JP2004241528A - 有機半導体装置及びそれを有する表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくすることができると共に、低いゲート電圧で動作させることができる有機半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の有機半導体装置１０は、電気絶縁性基板１、第三の電極層（ゲート電極）２、電気絶縁層３、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５、並びに、前記第一の電極層４及び第二の電極層５の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層６を順次有している。前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されている。３ａは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であるが、３ｂは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であっても、また、無機の電気絶縁材料で構成されている層であってもかまわない。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体層及び有機電気絶縁体層を用いて形成した低電圧で駆動させることができる有機半導体装置及びそれを有する表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機半導体材料をチャネル生成層とした有機トランジスタを印刷法等の廉価なプロセスにより、▲１▼軽量であること、▲２▼柔軟であること、▲３▼薄型であること、及び、▲４▼廉価であること、といった要求を満足させる有機能動素子を実現しようとする研究が活発化している。例えば、デュルリらは、この試みとして、ポリマーフィルム上に、絶縁層、半導体層、及び、電極層の全てに有機材料を用いた有機トランジスタを作製している（非特許文献１を参照。）。この有機能動素子では、１０Ｖのゲート電圧でソース・ドレイン間電流のオン／オフ比が２桁のものが得られている。
【０００３】
また、バオらは、ＩＴＯ電極を形成したポリエチレンテレフタレート基板上に、低温焼成のポリイミドからなる絶縁層、ポリチオフェンからなる高分子半導体チャネル層、導電性インクからなる電極層を順次スクリーン印刷することにより有機トランジスタを形成している（非特許文献２を参照。）。この有機能動素子では、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくするために、２０Ｖ程度のゲート電圧を印加する必要がある。しかしながら、低いゲート電圧で、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比が数桁以上得られなければ、実際に有機能動素子として用いることは困難である。その点、上記の有機能動素子では、ゲート電圧を数十ボルト印加しなければならないので、実用には適さないという問題点があった。ここでゲート電圧が大きくなる最大の要因は、（ａ）ゲート絶縁層の比誘電率が小さいこと、及び、（ｂ）印刷法などの湿式プロセスによって良好な絶縁性を保った絶縁層を形成するために絶縁層の膜厚が大きくなることである。ゲート絶縁層の厚さが大きい場合には、チャネル生成半導体層のゲート絶縁層界面のチャネル領域に充分なキャリア数を誘起するために大きなゲート電圧を必要とする。
【０００４】
ゲート電圧を低電圧化するために、ディミトラコポウラスらは、絶縁膜に無機物を用いることを提案している（非特許文献３を参照。）。彼らは、ジルコニウム酸チタン酸バリウムをスパッタ法で成膜することにより、比誘電率１７．３のゲート絶縁層を形成して、ゲート電圧が５Ｖ程度の有機トランジスタを形成している。しかしながら、この方法は、絶縁層の形成にスパッタ装置を用いるので、プロセスコストが重なり廉価なトランジスタ製造には適さない。また、この文献は、スパッタリングプロセスが柔軟な樹脂基板に与えるダメージ、及び、それにより引き起こされる素子特性の低下についてなんら言及していない。
【０００５】
ディミトラコポウラスらは、スパッタ法を用いない低温作製プロセスとしてアルコラートの加水分解を利用したゾルーゲル法によってチタン酸バリウムストロンチウム膜を成膜することにより、比誘電率１６のゲート絶縁層を形成して、ゲート電圧が５Ｖ程度の有機トランジスタを作製している（非特許文献４を参照。）。一般的に、ゾルーゲル法で高誘電率の複合酸化物薄膜を形成するためには、５００〜６００℃以上の高温アニールにより薄膜を結晶化することが必要であるが、彼らはアニール温度を４００℃にまで下げることにより比誘電率１６のチタン酸バリウムストロンチウム膜のゲート絶縁膜を得ている。しかしながら、この方法であっても、４００℃のアニールが必要であるので、耐熱温度の低いプラスチック基板に成膜することは困難であるという問題があった。汎用のプラスチック基板に有機材料からなる有機能動素子を作製する場合、工程中の基板温度は２００℃程度以下にすることが好ましい。また、作製プロセスの低コスト化を考慮すると、絶縁層を塗布法などの湿式法で作製することが好ましい。
【０００６】
このような試みとして、絶縁膜に比較的誘電率の大きい有機材料を用いて有機能動素子を作製した例が報告されている。藁谷らは、ゲート絶縁膜にシアノ基を有する絶縁性ポリマーを用いた有機トランジスタを作製している（特許文献１を参照。）。しかしながら、この有機能動素子は、高誘電率の有機材料を単独で用いて絶縁層を作製しているので、リーク電流が大きくなり、そのために、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくできないという問題があった。
【０００７】
また、ガルニエらは、シアノエチルプルラン（比誘電率１８．６）、ポリビニルアルコール（比誘電率７．８）等の比較的比誘電率の大きい材料を単独でゲート絶縁層に用いた有機トランジスタを報告している（特許文献２を参照。）。しかしながら、これらの材料を用いた有機トランジスタであっても、ゲート電圧を低減するのに充分有効なものとはいえない。実際、ガルニエらによって報告されている有機トランジスタは、２０Ｖ程度のゲート電圧を要しており、また、充分な絶縁耐圧が得られていない。したがって、有機絶縁材料又は無機材料を用いて絶縁層を作製する上で、高誘電率を保ちながら絶縁耐圧を上げる必要があった。
【０００８】
この要求を満たすために、青木らは、有機又は無機のアモルファス絶縁物中に高誘電率無機化合物粒子を分散させる方法を提案している（特許文献３を参照。）。しかしながら、この方法では、無機化合物粒子の粒経を小さくすることが困難であるので、絶縁膜厚が大きくなり、その結果として、ゲート電圧が大きくなるという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１９１１６２号公報
【特許文献２】
特許第２９８４３７０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１０９９９号公報
【非特許文献１】
Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙ， Ｃ．Ｍ．Ｊ．Ｍｕｔｓａｅｒｓ， Ｃ．Ｍ．Ｈａｒｔ， Ｍ．Ｍａｔｔｅｒｓ， Ｄ．Ｍ．ｄｅ Ｌｅｅｕｗ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．７３， ｐ１０８ （１９９８）
