JP4340428B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体を用いた半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、有機半導体を用いた電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor ; FET)およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機薄膜電界効果トランジスタ(Organic Field Effect Transister ; OFET)に対する注目が高まっている。有機薄膜電界効果トランジスタは、たとえば、ゲート電極の上に、ゲート電極側から順に、ゲート絶縁膜、１対のソース／ドレイン電極、および有機半導体層が形成されてなる。ゲート電極を適当な電位とし、１対のソース／ドレイン電極間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、２つのソース／ドレイン電極間の有機半導体層にドレイン電流が流れる。
【０００３】
ここで、有機半導体層のキャリア密度は小さいので、１対のソース／ドレイン電極間に流れる電流を大きくするために、有機半導体層の広い領域に渡って電流が流れるようにされている。
図１４は、有機半導体を含む従来の半導体装置（有機薄膜電界効果トランジスタ）７０のソース／ドレイン電極の形状を示す図解的な平面図である。図１４では、有機半導体層は図示を省略している。
【０００４】
ゲート酸化膜７１の上に、互いにわずかな間隔を開けて嵌め合わされるように配置された１対の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３が形成されている。ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３とは、ソース／ドレイン電極７２，７３が対向する部分のほぼ全域において、ほぼ一定の間隔になるように配置されている。
ゲート電極（図示せず）が適当な電位にされると、ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３との領域に対応する有機半導体層に、ドレイン電流が流れる。ドレイン電流は、有機半導体層の広い領域に渡って流れるので、１対のソース／ドレイン電極７２，７３間には、トータルとして大きな電流が流れる。
【０００５】
また、ソース／ドレイン電極７２，７３のような櫛形の電極の代わりに、互いに平行に配置された１対の平行平板電極が用いられることもあった。この場合、１対の平行平板電極の間で、電流が均一に安定して流れるように設計されている。このような平行平板電極を備えた半導体装置は、たとえば、下記非特許文献１に開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
化学 2001, vol.56, No.10 p.21
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ソース／ドレイン電極７２，７３を櫛形にすることにより、ソース／ドレイン電極７２，７３の形成領域が大きくなる。このため、デバイスの小型化が困難であった。
また、１対の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３の間隔を狭くすると、導通時のドレイン電流の大きさが、ドレイン電圧に大きく依存して、一定せず、ＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれないという問題も生ずる。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、小型化が可能な有機半導体を含む半導体装置を提供することである。
この発明の他の目的は、ソース／ドレイン電極の間隔を狭くしてもＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれる有機半導体を含む半導体装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、小型化が可能な有機半導体を含む半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は、ソース／ドレイン電極の間隔を狭くしてもＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれる有機半導体を含む半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、有機半導体層（８，４４，５１）と、上記有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極（７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，１１Ｓ，１１Ｄ，２３Ｓ，２３Ｄ）と、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３２ｐ，５２ｐ）とを含み、上記電界集中形状部は、上記第１電極および第２電極の一方から他方に向かって突出した尖端形状の突出部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３２ｐ，５２ｐ）を有しており、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，３１，４０，５０）である。
請求項２記載の発明は、有機半導体層（８，４４）と、上記有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極（３７Ａ，３７Ｂ，３８Ｓ，３８Ｄ）と、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部（３６）とを含み、上記電界集中形状部は、上記第１電極および上記第２電極の一方から他方に向かって先端が向けられたナノチューブ（３６）またはナノワイヤーからなる突出部（３６）を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置（３５Ａ〜３５Ｄ）である。
【００１１】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
たとえば、第１電極と第２電極との対向部において、電界集中形状部は、他方の電極との間隔が他の部分と比べて短くなるような形状とすることができる。
この発明によれば、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されると、第１電極および第２電極の少なくとも一方に設けられた電界集中形状部の付近に、集中電界が生じる。すなわち、電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じる。このように、電界を積極的に集中させることにより、電界集中形状部を介してキャリアが集中的に注入されるので、第１電極および第２電極の間の電圧が低いときでも、有機半導体層中を大きな電流が流れる。
【００１２】
これにより、従来の有機薄膜電界効果トランジスタの櫛形のソース／ドレイン電極と比較して、第１電極および第２電極の形成領域を小さくできる。したがって、このような電界集中形状部が設けられた第１電極および第２電極を備えた半導体装置は小型化が可能である。
この半導体装置は、各種のダイオード、トランジスタ、有機ＥＬ素子であってもよい。
突出部が存在する部分で、第１電極と第２電極との間隔が他の部分と比べて狭くなるようにすることができる。これにより、突出部の先端近傍に電界を集中させることができる。
また、上記第１電極および上記第２電極の一方に形成された上記突出部と、上記第１電極および上記第２電極の他方との間隔が、１μｍ以下であることが好ましい。これにより、突出部の先端近傍に電界を集中させることができるとともに、第１および第２電極の形成領域を小さくして、半導体装置の小型化を図ることができる。
請求項１の発明において、突出部の先端の曲率半径が可能な限り小さくされていることが好ましく、これにより、突出部の先端近傍に、より効果的に積極的に電界を集中させることができる。
また、突出部の形状は、ほぼ一定の幅を有する部分を備えたものであってもよい。
請求項２の発明に関して、ナノチューブとは、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーの極細管状体であり、他方の電極に向けられたナノチューブの先端に、効果的に電界が集中する。
第１電極および第２電極には、１本のナノチューブのみが設けられていてもよく、複数本のナノチューブが設けられていてもよい。また、ナノチューブは、第１電極および第２電極のうちの一方にのみ設けられていてもよく、双方に設けられていてもよい。
ナノチューブの例として、カーボンナノチューブおよびチタニアナノチューブを挙げることができる。すなわち、第１電極および第２電極の一方または両方には、カーボンナノチューブが設けられていてもよく、カーボンナノチューブの代わりに、または、カーボンナノチューブとともに、チタニアナノチューブが設けられていてもよい。
ナノチューブは、たとえば、電気泳動法により第１電極および第２電極に接続させることができる。
ナノワイヤーとは、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーの極細線状体であり、ナノチューブと同様、他方の電極に向けられたナノワイヤーの先端に、効果的に電界が集中する。ナノワイヤーは、たとえば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）など、電極材料として用いられる導電性材料からなるものとすることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極（２，４２，５３）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０）である。
この発明によれば、ゲート電極を適当な電位とし、第１電極と第２電極との間に適当な電圧を印加することにより、有機半導体層を介して第１電極と第２電極との間に電流を流すことができる。すなわち、この半導体装置は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００１４】
ゲート電極と有機半導体層とは、たとえば、絶縁膜を挟んで対向するものであってもよい。
第１電極および第２電極の一方はソース電極であってもよく、第１電極および第２電極の他方はドレイン電極であってもよい。第１電極および第２電極は、ボトムコンタクト型およびトップコンタクト型のどちらでもよい。
実験の結果、このような半導体装置は、電界集中形状部と他方の電極との間隔を狭くしても、ＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれることが明らかとなった。
【００２０】
請求項４記載の発明は、上記第１電極および第２電極にそれぞれ上記突出部（７ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２８ｐ，３２ｐ，３６，５２ｐ）が設けられ、上記第１電極に設けられた上記突出部と上記第２電極に設けられた上記突出部とが対向していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置（１，１５，２０Ａ，２７，３１，３５Ａ〜３５Ｃ，５０）である。
この発明によれば、第１電極に設けられた突出部および第２電極に設けられた突出部の間に電界を集中させることができる。したがって、電流を有機半導体層の狭い領域に集中させて流すことができるので、第１電極および第２電極の形成領域を小さくして半導体装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、上記電界集中形状部は、上記第１電極から第２電極に向かって突出した複数の第１突出部（２１ｐ，２８ｐ，３２ｐ，３６）と、上記第２電極から第１電極に向かって突出した複数の第２突出部（２１ｐ，２８ｐ，３２ｐ，３６）とを含み、上記複数の第１突出部と上記複数の第２突出部とがそれぞれ対向していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置（２０Ａ，２７，３１，３５Ｃ）である。
【００２２】
この発明によれば、第１電極に設けられた複数の第１突出部と第２電極に設けられた複数の第２突出部との間で大きな電流を流すことができる。したがって、第１電極と第２電極との間に流れる電流をトータルとして大きくすることができる。
請求項６記載の発明は、上記第１電極（２５Ａ）は、上記第２電極（２５Ｂ）に向かって突出した第１突出部（２５ｐ）と、上記第２電極に対向する第１平坦部（２５ｆ）とを有し、上記第２電極は、上記第１平坦部に対向する第２突出部（２５ｐ）と、上記第１突出部に対向する第２平坦部（２５ｆ）とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置（２０Ｃ）である。
【００２３】
第１電極および第２電極のうち、キャリアが注入される側の電極に突出部が設けられていると、効率的に電流を大きくすることができる。キャリアが注入される側の電極は、第１電極および第２電極の間の電位の大小関係、および有機半導体層中の主たるキャリアの種類により決定される。
この発明によれば、電流は、第１突出部と第２平坦部との間、および第２突出部と第１平坦部との間で流すことが可能である。したがって、第１電極および第２電極のうち、キャリアが注入される側の電極が反転された場合でも、第１突出部および第２突出部のいずれか一方で、キャリアが注入されるので、効率的に電流を大きくすることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、上記第１電極と第２電極との間に、複数の電界集中域が離散的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置（２０Ａ〜２０Ｃ，２７，３１，３５Ａ〜３５Ｄ）である。すなわち、隣り合う電界集中域の間の領域よりも、電界集中域の方が電界が強い状態となっている。
この発明によれば、離散的に配置された複数の電界集中領域に電流を流すことができる。したがって、第１電極と第２電極との間に流れる電流をトータルとして大きくすることができる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、上記第１電極（１６Ａ，１７Ａ）および第２電極（１６Ｂ，１７Ｂ）の対が２対設けられ、一方の対の第１および第２電極の対向方向と、他方の対の第１および第２電極の対向方向とが交差していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置（１５）である。
この発明によれば、たとえば、半導体装置を適当な磁場中において、１対の第１電極および第２電極の間に電圧を印加するとともに、ゲート電極を適当な電位として当該１対の電極間に電流を流す一方で、他の対の第１電極および第２電極間の電位差を測定することにより、上記１対の第１電極および第２電極間に流れる電流値を、ホール効果測定によって測定できる。これにより、有機半導体層のキャリア移動度を測定できる。
【００２６】
有機半導体層を構成する有機半導体材料は特に限定されず、π共役系の低分子及び高分子であれば公知のものをいずれでも用いることができ、たとえば、請求項９記載のように、ペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、フッ素置換された銅フタロシアニン、N, N’-ジアルキル−ナフタレン-1, 4, 5, 8-テトラカルボン酸ジイミド置換体、3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、N, N’-ジアルキル-3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレン、レジオレギュラーポリ、およびポリ-9, 9’ジアルキルフルオレンコビチオフェンの群から選ばれる１または２以上の有機半導体材料からなるものとすることができる。
【００２７】
有機半導体材料は、オリゴマーとすることが好ましい。オリゴマーは、精製が容易で、分子量が揃ったものを容易に得られるので、有機半導体層を均一なものとすることができる。
第１電極および第２電極は、請求項１０記載のように、金、白金、銀、マグネシウム、インジウム、銅、アルミニウム、リチウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化リチウム、フッ化リチウムの群から選択される１または２以上の導電性材料からなるものとすることができる。
【００２８】
第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうち１種類のみからなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうち複数種類のものからなるものであってもよく、たとえば、マグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）との合金、マグネシウムとインジウム（Ｉｎ）との合金、マグネシウムと銅（Ｃｕ）との合金、アルミニウム（Ａｌ）とリチウム（Ｌｉ）との合金、アルミニウムとフッ化リチウム（ＬｉＦ）との複合材料、アルミニウムと酸化リチウム（ＬｉＯ2）との複合材料、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化錫（ＳｎＯ2）との固溶体（いわゆるＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛（ＺｎＯ）との固溶体などであってもよい。
【００２９】
第１電極および第２電極の一方と他方とは、同じ種類の導電性材料からなるものであってもよく、異なる種類の導電性材料からなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極の一方または他方は、全体が同じ種類の導電性材料からなるものであってもよく、異なる種類の導電性材料からなる部分を含むものであってもよい。たとえば、第１電極および第２電極のうち、絶縁膜に接する部分をチタン（Ｔｉ）からなるものとし、他の部分を白金（Ｐｔ）からなるものとしてもよい。さらに、第１電極および第２電極のうち、電界集中形状部とそれ以外の部分とが異なる材料で構成されていてもよい。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、有機半導体層（８，４４，５１）を形成する工程と、上記有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極（７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，１１Ｓ，１１Ｄ，２３Ｓ，２３Ｄ）であって、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３２ｐ，５２ｐ）を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極（２，４２，５３）を形成する工程とを含み、上記電界集中形状部は、上記第１電極および第２電極の一方から他方に向かって突出した尖端形状の突出部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３２ｐ，５２ｐ）を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，３１，４０，５０）の製造方法である。
請求項１２記載の発明は、有機半導体層（８，４４）を形成する工程と、上記有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極（３７Ａ，３７Ｂ，３８Ｓ，３８Ｄ）であって、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部（３６）を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極（２，４２，５３）を形成する工程とを含み、上記電界集中形状部は、上記第１電極および上記第２電極の一方から他方に向かって先端が向けられたナノチューブ（３６）またはナノワイヤーからなる突出部（３６）を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置（３５Ａ〜３５Ｄ）の製造方法である。
【００３１】
請求項１１または１２記載の発明により、請求項３記載の半導体装置を得ることができる。
電界集中形状部を備えた第１電極および第２電極を形成する工程は、たとえば、絶縁膜上に全面に第１電極および第２電極を構成する材料からなる電極膜を、たとえば、スパッタ法により形成する工程と、この電極膜を所定の領域を残して除去する工程とを含んでいてもよい。電極膜を所定の領域を残して除去する工程は、たとえば、電子線（Electron Beam ； EB）で電極膜を露光した後、イオンミリングを行うことによってもよい。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、上記有機半導体層を形成する工程の後に、この有機半導体層を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置の製造方法である。
この発明によれば、熱処理により、有機半導体層に含まれる有機分子のうち不要なもの（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が小さいもの）を蒸発させ、また、有機半導体の分子を特定の方向に配列（配向）させることができる。
【００３３】
有機半導体層は、鎖状オリゴマー（たとえば、チオフェン系オリゴマー）からなることが好ましく、この場合、熱処理により分子を容易に配列させることができる。熱処理温度は、たとえば、有機半導体層を構成する材料の融点（ガラス転移温度）に対して５℃ないし１０℃低い温度で行うものとすることができる。このような温度では、鎖状のオリゴマーは、分子運動が活発になり、短時間で配列する。
【００３４】
以上の効果により、有機半導体層の移動度を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置１は、有機薄膜電界効果トランジスタ(Organic Field Effect Transister ; OFET)であり、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極２の上に、ゲート電極２側から順に、酸化シリコンからなるゲート酸化膜３、１対のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ、および有機半導体層８が形成されてなる。
