JP2008010565A - Semiconductor device - Google Patents

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洋之 家地
Kazuhiro Kudo
一浩 工藤
Yasuyuki Watanabe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device employing a plurality of vertical organic transistors and exhibiting inverter characteristics. <P>SOLUTION: The semiconductor device is provided with a first electrode 21; first semiconductor layers 22, 24 on the first electrode 21; a third electrode 25 on the first semiconductor layers 22, 24; second semiconductor layers 26, 28 having the same conductivity type as that of the first semiconductor layers 22, 24, and provided on the third electrode 25; a fifth electrode 29 inserted between the second semiconductor layers 26, 28; a second electrode 23 inserted between the first semiconductor layers 22, 24; and a fourth electrode 27 inserted in the second semiconductor layers 26, 28. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスに係り、特に、複数の縦型有機トランジスタを用いたことを
特徴とする、インバータ特性を示す半導体デバイスに関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device exhibiting inverter characteristics, characterized by using a plurality of vertical organic transistors.

従来、高性能が求められるデバイスにおける電界効果型トランジスタ(FET,Field Effect Transistor)としては、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが用いられることが一般的であった。一方、大電流を流すことが可能で、高い動作速度の実現が可能な電界効果型トランジスタとしては、縦型トランジスタ(SIT,Static Induction Transistor)が提案されている。   Conventionally, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is generally used as a field effect transistor (FET) in a device that requires high performance. On the other hand, a vertical transistor (SIT, Static Induction Transistor) has been proposed as a field effect transistor capable of flowing a large current and realizing a high operation speed.

図1は、縦型トランジスタ(SIT)の動作機構を説明する概略断面図である。縦型トランジスタは、一般的に、n+ソース電極101とn+ドレイン電極102に挟まれた半導体層104に、p+ゲート103が挿入された構造をしている。p+ゲート電極103に電圧を印加したとき、両側にあるp+ゲート103から半導体層104中に伸びてきた空乏層(図中点線で示した部分)105がお互いにちょうど接触するときの電圧に対して、ゲート電圧が小さい場合に、オン状態になる。オフ状態にするには、p+ゲート103とn+ソース電極101との間に負の電圧を印加して、電位レベルを持ち上げる。つまり、n+ソース電極101とn+ドレイン電極102との間に流れる電流Idsは、p+ゲート103に印加された電圧とドレイン電圧Vdrによって生じる電位障壁の高さによって決まる。このような動作をする縦型トランジスタは、ノーマリーオン特性のトランジスタと呼ばれているが、ノーマリーオフ特性を有するように形成することも可能である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the operating mechanism of a vertical transistor (SIT). A vertical transistor generally has a structure in which a p + gate 103 is inserted in a semiconductor layer 104 sandwiched between an n + source electrode 101 and an n + drain electrode 102. When a voltage is applied to the p + gate electrode 103, a depletion layer (portion indicated by a dotted line) 105 extending from the p + gate 103 on both sides into the semiconductor layer 104 is just in contact with each other. When the gate voltage is small, it is turned on. In order to enter the off state, a negative voltage is applied between the p + gate 103 and the n + source electrode 101 to raise the potential level. That is, the current Ids flowing between the n + source electrode 101 and the n + drain electrode 102 is determined by the potential applied by the p + gate 103 and the height of the potential barrier generated by the drain voltage Vdr . A vertical transistor that operates in this manner is called a normally-on transistor, but can be formed to have a normally-off characteristic.

このような縦型トランジスタは、MOSなどの電界効果型トランジスタと比較した場合、導電層の水平方向に電流を流す横型に対して、導電層の垂直方向に電流を流す縦型であるので、トランジスタの電流経路であるチャネル長を導電層厚さ程度に短くすることが可能であり、且つドレイン電流を大きく取ることができるので、トランジスタを高速度で動作させることが可能である。また、素子構造が簡単で素子サイズを小さくできる特徴を有している。   Such a vertical transistor is a vertical type in which current flows in the vertical direction of the conductive layer, compared to a horizontal type in which current flows in the horizontal direction of the conductive layer, as compared with a field effect transistor such as MOS. The channel length, which is the current path, can be shortened to the thickness of the conductive layer, and the drain current can be increased, so that the transistor can be operated at high speed. In addition, the device structure is simple and the device size can be reduced.

縦型トランジスタはこのような特徴を有しているため、例えば、有機EL層などの発光層の制御素子(スイッチング素子と呼ぶ場合もある)として用いられる場合には、有機EL層を用いた表示装置が、高速応答性を要求されるため、横型トランジスタよりも適していると言える。   Since the vertical transistor has such characteristics, for example, when used as a control element (also referred to as a switching element) of a light emitting layer such as an organic EL layer, a display using the organic EL layer is used. Since the device is required to have high-speed response, it can be said that the device is more suitable than the lateral transistor.

一方、近年、軽量化や携帯性や柔軟性の必要性から、有機材料をエレクトロニクス分野にも用いることが提案されており、このため、有機材料を用いた様々な縦型トランジスタが提案されている。   On the other hand, in recent years, it has been proposed to use organic materials in the field of electronics because of the need for weight reduction, portability, and flexibility. For this reason, various vertical transistors using organic materials have been proposed. .

このように、有機材料からなるトランジスタと有機材料からなる発光層を組み合わせることで、発光層と当該発光層の制御素子の双方を有機材料により形成した発光素子が実現できる(非特許文献1参照)。また、有機半導体を用いた縦型トランジスタとしては、CuPc(銅フタロシアニン)をソース電極、ドレイン電極で挟み、ゲート電極にスリット状のアルミニウム薄膜をCuPc層に埋め込んで形成したものが報告されている(非特許文献2参照)。また、有機トランジスタを有する発光素子としては、正孔輸送材料としてα-NPD(ビス−1−NナフチルNフェニルベンジジン)、発光材料としてAlq(8−ヒドロキシキノレートアルミニウム錯化合物)を使用し、ゲート電極をα-NPD層中に配置した、縦型有機発光トランジスタの性能が報告されている(非特許文献3参照)。
Thin Solid Films 331(1998)51−54 工藤ら、T.IEE Japan,Vol.118−A,No.10,(1998) P1166−1171 池上ら、電子情報通信学会、OME2000−20,P47−51
Thus, by combining a transistor made of an organic material and a light emitting layer made of an organic material, a light emitting element in which both the light emitting layer and the control element of the light emitting layer are formed of an organic material can be realized (see Non-Patent Document 1). . In addition, as a vertical transistor using an organic semiconductor, a transistor in which CuPc (copper phthalocyanine) is sandwiched between a source electrode and a drain electrode and a slit-like aluminum thin film is embedded in a CuPc layer in a gate electrode has been reported ( Non-patent document 2). Moreover, as a light emitting element having an organic transistor, α-NPD (bis-1-Nnaphthyl N phenylbenzidine) is used as a hole transport material, and Alq 3 (8-hydroxyquinolate aluminum complex compound) is used as a light emitting material. The performance of a vertical organic light emitting transistor in which a gate electrode is disposed in an α-NPD layer has been reported (see Non-Patent Document 3).
Thin Solid Films 331 (1998) 51-54 Kudo et al. IEEE Japan, Vol. 118-A, no. 10, (1998) P1166-1171 Ikegami et al., IEICE, OME2000-20, P47-51

