JP3145294B2 - 薄膜トランジスタからなる物品とその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタからなる物品とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機活性層からな
る薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:thin film t
ransistor）はよく知られていて、商業的に大変な発展
を見せている。例えば、アモルファスシリコン・ベース
のＴＦＴは、活性マトリクス液晶表示器の大部分で使わ
れている。
【０００３】有機活性層を有するＴＦＴはまたよく知ら
れ以下の論文を見るとよい。即ち、エフ・ガーニエル
(F. Garnier)他著、Science, Vol.265、１６８４〜１６
８６ページ、エイチ・コエズカ(H. Koezuka)他著、Appl
ied Physics Letters, Vol.62(15)、１７９４〜１７９
６ページ、エイチ・フチガミ(H. Fuchigami)他著、Appl
ied Physics Letters Vol.63(10)、１３７２〜１３７４
ページ、ジー・ホロビッツ(G. Horowitz)他著、J. Appl
ied Physics, Vol.70(1)、４６９〜４７５ページ、及び
Ｇ．ホロビッツ(Horowitz)他著、Synthetic Metals,Vo
l.41-43、１１２７〜１１３０ページの各論文を見ると
よい。これらのデバイスは電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）である。このようなデバイスは従来技術のＴＦＴよ
りも以下のようなかなりの利点を有する。即ち、潜在的
により単純な（よって安い）製造工程、低温度処理の可
能及び非ガラス（例えばプラスチック）基板との互換性
の利点である。ｐ型及びｎ型の双方の有機物質を利用す
るバイポーラートランジスタはまたよく知られている。
例えば、米国特許の第５,３１５,１２９号を見るとよ
い。エス・ミヤウチ(S. Miyauchi)他著の論文、Synthet
ic Metals, 41-43(1991)、１１５５〜１１５８ページ、
はｎ型シリコン上のｐ型ポリチオフェン(polythiophen
e)層からなる接合ＦＥＴを開示する。
【０００４】しかしながら、多くの研究と努力にもかか
わらず、「有機」ＴＦＴはまだ商業化には達していな
い。これは少なくとも従来技術の有機ＴＦＴの貧弱なデ
バイス特性のためである。
【０００５】スイッチングトランジスタの重要なデバイ
ス特性として、ソース／ドレイン電流のオン／オフ比が
ある。従来の有機ＴＦＴは比較的低いオン／オフ比を有
し、例えば、エイチ・フチガミ(H. Fuchigami)他（前
掲）は最近、キャリヤ移動度がアモルファスシリコンに
相当するがオン／オフ比が約２０だけであるデバイスを
報告した。この論文は不純物によるキャリヤ散乱を減ら
すための半導体材料の純度向上（ＰＴＶ）もまた開示す
る。この物質は、１０-5〜１０-6Ｓ／ｃｍの範囲の導電
率を有した。
【０００６】エイチ・コエズカ(H. Koezuka)他（前掲）
は、ドープされたポリピロール（高導電性高分子）コー
トのソース及びドレイン接点のデバイスで約１０5のチ
ャネル電流のオン／オフ比（変調比）の達成を報告し
た。これらの著者によれば、これらは有機ＦＥＴで達せ
られたオン／オフ比での最高値である。報告されたオン
／オフ比は、まだ従来のＦＥＴで可能なオン／オフ比よ
りかなり小さいにもかかわらず、多くの有機ＴＦＴの潜
在的な応用のために需要が高い。さらに、有機ＴＦＴは
非常に低いキャリヤ移動度を有し（２×１０-4ｃｍ2／
Ｖ・ｓ）、高速動作には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】有機ＴＦＴの大きな潜
