JP2004063977A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004063977A JP2004063977A JP2002223019A JP2002223019A JP2004063977A JP 2004063977 A JP2004063977 A JP 2004063977A JP 2002223019 A JP2002223019 A JP 2002223019A JP 2002223019 A JP2002223019 A JP 2002223019A JP 2004063977 A JP2004063977 A JP 2004063977A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- effect transistor
- insulator layer
- field effect
- organic semiconductor
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 62
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 82
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 6
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001665 Poly-4-vinylphenol Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N (S)-camphorsulfonic acid Chemical compound C1C[C@@]2(CS(O)(=O)=O)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N 0.000 description 1
- MHIITNFQDPFSES-UHFFFAOYSA-N 25,26,27,28-tetrazahexacyclo[16.6.1.13,6.18,11.113,16.019,24]octacosa-1(25),2,4,6,8(27),9,11,13,15,17,19,21,23-tridecaene Chemical compound N1C(C=C2C3=CC=CC=C3C(C=C3NC(=C4)C=C3)=N2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 MHIITNFQDPFSES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 3-hexylthiophene Chemical compound CCCCCCC=1C=CSC=1 JEDHEMYZURJGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910000071 diazene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000007644 letterpress printing Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000000813 microcontact printing Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N pigment red 224 Chemical compound C=12C3=CC=C(C(OC4=O)=O)C2=C4C=CC=1C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C4=CC=C3C1=C42 CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
【課題】有機半導体を用いた電界効果トランジスタであって、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】絶縁体層３と、この絶縁体層３により隔離されたゲート電極２及び有機半導体層４と、この有機半導体層４に接するように設けられたソース電極５及びドレイン電極６を、絶縁性支持基板上１に有する電界効果トランジスタ。絶縁体層３の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下、又は嵩密度を０．２８〜４ｇ／ｃｍ３とすることにより、リーク電流を抑制し、より高い移動度と、高いｏｎ電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】絶縁体層３と、この絶縁体層３により隔離されたゲート電極２及び有機半導体層４と、この有機半導体層４に接するように設けられたソース電極５及びドレイン電極６を、絶縁性支持基板上１に有する電界効果トランジスタ。絶縁体層３の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下、又は嵩密度を０．２８〜４ｇ／ｃｍ３とすることにより、リーク電流を抑制し、より高い移動度と、高いｏｎ電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを実現する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体を用いた電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと並んで重要なスイッチ、増幅素子として広く利用されている。電界効果トランジスタは、半導体材料にソース電極及びドレイン電極と、絶縁体層を介してゲート電極を設けた構造を有する。電界効果トランジスタの動作特性は、用いられる半導体のキャリア移動度μ、電気伝導度σ、絶縁層の静電容量Ｃｉ、素子の構成（ソース電極−ドレイン電極間距離Ｌ及び幅Ｗ、絶縁層の膜厚ｄ等）により決まるが、この中で、半導体材料の特性としては、高い移動度（μ）を有するものが良好な特性を示すことになる。
【０００３】
現在、半導体材料としてはシリコンが広く用いられている。シリコンに代表される無機半導体は、製造時に３００℃以上の高温で処理する必要があることから、基板にプラスチック基板やフィルムを用いることが難しく、かつ製造に多くのエネルギーを必要とするという欠点がある。また、真空での素子作製プロセスを経るため、製造ラインに高価な設備を必要とし、高コストになるという欠点もある。
【０００４】
これに対して、有機半導体を用いたトランジスタは、その殆どが無機半導体より低温プロセスで製造することができるため、基板としてプラスチック基板やフィルムを用いることができ、軽量で壊れにくい素子を作製することができる。また、溶液の塗布や印刷法を用いた素子作製が可能なものもあり、大面積の素子を低コストで製造することが可能である。更に、材料のバリエーションが豊富であり、分子構造を変化させることにより容易に材料特性を根本的に変化させることが可能であるため、異なる機能を組み合わせることで、無機半導体では不可能な機能、素子を実現することも可能である。
【０００５】
半導体として有機半導体を用いたトランジスタについて、特開昭６１−２０２４６７号公報には、導電性高分子、共役高分子を利用したものが記載され、特許２９８４３７０号公報には、低分子化合物を利用したものが記載されている。
【０００６】
従来の半導体として有機半導体を用いたトランジスタの代表的な構造を図１〜３に示す。
【０００７】
図１の電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にゲート電極２が設けられ、更にこの上に絶縁体層３及び有機半導体層４が設けられている。この有機半導体層４に接するように、ソース電極５とドレイン電極６が絶縁体層３上に設けられている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【０００８】
