JP2003229579A

JP2003229579A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003229579A
Application number: JP2002277118A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Fukuda; 光弘福田; Hiroshi Kita; 弘志北
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な工程で有機半導体膜を用い、ソース、
ドレイン、ゲート電極等、基板上に順次形成することに
よって、電界効果型トランジスタを構成することにあ
り、これらを用いてＴＦＴ素子等半導体装置を製造する
方法を得ることにある。【解決手段】基板上に、その層中の少なくとも２箇所
以上の部分で金属化合物と混合若しくは化合した、該金
属化合物と結合しうる構造を末端に有する有機伝導性化
合物の層を有し、該有機伝導性化合物の層上に、ゲート
電極と、該ゲート電極及び上記有機伝導性化合物の層を
隔てる絶縁体層を設けたことを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、簡単なプロセスで
形成が可能な、有機伝導性材料及び、該伝導性材料薄膜
を用いた電界効果トランジスタ、スイッチング素子又そ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報端末の普及に伴い、コンピュータ用
のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対
するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に
伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて
提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが
可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるい
はデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

【０００３】一般に平板型のディスプレイ装置において
は液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用い
て表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では
画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するた
めに、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ
素子）を用いる技術が主流になっている。例えば通常の
コンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴ
ＦＴ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されて
いる。

【０００４】ここでＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモ
ルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの
半導体を用いることができ、これらのＳｉ半導体（必要
に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲ
ート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子
が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には通常、ス
パッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要と
される。

【０００５】しかしながら、このようなＴＦＴ素子の製
造では真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何
度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、
ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例
えばＴＦＴ素子では通常、それぞれの層の形成のため
に、真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工
程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素
子を基板上に形成している。スイッチング動作の要とな
る半導体部分に関してもｐ型、ｎ型等、複数種類の半導
体層を積層している。

【０００６】こうした従来のＳｉ半導体による製造方法
ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チ
ャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる
など、設備の変更が容易ではない。

【０００７】一方、近年有機半導体の研究とともに有機
物をＳｉ材料に代えてこうした回路に組み込むことも考
えられている。こうしたＴＦＴ素子を実現するための有
機半導体としてはこれまでに、特許文献１に開示されて
いるペンタセンやテトラセンといったアセン類、特許文
献２に開示されている鉛フタロシアニンを含むフタロシ
アニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体とい
った低分子化合物や、特許文献３にはα−チエニールも
しくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン６量体を
代表例とする芳香族オリゴマー、さらにはポリチオフェ
ン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−ｐ−フェニレンビ
ニレンといった高分子化合物が提案されている。（これ
らの多くは、また非特許文献１に記載されている）しか
しながら、有機半導体はキャリア移動度が充分でなく、
又、伝導性に異方性を示すものが多く、基板上に有機分
子を配向させる必要があったり、又、材料の配向連続性
が確保されないと、不連続な部分において電荷輸送に大
きな障壁が生じるため電荷輸送性が大きく阻害される。
従って、配向や材料としての均一性を保つために特殊な
配向技術や、真空系の製造プロセスを繰り返すなど製造
プロセス上の問題は依然解消されていない。また、これ
までに提案されてきた有機電界効果トランジスタは、そ
のほとんどが金属電極と有機半導体層が直接に接触する
形態のものであり、電極界面における金属−有機物の接
触状態について考慮されているとは言い難い。

【０００８】

【特許文献１】特開平５−５５５６８号公報

【０００９】

【特許文献２】特開平５−１９０８７７号公報

【００１０】

【特許文献３】特開平８−２６４８０５号公報

【００１１】

【非特許文献１】アドバンスド・マテリアル（Ａｄｖａ
ｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）誌２００２年第２号９９
〜１１７ページ

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は簡単な工程で有機半導体膜、ソース、ドレイン、
ゲート電極等を基板上に順次形成することによって、新
規な組成を有する電界効果型トランジスタを提供するこ
と、さらにこれらを用いてＴＦＴ素子等半導体装置を製
造する方法を得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は以下
の手段によって達成される。

【００１４】１．基板上に、その層中の少なくとも２箇
所以上の部分で金属化合物と混合若しくは化合した、該
金属化合物と結合しうる構造を末端に有する有機伝導性
化合物の層を有し、該有機伝導性化合物の層上に、ゲー
ト電極と、該ゲート電極及び上記有機伝導性化合物の層
を隔てる絶縁体層を設けたことを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。

【００１５】２．前記有機伝導性化合物の層中の、金属
化合物と混合若しくは化合した部分が前記有機伝導性化
合物と金属原子とが結合した有機金属化合物を含有する
ことを特徴とする前記１に記載の電界効果トランジス
タ。

