JP2006210930A - 薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備えた平板表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低いスレショルド電圧および優れた電荷移動特性を有し、オン−カレントの特性が向上した薄膜トランジスタ、その製造方法、及びそれを備えた平板表示装置を提供する。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極と絶縁されたソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極と絶縁され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、前記ゲート電極を前記ソース電極及び前記ドレイン電極と、または前記有機半導体層と絶縁させる絶縁層と、を備え、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触し、チャネル領域の反対側の領域に移動した電荷を、チャネル領域の反対側の領域に固定させうる官能基を有する化合物を含むチャネル形成促進層を備える薄膜トランジスタである。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）、その製造方法及びそれを備えた平板表示装置に係り、より詳細には、チャネル形成促進層を備えて、低いスレショルド電圧及び優れた電荷移動特性を有するＴＦＴ、その製造方法及び前記ＴＦＴを備えた平板表示装置に関する。

液晶ディスプレイ素子や有機発光ディスプレイ素子または無機発光ディスプレイ素子などの平板表示装置に使用されるＴＦＴは、各ピクセルの動作を制御するスイッチング素子及びピクセルを駆動させる駆動素子として使用される。

このようなＴＦＴは、ソース／ドレイン領域及び、このソース領域とドレイン領域との間に介在するチャネル領域を有する半導体層と、この半導体層と絶縁されて、前記チャネル領域に対応する領域に位置するゲート電極と、前記ソース／ドレイン領域にそれぞれ接触するソース／ドレイン電極と、を有する。

ところで、前記ソース／ドレイン電極は、通常、電荷の流れが円滑に行われるように、仕事関数の低い金属からなるが、このような金属と半導体層とが接触した領域の高い接触抵抗によって、素子の特性が低下し、さらには消費電力が増加するという問題点がある。

最近、活発な研究が進んでいる有機ＴＦＴは、低温工程で形成できる有機半導体層を備えて、プラスチック材の基板の使用が可能であるという長所がある。前記有機ＴＦＴは、例えば、特許文献１に開示されている。
韓国特許公開第２００４−００１２２１２号公報

しかし、従来のＴＦＴは、スレショルド電圧及び電荷移動の特性において、依然として満足すべきレベルの性能を有しておらず、その改善が至急の課題である。

上述した本発明の課題を達成するために、本発明の第１態様は、ゲート電極と、前記ゲート電極と絶縁されたソース及びドレイン電極と、前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース及びドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、前記ゲート電極を前記ソース電極及びドレイン電極と、または有機半導体層と絶縁させる絶縁層と、を備え、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触し、前記チャネル領域の反対側の領域に移動した電荷を、前記チャネル領域の反対側の領域に固定させうる官能基を有する化合物を含むチャネル形成促進層を備えるＴＦＴを提供する。

前記本発明の他の課題を達成するために、本発明の第２態様は、基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含むＴＦＴの製造方法を提供する。

前記本発明のさらに他の課題を達成するために、本発明の第３態様は、基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層の上部のうち、前記ゲート電極に対応する所定の位置にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含むＴＦＴの製造方法を提供する。

前記本発明のさらに他の課題を達成するために、本発明の第４態様は、基板上に備えられたソース電極及びドレイン電極の上部にチャネル形成促進層を形成する工程と、前記チャネル形成促進層の上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含むＴＦＴの製造方法を提供する。

前記本発明のさらに他の課題を達成するために、本発明の第５態様は、基板上にチャネル形成促進層を形成する工程と、前記チャネル形成促進層の上部にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含むＴＦＴの製造方法を提供する。

前記本発明のさらに他の課題を達成するために、本発明の第６態様は、本発明に係るＴＦＴを各画素に備え、前記ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されてなる平板表示装置を提供する。

本発明に係るＴＦＴは、チャネル形成促進層を備え、有機半導体層にチャネル領域が容易に形成されうる。これにより、スレショルド電圧が減少し、電荷移動特性が改善され、オン−カレントの特性が向上したＴＦＴが得られる。前記ＴＦＴを利用すれば、信頼性が確保された平板表示装置を製造できる。

