JP2009141203A - 有機トランジスタ、有機トランジスタアレイ及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機トランジスタ10は、基板1上に、ゲート電極2及びゲート絶縁膜3が順次形成され、少なくともゲート絶縁膜3上に、ソース電極4及びドレイン電極5並びに有機半導体層6が順次形成されており、ドレイン電極5は、ゲート電極2上に形成されている第一の領域5aと、第二の領域5bと、第一の領域5aと第二の領域5bを第一の領域5aの幅よりも短い幅で連結する連結領域とを有し、有機半導体層6は、印刷法により形成されている。
【選択図】図1
Description
1.材料構成の多様性、製造方法、製品形態等でフレキシビリティが高いこと。
等の利点があることから、精力的に研究されている。このとき、有機半導体層の成膜方法としては、印刷法、スピンコート法、浸漬法等が挙げられ、有機TFTは、従来のSi半導体材料を用いたTFTより桁違いに安く製造することができる。
Ids=W/2L×μ×Ci×(Vg−Vth)2
Ci=ε0×εr×S/t
で表される。ここで、Wは、チャネル幅、Lは、チャネル長、μは、移動度、Ciは、ゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量、Vgは、ゲート電圧、Vthは、閾値電圧、ε0は、真空の誘電率、εrは、ゲート絶縁膜の比誘電率、Sは、電極の面積、tは、ゲート絶縁膜の厚さである。この式より、Idsを大きくするためには、Ciを大きくすればよいことがわかる。また、Ciを大きくするためには、εr若しくはSを大きく、又はtを小さくすればよいことがわかる。εrは、ゲート絶縁膜の材料に依存し、Sは、画素サイズに制限される。このとき、有機トランジスタ10のゲート・ドレインオーバーラップ領域8(図6(a)参照)は、一般的な形状のドレイン電極を形成した場合のゲート・ドレインオーバーラップ領域8'(図6(b)参照)よりも面積が小さいため、ゲートリーク電流を減少させることができ、tを小さくすることができる。その結果、Idsを大きくすることができる。
fc=μ×Vds/2π/L(L+D)
で表される。ここで、Vdsは、ドレイン電圧、Dは、ゲートオーバーラップ幅である。この式より、fcを大きくするためには、Dを小さくすればよいことがわかる。すなわち、寄生容量が小さくなれば、電界効果トランジスタを高速で動作させることができる。このとき、有機トランジスタ10は、図6に示すように、ゲートオーバーラップ幅が小さいため、高速で動作させることができる。
シャドウマスクを用いた真空蒸着法により、ガラス基板1上に、膜厚3nmのCrからなる密着層(不図示)、膜厚100nmのAlからなるゲート電極2を成膜した。次に、ゲート電極2上に、ポリイミド溶液のリカコートSN−20(新日本理化社製)をスピンコート法により塗布し、プリベークした後、200℃で焼成することにより、膜厚500nmのゲート絶縁膜3の下層を形成した。さらに、ゲート絶縁膜3の下層上に、化学式(B)
ドレイン電極5の形状を図4に示す形状に変更した以外は、実施例1と同様に、有機トランジスタを得た。
実施例1及び比較例1の有機トランジスタについて、有機半導体層のサイズと、トランジスタ特性の評価を行った。
金属顕微鏡を用いて、有機半導体層6のサイズを測定したところ、比較例1の有機半導体層6は、チャネル幅方向及びチャネル長方向共に、長さが約100μmであった。一方、実施例1の有機半導体層6は、比較例1の有機半導体層6と比較して、チャネル長方向の長さが50%程度であり(図12参照)、ドレイン電極5の形状により有機半導体層6の拡がりを抑制できることがわかる。これにより、有機半導体層6の高精細なパターンを安定に形成することができる。
酸素<1ppm、水分<1ppmの雰囲気下で、ドレイン電圧Vdsを−20V印加し、ゲート電圧Vgを+20Vから−20Vに走査することにより、実施例1の有機トランジスタのトランジスタ静特性を評価した(図13参照)。その結果、オン電流Idsが2.4×10−9A(Vg=−20V)、オフ電流Idsが4.0×10−13A(Vg=+20V)、オンオフ比(Vg=−20V/Vg=+20V)が6.0×103であった(図13参照)。なお、オン電流及びオフ電流は、20箇所の平均値である。同様に、比較例1の有機トランジスタのトランジスタ静特性を評価したところ、オン電流Idsが1.8×10−9A(Vg=−20V)、オフ電流Idsが7.2×10−13A(Vg=+20V)、オンオフ比(Vg=−20V/Vg=+20V)が2.5×103であった。これにより、実施例1の有機トランジスタは、比較例1の有機トランジスタと比較して、良好なトランジスタ静特性が得られることがわかる。
Vg=+20V、Vds=−20Vのオフ状態におけるゲートリーク電流を評価した(図14参照)。図14より、実施例1の有機トランジスタは、比較例1の有機トランジスタと比較して、リーク電流が大幅に抑制されていることがわかる。これは、実施例1の有機トランジスタは、比較例1の有機トランジスタと比較して、ゲート・ドレインオーバーラップ領域の面積が小さいためである(図6参照)。
