JP2005072495A - Organic field effect transistor, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic FET and the manufacturing method thereof wherein the bonding quality of both its source and drain electrodes to its organic semiconductor layer is sufficiently improved, and the deterioration of its organic semiconductor layer with the passage of time is made small. <P>SOLUTION: The organic FET 1 has a gate electrode 2 formed on one side of a gate insulation film 4, an organic semiconductor layer 6 formed on the other side of the gate insulation film 4, source and drain electrodes 10, 12 formed above the layer 6 and disposed with a constant space between them, and a buffer layer 8 formed between both the electrodes 10, 12 and the organic semiconductor layer 6. This buffer layer 8 is so constituted out of a metal complex as to be able to improve the bonding quality of both the electrodes 10, 12 to the organic semiconductor layer 6. Consequently, the contacting resistances of both the electrodes 10, 12 with the organic semiconductor layer 6 are made very low in the organic FET 1 having this buffer layer 8. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機電界効果トランジスタ(有機FET;field-effect transistor)及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic field effect transistor (organic FET) and a method for manufacturing the same.

一般に、有機半導体を利用した薄膜有機FETは、半導体層が印刷法、スプレー法、インクジェット法等の簡便なプロセスで形成され得るので、無機半導体を用いたFETに比して格段に安価に製造することができる。また、大面積で且つ軽量、薄型の集積回路を平易に作製できる可能性があり、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、ICカード等への応用が期待されている。   In general, thin-film organic FETs using organic semiconductors are manufactured at a much lower cost than FETs using inorganic semiconductors, since the semiconductor layer can be formed by a simple process such as printing, spraying, and ink-jet methods. be able to. In addition, there is a possibility that a light-weight and thin integrated circuit having a large area can be easily produced, and application to liquid crystal displays, organic EL displays, IC cards, and the like is expected.

近年、有機半導体のキャリア移動度が向上し、アモルファスシリコンに匹敵する程度の移動度を発現し得るものが見出されており、これらの高い移動度を有する有機半導体を用いたFETの実用化に向けての研究が盛んに進められている。具体的には、このような高い移動度を発現する有機材料としては、ペンタセン、ポリアルキルチオフェン等が得られるようになっており、有機FETの開発に大きな進展が認められる。   In recent years, the carrier mobility of organic semiconductors has been improved, and it has been found that the mobility that is comparable to that of amorphous silicon can be expressed. For practical application of FETs using organic semiconductors having these high mobility. Research towards this is actively underway. Specifically, pentacene, polyalkylthiophene, and the like have been obtained as organic materials that exhibit such high mobility, and great progress has been made in the development of organic FETs.

しかし、これらの有機FETにおいては、ソース電極及びドレイン電極は通常金属等の無機材料から構成されるため、これらの電極と有機材料である有機半導体層との接合状態が悪い傾向にあった。有機FETにおいてこれらの接合状態が悪いと、電極と有機半導体層との間の接触抵抗が大きくなり、印加するゲート電圧の損失が生じるようになる。このため、これまでの有機FETは、無機半導体を用いたFETと同等の電流値を得るためには過剰なゲート電圧が必要とされる場合が多く、有機半導体が本来有している高い移動度にもかかわらず、実用的な電圧の範囲で使用することが困難であった。   However, in these organic FETs, since the source electrode and the drain electrode are usually made of an inorganic material such as a metal, the bonding state between these electrodes and the organic semiconductor layer that is an organic material tends to be poor. When these junction states are poor in the organic FET, the contact resistance between the electrode and the organic semiconductor layer increases, and a loss of the applied gate voltage occurs. For this reason, conventional organic FETs often require an excessive gate voltage in order to obtain a current value equivalent to that of an FET using an inorganic semiconductor, and the high mobility inherent in organic semiconductors. Nevertheless, it was difficult to use in a practical voltage range.

そこで、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との接合性を改善して両者の接触抵抗の低下を図るべく、有機半導体と対の性質を有するドーパントを半導体層におけるソース電極及びドレイン電極に接する領域にのみドープさせた有機FETが知られている(例えば、特許文献1参照。)。かかる有機FETにおいては、有機半導体層におけるソース及びドレイン電極付近の領域にドーパントをドープすることにより、有機半導体層中に電荷移動錯体を形成し、これによりキャリア密度を増加させて両電極と有機半導体層との接触抵抗の低減を図っている。
特開2002−204012号公報
Therefore, in order to improve the bondability between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer and to reduce the contact resistance between them, a dopant having a property of being paired with the organic semiconductor is applied to the region in contact with the source and drain electrodes in the semiconductor layer. Only an organic FET doped with only one is known (for example, see Patent Document 1). In such an organic FET, a dopant is doped in the region of the organic semiconductor layer near the source and drain electrodes, thereby forming a charge transfer complex in the organic semiconductor layer, thereby increasing the carrier density, thereby increasing both the electrode and the organic semiconductor. The contact resistance with the layer is reduced.
JP 2002-204012 A

しかし、上記特許文献1に記載の有機FETであっても、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との接合性の改善効果は充分に得られておらず、FETとして実用化するためには更なる改良が必要であった。   However, even with the organic FET described in Patent Document 1, the effect of improving the bondability between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer has not been sufficiently obtained. An improvement was needed.

また、この有機FETのように、ソース電極及びドレイン電極が有機半導体層上に形成されている、いわゆるトップコンタクト型の有機FETにおいては、これらの電極は蒸着等により形成される場合が多い。しかし、このようにして製造された有機FETは、有機半導体層が電極形成の際の高温により熱ダメージを受けるため、これにより各電極との接合部付近において有機半導体層が劣化を生じている場合があった。このような有機半導体層の劣化も、電極と有機半導体層との接合性を悪化させる一因となっていた。   Further, in this so-called top contact type organic FET in which the source electrode and the drain electrode are formed on the organic semiconductor layer as in this organic FET, these electrodes are often formed by vapor deposition or the like. However, the organic FET manufactured in this way is subject to thermal damage due to the high temperature at the time of electrode formation, so that the organic semiconductor layer is deteriorated in the vicinity of the junction with each electrode. was there. Such deterioration of the organic semiconductor layer has also contributed to the deterioration of the bonding property between the electrode and the organic semiconductor layer.

さらに、この有機FETは、長時間大気に晒されたり、また使用回数が増加したりすると、有機半導体層が経時的に劣化して、これによりゲート電圧を印加しない状態でも相当量の電流が流れるようになってしまう場合があった。こうなると、有機FETはオン/オフ時の電流値の差が小さくなり、トランジスタとしての使用に適さないものとなる。   Furthermore, when this organic FET is exposed to the atmosphere for a long time or the number of times of use increases, the organic semiconductor layer deteriorates with time, and a considerable amount of current flows even when no gate voltage is applied. There was a case where it became like this. In this case, the organic FET has a small difference in current value during on / off, and is not suitable for use as a transistor.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との接合性が充分に改善され、且つ有機半導体層の経時的劣化の少ない有機FET及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an organic FET in which the bondability between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer is sufficiently improved and the deterioration of the organic semiconductor layer with time is small, and the production thereof. It aims to provide a method.

