JP2017069528A - 能動素子、および能動素子の製造方法 - Google Patents

能動素子、および能動素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、材料費を抑えつつ必要な動作速度を確保することができる能動素子と、その製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の能動素子１は；基材２と；基材２の一方主面上の第１電極５と；第１電極５と隣り合って配置されている第２電極６と；基材２の一方主面上であって、少なくとも第１電極５と第２電極６の間の領域を覆うように形成されている有機半導体層９と、を有し；上側第１電極５Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第１電極５Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高く；上側第２電極６Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第２電極６Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高く；上側第１電極５Ｂの導電率が、下側第１電極５Ａの導電率よりも高く；上側第２電極６Ｂの導電率が、下側第２電極６Ａの導電率よりも高いものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体層に有機半導体を用いた能動素子に関するものである。
近年、能動素子の薄型化、フレキシブル化、軽量化、大面積化等の要望が高まるにつれて、基材材料としてはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）やポリイミド（ＰＩ）等の高分子フィルムが使用されている。これに伴い、半導体層として、当該フィルムの耐熱温度以下で成膜が可能な有機半導体を用いた能動素子が種々開発されている。有機半導体を用いた能動素子の電極材料は、有機半導体との間のエネルギー障壁が小さく、導電率の高いＡｕが使用されている（例えば、非特許文献１を参照）。
岩佐義宏、竹延大志、"有機トランジスタ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００８年、応用物理学会、［２０１５年９月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｓａｐ．ｏｒ．ｊｐ／ｅｄｉｔｏｒｉａｌ／ＫＩＳＯ−ｓａｍｐｌｅ／ＱＯＢＵ０４１４．ｐｄｆ＞
能動素子の電極材料へのＡｕの使用は、能動素子の性能の向上には寄与するものの、材料費の増大が懸念されるため、安価に能動素子を製造したい場合に障害になるおそれがある。
そこで、本発明は、材料費を抑えつつ必要な動作速度を確保することができる能動素子と、その製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、Ａｕの代替となる電極材料について検討した。電極材料としては、導電率が高く安価に得られるＣｕが工業生産上適しているが、Ｃｕは有機半導体との間のエネルギー障壁が比較的高いため高いキャリア注入効率を得るためには課題がある。そこで本発明者は、材料費を抑えながらもＡｕ並みの性能を有する電極材料を検討する中で、電極を複数の材料を組み合わせて積層構造とすることに想到した。そして、この上下２層の積層構造を有する電極において、有機半導体層と接触しやすい下側電極には高いキャリア注入効率を有する材料を、下側電極よりも有機半導体層と接触しにくい上側電極には高い導電性を有する材料を用いることを見出した。
上記目的を達成し得た本発明の能動素子は；基材と；基材の一方主面上に形成されている下側第１電極と、下側第１電極上に形成されている上側第１電極と、を含む第１電極と；基材の一方主面上に形成されている下側第２電極と、下側第２電極上に形成されている上側第２電極と、を含み、第１電極と隣り合って配置されている第２電極と；基材の一方主面上であって、少なくとも第１電極と第２電極の間の領域を覆うように形成されている有機半導体層と、を有し；上側第１電極と有機半導体層の間のエネルギー障壁が、下側第１電極と有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く；上側第２電極と有機半導体層の間のエネルギー障壁が、下側第２電極と有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く；上側第１電極の導電率が、下側第１電極の導電率よりも高く；上側第２電極の導電率が、下側第２電極の導電率よりも高いことを特徴とする。電極と有機半導体層の間のエネルギー障壁はキャリア注入効率に影響するため、本発明の能動素子は、上側第１電極−有機半導体層のキャリア注入効率よりも下側第１電極−有機半導体層のキャリア注入効率が高く、上側第２電極−有機半導体層のキャリア注入効率よりも下側第２電極−有機半導体層のキャリア注入効率が高いものである。このため、下側に配置される下側第１電極、下側第２電極では有機半導体層との電荷の授受がなされやすい。一方、本発明の能動素子は、上側第１電極の導電率が下側第１電極の導電率よりも高く、上側第２電極の導電率が下側第２電極の導電率よりも高いものである。このため、上側に配置される上側第１電極、上側第２電極では、下側に配置される電極から、或いは下側に配置される電極へ電気伝導がなされやすくなるため、動作速度を高められる。このように、本発明の能動素子は第１電極と第２電極が積層構造であり、上側と下側で電極材料および形状を独立して設計できるため、良好な動作特性と安価な材料の選択可能性を両立できるものである。
基材の面方向において、上側第１電極の少なくとも一部が、下側第１電極よりも内側に配置されており、基材の面方向において、上側第２電極の少なくとも一部が、下側第２電極よりも内側に配置されていることが好ましい。上側第１電極の少なくとも一部が、下側第１電極より内側に配置されていれば、下側第１電極と有機半導体層との接触面積を増加させることができ、電極から有機半導体層には効率的にキャリアが注入されるため、能動素子の動作速度を高められる。下側第２電極と上側第２電極についても同様である。
下側第１電極の端から上側第１電極の端までの距離が、基材の面方向において１ｎｍ以上２０μｍ以下であり、下側第２電極の端から上側第２電極の端までの距離が、基材の面方向において１ｎｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。上記のとおり下限を設定することにより、下側第１電極と有機半導体層、或いは下側第２電極と有機半導体層の接触面積が増えるため、キャリア注入効率を高めることができる。また、上記のとおり上限を設定することにより、能動素子を安定して動作させることができる。
基材の面方向において、有機半導体層が、下側第１電極上であって下側第１電極の端から上側第１電極の端の間と、下側第２電極上であって下側第２電極の端から上側第２電極の端の間に配置されていることが好ましい。これにより、下側第１電極と有機半導体層、および下側第２電極と有機半導体層との接触面積が増加するため、電荷の授受がなされやすくなる。
基材の厚み方向において、上側第１電極の少なくとも一部が下側第１電極と有機半導体層の間に配置されており、上側第２電極の少なくとも一部が下側第２電極と有機半導体層の間に配置されていることが好ましい。これにより、有機半導体層と下側第１電極、および有機半導体層と下側第２電極との接触面積を増加させることができる。また、上側電極と有機半導体層の接触面積も増加し、ここでも電荷の授受がなされやすくなるため、能動素子の動作に寄与するキャリア数を増加することができ、能動素子の動作速度が高められる。
上側第１電極、下側第１電極、上側第２電極、下側第２電極は、電極部と、電極部よりも幅狭に形成されている配線部と、をそれぞれ有しており、基材の面方向において、上側第１電極の電極部は、下側第１電極の電極部よりも内側に配置されており、基材の面方向において、上側第２電極の電極部は、下側第２電極の電極部よりも内側に配置されていることが好ましい。下側第１電極と有機半導体層、或いは下側第２電極と有機半導体層の接触面積を増加させることができる。
