JP2008294061A - 有機薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 有機物を利用して薄膜トランジスタを製造しようとする場合、有機半導体薄膜のキャリア移動度が小さく、実用的な動作速度を有する有機薄膜トランジスタは得られなかった。この課題を解決するために縦型有機薄膜トランジスタも検討され、高速動作が期待されているが、十分な電流オンオフ比が得られないという課題がある。
【解決手段】 本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に第１の電極（ソース又はドレイン）、第１の有機半導体層、第３の電極（ゲート）、第２の有機半導体層、第２の電極（ドレイン又はソース）の順に積層した構造を有する。第３の電極と第２の電極の平面パターン形状を、開口部を有する同一平面パターン形状とする。これらの構造とすることで、大きなオンオフ比を有する有機薄膜トランジスタが得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機材料を半導体層として有する有機薄膜トランジスタに関し、特に特殊な製造プロセスを用いることなくソース-ドレイン間の電流変調量を大きくすることができる有機薄膜トランジスタに関する。

薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の表示用のスイッチング素子として広く用いられている。従来、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor以下、ＴＦＴとも呼ぶ）は、アモルファスや多結晶のシリコンを用いて作製されていた。しかし、このようなシリコンを用いたＴＦＴの作製に用いられるＣＶＤ装置は、非常に高額であり、ＴＦＴを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われる。そのため基板として使用可能な材料の種類が限られ、軽量な樹脂基板等は使用できないという問題があった。

上記問題を解決するために、アモルファスや多結晶のシリコンに代えて有機物を用いたＴＦＴが提案されている。この有機物でＴＦＴを形成する際に用いる成膜方法として、真空蒸着法や塗布法等が知られている。これらの成膜方法によれば、コストアップを抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため、有機物を用いたＴＦＴでは、基板に用いる材料の選択時の制限が少ないといった利点が得られ、その実用化が期待されている。

実際、近年、有機物を用いたＴＦＴは盛んに報告されるようになった。有機薄膜トランジスタに関する報告例としては、下記非特許文献１〜１４や特許文献１〜９などがある。これらのＴＦＴの有機化合物層に用いる有機物としては、共役系ポリマーやチオフェンなどの多量体（特許文献１〜５）、或いは金属フタロシアニン化合物（特許文献６）、またペンタセンなどの縮合芳香族炭化水素（特許文献７、８）などが、単体或いは他の化合物との混合物の状態で用いられている。

また、半導体層の材料として有機材料を使用することにより、素子の基板もガラスなどの硬い材料はもちろんのこと、樹脂やプラスチックを適用することができる。そのため素子全体にフレキシブル性を持たせることが可能となり、フレキシブル有機薄膜トランジスタに関する研究も盛んに行われている。さらに、有機薄膜トランジスタの製造プロセスとして溶液を用いた塗布プロセスを採用することができる。このように低コスト化等を目標とした塗布プロセス、印刷プロセスを適用した製造方法の研究も盛んに行われている。

このように有機材料を用いたＴＦＴの開発は多く行われている。しかし、有機材料をＴＦＴのチャネル材料に用いた場合、シリコン系の材料に比べてキャリアの移動度が著しく小さく、実用的な動作速度を有する有機ＴＦＴを作製することは非常に困難であった。シリコン系材料の場合、アモルファスシリコンでは移動度１〜１０（cm²/Vs）、ポリシリコンでは１００（cm²/Vs）程度が得られる。これに対し、有機材料の移動度は特殊な単結晶を除いて１（cm²/Vs）以下であり、トランジスタの動作性能のひとつである遮断周波数はせいぜい数kHz程度であった。

この移動度の低い有機ＴＦＴを実用化させるための方法のひとつとして、縦型有機トランジスタが検討されている（たとえば、非特許文献１３、１４、特許文献９）。この構造においては実際に遮断周波数数十kＨｚでの動作に成功している。しかし、縦型有機トランジスタにおいて、十分なソースとドレイン間に流れる電流オンオフ比が得られないという課題がある。