在性を考えると、ソース／ドレイン電流の改善されたオ
ン／オフ比を含む改善した特性を有するデバイスが望ま
れ、この明細書はこのようなデバイス及びその製造方法
を開示する。
【０００８】定義と用語解説 「有機半導体」は他の元素と組合せて一定量の炭素又は
炭素の同素体（ダイヤモンドを除く）からなる物質であ
り、室温（２０゜C）で少なくとも１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓの
電荷キャリヤ移動度を示す。ＴＦＴに用いる有機半導体
は、２０゜Cで約１Ｓ／ｃｍ以下の導電率を有する。
【０００９】「ｐ型」（「ｎ型」）有機半導体はここで
は有機半導体であり、ここでのフェルミ・エネルギー
は、物質に存在する分子又は集団の最低非占有軌道のエ
ネルギーよりも最高占有軌道のエネルギーに近い（遠
い）。この用語はまた、負キャリヤよりも多く（少な
く）効率的に正電荷キャリヤを輸送する有機半導体を意
味する。正（負）キャリヤは、「正孔」（「電子」）と
一般に呼ぶ。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、オン
／オフ比を改善した有機ＴＦＴからなる装置に実装さ
れ、製造方法も開示する。
【００１１】有機ＴＦＴは、有機物質層、前記層と接す
る間隔をあけられる第１及び第２接点（例えば、金電
極）、並びに第１及び第２接点の双方とから間隔をあけ
られて、自身に印加される電圧及び第１と第２接点間の
電流により制御に用いられる第３接点手段からなる。層
の有機物質は、α-クアテルチエニレン（α-quaterthie
nylene）（α-４Ｔ）、α-ヘキサチエニレン（α-hexat
hienylene）（α-６Ｔ）、α-オクタチエニレン（α-oc
tathienylene）（α-８Ｔ）、α-ペンタチエニレン（α
-pentathienylene）（α-５Ｔ）、α-ヘプタチエニレン
（α-heptathienylene）（α-７Ｔ）、及びα-ノナチエ
ニレン（α-nonathienylene）（α-９Ｔ）からなる群よ
り選択され、上記各物質は、終端環の４番又は５番の炭
素上の置換基有することができ（これらの化合物は共同
で、４から９の整数ｎを用いて、「α-ｎＴ」として呼
ぶ）、前記有機物質層は、既蒸着で又は急速熱アニール
（焼きなまし）の後でのいずれでも、２０゜Cで高々５×
１０-8Ｓ／ｃｍ（好ましくは１×１０-8Ｓ／ｃｍ以下）
の導電率を有す。有機層物質はここでは、α-６Ｔ又は
α-８Ｔが好ましく、α-６Ｔがもっとも好まれる。
【００１２】我々は以下のような驚くべき発見をした。
例えば、α-６Ｔを、非常に低い導電率の活性層からな
るＴＦＴをもたらす方法で作り、蒸着し、この低い導電
率の活性層からなるＴＦＴは、かなり改善されたソース
／ドレイン電流オン／オフ比を含む、大いに改善した特
性を有した。この活性層物質からなるＴＦＴは、本発明
の発明者らが共同で出願した名称が「有機薄膜トランジ
スタからなる装置(Article Comprising an Organic Thi
n Film Transistor)」である特許出願で記述される、
（２層）ＴＦＴの値に相当するオン／オフ比を有する。
従って本発明は、必要条件ではないが、単一の有機層を
有し、これは「活性」層である（前記活性層上の保護層
等は含まれる）。
【００１３】さらに本発明は、α-ｍＴ（ｍ＝４、６又
は８）活性層からなるＴＦＴの製造方法を含む。この方
法は基板上にα-ｍＴを供給して、α-ｍＴ層を蒸着す
る。α-ｍＴは、有機溶媒で５の位置で脱プロトン化し
たα-（ｍ／２）チエニルを供給する過程により作り出
す。重要なことに、前記のα-ｍＴを作る過程は、α-ｍ
Ｔ含有混合物を形成し前記α-ｍＴを混合物から孤立す
るように、非ハロゲン化酸化剤と有機溶媒中の前記α-
