TFT200被称为纵型TFT。
此外，由本发明所得到的效果，是将半导体层中使用的π共轭类有机半导体分子的取向方向，相对于源极电极和漏极电极的配置，控制在适当的方向而得到的，所以TFT自身的结构可以是图1和图2所示的任一结构，即，不限于任一结构。所以，在以后的说明中，对应用作为TFT的结构的代表例的图1C所示的顶栅式的TFT100的结构的情形进行说明。
如图1C所示，采用顶栅式的TFT100具有基板11、由π共轭类有机半导体分子构成的半导体层14、源极电极15、漏极电极16、栅极绝缘层13、栅极电极12。具体地说，半导体层14设置在基板11的主面上，源极电极15和漏极电极16被相互分离地设置在该半导体层14上。另外，设置栅极绝缘层13，覆盖该源极电极15和漏极电极16、以及半导体层14的露出面。然后，在该栅极绝缘层13上设置栅极电极12，使得从平面上看该栅极电极至少位于源极电极15和漏极电极16之间。这样，采用图1C所示的顶栅式的TFT100具有将半导体层14、源极电极15和漏极电极16、栅极绝缘层13叠层在基板11上并在该栅极绝缘层13上设置栅极电极12的结构。
在制造具有上述结构的TFT100时，首先，将溶解·分散在规定溶剂中的π共轭类有机半导体分子涂敷在预先沿期望的取向方向平行地形成槽的基板11上。然后，使涂敷有该π共轭类有机半导体分子的基板11充分干燥，将π共轭类有机半导体分子构成的半导体层14在基板11上取向成膜。接下来，为了在由π共轭类有机半导体分子构成的半导体层14上形成源极电极15和漏极电极16，使用预先图案化的丝网印版印刷规定的电极材料、得到期望的形状后，使其充分地干燥。由此，在半导体层14上，形成期望形状的源极电极15和漏极电极16。然后，为了形成栅极绝缘层13，通过使用预先图案化的丝网印版，将规定的绝缘材料印刷在源极电极15、漏极电极16和半导体层14上后，使其充分地干燥。由此，在半导体层14、源极电极15和漏极电极16上形成期望形状的栅极绝缘层13。最后，为了在栅极绝缘层13上形成栅极电极12，与上述同样地，使用预先图案化的丝网印版印刷规定的电极材料、得到期望的形状后，使其充分地干燥。由此，在栅极绝缘层13上形成期望形状的栅极电极12。这样，通过使用丝网印版的印刷法，在基板11上分别印刷半导体层14、源极电极15和漏极电极16、栅极绝缘层13、以及栅极电极12，然后进行充分地干燥，形成TFT100。
在本实施方式的TFT100中，作为构成基板11的材料，使用聚乙烯类的塑料基板。另外，作为构成半导体层14的材料，使用作为π共轭类有机半导体分子之一的低聚噻吩衍生物分子。另外，作为构成源极电极15、漏极电极16和栅极电极12的材料，使用以聚3，4-亚乙二氧基噻吩(以下称为PEDOT)作为主成分的电极材料。另外，作为构成栅极绝缘层13的材料，使用聚乙烯基苯酚。
首先，对作为半导体层14中使用的π共轭类有机半导体分子的低聚噻吩衍生物分子进行详细地说明。
图3是表示作为用于半导体层14的π共轭类有机半导体分子的低聚噻吩衍生物分子的结构的图。在此，图3A表示低聚噻吩衍生物分子的化学结构式，图3B表示低聚噻吩衍生物分子的σ键和π电子云的样子，图3C是示意性地表示低聚噻吩衍生物分子的立体图。此外，在图3中，省略了低聚噻吩衍生物分子的主链的末端的化学结构的记载。
如图3A所示，在低聚噻吩衍生物分子的主链中，包含硫原子(S)，具有双键的五元环通过σ键反复结合而构成的π共轭类发达。此外，在图3A中，没有明确地表示氢原子。此时，若使用分子轨道法等方法计算电子状态，则可以求出被双键内的π键利用的π电子的电子云的存在范围。即，如图3B所示，在该低聚噻吩衍生物分子中，在与由碳原子21和硫原子22构成的各五元环面垂直的方向上存在π电子云23。此外，在该低聚噻吩衍生物分子中，各五元环彼此不存在于同一平面内，各五元环通过σ键稍弯曲地结合，所以表示π电子云23的存在方向的矢量，不在一定的方向上统一。这样，在本实施方式中，实际上，使用由规定的取代基对低聚噻吩分子的主链的末端进行化学修饰的低聚噻吩衍生物分子。具体地说，如图3A所示，使用具有包含硫原子的8个五元环、并且由规定的烷基(例如，-C10H21)对主链的两个末端进行化学修饰的低聚噻吩衍生物分子。
接下来，对作为本发明的特征的对低聚噻吩衍生物分子的取向角度的研究方法及其研究结果进行说明。此外，在以后的说明中，假设低聚噻吩衍生物分子的一个分子由如图3C所示的薄长方形的四角形表示。另外，虽然表示π电子云的存在方向的矢量实际上并不完全统一，但是假定实质上存在于与该四角形平面垂直的方向上。
图4是示意性地表示由上述的制造方法得到的半导体层40中的低聚噻吩衍生物分子40a的取向状态的立体图。在此，在图4中，由XY轴形成的平面表示与半导体层40的主面平行的平面，Z轴方向表示半导体层40的厚度方向。