本発明者らの詳細な研究によると、上記特許文献1に記載された有機FETで充分な接合性の改善効果が認められないのは、以下に示す原因によることが判明した。すなわち、この有機FETにおいては、有機半導体層におけるソース及びドレイン電極付近のキャリア密度を高めることによって、キャリアの移動による電極−有機半導体層間の電気的な相互作用を起こり易くしている。しかし、かかる手法は、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との接合性を本質的に改善するものではなく、このために、ある程度以上の接合性の改善効果が得られていなかった。   According to detailed studies by the present inventors, it has been found that the organic FET described in Patent Document 1 does not have a sufficient improvement in bonding properties due to the following causes. That is, in this organic FET, by increasing the carrier density in the vicinity of the source and drain electrodes in the organic semiconductor layer, an electrical interaction between the electrode and the organic semiconductor layer is easily caused by the movement of carriers. However, such a technique does not essentially improve the bondability between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer, and for this reason, the effect of improving the bondability to some extent has not been obtained.

また、上記特許文献1に記載の有機FETは、ソース及びドレイン電極付近の有機半導体層にのみドーパントがドープされており、これにより有機半導体層全体に電荷移動錯体が形成されないようにして、オフ時の電流値が不都合に大きくなることを防いでいる。しかし、本発明者らは、このような構成とした場合でも、経時的なドーパントの拡散や電圧印加の際のマイグレーション等を免れ得ないことを見出した。そして、このことが有機半導体層の経時的な劣化を招いているものと推測した。   Further, the organic FET described in Patent Document 1 is doped with a dopant only in the organic semiconductor layer in the vicinity of the source and drain electrodes, so that a charge transfer complex is not formed in the entire organic semiconductor layer. Is prevented from becoming undesirably large. However, the present inventors have found that even when such a configuration is adopted, diffusion of dopant over time, migration during voltage application, etc. cannot be avoided. And this presumed that the organic semiconductor layer caused deterioration with time.

本発明者らはこのような知見に基づいて、有機半導体層中に他の物質を導入してその特性を向上させるのではなく、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との間に特定の層を導入することによって、両者の接合性を本質的に改善するとともに、安定性の高い有機半導体層が得られることを見出し、本発明を想到するに至った。   Based on such knowledge, the present inventors do not introduce other substances into the organic semiconductor layer to improve its characteristics, but provide a specific layer between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer. Introducing the present invention has led to the improvement of the bonding properties between the two and the discovery of a highly stable organic semiconductor layer, leading to the present invention.

すなわち、本発明の有機FETは、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、有機半導体層とソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極との間に形成されており、金属錯体を含むバッファ層とを備えることを特徴とする。   That is, the organic FET of the present invention includes a source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer that becomes a channel between the source electrode and the drain electrode, a gate electrode for controlling the amount of current passing through the channel, and an organic semiconductor layer And a buffer layer including a metal complex, and is formed between at least one of the source electrode and the drain electrode.

このように有機半導体層とソース電極又はドレイン電極との間に、金属錯体からなるバッファ層を形成させると、電極−バッファ層間、及びバッファ層−有機半導体層間の2つの界面を介して電気的な作用が生じるようになる。バッファ層を構成している金属錯体が有する金属元素は、これらの2つの界面で生じる電位障壁、特に、バッファ層と有機半導体層との接触により生じる電位障壁を小さくすることができるものと考えられ、これにより、2つの界面での電気的な作用が極めて生じやすくなる。こうしてソース及びドレイン電極と有機半導体層との間に存在する2つの界面の接合性が改善された結果、両電極と有機半導体層とを直接接合させた従来の有機FETに比して、両者の接触により生じる抵抗が大幅に低下するものと推察される。   When the buffer layer made of the metal complex is formed between the organic semiconductor layer and the source electrode or the drain electrode in this way, the electric layer is electrically connected through the two interfaces between the electrode-buffer layer and the buffer layer-organic semiconductor layer. The action comes to occur. The metal element contained in the metal complex constituting the buffer layer is considered to be able to reduce the potential barrier generated at the interface between these two, particularly the potential barrier generated by the contact between the buffer layer and the organic semiconductor layer. As a result, an electrical action at the two interfaces is very likely to occur. As a result of the improved bondability of the two interfaces existing between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer, both the electrodes and the organic semiconductor layer are compared with the conventional organic FET in which both electrodes are directly bonded. It is presumed that the resistance caused by the contact is greatly reduced.

また、バッファ層を構成している金属錯体は、通常有機化合物との親和性が良好な配位子を金属元素の周囲に有している。このため、ソース及びドレイン電極と有機半導体層間に金属錯体からなるバッファ層を介在させることによって、金属錯体の金属元素とソース及びドレイン電極との金属同士の作用、及び、金属錯体の配位子と有機半導体層との有機物同士の作用による2つの親和性向上効果が生じるものと考えられる。ただし、作用はこれらに限定されるものではない。   Moreover, the metal complex which comprises the buffer layer has the ligand with favorable affinity with an organic compound around a metal element normally. For this reason, by interposing a buffer layer made of a metal complex between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer, the metal element of the metal complex and the metal of the source and drain electrodes, and the ligand of the metal complex and It is thought that two affinity improvement effects are produced by the action of organic substances with the organic semiconductor layer. However, the action is not limited to these.

さらに、前述したトップコンタクト型のように、有機半導体層上にソース又はドレイン電極を有する有機FETを製造する場合、本発明の有機FETによれば、ソース又はドレイン電極はバッファ層を介して有機半導体層上に形成される。また、バッファ層を構成している金属錯体は、金属等に比べて大幅に低い温度での蒸着が可能であり、有機半導体層上にバッファ層を形成させる際における有機半導体層への熱の影響は極めて小さい。このため、本発明の有機FETは、有機半導体層上に直接ソース又はドレイン電極を形成させていた従来の有機FETに比して、これらの電極を形成させる際に生じる有機半導体層の劣化は大幅に低減されたものとなる。   Furthermore, when manufacturing an organic FET having a source or drain electrode on an organic semiconductor layer as in the top contact type described above, according to the organic FET of the present invention, the source or drain electrode is connected to the organic semiconductor via the buffer layer. Formed on the layer. In addition, the metal complex composing the buffer layer can be deposited at a temperature significantly lower than that of metal, etc., and the influence of heat on the organic semiconductor layer when the buffer layer is formed on the organic semiconductor layer. Is extremely small. For this reason, the organic FET of the present invention is significantly less deteriorated when forming these electrodes than the conventional organic FET in which the source or drain electrode is formed directly on the organic semiconductor layer. Will be reduced.

さらにまた、本発明の有機FETによれば、実質的に単一の有機半導体から構成される有機半導体層であってもソース又はドレイン電極との接合性が良好となる。従って、上記従来の有機FETのように有機半導体層中にドーパント等を導入する必要がないため、これらの拡散等に起因した有機半導体層の経時劣化は生じ得ない。   Furthermore, according to the organic FET of the present invention, even an organic semiconductor layer substantially composed of a single organic semiconductor has good bonding properties with the source or drain electrode. Accordingly, since it is not necessary to introduce a dopant or the like into the organic semiconductor layer as in the conventional organic FET, the deterioration of the organic semiconductor layer over time due to the diffusion or the like cannot occur.

より具体的には、上記本発明の有機FETは、ソース電極及びドレイン電極とゲート電極との間に形成された絶縁層を有しており、有機半導体層は、絶縁層に対してソース電極及びドレイン電極が位置する側に形成されていると好ましい。   More specifically, the organic FET of the present invention has an insulating layer formed between a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode, and the organic semiconductor layer has a source electrode and an insulating layer with respect to the insulating layer. Preferably, the drain electrode is formed on the side where the drain electrode is located.

