JP2003092411A - 有機半導体デバイス、有機電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
有機半導体デバイス、有機電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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Classifications
-
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
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- H10K10/468—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate dielectrics
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K85/701—Langmuir Blodgett films
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- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新規な有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥ
Ｔ）を提供する。 【解決手段】 有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）
はゲート、ソース及びドレインを有する。ＯＦＥＴは、
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の間に形成さ
れた有機分子の単層も有する。この単層はＯＦＥＴのた
めのチャネル及びゲート誘電体層として機能する。
Ｔ）を提供する。 【解決手段】 有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）
はゲート、ソース及びドレインを有する。ＯＦＥＴは、
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の間に形成さ
れた有機分子の単層も有する。この単層はＯＦＥＴのた
めのチャネル及びゲート誘電体層として機能する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は有機半導体デバイス
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機回路に関する関心は高まり続けてい
る。有機回路の魅力は、プラスチックタイプの基板によ
り形成された回路に一般的に付随する可撓性、軽量性及
び強靱性などのようなこれらの機械的特性から生じる。
これらの特性は、例えば、スマートカード、電子タグ及
びディスプレイなどのような多くの用途に好適な低コス
ト集積回路（ＩＣ）技術に転用可能であると予想され
る。
る。有機回路の魅力は、プラスチックタイプの基板によ
り形成された回路に一般的に付随する可撓性、軽量性及
び強靱性などのようなこれらの機械的特性から生じる。
これらの特性は、例えば、スマートカード、電子タグ及
びディスプレイなどのような多くの用途に好適な低コス
ト集積回路（ＩＣ）技術に転用可能であると予想され
る。
【０００３】有機回路は少なくとも１個の能動有機半導
体デバイスを包含する。このような能動有機半導体デバ
イスの一例は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）
である。ＯＦＥＴは有機半導体層内に形成された能動チ
ャネルを有する。この能動チャネルはドレインをソース
と連結する。能動チャネルの導電率は、ゲート誘電体層
を介してデート電極から印加された電界に反応する。そ
の導電率に応じて、電圧がドレインとソースとの間に印
加されたときに、電流はチャネルを介して流れることが
できる。従って、電界から導出されたゲート電極上の電
圧は、チャネルを介して流れる電流量を制御する。
体デバイスを包含する。このような能動有機半導体デバ
イスの一例は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）
である。ＯＦＥＴは有機半導体層内に形成された能動チ
ャネルを有する。この能動チャネルはドレインをソース
と連結する。能動チャネルの導電率は、ゲート誘電体層
を介してデート電極から印加された電界に反応する。そ
の導電率に応じて、電圧がドレインとソースとの間に印
加されたときに、電流はチャネルを介して流れることが
できる。従って、電界から導出されたゲート電極上の電
圧は、チャネルを介して流れる電流量を制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】有機回路からは多くの
利点が想起されるが、能動有機半導体デバイスの製造上
の改善も期待される。更に詳細には、ＯＦＥＴのような
能動有機半導体デバイスの製造を単純化するための改良
が探し求められている。同様に、例えば、ＯＦＥＴの製
造コストを低減させるための研究努力が続けられてい
る。
利点が想起されるが、能動有機半導体デバイスの製造上
の改善も期待される。更に詳細には、ＯＦＥＴのような
能動有機半導体デバイスの製造を単純化するための改良
が探し求められている。同様に、例えば、ＯＦＥＴの製
造コストを低減させるための研究努力が続けられてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題は、ＯＦＥＴな
どのような能動有機半導体デバイスの製造を単純化し、
かつ、製造コストを低減する本発明の製造方法により解
決される。更に詳細には、前記課題は、絶縁特性と、電
界に応じて変化する導電率を有する有機分子の層により
解決される。本発明によれば、少なくとも一つの有機絶
縁性分子と少なくとも一つの有機半導体分子から形成さ
れた有機分子層は誘電体層及び能動チャネルとして機能
する。従って、この有機分子層は例えば、ＯＦＥＴのゲ
ート誘電体層及びゲート誘電体層の両方であることがで
きる。更に、有機分子層は単分子層であることもでき
る。本発明の説明のために、「単分子層」又は「単層」
という用語は、１分子の厚さを有する層を意味する。こ
の場合、単層の各原子は少なくとも１個の化学結合を有
する。
どのような能動有機半導体デバイスの製造を単純化し、
かつ、製造コストを低減する本発明の製造方法により解
決される。更に詳細には、前記課題は、絶縁特性と、電
界に応じて変化する導電率を有する有機分子の層により
解決される。本発明によれば、少なくとも一つの有機絶
縁性分子と少なくとも一つの有機半導体分子から形成さ
れた有機分子層は誘電体層及び能動チャネルとして機能
する。従って、この有機分子層は例えば、ＯＦＥＴのゲ
ート誘電体層及びゲート誘電体層の両方であることがで
きる。更に、有機分子層は単分子層であることもでき
る。本発明の説明のために、「単分子層」又は「単層」
という用語は、１分子の厚さを有する層を意味する。こ
の場合、単層の各原子は少なくとも１個の化学結合を有
する。
【０００６】本発明の一例において、ＯＦＥＴは例え
ば、有機分子の単層をゲート電極に結合することにより
自己集成される。有機分子の単層は、ゲート電極を有機
分子でソーキングすることにより結合させることができ
る。このソーキングステップは、例えば、アルキル鎖な
どのような少なくとも１個の有機絶縁分子と、芳香環、
融合環、共役ベンゼン及び大環状分子を含む共役分子又
は共役基などのような少なくとも１個の有機半導体分子
と共に、チオール、シラン又は有機感応性シランなどの
ような少なくとも１個の界面分子によるソーキングを含