在图4中，低聚噻吩衍生物分子40a被按照其主链的分子轴与Y轴方向相平行的方式进行取向，并且表示各个分子面的四角形与由YZ轴形成的平面平行地配置。即，半导体层40被构成为：在除了Y轴方向和Z轴方向的方向、即在X轴方向上，相邻的低聚噻吩衍生物分子彼此的π轨道相对。
使用这样取向形成的半导体层40，如图5所示，分别制作各个具有矩形形状的源极电极和漏极电极的相对的边的共同的垂线10与作为低聚噻吩衍生物分子40a的取向方向的Y轴方向依次倾斜10°的TFT100。即，将各低聚噻吩衍生物分子40a进行取向，使得其π轨道实质上相对、并且将其主链的分子轴相对于与源极电极和漏极电极相对的边垂直的方向依次倾斜10°。在此，制作出的各TFT100构成为具有塑料基板41、由图4的半导体层40构成的半导体层42、源极电极43、漏极电极44、绝缘层45、和栅极电极46。此外，箭头47表示图5中未图示的半导体层42中的低聚噻吩衍生物分子的取向方向。
对于如上所述准备的各个测定试样，通过测定向栅极电极施加各种栅压的情况下的I-V特性，求出TFT100的载流子迁移率。另外，求出源极电极43和漏极电极44相对的边的垂线10与低聚噻吩衍生物分子40a的主链的分子轴所成的角(取向角度)为0°时的源极-漏极间的导电率(即，相当于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴所代表的方向的导电率σ1)、和同样地为90°时的导电率(即，相当于与取向方向垂直的方向并且是π电子云存在方向的导电率σ2)，将这些导电率的值代入(1)式算出θ。在此，式(1)的“arctan”意思是反正切tan-1。
θ＝arctan(σ2/σ1)    …(1)
图6是表示施加各种栅压的情况下、改变低聚噻吩衍生物分子的取向角度时，载流子迁移率的变化的测定结果的图，图6A表示栅压为20V时的测定结果，图6B表示栅压为30V时的测定结果，图6C表示栅压为40V时的测定结果。此外，在图6中，横轴表示低聚噻吩衍生物分子的主链的分子轴与源极电极和漏极电极相对的边的垂线所成的角度(°)，纵轴表示载流子迁移率(cm2/Vsec)。
如图6A所示，在栅压为20V的情况下，导电率σ1为7.7×10-3S/m，导电率σ2为1.9×10-3S/m。另外，随着低聚噻吩衍生物分子的取向角度从0°增大，载流子迁移率提高，但超过由上述式(1)求得的θ＝14°附近时，载流子迁移率逐渐下降，取向角度为90°时载流子迁移率最低。
另外，如图6B所示，在栅压为30V的情况下，导电率σ1为9.2×10-3S/m，导电率σ2为3.9×10-3S/m。另外，与栅压为20V的情况同样，随着低聚噻吩衍生物分子的取向角度从0°增大，载流子迁移率提高，但超过由上述式(1)求得的θ＝23°附近时，载流子迁移率逐渐下降，取向角度为90°时载流子迁移率最低。
另外，如图6C所示，在栅压为40V的情况下，导电率σ1为1.0×10-2S/m，导电率σ2为5.4×10-3S/m。另外，与栅压为20V和30V的情况同样，随着低聚噻吩衍生物分子的取向角度从0°增大，载流子迁移率提高，但超过由上述式(1)求得的θ＝28°附近时，载流子迁移率逐渐下降，取向角度为90°时载流子迁移率最低。
这样，可知：低聚噻吩衍生物分子的取向角度为90°时，即低聚噻吩衍生物分子的主链的分子轴相对于与源极电极和漏极电极相对的边垂直的方向垂直的情况下，载流子迁移率最低。另外，可知：在图6A～图6C中，用斜线表示的区域的载流子迁移率，与低聚噻吩衍生物分子的取向角度为0°的情况、即低聚噻吩衍生物分子在从源极电极到漏极电极的方向上相邻的分子的π轨道未形成相对的情况相比，得到改善。另外，可知：得到最高载流子迁移率的取向角度是用取向角度为0°时的导电率σ1和取向角度为90°时的导电率σ2、由式(1)计算出的θ的附近。对于低聚噻吩衍生物分子的优选的取向角度的范围进一步进行调查的结果表明，如图6A～图6C所示，最优选以由式(1)算出的θ为中心±10°的范围。
另外，在本实施方式中，作为用于半导体层40的低聚噻吩衍生物分子，对具有6个五元环、并且将两末端用烷基(例如，-C10H21)修饰的低聚噻吩衍生物分子，也制作同样的测定试样进行测定。将其测定结果示于图7。在此，图7所示的测定结果表示栅压为30V时的测定结果。此外，图7的横轴和纵轴与图6的情况相同。
如图7所示，可知：使用具有6个五元环、并且末端进行了上述化学修饰的低聚噻吩衍生物分子的情况下，低聚噻吩衍生物分子的取向角度为0°时和为90°时的载流子迁移率大致相等，其它取向角度的载流子迁移率相对于上述0°和90°时的载流子迁移率，得到改善。另外，可知：与上述使用具有8个五元环的低聚噻吩衍生物分子的情况相同，在用取向角度为0°时的导电率σ1和取向角度为90°时的导电率σ2、由式(1)计算出的θ＝39°的附近，得到最高的载流子迁移率。于是判明：在这种情况下，低聚噻吩衍生物分子的优选的取向角度的范围，如图7所示，是以由式(1)算出的θ为中心±10°的范围。
