JP2016184673A - 有機トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程により製造することが可能で、かつ、有機半導体膜の高結晶化が可能な有機トランジスタを提供する。
【解決手段】表面が絶縁体で構成された基板１と、基板１の上に、互いに離間して形成されたソース電極２及びドレイン電極３と、ソース電極２のうちドレイン電極３と対向する側面からソース電極２の上面に至り、かつ、ドレイン電極３のうちソース電極２と対向する側面からドレイン電極３の上面に至る底面を含む開口部を有して、基板１の表面と、ソース電極２の上面および側面と、ドレイン電極３の上面及び側面とに形成された親液層４と、親液層４の上面に形成された撥液層５と、開口部の内部及び上部に、親液層４における開口部の開口端となる側面に接するように形成された有機半導体膜６と、有機半導体膜６の上に形成されたゲート絶縁膜７と、ゲート絶縁膜７の上に形成されたゲート電極８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トップゲート構造の有機トランジスタに関するものである。

従来、有機トランジスタ等における有機半導体膜の微細パターニング手法として、ＳＡＭ（自己組織化単分子膜）を用いて基板表面等の下地に親液性の部分と撥液性の部分を形成し、表面の撥液性と親液性の違いを用いた塗分けや、フォトリソグラフィ法を用いてバンクを形成し、バンク上面の撥液性を利用した塗分けによるパターニング法などが提案されている。

また、特許文献１では、ソース電極およびドレイン電極の上面に撥液性の薄膜を形成し、各電極の側面に接するように有機半導体膜を形成することで薄膜トランジスタを製造する方法が提案されている。

特開２００９−２７２５２３号公報 国際公開第２００７／１１９７０３号パンフレット

上記の手法のうち、撥液性と親液性をＳＡＭで制御し、半導体膜の塗分けを行う手法では、半導体膜の形成法としてインクジェット法などによる塗分けが可能である。しかしながら、半導体膜として良質な結晶性薄膜を形成するために、特許文献２にあるような製造方法を用いた場合、ＳＡＭを用いた塗分けでは、半導体膜が不要な部分にも半導体膜が残ってしまい、良好な塗分けができない。

またバンクを用いた塗り分けでは、バンク材料自体やバンク材料に含まれる不純物の溶出により、良質な結晶性薄膜が得られないうえに、半導体膜が不純物で汚染されてしまうという問題があった。

また、特許文献１に記載の製造方法においても、ＳＡＭを用いた塗分けと同様にソース、ドレイン電極の撥液部分にも成膜されてしまい、良質な結晶性薄膜を良好に塗り分けることが出来ない。

このように、トップゲート構造の有機トランジスタにおける有機半導体膜の形成において、パターニング性と高結晶性の両立は非常に困難である。

本発明は上記点に鑑みて、簡易な工程により製造することが可能で、かつ、有機半導体膜の高結晶化が可能な有機トランジスタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面が絶縁体で構成された基板（１）と、基板の上に、互いに離間して形成されたソース電極（２）およびドレイン電極（３）と、ソース電極のうちドレイン電極と対向する側面からソース電極の上面に至り、かつドレイン電極のうちソース電極と対向する側面からドレイン電極の上面に至る底面を含む開口部（４ａ）を有して、基板の表面と、ソース電極の上面および側面と、ドレイン電極の上面および側面とに形成された親液層（４）と、親液層の上面に形成された撥液層（５）と、開口部の内部および上部に、親液層における開口部の開口端となる側面に接するように形成された有機半導体膜（６）と、有機半導体膜の上に形成されたゲート絶縁膜（７）と、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極（８）と、を備えることを特徴としている。

これによれば、有機トランジスタの製造工程において、撥液層を形成した後に有機半導体膜を形成することで、撥液層により有機半導体膜が選択的に成膜されるため、簡易な工程により有機トランジスタを製造することができる。また、有機トランジスタの製造工程において、ソース電極またはドレイン電極の上面で親液層の側面を起点に有機半導体結晶を成長させることで、有機半導体膜を高結晶化することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における有機トランジスタの断面図である。 第１実施形態における有機トランジスタの平面図である。 第１実施形態における有機トランジスタの製造方法を示す断面図である。 第１実施形態における有機トランジスタの製造方法を示す断面図である。 第１実施形態における有機トランジスタの製造方法を示す断面図である。 第２実施形態における有機トランジスタの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図５を用いて説明する。本実施形態の有機トランジスタは、ＴＧ（トップゲート）構造の有機ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）であり、基板１、ソース電極２、ドレイン電極３、親液層４、撥液層５、有機半導体膜６、ゲート絶縁膜７、ゲート電極８、ビアホール９、配線膜１０を備えている。

