JP4358580B2

JP4358580B2 - 有機電界効果トランジスタ及びその製造方法

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Publication number: JP4358580B2
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Description

本発明は、有機電界効果トランジスタ（有機ＦＥＴ；ｆield-effect transistor）及びその製造方法に関する。

一般に、有機半導体を利用した薄膜有機ＦＥＴは、半導体層が印刷法、スプレー法、インクジェット法等の簡便なプロセスで形成され得るので、無機半導体を用いたＦＥＴに比して格段に安価に製造することができる。また、大面積で且つ軽量、薄型の集積回路を平易に作製できる可能性があり、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＩＣカード等への応用が期待されている。

近年、有機半導体のキャリア移動度が向上し、アモルファスシリコンに匹敵する程度の移動度を発現し得るものが見出されており、これらの高い移動度を有する有機半導体を用いたＦＥＴの実用化に向けての研究が盛んに進められている。具体的には、このような高い移動度を発現する有機材料としては、ペンタセン、ポリアルキルチオフェン等が得られるようになっており、有機ＦＥＴの開発に大きな進展が認められる。

しかし、これらの有機ＦＥＴにおいては、ソース電極及びドレイン電極が金属等の無機材料から構成されていることが一般的である。このため、これらの電極と有機材料である有機半導体層との親和性が低く、これに起因して、電極と有機半導体層との電気的な接合状態が悪い傾向にあった。有機ＦＥＴにおいてこれらの接合状態が悪いと、電極と有機半導体層との間の接触抵抗が大きくなり、印加するゲート電圧の損失が生じるようになる。このため、これまでの有機ＦＥＴは、無機半導体を用いたＦＥＴと同等の電流値を得るためには過剰なゲート電圧が必要とされる場合が多く、有機半導体が本来有している高い移動度にもかかわらず、実用的な電圧の範囲で使用することが困難であった。

そこで、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗の低下を図るべく、有機半導体と対の性質を有するドーパントを半導体層におけるソース電極及びドレイン電極に接する領域にのみドープさせた有機ＦＥＴが知られている（例えば、特許文献１参照。）。かかる有機ＦＥＴにおいては、有機半導体層におけるソース及びドレイン電極付近の領域にドーパントをドープすることにより、有機半導体層中に電荷移動錯体を形成し、これによりキャリア密度を増加させることにより両者の接触による抵抗の低減を図っている。
特開２００２−２０４０１２号公報

しかし、上記特許文献１に記載の有機ＦＥＴであっても、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との電気的な接合性が充分に改善されておらず、トランジスタとして実用化するためには、この両者の接触状態を更に改良する必要があった。

また、この有機ＦＥＴのように、ソース電極及びドレイン電極が有機半導体層上に形成されている、いわゆるトップコンタクト型の有機ＦＥＴにおいては、これらの電極は蒸着等により形成される場合が多い。しかし、このようにして製造された有機ＦＥＴは、有機半導体層が電極形成の際の高温により熱ダメージを受けるため、これにより各電極との接合部付近において有機半導体層が劣化してしまっている場合があった。このような有機半導体層の劣化も、電極と有機半導体層との接触状態を悪化させる一因となっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との接合性が充分に改善された有機ＦＥＴ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らの詳細な研究によると、上記特許文献１に記載された有機ＦＥＴで充分な接合性の改善効果が認められないのは、以下に示す原因によることが判明した。すなわち、この有機ＦＥＴにおいては、有機半導体層におけるソース及びドレイン電極付近のキャリア密度を高めることによって、キャリアの移動による電極−有機半導体層間の電気的な相互作用を起こり易くし、これにより全体的な移動度を高めている。しかし、かかる手法によってもソース及びドレイン電極と有機半導体層との親和性は悪いままであり、両者の接合性を本質的に改善することは困難であった。このため、従来の有機ＦＥＴにおいては、ある程度以上に接触抵抗を低減することが困難であった。

本発明者らはこのような知見に基づいて更に研究を進めたところ、上記従来技術のように有機半導体層中に他の物質を導入してその特性を向上させるのではなく、ソース又はドレイン電極と有機半導体層との両方に対して親和性の良好な層を間に導入することによって、両者の電気的な接合性を本質的に改善することができることを見出し、本発明を想到するに至った。

