JP2002009290A

JP2002009290A - 有機電子素子の製造方法、および、該製造方法により製造された有機電子素子

Info

Publication number: JP2002009290A
Application number: JP2000185816A
Authority: JP
Inventors: Kazunaga Horiuchi; 一永堀内; Kosho Okada; 興昌岡田; Tatsuya Maruyama; 達哉丸山; Tomoko Miyahara; 知子宮原; Masaaki Shimizu; 正昭清水
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】有機化合物の配向性を良好にさせることで、
高性能な有機電子素子を得ることができ、さらには得ら
れる有機電子素子に、軽量で柔軟性に富む等の優れた特
性を付与させることも可能な有機電子素子の製造方法、
および、該製造方法により製造された有機電子素子を提
供すること。【解決手段】有機半導体膜前駆体としての有機分子が
選択的に良配向性を示す表面を有する基板１を選択し、
基板１表面にソース電極２およびドレイン電極３を形成
する電極形成工程と、これら両電極２，３に接触するよ
うに、基板１表面に前記有機分子の良配向性膜からなる
有機半導体膜４を形成する半導体膜形成工程と、有機半
導体膜４上に絶縁性膜５を形成する絶縁性膜形成工程
と、該絶縁性膜５上にゲート電極６を形成するゲート電
極形成工程と、を備えることを特徴とする有機電子素子
の製造方法、および、該製造方法により製造された有機
電子素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機化合物を用い
た、電界効果トランジスタとして利用可能な有機電子素
子の製造方法、および、該製造方法により製造された有
機電子素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機化合物の中には、半導体的性質を示
すものが多く知られている。そのような有機化合物とし
ては、例えば、フタロシアニンに代表される低分子化合
物、ポリチオフェンに代表されるようなπ−共役系高分
子、および該π−共役系高分子と骨格が同じであるが繰
り返し単位数の少ないチオフェンオリゴマーに代表され
るπ−共役系オリゴマー等が挙げられる。かかる有機化
合物は、無機半導体と同様に、価電子帯、伝導帯および
これらを隔てる禁制帯からなるバンド構造を形成してい
るものと考えられ、化学的方法、電気化学的方法および
物理的方法等により価電子帯から電子を引き去ったり
（酸化）、または伝導帯に電子を注入したり還元するこ
と（すなわち、「ドーピング」）によって、電荷を運ぶ
キャリアを生じるものと説明されている。このような半
導体的性質から、これら有機化合物を様々な素子に適用
することができ、これまでにいくつかの報告がなされて
いる。

【０００３】具体的には、ポリアセチレンを用いたショ
ットキー接合素子（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５２巻、
８６９頁、１９８１年、および特開昭５６−１４７４８
６号公報等）、ポリピロール系高分子を用いたショット
キー接合素子（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５４巻、２５
１１頁、１９８３年、および特開昭５９−６３７６０号
公報等）が知られている。また、無機半導体であるｎ−
型ＣｄＳとｐ−型ポリアセチレンとを組み合わせたヘテ
ロ接合素子が報告されている（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．５１巻、４２５２頁、１９８０年）。有機半導体同
士を組み合わせた接合素子としては、ｐ−型およびｎ−
型ポリアセチレンを用いたｐｎホモ接合素子が知られて
いる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３３巻、１８
頁、１９７８年）。更に、ポリピロールとポリチオフェ
ンからなるヘテロ接合素子（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．２４巻、Ｌ５５３頁、１９８５年）、ポリアセ
チレンとポリＮ−メチルからなるヘテロ接合素子ピロー
ル（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５８巻、１２７９頁、１
９８５年）も知られている。

【０００４】また、最近では有機半導体を電界効果トラ
ンジスタの活性層に適用する試みがなされ、ポリアセチ
レンを用いたもの（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５４巻、
３２５５頁、１９８３年）、ポリ（Ｎ−メチルピロ−
ル）を用いたもの（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．８６３頁、１
９８６年、ポリチオフェンを用いたもの（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４９巻、１２１０頁、１９８６
年）、金属フタロシアニン類を用いたもの（Ｃｈｅｍ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１４５巻、３４３頁、１９８８
年、チオフェンオリゴマーを用いたもの（Ｓｏｌｉｄ
ＳｔａｔｅＣｏｍｍ．７２巻、３８１頁、１９８９
年）等が知られている。

【０００５】ここで、電界効果トランジスタについて、
まずポリチオフェンを用いたものを例に説明する。図１
１にポリチオフェンを活性層に用いた従来の電界効果ト
ランジスタの断面図を示す。ここで、９１はポリチオフ
ェン膜からなる活性層、９２は金膜からなるソース電
極、９３は金膜ドレイン電極、９４はゲート絶縁性膜と
なるシリコン酸化膜、９５はゲート電極兼基板であるｎ
形のシリコンウエハ、９６はシリコンウエハとオーミッ
ク接合を取るための電極である。このポリチオフェンを
活性層に用いた電界効果トランジスタは、以下のように
して製造される。

