JP2003258260A

JP2003258260A - 有機ｔｆｔおよびその作製方法

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Publication number: JP2003258260A
Application number: JP2002053595A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Fujisaki; 好英藤崎; Yoshiki Iino; 芳己飯野; Yoji Inoue; 陽司井上; Seiji Tokito; 静士時任; Hiroshi Kikuchi; 宏菊池
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック基板上に形成され、高いゲイン
を有する有機ＴＦＴを提供する。【解決手段】有機ＴＦＴ１０は、プラスチック基板１
２の上に、順次、ブロック層１４、ゲート電極１６、ゲ
ート絶縁膜１８および有機半導体２０を有し、さらに、
有機半導体２０の上に対向、離間してソース電極２２お
よびドレイン電極２４を有する。ブロック層１４は二酸
化珪素で形成される。ゲート電極１６はタンタルで形成
される。ゲート絶縁膜１８はゲート電極１６を陽極酸化
して、高い比誘電率を有する薄厚で緻密な膜に形成され
る。有機半導体２０は材料としてペンタセンを用い、キ
ャリアの移動度の大きなチャネルが形成される。

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
スタおよびその作製方法に関し、より詳細には、プラス
チック基板上に形成する有機薄膜トランジスタおよびそ
の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体として有機材料を用いた有機薄膜
トランジスタ（以下、有機ＴＦＴという。）は、半導体
として無機材料を用いた通常の薄膜トランジスタ（以
下、無機ＴＦＴという。）に比べて、製造プロセスが比
較的簡易でかつ製造コストが安いことが知られている。
また、有機ＴＦＴは、無機ＴＦＴに比べて成膜温度を低
くすることができ、このため、有機ＴＦＴをガラス転移
温度の低いプラスチック基板上に比較的容易に形成する
ことができるという特徴がある。有機ＴＦＴをプラスチ
ック基板上に形成した素子は、フレキシブルで軽量であ
る点で一般的な無機材料の基板を用いた素子よりも優れ
る。

【０００３】この有機ＴＦＴは、アクティブ素子として
アクティブマトリクスディスプレイに好適に用いること
ができ、高画質、低消費電力、省スペースのアクティブ
マトリクスディスプレイを実現するためのキーデバイス
として注目されている。

【０００４】有機ＴＦＴは、ゲート電極、ゲート絶縁
膜、有機半導体ならびにソース電極およびドレイン電極
からなり、ゲート電圧Ｖｇによって有機半導体界面の電
荷量を変化させ、ドレイン電流Ｉ_Ｄを制御してスイッチ
ングさせるものである。

【０００５】有機ＴＦＴの上記作用の性能を左右する重
要な要素の１つがゲート絶縁膜である。ゲート絶縁膜
は、一般に金属酸化物の薄膜が用いられる。

【０００６】有機ＴＦＴのゲインｇ_ｍ（ｄＩ_Ｄ／ｄＶ
ｇ）は、下記の式で表される。

【０００７】

【数１】式中、Ｗはチャネル幅を、Ｌはチャネル長を、ε_０は真
空誘電率を、εはゲート絶縁膜の比誘電率を、ｄはゲー
ト絶縁膜の厚さを、μはキャリア移動度を、Ｖｔは閾値
電圧を、それぞれ示す。

【０００８】上記の式より、ゲート絶縁膜の厚さｄが薄
いほど、また比誘電率εが大きいほど、大きなゲインｇ
_ｍを得ることができて好ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機Ｔ
ＦＴをプラスチック基板上に形成するには、１５０℃以
下程度のプロセス温度とする必要があるが、このような
低い温度で有機ＴＦＴを形成することは容易ではない。