図２の電界効果トランジスタにあっては、絶縁体層３上の有機半導体層４上にソース電極５とドレイン電極６が設けられている点が図１に示す電界効果トランジスタと異なり、その他は同様の構成とされている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・トップコンタクト型と称される。
【０００９】
図３に示す電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にソース電極５とドレイン電極６が設けられ、絶縁性支持基板１上に有機半導体層４及び絶縁体層３が積層され、絶縁体層３上にゲート電極２が設けられている。この電界効果トランジスタは、トップゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【００１０】
このような電界効果トランジスタでは、ゲート電極２に電圧が印加されると、有機半導体層４と絶縁体層３の界面近傍における有機半導体層のキャリア密度を変化させて、ソース−ドレイン電極５，６間に流れる電流量を変化させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような種々の構造のトランジスタにおいて種々の有機半導体を用いて活発に研究がなされているが、有機電界効果トランジスタに適した絶縁体層に関しての研究は決して充分に行われているわけではなく、絶縁体層の不充分な物性に由来すると思われる有機電界効果トランジスタとしての性能（移動度、リーク電流値、ｏｎ／ｏｆｆ比等）が一定しないという問題がある。
【００１２】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを達成することができ、かつこれらのトランジスタ性能が安定した有機トランジスタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］が３以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁体層の嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、従来の電界効果トランジスタにおけるトランジスタ性能の不安定性について鋭意検討した結果、有機半導体層に接する絶縁体層の密度がリーク電流の量に影響し、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率或いは嵩密度を特定範囲とすることで、高い移動度、高いｏｎ電流及び低いリーク電流値と、高いｏｎ／ｏｆｆ比が達成できること見出した。
【００１６】
有機トランジスタがフレキシブルディスプレイにおけるスイッチング素子として用いられることがＢｅｌｌ Ｌａｂ． Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ＰＮＡＳ．， ９８， ４８３５に開示されている。この有機トランジスタの場合、絶縁体層の密度の影響はより重要な問題となると考えられるが、従来、絶縁体層の密度、更には絶縁体層の密度に影響を与える成膜法についても十分な検討がなされていない。
【００１７】
本発明の電界効果トランジスタにあっては、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下又は嵩密度を０．２８〜４ｇ／ｃｍ３とすることにより、リーク電流を抑制して、高い移動度と高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比が達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の電界効果トランジスタの実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを、絶縁性支持基板上に有するものであり、その構造には特に制限はなく、図１に示すボトムゲート・ボトムコンタクト型、図２に示すボトムゲート・トップコンタクト型、図３に示すトップゲート・ボトムコンタクト型などが挙げられる。
【００２０】
本発明においては、このような電界効果トランジスタにおいて、絶縁体層３の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下、好ましくは２．５以下、更に好ましくは２．０以下となるように、或いは、嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．３〜３ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは０．５〜２ｇ／ｃｍ３となるように絶縁体層３を成膜する。なお、絶縁体層３の真密度は通常０．８５〜１０ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．０〜５ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは１．５〜３．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００２１】
ここで、真密度とは、絶縁体層を非晶質として仮定した場合、絶縁体層を構成する絶縁体の種類に固有の値であり、コンサイス・エンサイクロペディア・オブ・ポリマーサイエンスやポリマーハンドブック等の文献値を採用でき、以下に代表的な値を示す。
【００２２】
ポリスチレン １．０４〜１．０８ｇ／ｃｍ３
エポキシ樹脂 １．１〜１．４ｇ／ｃｍ３
不飽和ポリエステル樹脂 １．１〜１．４ｇ／ｃｍ３
ポリメチルメタクリレート １．１６〜１．２０ｇ／ｃｍ３
ポリカーボネート １．２０〜１．２２ｇ／ｃｍ３
ポリウレタン １．２０〜１．２６ｇ／ｃｍ３
ポリビニルアルコール １．２１〜１．３１ｇ／ｃｍ３
ポリエステル−エポキシ樹脂 １．８〜２．３ｇ／ｃｍ３
なお、結晶性の絶縁体層については、その結晶化度に応じて真密度は大きくなる。
【００２３】
真密度の文献値がない場合には、絶縁体層を一旦溶解させた後、急冷して固化させた時の密度を、密度勾配管等により測定することによって求めることもできる。
【００２４】
一方、嵩密度とは、形成された絶縁体層自体の、その状態での実際の密度であり、絶縁体層の重量をその体積で除した値である。また、絶縁体層の体積が特定しにくい場合には、密度勾配管を用い、絶縁体層の細孔内に含浸しない溶媒を用いて嵩密度を測定することができる。
【００２５】
真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］とは、絶縁体層の緻密さを表す値であり、この値が小さい程、絶縁体層が緻密であることを示している。
【００２６】
作製されたトランジスタ中の絶縁体層の嵩密度又は真密度を直接測定することが困難な場合には、絶縁体層が剥離し易い基体上に、同一条件で絶縁体層を成膜し、次いでこの基体から剥離した絶縁膜の密度を測定することにより求めても良い。
【００２７】
本発明において、絶縁体層を特定の密度となるよう成膜するには、例えば絶縁体層を形成する絶縁体の種類や絶縁体層の成膜速度、膜厚等の条件を適宜設定すれば良い。例えば、次のような方法を採用することができる。
【００２８】
ゲート電極がコートされた絶縁性支持基板上に溶媒に溶解させた熱硬化性樹脂モノマー等を塗布し、乾燥させて溶媒を揮発させる際に細孔を空けずに熱硬化樹脂が形成できるような比較的遅い加熱速度で加熱し硬化させることにより、緻密な絶縁体層を形成することができる。一方、加熱速度が速い場合は溶媒を揮発させる際に細孔が空いてしまい、嵩密度が小さい絶縁体が形成される。
【００２９】
このように絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、及び／又は嵩密度を特定の範囲とすることで、リーク電流量の増大を防ぎ、高い移動度と、高いｏｎ電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。
【００３０】