第１電極と第２電極に挟まれている領域が蛇行していることが好ましい。これにより、第１電極と有機半導体層、或いは第２電極と有機半導体層の接触長さが増加するため、第１電極と第２電極の間に流れる電流を大きくすることができる。
下側第１電極および下側第２電極の材料がＩＴＯであり、上側第１電極および上側第２電極の材料がＣｕであることが好ましい。ＩＴＯは、有機半導体層との間のエネルギー障壁が低く、有機半導体層へのキャリア注入効率が高いからである。Ｃｕは導電率が高いため、能動素子の動作速度の向上に寄与する。また、Ｃｕは安価であるから、能動素子の生産性を高めることができる。
有機半導体層上に形成されている絶縁層と、絶縁層上に形成されている第３電極と、を有することが好ましい。これにより、トップゲート型のトランジスタを構成することができる。
基材の一方主面上に形成されている第３電極と、第３電極上に形成されている絶縁層と、を有し、第１電極、第２電極、有機半導体層が、絶縁層上に形成されていることが好ましい。これにより、ボトムゲート型のトランジスタを構成することができる。
基材の他方主面上に形成されている第３電極を有することが好ましい。これにより、基材がゲート絶縁膜を兼ねているトランジスタを構成することができる。
上記目的を達成し得た本発明の能動素子の製造方法は；基材の一方主面上に第１導電層を形成する工程と；第１導電層上に第２導電層を形成する工程と；第２導電層上にマスク層を形成する工程と；第１導電層および第２導電層をエッチング液に接触させて、第１導電層および第２導電層のマスク層で覆われていない領域を除去することにより、基材の一方主面上に、下側第１電極と下側第１電極上の上側第１電極とを有する第１電極と、下側第２電極と下側第２電極上の上側第２電極とを有しており、第１電極と隣り合って配置されている第２電極と、を形成する工程と；基材の一方主面上であって、少なくとも第１電極と第２電極の間の領域を覆うように有機半導体層を形成する工程と、を含み；第２導電層と有機半導体層の間のエネルギー障壁が、第１導電層と有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く；第２導電層の導電率が、第１導電層の導電率よりも高いことを特徴とする。本発明では、下側第１電極、上側第１電極、下側第２電極、上側第２電極を一緒に形成することができるため、下側第１電極に対する上側第１電極の位置ズレや、下側第２電極に対する上側第２電極の位置ズレが抑制される。
有機半導体層を形成する前に、第１電極および第２電極を他のエッチング液に接触させて、上側第１電極および上側第２電極の少なくとも一部領域を除去する工程を含むことが好ましい。これにより、他のマスク層の形成および剥離工程を実施することなく、上側第１電極および上側第２電極をサイドエッチングすることができるため、基材の面方向において、上側第１電極の少なくとも一部が、下側第１電極よりも内側に配置されており、上側第２電極の少なくとも一部が、下側第２電極よりも内側に配置されている能動素子１が得られる。
本発明の能動素子は、下側第１電極および下側第２電極のキャリア注入効率が高いため有機半導体層との電荷の授受がなされやすく、上側第１電極および上側第２電極では、下側に配置される電極から、或いは下側に配置される電極への電気伝導がなされやすいため動作速度を高められる。このように、上側と下側で電極材料および形状を独立して設計できる積層構造とすることにより、良好な動作特性と安価な材料の選択可能性を両立できる。
また、本発明の能動素子の製造方法では、下側第１電極、上側第１電極、下側第２電極、上側第２電極を一緒に形成することができるため、下側第１電極に対する上側第１電極の位置ズレや、下側第２電極に対する上側第２電極の位置ズレが抑制される。
本発明の能動素子の平面図を表す。 図１に示した能動素子のＩＩ−ＩＩ断面図を表す。 図１に示した能動素子のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を表す。 図１に示した能動素子の平面図の変形例を表す。 図４に示した能動素子のＶ−Ｖ断面図を表す。 図４に示した能動素子のＶＩ−ＶＩ断面図を表す。 図４に示した能動素子の平面図の変形例を表す。 図７に示した能動素子のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図を表す。 図７に示した能動素子のＩＸ−ＩＸ断面図を表す。 図７に示した能動素子の平面図の変形例を表す。 図１０に示した能動素子のＸＩ−ＸＩ断面図を表す。 図１に示した能動素子の平面図の変形例を表す。 図４に示した能動素子の平面図の変形例を表す。 図５に示した能動素子の断面図の変形例を表す。 図５に示した能動素子の断面図の変形例を表す。 図５に示した能動素子の断面図の変形例を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 本発明の能動素子の製造方法の工程断面図を表す。 実施例に係る能動素子の断面図を表す。 実施例に係る能動素子の断面図を表す。 比較例に係る能動素子の断面図を表す。 比較例に係る能動素子の断面図を表す。 能動素子のゲート電圧−ドレイン電流特性を示すグラフを表す。
以下、実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。また、図面における種々部材の寸法比は、本発明の特徴の理解に資することを優先しているため、実際の寸法比とは異なる場合がある。
１．能動素子
本発明において能動素子は、信号増幅や整流を行う素子であり、例えばトランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体素子である。これらの応用例としては、例えば、ディスプレイ、タッチパネル、太陽電池、半導体レーザー、圧力センサー、生体センサー等がある。
本発明において能動素子は、厚み方向と面方向を有する。能動素子の厚み方向は、基材、第１電極、第２電極、有機半導体層が積層される方向であり、能動素子の面方向は、厚み方向と直交する方向である。
図１は、本発明の能動素子の平面図を表し、図２は、図１に示した能動素子のＩＩ−ＩＩ断面図を表し、図３は、図１に示した能動素子のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を表す。図１〜図３に示すように、本発明の能動素子１は、基材２と、下側第１電極５Ａと上側第１電極５Ｂを含む第１電極５と、下側第２電極６Ａと上側第２電極６Ｂを含む第２電極６と、有機半導体層９と、を有する。
基材２は、一方主面と他方主面を有しており、第１電極５、第２電極６、有機半導体層９を支持するために設けられる。
基材２は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）等の高分子フィルムからなるフレキシブル基板や、ガラス基板等のリジッド基板が好ましく用いられる。
基材２の折れや破れを防止するために、基材２の厚みは、例えば５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、１８μｍ以上であることがさらに好ましい。他方、能動素子１の薄型化の観点からは、基材２の厚みは、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることが好ましく、１２５μｍ以下であることがさらに好ましい。
後述するように、基材２が絶縁層１０を兼ねるフィルムの場合には、基材２の厚みは、１０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましく、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、１μｍ以上であることがさらに好ましい。
。
図２〜図３に示すように、有機半導体層９は、基材２の一方主面上であって、少なくとも第１電極５と第２電極６の間の領域を覆うように形成されている。有機半導体層９は、トランジスタの場合にはチャネル領域として機能する。有機半導体層９の材料としては、例えば、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ジナフトチエノチオフェン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、フラーレン、カーボンナノチューブ等を用いることができる。