【００１０】例えば、プラスチック基板上にペンタセン
に代表される有機半導体を真空蒸着法等により室温で形
成するとともに、ゲート絶縁膜を室温で高周波スパッタ
リング法により形成したいくつかの有機ＴＦＴの例が報
告されている。１つの例は、ゲート絶縁膜の材料として
ＢＺＴ（Barium Zirconate Titanate）を用いたもので
あり（C.D.Dimitrakopoulos,S.Purushothaman.J.Kymiss
is,A.Callegari and J.M.Shaw,“low-Voltage Organic
Transistors on Plastic ComprisingHigh-Dielectric C
onstant Gate Insulators”Science,vol.283,822-824(1
999)）、また他の１つの例はゲート絶縁膜の材料として
Ａｌ_２Ｏ_３を用いたものである（J.H.Schon,S.Berg,Ch.
Kloc,B,Batlogg,“Ambipolar Pentacene Field-Effect
Transistors and Inverters”Science,Vol.287,pp1022-
1023(2000)）。しかしながら、いずれの例においてもプ
ロセス温度が低いために、これらの金属酸化物薄膜で形
成されるゲート絶縁膜が柱状構造を示して微小なピンホ
ールを生じるおそれがあり、緻密で絶縁性の良好なゲー
ト絶縁膜を形成することが困難であるため、ゲート絶縁
膜の薄膜化には限界がある。また、高周波スパッタリン
グ法を用いた場合であっても、基板の温度がある程度上
昇することは避けられないため、プラスチック基板の熱
ストレスが懸念される。

【００１１】また、例えば、ゲート絶縁膜をポリイミド
等の有機材料を用いてスピンコート等の塗布法で形成し
た例も報告されている（特開2000-174277公報）。しか
しながら、プラスチック基板上に塗布法でゲート絶縁膜
を形成する場合、柔らかな基板の表面に均一な膜厚にゲ
ート絶縁膜を形成することが容易でなく、トランジスタ
の特性バラツキを生じるおそれがある。

【００１２】また、ゲート絶縁膜の材料である金属酸化
物は、必ずしも比誘電率が高くなく、例えば従来用いら
れている二酸化珪素（ＳｉＯ_２）および窒化珪素（Ｓｉ
_３Ｎ _４）は、比誘電率の値がそれぞれ３．９および７．
５に止まる。

【００１３】したがって、高いゲインｇ_ｍを有する有機
ＴＦＴは必ずしも実現されていないのが現状である。

【００１４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、プラスチック基板上に形成され、高いゲイン
を有する有機ＴＦＴを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る有機ＴＦＴ
（有機薄膜トランジスタ）は、プラスチック基板上に形
成され、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体ならび
にソース電極およびドレイン電極を有する有機ＴＦＴに
おいて、該ゲート絶縁膜が、該ゲート電極の表面を陽極
酸化して形成された金属酸化膜からなることを特徴とす
る。ここで、有機ＴＦＴのゲート電極は、常識的に金属
で形成される。

【００１６】これにより、反応過程で酸化膜の薄い部分
に電界が集中する自己整合作用を有する陽極酸化法で形
成された金属酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成するこ
とで、スパッタ法、蒸着法あるいはＣＶＤ法等によって
形成する場合に比べてピンホールの少ない緻密で耐圧の
優れた薄膜状にゲート絶縁膜を形成することができ、ゲ
インの大きな有機ＴＦＴを得ることができる。

【００１７】この場合、前記ソース電極およびドレイン
電極の上に前記有機半導体が形成されてなると、有機半
導体の上にソース電極およびドレイン電極を形成すると
きに生じ得る有機半導体の汚染等を回避することができ
る。

【００１８】また、この場合、前記プラスチック基板の
表裏面のうちの少なくともいずれか一方の面上に無機材
料のブロック層が形成されてなると、ゲート電極を陽極
酸化してゲート絶縁膜を形成する際に、水や不純物がプ
ラスチック基板を透過してプラスチック基板とゲート電
極との間に入り込んでゲート電極を剥離させることを避
けることができる。このとき、プラスチック基板のゲー
ト電極に向いた側の面（表面）にブロック層を設けたも
のは、スパッタリング法や真空蒸着法等によってプラス
チック基板上に有機ＴＦＴの各要素を形成する際や、陽
極酸化処理を行い、プラスチック基板を洗浄した後、プ
ラスチック基板をベーク処理する際の熱を遮断してプラ
スチック基板を保護する熱バリヤーとしての機能も有す
る。また、プラスチック基板の表裏両面にブロック層を
設けたものは、水や不純物がプラスチック基板そのもの
に浸透する不具合をも防止できるとともに、熱応力等が
プラスチック基板に加わったときのプラスチック基板の
変形等を抑制することができる。

