JP2003249656A

JP2003249656A - 有機薄膜トランジスタ素子とその製造方法

Info

Publication number: JP2003249656A
Application number: JP2002046362A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakamura; 真一中村; Hidemasa Mizutani; 英正水谷; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】有機化合物半導体膜を用いた薄膜トランジス
タをに関して、電流密度を上げるためにチャネル長を狭
くする構成を提供した。【解決手段】基板上に形成したゲート電極及びゲート
絶縁膜に対して、有機化合物半導体膜が斜めに接触して
いる構造を特徴としている。これによってソース、ドレ
イン電極間にできるチャネル長は有機化合物半導体膜の
厚みと傾斜角によって自由に変更可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機薄膜トランジス
タ素子に関して、特に表示デバイス、情報タグ、ＩＣ等
のエレクトロ分野に有用な有機化合物半導体層を有する
有機薄膜トランジスタ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結晶シリコンテクノロジーを基盤とした
シリコントランジスタに対抗すべく、有機化合物半導体
を利用したトランジスタの開発が盛んに行われている。
有機化合物半導体は有機材料の特徴である、軽量、柔軟
性、多様性、堅牢性を備え、また、１００℃前後の低温
プロセスで形成できるほか、印刷、スピンコート等の液
相プロセスによる製造方法が可能である。その為、結晶
シリコン半導体ではなし得なかったプラスチック基板上
への製造や大画面化が可能であり、フレキシブルな電子
ペーパー、情報タグ等の新しいデバイスへの適用の期待
が高まっている。

【０００３】例えばＳｃｉｎｃｅ，Ｖｏｌ．２６５，１
６８４，（１９９４）では全ての材料を有機化合物で構
成したトランジスタを作製し、大画面、低コストの電子
デバイスの可能性を示唆している。しかしながら通常の
有機化合物半導体は移動度が１０^−２〜１０^−１ｃｍ^２
／Ｖｓレベルとシリコン半導体に比べて一桁以上低く、
高抵抗である為に、大電流が得にくく、また動作周波数
が低い等の問題点を抱えている。

【０００４】高移動度を実現する為にテトラセンやペン
タセン等の単結晶を利用し、移動度３．１ｃｍ^２／Ｖｓ
の値も得られている（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔａｌ
ｓＶｏｌ．１２２，１５７，（２００１））が、各トラ
ンジスタ間のばらつきがなく安定的に高移動度を得るこ
とは非常に困難である。

【０００５】一方有機薄膜トランジスタ素子で得られる
ドレイン電流は一般に下式（Ｉ）で表される。

【０００６】Ｉｄ＝μ（Ｗ／２Ｌ）Ｃｉ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）^２（Ｉ）（式中Ｉｄはドレイン電流、μは移動度、Ｗはチャネル
幅、Ｌはチャネル長、Ｃｉはゲート絶縁層の容量、Ｖｇ
はゲート電圧、Ｖｔｈはトランジスタの閾値電圧を示
す。）即ち、大きなドレイン電流を得るためには移動度
を大きくすることや、チャネル幅を大きくする、または
チャネル長を小さくすることが有効である。

【０００７】この内チャネル幅を広くする工夫として
は、例えばＡｐｐｌｉｅｄＰｈＹｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ，Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１２，１７２１，（１９
９８）では各電極を円状にパターニングすることで、１
００μｍ×１００μｍのピクセル中に４００μｍのチャ
ネル幅を実現することに成功している。

【０００８】しかしながら、チャネル長を短くすること
に関しては、通常のフォトリソグラフィーによる電極の
作製では１μｍ以下のチャネル長にすることは非常に困
難であり、またこれを実現するには非常に高価な露光装
置やエッチング装置などの高度な装置と技術が必要とな
る。

【０００９】また動作周波数は一般に移動度に比例し、
チャネル長の二乗に反比例する。即ち、駆動周波数を大
きくするにはやはり移動度を大きくするかもしくはチャ
ネル長を小さくすることが有効である。

【００１０】ＡｐｐｌｉｅｄＰｈＹｓｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７７，Ｎｏ．１０，１４８７，（２
０００）では１μｍのチャネル長により２ｋＨｚの動作
周波数を実現しているが、高速駆動が必要な表示デバイ
スにとって実現レベルには程遠い。

