JP2012004583A - 半導体装置、光学装置及びセンサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ソース電極及びドレイン電極と有機半導体材料層との間の接触抵抗を低下させることができ、これを簡便な製造プロセスで実現できる半導体装置、光学装置及びセンサ装置を提供すること。
【解決手段】ソース電極５と、ドレイン電極６と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層７とを有し、有機半導体材料層７を介してソース電極５とドレイン電極６との間で電荷を移動させるように構成された有機電界効果トランジスタにおいて、ソース電極５及びドレイン電極６が、導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなる、有機電界効果トランジスタ１ａ。
【選択図】図１
【解決手段】ソース電極５と、ドレイン電極６と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層７とを有し、有機半導体材料層７を介してソース電極５とドレイン電極６との間で電荷を移動させるように構成された有機電界効果トランジスタにおいて、ソース電極５及びドレイン電極６が、導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなる、有機電界効果トランジスタ１ａ。
【選択図】図１
Description
本発明は、例えば、電界効果トランジスタに好適な半導体装置、光学装置及びセンサ装置に関するものである。
従来の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）においては、チャンネル領域を構成する半導体材料層として、Ｓｉ等の無機半導体材料が用いられているが、これ等の無機半導体材料を用いた薄膜トランジスタの製造工程では、４００℃以上の高温のプロセスが必要とされる。そのために、無機半導体材料を用いた薄膜トランジスタを、プラスチック等の柔らかく、割れにくく、かつ軽い支持体（基板）上に作製することはきわめて困難である。
一方、チャンネル領域を有機半導体材料から構成する有機電界効果型トランジスタは、プラスチックスの耐熱温度よりも低い温度で製造が可能である。また、塗布可能な材料に基づき製造可能であることから、低コスト及び大面積の形成に向いた半導体素子として期待されている。
ところで、従来の有機電界効果型トランジスタでは、有機半導体材料層と良好なオーミックコンタクトを形成するために、ソース電極及びドレイン電極は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）といった金属材料から構成されている。
ここで、有機電界効果型トランジスタの特性の向上（移動度及びｏｎ／ｏｆｆ比等）には、半導体とソース電極及びドレイン電極との接触抵抗を減少させる必要がある。
例えば、ソース電極及びドレイン電極と半導体材料層との界面の改質には、各電極の表面に、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）等の電荷移動錯体の蒸着膜を使用した例（後述の非特許文献１を参照）がある。
また、ソース電極及びドレイン電極の金属に金（Ａｕ）を用いた場合には、チオール基を有する自己組織化アクセプタ材料（ＳＡＭ）である４−ニトロベンゼンチオールによる界面の改質の例（後述の非特許文献２を参照）がある。
Ref.R. hajlaoui et al, Adv. Mater. 9, 389 (1997)
Ref. D. J. Gundlach et al. IEEE Electron Device Lett. 12,571(2001)
これらの問題点としては、例えば、チオール基を用いた界面の改質には、Ａｕ等の、チオール基と相互作用のある特定のソース電極及びドレイン電極が必要である。
また、テトラシアノキノジメタン等の電荷移動錯体を用いた界面の改質には、無機電極にしっかりとドーパント分子を成膜する必要があるため、真空蒸着法が必要である。
また、これらの場合、ソース電極及びドレイン電極と半導体材料層との間に、必然的にドーパント分子層が必要になるため、これらの分子層を介した伝導になり、必ずしも接触抵抗を軽減させるための好適な構造とは言えない。
また、従来の電界効果型トランジスタを構成する無機電極は、真空蒸着法やスパッタ法等の物理的成膜法によって形成しているので、プロセスの簡便化には適していない。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極と有機半導体材料層との間の接触抵抗を低下させることができ、これを簡便な製造プロセスで実現できる、半導体装置、光学装置及びセンサ装置を提供することにある。
即ち、本発明は、第１電極と、第２電極と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層とを有し、前記有機半導体材料層を介して前記第１電極と前記第２電極との間で電荷を移動させるように構成された半導体装置において、前記第１電極及び前記第２電極が、導電性高分子材料と導電型制御用のドーパントとの混合物からなる、半導体装置に係わるものである。
本発明は又、第１電極と、第２電極と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層とを有し、前記有機半導体材料層を介して前記第１電極と前記第２電極との間で電荷を移動させるように構成された半導体装置において、前記第１電極及び前記第２電極が、導電層と、この導電層のうち前記両電極間の少なくとも前記有機半導体材料層側を被覆する導電性被覆層とによって形成され、この導電性被覆層が導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなる、半導体装置に係わるものである。