基板１は、表面がガラス等の絶縁体で構成されており、図１に示すように、基板１の上に、ソース電極２とドレイン電極３とが互いに離間して形成されている。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ソース電極２、ドレイン電極３は、基板１の表面に対する法線方向から見て、互いに形状および寸法が等しい長方形状とされており、互いの側面が平行となるように対向して配置されている。

なお、図２（ａ）は、後述する図４（ｂ）に示す工程において有機半導体膜６が成膜される前の有機トランジスタの構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図４（ｂ）に示す工程において有機半導体膜６が成膜された後の有機トランジスタの構成を示す平面図である。また、図２（ａ）は断面図ではないが、図を見やすくするために、ハッチングを示してある。

ソース電極２、ドレイン電極３は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）等の透明酸化物導電体、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリン等の高分子導電体等で構成される。ソース電極２、ドレイン電極３をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等のナノ粒子を用いたインクにより形成する場合、印刷法を適用してソース電極２、ドレイン電極３の成膜と同時に配線パターンの形成もできる。そのため、ソース電極２、ドレイン電極３をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等で構成することが好ましい。

基板１の表面、ソース電極２の上面および側面、ドレイン電極３の上面および側面には、親液層４が形成されている。親液層４は、ソース電極２のうちドレイン電極３と対向する側面からソース電極２の上面に至り、かつドレイン電極３のうちソース電極２と対向する側面からドレイン電極３の上面に至る底面を含む開口部４ａを有している。また、親液層４は、基板１の表面、ソース電極２の上面および側面、ドレイン電極３の上面および側面のうち、開口部４ａ以外の部分を覆っている。

親液層４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物で構成される。なお、ソース電極２、ドレイン電極３を金属で構成する場合、ソース電極２、ドレイン電極３を構成する金属と異なる金属の酸化物で親液層４を構成することが好ましい。また、親液層４の膜厚を均一にするため、ＡＬＤ（原子堆積法）やＣＶＤ等の手法で親液層４を成膜することが好ましい。

開口部４ａの底面は、ソース電極２およびドレイン電極３の側面については、ソース電極２のドレイン電極３に対向する側面の一部と、ドレイン電極３のソース電極２に対向する側面の一部のみを含むように形成されている。また、開口部４ａの底面には基板１の表面の一部も含まれており、図２（ａ）に示すように、開口部４ａは、基板１の表面に対する法線方向から見て、ソース電極２の各側面に平行な辺を有する長方形状とされている。

親液層４の上面には、撥液層５が形成されている。撥液層５は、ＳＡＭ（自己組織化単分子膜）により構成されており、ＳＡＭとして、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン、シラン誘導体、アルキルホスホン酸等のホスホン酸誘導体等を用いることができる。シラン誘導体は、例えば長鎖アルキル基を有するオクチルトリメトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン等のシランカップリング剤、フッ化アルキル基を有するトリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤である。特に、ＳＡＭとして、撥液性の高いフッ化アルキル鎖を有するものを用いることが好ましい。

図１、図２（ｂ）に示すように、開口部４ａの内部および上部には、親液層４における開口部４ａの開口端となる側面（端面）に接するように有機半導体膜６が形成されている。有機半導体膜６は、ゲート電極８へのゲート電圧の印加によりチャネルが形成されるものである。有機半導体膜６は、有機溶媒に対する可溶性があり、結晶構造を取り得る有機半導体材料、例えば、ＴＩＰＳペンタセン等のアセン誘導体、α−４Ｔ、Ｃ８−ＢＴＢＴ等のヘテロアセン誘導体で構成される。なお、有機半導体膜６を高結晶化するために、高結晶性半導体塗布手法、例えば特開２０１３−７７７９９号公報に示される塗布法（高結晶塗布法）により有機半導体膜６を成膜することが好ましい。

撥液層５および有機半導体膜６の上には、ゲート絶縁膜７が形成されている。ゲート絶縁膜７は、親液層４と同様に、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物で構成される。