以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明に係るＴＦＴは、チャネル形成促進層を備える。前記チャネル形成促進層は、有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するように備えられ、前記チャネル領域の反対側の領域に移動した電荷を、前記チャネル領域の反対側の領域に固定させうる官能基を有する化合物を含む。より具体的に、前記チャネル形成促進層は、前記チャネル領域の反対側の領域に移動した電荷（電子または正孔）を有機半導体層とチャネル形成促進層との界面に引き付け得る電子受容基または電子供与基を有する化合物を含む。

本明細書において、「チャネル」とは、ゲート電極に電気的信号を印加した際に、有機半導体層内に形成され、ソース電極とドレイン電極との間の電気的疎通を可能にする部位を指す。また、本明細書において、「チャネル領域」とは、ゲート電極に電気的信号を印加した際に、前述したようなチャネルが形成される領域を指す。

このようなチャネル形成促進層によれば、ＴＦＴのゲート電極に電圧が印加される際に、有機半導体層にチャネル領域がさらに容易に形成され、低いスレショルド電圧及び高い電荷移動特性を有するＴＦＴが得られる。

チャネル形成促進層によってチャネル形成が容易に行われるメカニズムは、図１及び図２に簡略に示されている。

図１は、ｐ−型半導体の有機半導体層５及びチャネル形成促進層７を備えたＴＦＴにおいて、ゲート電極２に電圧が印加された場合、有機半導体層５の電荷が移動しつつチャネル領域５ａが形成される状態を概略的に示す図面である。

図１のＴＦＴは、ゲート電極２、ゲート電極２と有機半導体層５とを絶縁させる絶縁層３、ソース電極４ａ及びドレイン電極４ｂ、有機半導体層５及びチャネル形成促進層７をこの順に備えている。ゲート電極２に負の電圧が印加されれば、有機半導体層５のうち正孔（＋）は、ゲート電極２に向かう領域に移動してチャネル領域５ａを形成して、電子（−）は、チャネル領域の反対側の領域５ｂに移動する。この際、チャネル領域の反対側の領域５ｂに接触するように備えられ、電子受容基を有する化合物を含むチャネル形成促進層７によって、チャネル領域の反対側の領域５ｂに移動した電子（−）は、有機半導体層５とチャネル形成促進層７との界面に向かって強力に引き付けられるが、これによりチャネル領域５ａの形成がさらに促進されうる。

図２は、ｎ−型半導体の有機半導体層５及びチャネル形成促進層７を備えたＴＦＴにおいて、ゲート電極２に電圧が印加された場合、有機半導体層５の電荷が移動しつつチャネル領域５ａが形成される状態を概略的に示す図面である。

図２のＴＦＴは、図１のＴＦＴと同様に、ゲート電極２、ゲート電極２と有機半導体層５とを絶縁させる絶縁層３、ソース電極４ａ及びドレイン電極４ｂ、有機半導体層５及びチャネル形成促進層７をこの順に備えている。ゲート電極２に正の電圧が印加されれば、有機半導体層５のうち電子（−）は、ゲート電極２に向う領域に移動してチャネル領域５ａを形成し、正孔（＋）は、チャネル領域の反対側の領域５ｂに移動する。この際、チャネル領域の反対側の領域５ｂに接触するように備えられ、電子供与基を有する化合物からなるチャネル形成促進層７によって、チャネル領域の反対側の領域５ｂに移動した正孔は、有機半導体層５とチャネル形成促進層７との界面に向かって強力に引き付けられるが、これにより、チャネル領域５ａの形成がさらに促進されうる。

以下、本発明に係るＴＦＴの一具現例を、図３ないし図６を参照してさらに詳細に説明する。

図３は、本発明に係るＴＦＴの一具現例を示す図面である。

図３において、基板１１として、通常の有機発光素子で使用される基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性などを考慮して、ガラス基板または透明プラスチック基板を使用できる。前記基板１１上には、所定パターンのゲート電極１２が形成される。前記ゲート電極１２は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、またはＡｌ：Ｎｄ、Ｍｏ：Ｗの合金のような金属または金属の合金から構成されうるが、必ずしもこれに限定されるものではない。前記ゲート電極１２の上部には、前記ゲート電極１２を覆うように絶縁層１３が備えられる。前記絶縁層１３は、金属酸化物または金属窒化物のような無機物を含むか、または絶縁性有機高分子のような有機物を含むなど、多様な物質から構成され得る。