此外，在本实施方式中，对使用具有8个或6个五元环、末端分别用烷基(例如，-C10H21)修饰的低聚噻吩衍生物作为用于半导体层的π共轭类有机半导体分子的情况进行了说明，但是，本发明的效果并不限于具有这种结构的材料。即，由本发明得到的效果，是通过TFT的源极电极和漏极电极的配置方向与半导体层的取向方向之间的位置关系来体现的，所以，使用其它的π共轭类有机半导体分子时，也可得到同样的效果。例如，可以使用五元环的个数不同的聚噻吩衍生物，也可以将末端的修饰基改变为其它适当的取代基。另外，也可以不在末端、而在主链的中间导入修饰基。
另外，图4示意性地表示了表示低聚噻吩衍生物分子的四角形被配置成平行于由YZ轴形成的平面的情形，但是表示分子面的四角形不需要全部相对于由XY轴形成的平面完全直立。即，在利用π轨道的重叠的电荷移动能够进行的限度内，分子面可以稍微倾斜，其倾斜度也没有必要相同。此时，如本实施例中使用的低聚噻吩衍生物分子那样，表示π电子云的存在方向的矢量方向没有被统一到一个方向上，其倾斜度的允许范围宽，所以可得到容易制作本发明的TFT的效果。
(第二实施方式)
在本发明的第二实施方式中，对使用并五苯作为构成TFT的半导体层的π共轭类有机半导体分子的情况进行说明。
在本实施方式中，采用了具有图1B所示的结构的TFT100。此外，本发明的效果是通过将半导体层的取向方向控制为与基板平面成适当角度的朝向而得到的。所以，TFT100自身的结构并不限于图1B所示的结构。
如图1B所示，采用底栅式的TFT100具有基板11、栅极电极12、栅极绝缘层13、源极电极15、漏极电极16、和由π共轭类有机半导体分子构成的半导体层14。具体地说，在基板11的主面上设置栅极电极12，以覆盖该栅极电极12和基板11的露出表面的方式设置栅绝缘极13。在该栅极绝缘层13上，设置源极电极15和漏极电极16，使得在平面图中它们位于栅极电极12的两侧。然后，设置半导体层14，覆盖源极电极5、漏极电极6、和栅极绝缘层13的露出表面。这样，采用图1B所示的底栅式的TFT100具有在基板11上依次叠层栅极电极12、栅极绝缘层13、源极电极15、漏极电极16、和半导体层14的结构。
在制造具有上述结构的TFT100时，首先，为了形成栅极电极12，利用真空蒸镀法将规定的电极材料在基板11上成膜后进行图案化。由此，在基板11上的规定位置，形成规定形状的栅极电极12。接着，为了形成栅极绝缘层13，利用旋转镀膜法涂敷规定的绝缘材料后，使其充分地干燥。接着，为了形成源极电极15和漏极电极16，利用真空蒸镀法将规定的电极材料成膜后，进行图案化。由此，在栅极绝缘层13上形成具有规定形状的源极电极15和漏极电极16。最后，为了形成半导体层14，利用真空蒸镀法将π共轭类有机半导体分子成膜后，进行图案化。此时，通过调整成膜条件，来控制上述π共轭类有机半导体分子的分子轴与基板11的平面所成的角。另外，对于平面方向的π共轭类有机半导体分子的重叠，在通常的成膜中，在每个颗粒(grain)中其重叠方向一致，但是作为层整体，每个颗粒都是随机的方向，所以，在实际进行π共轭类有机半导体分子成膜之前，通过涂覆和干燥，在作为衬底的栅极绝缘层13上设置取向层，由此，作为层整体可得到一致的分子重叠。这样，通过真空蒸镀法或旋转镀膜法在基板11上分别进行栅极电极12、栅极绝缘层13、源极电极15和漏极电极16、以及半导体层14的成膜和图案化，由此形成TFT100。
在本实施例的TFT100中，使用聚乙烯类的塑料基板作为构成基板11的材料。另外，使用金(以下称为Au)作为构成栅极电极12的材料。另外，使用聚乙烯基苯酚作为构成栅极绝缘层13的材料。另外，使用Au作为构成源极电极15和漏极电极16的材料。使用作为π共轭类有机半导体分子之一的并五苯，作为构成半导体层14的材料。
首先，对作为用于半导体层14的π共轭类有机半导体分子的并五苯，进行详细说明。
图8是表示作为用于半导体层14的π共轭类有机半导体分子的并五苯的结构的图。在此，图8A表示并五苯的化学结构式，图8B表示并五苯的σ键和π电子云的情况，图8C是示意性地表示并五苯的立体图。
如图8A所示，在并五苯的主链中，具有多个双键的六元环反复结合而构成的π共轭类发达。此外，在图8A中，没有明确地表示氢原子。此时，若使用分子轨道法等方法计算电子状态，则可以求出被双键内的π键利用的π电子的电子云的存在范围。即，如图8B所示，在该并五苯中，在与由碳原子71构成的各六元环面垂直的方向上，存在π电子云73。此外，在该并五苯中，由于各六元环存在于同一平面内，所以表示π电子云73的存在方向的矢量在与图8C所示的四角形平面相垂直的方向上不统一。
接下来，对作为本发明的特征的并五苯的取向角度的研究方法及其研究结果进行说明。此外，在以后的说明中，如图8C所示，假设长方形状的四角形表示并五苯的一个分子。