ゲート絶縁膜７の上面のうち、有機半導体膜６の上方に位置する部分には、ゲート電極８が形成されている。ゲート電極８は、ソース電極２、ドレイン電極３と同様に、Ａｕ、Ａｇ等の金属、ＩＴＯ等の透明酸化物導電体、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の高分子導電体等で構成される。また、ソース電極２、ドレイン電極３と同様に、ゲート電極８を金属ナノ粒子で構成することが好ましい。

ドレイン電極３の上には、ビアホール９が形成されている。ビアホール９は、親液層４、撥液層５、ゲート絶縁膜７を貫通して形成されている。ビアホール９の内部およびゲート絶縁膜７の上面には、ゲート電極８と離間して配線膜１０が形成されており、配線膜１０により、ドレイン電極３が外部の配線と接続される。なお、図示しない配線により、ソース電極２およびゲート電極８も外部の配線と接続されている。

本実施形態の有機トランジスタの製造方法について説明する。

図３（ａ）に示す工程では、基板１の上にソース電極２およびドレイン電極３を形成する。ここでは、基板１をガラスで構成し、Ａｇナノインクを用いたインクジェット法により、膜厚を５０ｎｍとしてソース電極２およびドレイン電極３を形成する。

図３（ｂ）に示す工程では、基板１の表面のうちソース電極２、ドレイン電極３が形成されていない部分と、ソース電極２の上面および側面と、ドレイン電極３の上面および側面に、親液層４を形成する。ここでは、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）と水を原料とし、膜厚を１ｎｍとして、親液層４をＡＬＤ法により成膜し、ＡｌＯ_ｘで構成する。また、成膜温度を、後述する図４（ｃ）に示す工程での成膜温度よりも低くする。ここでは、成膜温度を１００℃とする。図３（ｂ）に示す工程での成膜温度を図４（ｃ）に示す工程での成膜温度よりも低くすることで、親液層４を構成するＡｌＯ_ｘの炭素濃度が、ゲート絶縁膜７を構成するＡｌＯ_ｘの炭素濃度よりも高くなる。

図３（ｃ）に示す工程では、親液層４の上に撥液層５を形成する。ここでは、自己組織化単分子材料（１Ｈ,１Ｈ,２Ｈ,２Ｈ−トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン）を有機溶剤に溶解させた溶液に、基板１を１２時間浸漬させることにより、撥液層５を構成するＳＡＭを形成する。

図３（ｄ）、図４（ａ）に示す工程では、開口部４ａを形成する。まず、図３（ｄ）に示す工程において、後に開口部４ａとなる部分と対応する位置の撥液層５を除去する。ここでは、フォトマスク１１を用いて真空紫外光を照射することにより、撥液層５を部分的に除去する。つぎに、図４（ａ）に示す工程において、撥液層５が除去された部分の親液層４を除去する。ここでは、親液層４を９０℃の水中に浸漬することにより、撥液層５が除去された部分の親液層４を除去する。このようにして、図２（ａ）、図４（ａ）に示すように開口部４ａが形成される。

図４（ｂ）に示す工程では、開口部４ａの内部および上部に、有機半導体膜６を形成する。ここでは、有機半導体材料としてＣ８−ＢＴＢＴを用いた高結晶塗布法により、有機半導体膜６を成膜する。

具体的には、図５（ａ）に示すように、半導体分子１２を含んだインク１３を、ノズル１４を通して開口部４ａおよび撥液層５の上に塗布する。このとき、図に示されるように、開口部４ａの内部と撥液層５との撥液性の差により、有機半導体膜６が選択的に成膜される。つまり、撥液層５は撥液性が高く、転落角が小さいため、インク１３は撥液層５の上には残らず、開口部４ａの内部および上部にのみ残る。

すると、図５（ｂ）に示すように、開口部４ａにおいて親液層４の側面を起点に有機半導体結晶が成長する。このとき、後述するように親液層４の膜厚が０．５ｎｍよりも小さいと、親液層４の側面が結晶成長の起点とならない。また、後述するように親液層４の膜厚が有機半導体膜６の膜厚である１５ｎｍよりも大きいと、コヒーステイン効果により、有機半導体膜６の膜厚が開口部４ａの外周部において大きくなり、中央部において小さくなる。このとき外周部からの結晶成長が支配的になり、中央部における半導体結晶の結晶粒径が小さくなってしまうため、有機半導体膜６の高結晶性が得られない。また、開口部４ａの底面がソース電極２、ドレイン電極３の上面を含まず、基板１の表面と、ソース電極２、ドレイン電極３の側面のみを含む場合も、ソース電極２およびドレイン電極３の膜厚が厚く、コヒーステイン効果により端部からの結晶成長が支配的となるため、結晶性が低下する。