【非特許文献２】
Ｚ．Ｂａｏ， Ｙ．Ｆｅｎｇ， Ａ．Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ， Ｖ．Ｒ．Ｒａｊｕ， Ａ．Ｊ．Ｌｏｖｉｎｇｅｒ， Ｃｈｅｍ． Ｍａｔｅｒ．， ｖｏｌ．９， ｐ１２９９ （１９９７）
【非特許文献３】
Ｃ．Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ， Ｓ．Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ， Ｊ．Ｋｙｍｉｓｓｉｓ， Ａ．Ｃ．ａｌｌｅｇａｒｉ， Ｊ．Ｍ．Ｓｈａｗ， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｖｏｌ．２８３， ｐ８２２ （１９９９）
【非特許文献４】
Ｃ．Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ， Ｉ．Ｋｙｍｉｓｓｉｓ， Ｓ．Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ， Ｄ．Ａ．Ｎｅｕｍａｙｅｒ， Ｐ．Ｒ．Ｄｕｎｃｏｍｂｅ， Ｒ．Ｂ．Ｌａｉｂｏｗｉｔｚ， Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ．， ｖｏｌ．１１， ｐ１３７２ （１９９９）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくすることができると共に、低いゲート電圧で動作させることができる有機半導体装置及びそれを有する表示素子を低コストで提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、電気絶縁性基板、第三の電極層、電気絶縁層、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、並びに、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置である。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、電気絶縁性基板、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、電気絶縁層、並びに、第三の電極層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置である。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、電気絶縁性基板、有機半導体層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層、並びに、第三の電極層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置である。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、電気絶縁性基板、第三の電極層、電気絶縁層、有機半導体層、並びに、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置である。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された発明において、前記有機の電気絶縁材料で構成されている層が、電気絶縁性基板に近い側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれかに記載された発明において、前記電気絶縁層を構成する（Ａ）及び（Ｂ）の層の両方が、有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれかに記載された発明において、前記体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフラレート、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、シリコーン樹脂から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載された発明において、前記比誘電率が４以上の電気絶縁材料が、▲１▼シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルスターチ、シアノエチルジヒドロキシプロピルスターチ、シアノエチルプルラン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルシュクロース、シアノエチルソルビトール等のシアノエチル基含有化合物、▲２▼ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体等のビニリデン系高分子化合物、並びに、▲３▼ポリｐ−ビニルフェノール、ポリｐ−ビニルフェノール臭素化物、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸メチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−スチレン共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸ブチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸２−ヒドロキシルエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フェニルマレイミド共重合体、ｐ−ビニルフェノール−マレイン酸共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フマル酸共重合体等のｐ−ビニルフェノール系高分子化合物、から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に記載された発明は、請求項１〜８のいずれかに記載された発明において、前記比誘電率が４以上の電気絶縁材料が、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、ジルコニウム酸バリウム、ジルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、ペントオキサイドタンタル、ジオキサイドチタン、トリオキサイドイットリウム、酸化アルミニウム、酸化ホフニウム、窒化シリコン、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、及び、酸化イットリウムから選ばれる少なくとも１種の無機の電気絶縁材料を有することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１０に記載された発明は、請求項１〜９のいずれかに記載された発明において、前記有機半導体層が、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物およびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、ポリシラン、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン誘導体、ジアリールアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