【００１６】３．インクジェット法により、ソース又は
ドレイン電極を構成する有機金属化合物のパターンを有
機伝導体性化合物層中に形成することを特徴とする電界
効果トランジスタの製造方法。

【００１７】以下、本発明を詳細に説明する。通常の電
界効果トランジスタ又スイッチング素子に用いられるＳ
ｉ半導体材料ではソース部、ドレイン部にゲート電極を
組み合わせ、ゲート電極に電位を印加することにより半
導体層中のチャネルを形成を制御し、ソース、ドレイン
間の電流のＯＮ，ＯＦＦを制御する。しかし前述のよう
に通常の半導体材料では真空蒸着等の設備が必要とな
る。

【００１８】一方有機材料、特に有機半導体材料の中に
は特殊な挙動を示すものが見つかっているが、こうした
素材の特殊な挙動およびこうした素材自体がもつ物性に
対して、充分な性能を有するトランジスタやスイッチン
グ素子又ＴＦＴ素子等への十分な実装法が得られている
とはいえない。

【００１９】本発明は、特定の構造を有する有機伝導性
化合物からなる層に、金属化合物を適用することによっ
て、ソース及びドレイン電極等の電極対を有機伝導性化
合物からなる半導体膜上に形成し、更にゲート電極を組
み合わせることで電界効果トランジスタを容易に構成で
きることを見いだしたものである。

【００２０】半導体材料として有機化合物を用いた場
合、ソース、ドレイン部に、導体である金属電極を組合
せ用いると、金属−有機伝導体間はショットキー障壁が
高いため、電流が流れ難いが、本発明の如く金属塩、金
属錯体等の金属化合物が、本発明に係わる有機伝導性化
合物と混合又は化合することによって得られた、該有機
伝導性化合物よりも電気伝導度の高い（有機金属錯体等
の有機金属化合物を含有する）化合物を金属材料と組み
合わせた複合材料を、ソース、ドレイン電極として形成
することで該障壁を減らし電流を流れやすくすることが
出来、実用的な電界効果トランジスタを構成することが
出来た。

【００２１】本発明の伝導性材料は、金属原子もしくは
金属イオンと結合しうる構造単位を両末端に有する有機
伝導性化合物を用いるものである。

【００２２】金属原子もしくは金属イオンと結合しうる
構造単位としては、金属もしくは金属イオンと配位結合
を形成する構造単位、又金属イオンとイオン結合を形成
するもの、又、金属原子と共有結合を形成する構造単位
であっても構わない。中でも、金属もしくは金属イオン
と配位結合を形成する構造単位が好ましく、金属に配位
する原子が環状構造の一部を構成した３座以上の配位子
例えば、クラウンエーテルやフタロシアニン等に代表さ
れる環状の配位子が、金属原子と配位結合を形成しやす
く、障壁が低くキャリア伝導性にも優れた電極を構成す
るため好ましい。

【００２３】本発明に係わる両末端に金属原子と結合し
うる構造単位を有する有機伝導性化合物と結合、例えば
塩形成、錯形成して電極としての有機金属化合物からな
る伝導性材料を形成する金属化合物としては、例えば周
期律表第６族から１１族の金属原子を含有する化合物が
挙げられ、この中でもイリジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、白金、金、銀、サマリウム、オスミウム、パラジウ
ム、ニッケル、コバルト、ユーロピウム等の金属化合物
が好ましく、これらの金属の塩が好ましい。しかしなが
らこれらの金属の錯体からも選択でき、錯体について
は、該両末端に金属原子或いは金属イオンと結合しうる
構造単位を有する有機伝導性化合物の金属原子或いは金
属イオンと結合しうる構造単位と、前記金属化合物との
結合により形成される例えば錯体の安定度定数が、前記
金属化合物が錯体である場合、その安定度定数よりも大
きければ特に問題はない。特に塩が好ましい。

【００２４】又、両末端に配位結合等によって金属と結
合を形成する構造単位を有する有機伝導性化合物として
具体的には、アセチレン−ジ−イル、ビニレン（置換さ
れていてもよい）、−Ｃ（Ｒ）＝Ｎ−（Ｒは水素原子ま
たは１価の有機基）、−Ｎ＝Ｎ−、アリーレン（置換さ
れていてもよい）等の構造単位等から選ばれる各単位が
任意に組み合わされた互いに共役鎖を形成した共役化合
物が挙げられる。ここにおいて、アリーレンとしては例
えば、ｐ−フェニレン、ｏ−フェニレン、１，４−ナフ
チレン等の炭素環のみでなく、２，５−チエニレン、
２，５−ピロリレン等のヘテロ原子を有する共役した環
システムも含まれる。これらの各構造単位は、本発明に
おいて用いられる、好ましい電気伝導度を有するために
は、例えば４個以上の構成単位が共役して結合している
ことが好ましい。

