JP2008227419A - Semiconductor device, semiconductor circuit, electro-optical device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、半導体回路、電気光学装置および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor circuit, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
近年、半導体的な電気伝導を示す有機材料(有機半導体材料)を使用した半導体装置の開発が進められている。この半導体装置は、薄型軽量化に適すること、可撓性を有すること、材料コストが安価であること等の長所を有しており、フレキシブルディスプレイ等のスイッチング素子として期待されている。
このような半導体装置の中でも有機電界効果トランジスタには、チャネルがp型有機半導体とn型有機半導体の積層構造からなるものがある(例えば、特許文献1)。
この構造を用いる目的は、トランジスタのON/OFF比を高めることと、ゲート電圧の正負に応じてn型特性とp型特性の両方の特性(バイポーラ特性)を引き出すことにある。
In recent years, development of a semiconductor device using an organic material (organic semiconductor material) exhibiting semiconducting electrical conduction has been promoted. This semiconductor device has advantages such as being suitable for reduction in thickness and weight, flexibility, and low material cost, and is expected as a switching element for flexible displays and the like.
Among such semiconductor devices, some organic field effect transistors have a channel having a laminated structure of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor (for example, Patent Document 1).
The purpose of using this structure is to increase the ON / OFF ratio of the transistor and to bring out both the n-type characteristic and the p-type characteristic (bipolar characteristic) according to the positive / negative of the gate voltage.
この有機電界効果トランジスタの構造をもう少し詳しく述べると、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極、そしてn型有機半導体膜、p型有機半導体膜を、この順番に積層した構造からなる。
なお、n型有機半導体膜とp型有機半導体膜との積層順序は、逆の場合もある。
このような有機電界効果トランジスタのゲート電圧を正にした場合、n型有機半導体膜のゲート絶縁膜と接する部分に開かれたチャネルが形成される。そして、ソース電極とドレイン電極の間に電子をキャリヤとする電流が流れる。これはn型駆動である。
The structure of the organic field effect transistor will be described in more detail. A structure in which a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode and a drain electrode, and an n-type organic semiconductor film and a p-type organic semiconductor film are stacked in this order on a substrate. Consists of.
Note that the stacking order of the n-type organic semiconductor film and the p-type organic semiconductor film may be reversed.
When the gate voltage of such an organic field effect transistor is positive, an open channel is formed in a portion of the n-type organic semiconductor film that is in contact with the gate insulating film. A current using electrons as carriers flows between the source electrode and the drain electrode. This is n-type driving.
一方、ゲート電圧を負にした場合、p型有機半導体膜のn型有機半導体膜と接する部分に開かれたチャネルが形成される。そして、ソース電極とドレイン電極の間にホールをキャリヤとする電流が流れる。これはp型駆動である。この場合、n型有機半導体膜に開かれたチャネルが形成されることはなく、n型有機半導体膜はゲート絶縁膜の一部として機能する。 On the other hand, when the gate voltage is negative, an open channel is formed in a portion of the p-type organic semiconductor film that is in contact with the n-type organic semiconductor film. A current using holes as carriers flows between the source electrode and the drain electrode. This is p-type driving. In this case, an open channel is not formed in the n-type organic semiconductor film, and the n-type organic semiconductor film functions as a part of the gate insulating film.
しかしながら、上記p型駆動の場合、ソース電極およびドレイン電極と開かれたチャネルとの間にpn接合が存在する。しかも、その2つのpn接合が逆方向で直列につながっている(バックトゥバック構造)。
そのため、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流は、このバックトゥバック構造で遮断されてしまう。その結果、得られるON電流は極めて小さなものとなるという問題を引き起こす。
この問題は、n型有機半導体膜とp型有機半導体膜の積層順序を入れ替えても解決しない。入れ替えを行なった場合、n型駆動のときに同じ問題が生ずる。
また、ソース電極とドレイン電極をn型有機半導体膜およびp型有機半導体膜よりも上側に形成しても、p型駆動とn型駆動のどちらかにこの問題が必ず生ずる。
However, in the case of the p-type drive, a pn junction exists between the source electrode and the drain electrode and the opened channel. Moreover, the two pn junctions are connected in series in the opposite direction (back-to-back structure).
Therefore, the current flowing between the source electrode and the drain electrode is blocked by this back-to-back structure. As a result, there arises a problem that the obtained ON current is extremely small.
This problem cannot be solved even if the stacking order of the n-type organic semiconductor film and the p-type organic semiconductor film is changed. When the replacement is performed, the same problem occurs during n-type driving.
Further, even if the source electrode and the drain electrode are formed above the n-type organic semiconductor film and the p-type organic semiconductor film, this problem always occurs in either the p-type driving or the n-type driving.
本発明の目的は、ON電流が高い半導体装置、かかる半導体装置を備えた高性能の半導体回路、高性能な電気光学装置および信頼性の高い電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high ON current, a high-performance semiconductor circuit including the semiconductor device, a high-performance electro-optical device, and a highly reliable electronic apparatus.
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明に係る半導体装置は、p型有機半導体層とn型有機半導体層とが互いに接合されたpn接合体と、
当該pn接合体の前記p型有機半導体層と前記n型有機半導体層との界面付近に位置するソース電極およびドレイン電極と、
前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層の少なくとも一方にゲート絶縁層を介して接合されたゲート電極とを有し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、前記p型有機半導体層と前記n型有機半導体層の双方に接触するように配置されていることを特徴とする。
これにより、電流がいわゆるバックトゥバック構造で遮断されないので、高いON電流を得ることができる。その結果、ON/OFFを向上させることができる。
The above object is achieved by the present invention described below.
A semiconductor device according to the present invention includes a pn junction in which a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer are joined to each other;
A source electrode and a drain electrode located in the vicinity of the interface between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer of the pn junction,
A gate electrode joined to at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer via a gate insulating layer;
The source electrode and the drain electrode are respectively disposed so as to be in contact with both the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer.
Thereby, since a current is not interrupted by a so-called back-to-back structure, a high ON current can be obtained. As a result, ON / OFF can be improved.
本発明に係る半導体装置は、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、p型有機半導体層とn型有機半導体層とが互いに接合されたpn接合体とを有し、
当該pn接合体は、前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層のそれぞれが前記ソース電極および前記ドレイン電極の双方に接触するように、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置され、
前記pn接合体の前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層の少なくとも一方に前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極が接合されていることを特徴とする。
これにより、電流がいわゆるバックトゥバック構造で遮断されず、電子が流れる距離が短いので、より高いON電流を得ることができる。
A semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, a pn junction in which a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer are bonded to each other,
The pn junction is disposed between the source electrode and the drain electrode such that each of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is in contact with both the source electrode and the drain electrode. ,
The gate electrode is bonded to at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer of the pn junction through the gate insulating layer.
As a result, the current is not interrupted by a so-called back-to-back structure, and the distance through which electrons flow is short, so that a higher ON current can be obtained.
本発明の半導体装置では、前記ゲート電極は、前記n型有機半導体層に第1のゲート絶縁層を介して接合された第1のゲート電極と、
前記p型有機半導体層に第2のゲート絶縁層を介して接合された第2のゲート電極とを有することが好ましい。
これにより、2つのゲート電極を独立に駆動することができるので、n型有機半導体とp型有機半導体とを独立制御することができる。
In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode includes a first gate electrode joined to the n-type organic semiconductor layer via a first gate insulating layer;
It is preferable to have a second gate electrode joined to the p-type organic semiconductor layer through a second gate insulating layer.
Thereby, since two gate electrodes can be driven independently, an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor can be controlled independently.
本発明の半導体装置では、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、複数の層を積層してなる積層体で構成されていることが好ましい。
これにより、各層に異なる材料を用いることができるので、該材料の選定により有機半導体への電子の注入効率、ホールの注入効率を高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記積層体は、仕事関数の異なる材料で構成される2つの層を含むものであることが好ましい。
これにより、n型有機半導体層に電子を、p型有機半導体層にホールを効率よく注入することができるので、ON電流をより大きくすることができる。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that each of the source electrode and the drain electrode is formed of a stacked body in which a plurality of layers are stacked.
Thereby, since different materials can be used for each layer, electron injection efficiency and hole injection efficiency into the organic semiconductor can be increased by selecting the material.
In the semiconductor device of the present invention, the stacked body preferably includes two layers made of materials having different work functions.
Thereby, electrons can be efficiently injected into the n-type organic semiconductor layer and holes can be efficiently injected into the p-type organic semiconductor layer, so that the ON current can be further increased.
本発明の半導体装置では、前記2つの層の間に、保護層を有することが好ましい。
これにより、活性の高い層を保護することができる。
本発明の半導体装置では、前記保護層は、アルミニウムまたはアルミニウムを主とする合金で構成されるものであることが好ましい。
これにより、活性の高い層を確実に保護することができるとともに、保護層に積層される層の密着性を高めることができる。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable to have a protective layer between the two layers.
Thereby, a highly active layer can be protected.
In the semiconductor device of the present invention, the protective layer is preferably made of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum.
Thereby, while being able to protect a highly active layer reliably, the adhesiveness of the layer laminated | stacked on a protective layer can be improved.
本発明の半導体装置では、前記積層体中の各層のうち、前記n型有機半導体層との接触面積が大きい層が、その他の層よりも仕事関数が低い材料で構成されていることが好ましい。
これにより、電子をn型有機半導体層により効率よく注入することができるので、ON電流をより一層大きくすることができる。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that a layer having a large contact area with the n-type organic semiconductor layer among the layers in the stacked body is made of a material having a work function lower than that of the other layers.
Thereby, electrons can be efficiently injected into the n-type organic semiconductor layer, so that the ON current can be further increased.