むことができる。本発明の説明のために、「共役」とい
う用語は、分子が非局在化π電子を有し、これにより半
導体特性を生じることを意味する。別法として、界面分
子、有機絶縁分子及び有機半導体分子を連続的にソーキ
ングするか、又は部分的順次配列法（例えば、界面分子
と有機絶縁層を最初に一緒にソーキングし、次いで、そ
の後有機半導体分子をソーキングする）によりソーキン
グすることもできる。ソーキング完了後、有機分子層を
ゲート電極と結合する。過剰量の界面分子は、有機分子
の単層のような所望の厚さを創成するために除去するこ
とができる。最後に、有機分子層を乾燥させる。ドレイ
ン及びソース電極が形成されたら、ＯＦＥＴが完成され
る。
ば、有機分子の単層をゲート電極に結合することにより
自己集成される。有機分子の単層は、ゲート電極を有機
分子でソーキングすることにより結合させることができ
る。このソーキングステップは、例えば、アルキル鎖な
どのような少なくとも１個の有機絶縁分子と、芳香環、
融合環、共役ベンゼン及び大環状分子を含む共役分子又
は共役基などのような少なくとも１個の有機半導体分子
と共に、チオール、シラン又は有機感応性シランなどの
ような少なくとも１個の界面分子によるソーキングを含
むことができる。本発明の説明のために、「共役」とい
う用語は、分子が非局在化π電子を有し、これにより半
導体特性を生じることを意味する。別法として、界面分
子、有機絶縁分子及び有機半導体分子を連続的にソーキ
ングするか、又は部分的順次配列法（例えば、界面分子
と有機絶縁層を最初に一緒にソーキングし、次いで、そ
の後有機半導体分子をソーキングする）によりソーキン
グすることもできる。ソーキング完了後、有機分子層を
ゲート電極と結合する。過剰量の界面分子は、有機分子
の単層のような所望の厚さを創成するために除去するこ
とができる。最後に、有機分子層を乾燥させる。ドレイ
ン及びソース電極が形成されたら、ＯＦＥＴが完成され
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の或る実施
態様の概要断面図である。更に詳細には、例えば、有機
電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）のような半導体デバ
イス１０が図示されている。代表的な無機電界効果トラ
ンジスタと全く同様に、ＯＦＥＴ１０はゲート、ソース
及びドレインからなる。ＯＦＥＴ１０は、電流を流すこ
とが出来る能動チャネルと、ゲートをチャネルから絶縁
するためのゲート誘電体層も有する。
態様の概要断面図である。更に詳細には、例えば、有機
電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）のような半導体デバ
イス１０が図示されている。代表的な無機電界効果トラ
ンジスタと全く同様に、ＯＦＥＴ１０はゲート、ソース
及びドレインからなる。ＯＦＥＴ１０は、電流を流すこ
とが出来る能動チャネルと、ゲートをチャネルから絶縁
するためのゲート誘電体層も有する。
【０００８】構造的に、ＯＦＥＴ１０はゲート電極１
５、ソース電極２０及びドレイン電極２５を有する。電
極１５、２０及び２５は、ドープドシリコン又は例え
ば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）などのよ
うな導電性金属から構成することができる。ゲート電極
１５と、ソース電極２０及びドレイン電極２５との間に
形成されているのは単分子層３０又は分子１個の厚さの
鎖状構造を有する単層である。この場合、単層の各原子
は少なくとも１個の化学結合を有する。従って、単層３
０は約１ｎｍ〜３ｎｍの範囲内の厚さを有する。
５、ソース電極２０及びドレイン電極２５を有する。電
極１５、２０及び２５は、ドープドシリコン又は例え
ば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）などのよ
うな導電性金属から構成することができる。ゲート電極
１５と、ソース電極２０及びドレイン電極２５との間に
形成されているのは単分子層３０又は分子１個の厚さの
鎖状構造を有する単層である。この場合、単層の各原子
は少なくとも１個の化学結合を有する。従って、単層３
０は約１ｎｍ〜３ｎｍの範囲内の厚さを有する。
【０００９】単層３０は、ＯＦＥＴ１０のための多目的
層として機能する。単層３０は、ＯＦＥＴ１０のチャネ
ル及びゲート誘電体層を構成する。従って、単層３０
は、ＯＦＥＴ１０のチャネルとして機能する。これによ
り、チャネルを介して及びソース電極２０とドレイン電
極２５との間で電流をながすことができる。同様に、単
層３０は、チャネルとゲート電極１５との間に絶縁層を
配設することによりゲート誘電体層としても機能する。
層として機能する。単層３０は、ＯＦＥＴ１０のチャネ
ル及びゲート誘電体層を構成する。従って、単層３０
は、ＯＦＥＴ１０のチャネルとして機能する。これによ
り、チャネルを介して及びソース電極２０とドレイン電
極２５との間で電流をながすことができる。同様に、単
層３０は、チャネルとゲート電極１５との間に絶縁層を
配設することによりゲート誘電体層としても機能する。
【００１０】これらの両方の機能的動作を実現するため
に、単層３０は有機分子の層からなる。更に詳細には、
単層３０は少なくとも１個の有機半導体分子３５からな
る。有機半導体分子３５内にはＯＦＥＴ１０のチャネル
が形成される。有機半導体分子３５の特徴は、単層３０
を形成する有機分子鎖の第１の連続部分を有することで
ある。この分子鎖の第１の連続部分は非結合又はπ軌道
の、例えば、ベンゼンからなる。π軌道の特性はＯＦＥ
Ｔ１０のソース電極２０とドレイン電極２５との間に延
在し、それにより、有機半導体分子３５のチャネルを介
して電流を流すことが可能になる。
に、単層３０は有機分子の層からなる。更に詳細には、
単層３０は少なくとも１個の有機半導体分子３５からな
る。有機半導体分子３５内にはＯＦＥＴ１０のチャネル
が形成される。有機半導体分子３５の特徴は、単層３０
を形成する有機分子鎖の第１の連続部分を有することで
ある。この分子鎖の第１の連続部分は非結合又はπ軌道
の、例えば、ベンゼンからなる。π軌道の特性はＯＦＥ
Ｔ１０のソース電極２０とドレイン電極２５との間に延
在し、それにより、有機半導体分子３５のチャネルを介
して電流を流すことが可能になる。
【００１１】単層３０は更に、少なくとも１個の有機絶
縁分子４０から構成される。有機絶縁分子４０の特徴
は、単層３０を形成する有機分子鎖の第２の連続部分を
有することである。この分子鎖の第２の連続部分は結合
又はσ軌道からなる。σ軌道の特性は、電流の流れを阻
止し、絶縁体として挙動する。前記のような、分子鎖の
第２の連続部分（例えば、σ軌道）は、第１の連続部分
（例えば、π軌道）よりもゲート電極１５の近くに配向
する。従って、有機絶縁分子４０は、有機半導体分子３
５内のチャネルとゲート電極１５との間のゲート誘電体
層として機能する。
縁分子４０から構成される。有機絶縁分子４０の特徴
は、単層３０を形成する有機分子鎖の第２の連続部分を
有することである。この分子鎖の第２の連続部分は結合
又はσ軌道からなる。σ軌道の特性は、電流の流れを阻
止し、絶縁体として挙動する。前記のような、分子鎖の
第２の連続部分（例えば、σ軌道）は、第１の連続部分
（例えば、π軌道）よりもゲート電極１５の近くに配向
する。従って、有機絶縁分子４０は、有機半導体分子３
５内のチャネルとゲート電極１５との間のゲート誘電体
層として機能する。
【００１２】単層３０は更に、界面分子４５から構成さ
れる。界面分子４５は有機絶縁分子４０とゲート電極１
５との間の一層大きな結合を有する。下記で詳細に説明
するように、界面分子４５の選択は、ゲート電極１５と
して使用するために選択された材料に応じて左右され