【００３６】
ゲート酸化膜３は、ゲート電極２の上に全面に形成されており、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、間隙を挟んで対向配置されている。有機半導体層８は、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間隙を埋めるように、ゲート酸化膜３およびソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの上に形成されている。換言すれば、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとは、有機半導体層８を挟んで対向配置されている。
【００３７】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）の群から選択される１または２以上の導電性材料からなるものとすることができる。
【００３８】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、これらの導電性材料のうちの１種類のみからなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうちの複数種類のものからなるものであってもよく、たとえば、マグネシウムと銀との合金、マグネシウムとインジウムとの合金、マグネシウムと銅との合金、アルミニウムとリチウムとの合金、アルミニウムとフッ化リチウムとの複合材料、アルミニウムと酸化リチウムとの複合材料、酸化インジウムと酸化錫との固溶体（いわゆるＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛との固溶体などであってもよい。
【００３９】
この実施形態では、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、ゲート酸化膜３に隣接して形成されたチタン層５とチタン層５の上に形成された白金層６とを含んでいる。チタン層５により、ゲート酸化膜３とソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂとの密着性が向上されている。
有機半導体層８を構成する有機半導体材料は特に限定されず、π共役系の低分子及び高分子であれば公知のものをいずれでも用いることができ、たとえば、ペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、フッ素置換された銅フタロシアニン、N, N’-ジアルキル-ナフタレン-1, 4, 5, 8-テトラカルボン酸ジイミド置換体、3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、N, N’-ジアルキル-3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレンなどのπ共役系低分子やレジオレギュラーポリ（３-ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（3-アルキルチオフェン）、ポリ-9, 9’ジアルキルフルオレンコビチオフェンなどのπ共役系共重合体等のπ共役系高分子を単独で、またはこれらの２種以上のものを組み合わせて用いることができる。
【００４０】
この半導体装置１は、ゲート電極２とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極２を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層８を介してソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置１は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００４１】
図２は、図１の半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの形状および配置を示す図解的な斜視図である。図２では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、それぞれ、ほぼ同一直線上に沿って延びる帯状部７ｒと、帯状部７ｒの先端に設けられ平面視においてほぼ三角形の突出部７ｐとを備えている。ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐは尖端形状を有しており、ソース／ドレイン電極７Ｂに向かって先細りになっている。同様に、ソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐは尖端形状を有しており、ソース／ドレイン電極７Ａに向かって先細りになっている。すなわち、ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとが対向している。
【００４２】
この実施形態では、突出部７ｐの先端は稜線を形成しているが、突出部７ｐを厚さ方向についても先細り状とし、その先端が実質的に点を形成するようにしてもよい。
ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとの間隔は、１μｍ以下であることが好ましい。
このようなソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの形状により、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ間に電圧が印加されると、突出部７ｐの先端７ｅ付近に電界が集中する。このように、電界を先端７ｅ付近に積極的に集中させることにより、先端７ｅ近傍で集中的にキャリアの注入が起こるので、突出部７ｐの先端７ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
【００４３】
このように大きなドレイン電流が限られた領域を流れることにより、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、従来の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３（図１４参照）と比較して、小さな面積に形成できる。したがって、半導体装置１は小型化が可能である。
また、ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとの間隔を狭く（たとえば、１μｍ以下）としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比が得られる。
【００４４】
この半導体装置１は、たとえば、以下のような方法により製造することができる。先ず、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極２の表層部を熱酸化させて、ゲート酸化膜３を得る。
続いて、ゲート酸化膜３の上に全面に、スパッタ法によりチタンからなる膜を形成し、その上にスパッタ法によりさらに白金からなる膜を形成する。そして、これらのチタンからなる膜および白金からなる膜を、電子ビーム露光を行った後イオンミリングにより整形する。これにより、ソース／ドレイン電極７が得られる。
【００４５】
次に、以上の工程により露出したゲート酸化膜３およびソース／ドレイン電極７の上に、有機半導体層８を形成する。有機半導体層８の形成は、低分子有機半導体の場合には、たとえば、真空蒸着法、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などによるものとすることができる。高分子有機半導体の場合は、たとえば、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などによるものとすることができる。
【００４６】
また、目的とする低分子有機半導体の前駆体または目的とする高分子有機半導体の前駆体を用いて、上述の方法のうち適当な方法により層形成し、その後に加熱処理等により目的とする有機半導体層８を得てもよい。以上の工程により、図１に示す半導体装置１が得られる。
その後、必要によりこの半導体装置１を適当な温度で熱処理する。これにより、有機半導体層８に含まれる有機分子のうち不要なもの（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が低いもの）を飛ばすことができ、また、有機半導体層８を構成する分子を特定の方向に配列させることができる。
【００４７】
有機半導体層８が、鎖状オリゴマー（たとえば、チオフェン系オリゴマー）からなる場合、熱処理により分子を容易に配列させることができる。熱処理温度は、たとえば、有機半導体層８を構成する材料の融点（ガラス転移温度）に対して５℃ないし１０℃低い温度で行うものとすることができる。このような温度では、鎖状のオリゴマーの分子運動が活発になり、短時間で配列する。
以上の効果により、有機半導体層８の移動度を向上させることができる。
【００４８】
図３は、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに用いることができるソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄの形状および配置を示す図解的な平面図である。
ソース電極１１Ｓは、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１１ｒと、帯状部１１ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１１ｐとを備えている。ドレイン電極１１Ｄは、帯状部１１ｒとほぼ同一直線上に沿って延びる帯状の形状を有している。ドレイン電極１１Ｄのソース電極１１Ｓ側の端部は、帯状部１１ｒが延びる方向にほぼ直交する平坦部１１ｆとなっている。
【００４９】
ソース電極１１Ｓとドレイン電極１１Ｄとの間にドレイン電圧を印加した場合、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅの付近に電界が集中する。
有機半導体層８における主たるキャリアが電子である場合、ソース電極１１Ｓを接地し、ドレイン電極１１Ｄをソース電極１１Ｓに対して高電位にすることにより、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅを介してキャリアの注入が起こり、大きなドレイン電流を流すことができる。また、有機半導体層８における主たるキャリアがホールである場合、ドレイン電極１１Ｄを接地し、ソース電極１１Ｓをドレイン電極１１Ｄに対して高電位にすることにより、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅを介してキャリアの注入が起こり、大きなドレイン電流を流すことができる。
【００５０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置１５は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂおよび他の１対の電極１７Ａ，１７Ｂを備えている。図４では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１６ｒと、帯状部１６ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１６ｐとを備えている。ソース／ドレイン電極１６Ａの帯状部１６ｒとソース／ドレイン電極１６Ｂの帯状部１６ｒとは、ほぼ同一直線上に沿って配置されている。ソース／ドレイン電極１６Ａの突出部１６ｐとソース／ドレイン電極１６Ｂの突出部１６ｐとは、対向している。
【００５１】
同様に、電極１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１７ｒと、帯状部１７ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１７ｐとを備えている。電極１７Ａの帯状部１７ｒと電極１７Ｂの帯状部１７ｒとは、ほぼ同一直線上に沿って配置されている。電極１７Ａの突出部１７ｐと電極１７Ｂの突出部１７ｐとは、対向している。
【００５２】
ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの対向方向と、電極１７Ａ，１７Ｂの対向方向とは、ほぼ直角に交差している。また、ソース／ドレイン電極１６Ａとソース／ドレイン電極１６Ｂとの間隙、および電極１７Ａと電極１７Ｂとの間隙は、重なっている。すなわち、１対のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂと１対の電極１７Ａ，１７Ｂとは、有機半導体層８の共有部分を挟んで対向している。
帯状部１６ｒ，１７ｒの突出部１６ｐ，１７ｐ側とは反対側の端部には、電極パッド１８がそれぞれ接続されている。
【００５３】
この半導体装置１５は、帯状部１６ｒに接続された電極パッド１８を介して、ソース／ドレイン電極１６Ａの突出部１６ｐとソース／ドレイン電極１６Ｂの突出部１６ｐとの間にドレイン電圧を印加できる。この際、突出部１６ｐの先端１６ｅ近傍に電界が集中する。このため、突出部１６ｐの先端１６ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
さらに、ドレイン電流を流す際に、この半導体装置１５に対して、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの対向方向と、電極１７Ａ，１７Ｂの対向方向とに直交する方向（図４の紙面に垂直方向）に磁場をかけ、その状態で、帯状部１７ｒに接続された電極パッド１８を介して、電極１７Ａ，１７Ｂ間の電位差を測定する。これにより、有機半導体層のキャリア移動度を、ホール効果測定によって測定できる。
【００５４】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。これらの半導体装置２０Ａ〜２０Ｃは、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂ（図５（ａ））、１対のソース２３Ｓおよびドレイン電極２３Ｄ（図５（ｂ））、または１対のソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂ（図５（ｃ））を備えている。図５では、有機半導体層８の図示を省略している。
【００５５】
図５（ａ）を参照して、半導体装置２０Ａのソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２１ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２１Ａの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ｂ側に向かって複数の突出部２１ｐが突出している。ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ｂ側に向かって先細りになっている。
【００５６】
同様に、ソース／ドレイン電極２１Ｂの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって、ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐと同数の突出部２１ｐが突出している。ソース／ドレイン電極２１Ｂ突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって先細りになっている。
ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐとソース／ドレイン電極２１Ｂの突出部２１ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極２１Ａとソース／ドレイン電極２１Ｂとの間隔は、突出部２１ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。これにより、ソース／ドレイン電極２１Ａとソース／ドレイン電極２１Ｂとの間に電圧が印加された場合、それぞれの突出部２１ｐの先端２１ｅ付近に電界が集中する。したがって、これらの先端２１ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。複数の組の先端２１ｅが存在することにより、ドレイン電流をトータルとして大きくすることができる。
【００５７】
通電時には、ソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂ間には、複数の電界集中域がほぼ一定の間隔をあけて離散的に存在している。
図５（ｂ）を参照して、半導体装置２０Ｂのソース電極２３Ｓは、ソース／ドレイン電極２１Ａと同様の形状を有しており、帯状部２１ｒと同様の帯状部２３ｒ、および突出部２１ｐと同様の複数の突出部２３ｐとを備えている。ドレイン電極２３Ｄは、帯状の形状を有しており、帯状部２１ｒにほぼ平行に対向配置されている。ドレイン電極２３Ｄのソース電極２３Ｓ側の側部は、帯状部２３ｒが延びる方向とほぼ平行な平坦部２３ｆとなっている。
【００５８】
ソース電極２３Ｓはソース電極１１Ｓと同様の効果を奏することができ、ドレイン電極２３Ｄはドレイン電極１１Ｄと同様の効果を奏することができる（図３参照）。したがって、この半導体装置２０Ｂは、図３に示すソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と同様の効果を奏することができる。この際、複数の突出部２３ｐの先端２３ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができるので、ソース電極２３Ｓとドレイン電極２３Ｄに流すドレイン電流を、ソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と比べてトータルとして大きくすることができ、対向している先端２３ｅの間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００５９】
通電時には、ソース電極２３Ｓとドレイン電極２３Ｓとの間には、複数の電界集中域がほぼ一定の間隔をあけて離散的に存在している。
図５（ｃ）を参照して、半導体装置２０Ｃのソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２５ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２５Ａの帯状部２５ｒからは、ソース／ドレイン電極２５Ｂ側に向かって１つの突出部２５ｐが突出している。突出部２５ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２５Ｂ側に向かって先細りになっている。
【００６０】
同様に、ソース／ドレイン電極２１Ｂの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって、１つの突出部２１ｐが突出している。突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって先細りになっている。
帯状部２５ｒの互いに対向する部分は、突出部２５Ａが設けられた部分以外は平坦部２５ｆとなっている。ソース／ドレイン電極２５Ａの突出部２５ｐとソース／ドレイン電極２５Ｂの平坦部２５ｆとが対向しており、ソース／ドレイン電極２５Ｂの突出部２５ｐとソース／ドレイン電極２５Ａの平坦部２５ｆとが対向している。
【００６１】
この半導体装置２０Ｃは、有機半導体層８中の主たるキャリアの種類や、ソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂ間に印加される電圧の向きにより、ソース／ドレイン電極２５Ａの突出部２５ｐの先端２５ｅ、またはソース／ドレイン電極２５Ｂの突出部２５ｐの先端２５ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置２７は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂを備えている。図６では、有機半導体層８の図示を省略している。
【００６２】
ソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２８ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂの帯状部２８ｒからは、ソース／ドレイン電極２８Ｂ，２８Ａ側に向かって複数の突出部２８ｐが突出している。突出部２８ｐは、ソース／ドレイン電極２８Ｂ，２８Ａ側に向かって先細りになっているが、突出部２８ｐの先端２８ｅは丸みを帯びた凸湾曲面を形成している。
【００６３】
ソース／ドレイン電極２８Ａの突出部２８ｐとソース／ドレイン電極２８Ｂの突出部２８ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極２８Ａとソース／ドレイン電極２８Ｂとの間隔は、突出部２８ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。したがって、先端２８ｅが丸みを帯びた突出部２８ｐが形成されている場合であっても、それぞれの突出部２８ｐの先端２８ｅの付近に電界を集中させ、先端２８ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
【００６４】
図７は、半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置２９は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂを備えている。図７では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部３０ｒを備えている。ソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂの帯状部３０ｒからは、ソース／ドレイン電極３０Ｂ，３０Ａ側に向かって複数の突出部３０ｐが突出している。突出部３０ｐは、ほぼ一定の幅の先端形状を有しており、ソース／ドレイン電極３０Ｂ，３０Ａ側に向かって先細りにはなっていない。
【００６５】