本発明の半導体装置では、前記仕事関数の低い材料は、アルミニウム、カルシウムまたはアルミニウムもしくはカルシウムを70%以上含む材料で構成されるものであることが好ましい。
これにより、電子をn型有機半導体層に確実に注入することができる。
本発明の半導体装置では、前記積層体中の各層のうち、前記p型有機半導体層との接触面積が大きい層が、その他の層よりも仕事関数が高い材料で構成されていることが好ましい。
これにより、ホールをp型有機半導体層により効率よく注入することができるので、ON電流をより一層大きくすることができる。
In the semiconductor device of the present invention, the material having a low work function is preferably composed of aluminum, calcium, or a material containing 70% or more of aluminum or calcium.
Thereby, electrons can be reliably injected into the n-type organic semiconductor layer.
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that a layer having a large contact area with the p-type organic semiconductor layer among the layers in the stacked body is made of a material having a higher work function than the other layers.
Thereby, holes can be efficiently injected into the p-type organic semiconductor layer, so that the ON current can be further increased.
本発明の半導体装置では、前記仕事関数の高い材料は、金または金を主とする合金で構成されるものであることが好ましい。
これにより、ホールをp型有機半導体層に確実に注入することができる。
本発明の半導体装置では、前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層は、それぞれ、半導体特性を有する発光性の有機材料で構成されるものであることが好ましい。
これにより、発光強度の高い発光トランジスタとして機能することができる。
本発明の半導体装置では、基板を有し、
前記ゲート電極は、前記基板に内蔵されているものであることが好ましい。
これにより、ゲート電極と基板とが一体化されているので、半導体装置を小型化できるとともに、当該装置を容易に製造することができる。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the material having a high work function is composed of gold or an alloy mainly composed of gold.
Thereby, holes can be reliably injected into the p-type organic semiconductor layer.
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that each of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is composed of a light-emitting organic material having semiconductor characteristics.
Thereby, it can function as a light emitting transistor having high emission intensity.
The semiconductor device of the present invention has a substrate,
The gate electrode is preferably built in the substrate.
Thereby, since the gate electrode and the substrate are integrated, the semiconductor device can be miniaturized and the device can be easily manufactured.
本発明に係る半導体回路は、本発明の半導体装置を備えることを特徴とする。
これにより、設計の自由度が高く、高性能かつ小型の半導体回路が得られる。
本発明に係る電気光学装置は、本発明の半導体回路を備えることを特徴とする。
これにより、高性能な電気光学装置が得られる。
本発明に係る電子機器は、本発明の電気光学装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
A semiconductor circuit according to the present invention includes the semiconductor device of the present invention.
As a result, a high-performance and small-sized semiconductor circuit with a high degree of design freedom can be obtained.
An electro-optical device according to the present invention includes the semiconductor circuit according to the present invention.
Thereby, a high-performance electro-optical device can be obtained.
An electronic apparatus according to the present invention includes the electro-optical device according to the present invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
以下、本発明の半導体装置、半導体回路、電気光学装置および電子機器について、好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<半導体装置>
<第1実施形態>
まず、本発明の半導体装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の半導体装置の第1実施形態を示す概略縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a semiconductor device, a semiconductor circuit, an electro-optical device, and an electronic apparatus according to the invention will be described in detail based on preferred embodiments.
<Semiconductor device>
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1に示す半導体装置1は、基板2とゲート電極3とを兼ねる基板兼ゲート電極23の上面にゲート絶縁層6が形成され、その上面にn型有機半導体層7が形成されている。このn型有機半導体層7の上部には、3層の積層体で構成されたソース電極4およびドレイン電極5が互いに離間して設けられている。そして、このソース電極4およびドレイン電極5を含むn型有機半導体層7の上面を覆うようにp型有機半導体層8が形成されている。すなわち、図1に示す半導体装置1は、ボトムゲート型の半導体装置1である。
In the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, a
以下、半導体装置1の各部の構成について、順次説明する。
基板兼ゲート電極23は、半導体装置1を構成する各層(各部)を支持するとともに、それ自身が導電性を有し、ゲート電極3として機能するものである。
基板兼ゲート電極23の構成材料は、導電性を有する基板2であればよく、例えば、n型またはp型のシリコン基板のように絶縁性の基板2にホウ素やリンなどをドープして導電体化したドープ基板、ガリウム砒素基板のような化合物半導体基板、金属基板等が挙げられる。これらのうち、ドープ基板が好ましい。これにより、ドープされる絶縁性の基板2が加工性に優れ、強度も高いので、半導体装置1の各層を支持しつつ、基板兼ゲート電極23を薄膜化することができる。
Hereinafter, the configuration of each part of the semiconductor device 1 will be described sequentially.
The substrate /
The constituent material of the substrate and
なお、基板兼ゲート電極23は、基板2の全体がドープされていてもその一部がドープされていてもよい。
絶縁性の基板2としては、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)ポリイミド(PI)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。
The substrate /
Examples of the insulating
基板兼ゲート電極23の平均厚さは、特に限定されないが、0.5〜500μmであることが好ましく、10〜300μmであることがより好ましい。
なお、基板2とゲート電極3とは、一体的ではなく別個独立に形成されていてもよい。
基板兼ゲート電極23上には、ゲート絶縁層6が設けられている。
ゲート絶縁層6は、後述するソース電極4およびドレイン電極5に対して、ゲート電極3(基板兼ゲート電極23)を絶縁するものである。
ゲート絶縁層6の構成材料としては、絶縁性の材料であれば特に限定されず、有機材料、無機材料のいずれも使用可能である。
The average thickness of the substrate and
The
On the substrate /
The
The constituent material of the
有機材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルフェノール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
無機材料としては、シリカ、窒化珪素、酸化アルミ、酸化タンタル等の金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウムチタン酸鉛等の金属複合酸化物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the organic material include polymethyl methacrylate, polyvinyl phenol, polyimide, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and polyvinyl phenol, and one or more of these can be used in combination.
Examples of the inorganic material include metal oxides such as silica, silicon nitride, aluminum oxide, and tantalum oxide, and metal composite oxides such as barium strontium titanate and lead zirconium titanate. Can be used in combination.
ゲート絶縁層6の平均厚さは、特に限定されないが、10〜5000nmであるのが好ましく、100〜2000nmであるのがより好ましい。ゲート絶縁層6の厚さを前記範囲とすることにより、ゲート絶縁層6の厚さが寸法精度のよい厚さとなるので、ソース電極4およびドレイン電極5とゲート電極3(基板兼ゲート電極23)とを確実に絶縁することができる。その結果、半導体装置1の動作電圧を低くすることができる。
なお、ゲート絶縁層6は、単層構成のものに限定されず、複数層の積層構成のものであってもよい。
The average thickness of the
Note that the
ゲート絶縁層6上には、n型有機半導体層7が設けられている。このn型有機半導体層7は、キャリアとして電子が流れる層である。
n型有機半導体層7の構成材料は、特に限定されず、例えば、下記一般式(I)に示すような化合物、フタロシアニンのような各種金属錯体、C60、C82、ディスプロシウム(Dy)を内包したC82のような各種フラーレン類、各種カーボンナノチューブ類、発光性の有機化合物等が挙げられる。これらの化合物は、2種以上組み合せて用いることができる。
An n-type
the material of the n-type
このような材料のうち、特に一般式(I)で表される化合物が好ましく、その中でもRがベンゼン環のp位に結合したトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
このような化合物は、発光性を有するので、発光性の半導体装置1を得ることできる。この場合、この半導体装置1はON電流が大きいので、発光強度をより大きくすることができる。
Of these materials, the compound represented by the general formula (I) is particularly preferable, and among them, R is more preferably a trifluoromethyl group bonded to the p-position of the benzene ring.
Since such a compound has a light emitting property, the light emitting semiconductor device 1 can be obtained. In this case, since the semiconductor device 1 has a large ON current, the emission intensity can be further increased.
n型有機半導体層7の平均厚さは、特に限定されないが、1〜200nmであるのが好ましく、10〜100nmであるのがより好ましい。
なお、n型有機半導体層7は、2種類以上のn型有機半導体材料で構成されていてもよいが、単一のn型有機半導体材料で構成されているのが好ましい。これにより、n型有機半導体層7の製造工程が簡素化され、半導体装置1を、容易に、かつ低コストで製造することができる。
Although the average thickness of the n-type organic-
The n-type
n型有機半導体層7の上部には、ソース電極4およびドレイン電極5が、チャネル長L方向に沿って、所定距離離間して併設されている。このソース電極4およびドレイン電極5は、それぞれ、後述するp型有機半導体層8の形成により、n型有機半導体層7とp型有機半導体層8との界面に接触して配置されている。
これらのソース電極4およびドレイン電極5の構成材料としては、例えば、Ca、Pd、Pt、Au、W、Ta、Mo、Al、Cr、Ti、Cu、Nb、Ag、In、Ni、Nd、Coまたはこれらを含む合金等の金属材料、それらの酸化物等、導電性有機材料等が挙げられる。これらは、2種以上組み合せて用いることができる。
On the upper part of the n-type
Examples of constituent materials of the
金属材料の酸化物としては、例えば、ITO、FTO、ATO、SnO2等が挙げられる。
導電性有機材料としては、例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、PEDOT(poly−ethylenedioxythiophene)のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(p−フェニレン)、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられる。
Examples of the oxide of the metal material include ITO, FTO, ATO, SnO 2 and the like.
Examples of the conductive organic material include polyacetylene, polypyrrole, polythiophene such as PEDOT (poly-ethylenedioxythiophene), polyaniline, poly (p-phenylene), poly (p-phenylenevinylene), polyfluorene, polycarbazole, polysilane, or these And conductive polymer materials such as derivatives thereof.