本実施形態では、親液層４の膜厚が１ｎｍであり、また、開口部４ａの底面にソース電極２およびドレイン電極３の上面が含まれている。そのため、図５（ｃ）に示すように、結晶成長が図５の紙面上側にも十分に進むので、有機半導体膜６の端部からの結晶成長を抑制することができる。これにより、結晶成長が良好に進み、有機半導体膜６の上端付近において、ラフネスが少なく、電界効果での電気伝導に適した良好な結晶表面が得られる。

図４（ｃ）に示す工程では、撥液層５および有機半導体膜６の上面に、ゲート絶縁膜７を形成する。ここでは、ゲート絶縁膜７をＡｌＯ_ｘで構成する。図４（ｄ）に示す工程では、ゲート絶縁膜７の上面のうち、有機半導体膜６の上方に位置する部分にゲート電極８を形成する。また、図４（ｄ）に示す工程では、ドレイン電極３の上に、親液層４、撥液層５、ゲート絶縁膜７を貫通するビアホール９を形成し、ビアホール９の内部およびゲート絶縁膜７の上面に、ゲート電極８と離間して配線膜１０を形成する。ここでは、エッチング等によりビアホール９を形成する。

発明者が上記の方法により本実施形態の有機トランジスタを製造したところ、基板１のうちソース電極２、ドレイン電極３が形成されていない部分の上方において、撥液層５の上面の水に対する接触角は１０８°、水の転落角は３．２°であった。また、ソース電極２、ドレイン電極３の上方において、撥液層５の上面の水に対する接触角は１０９°、水の転落角は３．１°であった。

また、開口部４ａの内部において、基板１の表面の水に対する接触角は２６°、ソース電極２およびドレイン電極３の上面の水に対する接触角は４７°であった。また、開口部４ａの内部において、基板１の表面が水平面に対し９０°まで傾いても基板１の表面に置かれた水が転落せず、基板１の表面の水の転落角は測定不能であった。同様に、開口部４ａの内部において、ソース電極２およびドレイン電極３の上面の水の転落角も測定不能であった。

また、撥液層５の膜厚は２ｎｍ、有機半導体膜６の中央部の膜厚は１５ｎｍ程度であった。

本実施形態の有機トランジスタと、比較例１、比較例２の特性を表１に示す。比較例１は、図３（ａ）に示す工程の後、シャドウマスクを通した真空蒸着法により有機半導体膜６を成膜し、ゲート絶縁膜７、ゲート電極８、ビアホール９、配線膜１０を形成することにより製造された有機トランジスタである。比較例２は、図３（ａ）に示す工程の後、有機半導体膜６を高結晶塗布法により全面に成膜し、フォトリソグラフィ法とＯ_２プラズマアッシングにより有機半導体膜６のパターンを形成し、ゲート絶縁膜７等を形成することにより製造された有機トランジスタである。

表１に示すように、本実施形態の有機トランジスタでは、比較例１、比較例２に比べて特性が向上していることがわかる。例えば、比較例１、比較例２の移動度がそれぞれ０．２２ｃｍ^２／Ｖ・ｓ、１．５８ｃｍ^２／Ｖ・ｓであるのに対し、本実施形態の移動度は２．１３ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、比較例１、比較例２に比べて大きい。また、比較例１、比較例２の閾値がそれぞれ−１．６２Ｖ、−１．１Ｖであるのに対し、本実施形態の閾値は−０．９Ｖであり、比較例１、比較例２に比べて絶対値が小さい。また、比較例１、比較例２のＯｎ．Ｏｆｆ比がそれぞれ１０^４、１０^５より大きく、１０^６より小さい値であるのに対し、本実施形態のＯｎ．Ｏｆｆ比は１０^６より大きい値であり、比較例１、比較例２に比べて大きい。