F. Ebisawaら，Journal of Applied Physics，５４巻，３２５５頁，１９８３年 A. Assadiら，Applied Physics Letter，５３巻，１９５頁，１９８８年 G. Guillaudら，Chemical Physics Letter，１６７巻，５０３頁，１９９０年 X. Pengら，Applied Physics Letter，５７巻，２０１３頁，１９９０年 G. Horowitzら, Synthetic Metals, ４１−４３巻，１１２７頁，１９９１年 S. Miyauchiら，Synthetic Metals，４１−４３巻，１９９１年 H. Fuchigamiら，Applied Physics Letter，６３巻，１３７２頁，１９９３年 H. Koezukaら，Applied Physics Letter，６２巻，１７９４頁，１９９３年 F. Garnierら，Science，２６５巻，１６８４頁，１９９４年 A. R. Brownら，Synthetic Metals，６８巻，６５頁，１９９４年 A. Dodabalapurら，Science，２６８巻，２７０頁，１９９５年 T. Sumimotoら，Synthetic Metals，８６巻，２２５９頁，１９９７年 K. Kudoら，Thin Solid Films, ３３１巻，５１頁，１９９８年 K. Kudoら，Thin Solid Films，４３８−４３９巻，３３０頁，２００３年 特開平８−２２８０３４号公報 特開平８−２２８０３５号公報 特開平９−２３２５８９号公報 特開平１０−１２５９２４号公報 特開平１０−１９０００１号公報 特開２０００−１７４２７７号公報 特開平５−５５５６８号公報 特開２００１−９４１０７号公報 特開２００４−６４７６号公報

有機物を利用して薄膜トランジスタを製造しようとする場合、従来はシリコンデバイスと類似のＭＯＳ型構造で検討されてきた。しかし有機半導体薄膜のキャリア移動度が小さく、実用的な動作速度を有する有機薄膜トランジスタは得られていない。さらにこの課題を解決するために静電誘導型トランジスタに類似の構造を有する縦型有機薄膜トランジスタも検討され、高速動作が期待されている。

しかしながら縦型有機薄膜トランジスタは、構造上ソース電極とドレイン電極が重なっている部分が大きく、ゲート電極による変調が効きにくい部分が多く存在する。そのため、ゲート電極で変調できるソース−ドレイン電流量に限界があり結果として、ソース−ドレイン間の電流オンオフ比の大きな素子を得ることは困難であった。また、電流オンオフ比を大きくするためにはゲート電極の加工を非常に微細に行う必要があり、有機薄膜トランジスタの特徴である製造プロセスの簡便性が失われてしまうという欠点を有していた。

本発明は、上記に鑑み、高速動作が可能な縦型有機薄膜トランジスタにおいて、複雑なプロセスを用いることなく電流オンオフ比の大きな有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。

本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、ソース−ドレイン電流のオンオフ比が向上するトランジスタ構造を見いだし、本発明を発明するに到ったものである。

本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に第１の電極（ソース電極もしくはドレイン電極）、第１の有機半導体層、第３の電極（ゲート電極）、第２の有機半導体層、第２の電極（ドレイン電極もしくはソース電極）の順に積層した構造を有し、前記第３の電極と前記第２の電極の平面パターン形状が開口部を有し、同じパターン形状であることを特徴とする。

本発明の縦型有機薄膜トランジスタにおいては、第３の電極と第２の電極とを同一平面パターン形状とする。これらの形状とすることで、第３の電極による第１の電極と第２の電極間に流れる電流変調量を大きくでき、大きなオンオフ比を有する縦型有機薄膜トランジスタを得ることができる。

以下、図面等を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。図２は比較形態例の縦型構造を有する有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。図３及び図４は本発明に係る有機薄膜トランジスタにおける開口部を有するゲート電極の第１例及び第２例を示す平面パターン図である。図５及び図６は第３の電極の上部と下部、及び周囲に絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。