本発明によれば、前記第１電極及び前記第２電極が、導電性高分子材料と導電型制御用のドーパントとの混合物からなるため、前記第１電極及び第２電極内のみならず、前記有機半導体材料層とのオーミックコンタクト（接触抵抗の低減）により前記第１電極と前記第２電極との間で前記有機半導体材料層を介しての電荷の移動が容易になり、前記混合物を用いて前記第１電極及び前記第２電極を形成する際に、真空蒸着法やスパッタ法以外のリフトオフ、塗布等の簡便な方法によってこれらの電極を容易に作製することも可能となる。
また、前記第１電極及び前記第２電極が、導電層と、この導電層のうち前記両電極間の少なくとも前記有機半導体材料層側を被覆する導電性被覆層とによって形成され、この導電性被覆層が導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなるために、前記有機半導体材料層に対する前記第１電極及び前記第２電極のオーミックコンタクト（接触抵抗の低減）により両電極間での電荷の移動が容易になり、またこの接触をリフトオフ、塗布等の簡便な方法によって実現することができる。
本発明においては、前記第１及び第２電極と前記有機半導体材料層との間の電荷の移動を容易にするために、前記有機半導体材料層の導電型と、前記ドーパント又は前記電荷移動錯体の導電型とが同じであるのが望ましい。なお、前記第１電極とは、例えばソース電極であり、前記第２電極とは、例えばドレイン電極である。
また、前記第１及び第２電極内の導電性を高めるために、前記第１及び第２電極を形成する前記導電性高分子材料が、
ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、 ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、 ポリフェニレンビニレン、ポリチェニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセ ン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン及びポリ エチレンジオキシチオフェンからなる群より選択された少なくとも一種の有機高分子材 料と、
ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フ ッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸 、ポリスチレンスルホン酸及びドデシルベンゼンスルホン酸からなる群より選ばれた少 なくとも一種と
の混合物からなるのが望ましい。
ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、 ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、 ポリフェニレンビニレン、ポリチェニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセ ン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン及びポリ エチレンジオキシチオフェンからなる群より選択された少なくとも一種の有機高分子材 料と、
ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フ ッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸 、ポリスチレンスルホン酸及びドデシルベンゼンスルホン酸からなる群より選ばれた少 なくとも一種と
の混合物からなるのが望ましい。
また、半導体に対して電荷移動を生じる材料である前記ドーパント又は前記電荷移動錯体が、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン及びテトラシアノテトラフルオロキノジメタンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるアクセプタ分子であるか、或いは、テトラチアフルバレン、ペリレン及びメチレンジチオテトラセレナフルバレンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるドナー分子であるのが望ましい。
また、前記第１及び第２電極を構成するドーパント又は電荷移動錯体と同じ導電型の前記有機半導体材料は、銅フタロシアニン、ポリ３ヘキシルチオフェン及びペンタセンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｐ型半導体材料であるか、或いは、ペリレン誘導体、Ｃ６０及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｎ型半導体材料であるのが望ましい。
また、前記第１電極及び前記第２電極と前記有機半導体材料層との間において電荷が移動し易くするために、前記第１電極及び前記第２電極の内、これら両電極間の少なくとも前記有機半導体材料層側が、前記混合物によって形成されているのが望ましい。
また、前記ドーパント又は前記電荷移動錯体が表面に付着したＡｕ等の金属粒子が前記導電性高分子材料に混合されていてもよい。
また、前記ドーパント又は前記電荷移動錯体が表面に付着したＡｕ等の金属粒子が前記導電性高分子材料に混合されていてもよい。