【０００６】ｎ形のシリコンウエハ９５の表面に熱酸化
膜または自然酸化膜であるシリコン酸化膜を従来法によ
り形成し（このシリコン酸化膜は、シリコンウエハ９５
の両面に形成され、一方が絶縁性膜としてのシリコン酸
化膜９４となる）、この上に通常の光リソグラフィー法
あるいはエッチング法によりソース電極９２およびドレ
イン電極９３となる金膜のパターンを形成し、これら両
電極９２，９３上および両電極９２，９３間に、活性層
９１となるポリチオフェン膜を電界重合法により形成す
る。シリコンウエハ９５とオーミック接合を取るための
電極９６は、シリコンウエハ９５における、ソース電極
９２、ドレイン電極９３および活性層９１を形成した側
と反対側の面に形成されたシリコン酸化膜を剥離し、Ｇ
ａ−Ｉｎ合金を塗布することにより形成する。従来の電
界効果トランジスタの有機半導体からなる活性層の形成
方法として、上記の電界重合法の他に、真空蒸着法、イ
オンクラスタービーム法（ＩＣＢ法）、スピンコート
法、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）などが報
告されている。

【０００７】次に、電界効果トランジスタについて、オ
リゴチオフェンを用いたものを例に説明する。図１２に
オリゴチオフェンを活性層に用いた電界効果トランジス
タの断面図を示す。ここで、１０１はオリゴチオフェン
膜からなる活性層、１０２は金膜からなるソース電極、
１０３は金膜からなるドレイン電極、１０４はゲート絶
縁性膜となるシリコン酸化膜、１０５はゲート電極兼基
板であるｎ形のシリコンウエハ、１０６はシリコンウエ
ハとオーミック接合を取るための電極である。このオリ
ゴチオフェンを活性層に用いた電界効果トランジスタ
は、以下のようにして製造される。

【０００８】ｎ形のシリコンウエハ１０５の表面に熱酸
化膜または自然酸化膜であるシリコン酸化膜１０４を従
来法により形成し（このシリコン酸化膜は、シリコンウ
エハ１０５の両面に形成され、一方が絶縁性膜としての
シリコン酸化膜１０４となる）、この上に活性層１０１
となるオリゴチオフェン膜を真空蒸着法で形成する。次
に、活性層１０１の上に通常の光リソグラフィー法ある
いはエッチング法によりソース電極１０２およびドレイ
ン電極１０３となる金膜のパターンを形成する。シリコ
ンウエハ１０５とオーミック接合を取るための電極１０
６は、シリコンウエハ１０５における、ソース電極１０
２、ドレイン電極１０３および活性層１０１を形成した
側と反対側の面に形成されたシリコン酸化膜を剥離し、
Ｇａ−Ｉｎ合金を塗布することにより形成する。従来の
有機半導体を用いた電界効果トランジスタは、何れも上
記２つのうちのどちらかの方法によって製造されてい
る。

【０００９】次に、ポリチオフェンを活性層に用いた電
界効果トランジスタを例に、その動作について、図１１
を用いて説明する。ソース電極９２とドレイン電極９３
との間に電圧をかけると、活性層９１を通してソース電
極９２とドレイン電極９３との間に電流が流れる。この
時、シリコン酸化膜（絶縁性膜）９４により活性層９１
と隔てられたゲート電極となるシリコンウエハ９５に電
圧を印加すると、電界効果によって活性層９１の電導度
を変えることができ、従って、ソース電極９２・ドレイ
ン電極９３の電流を制御することができる。これはシリ
コン酸化膜９４に近接する活性層９１内の蓄積層の幅が
シリコンウエハ９５に印加する電圧によって変化し、実
効的な正のキャリアからなるチャネル断面積が変化する
ためであると考えられている。

【００１０】有機分子を用いて活性層を形成する場合、
その配向性が問題となる。ここで基板に対する有機分子
の配向性に関して説明する。例えば文献（ＴｈｉｎＳ
ｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，１５１，Ｌ１０９（１９
８７）、化学工業、１１月号、３１〜３６ページ（１９
８９））に示されているように、銅フタロシアニン分子
は、石英ガラス基板表面では分子面が基板に対して垂直
になるように配向することが、Ｘ線回折測定によって明
らかにされている。また、ＫＣｌ上には分子面が基板に
対して平行になるように配向する。

【００１１】図４は、銅フタロシアニンを石英ガラス表
面に蒸着し、Ｘ線回折測定を行った結果である（図４
は、後述の実施例のデータであるが、本発明が当該性質
を利用したものであることに鑑み、かかる図面を流用し
て説明する。）。図４によれば、上記文献で示されてい
る内容を裏付けるように、石英ガラス表面では、６．８
度付近に鋭いピークが観測され、銅フタロシアニンは分
子面を石英ガラス表面に対して略垂直に配向しているこ
とが分かる。

【００１２】また、図５は配向処理等を施していないＰ
ＭＭＡ基板表面に銅フタロシアニン蒸着し、図４におけ
ると同様の測定条件でＸ線回折測定を行った結果である
（図５は、後述の比較例のデータであるが、本発明が既
述の如く配向性を利用したものであることから、配向性
の無いものの例として、かかる図面を流用して説明す
る。）。図５によれば、ピークは全く観測されず、分子
が配向していないことが分かる。