【００１１】これらの問題を解決する為にソース電極と
ドレイン電極の間に有機物半導体層を挟んだ縦型有機薄
膜トランジスタ素子が提案されている（工藤等、ＳＹｎ
ｔｈｅｔｉｃＭｅｔａｌｓ，Ｖｏｌ．１１１−１１
２，１１，（２０００））。また似たような形状として
無機のシリコン縦型トランジスタの例を挙げることがで
きる（特開平７−２９７４０６）。ここでは、基板上に
ドレイン電極を配置し、その上に凸型の円錐台形状で半
導体層を形成後ソース電極を配置し、円錐台側面上にゲ
ート絶縁膜とゲート電極を順次形成してトランジスタと
するものである。

【００１２】これら縦型トランジスタはでは半導体層の
厚みに依存したチャネル長が得られる利点がある。しか
しながら、大電流が得られ動作周波数も大きくなる可能
性を秘めている反面、チャンネル長が短いために暗電流
が大きくオンオフ比が小さくなる等の問題を抱えてい
る。これを解決するにはチャネル長を大きくして、つま
り半導体層の厚みを厚くする必要がある。しかし無機半
導体層の場合厚く成膜するとクラックが発生しやすく、
また膜応力が大きくなって、素子の製造上問題が大きか
った。

【００１３】また有機化合物半導体層を用いる場合、絶
縁耐圧が小さいために余り薄くできなかったこと、およ
び前記円錐台形状にエッチングすることが困難であるた
めに、有機化合物半導体膜を用いて、従来構成のトラン
ジスタを作成することが困難であった。

【００１４】従って現在のところ有機化合物半導体層を
用いて、チャネル長を小さくする有効な手段は見つかっ
ておらず、その為、実用特性を満足できる有機化合物半
導体を利用した有機薄膜トランジスタ素子は存在してい
ないのが現状である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来技術に鑑みてなされたものであり、前記従来課題を解
決した有機化合物半導体層を有する新規な有機薄膜トラ
ンジスタ素子を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記縦型トラン
ジスタの一変形として、斜め構造を有する有機化合物半
導体層を用いた有機薄膜トランジスタに関するものであ
る。

【００１７】特にゲート絶縁膜に有機化合物半導体層を
斜めに接する構造を有しており、その角度を変えること
によってチャネル長を自由に設計できることが特徴であ
る。

【００１８】本発明の第一は、絶縁基板上に配置された
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３つの電極
と、ゲート絶縁膜及び有機物からなる有機化合物半導体
層とで構成された有機薄膜トランジスタ素子であって、
前記有機化合物半導体層とゲート絶縁層とが角度がθ
（０°＜θ＜９０°）で接触する積層構造を有する有機
薄膜トランジスタ素子である。

【００１９】特に前記接触角度θが１０°＜θ＜８０°
の範囲であることが好ましい。また前記有機化合物半導
体層は共役高分子化合物であることが好ましく、その分
子量が、５，０００から５００，０００であることが望
ましい。

【００２０】さらに前記ゲート絶縁層および前記ゲート
電極、ソース電極およびドレイン電極のうち少なくとも
１つの電極が有機化合物からなっているとより好まし
い。

【００２１】また本発明は、基板上に形成した絶縁薄膜
を加工して台形すり鉢状の形状を作る工程、該形状の基
板に対して斜めになっている面にゲート電極、ゲート絶
縁層を順次形成する工程、前記ゲート絶縁膜に端面を接
するようにドレイン電極（あるいはソース電極）、有機
化合物半導体層、ソース電極（あるいはドレイン電極）
を順次形成する工程からなる有機薄膜トランジスタ素子
の製造方法を提供するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の有機薄膜トランジスタ素
子の構造の断面模式図の一例を図１（Ａ）〜（Ｃ）及び
図２を用いて詳細に説明する。

【００２３】本発明の有機薄膜トランジスタ素子を図１
（Ａ）及び図２を用いて詳細に説明する。絶縁性基板１
１上に形成された、すり鉢上の穴の周囲にゲート電極１
２を配置し、その上にゲート絶縁層１３が位置する。更
にその上に基板と平行にドレイン電極（あるいはソース
電極）１４、その上に有機化合物半導体層１５、更にそ
の上にソース電極（あるいはドレイン電極）１６が配置
される。この構成においてはゲート絶縁膜に対して、ソ
ース、ゲートの両電極および有機化合物半導体層は斜め
に接しており、ゲート絶縁膜上のチャネル領域は有機化
合物半導体膜の膜厚ｄを用いて、ｄ／ｓｉｎθ（ここで
θはゲート絶縁層と有機化合物半導体層が成す角度）で
表される。そして最上部に保護膜１７が位置する。