【００２５】又、後述するポリアニリン等も有機伝導性
化合物として有用である。又両末端を構成する具体的な
基としては、陰イオンを形成して金属と塩或いは錯形成
する基を含有する基を有する構造単位や、後述する、配
位結合を形成する基を含有する基を有する構造単位、２
座、或いは３座以上の配位子を構成する構造単位等が挙
げられる。

【００２６】本発明に係わる、金属原子もしくは金属イ
オンと結合しうる構造を末端に有する有機電導性化合物
は好ましくは下記一般式（１）で表される。

【００２７】一般式（１）Ｌ¹−Ａ−Ｌ² ここにおいて、Ａはアセチレン−ジ−イル、置換されて
いてもよいビニレン、−Ｃ（Ｒ）＝Ｎ−（Ｒは水素原子
または１価の有機基）、−Ｎ＝Ｎ−、共役鎖が互いに連
結するアリーレンから選ばれる各単位が任意に組み合わ
された、互いに共役鎖を形成する構造単位を表し、共役
鎖を形成する各単位は４個以上連結していることが好ま
しい。さらに共役鎖を形成する構造単位が互いに結合す
ることにより、共役鎖の少なくとも一部が環状構造を形
成していてもよい。Ｌ¹及びＬ²は金属原子もしくは金属
イオンと結合しうる構造単位を表す。ここにおいて、Ｌ
¹及びＬ²は互いに異なっていても同じでもよい。

【００２８】又、Ａとしてはポリアニリン構造単位でも
好ましく、やはりアニリン単位を４つ以上有するものが
好ましい。

【００２９】ここにおいてＡで表されるビニレンは、 −Ｃ（Ｒ）＝Ｃ（Ｒ）− で表され、Ｒは水素原子乃至置換基を表し、置換基とし
ては、好ましくは、炭素数２０までのアルキル、アリー
ル、シアノ、ハロゲン原子、炭素数２２までのアルコキ
シカルボニル等である。２つのＲは互いに異なっていて
もよく、π電子、非共有電子対等を有する置換基が好ま
しい。

【００３０】−Ｃ（Ｒ）＝Ｎ− で表される２価の連結基においてＲは水素原子または１
価の有機基を表し、１価の有機基の例としては前記−Ｃ
（Ｒ）＝Ｃ（Ｒ）−の説明において、置換基Ｒの例とし
て挙げられたものと同様の置換基を挙げることができ
る。

【００３１】又、アリーレンとは共役環構造を有する前
記の様な２価の基を表し、これらは置換基を有していて
も構わない。又、これらアリーレンは他のアセチレン−
ジ−イル、ビニレン等の構成単位と共役している。アリ
ーレンの具体的な例としては以下のような構造が挙げら
れる。

【００３２】

【化１】

【００３３】又、ポリアニリンとは以下に示す構造単位
を有するものを表し、

【００３４】

【化２】

【００３５】ここにおいて、ｎは１以上の整数を表す。
又、ベンゼン環上には置換基を有していてもよい。（ｎ
＝１の場合は通常ポリアニリンとはいわないが、ここで
は定義上含めることとする）又、ｎは好ましくは４以上
５０以下でありｎが小さいと前記電気伝導度が小さく本
発明の効果が小さい。

【００３６】従って、前記一般式（１）におけるＡにお
いては、上記のアセチレン−ジ−イル、ビニレン、−Ｃ
（Ｒ）＝Ｎ−（Ｒは水素原子または１価の有機基）、−
Ｎ＝Ｎ−、アリーレン、ポリアニリンからなる各構造単
位が互いに共役する形で組み合わされ結合している。

【００３７】Ａとしては、上記のうち、ビニレン、アリ
ーレン構造単位から構成される場合が好ましく、共役す
るアリーレン構造を有している場合が最も好ましい。

【００３８】又、更には、アリーレン鎖を構成する単位
がベンゼン、アセン、フルオレン、チオフェン又はピロ
ールから選ばれることが好ましく、ここにおいてアセン
とはナフタレン、フェナントレン、ピレン、ペンタセン
等ベンゼン環が複数縮合した環構造を有するものをさ
す。

【００３９】例えば、Ａが前記ビニレン、アリーレン構
造単位から構成される場合としては、アリーレンとビニ
レンの交互構造、例えばＰＰＶ（ポリフェニレンビニレ
ン）等があり、又、共役するアリーレン構造を有してい
る場合としては、ポリチオフェン、ポリピロール等が代
表的である。

【００４０】以下にこれらの例を示す。ここにおいて、
ｘ、ｙは１以上の整数を表すが、好ましくは４以上の整
数であり、又５００以下の整数である。中でもｘとｙの
合計が４〜５０の整数である場合特に好ましい。ｎも１
以上の整数を表し、好ましくは２０以下である。