絶縁層１３の上部には、ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂがそれぞれ形成される。前記ソース電極１４ａ及び前記ドレイン電極１４ｂは、図３に示すように、ゲート電極１２の一定部分と重なるように備えられ得るが、必ずしもこれに限定されるものではない。ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂは、通常の有機半導体層をなす物質との仕事関数を考慮して、仕事関数が５．０ｅＶ以上の貴金属などを使用できる。これを考慮した物質の非制限的な例として、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓとその合金が現在使用可能な物質であり、なかでも、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどが好ましい。

一方、前記ソース電極１４ａ及び前記ドレイン電極１４ｂの上部には、有機半導体層１５が全面に形成される。前記有機半導体層１５を形成する有機半導体物質としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びそれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びそれらの誘導体、金属を含むか、または含んでいないフタロシアニン及びそれらの誘導体、ピロメリット酸二無水物及びその誘導体、ピロメリット酸ジイミド及びそれらの誘導体などが使用されうるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

前記有機半導体層１５の上部には、チャネル形成促進層１７が備えられる。前記チャネル形成促進層１７は、図３のＴＦＴのゲート電極１２に電圧が印加される際に生じる有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するように備えられる。

ゲート電極１２に負の電圧が印加される場合、有機半導体層１５に存在する正孔はゲート電極１２に向って移動してチャネル領域を形成し、有機半導体層１５に存在する電子はチャネル領域の反対側の領域に移動する。かような場合、前記チャネル形成促進層１７は、電子受容基を有する化合物を含む。

前記電子受容基を有する化合物は、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＯ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ−、−ＳＯ_２−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−、＝Ｎ−、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｉ、Ｃ_１−１０ハロアルキル基及びＣ_５−１０ハロアリール基からなる群から選択された一つ以上を含む芳香族化合物が好ましい。

前記Ｃ_１−１０ハロアルキル基とは、炭素数１−１０を有するアルキル基において、一つ以上の水素がハロゲンに置換されたものであって、前記アルキル基は、特に制限されないが、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基またはヘキシル基などでありうる。なかでも、Ｃ_１−５ハロアルキル基が好ましい。

前記Ｃ_５−１０ハロアリール基とは、炭素数５−１０を有するアリール基において、一つ以上の水素がハロゲンに置換されたものである。前記アリール基は、芳香族環系から由来したラジカルを意味するものであり、例えば、フェニル基、ナフチル基などでありうる。

前記芳香族化合物とは、不飽和炭素環系化合物及び不飽和複素環系化合物を総称するものである。前記芳香族化合物は、上記のような電子受容基のうち一つ以上を含み、５員、６員及び７員炭素環及び複素環からなる群から選択された一つ以上を有し、前記炭素環または複素環は、互いに融合されるか、または単結合または二重結合で連結されうるか、金属元素、例えば、Ａｌと配位結合を形成できる。なお、複素環は、炭素環をなす炭素原子のうち一つ以上が、Ｎ、Ｓ、Ｐ及びＯからなる群から選択された一つ以上に置換された環を示す。

前記芳香族化合物は、上記のような電子受容基を有するが、前記電子受容基は、前記芳香族化合物の一つ以上の水素を置換しても良く、前記芳香族化合物の環をなすＣ、Ｎ、Ｓ、ＰまたはＯを置換しても良い。また、前記芳香族化合物の複素環のヘテロ原子が電子受容基としての機能を有しても良い。