また、前記半導体装置が、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極としての前記第１電極と、ドレイン電極としての前記第２電極と、チャンネル領域としての前記有機半導体材料層とからなる有機電界効果トランジスタとして構成されていてよい。
また、前記第１及び第２電極を構成する前記導電層は、金、銅、銀、アルミニウム、白金及びパラジウムからなる群より選択された少なくとも一種によって形成されているのが望ましい。
また、本発明は、本発明の半導体装置を駆動素子として具備する光学装置、例えば電界発光装置、液晶表示装置又は太陽電池を提供するものであり、また、この半導体装置によって構成されたセンサ装置も提供するものである。
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。
第１の実施の形態
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。
図１は、本実施の形態によるボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａを示すものである。
即ち、基板２上にゲート電極４が形成され、このゲート電極４上のゲート絶縁膜３上に、導電性高分子材料と電荷移動錯体（導電型制御用のドーパント）との混合物からなるソース電極５（第１電極）及びドレイン電極６（第２電極）が形成され、更に、ソース電極５、ドレイン電極６を含む表面を覆うように有機半導体材料層７（チャンネル領域８）が形成されている。また、有機半導体材料層７の導電型と、電荷移動錯体（ドーパント）の導電型とは同じである。
ここで、重要なことは、ソース電極５及びドレイン電極６が、ポリチオフェン等の導電性高分子材料と、導電型制御用のドーパントとしてのテトラシアノキノジメタン等の電荷移動錯体との混合物からなることである。従って、電荷移動錯体を特定の溶剤（例えば、導電性高分子材料の溶剤と同じか、又は、可溶な溶剤）に溶解若しくは分散させた溶液を調製し、これを導電性高分子材料の溶液（又は分散液）に添加することで、導電性高分子材料に電荷移動錯体を添加した溶液（又は分散液）を作製し、これを用いて後述の簡便な方法で各電極５及び６を所定パターンに形成することができる。
この場合、予め、電荷移動錯体を付着させた金属粒子等を導電性高分子材料の溶液（又は分散液）に混合して用いてもよい。例えば、金のナノ粒子に４−ベンゼンチオール等を付着させたものを混合してよい。
ここで、導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合比は、導電性や成膜性を考慮して決めるのがよい。
図２について、有機電界効果トランジスタ１ａの作製工程を説明する。
図２（ａ）に示す例えばガラスからなる基板２上に、図２（ｂ）に示すように、例えばリソグラフィー法とリフトオフ法とにより、導電性高分子材料からなるゲート電極４を所定パターンに形成する。
ここで、基板２としては、ガラス基板に留まらず、サファイア基板やプラスチックフィルム等の不導材料を使用できる。
ゲート電極４のパターニングは、リソグラフィー法やリフトオフ法をはじめ、エッチング法やスタンプ法及び印刷法等のプリンティング法で行うことが可能である。また、ゲート電極４は、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、即ち、ポリ〔３，４−(エチレンジオキシ)チオフェン〕（poly〔3,4-(ethylenedioxy)thiophene〕）／ポリスチレンスルホン酸（poly(styrenesulfonic acid)）や、ポリアニリン等の導電性高分子材料で形成するが、金属で形成してもよい。
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）からなるゲート絶縁膜３をスピンコート法により形成する。
この絶縁材料としては、ＰＶＰに留まらず、ポリビニルアルコールやポリメチルメタクリレート等の絶縁性有機材料、ＳｉＯ2やＳｉＮ及びＡｌ2Ｏ3等の絶縁性無機材料であれば、適用できる。ゲート絶縁膜３の形成は、スピンコート法をはじめ、スタンプ法や印刷法等のプリンティング法、真空蒸着法、スパッタ法及びＣＶＤ（化学的気相成長）法等で行ってもよい。
次に、図２（ｄ）に示すように、例えば、導電性高分子材料であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの溶液に、エチレングリコールに溶解させたテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）を導電型制御用のドーパント（電荷移動錯体）として混合し、この導電性高分子液を用いて、例えばリソグラフィー法やリフトオフ法等により、ソース電極５及びドレイン電極６を所定パターンに形成する。このパターニングは、エッチング法やスタンプ法、印刷法等のプリンティング法によっても可能である。
なお、導電性高分子材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに留まらず、上述の導電性高分子材料とドーパントとの混合により調製されたものであれば、ポリアニリンや、ポリピロール等でもよい。また、ドーパントとして用いるテトラシアノキノジメタンは、アクセプタ型の分子であり、ｐ型の有機半導体材料層７との接触抵抗を減少させることができる。即ち、有機半導体材料層７としてｐ型を用いる場合にはアクセプタ型のドーパントを、ｎ型を用いる場合にはドナー型のドーパントを用いる。