その他、ソース電極4およびドレイン電極5の構成材料として、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料を挙げることもできる。
ソース電極4およびドレイン電極5の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、30〜300nmであることが好ましく、50〜150nmであることがより好ましい。
ソース電極4とドレイン電極5との間の距離(離間距離)、すなわち、チャネル長Lは、2〜30μmであることが好ましく、5〜20μmであることがより好ましい。
In addition, examples of the constituent material of the
Although the average thickness of the
The distance (separation distance) between the
チャネル長Lが前記下限値より小さすぎると、得られた半導体装置1同士でチャネル長Lに誤差が生じ、半導体装置特性がばらつくおそれがある。
一方、チャネル長Lが前記上限値より大きすぎると、しきい値電圧の絶対値が大きくなるとともに、ドレイン電流の値が小さくなり、半導体装置1の特性が不十分となるおそれがある。
If the channel length L is too smaller than the lower limit value, an error occurs in the channel length L between the obtained semiconductor devices 1 and the semiconductor device characteristics may vary.
On the other hand, if the channel length L is too larger than the upper limit value, the absolute value of the threshold voltage increases, the drain current value decreases, and the characteristics of the semiconductor device 1 may be insufficient.
また、チャネル長Lに直交する方向のチャネル幅は、0.1〜5mmであることが好ましく、0.5〜3mmであることがより好ましい。
チャネル幅が前記下限値より小さすぎると、ドレイン電流の値が小さくなり、半導体装置1の特性が不十分となるおそれがある。
一方、チャネル幅が前記上限値より大きすぎると、半導体装置1が大型化してしまうおそれがある。また、寄生容量の増大や、ゲート絶縁層6を介した基板兼ゲート電極23へのリーク電流(ゲートリーク電流)の増大を招くおそれがある。
The channel width in the direction orthogonal to the channel length L is preferably 0.1 to 5 mm, and more preferably 0.5 to 3 mm.
If the channel width is too smaller than the lower limit value, the drain current value becomes small and the characteristics of the semiconductor device 1 may be insufficient.
On the other hand, if the channel width is too larger than the upper limit, the semiconductor device 1 may be increased in size. Moreover, there is a risk of increasing parasitic capacitance and increasing leakage current (gate leakage current) to the substrate /
このようなソース電極4およびドレイン電極5は、それぞれ、複数の層を積層した積層体で構成されていることが好ましい。これにより、チャネル領域を移動するキャリアに応じて、各層に異なる材料を用いることができる。その結果、n型有機半導体層7および/またはp型有機半導体層8へのキャリア(電子、ホール)の注入効率を高めることができる。
Each of the
本実施形態では、ソース電極4およびドレイン電極5は、それぞれ、仕事関数の異なる材料で構成される2つの層を含む3層の層を積層した積層体で構成されている。
すなわち、ソース電極4は、下端面がn型有機半導体層7の上面と接する第1の層41と、上端面がp型有機半導体層8と接する第2の層42と、第1の層41と第2の層42との間に位置する保護層43とを有している。
In the present embodiment, the
That is, the
第1の層41は、ソース電極4の積層体の下端層に位置している。そのため、第1の層41は、他の層よりもn型有機半導体層7との接触面積が大きい層である。この第1の層41は、n型有機半導体層7に電子を注入する機能を有する。
第1の層41を構成する材料は、他の層、本実施形態では第2の層42および保護層43よりも仕事関数の低い材料であることが好ましい。これにより、電子を第1の層41からn型有機半導体層7に効率よく注入することができる。
第1の層41を構成する材料としては、第2の層42や保護層43を構成する材料よりも仕事関数が小さければ特に限定されず、例えば、Al、Caや、Alおよび/またはCaを70%以上含む材料などが挙げられる。
The
The material constituting the
The material constituting the
本実施形態では、第1の層41は、例えばカルシウムで構成されていることが好ましい。カルシウムは、仕事関数が小さく、活性が高いので、電子をn型有機半導体層7により効率よく注入することができる。
第1の層41の平均厚さは、特に限定されないが、2〜100nmであることが好ましく、5〜30nmであることがより好ましい。
In the present embodiment, the
The average thickness of the
第2の層42は、ソース電極4の積層体の上端層に位置している。そのため、第2の層42は、他の層よりもp型有機半導体層8との接触面積が大きい層である。この第2の層42は、p型有機半導体層8にホールを注入する機能を有する。
第2の層42を構成する材料は、他の層、本実施形態では第1の層41および保護層43よりも仕事関数の高い材料であることが好ましい。これにより、ホールをp型有機半導体層8に効率よく注入することができる。
第2の層42を構成する材料としては、第1の層41や保護層43を構成する材料よりも仕事関数が大きければ特に限定されず、例えば、Pd、Pt、Au、Ni、Cuやこれらを主とする合金などが挙げられる。
The
The material constituting the
The material constituting the
本実施形態では、第2の層42は、例えば金で構成されていることが好ましい。金は、仕事関数が大きいので、ホールをp型有機半導体層8により効率よく注入することができる。
第2の層42の平均厚さは、特に限定されないが、2〜100nmであることが好ましく、5〜30nmであることがより好ましい。
In the present embodiment, the
The average thickness of the
保護層43は、第1の層41と第2の層42とに接して設けられている。この保護層43は、第1の層41を保護する機能を有する。
保護層43を構成する材料は、第1の層41よりも仕事関数が高い材料であれば特に限定されない。例えば、Al、Pd、Pt、Au、Ni、Cuまたはこれらを主とする合金などが挙げられる。
The
The material constituting the
本実施形態では、保護層43は、例えばアルミニウムで構成されていることが好ましい。第1の層41を構成するカルシウムは、前述した効果を有する一方、化学的に活性であるので、不安定な物質である。そのため、半導体装置1の駆動により、第1の層41が劣化するおそれがある。そこで、保護層43をアルミニウムで構成することにより、アルミニウムはカルシウムよりも仕事関数が大きいので、第1の層41の上端面を適切に保護することができる。
また、アルミニウムは、金との密着性が高いので、保護層43と第2の層42とを強固に接合することができる。
保護層43の平均厚さは、特に限定されないが、2〜100nmであることが好ましく、5〜30nmであることがより好ましい。
In the present embodiment, the
In addition, since aluminum has high adhesion to gold, the
Although the average thickness of the
ドレイン電極5は、下端面がn型有機半導体層7の上面に接する第1の層51と、上端面がp型有機半導体層8と接する第2の層52と、第1の層51と第2の層52との間に位置する保護層53とを有している。
第1の層51、第2の層52および保護層53は、それぞれソース電極4の第1の層41、第2の層42および保護層43に対応している。そのため、構成材料、膜厚などの条件は、それぞれ、ソース電極4の第1の層41、第2の層42、保護層43と同様である。
The
The
ソース電極4およびドレイン電極5を含むn型有機半導体層7上には、ソース電極4、ドレイン電極5およびn型有機半導体層7に接してp型有機半導体層8が形成されている。すなわち、ゲート絶縁層6上に、n型有機半導体層7とp型有機半導体層8との間にソース電極4およびドレイン電極5を含むpn接合体が形成されている。このp型有機半導体層8は、キャリアとしてホールが流れる層である。
On the n-type
p型有機半導体層の構成材料は、特に限定されないが、例えば、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、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、下記一般式(II)で表される化合物またはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、フルオレン−ビチオフェン共重合体またはこれらの誘導体、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、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のような高分子の有機半導体材料、発光性を示す低分子または高分子の有機半導体材料などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 The constituent material of the p-type organic semiconductor layer is not particularly limited. Low-molecular organic semiconductor materials such as triarylamine, compounds represented by the following general formula (II) or derivatives thereof, poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, fluorene-bithiophene copolymers or derivatives thereof , Polyvinyl anthracene, polythiophene, poly (p-phenylene vinylene), high molecular organic semiconductor materials such as pyrene formaldehyde resin, ethyl carbazole formaldehyde resin, low molecular or high molecular compounds exhibiting luminescence And organic semiconductor material and the like, can be used singly or in combination of two or more of them.
このうち、一般式(II)で表される化合物または高分子の有機半導体材料を主材料として用いるのが好ましい。
一般式(II)で表される化合物は、発光性を有するので、発光性の半導体装置1を得ることできる。この場合、この半導体装置1はON電流が大きいので、発光強度を大きくすることができる。
Of these, the compound represented by the general formula (II) or a polymer organic semiconductor material is preferably used as the main material.
Since the compound represented by the general formula (II) has a light emitting property, the light emitting semiconductor device 1 can be obtained. In this case, since the semiconductor device 1 has a large ON current, the emission intensity can be increased.
一方、高分子の有機半導体材料は、p型有機半導体層8の薄型化・軽量化が可能であり、可撓性にも優れるため、フレキシブルディスプレイのスイッチング素子等として用いられる薄膜半導体装置に適している。
また、p型有機半導体層8は、低温で成膜可能であることが好ましい。これにより、低コストで作製することが可能になる。また、安価なフレキシブル基板であるプラスチック基板を用いることが可能になるという効果が得られる。
このようなことから、高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)としては、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体、ポリアリールアミンまたはこれらの誘導体のうちの少なくとも1種を主成分とするものを用いるのが特に好ましい。
On the other hand, the polymer organic semiconductor material can reduce the thickness and weight of the p-type
Moreover, it is preferable that the p-type
For this reason, as the high molecular organic semiconductor material (conjugated polymer material), at least one of a fluorene-bithiophene copolymer, a fluorene-arylamine copolymer, a polyarylamine, or a derivative thereof is used. It is particularly preferable to use a material containing as a main component.
p型有機半導体層8の平均厚さは、特に限定されないが、1〜200nm程度であるのが好ましく、10〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、p型有機半導体層8は、2種類以上のp型有機半導体材料で構成されていてもよいが、単一のp型有機半導体材料で構成されているのが好ましい。これにより、p型有機半導体層8の製造工程が簡素化され、半導体装置1を、容易に、かつ低コストで製造することができる。
The average thickness of the p-type
The p-type
このような半導体装置1は、例えば、次のように動作する。
ソース電極4およびドレイン電極5の間を通電した状態で、基板兼ゲート電極23にゲート電圧(正または負)を印加すると、n型有機半導体層7のゲート絶縁層6との界面付近またはp型有機半導体層のn型有機半導体層7との界面付近にチャネルが形成される。そして、チャネル領域をキャリアが移動することで、ソース電極4とドレイン電極5との間に電流が流れる。
For example, such a semiconductor device 1 operates as follows.