【００１９】また、この場合、前記ゲート電極が、熱膨
張率が異なる金属を積層してなる積層膜であると（＊合
金あるいは混合と区別するために、文言を追加しまし
た。ご確認下さい。）、例えば、単一成分の金属層とプ
ラスチック基板との間に単一成分の金属層およびプラス
チック基板の中間の熱膨張率を有する成分の金属層を介
在させることにより、単一成分の金属層のみからなるゲ
ート電極およびプラスチック基板の熱膨張率が異なるこ
とによって生じうる応力を軽減することができる。この
とき、単一成分の金属層の上に例えばこの単一成分の金
属層とプラスチック基板の中間の熱膨張率を有する成分
の金属層を設ける構成としても、応力の軽減に関する限
り、同様の効果を得ることができる。

【００２０】また、この場合、前記ゲート絶縁膜上に配
向膜が形成され、該配向膜上に前記有機半導体が形成さ
れてなると、有機半導体の配向性が向上してキャリアの
移動度が向上し、ゲインの大きな有機ＴＦＴを得ること
ができる。

【００２１】また、この場合、前記ゲート電極が、タン
タル、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、
ハフニウム、クロム、モリブデンおよびモリブデンータ
ンタル合金よりなる群から選択された材料で形成されて
なると、ゲート電極を陽極酸化して形成されるゲート絶
縁膜としてより緻密で欠陥の少ない膜を得ることができ
る。

【００２２】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
は、上記の有機ＴＦＴの作製方法であって、ゲート電極
を陽極酸化してゲート絶縁膜を作製するに際し、予め把
握したゲート絶縁膜の膜厚と印加電圧との関係に基づい
て、まず所定値の電流（定電流）を流し、ついで電圧が
所定値まで上昇した時点で該所定値の電圧（定電圧）の
印加を所定時間継続して、所定の膜厚のゲート絶縁膜を
得ることを特徴とする。

【００２３】これにより、所定の膜厚のゲート絶縁膜を
精密にかつ容易に形成することができる。

【００２４】この場合、前記所定時間は、前記所定値の
電圧の印加を開始した後、時間経過に伴って減少する電
流値の単位時間当たりの減少率が所定の値に至るまでの
間の時間とすると、必要以上に長時間にわたって電圧を
印加したときに起こり得るゲート絶縁膜の膜品質の低下
を避けることができる。この所定時間は、所定値に保持
した電圧が上昇変動を来たすまでに至ることなく充分な
成膜が行われる時間である（熟成時間）。

【００２５】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
において、ソース電極およびドレイン電極を形成した後
に該ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体を
形成すると、有機半導体の上に例えばスパッタリング法
等によりソース電極およびドレイン電極を形成した場合
に生じ得る、有機半導体の汚染や損傷を来たすことがな
い。

【００２６】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
において、配向膜を形成した後、ラビング装置を用いて
一定方向に擦った該配向膜の表面上に有機半導体を形成
すると、配向性が向上し、キャリアの移動度の大きな有
機半導体を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明に係る有機ＴＦＴおよびそ
の作製方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例
という。）について、図を参照して、以下に説明する。

【００２８】本実施の形態例に係る有機ＴＦＴおよびそ
の作製方法について、図１〜図３を参照して説明する。

【００２９】本実施の形態例に係る有機ＴＦＴ１０は、
図１に示すように、プラスチック基板１２の上に、順
次、ブロック層１４、ゲート電極１６、ゲート絶縁膜１
８および有機半導体２０を有し、さらに、有機半導体２
０の上に対向、離間してソース電極２２およびドレイン
電極２４を有する構成である。ここで、ブロック層１４
は必要に応じて省略してもよい。

【００３０】上記の構成の有機ＴＦＴ１０は、以下の方
法により作製する。

【００３１】プラスチック基板１２は、プラスチック材
料として例えばポリカーボネートを用いて形成する。

【００３２】ブロック層１４は、材料として例えば二酸
化珪素を用い、例えば室温でスパッタリング法により、
プラスチック基板１２の上に約８０〜１００ｎｍの膜厚
に形成する。

【００３３】ゲート電極１６は、材料として例えばタン
タル（Ｔａ）を用い、例えばマグネトロンＤＣスパッタ
リング法により、電力２００Ｗ、アルゴンガス圧力約３
×１０^−１Ｐａの条件で、ブロック層１４の上に約２０
０ｎｍの膜厚に形成する。ゲート電極１６の材料は、タ
ンタルに変えて、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジル
コニウム、ハフニウム、クロム、モリブデンまたはモリ
ブデンータンタル合金から適宜選択して用いてもよい。