【００２４】本発明の構造の特徴は有機化合物半導体層
がゲート絶縁層に接する面に対して傾斜角θで位置した
積層構造を有していることである。然るに、本発明の有
機薄膜トランジスタ素子のチャネル長はｄ／ｓｉｎθに
対応する。従ってこれまでのフォトリソグラフィー技術
によるチャネル長の作製に比べて、非常に簡便な製造プ
ロセスで格段に短くすることが可能である。また、膜厚
ｄと傾斜角θを調整することで、チャネル長を任意に変
化させることが可能である。

【００２５】ここでθがゼロ及び９０°の場合は共に公
知な構造である。例えば０°の時はゲート電極と半導体
層が平行に配置した積層型の構成であり、９０°の時は
ソース電極層とドレイン電極層の方向と、ゲート電極層
の積層方向が直交している形状であることを意味してい
る。本発明では、θの値を上記０と９０°を除外した有
限の値を取ることがその第一の特徴である。

【００２６】本発明は好ましくは１０ｎｍ＜ｄ／ｓｉｎ
θ＜１０，０００ｎｍの範囲である有機薄膜トランジス
タ素子である。ｄ／ｓｉｎθが１０ｎｍ以下である場合
は、有機化合物半導体膜の絶縁耐圧が低いために、ピン
ホール等によるソース、ドレイン電極間のショートの危
険性が高まり、逆に１０μｍ以上であるとチャネル間の
抵抗が高くなって、十分なドレイン電流および高い動作
周波数が得られ難くなると言う欠点が生じる。そこで更
に好ましくは１０ｎｍ＜ｄ／ｓｉｎθ＜１，０００ｎｍ
の範囲がより好ましい範囲である。

【００２７】また、傾斜角θは１０°＜θ＜８０°の範
囲であるものが好ましい。θが１０°以下である場合は
膜厚に対してチャネル長が長くなり過ぎて、公知の積層
型トランジスタ構造に近づくために本発明の効果が低減
される。

【００２８】また逆に８０°以上では半導体層の膜厚に
近づくためにチャネル長が短くなるほか、基板に対して
ゲート絶縁層などが垂直に近く配置することになり、ゲ
ート電極及びゲート絶縁層の成膜や製造が困難になる。
また有機化合物半導体層との密着が難しくなるなど、製
造プロセスがより煩雑になる。

【００２９】更に膜厚ｄは１０ｎｍ＜ｄ＜１０，０００
ｎｍの範囲であるものが好ましい。膜厚ｄが１０ｎｍ以
下である場合はピンホール等によるソース、ドレイン電
極間のショートの危険性があり、１０，０００ｎｍ以上
であると十分なドレイン電流および高い動作周波数が得
られない可能性が高まる。より好ましくは１０ｎｍ＜ｄ
＜１，０００ｎｍの範囲である。

【００３０】次に、本発明の有機薄膜トランジスタ素子
の動作を説明する。先ず、パラメータは図２に示すよう
に、ゲート絶縁層２２の斜面に対して垂直な方向の厚さ
ｄｇａｔｅが実効的なゲート絶縁層膜厚になる。つま
りチャネル長Ｌは有機化合物半導体層２４の膜厚ｄに対
し、Ｌ＝ｄ／ｓｉｎθで表される。またチャネル幅Ｗは
周辺部の長さ、即ち円錐形であれば平面図の半径ｒに対
し、Ｗ＝２πｒになる。

【００３１】この状態でゲート電極に閾値以上の電圧が
印加された時、チャネル２６が形成され、トランジスタ
がＯＮ状態になる。

【００３２】その時、得られるドレイン電流値は（Ｉ）
式よりＩｄ＝μ（Ｗ／２Ｌ）Ｃｉ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）^２＝μ（π
ｒｓｉｎθ／ｄ）Ｃｉ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）^２もしθが鋭角の場合は、ソース電極２５付近では実働的
なチャネル長は、Ｌ＝ｄ／ｓｉｎθよりも小さくなるた
めに、その鋭角付近でトンネル電流が発生する。さらに
ソース電極とドレイン電極間の寄生容量を少なくするた
めに、ソース電極、ドレイン電極が重なりあう部分Ｙを
極力小さくすることが望まれる。また有機化合物半導体
層２４の膜厚ｄが小さい場合は、空間電荷制限電流がＯ
ＦＦ時に流れる可能性がある為、有機化合物半導体層の
膜厚との兼ね合いで上限が最適化される。但し、下限は
ソース電極２５の配線抵抗が増大しない所で最適化され
る。