（ｍ／２）チエニルを接する段階からさらになる。後で
詳細に記述するように、「分離」段階は複数のサブステ
ップからなる。
【００１４】以下の議論を主にα-６Ｔに関してする
が、上記に定めた群α-ｎＴの各要素を特定の導電率需
要に合わせるため、合成処理してもよい。α-６Ｔのよ
うな化合物を製造する従来の方法が、Chemical Abstrac
ts, Vol.114, p.22, item 186387g (1991)にて開示され
ている。
【００１５】下に詳細で論じるように、本発明のα-６
Ｔは従来のα-６Ｔと比べて、キャリヤ濃度に関してだ
けではなく、物質を特徴づける融点、Ｘ線回折パター
ン、元素解析のような特性において異なる。これらの相
違は本発明の活性層物質が、類似する従来の物質と質的
に異なる新物質であることを裏付ける。しかしながら我
々は、本発明の物質を類似する従来の物質に一般に使わ
れる化学名により呼ぶ。
【００１６】例として、本発明のα-６Ｔ活性層のＴＦ
Ｔは、既蒸着状態で２０゜Cで１０6より大きいオン／オ
フ比を示す。これは従来の有機ＴＦＴにより示されたオ
ン／オフ比よりもかなり高い（例えば１０2の倍数
で）。本発明のＴＦＴの例の活性層は、２０゜Cで少しだ
けｐ型であった。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、金属-絶縁体-半導体電界
効果トランジスタ（ＭＩＳ-ＦＥＴ）型の従来の有機Ｔ
ＦＴ１０を概略的に示す。ここで符号１１〜１６はそれ
ぞれ、基板、第１電極（例えばソース電極）、第２電極
（例えばドレイン電極）、第３電極（ゲート電極）、絶
縁体層及び活性層を表す。
【００１８】図２が本発明のＭＩＳ-ＦＥＴ型デバイス
を概略的に示す。トランジスタ２０はまた、基板１１
（例えばコップ、シリコン又はプラスチックの素地）、
第１及び第２接点１２、１３、第３接点１４、ゲート誘
電体１５及び活性層１６からなる。トランジスタ２０が
従来のトランジスタ１０と比べて幾何学的に同じことが
わかる。しかしながら、このトランジスタ２０は、従来
の物質とかなり異なる活性層物質からなり、従来の有機
ＴＦＴと比べて改善された性能をもたらす（例えばかな
り高いソース／ドレイン電流のオン／オフ比）。
【００１９】図３は、本発明の金属-半導体（ＭＥＳ）-
ＦＥＴ型の有機ＴＦＴの例を描く。符号３１〜３５はそ
れぞれ、基板、活性層、第１、第２及び第３接点を表
す。
【００２０】本発明のＭＩＳ-ＦＥＴ型ＴＦＴは、１２
μｍのチャネル長、２５０μｍのゲート長で、熱的に酸
化させられた導電性Ｓｉ基板上に製造した。酸化物は、
ゲート誘電体として機能させ、３００ｎｍの厚さであっ
た。ゲート領域はＳｉに金のオーム接触により接した。
金のソース及びドレイン接点は酸化ケイ素上にリソグラ
フィーで定められた。有機活性層を次に、室温及び１０
-6torrの圧力でアセンブリ全体への蒸発により形成し
た。活性層は５０ｎｍの厚さで、熱処理はしなかった。
測定は元の場所(in situ)で、真空でされた。
【００２１】図４は、活性層物質（α-６Ｔ）を以下に
記述するように準備した上述のＴＦＴから得られたドレ
イン電圧に対するドレイン電流の曲線を示す。
【００２２】オフ電流(off-current)（ゲート電圧０又
は正、ドレイン電圧−１００Ｖ）は約１０-11Ａであ
り、オン／オフ比は１０6より大きかった。２０゜Cでの
既蒸着のα-６Ｔが１０-8Ｓ／ｃｍ、（約１０-9Ｓ／ｃ
ｍ）より下の導電率を有し、かろうじてｐ型あった（即
ち真性半導体であった）、ゲート電圧０〜６０Ｖの曲線
でのかなりの重複が認識できる。
【００２３】図５が、α-６Ｔが偶然獲得した不純物ド
ーピングのために幾分より高い導電率（約１.４×１０
-8Ｓ／ｃｍ）であること以外は上述のＴＦＴと類似する
結果を示す。キャリヤ移動度は１−２×１０-2ｃｍ2／