有機半導体層９の厚みの上限は特に制限されないが、薄型の能動素子１を得るためには、有機半導体層９の厚みは、例えば、２００ｎｍ以下であることが好ましく、１５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
有機半導体層９は、真空蒸着法や印刷法によって好ましく形成される。詳細には、印刷法では、有機半導体の分子を塗布用の有機溶媒に分散させた混合液体（以下、「有機半導体インキ」と称する）を、基材２に塗布した後、乾燥させることにより形成される。
印刷法によって有機半導体層９が形成される場合、有機溶媒としては、例えばメシチレン、トルエン、クロロホルム、ｐ−ジイソプロピルベンゼン、ベンジルアルコールやこれらの混合溶媒を用いることができる。
図１〜図３に示すように、本発明の能動素子１は、基材２の一方主面上に隣り合って形成されている第１電極５および第２電極６とを有する。
第１電極５、第２電極６、後述する第３電極（以下、まとめて「電極」と称することもある）は能動素子１を動作させるために電気的に接続されるものであり、例えば、能動素子１がトランジスタの場合には、第１電極５はソース電極に相当し、第２電極６はドレイン電極に相当し、第３電極１１はゲート電極に相当する。
電極の材料は導電性材料を用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＧＯ、ＩＧＺＯ、ＣｕＯ等の金属酸化物、Ｃ、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等の炭素材料等を用いることができる。
電極は、例えば、フォトリソグラフィ法や印刷法によって形成することができる。第１電極５と第２電極６の相対位置の精度を向上させる観点からは、第１電極５および第２電極６は、フォトリソグラフィ法によって形成されることが好ましい。
電極の厚みは、必要な導電率を確保するために、例えば、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。電極の厚みの上限は特に制限されないが、能動素子１全体の厚みが増加するのを抑制し、フォトリソグラフィ法を用いる場合にエッチング時間を短縮する観点から、例えば、１μｍ以下であることが好ましく、７００ｎｍ以下であることがより好ましく、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
第１電極５と第２電極６は隣り合って形成されていればよく、第１電極５の一つの辺と第２電極６の一つの辺が対向して配置されていてもよい。例えば、図１では、第１電極５の一辺５Ｃと、第２電極６の一辺６Ｃが対向するように配置されている。
図１〜図３に示すように、第１電極５は、基材２の一方主面上に形成されている下側第１電極５Ａと、下側第１電極５Ａ上に形成されている上側第１電極５Ｂとを有している。第１電極５と同様に、第２電極６は、基材２の一方主面上に形成されている下側第２電極６Ａと、下側第２電極６Ａ上に形成されている上側第２電極６Ｂとを有している。
本発明の能動素子１は第１電極５と第２電極６が積層構造であり、上側と下側で電極材料および形状を独立して設計できるため、良好な動作特性と安価な材料の選択可能性を両立できるものである。積層構造の電極では、下側に配置される下側第１電極５Ａや下側第２電極６Ａ（以下、まとめて「下側電極」と称することもある）は、上側に配置される上側第１電極５Ｂや上側第２電極６Ｂ（以下、まとめて「上側電極」と称することもある）に比べて有機半導体層９との接触面積が大きくなりやすい。このため、主に下側電極では、電極から有機半導体層９或いは有機半導体層９から電極に電荷キャリア（以下単に「キャリア」と称する）の注入がなされる。これに対して、上側電極は主に下側電極、或いは外部配線（図示せず）との間で電荷の授受を行う役割を有する。
積層構造をなすために、上側電極と下側電極は異なる材料から形成される。また、後述する「２．能動素子の製造方法」のとおり、第１導電層から下側第１電極５Ａおよび下側第２電極６Ａを形成し、第２導電層から上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂを形成することによって、下側第１電極５Ａと下側第２電極６Ａが同じ材料から形成され、上側第１電極５Ｂと上側第２電極６Ｂが同じ材料から形成されてもよい。
下側電極としては、キャリア注入効率が高い材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ、ＩＧＯ、ＣｕＯが用いられることが好ましく、ＩＴＯが用いられることがより好ましい。
上側電極としては、能動素子１の動作速度を高めるために、導電率やキャリア移動度が高い材料、例えば、Ｃｕ、Ａｌが用いられることが好ましく、Ｃｕが用いられることがより好ましい。
電極−有機半導体層９の間のエネルギー障壁の値が低いほど、有機半導体層９から電極、或いは電極から有機半導体層９に注入されるキャリアの割合であるキャリア注入効率は増加し、能動素子の動作速度が向上すると考えられている。したがって、本発明の能動素子１は、上側第１電極５Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第１電極５Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高く、上側第２電極６Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第２電極６Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高いものである。
本発明において、電極と有機半導体層９の間のエネルギー障壁（単位：ｅＶ）は、電極の仕事関数Φｅ（単位：ｅＶ）と有機半導体層９の仕事関数Φｏｓ（単位：ｅＶ）の差の絶対値｜Φｅ−Φｏｓ｜から求める。
仕事関数の測定には、主に、光電子効果を利用した方法と、２種類の導体の接触電位差を用いた方法があるが、本発明では前者の方法を利用した理研計器製の大気中光電子分光装置（型番：ＡＣ−３）を用いる。
上側電極と有機半導体層９の間のエネルギー障壁と、下側電極と有機半導体層９の間のエネルギー障壁の具体的な値は、例えば以下のように設定される。
上側第１電極５Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁は、下側第１電極５Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁の１．１倍以上であることが好ましく、１．３倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましい。
同様に上側第２電極６Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁は、下側第２電極６Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁の１．１倍以上であることが好ましく、１．３倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましい。
他方、上側電極は、下側電極或いは外部配線の間で電荷の授受を行う役割を有しているため導電率が高いほどよい。したがって、本発明の能動素子１は、上側第１電極５Ｂの導電率が、下側第１電極５Ａの導電率よりも高く、上側第２電極６Ｂの導電率が、下側第２電極６Ａの導電率よりも高いものである。
本発明において導電率（単位：Ｓ／ｍ）の測定は、ＪＩＳ Ｈ ０５０５：１９７５ 非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率測定方法に基づき行うものとする。
上側電極と下側電極の導電率の具体的な値は、例えば以下のように設定される。
上側第１電極５Ｂの導電率が、下側第１電極５Ａの導電率の１００倍以上であることが好ましく、１０００倍以上であることがより好ましく、１００００倍以上であることがさらに好ましい。