る。界面分子４５はまた、ＯＦＥＴ１０のゲート誘電体
層のための追加的な絶縁も提供する。
れる。界面分子４５は有機絶縁分子４０とゲート電極１
５との間の一層大きな結合を有する。下記で詳細に説明
するように、界面分子４５の選択は、ゲート電極１５と
して使用するために選択された材料に応じて左右され
る。界面分子４５はまた、ＯＦＥＴ１０のゲート誘電体
層のための追加的な絶縁も提供する。
【００１３】σ軌道及びπ軌道は、物質の量子理論及び
一般的に、単一原子（原子軌道）又は更に特定的には、
本発明のような結合原子（分子軌道）に対するその応用
を用いて説明できる。シュレーディンガー(Schrodinge
r)の波動力学及びハイゼンベルグ(Heisenberg)の不確定
性原理の組合せからなる軌道理論は、電子は粒子ではな
く、幾つかのエネルギーレベルで存在できる三次元波動
と見做す。電子の正確な位置及び殻内の位置（例えば、
大多数の元素において、軌道群である）は数学的確率法
則では正確に予測できない。軌道準位及び軌道準位内の
電子の運動は波動関数及び量子数により表される。電子
が所定の容量で存在する確率（すなわち、１電子波動関
数の二乗）は、その電子の軌道と呼ばれ、その軌道の形
状は、定確率の表面（すなわち、球体及び楕円形ドーナ
ツ）により画成される。確率によって説明される電子軌
道は、不確定な境界を有する雲に似ている。各電子のエ
ネルギー状態は、その主準位、角運動量、磁気モーメン
ト及びスピンを記述する４量子数により得られる。
一般的に、単一原子（原子軌道）又は更に特定的には、
本発明のような結合原子（分子軌道）に対するその応用
を用いて説明できる。シュレーディンガー(Schrodinge
r)の波動力学及びハイゼンベルグ(Heisenberg)の不確定
性原理の組合せからなる軌道理論は、電子は粒子ではな
く、幾つかのエネルギーレベルで存在できる三次元波動
と見做す。電子の正確な位置及び殻内の位置（例えば、
大多数の元素において、軌道群である）は数学的確率法
則では正確に予測できない。軌道準位及び軌道準位内の
電子の運動は波動関数及び量子数により表される。電子
が所定の容量で存在する確率（すなわち、１電子波動関
数の二乗）は、その電子の軌道と呼ばれ、その軌道の形
状は、定確率の表面（すなわち、球体及び楕円形ドーナ
ツ）により画成される。確率によって説明される電子軌
道は、不確定な境界を有する雲に似ている。各電子のエ
ネルギー状態は、その主準位、角運動量、磁気モーメン
ト及びスピンを記述する４量子数により得られる。
【００１４】図１（ｂ）は、図１（ａ）のＯＦＥＴ１０
のようなデバイスで使用するための、単層６０の一例を
使用する分子構造５０を示す模式図である。単層６０は
有機半導体分子７５から構成されている。有機半導体分
子７５は共役有機構造から構成されている。図示されて
いるように、有機半導体分子７５は、共役分子又は共役
基により実現される。これらは例えば、芳香環、溶融
環、共役ベンゼン、大環状分子などである。また、これ
らの置換体も本発明の記載を参照することにより当業者
には自明である。有機半導体分子７５からのπ軌道は、
チャネルの形成が可能な、ｙ軸芳香に、共役ベンゼン間
を横方向に延在し、これにより、これらを介する電流の
流れを助ける。
のようなデバイスで使用するための、単層６０の一例を
使用する分子構造５０を示す模式図である。単層６０は
有機半導体分子７５から構成されている。有機半導体分
子７５は共役有機構造から構成されている。図示されて
いるように、有機半導体分子７５は、共役分子又は共役
基により実現される。これらは例えば、芳香環、溶融
環、共役ベンゼン、大環状分子などである。また、これ
らの置換体も本発明の記載を参照することにより当業者
には自明である。有機半導体分子７５からのπ軌道は、
チャネルの形成が可能な、ｙ軸芳香に、共役ベンゼン間
を横方向に延在し、これにより、これらを介する電流の
流れを助ける。
【００１５】単層６０は有機絶縁分子７０からも構成さ
れる。有機絶縁分子７０は、例えば、酸化されると−Ｃ
ＯＯＨ末端基を生成し、その後、ピレンメタノールによ
りエステル化されるビニル末端基を有するテトラデシル
−１−エニルトリクロロシランなどのようなアルキル鎖
又は尾からなる。有機絶縁分子７０は、直鎖状又は僅か
に分枝した線状形状を有するアルキル鎖からなることが
好ましい。別法として、有機絶縁分子７０は、ポリエー
テル鎖及びその他の不完共役鎖などからも構成できる。
しかし、様々な追加置換体もこの明細書の記載を参照す
れば当業者に自明である。有機絶縁分子７０は有機半導
体分子７５及び界面分子６５に結合される。有機絶縁分
子７０からのσ軌道は、有機半導体分子７５と界面分子
６５との間でｘ軸方向に垂直に延在する。従って、電流
は有機半導体分子７５と界面分子６５との間を流れるこ
とが阻止され、これにより、有機絶縁分子７０は双方向
絶縁体として機能する。
れる。有機絶縁分子７０は、例えば、酸化されると−Ｃ
ＯＯＨ末端基を生成し、その後、ピレンメタノールによ
りエステル化されるビニル末端基を有するテトラデシル
−１−エニルトリクロロシランなどのようなアルキル鎖
又は尾からなる。有機絶縁分子７０は、直鎖状又は僅か
に分枝した線状形状を有するアルキル鎖からなることが
好ましい。別法として、有機絶縁分子７０は、ポリエー
テル鎖及びその他の不完共役鎖などからも構成できる。
しかし、様々な追加置換体もこの明細書の記載を参照す
れば当業者に自明である。有機絶縁分子７０は有機半導
体分子７５及び界面分子６５に結合される。有機絶縁分
子７０からのσ軌道は、有機半導体分子７５と界面分子
６５との間でｘ軸方向に垂直に延在する。従って、電流
は有機半導体分子７５と界面分子６５との間を流れるこ
とが阻止され、これにより、有機絶縁分子７０は双方向
絶縁体として機能する。
【００１６】単層６０内の有機半導体分子７５対有機絶
縁分子７０の比率は１：１であることが好ましい。しか
し、これよりも高い有機半導体分子７５対有機絶縁分子
７０の比率は、単層６０のような漸増高密度単分子層を
生成しやすい。単層６０の密度が高くなればなるほど、
ＯＦＥＴにおけるピンホールの発生し易さ及びゲート誘
電体層を介するトンネル電流漏洩の起こり易さは低くな
る。
縁分子７０の比率は１：１であることが好ましい。しか
し、これよりも高い有機半導体分子７５対有機絶縁分子
７０の比率は、単層６０のような漸増高密度単分子層を
生成しやすい。単層６０の密度が高くなればなるほど、
ＯＦＥＴにおけるピンホールの発生し易さ及びゲート誘
電体層を介するトンネル電流漏洩の起こり易さは低くな
る。
【００１７】界面分子６５は、単層６０の一部として複
数の機能を果たす。従来技術と対照的に、本発明は、単
層と導体（例えば、ＯＦＥＴのゲート電極）との間の化
学結合（例えば、共役結合及び／又はイオン結合）を持
続させる。これに関して、界面分子６５は有機絶縁分子
７０とＯＦＥＴのゲート電極との間の結合力を高める。
更に、界面分子６５は、ＯＦＥＴのゲート電極により検
分されるように、ゲート誘電体層の誘電特性も高めるこ
とができる。
数の機能を果たす。従来技術と対照的に、本発明は、単
層と導体（例えば、ＯＦＥＴのゲート電極）との間の化
学結合（例えば、共役結合及び／又はイオン結合）を持
続させる。これに関して、界面分子６５は有機絶縁分子
７０とＯＦＥＴのゲート電極との間の結合力を高める。
更に、界面分子６５は、ＯＦＥＴのゲート電極により検
分されるように、ゲート誘電体層の誘電特性も高めるこ
とができる。
【００１８】図２は、本発明による第１の実施例である
ＯＦＥＴ構造１００の模式的断面図である。ＯＦＥＴ１
００は、前記に詳述した原理による有機分子の単層から
なる。更に詳細には、ＯＦＥＴ１００は、当業者に公知
の様々な物質によりドーピングされたシリコンから形成
されたゲート電極１１５を含む。更に、ＯＦＥＴ１００