より具体的に、前記電子受容基を有する芳香族化合物は、上記のような電子受容基のうち一つ以上を含んだ、フルオレン系化合物、アニリン系化合物、ベンゼン系化合物、ナフタレン系化合物、ビフェニル系化合物、スチルベン系化合物、アントラセン系化合物、二無水物系化合物、無水物系化合物、イミド系化合物、フェナジン系化合物、キノキサリン系化合物などでありうる。

前記電子受容基を有する化合物の非制限的な例としては、２，４，７−トリニトロフルオレン、４−ニトロアニリン、２，４−ジニトロアニリン、５−ニトロアントラニロニトリル、２，４−ジニトロジフェニルアミン、１，５−ジニトロナフタレン、４−ニトロビフェニル、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、１，４−ジシアノベンゼン、９，１０−ジシアノアントラセン、１，２，４、５−テトラシアノベンゼン、３，５−ジニトロベンゾニトリル、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３，４，９，１０−ペリレンジカルボキシイミド、テトラクロロフタル酸無水物、テトラクロロフタロニトリル、テトラフルオロ−１，４−ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フェナントレンキノン、１，１０−フェナントロリン−５，６−ジオン、フェナジン、キノキサリン、２，３，６，７−テトラクロロキノキサリン、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ_３）等がある。

一方、ゲート電極１２に正の電圧が印加される場合、有機半導体層１５に存在する電子はゲート電極に向って移動してチャネル領域を形成し、有機半導体層１５に存在する正孔はチャネル領域の反対側の領域に移動する。かような場合、前記チャネル形成促進層１７は、電子供与基を有する化合物を含む。

前記電子供与基を有する化合物は、特に制限されないが、電子供与基として水素、Ｃ_１−１０アルキル基、Ｃ_５−１０アリール基、−ＮＲ_１Ｒ_２基、−ＯＲ_３基及び−ＳｉＲ_４Ｒ_５Ｒ_６基からなる群から選択された一つ以上を含む芳香族化合物及びビニル系化合物でありうる。この際、前記Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５及びＲ_６は、それぞれ独立して、水素、Ｃ_１−１０アルキル基またはＣ_５−１０アリール基が好ましい。

前記Ｃ_１−１０アルキル基とは、炭素数１−１０を有するアルキル基であって、特に制限されないが、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基またはヘキシル基などでありうる。なかでも、Ｃ_１−５アルキル基が好ましい。

前記Ｃ_５−１０アリール基とは、炭素数５−１０を有する芳香族環系から由来したラジカルを意味するものであり、特に制限されないが、例えば、フェニル基、ナフチル基などでありうる。

前記芳香族化合物とは、前記のように不飽和炭素環化合物及び不飽和複素環化合物を総称するものであり、前記芳香族化合物は、前記のような電子供与基のうち一つ以上を含み、５員、６員及び７員の炭素環及び複素環からなる群から選択された一つ以上を有し、前記炭素環または複素環は、互いに融合されるか、または単結合または二重結合で連結されうる。なお、複素環とは、炭素環をなす炭素原子のうち一つ以上が、Ｎ、Ｓ、Ｐ及びＯからなる群から選択された一つ以上に置換された環を示すものである。一方、ビニル系化合物とは、ビニル基を含んだ化合物を総称するものである。

より具体的に、前記電子供与基を有する芳香族化合物は、前記のような電子供与基のうち一つ以上を含んだ、チオフェン系化合物、エチレン系化合物、アズレン系化合物、ペンタジエン系化合物またはフルバレン系化合物などでありうる。

前記電子供与基を有する化合物の非制限的な例としては、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、テトラフェニルエチレン、アズレン、１，２，３，４−テトラフェニル−１，３−シクロペンタジエンまたはビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレンなどが好ましい。

上記のようなチャネル形成促進層１７をなす物質は、ｐ−型有機半導体層またはｎ−型有機半導体層によって異なって備えられ、有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域に移動する電荷（電子または正孔）を有機半導体層１５とチャネル形成促進層１７との界面に引き付ける機能を有する。これにより、有機半導体層１５のチャネル形成がさらに容易に行われ、スレショルド電圧が低くなり、電荷移動の特性が向上する。前記チャネル形成促進層１７をなす物質は、本発明の説明のための例に過ぎず、その他にも、図１及び図２に示すようなメカニズムを満足させうる他の物質も使用可能であるということは言うまでもない。以下、チャネル形成促進層をなす物質についての説明は、上記の通りである。