、９−スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン誘導体、ビススチルベン誘導体、エナミン誘導体、及び、チオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、フタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機半導体材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１１に記載された発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載された発明において、前記第一の電極層、第二の電極層及び第三の電極層が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属で構成されているか、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１２に記載された発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載された発明において、前記電気絶縁性基板が、可撓性を有するものであることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１３に記載された発明は、前記請求項１〜１２のいずれかに記載の有機半導体装置をスイッチング素子として有することを特徴とする表示装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。図２は、本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。図３は、本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。図４は、本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。図５は、本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。図６は、本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する液晶表示素子の断面図である。図７は、本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する有機ＥＬ表示素子の断面図である。図８は、本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する水位センサーの概念図である。図９は、ソース・ドレイン電圧が−５Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。図１０は、ソース・ドレイン電圧が−１０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。図１１は、ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。図１２は、ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。
【００２５】
図１，２に示すように、本発明の有機半導体装置１０，２０は、電気絶縁性基板１、第三の電極層（ゲート電極）２、電気絶縁層３、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５、並びに、前記第一の電極層４及び第二の電極層５の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層６を順次有している。前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍより大きい（好ましくは、１０^８ Ωｃｍより大きい、さらに好ましくは、１０^１０Ωｃｍ よりも大きい）電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上（好ましくは、６以上、さらに好ましくは、８以上）の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されている。図１，２においては、３ａは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であるが、３ｂは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であっても、また、無機の電気絶縁材料で構成されている層であってもかまわない。
【００２６】
図３に示すように、本発明の有機半導体装置３０は、電気絶縁性基板１、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５、前記第一の電極層４及び第二の電極層５の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層６、電気絶縁層３、並びに、第三の電極層（ゲート電極）２を順次有している。前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されている。図３においては、３ａは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であるが、３ｂは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であっても、また、無機の電気絶縁材料で構成されている層であってもかまわない。
【００２７】
図４に示すように、本発明の有機半導体装置４０は、電気絶縁性基板１、有機半導体層６、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５、前記第一の電極層４及び第二の電極層５の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層３、並びに、第三の電極層（ゲート電極）２を順次有している。前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されている。図４においては、３ａは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であるが、３ｂは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であっても、また、無機の電気絶縁材料で構成されている層であってもかまわない。
【００２８】
図５に示すように、本発明の有機半導体装置５０は、電気絶縁性基板１、第三の電極層（ゲート電極）２、電気絶縁層３、有機半導体層６、並びに、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５、を順次有している。前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されている。図５においては、３ａは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であるが、３ｂは、有機の電気絶縁材料で構成されている層であっても、また、無機の電気絶縁材料で構成されている層であってもかまわない。
【００２９】