When a gate voltage (positive or negative) is applied to the substrate /
すなわち、基板兼ゲート電極23に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極4とドレイン電極5との間に電圧を印加しても、n型有機半導体層7およびp型有機半導体層8中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
基板兼ゲート電極23に正の電圧が印加されているON状態では、n型有機半導体層7のゲート絶縁層6に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。この状態でソース電極4とレイン電極5との間に電圧を印加すると、チャネル領域71を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、n型駆動である。
That is, in the OFF state in which no voltage is applied to the substrate /
In the ON state in which a positive voltage is applied to the substrate /
一方、基板兼ゲート電極23に負の電圧が印加されているON状態では、p型有機半導体層8のn型有機半導体層7に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域81を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型駆動である。
なお、以上のような半導体装置1の製造方法は、後に詳細に説明する。
On the other hand, in the ON state in which a negative voltage is applied to the substrate /
The method for manufacturing the semiconductor device 1 as described above will be described in detail later.
<第2実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第2実施形態について説明する。
図2は、本発明の半導体装置の第2実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第2実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 2 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the second embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
図2に示す半導体装置1は、基板2と第1のゲート電極31とを兼ねる基板兼ゲート電極23の上面に第1のゲート絶縁層61が形成され、その上面にn型有機半導体層7が形成されている。このn型有機半導体層7の上部には、3層の積層体で構成されたソース電極4およびドレイン電極5が互いに離間して設けられている。このソース電極4およびドレイン電極5を含むn型有機半導体層7の上面を覆うようにp型有機半導体層8が形成されている。そして、p型有機半導体層8の上面に第2のゲート絶縁層62が形成され、その上面に第2のゲート電極32が形成されている。すなわち、図2に示す半導体装置1は、ダブルゲート型の半導体装置1である。
In the semiconductor device 1 shown in FIG. 2, a first
以下、半導体装置1の各部の構成について、順次説明する。
なお、第1のゲート電極31は、第1実施形態のゲート電極3、第1の絶縁層61は、第1実施形態のゲート絶縁層6と同義である。
p型有機半導体層8上には、ソース電極4とドレイン電極5との間、および、ソース電極4およびドレイン電極5の一部を覆うように、第2のゲート絶縁層62が設けられている。この第2のゲート絶縁層62は、ソース電極4およびドレイン電極5に対して第2のゲート電極32を絶縁するものである。
Hereinafter, the configuration of each part of the semiconductor device 1 will be described sequentially.
The
A second
第2のゲート絶縁層62の構成材料、平均厚さは、第1の実施形態のゲート絶縁層6の構成材料、平均厚さと同様である。
なお、第2のゲート絶縁層62は、単層構成のものに限定されず、複数層の積層構成のものであってもよい。
第2のゲート絶縁層62の上面には、第1のゲート電極31(基板兼ゲート電極23)と互いに電気的に独立した第2のゲート電極32が設けられている。
The constituent material and average thickness of the second
Note that the second
On the upper surface of the second
第2のゲート電極32の構成材料としては、第1実施形態で説明したソース電極4およびドレイン電極5で挙げた材料と同様の材料が挙げられる。
第2のゲート電極90の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜5000nm程度であるのが好ましく、1〜5000nm程度であるのがより好ましく、10〜5000nm程度であるのがさらに好ましい。
Examples of the constituent material of the
The average thickness of the second gate electrode 90 is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 5000 nm, more preferably about 1 to 5000 nm, and still more preferably about 10 to 5000 nm. .
このような半導体装置1は、基板兼ゲート電極23を用いてn型有機半導体層7を制御し、第2のゲート電極32を用いてp型有機半導体層8を制御することができるので、n型有機半導体層7とp型有機半導体層8とを独立に制御することができる。その結果、半導体装置1を高機能化、多機能化することができる。
特に、n型有機半導体層7の構成材料およびp型有機半導体層8の構成材料に、それぞれ発光性の有機材料を用いた場合、発光に必要な電子とホールの注入量を独立制御できる。そのため、発光強度を大きくすることができるとともに、発光強度の制御を簡単に行うことができる。
In such a semiconductor device 1, the n-type
In particular, when light-emitting organic materials are used as the constituent material of the n-type
なお、ソース電極4、ドレイン電極5、n型有機半導体層7、p型有機半導体層8は、第1実施形態と同様である。
このような半導体装置1では、ソース電極4およびドレイン電極5の間を通電した状態で、基板兼ゲート電極23、第2のゲート電極32にゲート電圧(正または負)を印加すると、ソース電極4とドレイン電極5との間にチャネルが形成される。そして、チャネル領域をキャリアが移動することで、ソース電極4とドレイン電極5との間に電流が流れる。
The
In such a semiconductor device 1, when a gate voltage (positive or negative) is applied to the substrate /
以下、本実施形態の半導体装置1の動作について、基板兼ゲート電極23および第2のゲート電極32への電圧の印加の組合せを場合分けして説明する。
[1]基板兼ゲート電極23と第2のゲート電極32とに電圧を印加しない場合
この場合、半導体装置1はOFF状態となり、ソース電極4およびドレイン電極5との間に電圧を印加しても、n型有機半導体層7およびp型有機半導体層8中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
Hereinafter, the operation of the semiconductor device 1 according to the present embodiment will be described for each combination of voltage application to the substrate /
[1] In the case where no voltage is applied to the substrate /
[2]基板兼ゲート電極23にのみ電圧を印加した場合
基板兼ゲート電極23に正の電圧を印加したON状態では、n型有機半導体層7の第1の絶縁層61に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域71を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、n型駆動である。
一方、基板兼ゲート電極23に負の電圧を印加したON状態では、p型有機半導体層8のn型有機半導体層7に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域81を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型駆動である。
[2] When a voltage is applied only to the substrate /
On the other hand, in the ON state in which a negative voltage is applied to the substrate /
[3]第2のゲート電極32にのみ電圧を印加した場合
第2のゲート電極32に正の電圧を印加したON状態では、n型有機半導体層7のp型有機半導体層8に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域72を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、n型駆動である。
一方、第2のゲート電極32に負の電圧を印加したON状態では、p型有機半導体層8の第2の絶縁層62に面した部分に電荷が誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域82を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型駆動である。
[3] When a voltage is applied only to the
On the other hand, in the ON state in which a negative voltage is applied to the
[4]基板兼ゲート電極23と第2のゲート電極32とに電圧を印加した場合
[4-1]基板兼ゲート電極23と第2のゲート電極32とに正の電圧を印加した場合
基板兼ゲート電極23の電圧印加に由来する電荷が、n型有機半導体層7の第1の絶縁層61に面した部分に誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。
また、第2のゲート電極32の電圧印加に由来する電荷が、n型有機半導体層7のp型有機半導体層8に面した部分に誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。
この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域71、72を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、n型駆動である。
[4] When a voltage is applied to the substrate /
In addition, a charge derived from the voltage application of the
When a voltage is applied between the
[4-2]基板兼ゲート電極23と第2のゲート電極32とに負の電圧を印加した場合
基板兼ゲート電極23の電圧印加に由来する電荷が、p型有機半導体層8のn型有機半導体層7に面した部分に誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。
また、第2のゲート電極32の電圧印加に由来する電荷が、p型有機半導体層8の第2の絶縁層62に面した部分に誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。
この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域81、82を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型駆動である。
[4-2] When a negative voltage is applied to the substrate /
In addition, a charge derived from the voltage application of the
When a voltage is applied between the
[4-3]基板兼ゲート電極23に正、第2のゲート電極32に負の電圧を印加した場合
基板兼ゲート電極23の電圧印加に由来する電荷が、n型有機半導体層7の第1の絶縁層61に面した部分に誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。
また、第2のゲート電極32の電圧印加に由来する電荷が、p型有機半導体層8の第2の絶縁層62に面した部分に誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。
この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域71、82を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型、n型駆動である。
[4-3] When a positive voltage is applied to the substrate /
In addition, a charge derived from the voltage application of the
When a voltage is applied between the
[4-4]基板兼ゲート電極23に負、第2のゲート電極32に正の電圧を印加した場合
基板兼ゲート電極23の電圧印加に由来する電荷が、p型有機半導体層8のn型有機半導体層7に面した部分に誘起され、チャネル(ホールの流路)が形成される。
また、第2のゲート電極32の電圧印加に由来する電荷が、n型有機半導体層7のp型有機半導体層8に面した部分に誘起され、チャネル(電子の流路)が形成される。
[4-4] When a negative voltage is applied to the substrate /
In addition, a charge derived from the voltage application of the
この状態でソース電極4およびドレイン電極5の間に電圧を印加すると、チャネル領域81、72を通って電流が流れる。このような動作は、いわゆる、p型、n型駆動である。
このような半導体装置1は、例えば、次のようにして製造することができる。以下、本実施形態の半導体装置1を製造する方法について説明する。
When a voltage is applied between the
Such a semiconductor device 1 can be manufactured as follows, for example. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device 1 of the present embodiment will be described.