本発明の実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ａは、図１に示すように、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を縦方向に配置した構造を有している。有機薄膜トランジスタ１０Ａは、基板１１上に第１の電極（ソース又はドレイン）１２、第１の有機半導体層１５、開口部を有する第３の電極（ゲート）１４、第２の有機半導体層１６、第２の電極（ドレイン又はソース）１３が記載の順に積層されている。第２の電極１３の平面パターン形状は、第３の電極１４と同じである。第３の電極１４に加える電圧によって第１の電極１２と第２の電極１４との間を流れる電流を制御する。

第３の電極１４は、第１及び第２の電極にはさまれた部位に存在し、開口部１８（不図示）を有している。このように第３の電極１４は平面パターンとして、開口部を有し、第１の電極１２より小さい面積で形成されている。第２の電極１３は、第３の電極１４と同一の平面パターン形状であり、同様に開口部を有している。そのため第２の電極１３は、第２の有機半導体層１６を挿んで第３の電極の真上に配置されている。このように第２の電極１３は、第３の電極１４と同じ平面配置位置に、同一平面パターン形状として形成される。以下の説明においては、これらの構造を単に、第２の電極１３は、第３の電極の真上に配置されると表すことができる。さらに第１の電極１２は、たとえば図１に示すように基板１１の全面に構成することができる。図１にはトランジスタの主要部分のみを示している。しかし、図示していないが、各電極はそれぞれの取り出しパッドに接続されているものである。

本発明の縦型有機薄膜トランジスタにおいては、基板１１上に第１の電極１２、第１の有機半導体層１５、第３の電極１４、第２の有機半導体層１６、第２の電極１３が、図面の下側から上側への縦（垂直）方向に記載順に積層されている。従って、チャネルは縦方向に形成され、キャリアも縦方向に流れることになる。第３の電極１４は、第１及び第２の電極に挿まれた部位に配置し、さらに第２及び第３の電極の平面パターン形状を同一である。従って、第３の電極の開口部においては、第１及び第２の電極の重なりはない。

この構成とすることで、第１の電極１２と第２の電極１３との間に流れるキャリアは、第１の電極１２と第２の電極１３間を最短距離で移動することができなくなる。たとえば第１の電極１２から流れるキャリアは、第３の電極１４の開口部に集まり、その後第２の電極１３に向かって流れることになる。そのため第３の電極１４に加える電圧によって、第１の電極１２と第２の電極１４との間を流れる電流の変調量を制御しやすくなる。また第３の電極１４の開口部を大きくすることでチャネル幅を大きくでき、より大きな電流を得ることが可能になる。その結果、トランジスタとして電流オンオフ比が大きく、かつ必要な大電流値を容易に得ることができる。

この第３の電極１４の開口部形状は、特に規定されない。例えば図３及び図４に示すように、櫛歯状の開口部を有するトランジスタ１０Ｂ、及び円形状の開口部を有するトランジスタ１０Ｃとすることができる。図３及び図４は第３の電極１４の平面パターン図であり、第３の電極１４はそれぞれ櫛歯状及び円形状の開口部１８を有している。この場合には製造冶具の製造が簡便で、かつ製造プロセスを複雑にすることなく有機薄膜トランジスタを製造することができる。

比較形態例の有機薄膜トランジスタ２０は、図２に示すように基板１１上に第１の電極１２、第１の有機半導体層１５、開口部を有する第３の電極１４、第２の有機半導体層１６、第２の電極１３から構成される。比較形態例の有機薄膜トランジスタ２０は、図１とほぼ同じ構成を備えているものの、第３の電極１４の開口部の真上にも第２の電極１３を有するものである。すなわち比較形態例の第２の電極１３は、開口部がなく、第１の電極１２に対向して全面に形成されている。従って第３の電極の開口部において、第１の電極と第２の電極は対向し、重なり合っている。

次に、本発明の有機薄膜トランジスタの使用される材料や、製造方法について説明する。基板１１として用いることが可能な材料としては、ガラス、シリコン等の無機材料やアクリル系樹脂のようなプラスチックなどが使用することができる。しかし、特にこれらに限定されるものではなく、その上に形成される複合型論理素子を保持できる材料であればよい。また、基板以外の構成要素により有機薄膜トランジスタの構造を十分に支持し得る場合には、使用しない事も可能である。