本発明の有機半導体装置１０〜５０においては、第一の電極層（ソース電極）４及び第二の電極層（ドレイン電極）５の間に電圧を印加した状態で第三の電極層（ゲート電極）２に電圧を印加すると、有機半導体層６にチャネル領域が生成され、このチャネル生成領域中をキャリアが通過して、第一の電極層４及び第二の電極層５の間に電流が通じる。
【００３０】
本発明の有機半導体装置１０〜５０においては、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層は、一種類の電気絶縁材料からのみ構成される薄膜に限定されず、二種類以上の電気絶縁材料が薄膜中に混合あるいは分散した状態でも良い。これらの電気絶縁材料は、好ましくは、それ自体が膜形成材料となるものであるが、膜形成材料（バインダー樹脂）中に分散されたものであってもかまわない。
【００３１】
本発明の有機半導体装置１０〜５０によれば、前記電気絶縁層３は、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されているので、（１）リーク電流を少なくすることができると共に、高誘電率を保ちながら絶縁耐圧を上げることができ、それらのために、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくすることができると共に、低いゲート電圧で動作させることができる有機半導体装置を低コストで提供することができ、また、（２）有機の電気絶縁材料で電極に対する段差被覆性（ステップカバレッジ）を上げて、電極の縁や段差などからのリーク電流を抑えることが可能となり、そのために、より低い電界強度における絶縁破壊を防ぐことができる。
【００３２】
図１に示されているように、本発明においては、前記有機の電気絶縁材料で構成されている層３ａは、好ましくは、電気絶縁性基板１に近い側に設けられている。このように、有機の電気絶縁材料で構成されている層３ａが電気絶縁性基板１に近い側に設けられていると、さらに、第三の電極層（ゲート電極）２への段差被覆性（ステップカバレッジ）が良くなり、そのために、より低い電界強度における絶縁破壊を防ぐことが可能となる。
【００３３】
本発明においては、電気絶縁層３を構成する前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の両方が、好ましくは、有機の電気絶縁材料で構成されている。この有機の電気絶縁材料は、膜形成材料として、同じものであってもかまわない。このように、電気絶縁層３を構成する前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の両方が有機の電気絶縁材料で構成されていると、プロセスを単純化でき、そのために、製造コストを低く抑えることが可能となり、また、これと接する有機半導体層６との親和性がよく、そのために、有機半導体分子が凝集し素子特性が悪くなる現象を抑えることが可能となる。
【００３４】
前記電気絶縁層３を構成する前記（Ａ）の「体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい有機電気絶縁材料」は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフラレート、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、シリコーン樹脂から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有するものであるが、本発明の目的に反しない限り、これら以外の体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい有機電気絶縁材料であってもかまわない。
【００３５】
前記電気絶縁層３を構成する前記（Ｂ）の「比誘電率が４以上の有機電気絶縁材料」は、例えば、▲１▼シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルスターチ、シアノエチルジヒドロキシプロピルスターチ、シアノエチルプルラン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルシュクロース、シアノエチルソルビトール等のシアノエチル基含有化合物、▲２▼ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体等のビニリデン系高分子化合物、並びに、▲３▼ポリｐ−ビニルフェノール、ポリｐ−ビニルフェノール臭素化物、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸メチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−スチレン共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸ブチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸２−ヒドロキシルエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フェニルマレイミド共重合体、ｐ−ビニルフェノール−マレイン酸共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フマル酸共重合体等のｐ−ビニルフェノール系高分子化合物、から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有するものであるが、本発明の目的に反しない限り、これら以外の比誘電率が４以上の有機電気絶縁材料を有するものであってもかまわない。
【００３６】
また、前記比誘電率が４以上の電気絶縁材料は、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、ジルコニウム酸バリウム、ジルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、ペントオキサイドタンタル、ジオキサイドチタン、トリオキサイドイットリウム、酸化アルミニウム、酸化ホフニウム、窒化シリコン、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、及び、酸化イットリウムから選ばれる少なくとも１種の無機の電気絶縁材料を有するものであるが、本発明の目的に反しない限り、これら以外の比誘電率が４以上の無機電気絶縁材料を有するものであってもかまわない。
【００３７】
前記（Ａ）の有機電気絶縁材料及び（Ｂ）の有機電気絶縁材料は、塗布可能な有機電気絶縁材料であるので、真空製膜プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく成膜することができ、また、高温プロセスを用いることなく成膜することができ、それらのために、製造コストを低く抑えることが可能となる。これらの有機電気絶縁材料は、有機溶媒又は純水に溶解できることが好ましいが、溶解せずに分散していてもかまわない。相溶性を利用することもできる。また、有機電気絶縁材料が溶媒として機能できる場合には、これに他の有機絶縁材料を混合させても良い。このような例としてシアノエチルシュクロースがある。これは常温で液体でありこれを溶媒として用いることが可能である。
【００３８】