【００１３】ポリテトラフルオロエチレンやポリイミド
の配向膜表面では、銅フタロシアニンは蒸着によって配
向膜を形成する。図１３にポリテトラフルオロエチレン
の配向膜表面における銅フタロシアニンの分子の偏向吸
収スペクトル測定の結果を示す。図１１において、の
グラフは、分子面がラビング方向（配向膜の配向方向）
に対して垂直であるときの吸収スペクトルであり、の
グラフは、ラビング方向に対して平行であるときの吸収
スペクトルである。このグラフから、配向膜の配向方向
に対して銅フタロシアニンの分子面が垂直になるように
配向していることがわかる。

【００１４】このように、蒸着する基板の材質によっ
て、有機分子の配向性が変化することことが分かる。以
上銅フタロシアニンを例に挙げて、有機分子の配向性に
ついて説明したが、上記のことは、他の有機分子につい
ても同様であり、選択する基板により、配向性が左右さ
れる。

【００１５】しかし、前記従来の電界効果トランジスタ
では、ゲート電極兼基板であるシリコンウエハ表面に形
成したシリコン酸化膜を絶縁層として用いており、その
表面に有機分子を蒸着することにより活性層を形成して
いるため、蒸着する際に配向性を高めることは困難であ
る。

【００１６】また、近年のリサイクル性向上、廃棄適性
向上の流れの中で、電界効果トランジスタの全体を有機
物で作製することが望まれており、シリコンウエハに代
えて有機材料からならなる基板を用いることが、要求さ
れている。しかし、単に有機材料を基板として用いる
と、その表面に設ける有機分子は、一般的に配向性が低
下する。

【００１７】一方、前記従来の電界効果トランジスタで
は、既述のように基板が限定されてしまうとともに、ゲ
ート電極兼基板であるシリコンウエハ表面に形成したシ
リコン酸化膜を絶縁層として用いているため、一旦形成
した後は基板から剥離することはできず、その状態のま
まで素子として使用するほか使用法が無かった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、有機化合物を用いた、電界効果トランジスタとし
て利用可能な有機電子素子であって、有機化合物の配向
性を良好にさせることで、高性能な有機電子素子を得る
ことができ、さらには得られる有機電子素子に、軽量で
柔軟性に富む等の優れた特性を付与させることも可能な
有機電子素子の製造方法、および、該製造方法により製
造された有機電子素子を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、上記のような良配向性の有機電子素
子を種々の電子基板等に転用しうる有機電子素子の製造
方法、および、該製造方法により製造された有機電子素
子を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。すなわち第１の本発明は、有機半
導体膜ないし有機導電性膜前駆体としての有機分子が選
択的に良配向性を示す表面を有する基板を選択し、該基
板表面にソース電極およびドレイン電極を形成する電極
形成工程と、これら両電極に接触するように、前記基板
表面に前記有機分子の良配向性膜からなる有機半導体膜
を形成する半導体膜等形成工程と、該有機半導体膜ない
し有機導電性膜上に絶縁性膜を形成する絶縁性膜形成工
程と、該絶縁性膜ないし有機導電性膜上にゲート電極を
形成するゲート電極形成工程と、を備えることを特徴と
する有機電子素子の製造方法、および、該製造方法によ
り製造された有機電子素子である。

【００２０】第１の本発明においては、ゲート電極や絶
縁性膜とは独立した基板を用い、さらに該基板として、
有機半導体膜ないし有機導電性膜を形成する際に、有機
半導体膜ないし有機導電性膜前駆体としての有機分子が
選択的に良配向性を示す表面を有するものを選択するこ
とにより、キャリア移動度（電解効果移動度）の高い高
性能な有機電子素子を得ることができる。また、基板材
料がシリコンに限定されず、有機材料（例えば、ＯＨＰ
フィルム）を用いることが可能であることから、得られ
る有機電子素子に、軽量で柔軟性に富む等の優れた特性
を付与させることも可能である。

【００２１】また、第２の本発明は、第１の本発明の有
機電子素子の製造方法、および、該製造方法により製造
された有機電子素子であって、さらに、前記基板の表面
に形成されたソース電極、ドレイン電極、有機半導体膜
ないし有機導電性膜、絶縁性膜、およびゲート電極から
なる有機電子素子を、前記基板から引き剥がす引き剥が
し工程を備えることを特徴とする。

【００２２】第１の本発明において、ゲート電極や絶縁
性膜とは独立した基板を用いているため、得られる有機
電子素子は、基板から剥離しても有機電子素子として機
能することになる。したがって、第２の本発明において
は、形成された有機電子素子部分を基板から剥離するこ
とで、所望の電子基板に貼り付けることを可能として
る。すなわち、実際に使用する電子基板の表面性状に囚
われることなく、有機半導体膜ないし有機導電性膜形成
時に良好な配向性を発揮し得る基板を選択することがで
き、高性能な有機電子素子を容易に製造することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明においては、半導体膜等形
成工程で形成される膜が、半導体膜であるか導電性膜
（本発明において、「導電性」というときは、絶縁性で
無い限り抵抗を有する場合を含む概念とする。）である
かにより、所望の特性の有機電子素子を得ることができ
る。すなわち、本発明により得られる有機電子素子は、
半導体膜等形成工程で形成される膜が、半導体膜である
場合には電界効果トランジスタとして、良導電性の膜で
ある場合には導電性の素子として、高抵抗の導電性膜で
である場合には抵抗体として、それぞれ機能するものと
なる。また、さらに改造を加えることにより、コンデン
サーやコイルといった素子として機能させることもでき
る。以下、半導体膜等形成工程で形成される膜が半導体
膜である、電界効果トランジスタの場合を例に挙げ、本
発明を詳細に説明する。