【００３４】ゲート絶縁膜１８は、ゲート電極１６を陽
極酸化して形成する。この場合、例えば１％リン酸水溶
液を化成液として用い、この化成液にゲート電極１６が
形成されたプラスチック基板１２を浸漬する。そして、
ゲート電極１６を陽極とし、別に準備した陰極との間に
直流電界を印加することで、下記の反応によりゲート絶
縁膜１８としての五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜が形
成される。

【００３５】２Ｔａ＋５Ｈ_２０→Ｔａ_２Ｏ_５＋１０Ｈ^＋
＋ｅ⁻ この五酸化タンタル膜は、絶縁性に優れるととも
に製造プロセス中での耐食性に優れることが知られてい
る。

【００３６】このとき、反応過程で膜の薄い部分に電界
が集中する自己整合作用により均一な膜厚のゲート絶縁
膜１８が形成される。

【００３７】また、このとき、定電流における皮膜の生
成において、膜厚ＤをさらにｄＤだけ成長させるために
必要な電圧Ｖの増加分をｄＶとすると、微分電場強度
（ｄＶ／ｄＤ）は膜厚Ｄに対する依存性がなく略一定の
値であるため、形成されるゲート絶縁膜１８の膜厚と設
定電圧とは、図２に示すように略比例関係にある。この
ため、比例近似したゲート絶縁膜１８の膜厚と設定電圧
との関係を予め把握しておき、あるいはまた使用するゲ
ート絶縁膜１８の材料の種類ごとの精密なゲート絶縁膜
１８の膜厚と設定電圧との関係を予め把握しておくこと
により、設定電圧値によりゲート絶縁膜１８の膜厚を精
度よく容易に制御することができる。

【００３８】また、このとき、ゲート絶縁膜１８を形成
する過程において膜の内部と表面とでは化成の進行程度
が異なるため、設定電圧に達した後、予め検討して得た
所定の時間（熟成時間）の間設定電圧の印加状態を継続
する。

【００３９】この場合、長時間にわたって設定電圧の印
加を続けると、電圧が増加する現象を生じることがあ
る。この現象は、長時間高電界をかけられているため
に、皮膜が結晶化するのが原因ではないかと考えられ
る。したがって、この不具合を防止するためには、皮膜
が所定の膜厚に形成されて電流が所定値から著しく低下
する所定の時点、言い換えれば、電流値の低下が略収ま
り、単位時間あたりの電流値の減少率が所定の小さな値
となった時点で化成を終了する。すなわち、この時点を
上記所定の時間である熟成時間の終点とする。この所定
の時点は、化成条件による皮膜性状の変化を予め検討し
ておくことで適宜設定することができ、またその際、理
想的な熟成時間とのバランスを考慮して設定する。

【００４０】一例として、例えば０．１〜０．２５（ｍ
Ａ／ｃｍ^２）程度の一定の電流で電圧を印加し、電圧が
例えば５０Ｖの設定値に達した後は電流値を制御して５
０Ｖの設定電圧を保ち、熟成時間を経て電流が所定値か
ら著しく低下する所定の時点で化成を終了する。これに
より、８５．６４ｎｍの薄厚のゲート絶縁膜１８を、精
密にかつ容易に得ることができる。

【００４１】上記の陽極酸化法によりゲート絶縁膜１８
を形成した後、プラスチック基板１２を例えば純水で洗
浄し、さらに７０℃程度の温度でベークする。

【００４２】有機半導体２０は、材料として例えばペン
タセンを用い、抵抗加熱による真空蒸着法により、チャ
ンバーの圧力を例えば１０^−５Ｐａとし、基板温度が室
温から１００℃の範囲に収まるプロセス温度で、ゲート
絶縁膜上に例えば５０ｎｍの膜厚に形成する。このと
き、有機半導体のソース電極およびドレイン電極間方向
の長さ（チャネル長）Ｌを例えば０．５ｍｍに、また有
機半導体の幅（チャネル幅）Ｗを例えば１０ｍｍに形成
する。

【００４３】ソース電極２２およびドレイン電極２４
は、材料として例えばＡｕを用い、真空蒸着法により、
金属マスクを介して、有機半導体２０上に例えば１００
ｎｍの膜厚にストリップ状に形成する。