【００３３】本発明で用いられる有機化合物半導体層
は、共役二重結合を有する共役化合物であれば特に限定
されない。

【００３４】例えば以下に示す化合物が好適である。ポ
リアセチレン誘導体、チオフェン環を有するポリチオフ
ェン誘導体、ポリ（３−アルキルチオフェン）誘導体、
ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）誘導体、
ポリチエニレンビニレン誘導体、ベンゼン環を有するポ
リフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、
窒素原子を有するポリピリジン誘導体、ポリピロール誘
導体、ポリアニリン誘導体、ポリキノリン誘導体等の共
役高分子化合物。ジメチルセクシチオフェン、クオータ
チオフェンに代表されるオリゴマー。ペリレン、テトラ
セン、ペンタセンに代表されるアセン類、銅フタロシア
ニン誘導体に代表される堆積有機分子、トリフェニレン
誘導体に代表されるディスコチック液晶、フェニルナフ
タレン誘導体、ベンゾチアゾール誘導体に代表されるス
メクチック液晶、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン
−ビチオフェン）共重合体に代表される液晶ポリマー等
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ま
た、好ましくは液相プロセスを利用できるという観点か
ら、上記の共役構造を有する高分子化合物が好適であ
る。例えば以下に示す構造の化合物が挙げられる。

【００３５】

【外１】

【００３６】（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はＨ、Ｆ
または炭素原子数が１から２０のアルキル基またはアル
コキシ基を示す。ｎは正の整数を示す。）これらの共役高分子化合物の分子量は特に限定はされな
いが、溶媒に対する可溶性、成膜性等を考慮すると５，
０００から５００，０００が好ましい。

【００３７】また、本発明で用いられる有機化合物半導
体層はその電気伝導度を調整する為に適当なドーパント
を含有していても良い。ドーパントの種類としてアクセ
プター性のＩ_２、Ｂｒ_２、Ｃｌ_２、ＩＣｌ、ＢＦ_３、Ｐ
Ｆ_５、Ｈ_２ＳＯ_４、ＦｅＣｌ _３、ＴＣＮＱ（テトラシア
ノキノジメタン）、ドナー性のＬｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｅｕ、
界面活性剤であるアルキルスルホン酸塩、アルキルベン
ゼンスルホン酸塩等があげられる。

【００３８】本発明で用いられるゲート絶縁層は特に限
定はされないがＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２
Ｏ_５等の無機材料、ポリイミド、ポリアクリロニトリ
ル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルフェノール、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリフッ化ビニリデン等の有機材料および有機無機
ハイブリッド材料を用いることができる。

【００３９】好ましくは、低コストにつながる液相プロ
セスを利用できるという観点から有機化合物が好まし
い。絶縁性基板としては特に限定されないが、例えばガ
ラス、石英等の無機材料のほかアクリル系、ビニル系、
エステル系、イミド系、ウレタン系、ジアゾ系、シンナ
モイル系等の感光性高分子化合物、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン等の有
機材料、有機無機ハイブリッド材料を用いることができ
る。また、これらの材料を２層以上積層させて用いるこ
ともでき、絶縁耐圧を上げる目的で効果がある。

【００４０】さらに本発明で用いられるゲート電極、ソ
ース電極およびドレイン電極は導電体であれば特に限定
はされないが、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、
Ａｇ、Ｃｒ等の金属材料、ポリシリコン、シリサイド、
ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ
_２等の無機材料も好適であるが、ハイドープされたポリ
ピリジン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリチオフェンに代表される導電性高分子および炭
素粒子、銀粒子等を分散した導電性インク等を用いるこ
とができる。特に電子ペーパー等に用いる場合、トラン
ジスタにフレキシブル性が求められる場合は各電極は導
電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散した導電性
インク等であるものが基板との熱膨張をそろえ易く好ま
しい。