このように、縦型有機トランジスタは有機EL層などの発光層の制御素子として十分に利用可能であることが判明した。現在は、フレキシブルシートディスプレイの実現化へ向けた活発な研究開発がなされている。フレキシブルシートディスプレイの実現のためには、発光層の制御素子としての発光層に一対一で対応している個々のトランジスタを総括して制御する素子(論理素子)が必要である。   Thus, it has been found that the vertical organic transistor can be sufficiently used as a control element for a light emitting layer such as an organic EL layer. Currently, active research and development for realizing a flexible sheet display is underway. In order to realize a flexible sheet display, an element (logic element) that collectively controls individual transistors corresponding one-to-one to a light emitting layer as a light emitting layer control element is required.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、インバータ特性を示すことができる、半導体デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a semiconductor device that can exhibit inverter characteristics.

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.

請求項1の発明は、第一の電極と、前記第一の電極上の第一の半導体層と、前記第一の半導体層上の第三の電極と、前記第一の半導体層の導電型と導電型が同一である前記第三の電極上の第二の半導体層と、前記第二の半導体層上の第五の電極と、前記第一の半導体層に挿入された第二の電極と、前記第二の半導体層に挿入された第四の電極とを有することを特徴とするものである。   The invention of claim 1 includes a first electrode, a first semiconductor layer on the first electrode, a third electrode on the first semiconductor layer, and a conductivity type of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer on the third electrode having the same conductivity type, a fifth electrode on the second semiconductor layer, and a second electrode inserted in the first semiconductor layer, And a fourth electrode inserted in the second semiconductor layer.

請求項2の発明は、請求項2に記載された、前記第二の電極及び前記第四の電極は、櫛状、メッシュ状、又は多孔板状であることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, the second electrode and the fourth electrode described in the second aspect are comb-shaped, mesh-shaped, or perforated plate-shaped.

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載された、前記第一の半導体層及び第二の半導体層は、それぞれ独立に、(1)ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及びそれらの誘導体、並びに(2)フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及びそれらの誘導体、並びに(3)ヒドラゾン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、スチルベン系化合物、アリールビニル系化合物、ピラゾリン系化合物、トリフェニルアミン系化合物、トリアリールアミン系化合物、及びそれらの誘導体、並びに(4)ポリ−N−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及びそれらの変性体、並びに(5)フラーレン、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される少なくとも一種の有機化合物からなることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer described in the first or second aspect are independently (1) naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, and And (2) phthalocyanine compounds, azo compounds, perylene compounds, and derivatives thereof, and (3) hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbene compounds, arylvinyl compounds , Pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, triarylamine compounds, and derivatives thereof, and (4) poly-N-vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, pyreneformaldehyde Resin, ethyl cal Tetrazole formaldehyde resins, and modified compounds thereof, and (5) are those, wherein fullerenes, and in that it consists of at least one organic compound selected from the group consisting of carbon nanotubes.

請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載された、前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、及び前記第五電極は、それぞれ独立に、クロム、タリウム、チタン、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、パラジウム、白金、銀、錫、リチウム、カルシウム、インジュウム錫酸化物、酸化亜鉛などの導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種の材料を含むことを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, the first electrode, the second electrode, the third electrode, the fourth electrode, and the fifth electrode described in any one of the first to third aspects are respectively Independently conductive metal oxide such as chromium, thallium, titanium, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, nickel, gold, palladium, platinum, silver, tin, lithium, calcium, indium tin oxide, zinc oxide, conductive It contains at least one material selected from the group consisting of polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiazyl, and conductive polymer.

請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載された、前記第一の電極には第一の電源電圧が印加されており、前記第二の電極には入力電圧が印加されており、前記第三の電極から出力電圧が取り出されており、前記第五の電極に第二の電源電圧が印加されていることを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, the first power supply voltage is applied to the first electrode according to any one of the first to fourth aspects, and the input voltage is applied to the second electrode. The output voltage is taken out from the third electrode, and the second power supply voltage is applied to the fifth electrode.

請求項6の発明は、請求項5に記載された、前記第四の電極及び前記第五の電極には前記第二の電圧が印加されていることを特徴とするものである。   The invention according to claim 6 is characterized in that the second voltage is applied to the fourth electrode and the fifth electrode according to claim 5.

請求項7の発明は、請求項5に記載された、前記第三の電極及び前記第四の電極から出力電圧が取り出されていることを特徴とするものである。   The invention of claim 7 is characterized in that an output voltage is taken out from the third electrode and the fourth electrode described in claim 5.

上述の如く本発明によれば、複数の縦型有機トランジスタを用いて、インバータ特性を示す半導体デバイスを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device exhibiting inverter characteristics using a plurality of vertical organic transistors.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図2(A)は、本発明の第1実施例を示す縦型トランジスタを説明するための、基本ユニット(縦型トランジスタ単素子)を模式的に示した断面図である。図2(A)は、図2(B)に示した縦型トランジスタのa−a断面図である。   FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a basic unit (vertical transistor single element) for explaining the vertical transistor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line aa of the vertical transistor illustrated in FIG.

図2に示した縦型トランジスタは、大略すると、キャリアを放出するソース領域3と、ソース領域3から当該キャリアを受け取るドレイン領域5と、ソース領域3及びドレイン領域5の間に形成されたゲート電極4とよりなる。   In general, the vertical transistor shown in FIG. 2 includes a source region 3 that emits carriers, a drain region 5 that receives the carriers from the source region 3, and a gate electrode formed between the source region 3 and the drain region 5. 4 and so on.

ゲート電極4の近傍には、ソース領域3及びドレイン領域5を構成する材料との界面において、ショットキー接合性を有するように材料構成している。その効果に関しては後述する。   In the vicinity of the gate electrode 4, the material is configured to have Schottky junction at the interface with the material constituting the source region 3 and the drain region 5. The effect will be described later.