ここで、バッファ層及び有機半導体層間の電位障壁を更に低下させるためには、有機半導体層を構成する有機半導体がp型半導体であり、バッファ層を構成する金属錯体の有する金属元素が有機半導体よりも大きい仕事関数を有するものであると望ましい。具体的には、この場合の金属元素の仕事関数は、4.6eV以上であると好ましい。このような構成を有する有機FETによれば、印加する電圧にほぼ比例した電流値が得られるようになるとともに、従来の有機FETに比べてより現実的な電圧の範囲での駆動が可能となる。   Here, in order to further reduce the potential barrier between the buffer layer and the organic semiconductor layer, the organic semiconductor that constitutes the organic semiconductor layer is a p-type semiconductor, and the metal element that the metal complex that constitutes the buffer layer has is more than the organic semiconductor. It is desirable to have a large work function. Specifically, the work function of the metal element in this case is preferably 4.6 eV or more. According to the organic FET having such a configuration, a current value substantially proportional to the applied voltage can be obtained, and driving in a more realistic voltage range is possible as compared with the conventional organic FET. .

有機半導体層とバッファ層に含まれる金属錯体とをこのような組み合わせにすることによって上述した効果が得られる原因は現在のところ明らかではないが、例えば、以下に示すような理由が推測される。すなわち、本発明の有機FETにおいては、バッファ層は薄い膜状の形状を有している。金属錯体をこのような薄膜状に形成すると、薄膜中で金属元素と配位子とが分離して、バッファ層の表面付近に存在する金属元素が有機半導体層と接触する可能性がある。ここで、有機半導体層はp型半導体からなり、また金属元素は上述した所定の仕事関数を有しているため、これらの接触は、電位障壁が生じていない、いわゆる非整流性接触(オーミック接触)の状態となり得る。こうなると、バッファ層全体と有機半導体層との接触における電位障壁も大幅に小さくなるものと考えられる。こうして上述した効果が発揮されるものと推察される。   The reason why the above-described effect can be obtained by combining the organic semiconductor layer and the metal complex contained in the buffer layer is not clear at present. However, for example, the following reasons are assumed. That is, in the organic FET of the present invention, the buffer layer has a thin film shape. When the metal complex is formed in such a thin film shape, the metal element and the ligand are separated in the thin film, and the metal element existing near the surface of the buffer layer may come into contact with the organic semiconductor layer. Here, since the organic semiconductor layer is made of a p-type semiconductor and the metal element has the predetermined work function described above, these contacts are so-called non-rectifying contacts (ohmic contacts) in which no potential barrier is generated. ) State. In this case, it is considered that the potential barrier at the contact between the entire buffer layer and the organic semiconductor layer is significantly reduced. Thus, it is presumed that the above-described effects are exhibited.

同様の観点から、有機半導体層がn型半導体である場合には、バッファ層を構成する金属錯体の有する金属元素は有機半導体よりも小さい仕事関数を有していることが望ましい。具体的には、この場合の金属元素の仕事関数は、5.2eV以下であるとより好ましい。   From the same viewpoint, when the organic semiconductor layer is an n-type semiconductor, it is desirable that the metal element included in the metal complex constituting the buffer layer has a work function smaller than that of the organic semiconductor. Specifically, the work function of the metal element in this case is more preferably 5.2 eV or less.

これらのバッファ層は、金属元素が貴金属元素である金属錯体から構成されるものであると更に好ましい。このようなバッファ層は、ソース及びドレイン電極、並びに有機半導体層との接合性に優れるという特性を有している。さらに、貴金属元素は、通常高い仕事関数を有していることから、かかるバッファ層は有機半導体がp型半導体である場合において特に好ましく適用できる。   These buffer layers are more preferably composed of a metal complex whose metal element is a noble metal element. Such a buffer layer has a characteristic that it has excellent bonding properties with the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer. Further, since the noble metal element usually has a high work function, such a buffer layer can be applied particularly preferably when the organic semiconductor is a p-type semiconductor.

また、バッファ層に含まれる金属錯体は、非イオン性金属錯体であるとより好ましい。金属錯体がイオン性の錯体であると、その対イオンが有機半導体層に移動して、その安定性を低下させる原因となる場合がある。   The metal complex contained in the buffer layer is more preferably a nonionic metal complex. When the metal complex is an ionic complex, the counter ion may move to the organic semiconductor layer and cause a decrease in stability.

さらに、本発明の有機FETにおいては、バッファ層の厚さは、0.5〜10nmであると好ましい。このバッファ層が厚すぎると、バッファ層自体の抵抗が無視し得ない程度に大きくなり、所望の電流値を得るために過剰な電圧が必要となる場合がある。一方、薄すぎると均一な膜の形成が困難となり、厚さのばらつきに起因して充分な接合性改善効果が得られなくなる傾向にある。   Furthermore, in the organic FET of the present invention, the thickness of the buffer layer is preferably 0.5 to 10 nm. If the buffer layer is too thick, the resistance of the buffer layer itself becomes so large that it cannot be ignored, and an excessive voltage may be required to obtain a desired current value. On the other hand, if it is too thin, it is difficult to form a uniform film, and a sufficient bonding property improving effect tends not to be obtained due to variations in thickness.

また、本発明による有機FETの製造方法は、上記本発明の有機FETを平易に製造するための方法であって、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極とを備える有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、金属錯体を含むバッファ層を形成する工程を有することを特徴とする。   Further, the organic FET manufacturing method according to the present invention is a method for easily manufacturing the organic FET of the present invention, and is an organic material serving as a channel between the source electrode and the drain electrode and between the source electrode and the drain electrode. A method of manufacturing an organic field effect transistor comprising a semiconductor layer and a gate electrode for controlling the amount of current passing through a channel, the method comprising: at least one of a source electrode and a drain electrode; and an organic semiconductor layer And a step of forming a buffer layer containing a metal complex.

より具体的には、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側に有機半導体層を形成する工程、積層体における有機半導体層が形成された側にバッファ層を形成する工程、及び、積層体におけるバッファ層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を当該各電極の少なくとも一方がバッファ層上に位置するように形成する工程、を有する製造方法が好適である。このような製造方法によって、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方がバッファ層を介した状態で有機半導体層に接合されたトップコンタクト型の有機FETが製造される。   More specifically, a step of forming a stacked body including a gate electrode and an insulating layer, a step of forming an organic semiconductor layer on the side of the stacked body where the insulating layer is formed, and a side of the stacked body where the organic semiconductor layer is formed And a step of forming a source electrode and a drain electrode on the side where the buffer layer is formed in the laminate so that at least one of the electrodes is positioned on the buffer layer. Is preferred. By such a manufacturing method, a top contact type organic FET in which at least one of the source electrode and the drain electrode is bonded to the organic semiconductor layer with the buffer layer interposed therebetween is manufactured.

本発明による有機FETの製造方法はまた、有機半導体層の下部にソース及びゲート電極を備えるボトムコンタクト型の有機FETを平易に製造するための方法も提供する。かかる方法は、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程、ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方の上にバッファ層を形成する工程、及び、ソース電極又はドレイン電極の少なくとも一方との間にバッファ層を挟むように有機半導体層を形成する工程を有することを特徴とする。   The method for manufacturing an organic FET according to the present invention also provides a method for easily manufacturing a bottom contact type organic FET having a source and a gate electrode below an organic semiconductor layer. Such a method includes a step of forming a stacked body including a gate electrode and an insulating layer, a step of forming a source electrode and a drain electrode on the side of the stacked body where the insulating layer is formed, and at least one of the source electrode and the drain electrode. Forming a buffer layer, and forming an organic semiconductor layer so that the buffer layer is sandwiched between at least one of the source electrode and the drain electrode.