図3および4は、図2に示す半導体装置の製造方法を説明するための概略縦断面図である。なお、以下の説明では、図3、4中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図2に示す半導体装置1の製造方法は、[A1]基板兼ゲート電極23上に第1のゲート絶縁層61を形成する工程と、[A2]第1のゲート絶縁層61上にn型有機半導体層7を形成する工程と、[A3]n型有機半導体層7上にソース電極4およびドレイン電極5を形成する工程と、[A4]ソース電極4およびドレイン電極5を覆うように、n型有機半導体層7上にp型有機半導体層8を形成する工程と、[A5]第2のゲート電極32上に第2のゲート絶縁層62を形成する工程と、[A6]p型有機半導体層8に第2のゲート電極32が形成されれた第2のゲート絶縁層62を接合する工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。
なお、[A4]工程までで、第1実施形態の半導体装置1が得られる。
3 and 4 are schematic longitudinal sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 3 and 4 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
The method for manufacturing the semiconductor device 1 shown in FIG. 2 includes: [A1] forming a first
Note that the semiconductor device 1 of the first embodiment is obtained up to the step [A4].
[A1]第1のゲート絶縁層形成工程
まず、図3(a)に示すように、例えば、基板2にホウ素がヘビードープされたシリコン基板(基板兼ゲート電極23)を用意する。
ドープの方法は、例えば、酸化ホウ素の溶液を水素でバブリングしながら、マイクロ波プラズマCVD法などにより行うことができる。
なお、ホウ素のドープは、例えば、シリコン基板全体であってもよく、一部であってもよい。
また、ドープする材料は、特に限定されず、例えば、リン、アルミニウム、アンチモンなどが挙げられる。
[A1] First Gate Insulating Layer Formation Step First, as shown in FIG. 3A, for example, a silicon substrate (substrate / gate electrode 23) in which boron is heavily doped on the
The doping method can be performed by, for example, a microwave plasma CVD method while bubbling a solution of boron oxide with hydrogen.
The boron doping may be, for example, the entire silicon substrate or a part thereof.
Moreover, the material to dope is not specifically limited, For example, phosphorus, aluminum, antimony etc. are mentioned.
次に、図3(b)に示すように、得られた基板兼ゲート電極23の上面に第1のゲート絶縁層61を形成する。
例えば、基板兼ゲート電極23上がシリコン基板で構成されている場合、熱酸化法により、基板兼ゲート電極23上にシリカ(SiO2)で構成されたゲート絶縁層61を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3B, a first
For example, when the substrate /
また、ゲート絶縁層61を無機材料で構成する場合、ゲート絶縁層61は、例えば、CVD法、SOG法により形成することができる。また、原材料にポリシラザンを用いることにより、ゲート絶縁層61として、シリカ膜、窒化珪素膜を湿式プロセスで成膜することが可能となる。
また、ゲート絶縁層61を有機高分子材料で構成する場合、ゲート絶縁層61は、有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、基板兼ゲート電極23上に塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば、加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、基板兼ゲート電極23上へ塗布(供給)する方法としては、例えば、スピンコート法やディップコート法のような塗布法、インクジェット印刷法(液滴吐出法)やスクリーン印刷法のような印刷法等が挙げられる。
When the
When the
As a method for applying (supplying) a solution containing an organic polymer material or a precursor thereof onto the substrate /
[A2]n型有機半導体層形成工程
図3(c)に示すように、ゲート絶縁層61上に、n型有機半導体層7を形成する。
n型有機半導体層7は、蒸着法あるいは、前駆体を用いて可溶性にすることで、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて塗膜を形成した後、この塗膜に対してアニール処理を行うことで、所望のものに形成することが可能である。
[A2] n-Type Organic Semiconductor Layer Formation Step As shown in FIG. 3C, the n-type
The n-type
[A3]ソース電極およびドレイン電極形成工程
次に、n型有機半導体層7上にソース電極4およびドレイン電極5を形成する。
まず、図3(d)に示すように、第1の層41、51を形成する。そして、図4(e)に示すように、第1の層41、51上に、保護層43、53、第2の層42、52の順で順次積層する。
[A3] Source and Drain Electrode Formation Step Next, the
First, as shown in FIG. 3D, the
各層の形成方法は、例えば、マスクを用いた、スパッタリング法などの真空成膜法、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、シート材の接合等により形成することができる。
なお、各層の形成においては、連続的に行うことが好ましい。これにより、各層の密着性が良好なソース電極4およびドレイン電極5を得ることができる。
The method of forming each layer is, for example, a vacuum film forming method such as sputtering using a mask, a chemical vapor deposition method (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, or laser CVD, vacuum plating, or dry plating such as ion plating. It can be formed by a wet plating method such as a method, electrolytic plating, immersion plating, electroless plating, thermal spraying method, sol-gel method, MOD method, bonding of sheet materials, or the like.
The formation of each layer is preferably performed continuously. Thereby, the
[A4]p型有機半導体層形成工程
図4(f)に示すように、ソース電極4およびドレイン電極5を覆うように、n型有機半導体層7上にp型有機半導体層8を形成する。
p型有機半導体層8を高分子の有機半導体材料で構成する場合、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて形成することができる。
[A4] P-type Organic Semiconductor Layer Formation Step As shown in FIG. 4F, a p-type
When the p-type
また、p型有機半導体層8を低分子の有機半導体材料で構成する場合、蒸着法あるいは、前駆体を用いて可溶性にすることで、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて塗膜を形成した後、この塗膜に対してアニール処理を行うことで、所望のものに形成することが可能である。
Further, when the p-type
なお、p型有機半導体層8の形成領域は、図示の構成に限定されず、ソース部4とドレイン部5との間の領域(チャネル領域)にのみ形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の半導体装置1を並設する場合に、各装置1のp型機半導体層8を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。
以上のような工程により、図1に示すような第1実施形態の半導体装置1を製造することができる。
Note that the formation region of the p-type
Through the steps as described above, the semiconductor device 1 according to the first embodiment as shown in FIG. 1 can be manufactured.
[A5]第2のゲート絶縁層形成工程
次に、図4(g)に示すように、第2のゲート電極32に第2のゲート絶縁層62を形成する。
第2のゲート絶縁層62は、第1のゲート絶縁層61と同様の方法により形成することができる。
[A5] Second Gate Insulating Layer Forming Step Next, as shown in FIG. 4G, a second
The second
[A6]第2のゲート絶縁層接合工程
最後に、図4(h)に示すように、p型有機半導体層8の上面に第2のゲート電極32が形成された第2のゲート絶縁層62を接合する。
この接合は、例えば、第2のゲート絶縁層62をp型有機半導体層8上に接触させ、第2のゲート絶縁層62を第2のゲート電極32の上側から押し付けて固定することによ行うことができる。
この押し付け固定の方法は、特に限定されず、例えば、第2のゲート絶縁層62とp型有機半導体層8との界面に接着剤等を介して貼り付けるようにしてもよく、p型有機半導体層8に対して、第2のゲート絶縁層62を圧着するようにしてもよい。
以上のような工程を経て、図2に示す半導体装置1が得られる。
[A6] Second Gate Insulating Layer Joining Step Finally, as shown in FIG. 4H, the second
This bonding is performed, for example, by bringing the second
The method of pressing and fixing is not particularly limited. For example, the pressing and fixing method may be attached to the interface between the second
Through the steps as described above, the semiconductor device 1 shown in FIG. 2 is obtained.
<第3実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第3実施形態について説明する。
図5は、本発明の半導体装置の第3実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第3実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic view showing a third embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 5 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the third embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
図5に示す半導体装置1は、ソース電極4およびドレイン電極5がそれぞれ保護層43、53を有さず、2層の積層体で構成されていること以外は第1実施形態と同様である。
ソース電極4は、下端面がn型有機半導体層7の上面に接する第1の層41と、上端面がp型有機半導体層8と接する第2の層42とを有している。
ドレイン電極5は、下端面がn型有機半導体層7の上面に接する第1の層51と、上端面がp型半導体層8と接する第2の層52とを有している。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 5 is the same as that of the first embodiment except that the
The
The
このように、第1実施形態と異なり、保護層43、53を有しないので、簡便かつ迅速にソース電極4およびドレイン電極5を形成することができる。
このような第1の層41、51は、本実施形態では、例えばアルミニウムで構成されていることが好ましい。アルミニウムは、比較的仕事関数が低い材料であるので、電子をn型有機半導体層7に効率よく注入することができる。
なお、本実施形態にかかる半導体装置1においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
Thus, unlike the first embodiment, since the
In the present embodiment, such
Note that, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
<第4実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第4実施形態について説明する。
図6は、本発明の半導体装置の第4実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第4実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic view showing a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 6 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
図6に示す半導体装置1は、ソース電極4およびドレイン電極5がそれぞれ積層体で構成されている代わりに、単層で構成されていること以外は第1実施形態と同様である。
ソース電極4およびドレイン電極5を構成する材料は、本実施形態では、例えば、アルミニウムであることが好ましい。アルミニウムは比較的仕事関数が低い材料であるので、電子をn型有機半導体層7に効率よく注入することができる。
また、ソース電極4およびドレイン電極5がそれぞれ単層であるので、より一層簡便かつ迅速にソース電極4およびドレイン電極5を形成することができる。
なお、本実施形態にかかる半導体装置1においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 6 is the same as that of the first embodiment except that the
In this embodiment, the material constituting the
Moreover, since the
Note that, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
<第5実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第5実施形態について説明する。
図7は、本発明の半導体装置の第5実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第5実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic view showing a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 7 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the fifth embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
本実施形態にかかる半導体装置1は、n型有機半導体層7とp型有機半導体層8の積層順が異なることと、ソース電極4およびドレイン電極5の各層の積層順が異なること以外は、第1実施形態と同様である。
すなわち、図7に示す本実施形態の半導体装置1は、基板2とゲート電極3とを兼ねる基板兼ゲート電極23の上面にゲート絶縁層6が形成され、その上面にp型有機半導体層8が形成されている。このp型有機半導体層8の上部には、3層の積層体で構成されたソース電極4およびドレイン電極5が互いに離間して設けられている。そして、このソース電極4およびドレイン電極5を含むp型有機半導体層8の上面を覆うようにn型有機半導体層7が形成されている。
The semiconductor device 1 according to the present embodiment is the same except that the stacking order of the n-type
That is, in the semiconductor device 1 of the present embodiment shown in FIG. 7, the
ソース電極4は、下端面がp型有機半導体層8の上面に接する第2の層42と、上端面がn型半導体層7と接する第1の層41と、第1の層41と第2の層42との間に位置する保護層43とを有している。
ドレイン電極5は、下端面がp型有機半導体層8の上面に接する第2の層52と、上端面がn型有機半導体層7と接する第1の層51と、第1の層51と第2の層52との間に位置する保護層53とを有している。
このような半導体装置1の製造方法は、第2実施形態で説明した[A2]〜[A4]工程の順を、[A4]〜[A2]工程の順で行えばよい。
なお、本実施形態にかかる半導体装置1においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
The
The
In such a manufacturing method of the semiconductor device 1, the order of the steps [A2] to [A4] described in the second embodiment may be performed in the order of the steps [A4] to [A2].