同様に、上側第２電極６Ｂの導電率が、下側第２電極６Ａの導電率の１００倍以上であることが好ましく、１０００倍以上であることがより好ましく、１００００倍以上であることがさらに好ましい。
上側第１電極５Ｂ、下側第１電極５Ａ、上側第２電極６Ｂ、下側第２電極６Ａは、多角形状（好ましくは四角形状）の電極部と、電極部よりも幅狭に形成されている配線部と、をそれぞれ有していてもよい。下側電極の電極部は、主に有機半導体層９と接触して上側電極を支持し、下側電極の配線部は主に上側電極を支持する。上側電極の電極部は、主に下側電極との電荷の授受を行うものであり、上側電極の配線部は、主に上側電極の電極部と外部配線とを接続する役割を有する。能動素子がトランジスタの場合には、チャネル領域の面積を大きくするために、第１電極５の電極部と第２電極６の電極部が隣り合って形成されることが好ましい。
基材２の面方向において、上側電極と下側電極の大小関係は特に制限されないが、製造工程を簡略化するために、図１〜図３に示すように、下側第１電極５Ａと上側第１電極５Ｂが略同形状に形成されていてもよい。第１電極５と同様に、製造工程を簡略化するために、下側第２電極６Ａと上側第２電極６Ｂが略同形状に形成されていてもよい。
上側第１電極５Ｂ、下側第１電極５Ａ、上側第２電極６Ｂ、下側第２電極６Ａが、それぞれ上記電極部と上記配線部を有している場合には、下側第１電極５Ａの電極部の端が上側第１電極５Ｂの電極部の端と重なって配置されており、下側第２電極６Ａの電極部の端が上側第２電極６Ｂの電極部の端と重なって配置されることが好ましい。
第１電極５と第２電極６の配置間隔は特に制限されないが、例えば第１電極５がソース電極で、第２電極６がドレイン電極であるトランジスタの場合には、第１電極５と第２電極６の間の長さであるチャネル長は２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。チャネル長が短いほど、トランジスタの処理速度と集積度を高めることができる。
次に、基材２の面方向において、上側電極と下側電極の大きさが異なり、電極が階段状に形成されている構成例について説明する。例えば、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が、下側第１電極５Ａよりも外側に配置されてもよい（図示せず）。これにより、上側第１電極５Ｂの面積は、下側第１電極５Ａの面積より大きくてもよい（図示せず）。上側第１電極５Ｂの材料として、導電率や移動度が高い材料を採用することにより、能動素子１の動作速度を高められる。同様の理由から、上側第２電極６Ｂの面積は、下側第２電極６Ａの面積より大きくてもよい（図示せず）。
図４は、図１に示した能動素子１の平面図の変形例を表し、図５は、図４の能動素子１のＶ−Ｖ断面図を表し、図６は、図４の能動素子１のＶＩ−ＶＩ断面図を表す。図４〜図６に示すように、基材２の面方向において、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が、下側第１電極５Ａより内側に配置されてもよい。これにより、下側第１電極５Ａの面積が上側第１電極５Ｂの面積より大きくてもよい。上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が、下側第１電極５Ａより内側に配置されていれば、下側第１電極５Ａと有機半導体層９との接触面積を増加させることができ、電極から有機半導体層９には効率的にキャリアが注入されるため、能動素子１の動作速度を高められる。第１電極５と同様の理由から、図４〜図６に示すように、基材２の面方向において、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部が、下側第２電極６Ａより内側に配置されてもよい。これにより、下側第２電極６Ａの面積が上側第２電極６Ｂの面積より大きくてもよい。
上側第１電極５Ｂ、下側第１電極５Ａ、上側第２電極６Ｂ、下側第２電極６Ａが、それぞれ上記電極部と上記配線部を有している場合には、図４〜図６に示すように、基材２の面方向において、上側第１電極５Ｂの電極部が、下側第１電極５Ａの電極部よりも面方向内側に配置されていることが好ましい。平面視で下側第１電極５Ａの一部が露出しているため、図１〜図３の態様と比較して下側第１電極５Ａと有機半導体層９との接触面積を増加させることができる。なお、上側第１電極５Ｂの電極部を下側第１電極５Ａの電極部よりも面方向内側に配置するために、上側第１電極５Ｂの配線部の一部は下側第１電極５Ａの電極部の上に配置されていることが好ましい。同様の理由から、基材２の面方向において、上側第２電極６Ｂの電極部が、下側第２電極６Ａの電極部よりも面方向内側に配置されていることが好ましい。この場合、上側第２電極６Ｂの配線部の一部は下側第２電極６Ａの電極部の上に配置されていることが好ましい。
図４〜図６に示す能動素子１において、下側第１電極５Ａと有機半導体層９との接触面積を増やして電荷の授受がなされやすくなるためには、下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅまでの距離ｄ１は、基材２の面方向において１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。特に、第２電極６側の下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅまでの距離ｄ１は、基材２の面方向において１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。同様の理由から、下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅまでの距離ｄ２は、基材２の面方向において１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。特に、第１電極５側の下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅまでの距離ｄ２は、基材２の面方向において１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。
下側第１電極５Ａは上側第１電極５Ｂよりも導電率が低いため、面方向における下側第１電極５Ａ中のキャリア移動度は、上側第１電極５Ｂ中のキャリア移動度よりも小さい。このため、キャリアが下側第１電極５Ａ内、或いは上側第１電極５Ｂ内を同じ距離だけ移動するのに要する移動時間（キャリア移動時間）は、上側第１電極５Ｂよりも下側第１電極５Ａが長いが、下側第１電極５Ａ内でのキャリア移動時間と上側第１電極５Ｂ内でのキャリア移動時間の差は小さいほど能動素子１の動作速度が安定する。このため、能動素子１を安定して動作させる観点からは、下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅまでの距離ｄ１は、基材２の面方向において２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。特に、第２電極６側の下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅまでの距離ｄ１は、基材２の面方向において２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。同様の理由から、下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅまでの距離ｄ２は、基材２の面方向において２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。特に、第１電極５側の下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅまでの距離ｄ２は、基材２の面方向において２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。