ソース領域3に電気的に接続されるソース電極2と、ドレイン領域5に電気的に接続されるドレイン電極6が設けられており、接触抵抗を低減して効率よくソース領域3とドレイン領域5の間に電圧を印加することが可能となっている。この場合、ソース電極2とドレイン電極6は、ゲート電極4を挟んで対向するように形成されていると好適である。   A source electrode 2 electrically connected to the source region 3 and a drain electrode 6 electrically connected to the drain region 5 are provided, and the contact resistance is reduced and the source region 3 and the drain region 5 are efficiently connected. A voltage can be applied between them. In this case, it is preferable that the source electrode 2 and the drain electrode 6 are formed so as to face each other with the gate electrode 4 interposed therebetween.

また、ソース電極2は、インジュウム錫酸化物(ITO)などの導電性材料からなり、基板1上に形成されている。基板1は、ガラスなどからなるが、これに限定されるものではなく、プラスチック、石英、アンドープ・シリコン、高ドープ・シリコン、マイカなどのうち少なくともいずれか一つの材料を用いて形成する。また、プラスチックとしては、ポリエチレン系、ポリカーボネート系、マイラー系、及びポリイミド系の材料を用いる。   The source electrode 2 is made of a conductive material such as indium tin oxide (ITO) and is formed on the substrate 1. The substrate 1 is made of glass or the like, but is not limited thereto, and is formed using at least one material of plastic, quartz, undoped silicon, highly doped silicon, mica, and the like. In addition, as the plastic, polyethylene-based, polycarbonate-based, mylar-based, and polyimide-based materials are used.

ソース領域3は、ソース電極2を覆うようにソース電極2上に形成され、ソース領域3の上には、ゲート電極4が形成され、ゲート電極4の上にはドレイン領域5が形成され、さらにドレイン領域5上にはドレイン電極6が形成されている。   The source region 3 is formed on the source electrode 2 so as to cover the source electrode 2, a gate electrode 4 is formed on the source region 3, a drain region 5 is formed on the gate electrode 4, and A drain electrode 6 is formed on the drain region 5.

図3は、本実施例に用いる縦型トランジスタ単素子におけるキャリアのポテンシャルエネルギーの高さを示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the height of the potential energy of carriers in the vertical transistor single element used in this example.

ソース電極2とドレイン電極6の間にバイアス電圧(VDS)を印加した場合、キャリアのポテンシャルエネルギーは線形の傾斜で表すことができる(図中、S:ソース電極2からD:ドレイン電極6に向かう破線)。この場合、ソース電極2とドレイン電極6間の電圧差を大きくした場合に傾斜は急角度になる。一方、ゲート電極4にゲート電圧Vを加えていくと、ゲート電極4の周辺に空乏層が次第に広がるので、キャリア(図中、黒丸で表示)に対するエネルギー障壁(鞍部点ポテンシャル)が次第に高く(大きく)なる。 When a bias voltage (V DS ) is applied between the source electrode 2 and the drain electrode 6, the potential energy of carriers can be expressed by a linear gradient (in the figure, S: from the source electrode 2 to D: the drain electrode 6). The dashed line). In this case, the inclination becomes steep when the voltage difference between the source electrode 2 and the drain electrode 6 is increased. On the other hand, when gradually added to the gate voltage V G to the gate electrode 4, a depletion layer around the gate electrode 4 is gradually widened, the carrier (in the figure, indicated by black circles) energy barrier (saddle point potential) gradually increases with respect to ( growing.

縦型トランジスタにおいては、このようにバイアス電圧VDS及びゲート電圧Vの印加による、鞍部点ポテンシャルの増減を制御することで、ソース領域2からドレイン領域6に移動するキャリアの量を制御する。この場合、キャリアは、ゲート電極4の隙間を通ってソース領域2からドレイン領域5へと移動する。このため、ゲート電極4にはキャリアが移動する空間的な隙間を形成することが好ましく、例えばゲート電極4は櫛状に形成されており、キャリアは櫛状ゲート電極の隙間を空乏層制御された実効的な空間的隙間を通って移動する。ゲート電極4はこの形状に限定されるものではなく、例えばメッシュ状や多孔板状に形成して用いることができる。 In the vertical transistor, the amount of carriers moving from the source region 2 to the drain region 6 is controlled by controlling the increase / decrease in the saddle point potential due to the application of the bias voltage V DS and the gate voltage V G in this way. In this case, carriers move from the source region 2 to the drain region 5 through the gap of the gate electrode 4. Therefore, it is preferable to form a spatial gap in which carriers move in the gate electrode 4. For example, the gate electrode 4 is formed in a comb shape, and the carrier is depleted in the gap in the comb gate electrode. Move through an effective spatial gap. The gate electrode 4 is not limited to this shape, and can be used, for example, formed in a mesh shape or a porous plate shape.

図4(A)〜(C)は、上記の縦型トランジスタに用いるゲート電極の形状の例を模式的に示した平面図である。これらの図は、ゲート電極を、ソース電極2又はドレイン電極6側から平面視した図である。   4A to 4C are plan views schematically showing an example of the shape of the gate electrode used in the vertical transistor. In these drawings, the gate electrode is viewed from the source electrode 2 or the drain electrode 6 side.

まず、図4(A)は、ゲート電極74は櫛状に形成され、櫛状の電極の隙間にはキャリアが移動する経路、すなわち電流経路74aが形成されている。   First, in FIG. 4A, the gate electrode 74 is formed in a comb shape, and a path in which carriers move, that is, a current path 74a is formed in the gap between the comb electrodes.

ゲート電極は、図4(B)に示すように形成されていてもよい。図4(B)に示すゲート電極84は、複数の導電体が、互いに直交するようにして組み合わされて、いわゆるメッシュ状に構成されており、メッシュの目(穴)には、キャリアが移動する電流経路84aが形成されている。   The gate electrode may be formed as shown in FIG. The gate electrode 84 shown in FIG. 4B is formed in a so-called mesh shape in which a plurality of conductors are combined so as to be orthogonal to each other, and carriers move to mesh eyes (holes). A current path 84a is formed.

また、ゲート電極は、図4(C)に示すように形成されていてもよい。図4(C)に示すゲート電極94は、いわゆる多孔板状に形成され、平板状の導電体に、孔状のキャリアが移動する電流経路94aが多数形成されている形状を有している。このように、ゲート電極は、様々な形状で形成することが可能であるが、いずれもゲート電圧が印加される導電材料よりなる電圧印加部分を有し、当該電圧印加部分に隣接して電流経路が形成される構成となっている。   Further, the gate electrode may be formed as shown in FIG. The gate electrode 94 shown in FIG. 4C is formed in a so-called perforated plate shape, and has a shape in which a large number of current paths 94a through which hole-like carriers move are formed in a flat plate-like conductor. As described above, the gate electrode can be formed in various shapes, but each has a voltage application portion made of a conductive material to which a gate voltage is applied, and a current path adjacent to the voltage application portion. Is formed.