は、ソース電極１２０及びドレイン電極１２５も含む。
ＯＦＥＴ構造１００の模式的断面図である。ＯＦＥＴ１
００は、前記に詳述した原理による有機分子の単層から
なる。更に詳細には、ＯＦＥＴ１００は、当業者に公知
の様々な物質によりドーピングされたシリコンから形成
されたゲート電極１１５を含む。更に、ＯＦＥＴ１００
は、ソース電極１２０及びドレイン電極１２５も含む。
【００１９】ドープドシリコンゲート電極１１５上には
界面分子１４５が形成されている。界面分子１４５は二
酸化シリコンからなる。しかし、様々な代替物もこの明
細書の記載を参照すれば当業者に自明である。界面分子
１４５は、ＯＦＥＴ１００の単層とドープドシリコンゲ
ート電極１１５との間の結合力を助長する。また、界面
分子１４５は、ＯＦＥＴ１００のドープドシリコンゲー
ト電極１１５により検分されるように、ゲート誘電体層
の誘電特性も高める。
界面分子１４５が形成されている。界面分子１４５は二
酸化シリコンからなる。しかし、様々な代替物もこの明
細書の記載を参照すれば当業者に自明である。界面分子
１４５は、ＯＦＥＴ１００の単層とドープドシリコンゲ
ート電極１１５との間の結合力を助長する。また、界面
分子１４５は、ＯＦＥＴ１００のドープドシリコンゲー
ト電極１１５により検分されるように、ゲート誘電体層
の誘電特性も高める。
【００２０】界面分子１４５には有機絶縁分子１４０が
結合される。有機絶縁分子１４０は基本的に、ＯＦＥＴ
１００のゲート誘電体層として機能する。有機絶縁分子
１４０はアルキル鎖を含む。有機絶縁分子１４０は、直
鎖状又は僅かに分枝した線状形状を有するアルキル鎖か
らなることが好ましい。別法として、有機絶縁分子１４
０は、ポリエーテル鎖及びその他の不完共役鎖などから
も構成できる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記
載を参照すれば当業者に自明である。
結合される。有機絶縁分子１４０は基本的に、ＯＦＥＴ
１００のゲート誘電体層として機能する。有機絶縁分子
１４０はアルキル鎖を含む。有機絶縁分子１４０は、直
鎖状又は僅かに分枝した線状形状を有するアルキル鎖か
らなることが好ましい。別法として、有機絶縁分子１４
０は、ポリエーテル鎖及びその他の不完共役鎖などから
も構成できる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記
載を参照すれば当業者に自明である。
【００２１】ＯＦＥＴ１００は更に、有機半導体分子１
３５も有する。有機絶縁分子１４０に結合した有機半導
体分子１３５は能動チャネルを有するＯＦＥＴ１００を
もたらす。有機半導体分子１３５は共役有機分子又は共
役基からなる。これらは例えば、芳香環、溶融環、共役
ベンゼン、大環状分子などである。また、これらの代替
物も本発明の記載を参照することにより当業者には自明
である。
３５も有する。有機絶縁分子１４０に結合した有機半導
体分子１３５は能動チャネルを有するＯＦＥＴ１００を
もたらす。有機半導体分子１３５は共役有機分子又は共
役基からなる。これらは例えば、芳香環、溶融環、共役
ベンゼン、大環状分子などである。また、これらの代替
物も本発明の記載を参照することにより当業者には自明
である。
【００２２】図３は、本発明による第２の実施例である
ＯＦＥＴ構造２００の模式的断面図である。図２のＯＦ
ＥＴ１００と同様に、ＯＦＥＴ２００は有機分子の単層
からなる。ＯＦＥＴ２００は、金属から形成されたゲー
ト電極２１５を有する。ゲート電極２１５のために選択
される金属は金（Ａｕ）であることが好ましい。しか
し、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）などのような当業者に
公知の他の代替物及びその他の金属や合金類も使用でき
る。ＯＦＥＴ２００はシース電極２２０及びドレイン電
極２２５も有する。
ＯＦＥＴ構造２００の模式的断面図である。図２のＯＦ
ＥＴ１００と同様に、ＯＦＥＴ２００は有機分子の単層
からなる。ＯＦＥＴ２００は、金属から形成されたゲー
ト電極２１５を有する。ゲート電極２１５のために選択
される金属は金（Ａｕ）であることが好ましい。しか
し、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）などのような当業者に
公知の他の代替物及びその他の金属や合金類も使用でき
る。ＯＦＥＴ２００はシース電極２２０及びドレイン電
極２２５も有する。
【００２３】ドープドシリコンゲート電極２１５上には
界面分子２４５が形成されている。ここで、図２の界面
分子１４５と異なり、界面分子２４５は硫黄（Ｓ）から
なる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記載を参照
すれば当業者に自明である。界面分子２４５は、ＯＦＥ
Ｔ２００の単層とドープドシリコンゲート電極２１５と
の間の結合力を高める。
界面分子２４５が形成されている。ここで、図２の界面
分子１４５と異なり、界面分子２４５は硫黄（Ｓ）から
なる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記載を参照
すれば当業者に自明である。界面分子２４５は、ＯＦＥ
Ｔ２００の単層とドープドシリコンゲート電極２１５と
の間の結合力を高める。
【００２４】界面分子２４５には有機絶縁分子２４０が
結合される。有機絶縁分子１４０と同様に、有機絶縁分
子２４０も基本的に、ＯＦＥＴ２００のためのゲート誘
電体層として機能する。有機絶縁分子２４０はアルキル
鎖からなる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記載
を参照すれば当業者に自明である。
結合される。有機絶縁分子１４０と同様に、有機絶縁分
子２４０も基本的に、ＯＦＥＴ２００のためのゲート誘
電体層として機能する。有機絶縁分子２４０はアルキル
鎖からなる。しかし、様々な代替物もこの明細書の記載
を参照すれば当業者に自明である。
【００２５】更に、ＯＦＥＴ２００は有機半導体分子２
３５を含む。有機半導体分子２３５は、有機半導体分子
１３５と同様に、能動チャネルを有するＯＦＥＴ２００
をもたらす。有機半導体分子２３５は有機絶縁分子２４
０に結合される。有機半導体分子２３５は、共役有機分
子又は共役基からなる。これらは例えば、芳香環、溶融
環、共役ベンゼン、大環状分子などである。また、これ
らの代替物も本発明の記載を参照することにより当業者
には自明である。
３５を含む。有機半導体分子２３５は、有機半導体分子
１３５と同様に、能動チャネルを有するＯＦＥＴ２００
をもたらす。有機半導体分子２３５は有機絶縁分子２４
０に結合される。有機半導体分子２３５は、共役有機分
子又は共役基からなる。これらは例えば、芳香環、溶融
環、共役ベンゼン、大環状分子などである。また、これ
らの代替物も本発明の記載を参照することにより当業者
には自明である。
【００２６】図４は、本発明の原理を使用するＯＦＥＴ
の一例の第１の特性群を示すグラフ図である。更に詳細
には、図４のグラフ図は、このようなＯＦＥＴの室温に
おける、ドレイン電流（μＡ）対ドレイン電圧（Ｖ）特
性を示す。
の一例の第１の特性群を示すグラフ図である。更に詳細
には、図４のグラフ図は、このようなＯＦＥＴの室温に
おける、ドレイン電流（μＡ）対ドレイン電圧（Ｖ）特
性を示す。
【００２７】図５は、本発明の原理を使用するＯＦＥＴ
の別の例の第２の特性群を示すグラフ図である。このグ
ラフ図は、このようなＯＦＥＴの、移動度（ｃｍ２／Ｖ
／ｓ）対逆温度（１／゜Ｋ）特性を示す。
の別の例の第２の特性群を示すグラフ図である。このグ
ラフ図は、このようなＯＦＥＴの、移動度（ｃｍ２／Ｖ
／ｓ）対逆温度（１／゜Ｋ）特性を示す。
【００２８】図６は、本発明の原理によるＯＦＥＴの第