Ｖ・ｓであり、オン／オフ比は２０〜−８０Ｖのゲート
電圧に対して１０6より大きかった。
【００２４】上記の比較的な結果から見られるように、
物質調合は本発明のＴＦＴにおいて大変重要である。我
々は次に非常に低い導電率の物質を生じさせ、２０゜Cで
例として５×１０-8Ｓ／ｃｍ以下であるα-６Ｔを製造
する方法を記述する。ＴＦＴでのこの物質の使用は非常
に低いオフ電流をもたらし、即ち、とりわけ高いオン／
オフ比及びＴＦＴの良い動的応答の機能をもたらす。近
似化合物のα-８Ｔ及びα-４Ｔは同様の方法で作られ
る。
【００２５】物質調合 試薬級のα-テルチエニル(α-terthienyl)をこれの３倍
の重量のトルエンで溶かし、クロマトグラフィーカラム
でこの液の１０倍の重量のヘキサンで満たされたシリカ
ゲルに作用させた。α-テルチエニルをヘキサンで満た
されたカラムから溶離し、溶離液は真空で濃縮した。精
製したα-テルチエニル（４.５ｇ）を、ナトリウムベン
ゾフェノンケチル(sodium benzophenone ketyl)から蒸
留したばかりの４００ｍｌのテトラヒドロフラン（ＴＨ
Ｆ:tetrahydrofuran）とともに磁石攪拌棒を備えた丸底
フラスコに入れた。フラスコはゴム栓で栓をした。溶液
を窒素を用いて浄化し、窒素下で−７０゜C以下まで冷や
した（磁石攪拌を行いながら）。ヘキサン中に２.５Ｍ
のｎ-ブチルリチウム(n-butyllithium)の７.３ｍｌを含
む注射器を１０分かけて針経由で栓を通してフラスコの
中に全量注入し、その後の２０分で−７０゜C以下で攪拌
した。５番の位置で脱プロトン化されたα-テルチエニ
ル、即ち５-lithio-α-テルチエニル(5-lithio-α-tert
hienyl)の相当な量の形成をもたらした。沈殿物が形成
した。得られた懸濁液を、例えば試薬級鉄アセチルアセ
トネート（アセチルアセトン化鉄：ferric acetylaceto
nate）の６.４ｇである脱ハロゲン処理をした酸化剤試
薬、及び窒素下で−７０゜C以下に冷やした１５０ｍｌの
ＴＨＦを含む第２の攪拌されたフラスコに管経由で加え
た。この低温は加えた後の１時間持続させた。次に混合
物を室温まで５〜２０時間以上かけて暖めた。手順の残
りはα-６Ｔの分離に向けられた。
【００２６】懸濁した固体を真空ろ過により集め、１０
０ｍｌのエチルエーテル、１％ＨＣｌ水溶液３００ｍ
ｌ、（蒸留）水３００ｍｌ、エタノール１００ｍｌ及び
エーテルの１００ｍｌの順で洗浄し、粗い固体３.５ｇ
を得た。その固体を、１％Ｎａ2ＣＯ3水溶液、水、再び
水、エタノール、メチルエチルケトン、及びトルエンの
各１００ｍｌでさらに洗い、ここですべては沸点の下ま
で熱せられ、激しく震動させて激しい沸騰を防いだ。沸
点が１２０゜C以上の不活性溶媒（例えば、沸騰メジチレ
ン(mesitylene)）８００ｍｌを窒素下で１時間用いて、
溶解しなかった固体を抽出した。その抽出物は、受ける
フラスコで沸騰しているものと同じ溶媒（例えばメジチ
レン）の蒸気で熱したろうとを通して、沸点下でろ過し
た。ろ液を室温に冷やし、結晶が得られた。上澄み液は
吸引ろ過により結晶から分離し、溶解しなかった固体は
さらに抽出するのに用いた。総量１.５ｇの結晶を得
た。このように作った結晶の２００〜３００ｍｇの部分
を、直径５ｃｍで６〜１２ｃｍの高さで測定するガラス
昇華器の底に置いた。その物質は、１０-4torrで約３０
０゜Cでの加熱により１ｃｍ以上ガラス管に沿って昇華し
た。真空下で室温まで冷やした後、昇華物質をガラス束
管からこすり取った。
【００２７】α-６Ｔを製造する上述の方法は産出物質
にかなり影響する特徴を有する。その１つとして、例え
ば鉄アセチルアセトネートである脱ハロゲン処理をした
酸化剤の使用がある。我々は従来のα-６Ｔ（例えば塩
化銅から作ったα-６Ｔ）がかなりの量の塩素（典型的
