JP2006261517A - 有機薄膜トランジスタ、それを備えた表示装置および有機薄膜トランジスタの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】 有機薄膜トランジスタ１０は、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、有機半導体膜４と、ソース電極５と、ドレイン電極６と、金属粒子７とを備える。ゲート電極２は、有機半導体膜４の膜厚方向に電界を生じさせる電界をゲート絶縁膜３を介して印加する。有機半導体膜４は、チオフェン骨格を有する有機半導体材料からなる。そして、有機薄膜トランジスタ１０において、金属粒子７は、ソース電極５とドレイン電極６との間の有機半導体膜４の一主面に配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、有機薄膜トランジスタ、それを備えた表示装置および有機薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。

有機半導体は、無機半導体に比べ、低温成膜および大面積化が容易であることから、低コストなトランジスタ用の材料として注目されている。そして、導電性高分子または共役高分子を利用した有機半導体を活性層に用いた有機薄膜トランジスタが知られている（特許文献１）。また、低分子化合物からなる有機半導体を活性層に用いた有機薄膜トランジスタも知られている（特許文献２）。

一方、イオウを含む高分子材料およびアルキルチオフェン材料が高い移動度を有することが知られている。特に、規則正しく配列したポリヘキシルチオフェン材料が高い移動度を有することが知られている。

そして、誘起電荷が移動する有機半導体層の有機半導体分子の配列の乱れを効果的に抑制して、より高い移動度と、より高いオン電流およびより低いリーク電流と、より高いオン／オフ比とを得るために、１０重量％以下の金属を有機半導体中に混入することが知られている（特許文献３）。
特開昭６１−２０２４６７号公報 特許第２９８４３７０号公報 特開２００４−６３９７８号公報

しかし、特許文献３に記載されているように、金属を有機半導体中に混入させる方法では、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた有機薄膜トランジスタの性能を向上させることが困難である。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタを提供することである。

また、この発明の目的は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタを備えた表示装置を提供することである。

さらに、この発明の別の目的は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。

この発明によれば、有機薄膜トランジスタは、有機半導体膜と、第１から第３の電極と、絶縁膜と、金属粒子とを備える。有機半導体膜は、基板上に形成され、チオフェン骨格を有する。第１および第２の電極は、有機半導体膜を通じて電流を流すための電極である。絶縁膜は、有機半導体膜に接して形成される。第３の電極は、有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を絶縁膜を介して印加するための電極である。金属粒子は、第１および第２の電極間の有機半導体膜の一主面に配置される。

好ましくは、金属粒子は、有機半導体膜と絶縁膜との界面に配置される。

好ましくは、金属粒子は、銀、銅、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムのいずれかからなる微粒子または銀およびパラジウムのいずれかを含む合金の微粒子である。

また、この発明によれば、表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを備える。

さらに、この発明によれば、製造方法は、有機薄膜トランジスタの製造方法である。有機薄膜トランジスタは、基板上に形成され、チオフェン骨格を有する有機半導体膜と、有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を絶縁膜を介して印加するための第３の電極と、第１および第２の電極間の有機半導体膜の一主面に配置された金属粒子とを備える。そして、製造方法は、第１および第２の電極を形成する第１のステップと、第１のステップにおいて形成された第１および第２の電極間の部位に金属ナノ粒子を含む溶液を印刷法により印刷する第２のステップと、印刷された溶液を乾燥する第３のステップとを含む。

さらに、この発明によれば、製造方法は、有機薄膜トランジスタの製造方法である。有機薄膜トランジスタは、基板上に形成され、チオフェン骨格を有する有機半導体膜と、有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を絶縁膜を介して印加するための第３の電極と、第１および第２の電極間の有機半導体膜の一主面に配置された金属粒子とを備える。そして、製造方法は、第１および第２の電極を形成する第１のステップと、第１のステップにおいて形成された第１および第２の電極間の部位にスパッタリング法により前金属粒子を形成する第２のステップを含む。