【００２４】＜製造方法の概略＞図１は、本発明の一実
施形態である電界効果トランジスタの断面図であり、１
は基板、２はソース電極、３はドレイン電極、４は有機
半導体膜、５は絶縁性膜、６はゲート電極である。図２
（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す電界効果トランジスタの
製造方法の工程図である。図２にしたがって、本発明の
一実施形態である電界効果トランジスタの製造方法につ
いて、その概略を説明する。

【００２５】まず有機半導体膜前駆体としての有機分子
が選択的に良配向性を示す表面を有する基板１を選択
し、該基板１の表面にソース電極２およびドレイン電極
３を形成する｛電極形成工程、図２（ａ）｝。次に、こ
れら両電極２，３に接触するように、基板１の表面に前
記有機分子の良配向性膜からなる有機半導体膜４を形成
する｛半導体膜形成工程、図２（ｂ）｝。

【００２６】そして、有機半導体膜４の上に絶縁性膜５
を形成する｛絶縁性膜形成工程、図２（ｃ）｝。次い
で、絶縁性膜５の上にゲート電極６を形成する｛ゲート
電極形成工程、図２（ｄ）｝。以上の工程により、図１
に示す本発明の一実施形態である電界効果トランジスタ
が製造される。これら各工程の詳細については後述す
る。

【００２７】また、さらに、基板１を、その表面に形成
されたソース電極２、ドレイン電極３、有機半導体膜
４、絶縁性膜５、およびゲート電極６からなる有機電子
素子から引き剥がす引き剥がし工程を経ることで、図２
（ｅ）に示すような基板１の無い電界効果トランジスタ
を製造することもでき、種々の基板等に貼り付けて転用
することができる。

【００２８】＜製造方法の詳細＞次に、本発明の一実施
形態である電界効果トランジスタの製造方法について、
その詳細を、各工程に分けて説明する。（ａ）電極形成工程｛図２（ａ）｝電極形成工程においては、まず有機半導体膜前駆体とし
ての有機分子が選択的に良配向性を示す表面を有する基
板１を選択する。本発明において、有機半導体膜前駆体
としての有機分子とは、有機半導体膜４を形成し得る有
機分子のことを言い、半導体的特性を有し活性層として
有効に働くものであれば如何なるものでもよい。

【００２９】有機半導体膜前駆体としての有機分子とし
ては、フタロシアニン（Ｐｃ）（例えば、Ｈ₂Ｐｃ、Ｃ
ｏＰｃ、ＣｕＰｃ、ＮｉＰｃ、ＺｎＰｃ、ＭｇＰｃ、Ｆ
ｅＰｃ、ＳｎＰｃ、ＰｔＰｃ、ＡｌＣｌＰｃ、ＡｌＯＨ
Ｐｃ、ＴｉＯＰｃ、ＶＯＰｃ、ＳｎＣｌ₂Ｐｃ、ＧａＯ
ＨＰｃ、ＧａＣｌＰｃ、およびこれらの誘導体等）、チ
オフェン、ペンタセン、ペリレン、ＴＣＮＱ（７，７，
８，８−テトラシアノキノジメタン）、アントラセン、
およびこれらの誘導体等が挙げられる。

【００３０】基板１としては、絶縁性の材料であればい
ずれも使用可能であり、具体的には、ガラス、アルミナ
焼結体や、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィル
ム、ポリエチレンフィルム、ポリフェニレンスルフィド
膜、ポリパラキシレン膜などの各種絶縁性プラスチック
などが使用可能である。

【００３１】本発明においては、基板１として、前記有
機半導体膜前駆体としての有機分子が良配向性を示す表
面を有するものを選択することが必須となる。配向性が
良好なものを基板１として選択し、後述の半導体膜形成
工程で有機半導体膜を形成した際に、有機分子のうち例
えば不飽和環等平面状の部分が、基板１面に対して垂直
に近く（略垂直に）並び（配向し）キャリアが移動しや
すくなるため、キャリア移動度が向上する。したがっ
て、前記有機半導体膜前駆体としての有機分子の種類に
応じて、配向性が良好となるような基板を選択すること
で、キャリア移動度（電解効果移動度）の高い高性能な
有機電子素子を得ることができる。