【００４１】

【化３】

【００４２】

【化４】

【００４３】

【化５】

【００４４】

【化６】

【００４５】

【化７】

【００４６】

【化８】

【００４７】前記一般式（１）において、Ｌ¹又はＬ²で
表される金属原子もしくは金属イオンと結合しうる構造
単位としては、金属原子もしくは金属イオンと塩を形成
したり、又、共有結合を形成できるものでもよいが、特
に配位する基（配位子）を有するものが好ましい。ここ
でいう配位子としては配位結合形成するもののみでな
く、例えばπ錯体を形成するものやクラウンエーテル等
も含むものとする。特に、末端が配位結合を形成する構
造単位の時、２座の配位子を形成する構造単位の時、該
配位子を配位結合を形成する構造単位として有する有機
伝導性化合物層及び金属化合物が該有機伝導性化合物と
結合して形成される有機金属化合物を含有す得る電極材
間の障壁が低く好ましい。又、金属に配位する原子が環
状構造の一部を構成した３座以上の配位子例えば、クラ
ウンエーテルやフタロシアニン、ポルフィリン等に代表
される環状の配位子である場合障壁が低く好ましい。好
ましい構造としては以下に挙げられるが、これらはさら
に置換基を有していてもよい。置換基の例としては炭素
数２０までのアルキル基、芳香族基、ヘテロ環基、アル
コキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリー
ルチオ基、スルホンアミド基、アルコキシカルボニル
基、カルバモイル基、シアノ基、ハロゲン原子などが挙
げられ、これらの置換基はさらに前記の置換基によって
置換されていてもよい。

【００４８】

【化９】

【００４９】ここにおいて、Ｒは水素原子、炭素数１〜
２２迄のアルキルを表す。又、Ｍは金属原子（例えばイ
リジウム等）が共有結合している場合を表しており、こ
の金属原子が他の共役化合物の末端の配位子部分と結合
してネットワーク構造を構成するように作用してもよ
い。

【００５０】これら、本発明に係わる金属原子もしくは
金属イオンと結合しうる構造単位を末端に有する共役化
合物の好ましい例について以下に挙げるが、これらに限
定されるものではない。

【００５１】

【化１０】

【００５２】

【化１１】

【００５３】

【化１２】

【００５４】

【化１３】

【００５５】

【化１４】

【００５６】本発明の化合物はジャーナル・オブ・ケミ
カル・ソサイエティ・パーキン・トランザクション２
（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．ＰｅｒｋｉｎＴｒａｎｓ．
２）第１０巻２２８１〜２２８８ページ、テトラヘドロ
ン（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ）第５０巻１１８９３〜１
１９０２ページ、ヘテロサイクルズ（Ｈｅｔｅｒｏｃｙ
ｃｌｅｓ）３０巻６４５〜６５８ページ、シンセシス
（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）１９９３年１０９９〜１１０３
ページ、ブレタン・オブ・ケミカル・ソサイエティ・オ
ブ・ジャパン（ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＣｈｅｍｉｃ
ａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＪａｐａｎ）６２巻１５
３９−１５４６ページ、テトラヘドロン５１巻（１９９
５）３８９５〜３９０４ページ、テトラヘドロン・レタ
ーズ（ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ）４２
巻５３２７〜５３２９ページ、ケミストリーレターズ
（ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓ）１０巻１１２
３〜１１２４ページ、ケミカル・コミュニケーション
（ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）１
９９９年２３４７〜２３４８ページ、有機合成化学協会
誌２００１年３月号６０７〜６１２ページ、テトラヘド
ロン・レターズ４２巻５６５９〜５６６２ページ、同６
８６９〜６８７２ページ、新実験化学講座（丸善株式会
社刊）第１４巻第一分冊（「有機化合物の合成と反応
（Ｉ）」）３９〜６２ページ等に記載の方法を用いて合
成することができる。