この発明による有機薄膜トランジスタにおいては、金属粒子がチオフェン骨格を有する有機半導体膜の表面に配置される。その結果、大気中の酸素が有機半導体膜に負電荷吸着することにより有機半導体膜に発生するキャリアを金属粒子が捕獲し、オフ電流を低減させる。

したがって、この発明によれば、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた有機薄膜トランジスタの性能を向上できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第１の断面構造図であり、図２は、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第２の断面構造図であり、図３は、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第３の断面構造図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタ１０は、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、有機半導体膜４と、ソース電極５と、ドレイン電極６と、金属粒子７とを備える。

ゲート電極２は、基板１の一主面１Ａ上に形成される。そして、ゲート電極２は、有機半導体膜４の膜厚方向に電界を生じさせる電圧をゲート絶縁膜３を介して印加するための電極である。ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２を覆うように基板１の一主面１Ａ上に形成される。

ソース電極５およびドレイン電極６は、ゲート絶縁膜３の一主面３Ａ上に所定の間隔で形成される。そして、ソース電極５およびドレイン電極６は、有機半導体膜４を通じて電流を流すための電極である。有機半導体膜４は、ソース電極５とドレイン電極６との間に形成される。金属粒子７は、ソース電極５とドレイン電極６との間の有機半導体膜４とゲート絶縁膜３との界面に配置される。

なお、図１に示す有機薄膜トランジスタの構造は、「ボトムゲート・ボトムコンタクト型」と呼ばれる。

この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタは、図２に示す有機薄膜トランジスタ１０Ａであってもよい。図２を参照して、有機薄膜トランジスタ１０Ａは、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０と同じ構成要素からなる。そして、有機薄膜トランジスタ１０Ａにおいては、有機半導体膜４は、ゲート絶縁膜３の一主面３Ａ上に形成され、ソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体膜４の一主面４Ａ上に所定の間隔で形成される。また、金属粒子７は、ゲート絶縁膜３と有機半導体膜４との界面に配置される。その他は、有機薄膜トランジスタ１０と同じである。

なお、図２に示す有機薄膜トランジスタの構造は、「ボトムゲート・トップコンタクト型」と呼ばれる。

また、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタは、図３に示す有機薄膜トランジスタ１０Ｂであってもよい。図３を参照して、有機薄膜トランジスタ１０Ｂは、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０と同じ構成要素からなる。有機薄膜トランジスタ１０Ｂにおいては、ソース電極５およびドレイン電極６は、基板１の一主面１Ａ上に所定の間隔で形成され、有機半導体膜４は、ソース電極５およびドレイン電極６を覆うように基板１の一主面１Ａ上に形成される。そして、ゲート絶縁膜３は、有機半導体膜４の一主面４Ａ上に形成され、ゲート電極２は、ゲート絶縁膜３の一主面３Ａ上に形成される。また、金属粒子７は、ゲート絶縁膜３と有機半導体膜４との界面に配置される。

なお、図３に示す有機薄膜トランジスタの構造は、「トップゲート・ボトムコンタクト型」と呼ばれる。

上述した有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａ，１０Ｂの各々に用いられる基板１、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、有機半導体膜４、ソース電極５、ドレイン電極６および金属粒子７について説明する。

基板１は、絶縁性を示し、電界効果トランジスタおよびその上に作製される表示素子、および表示パネル等を支持できるものであればよく、たとえば、ガラス、プラスチックおよび石英のいずれでもよい。

より具体的には、基板１は、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、アモルファスシリコン、アモルファスポリオレフィン、エポキシ樹脂およびガラス等のいずれであってもよい。そして、基板１の膜厚は、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲が好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲が更に好ましい。基板１の膜厚がこのような範囲に設定されるのは、基板１をフレキシブル基板として機能させるためである。

ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６の各々は、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、バリウムおよびナトリウム等の金属、酸化インジウム（ＩｎＯ_２）、酸化錫（ＳｎＯ_２）およびインジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）等の金属酸化物から構成されてもよく、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリンおよびパラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等の導電性高分子から構成されてもよく、カーボンブラック、金属微粒子およびグラファイト粉等の導電性複合材料から構成されてもよい。