ソース／ドレイン電極３０Ａの突出部３０ｐとソース／ドレイン電極３０Ｂの突出部３０ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極３０Ａとソース／ドレイン電極３０Ｂとの間隔は、突出部３０ｐが存在する複数の部分によって、他の部分よりも狭くなっている。したがって、先細りになっていない突出部３０ｐが形成されている場合であっても、それぞれの突出部３０ｐの先端３０ｅ付近に電界を集中させ、先端３０ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができ、対向している先端３０ｅ間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００６６】
図８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置３１は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂを備えている。図８では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂは、櫛形の形状を有している。ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂの対向部において、ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂの周縁部には、微小な突出部３２ｐが多数突出形成されている。突出部３２ｐは先細り形状を有しており、ソース／ドレイン電極３２Ａの突出部３２ｐとソース／ドレイン電極３２Ｂの突出部３２ｐとは対向している。
【００６７】
このような構成により、ソース／ドレイン電極３２Ａとソース／ドレイン電極３２Ｂとの間隔は、突出部３２ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。したがって、突出部３２ｐの先端付近に電界を集中させることができ、従来の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３（図１４参照）を用いた場合と比べて、大きなドレイン電流を流すことができ、対向している突出部３２ｐ間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００６８】
図９（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置（有機薄膜電界効果トランジスタ）の図解的な平面図であり、図９（ｂ）は、その変形例に係る半導体装置の図解的な断面図であり、図９（ｃ）（ｄ）は、さらに他の変形例に係る半導体装置の図解的な平面図である。図９（ａ）（ｃ）（ｄ）では、有機半導体層８の図示を省略している。
図９（ａ）を参照して、この半導体装置３５Ａは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐの先端７ｅにカーボンナノチューブ３６が接続されてなる。ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６は、ソース／ドレイン電極７Ｂ，７Ａに向けられている。
【００６９】
カーボンナノチューブ３６は、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーであるので、カーボンナノチューブ３６の先端付近に、効果的に電界を集中させることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
カーボンナノチューブ３６は、図９（ａ）に二点鎖線で示すように、突出部７ｐにおいて、先端７ｅ以外の部分に結合されていてもよい。さらに、カーボンナノチューブ３６は、図９（ｂ）に示す半導体装置３５Ｂのように、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの有機半導体層８に接触する全面に結合されていてもよい。
【００７０】
図９（ｃ）を参照して、この半導体装置３５Ｃは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に、１対のソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂを備えている。ソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部３７ｒを備えている。ソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂの帯状部３７ｒからは、ソース／ドレイン電極３７Ｂ，３７Ａ側に向かって複数のカーボンナノチューブ３６が突出している。この場合も、カーボンナノチューブ３６の先端に電界を集中させることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００７１】
ソース／ドレイン電極３７Ａに接続されたカーボンナノチューブ３６と、ソース／ドレイン電極３７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６とは、厳密に位置を合わせて対向していなくてもよい。この場合、ソース／ドレイン電極３７Ａに接続されたカーボンナノチューブ３６の先端と、ソース／ドレイン電極３７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６の先端との組み合わせうち、距離が短いものの組み合わせで、より大きなドレイン電流が流れる。
【００７２】
図９（ｄ）を参照して、この半導体装置３５Ｄは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に、１対のソース電極３８Ｓおよびドレイン電極３８Ｄを備えている。
ソース電極３８Ｓは、ソース／ドレイン電極３７Ａ（図９（ｃ）参照）と同様の形状を有しており、帯状部３７ｒと同様の帯状部３８ｒ、および帯状部３８ｒに接続された複数のカーボンナノチューブ３６を含んでいる。ドレイン電極３８Ｄは、帯状の形状を有しており、帯状部３８ｒにほぼ平行に対向配置されている。ドレイン電極３８Ｄのソース電極３８Ｓ側の側部は、帯状部３８ｒが延びる方向とほぼ平行な平坦部３８ｆとなっている。カーボンナノチューブ３６は、ドレイン電極３８Ｄに向かって突出している。
【００７３】
ソース電極３８Ｓはソース電極１１Ｓと同様の効果を奏することができ、ドレイン電極３８Ｄはドレイン電極１１Ｄと同様の効果を奏することができる（図３参照）。したがって、この半導体装置３５Ｄは、図３に示すソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と同様の効果を奏することができる。この際、複数のカーボンナノチューブ３６の先端を介して大きなドレイン電流を流すことができるので、ソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と比べて、ドレイン電流をトータルとして大きくすることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００７４】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，３７Ａ，３７Ｂおよびソース電極３８Ｓには、カーボンナノチューブ３６の代わりに、または、カーボンナノチューブ３６とともに、チタニアナノチューブが設けられていてもよい。
さらに、カーボンナノチューブ３６やチタニアナノチューブなどのナノチューブの代わりに、または、ナノチューブとともに、ナノワイヤーが設けられていてもよい。ナノワイヤーは、たとえば、金、白金、銀などの電極材料に用いられる導電性材料からなるものとすることができる。
【００７５】
カーボンナノチューブ３６は、たとえば、電気泳動法によりソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，３７Ａ，３７Ｂおよびソース電極３８Ｓに接続させることができる。
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置４０は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極４２の上に、ゲート電極４２側から順に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜４３、有機半導体層４４、および１対のソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂが形成されてなる。
【００７６】
ゲート絶縁膜４３は、ゲート電極４２の上に全面に形成されており、有機半導体層４４は、ゲート絶縁膜４３の上に全面に形成されている。ソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとは、間隙を挟んで対向配置されている。
ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂは、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂと同様の導電性材料からなる。有機半導体層４４は、有機半導体層８と同様の有機半導体材料からなるものとすることができる。
【００７７】
この半導体装置４０は、ゲート電極４２とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極４２を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層４４を介してソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置４０は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００７８】
ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの平面形状は、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの平面形状と同様であってもよく、これら、またはソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂにカーボンナノチューブ３６が接続されたものであってもよい。また、ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの代わりに、ソース電極１１Ｓ，２３Ｓ，３８Ｓおよびドレイン電極１１Ｄ，２３Ｄ，３８Ｄと同様の平面形状を有するソース電極およびドレイン電極が設けられていてもよい。いずれの場合でも、電界集中により大きなドレイン電流を流すことができ、良好なＯＮ／ＯＦＦ比が得られる。
【００７９】
さらに、ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの代わりに、図４に示す電極１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂと同様な直交配置で２対の電極が設けられていてもよい。このような半導体装置は、図４に示す半導体装置１５と同様の効果を奏することができる。
図１１は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置５０は、有機半導体層５１の上に、対向配置された１対のソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂ、およびソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの対向部の側方に配置されたゲート電極５３を含んでいる。
【００８０】
ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ、ほぼ同一直線上に沿って延びる帯状部５２ｒと、帯状部５２ｒの先端に設けられ平面視においてほぼ三角形の突出部５２ｐとをそれぞれ備えている。ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの突出部５２ｐは先端形状を有しており、ソース／ドレイン電極５２Ｂ，５２Ａに向かって先細りになっている。すなわち、ソース／ドレイン電極５２Ａの突出部５２ｐとソース／ドレイン電極５２Ｂの突出部５２ｐとが対向している。帯状部５２ｒの突出部５２ｐ側とは反対側には、電極パッド５４が接続されている。
【００８１】
ゲート電極５３はソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの配列方向にほぼ平行に延びている。ゲート電極５３の上にはゲート絶縁膜５５が形成されている。ゲート絶縁膜５５は、平面視においてゲート電極５３と完全に重なるように形成されている。したがって、ゲート電極５３は、ゲート絶縁膜５５を挟んで、ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂ間の有機半導体層５１に対向している。
この半導体装置５０は、ゲート電極５３とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極５３を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極５２Ａとソース／ドレイン電極５２Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層５１を介してソース／ドレイン電極５２Ａとソース／ドレイン電極５２Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置５０は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００８２】
この際、突出部５２ｐの先端５２ｅ近傍に電界が集中するので、先端５２ｅ近傍を介して大きなドレイン電流を流すことができ、かつ、良好なＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
本発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、１つのソース／ドレイン電極またはソース電極は、図２に示す先端形状を有する突出部７ｐ、図６に示す先端形状を有しない先細り形状の突出部２８ｐ、および幅がほぼ一定で先細り形状を有しない突出部３０ｐのうち２種類以上の突出部７ｐ，２８ｐ，３０ｐが設けられていてもよい。
【００８３】
また、図８に示すソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂにおいて、突出部３２ｐの代わりにカーボンナノチューブおよび／またはチタニアナノチューブにより突出部が形成されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００８４】
【実施例】
図４に示す先端形状のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂを有する半導体装置１５、および図１４に示す櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を有する半導体装置７０を作製し、それぞれの電流−電圧特性を測定した。
半導体装置１５、７０の製造方法は、以下の通りである。ゲート電極２は、ハイドープドシリコン（Ｓｉ）とし、ゲート電極２の表面からおよそ１００ｎｍの深さまでを熱酸化させることにより酸化シリコンからなるゲート酸化膜３，７１を形成した。このゲート酸化膜３，７１の上に、全面にチタン薄膜をスパッタ法により形成し、このチタン薄膜の上にさらに白金薄膜を全面に形成した。
【００８５】
続いて、電子ビーム露光およびイオンミリングにより、チタン薄膜および白金薄膜を整形した。これにより、半導体装置１５については図４に示す先端形状のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂおよび電極１７Ａ，１７Ｂを形成し、半導体装置７０については図１４に示す櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を形成した。半導体薄装置１５に関しては、対向する突出部１６ｐ間の間隔および対向する突出部１７ｐ間の間隔は、およそ１μｍとした。半導体装置７０に関しては、ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３との対向部における間隔は、２５μｍおよび１μｍの２通りとした。
【００８６】
次に、ゲート酸化膜３，７１のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂ，７２，７３が形成された側の面に、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂ，７２，７３を覆うように全面にフェニル終端チオフェン３量体（Ｐ３Ｔ）からなる有機半導体層８を真空蒸着により形成した。真空蒸着は、真空度１０-4Ｐａ、蒸着速度０．５ｎｍ／ｍｉｎ、基板温度８０℃の条件で行った。これにより、フェニル終端チオフェン３量体分子の分子軸がゲート酸化膜３，７１にほぼ垂直に配列し層状成長してなる有機半導体層８が得られた。
【００８７】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、各ゲート電圧ごとのドレイン電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。図１２（ａ）は、半導体装置１５（実施例）についての測定結果であり、図１２（ｂ）は、ソース／ドレイン電極７２，７３間が２５μｍの半導体装置７０（以下、「比較試料１」という。）についての測定結果であり、図１２（ｃ）は、ソース／ドレイン電極７２，７３間が１μｍの半導体装置７０（以下、「比較試料２」という。）についての測定結果である。ゲート電圧（ゲート電極２とグランドとの間の電圧）は、０Ｖ、−５Ｖ、−１０Ｖ、−１５Ｖ、および−２０Ｖとした。
【００８８】
半導体装置１５および比較試料１では、ゲート電圧が印加されているとき、ドレイン電圧が０に近いときは、ドレイン電圧の減少とともにドレイン電流は大きくなり、ドレイン電圧が−１０〜−３０Ｖ程度以上のときは、ドレイン電流はドレイン電圧によらずほぼ一定となる（図１２（ａ）（ｂ））。
一方、比較試料２では、ゲート電圧によらず、ドレイン電圧の減少とともにドレイン電流は単調に増加している。
【００８９】
すなわち、櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を用いたときは、ソース／ドレイン電極７２，７３間の間隔が２５μｍ程度と大きい場合には、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が少ないが、ソース／ドレイン電極７２，７３間の間隔が１μｍ程度と小さい場合には、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が大きい。これに対して、尖端形状を有するソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂを用いたときは、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの間隔１μｍ程度と小さいときでも、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が少ない。
【００９０】
図１３は、測定温度と有機半導体層８のキャリア移動度との関係の測定結果を示す特性図である。
半導体装置１５では、測定温度が高くなるほど移動度は高くなっている。特に、測定温度が３２５〜３５０Ｋ程度の温度範囲では、移動度は測定温度とともに急激に上昇している。測定温度がおよそ３５０Ｋ以上では、有機半導体層８の溶融に伴う素子の破壊のために移動度は減少している。
【００９１】
以上のことから、半導体装置１５は、熱処理により移動度を高くできることがわかる。すなわち、熱処理により不要な分子（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が小さいもの）が飛ばされ、また、分子（結晶）の再配列が起こり、移動度が改善されたものと判断される。分子の配列状態は、装置が室温に冷却された後も維持されるから、有機半導体層の溶融温度に達しない温度での熱処理を行うことによって、移動度を劇的に改善できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図２】 図１の半導体装置のソース／ドレイン電極の形状および配置を示す図解的な斜視図である。
【図３】 図１に示すソース／ドレイン電極の代わりに用いることができるソース電極およびドレイン電極の形状および配置を示す図解的な平面図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図６】 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図７】 半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図８】 本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図９】 本発明の第６の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の図解的な平面図および断面図である。
【図１０】 本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図１１】 本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図１２】 各ゲート電圧ごとのドレイン電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。
【図１３】 測定温度と有機半導体層の移動度との関係を示す特性図である。
【図１４】 従来の有機薄膜電界効果トランジスタのソース／ドレイン電極の形状を示す図解的な平面図である。
【符号の説明】
１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０ 半導体装置
２，４２，５３ ゲート電極
３、４３ ゲート酸化膜
５５ ゲート絶縁膜
７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ ソースドレイン電極
７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，５２ｐ 突出部
７ｅ，１１ｅ，１６ｅ，２１ｅ，２３ｅ，２５ｅ，５２ｅ 先端
８，４４，５１ 有機半導体層
１１Ｓ，２３Ｓ，３８Ｓ ソース電極
１１Ｄ，２３Ｄ，３８Ｄ ドレイン電極
１７Ａ，１７Ｂ 電極
