JP2005277203A - 有機電界効果トランジスタ - Google Patents
有機電界効果トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005277203A JP2005277203A JP2004089958A JP2004089958A JP2005277203A JP 2005277203 A JP2005277203 A JP 2005277203A JP 2004089958 A JP2004089958 A JP 2004089958A JP 2004089958 A JP2004089958 A JP 2004089958A JP 2005277203 A JP2005277203 A JP 2005277203A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- organic semiconductor
- semiconductor layer
- organic
- electrode
- source electrode
- 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
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
【解決手段】 有機電界効果トランジスタ1の有機半導体層4に1Oe以上の磁場を印加する。
【選択図】 図1
Description
有機半導体材料を電子デバイスの半導体層に用いるようにすれば、比較的低温のプロセスで電子デバイスを製造することができる。このため、基板にプラスチックフィルムを使用でき、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい電子デバイスを作製できる利点がある。
また、有機半導体材料を用いた半導体層は、塗布法や印刷法によって形成できるので、大面積の電子デバイスを高価な設備を必要とせず低コストで製造できる利点もある。
さらに、有機半導体材料は、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て材料特性を根本的に変えることもできるので、無機半導体材料にはない機能を有する素子が得られる可能性がある。
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、各コンポーネントの最適化が不要な、優れた高速スイッチング特性を有する有機電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
図1は本発明の一実施形態としての横型FET1の要部を示す断面図である。
横型FET1は、ソース電極2及びドレイン電極3と、ソース電極2とドレイン電極3との間の電流の流路(チャネル)を形成する有機半導体層4と、入力電圧を印加するためのゲート電極5とを備えている。この構成により、横型FET1は、ゲート電極5から印加する入力電圧によってソース電極2及びドレイン電極3の間を流れる電流を制御するようになっている。なお、図1においては、ソース電極2、ドレイン電極3、ゲート電極5(以下適宜、ソース電極2、ドレイン電極3及びゲート電極5を区別せずに述べる場合、単に「電極」という)に接続される配線は図示を省略する。
なお、磁場の強さは例えばガウスメーターにより測定することができる。
なお、有機半導体材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
なお、強磁性体は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
なお、残留磁化の強さの測定方法は任意であるが、例えば、上記(2)と同様の方法によって測定することができる。
また、アンチドット構造11は、有機半導体層4のソース電極2とドレイン電極3との間の部分の一部分に形成されていてもよいが、通常は全部に形成されていることが望ましい。
[2.基板]
一般に、有機FETなどの有機電子デバイスは、基板6上に必要な層や電極を設けることで作製される。本実施形態の横型FET1も基板6を備えている。有機半導体層4に磁場を印加するために、基板6の全体又は一部を強磁性体により形成してもよいが、ここでは、基板6を強磁性体以外の材料で形成したとして説明する。
さらに、基板6の寸法についても制限は無く、その用途に応じて任意に設計することができる。
また、基板6は、複数の層からなっていても良い。複数の層からなる場合、各層は同一の材料から形成されていてもよく、互いに異なる材料で形成されていてもよい。
横型FET1において、ソース電極2は配線(図示略)を通じて外部から電流が流入する電極であり、ドレイン電極3は配線(図示略)を通じて外部に電流を送る電極である。そして、多数キャリアがチャネルを通ってソース電極2からドレイン電極3に流れることにより、ソース電極2とドレイン電極3との間に電流が流れるようになっている。
また、ゲート電極5は、有機半導体層4にゲート電圧を印加するもので、このゲート電極5から印加されるゲート電圧により横型FET1のオン、オフが制御される。
一方、強磁性体で形成しない場合、電極2,3,5の電極材料としては、金属、合金、導電性高分子などの導電性材料を用いることができ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。具体例を挙げると、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やこれらの合金の他、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子、並びに、これに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子などのドーパントを混合したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の導電性を有する材料などが挙げられる。
なお、本実施形態においては、電極2,3,5はいずれも強磁性体により形成され、これにより、有機半導体層4に磁場が印加されるようになっている。
さらに、電極2,3の厚さは任意であるが、通常1nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