【００４４】本実施の形態例に係る有機ＴＦＴ１０は、
ゲート絶縁膜１８が陽極酸化法によりタンタルからなる
ゲート電極１６を酸化して形成されたものであるため、
スパッタ法、蒸着法あるいはＣＶＤ法等によって形成す
る従来の場合に比べてピンホールの少ない緻密で耐圧の
優れた薄膜状にゲート絶縁膜１８を形成することがで
き、ゲインの大きな有機ＴＦＴを得ることができる。

【００４５】また、有機ＴＦＴ１０は、プラスチック基
板１２とゲート電極１６との間にブロック層１４が形成
されているため、ゲート電極１６を陽極酸化してゲート
絶縁膜１８を形成する際に、水や不純物がプラスチック
基板１２を透過してプラスチック基板１２とゲート電極
１６との間に入り込んでゲート電極１６が剥離すること
がない。また、スパッタリング法や真空蒸着法等によっ
てプラスチック基板１２上に有機ＴＦＴ１０の各要素を
形成する際や、陽極酸化処理を行い、プラスチック基板
１２を洗浄した後、プラスチック基板１２をベーク処理
する際の熱がブロック層１４によって遮断され、プラス
チック基板１２が熱から保護される。

【００４６】また、有機ＴＦＴ１０は、プラスチック基
板１２上に形成されているため、フレキシブルで軽量で
あり、例えばアクティブ素子としてアクティブマトリク
スディスプレイに好適に用いることができる。この場
合、プラスチック基板１２を形成する樹脂としては、上
記のポリカーボネート樹脂の他に、ポリエーテルスルホ
ン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂または環状ポリオ
レフィン樹脂等から適宜選択したものを用いることがで
きる。

【００４７】本実施の形態例に係る有機ＴＦＴ１０につ
いて、ゲート絶縁膜１８の物性を測定した結果、１ｋＨ
ｚで測定したキャパシタ容量は０．２４８（ｕＦ／ｃｍ
^２）であり、これから求めた比誘電率は約２４であっ
た。このゲート絶縁膜１８の比誘電率の値は、従来の二
酸化珪素の比誘電率３．９および窒化珪素の比誘電率
７．５に比べるとかなり大きい。また、前記したよう
に、ゲート絶縁膜１８は、膜厚が８５．６４ｎｍと小さ
い。

【００４８】また、有機半導体２０は、上記したよう
に、幅（チャネル幅Ｗ）が１０ｍｍおよび長さ（チャネ
ル長Ｌ）が０．５ｍｍであり、その比（Ｗ／Ｌ）が２０
と大きい。また、有機半導体２０は、キャリア移動度
（μ）が０．２２（ｃｍ^２／Ｖ・ｓ）程度と大きい。

【００４９】ゲート絶縁膜１８および有機半導体２０が
上記の特性を有する有機ＴＦＴ１０の静特性を測定した
結果を図４に示した。有機ＴＦＴ１０は、ゲインが大き
く、ゲート電圧Ｖｇが１．２Ｖ程度の低い閾値電圧で動
作した。

【００５０】つぎに、本実施の形態例の有機ＴＦＴ１０
の変形例について説明する。なお、以下の各変形例にお
いて、有機ＴＦＴ１０と同一の構成要素については、有
機ＴＦＴ１０と同一の参照符号を付すとともに重複する
説明を省略する。

【００５１】第１の変形例に係る有機ＴＦＴ１０ａは、
図５に示すように、ブロック層１４とともに、さらにプ
ラスチック基板１２の裏面にもブロック層１４と同様の
ブロック層１４ａが設けられている点が有機ＴＦＴ１０
と相違する。

【００５２】有機ＴＦＴ１０ａは、プラスチック基板１
２の両面に無機材料からなるブロック層１４またはブロ
ック層１４ａが設けられているため、水や不純物がプラ
スチック基板１２に浸透することを防止でき、また、熱
応力等がプラスチック基板１２に加わったときのプラス
チック基板１２の変形等を抑制することができる。

【００５３】第２の変形例に係る有機ＴＦＴ１０ｂは、
図６に示すように、ゲート電極２６が熱膨張率の異なる
アルミニウム層２８ａおよびタンタル層２８ｂの積層膜
である点が有機ＴＦＴ１０と相違する。各要素の熱膨張
率は、アルミニウムが２２．４（ｐｐｍ／℃）、タンタ
ルが６．５（ｐｐｍ／℃）およびプラスチック基板１２
の材料であるポリカーボネートが３７〜４３（ｐｐｍ／
℃）である。

