JP2005109028A - 有機電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 有機FET1はゲート絶縁膜4の一側に設けられたゲート電極2、ゲート絶縁膜4の他側に設けられた有機半導体層6、ゲート絶縁膜4の他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から構成されるものである。バッファ層8は、永久双極子モーメントを有する化合物から主として構成されるものである。
【選択図】 図1
Description
(参考例1)
ガラス基板(#7059、コーニング社製)上に、抵抗加熱蒸着源を用いて金を真空蒸着して厚さ100nmの下部電極を形成した。この下部電極上に、ポリフッ化ビニリデンのシクロヘキサノン溶液をスピンコートにより塗布した後、減圧下で乾燥させて10nmの厚さのバッファ層を形成した。次に、このバッファ層上に1×10−6Torr(1.33×10−4Pa)の真空条件でペンタセンを真空蒸着して、100nmの厚さの有機半導体層を形成させた。さらに、この有機半導体層上に金を真空蒸着して厚さ100nmの上部電極を形成させて積層体を得た。そして、得られた積層体を50℃に加熱しながら、下部電極の電圧を0Vとし、上部電極に+10Vの電圧を印加した後、室温に戻して有機半導体素子を得た。
バッファ層を形成させなかったこと以外は、参考例1と同様にして有機半導体素子を得た。
参考例1及び比較参考例1で得られた有機半導体素子に、半導体パラメータ・アナライザ(4155C、Agilent Technologies社製)を用い、上部電極に印加する電圧を−15〜+15Vの範囲で連続的に変化させて、それぞれ得られる電流値を測定した。図6は、参考例1及び比較参考例1の有機半導体素子で得られた印加電圧に対する電流値(印加電圧に対する電流値を示す曲線を以下、「電圧−電流曲線」と略す。)を示すグラフである。なお、図中の印加電圧の値は、下部電極側を0Vとしたときの上部電極側の電位を示している。図6中、実線で示される曲線が参考例1の有機半導体素子により得られた電圧−電流曲線を、点線で示される曲線が比較参考例1の有機半導体素子により得られた電圧−電流曲線をそれぞれ示している。
(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。
有機半導体層上に、ポリフッ化ビニリデンのシクロヘキサノン溶液をスピンコートした後、減圧下で乾燥させてバッファ層を形成したこと以外は実施例1と同様にして有機FETを製造した。
バッファ層を形成させ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。
実施例1〜2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。
Claims (13)
- 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、永久双極子モーメントを有する化合物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。 - 前記永久双極子モーメントを有する化合物は、共鳴効果により電子吸引性を示す官能基若しくは共鳴効果により電子供与性を示す官能基がπ共役構造に結合してなり、非対称の電荷分布を有しているπ共役分子、又は、誘起効果により電子吸引性を示す官能基若しくは誘起効果により電子供与性を示す官能基が直鎖状の炭化水素構造に結合してなる構造を繰り返し単位として有しており、非対称の電荷分布を有している重合体、である請求項1記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記共鳴効果により電子吸引性を示す官能基は、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも1つの基であり、前記共鳴効果により電子供与性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基及びアルキルアミノ基のうち少なくとも1つの基である請求項2記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記π共役構造は、一つ又は複数のベンゼン環を有するπ共役構造である請求項2又は3記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記誘起効果により電子吸引性を示す官能基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基のうち少なくとも1つの基である請求項2記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記永久双極子モーメントを有する化合物は、ポリフッ化ビニリデン又はパラニトロアニリンである請求項1記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記バッファ層に含まれる前記永久双極子モーメントを有する化合物は、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように配向している請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
- 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形成され、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有しているバッファ層と、
を備える有機電界効果トランジスタ。 - 前記バッファ層は、永久双極子モーメントを有する化合物を含むものである請求項8記載の有機電界効果トランジスタ。
- 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、永久双極子モーメントを有する化合物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。 - 前記バッファ層を形成する工程を実施した後に、前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程を更に有する請求項10記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
- 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うち少なくとも一方の電極が前記バッファ層上に位置するように形成する工程と、
前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程と、
を有する請求項11記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。 - 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うち少なくとも一方の電極上に、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、
前記ソース電極、前記チャネル及び前記ドレイン電極によって構成される経路において、前記ソース電極に近い側に前記チャネルを通るキャリアと異なる極性の電荷を有し、前記ドレイン電極に近い側に前記キャリアと同じ極性の電荷を有するように前記バッファ層を分極させる工程と、
を有する請求項11記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
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