【００３２】ここで、有機分子が「良配向性を示す」あ
るいは「配向性が良好」とは、有機半導体膜を形成した
際に、有機分子が最密充填される状態に配列されるこ
と、あるいは、有機分子が平面状である場合もしくは平
面状の部分を有する場合、当該平面が基板１面に対して
垂直に近く（略垂直に）並ぶことを意味する。特に、フ
タロシアニン、ペンタセン、ＴＣＮＱ、チオフェン、ア
ントラセン等のように不飽和環を有する有機分子の場合
には、不飽和環の少なくとも１つが、基板面に対する為
す角が４５°以上となるように並んでいることが、電極
方向に対してキャリアが移動しやすくなるため好まし
く、より好ましくは前記為す角が７５°以上となるよう
に並んだ状態である。かかる配向状態は、Ｘ線回折分析
により確認することができる。

【００３３】有機分子が良配向性を示すものとするため
には、基板自体、有機分子が良配向性を示すものを選択
することのほか、表面に高分子薄膜（特に高分子配向
膜）を形成した基板を選択することにより、有機半導体
膜の配向性を高めることも可能である。好ましい良配向
性を示す有機分子と基板との組み合わせとしては、例え
ば下記表１に示すものが挙げられるが、本発明はこれら
の例に限定されるものではない。

【００３４】

【表１】

【００３５】有機半導体膜前駆体としての有機分子が選
択的に良配向性を示す表面を有する基板１を選択した後
に、該基板１の表面にソース電極２およびドレイン電極
３を形成する。ソース電極２およびドレイン電極３の材
料としては、導電性のものであれば無機、有機の何れの
材料でも使用可能であり、金、白金、クロム、パラジウ
ム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポ
リシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や錫
酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、ポリアセチレン、ポリピロール等を用いるのが一
般的であり、これらの材料を２種以上使用しても差し支
えない。勿論、本発明において、両電極２，３の材料と
して用いることが可能な材料は、これらに限られるもの
ではない。

【００３６】両電極２，３としての、これら金属膜、金
属酸化膜、あるいは有機物膜を設ける方法としては蒸
着、スパッタリング、メッキ、各種ＣＶＤ成長の方法が
挙げられ、本発明においては、いずれの方法を採用して
もよい。両電極２，３の厚みとしては、一般に１０００
オングストローム以下が好ましく、５０〜２００オング
ストロームの範囲であることがより好ましい。

【００３７】（ｂ）半導体膜形成工程｛図２（ｂ）｝半導体膜形成工程においては、ソース電極２およびドレ
イン電極３に接触するように、基板１の表面に前記有機
分子の良配向性膜からなる有機半導体膜４を形成する。
有機分子としては、基板１と良配向性な既述の通りのも
のが用いられるが、当該有機分子としては、有機単結晶
であることが好ましい。有機単結晶、とりわけ純度の高
い有機単結晶を用いることで、得られる電界効果トラン
ジスタの高性能化を図ることができる。さらに、より大
きく成長させた有機単結晶を用いることで、得られる電
界効果トランジスタを飛躍的に高性能化することができ
る。純度の高い有機単結晶を得る方法については、例え
ば特願平１０−３５４０９９号に、純度が高くより大き
く成長させた有機単結晶を得る方法については、例えば
特願２０００−１７８０１１号に、それぞれ記載されて
いる。

【００３８】有機半導体膜４の形成方法としては、真空
蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタ
ービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレ
ーティング法、ＣＶＤ法、および、スパッタリング法等
が挙げられ、材料に応じて選択することができる。有機
半導体膜４の膜厚としては、特に制限はない。最終的に
得られる電界効果トランジスタの特性は、有機半導体膜
４の膜厚に大きく左右される場合が多く、好ましい膜厚
としては、有機半導体膜の種類により異なるが、一般に
３０００オングストローム以下が好ましく、１０〜５０
０オングストロームの範囲であることがより好ましい。

【００３９】（ｃ）絶縁性膜形成工程｛図２（ｃ）｝絶縁性膜形成工程においては、有機半導体膜４上に絶縁
性膜５を形成する。絶縁性膜５の材料としては、絶縁性
のものであれば無機、有機の何れの材料でも使用可能で
あり、一般的には酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ア
ルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、ポリエチ
レン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスル
フィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルおよ
び各種絶縁性ＬＢ膜等が用いられ、これらの材料を２つ
以上併用してもよい。

【００４０】絶縁性膜５の形成方法としては、特に制限
はなく、例えばＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ
重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング
法、クラスタイオンビーム蒸着法およびＬＢ法などが挙
げられ、本発明においては何れの方法も適用可能であ
る。絶縁性膜５の厚みとしては、材料の絶縁性にも依存
するが、一般的には５μｍ以下が好ましく、０．５〜３
μｍの範囲であることがより好ましい。

【００４１】（ｄ）ゲート電極形成工程｛図２（ｄ）｝ゲート電極形成工程においては、絶縁性膜上にゲート電
極６を形成する。ゲート電極６の材料としては、導電性
のものであれば無機、有機の何れの材料でも使用可能で
あり、前記ソース電極２およびドレイン電極３の材料と
して挙げられたものが、好適に使用される。また、ゲー
ト電極６の形成方法も前記ソース電極２およびドレイン
電極３と同様の方法を挙げることができる。以上の各工
程を経て、電界効果トランジスタが製造される。