本実施形態では、図４（ｂ）に示す工程において、撥液層５により有機半導体膜６が選択的に成膜されるため、簡易な工程により有機トランジスタを製造することができる。

また、本実施形態では、親液層４が適切な膜厚であり、開口部４ａの底面にソース電極２およびドレイン電極３の上面が含まれているため、パターン端部の影響が抑制され、有機半導体膜６の中央部の結晶粒径が小さく、膜厚が薄くなることが抑制される。

例えば、本実施形態では、有機半導体膜６の中央部の膜厚は、親液層４の膜厚よりも大きく、さらに、親液層４の膜厚と撥液層５の膜厚を足したものよりも大きい。つまり、親液層４の膜厚は、有機半導体膜６の中央部の膜厚から撥液層５の膜厚を引いたものよりも小さい。

このように、本実施形態では、有機半導体膜６の中央部の膜厚が小さくなることを抑制することにより、結晶成長を良好に進め、有機半導体膜６を高結晶化することができる。

なお、従来の有機トランジスタの製造方法のうち、バンクを用いた塗り分けでは、バンクは有機半導体膜よりも膜厚が大きい。また、ＳＡＭを用いて基板表面等の下地に親液性の部分と撥液性の部分を形成することによる塗り分けでは、ＳＡＭは有機半導体膜よりも膜厚が小さいが、ＳＡＭは撥液性であり、有機半導体膜を構成する材料の結晶成長の起点となる部分がない。そのため、規則的な結晶成長が起きず、有機半導体膜の高結晶性が得られない。

また、本実施形態では、コヒーステイン効果により有機半導体膜６の中央部の膜厚が小さくなることを抑制して、有機半導体膜６の表面平滑性を向上させている。そのため、トップゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいてチャネルが形成される部分、つまり、有機半導体膜６の上端付近の結晶性が高くなり、有機トランジスタの移動度等の特性を向上させることができる。

また、従来の有機トランジスタの製造方法のうち、ＳＡＭを用いて基板表面等の下地に親液性の部分と撥液性の部分を形成することによる塗り分けでは、ＳＡＭを形成する際に、下地となる電極を構成する材料等の影響を受ける。これに対し、本実施形態では、親液層４を下地としてＳＡＭを形成しているため、ソース電極２、ドレイン電極３を構成する材料の影響を受けずに撥液層５を形成することができ、さらに簡易な工程で有機トランジスタを製造することができる。

また、本実施形態では、親液層４とゲート絶縁膜７とをＡｌＯ_ｘで構成している。このように、親液層４とゲート絶縁膜７とを同じ材料で構成することで、または、親液層４とゲート絶縁膜７とを同一の元素を含む材料で構成することで、親液層４とゲート絶縁膜７とを同じ条件でエッチングすることができる。そのため、図４（ｄ）に示す工程において、親液層４とゲート絶縁膜７とを同時に加工することが可能であるので、さらに簡易な工程により有機トランジスタを製造することができる。

また、本実施形態では、図３（ｂ）に示す工程での成膜温度を図４（ｃ）に示す工程での成膜温度よりも低くしているため、親液層４を構成する材料は、ゲート絶縁膜７を構成する材料よりも炭素濃度が高い。そのため、親液層４は、ゲート絶縁膜７よりもエッチングによる加工が容易になり、図４（ｄ）に示す工程において、ビアホール９を良好に形成することができる。

また、親液層４を構成する材料の炭素濃度を高くすることで、開口部４ａを形成する際にも、親液層４のエッチングによる加工が容易になる。そのため、開口部４ａにおける親液層４の断面の平滑性が高くなり、良好な結晶成長の起点となるため、有機半導体膜６をさらに高結晶化することができる。

なお、表２に示すように、有機半導体膜６の配向度は親液層４の膜厚により変化する。

つまり、親液層４の膜厚が０．２ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍのとき、配向度はそれぞれ２４％、６３％、７８％、８２％、５２％、８％である。また、親液層４の膜厚が０．５ｎｍ、１ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍの場合では所望のパターンが得られており、親液層４の膜厚が０．２ｎｍの場合では所望のパターンが得られていない。また、表２に示す判定において、所望のパターンが得られており、かつ、配向度が５０％以上であるものを良品とした。