Note that, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
<第6実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第6実施形態について説明する。
図8は、本発明の半導体装置の第6実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第6実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic view showing a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 8 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
図8に示す半導体装置1は、基板兼ゲート電極23を用いる代わりに、基板2とゲート電極3とを別個に用いていること以外は、第1実施形態と同様である。
すなわち、図8に示す本実施形態の半導体装置1は、基板2の上面にゲート電極3が形成され、このゲート電極3を含む基板2上に、ゲート電極3を覆うようにゲート絶縁層6が形成されている。このゲート絶縁層6の上面にn型有機半導体層7が形成されている。このn型有機半導体層7の上部には、3層の積層体で構成されたソース電極4およびドレイン電極5が互いに離間して設けられている。そして、このソース電極4およびドレイン電極5を含むn型有機半導体層7の上面を覆うようにp型有機半導体層8が形成されている。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 8 is the same as that of the first embodiment except that the
That is, in the semiconductor device 1 of this embodiment shown in FIG. 8, the
このように、基板2上にゲート電極3を形成することにより、半導体装置1内に所定の導電性材料で構成されたゲート電極3が存在するので、半導体装置1を駆動不良を起すことなく、確実に駆動することができる。
基板2の構成材料としては、第1実施形態で説明した絶縁性の基板が挙げられる。
また、基板2の平均厚さは、第1実施形態で説明した基板兼ゲート電極23と同様の厚さである。
Thus, by forming the
Examples of the constituent material of the
The average thickness of the
ゲート電極3の構成材料は、第1実施形態で説明したソース電極4およびドレイン電極5と同様の材料が挙げられる。
また、ゲート電極3の平均厚さは、第2実施形態で説明した第2のゲート電極32と同様である。
なお、本実施形態にかかる半導体装置1においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
Examples of the constituent material of the
The average thickness of the
Note that, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
<第7実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第7実施形態について説明する。
図9は、本発明の半導体装置の第7実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第7実施形態にかかる半導体装置について説明するが、前記第1実施形態にかかる半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Seventh embodiment>
Next, a seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic view showing a seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 9 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, the semiconductor device according to the seventh embodiment will be described. However, differences from the semiconductor device according to the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
図9に示す半導体装置1は、ソース電極4とドレイン電極5との間にn型有機半導体層7とp型有機半導体層8とが互いに接合されたpn接合体が配置されていること以外は、第1実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態の半導体装置1は、基板2とゲート電極3とを兼ねる基板兼ゲート電極23の上面にゲート絶縁層6が形成され、その上部に3層の積層体で構成されたソース電極4およびドレイン電極5が互いに離間して設けられている。そして、ソース電極4とドレイン電極5との間を埋めるようにpn接合体が形成されている。このpn接合体9は、ソース電極4とドレイン電極5とに接触して、ゲート層絶縁層6の上面に配置されている。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 9 has a pn junction in which an n-type
That is, in the semiconductor device 1 of this embodiment, the
このように、ソース電極4とドレイン電極5との間にpn接合体が配置されることにより、n型有機半導体層7のゲート絶縁層6との界面付近(チャネル領域71)とp型有機半導体層8のn型有機半導体層7との界面付近(チャネル領域81)とが、ソース電極4とドレイン電極5との間に形成される。そのため、電子が移動する距離とホールが移動する距離とをより短くすることができる。その結果として、半導体装置1のON電流大きくすることができ、ON/OFFが向上する。
なお、本実施形態にかかる半導体装置1においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
このような半導体装置1は、例えば、次のようにして製造することができる。
In this way, by arranging the pn junction between the
Note that, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
Such a semiconductor device 1 can be manufactured as follows, for example.
以下、本実施形態の半導体装置1を製造する方法について説明する。
図9に示す本実施形態の半導体装置1の製造方法は、[B1]基板兼ゲート電極23上にゲート絶縁層6を形成する工程と、[B2]ゲート絶縁層6上にn型有機半導体層7を形成する工程と、[B3]n型有機半導体層7上にp型有機半導体層8を形成する工程と、[B4]n型有機半導体層7とp型有機半導体層8とが積層されたpn接合体9を挟むようにソース電極4とドレイン電極5を形成する工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device 1 of the present embodiment will be described.
The manufacturing method of the semiconductor device 1 of the present embodiment shown in FIG. 9 includes [B1] a step of forming the
[B1]ゲート絶縁層形成工程
ゲート絶縁層の形成は、[A1]工程と同様の方法で行う。
[B2]n型有機半導体層形成工程
n型有機半導体層7の形成は、例えば、ゲート絶縁層6の上面にpn接合体9に対応する開口部を有するマスクを設置することにより、[A2]工程と同様の方法で行うことができる。
[B1] Gate Insulating Layer Formation Step The gate insulating layer is formed by the same method as in the [A1] step.
[B2] n-type Organic Semiconductor Layer Formation Step The n-type
[B3]p型有機半導体層形成工程
p型有機半導体層8の形成は、[B2]工程に引き続いて、前記マスクを用いて、[A4]工程と同様の方法で行うことができる。これにより、pn接合体9が得られる。
[B4]ソース電極およびドレイン電極形成工程
ゲート絶縁層6からマスクを除去する。プレート状のマスクを用いた場合、例えば、マスクをゲート絶縁層6から離反することにより除去することができる。
[B3] Step of forming p-type organic semiconductor layer The formation of the p-type
[B4] Source and drain electrode formation step The mask is removed from the
次に、p型有機半導体層8およびゲート絶縁層6の上面にソース電極4およびドレイン電極5に対応する開口部を有するマスクを設置し、[A3]工程と同様の方法でソース電極4およびドレイン電極5を形成する。
その後、当該マスクをp型有機半導体層8およびゲート絶縁層6から除去する。
以上のような工程を経て、図9に示す半導体装置1が得られる。
なお、ゲート絶縁層6上にソース電極4およびドレイン電極5を形成([B4]工程)した後、ソース電極4とドレイン電極5との間にn型有機半導体層7([B2]工程)と、p型有機半導体層8([B3]工程)とを接合してpn接合体9を形成してもよい。
Next, a mask having openings corresponding to the
Thereafter, the mask is removed from the p-type
Through the steps as described above, the semiconductor device 1 shown in FIG. 9 is obtained.
In addition, after forming the
<半導体回路および電気光学装置>
次に、前述したような半導体装置1を備えるアクティブマトリクス装置(本発明の半導体回路)が組み込まれた本発明の電気光学装置について、電気泳動表示装置を一例に説明する。
図10は、電気泳動表示装置の実施形態を示す縦断面図、図11は、図10に示す電気泳動表示装置が備えるアクティブマトリクス装置の構成を示すブロック図である。
図10に示す電気泳動表示装置200は、基板500上に設けられたアクティブマトリクス装置と、このアクティブマトリクス装置に電気的に接続された電気泳動表示部400とで構成されている。
<Semiconductor circuit and electro-optical device>
Next, an electrophoretic display device will be described as an example of the electro-optical device of the present invention in which the active matrix device (semiconductor circuit of the present invention) including the semiconductor device 1 as described above is incorporated.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electrophoretic display device, and FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an active matrix device included in the electrophoretic display device shown in FIG.