本発明は、上記の構成を有する縦型トランジスタを複数個組み合わせたものであり、ゲート電極に隣接するトランジスタの電流経路であるチャネル(上記74a、84a、94aを含む電流経路)長を、ソース領域3とドレイン領域5の膜厚に対応させている。そのため、薄い構成にすること、動作抵抗を低くして動作速度を向上させること、そして電流密度の向上がそれぞれ可能となる。   The present invention is a combination of a plurality of vertical transistors having the above-described configuration, and the length of a channel (current path including the above 74a, 84a, 94a) which is a current path of a transistor adjacent to a gate electrode is set as a source region. 3 and the film thickness of the drain region 5. For this reason, it is possible to make the structure thin, to improve the operating speed by lowering the operating resistance, and to improve the current density.

ゲート電極4と、ソース領域3、及びドレイン領域5との接触をショットキー接触とすると、当該ショットキー接触により形成されるエネルギー障壁(鞍部点ポテンシャル高さ)を利用して、ソース領域3とドレイン領域5の間のリーク電流を低減可能になると共に、オン/オフ比を向上させることで、より応答速度を向上させることができる。   When the contact between the gate electrode 4 and the source region 3 and the drain region 5 is a Schottky contact, the source region 3 and the drain are utilized by utilizing the energy barrier (the height of the buttock potential) formed by the Schottky contact. The leakage current between the regions 5 can be reduced, and the response speed can be further improved by improving the on / off ratio.

ソース電極2とソース領域3との間の、及びドレイン電極6とドレイン領域5とのそれぞれの接触は、オーミック接触であると接触抵抗が低減されてトランジスタの特性が良好となる。   When the contacts between the source electrode 2 and the source region 3 and between the drain electrode 6 and the drain region 5 are ohmic contacts, the contact resistance is reduced and the characteristics of the transistor are improved.

ソース電極2、ゲート電極4、及びドレイン電極6は、クロム(Cr)、タリウム(Ta)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、金(Au)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、錫(Sn)、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、ITO等の導電性の酸化物、並びに導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジルのような導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で構成されている。ソース電極2、ゲート電極4、及びドレイン電極6が上記材料で構成されている場合には、接触抵抗を低減して電気特性を改善することができる。そして、これらの電極材料は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、電着、無電解メッキ、スピンコーティング、印刷、及び塗布よりなる群から選択された方法により、形成される。   Source electrode 2, gate electrode 4, and drain electrode 6 are made of chromium (Cr), thallium (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), tin (Sn), lithium (Li), calcium (Ca), conductive oxides such as ITO, and conductive It is made of at least one material selected from the group consisting of conductive polymers such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole, and conductive polythiazyl. When the source electrode 2, the gate electrode 4, and the drain electrode 6 are made of the above materials, the contact resistance can be reduced to improve the electrical characteristics. These electrode materials are formed by a method selected from the group consisting of vapor deposition, sputtering, chemical vapor deposition, electrodeposition, electroless plating, spin coating, printing, and application.

また、電極と半導体界面に、電荷輸送層(又は電荷注入層)(図示しない)の少なくとも一層を設ける。これにより、電極と半導体界面のダイポールを小さくすることが可能で、電極から有機半導体層に対する電荷注入効率が向上し、縦型トランジスタのオン/オフ比が大きくなり、更に大電流化と高速動作が可能になる。   Further, at least one layer of a charge transport layer (or charge injection layer) (not shown) is provided at the electrode / semiconductor interface. This makes it possible to reduce the dipole between the electrode and the semiconductor interface, improve the charge injection efficiency from the electrode to the organic semiconductor layer, increase the on / off ratio of the vertical transistor, and further increase the current and increase the operation speed. It becomes possible.

電荷輸送層(及び電荷注入層)の候補となる材料は、(a)ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種のアセン分子材料、或いは、(b)銅フタロシアニン系化合物(CuPc)、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種の顔料、或いは、(c)ヒドラゾン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、スチルベン系化合物、アリールビニル系化合物、ピラゾリン系化合物、トリフェニルアミン誘導体(TPD)、トリアリールアミン系化合物、(2,2’,7,7’−ジフェニルアミノ−スピロ−9,9’ビフルオレン(Spiro−TAD)、N,N−7−ジ−1−ナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジアミノ−ビフェニル(Spiro−NPB)、4,4’,4”−トリス[3−メチルフェニル−(フェニル)−アミノ]−トリフェニル−アミン(mMTDATA)、2,2’,7,7’−テトラキス(2,2−ジフェニルビニル)スピロ−9,9’−ビフルオレン(Spiro−DPVBi)、4,4’,ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)、アルミニウム−トリソキシキノリン(Alq)、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq)、トリス(4−メチル−8−ヒドロキシキノレート)アルミニウム錯化合物(Almq)、及びそれらの誘導体から選択される少なくとも1種の低分子化合物、或いは、(d)ポリ−p−フェニレンビニレン(PPV)、ビフェニル基を有するポリマー(Biphenyl−Polymers)、ジアルコキシ基を有するポリマー(Dialkoxy−Polymers)、アルコキシ−フェニル−PPV、フェニル−PPV、フェニル−ジアルコキシ−PPVコポリマー、ポリ(2−メトキシ−5−(2’−エチル−ヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)、PEDOT:ポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、ポリスチレンスルフォン酸(PSS)、ポリアニリン(PANI)、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及びそれらの変性体から選択される少なくとも1種の高分子化合物、或いは、(e)トリフェニルアミン誘導体(TPD)、トリアリールアミン化合物、(2,2’,7,7’−ジフェニルアミノ−スピロ−9,9’ビフルオレン(Spiro−TAD)、N,N−7−ジ−1−ナフチル−N,N′−ジフェニル−4,4’−ジアミノ−ビフェニル(Spiro−NPB)、4,4’,4”−トリス[3−メチルフェニル−(フェニル)−アミノ]−トリフェニル−アミン(mMTDATA)、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも1種の低分子化合物、或いは、(f)ポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、ポリスチレンスルフォン酸(PSS)、ポリアニリン(PANI)、及びそれらの変性体から選択される少なくとも1種の高分子化合物のいずれかを含む材料よりなる。 The candidate materials for the charge transport layer (and charge injection layer) are: (a) at least one acene molecular material selected from naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, and derivatives thereof; or (b) At least one pigment selected from copper phthalocyanine compounds (CuPc), azo compounds, perylene compounds, and derivatives thereof, or (c) hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbenes Compounds, arylvinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine derivatives (TPD), triarylamine compounds, (2,2 ′, 7,7′-diphenylamino-spiro-9,9′bifluorene (Spiro- TAD), N, N-7-di-1-naphthyl-N, N′-diphe Nyl-4,4′-diamino-biphenyl (Spiro-NPB), 4,4 ′, 4 ″ -tris [3-methylphenyl- (phenyl) -amino] -triphenyl-amine (mMTDATA), 2,2 ′ , 7,7'-tetrakis (2,2-diphenylvinyl) spiro-9,9'-bifluorene (Spiro-DPVBi), 4,4 ', bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (DPVBi), aluminum At least one low selected from trisoxyquinoline (Alq), 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq 3 ), tris (4-methyl-8-hydroxyquinolate) aluminum complex (Almq 3 ), and derivatives thereof Molecular compound or (d) poly-p-phenylene vinylene (PPV), polymer having biphenyl group ( Biphenyl-Polymers), polymers having dialkoxy groups (Dialoxy-Polymers), alkoxy-phenyl-PPV, phenyl-PPV, phenyl-dialkoxy-PPV copolymers, poly (2-methoxy-5- (2′-ethyl-hexyl) Oxy) -1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV), PEDOT: poly (ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polystyrene sulfonic acid (PSS), polyaniline (PANI), poly-N-vinylcarbazole, halogenated At least one polymer compound selected from poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, pyreneformaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin, and modified products thereof Or (e) a triphenylamine derivative (TPD), a triarylamine compound, (2,2 ′, 7,7′-diphenylamino-spiro-9,9′bifluorene (Spiro-TAD), N, N— 7-di-1-naphthyl-N, N'-diphenyl-4,4'-diamino-biphenyl (Spiro-NPB), 4,4 ', 4 "-tris [3-methylphenyl- (phenyl) -amino] -At least one low molecular weight compound selected from triphenyl-amine (mMDATA) and derivatives thereof, or (f) poly (ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polystyrene sulfonic acid (PSS), polyaniline (PANI) and a material containing any one of at least one polymer compound selected from modified products thereof.