前記（Ａ）の有機電気絶縁材料及び（Ｂ）の有機電気絶縁材料を溶解させる有機溶媒は、極性溶媒、無極性溶媒いずれも用いることが可能である。具体的には、メタノール、エタノール、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、アセトニトリル、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、メチルアセトアセテート、ニトロメタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ―ブチルラクトン、プロピレンカーボネ−ト、塩化メチレン、酢酸エチル、ヘキサンがあげられるが、本発明の目的に反しない限り、これら以外の溶媒を用いてもかまわない。
【００３９】
前記（Ａ）の有機電気絶縁材料及び（Ｂ）の有機電気絶縁材料と相溶性を示す溶媒としては、例えば、ポリｐ−ビニルフェノール類があげられる。ポリｐ−ビニルフェノール類は、適当な溶媒を用いることで、フェノール、メラミン、ユリア、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタン、アクリル等の熱硬化性樹脂と相溶性を示し、また、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、メタクリル、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリアリレート等の熱可塑性樹脂と相溶性を示す。
【００４０】
前記有機半導体層６を構成する有機半導体は、例えば、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物およびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、ポリシラン、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン誘導体、ジアリールアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、９−スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン誘導体、ビススチルベン誘導体、エナミン誘導体、及び、チオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、フタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機半導体材料である。
【００４１】
また、前記有機半導体層６を構成する有機半導体は、▲１▼アルキル置換基を有するレジオレギュラ・ポリアルキルチオフェンやポリアセチレン、ポリビフェノール、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン等の有機高分子材料、▲２▼デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）等の生体材料、或いは、▲３▼２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン、２，５−ジメチルテトラシアノキノジメタン、テトラシアノキノジメタン等の電子受容体とジベンゾテトラチアフルバレン、テトラセレナフルバレン、テトラチアフルバレン、テトラチアテトラセン、テトラメチルテトラチアフルバレン等の電子供与体からなる電荷移動錯体であってもかまわない。
【００４２】
これらの有機半導体材料は、複数用いることも可能である。また、これらの有機半導体材料をバインダ樹脂に分散したものでもよい。
【００４３】
前記有機半導体層６を構成する有機半導体は、本発明の目的に反しない限り、これら以外の有機半導体材料であってもかまわない。有機半導体層６は、このような有機半導体材料で構成されているので、その成膜において、蒸着、塗布といった手段が可能となり、そのために、製造装置コストの低減及び素子コスト低減に有効である。
【００４４】
前記第一の電極層４、第二の電極層５及び第三の電極層２は、好ましくは、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属で構成されているか、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されている。また、これら導電性高分子は、適当なドーパントをドーピングすることにより導電率を高くして用いてもよい。ドーピングに用いられるドーパントとしては、ポリスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸などの蒸気圧の低いものを用いるのが好ましい。
【００４５】
前記▲１▼〜▲３▼の導電性高分子は、塗布可能な材料である。前記第一の電極層４、第二の電極層５及び第三の電極層２は、塗布可能な材料で構成されているので、真空製膜プロセスのような煩雑なプロセスを用いることなく電極が形成可能であり、そのために、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００４６】
本発明において、電気絶縁層３、有機半導体層６及び導電性高分子で構成される電極層（２，４，５）を成膜するには、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、孔版印刷法等、公知の印刷法が用いられるが、高精細なパターニングが可能なオフセット印刷が好適である。
【００４７】
本発明の有機半導体装置１０〜５０においては、前記電気絶縁性基板１は、好ましくは、可撓性を有するものである。このように、電気絶縁性基板１が可撓性を有するものであると、携帯に優れた表示装置やセンサーが作製可能となり、また、センサーや良好な視認性を有する低消費電力の表示装置を低コストで作製することが可能となる。
【００４８】
本発明で用いられる電気絶縁性基板１を構成する樹脂は、例えば、スチレン系重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂や、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、及び、その他架橋性の熱硬化性樹脂であり、さらにには、エポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂である。
【００４９】
本発明の表示装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の有機半導体装置をスイッチング素子として有するものである。このような表示素子は、例えば、有機ＥＬ表示装置、液晶表示装置及び電気泳動表示装置である。このように、表示装置が請求項１〜１２のいずれかに記載の有機半導体装置をスイッチング素子として有していると、例えば、液晶表示装置に用いた場合、良好な視認性と、低消費電力の表示装置を低コストで作製することが可能となる。
【００５０】
本発明の半導体装置を有する液晶表示装置は、図６に示される。
図６において、６０は、液晶表示装置である。液晶表示装置６０には、共通する電気絶縁性基板１１上に、第三の電極層１２、電気絶縁層１３、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層１４及び第二の電極層１５を順次有し、そして、前記第一の電極層１４及び第二の電極層１５の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層１６を順次有する能動素子が設けられている。そして、前記第二の電極層１５は、画素電極としても機能するように電気絶縁性基板１１に沿って他方に延長されて設けられている。また、前記能動素子上には、ポリマー１７中に分散された液晶１８を有するＰＤＬＣ層１９が設けられている。この液晶表示装置６０においては、能動素子がオフ時にはＰＤＬＣ層１９の散乱によって白色表示がなされ、また、オン時にはＰＤＬＣ層１９が透明となって画素電極の反射色表示がなされる。