このように、親液層４の膜厚が０．２ｎｍと小さすぎる場合、所望のパターンが得られず、配向度も低い。また、親液層４の膜厚が有機半導体膜６の膜厚である１５ｎｍ以上になると、コヒーステイン効果によるパターン端部の影響が大きくなり、配向度が落ちる。例えば、親液層４の膜厚が１５ｎｍのときの配向度は５０％以上であるが、親液層４の膜厚が０．５ｎｍ、１ｎｍ、１０ｎｍのときに比べると低い。そのため、親液層４の膜厚を０．５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが好ましく、親液層４の膜厚を０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。

また、本実施形態では、有機半導体膜６と接する面、つまり、開口部４ａの内部における親液層４の側面が親液性であるため、インク１３のピニングが可能であり、加工精度を向上させることができる。なお、有機半導体層６を開口部４ａにのみ形成するために、撥液層５における水の転落角が、親液層４の有機半導体膜６と接する側面における水の転落角よりも小さいことが好ましく、また、その差が大きいことが好ましい。

また、有機半導体層６を開口部４ａにのみ形成するために、撥液層５における水の転落角と、基板１の表面、ソース電極２およびドレイン電極３の上面のうち、開口部４ａの底面に含まれる部分における水の転落角との差が大きいことが好ましい。具体的には、撥液層５における水の転落角が、基板１の表面、ソース電極２およびドレイン電極３の上面における水の転落角よりも１°以上小さいことが好ましい。

また、高結晶塗布法では、インク１３の乾燥とほぼ同時に結晶膜が成膜されるため、撥液層５の表面における水の転落角が、場所により大きく変化する場合、図４（ｂ）に示す工程において、インク１３が、場所による転落角の差が大きい部分に引っかかる。例えば、撥液層５の基板１の上部における水の転落角と、撥液層５のソース電極２およびドレイン電極３の上部における水の転落角との差が大きい場合、インク１３が、基板１の上部と、ソース電極２およびドレイン電極３の上部との境界付近に引っかかる。これにより、インク１３の引っかかる部分で有機半導体膜が形成され、所望のパターンが得られにくくなり、有機半導体膜６の結晶性が低下する。

そのため、例えば、撥液層５の基板１の上部における水の転落角と、撥液層５のソース電極２およびドレイン電極３の上部における水の転落角との差が小さいことが好ましい。具体的には、撥液層５の基板１の上部における水の転落角と、撥液層５のソース電極２およびドレイン電極３の上部における水の転落角との差が１°以内であることが好ましい。

本実施形態では、図３（ｂ）、（ｃ）に示す工程において、基板１の上面、ソース電極２、ドレイン電極３の表面のうち、基板１とソース電極２、ドレイン電極３が接していない部分の全面に親液層４を形成し、親液層４の上に撥液層５を形成している。そのため、撥液層５を構成するＳＡＭを形成する際に下地となる部分がすべて親液層４であるので、場所によるＳＡＭの密度の差が小さくなり、転落角の差が小さくなる。これにより、インク１３の引っかかりによる有機半導体膜６の結晶性の低下を抑制し、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

また、撥液層５の表面平滑性が低い場合、図４（ｂ）に示す工程においてインク１３が撥液層５の表面の凹凸に引っかかり、インク１３の引っかかる部分で有機半導体膜が形成される。これにより、所望のパターンが得られにくくなり、また、有機半導体膜６の結晶性が低下する。

そのため、撥液層５の表面平滑性が高いことが好ましい。具体的には、撥液層５の表面のＲａ（算術平均粗さ）が１ｎｍ以下であり、かつ、基板１、ソース電極２、およびドレイン電極３の表面の算術平均粗さの９０％以上１１０％以下であることが好ましい。つまり、Ｒａ４が１ｎｍ以下であり、０．９Ｒａ１≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ１、０．９Ｒａ２≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ２、０．９Ｒａ３≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ３であることが好ましい。ここで、Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ４はそれぞれ、基板１、ソース電極２、およびドレイン電極３、撥液層５の表面の算術平均粗さである。

また、図３（ｄ）に示す工程の後、親液層４を除去せずに有機半導体膜６を形成した場合、有機半導体膜６と、ソース電極２およびドレイン電極３との間のコンタクト抵抗が増加する。これに対し、本実施形態では、有機半導体膜６を形成する前に、図４（ａ）に示す工程において親液層４を部分的に除去し、開口部４ａを形成している。これにより、コンタクト抵抗の増加を抑制し、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態ではソース電極２、ドレイン電極３をＡｇで構成している。Ａｇ、Ｃｕは酸化しやすいが、図４（ａ）に示す工程で開口部４ａを形成する際、ソース電極２、ドレイン電極３の上には親液層４が形成されており、また、温水を用いてエッチングを行っている。そのため、パターニング加工時におけるソース電極２、ドレイン電極３、図示しない配線の酸化を抑制し、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