次に、本実施例による縦型トランジスタの製造方法を示す。図5(I)〜(IX)について手順を追って説明する。   Next, a method for manufacturing a vertical transistor according to this embodiment will be described. 5 (I) to (IX) will be described step by step.

図5(I)に示す工程では、基板20の上面に電極材料を成膜して第一の電極であるソース電極21を形成する。例えば、透明な0.7mm厚のガラス基板(コーニング社製無アルカリガラス1737F)の上面にIn酸化物とSn酸化物とからなるITO透明電極をRFスパッタリングにより成膜して、膜厚が110nmのソース電極21を形成する。   In the step shown in FIG. 5I, an electrode material is formed on the upper surface of the substrate 20 to form the source electrode 21 as the first electrode. For example, an ITO transparent electrode made of In oxide and Sn oxide is formed on the upper surface of a transparent 0.7 mm thick glass substrate (non-alkali glass 1737F manufactured by Corning) by RF sputtering, and the film thickness is 110 nm. A source electrode 21 is formed.

図5(II)に示す工程では、ソース電極21を覆うように、第一の半導体層であるソース領域22を形成した。例えば、ペンタセン層を、室温、1.3〜3.9×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が60nmとなるように形成し、ソース領域22を形成する。 In the step shown in FIG. 5 (II), the source region 22 which is the first semiconductor layer is formed so as to cover the source electrode 21. For example, the pentacene layer is formed to a thickness of 60 nm by film formation by vacuum deposition under a vacuum condition of 1.3 to 3.9 × 10 −3 Pa at room temperature, and the source region 22 is formed. .

図5(III)に示す工程では、ソース領域22の上面にラインとスペースが、それぞれ20μmの、櫛型のメタルマスクを配置して、第二の電極であるゲート電極23の材料であるAlを、室温、6.5×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が30nmとなるように形成する。 In the step shown in FIG. 5 (III), a comb-shaped metal mask having a line and space of 20 μm each is disposed on the upper surface of the source region 22 and Al as the material of the gate electrode 23 as the second electrode is placed. At a room temperature of 6.5 × 10 −3 Pa, the film is formed by vacuum deposition so that the film thickness is 30 nm.

図5(IV)に示す工程では、ペンタセン層を、室温、1.3〜3.9×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が70nmとなるように形成し、第一の半導体層であるドレイン領域24を形成する。 In the step shown in FIG. 5 (IV), the pentacene layer is formed to a thickness of 70 nm by vacuum deposition at room temperature and 1.3 to 3.9 × 10 −3 Pa under vacuum conditions. Then, the drain region 24 which is the first semiconductor layer is formed.

図5(V)に示す工程では、ドレイン領域24上に、電極材料を成膜して第三の電極であるドレイン電極25を形成する。電極材料は、Auを50nmの厚さに成膜してドレイン電極25を形成する。   In the step shown in FIG. 5V, an electrode material is deposited on the drain region 24 to form the drain electrode 25 as the third electrode. As the electrode material, Au is deposited to a thickness of 50 nm to form the drain electrode 25.

図5(VI)に示す工程では、ドレイン電極25の上に、第二の半導体層であり、次のソース領域層である、ペンタセン層26を室温、1.3〜3.9×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が70nmとなるように形成する。 In the step shown in FIG. 5 (VI), the pentacene layer 26, which is the second semiconductor layer and the next source region layer, is formed on the drain electrode 25 at room temperature, 1.3 to 3.9 × 10 −3. The film is formed to a thickness of 70 nm by a film formation by a vacuum evaporation method under a vacuum condition of Pa.

次に、図5(VII)に示す工程では、ペンタセン層26の上面に、第四の電極である二つ目のゲート電極27となる、例えば、ラインとスペースが、それぞれ、20μmの、櫛型のメタルマスクを配置して、二つ目のゲート電極27の材料であるAlを室温、6.5×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が30nmとなるように形成した。 Next, in the step shown in FIG. 5 (VII), the upper surface of the pentacene layer 26 becomes the second gate electrode 27 which is the fourth electrode. For example, the comb and the line and the space are each 20 μm. In this case, Al, which is the material of the second gate electrode 27, is deposited by vacuum deposition under a vacuum condition of 6.5 × 10 −3 Pa at room temperature, resulting in a film thickness of 30 nm. Formed as follows.

図5(VIII)に示す工程では、第二の半導体層であり、二つ目のドレイン領域層である、ペンタセン層28を室温、1.3〜3.9×10−3Paの真空条件下において真空蒸着法による成膜により、膜厚が70nmとなるように形成する。 In the step shown in FIG. 5 (VIII), the pentacene layer 28, which is the second semiconductor layer and the second drain region layer, is subjected to vacuum conditions at room temperature and 1.3 to 3.9 × 10 −3 Pa. The film is formed so as to have a film thickness of 70 nm by film formation by vacuum evaporation.