【００５７】以下に、本発明に係わる共役化合物の代表
的合成例を示す。化合物例１の合成例２−ブロモ−３−ヘキシルチオフェン１を５ｇ、ジエチ
ルエーテル３０ｍｌ中にマグネシウム切片０．５ｇを入
れたフラスコに、窒素雰囲気下にて徐々に加えた。マグ
ネシウム切片がほぼ消失したら、得られた褐色溶液を、
２，２’−ジブロモビチオフェン３．２ｇと１，３−ビ
ス（ジフェニルホスフィノプロパン）ニッケルジクロリ
ド０．１ｇをジエチルエーテル２５０ｍｌに加えた懸濁
液に、窒素雰囲気下にて加え、室温で６時間撹拌した。
得られた反応混合物から不溶物を濾別し、濾液からトル
エンにて有機物を抽出した後、これを濃縮して、得られ
た褐色油状物質をシリカゲルカラムクロマトグラフィに
て精製して、チオフェン４量体３を２．５ｇ得た。（収
率５２％）チオフェン４量体３を２．５ｇ、テトラヒドロフラン３
０ｍｌにて溶解し、これを窒素雰囲気下で−７０℃まで
冷却した。ここへｎ−ブチルリチウムの１．６Ｍヘキサ
ン溶液を１．３ｍｌ滴下して、徐々に温度を上げて０℃
で１時間撹拌を続けた。この後、反応混合物を再び−７
０℃に冷却し、トリメトキシボラン２．５ｇをテトラヒ
ドロフラン３０ｍｌに溶解した溶液を滴下して、−７０
℃で１時間撹拌した後、低温浴を取りさって徐々に昇温
して、室温で３時間撹拌を行った。反応混合物に希塩酸
を加えて撹拌した後に有機層を分離し、これを濃縮して
得られた褐色の油状生成物に、トルエン１００ｍｌ、ブ
ロモターピリジン６．３ｇ、テトラキストリフェニルホ
スフィンパラジウム４．６ｇを加え、さらに炭酸ナトリ
ウム８．２ｇを水５０ｍｌに溶解した水溶液を加えて、
窒素雰囲気下で６時間、還流温度にて撹拌した。反応混
合物から水層と不溶物を除き、有機層を濃縮してシリカ
ゲルカラムクロマトグラフィにより精製して、例示化合
物１の結晶を２．１ｇ得た（収率２２％）。構造はＮＭ
Ｒスペクトルおよび質量分析スペクトルにより確認し
た。

【００５８】

【化１５】

【００５９】本発明に係わるこれらの共役化合物と結合
を形成する金属化合物としては前述した様に、元素周期
表第６族から１１族の金属、具体的にはイリジウム、ロ
ジウム、ルテニウム、プラチナ、金、銀、サマリウム、
オスミウム、パラジウム、ニッケル、コバルト又はユー
ロピウム等の金属化合物であることが好ましい。本発明
に用いる金属化合物は錯体であってもよく、前記有機伝
導性化合物との結合により形成される錯体の安定度定数
がより大きいものであれば問題ないが、特に塩が好まし
い。具体的な化合物としては、上記金属の塩化物、臭化
物、沃化物、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、スルホン酸
塩、カルボン酸塩、アセチルアセトナート錯体等である
が、塩化ニッケル、硫酸ニッケル等アルコール等有機溶
剤に溶けるものが電極、又、有機伝導性化合物層等に対
する親和性が高く好ましい。

【００６０】本発明に係わる、上記、金属原子もしくは
金属イオンと結合しうる構造単位を末端に有する有機伝
導性化合物は溶媒として、例えば、ジエチルエーテルや
ジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テト
ラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル系溶
媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、
クロロホルムや１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化
アルキル系溶媒、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニ
トロベンゼン、ｍ−クレゾール等の芳香族系溶媒、Ｎ−
メチルピロリドン、２硫化炭素等の溶剤に溶解して（完
全溶解していなくともよいが溶解しやすいものが好まし
い）、支持体上に塗布することで、支持体上に有機伝導
性化合物層を形成することができる。又、用いられる有
機伝導性化合物によっては、特に膜形成後にアニーリン
グを行うことにより、例えば塗布後、乾燥時に２００℃
を越えない温度で処理することで、伝導性を向上させる
ことが出来る。又、本発明に係わる有機伝導性化合物層
の伝導性を得るために配向処理等は必ずしも要求されな
いが、比較的低分子量の有機伝導性化合物の場合には、
配向がより伝導性をたかめる場合があり、支持体（基
体）表面にラビング等の処理を行うことにより伝導性を
高めることも可能である。

【００６１】本発明においては、配位子を末端に有する
有機伝導性化合物からなる層を塗設して、該伝導性層中
の一部分を金属塩或いは金属錯体等の金属化合物と混合
し、該金属塩或いは金属錯体等の金属化合物を添加した
部分に、有該有機伝導性化合物と有機金属化合物（好ま
しくは有機金属錯体）とが混合或いは化合した部分を生
成させ、その部分を電極とすることで、電界効果トラン
ジスタを形成する。混合或いは化合したということは、
混合することによって錯体形成が起こっていることは間
違いがないものの、単に混合した形態での寄与がある可
能性も排除できないためである。