図４〜図６に示すように第１電極５、第２電極６が配置される場合、有機半導体層９は（１）基材２の面方向において、第１電極５と第２電極６の間に形成されている領域のほか、（２）基材２の面方向において、下側第１電極５Ａ上であって下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅの間や、（３）基材２の面方向において、下側第２電極６Ａ上であって下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅの間に配置されてもよい。これにより、下側電極と有機半導体層９との接触面積が増加するため、電荷の授受がなされやすくなる。特に、（２）の領域について、有機半導体層９は、基材２の面方向において、下側第１電極５Ａ上であって第２電極６側の下側第１電極５Ａの端５ｄから上側第１電極５Ｂの端５ｅの間に配置されることが好ましい。また、（３）の領域について、有機半導体層９は、基材２の面方向において、下側第２電極６Ａ上であって第１電極５側の下側第２電極６Ａの端６ｄから上側第２電極６Ｂの端６ｅの間に配置されることが好ましい。
図７〜図９を用いて、有機半導体層９の別の配置例について説明する。図７は、図４に示した能動素子１の平面図の変形例を表し、図８は、図７の能動素子１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図を表し、図９は、図７の能動素子１のＩＸ−ＩＸ断面図を表す。なお、図７〜図９に示す電極の配置は、図４〜図６の配置と同じである。
図７〜図９に示すように、有機半導体層９は、上記（１）、（２）、（３）の領域に加えて、（４）上側第１電極５Ｂの上および上側第２電極６Ｂの上にも形成されてもよい。詳細には、基材２の厚み方向において、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が、下側第１電極５Ａと有機半導体層９の間に配置されており、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部が、下側第２電極６Ａと有機半導体層９の間に配置されていてもよい。これにより、有機半導体層９と下側第１電極５Ａ、および有機半導体層９と下側第２電極６Ａとの接触面積を増加させることができる。また、上側電極と有機半導体層９の接触面積も増加し、ここでも電荷の授受がなされやすくなるため、能動素子１の動作に寄与するキャリア数を増加することができ、能動素子１の動作速度が高められる。
上側第１電極５Ｂ、下側第１電極５Ａ、上側第２電極６Ｂ、下側第２電極６Ａが、それぞれ上記電極部と上記配線部を有している場合には、能動素子の動作に寄与するキャリア数を増加するために、図７〜図９に示すように、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が下側第１電極５Ａよりも面方向内側に配置されており、有機半導体層９が下側第１電極５Ａの電極部を覆っていることが好ましい。同様に、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部が下側第２電極６Ａよりも面方向内側に配置されており、有機半導体層９が下側第２電極６Ａの電極部を覆っていることが好ましい。
図１０〜図１１を用いて、第１電極５および第２電極６の他の構成例について説明する。図１０は、図７に示した能動素子１の平面図の変形例を表し、図１１は図１０の能動素子１のＸＩ−ＸＩ断面図を表す。第１電極５の第２電極６とは反対側の領域および第２電極６の第１電極５とは反対側の領域は、第１電極５と第２電極６の間の領域と比べてキャリア注入がなされにくい。このため、第１電極５の第２電極６とは反対側に位置する領域および第２電極６の第１電極５とは反対側に位置する領域に上側電極を形成して下側電極に対する電荷収集効率を高めてもよい。
図１０〜図１１に示すように、上側第１電極５Ｂ、下側第１電極５Ａ、上側第２電極６Ｂ、下側第２電極６Ａが、それぞれ上記電極部と上記配線部を有している場合には、上側電極の下側電極に対する電荷収集効率を高めるために、上側第１電極５Ｂの電極部の少なくとも一部が上側第１電極５Ｂの電極部よりも内側に配置されており、上側第１電極５Ｂの配線部が下側第１電極５Ａの配線部と略同形状に形成されていることが好ましい。この場合、第２電極６とは反対側の下側第１電極５Ａの端と、第２電極６とは反対側の上側第１電極５Ｂの端が重なって配置されている。同様に、上側第２電極６Ｂの電極部の少なくとも一部が上側第２電極６Ｂの電極部よりも内側に配置されており、上側第２電極６Ｂの配線部が下側第２電極６Ａの配線部と略同形状に形成されていることが好ましい。この場合、第１電極５とは反対側の下側第２電極６Ａの端と、第１電極５とは反対側の上側第２電極６Ｂの端が重なって配置されている。
図１２〜図１３を用いて、第１電極５および第２電極６のさらに他の構成例について説明する。図１２は、図１に示した能動素子１の平面図の変形例を表し、図１３は、図４に示した能動素子１の平面図の変形例を表す。図１２〜図１３に示すように、第１電極５と第２電極６に挟まれている領域が蛇行していることが好ましい。換言すれば、第１電極５の少なくとも一部と、第２電極６の少なくとも一部が、それぞれ櫛歯状に形成されていることが好ましい。これにより、第１電極５と有機半導体層９、或いは第２電極６と有機半導体層９の接触長さが増加するため、第１電極５と第２電極６の間に流れる電流を大きくすることができる。なお、下側第１電極５Ａと有機半導体層９、或いは下側第２電極５Ｂと有機半導体層９の接触面積をより一層増加させるために、図１３に示すような電極配置としてもよい。具体的には、図１３に示すように、第１電極５と第２電極６に挟まれている領域が蛇行しており、かつ、基材２の面方向において、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が下側第１電極５Ａよりも内側に配置されており、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部が下側第２電極６Ａよりも内側に配置されていることが好ましい。
図１４〜図１６は、図５に示した能動素子１の断面図の変形例を表す。図１４に示すように、本発明の能動素子１は、有機半導体層９上に形成されている絶縁層１０と、絶縁層１０上に形成されている第３電極１１と、を有していることが好ましい。この場合、第１電極５をソース電極、第２電極６をドレイン電極、第３電極１１をゲート電極とすると、ソース電極およびドレイン電極に対してゲート電極が上側に配置されるトップゲート型のトランジスタを構成することができる。
図１５に示すように、本発明の能動素子１は、基材２の一方主面上に形成されている第３電極１１と、第３電極１１上に形成されている絶縁層１０と、を有し、第１電極５、第２電極６、有機半導体層９が絶縁層１０上に形成されていてもよい。この場合、第１電極５をソース電極、第２電極６をドレイン電極、第３電極１１をゲート電極とすると、ソース電極およびドレイン電極に対してゲート電極は下側（基材２に近い側）に配置されるボトムゲート型のトランジスタを構成することができる。
能動素子１がトランジスタの場合、絶縁層１０はゲート絶縁膜として機能する。絶縁層１０は、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ等の絶縁性材料から好ましく形成される。
漏れ電流の抑制の観点から、絶縁層１０の厚みは、２００ｎｍ以上であることが好ましく、２５０ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。他方、能動素子１の微細化の観点からは、絶縁層１０の厚みは６００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
図１６に示すように、本発明の能動素子１は、基材２の他方主面上に形成されている第３電極１１を有していてもよい。この場合、第１電極５をソース電極、第２電極６をドレイン電極、第３電極１１をゲート電極とすると、基材２がゲート絶縁膜を兼ねているトランジスタを構成することができる。
２．能動素子の製造方法
図１７〜図２４は、本発明の能動素子の製造方法を示す断面図を表す。
本発明の能動素子の製造方法は、
（１）基材の一方主面上に第１導電層を形成する工程と、
（２）第１導電層上に第２導電層を形成する工程と、
（３）第２導電層上にマスク層を形成する工程と、