本発明においては、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、及び／又は嵩密度を上記特定の範囲とすること以外は、電界効果トランジスタの構成材料自体には特に制限はなく、従来電界効果トランジスタに適用されているものをいずれも好適に用いることができる。
【００３１】
本発明においては、絶縁体層の真密度及び／又は嵩密度に着目したが、電界効果トランジスタにおいては、絶縁体層におけるピンホールもリーク電流に重要な影響を与えると考えられる。従って、例えば数Å〜数１０Åの大きさのピンホールを絶縁体層中でできるだけ低減させるよう製膜することが理想である。この絶縁体層中のピンホールの影響は、絶縁破壊電場強度やＢＥＴ吸着法等で特定することが可能である。
【００３２】
絶縁性支持基板の材料としては、絶縁性を示し電界効果トランジスタ及びその上に作成される表示素子、表示パネル等を支持できるものであれば良く、公知のもの、例えばガラス、プラスチック、石英等をいずれでも用いることができ、より具体的には、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、アモルファスポリオレフィン、エポキシ樹脂、ガラス等が挙げられる。中でもポリマー基板が好ましく、強度の点ではポリエステル又はポリカーボネートが好ましく、特にはポリエチレンテレフタレート等のポリエステルが好ましい。絶縁性支持基板の厚みは０．０５ ｍｍから２ ｍｍが好ましく、０．１ ｍｍから１ ｍｍが更に好ましい。
【００３３】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の構成材料は、導電性を示すものであれば良く、公知のものをいずれでも用いることができ、例えば白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、パラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等のドープされ良好な電気伝導度を示す導電性高分子、カーボンブラック、金属微粒子、グラファイト粉等がバインダーに分散されてなり良好な電気伝導度を示す導電性複合材料などが挙げられる。
【００３４】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の形成法としては、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が挙げられ、更にそのパターニング方法としては、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法及びこれらの手法を複数組み合わせた手法などが挙げられる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することや材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを作製することも可能である。
【００３５】
これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みは０．０１μｍから２μｍが好ましく、０．０２μｍから１μｍが更に好ましい。
【００３６】
なお、ソース電極−ドレイン電極間距離（チャンネル長さＬ）は通常１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下であり、チャンネル幅Ｗは通常２０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であり、Ｌ／Ｗは通常０．１以下、好ましくは０．０５以下である。
【００３７】
絶縁層の絶縁体としては、ゲート電極への電流の漏れを防ぎかつ低ゲート電圧で電界効果トランジスタを駆動させることができるように絶縁性に優れかつ比較的大きな比誘電率を持つものであれば公知のものをいずれでも用いることができるが、中でも有機材料が好ましく、例えばポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体等が挙げられる。その他、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、窒化珪素等の窒化物、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３等の強誘電性酸化物、あるいは、上記酸化物や窒化物、強誘電性酸化物等の粒子を分散させたポリマー膜等が挙げられる。中でもエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂が好ましい。また、絶縁体の前駆物質としてモノマーを塗布した後、光を照射して硬化させることにより絶縁体を形成する光硬化樹脂を用いると、絶縁体層の密度を本発明の範囲に調節することが容易である点において好ましい。
【００３８】
絶縁体層の形成方法としては、スピンコートやブレードコートなどの塗布法、蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法等、材料の特性に合わせた形成方法を採用することができる。
【００３９】
このようにして形成される絶縁体層は、前述の如く、ゲート電極への漏れ電流、電界効果トランジスタの低ゲート電圧駆動に関係することから、室温での電気伝導度が１０−１２ Ｓ／ｃｍ以下、更には１０−１４ Ｓ／ｃｍ以下、比誘電率が２．０以上、更には２．５以上を示すことが好ましい。
【００４０】
このような絶縁体層の厚みは０．１μｍから４μｍが好ましく、０．２μｍから２μｍが更に好ましい。
【００４１】
有機半導体層を形成する有機半導体は特に限定されず、π共役系の低分子及び高分子であれば公知のものをいずれでも用いることができ、例えばペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、ベンゾポルフィリン、フッ素置換された銅フタロシアニン、Ｎ， Ｎ’−ジアルキル−ナフタレン−１， ４， ５， ８−テトラカルボン酸ジイミド置換体、３， ４， ９， １０−ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、Ｎ， Ｎ’−ジアルキル−３， ４， ９， １０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレンなどのπ共役系低分子やレジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ−９， ９’−ジアルキルフルオレンコビチオフェンなどのπ共役系共重合体等のπ共役系高分子が挙げられる。
【００４２】
これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合、そのソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度が１０−４ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１２ Ｓ／ｃｍ以上を示すものが好ましく、特に１０−６ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１１ Ｓ／ｃｍ以上、とりわけ１０−７ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１０ Ｓ／ｃｍ以上を示すものがより好ましい。更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度とソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度、及び電荷素量から求めたキャリア密度が１０７ ｃｍ−３以上、１０１８ ｃｍ−３以下を示すものが好ましく、特に１０８ ｃｍ−３以上、１０１７ ｃｍ−３以下を示すものがより好ましい。また、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度の室温以下での温度依存性から求められる電荷移動に要する活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下を示すものが好ましく、特に０．１ｅＶ以下を示すものがより好ましい。
