JP2006019659A - 電界効果トランジスタと、それを用いた表示装置及び無線識別タグ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ゲート絶縁層側からの酸素及び水分の侵入を抑制し、かつ容易に製造することができる電界効果トランジスタと、それを用いた表示装置及び無線識別タグを提供する。
【解決手段】 有機半導体を含む半導体層(2)と、半導体層(2)の表面に分離して設けられたソース電極(3)及びドレイン電極(4)と、半導体層(2)、ソース電極(3)及びドレイン電極(4)の表面に順次積層されたゲート絶縁層(5)及びゲート電極(6)とを含み、ゲート電極(6)は、半導体層(2)のチャネル領域(7)を覆って設けられ、ゲート電極(6)の外周部(6a)とチャネル領域(7)との最短距離をＬ1、ゲート電極(6)とチャネル領域(7)との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有する電界効果トランジスタ(10)とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 有機半導体を含む半導体層(2)と、半導体層(2)の表面に分離して設けられたソース電極(3)及びドレイン電極(4)と、半導体層(2)、ソース電極(3)及びドレイン電極(4)の表面に順次積層されたゲート絶縁層(5)及びゲート電極(6)とを含み、ゲート電極(6)は、半導体層(2)のチャネル領域(7)を覆って設けられ、ゲート電極(6)の外周部(6a)とチャネル領域(7)との最短距離をＬ1、ゲート電極(6)とチャネル領域(7)との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有する電界効果トランジスタ(10)とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、有機半導体を半導体層の構成材料として用いた電界効果トランジスタと、それを用いた表示装置及び無線識別タグに関する。
近年、無機半導体に代わる半導体として有機半導体の開発が活発に行われており、有機半導体を半導体層の構成材料として用いた様々な電界効果トランジスタ（以下、単に「有機トランジスタ」という）が提案されている。なかでも、有機半導体であるペンタセンを半導体層の構成材料として用いた有機トランジスタでは、トランジスタの特性の一つであるキャリア移動度が１cm2/Vsを超えるという報告もなされている。従来のアモルファスシリコンを用いた電界効果トランジスタのキャリア移動度が約１cm2/Vsであることから、有機半導体が今後アモルファスシリコンに取って代わることが予想される。
図５に従来の有機トランジスタの断面図を示す。図５に示すように、有機トランジスタ１００は、基板１０１と、基板１０１上に積層された有機半導体を含む半導体層１０２と、半導体層１０２上に分離して設けられたソース電極１０３及びドレイン電極１０４と、半導体層１０２、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４上に順次積層されたゲート絶縁層１０５及びゲート電極１０６とを備えている。そして、半導体層１０２には、ソース電極１０３とドレイン電極１０４との間に面してチャネル領域１０７が形成されている。なお、図５において、半導体層１０２の厚みは、チャネル領域１０７のチャネル長Ｄに対し誇張して描いている。
他方、有機半導体は、大気中の酸素及び水分によって劣化し易いため、前記従来の有機トランジスタ１００を電子デバイスとして用いるには、半導体層１０２への酸素及び水分の侵入を防ぐ必要がある。半導体層１０２への酸素及び水分の侵入経路は、大きく３つに分けられる。まず一つ目は、基板１０１から侵入する場合である。これに対しては、基板１０１にガスバリア性が高いものを使用することにより防ぐことができる。二つ目は、半導体層１０２の側面１０２ａから侵入する場合である。これについては、半導体層１０２の厚みが数ｎｍから１００ｎｍ程度であるため、あまり問題とされない。三つ目は、ゲート絶縁層１０５側から半導体層１０２のチャネル領域１０７へ侵入する場合である（図中矢印Ｉ方向）。チャネル領域１０７のチャネル長Ｄは、通常１００μｍ程度の間隔を有しているため、前記二つ目の侵入経路に比べ、酸素及び水分が侵入し易い。よって、従来の有機トランジスタ１００では、前記三つ目の侵入経路から侵入する酸素及び水分により半導体層１０２を構成する有機半導体が劣化するおそれがあった。この問題を解決する一つの方法として、例えば、特許文献１に提案された封止膜により半導体層１０２を封止する方法が考えられる。
特開２００３−３３８６２９号公報
しかしながら、特許文献１に提案された封止膜を使用する場合は、有機トランジスタの構成部材が増えるため、製造工程が複雑化するおそれがあった。本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであり、ゲート絶縁層側からの酸素及び水分の侵入を抑制し、かつ容易に製造することができる有機トランジスタと、それを用いた表示装置及び無線識別タグを提供する。
本発明の第１の有機トランジスタは、有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の表面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面に順次積層されたゲート絶縁層及びゲート電極とを含む有機トランジスタであって、前記ゲート電極が、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、前記ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有することを特徴とする。