ドレイン電圧Vdsを−20V印加した状態で、ゲート電圧Vgを周波数1〜2000Hzで−20V印加したときの出力電流を測定することにより、トランジスタ動特性を評価した(図15参照)。その結果、実施例1及び比較例1の有機トランジスタは、それぞれ遮断周波数が約650Hz及び約110Hzであり、実施例1の有機トランジスタは、比較例1の有機トランジスタと比較して、良好なトランジスタ動特性が得られることがわかる。なお、減衰率が−6dBにおける周波数を遮断周波数とした。
素子間ピッチ500μmで、32×32の有機トランジスタ10を二次元アレイ状に有する有機トランジスタアレイ20を、実施例1と同様に得た。
素子間ピッチ500μmで、32×32の有機トランジスタ10を二次元アレイ状に有する有機トランジスタアレイ20を、比較例1と同様に得た。
実施例2の有機トランジスタアレイを用いて、アクティブマトリックス表示装置(図13参照)を作製した。具体的には、酸化チタン粒子61aとオイルブルーで着色したアイソパー61bを内包するマイクロカプセル61と、ポリビニルアルコール水溶液を混合した塗布液を、ポリカーボネート基板62上に設けられたITOからなる透明電極63上に塗布して、マイクロカプセル61とバインダー64からなる層を形成した。得られた基板と、実施例2の有機トランジスタアレイを、ガラス基板1及びポリカーボネート基板62が最外面となるように、バインダー64を介して接着させた。
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6 有機半導体層
10 有機トランジスタ
20、30、40、50 有機トランジスタアレイ
60 アクティブマトリックス表示装置
Claims (13)
- 基板上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜が順次形成され、少なくとも該ゲート絶縁膜上に、ソース電極及びドレイン電極並びに有機半導体層が順次形成されている有機トランジスタであって、
該ソース電極及び/又は該ドレイン電極は、該ゲート電極上に形成されている第一の領域と、第二の領域と、該第一の領域と該第二の領域を該第一の領域の幅よりも短い幅で連結する連結部とを有し、
該有機半導体層は、印刷法により形成されていることを特徴とする有機トランジスタ。 - 前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていない領域は、表面エネルギーが40mN/m以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機トランジスタ。
- 前記有機半導体層は、有機溶剤に可溶な有機半導体材料を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の有機トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていない領域よりも表面エネルギーが大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜の前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されている領域は、紫外線が照射されていることを特徴とする請求項4に記載の有機トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜は、高分子材料を含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、印刷法により形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする請求項7に記載の有機トランジスタ。
- 前記金属粒子は、Au、Ag、Cu又はNiであることを特徴とする請求項8に記載の有機トランジスタ。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、導電性高分子を含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の有機トランジスタ。
- 前記導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェンを含有することを特徴とする請求項10に記載の有機トランジスタ。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の有機トランジスタを複数有することを特徴とする有機トランジスタアレイ。
- 請求項12に記載の有機トランジスタアレイを有することを特徴とする表示装置。
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