【００６２】本発明に係わる金属原子或いは金属イオン
と結合することのできる構造単位を末端に有する有機伝
導性化合物の伝導性のレベルは材料の種類によっても変
化するが、又、例えばポリアセチレンにヨード化合物を
ドープしたり、ドーピング等によっても変化する。ドー
パントとしては、ルイス酸（塩化鉄、塩化アルミニウ
ム、臭化アンチモン等）やハロゲン（ヨウ素や臭素な
ど）、スルホン酸塩（ポリスチレンスルホン酸のナトリ
ウム塩（ＰＳＳ）、ｐ−トルエンスルホン酸カリウム
等）などがあり、ドーピングにより伝導性を調整するこ
とも出来る。いずれにしても、本発明の有機伝導性化合
物を用いることで、混合及び塗布・乾燥という簡単な操
作で上記のような、有機伝導性化合物薄膜を形成でき
る。従って、ＩＣ基板の一部やＴＦＴ等、該有機伝導性
化合物による半導体膜を単一デバイスでなく、集積した
アレイとして、パターン形成したい場合でも、マスク形
成、エッチング等のリソグラフィー技術によるほか、ス
クリーン印刷やインクジェット印刷等によりパターンを
直接印刷することにより有機伝導性化合物の層を形成出
来る。

【００６３】次いで、本発明に係わる、これらの有機伝
導性化合物を用いた電界効果トランジスタについて述べ
る。

【００６４】以下、これら本発明に係わる有機伝導性化
合物薄膜を用いた電界効果トランジスタについて説明す
る。

【００６５】

【発明の実施の形態】有機伝導性化合物としてはｐ−型
半導体を形成するものが一般的であるが、様々な有機半
導体を用いて電界効果トランジスタを構成することはよ
く知られている。図１は有機半導体層を有する電界効果
トランジスタの一例を示す断面図である。有機半導体層
Ａに絶縁体層Ｉを介して接する導体（例えばＡｕ、Ｃ
ｕ、Ａｌ等の金属）からなるゲート電極Ｇを配し、有機
半導体層にそれぞれソース、ドレインとなる電極Ｂ、Ｂ
（より伝導性の高い伝導性化合物や金属等の導体からな
る電極材料）を組合せ、所望エンハンスメント形電界効
果トランジスタを形成したものである。該ゲート電極と
有機半導体ソース電極間に電位を印加し、電界をかける
ことで、該有機伝導性材料層中即ちソース、ドレイン電
極間に流れる電流を制御できる。しかしながらソース、
ドレイン電極物質として金属を用いた場合には有機伝導
性化合物層と金属電極界面との障壁が大きく、余り実用
的な特性を得ることが出来ない。又、障壁を減らすべ
く、より伝導性の高い別の半導体を電極材料として用い
た場合には電極からの導電線の取り出しが問題となる
等、実用レベルとするには問題が多い。

【００６６】本発明に係わる金属化合物と結合しうる構
造を末端に有する有機伝導性化合物は末端に金属化合物
と結合しうる、例えば配位子などの構成単位を有してい
るため、金属化合物と混合したところで前記有機伝導性
化合物と金属原子とが混合或いは化合し、有機金属化合
物を含有する材料部分を生成する。これら有機金属化合
物を含有する材料の生成により母体となる有機伝導性化
合物よりも伝導性が高く、且つ、電極乃至リード線とな
る金属材料に親和性が非常に高い部分が形成されるの
で、ここを電極として用いることによって、より伝導性
の高い物質を形成すると同時に金属材料（導電線）との
接続がとりやすく、即ち、電流の取り出し容易な電界効
果トランジスタを構成することができる。ソース、ドレ
イン電極周りの化学変化の詳細や物理的な構造等につい
て、或いは、ゲート電極への電位の印加で、導通する即
ち、有機伝導性化合物層中にチャネルが形成される詳細
なメカニズム等は不明であるものの良好な電界効果トラ
ンジスタとして作用する。

【００６７】従って、本発明は、基板上に、その層中の
少なくとも２箇所以上の部分で金属化合物と混合した、
該金属化合物と結合しうる構造を末端に有する有機伝導
性化合物の層を有し、該有機伝導性化合物の層上に、ゲ
ート電極と、該ゲート電極及び上記有機伝導性化合物の
層を隔てる絶縁体層を設けたことを特徴とする電界効果
型トランジスタである。該２ヶ所の部分がソース、ドレ
イン電極を構成しここから電流を取り出すことが出来
る。

【００６８】図２は本発明の電界効果トランジスタの構
成の一例を示す断面図である。図２は図面を簡単にする
ために、一組の電界効果トランジスタの構成のみあらわ
しているが、より大きな集積アレーの一部を表していて
もよい。