図４は、本発明に係るＴＦＴの他の一具現例を示す図面である。図４において、基板１１上には、所定パターンのゲート電極１２が備えられ、前記ゲート電極１２の上部には、ゲート電極１２を覆うように絶縁層１３が備えられている。前記絶縁層１３の上部には、有機半導体層１５が備えられ、有機半導体層１５の上部には、ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂがゲート電極１２に対応する所定の位置に備えられている。

前記ソース電極及び前記ドレイン電極１４ｂの上部には、チャネル形成促進層１７が備えられている。前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するように備えられている。また、前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうち、チャネル領域の反対側の領域に移動する電荷（電子または正孔）を有機半導体層１５とチャネル形成促進層１７との界面に引き付け得るように、電子受容基または電子供与基を有する化合物から構成されうる。これにより、有機半導体層１５のチャネル領域の形成が促進される。

図５は、本発明に係るＴＦＴの他の一具現例を示す図面である。図５において、基板１１上には、所定パターンのソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂが形成されている。前記ソース電極１４ａ及び前記ドレイン電極１４ｂの上部にチャネル形成促進層１７が備えられており、チャネル形成促進層１７の上部には、有機半導体層１５が形成されている。

前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するように備えられている。また、前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうち、チャネル領域の反対側の領域に移動する電荷（電子または正孔）を有機半導体層とチャネル形成促進層との界面に引き付け得るように、電子受容基または電子供与基を有する化合物を含む。これにより、有機半導体層１５のチャネル領域の形成が促進される。

一方、前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５とソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂとの直接接触のために、図５に示すように、所定のパターンで備えられ得る。チャネル形成促進層１７のパターンは、図５に示す形態の他に多様に変形できるということは言うまでもない。

前記有機半導体層１５の上部には、これを覆うように絶縁層１３が備えられ、絶縁層１３の上部には、ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂに対応するようにゲート電極１２が備えられている。

図６は、本発明に係るＴＦＴの他の一具現例を示す図面である。図６において、基板１１上には、チャネル形成促進層１７が形成されており、その上部には所定パターンのソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂが形成されている。前記ソース電極１４ａ及び前記ドレイン電極１４ｂの上部には有機半導体層１５が備えられている。

前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するように備えられている。また、前記チャネル形成促進層１７は、有機半導体層１５のうちチャネル領域の反対側の領域に移動する電荷（電子または正孔）を有機半導体層とチャネル形成促進層との界面に引き付け得るように、電子受容基または電子供与基を有する化合物から構成される。これにより、有機半導体層１５のチャネル領域の形成が促進される。

前記有機半導体層１５の上部には、これを覆うように絶縁層１３が備えられ、絶縁層１３の上部にはソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂに対応するようにゲート電極１２が備えられ得る。

本発明のＴＦＴを図３ないし図６を参照して説明したが、これは、本発明の説明のための例示に過ぎず、その他にも多様な積層構造が可能である。

本発明のＴＦＴの製造方法の一具現例は、基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極に対応する所定の位置にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含みうる。

ＴＦＴの各層の形成方法は、各層をなす物質によって蒸着法またはコーティング法を利用した多様な方法を利用できる。

本発明のＴＦＴの製造方法の他の具現例は、基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層の上部のうち、前記ゲート電極に対応する所定の位置にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含みうる。

本発明のＴＦＴの製造方法の他の具現例は、基板上に備えられたソース電極及びドレイン電極の上部にチャネル形成促進層を形成する工程と、前記チャネル形成促進層の上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含みうる。

この際、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記有機半導体層とが直接接触するように前記チャネル形成促進層をパターニングする工程をさらに含みうる。

本発明のＴＦＴの製造方法のさらに他の具現例は、基板上にチャネル形成促進層を形成する工程と、前記チャネル形成促進層の上部にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ソース及びドレイン電極に対応する所定の位置でゲート電極を形成する工程と、を含みうる。