本発明の第２の有機トランジスタは、有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の上面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面に順次積層された第１ゲート絶縁層及び第１ゲート電極と、前記半導体層の下面に順次積層された第２ゲート絶縁層及び第２ゲート電極とを含む有機トランジスタであって、前記第１ゲート電極は、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、前記第１ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記第１ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有することを特徴とする。なお、ここでいう「前記半導体層の上面」及び「前記半導体層の下面」とは、前記半導体層の一表面とその反対面を指し、使用時における上下方向とは無関係である。
本発明の表示装置及び無線識別タグは、いずれも本発明の有機トランジスタを備えている。
本発明の有機トランジスタによれば、ゲート電極によって、ゲート絶縁層側から半導体層のチャネル領域へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、ゲート絶縁層側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。これにより、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。また、本発明の表示装置及び無線識別タグは、いずれも本発明の有機トランジスタを備えているため、製品の長寿命化が可能となる。
本発明の第１の有機トランジスタは、有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の表面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面に順次積層されたゲート絶縁層及びゲート電極とを含む。前記有機半導体としては、例えば直鎖状アセンやπ共役系オリゴマー等の低分子系有機半導体材料や、π共役系ポリマーやπ共役系コポリマー等の高分子系有機半導体材料が好適に使用できる。前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極を構成する電極材料は、特に限定されないが、金等の金属材料が好適に使用できる。前記ゲート絶縁層を構成する絶縁材料としては、例えば、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機絶縁材料や、シリカ、アルミナ等の無機絶縁材料が好適に使用できる。また、前記半導体層及び前記ゲート絶縁層の好適な厚みは、それぞれ１０〜３００ｎｍ及び１００〜１０００ｎｍであり、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極の好適な厚みは、５０〜５００ｎｍである。
そして、本発明の第１の有機トランジスタは、前記ゲート電極が、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、前記ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有する。これにより、前記ゲート電極によって、前記ゲート絶縁層側から前記半導体層のチャネル領域へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、前記ゲート絶縁層側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。その結果、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。なお、前記ゲート電極と前記チャネル領域との位置精度を確保するためには、前記最短距離Ｌ1と前記最短距離Ｌ2とは、Ｌ1／Ｌ2≧１０となる関係を有することが好ましい。また、前記チャネル領域のチャネル長は、１０〜５００μｍが好ましい。
本発明の第２の有機トランジスタは、有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の上面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面に順次積層された第１ゲート絶縁層及び第１ゲート電極と、前記半導体層の下面に順次積層された第２ゲート絶縁層及び第２ゲート電極とを含む。前記各構成要素の好適な材料や、好適な厚みは、前述した本発明の第１の有機トランジスタと同様である。
そして、本発明の第２の有機トランジスタは、前記第１ゲート電極が、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、前記第１ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記第１ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有する。これにより、前記第１ゲート電極によって、前記第１ゲート絶縁層側から前記半導体層のチャネル領域へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、前記第１ゲート絶縁層側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。その結果、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。