【００６９】先ず、支持体となる基板Ｓは、例えばセラ
ミック、ガラス、ポリマーのような絶縁体であり、硬質
なものでも、柔軟なものでもよく、又エポキシ樹脂又は
セラミックの標準的なプリント回路基板でもよい。図２
においては、基板Ｓ上にスパッタリング法を用いてクロ
ム膜を形成し、クロム膜上にレジストパターンをマスク
としてエッチングを行いクロムからなるソース、ドレイ
ン電極Ｂ、Ｂ及びこれに接続する導電線パターン（図で
は省略）を形成している。金属材としてはクロムに限ら
ず、金、アルミニウム、ポリシリコン等多数の金属導体
のうち任意のものを使用でき、又ポリアニリンのような
有機導体を使用することも出来、更に電極としてインジ
ウム錫酸化物を使用することも出来る。

【００７０】次いで、形成したソース、ドレイン電極
Ｂ、Ｂパターン上に、本発明に係わる金属化合物、例え
ば、塩化ニッケルのエタノール溶液をクロムパターン上
のソース、ドレインを形成する箇所に適用する。金属化
合物を金属表面に適用するには、揮発性を有するメタノ
ール、エタノール、メチルエチルケトン等有機溶剤溶液
が好ましくこれを、印刷法又はインクジェット法により
パターン通りに印刷或いは吐出する方法で形成できる。
又、マスクを形成して金属表面のみに適用する方法を用
いることも出来る。

【００７１】該金属化合物の適用後に、本発明に係わる
末端に金属化合物と結合しうる構造単位を有する有機伝
導性化合物かならる有機半導体層Ａを塗設する。該層を
塗設することによって前記クロムパターン上に適用し
た、金属化合物（塩化ニッケル）が該有機伝導性化合物
と混合乃至化合して有機金属化合物（該有機伝導性化合
物のニッケル錯体等）を含有する領域Ｃを生じ、該有機
金属化合物を含有する領域Ｃがクロムパターン上に形成
される。有機伝導性化合物からなる有機半導体膜を塗設
後、例えば加温し乾燥させる過程で本発明に係わる有機
伝導性化合物は適用した金属化合物と有機金属化合物を
形成することで電極基材（この場合はクロム表面）との
又有機伝導性化合物との親和性を増し、障壁の少ない界
面が形成される。該結合を充分におこすためには２００
℃を超えない温度で加温しアニール等を行う事が好まし
い。図中においてクロムからなる電極Ｂと有機伝導性化
合物からなる有機半導体層Ａの界面に形成された領域Ｃ
がソース、ドレイン電極Ｂ、Ｂと協同して実際の電極を
構成する。

【００７２】該有機伝導性化合物の層Ａ上には絶縁体層
Ｉが形成されている。絶縁体層には、例えばＳｉＯ₂或
いはＴｉＯ₂等の薄膜があり、例えば特開２０００−３
２７３１０及び特開２０００−３４４５０４等にも記載
されているアルコキシシランを用いたゾルゲル法、或い
は、プラズマＣＶＤ法や、特開平１１−１３３２０５
号、同１１−６１４０６号、特開２０００−１８５３６
２、同２０００−１４７２０９、同２０００−１２１８
０４等に記載された大気圧でのプラズマ放電処理等によ
っても形成可能である。

【００７３】又、柔軟な膜を形成する場合には例えば、
ポリマー材料等を使用することができ、ポリイミド又は
類似の有機ポリマー材料がある、例えば日産化学製ポリ
イミドＲＮ−８１２があり、０．１〜１μｍの層に容易
にスピンコーティング、溶液流延等によって形成可能で
ある。

【００７４】次いで、ゲート電極Ｇを導電性の材料、例
えばＡｕのパターンをマスクパターン形成後蒸着によっ
て形成し、電界効果トランジスタを形成する。

【００７５】電極材料は上記Ａｕのほか、アルミニウ
ム、ＴｉＰｄＡｕ、ＴａＮ、Ｎｉ等金属のほか、ポリア
ニリン及び金属を含むポリマーインキのような導電性ポ
リマーからも選択でき、ある程度柔軟性を要求される用
途の場合にはポリマー導体を使用する方が有利であり、
又、マスク／パターニングという操作よりも、印刷例え
ばインクジェット法等をもちいてパターニングが可能で
あり、これらを適用してゲート電極を形成してもよい。

【００７６】電極を印刷法やインクジェット法によりパ
ターニングし、前記液体材料の適用によって誘電体層を
形成する方法をとることで、本発明の有機伝導性化合物
又ソース、ドレイン電極を構成する金属化合物の場合に
は、上記のように流動性を有する材料として支持体上へ
の層形成が可能であり、特に印刷法、インクジェット法
等の方法で半導体膜又ソース、ドレイン電極パターンを
形成できるので、マスク／パターニングを繰り返し基板
を作製する方法に比べ、回路形成が容易となり好まし
い。