本発明によれば、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との接合性に優れ、且つ有機半導体層の経時劣化が少ない有機電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic field effect transistor which is excellent in the adhesiveness of a source electrode and a drain electrode, and an organic-semiconductor layer, and has little deterioration with time of an organic-semiconductor layer, and its manufacturing method can be provided.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted. Also, the positional relationship such as up / down / left / right is based on the positional relationship of the drawings.

図1は、本発明の第一実施形態に係る有機FETの要部を模式的に示す断面図である。有機FET1はゲート絶縁膜4(絶縁層)の一側(図中下側)に設けられたゲート電極2、ゲート絶縁膜4の他側(図中上側)に設けられた有機半導体層6、ゲート絶縁膜4の他側(図中上側)であって、有機半導体層6の上に設けられたソース電極10及びドレイン電極12、及び有機半導体層6とソース電極10及びドレイン電極12との間にそれぞれ設けられたバッファ層8を有しており、いわゆるトップコンタクト型の構成を有する有機FETである。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the organic FET according to the first embodiment of the present invention. The organic FET 1 includes a gate electrode 2 provided on one side (lower side in the figure) of the gate insulating film 4 (insulating layer), an organic semiconductor layer 6 provided on the other side (upper side in the figure), and a gate. On the other side of the insulating film 4 (upper side in the figure), between the source electrode 10 and the drain electrode 12 provided on the organic semiconductor layer 6, and between the organic semiconductor layer 6 and the source electrode 10 and drain electrode 12. Each of them has a buffer layer 8 provided, and is an organic FET having a so-called top contact type configuration.

このような構成を有する有機FET1におけるゲート電極2は、チャネルとして機能する後述の有機半導体層6を通るドレイン電流量を制御する機能を有している。このゲート電極2は、例えば、ポリシリコン、ドープトSi、金属、導電性ポリマー等の導電性部材からなり、基板としての役割も兼ねるものである。なお、基板として、ガラス材、セラミックス材、プラスチック材等の絶縁性基板を別途設けることもでき、この場合は、これらの基板上にゲート電極2を形成させる。   The gate electrode 2 in the organic FET 1 having such a configuration has a function of controlling the amount of drain current passing through the organic semiconductor layer 6 described later functioning as a channel. The gate electrode 2 is made of a conductive member such as polysilicon, doped Si, metal, or conductive polymer, and also serves as a substrate. Note that an insulating substrate such as a glass material, a ceramic material, or a plastic material can be separately provided as the substrate. In this case, the gate electrode 2 is formed on these substrates.

ゲート電極2上に形成されたゲート絶縁膜4は、適宜の誘電性を発現し得る材料から構成され、具体的には、例えば、SiO、Al、Si、TiO等の無機誘電体や、ポリイミド、マイラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート等の有機高分子等が挙げられる。また、ゲート電極2が酸化されて誘電性を示すような材料からなる場合、ゲート絶縁膜4は、このゲート電極2の表面に酸化を施して形成された酸化膜とすることもできる。このようなゲート電極2及びゲート絶縁膜4としては、例えばSi及びSiOが挙げられる。 The gate insulating film 4 formed on the gate electrode 2 is made of a material that can exhibit appropriate dielectric properties. Specifically, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , TiO 2, etc. Inorganic dielectrics, and organic polymers such as polyimide, mylar, polyvinylidene fluoride, and polymethyl methacrylate. When the gate electrode 2 is made of a material that is oxidized to exhibit dielectric properties, the gate insulating film 4 can be an oxide film formed by oxidizing the surface of the gate electrode 2. Examples of the gate electrode 2 and the gate insulating film 4 include Si and SiO 2 .

また、ゲート絶縁膜4上に形成された有機半導体層6は、後述するソース電極10及びドレイン電極12との間の電流路となる、いわゆるチャネルとしての機能を有するものである。かかる有機半導体層6は、このチャネル構造が実現されるような半導体特性を有する有機物であれば、p型、n型の区別なく適用でき、例えば、p型半導体としてはペンタセン、テトラセンといった直列配置された4つ又は5つ以上のオルト縮合ベンゼン環からなる多環体(アセン)、ポリアルキルチオフェン、チオフェンオリゴマー等が挙げられ、n型半導体としてはC60、フッ素化フタロシアニン類等が挙げられる。 The organic semiconductor layer 6 formed on the gate insulating film 4 has a function as a so-called channel that becomes a current path between a source electrode 10 and a drain electrode 12 described later. The organic semiconductor layer 6 can be applied without distinction between p-type and n-type as long as it is an organic substance having such semiconductor characteristics as to realize this channel structure. For example, the p-type semiconductor is arranged in series such as pentacene and tetracene. Examples thereof include polycycles (acene) composed of 4 or 5 or more ortho-fused benzene rings, polyalkylthiophenes, thiophene oligomers, etc., and n-type semiconductors include C 60 , fluorinated phthalocyanines and the like.

バッファ層8は、有機半導体層6とソース電極10及びドレイン電極12との間に、この両者の接触が生じないように形成されている。このバッファ層8は、主として金属錯体から構成されるものである。バッファ層8を構成する金属錯体としては、安定に成膜でき、且つ成膜後の安定性にも優れるものが好ましい。   The buffer layer 8 is formed between the organic semiconductor layer 6 and the source electrode 10 and the drain electrode 12 so as not to contact each other. The buffer layer 8 is mainly composed of a metal complex. The metal complex constituting the buffer layer 8 is preferably one that can form a film stably and has excellent stability after film formation.

このような金属錯体としては、例えば、有機半導体層6がp型半導体から構成される場合には、金属錯体の有している金属元素が有機半導体層6よりも大きな仕事関数を有しているものが好ましい。具体的には、この場合の金属元素の仕事関数は、4.6eV以上であることが好ましく、この条件を満たす金属としては、例えば、Au、Cu、Pt、Ni、Pd、Ir、Rh、Co等が挙げられる。   As such a metal complex, for example, when the organic semiconductor layer 6 is composed of a p-type semiconductor, the metal element contained in the metal complex has a larger work function than the organic semiconductor layer 6. Those are preferred. Specifically, the work function of the metal element in this case is preferably 4.6 eV or more, and examples of metals that satisfy this condition include Au, Cu, Pt, Ni, Pd, Ir, Rh, and Co. Etc.

一方、有機半導体層6がn型半導体から構成される場合には、金属元素が有機半導体層6よりも小さな仕事関数を有している金属錯体が好ましい。この場合、具体的には、金属元素の仕事関数は5.2eV以下であると好ましい。このような仕事関数を有する金属元素としては、Al、Ag、Mg、Ca、Li等を例示できる。   On the other hand, when the organic semiconductor layer 6 is composed of an n-type semiconductor, a metal complex in which the metal element has a work function smaller than that of the organic semiconductor layer 6 is preferable. In this case, specifically, the work function of the metal element is preferably 5.2 eV or less. Examples of the metal element having such a work function include Al, Ag, Mg, Ca, and Li.

これらの金属錯体における金属元素としては、一般的に貴金属に分類されるAu、Ag、Pt等の金属元素がより好ましく、有機半導体層6を形成している半導体の種類に応じて適宜選択して用いるとよい。貴金属元素は、殆どのものが大きな仕事関数を有していることから、p型半導体からなる有機半導体層6と組み合わせると好適である場合が多い。   The metal elements in these metal complexes are more preferably metal elements such as Au, Ag, and Pt, which are generally classified as noble metals, and can be appropriately selected according to the type of semiconductor forming the organic semiconductor layer 6. Use it. Since most precious metal elements have a large work function, they are often suitable in combination with the organic semiconductor layer 6 made of a p-type semiconductor.