【００５４】有機ＴＦＴ１０ｂは、タンタル層２８ｂお
よびプラスチック基板１２の中間の熱膨張率を有するア
ルミニウム層２８ａをタンタル層２８ｂおよびプラスチ
ック基板１２に介在させることにより、ゲート電極がタ
ンタル層２８ｂのみである場合にタンタル層２８ｂおよ
びプラスチック基板１２の熱膨張率が異なることによっ
て生じうる応力を軽減することができる。

【００５５】第３の変形例に係る有機ＴＦＴ１０ｃは、
図７に示すように、ゲート絶縁膜１８と有機半導体２０
ａとの間に配向膜３０が設けられている点が有機ＴＦＴ
１０と相違する。

【００５６】例えばスピンコート法や印刷法等により、
有機溶剤に溶解した長鎖アルキル基を有する高分子をゲ
ート絶縁膜１８上に薄厚に塗布し、乾燥させた後、形成
された膜の表面をラビング装置を用いて擦ることによ
り、垂直方向に配向した、すなわち、ゲート絶縁膜１８
上に直立して長鎖アルキル基を有する高分子が整列され
た配向膜３０が得られる。そして、配向膜３０の上に、
前記した真空蒸着法によりペンタセンの薄膜を形成する
ことにより、ペンタセンの分子が垂直方向に配向した、
すなわち、配向膜３０とソース電極２２およびドレイン
電極２４との間に直立してペンタセンの分子が整列され
た有機半導体２０ａが得られる。

【００５７】有機ＴＦＴ１０ｃは、有機半導体２０ａの
配向性が向上し、キャリア移動度（μ）が１．１（ｃｍ
^２／Ｖ・ｓ）程度と大きいため、大きなゲインを得るこ
とができる。

【００５８】第４の変形例に係る有機ＴＦＴ１０ｄは、
図８に示すように、ソース電極２２ａおよびドレイン電
極２４ａの上に有機半導体２０ｂが設けられている点が
有機ＴＦＴ１０と相違する。

【００５９】この場合、ゲート絶縁膜１８ａは、ゲート
電極１６ａの上面とともに側面も被覆するように形成さ
れる。そして、ゲート絶縁膜１８ａのつぎに、ソース電
極２２ａおよびドレイン電極２４ａが形成される。この
とき、ソース電極２２ａおよびドレイン電極２４ａは、
ゲート絶縁膜１８ａで被覆されたゲート電極１６ａを挟
んで離間して、プラスチック基板１２上の対向する位置
に形成される。ソース電極２２ａおよびドレイン電極２
４ａは、前記したように金属マスクを介して真空蒸着す
ることにより得られ、あるいは、微細加工するときは金
属マスクに変えてフォトリソグラフィーによりパターニ
ングして形成したレジストマスクを介して真空蒸着する
ことにより得られる。なお、ソース電極２２ａおよびド
レイン電極２４ａがゲート絶縁膜１８ａによって絶縁さ
れ、およびソース電極２２ａおよびドレイン電極２４ａ
の間に有機半導体２０ｂの少なくとも一部が介在すると
いう２つの条件を満たす限り、図８以外の他の形態の積
層構造とすることができる。

【００６０】つぎに、前記した真空蒸着法等により有機
半導体２０ｂをソース電極２２ａおよびドレイン電極２
４ａの上に形成する。このとき、有機半導体２０ｂの一
部がソース電極２２ａおよびドレイン電極２４ａとゲー
ト絶縁膜１８ａとの間の隙間に進入するように形成され
る。但し、これに限らず、ソース電極２２ａおよびドレ
イン電極２４ａとゲート絶縁膜１８ａとを密着させても
よい。

【００６１】有機ＴＦＴ１０ｄの上記の構成およびその
作製方法に変えて、ソース電極およびドレイン電極の上
に有機半導体を形成する場合、ソース電極およびドレイ
ン電極を真空蒸着法によって形成するときの熱や不純物
によって、先に形成された有機半導体が損傷や汚染を受
け、有機ＴＦＴの特性が劣化するおそれがある。また、
リソグラフィによりパターニングするときは、有機材料
であるレジストやエッチャント（エッチング液）に、有
機半導体が最上層に形成されたプラスチック基板１２を
浸漬することで、同様に有機半導体の表面が汚染され有
機ＴＦＴ１の特性が劣化するおそれがある。