（４）第１導電層および第２導電層をエッチング液に接触させて、第１導電層および第２導電層のマスク層で覆われていない領域を除去することにより、基材の一方主面上に、下側第１電極と下側第１電極上の上側第１電極とを有する第１電極と、下側第２電極と下側第２電極上の上側第２電極とを有しており、第１電極と隣り合って配置されている第２電極と、を形成する工程と、
（７）基材の一方主面上であって、少なくとも第１電極と第２電極の間の領域を覆うように有機半導体層を形成する工程と、を含み、
第２導電層と有機半導体層の間のエネルギー障壁が、第１導電層と有機半導体層との間のエネルギー障壁よりも高く、第２導電層の導電率が、第１導電層の導電率よりも高いことを特徴とする。
また、能動素子の性能を高めるために、本発明の能動素子の製造方法は、有機半導体層を形成する工程（７）の前に、
（５）第１電極および第２電極を他のエッチング液に接触させて、上側第１電極および上側第２電極の少なくとも一部領域を除去する工程と、
（６）第１電極および第２電極を覆うマスク層を剥離する工程と、
を含んでいてもよい。工程（５）〜（６）を実施することにより、下側第１電極に対する上側第１電極の大きさや、下側第２電極に対する上側第２電極の大きさを小さくすることができる。各工程の詳細について説明する。
（１）基材の一方主面上に第１導電層を形成する工程
図１７に示すように、基材２を準備する。図示していないが、基材２の主面上には、密着層、平坦化層、光学調整層等が形成されてもよい。また、基材２には、端子電極やビア電極を形成するために、基材２を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）を形成してもよい。貫通孔の形成には、針状物による穿刺、パンチング、レーザー加工等を用いることができる。
図１８に示すように、基材２の一方主面上に第１導電層３を形成する。第１導電層３は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、端子電極、ビア電極等の各種電極を形成するためのものである。
第１導電層３を形成する方法は特に限定されず、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、基材２に厚み方向に貫通する貫通孔が形成されない場合には、箔状に形成された導電性材料を貼り付けることにより第１導電層３を成膜することもできる。
（２）第１導電層上に第２導電層を形成する工程
図１９に示すように、第１導電層３上に第２導電層４を形成する。第１導電層３と同様に、第２導電層４もソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、端子電極、ビア電極等の各種電極を形成するためのものである。
第２導電層４を形成する方法は特に限定されず、第１導電層３の成膜と同様に、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、基材２に厚み方向に貫通する貫通孔が形成されない場合には、箔状に形成された導電性材料を貼り付けることにより第２導電層４を成膜することもできる。
第１導電層３と第２導電層４の材料は、導電性材料を用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＧＯ、ＩＧＺＯ、ＣｕＯ等の金属酸化物、Ｃ、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等の炭素材料等を用いることができる。中でも、第１導電層３の材料がＩＴＯであることが好ましい。ＩＴＯは、有機半導体層９の間のエネルギー障壁が低く、有機半導体層９へのキャリア注入効率が高いからである。他方、第２導電層４の材料は、Ｃｕであることが好ましい。Ｃｕは導電率が高いため、能動素子１の動作速度の向上に寄与する。また、Ｃｕは安価であるから、能動素子１の生産性を高めることができる。
本発明の能動素子１の製造方法は、第２導電層４と有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、第１導電層３と有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高く、第２導電層４の導電率が、第１導電層３の導電率よりも高いものである。後述する工程（４）によって、第１導電層３は、下側第１電極５Ａと下側第２電極６Ａを形成し、第２導電層４は上側第１電極５Ｂと上側第２電極６Ｂを形成する。このため、本発明によって得られる能動素子１は、上側第１電極５Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第１電極５Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高く、上側第２電極６Ｂと有機半導体層９の間のエネルギー障壁が、下側第２電極６Ａと有機半導体層９の間のエネルギー障壁よりも高いものである。また、本発明によって得られる能動素子１は、上側第１電極５Ｂの導電率が、下側第１電極５Ａの導電率よりも高く、上側第２電極６Ｂの導電率が、下側第２電極６Ａの導電率よりも高いものでもある。
（３）第２導電層上にマスク層を形成する工程
図２０に示すように、第２導電層４上にマスク層２０ａ、２０ｂを形成する。マスク層２０ａおよび２０ｂはそれぞれ第１電極５および第２電極６の形成位置を決める。
マスク層の具体的な形成方法は以下のとおりである。第２導電層４の上に、ドライフィルムレジストや液体レジスト等の感光性樹脂組成物（感光性樹脂以外に硬化剤、溶剤等を含む。以下、単に「感光性樹脂」という）を塗布する。感光性樹脂には、露光部分が現像液に対して不溶性となるネガ型と、露光部分が現像液に対して可溶性となるポジ型があるが、以下ではネガ型の感光性樹脂を例にして説明する。第２導電層４上にレジストが塗布され、当該レジストの上から電子ビームや光（紫外線）を照射して、レジストに所定の回路形状を描画する。レジストには、第１電極５と第２電極６（例えば、トランジスタの場合には、ソース電極とドレイン電極）の形状が描画される。
露光装置（図示していない）を用いて、基材２の一方主面側からレジストを露光することによって、レジストに対して回路形状の転写、焼き付けを行う。
レジストに現像液を接触させることによって、各レジストの未露光部分は現像液に対して溶解する。その結果、図２０に示すように、レジスト露光部分がマスク層２０ａ、２０ｂとして第２導電層４上に残る。
マスク層は、ドライフィルムレジストや液体レジストで形成することができるが、ドライフィルムレジストで形成されていることが好ましい。マスク層が液体レジストで形成されている場合と比較して、レジストを塗布した後の溶剤乾燥が不要なため、生産性が高められる。
（４）第１導電層および第２導電層をエッチング液に接触させて、第１導電層および第２導電層のマスク層で覆われていない領域を除去することにより、基材の一方主面上に、下側第１電極と下側第１電極上の上側第１電極とを有する第１電極と、下側第２電極と下側第２電極上の上側第２電極とを有しており、第１電極と隣り合って配置されている第２電極と、を形成する工程
第１導電層３および第２導電層４をエッチング液に接触させる。この操作によって、図２１に示すように、第１導電層３および第２導電層４のマスク層で覆われていない領域が除去される。このため、基材２の一方主面上に、下側第１電極５Ａと下側第１電極５Ａ上の上側第１電極５Ｂとを有する第１電極５と、下側第２電極６Ａと下側第２電極６Ａ上の上側第２電極６Ｂとを有しており、第１電極５と隣り合って配置されている第２電極６とを形成することができる。
本発明では、下側第１電極５Ａ、上側第１電極５Ｂ、下側第２電極６Ａ、上側第２電極６Ｂを一緒に形成することができるため、下側第１電極５Ａに対する上側第１電極５Ｂの位置ズレや、下側第２電極６Ａに対する上側第２電極６Ｂの位置ズレが抑制される。
１回のエッチングで上側電極と下側電極のエッチング幅を異ならせるためには、第１導電層３に対するエッチングレートと第２導電層４に対するエッチングレートに差があるエッチング液を用いてもよい。特に、上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂをサイドエッチングするためには、エッチング液の第２導電層４に対するエッチングレートが、第１導電層３のエッチングレートよりも大きいことが好ましい。また、上側電極と下側電極のエッチング幅を異ならせるためには、工程（４）に加えて、選択的に上側電極または下側電極をエッチング可能な他のエッチング液を用いる工程（５）を行ってもよい。