次に、図１に示したように、ソース電極５上、ドレイン電極６上及びゲート絶縁膜３上に、スピンコート法や、スタンプ法、印刷法等のプリンティング法、真空蒸着法、スパッタ法及びＣＶＤ法等で有機半導体材料層７を形成する。例えば、ポリ３ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）をスピンコート法により成膜する。この有機半導体材料は、Ｐ３ＨＴ等の高分子材料に留まらず、ペンタセン、アントラセン及びフタロシアニン等の低分子材料でもよい。
これらの工程を経て、ボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａの作製工程を終了する。
図３について、上記のソース電極５及びドレイン電極６を形成する方法を詳細に説明する。この方法としては、例えばリフトオフ法、リソグラフィー法及びエッチング法がある。
図３（ａ）には、リフトオフ法を示すが、ソース電極５及びドレイン電極６を形成する位置以外のゲート絶縁膜３上に常法によって（以下、同様）フォトレジスト９を所定パターンに形成し、このフォトレジスト９上及びゲート絶縁膜３上に電極材１０（上記した導電性高分子液）を塗布する。この後、フォトレジスト９を溶解して、フォトレジスト９上の電極材１０をゲート絶縁膜３上から除去（リフトオフ）することにより、ソース電極５及びドレイン電極６を所定パターンに形成することができる。
図３（ｂ）に示すリソグラフィー法では、ゲート絶縁膜３上に電極材１０を塗布し、ソース電極５及びドレイン電極６を形成する位置以外の電極材１０上にフォトレジスト９を所定パターンに形成する。この後、例えば、露出している電極材１０に光を照射してから、フォトレジスト９及びフォトレジスト９下の電極材１０を溶解除去することにより、ソース電極５及びドレイン電極６を所定パターンに形成することができる。
図３（ｃ）に示すエッチング法では、ゲート絶縁膜３上の全面に電極材１０を塗布し、ソース電極５及びドレイン電極６を形成する位置の電極材１０上にフォトレジスト９を所定パターンに形成し、これをマスクにして、露出している電極材１０を溶解除去することにより、ソース電極５及びドレイン電極６を所定パターンに形成することができる。
図４には、別の有機電界効果トランジスタ１ｂの構造を示すが、これは、図１に示したボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａの変形例である。
この構造においては、ソース電極５及びドレイン電極６が、上記の導電性高分子液を用いて上記と同様に形成した混合物層１２と、Ａｕ等の金属層１１とが接合されてなり、それぞれの導電性高分子混合物層１２が、ゲート電極４上のチャンネル領域８側に配置される以外は、図１に示した有機電界効果トランジスタ１ａと同様の構造である。
図５には、トップコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ｃの構造を示す。これは、図１に示したボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａと比べて、ゲート絶縁膜３上に有機半導体材料層７が形成され、有機半導体材料層７上にソース電極５及びドレイン電極６が形成されていることが異なる。
図６には、ボトムコンタクト型トップゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ｄの構造を示す。これは、図１に示したボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａと比べて、基板２上にソース電極５及びドレイン電極６が形成され、ソース電極５上及びドレイン電極６上に有機半導体材料層７が形成され、有機半導体材料層７上にゲート絶縁膜３が形成され、ゲート絶縁膜３上にゲート電極４が形成されていることが異なる。
図７には、トップコンタクト型トップゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ｅの構造を示す。これは、図１に示したボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａと比べて、基板２上に有機半導体材料層７が形成され、有機半導体材料層７上にソース電極５及びドレイン電極６が形成され、有機半導体材料層７上、ソース電極５上及びドレイン電極６上にゲート絶縁膜３が形成され、ゲート絶縁膜３上にゲート電極４が形成されていることが異なる。
本実施の形態によれば、ソース電極５及びドレイン電極６が上記の導電性高分子材料と電荷移動錯体（ドーパント）との混合液の塗布、パターニングによって形成されているので、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体材料層７との接触抵抗を低減させ、両電極間の電荷の移動量（電流）を大きくすることができ、かつ、各電極の導電性も良好となる。また、これらのオーミック電極を導電性高分子混合物１０の塗布、パターニングで形成するため、真空蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスが省け、簡便なプロセスでオーミック電極を形成することができる。
第２の実施の形態
図８〜図１２は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。
図８〜図１２は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。
図８は、本実施の形態によるボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ｆを示すものである。