上記のようなＴＦＴの製造方法は、形成しようとするＴＦＴの構造によって多様に変形されうるということは言うまでもない。

前記のような構造のＴＦＴは、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）または有機発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ：ＯＬＥＤ）のような平板表示装置に備えられ得る。図７は、平板表示装置の一具現例であるＯＬＥＤに前記ＴＦＴを適用した様子を示す図面である。

図７は、ＯＬＥＤの一つの副画素を示す図面であって、このような各副画素には、自発光素子として有機発光素子が備えられており、ＴＦＴが少なくとも一つ以上備えられている。前記ＯＬＥＤは、ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）の発光色によって多様な画素パターンを有するが、好ましくは、赤色、緑色、青色の画素を備える。

図７に示すように、基板２１上には、所定パターンのゲート電極２２が形成されており、前記ゲート電極２２を覆うように、絶縁層２３が形成されている。そして、絶縁層２３の上部には、ソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂがそれぞれ形成されており、ソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂの上部には、有機半導体層２５が備えられている。有機半導体層２５の上部には、上記のようなチャネル形成促進層２７が備えられている。前記チャネル形成促進層２７は、ゲート電極２２に電圧が印加される際に、有機半導体層２５のうちチャネル領域の反対側の領域に移動する電荷（電子または正孔）を、有機半導体層２５とチャネル形成促進層２７との界面に引き寄せる機能を有し、有機半導体層２５のチャネル領域の形成を促進させる。これと関連した詳細な説明は、上記の通りである。

チャネル形成促進層２７の上部には、前記ＴＦＴ２０を覆うように保護層及び／または平坦化層が備えられている。前記保護層及び／または平坦化層は、単一層または複数層の構造に形成され、有機物、無機物、または有機／無機複合物から多様に形成されうる。

前記保護層及び／または平坦化層の上部には、画素定義膜２８によって有機発光素子３０の有機発光膜３２が形成されている。

前記有機発光素子３０は、電流の流れによって赤色、緑色、青色の光を発光して所定の画像を表示するものであって、ＴＦＴ２０のソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂのうち、ある一つの電極に接続された画素電極３１と、画素全体を覆うように備えられた対向電極３３と、画素電極３１と対向電極３３との間に配置されて発光する有機発光膜３２とから構成される。本発明は、必ずしも上記のような構造に限定されるものではなく、多様なＯＬＥＤの構造がそのまま適用されうるということは言うまでもない。

前記有機発光膜３２の構成材料としては、低分子または高分子の有機膜が使用されうるが、低分子有機膜を使用する場合、ホール注入層（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＨＩＬ）、ホール輸送層（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）、発光層（Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＥＭＬ）、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＥＴＬ）、電子注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）などが、単一あるいは複合の構造に積層されて形成され、使用可能な有機材料も、特に制限されないが、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ_３）などをはじめとして多様に適用可能である。これらの低分子有機膜は、例えば、真空蒸着の方法で形成される。

前記有機発光膜３２が高分子有機膜の場合には、特に制限されないが、大体ＨＴＬ及びＥＭＬで備えられた構造を有し、この際、前記ＨＴＬとしてＰＥＤＯＴを使用し、ＥＭＬとしてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−ｐａｒａ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系等の高分子有機物質を使用し、これらはスクリーン印刷やインクジェット印刷等の方法で形成できる。

上記のような有機膜は、必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な実施例が適用されうるということは言うまでもない。

前記画素電極３１は、アノード電極の機能を有し、前記対向電極３３は、カソード電極の機能を有するが、もちろん、それらの画素電極３１と対向電極３３の極性は、反対になっても良い。

液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）の場合、これとは違って、前記画素電極３１を覆う下部配向膜（図示せず）を形成することにより、ＬＣＤの下部基板の製造を完成する。