１の製造方法を示す流れ図３００である。流れ図３００
の最初のステップを実行する前に、ドープドシリコンか
らなる基板を準備する。ドープドシリコン基板からＯＦ
ＥＴ用のゲート電極を形成する。
１の製造方法を示す流れ図３００である。流れ図３００
の最初のステップを実行する前に、ドープドシリコンか
らなる基板を準備する。ドープドシリコン基板からＯＦ
ＥＴ用のゲート電極を形成する。
【００２９】最初に、ドープドシリコンゲート電極をシ
ラン又は有機官能基シランに曝露させる。この曝露ステ
ップ３１０は、ドープドシリコンゲート電極をシラン又
は有機官能基シランでソーキングすることにより行われ
る。このソーキングステップを実行することにより、シ
ラン又は有機官能基シランは、ドープドシリコンゲート
電極上に少なくとも１個の界面分子を生成する。更に詳
細には、シラン又は有機官能基シランは、二酸化シリコ
ン膜を生成する。この二酸化シリコン膜はドープドシリ
コンゲート電極に結合する。ここで、十分に高品質の二
酸化シリコン膜を生成するために、約１００℃〜２００
℃の範囲内の低温度加熱ステップも実行できる。言うま
でもなく、高温加熱ステップも本発明において使用でき
る。
ラン又は有機官能基シランに曝露させる。この曝露ステ
ップ３１０は、ドープドシリコンゲート電極をシラン又
は有機官能基シランでソーキングすることにより行われ
る。このソーキングステップを実行することにより、シ
ラン又は有機官能基シランは、ドープドシリコンゲート
電極上に少なくとも１個の界面分子を生成する。更に詳
細には、シラン又は有機官能基シランは、二酸化シリコ
ン膜を生成する。この二酸化シリコン膜はドープドシリ
コンゲート電極に結合する。ここで、十分に高品質の二
酸化シリコン膜を生成するために、約１００℃〜２００
℃の範囲内の低温度加熱ステップも実行できる。言うま
でもなく、高温加熱ステップも本発明において使用でき
る。
【００３０】その後、曝露ステップ３１０により形成さ
れた二酸化シリコン／ドープドシリコンゲート電極上
に、少なくとも１個の有機絶縁分子と少なくとも１個の
有機半導体分子を自己結合させる。この自己結合ステッ
プ３２０は、ドープドシリコンゲート電極に結合された
二酸化シリコン膜を、事前に結合された有機絶縁分子と
有機半導体分子で同時にソーキングする事により行われ
る。このソーキングステップによる有機分子（絶縁分子
及び半導体分子の両方）の濃度は、約１０ミリモル／リ
ットル未満であることが好ましい。更に、有機絶縁分子
対有機半導体分子の比率は約少なくとも１：１である。
有機絶縁分子対有機半導体分子の比率は１：１である。
言うまでもなく、合成単層を作製する自己結合ステップ
の副生物は水（Ｈ２Ｏ）である。
れた二酸化シリコン／ドープドシリコンゲート電極上
に、少なくとも１個の有機絶縁分子と少なくとも１個の
有機半導体分子を自己結合させる。この自己結合ステッ
プ３２０は、ドープドシリコンゲート電極に結合された
二酸化シリコン膜を、事前に結合された有機絶縁分子と
有機半導体分子で同時にソーキングする事により行われ
る。このソーキングステップによる有機分子（絶縁分子
及び半導体分子の両方）の濃度は、約１０ミリモル／リ
ットル未満であることが好ましい。更に、有機絶縁分子
対有機半導体分子の比率は約少なくとも１：１である。
有機絶縁分子対有機半導体分子の比率は１：１である。
言うまでもなく、合成単層を作製する自己結合ステップ
の副生物は水（Ｈ２Ｏ）である。
【００３１】別法として、ドープドシリコンゲート電極
は、シラン又は有機官能基シラン及び事前結合有機絶縁
分子及び有機半導体分子により全て同時にソーキングす
ることができる。第２の別法では、有機絶縁分子を第１
のソーキングステップにより、ドープドシリコンゲート
電極と結合された二酸化シリコン層に最初に自己結合さ
せる。その後、有機半導体分子を有機絶縁分子に自己結
合させるために、第２のソーキングステップを行う。
は、シラン又は有機官能基シラン及び事前結合有機絶縁
分子及び有機半導体分子により全て同時にソーキングす
ることができる。第２の別法では、有機絶縁分子を第１
のソーキングステップにより、ドープドシリコンゲート
電極と結合された二酸化シリコン層に最初に自己結合さ
せる。その後、有機半導体分子を有機絶縁分子に自己結
合させるために、第２のソーキングステップを行う。
【００３２】結合ステップ３２０が完了したら、過剰量
のシラン又は有機官能基シランを除去する。この除去ス
テップ３３０は、ドープドシリコンゲート電極上に形成
された合成単層を水（Ｈ２Ｏ）のような溶剤で濯洗する
ことにより行われる。化学的に結合されていない、物理
的に吸着されているシラン又は有機官能基シランがこの
ステップにより除去される。更に、過剰量の有機絶縁分
子及び有機半導体分子もこのステップで同様に除去され
る。
のシラン又は有機官能基シランを除去する。この除去ス
テップ３３０は、ドープドシリコンゲート電極上に形成
された合成単層を水（Ｈ２Ｏ）のような溶剤で濯洗する
ことにより行われる。化学的に結合されていない、物理
的に吸着されているシラン又は有機官能基シランがこの
ステップにより除去される。更に、過剰量の有機絶縁分
子及び有機半導体分子もこのステップで同様に除去され
る。
【００３３】その後、例えば、溶剤及び水（Ｈ２Ｏ）の
ような残留副生物を除去することによりＯＦＥＴが完成
される。この除去ステップ３４０は、様々な異なる方法
により行うことができる。例えば、約１００℃〜２００
℃の範囲内の“温和”な加熱ステップで、創製構造物を
比較的低い温度で乾燥させることにより行うことができ
る。別法として、除去ステップ３４０は、溶剤及び残留
副生物を除去するために、真空ポンプを使用することに
より行うこともできる。
ような残留副生物を除去することによりＯＦＥＴが完成
される。この除去ステップ３４０は、様々な異なる方法
により行うことができる。例えば、約１００℃〜２００
℃の範囲内の“温和”な加熱ステップで、創製構造物を
比較的低い温度で乾燥させることにより行うことができ
る。別法として、除去ステップ３４０は、溶剤及び残留
副生物を除去するために、真空ポンプを使用することに
より行うこともできる。
【００３４】図７は、本発明の原理によるＯＦＥＴの第
２の製造方法を示す流れ図４００である。流れ図４００
の最初のステップを実行する前に、基板（好ましくは、
金（Ａｕ）のような金属からなる基板）を準備する。ゲ
ート電極を形成するために、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐ
ｔ）及びその他の金属類及び姻族合金類などのような当
業者に公知の様々な代替物も基板として使用できる。Ｏ
ＦＥＴ用のゲート電極は金属基板から形成される。
２の製造方法を示す流れ図４００である。流れ図４００
の最初のステップを実行する前に、基板（好ましくは、
金（Ａｕ）のような金属からなる基板）を準備する。ゲ
ート電極を形成するために、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐ
ｔ）及びその他の金属類及び姻族合金類などのような当
業者に公知の様々な代替物も基板として使用できる。Ｏ
ＦＥＴ用のゲート電極は金属基板から形成される。
【００３５】先ず、金ゲート電極をチオール（ＳＨ）基
に曝露させる。この曝露ステップ４１０は、金ゲート電
極をチオールでソーキングすることにより行われる。こ
のソーキングステップを行うことにより、チオール基は
金ゲート電極上に少なくとも１個の界面分子を生成す
る。更に詳細には、チオール基は硫黄（Ｓ）分子を金ゲ
ート電極に結合させる。
に曝露させる。この曝露ステップ４１０は、金ゲート電
極をチオールでソーキングすることにより行われる。こ
のソーキングステップを行うことにより、チオール基は
金ゲート電極上に少なくとも１個の界面分子を生成す