また、本発明の第１及び第２の有機トランジスタは、それぞれ前記ゲート電極及び前記第１ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記ゲート電極及び前記第１ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧１００となる関係を有することが好ましい。これにより、酸素及び水分の侵入経路が更に長くなるため、酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。
また、本発明の第１及び第２の有機トランジスタは、それぞれ前記ゲート絶縁層及び前記第１ゲート絶縁層の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満であることが好ましい。これにより、酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。なお、ここでいう酸素透過速度とは、圧力が１MPaの酸素に前記ゲート絶縁層又は前記第１ゲート絶縁層を接触させた際、前記絶縁層１m2当たり１日に透過する酸素の量（体積）をいう。また、本発明の第２の有機トランジスタは、前記第２ゲート絶縁層の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満であることが好ましい。この構成によっても酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。
また、本発明の第１及び第２の有機トランジスタは、それぞれ前記ゲート絶縁層及び前記第１ゲート絶縁層が、前記半導体層を覆って積層されていることが好ましい。これにより、酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。また、本発明の第２の有機トランジスタは、前記第２ゲート絶縁層が、前記半導体層を覆って積層されていることが好ましい。この構成によっても酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。
本発明の表示装置及び無線識別タグは、前述した本発明の有機トランジスタを備えている。これにより、有機トランジスタの長寿命化が可能となり、その結果、製品としても長寿命化が可能となる。なお、前記表示装置としては、例えば、有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリクス型のディスプレイ等が例示できる。また、前記無線識別タグとしては、例えば、Radio Frequency Identification（ＲＦＩＤ）タグ等が例示できる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係る有機トランジスタの説明図で、図１Ａは断面図、図１Ｂは上面図である。ただし、図１Ｂにおいて、半導体層、ソース電極及びドレイン電極は破線で示している。なお、第１実施形態に係る有機トランジスタは、前述した本発明の第１の有機トランジスタの一実施形態である。
まず、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係る有機トランジスタの説明図で、図１Ａは断面図、図１Ｂは上面図である。ただし、図１Ｂにおいて、半導体層、ソース電極及びドレイン電極は破線で示している。なお、第１実施形態に係る有機トランジスタは、前述した本発明の第１の有機トランジスタの一実施形態である。
図１Ａに示すように、第１実施形態に係る有機トランジスタ１０は、基板１と、基板１上に積層された有機半導体を含む半導体層２と、半導体層２上に分離して設けられたソース電極３及びドレイン電極４と、半導体層２、ソース電極３及びドレイン電極４上に順次積層されたゲート絶縁層５及びゲート電極６とを備えている。また、図１Ｂに示すように、ゲート電極６は、ソース電極３とドレイン電極４との間に面して形成された半導体層２のチャネル領域７を覆って設けられている。そして、図１Ａに示すように、有機トランジスタ１０は、ゲート電極６の外周部６ａとチャネル領域７との最短距離をＬ1、ゲート電極６とチャネル領域７との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有している。これにより、ゲート電極６によって、ゲート絶縁層５側から半導体層２のチャネル領域７へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、ゲート絶縁層５側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。その結果、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。なお、基板１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等の可撓性を有する基板が好ましい。可撓性を有する基板を用いると、有機トランジスタの柔軟性及び耐衝撃性が向上する。
また、図１Ｂに示すように、有機トランジスタ１０は、ゲート絶縁層５が、半導体層２を覆って積層されている。これにより、酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。参照する図２は、第２実施形態に係る有機トランジスタの断面図である。なお、第２実施形態に係る有機トランジスタは、前述した本発明の第２の有機トランジスタの一実施形態である。また、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。参照する図２は、第２実施形態に係る有機トランジスタの断面図である。なお、第２実施形態に係る有機トランジスタは、前述した本発明の第２の有機トランジスタの一実施形態である。また、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２に示すように、第２実施形態に係る有機トランジスタ２０は、基板１と、基板１上に設けられた第２ゲート電極２２と、第２ゲート電極２２を覆って基板１上に積層された