には０.１〜１重量％）を有するという驚くべき観測を
した。我々の知識によれば、この望ましくない構成要素
の存在は今まで知られていなく、本発明のα-６Ｔから
のハロゲンの不在（塩素又は他のハロゲンが０.１重量
％未満、好ましくは０.０５重量％未満）は低い導電率
や高移動度の達成に重要である。この製造方法によるα
-６Ｔは従って元素分析で従来のα-６Ｔと異なる。
【００２８】また好ましいα-６Ｔを製造する方法は、
１２０゜Cより大きい沸点の不活性溶媒（例えば、メジチ
レン）を用いて固体を抽出する段階と、その抽出物を結
晶化することによりα-６Ｔを分離する段階からさらに
なる。本方法は、（前もって洗われた）粗の固体産生物
を多段階過程で洗浄する段階と、その洗浄固体産生物
を、典型的には１ｃｍ以上である相当な距離昇華させる
段階とからさらになる。
【００２９】我々は上述の方法で作られたα-６Ｔが、
従来報告されたα-６Ｔの融点の２８０〜３０７゜Cの範
囲の融点とはかなり違う融点を有するという驚くべき発
見をした。具体的には、窒素下で差分走査熱量測定を用
いて、本発明のα-６Ｔの融点が、図８で示すように、
約３１３゜Cであるのが分かった。
【００３０】さらに、図６と図７にそれぞれ示すよう
に、α-６ＴのＸ線回折パターンの本発明のものと出版
された従来のものとの間のかなりの相違が生じるのを見
いだした。前者は本発明のα-６Ｔで、後者は従来のα-
６Ｔの文献の回折パターンである。ビー・セルベット
(B. Servet)他著の論文、Advanced Materials, Vol. 5
(6), (1993)、461ページ、を見るとよい。
【００３１】一般的に言って、本発明の物質はより多く
より鋭いＸ線ピークを有する。具体的には、従来技術
（上記のビー・セルベット(B. Servet)他著の論文を見
るとよい）の約２０゜と約２２.５゜のピークは、それ
ぞれ本発明のα-６Ｔにおいては少なくとも２つのピー
クに分解されている。
【００３２】上述の観測は本発明のα-６Ｔが従来のα-
６Ｔよりも、安定し密集し整然とした結晶構造の蒸着フ
ィルムを可能とすることを指示する。実際、電子顕微鏡
により、本発明のα-６Ｔの既蒸着の膜が（室温で基板
上に蒸着された）、異方性を有する１００〜２００ｎｍ
の長さの大きな板状体からなることができ、これらは相
互に結合していることを確証した。このことは類似方法
で蒸着したお互い分離される従来のα-６Ｔ膜とは対照
的である（ビー・セルベット(B. Servet)他著、Chemist
ry of Materials, Vol. 6, (1994)、１８０９ページを
見るとよい）。これらの構造上の差はキャリヤ移動度の
相違に反映する。本発明のα-６Ｔ膜は約１０-2ｃｍ2／
Ｖ・ｓの移動度を有することができ、上述の従来の物質
が２×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓだけの移動度を有することと
対照的である。
【００３３】上述の改善された特性はデバイス性能の改
善、例えばソース／ドレイン電流の高いオン／オフ比の
達成、に重要である。特に、高いハロゲン含量の活性層
物質が比較的低いキャリヤ移動度を有する傾向があるの
で、０.１重量％より下（好ましくは０.０５重量％より
下）のハロゲン含有量は本発明の活性層物質の重要な点
である。
【００３４】上述のα-６Ｔを製造する方法は例であり
変更は可能である。例を挙げると、メジチレンの極性と
類似する代替の不活性溶媒（例えばキシレン）が、ｎ-
ブチルリチウムの代わりに他の金属-アルキル試薬（例
えば、sec-ブチルリチウム(sec-butyllithium)）が、他
の脱ハロゲン処理酸化剤（例えば鉄トリフルオロ-アセ
チルアセトネート（トリフルオロ-アセチルアセトン化
鉄:ferric trifluoro-acetylacetonate）、マンガン（I