最後に、図5(IX)に示す工程では、電極材料は、Auを50nmの厚さに成膜して第五の電極であるドレイン電極29を形成する。   Finally, in the step shown in FIG. 5 (IX), the electrode material is Au with a thickness of 50 nm to form the drain electrode 29 as the fifth electrode.

その結果、図6に示した構造の縦型トランジスタが形成される。   As a result, the vertical transistor having the structure shown in FIG. 6 is formed.

図7は、ペンタセン縦型トランジスタの静特性を示す図である。この縦型トランジスタは、図2に示した基本ユニット(縦型トランジスタ単素子)構造である。この縦型トランジスタは、基板1を透明な0.7mm厚のガラス基板(コーニング社製無アルカリガラス1737F)によって、ソース電極2をITO膜によって、ソース領域3をペンタセンによって、ゲート電極4をAlによって、ドレイン領域5をペンタセンによって、ドレイン電極6をAuによって、それぞれ図5(I)〜(V)に示した条件で作製している。ソース−ドレイン電圧0V〜−3Vの範囲で、数百μAオーダーの電流が、ゲート電圧0.8V〜−0.8Vにより、0.2Vステップで良好に変調されている。図5(I)〜(IX)の素子作製工程で得られた本発明による図6の縦型トランジスタは、図7で示した電気的特性の縦型トランジスタを2個、縦方向に積層したものである。   FIG. 7 is a diagram showing the static characteristics of the pentacene vertical transistor. This vertical transistor has the basic unit (vertical transistor single element) structure shown in FIG. In this vertical transistor, the substrate 1 is made of a transparent 0.7 mm thick glass substrate (Corning non-alkali glass 1737F), the source electrode 2 is made of an ITO film, the source region 3 is made of pentacene, and the gate electrode 4 is made of Al. The drain region 5 is made of pentacene and the drain electrode 6 is made of Au under the conditions shown in FIGS. In the source-drain voltage range of 0V to -3V, a current of the order of several hundreds μA is well modulated in 0.2V steps by the gate voltage of 0.8V to -0.8V. The vertical transistor of FIG. 6 according to the present invention obtained in the device manufacturing process of FIGS. 5I to 5X is a stack of two vertical transistors having the electrical characteristics shown in FIG. It is.

次に、本実施例による縦型トランジスタの、インバータの伝達特性について調べた結果を図9に示す。図9は、電源電圧(VDD)(供給電圧(Vsupply))−1.2Vに関する、入力電圧(Vin)−2V〜1Vの範囲内で変化させたときの出力電圧(Vout)の関係(伝達特性)である。入力電圧(Vin)が低いときは、ドライブ側の縦型トランジスタが動作し、入力電圧(Vin)を次第に大きくしていくにつれて、ドライブ側の縦型トランジスタが次第にオフとなり、今度は負荷側の縦型トランジスタが動作し始める結果、このような特性が得られる。このようにして、インバータ動作を実現する。 Next, the result of examining the transfer characteristics of the inverter of the vertical transistor according to this example is shown in FIG. FIG. 9 shows the output voltage (V out ) when the input voltage (V in ) is changed within the range of −2V to 1V with respect to the power supply voltage (V DD ) (supply voltage (V supply )) − 1.2V. Relationship (transfer characteristics). When the input voltage (V in ) is low, the drive-side vertical transistor operates, and as the input voltage (V in ) gradually increases, the drive-side vertical transistor gradually turns off, and this time the load side As a result of the vertical transistor starting to operate, such characteristics are obtained. In this way, inverter operation is realized.

上記図9に示した、インバータの伝達は、図8(A)及び(B)に示す回路を構成して、測定した。図8(A)は、インバータ動作を実現するための回路構成が、第一の電極を接地、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第二の電極を入力電圧(Vin)端子、第三の電極を出力電圧(Vout)端子、第五の電極を供給電圧(Vsupply)端子、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第四の電極端子は供給電圧(Vsupply)端子である第五の電極に、それぞれ電気的に接続している。また、図8(B)は、インバータ動作を実現するための回路構成が、第一の電極を供給電圧(Vsupply)端子、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第二の電極を供給電圧(Vsupply)端子である第一の電極に共通に固定し、第三の電極を出力電圧(Vout)端子、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第四の電極端子を入力電圧(Vin)端子、第五の電極を接地にそれぞれ電気的に接続している。これにより、図8(A)下部の回路図に示した、エンハンスメント型駆動/エンハンスメント型負荷型のインバータを実現することができた。出力電圧は、負荷抵抗RLとトランジスタ(入力電圧により導通、非導通になるトランジスタ)の等価抵抗Rdによる供給電圧の内分、つまり抵抗比率により決定でき、図9に示すように、本発明による縦型トランジスタが正常に動作していることが確認された。 The transmission of the inverter shown in FIG. 9 was measured by configuring the circuits shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A shows a circuit configuration for realizing an inverter operation in which a first electrode is grounded, a comb-like, mesh-like or perforated plate-like second electrode is an input voltage (V in ) terminal, Electrode is an output voltage (V out ) terminal, a fifth electrode is a supply voltage (V supply ) terminal, and a fourth electrode terminal in a comb shape, mesh shape or perforated plate shape is a supply voltage (V supply ) terminal. Each of the five electrodes is electrically connected. FIG. 8B shows a circuit configuration for realizing an inverter operation in which a first electrode is supplied with a supply voltage (V supply ) terminal, a comb-like, mesh-like, or porous plate-like second electrode is supplied with voltage. (V supply ) terminal is commonly fixed to the first electrode, the third electrode is the output voltage (V out ) terminal, the comb-like, mesh-like, or porous plate-like fourth electrode terminal is the input voltage (V in ) terminal and the fifth electrode are electrically connected to the ground. As a result, the enhancement type drive / enhancement type load type inverter shown in the circuit diagram at the bottom of FIG. 8A can be realized. The output voltage can be determined by the content of the supply voltage by the equivalent resistance Rd of the load resistor RL and the transistor (transistor that becomes conductive by the input voltage), that is, the resistance ratio, and as shown in FIG. It was confirmed that the type transistor was operating normally.