【００４２】（ｅ）引き剥がし工程｛図２（ｅ）｝上記の各工程で、基板１に貼り付いた状態の電界効果ト
ランジスタが製造されるが、本発明においては、基板１
に電界効果トランジスタの素子としての機能を一切持た
せていないことから、当該基板１を除した状態でも電界
効果トランジスタとして機能する。したがって、上記の
各工程を経た後、必要に応じて引き剥がし工程を行う。

【００４３】引き剥がし工程においては、基板１の表面
に形成されたソース電極２、ドレイン電極３、有機半導
体膜４、絶縁性膜５、およびゲート電極６からなる有機
電子素子を、基板１から引き剥がす。一般的に用いられ
ている図９や図１０で示されるような電界効果トランジ
スタでは、Ｓｉ基板（シリコンウエハ）をゲート電極と
し、Ｓｉ基板表面を酸化させることにより絶縁層を形成
している。つまり、ゲート電極と絶縁層とが一体化して
いるため剥離することは不可能であった。しかし、本発
明では、積層構造を変え、基板とは独立した絶縁層が設
けられているため、電界効果トランジスタを剥離するこ
とが可能である。

【００４４】なお、基板１において、表面に高分子薄膜
を形成する場合には、当該高分子薄膜として、剥離しや
すいポリテトラフルオロエチレン層などを設けると、容
易に電界効果トランジスタを基板１から剥離することが
可能となる。剥離した電界効果トランジスタは、他の電
子基板等に貼り付けて使用することができる。すなわ
ち、実際に使用する電子基板の表面性状に囚われること
なく、有機半導体膜形成時に良好な配向性を発揮し得る
基板を選択することができ、高性能な有機電子素子を容
易に製造することができる。

【００４５】以上、電界効果トランジスタの場合を例に
挙げ、本発明を説明したが、他の素子を得る場合にも、
有機半導体の種類を適宜選択し、電界効果トランジスタ
製造における半導体膜形成工程（本発明における半導体
膜等形成工程）で形成される膜を有機導電性膜とするこ
とにより、上記同様の操作で製造することができる。

【００４６】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、勿論本発明は、これをもって限定される
ものではない。なお、以下の実施例は、図２を用いて電
界効果トランジスタの製造方法を説明する。

【００４７】（実施例１）＜電界効果トランジスタの製造＞（ａ）電極形成工程基板１として石英ガラス（７．５×２．５×１ｍｍ）を
用い、その表面に図２（ａ）に示すように、厚さ２００
オングストロームの金膜を蒸着し、ソース電極２（０．
５×２０ｍｍ）およびドレイン電極３（０．５×２０ｍ
ｍ）を形成した。

【００４８】（ｂ）半導体膜形成工程１．３３×１０^-3Ｐａ（１０^-5トール）の真空下で図２
（ａ）に示すようにソース電極２およびドレイン電極３
が形成された基板１の表面に、下記構造式で表される市
販のコバルトフタロシアニンを厚さが０．１μｍになる
ように蒸着し、図２（ｂ）に示すように有機半導体膜４
を形成した。

【００４９】

【化１】

【００５０】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図３
に示す。この結果から、２θが約６．８°付近に鋭いピ
ークが観測され、面間隔が１３オングストローム程度で
あり、コバルトフタロシアニンの不飽和環と基板面とが
ほぼ垂直になっており、コバルトフタロシアニンの分子
が良好に配向していることがわかる。

【００５１】（ｃ）絶縁性膜形成工程ポリプルランＣＲＳ（商品名、信越化学社製、シアノ
樹脂）の１５％（質量基準）アセトニトリル溶液を、図
２（ｂ）に示す状態の有機半導体膜４上にスピンコート
し、図２（ｃ）に示すように絶縁性膜５を形成した。こ
のときスピンコートは、回転数：４０００ｒｐｍ、回転
時間：６０秒の条件で、大気中で行った。スピンコート
の後、１００℃に保った炉の中で３０分間放置し、十分
に乾燥させた。

【００５２】（ｄ）ゲート電極形成工程図２（ｃ）に示す状態の絶縁性膜５上に、図２（ｄ）に
示すように、厚さ２００オングストロームの金膜を蒸着
し、ゲート電極６（１×０．１ｍｍ）を形成した。

【００５３】以上のようにして、図１に示される断面構
成の電界効果トランジスタを製造した。得られた電界効
果トランジスタは、チャネル幅（Ｗ）が１０００μｍ、
チャネル長（Ｌ）が１５μｍである。

【００５４】＜電気特性の評価＞得られた実施例１の電
界効果トランジスタの電気特性を図４に示す。当該電界
効果トランジスタのキャリア移動度（電解効果移動度）
は次の式（１）を用いて計算した。Ｉ_DS＝（ＷＣ／２Ｌ）μ（Ｖ_G−Ｖ₀）² ・・・・・式（１）上記式（１）中、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、お
よび、Ｃはゲート誘電体の単位面積あたりのキャパシタ
ンス（１２ｎＦ／ｃｍ²）である。