【００４３】
更にまた、これらπ共役系低分子のなかでも分子長が４０Å以下のものにおいては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に対する法線に対して６０°の角度から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系低分子の分子軸方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のｐ偏光成分とｓ偏光成分の比であるｐ偏光成分／ｓ偏光成分が１．５以上、更には２．０以上、特には３．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００４４】
また一方で、分子長が４０Åより大きいπ共役系高分子においては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に垂直方向から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系高分子の主鎖方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のソース電極−ドレイン電極方向成分とそれに垂直方向成分の比であるソース電極−ドレイン電極方向成分／垂直方向成分が３．５以上、更には４．５以上、特には５．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００４５】
更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、最隣接分子或いは高分子間の距離が３．９Å以下、更には３．８５Å以下、特には３．８Å以下である特性を示すものが好ましい。
【００４６】
このような有機半導体層の膜厚は１ ｎｍから１０ μｍが好ましく、１０ ｎｍから５００ｎｍが更に好ましい。
【００４７】
これらの有機半導体を用いた有機半導体層を形成する方法としては、低分子有機半導体の場合には、真空蒸着により絶縁体層又は絶縁性支持基板上に蒸着して形成する方法、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。高分子有機半導体の場合は、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。また、目的とする低分子前駆体或いは目的とする高分子前駆体を用いて前述の適切な方法により層形成し、その後に加熱処理等により目的とする有機半導体層に変換する方法も挙げられる。
【００４８】
本発明の電界効果トランジスタの基本的な構造は、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを絶縁性支持基板上に有するものであり、その具体的な構造としては図１〜３に示すようなものが挙げられるが、本発明の電界効果トランジスタは、何ら図１〜３に示す構造の電界効果トランジスタに限定されず、更に図１〜３に示される層以外の層が形成されていても良い。
【００４９】
例えば、図１，２に示す電界効果トランジスタのように、有機半導体層が表出している電界効果トランジスタにあっては、有機半導体に対する外気の影響を最小限にするために、更にこの上に保護膜を形成しても良く、この場合、保護膜の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーや酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化物や窒化物等が挙げられる。保護膜の形成方法としては塗布法や真空蒸着法などが挙げられる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電界効果トランジスタによれば、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、又は嵩密度を特定の範囲に制御することにより、リーク電流を抑制し、より高い移動度と、高いｏｎ電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する電界効果トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図２】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図３】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性支持基板
２ ゲート電極
３ 絶縁体層
４ 有機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 界面
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体を用いた電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと並んで重要なスイッチ、増幅素子として広く利用されている。電界効果トランジスタは、半導体材料にソース電極及びドレイン電極と、絶縁体層を介してゲート電極を設けた構造を有する。電界効果トランジスタの動作特性は、用いられる半導体のキャリア移動度μ、電気伝導度σ、絶縁層の静電容量Ｃｉ、素子の構成（ソース電極−ドレイン電極間距離Ｌ及び幅Ｗ、絶縁層の膜厚ｄ等）により決まるが、この中で、半導体材料の特性としては、高い移動度（μ）を有するものが良好な特性を示すことになる。
【０００３】
現在、半導体材料としてはシリコンが広く用いられている。シリコンに代表される無機半導体は、製造時に３００℃以上の高温で処理する必要があることから、基板にプラスチック基板やフィルムを用いることが難しく、かつ製造に多くのエネルギーを必要とするという欠点がある。また、真空での素子作製プロセスを経るため、製造ラインに高価な設備を必要とし、高コストになるという欠点もある。
【０００４】
これに対して、有機半導体を用いたトランジスタは、その殆どが無機半導体より低温プロセスで製造することができるため、基板としてプラスチック基板やフィルムを用いることができ、軽量で壊れにくい素子を作製することができる。また、溶液の塗布や印刷法を用いた素子作製が可能なものもあり、大面積の素子を低コストで製造することが可能である。更に、材料のバリエーションが豊富であり、分子構造を変化させることにより容易に材料特性を根本的に変化させることが可能であるため、異なる機能を組み合わせることで、無機半導体では不可能な機能、素子を実現することも可能である。
【０００５】
半導体として有機半導体を用いたトランジスタについて、特開昭６１−２０２４６７号公報には、導電性高分子、共役高分子を利用したものが記載され、特許２９８４３７０号公報には、低分子化合物を利用したものが記載されている。
【０００６】
従来の半導体として有機半導体を用いたトランジスタの代表的な構造を図１〜３に示す。
【０００７】
図１の電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にゲート電極２が設けられ、更にこの上に絶縁体層３及び有機半導体層４が設けられている。この有機半導体層４に接するように、ソース電極５とドレイン電極６が絶縁体層３上に設けられている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【０００８】
図２の電界効果トランジスタにあっては、絶縁体層３上の有機半導体層４上にソース電極５とドレイン電極６が設けられている点が図１に示す電界効果トランジスタと異なり、その他は同様の構成とされている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・トップコンタクト型と称される。