また、金属錯体はイオン性ではなく、塩等の構造を有していない非イオン性錯体、すなわち分子性の錯体であるとより好ましい。従って、金属元素と配位子との組み合わせは、それぞれの価数の合計が0となるように選択するとよい。バッファ層8に含まれる金属錯体がイオン性の錯体であると、その対イオンが拡散等して有機半導体層6に取り込まれ、これが大気中における安定性を低下させて、有機半導体層6の経時的な劣化を引き起こす場合がある。   The metal complex is more preferably a nonionic complex that is not ionic and has no structure such as a salt, that is, a molecular complex. Therefore, the combination of the metal element and the ligand may be selected so that the sum of their valences becomes zero. When the metal complex contained in the buffer layer 8 is an ionic complex, the counter ion is diffused or the like and taken into the organic semiconductor layer 6, which reduces the stability in the atmosphere, and the organic semiconductor layer 6 is timed. May cause general deterioration.

これらの金属元素に配位する配位子としては、特に制限はないが、例えば0〜2価の配位子が例示できる。具体的な例を挙げると、0価の配位子としては下記式(1a)〜(1d)で表される構造のものが例示できる。なお、下記式中、Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示す。

Figure 2005072495
The ligand that coordinates to these metal elements is not particularly limited, and examples thereof include 0 to divalent ligands. Specific examples include zero-valent ligands having structures represented by the following formulas (1a) to (1d). In the following formulae, R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a phenyl group.
Figure 2005072495

また、1価の配位子としては、下記式(2a)〜(2j)が挙げられる。なお、下記式中、Rは上記と同義である。

Figure 2005072495
Examples of the monovalent ligand include the following formulas (2a) to (2j). In the following formulae, R is as defined above.
Figure 2005072495

さらに、2価の配位子としては、下記式(3a)〜(3e)で表されるものが例示できる。なお、下記式中、Rは上記と同義である。

Figure 2005072495
Further, examples of the divalent ligand include those represented by the following formulas (3a) to (3e). In the following formulae, R is as defined above.
Figure 2005072495

これらの配位子のなかでも、アセチルアセナト(上記式(2g)で表される配位子)、フェニルピリジン(上記式(2f)で表される配位子)、フタロシアニン(上記式(3a)で表される配位子)、ポルフィリン(上記式(3b)で表される配位子)等の配位子を有する金属錯体が、接合性向上効果に優れており、また入手も比較的容易であることから好ましい。   Among these ligands, acetylacetonate (ligand represented by the above formula (2g)), phenylpyridine (ligand represented by the above formula (2f)), phthalocyanine (the above formula (3a) ) And porphyrins (ligands represented by the above formula (3b)) are excellent in bonding property improving effect, and are relatively available. It is preferable because it is easy.

上述した金属元素及び配位子を有する金属錯体の好ましい例としては、白金(II)オクタエチルポルフィリン(下記式(4a)で表される化合物)、白金(II)アセチルアセトン(下記式(4b)で表される化合物)、イリジウム(III)フェニルピリジン(下記式(4c)で表される化合物)、銅(II)フタロシアニン(下記式(4d)で表される化合物)等が例示できる。なお、式(4a)中、Rはエチル基を示す。

Figure 2005072495
Preferred examples of the metal complex having the metal element and ligand described above include platinum (II) octaethylporphyrin (a compound represented by the following formula (4a)), platinum (II) acetylacetone (the following formula (4b)) Examples thereof include iridium (III) phenylpyridine (compound represented by the following formula (4c)), copper (II) phthalocyanine (compound represented by the following formula (4d)), and the like. In formula (4a), R 1 represents an ethyl group.
Figure 2005072495

これらの金属錯体から主として構成されるバッファ層8は、その厚さを、有機半導体層6の厚さの0.0005〜0.1倍程度とすることができ、具体的には、一般的な有機FETのサイズにおいて、0.5〜10nmであると好ましい。   The buffer layer 8 mainly composed of these metal complexes can have a thickness of about 0.0005 to 0.1 times the thickness of the organic semiconductor layer 6. The size of the organic FET is preferably 0.5 to 10 nm.

さらに、このバッファ層8上に形成されるソース電極10及びドレイン電極12は、公知の導電性材料から構成されるものであり、この両電極10,12のうち少なくともいずれか一方は、金属材料からなることが好ましい。金属材料としては、Au、Ag、Cu、Pt等、通常電極用の材料として用いられるものを特に制限なく適用できる。   Further, the source electrode 10 and the drain electrode 12 formed on the buffer layer 8 are made of a known conductive material, and at least one of the electrodes 10 and 12 is made of a metal material. It is preferable to become. As the metal material, those usually used as materials for electrodes, such as Au, Ag, Cu, and Pt, can be applied without particular limitation.

次に、このように構成された有機FET1を製造する手順の一例について説明する。まず、n型シリコン等からなり、基板を兼ねるゲート電極2を準備する。ゲート電極2を別の基板上に形成させる場合には、別途基板を準備した後、この基板上に公知の方法でゲート電極2を形成させる。このゲート電極2に適宜の熱処理を施し、30〜500nm程度の厚さの熱酸化膜(SiO膜)からなるゲート絶縁膜4を形成する。 Next, an example of a procedure for manufacturing the organic FET 1 configured as described above will be described. First, a gate electrode 2 made of n-type silicon or the like and serving as a substrate is prepared. In the case of forming the gate electrode 2 on another substrate, after preparing the substrate separately, the gate electrode 2 is formed on the substrate by a known method. The gate electrode 2 is appropriately heat-treated to form a gate insulating film 4 made of a thermal oxide film (SiO 2 film) having a thickness of about 30 to 500 nm.

次に、ゲート絶縁膜4上に、上述した有機半導体層6の材料を、蒸着法等により10〜100nm程度の厚さとなるように形成し、ゲート電極2、ゲート絶縁膜4及び有機半導体層6から構成される積層体を形成する。   Next, the material of the organic semiconductor layer 6 described above is formed on the gate insulating film 4 so as to have a thickness of about 10 to 100 nm by vapor deposition or the like, and the gate electrode 2, the gate insulating film 4, and the organic semiconductor layer 6 are formed. The laminated body comprised from these is formed.

次いで、この積層体における有機半導体層6上に、好ましくは0.5〜10nmの厚さのバッファ層8を形成する。このバッファ層8は、後の工程でソース電極10及びドレイン電極12を形成させる位置に該当する有機半導体層6上の部位に形成させる。バッファ層8を形成する方法としては、蒸着、スパッタ等の方法や、金属錯体等のバッファ層8を構成する材料を溶媒に溶解させ、有機半導体層6上に塗布した後、溶媒を乾燥させる方法等が例示でき、なかでも、作業性が良好であることから蒸着法が好ましい。蒸着によりバッファ層8を形成する場合、バッファ層8を形成させる部位に開口部を有するようなシャドウマスクを介して蒸着を実施する等して、上述したような所望の位置にバッファ層8を形成させる。   Next, a buffer layer 8 having a thickness of preferably 0.5 to 10 nm is formed on the organic semiconductor layer 6 in the stacked body. The buffer layer 8 is formed at a position on the organic semiconductor layer 6 corresponding to a position where the source electrode 10 and the drain electrode 12 are formed in a later step. As a method for forming the buffer layer 8, a method such as vapor deposition or sputtering, or a method in which a material constituting the buffer layer 8 such as a metal complex is dissolved in a solvent, applied onto the organic semiconductor layer 6, and then dried. Among them, the vapor deposition method is preferable because workability is good. When the buffer layer 8 is formed by vapor deposition, the buffer layer 8 is formed at a desired position as described above by performing vapor deposition through a shadow mask having an opening at a portion where the buffer layer 8 is formed. Let

さらに、こうして形成されたバッファ層8上に、Au等の金属からなる電極材料を蒸着等することにより、それぞれ厚さ50〜200nm程度のソース電極10及びドレイン電極12を形成して、有機FET1を得る。この場合、チャネル長は0.7〜100μm程度とし、チャネル幅は0.1〜10mm程度とすることが望ましい。   Further, by depositing an electrode material made of a metal such as Au on the buffer layer 8 formed in this manner, the source electrode 10 and the drain electrode 12 each having a thickness of about 50 to 200 nm are formed, and the organic FET 1 is formed. obtain. In this case, the channel length is preferably about 0.7 to 100 μm, and the channel width is preferably about 0.1 to 10 mm.