そして、ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６の各々は、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布法、印刷法、およびゾルゲル法のいずれかの方法によって形成される。そして、ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６のパターンニング法は、フォトレジストのパターンニングと、エッチング液または反応性のプラズマでのエッチング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、凸版印刷およびマイクロコンタクトプリンティング法のいずれかである。また、レーザーおよび電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することによりゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６をパターンニングしてもよい。

ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６の各々の膜厚は、０．０１μｍ〜２μｍの範囲であり、好ましくは、０．０２μｍ〜１μｍの範囲である。ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６の膜厚が上記の範囲に設定されるのは、ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６の上に形成される材料の段差被覆性を向上させるためである。

ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２への電流の漏れを防止し、かつ、低ゲート電圧で電界効果トランジスタを駆動させることができるように絶縁性に優れ、かつ、比較的大きな比誘電率を有する材料からなる。

より具体的には、ゲート絶縁膜３は、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマーおよびこれらを組み合わせた共重合体からなっていてもよく、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウムおよび酸化チタン等の酸化物からなっていてもよく、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の窒化物から構成されてもよく、酸化物強誘電体からなっていてもよく、上記の酸化物、窒化物および酸化物強誘電体の粒子を分散させたポリマー膜からなっていてもよく、光硬化樹脂からなっていてもよい。この光硬化樹脂は、絶縁体の前駆物質としてモノマーを塗布した後に、光を照射して硬化させることにより絶縁体を形成するものである。

そして、好ましくは、ゲート絶縁膜３は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびアクリル樹脂からなる。

ゲート絶縁膜３は、スピンコートおよびブレーンコート等の塗布法、蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷およびインクジェット印刷等の印刷法等のいずれかにより形成される。

ゲート絶縁膜３の膜厚は、０．１μｍ〜４μｍの範囲であり、好ましくは、０．２μｍ〜２μｍの範囲である。ゲート絶縁膜の膜厚が上記の範囲に設定されるのは、ゲート絶縁膜３を下地であるゲート電極２上に形成する場合の段差被覆性を向上させるためである。

また、ゲート絶縁膜３は、室温において１０^−１２Ｓ／ｃｍ以下の電気伝導度を有し、好ましくは、室温において１０^−１４Ｓ／ｃｍ以下の電気伝導度を有する。

さらに、ゲート絶縁膜３は、２．０以上の比誘電率を有し、好ましくは、２．５以上の比誘電率を有する。

有機半導体膜４は、一般的には、チオフェン骨格を含む高分子材料からなる。より具体的には、有機半導体膜４は、下記の一般式（Ｉ）によって示されるアルキルチオフェン類、特に規則正しく配列したポリヘキシルチオフェンからなる。

また、有機半導体膜４は、下記の一般式（ＩＩ）によって示されるフルオレン共重合体またはトリアリールアミン共重合体からなる。

そして、有機半導体膜４は、上記の一般式（化Ｉ）または（化ＩＩ）によって示される有機半導体材料を溶媒（例えば、クロロホルム）に溶解し、その溶解液をキャスト、ディップおよびスピンコート等の塗布法によって塗布し、さらに、乾燥して形成される。

有機半導体膜４の膜厚は、１ｎｍ〜１００００ｎｍの範囲であり、好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。有機半導体膜４の膜厚がこのような範囲に設定されるのは、有機半導体膜４をソース電極５およびドレイン電極６上に形成するときの段差被覆性を向上させるためである。

金属粒子７は、銀、銅、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムのいずれかからなる微粒子、または銀およびパラジウムのいずれかを含む合金の微粒子からなる。そして、金属粒子７は、「金属ナノ粒子」を構成する。なお、金属ナノ粒子とは、ナノレベルで金属を制御して作り出した合金を言う。