II）アセチルアセトネート(manganese (III) acetylace
tonate)）が使われる。さらに、本方法はα-６Ｔの合成
に限定されず、自明な変更（例えば出発物質並びに溶
媒、昇華温度と圧力の量及び温度）をして、α-４Ｔと
α-８Ｔの調合、及びα-４Ｔやα-８Ｔのα-６Ｔを端置
換した誘導体のような近似化合物の調合に適用され、さ
らに、少なくとも本方法の純度向上の点は、自明な変更
（例えば適切な極性と沸点の溶媒の使用、昇華の温度と
圧力）をして、α-５Ｔ、α-７Ｔ及びα-９Ｔ並びにこ
れらの４又は５位置が置換した誘導体のような他の近似
化合物に適用できる。
【００３５】上述のように作られたα-６Ｔの適当な量
（例えば５０ｍｇ）が従来の蒸発器（エバポレータ）シ
ステムの中で従来のタングステンボートの中に置いた。
蒸発チャンバの底圧力は約１０-7torrであった。ボート
は約３００゜Cに暖め、厚さ５０ｎｍのα-６Ｔフィルム
が室温で適当な基板上に一様に蒸着した。既蒸着物質
は、典型的には１００ｎｍ程度の平均粒径である多結晶
である。
【００３６】既蒸着のα-ｎＴの適当な熱処理が層の形
態を変え、デバイス特性をさらに改善できることを発見
した。具体的には、例えばα-６Ｔである既蒸着膜の急
速熱アニール（ＲＴＡ:rapid thermal annealing）によ
り、平均粒径を意図するＴＦＴのチャネル長（典型的に
は４〜１２μｍ）以上になるほどに物質の粒径を増やせ
ることを発見した。この場合、活性層は単結晶層のよう
に振る舞う。
【００３７】融点（例えば２９５〜３１５゜C）に近い温
度で（わずかに上の温度でも良い）、短期間（典型的に
は１０秒未満、例えば１秒）既蒸着のα-６Ｔ薄膜をア
ニールして、約２μｍより大きい平均粒径、例えば５〜
１００μｍの範囲、の増加をもたらした。望ましくはア
ニールは、例えばＮ2の不活性雰囲気でする。いかなる
適当な熱ソース（例えば受容器に焦点を合わせたハロゲ
ンランプの傾斜、又は黒鉛ストリップヒータ）が使われ
る。他のα-ｎＴの形態がまた、適当なＲＴＡにより改
善できる。
【００３８】さらに、我々は既蒸着のｐ型α-６Ｔ膜の
ＲＴＡが、導電率の相当な減少をもたらし、結果的にオ
ン／オフ比を増加することを発見した。例えば、既蒸着
のα-６Ｔ層は約１０-6Ｓ／ｃｍの導電率を示した。Ｎ2
でのＲＴＡ（２９６゜Cで１秒）の後、層は０.７×１０
-8Ｓ／ｃｍの導電率を示した。他のα-ｎＴの群の要素
も類似の導電率減少を示すと思われる。
【００３９】本発明のＴＦＴは、望まれる低い導電率の
α-ｎＴが使われて、実質的に類似する従来のＴＦＴと
同じ方法で作られる。例の基板の例として、ガラス、Ｍ
ＹＬＡＲ（登録商標）若しくはＫＡＰＴＯＮＧ（登録商
標）のような合成樹脂、又は（ＳｉＯ2又は他の絶縁体
でコートされた）Ｓｉがある。活性層物質を守る被覆材
の使用が考えられる。
【００４０】本発明のトランジスタは離散的なデバイス
として用いることができるが、典型的には本発明のトラ
ンジスタの多数からなる集積回路で使われ、従来の半導
体デバイス、デバイスを相互に結び付ける導体、並びに
デバイスにエネルギーを与え、回路へ入力信号を送り、
及びまた出力信号をそこから受信する手段と組合わさる
ことが考えられる。
【００４１】本発明のトランジスタは機能上従来の半導
体ＴＦＴが現在使われるのと同じ方法で、液晶表示器で
電流スイッチとして用いられる。これは、ジェイ・カニ
ッキ編の本、「アモルファスと微結晶デバイス(Amorpho
us and Microcrystalline Devices)」（Artech House出
版, Boston (1991)）の１０２ページの図に基づいてい
る図９で概略的に示される。図９には、活性マトリック
ス液晶表示器の回線図の例の重要な点を示す。ここでト
ランジスタ１０１は本発明のＴＦＴであり、回路の残り
は従来技術である。符号１０２が液晶、符号１０３〜１