このように構成された有機FET1においては、ソース電極10及びドレイン電極12は、バッファ層8を介在させた状態で有機半導体層6に被着されている。このバッファ層8は、主として金属錯体から構成されるものである。金属錯体の有している金属元素は、両電極10,12及びバッファ層8間の電位障壁、並びにバッファ層8及び有機半導体層6間の電位障壁を低下させることができ、また、金属錯体の有している配位子はバッファ層8と有機半導体層6との親和性を向上させることができると考えられる。このような作用を有しているバッファ層8を備える有機FET1においては、ソース電極10及びドレイン電極12と有機半導体層6との間の接触抵抗が極めて低い状態となる。   In the organic FET 1 configured as described above, the source electrode 10 and the drain electrode 12 are attached to the organic semiconductor layer 6 with the buffer layer 8 interposed therebetween. The buffer layer 8 is mainly composed of a metal complex. The metal element contained in the metal complex can lower the potential barrier between the electrodes 10 and 12 and the buffer layer 8 and the potential barrier between the buffer layer 8 and the organic semiconductor layer 6. It is considered that the ligand possessed can improve the affinity between the buffer layer 8 and the organic semiconductor layer 6. In the organic FET 1 including the buffer layer 8 having such an action, the contact resistance between the source electrode 10 and the drain electrode 12 and the organic semiconductor layer 6 is extremely low.

また、このようにソース電極10及びドレイン電極12が、有機半導体層6上にバッファ層を介して被着されていることから、有機半導体層6は、この両電極10,12を蒸着等させる際に生じる熱の影響を受け難い。このため、従来の有機FETで問題となっていた、製造時における有機半導体層6の劣化が極めて少ないものとなる。   In addition, since the source electrode 10 and the drain electrode 12 are thus deposited on the organic semiconductor layer 6 via the buffer layer, the organic semiconductor layer 6 can be used when the electrodes 10 and 12 are deposited. Less susceptible to heat For this reason, the deterioration of the organic semiconductor layer 6 at the time of manufacture, which has been a problem in the conventional organic FET, becomes extremely small.

さらに、有機FET1における有機半導体層6がp型半導体からなるものである場合に、バッファ層8を構成している金属錯体に含まれる金属元素が有機半導体層6よりも仕事関数が大きいと、バッファ層8の表面付近の金属元素と有機半導体層6との接触がほぼオーミックとなり得る。こうなると、ソース電極10及びドレイン電極12と有機半導体層6との接触による電位障壁も極めて小さくなると考えられ、従来の有機FETに比して、より現実的な電圧範囲での駆動が可能となる。同様の効果は、有機半導体層6がn型であり、バッファ層8を構成している金属錯体の金属元素の仕事関数が有機半導体層6よりも小さい場合にも達成される。   Further, when the organic semiconductor layer 6 in the organic FET 1 is made of a p-type semiconductor, if the metal element included in the metal complex constituting the buffer layer 8 has a work function larger than that of the organic semiconductor layer 6, the buffer Contact between the metal element near the surface of the layer 8 and the organic semiconductor layer 6 can be almost ohmic. In this case, the potential barrier due to the contact between the source electrode 10 and the drain electrode 12 and the organic semiconductor layer 6 is considered to be extremely small, and the driving in a more realistic voltage range is possible as compared with the conventional organic FET. . The same effect is also achieved when the organic semiconductor layer 6 is n-type and the work function of the metal element of the metal complex constituting the buffer layer 8 is smaller than that of the organic semiconductor layer 6.

以上、本発明の有機FETの第1実施形態について説明したが、必ずしも上述した構成を有するものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。   The first embodiment of the organic FET of the present invention has been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described configuration, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、バッファ層8は、必ずしもソース電極10及びドレイン電極12の両方と有機半導体層6との間に形成されている必要はなく、両電極10,12のうち少なくとも一方と有機半導体層6との間に形成されていれば、接合性の改善効果は発揮され得る。なお、両電極10,12のうちのいずれか一方のみが金属材料から形成されている場合には、金属からなる電極の側にバッファ層8が形成されていることが望ましい。   For example, the buffer layer 8 is not necessarily formed between both the source electrode 10 and the drain electrode 12 and the organic semiconductor layer 6, and at least one of the electrodes 10 and 12 and the organic semiconductor layer 6 If it is formed in between, the effect of improving the bonding property can be exhibited. When only one of the electrodes 10 and 12 is made of a metal material, it is desirable that the buffer layer 8 be formed on the side of the electrode made of metal.

また、バッファ層8は、少なくともソース電極10及びドレイン電極12と有機半導体層6とが接触しないように設けられていればよく、例えば、上部に形成される電極10,12よりもバッファ層8のサイズが大きくてもよい。   Moreover, the buffer layer 8 should just be provided so that the source electrode 10 and the drain electrode 12 and the organic-semiconductor layer 6 may not contact at least, for example, the buffer layer 8 of the buffer layer 8 rather than the electrodes 10 and 12 formed in the upper part. The size may be large.

次に、本発明の有機FETの第2実施形態について説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係る有機FETの要部を模式的に示す断面図である。この有機FET11は、いわゆるボトムコンタクト型の構成を有する有機FETである。かかる有機FET11は、ゲート絶縁膜4(絶縁層)の一側に、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極2が形成され、また、ゲート絶縁膜4の他側に、一定の間隔をおいて配置されたソース電極10及びドレイン電極12を有している。さらに、ゲート絶縁膜4の他側であって、ソース電極10及びドレイン電極12上に、主として金属錯体から構成されるバッファ層18が形成されており、これらのバッファ層18の上方及び間には、ソース電極10及びドレイン電極12の間のチャネルとなる有機半導体層6が形成されている。このような構成を有する有機FET11は上述した有機FET1と同様の材料から形成される。   Next, a second embodiment of the organic FET of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an organic FET according to the second embodiment of the present invention. The organic FET 11 is an organic FET having a so-called bottom contact type configuration. In the organic FET 11, a gate electrode 2 for controlling the amount of current passing through the channel is formed on one side of the gate insulating film 4 (insulating layer), and a constant interval is formed on the other side of the gate insulating film 4. The source electrode 10 and the drain electrode 12 are disposed. Further, a buffer layer 18 mainly composed of a metal complex is formed on the other side of the gate insulating film 4 and on the source electrode 10 and the drain electrode 12, and above and between these buffer layers 18. An organic semiconductor layer 6 that becomes a channel between the source electrode 10 and the drain electrode 12 is formed. The organic FET 11 having such a configuration is formed from the same material as the organic FET 1 described above.