第２ゲート絶縁層２４と、第２ゲート絶縁層２４上に積層された半導体層２と、半導体層２上に分離して設けられたソース電極３及びドレイン電極４と、半導体層２、ソース電極３及びドレイン電極４上に順次積層された第１ゲート絶縁層２１及び第１ゲート電極２３とを備えている。第１ゲート電極２３は、ソース電極３とドレイン電極４との間に面して形成された半導体層２のチャネル領域７を覆って設けられている。そして、有機トランジスタ２０は、第１ゲート電極２３の外周部２３ａとチャネル領域７との最短距離をＬ1、第１ゲート電極２３とチャネル領域７との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有している。これにより、第１ゲート電極２３によって、第１ゲート絶縁層２１側から半導体層２のチャネル領域７へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、第１ゲート絶縁層２１側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。その結果、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。
第２ゲート絶縁層２４と、第２ゲート絶縁層２４上に積層された半導体層２と、半導体層２上に分離して設けられたソース電極３及びドレイン電極４と、半導体層２、ソース電極３及びドレイン電極４上に順次積層された第１ゲート絶縁層２１及び第１ゲート電極２３とを備えている。第１ゲート電極２３は、ソース電極３とドレイン電極４との間に面して形成された半導体層２のチャネル領域７を覆って設けられている。そして、有機トランジスタ２０は、第１ゲート電極２３の外周部２３ａとチャネル領域７との最短距離をＬ1、第１ゲート電極２３とチャネル領域７との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有している。これにより、第１ゲート電極２３によって、第１ゲート絶縁層２１側から半導体層２のチャネル領域７へ侵入する酸素及び水分の侵入経路が長くなるため、第１ゲート絶縁層２１側からの酸素及び水分の侵入を抑制することができる。その結果、有機トランジスタの長寿命化が可能となる。また、封止膜等を別途使用する必要がないため、容易に製造することができる。
また、有機トランジスタ２０は、第１及び第２ゲート絶縁層２１，２４が、半導体層２を覆って積層されている。これにより、酸素及び水分の侵入をより効果的に抑制することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。参照する図３は、第３実施形態に係るアクティブマトリクス型ディスプレイ（表示装置）の一部破断斜視図である。
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。参照する図３は、第３実施形態に係るアクティブマトリクス型ディスプレイ（表示装置）の一部破断斜視図である。
図３に示すように、アクティブマトリクス型のディスプレイ（以下、単に「ディスプレイ」という）３０は、プラスチック基板３１と、プラスチック基板３１上にマトリクス状に複数配置された画素電極３２と、画素電極３２に接続され、プラスチック基板３１上にアレイ状に複数配置されたトランジスタ駆動回路３３と、画素電極３２及びトランジスタ駆動回路３３上に順次積層された有機ＥＬ層３４、透明電極３５及び保護フィルム３６と、各トランジスタ駆動回路３３と制御回路（図示せず）とを接続する複数本のソース電極線３７及びゲート電極線３８とを備えている。ここで、有機ＥＬ層３４は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。そして、ディスプレイ３０は、各トランジスタ駆動回路３３に、画素のスイッチング素子として、前述した第１及び第２実施形態のいずれかに係る有機トランジスタが設けられている。これにより、有機トランジスタの長寿命化が可能となり、その結果ディスプレイ全体としても長寿命化が可能となる。
以上、本発明の一実施形態に係るディスプレイ（表示装置）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記実施形態では有機ＥＬを用いたディスプレイについて説明したが、液晶表示素子等の他の表示素子を備えたディスプレイであってもよい。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について図面を参照して説明する。参照する図４は、第４実施形態に係るＲＦＩＤタグ（無線識別タグ）の斜視図である。
次に、本発明の第４実施形態について図面を参照して説明する。参照する図４は、第４実施形態に係るＲＦＩＤタグ（無線識別タグ）の斜視図である。
図４に示すように、ＲＦＩＤタグ４０は、フィルム状のプラスチック基板４１と、プラスチック基板４１上に設けられたアンテナ部４２及び集積回路部４３とを備えている。集積回路部４３には、前述した第１及び第２実施形態のいずれかに係る有機トランジスタが設けられている。これにより、有機トランジスタの長寿命化が可能となり、その結果ＲＦＩＤタグ全体としても長寿命化が可能となる。なお、ＲＦＩＤタグ４０は、表面に保護膜を更に備えていてもよい。
以上、本発明の一実施形態に係るＲＦＩＤタグ（無線識別タグ）について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナ部、集積回路部の配置や構成は任意に設定できる。また、倫理回路部を更に組み込むことも可能である。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜５）