図7に示す、本発明による縦型トランジスタにおいて、図10(A)及び(B)に示す回路を構成する。すなわち、図10(A)は、第一の電極を接地、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第二の電極を入力電圧(Vin)端子、第三の電極を出力電圧(Vout)端子、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第四の電極端子は出力電圧(Vout)端子である第三の電極に共通に固定し、第五の電極を供給電圧(Vsupply)端子にそれぞれ電気的に接続する。図10(B)は、第一の電極を供給電圧(Vsupply)端子、第三の電極を出力電圧(Vout)端子、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第二の電極は出力電圧(Vout)端子である第三の電極に共通に固定し、櫛状又はメッシュ状又は多孔板状の第四の電極端子は入力電圧(Vin)端子、第五の電極を接地にそれぞれ電気的に接続する。 In the vertical transistor according to the present invention shown in FIG. 7, the circuits shown in FIGS. 10A and 10B are configured. That is, in FIG. 10A, the first electrode is grounded, the comb-like, mesh-like or perforated plate-like second electrode is the input voltage (V in ) terminal, and the third electrode is the output voltage (V out ). The terminal, comb-like, mesh-like or perforated plate-like fourth electrode terminal is commonly fixed to the third electrode which is the output voltage (V out ) terminal, and the fifth electrode is used as the supply voltage (V supply ) terminal. Connect each one electrically. FIG. 10B shows a supply voltage (V supply ) terminal for the first electrode, an output voltage (V out ) terminal for the third electrode, and an output voltage for the second electrode in the shape of a comb, mesh, or porous plate. (V out ) terminal is commonly fixed to the third electrode, and the comb-like, mesh-like or perforated plate-like fourth electrode terminal is electrically connected to the input voltage (V in ) terminal and the fifth electrode is grounded. Connect.

本実施例による縦型トランジスタの、インバータの伝達特性について調べた結果を図11に示す。図11は、同様に電源電圧(VDD)(供給電圧(Vsupply))−1.2Vに関する、入力電圧(Vin)−2V〜1Vの範囲内で変化させたときの出力電圧(Vout)の関係(伝達特性)である。 FIG. 11 shows the result of examining the inverter transfer characteristics of the vertical transistor according to this example. Similarly, FIG. 11 shows the output voltage (V out ) when the input voltage (V in ) is changed within the range of −2V to 1V regarding the power supply voltage (V DD ) (supply voltage (V supply )) − 1.2V. ) Relationship (transfer characteristics).

図9で示したインバータの伝達特性の特性よりも、急峻な出力電圧(Vout)の変換が観察された。これにより、図10(A)下部の回路図に示したような、エンハンスメント型駆動/ディプリーション型負荷型のインバータを実現できた。また、図8(A)及び(B)に示す、エンハンスメント型駆動/エンハンスメント型負荷型のインバータよりも、更に高速度動作が可能であることを示した。 A sharper conversion of the output voltage (V out ) than the characteristics of the inverter transfer characteristics shown in FIG. 9 was observed. As a result, an enhancement type drive / depletion type load type inverter as shown in the circuit diagram at the bottom of FIG. 10A can be realized. In addition, it has been shown that higher speed operation is possible than the enhancement type drive / enhancement type load type inverter shown in FIGS. 8 (A) and (B).

図5(I)〜(IX)に示す工程において、ペンタセンに換えて、銅フタロシアニンを成膜してそれぞれのソース領域22、26と、ドレイン領域24、28を形成した。この場合においても、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), copper phthalocyanine was formed in place of pentacene to form source regions 22 and 26 and drain regions 24 and 28, respectively. Also in this case, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、ペンタセンに換えて、α−NPD(ビス−1−NナフチルNフェニルベンジジン)を成膜してそれぞれのソース領域22、26と、ドレイン領域24、28を形成した。この場合においても、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), in place of pentacene, α-NPD (bis-1-N naphthyl N phenylbenzidine) is formed to form source regions 22 and 26 and drain regions 24, respectively. 28 were formed. Also in this case, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、ペンタセンに換えて、フラーレンを成膜してそれぞれのソース領域22、26と、ドレイン領域24、28を形成した。この場合においても、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), fullerene was formed in place of pentacene to form source regions 22 and 26 and drain regions 24 and 28, respectively. Also in this case, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、Alに換えて、Ptを用いてゲート電極23、27を形成した。この場合にも、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   In the steps shown in FIGS. 5I to 5X, gate electrodes 23 and 27 were formed using Pt instead of Al. In this case as well, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、Alに換えてAuを用いてゲート電極23、27を形成した。この場合にも、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), gate electrodes 23 and 27 were formed using Au instead of Al. In this case as well, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、Auに換えてITO、ZnOを用いてソース電極21、ドレイン電極25、29を形成した。この場合にも、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), the source electrode 21 and the drain electrodes 25 and 29 were formed using ITO or ZnO instead of Au. In this case as well, the above-described transistor static characteristics were obtained.

図5(I)〜(IX)に示す工程において、ITOに換えて導電性ポリアニリンを用いてソース電極21を形成した。この場合にも、同様に上述のトランジスタ静特性が得られた。   5 (I) to (IX), the source electrode 21 was formed using conductive polyaniline instead of ITO. Also in this case, the above-described transistor static characteristics were obtained in the same manner.

また、実施例3〜実施例9に示した縦型トランジスタについても、実施例1、2に記載した縦型トランジスタの場合と同様に、図8(A)及び(B)、並びに図10(A)及び(B)に示す方法で、インバータの伝達特性を測定した。その結果、ほぼ同様の測定結果が得られ、実施例1及び実施例2の場合と同様の効果を奏することが確認された。   8A and 8B and FIG. 10A are also applied to the vertical transistors shown in Embodiments 3 to 9 as in the case of the vertical transistors described in Embodiments 1 and 2. ) And (B) were used to measure the transfer characteristics of the inverter. As a result, almost the same measurement results were obtained, and it was confirmed that the same effects as those of Example 1 and Example 2 were obtained.

また、実施例1〜実施例10に記載した本発明による縦型トランジスタは、前記したように、複数の(2個の)縦型トランジスタを順次積層した構造の有機インバータ装置である。積層することなく、図2に示す、基本ユニット(縦型トランジスタ単素子)縦型トランジスタを同一基板上に、複数個、隣接して配置した構成においても、インバータの伝達特性が得られた。   The vertical transistors according to the present invention described in the first to tenth embodiments are organic inverter devices having a structure in which a plurality of (two) vertical transistors are sequentially stacked as described above. The transfer characteristics of the inverter were obtained even in a configuration in which a plurality of basic unit (vertical transistor single element) vertical transistors shown in FIG. 2 are arranged adjacent to each other on the same substrate without being stacked.

本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられる。そのため、上述の実施例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであり、明細書の本文にはなんら拘束されない。   The present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and various modifications and embodiments are possible without departing from the scope of the claimed invention. For this reason, the above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification.