【００４１】また、本発明は台形すり鉢状基板にゲート
電極、ゲート絶縁層、ドレイン電極（あるいはソース電
極）、有機化合物半導体層、ソース電極（あるいはドレ
イン電極）を順次形成する有機薄膜トランジスタ素子の
製造方法を提供するものである。

【００４２】これら各電極、ゲート絶縁層、有機化合物
半導体層の形成方法は特に限定はされないが、有機材料
の場合、電解重合法、キャスティング法、スピンコート
法、浸漬コート法、スクリーン印刷法、ロール塗布法、
インクジェット法、ＬＢ法等で形成することができる。
また、用いる材料により真空蒸着法、ＣＶＤ法、電子ビ
ーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等も有効な形
成方法である。また、これらはフォトリソグラフおよび
エッチング処理により、所望の形状にパターニングする
ことができる。

【００４３】その他、ソフトリソグラフ、インクジェッ
ト法も有効なパターニング方法である。また、必要に応
じて、各電極からの引出し電極や保護膜等を形成するこ
とができる。ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の
形状はシート状、メッシュ状、多孔質状、線状、ドット
状、櫛状、円状、輪状等、特に限定はされない。また、
電極の厚さは特に限定されないが５から５０００ｎｍが
好ましい。特に好ましくは１０から５００ｎｍである。

【００４４】本発明は半導体層として有機化合物半導体
を利用することを特徴にしている。シリコン等の無機半
導体を利用することは、高温プロセスを必要とする為
に、プラスチック基板で半導体素子を作る場合に、不向
きである。従って、本発明の有機薄膜トランジスタ素子
は有機化合物半導体の性質を利用した特有の構成であ
る。

【００４５】また、前述したＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ
ｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１２，
１７２１，（１９９８）及びＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４
１３，７１４，（２００１）においてソース電極、有機
化合物半導体層、ドレイン電極が縦に配置した構成のト
ランジスタは知られている。しかしながら前者は、先ず
通常のフォトリソグラフ技術により平面にチャネル領域
を作りこんだ後に、機械的に縦構造にしたものであり、
積層構造を利用したものではない。

【００４６】本発明はチャネル長が有機化合物半導体層
の膜厚で決定される構成を特徴とするものであるので本
質的に異なる。また、有機化合物半導体層がゲート絶縁
層に接する面に対して斜めに位置していないので全く異
なる構造である。後者はｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ
ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ（ＳＡＭ）を利用した分子レベ
ルの有機トランジスタであるが、利用されている有機化
合物半導体層、構成を達成させる為の製造法は極めて特
殊であり、先に述べたようにチャネル長が短くなり過ぎ
るために、暗電流が大きくなり実用性に欠ける。あるい
は有機化合物半導体層がゲート絶縁層に接する面に対し
て斜めに位置していない為に、ゲート電極及びゲート絶
縁層を縦構成で作りこむことが極めて製造上困難を伴
い、その為にトランジスタ性能のバラツキが大きくなる
という欠点を有する。

【００４７】

【実施例】以下、実施例により本発明について更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

【００４８】（実施例１）図３に今回作成した本発明の
有機薄膜トランジスタ素子の構成図を示す。

【００４９】絶縁性基板３０としてポリイミドでコーテ
ィングされた０．２ｍｍ厚のポリエチレンテレフタレー
ト基板を用意し、その上に絶縁性の膜３１としてアクリ
ル樹脂を使用した。またゲート電極３２、ドレイン電極
３４、ソース電極３６としてそれぞれ金電極を、ゲート
絶縁層３３としてはポリアクリロニトリル、有機化合物
半導体層３５として以下に示すジメチルセクシチオフェ
ンを用いた。

【００５０】

【外２】

【００５１】また、ジメチルセクシチオフェンの合成は
ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，５，８９６，
（１９９３）に記載の合成法に従って合成したものを使
用した。

【００５２】以下に作成手順を示す。ポリイミドでコー
ティングされた基板３０にアクリル樹脂を塗布し、フォ
トリソグラフ、エッチングすることにより、１００μｍ
×１００μｍの角型で、深さ１μｍ、傾斜角３０°の逆
台形の溝を作製した。その斜めになった周辺部上面に金
を４０ｎｍ厚真空蒸着し、ゲート電極３２を作製した。