まず、前述した第１実施形態の実施例である実施例１〜５について、図１を参照して説明する。各構成要素の材料、厚み及び形成方法は、基板１（材料：ＰＥＴ、厚み：５０μｍ）、半導体層２（材料：ペンタセン、厚み：０．０５μｍ、形成方法：蒸着）、ソース電極３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ドレイン電極４（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ゲート絶縁層５（材料：ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、厚み（Ｌ2）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、ゲート電極６（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）とした。なお、実施例１〜５のそれぞれについて、ゲート電極６を形成する際は、Ｌ1／Ｌ2の値が表１に示す値となるように調整した。また、チャネル長については、いずれも１００μｍとした。
まず、前述した第１実施形態の実施例である実施例１〜５について、図１を参照して説明する。各構成要素の材料、厚み及び形成方法は、基板１（材料：ＰＥＴ、厚み：５０μｍ）、半導体層２（材料：ペンタセン、厚み：０．０５μｍ、形成方法：蒸着）、ソース電極３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ドレイン電極４（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ゲート絶縁層５（材料：ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、厚み（Ｌ2）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、ゲート電極６（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）とした。なお、実施例１〜５のそれぞれについて、ゲート電極６を形成する際は、Ｌ1／Ｌ2の値が表１に示す値となるように調整した。また、チャネル長については、いずれも１００μｍとした。
（比較例１及び参考例１）
比較例１として、ゲート電極６を形成する際に、Ｌ1／Ｌ2の値が１となるように調整したこと以外は、実施例１〜５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。更に、参考例１として、ゲート電極６上に、封止膜として半導体層２を覆う大きさのポリビニルアルコール（ＰＶＡ、厚み１０μｍ）を設けたこと以外は、比較例１と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
比較例１として、ゲート電極６を形成する際に、Ｌ1／Ｌ2の値が１となるように調整したこと以外は、実施例１〜５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。更に、参考例１として、ゲート電極６上に、封止膜として半導体層２を覆う大きさのポリビニルアルコール（ＰＶＡ、厚み１０μｍ）を設けたこと以外は、比較例１と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
（寿命時間の評価）
実施例１〜５、比較例１及び参考例１の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法は、各有機トランジスタを、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で駆動させ、駆動開始時からオン電流とオフ電流との比が１．０×１０3以下となった時間までを寿命時間として評価した。表１に評価結果を示す。
実施例１〜５、比較例１及び参考例１の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法は、各有機トランジスタを、温度６０℃、湿度８５％の大気雰囲気中で駆動させ、駆動開始時からオン電流とオフ電流との比が１．０×１０3以下となった時間までを寿命時間として評価した。表１に評価結果を示す。
表１に示すように、実施例１〜５は、Ｌ1／Ｌ2の値が５以上となる関係を有しているため、比較例１に比べ、寿命時間が延びている。また、Ｌ1／Ｌ2の値が１００以上となる関係を有している実施例４及び５は、参考例１よりも寿命時間が延びている。このことから、Ｌ1／Ｌ2の値が１００以上となるように構成すれば、封止膜を設けるよりも効果的に酸素及び水分の侵入を抑制できることがわかる。
（実施例６〜９）
実施例６として、基板１に厚み７００μｍのガラス（コーニング社製）を用いたこと以外は、前述した実施例２と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例７として、ゲート絶縁層５の材料に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は実施例６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例８として、半導体層２が、その上面において、ゲート絶縁層５で覆われていない部分を有すること以外は、実施例７と同様に形成した有機トランジスタを用意した。なお、半導体層２の上面におけるゲート絶縁層５で覆われていない部分の面積は、０．７ｍｍ2とした。また、実施例９として、ゲート絶縁層５の材料にスピンコート法により形成した厚み１μｍのＰＶＡ層を使用したこと以外は実施例６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