そして、金属粒子７は、上述した印刷法においてナノメタルインクを転写・乾燥することにより形成される。この場合、金属粒子７は、電荷輸送が実行されるチャネル部に少なくとも配置されるが、他の部分に配置されても、トランジスタの動作上問題はない。

印刷法によって金属粒子７を形成する際の溶液中の金属濃度を制御することにより、金属粒子７の配置密度を制御できる。そして、ドロップキャスト法は、この金属粒子７の配置密度の制御性が優れた形成法である。

また、金属粒子７は、スパッタリング法によっても形成される。このスパッタリング法を用いることにより、有用な金属種を多様に選択できる。これは、ナノメタルインクが現状、銀、金および銅のみであるのに対し、スパッタリングのターゲットを代えることによりあらゆる金属および金属合金の微粒子を配置できるからである。

一般に、スパッタリング法による成膜においては、膜形成（膜成長）過程は、一旦、島状に形成された金属粒子が、その後のスパッタされた金属の堆積により、島状から連続膜に形態変化して膜堆積が成される。

したがって、本発明による金属粒子７は、膜成長初期の島状配置が該当し、具体的には、金属粒子７の形成は、成長開始から僅かな時間内で実行される。特に、銀およびパラジウムは、酸素捕獲能力が高く、これらの金属の場合には、非常に微細な島状形成によって膜成長が生じるので、銀またはパラジウムは、金属粒子７として特に好適である。

図１に示す有機薄膜トランジスタ１０の具体的な作製方法について説明する。ガラスからなる基板１上にシャドウマスクを介してアルミニウム（Ａｌ）が真空蒸着法によって形成される。これにより、ゲート電極２が基板１の一主面１Ａ上に形成される。この場合、ゲート電極２の膜厚は、１００ｎｍである。

引続いて、ポリパラキシリレンがＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりゲート電極２を覆うように基板１上に堆積される。これにより、ゲート絶縁膜３が基板１上に形成される。この場合、ゲート絶縁膜３の膜厚は、６００ｎｍである。

そして、銀ナノメタルインク（ハリマ化成）がドロップキャストにより、ゲート絶縁膜３上に転写され、その後、乾燥される。すなわち、金属粒子７を含む溶液は、印刷法によりゲート絶縁膜３上のソース電極５とドレイン電極６との間に印刷され、その印刷された溶液が乾燥される。これにより、金属粒子７がゲート絶縁膜３上に配置される。つまり、金属粒子７は、印刷法によりゲート絶縁膜３上に配置される。

引続いて、金（Ａｕ）がシャドウマスクを介して、表面に金属粒子７が配置されたゲート絶縁膜３上に真空蒸着法により堆積される。これにより、ソース電極５およびドレイン電極６がゲート絶縁膜３上に形成される。この場合、ソース電極５およびドレイン電極６の膜厚は、５０ｎｍである。そして、有機薄膜トランジスタ１０の寸法は、ゲート幅Ｗが１００００μｍであり、ゲート長Ｌは、３０μｍである。

さらに、その後、ポリヘキシルチオフェン（メルク社製）を０．５ｗｔ％でクロロホルム溶液に溶解させ、その溶液をスピンコートにより、表面に金属粒子７が配置されたゲート絶縁膜３、ソース電極５およびドレイン電極６上に塗布し、１５０℃で乾燥する。これにより、有機半導体膜が形成される。この場合、有機半導体膜の膜厚は、３０ｎｍである。

そして、フォトリソグラフィーにより、有機半導体膜を所定のパターンにパターンニングし、有機半導体膜４が形成される。その結果、ソース電極５とドレイン電極６との間の有機半導体膜４と、ゲート絶縁膜３との界面には、金属粒子７が存在する有機薄膜トランジスタ１０が作製される。

図４は、図１に示す有機薄膜トランジスタ１０のトランジスタ特性を示す図である。また、図５は、金属粒子を用いない有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示す図である。

図４および図５において、縦軸は、ソース−ドレイン電流を表し、横軸は、ソース−ドレイン電圧を表す。そして、ゲート電極２に印加されるゲート電圧は、０Ｖ、−５Ｖ、−１０Ｖ、−１５Ｖ、および−２０Ｖと変えられた。