本発明が、キャリアの移動度が高く、出力電圧の立ち上がり波形と立ち下り波形が急峻で、動作速度が高速度である縦型トランジスタ、並びに複数の縦型トランジスタを用いたインバータ装置及び回路構成を提供することにより、有機トランジスタを用いた論理素子製品の実現できることは勿論である。   The present invention relates to a vertical transistor having high carrier mobility, steep rising and falling waveforms of output voltage, and high operating speed, and an inverter device and a circuit configuration using a plurality of vertical transistors. Of course, it is possible to realize a logic element product using an organic transistor.

縦型トランジスタ(SIT)の動作機構を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the operation mechanism of a vertical transistor (SIT). (A)は本発明で基本となる縦型トランジスタの概略断面図であり、(B)で示す縦型トランジスタのa−a断面図である。(A) is a schematic sectional view of a vertical transistor that is the basis of the present invention, and is an aa sectional view of the vertical transistor shown in (B). 図2の縦型トランジスタのキャリアポテンシャルエネルギーを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing carrier potential energy of the vertical transistor of FIG. 2. (A)〜(C)は、ゲート電極の形状の例を示す平面図である。(A)-(C) are top views which show the example of the shape of a gate electrode. (I)〜(IX)は、本発明によるインバータ装置の製造方法を示す図である。(I)-(IX) is a figure which shows the manufacturing method of the inverter apparatus by this invention. 本発明によるインバータ装置の断面図である。It is sectional drawing of the inverter apparatus by this invention. ペンタセン縦型トランジスタの静特性を示す図である。It is a figure which shows the static characteristic of a pentacene vertical transistor. (A)及び(B)は、本発明によるインバータ装置の接続図であり、回路とともに示した図である。(A) And (B) is the connection diagram of the inverter apparatus by this invention, and is the figure shown with the circuit. 図8(A)及び(B)に示す回路を構成及び測定した、本発明によるインバータ装置の伝達特性である。It is the transfer characteristic of the inverter apparatus by this invention which comprised and measured the circuit shown to FIG. 8 (A) and (B). (A)及び(B)は、本発明による別のインバータ装置の接続図であり、回路とともに示した図である。(A) And (B) is the connection diagram of another inverter apparatus by this invention, and is the figure shown with the circuit. 図10(A)及び(B)に示す回路を構成及び測定した、本発明による別のインバータ装置の伝達特性である。10 is a transmission characteristic of another inverter device according to the present invention, in which the circuit shown in FIGS. 10A and 10B is configured and measured.

符号の説明Explanation of symbols

1、20 基板
2、21 ソース電極
3、22 ソース領域
4、23 ゲート電極
5、24 ドレイン領域
6、25 ドレイン電極
26 ペンタセン層
27 二つ目のゲート電極
28 ペンタセン層
29 ドレイン電極
74,84,94 ゲート電極
74a,84a,94a 電流経路
101 n+ソース電極
102 n+ドレイン電極
103 p+ゲート
104 半導体層
105 空乏層
1, 20 Substrate 2, 21 Source electrode 3, 22 Source region 4, 23 Gate electrode 5, 24 Drain region 6, 25 Drain electrode 26 Pentacene layer 27 Second gate electrode 28 Pentacene layer 29 Drain electrodes 74, 84, 94 Gate electrode 74a, 84a, 94a Current path 101 n + source electrode 102 n + drain electrode 103 p + gate 104 Semiconductor layer 105 Depletion layer

Claims (7)

第一の電極と、
前記第一の電極上の第一の半導体層と、
前記第一の半導体層上の第三の電極と、
前記第一の半導体層の導電型と導電型が同一である前記第三の電極上の第二の半導体層と、
前記第二の半導体層上の第五の電極と、
前記第一の半導体層に挿入された第二の電極と、
前記第二の半導体層に挿入された第四の電極とを有することを特徴とする半導体デバイス。
A first electrode;
A first semiconductor layer on the first electrode;
A third electrode on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer on the third electrode having the same conductivity type as the first semiconductor layer; and
A fifth electrode on the second semiconductor layer;
A second electrode inserted in the first semiconductor layer;
And a fourth electrode inserted into the second semiconductor layer.
前記第二の電極及び前記第四の電極は、櫛状、メッシュ状、又は多孔板状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode and the fourth electrode have a comb shape, a mesh shape, or a perforated plate shape. 前記第一の半導体層及び第二の半導体層は、それぞれ独立に、(1)ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及びそれらの誘導体、並びに(2)フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及びそれらの誘導体、並びに(3)ヒドラゾン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、スチルベン系化合物、アリールビニル系化合物、ピラゾリン系化合物、トリフェニルアミン系化合物、トリアリールアミン系化合物、及びそれらの誘導体、並びに(4)ポリ−N−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及びそれらの変性体、並びに(5)フラーレン、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される少なくとも一種の有機化合物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイス。   The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are each independently (1) naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, and derivatives thereof, and (2) phthalocyanine compounds, azo compounds, and perylene systems. Compounds, and derivatives thereof, and (3) hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbene compounds, arylvinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, triarylamine compounds, And their derivatives, and (4) poly-N-vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, pyreneformaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin, and modifications thereof And (5) the fullerene, and a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of at least one organic compound selected from the group consisting of carbon nanotubes. 前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、及び前記第五電極は、それぞれ独立に、クロム、タリウム、チタン、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、パラジウム、白金、銀、錫、リチウム、カルシウム、インジュウム錫酸化物、酸化亜鉛などの導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種の材料を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体デバイス。   The first electrode, the second electrode, the third electrode, the fourth electrode, and the fifth electrode are each independently chromium, thallium, titanium, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, nickel, gold, palladium At least one selected from the group consisting of conductive metal oxides such as platinum, silver, tin, lithium, calcium, indium tin oxide, zinc oxide, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiazyl, and conductive polymer The semiconductor device according to claim 1, comprising a seed material. 前記第一の電極には第一の電源電圧が印加されており、前記第二の電極には入力電圧が印加されており、前記第三の電極から出力電圧が取り出されており、前記第五の電極に第二の電源電圧が印加されていること特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体デバイス。   A first power supply voltage is applied to the first electrode, an input voltage is applied to the second electrode, an output voltage is extracted from the third electrode, and the fifth electrode The semiconductor device according to claim 1, wherein a second power supply voltage is applied to the electrode. 前記第四の電極及び前記第五の電極には前記第二の電圧が印加されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体デバイス。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the second voltage is applied to the fourth electrode and the fifth electrode. 前記第三の電極及び前記第四の電極から出力電圧が取り出されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体デバイス。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein an output voltage is extracted from the third electrode and the fourth electrode.
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