图9是示意性地表示由上述的制造方法得到的半导体层48的并五苯48a的取向状态的立体图。在此，在图9中，由XY轴形成的平面表示与半导体层48的主面平行的平面，Z轴方向表示半导体层48的厚度方向。
在图9中，并五苯48a，其主链的分子轴相对于由XY轴形成的平面成α°角地取向，并且表示各个分子面的四角形被构成为：在与X轴平行的方向上，相邻分子之间的π轨道相对。此外，相对于这样形成的半导体层48，对于成任何角α°的并五苯48a，源极电极和漏极电极都按照X轴方向成为沟道方向的方式形成。
对于如上所述准备的各个测定试样，通过测定向栅极电极施加各种栅压的情况下的I-V特性，求出TFT100的载流子迁移率。另外，求出所成的角α°为0°时的源极电极和漏极电极之间的导电率(即，相当于π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴所代表的方向的导电率σ1)、和所成的角α°为90°时的导电率(即，相当于与取向方向垂直的方向并且是π电子云存在方向的导电率σ2；实际上不能得到完全90°取向，但由最接近90°的来代表)，将这些导电率的值代入上述的(1)式中算出θ。
θ＝arctan(σ2/σ1)    …(1)
图10是表示施加各种栅压的情况下、改变并五苯的取向角度时，载流子迁移率的变化的测定结果的图。在此，图10A表示栅压为20V时的测定结果，图10B表示栅压为40V时的测定结果。此外，图10中的横轴和纵轴与图6的情况相同。
如图10A所示，在栅压为20V的情况下，导电率σ1为1.9×10-3S/m，导电率σ2为1.3×10-2S/m。另外，关于载流子迁移率，可知：并五苯的取向角度为0°时迁移率为最低，随着并五苯的取向角度从0°增大，载流子迁移率逐渐提高，在由上述式(1)求得的θ＝81°附近达到峰值后，逐渐下降。
另外，如图10B所示，在栅压为40V的情况下，导电率σ1为3.2×10-3S/m，导电率σ2为6.3×10-2S/m。另外，关于载流子迁移率，可知：并五苯的取向角度为0°时迁移率为最低，随着并五苯的取向角度从0°增大，载流子迁移率逐渐提高，在由上述(1)求出的θ＝87°附近达到峰值后，逐渐下降。
这样，可知：随着使并五苯的取向角度从0°增大，半导体层48的载流子迁移率与取向角度为0°的情况(即，并五苯的分子轴与基板平面平行地取向，π共轭类有机半导体分子在从源极电极到漏极电极的方向上相邻的分子的π轨道未形成相对的情况)相比，得到了改善。另外，可知：在图10A和图10B中，用斜线表示的区域的载流子迁移率，与并五苯的取向角度为90°附近的情况，即并五苯的分子轴与基板平面垂直、π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴与源极电极和漏极电极相对的边的垂线垂直的情况相比，得到了改善。另外，可知：得到最高载流子迁移率的取向角度是用取向角度为0°时的导电率σ1和取向角度为90°时的导电率σ2、由式(1)计算出的θ的附近。对于并五苯的优选的取向角度的范围进一步进行调查的结果表明，如图10A和图10B所示，最优选以由式(1)算出的θ为中心±5°的范围(但是，不包括超过90°的部分)。
此外，在本实施方式中，对使用并五苯作为用于半导体层的π共轭类有机半导体分子的情况进行了说明，但是，本发明的效果并不限于这种材料。即，由本发明得到的效果，是通过构成半导体层的π共轭类有机半导体分子的分子轴的取向方向与基板平面的位置关系来体现的，所以，使用其它的π共轭类有机半导体分子时，也可得到同样的效果。例如，可以使用六元环的个数不同的并四苯等其它的低聚并苯，也可以使用将它们的部分结构取代或者进行化学修饰的低聚并苯类衍生物。
另外，在第一实施方式中以使用噻吩类聚合物的衍生物的情况为例进行了说明，在第二实施方式中以使用并苯类聚合物的衍生物的情况为例进行了说明，但本发明的效果并不限于这些材料，使用乙炔类、吡咯类、或者亚苯基类的聚合物的衍生物，只要按照本发明的精神，控制取向方向进行成膜，也可得到同样的效果。另外，使用将上述材料中的某些材料组合形成的共聚物的衍生物时，也可得到与本发明相同的效果。另外，从这些材料中选择材料时，选择在第二实施方式中说明的并五苯那样的晶质材料时，与使用非晶质材料的情况相比，能够得到更高的载流子迁移率。
另外，在第一、第二实施方式中，使用以有机材料PEDOT作为主成分的材料或者Au，作为源极电极、漏极电极、栅极电极的各电极材料，但是也可以使用其它的导电性高分子材料，另外，也可以使用ITO、Cu等无机材料。但是，为了构成具有机械柔韧性和耐冲击性的TFT，优选选择有弹性的材料或者不易受到弯曲影响的电极结构。另外，栅极绝缘层和基板也不限于在第一、第二实施方式中使用的材料，但是，优选选择与电极同样有弹性的材料或者不易受到弯曲影响的材料。