３６ カーボンナノチューブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device using an organic semiconductor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a field effect transistor (FET) using an organic semiconductor and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attention has been focused on organic field effect transistors (OFETs). In the organic thin film field effect transistor, for example, a gate insulating film, a pair of source / drain electrodes, and an organic semiconductor layer are formed on a gate electrode in order from the gate electrode side. A drain current flows through the organic semiconductor layer between the two source / drain electrodes by applying an appropriate voltage (drain voltage) between the pair of source / drain electrodes with the gate electrode set to an appropriate potential.
[0003]
Here, since the carrier density of the organic semiconductor layer is small, in order to increase the current flowing between the pair of source / drain electrodes, the current flows over a wide region of the organic semiconductor layer.
FIG. 14 is a schematic plan view showing the shape of the source / drain electrodes of a conventional semiconductor device (organic thin film field effect transistor) 70 including an organic semiconductor. In FIG. 14, the illustration of the organic semiconductor layer is omitted.
[0004]
On the gate oxide film 71, a pair of comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 are formed so as to be fitted with a slight gap therebetween. The source / drain electrode 72 and the source / drain electrode 73 are arranged so as to have a substantially constant interval in almost the entire region where the source / drain electrodes 72 and 73 face each other.
When a gate electrode (not shown) is set to an appropriate potential, a drain current flows through the organic semiconductor layer corresponding to the region of the source / drain electrode 72 and the source / drain electrode 73. Since the drain current flows over a wide area of the organic semiconductor layer, a large current flows between the pair of source / drain electrodes 72 and 73 in total.
[0005]
Also, instead of comb-like electrodes such as the source / drain electrodes 72 and 73, a pair of parallel plate electrodes arranged in parallel with each other may be used. In this case, the current is designed to flow uniformly and stably between a pair of parallel plate electrodes. A semiconductor device provided with such parallel plate electrodes is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.
[0006]
[Non-Patent Document 1]
Chemistry 2001, vol.56, No.10 p.21
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, by forming the source / drain electrodes 72 and 73 in a comb shape, the area where the source / drain electrodes 72 and 73 are formed becomes larger. For this reason, it was difficult to reduce the size of the device.
Further, if the distance between the pair of comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 is narrowed, the magnitude of the drain current at the time of conduction largely depends on the drain voltage, and the ON / OFF ratio cannot be increased. The problem also arises.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device including an organic semiconductor that can be reduced in size.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including an organic semiconductor capable of increasing the ON / OFF ratio even when the interval between the source / drain electrodes is narrowed.
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device including an organic semiconductor that can be miniaturized.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including an organic semiconductor that can increase the ON / OFF ratio even when the interval between the source / drain electrodes is narrowed.
[0010]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  The invention according to claim 1 for solving the above-described problems includes an organic semiconductor layer (8, 44, 51),the aboveA first electrode and a second electrode (7A, 7B, 21A, 21B, 25A, 25B, 28A, 28B) provided in contact with the organic semiconductor layer and facing each other, 32A, 32B, 45A, 45B, 52A, 52B, 11S, 11D, 23S, 23D)When,the aboveProvided on at least one of the first electrode and the second electrodeElectricField concentrated shape (7p, 11p, 16p, 21p, 23p, 25p, 28p, 32p, 52p)In addition, the electric field concentration shape portion includes a point-like protruding portion (7p, 11p, 16p, 21p, 23p, 25p, 28p, 32p, 52p) protruding from one of the first electrode and the second electrode toward the other. In the vicinity of the electric field concentration shape portion, an electric field stronger than that in other regions is generated.Semiconductor devices (1, 15, 20A to 20C, 27, 31, 40, 50).
The invention according to claim 2 is an organic semiconductor layer (8, 44), a first electrode and a second electrode (37A, 37B, 38S, 38D) provided in contact with the organic semiconductor layer and facing each other, An electric field concentration shape portion (36) provided on at least one of the first electrode and the second electrode, and the electric field concentration shape portion is directed from one of the first electrode and the second electrode toward the other. A semiconductor device having a protruding portion (36) made of a nanotube (36) or a nanowire having a tip directed, and a stronger electric field is generated in the vicinity of the electric field concentration shape portion than in other regions. (35A to 35D).
[0011]
Numbers in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
For example, in the facing portion between the first electrode and the second electrode, the electric field concentration shape portion can be shaped such that the distance from the other electrode is shorter than the other portions.
According to this invention, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, a concentrated electric field is generated in the vicinity of the electric field concentration shape portion provided in at least one of the first electrode and the second electrode. . That is, an electric field stronger than that in other regions is generated in the vicinity of the electric field concentration shape portion. Thus, since the carriers are intensively injected through the electric field concentration shape portion by actively concentrating the electric field, even when the voltage between the first electrode and the second electrode is low, the organic semiconductor layer A large current flows inside.
[0012]
  Thereby, compared with the comb-shaped source / drain electrode of the conventional organic thin film field effect transistor, the formation area of the 1st electrode and the 2nd electrode can be made small. Therefore, the semiconductor device including the first electrode and the second electrode provided with such an electric field concentration shape portion can be miniaturized.
  This semiconductor device may be various diodes, transistors, and organic EL elements.
It is possible to make the gap between the first electrode and the second electrode narrower than the other part in the part where the protruding part exists. As a result, the electric field can be concentrated near the tip of the protrusion.
Moreover, it is preferable that the space | interval of the said protrusion part formed in one of the said 1st electrode and the said 2nd electrode and the other of the said 1st electrode and the said 2nd electrode is 1 micrometer or less. Thereby, the electric field can be concentrated in the vicinity of the tip of the protruding portion, and the formation region of the first and second electrodes can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized.
In the first aspect of the present invention, it is preferable that the radius of curvature of the tip of the protrusion is as small as possible, so that the electric field can be more effectively and actively concentrated near the tip of the protrusion. .
Moreover, the shape of the protrusion may include a portion having a substantially constant width.
With respect to the invention of claim 2, the nanotube is an ultra-thin tubular body having a diameter of the order of nanometers (nm), and the electric field is effectively concentrated on the tip of the nanotube directed to the other electrode.
The first electrode and the second electrode may be provided with only one nanotube, or may be provided with a plurality of nanotubes. In addition, the nanotube may be provided only on one of the first electrode and the second electrode, or may be provided on both.
Examples of nanotubes include carbon nanotubes and titania nanotubes. That is, one or both of the first electrode and the second electrode may be provided with carbon nanotubes, or may be provided with titania nanotubes instead of or together with carbon nanotubes.
The nanotubes can be connected to the first electrode and the second electrode, for example, by electrophoresis.
A nanowire is an ultrafine wire having a diameter of the order of nanometers (nm). Like a nanotube, an electric field is effectively concentrated on the tip of the nanowire directed to the other electrode. The nanowire can be made of a conductive material used as an electrode material, such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), and the like.
[0013]
  Claim3The described invention further includes a gate electrode (2, 42, 53) facing the organic semiconductor layer between the first electrode and the second electrode.Or 2The semiconductor device described (1, 15, 20A to 20C, 27, 31, 35A-35D, 40, 50).
  According to the present invention, the gate electrode is set to an appropriate potential, and an appropriate voltage is applied between the first electrode and the second electrode, whereby the first electrode and the second electrode are interposed via the organic semiconductor layer. A current can be passed through. That is, this semiconductor device functions as a field effect transistor.
[0014]
For example, the gate electrode and the organic semiconductor layer may be opposed to each other with an insulating film interposed therebetween.