【００６２】これに対して有機ＴＦＴ１０ｄの上記の構
成およびその作製方法によれば、有機半導体２０ｂが上
記の汚染等を受けるおそれがなく、したがって、有機Ｔ
ＦＴ１０ｄの特性が劣化するおそれがない。また、この
場合、ソース電極２２ａおよびドレイン電極２４ａを形
成するまでは、無機ＴＦＴと同様のプロセスを採用する
ことができ、作製方法が煩雑とならない。

【００６３】

【発明の効果】本発明に係る有機ＴＦＴによれば、ゲー
ト絶縁膜が、ゲート電極の表面を陽極酸化して形成され
た金属酸化膜からなるため、ピンホールの少ない緻密で
耐圧の優れた薄膜状にゲート絶縁膜を形成することがで
き、ゲインの大きな有機ＴＦＴを得ることができる。

【００６４】また、本発明に係る有機ＴＦＴによれば、
ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体が形成
されてなるため、有機半導体の上にソース電極およびド
レイン電極を形成するときに生じ得る有機半導体の汚染
等を回避することができる。

【００６５】また、本発明に係る有機ＴＦＴによれば、
プラスチック基板の表裏面のうちの少なくともいずれか
一方の面上に無機材料のブロック層が形成されてなるた
め、ゲート電極を陽極酸化してゲート絶縁膜を形成する
際に、水や不純物がプラスチック基板を透過してプラス
チック基板とゲート電極との間に入り込んでゲート電極
を剥離させることを避けることができる。このとき、プ
ラスチック基板のゲート電極に向いた側の面にブロック
層を設けたものは、スパッタリング法や真空蒸着法等に
よってプラスチック基板上に有機ＴＦＴの各要素を形成
する際や、陽極酸化処理を行い、プラスチック基板を洗
浄した後、プラスチック基板をベーク処理する際の熱を
遮断してプラスチック基板を保護する熱バリヤーとして
の機能も有する。また、プラスチック基板の表裏両面に
ブロック層を設けたものは、水や不純物がプラスチック
基板そのものに浸透する不具合をも防止できるととも
に、熱応力等がプラスチック基板に加わったときのプラ
スチック基板の変形等を抑制することができる。

【００６６】また、本発明に係る有機ＴＦＴによれば、
ゲート電極が、熱膨張率が異なる金属を積層してなる積
層膜であるため、単一成分の金属層のみからなるゲート
電極およびプラスチック基板の熱膨張率が異なることに
よって生じうる応力を軽減することができる。

【００６７】また、本発明に係る有機ＴＦＴによれば、
ゲート絶縁膜上に配向膜が形成され、配向膜上に有機半
導体が形成されてなるため、キャリアの移動度が向上
し、ゲインの大きな有機ＴＦＴを得ることができる。

【００６８】また、本発明に係る有機ＴＦＴによれば、
ゲート電極が、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオ
ブ、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、モリブデンお
よびモリブデンータンタル合金よりなる群から選択され
た材料で形成されてなるため、ゲート電極を陽極酸化し
て形成されるゲート絶縁膜としてより緻密で欠陥の少な
い膜を得ることができる。

【００６９】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
によれば、上記の有機ＴＦＴの作製方法であって、ゲー
ト電極を陽極酸化してゲート絶縁膜を作製するに際し、
予め把握したゲート絶縁膜の膜厚と印加電圧との関係に
基づいて、まず所定値の電流を流し、ついで電圧が所定
値まで上昇した時点で該所定値の電圧の印加を所定時間
継続して、所定の膜厚のゲート絶縁膜を得るため、所定
の膜厚のゲート絶縁膜を精密にかつ容易に形成すること
ができる。

【００７０】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
によれば、所定時間は、所定値の電圧の印加を開始した
後、時間経過に伴って減少する電流値の単位時間当たり
の減少率が所定の値に至るまでの間の時間とするため、
必要以上に長時間にわたって電圧を印加したときに起こ
り得るゲート絶縁膜の膜品質の低下を避けることができ
る。

【００７１】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
によれば、ソース電極およびドレイン電極を形成した後
にソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体を形
成するため、有機半導体の上に例えばスパッタリング法
等によりソース電極およびドレイン電極を形成した場合
に生じ得る、有機半導体の汚染や損傷を来たすことがな
い。

