JP2013038127A - 有機トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁性の基板と、基板上に相互間に間隔を設けて配置され、各々台状平面を形成する一対の絶縁性の台座2、3と、一方の台座が形成する台状平面上に設けられたソース電極4と、他方の台座が形成する台状平面上に設けられたドレイン電極5と、一対の台座の間の基板上に設けられたゲート電極6と、ソース電極及びドレイン電極の上面に接触させて配置された有機半導体層7とを備える。ゲート電極と有機半導体層の下面とはギャップ領域8を介在させて上下方向に対向し、ギャップ領域に面する台座の側面は、上側端縁に対して下側端縁がゲート電極から遠ざかる側に後退した形状を有する。
【選択図】図1
Description
|IG/VG|=ωCG
すなわち、
|IG|=ωCG|VG| (1)
と表すことができる。
有機半導体材料36とソース、ドレイン電極34、35との間の接触抵抗が無視できるとき、
R=RCH=(1/σ)×(L/W)
となり、ソース電極34からドレイン電極35に流れるドレイン電流IDは、σ=neμより、ドレイン電圧をVDとして、下記の式(2)により表すことができる。
従って、式(1)、式(2)より、|IG|=|ID|としてω=2πfCを代入すれば、下記の式が得られる。
ciWLは、チャネル部分の静電容量に相当し、(ciWL/CG)の項は、チャネル部分の静電容量と、寄生容量を含めたゲート容量全体との比であり、応答速度がこの比に比例することを表している。
接触抵抗の和をRP=RPS+RPDとし、R=RCH+RPとすると、式(2)、式(4)を用いて実効移動度μeffと材料本来の電荷移動度μとの関係を整理すると、下記の式のように表される。
この式において、接触抵抗RP=0のとき、確かにμeff=μとなることが確認できる。
fC={μeffVD/(2πL2)}×(ciWL/CG) (6)
となり、短チャネル化とともに実効移動度μeffが低下してしまう場合は、動作周波数を上げることができないことがわかる。このように、有機トランジスタの動作速度の高速化のためには、接触抵抗の影響を極力低減させて短チャネルデバイスを構築することが、非常に重要である。
図1は、実施の形態1における有機トランジスタの構造を示す断面図である。この有機トランジスタは、絶縁性の基板1の上に形成された一対の台座2、3を有する。台座2、3は、基板1の上面に対して段差を有する台状平面2a、3aを形成し、相互間に間隙を設けて対向している。
台座を2層で作製する例としては、日本化薬(株)社のPMGI、LORなど(全て登録商標)のアンダーカットの形成が可能なフォトレジストを用いることができる。
図6は、実施の形態2における有機トランジスタの構造を示す断面図である。本実施の形態は、実施の形態1における有機半導体層7に代えて、支持基板11上に有機半導体層12が形成された半導体層部材13を用いることが特徴である。従って、実施の形態1の要素と同一の要素には同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
図8A、図8Bは、実施の形態3における有機トランジスタの構造を示す断面図である。本実施の形態は、実施の形態1のようなギャップ領域8の全域が気体層からなる構成に代えて、ギャップ領域の少なくとも一部が絶縁性固体(或いは封止材)で形成された構成を有することを特徴とする。なお、実施の形態1の要素と同一の要素には同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
図9A、図9Bは、実施の形態4における有機トランジスタの構造を示す断面図である。本実施の形態は、実施の形態1のようなギャップ領域8の全域が気体層からなる構成に代えて、ギャップ領域の少なくとも一部がイオン液体で形成された構成を有することを特徴とする。なお、実施の形態1の要素と同一の要素には同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
2、3、9、10 台座
2a、3a、9a、10a 台状平面
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6 ゲート電極
7、12 有機半導体層
8 ギャップ領域
9b、10b 段差部
11 支持基板
13 半導体部材
14 絶縁性固体
15 気体部
16、16a イオン液体
Claims (12)
- 絶縁性の基板と、
前記基板上に相互間に間隔を設けて配置され、各々台状平面を形成する一対の絶縁性の台座と、
一方の前記台座が形成する前記台状平面上に設けられたソース電極と、
他方の前記台座が形成する前記台状平面上に設けられたドレイン電極と、
前記一対の台座の間の前記基板上に設けられたゲート電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面に接触させて配置された有機半導体層とを備え、
前記ゲート電極と前記有機半導体層の下面とはギャップ領域を介在させて上下方向に対向し、
前記ギャップ領域に面する前記台座の側面は、上側端縁に対して下側端縁が前記ゲート電極から遠ざかる側に後退した形状を有することを特徴とする有機トランジスタ。 - 前記ギャップ領域に面する前記台座の側面は、前記下側端縁から前記上側端縁に向かって逆テーパを形成している請求項1に記載の有機トランジスタ。
- 前記ソース電極と前記ドレイン電極間のチャネル方向を含むチャネル方向断面における前記台座の形状は、逆メサ型である請求項2に記載の有機トランジスタ。
- 前記ギャップ領域に面する前記台座の側面は、前記ゲート電極に対向する部分を含む前記下側端縁の側の一定高さの領域が、当該領域よりも前記上側端縁の側に対して段差を形成して後退し、逆階段状となっている請求項1に記載の有機トランジスタ。
- 支持基板上に前記有機半導体層が形成された半導体層部材を備え、
前記有機半導体層側の面を前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向させて、前記半導体層部材が前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に載置されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機トランジスタ。 - 前記ギャップ領域中の少なくとも一部が絶縁性固体からなり、前記絶縁性固体の誘電率が1よりも大きい請求項1〜5のいずれか1項に記載に記載の有機トランジスタ。
- 前記ギャップ領域の全域がイオン液体からなる請求項1〜5のいずれか1項に記載に記載の有機トランジスタ。
- 前記ギャップ領域中の、少なくとも前記有機半導体層に接する部分が前記絶縁性固体からなり、前記絶縁性固体以外の部分がイオン液体からなる請求項6に記載に記載の有機トランジスタ。
- 前記ソース電極と前記ドレイン電極間の距離であるチャネル長Lが20μm以下である請求項1〜8のいずれか1項に記載に記載の有機トランジスタ。
- 前記台座の高さdが、前記チャネル長Lに対して、d≦L/2μmの関係を満足する請求項9に記載に記載の有機トランジスタ。
- 絶縁性の基板上に、各々台状平面を形成する一対の絶縁性の台座を相互間に間隔を設けて形成し、
一方の前記台座が形成する前記台状平面にソース電極を形成し、他方の前記台座が形成する前記台状平面にドレイン電極を形成するとともに、前記一対の台座の間の前記基板上にゲート電極を形成し、
予め作製された有機半導体層を、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面に接触させて載置して、前記ゲート電極と前記有機半導体層の下面の間にギャップ領域を形成し、
前記台座を形成する工程では、前記ギャップ領域に面する前記台座の側面を、上側端縁に対して下側端縁が前記ゲート電極から遠ざかる側に後退した形状とすることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。 - 支持基板上に前記有機半導体層を形成した半導体層部材を作製し、
前記有機半導体層側の面を前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向させて、前記半導体層部材を前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に載置する請求項7に記載の有機トランジスタの製造方法。
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