One of the first electrode and the second electrode may be a source electrode, and the other of the first electrode and the second electrode may be a drain electrode. The first electrode and the second electrode may be either a bottom contact type or a top contact type.
As a result of experiments, it has been clarified that such a semiconductor device can have a large ON / OFF ratio even if the distance between the electric field concentration shape portion and the other electrode is narrowed.
[0020]
  Claim4In the described invention, the protrusions (7p, 16p, 21p, 28p) are formed on the first electrode and the second electrode, respectively., 32p, 36, 52p),The above provided on the first electrodeProtrusionAnd the protrusion provided on the second electrode,Are opposed to each other.1 to 3Any of the semiconductor devices (1, 15, 20A, 27, 31, 35A-35C, 50).
  According to the present invention, the electric field can be concentrated between the protrusion provided on the first electrode and the protrusion provided on the second electrode. Therefore, since the current can be concentrated and flown in a narrow region of the organic semiconductor layer, the formation region of the first electrode and the second electrode can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized.
[0021]
  Claim5In the described invention, the electric field concentration shape portion includes a plurality of first protruding portions (21p, 28p) protruding from the first electrode toward the second electrode., 32p, 36) and a plurality of second protrusions (21p, 28p) protruding from the second electrode toward the first electrode., 32p, 36), wherein the plurality of first protrusions and the plurality of second protrusions face each other.4(20A, 27), 31, 35C).
[0022]
  According to this invention, a large current can flow between the plurality of first protrusions provided on the first electrode and the plurality of second protrusions provided on the second electrode. Therefore, the current flowing between the first electrode and the second electrode can be increased as a whole.
  Claim6In the described invention, the first electrode (25A) includes a first protruding portion (25p) protruding toward the second electrode (25B), and a first flat portion (25f) facing the second electrode. The second electrode has a second protrusion (25p) facing the first flat part and a second flat part (25f) facing the first protrusion. Claim 1 to3A semiconductor device (20C) according to any one of the above.
[0023]
Of the first electrode and the second electrode, if the protrusion is provided on the electrode on the side where carriers are injected, the current can be increased efficiently. The electrode on the side where carriers are injected is determined by the potential relationship between the first electrode and the second electrode, and the main carrier type in the organic semiconductor layer.
According to the present invention, the current can flow between the first protrusion and the second flat part, and between the second protrusion and the first flat part. Therefore, even when the electrode on the side where the carrier is injected is inverted among the first electrode and the second electrode, the carrier is injected in one of the first protruding portion and the second protruding portion. Thus, the current can be increased.
[0024]
  Claim7The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of electric field concentration regions are discretely arranged between the first electrode and the second electrode.6(20A-20C, 27), 31, 35A-35D). That is, the electric field concentration region has a stronger electric field than the region between adjacent electric field concentration regions.
  According to the present invention, a current can be passed through a plurality of discrete electric field concentration regions. Therefore, the current flowing between the first electrode and the second electrode can be increased as a whole.
[0025]
  Claim8In the described invention, two pairs of the first electrode (16A, 17A) and the second electrode (16B, 17B) are provided, the opposing direction of the first and second electrodes of one pair, and the other pair The opposing direction of the first and second electrodes intersects each other.4A semiconductor device (15) according to any one of the above.
  According to the present invention, for example, a voltage is applied between a pair of the first electrode and the second electrode in an appropriate magnetic field in the semiconductor device, and the gate electrode is set to an appropriate potential between the pair of electrodes. While flowing current, by measuring the potential difference between the other pair of the first electrode and the second electrode, the value of the current flowing between the pair of first electrode and the second electrode can be measured by Hall effect measurement. . Thereby, the carrier mobility of the organic semiconductor layer can be measured.
[0026]
  The organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer is not particularly limited, and any known material can be used as long as it is a π-conjugated low-molecular or high-molecular material.9As described, pentacene, oligothiophene, substituted oligothiophene, bisdithienothiophene, substituted dialkylanthradithiophene, metal phthalocyanine, fluorine substituted copper phthalocyanine, N, N'-dialkyl-naphthalene- 1, 4, 5, 8-tetracarboxylic acid diimide substitution, 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, N, N'-dialkyl-3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid diimide , Fullerene, regioregular poly, and poly-9,9′dialkylfluorenecobithiophene. The organic semiconductor material may be made of one or more organic semiconductor materials.
[0027]
  The organic semiconductor material is preferably an oligomer. Since the oligomer is easily purified and can be easily obtained with a uniform molecular weight, the organic semiconductor layer can be made uniform.
  The first electrode and the second electrode are defined in claim 1.0As described, one or more conductive materials selected from the group of gold, platinum, silver, magnesium, indium, copper, aluminum, lithium, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, lithium oxide, lithium fluoride It can consist of.
[0028]
The first electrode and the second electrode may be composed of only one type of these conductive materials. In addition, the first electrode and the second electrode may be made of a plurality of types of these conductive materials. For example, an alloy of magnesium (Mg) and silver (Ag), magnesium and indium ( In) alloy, magnesium and copper (Cu) alloy, aluminum (Al) and lithium (Li) alloy, aluminum and lithium fluoride (LiF) composite material, aluminum and lithium oxide (LiO)2), Indium oxide (In2OThree) And tin oxide (SnO)2) And a solid solution of indium oxide and zinc oxide (ZnO).
[0029]
One and the other of the first electrode and the second electrode may be made of the same type of conductive material, or may be made of different types of conductive material. In addition, one or the other of the first electrode and the second electrode may be made entirely of the same type of conductive material, or may include parts made of different types of conductive material. For example, of the first electrode and the second electrode, the portion in contact with the insulating film may be made of titanium (Ti), and the other portion may be made of platinum (Pt). Furthermore, among the first electrode and the second electrode, the electric field concentration shape portion and other portions may be made of different materials.
[0030]
  Claim 11The described invention includes a step of forming an organic semiconductor layer (8, 44, 51),the aboveA first electrode and a second electrode (7A, 7B, 21A, 21B, 25A, 25B, 28A, 28B) that contact the organic semiconductor layer and face each other, 32A, 32B, 45A, 45B, 52A, 52B, 11S, 11D, 23S, 23D)Becausethe aboveProvided on at least one of the first electrode and the second electrodeBeElectric field concentration shape part (7p, 11p, 16p, 21p, 23p, 25p, 28p, 32p, 5Forming a first electrode and a second electrode having 2p);,UpForming a gate electrode (2, 42, 53) facing the organic semiconductor layer between the first electrode and the second electrode.Thus, the electric field concentration shape portion is a point-like protruding portion (7p, 11p, 16p, 21p, 23p, 25p, 28p, 32p, 52p) protruding from one of the first electrode and the second electrode toward the other. In the vicinity of the electric field concentration shape portion, an electric field stronger than other regions is generated.Semiconductor devices (1, 15, 20A to 20C, 27, 31, 40, 50).
The invention according to claim 12 includes the step of forming the organic semiconductor layer (8, 44), and the first electrode and the second electrode (37A, 37B, 38S, 38D) that are in contact with the organic semiconductor layer and face each other. Forming a first electrode and a second electrode having an electric field concentration portion (36) provided on at least one of the first electrode and the second electrode, and between the first electrode and the second electrode. Forming a gate electrode (2, 42, 53) facing the organic semiconductor layer, and the electric field concentration shape portion has a tip from one of the first electrode and the second electrode toward the other. A semiconductor device having a protruding portion (36) made of a directed nanotube (36) or nanowire, and generating a stronger electric field in the vicinity of the electric field concentration shape portion than in other regions. 5A~35D) is a method of manufacturing.
[0031]
  Claim 11 or 12According to the invention of claim3The semiconductor device described can be obtained.
  The step of forming the first electrode and the second electrode having the electric field concentration shape portion includes, for example, forming an electrode film made of a material constituting the first electrode and the second electrode over the entire surface of the insulating film by, for example, sputtering. A step of forming and a step of removing the electrode film leaving a predetermined region may be included. The step of removing the electrode film leaving a predetermined region may be performed, for example, by performing ion milling after exposing the electrode film with an electron beam (EB).
[0032]
  Claim 13The invention described in claim 1 further includes a step of heat-treating the organic semiconductor layer after the step of forming the organic semiconductor layer.1 or 12It is a manufacturing method of the semiconductor device of description.
  According to the present invention, by heat treatment, unnecessary organic molecules contained in the organic semiconductor layer are evaporated (one that does not contribute to conductivity, or that contributes little to conductivity), and the molecules of the organic semiconductor are also removed. It can be arranged (oriented) in a specific direction.
[0033]
The organic semiconductor layer is preferably made of a chain oligomer (for example, a thiophene oligomer). In this case, the molecules can be easily arranged by heat treatment. The heat treatment temperature can be, for example, 5 to 10 ° C. lower than the melting point (glass transition temperature) of the material constituting the organic semiconductor layer. At such a temperature, the chain-like oligomer becomes active in molecular motion and is arranged in a short time.
[0034]
With the above effects, the mobility of the organic semiconductor layer can be improved.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
This semiconductor device 1 is an organic thin film field effect transistor (OFET), and is formed from silicon oxide in order from the gate electrode 2 side on a gate electrode 2 made of silicon made conductive by doping impurities. A gate oxide film 3, a pair of source / drain electrodes 7A and 7B, and an organic semiconductor layer 8 are formed.
[0036]
The gate oxide film 3 is formed on the entire surface of the gate electrode 2, and the source / drain electrodes 7A and 7B are arranged to face each other with a gap therebetween. The organic semiconductor layer 8 is formed on the gate oxide film 3 and the source / drain electrodes 7A and 7B so as to fill a gap between the source / drain electrode 7A and the source / drain electrode 7B. In other words, the source / drain electrode 7A and the source / drain electrode 7B are disposed to face each other with the organic semiconductor layer 8 interposed therebetween.
[0037]
The source / drain electrodes 7A and 7B are gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), magnesium (Mg), indium (In), copper (Cu), aluminum (Al), lithium (Li), oxidized Indium (In2OThree), Tin oxide (SnO)2), Zinc oxide (ZnO), lithium oxide (Li2O) and one or more conductive materials selected from the group of lithium fluoride (LiF).
[0038]
The source / drain electrodes 7A and 7B may be made of only one type of these conductive materials. In addition, the first electrode and the second electrode may be made of a plurality of types of these conductive materials, for example, an alloy of magnesium and silver, an alloy of magnesium and indium, magnesium and Alloy with copper, alloy of aluminum and lithium, composite material of aluminum and lithium fluoride, composite material of aluminum and lithium oxide, solid solution of indium oxide and tin oxide (so-called ITO), indium oxide and zinc oxide It may be a solid solution.
[0039]
In this embodiment, the source / drain electrodes 7 A and 7 B include a titanium layer 5 formed adjacent to the gate oxide film 3 and a platinum layer 6 formed on the titanium layer 5. The titanium layer 5 improves the adhesion between the gate oxide film 3 and the source / drain electrodes 7A and 7B.
The organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer 8 is not particularly limited, and any known material can be used as long as it is a π-conjugated low molecular weight or high molecular weight material, such as pentacene, oligothiophene, or a substituent. Oligothiophene, bisdithienothiophene, substituted dialkylanthradithiophene, metal phthalocyanine, fluorine-substituted copper phthalocyanine, N, N'-dialkyl-naphthalene-1, 4, 5, 8-tetracarboxylic acid diimide substitution , 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, N, N'-dialkyl-3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid diimide, fullerene and other π-conjugated small molecules and regioregular poly ( Regioregular poly (3-alkylthiophene) represented by 3-hexylthiophene), poly-9,9 'dialkylfluoreneco The π-conjugated polymers such π-conjugated copolymers such thiophene alone or may be used in combination of two or more thereof.
[0040]
In this semiconductor device 1, by applying an appropriate voltage (gate voltage) between the gate electrode 2 and the ground, the gate electrode 2 is set to an appropriate potential, and the source / drain electrode 7A and the source / drain electrode 7B are By applying an appropriate voltage (drain voltage) therebetween, a current (drain current) can flow between the source / drain electrode 7A and the source / drain electrode 7B via the organic semiconductor layer 8. That is, the semiconductor device 1 functions as a field effect transistor.
[0041]
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the shape and arrangement of the source / drain electrodes 7A and 7B of the semiconductor device 1 of FIG. In FIG. 2, illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
Each of the source / drain electrodes 7A and 7B includes a belt-like portion 7r extending along substantially the same straight line, and a substantially triangular protrusion 7p provided at the tip of the belt-like portion 7r. The protruding portion 7p of the source / drain electrode 7A has a pointed shape and tapers toward the source / drain electrode 7B. Similarly, the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7B has a pointed shape and tapers toward the source / drain electrode 7A. That is, the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7A and the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7B are opposed to each other.