金属粒子７を用いた場合、−２０Ｖのゲート電圧および−２０Ｖのソース−ドレイン電圧におけるソース−ドレイン電流から計算された有機薄膜トランジスタ１０の移動度は、０．００１７ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、閾値電圧は、５．２Ｖであり、オン／オフ比は、約２０である（図４参照）。

一方、金属粒子７を用いない場合、−２０Ｖのゲート電圧および−２０Ｖのソース−ドレイン電圧におけるソース−ドレイン電流から計算された有機薄膜トランジスタの移動度は、０．００４ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、閾値電圧は、３８Ｖであり、オン／オフ比は、約２である（図５参照）。

したがって、金属粒子７をゲート絶縁膜３と有機半導体膜４との界面に配置することにより、移動度が若干低下するものの、トランジスタに必要な低い閾値電圧を達成でき、さらに、オン／オフ比を１桁向上できた。

このように、金属粒子７を有機半導体膜７の表面に配置することにより、有機薄膜トランジスタの高性能化を達成できる。

次に、図２に示す有機薄膜トランジスタ１０Ａの具体的な作製方法について説明する。ガラスからなる基板１上にシャドウマスクを介してアルミニウム（Ａｌ）が真空蒸着法によって形成される。これにより、ゲート電極２が基板１の一主面１Ａ上に形成される。この場合、ゲート電極２の膜厚は、１００ｎｍである。

引続いて、ポリパラキシリレンがＣＶＤ法によりゲート電極２を覆うように基板１上に堆積される。これにより、ゲート絶縁膜３が基板１上に形成される。この場合、ゲート絶縁膜３の膜厚は、６００ｎｍである。

そして、銀ナノメタルインク（ハリマ化成）がドロップキャストにより、ゲート絶縁膜３上に転写され、その後、乾燥される。すなわち、金属粒子７を含む溶液は、印刷法によりゲート絶縁膜３上のソース電極５とドレイン電極６との間に印刷され、その印刷された溶液が乾燥される。これにより、金属粒子７がゲート絶縁膜３上に配置される。つまり、金属粒子７は、印刷法によりゲート絶縁膜３上に配置される。

引続いて、ポリヘキシルチオフェン（メルク社製）を０．５ｗｔ％でクロロホルム溶液に溶解させ、その溶液をスピンコートにより、表面に金属粒子７が配置されたゲート絶縁膜３、ソース電極５およびドレイン電極６上に塗布し、１５０℃で乾燥する。これにより、有機半導体膜４が形成される。この場合、有機半導体膜４の膜厚は、３０ｎｍである。

その後、金（Ａｕ）がシャドウマスクを介して、有機半導体膜４上に真空蒸着法により堆積される。これにより、ソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体膜４上に形成される。この場合、ソース電極５およびドレイン電極６の膜厚は、５０ｎｍである。そして、有機薄膜トランジスタ１０の寸法は、ゲート幅Ｗが１００００μｍであり、ゲート長Ｌは、３０μｍである。これにより、有機薄膜トランジスタ１０Ａが作製される。

このようにして作製された有機薄膜トランジスタ１０Ａの移動度は、０．００１５ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、閾値電圧は、４．８Ｖであり、オン／オフ比は、約２０であった。

さらに、図３に示す有機薄膜トランジスタ１０Ｂの具体的な作製方法について説明する。クロム（Ｃｒ）がシャドウマスクを介してガラスからなる基板１上に真空蒸着法により、３ｎｍ堆積される。このクロム（Ｃｒ）は、金（Ａｕ）の密着層として形成される。

引続いて、金（Ａｕ）がシャドウマスクを介して基板１／Ｃｒ上に真空蒸着法により、５０ｎｍ堆積される。これにより、ソース電極５およびドレイン電極６が基板１上に形成される。この場合、ゲート幅Ｗは、１００００μｍであり、ゲート長Ｌは、３０μｍである。