【００５１】
本発明の半導体装置を有する表示装置では、前記有機能動素子が可撓性を有する基板面上に設けられている。このような有機能動素子が可撓性を有する基板面上に設けらた表示素子、例えば、有機ＥＬ表示装置は、図７に示される。図７において、７０は、有機ＥＬ表示装置である。有機ＥＬ表示装置７０には、共通する可撓性透明基板２１上に、第三の電極層２２、電気絶縁層２３、並びに、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層２４及び第二の電極層２５を順次有し、そして、前記第一の電極層２４及び第二の電極層２５の間隔を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層２６を順次有する半導体装置が設けられている。そして、前記第二の電極層２５に接触させて可撓性透明基板２１に沿って透明電極２７が設けられている。また、透明電極２７の上面には、発光層２８が設けられている。図７では、発光は、矢印のように下方向に放射されている。
【００５２】
本発明の表示装置は、このように、有機能動素子が可撓性を有する基板面上に設けられているので、フレキシビリティを有する表示装置が作製可能であり、しかも、良好な視認性と、低消費電力の表示装置を低コストで作製する事が可能となる。
【００５３】
本発明の有機半導体装置を有する水位センサーは、図８に示される。
次に、この水位センサーにおける回路の動作原理を説明する。
検出電極が水面に達してないときは、有機トランジスタのゲート電極に電流が流れないので、トランジスタのソース電極とドレイン電極間が非導通となり、そのために、電子ブザーが鳴らない。水位が上昇して検出電極に達すると、電極間に水を通じて電流が流れるので、トランジスタのゲートに電流が流れ、この結果、トランジスタのソース・ドレイン間が導通状態となって、電源の陽極−電子ブザー−トランジスタのソース電極−トランジスタのドレイン電極−電源の陰極のルートで電流が流れるようになり、電子ブザーが鳴る。
【００５４】
【実施例】
（実施例１）
（１）３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板（７０５９，コーニング社製）の表面に厚さ７０ｎｍのアルミニウム電極を真空蒸着により成膜し、ゲート電極を作製した。このときの真空度は、５×１０^−６Ｔｏｒｒ、成膜速度は３〜５Å／秒であった。
（２）シアノエチルプルラン（シアノレジンＣＲ−Ｓ、信越化学工業社製）１０重量部をシクロヘキサノン（住友化学社製）１００重量部に溶解させてシアノエチルプルラン溶液とし、このシアノエチルプルラン溶液をアルミニウム電極が成膜されたガラス基板上にスピンコートした後、これをホットプレート上で窒素雰囲気下において１２０℃で２時間乾燥してシアノエチルプルラン薄膜を形成した。
（３）ポリイミド樹脂（パウダー ＵＩＰ−Ｒ、宇部興産社製）１５重量部をアセトン（和光純薬社製）とジメチルホルムアミド（和光純薬社製）との９：１重量比の混合溶剤１００重量部に溶解させ、これをよく攪拌してポリイミド樹脂の分散液とし、このポリイミド樹脂分散液を前記シアノエチルプルラン薄膜の上にスピンコートした後、これをホットプレート上で窒素雰囲気下において１２０℃で２時間乾燥してポリイミド樹脂薄膜を形成した。このようにして得られた積層薄膜を触針法により測定したところ、積層薄膜の膜厚は２５０ｎｍであり、また、その算術平均粗さ（Ｒａ）は３５Åであった。この積層薄膜の表面にアルミニウム電極（φ３ｍｍ、膜厚６０ｎｍ）を蒸着した後、そのキャパシタンスをインピーダンスアナライザー４１９４Ａ（ヒューレット・パッカード社製）で測定したところ、この積層薄膜の比誘電率は６．２（１ｋＨｚ）であった。また、この積層膜の体積抵抗率を四点法で測定したところ、５×１０^１３Ω・ｃｍであった。また、この積層薄膜の電流−電圧特性を半導体パラメータアナライザー４１４５Ｂ（ヒューレット・パッカード社製）を用いて測定したところ、この積層薄膜の絶縁耐圧は、１２０ｋＶ／ｍｍであった。
【００５５】
（４）絶縁層上にメタルマスクを配置した後、絶縁膜表面に金を蒸着しソースならびにドレイン電極を作製した。この時の膜厚は５０ｎｍであった。蒸着の際の真空度は５×１０^−６Ｔｏｒｒ、成膜速度は２〜３Å／秒であった。基板温度は特に制御せず室温（２５℃）とした。ソース電極及びドレイン電極の形状は、１ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、１０ｍｍの辺が５０μｍ間隔で配置されている。この膜を反射型光学顕微鏡で観察したところ、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（チャネル長）は５０μｍであり、また、電極長さ（チャネル幅）は１０ｍｍであった。
（５）電気絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極上にペンタセン（アルドリッチ社製）を蒸着して５０ｎｍ厚の有機半導体層を形成した。成膜条件は、真空度：３×１０^−６Ｔｏｒｒ、基板温度：２５℃、蒸着源温度：２２０℃、及び、成膜速度：３Å／秒であった。
このようにして得られた有機トランジスタ（能動素子）の電流−電圧特性を半導体パラメータアナライザー（４１４５Ｂ、ヒューレット・パッカード社製）で窒素雰囲気下において測定した。測定結果は、図９に示される。図９によれば、この有機トランジスタでは、約９Ｖのゲート電圧で６００μＡの電流値が得られることがわかる。有機高誘電率材料であるシアノエチルプルランを用いていない下記の比較例１による有機トランジスタ（図１１）では、１８Ｖのゲート電圧を要していることから、本発明の有機トランジスタ（能動素子）では、低いゲート電圧で動作できることがわかる。
【００５６】
（実施例２）
（１）前記実施例１における（１）と同様にガラス基板の表面に第三の電極（ゲート電極）を形成した。
（２）アルキルシロキサンポリマー溶液（Ｔ−１４、ハネウェル社製）をアルミニウム電極が成膜されたガラス基板上にスピンコートした後、これをホットプレート上で窒素雰囲気下において１６０℃で１時間乾燥して、アルキルシロキサンポリマー薄膜を形成した。このようにして得られた積層膜を触針法により測定したところ、積層膜の膜厚は２００ｎｍであり、また、その算術平均粗さ（Ｒａ）は１５Åであった。
（３）この積層膜の上にＲＦスパッタ法により１００ｎｍ厚のチタン酸ストロンチウム薄膜を成膜した。このときの成膜条件は、スパッタ圧力：４×１０^−１Ｐａ、基板温度：１５０℃、スパッタ電力：２００Ｗ、ガス流量：Ａｒ／Ｏ^２ ＝４／１であった。
得られた積層薄膜の表面にアルミニウム電極（φ３ｍｍ、膜厚６０ｎｍ）を蒸着した後、インピーダンスアナライザー４１９４Ａ（ヒューレット・パッカード社製）でキャパシタンスを測定し、これから比誘電率を求めたところ、積層薄膜の比誘電率は、約１１（１ｋＨｚ）であった。また、この積層薄膜の抵抗率を四点法で測定したところ、５×１０^１５Ω・ｃｍと高い絶縁性を示した。また、この積層膜の電流−電圧特性を半導体パラメータアナライザー４１４５Ｂ（ヒューレット・パッカード社製）を用いて測定したところ、この積層膜の絶縁耐圧は、２３１ｋＶ／ｍｍであった。
【００５７】