[0042]
In this embodiment, the tip of the protruding portion 7p forms a ridge line, but the protruding portion 7p may be tapered in the thickness direction so that the tip substantially forms a point.
The distance between the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7A and the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7B is preferably 1 μm or less.
Due to the shape of the source / drain electrodes 7A and 7B, when a voltage is applied between the source / drain electrodes 7A and 7B, the electric field is concentrated near the tip 7e of the protruding portion 7p. Thus, by positively concentrating the electric field in the vicinity of the tip 7e, carriers are injected intensively in the vicinity of the tip 7e, so that a large drain current can flow through the tip 7e of the protrusion 7p.
[0043]
The source / drain electrodes 7A and 7B are formed in a smaller area as compared with the conventional comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 (see FIG. 14) by flowing through a region where such a large drain current is limited. it can. Therefore, the semiconductor device 1 can be reduced in size.
Further, even if the distance between the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7A and the protruding portion 7p of the source / drain electrode 7B is narrow (for example, 1 μm or less), a large ON / OFF ratio can be obtained.
[0044]
This semiconductor device 1 can be manufactured, for example, by the following method. First, the gate oxide film 3 is obtained by thermally oxidizing the surface layer portion of the gate electrode 2 made of silicon made conductive by doping impurities.
Subsequently, a film made of titanium is formed on the entire surface of the gate oxide film 3 by sputtering, and a film made of platinum is further formed thereon by sputtering. Then, these titanium film and platinum film are subjected to electron beam exposure and then shaped by ion milling. Thereby, the source / drain electrode 7 is obtained.
[0045]
Next, an organic semiconductor layer 8 is formed on the gate oxide film 3 and the source / drain electrode 7 exposed by the above steps. In the case of a low molecular organic semiconductor, the organic semiconductor layer 8 can be formed by, for example, a vacuum deposition method, a method in which the organic semiconductor layer 8 is dissolved in a solvent and applied by casting, dipping, spin coating, or the like. . In the case of a polymer organic semiconductor, for example, it can be formed by dissolving in a solvent and applying by casting, dip, spin coating or the like.
[0046]
Further, using the target low molecular organic semiconductor precursor or the target high molecular organic semiconductor precursor, a layer is formed by an appropriate method from the above methods, and then the target organic is formed by heat treatment or the like. The semiconductor layer 8 may be obtained. Through the above steps, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is obtained.
Thereafter, if necessary, the semiconductor device 1 is heat-treated at an appropriate temperature. Thereby, unnecessary ones (one that does not contribute to conductivity or one that contributes less to conductivity) among organic molecules contained in the organic semiconductor layer 8 can be skipped, and the molecules constituting the organic semiconductor layer 8 can be skipped. Can be arranged in a specific direction.
[0047]
When the organic semiconductor layer 8 is composed of a chain oligomer (for example, a thiophene oligomer), the molecules can be easily arranged by heat treatment. The heat treatment temperature can be, for example, 5 to 10 ° C. lower than the melting point (glass transition temperature) of the material constituting the organic semiconductor layer 8. At such a temperature, the molecular motion of the chain oligomer becomes active and the molecules are arranged in a short time.
Due to the above effects, the mobility of the organic semiconductor layer 8 can be improved.
[0048]
FIG. 3 is a schematic plan view showing the shape and arrangement of the source electrode 11S and the drain electrode 11D that can be used in place of the source / drain electrodes 7A and 7B.
The source electrode 11S includes a strip 11r similar to the strip 7r of the source / drain electrodes 7A and 7B, and a protrusion 11p similar to the protrusion 7p of the source / drain electrodes 7A and 7B provided at the tip of the strip 11r. It has. The drain electrode 11D has a strip shape extending along substantially the same straight line as the strip portion 11r. The end of the drain electrode 11D on the source electrode 11S side is a flat portion 11f that is substantially orthogonal to the direction in which the strip portion 11r extends.
[0049]
When a drain voltage is applied between the source electrode 11S and the drain electrode 11D, the electric field concentrates near the tip 11e of the source electrode 11S.
When the main carrier in the organic semiconductor layer 8 is an electron, the source electrode 11S is grounded, and the drain electrode 11D is set to a high potential with respect to the source electrode 11S, thereby injecting carriers through the tip 11e of the source electrode 11S. Occurs and a large drain current can flow. When the main carrier in the organic semiconductor layer 8 is a hole, the drain electrode 11D is grounded, and the source electrode 11S is set to a high potential with respect to the drain electrode 11D. Implantation occurs and a large drain current can flow.
[0050]
FIG. 4 is a schematic plan view showing the structure of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This semiconductor device 15 is an organic thin film field effect transistor, and instead of the source / drain electrodes 7A, 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, a pair of source / drain electrodes 16A, 16B on the gate oxide film 3 and Another pair of electrodes 17A and 17B is provided. In FIG. 4, illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
The source / drain electrodes 16A and 16B are respectively provided with a belt-like portion 16r similar to the belt-like portion 7r of the source / drain electrodes 7A and 7B, and a protrusion 7p of the source / drain electrodes 7A and 7B provided at the tip of the belt-like portion 16r. The same protrusion part 16p is provided. The strip 16r of the source / drain electrode 16A and the strip 16r of the source / drain electrode 16B are arranged along substantially the same straight line. The protrusion 16p of the source / drain electrode 16A and the protrusion 16p of the source / drain electrode 16B are opposed to each other.
[0051]
Similarly, the electrodes 17A and 17B are respectively provided with a strip 17r similar to the strip 7r of the source / drain electrodes 7A and 7B, and a protrusion 7p of the source / drain electrodes 7A and 7B provided at the tip of the strip 17r. The same protrusion part 17p is provided. The strip 17r of the electrode 17A and the strip 17r of the electrode 17B are disposed along substantially the same straight line. The protruding portion 17p of the electrode 17A and the protruding portion 17p of the electrode 17B are opposed to each other.
[0052]
The facing direction of the source / drain electrodes 16A and 16B and the facing direction of the electrodes 17A and 17B intersect each other at a substantially right angle. Further, the gap between the source / drain electrode 16A and the source / drain electrode 16B and the gap between the electrode 17A and the electrode 17B overlap. That is, the pair of source / drain electrodes 16 </ b> A and 16 </ b> B and the pair of electrodes 17 </ b> A and 17 </ b> B are opposed to each other across the shared portion of the organic semiconductor layer 8.
The electrode pads 18 are connected to the ends of the strips 16r and 17r opposite to the protruding portions 16p and 17p, respectively.
[0053]
The semiconductor device 15 can apply a drain voltage between the protruding portion 16p of the source / drain electrode 16A and the protruding portion 16p of the source / drain electrode 16B via the electrode pad 18 connected to the belt-shaped portion 16r. At this time, the electric field concentrates near the tip 16e of the protrusion 16p. Therefore, a large drain current can flow through the tip 16e of the protrusion 16p.
Further, when a drain current is passed, the direction in which the source / drain electrodes 16A and 16B are opposed to the semiconductor device 15 and the direction perpendicular to the direction in which the electrodes 17A and 17B are opposed (perpendicular to the plane of FIG. 4). In this state, the potential difference between the electrodes 17A and 17B is measured via the electrode pad 18 connected to the strip portion 17r. Thereby, the carrier mobility of an organic-semiconductor layer can be measured by Hall effect measurement.
[0054]
FIG. 5 is a schematic plan view showing the structure of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention and a semiconductor device according to a modification thereof. These semiconductor devices 20A to 20C are organic thin film field effect transistors, and a pair of source / drain electrodes 21A on the gate oxide film 3 instead of the source / drain electrodes 7A and 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. , 21B (FIG. 5A), a pair of source 23S and drain electrode 23D (FIG. 5B), or a pair of source / drain electrodes 25A, 25B (FIG. 5C). In FIG. 5, the illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
[0055]
Referring to FIG. 5A, the source / drain electrodes 21A and 21B of the semiconductor device 20A are each provided with a belt-like portion 21r arranged to face each other substantially in parallel. A plurality of protrusions 21p protrude from the strip 21r of the source / drain electrode 21A toward the source / drain electrode 21B. The protrusion 21p of the source / drain electrode 21A has a substantially triangular shape in plan view, and tapers toward the source / drain electrode 21B side.
[0056]
Similarly, the same number of projecting portions 21p as the projecting portions 21p of the source / drain electrode 21A project from the strip-shaped portion 21r of the source / drain electrode 21B toward the source / drain electrode 21A side. The source / drain electrode 21B protrusion 21p has a substantially triangular shape in a plan view and tapers toward the source / drain electrode 21A.
The protruding portion 21p of the source / drain electrode 21A and the protruding portion 21p of the source / drain electrode 21B are opposed to each other. Thereby, the space | interval of the source / drain electrode 21A and the source / drain electrode 21B is narrow in the several part in which the protrusion part 21p exists. Thereby, when a voltage is applied between the source / drain electrode 21A and the source / drain electrode 21B, the electric field concentrates in the vicinity of the tip 21e of each protrusion 21p. Therefore, a large drain current can flow through these tips 21e. Since there are a plurality of sets of tips 21e, the drain current can be increased as a total.
[0057]
At the time of energization, a plurality of electric field concentration regions exist discretely at almost constant intervals between the source / drain electrodes 21A and 21B.
Referring to FIG. 5B, the source electrode 23S of the semiconductor device 20B has the same shape as the source / drain electrode 21A, and is the same as the belt-like portion 23r similar to the belt-like portion 21r and the protruding portion 21p. And a plurality of protrusions 23p. The drain electrode 23D has a strip shape, and is disposed to face the strip portion 21r substantially in parallel. A side portion of the drain electrode 23D on the source electrode 23S side is a flat portion 23f substantially parallel to the direction in which the strip portion 23r extends.
[0058]
The source electrode 23S can produce the same effect as the source electrode 11S, and the drain electrode 23D can produce the same effect as the drain electrode 11D (see FIG. 3). Therefore, this semiconductor device 20B can achieve the same effect as the semiconductor device provided with the source electrode 11S and the drain electrode 11D shown in FIG. At this time, since a large drain current can flow through the tips 23e of the plurality of projecting portions 23p, the drain current flowing through the source electrode 23S and the drain electrode 23D is supplied to the semiconductor device provided with the source electrode 11S and the drain electrode 11D. In comparison with the above, a large ON / OFF ratio can be ensured even if the gap between the opposing tips 23e is 1 μm or less.
[0059]
When energized, a plurality of electric field concentration regions are discretely present at substantially constant intervals between the source electrode 23S and the drain electrode 23S.
Referring to FIG. 5C, the source / drain electrodes 25A and 25B of the semiconductor device 20C are each provided with a belt-like portion 25r arranged to face each other substantially in parallel. One protrusion 25p protrudes from the strip 25r of the source / drain electrode 25A toward the source / drain electrode 25B. The protrusion 25p has a substantially triangular shape in a plan view, and tapers toward the source / drain electrode 25B side.
[0060]
Similarly, one protruding portion 21p protrudes from the strip portion 21r of the source / drain electrode 21B toward the source / drain electrode 21A side. The protrusion 21p has a substantially triangular shape in plan view and tapers toward the source / drain electrode 21A.
The portions of the belt-like portion 25r that face each other are flat portions 25f other than the portion provided with the protruding portion 25A. The protruding portion 25p of the source / drain electrode 25A and the flat portion 25f of the source / drain electrode 25B are opposed to each other, and the protruding portion 25p of the source / drain electrode 25B and the flat portion 25f of the source / drain electrode 25A are opposed to each other. Yes.
[0061]
The semiconductor device 20C includes the tip 25e of the protruding portion 25p of the source / drain electrode 25A or the source depending on the type of main carriers in the organic semiconductor layer 8 and the direction of the voltage applied between the source / drain electrodes 25A and 25B. / A large drain current can flow through the tip 25e of the protrusion 25p of the drain electrode 25B.
FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. This semiconductor device 27 is an organic thin film field effect transistor, and a pair of source / drain electrodes 28A, 28B are formed on the gate oxide film 3 instead of the source / drain electrodes 7A, 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. I have. In FIG. 6, the organic semiconductor layer 8 is not shown.