【０００９】
図３に示す電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にソース電極５とドレイン電極６が設けられ、絶縁性支持基板１上に有機半導体層４及び絶縁体層３が積層され、絶縁体層３上にゲート電極２が設けられている。この電界効果トランジスタは、トップゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【００１０】
このような電界効果トランジスタでは、ゲート電極２に電圧が印加されると、有機半導体層４と絶縁体層３の界面近傍における有機半導体層のキャリア密度を変化させて、ソース−ドレイン電極５，６間に流れる電流量を変化させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような種々の構造のトランジスタにおいて種々の有機半導体を用いて活発に研究がなされているが、有機電界効果トランジスタに適した絶縁体層に関しての研究は決して充分に行われているわけではなく、絶縁体層の不充分な物性に由来すると思われる有機電界効果トランジスタとしての性能（移動度、リーク電流値、ｏｎ／ｏｆｆ比等）が一定しないという問題がある。
【００１２】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを達成することができ、かつこれらのトランジスタ性能が安定した有機トランジスタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］が３以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁体層の嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、従来の電界効果トランジスタにおけるトランジスタ性能の不安定性について鋭意検討した結果、有機半導体層に接する絶縁体層の密度がリーク電流の量に影響し、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率或いは嵩密度を特定範囲とすることで、高い移動度、高いｏｎ電流及び低いリーク電流値と、高いｏｎ／ｏｆｆ比が達成できること見出した。
【００１６】
有機トランジスタがフレキシブルディスプレイにおけるスイッチング素子として用いられることがＢｅｌｌ Ｌａｂ． Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ＰＮＡＳ．， ９８， ４８３５に開示されている。この有機トランジスタの場合、絶縁体層の密度の影響はより重要な問題となると考えられるが、従来、絶縁体層の密度、更には絶縁体層の密度に影響を与える成膜法についても十分な検討がなされていない。
【００１７】
本発明の電界効果トランジスタにあっては、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下又は嵩密度を０．２８〜４ｇ／ｃｍ３とすることにより、リーク電流を抑制して、高い移動度と高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比が達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の電界効果トランジスタの実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを、絶縁性支持基板上に有するものであり、その構造には特に制限はなく、図１に示すボトムゲート・ボトムコンタクト型、図２に示すボトムゲート・トップコンタクト型、図３に示すトップゲート・ボトムコンタクト型などが挙げられる。
【００２０】
本発明においては、このような電界効果トランジスタにおいて、絶縁体層３の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］を３以下、好ましくは２．５以下、更に好ましくは２．０以下となるように、或いは、嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．３〜３ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは０．５〜２ｇ／ｃｍ３となるように絶縁体層３を成膜する。なお、絶縁体層３の真密度は通常０．８５〜１０ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．０〜５ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは１．５〜３．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００２１】
ここで、真密度とは、絶縁体層を非晶質として仮定した場合、絶縁体層を構成する絶縁体の種類に固有の値であり、コンサイス・エンサイクロペディア・オブ・ポリマーサイエンスやポリマーハンドブック等の文献値を採用でき、以下に代表的な値を示す。
【００２２】
ポリスチレン １．０４〜１．０８ｇ／ｃｍ３
エポキシ樹脂 １．１〜１．４ｇ／ｃｍ３
不飽和ポリエステル樹脂 １．１〜１．４ｇ／ｃｍ３
ポリメチルメタクリレート １．１６〜１．２０ｇ／ｃｍ３
ポリカーボネート １．２０〜１．２２ｇ／ｃｍ３
ポリウレタン １．２０〜１．２６ｇ／ｃｍ３
ポリビニルアルコール １．２１〜１．３１ｇ／ｃｍ３
ポリエステル−エポキシ樹脂 １．８〜２．３ｇ／ｃｍ３
なお、結晶性の絶縁体層については、その結晶化度に応じて真密度は大きくなる。
【００２３】
真密度の文献値がない場合には、絶縁体層を一旦溶解させた後、急冷して固化させた時の密度を、密度勾配管等により測定することによって求めることもできる。
【００２４】
一方、嵩密度とは、形成された絶縁体層自体の、その状態での実際の密度であり、絶縁体層の重量をその体積で除した値である。また、絶縁体層の体積が特定しにくい場合には、密度勾配管を用い、絶縁体層の細孔内に含浸しない溶媒を用いて嵩密度を測定することができる。
【００２５】
真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］とは、絶縁体層の緻密さを表す値であり、この値が小さい程、絶縁体層が緻密であることを示している。
【００２６】
作製されたトランジスタ中の絶縁体層の嵩密度又は真密度を直接測定することが困難な場合には、絶縁体層が剥離し易い基体上に、同一条件で絶縁体層を成膜し、次いでこの基体から剥離した絶縁膜の密度を測定することにより求めても良い。
【００２７】
本発明において、絶縁体層を特定の密度となるよう成膜するには、例えば絶縁体層を形成する絶縁体の種類や絶縁体層の成膜速度、膜厚等の条件を適宜設定すれば良い。例えば、次のような方法を採用することができる。
【００２８】
ゲート電極がコートされた絶縁性支持基板上に溶媒に溶解させた熱硬化性樹脂モノマー等を塗布し、乾燥させて溶媒を揮発させる際に細孔を空けずに熱硬化樹脂が形成できるような比較的遅い加熱速度で加熱し硬化させることにより、緻密な絶縁体層を形成することができる。一方、加熱速度が速い場合は溶媒を揮発させる際に細孔が空いてしまい、嵩密度が小さい絶縁体が形成される。
【００２９】
このように絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、及び／又は嵩密度を特定の範囲とすることで、リーク電流量の増大を防ぎ、高い移動度と、高いｏｎ電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。
【００３０】
本発明においては、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、及び／又は嵩密度を上記特定の範囲とすること以外は、電界効果トランジスタの構成材料自体には特に制限はなく、従来電界効果トランジスタに適用されているものをいずれも好適に用いることができる。
【００３１】