另外，在第一实施方式中，作为使低聚噻吩衍生物分子沿规定的方向取向的方法，使用了在基板上设置槽后、将分散在溶剂中的低聚噻吩衍生物分子涂敷在其上并使其干燥的方法，在第二实施方式中，作为使并五苯沿规定的方向取向的方法，使用了在作为衬底的栅极绝缘层上设置取向层后、在规定的条件下进行真空蒸镀而成膜的方法，但是，如前所述，本发明的效果是通过半导体层的取向方向与源极-漏极或者基板平面的位置关系来体现的，所以使用什么取向方法都没有问题。例如，使用作为背景技术进行了说明的LB法、拉伸法、或者用一定压力将聚四氟乙烯压在基板上并使其滑动从而形成取向、使有机半导体与其上接触的方法、和使用热壁外延法的方法等将π共轭类低聚物分子取向成膜，也可得到同样的效果。另外，也可以使用由液晶性的取代基在π共轭类有机半导体分子的侧链上进行化学修饰，通过利用该取代基的效果来进行取向控制的方法。
另外，对于第一、第二实施方式中使用的材料，将在各个栅压下被认为最佳的取向角度表示为θ，但是这些取向角度不是仅由材料决定的。就是说，即使是相同的材料，由于其成膜状态或者TFT的结构等的不同，导电率σ1和σ2可能改变。但是，通过根据本发明的精神来决定取向角度，在实际使用的状态下，可以构成载流子迁移率最高的TFT。
(第三实施方式)
在本发明的第三实施方式中，作为使用第一、第二实施方式中说明的TFT的应用例，对薄式(sheet-like)柔性显示器、无线ID标签、和便携式电视、通信终端、便携式医疗设备等便携式设备进行说明。
首先，作为薄式柔性显示器，对将有机EL用于显示部的有源矩阵型显示器的构成例进行说明。
图11是示意性地表示将有机EL用于显示部的有源矩阵型显示器的结构的立体图。
如图11所示，本实施方式的有源矩阵型显示器中，将与像素电极连接的TFT驱动电路110以阵列形状配置在塑料基板101上，在该TFT驱动电路110上设置有有机EL层102和保护膜104。其中，在有机EL层102的上表面设置有透明电极103。在此，有机EL层102由电子输送层、发光层、空穴输送层等各层叠层构成。然后，从各TFT的规定电极延长的源极线105和栅极线106分别与在此未图示的控制电路连接。在此，将TFT驱动电路部110的放大图示于图12。此外，TFT自身的叠层结构基本上与第一实施方式所示的叠层结构相同。即，图12所示的TFT由半导体层114、源极电极115和漏极电极116、栅绝缘极113、和栅极电极112叠层形成。然后，如图12所示，漏极电极116与有机EL的像素电极117电气连接。另外，与栅极电极112连接的栅极线106、与源极电极115连接的源极线105的交叉部分，配置有绝缘层118。
这样，通过使用第一、第二实施方式中说明的TFT构成有源矩阵型显示器，可以用低成本工艺制造TFT部分，所以可以实现作为显示器整体也廉价、并且机械柔软性和耐冲击性优异的薄式显示器。另外，可以提供显示速度(反应速度)快的有源矩阵型显示器。
此外，在本实施方式中，对将有机EL用于显示部的情况进行了说明，但是本发明的效果并不限于具有这种结构的有源矩阵型显示器。即，只要是需要TFT电路的有源矩阵型显示器，就可同样地发挥效果。
另外，驱动像素的驱动电路部的结构，并不限于本实施方式中所示的结构。即，例如，为了驱动1个像素，可以采用将电流驱动用的TFT和用于控制它的开关用TFT组合形成的结构。另外，也可以采用将多个TFT组合的电路结构。
接下来，对将本发明的TFT应用于无线ID标签的情况进行说明。
图13是示意性地表示使用本实施方式的TFT的无线ID标签的结构的立体图。
如图13所示，本实施方式的无线ID标签120使用薄膜状的塑料基板121作为基材。在该基板121上，设置有天线部122和存储器IC部123。在此，存储器IC部123可以利用第一、第二实施方式中说明的TFT构成。该无线ID标签120背面具有粘结效果，可以贴在点心袋、饮料罐之类的不平坦的物品上使用。此外，在无线ID标签120的表面上，根据需要设置保护膜。
这样，通过使用第一、第二实施方式中说明的TFT构成无线ID标签，可以实现能够贴在各种形状或者材料上的无线ID标签。另外，可以提供反应速度(处理速度)快的无线ID标签。
此外，本发明的效果并不限于图13所示的无线ID标签的结构。所以，天线部、存储器IC部的配置和构成方法，可以任意设定。另外，例如，也可以将逻辑电路部插入无线ID标签。
另外，在本实施方式中，对预先在塑料基板121上形成天线部122和存储器IC部123的方式进行了说明，但是本发明并不限于这种方式，也可以使用喷墨印刷那样的方法，直接在对象物上形成无线ID标签。这样，通过使用本发明的TFT的结构，可以低成本地制造机械柔软性、耐冲击性优异的高性能的无线ID标签。
最后，对将本发明的TFT应用于便携式设备的情况进行说明。在图14～图16中，表示了利用本发明的TFT的便携式设备的几个具体的应用例子。