（５）第１電極および第２電極を他のエッチング液に接触させて、上側第１電極および上側第２電極の少なくとも一部領域を除去する工程
図２２に示すように、マスク層を剥離させない状態で、第１電極５および第２電極６を他のエッチング液に接触させることにより、上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂの少なくとも一部を除去してもよい。ここで用いる他のエッチング液としては、下側第１電極５Ａおよび下側第２電極６Ａを除去せず、上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂを除去するエッチング液を選択する。これにより、他のマスク層の形成および剥離工程を実施することなく、上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂをサイドエッチングすることができるため、基材２の面方向において、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が、下側第１電極５Ａよりも内側に配置されており、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部が、下側第２電極６Ａよりも内側に配置されている能動素子１が得られる。
（６）第１電極および第２電極を覆うマスク層を剥離する工程
第１電極５、第２電極６上に形成されたマスク層を剥離液に接触させて溶解することにより、第１電極５および第２電極６を覆うマスク層を剥離する。その結果、図２３に示すように、基材２の一方の主面上に第１電極５と、第２電極６とが形成される。第１電極５および第２電極６は隣り合って形成されている。第１導電層３上に第２導電層４を形成していたため、第１電極５は、第１導電層３から形成された下側第１電極５Ａと、第２導電層４から形成された上側第１電極５Ｂとを有している。また、第１電極５と同様に、第２電極６は、第２導電層４から形成された下側第２電極６Ａと、上側第２電極６Ｂを有している。
（７）基材の一方主面上であって、少なくとも第１電極と第２電極の間の領域を覆うように有機半導体層を形成する工程
基材２の一方主面上であって、少なくとも第１電極５と第２電極６の間の領域を覆うように有機半導体層９を形成する。これにより、第１導電層３および第２導電層４が除去された基材２の一方の主面上に有機半導体層９が形成された能動素子１を製造することができる。なお、工程（５）を実施しない場合には、図２〜図３に示すような能動素子１が得られ、工程（５）を実施した場合には、図５〜図６に示す能動素子１が得られる。
トップゲート型のトランジスタを得るために、工程（７）の後、次の工程（８）を実施することができる。
（８）有機半導体層上に絶縁層を形成し、絶縁層上に第３電極を形成する工程
図２４に示すように、有機半導体層９上に絶縁層１０を形成する。次いで、図１４に示すように絶縁層１０上に第３電極１１を形成する。ここで、図１４、図２４は、いずれも工程（５）を実施した場合の例を表している。
このように、工程（８）を実施することにより、第１電極５、第２電極６、第３電極１１がそれぞれソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に相当するトップゲート型のトランジスタを製造することができる。
また、ボトムゲート型のトランジスタを得るために、工程（１）の前に以下の工程（９）を実施することができる。
（９）基材の一方主面上に第３電極を形成し、第３電極上に絶縁層を形成する工程
基材２を準備し、基材２の一方主面上に第３電極１１を形成する。第３電極１１の形成は、印刷法やフォトリソグラフィ法を用いることができる。フォトリソグラフィ法を用いる場合には、第１電極５、第２電極６の形成と同様に、第３導電層（図示せず）を形成した後、第３導電層上に所望の形状のマスク層を形成し、第３導電層をエッチング液に接触させることにより、第３電極１１を形成する。
次いで、第３電極１１上に絶縁層１０を形成する。
工程（９）を実施することによって、図１５に示すように、第１電極５、第２電極６、第３電極１１がそれぞれソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に相当するボトムゲート側のトランジスタを製造することができる。ここで、図１５は工程（５）を実施した場合の例を表している。
［試料の作製］
能動素子の電極材料を変えて、以下に示す５種類の試料を作製し、それぞれトランジスタ特性（移動度、最大ドレイン電流、伝達特性）を測定した。なお、有機半導体にはジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）を使用した。
（実施例１）
図２５は、実施例１に係る能動素子１の断面図を表す。図２５は、図８に示す半導体素子の有機半導体層９の上に絶縁層１０と第３電極１１を形成した構成例を示している。図２５に示すように、上側第１電極５Ｂの少なくとも一部が下側第１電極５Ａよりも内側に形成されており、上側第２電極６Ｂの少なくとも一部下側第２電極６Ａよりも内側に形成されているトップゲート型のトランジスタを試料１として作製した。具体的には、基材２としてのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムの一方主面上に、チャネル長が５３μｍ、チャネル幅が４８３μｍのソース電極（第１電極）およびドレイン電極（第２電極）をスパッタリングによる成膜とフォトリソグラフィによるエッチングにより形成した。試料１の下側第１電極５Ａおよび下側第２電極６Ａの材料にはＩＴＯ、上側第１電極５Ｂおよび上側第２電極６Ｂの材料にはＣｕを用いた。
電極形成後、第１電極５および第２電極６の間の領域と、第１電極５上および第２電極６上に真空蒸着法によってＤＮＴＴを成膜し、有機半導体層９を形成した。なお、試料１は、第２電極６側の下側第１電極５Ａの端から上側第１電極５Ｂの端までの距離が基材２の面方向において２μｍであり、第１電極５側の下側第２電極６Ａの端から上側第２電極６Ｂの端までの距離が基材２の面方向において２μｍであった。
有機半導体層９上には、絶縁層１０を形成し、さらに絶縁層１０上にゲート電極（第３電極１１）を形成した。第３電極１１の材料にはＣｕを用いた。
（実施例２）
図２６は、実施例２に係る能動素子１の断面図を表す。図２６に示すように、上側第１電極５Ｂと下側第１電極５Ａが略同形状であり、上側第２電極６Ｂと下側第２電極６Ａが略同形状である試料２を作製した。なお、試料２は、ＤＮＴＴを第１電極５および第２電極６の間の領域と、第１電極５上および第２電極６上に成膜し、有機半導体層９を形成した。上記以外の条件は、試料１の作製と同様であった。
（比較例１）
図２７は、比較例１に係る能動素子１００の断面図を表す。図２７に示すように、第１電極５１と第２電極５２が単層構造のトップゲート型のトランジスタを試料３として作製した。具体的には、基材５０としてのＰＥＮ上に第１電極５１（ソース電極）と第２電極５２（ドレイン電極）をそれぞれ単層構造で形成した。次いで、ＤＮＴＴを第１電極５１と第２電極５２の間の領域と、第１電極５１上および第２電極５２上に成膜し、有機半導体層５４を形成した。さらに有機半導体層５４上に、絶縁層５５を形成し、絶縁層５５上に第３電極５３（ゲート電極）を形成した。なお、第１電極５１、第２電極５２の電極材料はＩＴＯであり、第３電極５３の電極材料はＣｕであり、その他の条件は試料１と同様であった。
（比較例２）
図２８は、比較例２〜比較例３に係る能動素子１００の断面図を表す。図２８に示すように、基材５０としてのＰＥＮ上に第３電極５３（ゲート電極）を形成し、第３電極５３上に絶縁層５５を形成した。次いで、絶縁層５５上に、第１電極５１（ソース電極）と第２電極５２（ドレイン電極）をそれぞれ単層構造で形成した。最後にＤＮＴＴを第１電極５１と第２電極５２の間の領域と、第１電極５１上および第２電極５２上に成膜し、有機半導体層５４を形成し、ボトムゲート型のトランジスタ１００の試料４を作製した。なお、チャネル長は６５μｍ、チャネル幅は３４９μｍ、電極材料はＣｕであった。