このように本発明に係るＴＦＴは、図７のように、各副画素に搭載されてもよく、画像が具現されないドライバ回路（図示せず）にも搭載可能である。

以下、実施例を利用して本発明をさらに詳細に説明する。

＜実施例＞
シリコンオキシドからなる基板上にＡｕを１０００Åの厚さに蒸着して、所定のパターンを有するＡｕゲート電極を形成した後、前記Ａｕゲート電極の上部にＳｉＯ_２を１５００Åの厚さに蒸着して絶縁層を形成した。その後、Ａｕを１０００Åの厚さに蒸着してＡｕソース電極及びＡｕドレイン電極を形成した後、前記ソース及びドレイン電極を覆うように、７００Åの厚さのペンタセン層を形成して、ペンタセン有機半導体層を形成した。その後、前記有機半導体層の上部に３００Åの厚さにＡｌｑ_３を蒸着して、電子受容基を有するチャネル形成促進層を形成し、本発明に係る有機ＴＦＴを製造した。前記有機ＴＦＴをサンプル１と称する。

＜比較例＞
前記実施例のうち、前記有機半導体層の上部に、Ａｌｑ_３からなるチャネル形成促進層を形成していないという点を除いては、前記実施例と同じ方法を利用して有機ＴＦＴを製造した。前記有機ＴＦＴをサンプル２と称する。

＜評価例＞
＜電荷移動度及びオン／オフ電流特性の評価＞
前記サンプル１及び２に対して、電荷移動度の特性及びオン／オフ電流の特性をＨＰ４１５６Ｃ半導体パラメータ分析器を利用して評価した。電荷移動度の特性評価条件は、次の通りであった：Ｖｄｓ（ソース−ドレイン間電圧）＝−５Ｖ、飽和異常のＶｇ（ゲート電圧）に対するＩｄ^１／２フローティングで飽和異常を計算した。一方、オン／オフ電流特性の評価条件は、次の通りであった：ドレイン電圧 Ｖｄ＝−５Ｖ及び−６０Ｖ、ゲート電圧の変化範囲＝２０Ｖ（オフである場合である）〜−６０Ｖ（オンである場合である）、ゲート電圧の変化量＝１Ｖ。

その結果、サンプル２の電荷移動度は、０．６６ｃｍ^２／Ｖｓであったが、サンプル１の電荷移動度は、サンプル２の約２倍に該当する１．１４ｃｍ^２／Ｖｓであった。これにより、本発明に係る有機ＴＦＴの電荷移動度が向上することが確認できる。

また、サンプル２のオン−カレントは、１．２２×１０^３Ａ／Ａであったが、サンプル１のオン−カレントは、２．１５×１０^５Ａ／Ａであり、サンプル１は、サンプル２に比べて２桁以上高いオン／オフ電流特性を有することが確認できる。

これにより、本発明に係る有機ＴＦＴの優れた電荷移動度及びオン／オフ電流の特性が確認できる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明を説明したが、当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できるということを理解できるであろう。

本発明に係るＴＦＴにおいて、チャネル形成促進層によってチャネル形成が促進されるメカニズムを概略的に示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴにおいて、チャネル形成促進層によってチャネル形成が促進されるメカニズムを概略的に示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明に係るＴＦＴを備えた平板表示装置の一具現例を示す断面図である。

符号の説明

１１、２１ 基板、
２、１２、２２ ゲート電極、
３、１３、２３ 絶縁層、
５、１５、２５ 有機半導体層、
４ａ、１４ａ、２４ａ ソース電極、
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ ドレイン電極、
５ａ チャネル領域、
５ｂ チャネル領域の反対側の領域、
７、１７、２７ チャネル形成促進層、
２０ ＴＦＴ、
２８ 画素定義膜、
３０ 有機発光素子、
３１ 画素電極、
３２ 有機発光膜、
３３ 対向電極。

Claims (19)