電極１２〜１４の製造方法としては、特にこれらに限定されるものではないが、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ等通常の電極形成プロセスを利用できる。また、導電性ポリマーのような有機材料を電極として使用する場合には、特にこれらに限定されないが、スピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。たとえば、上記した第２の電極１３は第３の電極１４と同じ形状パターンである。そのため第２の電極１３は第３の電極の形成時に使用する真空蒸着用シャドウマスクをそのまま使用することにより、容易に第３の電極の真上に形成することができる。

有機半導体層１５，１６の形成方法としては、真空蒸着法等のドライプロセスの他、スピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。しかし、特にこれらに限定されるものではない。半導体層１５と１６は、主とするキャリアが同一であれば異なる材料でも同一の材料でも良く、また、それぞれの形成方法も同一でも異なる形成方法により形成しても良い。

本発明の有機薄膜トランジスタ１０Ａの電極１２、１３、半導体層１５、１６の膜厚は、特に制限されることはない。しかし、一般に、膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすい。逆に厚すぎるとチャネル長が長くなり、或いは高い印加電圧が必要となって素子の性能劣化の要因になる。そのためこれらの膜厚は、数ｎｍから５００ｎｍの範囲が好ましい。

さらに本発明の有機薄膜トランジスタは、図５及び図６に示すように第３の電極１４の上部と下部、及び周囲に絶縁性薄膜１７を有することにより第３の電極に流れる漏れ電流を抑制することができる。縦型有機薄膜トランジスタの場合、第１の電極（第２の電極）と第３の電極が非常に近い位置に配置されるため、第３の電極を流れる漏れ電流が発生しやすいという虞がある。この場合、第３の電極の上部もしくは下部、もしくは周囲に絶縁性薄膜１７を有することで漏れ電流を抑制する。

この絶縁性薄膜１７の製造方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などの通常の薄膜プロセスを利用できるが、特にこれらに限定されるものではない。また、絶縁性薄膜１７を溶液により形成する場合にはスピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。

本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に第１の電極（ソース電極もしくはドレイン電極）、第１の有機半導体層、第３の電極（ゲート電極）、第２の有機半導体層、第３の電極の真上に第２の電極（ドレイン電極もしくはソース電極）の順に積層した構造を有する。これらの構造を複雑なプロセスを用いることなく製造することができ、電流オンオフ比の大きな有機薄膜トランジスタが得られる。

以下、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの具体的な実施例として、その代表的な構成材料と、その構成材料により作製されたトランジスタの特性について、詳細に説明する。図２に示す有機薄膜トランジスタを比較例１とし、図１に示す本発明の有機薄膜トランジスタを実施例１〜１３として作製する。作製した有機薄膜トランジスタのそれぞれの電流オンオフ比やゲート電流値を測定し、比較した。ここでの実施例における第２の電極１３、第３の電極１４のパターンは、図３に示す櫛歯状の形状である。さらに第１の電極１２はソース電極、第２の電極１３はドレイン電極、第３の電極１４はゲート電極として説明する。しかし、第１の電極１２をドレイン電極、第２の電極１３をソース電極とすることもできる。このように本発明は、その要旨を越えない限り、これらの実施例に特に限定されるものではない。

（比較例１）
比較形態例で説明した図２の有機薄膜トランジスタ２０を以下の手順で作製した。基板１１として無アルカリガラス基板を用いた。この基板上にソース電極１２として金を、シャドウマスクを用いた真空蒸着法にて１００ｎｍ形成した。第１の有機半導体層１５として銅フタロシアニンを、シャドウマスクを用いた蒸着法にて１００ｎｍ形成した。ゲート電極１４としてアルミニウムを、シャドウマスクを用いた真空蒸着法により成膜した。この時の膜厚は３０ｎｍとした。ここで用いたシャドウマスクは、ゲート電極の電極幅２０μｍ、電極間隔２０μｍになるように設計した。次いで第２の有機半導体層１６として銅フタロシアニンを、シャドウマスクを用いた蒸着法にて１００ｎｍ形成した。最後にドレイン電極１３として真空蒸着法により金を１００ｎｍ成膜し、有機薄膜トランジスタ２０１を得た。