さらに、成膜により電極2,3,5を形成する場合、所望の形状になるよう、必要に応じてパターニングを行なうことが望ましい。パターニングの方法も任意であり、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチング(エッチング液によるウエットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング等)と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などが挙げられる。また、これらの手法を複数組み合わせて用いてもよい。さらに、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して不要部分の電極材料を除去したり、電極材料の導電性を変化させたりすることにより、直接パターンを作製しても良い。
ゲート電極5と、ソース電極2、ドレイン電極3及び有機半導体層4との間には、通常、絶縁体層7やエネルギー障壁を設け、ゲート電極5からソース電極2、ドレイン電極3及び有機半導体層4へ多数キャリアが出入りすることを防止する。有機半導体層4に磁場を印加するために、絶縁体層7の全体又は一部を強磁性体により形成してもよいが、ここでは、絶縁体層7を強磁性体以外の材料で形成したとして説明する。
横型FET1において、有機半導体層4はソース電極2からドレイン電極3へと多数キャリアが流れるチャネルを構成する部分である。本実施形態では、有機半導体層4は、単一の有機半導体材料が膜状に形成された層であるとして説明するが、2層以上の層が積層されたものとして形成してもよい。ただし、本実施形態の横型FET1の有機半導体層4には、ソース電極2及びドレイン電極3が形成された側の表面の、ソース電極2及びドレイン電極3の間の部分に、複数の突起10がアレイ状に形成されたアンチドット構造11が形成されている。
有機半導体材料の例を挙げると、(DMET)FeBr4等のDMET系化合物、ナフタセン、ペンタンセン、ピレン、フラーレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のオリゴマー類;フタロシアニンやポルフィリン等の大環状化合物;α−セキシチオフェン、ジアルキルセキシチオフェンに代表されるチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾチアゾール環を合計4個以上連結したもの;アントラジチオフェン、ジベンゾチエノビスチオフェン、α,α′−ビス(ジチエノ[3,2−b′:2′,3′−d]チオフェン)等の縮合チオフェン及びその誘導体;ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物;銅フタロシアニン、パーフルオロ銅フタロシアニン、テトラベンゾポルフィリン及びその金属塩等の大環状化合物;ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。これらの中でも特に、レジオレギュラーポリチオフェンのような自己組織化を示すものや、ポリフルオレンやその共重合体に代表される液晶性を示す高分子などが好ましい。
さらに、有機半導体層4には、有機半導体材料の他、特性を改善したり他の特性を付与したりするために、各種添加剤を混合してもよい。添加剤の例としては、酸化防止剤などが挙げられる。
さらに、有機半導体層4は本実施形態のように単一の層から形成されていてもよく、2層以上の層から形成されていてもよい。
なお、オンオフ比の測定方法に制限は無いが、例えば、以下の方法により測定することができる。p型半導体の場合、ドレイン電圧(即ち、ソース電極に対するドレイン電極の電位)VDを−30Vに固定し、ゲート電圧VGを−50V,+30Vにした時のドレイン電流(即ち、ソース電極−ドレイン電極間に流れる電流)ID(−50V),ID(+30V)をそれぞれ測定して、この際のID(−50V)/ID(+30V)によってオンオフ比を定義する。一方、n型半導体の場合、ドレイン電圧VDを−30Vに固定し、ゲート電圧VGを+50V,−30Vにした時のドレイン電流ID(+50V),ID(−30V)をそれぞれ測定して、この際のID(+50V)/ID(−30V)によってオンオフ比を定義する。
さらに、印加された磁場の向きは、負極磁場抵抗の効果が最大となる向きに設定されている。
また、有機半導体層4表面の、ソース電極2及びドレイン電極3の間の部分には、上述したように、複数の突起10がアレイ状に形成されたアンチドット構造11が形成されていて、負極磁場抵抗の効果を高めることができるようになっている。
有機半導体層4を形成する方法について制限は無く、公知の方法を任意に用いることができるが、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等の真空プロセスでの形成方法、塗布法、印刷法等の溶液プロセスでの形成方法などが挙げられる。なお、これらの有機半導体層4を形成する方法は、1種を単独で行なってもよく、2種以上の方法を適宜組み合わせて行なってもよい。
以下、有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し、有機半導体層4を得る方法について詳しく説明する。真空プロセスによる成膜では、真空又は減圧環境下、有機半導体材料を基板6に付着させることにより成膜を行なう。
例えば真空蒸着法では、有機半導体材料を真空中で加熱し、蒸発させ、蒸発した有機半導体材料を基板6に付着させることにより有機半導体層4を得る。
また、基板6の温度によって有機半導体層4、ひいては横型FET1の特性が変化するので、基板6の温度を最適な基板温度にする。具体的には、通常0℃、好ましくは10℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは50℃以下とする。
さらに、蒸着速度は任意であるが、通常0.001nm/s以上、好ましくは0.01nm/s以上、また、通常10nm/s以下、好ましくは1nm/s以下である。
次に、有機半導体材料を溶液プロセスによって成膜し、有機半導体層4を得る方法について詳しく説明する。
溶液プロセスによる成膜では、有機半導体材料を溶媒に溶かして溶液とし、その溶液を基板6上に塗布して有機半導体層4を得る。
有機半導体材料を溶解させる溶媒に制限は無く、有機半導体材料の種類などに応じて任意の溶媒を用いることができる。
また、塗布の方法についても制限はなく、例えば、溶液をたらすだけのキャスティング、スピンコーティング、ディップティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法(塗布法)や、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や、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などが挙げられる。また、これらの手法は適宜2種以上組み合わせて用いてもよい。
このような溶液プロセスを用いると、比較的安価な設備で、大面積の有機半導体層4を作製しやすいという利点がある。