また、従来の有機トランジスタの製造方法のうち、バンクを用いた塗り分けでは、バンクは有機系の材料で構成され、溶媒耐性が低いため、有機トランジスタの製造工程においてバンクが溶け、有機半導体膜に不純物が混ざり、有機トランジスタの特性が低下する。

これに対し、本実施形態では、親液層４を無機系の材料で構成しているため、親液層４の溶媒耐性が高い。そのため、有機トランジスタの製造工程において親液層４が溶け、有機半導体膜６に不純物が混ざることを抑制し、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、高分子で構成したバンクを用いて塗り分けする場合に比べて、ソース電極２とドレイン電極３の間の絶縁性が高いため、ソース電極２とドレイン電極３の間におけるリーク電流の発生を抑制することができる。

また、従来の有機トランジスタの製造方法のうち、レジストを用いたアッシングでは、有機半導体膜がアッシングにより損傷を受け、移動度が低下する。これに対し、本実施形態では、撥液層５により有機半導体膜６が選択的に成膜されるため、有機半導体膜６の損傷による移動度の低下を抑制し、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して開口部４ａの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、開口部４ａは、図６（ａ）に示すように、基板１の表面に対する法線方向から見て、基板１のうちソース電極２とドレイン電極３に挟まれた部分を囲む六角形状とされている。

この六角形は、第１実施形態における開口部４ａを構成する長方形を図２の紙面上下方向におけるソース電極２、ドレイン電極３の外側まで拡大し、図２の紙面左側の２つの角を削ったものである。

また、有機半導体膜６は、このような形状の開口部４ａの内部および上部に形成されることにより、基板１の表面のうちソース電極２とドレイン電極３に挟まれた部分の全域を覆っている。

開口部４ａがこのような形状とされている有機トランジスタは、第１実施形態の図３（ｄ）に示す工程において、フォトマスク１１のパターンを変更することで製造することができる。また、本実施形態では、このような形状の開口部４ａの内部および上部に、有機半導体膜６をソース電極２からドレイン電極３へ向けて成膜している。

図６（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第１実施形態、本実施形態における有機半導体膜６の結晶粒界を示す平面図である。図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態では、チャネル方向、つまり、ソースドレイン間電流が流れる方向を横切るような結晶粒界が第１実施形態に比べて減少していることがわかる。

また、表１に示すように、本実施形態の移動度は２．８３ｃｍ^２／Ｖ・ｓ、閾値は−１．０Ｖ、Ｏｎ．Ｏｆｆ比は１０^６より大きい値であり、本実施形態の有機トランジスタは、第１実施形態の有機トランジスタに比べて移動度が大きい。

このような構成とした有機トランジスタにおいても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、開口部４ａの図２の紙面上下方向の端部においては有機半導体膜６の結晶粒界が多くなるが、本実施形態では、開口部４ａを図２の紙面上下方向におけるソース電極２、ドレイン電極３の外側まで拡大している。つまり、結晶粒界が多く発生する部分を、有機半導体膜６のうちチャネルが形成される部分の外側に配置している。これにより、有機半導体膜６において、チャネル方向、つまり、ソースドレイン間電流が流れる方向を横切るような結晶粒界を減少させ、移動度を向上させて、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

また、図４（ｂ）に示す工程では、ノズル１４はソース電極２からドレイン電極３の向きに移動し、有機半導体膜６はソース電極２からドレイン電極３へ向けて成膜される。そのため、結晶成長は、開口部４ａにおける親液層４の側面のうち、主にチャネル方向に垂直なソース電極２側の側面を起点として、ドレイン電極３へ向けて進む。しかし、結晶成長は、親液層４の他の側面も起点として、チャネル方向に垂直な方向へも進む。そのため、図２における開口部４ａのソース電極２側の角に近接する部分においては、チャネル方向に平行な方向に進む結晶成長が、チャネル方向に垂直な方向に進む結晶成長により妨げられ、有機半導体膜６において、チャネル方向を横切る結晶粒界が多くなる。これに対し、本実施形態では、図２における開口部４ａのソース電極２側にある２つの角を削り、チャネル方向と垂直な方向に結晶成長が進むことを抑制している。これにより、チャネル方向を横切る結晶粒界を減少させ、有機トランジスタの特性をさらに向上させることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、有機半導体膜６を高結晶塗布法により成膜したが、スライドコート法等、他の高結晶性半導体塗布手法により有機半導体膜６を成膜してもよい。