【００５５】上記式（１）を用いてキャリア移動度μを
計算するには、以下のようにして行う。まず、測定値か
らＩ_DS＝０まで外挿することによって、飽和領域におけ
るドレイン−ソース間電流（Ｉ_DS）の平方根と、デバイ
スのゲート電圧（Ｖ_G）との間の関係から、デバイスの
しきい値電圧（Ｖ₀）を決定する。飽和領域におけるＩ
_DSは、与えられたＶ_Gにおけるドレイン−ソース間電圧
（Ｖ_DS）とＩ_DSとの間の関係を観測することによって決
定される。飽和領域におけるＩ_DSとは、Ｖ_DSを増大させ
てもＩ_DSが増大しなくなるところである。飽和領域にお
けるＩ_DSはＶ_Gとともに変動する。なお、Ｖ₀を決定する
この方法は当業者に周知である。以上のようにして求め
られたキャリア移動度μは、およそ１×１０^-1ｃｍ²／
Ｖ・ｓｅｃであった。

【００５６】（比較例１）実施例１において、基板１と
して、石英ガラスの代わりにポリメチルメタクリレート
を用いた他は、実施例１と同様にして「（ａ）電極形成
工程」および「（ｂ）半導体膜形成工程」の操作を行っ
た。

【００５７】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図５
に示す。この結果から、明確なピークは見られず、分子
はほぼランダムに配置しており、コバルトフタロシアニ
ンの分子がほとんど配向していないことがわかる。

【００５８】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた比較例１の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ１×
１０^-5ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００５９】（実施例２）実施例１において、基板１と
して、石英ガラスの代わりに、石英ガラス基板上にポリ
テトラフルオロエチレン膜をラビング法によって作製し
た配向膜を形成したものを用いた他は、実施例１と同様
にして「（ａ）電極形成工程」および「（ｂ）半導体膜
形成工程」の操作を行った。

【００６０】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図６
に示す。この結果から、２θが約６．８°付近に鋭いピ
ークが観測され、面間隔が１３オングストローム程度で
あり、コバルトフタロシアニンの不飽和環と基板面とが
ほぼ垂直になっており、コバルトフタロシアニンの分子
が良好に配向していることがわかる。

【００６１】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた実施例２の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ２×
１０^-1ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００６２】（比較例２）実施例１において、基板１と
して、石英ガラスの代わりに、石英ガラス基板上に表面
の配向処理を施さないポリテトラフルオロエチレン膜を
形成したものを用いた他は、実施例１と同様にして
「（ａ）電極形成工程」および「（ｂ）半導体膜形成工
程」の操作を行った。

【００６３】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図７
に示す。この結果から、明確なピークは見られず、分子
はほぼランダムに配置しており、コバルトフタロシアニ
ンの分子がほとんど配向していないことがわかる。

【００６４】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた比較例２の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ１×
１０^-4ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００６５】（実施例３）実施例１と同様にして
「（ａ）電極形成工程」の操作を行った。さらに、実施
例１において、市販のコバルトフタロシアニンの代わり
に、下記方法により製造した有機単結晶としたコバルト
フタロシアニンを用いた他は、実施例１と同様にして
「（ｂ）半導体膜形成工程」の操作を行った。

【００６６】（製造方法）市販のアントラセン（Ａｌｄ
ｒｉｃｈ社製）２重量部に対し、コバルトフタロシアニ
ン（東京化学社製）０．００５重量部をガラスアンプル
に封入し、下部高温端が２２０℃、上部低温端が２１０
℃になるように昇温した。その後、熱源の電流値を調整
し、ΔＴ＝２℃／ｈで徐冷した。冷却後の単結晶の取り
込まれたアントラセン固体について、アセトンを用いて
ソックスレー抽出を２４時間行った。その結果、約５×
０．１×０．１（ｍｍ）の単結晶（有機単結晶）が得ら
れた。得られた単結晶について、Ｘ線回折測定を行った
結果、β型であることがわかった。

【００６７】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図８
に示す。この結果から、２θが約６．８°付近に鋭いピ
ークが観測され、面間隔が１３オングストローム程度で
あり、コバルトフタロシアニンの不飽和環と基板面とが
ほぼ垂直になっており、コバルトフタロシアニンの分子
が良好に配向していることがわかる。

【００６８】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた実施例３の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ１ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００６９】（実施例４）実施例２で製造した電界効果
トランジスタについて、ソース電極２、ドレイン電極３
および有機半導体膜４からなる面と、基板１表面に形成
されたポリテトラフルオロエチレン層の面と、を剥離し
た。基板１の剥離後の電界効果トランジスタを、ＰＭＭ
Ａ基板上にゲート電極６の面で張り付け、実施例１と同
様にしてその電気特性を測定した。その結果、キャリア
移動度μは、およそ２×１０^-1ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであ
った。

【００７０】（実施例５）実施例１と同様にして
「（ａ）電極形成工程」の操作を行った。さらに、実施
例１において、市販のコバルトフタロシアニンの代わり
に、ペンタセンを用いた他は、実施例１と同様にして
「（ｂ）半導体膜形成工程」の操作を行った。

【００７１】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図９
に示す。この結果から、２θが約５．９°付近に鋭いピ
ークが観測され、面間隔が１５オングストローム程度で
あり、ペンタセンの不飽和環と基板面とがほぼ垂直にな
っており、ペンタセンの分子が良好に配向していること
がわかる。