この有機FET11は以下のようにして製造可能である。まず、ゲート電極2を準備し、この上にゲート絶縁膜4を有機FET1と同様の方法で形成して積層体を得た後、この積層体のゲート絶縁膜4上に所定の間隔で配置されたソース電極10及びドレイン電極12を形成する。この場合、両電極10,12の形成方法は特に限定されないが、例えば、ゲート絶縁膜4上に電極の材料をスパッタリングにより成膜させた後、フォトリソグラフィー等によりパターニングする方法が例示できる。   This organic FET 11 can be manufactured as follows. First, a gate electrode 2 is prepared, and a gate insulating film 4 is formed thereon by a method similar to that of the organic FET 1 to obtain a stacked body, and then disposed on the gate insulating film 4 of the stacked body at a predetermined interval. The source electrode 10 and the drain electrode 12 are formed. In this case, the formation method of both the electrodes 10 and 12 is not particularly limited. For example, after forming the electrode material on the gate insulating film 4 by sputtering, patterning can be performed by photolithography or the like.

次に、このソース電極10及びドレイン電極12上に、蒸着等によりバッファ層18を形成する。バッファ層18は、両電極10,12とこれらの上に形成させる有機半導体層6との接触を生じさせないように、両電極10,12を覆うようにして形成することが望ましい。   Next, the buffer layer 18 is formed on the source electrode 10 and the drain electrode 12 by vapor deposition or the like. The buffer layer 18 is desirably formed so as to cover both the electrodes 10 and 12 so as not to cause contact between the both electrodes 10 and 12 and the organic semiconductor layer 6 formed thereon.

こうしてソース電極10及びドレイン電極12上にバッファ層18を形成した後、それぞれのバッファ層18の上方及び間に、ソース電極10及びドレイン電極12の電流路となるように有機半導体層6を形成して、有機FET11を得る。この有機半導体層6の形成方法としては蒸着法が好ましい。   After the buffer layer 18 is formed on the source electrode 10 and the drain electrode 12 in this way, the organic semiconductor layer 6 is formed above and between the buffer layers 18 so as to provide current paths for the source electrode 10 and the drain electrode 12. Thus, the organic FET 11 is obtained. As a method for forming the organic semiconductor layer 6, a vapor deposition method is preferable.

有機FET11は、上述した有機FET1と同様に種々の変形が可能である。例えば、バッファ層18は、必ずしもソース電極10及びドレイン電極12の両方の上に形成される必要はなく、いずれか一方の上に形成されていれば、接合性の改善効果は発揮され得る。   The organic FET 11 can be variously modified similarly to the organic FET 1 described above. For example, the buffer layer 18 does not necessarily have to be formed on both the source electrode 10 and the drain electrode 12, and if it is formed on one of them, the effect of improving the bonding property can be exhibited.

このように構成された有機FET11においては、有機半導体層6とソース電極10及びドレイン電極12とは、これらの間に金属錯体から構成されるバッファ層18が介在した状態で接触している。このため、有機FET1における場合と同様に、バッファ層18によって、両電極10,12と有機半導体層6との間の接触抵抗は、極めて小さいものとなる。   In the organic FET 11 configured as described above, the organic semiconductor layer 6 and the source electrode 10 and the drain electrode 12 are in contact with each other with a buffer layer 18 made of a metal complex interposed therebetween. For this reason, as in the case of the organic FET 1, the contact resistance between the electrodes 10, 12 and the organic semiconductor layer 6 becomes extremely small due to the buffer layer 18.

本発明の有機FETは、必ずしも上述したトップコンタクト型及びボトムコンタクト型の構造を有する有機FETに限定されない。具体的には、例えば、有機半導体層の一側にソース電極及びドレイン電極のいずれか一方の電極が形成され、他側に他方の電極が形成されたトップアンドボトムコンタクト型有機FETや、ソース電極とドレイン電極との間にゲート電極が形成されており、ゲート電極の周囲にソース電極及びドレイン電極間のチャネルとなる有機半導体層が形成されている縦型有機FET等も本発明の有機FETに含まれる。そして、いずれの有機FETにおいても、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、主として金属錯体から構成されるバッファ層が形成されており、これによりソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接合性が良好となっている。   The organic FET of the present invention is not necessarily limited to the organic FET having the top contact type and bottom contact type structures described above. Specifically, for example, a top-and-bottom contact type organic FET in which one of a source electrode and a drain electrode is formed on one side of the organic semiconductor layer and the other electrode is formed on the other side, or a source electrode A vertical organic FET in which a gate electrode is formed between the gate electrode and the drain electrode and an organic semiconductor layer serving as a channel between the source electrode and the drain electrode is formed around the gate electrode is also an organic FET of the present invention. included. In any organic FET, a buffer layer mainly composed of a metal complex is formed between at least one of the source electrode and the drain electrode and the organic semiconductor layer, whereby the source electrode or the drain electrode And the organic semiconductor layer have good bonding properties.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.

[有機FETの製造]
(実施例1)
まず、ゲート絶縁膜として約200nmの熱酸化膜を形成させたゲート電極を兼ねる高ドープのn型シリコン基板(バルク抵抗率:1Ωcm)を準備し、これを9×25mmの矩形板状に切り出した。次に、この基板におけるゲート絶縁膜上に、ペンタセンを真空蒸着して、約50nmの厚さの有機半導体層を形成させた。
[Manufacture of organic FET]
(Example 1)
First, a highly doped n-type silicon substrate (bulk resistivity: 1 Ωcm) also serving as a gate electrode on which a thermal oxide film of about 200 nm was formed as a gate insulating film was prepared, and this was cut out into a 9 × 25 mm rectangular plate shape. . Next, pentacene was vacuum-deposited on the gate insulating film of the substrate to form an organic semiconductor layer having a thickness of about 50 nm.

この有機半導体層上に、チャネル部となるべき部分をセパレートしたシャドウマスクを介して白金(II)オクタエチルポルフィリンを真空蒸着して、厚さ約2nmのバッファ層を形成した。さらに、このバッファ層上に厚さ約80nmの金の膜を真空蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成させ、有機FETを得た。なお、チャネル長を20μmとし、チャネル幅を5mmとした。   On this organic semiconductor layer, platinum (II) octaethylporphyrin was vacuum-deposited through a shadow mask in which a portion to be a channel portion was separated to form a buffer layer having a thickness of about 2 nm. Further, a gold film having a thickness of about 80 nm was vacuum deposited on the buffer layer to form a source electrode and a drain electrode, thereby obtaining an organic FET. The channel length was 20 μm and the channel width was 5 mm.

(実施例2)
白金(II)オクタエチルポルフィリンに代えてイリジウム(III)フェニルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機FETを得た。
(Example 2)
An organic FET was obtained in the same manner as in Example 1 except that iridium (III) phenylpyridine was used instead of platinum (II) octaethylporphyrin.

(実施例3)
白金(II)オクタエチルポルフィリンに代えて白金(II)アセチルアセトンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機FETを得た。
(Example 3)
An organic FET was obtained in the same manner as in Example 1 except that platinum (II) acetylacetone was used instead of platinum (II) octaethylporphyrin.

(実施例4)
白金(II)オクタエチルポルフィリンに代えて銅(II)フタロシアニンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機FETを得た。
Example 4
An organic FET was obtained in the same manner as in Example 1 except that copper (II) phthalocyanine was used instead of platinum (II) octaethylporphyrin.

(比較例1)
バッファ層を設けなかったこと以外は実施例1と同様にして有機FETを得た。
(Comparative Example 1)
Organic FET was obtained like Example 1 except not having provided the buffer layer.