その後、ポリヘキシルチオフェン（メルク社製）を０．５ｗｔ％でクロロホルム溶液に溶解させ、その溶液をスピンコートにより、ソース電極５およびドレイン電極６を覆うように基板１上に塗布し、１５０℃で乾燥する。これにより、有機半導体膜４が形成される。この場合、有機半導体膜４の膜厚は、３０ｎｍである。

そして、銀をターゲットに用いたスパッタリングにより、銀からなる金属粒子７を有機半導体膜４上に配置する。この場合、スパッタリング時間は、３秒である。すなわち、金属粒子７は、スパッタリングによりソース電極５とドレイン電極６との間に形成される。

このように、有機薄膜トランジスタ１０Ｂにおいては、金属粒子７は、スパッタリング法により有機半導体膜４の表面に配置される。

その後、ポリパラキシリレンがＣＶＤ法により、表面に金属粒子７が配置された有機半導体膜４上に堆積される。これにより、ゲート絶縁膜３が有機半導体膜４上に形成される。この場合、ゲート絶縁膜３の膜厚は、６００ｎｍである。

そして、アルミニウム（Ａｌ）がシャドウマスクを介してゲート絶縁膜３上に真空蒸着法により堆積され、ゲート電極２がゲート絶縁膜３上に形成される。この場合、ゲート電極２の膜厚は、１００ｎｍである。

これにより、有機薄膜トランジスタ１０Ｂが作製される。

このようにして作製された有機薄膜トランジスタ１０Ｂの移動度は、０．００１４ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、閾値電圧は、５Ｖであり、オン／オフ比は、約２０であった。

上述したように、金属粒子７を有機半導体膜４の表面に配置することにより、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタ１０、ボトムゲート・トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタ１０Ａおよびトップゲート・ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタ１０Ｂのいずれにおいても、トランジスタの高性能化を達成できる。

このように、金属粒子７を有機半導体４の表面に配置することによって有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａ，１０Ｂのトランジスタ特性が向上するのは、大気中の酸素が有機半導体膜４に負電荷吸着することにより有機半導体膜４に発生するキャリアを金属粒子７が捕獲し、オフ電流を低減させるからである。

したがって、金属粒子７を有機半導体膜４の表面に配置することは、有機半導体膜４が大気に曝される有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａにおいて特に効果が大きい。

なお、この発明においては、上述した方法によって作製した有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａ，１０Ｂを窒素等の不活性ガス中で封止するようにしてもよい。これによって、有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａ，１０Ｂの性能を更に向上させることができる。

そして、有機薄膜トランジスタ１０，１０Ａ，１０Ｂの各々は、表示装置の駆動デバイスとして用いられる。

次に、この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス素子に用いた実施例につき説明する。図６は、この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図であり、図７は、この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。アクティブマトリックス基板に、液晶、電気泳動および有機ＥＬなどの画像表示装置を組み合わせることで、アクティブマトリックス型表示装置を構成できる。

図６に示すように、ガラス基板などの絶縁性基板１上に厚さ７０ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、走査線２０、ゲート電極２が形成される。ゲート絶縁膜３および走査線２０と信号配線の層間絶縁膜となる絶縁膜として、厚さ２００ｎｍのエポキシ樹脂が形成される。

そして、このエポキシ樹脂の上に上記一般式（Ｉ）に示す有機半導体膜を半導体材料に用い、スピンコートにより成膜して、膜厚３０ｎｍの有機半導体層４を設ける。

続いて、この有機半導体層４上の所定領域に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜をシャドウマスクを用いた真空蒸着法によりパターン成膜し、ソース電極５及びドレイン電極６と信号配線２１およびドレイン電極６と連なる画素配線２２を形成する。

続いて、図示しない分割化パターン化膜を形成する。なお、この分割化パターン化膜を形成する前に有機半導体層４にダメージを与えないためにポリモノクロロパラキシリレン膜からなる保護膜を形成しても良い。