[0062]
The source / drain electrodes 28A and 28B are each provided with a belt-like portion 28r arranged to face each other substantially in parallel. A plurality of protrusions 28p protrude from the strips 28r of the source / drain electrodes 28A, 28B toward the source / drain electrodes 28B, 28A. The protruding portion 28p is tapered toward the source / drain electrodes 28B and 28A, but the tip 28e of the protruding portion 28p forms a rounded convex curved surface.
[0063]
The protrusion 28p of the source / drain electrode 28A and the protrusion 28p of the source / drain electrode 28B are opposed to each other. Thereby, the space | interval of the source / drain electrode 28A and the source / drain electrode 28B is narrow in the some part in which the protrusion part 28p exists. Accordingly, even when the protrusions 28p having rounded tips 28e are formed, the electric field is concentrated near the tips 28e of the respective protrusions 28p, and a large drain current is caused to flow through the tips 28e. Can do.
[0064]
  FIG.HalfIt is an illustration top view showing the structure of a conductor device. The semiconductor device 29 is an organic thin film field effect transistor, and a pair of source / drain electrodes 30A, 30B are formed on the gate oxide film 3 instead of the source / drain electrodes 7A, 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. I have. In FIG. 7, the illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
  The source / drain electrodes 30A and 30B are each provided with a belt-like portion 30r arranged to face each other substantially in parallel. A plurality of protrusions 30p protrude from the strips 30r of the source / drain electrodes 30A, 30B toward the source / drain electrodes 30B, 30A. The protruding portion 30p has a tip shape with a substantially constant width, and is not tapered toward the source / drain electrodes 30B and 30A side.
[0065]
The protrusion 30p of the source / drain electrode 30A and the protrusion 30p of the source / drain electrode 30B are opposed to each other. Thereby, the space | interval of the source / drain electrode 30A and the source / drain electrode 30B is narrower than the other part by the several part in which the protrusion part 30p exists. Therefore, even when the protrusions 30p that are not tapered are formed, the electric field can be concentrated near the tip 30e of each protrusion 30p, and a large drain current can flow through the tip 30e. A large ON / OFF ratio can be ensured even if the gap between the opposing tips 30e is 1 μm or less.
[0066]
  FIG. 8 shows the first aspect of the present invention.5It is an illustration top view showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment. The semiconductor device 31 is an organic thin film field effect transistor, and a pair of source / drain electrodes 32A and 32B are formed on the gate oxide film 3 instead of the source / drain electrodes 7A and 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. I have. In FIG. 8, illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
  The source / drain electrodes 32A and 32B have a comb shape. In the opposing portion of the source / drain electrodes 32A and 32B, a large number of minute protrusions 32p protrude from the peripheral edge of the source / drain electrodes 32A and 32B. The protrusion 32p has a tapered shape, and the protrusion 32p of the source / drain electrode 32A and the protrusion 32p of the source / drain electrode 32B face each other.
[0067]
With such a configuration, the distance between the source / drain electrode 32A and the source / drain electrode 32B is narrow at a plurality of portions where the protruding portions 32p are present. Therefore, the electric field can be concentrated in the vicinity of the tip of the protrusion 32p, and a larger drain current can be flowed compared to the case where the conventional comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 (see FIG. 14) are used, A large ON / OFF ratio can be ensured even if the gap between the opposing protruding portions 32p is 1 μm or less.
[0068]
  FIG. 9 (a) shows the first aspect of the present invention.6FIG. 9B is a schematic plan view of the semiconductor device (organic thin film field effect transistor) according to the embodiment, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the modification. (D) is a schematic plan view of a semiconductor device according to still another modification. 9A, 9C, and 9D, the illustration of the organic semiconductor layer 8 is omitted.
  Referring to FIG. 9A, the semiconductor device 35A has a carbon nanotube 36 connected to the tip 7e of the protruding portion 7p of the source / drain electrodes 7A and 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. The carbon nanotubes 36 connected to the source / drain electrodes 7A and 7B are directed to the source / drain electrodes 7B and 7A.
[0069]
Since the diameter of the carbon nanotube 36 is on the order of nanometers (nm), the electric field can be effectively concentrated near the tip of the carbon nanotube 36, and a large ON / OFF ratio can be secured.
As shown by a two-dot chain line in FIG. 9A, the carbon nanotube 36 may be coupled to a portion other than the tip 7e in the protruding portion 7p. Furthermore, the carbon nanotubes 36 may be bonded to the entire surface of the source / drain electrodes 7A and 7B in contact with the organic semiconductor layer 8 as in the semiconductor device 35B shown in FIG. 9B.
[0070]
Referring to FIG. 9C, this semiconductor device 35C includes a pair of source / drain electrodes 37A on the gate oxide film 3 instead of the source / drain electrodes 7A, 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. , 37B. The source / drain electrodes 37A and 37B are each provided with a belt-like portion 37r disposed so as to face each other substantially in parallel. A plurality of carbon nanotubes 36 protrude from the strips 37r of the source / drain electrodes 37A, 37B toward the source / drain electrodes 37B, 37A. Also in this case, the electric field can be concentrated on the tip of the carbon nanotube 36, and a large ON / OFF ratio can be secured.
[0071]
The carbon nanotubes 36 connected to the source / drain electrode 37A and the carbon nanotubes 36 connected to the source / drain electrode 37B do not have to be strictly aligned and face each other. In this case, the combination of the tip of the carbon nanotube 36 connected to the source / drain electrode 37A and the tip of the carbon nanotube 36 connected to the source / drain electrode 37B, which has a short distance, has a larger drain current. Flowing.
[0072]
Referring to FIG. 9D, this semiconductor device 35D includes a pair of source electrode 38S and drain on gate oxide film 3, instead of source / drain electrodes 7A and 7B of semiconductor device 1 shown in FIG. An electrode 38D is provided.
The source electrode 38S has a shape similar to that of the source / drain electrode 37A (see FIG. 9C), and a plurality of carbon nanotubes connected to the band-shaped portion 38r similar to the band-shaped portion 37r and the band-shaped portion 38r. 36. The drain electrode 38D has a strip shape, and is disposed to face the strip portion 38r substantially in parallel. The side portion of the drain electrode 38D on the source electrode 38S side is a flat portion 38f that is substantially parallel to the direction in which the strip portion 38r extends. The carbon nanotube 36 protrudes toward the drain electrode 38D.
[0073]
The source electrode 38S can produce the same effect as the source electrode 11S, and the drain electrode 38D can produce the same effect as the drain electrode 11D (see FIG. 3). Therefore, the semiconductor device 35D can achieve the same effect as the semiconductor device provided with the source electrode 11S and the drain electrode 11D shown in FIG. At this time, since a large drain current can flow through the tips of the plurality of carbon nanotubes 36, the total drain current can be increased as compared with the semiconductor device including the source electrode 11S and the drain electrode 11D. A large ON / OFF ratio can be secured.
[0074]
The source / drain electrodes 7A, 7B, 37A, 37B and the source electrode 38S may be provided with titania nanotubes instead of the carbon nanotubes 36 or together with the carbon nanotubes 36.
Further, nanowires may be provided in place of or together with the nanotubes such as the carbon nanotube 36 and the titania nanotube. The nanowire can be made of a conductive material used for electrode materials such as gold, platinum, and silver.
[0075]
  The carbon nanotubes 36 can be connected to the source / drain electrodes 7A, 7B, 37A, 37B and the source electrode 38S by, for example, electrophoresis.
  FIG. 10 shows the first aspect of the present invention.7It is an illustration sectional drawing showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment.
  This semiconductor device 40 is an organic thin film field effect transistor, and on a gate electrode 42 made of silicon made conductive by doping impurities, in order from the gate electrode 42 side, a gate insulating film 43 made of silicon oxide, an organic semiconductor A layer 44 and a pair of source / drain electrodes 45A and 45B are formed.
[0076]
The gate insulating film 43 is formed on the entire surface of the gate electrode 42, and the organic semiconductor layer 44 is formed on the entire surface of the gate insulating film 43. The source / drain electrode 45A and the source / drain electrode 45B are disposed to face each other with a gap therebetween.
The source / drain electrodes 45A and 45B are made of the same conductive material as the source / drain electrodes 7A and 7B. The organic semiconductor layer 44 can be made of the same organic semiconductor material as the organic semiconductor layer 8.
[0077]
In this semiconductor device 40, an appropriate voltage (gate voltage) is applied between the gate electrode 42 and the ground to bring the gate electrode 42 into an appropriate potential, and the source / drain electrode 45A and the source / drain electrode 45B are By applying an appropriate voltage (drain voltage) therebetween, a current (drain current) can flow between the source / drain electrode 45A and the source / drain electrode 45B via the organic semiconductor layer 44. That is, the semiconductor device 40 functions as a field effect transistor.
[0078]
  The planar shapes of the source / drain electrodes 45A, 45B are the source / drain electrodes 7A, 7B, 21A, 21B, 25A, 25B, 28A, 28B., 3It may be the same as the planar shape of 2A, 32B, 37A, 37B,These or source / drain electrodes 30A and 30BThe carbon nanotubes 36 may be connected to each other. Further, instead of the source / drain electrodes 45A and 45B, source and drain electrodes having the same planar shape as the source electrodes 11S, 23S, and 38S and the drain electrodes 11D, 23D, and 38D may be provided. In either case, a large drain current can be caused to flow due to electric field concentration, and a good ON / OFF ratio can be obtained.
[0079]
  Furthermore, instead of the source / drain electrodes 45A and 45B, two pairs of electrodes may be provided in the same orthogonal arrangement as the electrodes 16A, 16B, 17A and 17B shown in FIG. Such a semiconductor device can achieve the same effects as the semiconductor device 15 shown in FIG.
  FIG. 11 shows the first of the present invention.8It is an illustration top view showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment. The semiconductor device 50 includes a pair of source / drain electrodes 52A and 52B arranged opposite to each other on the organic semiconductor layer 51, and a gate electrode 53 arranged on the side of the opposed portion of the source / drain electrodes 52A and 52B. Is included.
[0080]
Each of the source / drain electrodes 52A and 52B includes a belt-like portion 52r extending along substantially the same straight line and a substantially triangular protrusion 52p provided at the tip of the belt-like portion 52r. The protrusions 52p of the source / drain electrodes 52A and 52B have a tip shape and taper toward the source / drain electrodes 52B and 52A. That is, the protrusion 52p of the source / drain electrode 52A and the protrusion 52p of the source / drain electrode 52B are opposed to each other. An electrode pad 54 is connected to the side of the belt-like portion 52r opposite to the protruding portion 52p side.
[0081]
The gate electrode 53 extends substantially parallel to the arrangement direction of the source / drain electrodes 52A and 52B. A gate insulating film 55 is formed on the gate electrode 53. The gate insulating film 55 is formed so as to completely overlap the gate electrode 53 in plan view. Accordingly, the gate electrode 53 faces the organic semiconductor layer 51 between the source / drain electrodes 52A and 52B with the gate insulating film 55 interposed therebetween.
In this semiconductor device 50, an appropriate voltage (gate voltage) is applied between the gate electrode 53 and the ground, whereby the gate electrode 53 is set to an appropriate potential, and the source / drain electrode 52A and the source / drain electrode 52B are By applying an appropriate voltage (drain voltage) therebetween, a current (drain current) can flow between the source / drain electrode 52A and the source / drain electrode 52B via the organic semiconductor layer 51. That is, the semiconductor device 50 functions as a field effect transistor.
[0082]
At this time, since the electric field concentrates in the vicinity of the tip 52e of the protruding portion 52p, a large drain current can flow through the vicinity of the tip 52e, and a good ON / OFF ratio can be secured.
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, one source / drain electrode or source electrode has a protrusion 7p having a tip shape shown in FIG. 2, a taper-like protrusion 28p having no tip shape shown in FIG. 6, and a taper shape having a substantially constant width. Two or more types of protrusions 7p, 28p, and 30p may be provided among the protrusions 30p that are not provided.
[0083]
Further, in the source / drain electrodes 32A and 32B shown in FIG. 8, the protrusions may be formed of carbon nanotubes and / or titania nanotubes instead of the protrusions 32p.
In addition, various modifications can be made within the scope of the matters described in the claims.
[0084]
【Example】
The semiconductor device 15 having the tip-shaped source / drain electrodes 16A and 16B shown in FIG. 4 and the semiconductor device 70 having the comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 shown in FIG. It was measured.
The manufacturing method of the semiconductor devices 15 and 70 is as follows. The gate electrode 2 was made of highly doped silicon (Si), and the gate oxide films 3 and 71 made of silicon oxide were formed by thermally oxidizing the surface of the gate electrode 2 to a depth of about 100 nm. A titanium thin film was formed on the entire surface of the gate oxide films 3 and 71 by sputtering, and a platinum thin film was further formed on the entire surface of the titanium thin film.