[特性評価]
まず、実施例1〜4及び比較例1で得られた有機FETについて、ゲート電圧に対するドレイン電流の変化を測定した。このゲート電圧に対するドレイン電流の変化の測定は、半導体パラメータ・アナライザ(4155C、Agilent Technologies社製)を用いて行い、種々の値のドレイン/ソース電極間の電圧(ドレイン電圧)に対して、ゲート/ソース電極間の電圧(ゲート電圧)を連続的に変化させた場合に、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流(ドレイン電流)の値をモニターすることにより行った。なお、各有機FETは、ソース電極の電位を基準として、ドレイン電極及びゲート電極の電位が負となるように電圧を印加した場合にドレイン電流値が上昇したことから、典型的なp型のトランジスタ特性を示すことが判明した。
[Characteristic evaluation]
First, for the organic FETs obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the change in drain current with respect to the gate voltage was measured. The change in the drain current with respect to the gate voltage is measured using a semiconductor parameter analyzer (4155C, manufactured by Agilent Technologies), and the gate / voltage is measured with respect to various values of drain-source voltage (drain voltage). This was performed by monitoring the value of the current (drain current) flowing between the source electrode and the drain electrode when the voltage between the source electrodes (gate voltage) was continuously changed. Each organic FET has a typical p-type transistor because the drain current value increases when a voltage is applied so that the drain electrode and the gate electrode are negative with respect to the potential of the source electrode. It was found to exhibit characteristics.

次に、得られたゲート電圧に対するドレイン電流の変化のプロットから、FET構造における電界効果移動度及びゲート電圧のしきい値(Vth)を算出した。具体的には、ドレイン電圧を−100Vとしたときの、ゲート電圧の値に対するドレイン電流の値の平方根をプロットした。移動度は、このプロットにおいて十分に飽和領域が得られる条件であるゲート電圧−50Vにおける接線の傾きから算出した。また、Vthはこの接線におけるX軸の切片を読み取ることにより導き出した。得られた移動度及びVthの結果を表1に示す。   Next, the field effect mobility and the gate voltage threshold value (Vth) in the FET structure were calculated from the plot of the change in drain current against the obtained gate voltage. Specifically, the square root of the drain current value versus the gate voltage value when the drain voltage is set to −100 V is plotted. The mobility was calculated from the slope of the tangent line at a gate voltage of −50 V, which is a condition for obtaining a sufficiently saturated region in this plot. Vth was derived by reading the X-axis intercept at this tangent. The obtained mobility and Vth results are shown in Table 1.

Figure 2005072495
表1より、金属錯体からなるバッファ層を設けた実施例1〜4の有機FETは、バッファ層を設けなかった比較例1の有機FETに比して、移動度が有意に高く、またVthの値がより0に近いことが判明した。
Figure 2005072495
From Table 1, the organic FETs of Examples 1 to 4 provided with a buffer layer made of a metal complex have a significantly higher mobility and a Vth of Vth compared to the organic FET of Comparative Example 1 provided with no buffer layer. The value was found to be closer to zero.

本発明の第1実施形態に係る有機FETの要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of organic FET which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る有機FETの要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of organic FET which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…有機FET、2…ゲート電極、4…ゲート絶縁膜、6…有機半導体層、8…バッファ層、10…ソース電極、11…有機FET、12…ドレイン電極、18…バッファ層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Organic FET, 2 ... Gate electrode, 4 ... Gate insulating film, 6 ... Organic-semiconductor layer, 8 ... Buffer layer, 10 ... Source electrode, 11 ... Organic FET, 12 ... Drain electrode, 18 ... Buffer layer.

Claims (12)

ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、
前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、
前記有機半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と、の間に形成されており、金属錯体を含むバッファ層と、
を備える有機電界効果トランジスタ。
A source electrode and a drain electrode;
An organic semiconductor layer serving as a channel between the source electrode and the drain electrode;
A gate electrode for controlling the amount of current through the channel;
A buffer layer formed between the organic semiconductor layer and at least one of the source electrode and the drain electrode, and containing a metal complex;
An organic field effect transistor comprising:
前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間に形成された絶縁層を有しており、
前記有機半導体層は、前記絶縁層に対して前記ソース電極及び前記ドレイン電極が位置する側に形成されている請求項1記載の有機電界効果トランジスタ。
An insulating layer formed between the source and drain electrodes and the gate electrode;
The organic field effect transistor according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is formed on a side where the source electrode and the drain electrode are located with respect to the insulating layer.
前記有機半導体層を構成している有機半導体がp型半導体であり、且つ、前記金属錯体の金属元素が該有機半導体よりも大きい仕事関数を有している請求項1又は2記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect according to claim 1 or 2, wherein the organic semiconductor constituting the organic semiconductor layer is a p-type semiconductor, and the metal element of the metal complex has a work function larger than that of the organic semiconductor. Transistor. 前記金属錯体の金属元素の仕事関数は、4.6eV以上である請求項3記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to claim 3, wherein a work function of a metal element of the metal complex is 4.6 eV or more. 前記有機半導体層を構成している有機半導体がn型半導体であり、且つ、前記金属錯体の金属元素が該有機半導体よりも小さい仕事関数を有している請求項1又は2記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect according to claim 1 or 2, wherein the organic semiconductor constituting the organic semiconductor layer is an n-type semiconductor, and the metal element of the metal complex has a work function smaller than that of the organic semiconductor. Transistor. 前記金属錯体の金属元素の仕事関数は、5.2eV以下である請求項5記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to claim 5, wherein a work function of a metal element of the metal complex is 5.2 eV or less. 前記バッファ層を構成している金属錯体の金属元素は、貴金属元素である請求項1又は2記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to claim 1 or 2, wherein the metal element of the metal complex constituting the buffer layer is a noble metal element. 前記金属錯体は、非イオン性錯体である請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal complex is a nonionic complex. 前記バッファ層の厚さは、0.5〜10nmである請求項1〜8のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。   The organic field effect transistor according to any one of claims 1 to 8, wherein the buffer layer has a thickness of 0.5 to 10 nm. ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、を備える有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と前記有機半導体層との間に、金属錯体を含むバッファ層を形成する工程を有する有機電界効果トランジスタの製造方法。
An organic field effect transistor comprising a source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer serving as a channel between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode for controlling the amount of current passing through the channel is manufactured. A method,
The manufacturing method of the organic field effect transistor which has the process of forming the buffer layer containing a metal complex between at least one electrode of the said source electrode and the said drain electrode, and the said organic-semiconductor layer.
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記積層体における前記有機半導体層が形成された側に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記積層体における前記バッファ層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を当該各電極の少なくとも一方が前記バッファ層上に位置するように形成する工程と、
を有する請求項10記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a laminate including the gate electrode and an insulating layer;
Forming the organic semiconductor layer on the side of the laminate on which the insulating layer is formed;
Forming the buffer layer on the side of the laminate on which the organic semiconductor layer is formed;
Forming the source electrode and the drain electrode on the side of the stacked body where the buffer layer is formed so that at least one of the electrodes is positioned on the buffer layer;
The manufacturing method of the organic field effect transistor of Claim 10 which has these.
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方の上に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記有機半導体層を、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記バッファ層を挟むように形成する工程と、
を有する請求項10記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。

Forming a laminate including the gate electrode and an insulating layer;
Forming the source electrode and the drain electrode on the side of the laminate on which the insulating layer is formed;
Forming the buffer layer on at least one of the source electrode and the drain electrode;
Forming the organic semiconductor layer so as to sandwich the buffer layer between at least one of the source electrode and the drain electrode;
The manufacturing method of the organic field effect transistor of Claim 10 which has these.

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