また、上記第１実施形態では、図５に示すように、有機半導体膜６をソース電極２からドレイン電極３へ向けて成膜しているが、有機半導体膜６をドレイン電極３からソース電極２へ向けて成膜してもよい。また、上記第２実施形態において、開口部４ａの形状を図６（ａ）、（ｃ）の紙面左右方向、つまり、チャネル方向において逆向きにし、有機半導体膜６をドレイン電極３からソース電極２へ向けて成膜してもよい。

また、上記第１実施形態では親液層４を９０℃の水中に浸漬することにより、撥液層５が除去された部分の親液層４を除去したが、アルカリ水溶液、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）３％以下水溶液や燐酸を含む混酸を用いたエッチングにより、親液層４を除去してもよい。

また、上記第１、第２実施形態では、基板１の表面に対する法線方向から見た開口部４ａの形状を、それぞれ長方形状、六角形状としたが、開口部４ａの形状を他の形状としてもよい。例えば、基板１の表面に対する法線方向から見た開口部４ａの形状を、第１実施形態における開口部４ａを構成する長方形を図２の紙面上下方向におけるソース電極２、ドレイン電極３の外側まで拡大し、図２の紙面左側の端部を外側に凸となるように湾曲させた形状としてもよい。また、上記第１、第２実施形態とは異なる位置に、ソース電極２のうちドレイン電極３と対向する側面からソース電極２の上面に至り、かつドレイン電極３のうちソース電極２と対向する側面からドレイン電極３の上面に至る底面を含む開口部４ａを形成してもよい。このように、開口部４ａの形状および位置を変化させることで、高結晶度有機半導体膜を形成する領域を変化させることができる。

１ 基板
２ ソース電極
３ ドレイン電極
４ 親液層
５ 撥液層
６ 有機半導体膜
７ ゲート絶縁膜
８ ゲート電極

Claims (8)

1. 表面が絶縁体で構成された基板（１）と、
   前記基板の上に、互いに離間して形成されたソース電極（２）およびドレイン電極（３）と、
   前記ソース電極のうち前記ドレイン電極と対向する側面から前記ソース電極の上面に至り、かつ前記ドレイン電極のうち前記ソース電極と対向する側面から前記ドレイン電極の上面に至る底面を含む開口部（４ａ）を有して、前記基板の表面と、前記ソース電極の上面および側面と、前記ドレイン電極の上面および側面とに形成された親液層（４）と、
   前記親液層の上面に形成された撥液層（５）と、
   前記開口部の内部および上部に、前記親液層における前記開口部の開口端となる側面に接するように形成された有機半導体膜（６）と、
   前記有機半導体膜の上に形成されたゲート絶縁膜（７）と、
   前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極（８）と、を備えることを特徴とする有機トランジスタ。
2. 前記ソース電極および前記ドレイン電極の間における前記有機半導体膜の中央部の厚みが、前記親液層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
3. 前記有機半導体膜が、前記基板の表面のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれた部分の全域を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
4. 前記撥液層における水の転落角が、前記基板の表面、前記ソース電極および前記ドレイン電極の上面における水の転落角よりも１°以上小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
5. 前記親液層の厚みが０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
6. 前記親液層と前記ゲート絶縁膜とが同一の元素を含む材料で構成され、
   前記親液層を構成する材料が、前記ゲート絶縁膜を構成する材料よりも炭素濃度が高いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
7. 前記開口部における前記基板、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記撥液層の表面の算術平均粗さをそれぞれＲａ１、Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ４としたとき、
   Ｒａ４が１ｎｍ以下であり、０．９Ｒａ１≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ１、０．９Ｒａ２≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ２、０．９Ｒａ３≦Ｒａ４≦１．１Ｒａ３、であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
8. 前記撥液層の前記基板の上部における水の転落角と、前記撥液層の前記ソース電極および前記ドレイン電極の上部における水の転落角との差が１°以内であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
   

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