る。更に詳細には、チオール基は硫黄（Ｓ）分子を金ゲ
ート電極に結合させる。
【００３６】曝露ステップ４１０が完了したら、過剰量
のチオールを除去する。この除去ステップは、金ゲート
電極上に生成された合成単層をエタノール又はイソプロ
パノールのような溶剤で濯洗することにより行われる。
過剰量の有機絶縁分子及び有機半導体分子もこのステッ
プで同様に除去される。
のチオールを除去する。この除去ステップは、金ゲート
電極上に生成された合成単層をエタノール又はイソプロ
パノールのような溶剤で濯洗することにより行われる。
過剰量の有機絶縁分子及び有機半導体分子もこのステッ
プで同様に除去される。
【００３７】その後、少なくとも１個の有機絶縁分子及
び少なくとも１個の有機半導体分子を、曝露ステップ４
１０により形成された硫黄／金ゲート電極構造物に自己
結合される。この自己結合ステップ４２０は、金ゲート
電極に結合された硫黄分子を、事前に結合された有機絶
縁分子と有機半導体分子で同時にソーキングする事によ
り行われる。このソーキングステップによる有機分子
（絶縁分子及び半導体分子の両方）の濃度は、約１０ミ
リモル／リットル未満であることが好ましい。更に、有
機絶縁分子対有機半導体分子の比率は約少なくとも１：
１である。有機絶縁分子対有機半導体分子の比率は１：
１である。言うまでもなく、合成単層を作製する自己結
合ステップの副生物は水（Ｈ２Ｏ）である。
び少なくとも１個の有機半導体分子を、曝露ステップ４
１０により形成された硫黄／金ゲート電極構造物に自己
結合される。この自己結合ステップ４２０は、金ゲート
電極に結合された硫黄分子を、事前に結合された有機絶
縁分子と有機半導体分子で同時にソーキングする事によ
り行われる。このソーキングステップによる有機分子
（絶縁分子及び半導体分子の両方）の濃度は、約１０ミ
リモル／リットル未満であることが好ましい。更に、有
機絶縁分子対有機半導体分子の比率は約少なくとも１：
１である。有機絶縁分子対有機半導体分子の比率は１：
１である。言うまでもなく、合成単層を作製する自己結
合ステップの副生物は水（Ｈ２Ｏ）である。
【００３８】別法として、金ゲート電極は、チオール及
び事前結合有機絶縁分子及び有機半導体分子により全て
同時にソーキングすることができる。第２の別法では、
有機絶縁分子を第１のソーキングステップにより、金ゲ
ート電極と結合された硫黄分子に最初に自己結合させ
る。その後、有機半導体分子を有機絶縁分子に自己結合
させるために、第２のソーキングステップを行う。
び事前結合有機絶縁分子及び有機半導体分子により全て
同時にソーキングすることができる。第２の別法では、
有機絶縁分子を第１のソーキングステップにより、金ゲ
ート電極と結合された硫黄分子に最初に自己結合させ
る。その後、有機半導体分子を有機絶縁分子に自己結合
させるために、第２のソーキングステップを行う。
【００３９】結合ステップ４２０が完了したら、過剰量
のチオールを除去する。この除去ステップ４３０は、金
ゲート電極上に形成された合成単層をエタノール又はイ
ソプロパノールのような溶剤で濯洗することにより行わ
れる。過剰量の有機絶縁分子及び有機半導体分子もこの
ステップで同様に除去される。
のチオールを除去する。この除去ステップ４３０は、金
ゲート電極上に形成された合成単層をエタノール又はイ
ソプロパノールのような溶剤で濯洗することにより行わ
れる。過剰量の有機絶縁分子及び有機半導体分子もこの
ステップで同様に除去される。
【００４０】その後、溶剤を除去することによりＯＦＥ
Ｔが完成される。この除去ステップ４４０は、様々な異
なる方法により行うことができる。例えば、約２５℃〜
９０℃の範囲内の“温和”な加熱ステップで、創製構造
物を比較的低い温度で乾燥させることにより行うことが
できる。別法として、除去ステップ４４０は、溶剤及び
残留副生物を除去するために、真空ポンプを使用するこ
とにより行うこともできる。
Ｔが完成される。この除去ステップ４４０は、様々な異
なる方法により行うことができる。例えば、約２５℃〜
９０℃の範囲内の“温和”な加熱ステップで、創製構造
物を比較的低い温度で乾燥させることにより行うことが
できる。別法として、除去ステップ４４０は、溶剤及び
残留副生物を除去するために、真空ポンプを使用するこ
とにより行うこともできる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも一つの有機絶縁性分子と少なくとも一つの有
機半導体分子から形成された有機分子層は誘電体層及び
能動チャネルとして機能する。従って、この有機分子層
は例えば、ＯＦＥＴのゲート誘電体層及びゲート誘電体
層の両方であることができる。このように、絶縁特性
と、電界に応じて変化する導電率を有する有機分子層を
使用することにより、ＯＦＥＴなどのような能動有機半
導体デバイスの製造を単純化し、かつ、製造コストを低
減することができる。
少なくとも一つの有機絶縁性分子と少なくとも一つの有
機半導体分子から形成された有機分子層は誘電体層及び
能動チャネルとして機能する。従って、この有機分子層
は例えば、ＯＦＥＴのゲート誘電体層及びゲート誘電体
層の両方であることができる。このように、絶縁特性
と、電界に応じて変化する導電率を有する有機分子層を
使用することにより、ＯＦＥＴなどのような能動有機半
導体デバイスの製造を単純化し、かつ、製造コストを低
減することができる。
【００４２】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その
技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その
技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【図１】（ａ）は本発明の或る実施態様の概要断面図で
あり、（ｂ）は前記（ａ）の実施態様の模式的構成断面
図である。
あり、（ｂ）は前記（ａ）の実施態様の模式的構成断面
図である。
【図２】本発明の原理による第１の有機電界効果トラン
ジスタ（ＯＦＥＴ）構造物の模式的構成断面図である。
ジスタ（ＯＦＥＴ）構造物の模式的構成断面図である。
【図３】本発明の原理による第２のＯＦＥＴの模式的構
成断面図である。
成断面図である。
【図４】本発明の原理によるドレイン電流（μＡ）対ド
レイン電圧（Ｖ）特性のグラフ図である。
レイン電圧（Ｖ）特性のグラフ図である。
【図５】本発明の原理による移動度（ｃｍ２／Ｖ／ｓ）
対逆温度（１／゜Ｋ）特性のグラフ図である。
対逆温度（１／゜Ｋ）特性のグラフ図である。
【図６】本発明の原理によるデバイスの第１の製造方法
の流れ図である。
の流れ図である。
【図７】本発明の原理によるデバイスの第２の製造方法
の流れ図である。
の流れ図である。
１０ 有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）
１５ ゲート電極
２０ ソース電極
２５ ドレイン電極
３０ 単分子層（単層）
３５ 有機半導体分子
４０ 有機絶縁分子
４５ 界面分子
５０ 分子構造
６０ 単層
６５ 界面分子
７０ 有機絶縁分子
７５ 有機半導体分子
１００ ＯＦＥＴ構造
１１５ ゲート電極
１２０ ソース電極
１２５ ドレイン電極
１３５ 有機半導体分子
１４０ 有機絶縁分子
１４５ 界面分子
２００ ＯＦＥＴ構造
２１５ ゲート電極
２２０ ソース電極
２２５ ドレイン電極
２３５ 有機半導体分子
２４０ 有機絶縁分子
２４５ 界面分子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 596077259
600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ,
Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ
ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.
(72)発明者 ゼナン バオ
アメリカ合衆国、07041 ニュージャージ
ー州、ミルバーン、クリントン プレース
６
(72)発明者 ジャン ヘンドリック シェーン
アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ
ー州、サミット、パーク アベニュー 21
Ｆターム(参考） 5F110 AA16 CC07 EE02 EE06 EE08
FF01 FF02 FF09 FF21 FF23
GG05 GG25 HK02 HK09
Claims (10)
- 【請求項１】 誘電体層及びチャネルを付与する有機分
子の層を有し、 前記有機分子の層は、少なくとも１個の有機絶縁分子と
少なくとも１個の有機半導体分子とから構成されてい
る、ことを特徴とする有機半導体デバイス。 - 【請求項２】 前記有機分子の層は、少なくとも１個の
分子の厚さを有する単層であり、各原子は少なくとも１
個の化学結合を有する、ことを特徴とする請求項１に記
載の有機半導体デバイス。 - 【請求項３】 前記有機分子は第１及び第２の連続部分
を有する鎖からなり、前記第１の連続部分は、これらの
内部に非結合軌道を有し、前記第２の連続部分は、これ
らの内部に存在しない非結合軌道を有する、ことを特徴
とする請求項２に記載の有機半導体デバイス。 - 【請求項４】 前記有機分子の層は少なくとも１個の界
面分子からなり、前記界面分子はチオール、シラン又は
有機官能基シランからなり、前記有機絶縁分子はアルキ
ル鎖からなり、前記有機半導体分子は少なくとも１個の
共役有機分子及び共役基からなり、前記有機絶縁分子対
前記有機半導体分子の比率は少なくとも約１：１であ
る、ことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体デバ
イス。 - 【請求項５】 ゲート、ソース及びドレインと、チャネ
ル及びゲート誘電体層を付与する有機分子の単層とから
なり、 前記有機分子の単層は前記ゲート、ソース及びドレイン
に結合されており、 前記有機分子の単層は少なくとも１個の有機絶縁分子と
少なくとも１個の有機半導体分子からなり、 前記単層は前記ソースと前記ドレインとの間のチャネル
を介して電流を流すことができ、前記チャネルを前記ゲ
ートから絶縁し、そして、前記ゲートに分子的に結合し
ている、ことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。 - 【請求項６】 前記有機分子は第１及び第２の連続部分
を有する鎖からなり、前記第１の連続部分は、これらの
内部に非結合軌道を有し、前記第２の連続部分はこれら
の中に存在しない非結合軌道を有し、前記第１の連続部
分は前記ソース及び前記ドレイン間に延在しており、前
記有機分子は、前記第２の連続部分を前記第１の連続部
分よりもゲートに接近して配置させるように配向してい
る、ことを特徴とする請求項５に記載の有機電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項７】 前記有機絶縁分子はアルキル鎖からな
り、前記有機半導体分子は少なくとも１個の共役有機分
子及び共役基からなり、前記有機分子の層は少なくとも
１個の界面分子からなり、前記有機絶縁分子対前記有機
半導体分子の比率は少なくとも約１：１である、ことを
特徴とする請求項５に記載の有機電界効果トランジス
タ。 - 【請求項８】 ゲートに結合され、そして、ソースとド
レインとの間に配置された有機分子の単層を形成するス
テップからなり、 前記単層は、絶縁性と、電界に応答して変化する導電率
を有する、ことを特徴とする有機電界効果トランジスタ
の製造方法。 - 【請求項９】 前記有機分子の単層は少なくとも１個の
界面分子と、少なくとも１個の有機絶縁分子と少なくと
も１個の有機半導体分子からなり、前記単層の形成ステ
ップは、 （ａ）前記ゲートを前記界面分子、前記有機絶縁分子及
び前記有機半導体分子でソーキングする、 （ｂ）界面分子が結合されたゲートを、有機絶縁分子及
び有機半導体分子でソーキングする、及び、 （ｃ）界面分子及び有機絶縁分子が結合されたゲート
を、有機半導体分子でソーキングする、うちの少なくと
も一つからなる、ことを特徴とする請求項８に記載の有
機電界効果トランジスタの製造方法。 - 【請求項１０】 前記界面分子はチオール、シラン及び
有機官能基シランのうちの少なくとも一つからなり、前
記有機絶縁分子はアルキル鎖からなり、前記有機半導体
分子は少なくとも１個の共役有機分子及び共役基からな
り、前記有機絶縁分子対前記有機半導体分子の比率は少
なくとも約１：１である、ことを特徴とする請求項に記
載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US91608201A | 2001-07-26 | 2001-07-26 | |
| US09/916082 | 2001-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003092411A true JP2003092411A (ja) | 2003-03-28 |
Family
ID=25436678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002201704A Withdrawn JP2003092411A (ja) | 2001-07-26 | 2002-07-10 | 有機半導体デバイス、有機電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003092411A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004061906A2 (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Method of fabricating organic field effect transistors |
| WO2004114371A2 (de) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Infineon Technologies Ag | Verbindung zur bildung einer selbstorganisierenden monolage, schichtstruktur, halbleiterbauelement mit einer schichtstruktur und verfahren zur herstellung einer schichtstruktur |
| JP2005039222A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-02-10 | Sharp Corp | 機能性有機薄膜、有機薄膜トランジスタ及びそれらの製造方法 |
| EP1609173A2 (en) * | 2003-03-21 | 2005-12-28 | International Business Machines Corporation | Electronic device including a self-assembled monolayer, and a method of fabricating the same |
| JP2007115986A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Sharp Corp | 薄膜デバイス及びその製造方法 |