実施例６として、基板１に厚み７００μｍのガラス（コーニング社製）を用いたこと以外は、前述した実施例２と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例７として、ゲート絶縁層５の材料に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は実施例６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例８として、半導体層２が、その上面において、ゲート絶縁層５で覆われていない部分を有すること以外は、実施例７と同様に形成した有機トランジスタを用意した。なお、半導体層２の上面におけるゲート絶縁層５で覆われていない部分の面積は、０．７ｍｍ2とした。また、実施例９として、ゲート絶縁層５の材料にスピンコート法により形成した厚み１μｍのＰＶＡ層を使用したこと以外は実施例６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
（寿命時間の評価）
実施例６〜９の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表２に実施例６〜９について、それぞれのゲート絶縁層５の材料、ゲート絶縁層５の酸素透過速度及び寿命時間を示す。
実施例６〜９の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表２に実施例６〜９について、それぞれのゲート絶縁層５の材料、ゲート絶縁層５の酸素透過速度及び寿命時間を示す。
表２に示すように、実施例６及び７は、ゲート絶縁層５の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満であるため、実施例９に比べ寿命時間が延びている。また、実施例７は、実施例８に比べ寿命時間が延びている。この結果より、ゲート絶縁層５が半導体層２を覆って積層された構成とすることにより、酸素及び水分の侵入を効果的に抑制できることがわかる。
（実施例１０〜１４）
次に、前述した第２実施形態の実施例である実施例１０〜１４について、図２を参照して説明する。各構成要素の材料、厚み及び形成方法は、基板１（材料：ＰＥＴ、厚み：５０μｍ）、第２ゲート電極２２（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、第２ゲート絶縁層２４（材料：ＰＶＰ、厚み（Ｔ）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、半導体層２（材料：ペンタセン、厚み：０．０５μｍ、形成方法：蒸着）、ソース電極３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ドレイン電極４（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、第１ゲート絶縁層２１（材料：ＰＶＰ、厚み（Ｌ2）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、第１ゲート電極２３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）とした。なお、実施例１０〜１４のそれぞれについて、第１ゲート電極２３を形成する際は、Ｌ1／Ｌ2の値が表３に示す値となるように調整した。また、チャネル長については、いずれも１００μｍとした。
次に、前述した第２実施形態の実施例である実施例１０〜１４について、図２を参照して説明する。各構成要素の材料、厚み及び形成方法は、基板１（材料：ＰＥＴ、厚み：５０μｍ）、第２ゲート電極２２（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、第２ゲート絶縁層２４（材料：ＰＶＰ、厚み（Ｔ）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、半導体層２（材料：ペンタセン、厚み：０．０５μｍ、形成方法：蒸着）、ソース電極３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、ドレイン電極４（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）、第１ゲート絶縁層２１（材料：ＰＶＰ、厚み（Ｌ2）：１μｍ、形成方法：スピンコート）、第１ゲート電極２３（材料：金、厚み：０．１μｍ、形成方法：マスク蒸着）とした。なお、実施例１０〜１４のそれぞれについて、第１ゲート電極２３を形成する際は、Ｌ1／Ｌ2の値が表３に示す値となるように調整した。また、チャネル長については、いずれも１００μｍとした。
（比較例２及び参考例２）
比較例２として、第１ゲート電極２３を形成する際に、Ｌ1／Ｌ2の値が１となるように調整したこと以外は、実施例１０〜１４と同様に形成した有機トランジスタを用意した。更に、参考例２として、第１ゲート電極２３上に、封止膜として半導体層２を覆う大きさのポリビニルアルコール（ＰＶＡ、厚み１０μｍ）を設けたこと以外は、比較例２と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
比較例２として、第１ゲート電極２３を形成する際に、Ｌ1／Ｌ2の値が１となるように調整したこと以外は、実施例１０〜１４と同様に形成した有機トランジスタを用意した。更に、参考例２として、第１ゲート電極２３上に、封止膜として半導体層２を覆う大きさのポリビニルアルコール（ＰＶＡ、厚み１０μｍ）を設けたこと以外は、比較例２と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