【００７７】この様にして、本発明に係わる有機伝導性
材料及び金属化合物から形成した電界効果トランジスタ
は、エンハンスメント形の挙動を示し、スイッチング素
子としての動作を行うことが出来る。

【００７８】この様な薄膜電界効果トランジスタ、又、
スイッチング素子は液晶表示パネル等のＴＦＴとして用
いることができるほか、本発明に係わる有機伝導性化合
物からはラビング等による配向等、複雑なプロセスを必
要とせず有機半導体薄膜が得られる。又、その形成に高
温を必要とせず、ガラス基板等耐熱性の基板がいらない
ので、各種のプラスチックフィルム等の絶縁性支持体上
に有機半導体膜、又これを用いた薄膜トランジスタ、ス
イッチング素子等が形成でき、各画素単位で表示材料を
駆動するための各種表示パネルの駆動素子となるＴＦＴ
をフレキシブルなものとできるので好ましい。

【００７９】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。

【００８０】実施例以下に示す方法により電界効果トランジスタを作製し
た。作製した電界効果トランジスタの構成を示す断面図
を図３に示した。

【００８１】先ず、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）フ
ィルム（厚み１００μｍ）からなる基板Ｓ上にスパッタ
リングによりクロム膜を製膜した。このクロム膜上にレ
ジストパターンを形成した後、これをマスクとしてエッ
チングを行うことでクロム膜の一部を除去しゲート電極
Ｇ、及び導電線（図示せず）を形成した。

【００８２】次いで、絶縁体層ＩとしてＳｉＯ₂膜をプ
ラズマＣＶＤ法を用いて形成した。更に、スパッタリン
グによりクロム膜を製膜しソース電極基材Ｂ、ドレイン
電極基材Ｂ、又、電極に接続する導電線パターン（図示
せず）をやはりマスクを用いて形成した。

【００８３】更に、形成したソース、ドレイン電極基材
Ｂ、Ｂ上に塩化ニッケル（１０％メタノール溶液）をパ
ターンに従ってインクジェットプリンタを用いて適用し
た。

【００８４】次いで、上記パターン上に、本発明に係わ
る有機伝導性化合物（例示化合物１）のテトラヒドロフ
ラン溶液を全面、同様にインクジェットプリンタにより
溶液を吹き付けることで塗布した後、乾燥して有機伝導
性化合物からなる有機半導体膜Ａを形成した。乾燥後、
更に１５０℃で３０分加熱処理を行った。尚、インクジ
ェットプリンタは、ピエゾ振動子を用いたシェアモード
型オンデマンド型ヘッドを上記生産態様向けに変更し、
コニカ製インクジェットプリンタＩＧＵＡＺＵ１０４４
ＳＤに搭載して用いた。

【００８５】以上のようにして構成した積層体のソー
ス、ドレイン電極基材Ｂ、Ｂ間に各電極基材から取り出
した導電線を介して電位をかけても、ソース、ドレイン
間に電流は観察されなかったが、次いで、ゲート、ソー
ス電極間に電位をかけ電界を発生させたところ電流が観
察され、エンハンスメント形の電界効果トランジスタと
しての効果が確認された。

【００８６】

【発明の効果】簡単な工程で有機半導体膜を用い、ソー
ス、ドレイン、ゲート電極等、基板上に順次形成するこ
とによって、電界効果型トランジスタを構成することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機半導体膜を有する電界効果トランジスタの
一例を示す断面図である。

【図２】本発明の電界効果トランジスタの構成の一例を
示す断面図である。

【図３】作製した電界効果トランジスタの構成を示す断
面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F110 AA16 BB01 CC01 CC03 CC05 DD01 DD02 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE41 EE42 EE43 EE44 FF01 FF02 FF21 FF27 FF30 GG05 GG42 GG58 HK01 HK02 HK03 HK04 HK07 HK09 HK14 HK21 HK31 HK32 HK33 HK42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、その層中の少なくとも２箇所
以上の部分で金属化合物と混合若しくは化合した、該金
属化合物と結合しうる構造を末端に有する有機伝導性化
合物の層を有し、該有機伝導性化合物の層上に、ゲート
電極と、該ゲート電極及び上記有機伝導性化合物の層を
隔てる絶縁体層を設けたことを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。
【請求項２】前記有機伝導性化合物の層中の、金属化
合物と混合若しくは化合した部分が前記有機伝導性化合
物と金属原子とが結合した有機金属化合物を含有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジス
タ。
【請求項３】インクジェット法により、ソース又はド
レイン電極を構成する有機金属化合物のパターンを有機
伝導体性化合物層中に形成することを特徴とする電界効
果トランジスタの製造方法。