０５が信号線、ゲート線及び共通電極をそれぞれ示す。
ビデオ信号及びゲートパルスをまた概略的に示す。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明の有機薄膜トラン
ジスタは改善した特性（例えば２０゜Cで１０5より大き
いオン／オフ比）を有し、改善したトランジスタは低い
導電率（２０゜Cで５×１０-8Ｓ／ｃｍ以下で、好ましく
は１０-8又は１０-9Ｓ／ｃｍ以下）の有機活性層（１
６）からなり、このような物質を作る方法が開示され
る。急速熱アニールは有益な結果を有する。望ましい物
質はα-ヘキサチエニレンである（α-６Ｔ）。改善され
たトランジスタは、例えば活性液晶表示器及びメモリに
用いることができ、有機ＴＦＴのソース／ドレイン電流
の改善したオン／オフ比を有するデバイスが提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＴＦＴの斜視図である。
【図２】本発明のＴＦＴの例の断面図である。
【図３】本発明のＴＦＴの例の断面図である。
【図４】導電率が幾分異なる本発明の２つのＴＦＴのド
レイン電圧に対するドレイン電流のデータのグラフ図で
ある。
【図５】導電率が幾分異なる本発明の２つのＴＦＴのド
レイン電圧に対するドレイン電流のデータのグラフ図で
ある。
【図６】本発明のα-６ＴのＸ線回折パターン図であ
る。
【図７】従来技術のα-６ＴのＸ線回折パターン図であ
る。
【図８】本発明のα-６Ｔの差分走査熱量測定データの
温度に対する熱流のグラフ図である。
【図９】本発明のＴＦＴからなる活性マトリクス液晶表
示器の中の駆動回路を示す。
【符号の説明】
１０ 従来のＭＩＳ-ＦＥＴ型の有機ＴＦＴ １１ 基板 １２ 第１電極（ソース電極） １３ 第２電極（ドレイン電極） １４ 第３電極（ゲート電極） １５ 絶縁体層 １６ 活性層 ２０ ＭＩＳ-ＦＥＴ型有機ＴＦＴ ３０ ＭＥＳ-ＦＥＴ型有機ＴＦＴ ３１ 基板 ３２ 活性層 ３３ 第１接点 ３４ 第２接点 ３５ 第３接点 １０１ トランジスター １０２ 液晶 １０３ 信号線 １０４ ゲート線 １０５ 共通電極
フロントページの続き (72)発明者 ハワード エダン カッツ アメリカ合衆国，07901 ニュージャー ジー，サミット，バトラー パークウェ イ 135 (72)発明者 ルイザ トーシ アメリカ合衆国，07974 ニュージャー ジー，マーレイ ヒル，エタン ドライ ブ 48，アパートメント １エー (56)参考文献 Ｇ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ ｅｔ ａ ｌ．，”Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ−Ｆ ｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｕｓ ｉｎｇ ▲ＩＩ▼−Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｄ Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ：Ｉｎｆｌｕｅ ｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈａｉｎ Ｌ ｅｎｇｔｈ”，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＩＣＳ，1991，Ｖｏｌ．７，ｐ．85−89 Ｊｕｚｏ Ｎａｋａｙａｍａ ｅｔ ａｌ．，”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏ ｆ Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ”，ＨＥＴＥＲ ＯＣＹＣＬＥＳ，1988，Ｖｏｌ．27，Ｎ ｏ．７，ｐ．1731−1754 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 51/00 H01L 29/786 H01L 21/336 ＣＡＰＬＵＳ（ＳＴＮ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（Ａ）有機半導体物質層（１６）と、 （Ｂ）前記有機半導体物質層に接し、離間して形成され