[0085]
Subsequently, the titanium thin film and the platinum thin film were shaped by electron beam exposure and ion milling. As a result, tip-shaped source / drain electrodes 16A and 16B and electrodes 17A and 17B shown in FIG. 4 are formed for semiconductor device 15, and comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 shown in FIG. Formed. Regarding the semiconductor thin device 15, the distance between the opposing protrusions 16p and the distance between the opposite protrusions 17p were about 1 μm. Regarding the semiconductor device 70, the distance between the facing portions of the source / drain electrode 72 and the source / drain electrode 73 was set to two types of 25 μm and 1 μm.
[0086]
Next, the entire surface of the gate oxide films 3 and 71 on which the source / drain electrodes 16A, 16B, 72, and 73 are formed covers the entire surface of the source / drain electrodes 16A, 16B, 72, and 73 so as to cover the source / drain electrodes 16A, 16B, 72, 73. An organic semiconductor layer 8 made of a trimer (P3T) was formed by vacuum deposition. Vacuum deposition has a degree of vacuum of 10-FourThe process was performed under the conditions of Pa, a deposition rate of 0.5 nm / min, and a substrate temperature of 80 ° C. As a result, an organic semiconductor layer 8 was obtained in which the molecular axes of the phenyl-terminated thiophene trimer molecules were arranged almost perpendicularly to the gate oxide films 3 and 71 and grown in layers.
[0087]
12A to 12C are characteristic diagrams showing the relationship between the drain voltage and the drain current for each gate voltage. 12A shows the measurement results for the semiconductor device 15 (Example), and FIG. 12B shows the semiconductor device 70 (hereinafter referred to as “Comparative Sample 1”) in which the distance between the source / drain electrodes 72 and 73 is 25 μm. FIG. 12C shows the measurement results for the semiconductor device 70 (hereinafter referred to as “Comparative Sample 2”) in which the distance between the source / drain electrodes 72 and 73 is 1 μm. The gate voltage (voltage between the gate electrode 2 and the ground) was 0V, −5V, −10V, −15V, and −20V.
[0088]
In the semiconductor device 15 and the comparative sample 1, when the gate voltage is applied and the drain voltage is close to 0, the drain current increases as the drain voltage decreases, and the drain voltage is about −10 to −30V or higher. The drain current is almost constant regardless of the drain voltage (FIGS. 12A and 12B).
On the other hand, in the comparative sample 2, the drain current monotonously increases as the drain voltage decreases regardless of the gate voltage.
[0089]
That is, when the comb-shaped source / drain electrodes 72 and 73 are used, if the distance between the source / drain electrodes 72 and 73 is as large as about 25 μm, the change in the drain current with respect to the drain voltage is small. When the distance between the electrodes 72 and 73 is as small as about 1 μm, the change in the drain current with respect to the drain voltage is large. On the other hand, when the source / drain electrodes 16A and 16B having a pointed shape are used, even when the distance between the source / drain electrodes 16A and 16B is as small as about 1 μm, the change in the drain current with respect to the drain voltage is small.
[0090]
FIG. 13 is a characteristic diagram showing measurement results of the relationship between the measurement temperature and the carrier mobility of the organic semiconductor layer 8.
In the semiconductor device 15, the higher the measurement temperature, the higher the mobility. In particular, in the temperature range where the measurement temperature is about 325 to 350K, the mobility increases rapidly with the measurement temperature. When the measurement temperature is about 350 K or more, the mobility is reduced due to the destruction of the element accompanying the melting of the organic semiconductor layer 8.
[0091]
From the above, it can be seen that the mobility of the semiconductor device 15 can be increased by heat treatment. In other words, it is judged that the mobility has been improved because unnecessary molecules (one that does not contribute to conductivity or one that contributes little to conductivity) are skipped by heat treatment, and rearrangement of molecules (crystals) has occurred. The Since the molecular alignment state is maintained even after the apparatus is cooled to room temperature, it is considered that the mobility can be dramatically improved by performing a heat treatment at a temperature that does not reach the melting temperature of the organic semiconductor layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view showing the shape and arrangement of source / drain electrodes of the semiconductor device of FIG. 1. FIG.
3 is a schematic plan view showing the shape and arrangement of source and drain electrodes that can be used in place of the source / drain electrodes shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view showing the structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view showing a structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and a semiconductor device according to a modification example thereof.
FIG. 6 is an illustrative plan view showing a structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Fig. 7]HalfIt is an illustration top view showing the structure of a conductor device.
FIG. 8 shows the first of the present invention.5It is an illustration top view showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment.
FIG. 9 shows the first of the present invention.6FIG. 6 is a schematic plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment and a semiconductor device according to a modification example thereof.
FIG. 10 shows the first of the present invention.7It is an illustration sectional drawing showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment.
FIG. 11 shows the first of the present invention.8It is an illustration top view showing the structure of the semiconductor device concerning an embodiment.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between drain voltage and drain current for each gate voltage.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the measurement temperature and the mobility of the organic semiconductor layer.
FIG. 14 is a schematic plan view showing the shape of a source / drain electrode of a conventional organic thin film field effect transistor.
[Explanation of symbols]
    1, 15, 20A-20C, 27, 29, 31, 35A-35D, 40, 50 Semiconductor device
    2,42,53 Gate electrode
    3, 43 Gate oxide film
    55 Gate insulation film
    7A, 7B, 21A, 21B, 25A, 25B, 28A, 28B, 30A, 30B, 32A, 32B, 37A, 37B, 45A, 45B, 52A, 52B Source drain electrode
    7p, 11p, 16p, 21p, 23p, 25p, 28p, 30p, 32p, 52p
    7e, 11e, 16e, 21e, 23e, 25e, 52e
    8, 44, 51 Organic semiconductor layer
    11S, 23S, 38S Source electrode
    11D, 23D, 38D Drain electrode
    17A, 17B electrode
    36 carbon nanotubes

Claims (13)

有機半導体層と、
上記有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極と、
上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部とを含み、
上記電界集中形状部は、上記第１電極および第２電極の一方から他方に向かって突出した尖端形状の突出部を有しており、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置。An organic semiconductor layer;
A first electrode and a second electrode provided in contact with the organic semiconductor layer and facing each other;
Look including a first electrode and at least the electric field concentration shaped section are found provided on one of the second electrode,
The electric field concentration shape portion has a pointed protrusion protruding from one of the first electrode and the second electrode toward the other, and in the vicinity of the electric field concentration shape portion from other regions. A semiconductor device characterized in that a strong electric field is generated . 有機半導体層と、
上記有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極と、
上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部とを含み、
上記電界集中形状部は、上記第１電極および上記第２電極の一方から他方に向かって先端が向けられたナノチューブまたはナノワイヤーからなる突出部を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置。An organic semiconductor layer;
A first electrode and a second electrode provided in contact with the organic semiconductor layer and facing each other;
Look including a first electrode and at least the electric field concentration shaped section are found provided on one of the second electrode,
The electric field concentration shape portion has a protruding portion made of a nanotube or nanowire whose tip is directed from one of the first electrode and the second electrode toward the other, and in the vicinity of the electric field concentration shape portion, A semiconductor device characterized in that an electric field stronger than that in other regions is generated . 上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein further comprising a gate electrode opposed to the organic semiconductor layer between the first electrode and the second electrode. 上記第１電極および第２電極にそれぞれ上記突出部が設けられ、上記第１電極に設けられた上記突出部と上記第２電極に設けられた上記突出部とが対向していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。The first electrode and the second electrode are each provided with the protrusion, and the protrusion provided on the first electrode and the protrusion provided on the second electrode are opposed to each other. The semiconductor device according to claim 1 . 上記電界集中形状部は、上記第１電極から第２電極に向かって突出した複数の第１突出部と、上記第２電極から第１電極に向かって突出した複数の第２突出部とを含み、上記複数の第１突出部と上記複数の第２突出部とがそれぞれ対向していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。The electric field concentration shape portion includes a plurality of first protrusions protruding from the first electrode toward the second electrode, and a plurality of second protrusions protruding from the second electrode toward the first electrode. the semiconductor device according to any one of 4 to claims 1, characterized in that said plurality of first protrusions and said plurality of second protrusions and are opposed respectively. 上記第１電極は、上記第２電極に向かって突出した第１突出部と、上記第２電極に対向する第１平坦部とを有し、
上記第２電極は、上記第１平坦部に対向する第２突出部と、上記第１突出部に対向する第２平坦部とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。The first electrode has a first protruding portion protruding toward the second electrode, and a first flat portion facing the second electrode,
The said 2nd electrode has a 2nd protrusion part which opposes the said 1st flat part, and a 2nd flat part which opposes the said 1st protrusion part, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 上記第１電極と第２電極との間に、複数の電界集中域が離散的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。Between the first electrode and the second electrode, the semiconductor device according to any one of claims 1, wherein a plurality of electric field concentration region is discretely arranged 6. 上記第１電極および第２電極の対が２対設けられ、一方の対の第１および第２電極の対向方向と、他方の対の第１および第２電極の対向方向とが交差していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。Two pairs of the first electrode and the second electrode are provided, and the facing direction of the first and second electrodes of one pair intersects the facing direction of the first and second electrodes of the other pair. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that. 上記有機半導体層が、ペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、フッ素置換された銅フタロシアニン、N, N’-ジアルキル-ナフタレン-1, 4, 5, 8-テトラカルボン酸ジイミド置換体、3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、N, N’-ジアルキル-3, 4, 9, 10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレン、レジオレギュラーポリ、およびポリ-9, 9’ジアルキルフルオレンコビチオフェンの群から選択される１または２以上の有機半導体材料からなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置。The organic semiconductor layer is pentacene, oligothiophene, substituted oligothiophene, bisdithienothiophene, substituted dialkylanthradithiophene, metal phthalocyanine, fluorine-substituted copper phthalocyanine, N, N'-dialkyl-naphthalene -1, 4, 5, 8-tetracarboxylic acid diimide substitution product, 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, N, N'-dialkyl-3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid diimide, fullerene, regioregular poly and poly-9, according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it consists of one or more organic semiconductor material is selected from the group of 9 'dialkylfluorene Cobi thiophene Semiconductor device. 上記第１電極および第２電極が、金、白金、銀、マグネシウム、インジウム、銅、アルミニウム、リチウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化リチウム、フッ化リチウムの群から選択される１または２以上の導電性材料からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置1 or 2 in which the first electrode and the second electrode are selected from the group consisting of gold, platinum, silver, magnesium, indium, copper, aluminum, lithium, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, lithium oxide, and lithium fluoride. claims 1, characterized in that it consists of more conductive material according to one of 9 有機半導体層を形成する工程と、
上記有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極であって、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、
上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極を形成する工程とを含み、
上記電界集中形状部は、上記第１電極および第２電極の一方から他方に向かって突出した尖端形状の突出部を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming an organic semiconductor layer;
The organic a first electrode and a second electrode contact facing each other on the semiconductor layer, the first electrode and the second at least electric field concentration shaped portion either provided we are in one of the first electrode and the second electrode Forming an electrode;
And forming a gate electrode opposed to the organic semiconductor layer between the first electrode and the second electrode seen including,
The electric field concentration shape portion has a pointed protrusion protruding from one of the first electrode and the second electrode toward the other, and is stronger in the vicinity of the electric field concentration shape portion than the other regions. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an electric field is generated . 有機半導体層を形成する工程と、
上記有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極であって、上記第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられる電界集中形状部を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、
上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極を形成する工程とを含み、
上記電界集中形状部は、上記第１電極および上記第２電極の一方から他方に向かって先端が向けられたナノチューブまたはナノワイヤーからなる突出部を有し、上記電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming an organic semiconductor layer;
The organic a first electrode and a second electrode contact facing each other on the semiconductor layer, the first electrode and the second at least electric field concentration shaped portion either provided we are in one of the first electrode and the second electrode Forming an electrode;
And forming a gate electrode opposed to the organic semiconductor layer between the first electrode and the second electrode seen including,
The electric field concentration shape portion has a protruding portion made of a nanotube or nanowire whose tip is directed from one of the first electrode and the second electrode toward the other, and in the vicinity of the electric field concentration shape portion, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an electric field stronger than that in other regions is generated . 上記有機半導体層を形成する工程の後に、上記有機半導体層を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。After the step of forming the organic semiconductor layer, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 1 or 12, further comprising the step of heat treating the organic semiconductor layer.
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