An
図11に示すように、アクティブマトリクス装置300は、互いに直交する複数のデータ線301と、複数の走査線302と、これらのデータ線301と走査線302との各交点付近に設けられた半導体装置1とを有している。
そして、半導体装置1が有するゲート電極3は走査線302に、ソース電極4はデータ線301に、ドレイン電極5は後述する画素電極(個別電極)401に、それぞれ接続されている。
As shown in FIG. 11, the
The
図10に示すように、電気泳動表示部400は、基板500上に、順次積層された、画素電極401と、マイクロカプセル402と、透明電極(共通電極)403および透明基板404とを有している。
そして、マイクロカプセル402がバインダ材405により、画素電極401と透明電極403との間に固定されている。
As shown in FIG. 10, the
The
画素電極401は、マトリクス状に、すなわち、縦横に規則正しく配列するように分割されている。
各カプセル402内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色(色相)の異なる2種の電気泳動粒子421、422を含む電気泳動分散液420が封入されている。
The
In each
このような電気泳動表示装置200では、1本あるいは複数本の走査線302に選択信号(選択電圧)を供給すると、この選択信号(選択電圧)が供給された走査線302に接続されている半導体装置1がONとなる。
これにより、かかる半導体装置1に接続されているデータ線301と画素電極401とは、実質的に導通する。このとき、データ線301に所望のデータ(電圧)を供給した状態であれば、このデータ(電圧)は画素電極401に供給される。
In such an
Thereby, the
これにより、画素電極401と透明電極403との間に電界が生じ、この電界の方向、強さ、電気泳動粒子421、422の特性等に応じて、電気泳動粒子421、422は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。
一方、この状態から、走査線302への選択信号(選択電圧)の供給を停止すると、半導体装置1はOFFとなり、かかる半導体装置1に接続されているデータ線301と画素電極401とは非導通状態となる。
As a result, an electric field is generated between the
On the other hand, when the supply of the selection signal (selection voltage) to the
したがって、走査線302への選択信号の供給および停止、あるいは、データ線301へのデータの供給および停止を適宜組み合わせて行うことにより、電気泳動表示装置200の表示面側(透明基板404側)に、所望の画像(情報)を表示させることができる。
特に、本実施形態にかかる電気泳動表示装置200では、電気泳動粒子421、422の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
Therefore, by appropriately combining the supply and stop of the selection signal to the
In particular, in the
また、本実施形態にかかる電気泳動表示装置200は、アクティブマトリクス装置300を有することにより、特定の走査線302に接続された半導体装置1を選択的かつ確実にON/OFFすることができるので、クロストークの問題が生じにくく、また、回路動作の高速化が可能であることから、高品位の画像(情報)を得ることができる。
また、本実施形態にかかる電気泳動表示装置200は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。
In addition, since the
In addition, since the
なお、前述したような半導体装置1を備えるアクティブマトリクス装置が組み込まれた電気光学装置は、このような電気泳動表示装置200への適用に限定されるものではなく、例えば、液晶装置、有機または無機EL装置等の表示装置、あるいは発光装置に適用することもできる。
また、前記各実施形態では、それぞれ、2つのゲート電極を備えた半導体装置について説明したが、本発明の半導体装置は、3つ以上のゲート電極を備えていてもよい。
Note that the electro-optical device in which the active matrix device including the semiconductor device 1 as described above is incorporated is not limited to the application to the
In each of the above embodiments, the semiconductor device including two gate electrodes has been described. However, the semiconductor device of the present invention may include three or more gate electrodes.
<電子機器>
このような電気泳動表示装置200は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置200を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
<Electronic equipment>
Such an
<< Electronic Paper >>
First, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper will be described.
図12は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper.
An
In such
<<ディスプレイ>>
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図13は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
この図に示すディスプレイ800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図13に示す構成と同様のものである。
<< Display >>
Next, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to a display will be described.
13A and 13B are diagrams showing an embodiment in which the electronic apparatus of the present invention is applied to a display. FIG. 13A is a cross-sectional view, and FIG. 13B is a plan view.
A
本体部801は、その側部(図中、右側)に電子ペーパー600を挿入可能な挿入口805が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対802a、802bが設けられている。電子ペーパー600を、挿入口805を介して本体部801内に挿入すると、電子ペーパー600は、搬送ローラ対802a、802bにより挟持された状態で本体部801に設置される。
The
また、本体部801の表示面側(下図(b)中、紙面手前側)には、矩形状の孔部803が形成され、この孔部803には、透明ガラス板804が嵌め込まれている。これにより、本体部801の外部から、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を視認することができる。すなわち、このディスプレイ800では、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を、透明ガラス板804において視認させることで表示面を構成している。
In addition, a
また、電子ペーパー600の挿入方向先端部(図中、左側)には、端子部806が設けられており、本体部801の内部には、電子ペーパー600を本体部801に設置した状態で端子部806が接続されるソケット807が設けられている。このソケット807には、コントローラー808と操作部809とが電気的に接続されている。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置200で構成されている。
In addition, a
In such a
Further, in such a
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置200を適用することが可能である。
Note that the electronic apparatus of the present invention is not limited to the application to the above, and for example, a television, a viewfinder type, a monitor direct view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, an electronic Examples include newspapers, word processors, personal computers, workstations, videophones, POS terminals, and devices equipped with touch panels. The
以上、本発明の半導体装置、半導体回路、電気光学装置および電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の半導体装置、半導体回路、電気光学装置および電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
また、本発明の半導体装置の構成は、前記各実施形態のうち、2つ以上を組み合わせた構成であってもよい。
また、本発明の半導体装置は、基板2を用いないで、ゲート電極3自体に基板の強度を持たせてもよい。
Although the semiconductor device, the semiconductor circuit, the electro-optical device, and the electronic apparatus according to the invention have been described above, the invention is not limited to these.
For example, the configuration of each part of the semiconductor device, the semiconductor circuit, the electro-optical device, and the electronic apparatus of the present invention can be replaced with any component that can exhibit the same function, or can be added with any configuration. You can also.
Further, the configuration of the semiconductor device of the present invention may be a configuration in which two or more of the above embodiments are combined.
In the semiconductor device of the present invention, the strength of the substrate may be given to the
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.半導体装置の製造
(実施例1)
<1>ゲート絶縁層形成工程
まず、ヘビードープされたシリコン基板を用意した。
このシリコン基板の表面を、400℃で3時間熱酸化した。これにより、シリコン酸化膜(ゲート絶縁層)を形成した。
なお、シリコン酸化膜の厚さは、400nmであった。
<2>n型有機半導体層形成工程
次に、下記式(III)で表される化合物を真空蒸着(真空度2×10−4Pa)によりシリコン酸化膜上に供給して、成膜した。これにより、n型有機半導体層を得た。
なお、n型有機半導体層の厚さは、100nmであった。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Manufacturing of a semiconductor device (Example 1)
<1> Step of forming gate insulating layer First, a heavily doped silicon substrate was prepared.
The surface of this silicon substrate was thermally oxidized at 400 ° C. for 3 hours. As a result, a silicon oxide film (gate insulating layer) was formed.
Note that the thickness of the silicon oxide film was 400 nm.
<2> Step of forming n-type organic semiconductor layer Next, a compound represented by the following formula (III) was supplied onto the silicon oxide film by vacuum deposition (vacuum degree: 2 × 10 −4 Pa) to form a film. Thereby, an n-type organic semiconductor layer was obtained.
The n-type organic semiconductor layer had a thickness of 100 nm.
<3>ソース電極およびドレイン電極形成工程
得られたn型有機半導体層上に、ソース電極およびドレイン電極に対応する開口部を有するマスクを設置した。
そして、カルシウムをn型有機半導体層のソース電極およびドレイン電極に対応する部位に、真空蒸着(真空度2×10−4Pa)により供給した。これにより、n型有機半導体層上にソース電極の第1の層およびドレイン電極の第1の層が形成された。
<3> Source electrode and drain electrode formation process On the obtained n-type organic-semiconductor layer, the mask which has the opening part corresponding to a source electrode and a drain electrode was installed.
And calcium was supplied to the site | part corresponding to the source electrode and drain electrode of an n-type organic-semiconductor layer by vacuum evaporation (
なお、ソース電極の第1の層およびドレイン電極の第1の層のいずれの膜厚も、30nmであった。
引き続き、同様の方法により、各第1の層上にアルミニウムを真空蒸着した。これにより、各第1の層上に保護層が積層された。この保護層の厚さは、30nmであった。
さらに、同様の方法により、各保護層上に金を真空蒸着した。これにより、各保護層上に第2の層が積層された。この第2の層の厚さは、30nmであった。
なお、チャネル幅は1mm、チャネル長は10μmであった。
The film thickness of each of the first layer of the source electrode and the first layer of the drain electrode was 30 nm.
Subsequently, aluminum was vacuum-deposited on each first layer by the same method. Thereby, the protective layer was laminated | stacked on each 1st layer. The thickness of this protective layer was 30 nm.
Furthermore, gold was vacuum-deposited on each protective layer by the same method. Thereby, the second layer was laminated on each protective layer. The thickness of this second layer was 30 nm.
The channel width was 1 mm and the channel length was 10 μm.
<4>p型有機半導体層形成工程
次に、ソース電極、ドレイン電極を形成したn型有機半導体層上に、下記式で表される化合物を真空蒸着(真空度2×10−4Pa)により供給し、成膜した。これにより、p型有機半導体層を形成した。
なお、p型有機半導体層の膜厚は100nmであった。
<4> p-type organic semiconductor layer formation process Next, the compound represented by the following formula is vacuum-deposited (
The p-type organic semiconductor layer had a thickness of 100 nm.
以上の工程により、図1に示すような半導体装置を得た。
(実施例2)
実施例1の<1>工程と同様に行い、シリコン酸化膜が形成されたシリコン基板を得た。
次に、このシリコン基板の酸化膜側の面を実施例1で得られた半導体装置のp型有機半導体層上に押し付けて固定し、接合した。これにより、図2に示すようなダブルゲート型の半導体装置を得た。
Through the above steps, a semiconductor device as shown in FIG. 1 was obtained.
(Example 2)
It carried out similarly to the <1> process of Example 1, and obtained the silicon substrate in which the silicon oxide film was formed.
Next, the surface on the oxide film side of the silicon substrate was pressed onto the p-type organic semiconductor layer of the semiconductor device obtained in Example 1 to be fixed and bonded. Thus, a double gate type semiconductor device as shown in FIG. 2 was obtained.
(実施例3)
実施例1において、ソース電極およびドレイン電極の第1の層をアルミニウムに代え、保護層を形成しない以外は、実施例1と同様に行い、図5に示すような半導体装置を得た。
(実施例4)
実施例1において、ソース電極およびドレイン電極の第1の層をアルミニウムに代え、保護層、第2の層を形成しない以外は、実施例1と同様に行い、図6に示すような半導体装置を得た。
(Example 3)
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed except that the first layer of the source electrode and the drain electrode was replaced with aluminum and no protective layer was formed, and a semiconductor device as shown in FIG. 5 was obtained.