【００５３】次にポリアクリロニトリルのジメチルスル
ホキシド溶液をスピンコートし乾燥することで３００ｎ
ｍゲート絶縁層３３を作製した。その上に金を４０ｎｍ
厚真空蒸着し、ドレイン電極３４を作製した。半導体層
３５は、所定の形状にマスクを配置してマスク蒸着し
た。蒸着条件は、ジメチルセクシチオフェンを５×１０
^−６ｔｏｒｒの圧力下で蒸着基板から５ｃｍ離した昇華
金属用ボードから真空昇華させ、有機化合物半導体層３
５を配置した。この有機化合物半導体層の膜厚は４００
ｎｍであった。

【００５４】また、有機化合物半導体層がゲート絶縁層
に接する面に対しての傾斜角θは、最初に形成したアク
リルの形状に由来し、３０°であった。これから計算さ
れるチャネル長は８００ｎｍである。更にその上に金を
４０ｎｍ厚真空蒸着し、ソース電極３６を作製した。ま
た、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に
０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、有機薄膜ト
ランジスタ素子を作製した。

【００５５】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン間の
電圧２０Ｖでの条件で得られたドレイン電流は６４μＡ
であった。このトランジスタ素子の絶縁耐圧は３０ボル
ト以上であって、実用上問題がないレベルであった。

【００５６】（実施例２）実施例１の傾斜角θが１０°
になるようにする以外は実施例１と同様の方法で有機薄
膜トランジスタ素子を作製した。ゲート電圧１０Ｖ、ソ
ース−ドレイン電圧２０Ｖでの得られたドレイン電流は
２５μＡであった。

【００５７】（実施例３）実施例１の傾斜角θが７０°
になるようにする以外は実施例１と同様の方法で有機薄
膜トランジスタ素子を作製した。ゲート電圧１０Ｖ、ソ
ース−ドレイン電圧２０Ｖでの得られたドレイン電流は
１０９μＡであった。

【００５８】（比較例１）実施例１で使用した材料と同
じ材料を用いて図５に示すブレナー型の有機薄膜トラン
ジスタ素子を作製した。

【００５９】先ず、ポリイミドでコーティングされた基
板にアクリル樹脂を塗布し、その上に金を４０ｎｍ真空
蒸着し、ゲート電極を作製した。次にポリアクリロニト
リルのジメチルスルホキシド溶液をスピンコートし乾燥
することで３００ｎｍのゲート絶縁層を作製した。その
上に金を４０ｎｍ真空蒸着し、ドレイン電極およびソー
ス電極を作製した。チャネル幅は２００μｍ、チャネル
長１０μｍとした。

【００６０】その上にジメチルセクシチオフェンを５×
１０^−６ｔｏｒｒの圧力下、蒸着基板から５ｃｍ離した
昇華金属用ボードから真空昇華し、有機化合物半導体層
を作製した。この半導体層の膜厚は４００ｎｍであっ
た。ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に
０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、有機薄膜ト
ランジスタ素子を作製した。

【００６１】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は５μＡであった。

【００６２】実施例１〜３と比較例１からわかるように
本発明の有機薄膜トランジスタ素子が従来の有機薄膜ト
ランジスタ素子よりも大きいドレイン電流が得られてい
る。

【００６３】（実施例４）実施例１で使用した有機化合
物半導体層のジメチルセクシチオフェンの代わりにアル
ドリッチ製のペンタセンを用い、同様に真空昇華して膜
厚２００ｎｍの有機化合物半導体層を得る以外は実施例
１と同様の方法で、有機薄膜トランジスタ素子を得た。

【００６４】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は２１０μＡであっ
た。

【００６５】（実施例５）実施例１で使用した有機化合
物半導体層のジメチルセクシチオフェンの代わりにアル
ドリッチ製のポリ３−ヘキシルチオフェンを用い、イン
クジェット法により膜厚２００ｎｍの有機化合物半導体
層を得る以外は実施例１と同様の方法で、有機薄膜トラ
ンジスタ素子を得た。

【００６６】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は１１μＡであった。

【００６７】（実施例６）図４に今回作成した有機薄膜
トランジスタ素子の構成を示す。

【００６８】絶縁性基板４１としてポリイミドおよびア
クリル樹脂、ゲート電極４２としてＡｌ、ドレイン電極
４４としてＩＴＯ、ソース電極４６として金、ゲート絶
縁層４３としてポリイミド、有機化合物半導体層４５と
して以下に示すポリ３，４−エチレンジオキシチオフェ
ンを用いた。