（４）絶縁層上にメタルマスクを配置した後、絶縁膜表面に金を蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成した。この時の膜厚は５５ｎｍであった。蒸着の際の真空度は、５×１０^−６Ｔｏｒｒであり、また、成膜速度は、２〜３Å／秒であった。ソース電極及びドレイン電極の形状は１ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、また、１０ｍｍの辺が５０μｍ間隔で配置されていた。反射型光学顕微鏡により、この膜を観察したところ、ソース電極とドレイン電極と間のチャネル長は５０μｍであり、また、チャネル幅は１０ｍｍであった。
（５）電気絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極上にペンタセン（アルドリッチ社製）を蒸着して５０ｎｍ厚の有機半導体層を形成した。成膜条件は、真空度：３×１０^−６Ｔｏｒｒ、基板温度：２５℃、蒸着源温度：２２０℃、及び、成膜速度：３Å／秒であった。
このようにして得られた有機トランジスタ（能動素子）の電流−電圧特性を半導体パラメータアナライザー（４１４５Ｂ、ヒューレット・パッカード社製）で窒素雰囲気下において測定した。測定結果は、図１０に示される。図１０によれば、この有機トランジスタでは、約７Ｖのゲート電圧で６００μＡの電流値が得られることがわかる。有機高誘電率材料であるシアノエチルプルランを用いていない下記の比較例２による有機トランジスタ（図１１）では、２０Ｖのゲート電圧を要していることから、本発明の有機トランジスタ（能動素子）では、低いゲート電圧で動作できることがわかる。
【００５８】
（比較例１）
電気絶縁層をポリイミド樹脂のみを用いて形成し、そして、ポリイミド樹脂の膜厚を２５０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機トランジスタ（能動素子）を得た。
この有機トランジスタの電流−電圧特性を実施例１と同様に測定した。測定結果は、図１１に示される。図１１によれば、この有機トランジスタでは、ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示していることがわかる。
【００５９】
（比較例２）
電気絶縁層をアルキルシロキサンポリマーのみを用いて形成し、そして、アルキルシロキサンポリマーの膜厚を２００ｎｍとした以外は、実施例２と同様にして有機トランジスタ（能動素子）を得た。
この有機トランジスタの電流−電圧特性を実施例２と同様に測定した。測定結果は、図１２に示される。図１２によれば、この有機トランジスタでは、ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示していることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
（１）請求項１〜４、７〜１１に記載された発明によれば、電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方は、有機の電気絶縁材料で構成されているので、（１）リーク電流を少なくすることができると共に、高誘電率を保ちながら絶縁耐圧を上げることができ、それらのために、ソース・ドレイン間電流のオン／オフ比を大きくすることができると共に、低いゲート電圧で動作させることができる有機半導体装置を低コストで提供することができ、また、（２）有機の電気絶縁材料で電極に対する段差被覆性（ステップカバレッジ）を上げて、電極の縁や段差などからのリーク電流を抑えることが可能となり、そのために、より低い電界強度における絶縁破壊を防ぐことができる。
【００６１】
（２）請求項５に記載された発明によれば、有機の電気絶縁材料で構成されている層が電気絶縁性基板に近い側に設けられているので、さらに、第三の電極層（ゲート電極）２への段差被覆性（ステップカバレッジ）が良くなり、そのために、より低い電界強度における絶縁破壊を防ぐことが可能となる。
【００６２】
（３）請求項６に記載された発明によれば、電気絶縁層を構成する（Ａ）及び（Ｂ）の層の両方が有機の電気絶縁材料で構成されているので、プロセスを単純化でき、そのために、製造コストを低く抑えることが可能となり、また、これと接する有機半導体層６との親和性がよく、そのために、有機半導体分子が凝集し素子特性が悪くなる現象を抑えることが可能となる。
【００６３】
（４）請求項１２に記載された発明によれば、電気絶縁性基板が可撓性を有するものであるので、携帯に優れた表示装置やセンサーが作製可能となり、また、センサーや良好な視認性を有する低消費電力の表示装置を低コストで作製することが可能となる。
【００６４】
（５）請求項１３に記載された発明によれば、請求項１〜１３のいずれかに記載の有機能動素子をスイッチング素子として有しているので、例えば、液晶表示装置とすると、良好な視認性と、低消費電力の表示装置を低コストで作製する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。
【図３】本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。
【図５】本発明の他の一実施の形態を示す有機半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する液晶表示素子の断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態を示す有機半導体装置を有する水位センサーの概念図である。
【図９】ソース・ドレイン電圧が−５Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。
【図１０】ソース・ドレイン電圧が−１０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。
【図１１】ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。
【図１２】ソース・ドレイン電圧が−２０Ｖの飽和領域において、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性を示したグラフである。
【符号の説明】
１，１１，２１ 基板
２，１２，２２ 第三の電極層（ゲート電極）
３，１３，２３ 電気絶縁層
３ａ 有機の電気絶縁材料で構成されている層
３ｂ 有機の電気絶縁材料で構成されている層、又は、無機の電気絶縁材料で構成されている層
４，１４，２４ 第一の電極層（ソース電極）
５，１５，２５ 第二の電極層（ドレイン電極）
６，１６，２６ 有機半導体層
１０，２０，３０，４０，５０ 有機半導体装置
１７ ポリマー
１８ 液晶
１９ ＰＤＬＣ層
２７ 透明電極
２８ 発光層
６０ 液晶表示素子
７０ 有機ＥＬ表示素子

Claims (13)

1. 電気絶縁性基板、第三の電極層、電気絶縁層、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、並びに、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置。
2. 電気絶縁性基板、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた有機半導体層、電気絶縁層、並びに、第三の電極層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置。
3. 電気絶縁性基板、有機半導体層、同一平面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、前記第一の電極層及び第二の電極層の間隙を埋めると共にそれらの上面を覆うように設けた電気絶縁層、並びに、第三の電極層を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置。