    た第１及び第２接点（１２、１３）と、 （Ｃ）前記第１及び第２接点の手段に離間して形成され
    た第３接点（１４）とを備え、 この第３接点に印加された電圧を用いて第１及び第２接
    点の間の前記有機半導体物質層を通る電流を制御し、 （Ｄ）前記有機半導体物質が、末端の環上の４又は５の
    位置の炭素に置換基がないα-ｎＴ（ｎは４から９まで
    の整数）、末端の環上の４又は５の位置の炭素に置換基
    があるα-ｎＴ（ｎは４から９までの整数）又はこれら
    の誘導体からなる群から選択される物質であり、 （Ｅ）２０゜Cにおいて５×１０-8Ｓ／ｃｍ以下の導電率
    を有し、２０ ゜ Cにおいて１０ -3 ｃｍ 2 ／Ｖ ・ ｓ以上の電荷
    キャリヤ移動度を有することを特徴とする薄膜トランジ
    スタ（２０）からなる物品。
  2. 【請求項２】前記有機半導体物質が、前記置換基の有無
    にかかわらないα-６Ｔ及びα-８Ｔ又はこれらの誘導体
    から選択される物質であることを特徴とする請求項１記
    載の物品。
  3. 【請求項３】前記有機半導体物質が０．１重量％よりも
    少ないハロゲンを含むことを特徴とする請求項２記載の
    物品。
  4. 【請求項４】前記有機半導体物質がα-６Ｔ又はこの誘
    導体であって、約３１３゜Ｃの融点を有することを特徴
    とする請求項３記載の物品。
  5. 【請求項５】前記有機半導体物質層が２μｍ以上の平均
    粒径の多結晶の層であることを特徴とする請求項４記載
    の薄膜トランジスタからなる物品。
  6. 【請求項６】前記薄膜トランジスタはソース／ドレイン
    電流のオン／オフ比が１０5より大きいようにすること
    を特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタからなる
    物品。
  7. 【請求項７】前記有機半導体物質が、蒸着された状態で
    ５×１０-8Ｓ／ｃｍ以下の導電率を有することを特徴と
    する請求項１記載の薄膜トランジスタからなる物品。
  8. 【請求項８】末端の環上の４又は５の位置の炭素上の置
    換基の有無に関わらない、ｍ＝４、６又は８である、α
    -ｍＴ又はこれらの誘導体の活性層からなる薄膜トラン
    ジスタの製造方法であって、この方法が、 （Ａ）前記α-ｍＴを準備する段階であって、このα-ｍ
    Ｔが、有機溶媒で５-位置で脱プロトン化したα-（ｍ／
    ２）チエニルを準備する段階からなる方法により作られ
    るような段階と、及び （Ｂ）基板上に前記α-ｍＴ層を蒸着する段階とからな
    り、前記α-ｍＴを作る方法が、 （Ｃ）有機溶媒で前記脱プロトン化α-（ｍ／２）チエ
    ニルを非ハロゲン化酸化試薬と接触させて、α-ｍＴ含
    有混合物が形成する段階と、及び （Ｄ）前記α-ｍＴを前記混合物から分離する段階とか
    らさらになることを特徴とする薄膜トランジスタ製造方
    法。
  9. 【請求項９】前記脱プロトン化α-（ｍ／２）チエニル
    が５-lithio-α-テルチエニルで、前記α-ｍＴがα-６
    Ｔであることを特徴とする請求項８の製造方法。
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