首先，对将本发明的TFT应用于便携式电视的情况进行说明。
图14是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式电视的结构的正面图。
如图14所示，本实施方式的便携式电视130具有：由显示电视图像的液晶显示装置等构成的显示部131、由在此收缩自如的拉杆天线构成的可以接收放送电波的接收部132、控制便携式电视130的电源的打开/关闭(ON/OFF)的电源开关133、用于调整从后述的语音输出装置135输出的语音输出的音量和对接收的电视放送频道进行切换的操作开关134、由输出电视声音的扬声器等构成的语音输出部135、将语音信号和图像信号输入便携式电视130或者从便携式电视130输出的输入输出端子136、插入根据需要记录接收的电视放送等的语音信号和图像信号的记录介质插入部137。
虽然没有在图14中特别图示，但该便携式电视130的内部具有IC和LSI等集成电路。这样，利用本发明的TFT的集成电路，适合被作为构成便携式电视130的运算元件、存储元件、开关元件等使用。由此，便携式电视130作为便携型的电视发送接收机而发挥作用。
接下来，对将本发明的TFT应用于通信终端的情况进行说明。在此，作为通信终端，以便携式电话为例。
图15是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式电话的结构的正面图。
如图15所示，本实施方式的便携式电话140具有：由显示电话号码等的液晶显示装置等构成的显示部141、由在此自如收藏的鞭状天线(whip antenna)构成的可以发送和接收通信电波的发送接收部142、由输出通信语音的扬声器等构成的语音输出部143、具有可以摄相的CCD元件等的摄相部144、根据需要用于将便携式电话140折叠的折叠用可动部145、用于输入电话号码和文字的多个操作开关146、由输入通信语音的电容话筒等构成的语音输入部147。
虽然没有在图15中特别图示，但该便携式电话140的内部具有IC和LSI等集成电路。这样，利用本发明的TFT的集成电路，适合被作为构成便携式电话140的运算元件、存储元件、开关元件等使用。由此，便携式电话140作为便携型的通信终端而发挥作用。
接着，对将本发明的TFT应用于便携式医疗设备的情况进行说明。
图16是示意性地表示使用本实施方式的TFT的便携式医疗设备的结构的立体图。在此，将根据取得的生物体信息、自动对患者进行投药等医疗治疗的便携式医疗设备，作为便携式医疗设备的一个例子，进行说明。另外，在图16中，透视地表示后述的患者的手腕155。
如图16所示，本实施方式的便携式医疗设备150具有：由显示设备的动作状态和取得的生物体信息等的液晶显示装置等构成的显示部151；用于进行便携式医疗设备150的动作的设定的操作开关152；处理通过后述的经皮接触部154得到的生物体信息，并且根据该处理的结果，通过经皮接触部154对患者进行投药等医疗治疗的医疗治疗部153；连续地收集用于医疗治疗的患者的生物体信息，同时对患者实质地进行医疗治疗的经皮接触部154。
使用该便携式医疗设备150对患者进行医疗治疗时，如图16所示，便携式医疗设备150被缠绕并携带在患者的手腕155上。在该图16所示的携带状态下，经皮接触部154与患者的手腕155的表面相互紧密接触。于是，便携式医疗设备150在该图16所示的状态下，通过经皮接触部154从手腕155取得用于医疗治疗的生物体信息。取得患者的生物体信息后，将该取得的生物体信息输入医疗治疗部153。在医疗治疗部153中，对取得的生物体信息进行用于医疗治疗的规定的处理。然后，根据该处理的结果，由医疗治疗部153通过经皮接触部154，对患者进行投药等医疗治疗。
虽然没有在图16中特别图示，但该便携式医疗设备150的内部具有IC和LSI等集成电路。这样，利用本发明的TFT的集成电路，适合被作为构成便携式医疗设备150的运算元件、存储元件、开关元件等使用。由此，便携式医疗设备150作为便携型的医疗设备而发挥作用。
这样，通过使用利用在第一、第二实施方式中说明的TFT的集成电路来构成便携式设备，可以得到如下的效果。即，作为在上述的便携式设备中利用的集成电路，可考虑运算元件、存储元件和开关元件等各种利用半导体特性的元件，但在上述便携式设备中，在要求具有作为机械柔软性、耐冲击性、废弃时对环境的影响性和重量轻、廉价等有机材料的优点的性能时，通过利用本发明的TFT构成其一部分，可以廉价地实现高性能的元件。另外，作为其结果，可以廉价地制造具备上述优点的便携式设备。
在第三实施方式中，举出作为应用本发明的TFT的便携式设备的几个例子进行了说明，但是这些举例说明的设备的结构并不限于上述的结构。另外，能够应用本发明的TFT的便携式设备，也不限于上述的设备。例如，PDA终端、可佩带的(wearable)AV设备、便携式计算机、手表型的通信设备等，要求具有机械柔软性、耐冲击性、废弃时对环境的影响性、重量轻、廉价等的便携式设备，能够适合应用本发明的TFT。