4. 電気絶縁性基板、第三の電極層、電気絶縁層、有機半導体層、並びに、同一面に間隔を設けて配置された第一の電極層及び第二の電極層、を順次有する有機半導体装置において、前記電気絶縁層が、（Ａ）体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料で構成される層と、（Ｂ）比誘電率が４以上の電気絶縁材料で構成される層とを有し、そして、前記（Ａ）及び（Ｂ）の層の少なくとも一方が有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする有機半導体装置。
5. 前記有機の電気絶縁材料で構成されている層が、電気絶縁性基板に近い側に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機半導体装置。
6. 前記電気絶縁層を構成する（Ａ）及び（Ｂ）の層の両方が、有機の電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機半導体装置。
7. 前記体積抵抗率が１０^６ Ωｃｍよりも大きい電気絶縁材料が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフラレート、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、シリコーン樹脂から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機半導体装置。
8. 前記比誘電率が４以上の電気絶縁材料が、▲１▼シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルスターチ、シアノエチルジヒドロキシプロピルスターチ、シアノエチルプルラン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルシュクロース、シアノエチルソルビトール等のシアノエチル基含有化合物、▲２▼ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体等のビニリデン系高分子化合物、並びに、▲３▼ポリｐ−ビニルフェノール、ポリｐ−ビニルフェノール臭素化物、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸メチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−メタクリル酸２−ヒドロキシエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−スチレン共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸ブチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−アクリル酸２−ヒドロキシルエチル共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フェニルマレイミド共重合体、ｐ−ビニルフェノール−マレイン酸共重合体、ｐ−ビニルフェノール−フマル酸共重合体等のｐ−ビニルフェノール系高分子化合物、から選ばれる少なくとも１種の有機の電気絶縁材料を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機半導体装置。
9. 前記比誘電率が４以上の電気絶縁材料が、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、ジルコニウム酸バリウム、ジルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、ペントオキサイドタンタル、ジオキサイドチタン、トリオキサイドイットリウム、酸化アルミニウム、酸化ホフニウム、窒化シリコン、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、及び、酸化イットリウムから選ばれる少なくとも１種の無機の電気絶縁材料を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機半導体装置。
10. 前記有機半導体層が、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物およびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、ポリシラン、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン誘導体、ジアリールアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、９−スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、インデノン誘導体、ブタジエン誘導体、ピレン誘導体、ビススチルベン誘導体、エナミン誘導体、及び、チオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機材料、或いは、ペンタセン、テトラセン、ビスアゾ系色素、ポリアゾ系色素、トリアリールメタン系色素、チアジン系色素、オキサジン系色素、キサンテン系色素、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系色素、キナクリドン系色素、インジゴ系色素、ペリレン系色素、多環キノン系色素、ビスベンズイミダゾール系色素、インダンスロン系色素、スクアリリウム系色素、アントラキノン系色素、及び、フタロシアニン系色素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の有機半導体材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機半導体装置。
11. 前記第一の電極層、第二の電極層及び第三の電極層が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タンタル）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等の金属で構成されているか、或いは、▲１▼ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、▲２▼ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、並びに、▲３▼ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子よりなる群から選ばれる少なくとも１種の導電性高分子で構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の有機半導体装置。
12. 前記電気絶縁性基板が、可撓性を有するものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の有機半導体装置。
13. 前記請求項１〜１２のいずれかに記載の有機半導体装置をスイッチング素子として有することを特徴とする表示装置。

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