【００６９】

【外３】

【００７０】また、上記ポリ３，４−エチレンジオキシ
チオフェンの合成はＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａ
ｌｓ，４，１１６，（１９９２）に記載の合成法に従っ
て合成したものを使用した。

【００７１】先ず、ポリイミド基板にアクリル樹脂を塗
布し、金属製の型でエンボスすることにより、直径１０
０μｍ、深さ１μｍ、傾斜角４５°の台形すり鉢状の溝
を作製した。その傾斜面上にＡｌを２００ｎｍ厚真空蒸
着し、ゲート電極を作製した。

【００７２】次にポリイミドをスピンコートし５００ｎ
ｍのゲート絶縁層を作製した。その上にＩＴＯをＥＢ蒸
着法により塗付し、パターニングすることによりドレイ
ン電極を作製した。

【００７３】次にポリ３，４−エチレンジオキシチオフ
ェンの５重量％のアセトニトリル溶液をインクジェット
法によりドレイン電極上に置き、乾燥させることにより
有機化合物半導体層を作製した。この半導体層の膜厚は
１００ｎｍであった。

【００７４】また、有機化合物半導体層とゲート絶縁層
が接する面の傾斜角θは４５°であった。これから計算
されるチャネル長は１４１ｎｍである。更にその上に金
を４０ｎｍ厚真空蒸着し、ソース電極を作製した。ま
た、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極の各電極に
０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで配線し、有機薄膜ト
ランジスタ素子を作製した。

【００７５】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は２２μＡであった。

【００７６】（実施例７）実施例６の傾斜角θが８０°
になるようにする以外は実施例１と同様の方法で有機薄
膜トランジスタ素子を作製した。このときのチャネル長
は４０６ｎｍである。

【００７７】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は３４μＡであった。

【００７８】（実施例８）実施例６と同様に図４の構成
で、全ての材料に有機材料を用いた全有機有機薄膜トラ
ンジスタ素子を製造した。

【００７９】絶縁性基板４１として０．２ｍｍ厚のポリ
イミド基板を用い、その上にアクリル樹脂を塗付し成膜
後、直径１００μｍ、深さ３μｍ、傾斜角６０°のすり
鉢状の台形すり鉢上の凹部を形成した。その上に形成す
るゲート電極４２、ドレイン電極４４及びソース電極４
６などの電極材料として、アルドリッチ製のポリスチレ
ンスルホン酸をドープしたポリ３，４−エチレンジオキ
シチオフェン（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を用いた。

【００８０】先ずその上にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをインク
ジェット法により塗付し、ゲート電極を作製した。さら
にゲート絶縁層４３として５００ｍｍ厚のポリイミドを
スピンコートしゲート絶縁層を作製した。その上にソー
ス電極としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをインクジェット法に
より所望のパターンに塗付した。次に有機化合物半導体
層４５としてアルドリッチ製のポリ３−ドデシルチオフ
ェンをインクジェット法によりソース電極上に塗付し
た。この半導体層の膜厚は１００ｎｍであり、チャネル
長は１１５ｎｍであった。

【００８１】更にその上にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをインク
ジェット法により所望のパターンに塗付し、ソース電極
を作製し、全有機有機薄膜トランジスタ素子を作製し
た。

【００８２】ゲート電圧１０Ｖ、ソース−ドレイン電圧
２０Ｖでの得られたドレイン電流は１３μＡであった。

【００８３】

【発明の効果】本発明の効果を以下に示す。（１）チャネル長が有機化合物半導体層の膜厚で決まる
ので微細なパターニング技術が不要である。（２）同じ
くチャネル長が下側電極上の有機化合物半導体層の膜厚
で決まるので、ソース電極やドレイン電極のアライメン
トが多少ずれてもチャネル長、チャネル幅が不変でトラ
ンジスタ性能がばらつかない。（３）本質的に全ての製
造プロセスに於いて印刷技術、またはインクジェット技
術が可能であり、全有機有機薄膜トランジスタ素子の製
造が容易である。以上の様に本発明によれば、表示デバ
イス、情報タグ、ＩＣ等のエレクトロ分野において、ド
レイン電流が大きく、また動作周波数の大きい有機化合
物半導体層を有する有機薄膜トランジスタ素子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明の有機薄膜トラン
ジスタ素子の断面模式図の一例である。