此外，在第一、第二实施方式中，将本发明应用于图1B和图1C的结构的TFT，但是对图1A和图1D的结构的TFT，也可以同样地应用本发明。在此，在图1A中，栅极电极12、栅极绝缘层13和半导体层14叠层在基板11上，源极电极15和漏极电极16叠层在该半导体层14上而构成。另外，在图1D中，源极电极15和漏极电极16、半导体层14、以及栅极绝缘层13，叠层在基板11上，在该栅极绝缘层13上叠层上电极12而构成。
另外，在第一、第二实施方式中，对源极电极和漏极电极具有矩形形状的情况进行了说明，但是只要形成为在平面图中源极电极和漏极电极具有相互相对的边，就可以优选适用本发明。另外，在源极电极和漏极电极具有任意形状的情况下，通过使芳香π共轭类有机半导体的主链的分子轴相对于在半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜地取向，可以应用本发明。
另外，在第一、第二实施方式中，显示了具有以在平面图中具有相互相对的边的方式分离设置的源极电极和漏极电极的薄膜晶体管的结构，但是除了这种结构以外，例如在具有以在厚度方向上具有相互相对的边的方式分离设置的源极电极和漏极电极的结构中，也可以采用将π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于与上述相对的边垂直的方向倾斜的结构。采用这样的结构，也可以得到与第一、第二实施方式相同的效果。
本发明可以提供具有以上所述的结构、将π共轭类有机半导体分子在规定方向上取向而构成的、载流子迁移率得到改善的TFT及其制造方法，同时起到可以提供配置有多个载流子迁移率得到改善的TFT的有源矩阵型的显示器、将上述载流子迁移率得到改善的TFT用于集成电路部的无线ID标签、和将上述载流子迁移率得到改善的TFT用于集成电路部的便携式设备等的效果。
根据上述说明，对本领域技术人员来说，本发明的多种改良和其它的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应理解为只是举例说明，是为了向本领域技术人员示范实施本发明的最佳方式而提供的。不脱离本发明的精神，可以实质性地改变其结构和/或功能的细节。
产业上的可利用性
本发明的TFT及其制造方法，作为将π共轭类有机半导体分子在规定方向上取向而构成的载流子迁移率得到改善的TFT及该TFT的制造方法是有用的。另外，本发明的TFT对于制造薄式或纸页式的有源矩阵型显示器、无线ID标签、便携式电视和便携式电话等便携设备等是有用的。

Claims (19)

1.一种薄膜晶体管，具有半导体层和在所述半导体层上相互相对地分离设置的源极区域和漏极区域，其特征在于：
所述半导体层具有π共轭类有机半导体分子作为主成分，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于在所述半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于：
源极区域和漏极区域按照具有相互相对的边的方式被分离设置在所述半导体层上，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与所述相对的边垂直的方向倾斜。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于：
源极区域和漏极区域按照在该半导体层的膜厚方向上具有相互相对的面的方式被分离设置在所述半导体层上，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与所述相对的面垂直的方向倾斜。
4.如权利要求2或3所述的薄膜晶体管，其特征在于：
具有通过栅极绝缘层被设置在所述半导体层的至少一个面上的栅极电极，
向所述栅极电极施加与所述薄膜晶体管为ON时同等的电压的状态下，所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴方向的导电率为σ1，与所述分子轴方向垂直的方向且为π轨道轴方向的导电率为σ2时，
所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴，以相对于与所述源极区域和所述漏极区域的相对的边或相对的面垂直的方向倾斜由(1)式算出的角度θ的方向作为实质的取向方向进行取向，
θ＝arctan(σ2/σ1)        …(1)。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于：