すなわち、本発明の有機ＦＥＴは、ソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、有機半導体層とソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極との間に形成されており、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラック、無定形炭素、ガラス状炭素、又は活性炭である炭素材料からなるバッファ層とを備えることを特徴とする。このとき、バッファ層は、炭素材料からなる層、すなわち炭素材料のみから構成される層である。

炭素材料を含むバッファ層は、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間に形成されており、これらの接合性を改善する役割を有している。このバッファ層により接合性の改善効果が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないものの、本発明者らは次のように推測している。すなわち、バッファ層は炭素材料を含むものであり、また、有機半導体層も有機材料から構成されていることから多くの炭素原子を含有している。このため、バッファ層と有機半導体層とを接触させた場合には、これらに含まれている炭素原子同士の作用によって両層の親和性が良好となる。さらに、バッファ層に含まれる炭素材料は高い導電性を発揮し得るので、金属等からなる電極に対しても良好な接合性を有している。このような特性を有するバッファ層をソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間に介在させた結果、従来のように電極と有機半導体層とを直接接触させた場合に比して、両者の間の接触抵抗が顕著に低下するものと考えられる。ただし、作用はこれらに限定されない。

また、前述したトップコンタクト型の有機ＦＥＴを製造する場合、本発明の有機ＦＥＴにおいては、ソース又はドレイン電極がバッファ層を介して有機半導体層上に形成される。このため、本発明の有機ＦＥＴは、ソース又はドレイン電極を有機半導体層上に直接形成させていた従来の有機ＦＥＴに比して、電極の蒸着等の際に受ける有機半導体層の熱ダメージが低減されており、有機半導体層の劣化が少ないものとなる。

さらに、本発明者らが検討したところ、上記特許文献１に記載の有機ＦＥＴは、長時間大気に晒されたり使用回数が増加したりすると、有機半導体層が経時的な劣化を生じてしまう可能性があることが判明した。これは、この有機ＦＥＴにおいては、ソース及びドレイン電極付近の有機半導体層にのみドープさせたドーパントが、徐々に有機半導体層の他の領域への拡散やマイグレーションを生じてしまうためである。こうなると、オフ時においても不都合に大きな電流が流れるようになり、いずれトランジスタとしての使用が困難となる。

これに対して、本発明の有機ＦＥＴによれば、実質的に単一の有機半導体から構成される有機半導体層であってもソース又はドレイン電極との接合性を良好にすることが可能である。従って、上記従来の有機ＦＥＴのように有機半導体層中にドーパント等を導入する必要がなく、このため、ドーパントの拡散等に起因した有機半導体層の経時劣化は生じ得ない。

上記本発明の有機ＦＥＴは、ソース電極及びドレイン電極とゲート電極との間に形成された絶縁層を更に有しており、有機半導体層は絶縁層に対してソース電極及びドレイン電極が位置する側に形成されているものであると好ましい。

また、本発明の有機ＦＥＴにおいては、バッファ層の厚さは、０．５〜１０ｎｍであると好ましい。バッファ層の厚さを１０ｎｍ以下とすることで、炭素材料の種類によっては高くなるバッファ層自体の抵抗を、有機ＦＥＴの動作に殆ど影響を与えない程度に小さくすることができ、これにより、有機ＦＥＴをより実用的な電圧範囲で駆動させることが可能となる。また、バッファ層の厚さを０．５ｎｍ以上とすると、より均一な膜の形成が可能となり、これにより、バッファ層と両電極及び有機半導体層との密着性が向上して両者の接触抵抗が更に小さくなる傾向にある。

さらにまた、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、上記本発明の有機ＦＥＴ、すなわちソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極とを備える有機電界効果トランジスタを平易に製造するための方法であって、ソース電極及びドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、炭素材料を含むバッファ層を形成する工程を有することを特徴とする。

具体的には、上述の製造方法は、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側に有機半導体層を形成する工程、積層体における有機半導体層が形成された側にバッファ層を形成する工程、及び、積層体におけるバッファ層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を当該各電極の少なくとも一方がバッファ層上に位置するように形成する工程を有する方法により実施される。このような製造方法によって、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方がバッファ層を介した状態で有機半導体層に接合されたトップコンタクト型の有機ＦＥＴが製造される。