【図２】図１（Ａ）のチャネル領域の断面拡大模式図で
ある。

【図３】（Ａ）は実施例１の有機薄膜トランジスタ素子
の上面模式図である。（Ｂ）は図３（Ａ）のＸＸ’断面
模式図である。

【図４】（Ａ）は実施例６の有機薄膜トランジスタ素子
の上面模式図である。（Ｂ）は図４（Ａ）のＸＸ’断面
模式図である。（Ｃ）は図４（Ａ）のＹＹ’断面模式図
である。

【図５】比較例１の有機薄膜トランジスタ素子の断面模
式図である。

【符号の説明】

１１、４０、４１、３０、３１、５１絶縁性基板１２ゲート電極１３、２２、３３、４３、５３ゲート絶縁層１４、２１、２５ドレイン電極（またはソース電極）１５、２４、３５、４５、５４有機化合物半導体層１６ソース電極（またはドレイン電極）１７保護膜２３、３２、４２、５２ゲート電極２５チャネル部分３４、４４、５５ドレイン電極３５、４６、５６ソース電極

───────────────────────────────────────────────────── 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 ６１６Ｖ６１７Ｍ 29/28 (72)発明者羽生由紀夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 AA03 AA08 BB01 BB02 BB04 BB06 BB08 BB09 BB13 BB14 BB19 BB36 CC01 CC05 DD32 DD34 DD35 DD37 DD43 DD51 DD64 DD65 FF06 GG08 GG20 HH20 5F110 AA01 AA16 BB01 CC09 CC10 DD01 DD02 DD03 DD12 EE01 EE02 EE03 EE04 EE05 EE07 EE09 EE22 EE41 EE43 EE44 EE45 FF01 FF02 FF03 FF09 FF12 FF21 FF27 FF28 FF29 GG05 GG22 GG24 GG25 GG28 GG29 GG41 GG42 GG43 GG44 HK01 HK02 HK03 HK04 HK05 HK07 HK09 HK14 HK31 HK32 HK33 HK34 HM02 HM12 QQ01 QQ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に配置されたソース電極、ド
レイン電極及びゲート電極の３つの電極と、ゲート絶縁
膜及び有機物からなる有機化合物半導体層とで構成され
た有機薄膜トランジスタ素子であって、前記有機化合物
半導体層とゲート絶縁層とが角度がθ（０°＜θ＜９０
°）で接触する積層構造を有する有機薄膜トランジスタ
素子。
【請求項２】前記接触角度θが１０°＜θ＜８０°の
範囲である請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ素
子。
【請求項３】前記有機化合物半導体層が共役高分子化
合物である請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ素
子。
【請求項４】前記高分子化合物の分子量が、５，００
０から５００，０００である請求項２の有機薄膜トラン
ジスタ素子。
【請求項５】前記ゲート絶縁層が有機化合物からなる
請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ素子。
【請求項６】前記ゲート電極、ソース電極およびドレ
イン電極のうち少なくとも１つの電極が有機化合物から
なる請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ素子。
【請求項７】有機化合物半導体層の膜厚ｄと前記角度
θとの関係ｄ／ｓｉｎθが１０ｎｍ＜ｄ／ｓｉｎθ＜１
０，０００ｎｍの範囲である請求項１に記載の有機薄膜
トランジスタ素子。
【請求項８】有機化合物半導体層の膜厚ｄと前記角度
θとの関係ｄ／ｓｉｎθが１０ｎｍ＜ｄ／ｓｉｎθ＜
１，０００ｎｍの範囲である請求項７に記載の有機薄膜
トランジスタ素子。
【請求項９】前記有機化合物半導体層の膜厚ｄが１０
ｎｍ＜ｄ＜１０，０００ｎｍの範囲である請求項１に記
載の有機薄膜トランジスタ素子。
【請求項１０】前記有機化合物半導体層の膜厚ｄが１
０ｎｍ＜ｄ＜１，０００ｎｍの範囲である請求項９に記
載の有機薄膜トランジスタ素子。
【請求項１１】基板上に形成した絶縁薄膜を加工して
台形すり鉢状の形状を作る工程、該形状の基板に対して
斜めになっている面にゲート電極、ゲート絶縁層を順次
形成する工程、前記ゲート絶縁膜に端面を接するように
ドレイン電極（あるいはソース電極）、有機化合物半導
体層、ソース電極（あるいはドレイン電極）を順次形成
する工程からなる有機薄膜トランジスタ素子の製造方
法。