1. ゲート電極と、
   前記ゲート電極と絶縁されたソース電極及びドレイン電極と、
   前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、
   前記ゲート電極を前記ソース電極及びドレイン電極と、または有機半導体層と絶縁させる絶縁層と、を備え、
   前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触し、前記チャネル領域の反対側の領域に移動した電荷を、前記チャネル領域の反対側の領域に固定させうる官能基を有する化合物を含むチャネル形成促進層を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記チャネル領域で正孔が移動して、前記チャネル領域の反対側の領域に電子が移動する場合、前記チャネル形成促進層は、電子受容基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記電子受容基を有する化合物は、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＯ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ−、−ＳＯ_２−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−、＝Ｎ−、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｉ、Ｃ_１−１０ハロアルキル基及びＣ_５−１０ハロアリール基からなる群から選択された一つ以上を含む芳香族化合物であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記芳香族化合物は、５員、６員及び７員炭素環及び複素環からなる群から選択された一つ以上を有し、前記炭素環または複素環は、互いに融合されるか、または単一結合またはエテニレン基で連結されるか、金属元素と配位結合を形成していることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記電子受容基を有する化合物は、２，４，７−トリニトロフルオレン、４−ニトロアニリン、２，４−ジニトロアニリン、５−ニトロアントラニロニトリル、２，４−ジニトロジフェニルアミン、１，５−ジニトロナフタレン、４−ニトロビフェニル、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、１，４−ジシアノベンゼン、９，１０−ジシアノアントラセン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、３，５−ジニトロベンゾニトリル、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３，４，９，１０−ペリレンジカルボキシイミド、テトラクロロフタル酸無水物、テトラクロロフタロニトリル、テトラフルオロ−１，４−ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フェナントレンキノン、１，１０−フェナントロリン−５，６−ジオン、フェナジン、キノキサリン、２，３，６，７−テトラクロロキノキサリン及びトリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ_３）からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記チャネル領域に電子が移動して、前記チャネル領域の反対側の領域に正孔が移動する場合、前記チャネル形成促進層は、電子供与基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記電子供与基を有する化合物は、水素、Ｃ_１−１０アルキル基、Ｃ_５−１０アリール基、−ＮＲ_１Ｒ_２基、−ＯＲ_３基及び−ＳｉＲ_４Ｒ_５Ｒ_６基からなる群から選択された一つ以上を含む芳香族化合物及びビニル系化合物であり、この際前記Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５及びＲ_６は、それぞれ独立して、水素、Ｃ_１−１０アルキル基またはＣ_５−１０アリール基であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタ。
8. 前記芳香族化合物は、５員、６員及び７員の炭素環及び複素環からなる群から選択された一つ以上を有し、前記炭素環または複素環は、互いに融合されるか、または単結合または二重結合で連結されていることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ。
9. 前記電子供与基を有する化合物は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、テトラフェニルエチレン、アズレン、１，２，３，４−テトラフェニル−１，３−シクロペンタジエン及びビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレンからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタ。
10. 基板、ゲート電極、絶縁層、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層、並びにチャネル形成促進層をこの順に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
11. 基板、ゲート電極、絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極、並びにチャネル形成促進層をこの順に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
12. 基板、ソース電極及びドレイン電極、チャネル形成促進層、有機半導体層、絶縁層、並びにゲート電極をこの順に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
13. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記有機半導体層とが直接接触するように、前記チャネル形成促進層が所定のパターンを有することを特徴とする請求項１２に記載の薄膜トランジスタ。
14. 基板、チャネル形成促進層、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層、絶縁層、並びにゲート電極をこの順に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
15. 基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、
    前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
16. 基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部に有機半導体層を形成する工程と、
    前記有機半導体層の上部のうち、前記ゲート電極に対応する所定の位置にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
    前記有機半導体層のうちチャネル領域の反対側の領域と接触するようにチャネル形成促進層を形成する工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
17. 基板上に備えられたソース電極及びドレイン電極の上部にチャネル形成促進層を形成する工程と、
    前記チャネル形成促進層の上部に有機半導体層を形成する工程と、
    前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
18. 基板上にチャネル形成促進層を形成する工程と、
    前記チャネル形成促進層の上部にソース電極及び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上部に有機半導体層を形成する工程と、
    前記有機半導体層を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
19. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを各画素に備え、前記薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されてなることを特徴とする平板表示装置。

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