即ち、ソース電極５及びドレイン電極６がＡｕ等の金属層５ａ及び６ａを主電極とし、これらの主電極が、上記した導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなる導電性高分子混合物層１２（導電性被覆層）によって被覆され、表面が改質されていること以外は、上述の第１の実施の形態と同様である。
また、ソース電極５及びドレイン電極６を構成する金属層５ａ、６ａは、金、銅、銀、アルミニウム、白金及びパラジウムからなる群より選択された少なくとも一種によって形成される。
図９について、有機電界効果トランジスタ１ｆの作製工程を説明する。
先ず、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した工程と同様にして、基板２上に導電性高分子ゲート電極４を形成し、更にその上にゲート絶縁膜３を形成する。
次に、図９（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜３上に、リソグラフィー法とリフトオフ法により、例えば金（Ａｕ）のソース電極５及びドレイン電極６を所定パターンに形成する。このパターニングは、リソグラフィー技術に留まらず、エッチング法やスタンプ法及び印刷法で行ってもよい。また、金属層５ａ、６ａは、金に留まらず、アルミニウム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属で構成してよいが、これに代えて、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリアニリン等の導電性高分子材料で形成してもよい。
次に、図９（ｂ）に示すように、金属層５ａ及び６ａの底面以外が露出するようにフォトレジスト９を所定パターンに形成する。
なお、リフトオフ法ではなく、スタンプ法や印刷法等のように、レジストを必要としないパターニング方法により、ドーパントを含む導電性高分子混合物層１２を形成する場合には、このプロセスを省くことができる。
次に、図９（ｃ）に示すように、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに、エチレングリコールに溶解させたテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）からなる導電型制御用のドーパントを混合させた導電性高分子液を全面に塗布する。
次に、図９（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜３上からフォトレジスト９を溶解除去（リフトオフ）することにより、金属層５ａ、６ａの底面以外の露出面等が導電性高分子混合物層１２によって覆われたソース電極５及びドレイン電極６を形成する。
次に、図８に示したように、ゲート絶縁膜３上及び導電性高分子混合物層１２上に有機半導体材料層７を形成して、有機電界効果トランジスタ１ｆの作製工程を終了する。
図１０、図１１、図１２はそれぞれ別の有機電界効果トランジスタ１ｇ、１ｈ、１ｉの構造を示すが、これらは図５〜図７に示した構造からなっていることが、図８に示した有機電界効果トランジスタ１ｃと異なる。
本実施の形態によれば、ソース電極５及びドレイン電極６の主電極として金属層５ａ、６ａを設け、これらをドーパント混合の導電性高分子混合物層１２でコーティングすることにより、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体材料層７との接触抵抗を低下させることができる。そして、従来のように電極表面を電荷移動錯体のみで改質する構造と異なり、電荷移動錯体を含む導電性高分子層を電極の材質に制約されることなしにリフトオフ法で容易にコーティングすることができる。
その他、本実施の形態においては、上述した第１の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。
第３の実施の形態
図１３〜図１４は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。
図１３〜図１４は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。
図１３は、本実施の形態によるボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ｊを示す。
このトランジスタによれば、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体材料層７とのチャンネル領域側において、ソース電極５及びドレイン電極６の側面及び上面の一部にかけて、導電性高分子混合物層１２（導電性被覆層）が被覆されていること以外は、上述の第２の実施の形態と同様である。
図１４について、この有機電界効果トランジスタ１ｊの作製工程を説明する。
先ず、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した作製工程と同様にして、基板２上に導電性高分子ゲート電極４を形成し、更にその上にゲート絶縁膜３を形成する。
次に、図１４（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜３上に、ソース電極及びドレイン電極の主電極５ａ、６ａを形成する。
次に、図１４（ｂ）に示すように、主電極５ａ及び６ａのうちチャンネル領域側の側面及び上面の一部が露出するように、フォトレジスト９を所定パターンに形成する。
次に、図１４（ｃ）に示すように、全面に導電性高分子混合物１２ａを塗布する。