本発明においては、絶縁体層の真密度及び／又は嵩密度に着目したが、電界効果トランジスタにおいては、絶縁体層におけるピンホールもリーク電流に重要な影響を与えると考えられる。従って、例えば数Å〜数１０Åの大きさのピンホールを絶縁体層中でできるだけ低減させるよう製膜することが理想である。この絶縁体層中のピンホールの影響は、絶縁破壊電場強度やＢＥＴ吸着法等で特定することが可能である。
【００３２】
絶縁性支持基板の材料としては、絶縁性を示し電界効果トランジスタ及びその上に作成される表示素子、表示パネル等を支持できるものであれば良く、公知のもの、例えばガラス、プラスチック、石英等をいずれでも用いることができ、より具体的には、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、アモルファスポリオレフィン、エポキシ樹脂、ガラス等が挙げられる。中でもポリマー基板が好ましく、強度の点ではポリエステル又はポリカーボネートが好ましく、特にはポリエチレンテレフタレート等のポリエステルが好ましい。絶縁性支持基板の厚みは０．０５ ｍｍから２ ｍｍが好ましく、０．１ ｍｍから１ ｍｍが更に好ましい。
【００３３】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の構成材料は、導電性を示すものであれば良く、公知のものをいずれでも用いることができ、例えば白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、パラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等のドープされ良好な電気伝導度を示す導電性高分子、カーボンブラック、金属微粒子、グラファイト粉等がバインダーに分散されてなり良好な電気伝導度を示す導電性複合材料などが挙げられる。
【００３４】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の形成法としては、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が挙げられ、更にそのパターニング方法としては、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法及びこれらの手法を複数組み合わせた手法などが挙げられる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することや材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを作製することも可能である。
【００３５】
これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みは０．０１μｍから２μｍが好ましく、０．０２μｍから１μｍが更に好ましい。
【００３６】
なお、ソース電極−ドレイン電極間距離（チャンネル長さＬ）は通常１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下であり、チャンネル幅Ｗは通常２０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であり、Ｌ／Ｗは通常０．１以下、好ましくは０．０５以下である。
【００３７】
絶縁層の絶縁体としては、ゲート電極への電流の漏れを防ぎかつ低ゲート電圧で電界効果トランジスタを駆動させることができるように絶縁性に優れかつ比較的大きな比誘電率を持つものであれば公知のものをいずれでも用いることができるが、中でも有機材料が好ましく、例えばポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体等が挙げられる。その他、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、窒化珪素等の窒化物、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３等の強誘電性酸化物、あるいは、上記酸化物や窒化物、強誘電性酸化物等の粒子を分散させたポリマー膜等が挙げられる。中でもエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂が好ましい。また、絶縁体の前駆物質としてモノマーを塗布した後、光を照射して硬化させることにより絶縁体を形成する光硬化樹脂を用いると、絶縁体層の密度を本発明の範囲に調節することが容易である点において好ましい。
【００３８】
絶縁体層の形成方法としては、スピンコートやブレードコートなどの塗布法、蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法等、材料の特性に合わせた形成方法を採用することができる。
【００３９】
このようにして形成される絶縁体層は、前述の如く、ゲート電極への漏れ電流、電界効果トランジスタの低ゲート電圧駆動に関係することから、室温での電気伝導度が１０−１２ Ｓ／ｃｍ以下、更には１０−１４ Ｓ／ｃｍ以下、比誘電率が２．０以上、更には２．５以上を示すことが好ましい。
【００４０】
このような絶縁体層の厚みは０．１μｍから４μｍが好ましく、０．２μｍから２μｍが更に好ましい。
【００４１】
有機半導体層を形成する有機半導体は特に限定されず、π共役系の低分子及び高分子であれば公知のものをいずれでも用いることができ、例えばペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、ベンゾポルフィリン、フッ素置換された銅フタロシアニン、Ｎ， Ｎ’−ジアルキル−ナフタレン−１， ４， ５， ８−テトラカルボン酸ジイミド置換体、３， ４， ９， １０−ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、Ｎ， Ｎ’−ジアルキル−３， ４， ９， １０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレンなどのπ共役系低分子やレジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ−９， ９’−ジアルキルフルオレンコビチオフェンなどのπ共役系共重合体等のπ共役系高分子が挙げられる。
【００４２】
これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合、そのソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度が１０−４ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１２ Ｓ／ｃｍ以上を示すものが好ましく、特に１０−６ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１１ Ｓ／ｃｍ以上、とりわけ１０−７ Ｓ／ｃｍ以下、１０−１０ Ｓ／ｃｍ以上を示すものがより好ましい。更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度とソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度、及び電荷素量から求めたキャリア密度が１０７ ｃｍ−３以上、１０１８ ｃｍ−３以下を示すものが好ましく、特に１０８ ｃｍ−３以上、１０１７ ｃｍ−３以下を示すものがより好ましい。また、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度の室温以下での温度依存性から求められる電荷移動に要する活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下を示すものが好ましく、特に０．１ｅＶ以下を示すものがより好ましい。
【００４３】