（寿命時間の評価）
実施例１０〜１４、比較例２及び参考例２の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表３に評価結果を示す。
実施例１０〜１４、比較例２及び参考例２の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表３に評価結果を示す。
表３に示すように、実施例１０〜１４は、Ｌ1／Ｌ2の値が５以上となる関係を有しているため、比較例２に比べ、寿命時間が延びている。また、Ｌ1／Ｌ2の値が１００以上となる関係を有している実施例１３及び１４は、参考例２よりも寿命時間が延びている。このことから、Ｌ1／Ｌ2の値が１００以上となるように構成すれば、封止膜を設けるよりも効果的に酸素及び水分の侵入を抑制できることがわかる。
（実施例１５〜１８）
実施例１５として、第１ゲート絶縁層２１に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は、前述した実施例１１と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例１６として、第２ゲート絶縁層２４に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は、実施例１５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例１７として、半導体層２が、その下面において、第２ゲート絶縁層２４で覆われていない部分を有すること以外は、実施例１６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。なお、半導体層２の下面における第２ゲート絶縁層２４で覆われていない部分の面積は、０．７ｍｍ2とした。また、実施例１８として、第２ゲート絶縁層２４に、スピンコート法により形成した厚み１μｍのＰＶＡ層を使用したこと以外は、実施例１５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
実施例１５として、第１ゲート絶縁層２１に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は、前述した実施例１１と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例１６として、第２ゲート絶縁層２４に、スパッタ法により形成した厚み１μｍのＴａ2Ｏ5層を使用したこと以外は、実施例１５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。また、実施例１７として、半導体層２が、その下面において、第２ゲート絶縁層２４で覆われていない部分を有すること以外は、実施例１６と同様に形成した有機トランジスタを用意した。なお、半導体層２の下面における第２ゲート絶縁層２４で覆われていない部分の面積は、０．７ｍｍ2とした。また、実施例１８として、第２ゲート絶縁層２４に、スピンコート法により形成した厚み１μｍのＰＶＡ層を使用したこと以外は、実施例１５と同様に形成した有機トランジスタを用意した。
（寿命時間の評価）
実施例１５〜１８の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表４に実施例１５〜１８について、それぞれの第２ゲート絶縁層２４の材料、第２ゲート絶縁層２４の酸素透過速度及び寿命時間を示す。
実施例１５〜１８の有機トランジスタについて寿命時間の評価を行った。評価方法については、前述した実施例１〜５の評価方法と同様の方法を用いた。表４に実施例１５〜１８について、それぞれの第２ゲート絶縁層２４の材料、第２ゲート絶縁層２４の酸素透過速度及び寿命時間を示す。
表４に示すように、実施例１５及び１６は、第２ゲート絶縁層２４の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満であるため、実施例１８に比べ寿命時間が延びている。また、実施例１６は、実施例１７に比べ寿命時間が延びている。この結果より、第２ゲート絶縁層２４が半導体層２を覆って積層された構成とすることにより、酸素及び水分の侵入を効果的に抑制できることがわかる。
以上、本発明の有機トランジスタの実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではない。例えば、前記実施例では、基板としてＰＥＴフィルム又はガラスを用いたが、ポリイミドフィルム等の他の基板を用いてもよい。また、基板表面に、バリア層として、アルミニウム、ニッケル、クロム、銅等の金属層やそれらの合金層、又は無機酸化物、無機窒化物等の絶縁体層を設けてもよい。
また、前記実施例では、電極材料として金を用いたが、白金、銀、銅、アルミニウム、クロム、モリブデン、ニッケル等の金属やこれらの合金、又は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化インジウム−スズ合金（ＩＴＯ）等の無機材料を用いてもよい。
また、ゲート絶縁層の材料としては、前記実施例では、ＰＶＰやＴａ2Ｏ5を用いたが、これらに限定されるものではない。例えば、シリカ、アルミナ等の無機絶縁材料、ポリアクリロニトリル、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機絶縁材料を用いても良い。
また、有機半導体としては、前記実施例ではペンタセンを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、アセチレン、ピロール、チオフェン、アニリン、フラーレンやこれらの誘導体等の有機半導体材料、カーボンナノチューブと有機半導体材料との複合体等を用いても良い。半導体層の成膜方法としては、スピンコート法、キャスト法、電解重合法、気相重合法、真空蒸着法等が利用できる。