【００７２】また、本発明に係る有機ＴＦＴの作製方法
によれば、配向膜を形成した後、ラビング装置を用いて
一定方向に擦った配向膜の表面上に有機半導体を形成す
るため、キャリアの移動度の大きな有機半導体を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態例の有機ＴＦＴの概略構成を示す
図である。

【図２】陽極酸化法によりゲート絶縁膜を形成するとき
の、印加電圧と膜厚との関係を示すグラフ図である。

【図３】陽極酸化法によりゲート絶縁膜を形成するとき
の、電流および電圧の経時変化を示すグラフ図である。

【図４】本実施の形態例の有機ＴＦＴの静動作特性を示
すグラフ図である。

【図５】第１の変形例の有機ＴＦＴの概略構成を示す図
である。

【図６】第２の変形例の有機ＴＦＴの概略構成を示す図
である。

【図７】第３の変形例の有機ＴＦＴの概略構成を示す図
である。

【図８】第４の変形例の有機ＴＦＴの概略構成を示す図
である。

【符号の説明】

１０、１０ａ〜１０ｄ有機ＴＦＴ１２プラスチック基板１４、１４ａブロック層１６、１６ａ、２６ゲート電極１８、１８ａゲート絶縁膜２０、２０ａ、２０ｂ有機半導体２２、２２ａソース電極２４、２４ａドレイン電極２８ａアルミニウム層２８ｂタンタル層３０配向膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 ６１８Ａ６２６Ｃ 29/28 (72)発明者井上陽司東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者時任静士東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者菊池宏東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 4M104 AA09 BB02 BB13 BB14 BB16 BB17 CC05 DD37 DD89 EE03 GG09 5F058 BC03 BF70 BJ01 5F110 AA07 AA17 BB01 CC03 DD01 DD13 DD18 EE03 EE04 EE14 EE44 FF01 FF05 FF09 FF24 FF36 GG05 GG06 GG25 GG28 GG29 GG42 HK02 HK32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック基板上に形成され、ゲート
電極、ゲート絶縁膜、有機半導体ならびにソース電極お
よびドレイン電極を有する有機ＴＦＴにおいて、該ゲート絶縁膜が、該ゲート電極の表面を陽極酸化して
形成された金属酸化膜からなることを特徴とする有機Ｔ
ＦＴ。
【請求項２】前記ソース電極およびドレイン電極の上
に前記有機半導体が形成されてなることを特徴とする請
求項１記載の有機ＴＦＴ。
【請求項３】前記プラスチック基板の表裏面のうちの
少なくともいずれか一方の面上に無機材料のブロック層
が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に
記載の有機ＴＦＴ。
【請求項４】前記ゲート電極が、熱膨張率が異なる金
属を積層してなる積層膜であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の有機ＴＦＴ。
【請求項５】前記ゲート絶縁膜上に配向膜が形成さ
れ、該配向膜上に前記有機半導体が形成されてなること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機
ＴＦＴ。
【請求項６】前記ゲート電極が、タンタル、アルミニ
ウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、ク
ロム、モリブデンおよびモリブデンータンタル合金より
なる群から選択された材料で形成されてなることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機ＴＦ
Ｔ。
【請求項７】請求項１記載の有機ＴＦＴの作製方法で
あって、ゲート電極を陽極酸化してゲート絶縁膜を作製するに際
し、予め把握したゲート絶縁膜の膜厚と印加電圧との関
係に基づいて、まず所定値の電流を流し、ついで電圧が
所定値まで上昇した時点で該所定値の電圧の印加を所定
時間継続して、所定の膜厚のゲート絶縁膜を得ることを
特徴とする有機ＴＦＴの作製方法。
【請求項８】前記所定時間は、前記所定値の電圧の印
加を開始した後、時間経過に伴って減少する電流値の単
位時間当たりの減少率が所定の値に至るまでの間の時間
とすることを特徴とする請求項７記載の有機ＴＦＴの作
製方法。
【請求項９】請求項２記載の有機ＴＦＴの作製方法で
あって、ソース電極およびドレイン電極を形成した後に
該ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体を形
成することを特徴とする有機ＴＦＴの作製方法。
【請求項１０】請求項５記載の有機ＴＦＴの作製方法
であって、配向膜を形成した後、ラビング装置を用いて
一定方向に擦った該配向膜の表面上に有機半導体を形成
することを特徴とする有機ＴＦＴの作製方法。