作製した有機薄膜トランジスタ２０１のソース電極とドレイン電極間に５Ｖの電圧を印加し、ゲート電極にオン電圧−５Ｖ、オフ電圧５Ｖの電圧を印加した。ゲート電圧−５Ｖのときのソース−ドレイン電流（オン電流）と、ゲート電圧５Ｖのときのソース−ドレイン電流（オフ電流）とのオンオフ比は２．３×１０^２であった。

（実施例１）
実施例１は、比較例に対しドレイン電極形成時に、ゲート電極形成時に使用したシャドウマスクを使用し、図１の有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０１）を作製した実施例である。ドレイン電極形成時に、ゲート電極形成時と同じシャドウマスクとし、最後にドレイン電流取り出しパッドを形成した。これら以外のプロセスは、比較例とまったく同じとし、有機薄膜トランジスタ１０１を作製した。このように有機薄膜トランジスタ１０１は、ゲート電極形成時に使用するシャドウマスクをそのままドレイン電極形成時にも使用する。そのため、通常の縦型有機薄膜トランジスタの製造プロセスとなんら変わることなく有機薄膜トランジスタを製造することができる。

作製した有機薄膜トランジスタ１０１について、比較例と同じ条件でオンオフ比を測定した。電流のオンオフ比として、８．２×１０^４が得られ、電流のオンオフ比を比較例の３５６倍大きくすることができる。

（実施例２〜４）
実施例２〜４は、実施例１に対し有機半導体層として下記（表１）の有機半導体層材料を使用した実施例である。有機半導体層材料として表１に示した化合物を用いた以外は実施例１と全く同様に有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０２〜１０４）を作製した。

ここでは、第１の有機半導体層１５と第２の有機半導体層１６として、同じ有機半導体層材料を使用している。有機半導体材料として、例えば有機薄膜トランジスタ１０２はペンタセン、有機薄膜トランジスタ１０３はＮ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、有機薄膜トランジスタ１０４はポリ-3-ヘキシルチオフェンを使用している。このように有機半導体材料としては、銅フタロシアニンなどのポルフィリン系化合物、ペンタセンなどのアセン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンなどの芳香族系アミン化合物、ポリ-3-ヘキシルチオフェンなどのポリマーなどが使用することができる。しかし、特にこれらに限定されることは無く、電極から注入されたキャリアを輸送する性能を有していればよい。

作製した有機薄膜トランジスタ１０２〜１０４について、実施例１と同様にオンオフ比を測定した結果を表１に示す。本実施例によれば、比較例に対し２８〜５２倍の良好なオンオフ比を有する有機薄膜トランジスタが得られる。

（実施例５〜８）
実施例５〜８は、実施例１に対し第１の電極及び第２の電極として下記（表２）の金属及び金属化合物を使用した実施例である。第１の電極及び第２の電極材料として表２に示した金属及び金属化合物を用いた以外は実施例１と全く同様に有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０５〜１０８）を作製した。

第１の電極と第２の電極材料として、有機薄膜トランジスタ１０５はインジウムすず酸化物と金、有機薄膜トランジスタ１０６は白金と金、有機薄膜トランジスタ１０７は銀と金、有機薄膜トランジスタ１０８はパラジウムと金とを、それぞれ使用している。また第３の電極としては、実施例１と同様にアルミニウムを使用している。

これらの電極の材料は、導電性の材料であれば特に限定されない。しかし、ゲート電極となる第３の電極は、たとえば多くの有機半導体材料とショットキー接合を形成することが容易なアルミニウムを用いると安定した有機薄膜トランジスタを得ることができる。また第１の電極（ソース電極）及び第２の電極（ドレイン電極）は、たとえば多くの有機半導体材料へのキャリア注入が容易なインジウムすず酸化物、金、銀、パラジウム、白金のうちから選択された１つの材料で形成することにより有機薄膜トランジスタの性能を有効に活用することができる。