なお、本発明のトランジスタを備えた実施形態としては、前述したように表示装置及び無線識別タグについて説明したが、有機トランジスタを用いる他のデバイスに適用しても、同様の効果が得られることは明らかである。
１ 基板
２ 半導体層
３ ソース電極
４ ドレイン電極
５ ゲート絶縁層
６ ゲート電極
６ａ，２３ａ 外周部
７ チャネル領域
１０，２０ 有機トランジスタ（電界効果トランジスタ）
２１ 第１ゲート絶縁層
２２ 第２ゲート電極
２３ 第１ゲート電極
２４ 第２ゲート絶縁層
３０ ディスプレイ（表示装置）
４０ ＲＦＩＤタグ（無線識別タグ）
２ 半導体層
３ ソース電極
４ ドレイン電極
５ ゲート絶縁層
６ ゲート電極
６ａ，２３ａ 外周部
７ チャネル領域
１０，２０ 有機トランジスタ（電界効果トランジスタ）
２１ 第１ゲート絶縁層
２２ 第２ゲート電極
２３ 第１ゲート電極
２４ 第２ゲート絶縁層
３０ ディスプレイ（表示装置）
４０ ＲＦＩＤタグ（無線識別タグ）
Claims (10)
- 有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の表面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面に順次積層されたゲート絶縁層及びゲート電極とを含む電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極は、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、
前記ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧１００となる関係を有する請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁層の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満である請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁層は、前記半導体層を覆って積層されている請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
- 有機半導体を含む半導体層と、前記半導体層の上面に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面に順次積層された第１ゲート絶縁層及び第１ゲート電極と、前記半導体層の下面に順次積層された第２ゲート絶縁層及び第２ゲート電極とを含む電界効果トランジスタであって、
前記第１ゲート電極は、前記半導体層のチャネル領域を覆って設けられ、
前記第１ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記第１ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧５となる関係を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記第１ゲート電極の外周部と前記チャネル領域との最短距離をＬ1、前記第１ゲート電極と前記チャネル領域との最短距離をＬ2とした場合、Ｌ1／Ｌ2≧１００となる関係を有する請求項５に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第１及び第２ゲート絶縁層のうち少なくともいずれか一方の酸素透過速度が、100ml/m2/day/MPa未満である請求項５に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第１及び第２ゲート絶縁層のうち少なくともいずれか一方は、前記半導体層を覆って積層されている請求項５に記載の電界効果トランジスタ。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタを備えている表示装置。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタを備えている無線識別タグ。
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2006019659A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250709A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Ricoh Co Ltd | 有機薄膜トランジスタ |
| JP2007266201A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Nippon Kayaku Co Ltd | 電界効果トランジスタ |
| JP2011009413A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及び電子機器 |
| WO2011111736A1 (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | 日本電気株式会社 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
-
2004
- 2004-07-05 JP JP2004198421A patent/JP2006019659A/ja not_active Withdrawn
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