そして、分割パターン化層をマスクとして、酸素ガスによるドライエッチングにより、分割ラインの下に位置する有機半導体層４及びゲート絶縁膜３を除去し、各ＴＦＴ素子に分離される。この実施例では、更にこれら素子上ポリモノクロロパラキシリレン膜からなるパッシベーション膜２３を設けて、アクティブマトリックス基板３１が形成される。

図７に示すように、画像表示装置３０は、前述のアクティブマトリックス基板３１と、透明導電膜３２を第２の基板３３との間に表示素子が設けられ、画素電極２２に連なるドレイン電極５上の表示素子がスイッチングされる。第２の基板３３としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックなどを用いることができる。表示素子としては、液晶、電気泳動、有機ＥＬ等の方式を用いることができる。

液晶パネルを構成する場合には、例えば、アクティブマトリックス基板３１の基板と第２の基板３３には、スピンコート法により、配向膜を形成して、配向処理が施されている。そして、両基板１、３３間にシリカスペーサを配置して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで液晶パネルが形成される。

また、電機泳動表示パネルは、透明導電膜を成膜後、対向基板にシリカスペーサを配置接合し、ギャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動パネルが形成できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタに適用される。また、この発明は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタを備えた表示装置に適用される。さらに、この発明は、チオフェン骨格を有する有機半導体膜を用いた高性能な有機薄膜トランジスタの製造方法に適用される。

この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第１の断面構造図である。 この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第２の断面構造図である。 この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの第３の断面構造図である。 図１に示す有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示す図である。 金属粒子を用いない有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示す図である。 この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図である。 この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。

符号の説明

１，３３ 基板、１Ａ，３Ａ，４Ａ 一主面、２ ゲート電極、３ ゲート絶縁膜、４ 有機半導体膜、５ ソース電極、６ ドレイン電極、７ 金属粒子、１０，１０Ａ，１０Ｂ 有機薄膜トランジスタ、２１ 信号配線、２２ 画素電極、２３ パッシベーション膜、３０ 画像表示装置、３１ アクティブマトリックス基板、３２ 透明導電膜。

Claims (6)

1. 基板上に形成され、チオフェン骨格を有する有機半導体膜と、
   前記有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、
   前記有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、
   前記有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を前記絶縁膜を介して印加するための第３の電極と、
   前記第１および第２の電極間の前記有機半導体膜の一主面に配置された金属粒子とを備える有機薄膜トランジスタ。
2. 前記金属粒子は、前記有機半導体膜と前記絶縁膜との界面に配置される、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
3. 前記金属粒子は、銀、銅、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムのいずれかからなる微粒子または銀およびパラジウムのいずれかを含む合金の微粒子である、請求項１または請求項２に記載の有機薄膜トランジスタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを備える表示装置。
5. 有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記有機薄膜トランジスタは、
   基板上に形成され、チオフェン骨格を有する有機半導体膜と、
   前記有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、
   前記有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、
   前記有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を前記絶縁膜を介して印加するための第３の電極と、
   前記第１および第２の電極間の前記有機半導体膜の一主面に配置された金属粒子とを備え、
   前記製造方法は、
   前記第１および第２の電極を形成する第１のステップと、
   前記第１のステップにおいて形成された前記第１および第２の電極間の部位に金属ナノ粒子を含む溶液を印刷法により印刷する第２のステップと、
   前記印刷された溶液を乾燥する第３のステップとを含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。
6. 有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記有機薄膜トランジスタは、
   基板上に形成され、チオフェン骨格を有する有機半導体膜と、
   前記有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、
   前記有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、
   前記有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を前記絶縁膜を介して印加するための第３の電極と、
   前記第１および第２の電極間の前記有機半導体膜の一主面に配置された金属粒子とを備え、
   前記製造方法は、
   前記第１および第２の電極を形成する第１のステップと、
   前記第１のステップにおいて形成された前記第１および第２の電極間の部位にスパッタリング法により前記金属粒子を形成する第２のステップを含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。

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