更にまた、これらπ共役系低分子のなかでも分子長が４０Å以下のものにおいては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に対する法線に対して６０°の角度から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系低分子の分子軸方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のｐ偏光成分とｓ偏光成分の比であるｐ偏光成分／ｓ偏光成分が１．５以上、更には２．０以上、特には３．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００４４】
また一方で、分子長が４０Åより大きいπ共役系高分子においては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に垂直方向から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系高分子の主鎖方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のソース電極−ドレイン電極方向成分とそれに垂直方向成分の比であるソース電極−ドレイン電極方向成分／垂直方向成分が３．５以上、更には４．５以上、特には５．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００４５】
更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、最隣接分子或いは高分子間の距離が３．９Å以下、更には３．８５Å以下、特には３．８Å以下である特性を示すものが好ましい。
【００４６】
このような有機半導体層の膜厚は１ ｎｍから１０ μｍが好ましく、１０ ｎｍから５００ｎｍが更に好ましい。
【００４７】
これらの有機半導体を用いた有機半導体層を形成する方法としては、低分子有機半導体の場合には、真空蒸着により絶縁体層又は絶縁性支持基板上に蒸着して形成する方法、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。高分子有機半導体の場合は、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。また、目的とする低分子前駆体或いは目的とする高分子前駆体を用いて前述の適切な方法により層形成し、その後に加熱処理等により目的とする有機半導体層に変換する方法も挙げられる。
【００４８】
本発明の電界効果トランジスタの基本的な構造は、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを絶縁性支持基板上に有するものであり、その具体的な構造としては図１〜３に示すようなものが挙げられるが、本発明の電界効果トランジスタは、何ら図１〜３に示す構造の電界効果トランジスタに限定されず、更に図１〜３に示される層以外の層が形成されていても良い。
【００４９】
例えば、図１，２に示す電界効果トランジスタのように、有機半導体層が表出している電界効果トランジスタにあっては、有機半導体に対する外気の影響を最小限にするために、更にこの上に保護膜を形成しても良く、この場合、保護膜の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーや酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化物や窒化物等が挙げられる。保護膜の形成方法としては塗布法や真空蒸着法などが挙げられる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電界効果トランジスタによれば、絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］、又は嵩密度を特定の範囲に制御することにより、リーク電流を抑制し、より高い移動度と、高いｏｎ電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する電界効果トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図２】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図３】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性支持基板
２ ゲート電極
３ 絶縁体層
４ 有機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 界面
Claims (13)
- 絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
前記絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］が３以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項１において、前記絶縁体層の真密度と嵩密度の比率［真密度／嵩密度］が２．５以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１又は２において、前記絶縁体層の真密度が０．８５〜１０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記絶縁体層の嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
前記絶縁体層の嵩密度が０．２８〜４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記絶縁体層がポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、及びフェノール樹脂よりなる群から選択されるポリマー或いはこれらを組み合わせた共重合体よりなることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記ゲート電極が前記絶縁性支持基板上に設けられており、該ゲート電極上に絶縁体層を介して有機半導体層が設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記絶縁体層に接していることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記有機半導体層上に設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記絶縁性支持基板上に設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし１０のいずれか１項において、前記絶縁性支持基板が、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、アモスファスポリオレフィン、エポキシ樹脂、及びポリエーテルスルフォンよりなる群から選択されるプラスチック基板であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし１１のいずれか１項において、前記絶縁体層における比誘電率が２．０以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし１２のいずれか１項において、前記絶縁体層における電気伝導度が１０−１２Ｓ／ｃｍ以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002223019A JP2004063977A (ja) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002223019A JP2004063977A (ja) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004063977A true JP2004063977A (ja) | 2004-02-26 |
Family