不純物には、形成しようとする有機半導体層4の特性などに応じて公知のものを任意に用いることができる。具体例を挙げると、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子などが挙げられる。
ドーピングの効果としては、多数キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、多数キャリアの極性(p型またはn型)の変化、Fermi準位の変化等が挙げられる。
本実施形態の横型FET1には設けていないが、横型FET1などの有機FETには、各層(ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート電極及び絶縁体層)2〜7のあいだや素子1の外面に、必要に応じて他の層を設けることが出来る。
例えば、有機半導体層4上に直接または他の層を介して、保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を最小限にできる利点がある。また、保護層により有機FETのオンオフ比を向上させる等、電気的特性を安定化できる利点もある。
また、強磁性体層の形成方法は任意であるが、例えば、保護層と同様の方法により形成することができる。
本発明の一実施形態としての横型FET1は以上のように構成されているので、使用時には、ソース電極2からドレイン電極3に電流を流すように電圧を印加し、ゲート電極5に印加する入力電圧によりソース電極2及びドレイン電極3間の電流を制御する。
この際、電極2,3,5が強磁性体で形成され、有機半導体層4に磁場が印加されるようになっているため、有機半導体層4では負性磁気抵抗が生じる。これにより、ソース電極2及びドレイン電極3間の電気抵抗が低下し、有機半導体層4に形成されるチャネルを流れる多数キャリアの移動度が向上するため、横型FET1の高速スイッチング特性を高めることができる。また、本実施形態のように負性磁気抵抗を利用すれば、有機半導体層4と他のコンポーネント2,3,5〜7との組み合わせの最適化を行なう必要が無い。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
さらに、アンチドット構造11は上記実施形態のような突起状以外にも、上記のようにくぼみ状に形成してもよく、突起状及びくぼみ状の両方を形成してもよい。
横型FET1ではソース電極2及びドレイン電極3が基板6上に並べて配置され、電流の流れる方向がゲート電極5により誘起される電場に垂直方向であるのに対し、SITではソース電極2とドレイン電極3との間の適当な位置にゲート電極5がグリッド状に配置され、電流の方向がゲート電極5により誘起される電場に平行方向である点を特徴とする。
また、ゲート電極5は、その電極材料及び形成方法は上記実施形態と同様であるが、その形状は、多数キャリアがゲート電極5間を図4に矢印で示すように通り抜けるために網目状、縞状、格子状等のように所定の間隔を有する形状に設けられている。さらに、ゲート電極5の間隔の大きさは任意であるが、通常は、ソース電極2とドレイン電極3との距離(有機半導体層4の厚さに相当)よりも小さいことが好ましい。また、ゲート電極5の厚さは通常10nm以上、好ましくは20nm以上、また、通常10μm以下、好ましくは1μm以下である。
なお、SIT12においても、各層2〜7の間やSIT12外面には、必要に応じて他の層を設けてもよい。
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 有機半導体層
5 ゲート電極
6 基板
7 絶縁体層
8 線分
9 中点
10 突起
11 アンチドット構造
12 SIT
Claims (3)
- 有機半導体層に1Oe以上の磁場が印加されていることを特徴とする、有機電界効果トランジスタ。
- ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び、有機半導体層を備えた有機電界効果トランジスタであって、
該ソース電極、該ドレイン電極及び該ゲート電極の少なくとも一つが、強磁性体により形成されていることを特徴とする、有機電界効果トランジスタ。 - 該有機半導体層の表面にアンチドット構造が形成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の有機電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004089958A JP2005277203A (ja) | 2004-03-25 | 2004-03-25 | 有機電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004089958A JP2005277203A (ja) | 2004-03-25 | 2004-03-25 | 有機電界効果トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005277203A true JP2005277203A (ja) | 2005-10-06 |
Family
ID=35176509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004089958A Pending JP2005277203A (ja) | 2004-03-25 | 2004-03-25 | 有機電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005277203A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008034577A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Sony Corp | 半導体薄膜、半導体薄膜の形成方法、半導体装置 |
JP2008072041A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 有機半導体素子の製造方法 |
JP2008235373A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Japan Science & Technology Agency | 磁場応答性の分子性素子と磁場測定方法並びに磁場測定装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004006750A (ja) * | 2002-03-27 | 2004-01-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 有機半導体材料及び有機電子デバイス |