Example 4
In Example 1, except that the first layer of the source electrode and the drain electrode is replaced with aluminum and the protective layer and the second layer are not formed, the semiconductor device as shown in FIG. Obtained.
(実施例5)
実施例1において、n型有機半導体層形成、ソース電極およびドレイン電極の第1の層形成、保護層形成、第2の層形成、p型有機半導体層形成の順番を逆にした以外は、実施例1と同様に行い、図7に示すような半導体装置を得た。
(実施例6)
実施例1において、ヘビードープされたシリコン基板を用いる代わりに、シリコン基板上に金を真空蒸着(真空度2×10−4Pa)により成膜してゲート電極を形成した以外は実施例1と同様に行い、図8に示すような半導体装置を得た。
なお、ゲート電極の厚さは、30nmであった。
(Example 5)
In Example 1, except that the order of forming the n-type organic semiconductor layer, forming the first layer of the source electrode and the drain electrode, forming the protective layer, forming the second layer, and forming the p-type organic semiconductor layer was reversed. In the same manner as in Example 1, a semiconductor device as shown in FIG. 7 was obtained.
(Example 6)
In Example 1, instead of using a heavily doped silicon substrate, the same as in Example 1 except that a gate electrode was formed by depositing gold on the silicon substrate by vacuum deposition (
The thickness of the gate electrode was 30 nm.
(実施例7)
<1>ゲート絶縁層形成工程
実施例1と同様にして行い、シリコン基板にゲート絶縁層を形成した。
<2>n型有機半導体層形成工程
このゲート絶縁層上に、pn接合体に対応する開口部を有するマスクを設置した。
次に、実施例1と同様にして行い、n型有機半導体層を形成した。
(Example 7)
<1> Step of forming gate insulating layer The same process as in Example 1 was performed to form a gate insulating layer on a silicon substrate.
<2> Step of forming n-type organic semiconductor layer A mask having an opening corresponding to the pn junction was placed on the gate insulating layer.
Next, an n-type organic semiconductor layer was formed in the same manner as in Example 1.
<3>p型有機半導体層形成工程
引き続き、実施例1と同様にして行い、p型有機半導体層を形成した。
<4>ソース電極およびドレイン電極形成工程
ゲート絶縁層からマスクを除去した。次に、p型有機半導体層およびゲート絶縁層の上面にソース電極およびドレイン電極に対応する開口部を有するマスクを設置した。
そして、実施例1と同様に行い、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
以上により、図9に示すような半導体装置を得た。
<3> Step of forming p-type organic semiconductor layer Subsequently, a p-type organic semiconductor layer was formed in the same manner as in Example 1.
<4> Source and drain electrode formation process The mask was removed from the gate insulating layer. Next, a mask having openings corresponding to the source electrode and the drain electrode was provided on the upper surfaces of the p-type organic semiconductor layer and the gate insulating layer.
And it carried out similarly to Example 1 and formed the source electrode and the drain electrode.
Thus, a semiconductor device as shown in FIG. 9 was obtained.
(比較例1)
<1>ゲート絶縁層形成工程
実施例1と同様にして行い、シリコン基板にゲート絶縁層を形成した。
<2>ソース電極およびドレイン電極形成工程
このゲート絶縁層上に、ソース電極およびドレイン電極に対応する開口部を有するマスクを設置した。
次に、実施例1と同様にして行い、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
(Comparative Example 1)
<1> Step of forming gate insulating layer The same process as in Example 1 was performed to form a gate insulating layer on a silicon substrate.
<2> Source electrode and drain electrode formation process On this gate insulating layer, the mask which has the opening part corresponding to a source electrode and a drain electrode was installed.
Next, in the same manner as in Example 1, a source electrode and a drain electrode were formed.
<3>n型有機半導体層形成工程
次に、ゲート絶縁層からマスクを除去した。
そして、実施例1と同様にして行い、ソース電極およびドレイン電極を覆うように、ゲート絶縁層上にn型有機半導体層を形成した。
<4>p型有機半導体層形成工程
実施例1と同様にして行い、p型有機半導体層を形成した。
以上により、従来型の半導体装置を得た。
<3> Step of forming n-type organic semiconductor layer Next, the mask was removed from the gate insulating layer.
And it carried out similarly to Example 1, and formed the n-type organic-semiconductor layer on the gate insulating layer so that a source electrode and a drain electrode might be covered.
<4> p-type organic semiconductor layer formation process It carried out similarly to Example 1 and formed the p-type organic-semiconductor layer.
Thus, a conventional semiconductor device was obtained.
2.評価
各実施例および比較例で製造した半導体装置について、半導体パラメータアナライザー(アジレント・テクノロジー社製:4156C)を用いて、ON電流値およびOFF電流値を測定し、ON/OFF比を求めた。具体的な測定方法は以下に示す。
<1>ON電流
ゲート電圧を−40Vとし、ソース電極とドレイン電極との電位差を30Vとして、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流の値を測定した。
<2>OFF電流
ゲート電圧を印加しないときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流の値を測定した。
<3>ON/OFF比
ゲート電圧が0Vのときと、ゲート電圧が−40Vのときのドレイン電流の比から求めた。
その結果、各実施例の半導体装置は、比較例の半導体装置に比較して、ON電流値が10〜20%程度高かった。そのため、ON/OFF比も10〜20%程度高かった。
以上の結果から、ソース電極およびドレイン電極がn型有機半導体層とp型有機半導体層とに接触しているので、ON電流が高い半導体装置を得ることができた。
2. Evaluation About the semiconductor device manufactured by each Example and the comparative example, using the semiconductor parameter analyzer (Agilent Technology company_made: 4156C), ON current value and OFF current value were measured, and ON / OFF ratio was calculated | required. A specific measuring method is shown below.
<1> ON Current A gate voltage was set to −40V, a potential difference between the source electrode and the drain electrode was set to 30V, and a value of a current flowing between the source electrode and the drain electrode was measured.
<2> OFF current The value of the current flowing between the source electrode and the drain electrode when no gate voltage was applied was measured.
<3> ON / OFF ratio The ON / OFF ratio was determined from the ratio of the drain current when the gate voltage was 0V and when the gate voltage was -40V.
As a result, the semiconductor device of each example had an ON current value of about 10 to 20% higher than the semiconductor device of the comparative example. Therefore, the ON / OFF ratio was also about 10 to 20% higher.
From the above results, since the source electrode and the drain electrode are in contact with the n-type organic semiconductor layer and the p-type organic semiconductor layer, a semiconductor device having a high ON current can be obtained.
1……半導体装置 2……基板 23……基板兼ゲート電極 3……ゲート電極 31……第1のゲート電極 32……第2のゲート電極 4……ソース電極 41……第1の層 42……第2の層 43……保護層 5……ドレイン電極 51……第1の層 52……第2の層 53……保護層 6……ゲート絶縁層 61……第1のゲート絶縁層 62……第2のゲート絶縁層 7……n型有機半導体層 71、72……チャネル領域 8……p型有機半導体層 81、82……チャネル領域 9……pn接合体 200……電気泳動表示装置 300……アクティブマトリクス装置 301……データ線 302……走査線 400……電気泳動表示部 401……画素電極 402……マイクロカプセル 420……電気泳動分散液 421、422……電気泳動粒子 403……透明電極 404……透明基板 405……バインダ材 500……基板 600……電子ペーパー 601……本体 602……表示ユニット 800……ディスプレイ 801……本体部 802a、802b……搬送ローラ対 803……孔部 804……透明ガラス板 805……挿入口 806……端子部 807……ソケット 808……コントローラー 809……操作部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (16)
当該pn接合体の前記p型有機半導体層と前記n型有機半導体層との界面付近に位置するソース電極およびドレイン電極と、
前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層の少なくとも一方にゲート絶縁層を介して接合されたゲート電極とを有し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、前記p型有機半導体層と前記n型有機半導体層の双方に接触するように配置されていることを特徴とする半導体装置。 a pn junction in which a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer are bonded to each other;
A source electrode and a drain electrode located in the vicinity of the interface between the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer of the pn junction,
A gate electrode joined to at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer via a gate insulating layer;
The semiconductor device, wherein the source electrode and the drain electrode are disposed so as to be in contact with both the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer, respectively.
当該pn接合体は、前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層のそれぞれが前記ソース電極および前記ドレイン電極の双方に接触するように、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置され、
前記pn接合体の前記p型有機半導体層および前記n型有機半導体層の少なくとも一方に前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極が接合されていることを特徴とする半導体装置。 A gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, and a pn junction in which a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer are bonded to each other;
The pn junction is disposed between the source electrode and the drain electrode such that each of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is in contact with both the source electrode and the drain electrode. ,
The semiconductor device, wherein the gate electrode is bonded to at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer of the pn junction through the gate insulating layer.
前記p型有機半導体層に第2のゲート絶縁層を介して接合された第2のゲート電極とを有する請求項1または2に記載の半導体装置。 The gate electrode includes a first gate electrode joined to the n-type organic semiconductor layer via a first gate insulating layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second gate electrode joined to the p-type organic semiconductor layer via a second gate insulating layer.
前記ゲート電極は、前記基板に内蔵されているものである請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体装置。 Having a substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is built in the substrate.
Priority Applications (1)
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JP2007067535A JP2008227419A (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Semiconductor device, semiconductor circuit, electro-optical device and electronic device |
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JP2013534726A (en) * | 2010-06-24 | 2013-09-05 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for modifying electrodes in organic electronic devices |
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2007
- 2007-03-15 JP JP2007067535A patent/JP2008227419A/en active Pending
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