次に、図１４（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜３上からフォトレジスト９を溶解除去（リフトオフ）することにより、チャンネル領域側の側面及び上面の一部にかけて導電性高分子混合物層１２によって覆われたソース電極５及びドレイン電極６を形成する。
次に、図１３に示したように、ゲート絶縁膜３上、ソース電極５上、ドレイン電極６上及び導電性高分子混合物層１２上に有機半導体材料層７を形成して、有機電界効果トランジスタ１ｊの作製工程を終了する。
本実施の形態によれば、導電性高分子混合物層１２の形成領域をチャンネル領域側に局在化させても、ソース電極５及びドレイン電極６と有機半導体材料層７との接触抵抗を低下させることができる。
その他、本実施の形態においては、上述した第１及び第２の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。
第４の実施の形態
図１５は、本発明の第４の実施の形態を示すものである。
図１５は、本発明の第４の実施の形態を示すものである。
本実施の形態は、図１に示したボトムコンタクト型ボトムゲート構造の有機電界効果トランジスタ１ａを駆動素子として組み込んだ液晶表示装置２５に係るものである。
即ち、共通の基板２上に作製したトランジスタ１ａのドレイン電極６にアノード（透明）電極を接続して画素部へ延設し、このアノード電極２４上に、正孔輸送層２３、発光層２２、電子輸送層２１及びカソード電極２０を順次積層し、全体を絶縁膜１６で覆うことにより、液晶表示装置２５を構成している。
この液晶表示装置２５の駆動時には、トランジスタ１ａから供給されるアノード電圧により、正孔輸送層２３からの正孔と電子輸送層２１からの電子とが発光層２２で再結合し、アノード電極２４側に向って光が放射され、基板２側から取り出される。この場合に、基板２側から発光光を透過させるために、正孔輸送層２３、アノード電極２４、ゲート絶縁膜３及び基板２が透明の材質からなるが、カソード電極２０を薄く形成してカソード側から光を導出することもできる。
第５の実施の形態
図１６は、本発明の第５の実施の形態を示すものである。
図１６は、本発明の第５の実施の形態を示すものである。
本実施の形態は、センサ、例えば光センサ１５に本発明を適用したものであるが、このセンサ１５においては、上述したゲート絶縁膜３及びゲート電極４は省略してよく、ゲート絶縁膜３の替わりに絶縁膜１６が設けられていること以外は、上述の第１の実施の形態と同様である。
このセンサ１５の駆動時には、外部から有機半導体材料層７に作用する作用物質３０（例えば光）によって、電極５と６との間の有機半導体材料層７の電気抵抗が変化するため、端子Ｔ1及びＴ2を介して取り出される電極５−６間の電流値の変動（移動する電荷の量）を検出することにより、入射光３０の光量や波長を判別することができる。
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上述の各実施の形態における構造を組み合わせてよいし、図１５や図１６の例において、電極構造を上述の第１〜第３の実施の形態で示した構造のうちから選択することができる。なお、本発明は、例えば色素増感型の太陽電池に適用してもよいが、この場合は、太陽電池で生じた電流を外部回路へ取り出すために上述の有機電界効果トランジスタが動作する。
本発明は、有機電界効果トランジスタや、これを組み込んだ電界発光装置、液晶表示装置又は太陽電池等に適用可能である。
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ…有機電界効果トランジスタ、２…基板、３…ゲート絶縁膜、４…ゲート電極、５…ソース電極、５ａ…金属層、６…ドレイン電極、６ａ…金属層、７…有機半導体材料層、８…チャンネル領域、９…フォトレジスト、１０…電極材、１１…金属層、１２…導電性高分子混合物層、１５…センサ、１６…絶縁膜、２０…カソード電極、２１…電子輸送層、２２…発光層、２３…正孔輸送層、２４…アノード電極、２５…液晶表示装置
Claims (19)
- 第１電極と、第２電極と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層とを有し、前記有機半導体材料層を介して前記第１電極と前記第２電極との間で電荷を移動させるように構成された半導体装置において、前記第１電極及び前記第２電極が、導電性高分子材料と導電型制御用のドーパントとの混合物からなる、半導体装置。
- 前記有機半導体材料層の導電型と、前記ドーパントの導電型とが同じである、請求項１に記載の半導体装置。
- 前記導電性高分子材料が、
ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、 ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、 ポリフェニレンビニレン、ポリチェニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセ ン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン及びポリ エチレンジオキシチオフェンからなる群より選択された少なくとも一種の有機高分子材 料と、
ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フ ッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸 、ポリスチレンスルホン酸及びドデシルベンゼンスルホン酸からなる群より選ばれた少 なくとも一種との混合物からなる、請求項１に記載の半導体装置。 - 前記ドーパントが、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン及びテトラシアノテトラフルオロキノジメタンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるアクセプタ分子であるか、或いは、テトラチアフルバレン、ペリレン及びメチレンジチオテトラセレナフルバレンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるドナー分子である、請求項１に記載の半導体装置。
- 前記有機半導体材料が、銅フタロシアニン、ポリ３ヘキシルチオフェン及びペンタセンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｐ型半導体材料であるか、或いは、ペリレン誘導体、Ｃ60及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｎ型半導体材料である、請求項１に記載の半導体装置。
- 前記第１電極及び前記第２電極の内、これら両電極間の少なくとも前記有機半導体材料層側が、前記混合物によって形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
- 前記ドーパントが表面に付着した金属粒子が前記導電性高分子材料に混合されている、請求項１に記載の半導体装置。
- ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極としての前記第１電極と、ドレイン電極としての前記第２電極と、チャンネル領域としての前記有機半導体材料層とからなる有機電界効果トランジスタとして構成された、請求項１に記載の半導体装置。
- 第１電極と、第２電極と、少なくともこれらの電極間に設けられた有機半導体材料層とを有し、前記有機半導体材料層を介して前記第１電極と前記第２電極との間で電荷を移動させるように構成された半導体装置において、前記第１電極及び前記第２電極が、導電層と、この導電層のうち前記両電極間の少なくとも前記有機半導体材料層側を被覆する導電性被覆層とによって形成され、この導電性被覆層が導電性高分子材料と電荷移動錯体との混合物からなる、半導体装置。
- 前記有機半導体材料層の導電型と、前記電荷移動錯体の導電型とが同じである、請求項９に記載の半導体装置。
- 前記導電性高分子材料が、
ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、 ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、 ポリフェニレンビニレン、ポリチェニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセ ン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン及びポリ エチレンジオキシチオフェンからなる群より選択された少なくとも一種の有機高分子材 料と、
ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フ ッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸 、ポリスチレンスルホン酸及びドデシルベンゼンスルホン酸からなる群より選ばれた少 なくとも一種との混合物からなる、請求項９に記載の半導体装置。 - 前記電荷移動錯体が、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン及びテトラシアノテトラフルオロキノジメタンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるアクセプタ分子であるか、或いは、テトラチアフルバレン、ペリレン及びメチレンジチオテトラセレナフルバレンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるドナー分子である、請求項９に記載の半導体装置。
- 前記導電層が、金、銅、銀、アルミニウム、白金及びパラジウムからなる群より選択された少なくとも一種によって形成されている、請求項９に記載の半導体装置。
- 前記有機半導体材料が、銅フタロシアニン、ポリ３ヘキシルチオフェン及びペンタセンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｐ型半導体材料であるか、或いは、ペリレン誘導体、Ｃ60及びカーボンナノチューブからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるｎ型半導体材料である、請求項９に記載の半導体装置。
- 前記電荷移動錯体が表面に付着した金属粒子が前記導電性高分子材料に混合されている、請求項９に記載の半導体装置。
- ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極としての前記第１電極と、ドレイン電極としての前記第２電極と、チャンネル領域としての前記有機半導体材料層とからなる有機電界効果トランジスタとして構成された、請求項９に記載の半導体装置。
- 請求項１〜請求項１６の何れか１項に記載の半導体装置を駆動素子として具備する光学装置。
- 電界発光装置、液晶表示装置又は太陽電池である、請求項１７に記載の光学装置。
- 請求項１〜請求項１６の何れか１項に記載の半導体装置によって構成されたセンサ装置。
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