（比較例３）
第１電極および第２電極の電極材料をＡｕとした以外は試料４と同様に試料５を作製した。
［測定結果］
ゲート電圧−ドレイン電流特性（伝達特性）はＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、４２００−ＳＣＳ型 半導体パラメータ・アナライザによって測定した。伝達特性の測定条件は、ドレイン電圧が−２０Ｖ、ゲート電圧が５Ｖ〜−２０Ｖであった。移動度は求められた伝達特性から算出した。
表１は、各試料の第１電極および第２電極の種類、チャネル長（μｍ）、チャネル幅（μｍ）、移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、最大ドレイン電流（Ａ）を表す。
表１より、試料３（ＩＴＯ）に次いで、試料１（Ｃｕ／ＩＴＯ段差あり）の移動度と最大ドレイン電流が大きかった。また、試料１の移動度と最大ドレイン電流は、試料４（Ｃｕ）および試料５（Ａｕ）を比較すると、試料１の移動度と最大ドレイン電流は上回っていた。
図２９は、ドレイン電圧−２０Ｖを印加し、ゲート電圧を５Ｖから−２０Ｖまで変化させたときのゲート電圧−ドレイン電流特性（伝達特性）を表す。図２９の縦軸はドレイン電流の絶対値（Ａ）であり、横軸はゲート電圧（Ｖ）を示している。なお、今回用いたＤＮＴＴはｐ型半導体であるため、ゲート電圧が負の時に流れるドレイン電流の絶対値の値が大きくなっている。試料１（Ｃｕ／ＩＴＯ段差あり）の負電圧領域での伝達特性は、試料３（ＩＴＯ）には劣るものの、ゲート電圧の値によっては試料４（Ｃｕ）を上回っていた。また、表１および図２９の試料１（Ｃｕ／ＩＴＯ段差あり）と試料２（Ｃｕ／ＩＴＯ段差なし）の結果から、移動度、最大ドレイン電流、および伝達特性を向上させるためには、上側電極の少なくとも一部を下側電極よりも内側に配置して段差を設けることが好ましいことが分かった。
１：能動素子
２：基材
３：第１導電層
４：第２導電層
５：第１電極
５Ａ：下側第１電極
５Ｂ：上側第１電極
６：第２電極
６Ａ：下側第２電極
６Ｂ：上側第２電極
９：有機半導体層
１０：絶縁層
１１：第３電極
２０ａ、２０ｂ：マスク層

Claims (13)

  1. 基材と、
    該基材の一方主面上に形成されている下側第１電極と、該下側第１電極上に形成されている上側第１電極と、を含む第１電極と、
    前記基材の一方主面上に形成されている下側第２電極と、該下側第２電極上に形成されている上側第２電極と、を含み、前記第１電極と隣り合って配置されている第２電極と、
    前記基材の一方主面上であって、少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間の領域を覆うように形成されている有機半導体層と、を有し、
    前記上側第１電極と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁が、前記下側第１電極と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く、
    前記上側第２電極と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁が、前記下側第２電極と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く、
    前記上側第１電極の導電率が、前記下側第１電極の導電率よりも高く、
    前記上側第２電極の導電率が、前記下側第２電極の導電率よりも高いことを特徴とする能動素子。
  2. 前記基材の面方向において、前記上側第１電極の少なくとも一部が、前記下側第１電極よりも内側に配置されており、
    前記基材の面方向において、前記上側第２電極の少なくとも一部が、前記下側第２電極よりも内側に配置されている請求項１に記載の能動素子。
  3. 前記下側第１電極の端から前記上側第１電極の端までの距離が、前記基材の面方向において１ｎｍ以上２０μｍ以下であり、
    前記下側第２電極の端から前記上側第２電極の端までの距離が、前記基材の面方向において１ｎｍ以上２０μｍ以下である請求項２に記載の能動素子。
  4. 前記基材の面方向において、前記有機半導体層が、前記下側第１電極上であって前記下側第１電極の端から前記上側第１電極の端の間と、前記下側第２電極上であって前記下側第２電極の端から前記上側第２電極の端の間に配置されている請求項２または３に記載の能動素子。
  5. 前記基材の厚み方向において、前記上側第１電極の少なくとも一部が前記下側第１電極と前記有機半導体層の間に配置されており、
    前記上側第２電極の少なくとも一部が前記下側第２電極と前記有機半導体層の間に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の能動素子。
  6. 前記上側第１電極、前記下側第１電極、前記上側第２電極、前記下側第２電極は、電極部と、
    該電極部よりも幅狭に形成されている配線部と、をそれぞれ有しており、
    前記基材の面方向において、前記上側第１電極の電極部は、前記下側第１電極の電極部よりも内側に配置されており、
    前記基材の面方向において、前記上側第２電極の電極部は、前記下側第２電極の電極部よりも内側に配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の能動素子。
  7. 前記第１電極と前記第２電極に挟まれている領域が蛇行している請求項１〜６のいずれか一項に記載の能動素子。
  8. 前記下側第１電極および前記下側第２電極の材料がＩＴＯであり、前記上側第１電極および前記上側第２電極の材料がＣｕである請求項１〜７のいずれか一項に記載の能動素子。
  9. 前記有機半導体層上に形成されている絶縁層と、
    該絶縁層上に形成されている第３電極と、を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の能動素子。
  10. 前記基材の一方主面上に形成されている第３電極と、
    該第３電極上に形成されている絶縁層と、を有し、
    前記第１電極、前記第２電極、前記有機半導体層が、前記絶縁層上に形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の能動素子。
  11. 前記基材の他方主面上に形成されている第３電極を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の能動素子。
  12. 基材の一方主面上に第１導電層を形成する工程と、
    該第１導電層上に第２導電層を形成する工程と、
    前記第２導電層上にマスク層を形成する工程と、
    前記第１導電層および前記第２導電層をエッチング液に接触させて、前記第１導電層および前記第２導電層の前記マスク層で覆われていない領域を除去することにより、前記基材の一方主面上に、下側第１電極と該下側第１電極上の上側第１電極とを有する第１電極と、下側第２電極と該下側第２電極上の上側第２電極とを有しており、前記第１電極と隣り合って配置されている第２電極と、を形成する工程と、
    前記基材の一方主面上であって、少なくとも前記第１電極と前記第２電極の間の領域を覆うように有機半導体層を形成する工程と、を含み、
    前記第２導電層と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁が、前記第１導電層と前記有機半導体層の間のエネルギー障壁よりも高く、
    前記第２導電層の導電率が、前記第１導電層の導電率よりも高いことを特徴とする能動素子の製造方法。
  13. 前記有機半導体層を形成する前に、
    前記第１電極および前記第２電極を他のエッチング液に接触させて、前記上側第１電極および前記上側第２電極の少なくとも一部領域を除去する工程を含む請求項１２に記載の能動素子の製造方法。
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