【００７２】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた実施例５の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ１×
１０^-1ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００７３】（比較例３）実施例５において、基板１と
して、石英ガラスの代わりにポリメチルメタクリレート
を用いた他は、実施例１と同様にして「（ａ）電極形成
工程」および「（ｂ）半導体膜形成工程」の操作を行っ
た。

【００７４】この状態で有機半導体膜４の配向性を調べ
るため、Ｘ線回折分析を行った。結果（ＸＲＤ）を図１
０に示す。この結果から、明確なピークは見られず、分
子はほぼランダムに配置しており、ペンタセンの分子が
ほとんど配向していないことがわかる。

【００７５】さらに、実施例１と同様にして「（ｃ）絶
縁性膜形成工程」および「（ｄ）ゲート電極形成工程の
操作を行い、図１に示される断面構成の電界効果トラン
ジスタを製造した。得られた比較例３の電界効果トラン
ジスタについて、実施例１と同様にしてその電気特性を
測定した。その結果、キャリア移動度μは、およそ１×
１０^-4ｃｍ ²／Ｖ・ｓｅｃであった。

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、有機化合
物を用いた、電界効果トランジスタとして利用可能な有
機電子素子であって、有機化合物の配向性を良好にさせ
ることで、高性能な有機電子素子を得ることができ、さ
らには得られる有機電子素子に、軽量で柔軟性に富む等
の優れた特性を付与させることも可能な有機電子素子の
製造方法、および、該製造方法により製造された有機電
子素子を提供することができる。また、他の本発明によ
れば、上記のような良配向性の有機電子素子を種々の電
子基板等に転用しうる有機電子素子の製造方法、およ
び、該製造方法により製造された有機電子素子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である電界効果トランジ
スタの断面図である。

【図２】本発明の一実施形態である電界効果トランジ
スタの製造方法の工程図である。

【図３】実施例における有機半導体膜の配向性を調べ
るためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示すグラフであ
る。

【図４】実施例の電界効果トランジスタの電気特性を
示すグラフである。

【図５】他の比較例における有機半導体膜の配向性を
調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示すグラフ
である。

【図６】他の実施例における有機半導体膜の配向性を
調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示すグラフ
である。

【図７】他の比較例における有機半導体膜の配向性を
調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示すグラフ
である。

【図８】さらに他の実施例における有機半導体膜の配
向性を調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示す
グラフである。

【図９】さらにまた他の実施例における有機半導体膜
の配向性を調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を
示すグラフである。

【図１０】さらに他の比較例における有機半導体膜の
配向性を調べるためのＸ線回折分析結果（ＸＲＤ）を示
すグラフである。

【図１１】ポリチオフェンを活性層に用いた従来の電
界効果トランジスタの断面図である。

【図１２】オリゴチオフェンを活性層に用いた電界効
果トランジスタの断面

【図１３】ポリテトラフルオロエチレンの配向膜表面
における銅フタロシアニンの分子の偏向吸収スペクトル
測定である。

【符号の説明】

１基板２ソース電極３ドレイン電極４有機半導体膜５絶縁性膜６ゲート電極９１，１０１活性層９２，１０２ソース電極９３，１０３ドレイン電極９４，１０４シリコン酸化膜９５，１０５シリコンウエハ９６，１０６電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｄ (72)発明者丸山達哉神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者宮原知子神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者清水正昭神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 5F045 AA03 AB40 AF07 BB16 DA61 5F103 AA01 AA02 AA04 AA06 AA08 DD25 GG01 LL07 RR05 5F110 AA30 CC05 DD01 DD02 DD03 DD06 DD12 EE01 EE02 EE03 EE04 EE07 EE08 EE09 EE42 EE43 EE44 EE45 FF01 FF02 FF03 FF27 FF29 FF30 GG05 GG12 GG24 GG25 GG28 GG29 GG42 GG43 GG44 HK01 HK02 HK03 HK04 HK07 HK09 HK14 HK16 HK32 HK33 HK34 QQ16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機半導体膜ないし有機導電性膜前駆体
としての有機分子が選択的に良配向性を示す表面を有す
る基板を選択し、該基板表面にソース電極およびドレイ
ン電極を形成する電極形成工程と、これら両電極に接触するように、前記基板表面に前記有
機分子の良配向性膜からなる有機半導体膜ないし有機導
電性膜を形成する半導体膜等形成工程と、該有機半導体膜ないし有機導電性膜上に絶縁性膜を形成
する絶縁性膜形成工程と、該絶縁性膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工
程と、を備えることを特徴とする有機電子素子の製造方
法。
【請求項２】前記基板として、表面に高分子薄膜を形
成した基板を用いることを特徴とする請求項１に記載の
有機電子素子の製造方法。
【請求項３】前記有機分子が、有機単結晶であること
を特徴とする請求項１または２に記載の有機電子素子の
製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１に記載の有機
電子素子の製造方法であって、さらに、前記基板の表面に形成されたソース電極、ドレ
イン電極、有機半導体膜ないし有機導電性膜、絶縁性
膜、およびゲート電極からなる有機電子素子を、前記基
板から引き剥がす引き剥がし工程を備えることを特徴と
する有機電子素子の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１に記載の有機
電子素子の製造方法により製造されたことを特徴とする
有機電子素子。