ID=31942896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002223019A Pending JP2004063977A (ja) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004063977A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005354012A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Canon Inc | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2007294719A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機薄膜トランジスタ |
| JP2010056408A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Hitachi Chem Co Ltd | アルミニウム含有有機化合物溶液、電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの作製方法 |
| CN111477743A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-07-31 | 北京大学深圳研究生院 | 一种有机场效应晶体管及其制备方法 |
| US11937438B2 (en) | 2020-04-17 | 2024-03-19 | Peking University Shenzhen Graduate School | Organic field-effect transistor and fabrication method therefor |
-
2002
- 2002-07-31 JP JP2002223019A patent/JP2004063977A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005354012A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Canon Inc | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 |
| WO2005122279A1 (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Field effect transistor and production process thereof |
| US7605392B2 (en) | 2004-06-14 | 2009-10-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Field effect transistor and production process thereof |
| JP2007294719A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機薄膜トランジスタ |
| JP2010056408A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Hitachi Chem Co Ltd | アルミニウム含有有機化合物溶液、電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの作製方法 |
| CN111477743A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-07-31 | 北京大学深圳研究生院 | 一种有机场效应晶体管及其制备方法 |
| US11937438B2 (en) | 2020-04-17 | 2024-03-19 | Peking University Shenzhen Graduate School | Organic field-effect transistor and fabrication method therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Duan et al. | Solution‐processed centimeter‐scale highly aligned organic crystalline arrays for high‐performance organic field‐effect transistors | |
| JP4509228B2 (ja) | 有機材料から成る電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
| KR101379616B1 (ko) | 계면특성이 향상된 유기박막트랜지스터 및 그의 제조방법 | |
| US7384814B2 (en) | Field effect transistor including an organic semiconductor and a dielectric layer having a substantially same pattern | |
| US7164190B2 (en) | Field effect transistor | |
| US20060231829A1 (en) | TFT gate dielectric with crosslinked polymer | |
| CA2549107A1 (en) | Organic thin film transistors with multilayer electrodes | |
| KR20070122203A (ko) | 박막 트랜지스터용 중합체성 게이트 유전체 | |
| KR101192615B1 (ko) | 전계 효과 트랜지스터 | |
| JP2005093921A (ja) | 電界効果型有機トランジスタおよびその製造方法 | |
| JP2009260340A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JP2004128469A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2005072569A (ja) | 有機電界効果トランジスタ | |
| JP5137296B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP5913108B2 (ja) | 有機半導体材料及び電界効果トランジスタ並びにその製造方法 | |
| JP2007273594A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2004063978A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| US8134144B2 (en) | Thin-film transistor | |
| JP2005322895A (ja) | 有機電子デバイスの製造方法及び有機電子デバイス | |
| JP4572515B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2006261507A (ja) | 有機薄膜トランジスタおよびそれを備えた表示装置。 | |
| CA2537385C (en) | Celluloses and devices thereof | |
| JP2004063975A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2004063977A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2004063976A (ja) | 電界効果トランジスタ |