将所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照存在于与所述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且该取向范围为所述角度θ±10°。
6.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于：
将所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照不存在于与所述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且该取向范围为所述角度θ±5°。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于：
所述π共轭类有机半导体分子为以噻吩、乙炔、吡咯、亚苯基、和并苯中的任一个、或者将它们组合的分子骨架作为主链的衍生物。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于：
所述π共轭类有机半导体分子的各π轨道的延伸方向不都与同一矢量方向一致。
9.如权利要求7或8所述的薄膜晶体管，其特征在于：
所述π共轭类有机半导体分子为结晶质。
10.一种薄膜晶体管的制造方法，用于制造具有半导体层和在所述半导体层上相互相对地分离设置的源极区域和漏极区域的薄膜晶体管，其特征在于：
在所述半导体层中，使用π共轭类有机半导体分子作为主成分，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得π轨道实质上相对、并且主链的分子轴相对于在所述半导体层中形成的沟道中的电场方向倾斜。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
按照具有相互相对的边的方式，将源极区域和漏极区域分离设置在所述半导体层上，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与所述相对的边垂直的方向倾斜。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
按照在该半导体层的膜厚方向上具有相互相对的面的方式，将源极区域和漏极区域分离设置在所述半导体层上，
将所述π共轭类有机半导体分子取向，使得主链的分子轴相对于与所述相对的面垂直的方向倾斜。
13.如权利要求11或12所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
具有通过栅极绝缘层被设置在所述半导体层的至少一个面上的栅极电极，
向所述栅极电极施加与所述薄膜晶体管为ON时同等的电压的状态下，所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴方向的导电率为σ1，与所述分子轴方向垂直的方向且为π轨道轴方向的导电率为σ2时，
将所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴，以相对于与所述源极区域和所述漏极区域的相对的边或相对的面垂直的方向倾斜由(1)式算出的角度θ的方向作为实质的取向方向进行取向，
θ＝arctan(σ2/σ1)        …(1)。
14.如权利要求13所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
将所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照存在于与所述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且使该取向范围为所述角度θ±10°。
15.如权利要求13所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
将所述π共轭类有机半导体分子的主链的分子轴按照不存在于与所述半导体层的主面实质上平行的平面内的方式进行取向，并且使该取向范围为所述角度θ±5°。
16.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
作为所述π共轭类有机半导体分子，使用以噻吩、乙炔、吡咯、亚苯基、和并苯中的任一个、或者将它们组合的分子骨架作为主链的衍生物。
17.一种有源矩阵型显示器，其特征在于：
配置多个权利要求1～9中任一项所述的薄膜晶体管，作为用于驱动像素的开关元件。
18.一种无线ID标签，其特征在于：
利用权利要求1～9中任一项所述的薄膜晶体管，作为用于构成集成电路的半导体元件。
19.一种便携设备，其特征在于：
利用权利要求1～9中任一项所述的薄膜晶体管，作为用于构成集成电路的半导体元件。
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