作製した有機薄膜トランジスタ１０５〜１０８について、実施例１と同様にオンオフ比を測定した結果を表２に示す。本実施例によれば、比較例に対し９７〜９６４倍の良好なオンオフ比を有する有機薄膜トランジスタが得られる。

（実施例９〜１１）
実施例９〜１１は、実施例１に対し第１の有機半導体層及び第２の有機半導体層として下記（表３）の有機半導体層材料を使用した実施例である。第１の有機半導体層にペンタセンあるいは銅フタロシアニン、第２の有機半導体層に表３に示した化合物を用いた以外は実施例１と全く同様に有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０９〜１１１）を作製した。

本実施例においては、第１の有機半導体層と第２の有機半導体層としてそれぞれ異なる有機材料を用いている。有機薄膜トランジスタはゲート電極である第３の電極の形成プロセスの前後に有機半導体層を形成させる。このように第1の有機半導体層と第２の有機半導体層にそれぞれことなる有機材料を用いることもできる。この場合、ゲート電極より前に形成する第1の有機半導体層を結晶性の有機材料で形成することにより安定した有機薄膜トランジスタを得ることができる。特に、ペンタセン、もしくは銅フタロシアニンのどちらかで形成すると安定した有機薄膜トランジスタを得ることができる。この場合、第２の有機半導体層は特に材料を選ばず、第1の有機半導体層の材料とは異なるペンタセン、銅フタロシアニン、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンなどを材料として用いることができる。

作製した有機薄膜トランジスタ１０９〜１１１について、実施例１と同様にオンオフ比を測定した結果を表３に示す。本実施例によれば、比較例に対し１５０〜３８０倍の良好なオンオフ比を有する有機薄膜トランジスタが得られる。

（実施例１２）
実施例１２は、実施例１に対し第３の電極の上下層に絶縁膜を形成した実施例である。第３の電極を形成する前後にスパッタ法により二酸化ケイ素薄膜を１０ｎｍずつ挿入し、有機薄膜トランジスタ１１２を作製した。これら以外の作製方法は実施例１と全く同様にし、有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１１２）を作製した。このとき二酸化ケイ素はゲート電極形成時と同じシャドウマスクを用い、ゲート電極の上下に重なるように形成した。

縦型有機薄膜トランジスタの場合、第１の電極及び第２の電極と第３の電極が非常に近い位置に配置されるため、第３の電極を流れる漏れ電流が発生しやすいという虞がある。この場合、第３の電極の上部もしくは下部に絶縁性薄膜１７を有することで漏れ電流を抑制することができる。図５においては、第３の電極の上部と下部に絶縁性薄膜１７を有しているが、片側のみとすることができる。

絶縁性薄膜に使用される材料としては、電気絶縁性を有している材料であれば特に限定されること無く使用することができる。たとえばスパッタ、蒸着等の真空プロセスで形成できる二酸化珪素や、有機材料から選択することで製造プロセスを複雑にすることなく有機薄膜トランジスタを製造することができる。絶縁性薄膜１７の製造方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などの通常の薄膜プロセスを利用できるが、特にこれらに限定されるものではない。また、絶縁性薄膜１７を溶液により形成する場合にはスピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。

実施例１と同様にオンオフ比を測定し、８．４×１０^４のオンオフ比を得た。また、このときのゲート電極を流れる電流は１７ナノアンペアで、実施例１のときのゲート電流値（２４６ナノアンペア）の１０分の１以下であった。