| WO2009041365A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 有機トランジスタとその製造方法 |
| JP2010027663A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | Sharp Corp | 半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびこの装置を用いる半導体デバイス用有機薄膜の作製方法 |
| JP2010080759A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Sharp Corp | 有機デバイスとその製造方法 |
| JP2011203256A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Stichting Imec Nederland | センシング用アモルファス薄膜 |
| CN102655216A (zh) * | 2011-03-02 | 2012-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种有机场效应晶体管结构及其制备方法 |
-
2002
- 2002-07-10 JP JP2002201704A patent/JP2003092411A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004061906A2 (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Method of fabricating organic field effect transistors |
| WO2004061906A3 (en) * | 2002-12-26 | 2005-06-23 | Motorola Inc | Method of fabricating organic field effect transistors |
| EP1609173A2 (en) * | 2003-03-21 | 2005-12-28 | International Business Machines Corporation | Electronic device including a self-assembled monolayer, and a method of fabricating the same |
| EP1609173A4 (en) * | 2003-03-21 | 2010-09-01 | Ibm | ELECTRONIC EQUIPMENT WITH A SELF-TEMPERED MONO-LAYER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| JP2007524989A (ja) * | 2003-03-21 | 2007-08-30 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 自己組織化単分子層を含む電子デバイスおよびこれを製造する方法 |
| US7298013B2 (en) | 2003-06-20 | 2007-11-20 | Infineon Technologies Ag | Compound used to form a self-assembled monolayer, layer structure, semiconductor component having a layer structure, and method for producing a layer structure |
| WO2004114371A3 (de) * | 2003-06-20 | 2005-03-31 | Infineon Technologies Ag | Verbindung zur bildung einer selbstorganisierenden monolage, schichtstruktur, halbleiterbauelement mit einer schichtstruktur und verfahren zur herstellung einer schichtstruktur |
| KR100777853B1 (ko) * | 2003-06-20 | 2007-11-28 | 인피니언 테크놀로지스 아게 | 자기-조립 단층을 형성하는데 사용되는 화합물, 층 구조물,층 구조물을 갖는 반도체 구성요소, 및 층 구조물 제조방법 |
| WO2004114371A2 (de) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Infineon Technologies Ag | Verbindung zur bildung einer selbstorganisierenden monolage, schichtstruktur, halbleiterbauelement mit einer schichtstruktur und verfahren zur herstellung einer schichtstruktur |
| JP2005039222A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-02-10 | Sharp Corp | 機能性有機薄膜、有機薄膜トランジスタ及びそれらの製造方法 |
| JP2007115986A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Sharp Corp | 薄膜デバイス及びその製造方法 |
| WO2009041365A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 有機トランジスタとその製造方法 |
| US8178871B2 (en) | 2007-09-27 | 2012-05-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Organic transistor and method for producing the same |
| JP5070292B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2012-11-07 | シャープ株式会社 | 有機トランジスタとその製造方法 |
| JP2010027663A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | Sharp Corp | 半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびこの装置を用いる半導体デバイス用有機薄膜の作製方法 |
| JP2010080759A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Sharp Corp | 有機デバイスとその製造方法 |
| JP2011203256A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Stichting Imec Nederland | センシング用アモルファス薄膜 |
| CN102655216A (zh) * | 2011-03-02 | 2012-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种有机场效应晶体管结构及其制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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