JP2004067862A (ja) * | 2002-08-06 | 2004-03-04 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機半導体材料、これを用いた電界効果トランジスタ |
-
2004
- 2004-03-25 JP JP2004089958A patent/JP2005277203A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004006750A (ja) * | 2002-03-27 | 2004-01-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 有機半導体材料及び有機電子デバイス |
JP2004067862A (ja) * | 2002-08-06 | 2004-03-04 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機半導体材料、これを用いた電界効果トランジスタ |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008034577A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Sony Corp | 半導体薄膜、半導体薄膜の形成方法、半導体装置 |
JP2008072041A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 有機半導体素子の製造方法 |
JP2008235373A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Japan Science & Technology Agency | 磁場応答性の分子性素子と磁場測定方法並びに磁場測定装置 |
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 | |
Fang et al. | Patterning liquid crystalline organic semiconductors via inkjet printing for high‐performance transistor arrays and circuits | |
KR100781829B1 (ko) | 유기 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
KR100511077B1 (ko) | 하이브리드형 자성체/반도체 스핀소자 및 그 제조방법 | |
JP5167560B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2005501404A (ja) | 磁気抵抗装置および電子装置 | |
Pfattner et al. | Organic metal engineering for enhanced field-effect transistor performance | |
Chang et al. | Enhanced Polymer Thin Film Transistor Performance by Carefully Controlling the Solution Self‐Assembly and Film Alignment with Slot Die Coating | |
JP2007266285A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP4529571B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
KR20160003040A (ko) | 유기 전계 효과 트랜지스터를 제조하는 방법 및 유기 전계 효과 트랜지스터 | |
JP2007273594A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2003528473A (ja) | スピン分極化電荷担体を移動するための方法と装置 | |
JP2007266411A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
US7045814B2 (en) | OFET structures with both n- and p-type channels | |
JP2010130012A (ja) | スピンバルブまたはトンネル接合高周波発振器 | |
Wang et al. | Spin injection and transport in single-crystalline organic spin valves based on TIPS-pentacene | |
WO2017150474A1 (ja) | 有機半導体組成物及びそれらからなる有機薄膜、並びにその用途 | |
JP2005277203A (ja) | 有機電界効果トランジスタ | |
JP4506228B2 (ja) | 有機電界効果トランジスタ、表示素子及び電子ペーパー | |
Ji et al. | Polymer mask-weakening grain-boundary effect: towards high-performance organic thin-film transistors with mobility closing to 20 cm 2 V− 1 s− 1 | |
JP2006004995A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2004023071A (ja) | 電子デバイスの作製方法及び電子デバイス | |
JP4470602B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
KR101744231B1 (ko) | 그래핀-유기 반도체 수직형 트랜지스터 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061102 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091209 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110308 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110506 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111115 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120306 |