（実施例１３）
実施例１３は、実施例１に対し第３の電極を覆うように絶縁膜を形成した実施例である。実施例１において、ゲート電極形成後、純酸素雰囲気下に６時間放置し、酸化アルミニウム皮膜を形成させ、有機薄膜トランジスタ１１３を作製した。この絶縁膜の形成工程以外の製造方法は実施例１と全く同様にし、有機薄膜トランジスタ１１３を作製した。このようにゲート電極にアルミニウムを使用した場合、アルミニウム電極を形成した後に表面を酸化して、アルミニウム酸化物とすることで絶縁膜として使用することが可能となる。

実施例１と同様にオンオフ比を測定し、２．７×１０^４のオンオフ比を得た。また、このときのゲート電極を流れる電流は２３ナノアンペアで、実施例１のときのゲート電流値（２４６ナノアンペア）の１０分の１以下であった。

以上実施例１〜１３として、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの具体的な実施例の構成と、その特性を説明した。本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に第１の電極（ソース電極もしくはドレイン電極）、第１の有機半導体層、第３の電極（ゲート電極）、第２の有機半導体層、第２の電極（ドレイン電極もしくはソース電極）の順に積層した構造を有する。第３の電極と第２の電極とを同一平面パターン形状とする。これらの構造を有する上記いずれの実施例も、ゲート電極による電流変調量を大きくでき、比較例に比べて電流オンオフ比を１０倍以上向上されることができる。本発明によれば、従来の有機薄膜トランジスタの製造プロセスを複雑にすることなく、大きな電流オンオフ比を有する有機薄膜トランジスタを得ることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明した。しかし本発明に係る有機薄膜トランジスタは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではない。すなわち本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した有機薄膜トランジスタも、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ａの構成を示す断面図である。 比較例の有機薄膜トランジスタ２０の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ｂにおける開口部を有するゲート電極の第１例の平面パターン図である。 本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ｃにおける開口部を有するゲート電極の第２例の平面パターン図である。 本発明に係る実施形態例の絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ１０Ｄの構成を示す断面図である。 本発明に係る実施形態例の絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ１０Ｅの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ：有機薄膜トランジスタ
１０Ｂ：有機薄膜トランジスタ(櫛歯開口部構造)
１０Ｃ：有機薄膜トランジスタ(円形開口部構造)
１０Ｄ：絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ
１０Ｅ：絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ
２０：比較例の縦型有機薄膜トランジスタ
１１：基板
１２：第１の電極
１３：第２の電極
１４：第３の電極
１５：第１の有機半導体層
１６：第２の有機半導体層
１７：絶縁性薄膜
１８：ゲート電極開口部

Claims (12)

1. 基板上に第１の電極、第１の有機半導体層、第３の電極、第２の有機半導体層、第２の電極の順に積層した構造を有し、前記第３の電極及び前記第２の電極の平面パターン形状が、開口部を有し、同じパターン形状であることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
2. 前記開口部が櫛歯状もしくは円形状の形状であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ。
3. 前記有機半導体層が銅フタロシアニン、ペンタセン、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、ポリ−３−ヘキシルチオフェンのうちから選択された１つの有機材料を含むことを特徴とする請求項１、または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
4. 前記第３の電極がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
5. 前記第1の電極及び第２の電極がインジウムすず酸化物、金、銀、パラジウム、白金のうちから選択された１つの導電性材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
6. 前記第１の有機半導体層と第２の有機半導体層がそれぞれことなる有機材料から形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
7. 前記第1の有機半導体層が結晶性の有機材料を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
8. 前記第1の有機半導体層がペンタセン、もしくは銅フタロシアニンのどちらかを含有し、第２の有機半導体層が第1の有機半導体層の材料とは異なるペンタセン、銅フタロシアニン、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンのうちから選択された１つの有機材料を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
9. 前記第３の電極の上部もしくは下部もしくは周囲に絶縁性の薄膜を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
10. 前記第３の電極の上部もしくは下部もしくは周囲に配置される絶縁性薄膜が二酸化珪素であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
11. 前記第３の電極の上部もしくは下部もしくは周囲に配置される絶縁性薄膜が有機材料からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
12. 前記第３の電極の上部もしくは下部もしくは周囲に配置される絶縁性薄膜がアルミニウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。

Images