また、本発明による有機ＦＥＴの製造方法は、有機半導体層の下方にソース及びゲート電極を備えるボトムコンタクト型の有機ＦＥＴを平易に製造する方法も提供する。かかる方法は、具体的には、ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程、積層体における絶縁層が形成された側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方の上にバッファ層を形成する工程、及びソース電極又はドレイン電極の少なくとも一方との間にバッファ層を挟むように有機半導体層を形成する工程を有する方法により実施される。

本発明によれば、ソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との接合性に優れる有機電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。

図１は、本発明の第一実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。有機ＦＥＴ１はゲート絶縁膜４（絶縁層）の一側（図中下側）に設けられたゲート電極２、ゲート絶縁膜４の他側（図中上側）に設けられた有機半導体層６、ゲート絶縁膜４の他側（図中上側）であって、有機半導体層６の上に設けられたソース電極１０及びドレイン電極１２、及び、有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２との間にそれぞれ設けられたバッファ層８を有しており、いわゆるトップコンタクト型の構成を有する有機ＦＥＴである。

このような構成を有する有機ＦＥＴ１におけるゲート電極２は、チャネルとして機能する後述の有機半導体層６を通るドレイン電流量を制御する機能を有している。このゲート電極２は、例えば、ポリシリコン、ドープトＳｉ、金属、導電性ポリマー等の導電性部材からなり、基板としての役割も兼ねるものである。なお、基板として、ガラス材、セラミックス材、プラスチック材等の絶縁性基板を別途設けることもでき、この場合は、これらの基板上にゲート電極２を形成させる。

ゲート電極２上に形成されたゲート絶縁膜４は、適宜の誘電性を発現し得る材料から構成され、具体的には、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２等の無機誘電体や、ポリイミド、マイラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート等の有機高分子等が挙げられる。また、ゲート電極２が、酸化されると誘電性を示す酸化物になり得る物質からなる場合には、ゲート絶縁膜４は、このゲート電極２の表面に酸化を施すことによって形成された酸化膜とすることもできる。このようなゲート電極２及びゲート絶縁膜４としては、例えば、ゲート電極２がＳｉでありゲート絶縁膜４がＳｉＯ_２である組み合わせが挙げられる。

また、ゲート絶縁膜４上に形成された有機半導体層６は、ゲート電圧の印加に伴って、後述するソース電極１０及びドレイン電極１２との間の電流路となる、いわゆるチャネルとしての機能を有するものである。かかる有機半導体層６は、このチャネル構造が実現されるような半導体特性を有する有機物であれば特に制限はなく、ｐ型又はｎ型の半導体を適宜用いることができる。例えば、ｐ型半導体としてはペンタセン、テトラセンといった直列配置された４つ又は５つ以上のオルト縮合ベンゼン環からなる多環体（アセン）、ポリアルキルチオフェン、チオフェンオリゴマー等が挙げられ、ｎ型半導体としてはＣ_６０、フッ素化フタロシアニン類等が挙げられる。なかでも、有機半導体層６はｐ型半導体から構成されるものであると好ましい。こうすると、有機半導体層６とバッファ層８との接触による電位障壁をより小さくでき、ソース及びドレイン両電極１０，１２と有機半導体層６との間の接触抵抗が更に低減される傾向にある。

バッファ層８は、有機半導体層６と、ソース電極１０及びドレイン電極１２との間に、この両者の接触が生じないように形成されている。このバッファ層８は、炭素材料を含んでなり、好ましくは主として炭素材料から構成されるものである。バッファ層８を構成する炭素材料としては、炭素の単体を主成分としており、導電性を有しているものであれば特に制限はない。かかる炭素の単体としては、種々の形状を有するものを適用でき、具体的には、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラック、無定形炭素、ガラス状炭素、活性炭、炭素クラスター等を例示できる。なかでも、無定形炭素が好ましい。なお、これらの炭素材料は単独で用いてもよく、また２種以上を組み合わせてもよい。また、バッファ層８は、その接合性改善効果が損なわれない程度に、上記の炭素材料以外の物質を含有することもできる。

このバッファ層８を構成する炭素材料の一例として、黒鉛類似の層状結晶構造を有する炭素の単体からなるものが挙げられる。この場合、かかる炭素の単体としては、ＢＥＴ比表面積が１００〜２０００ｍ^２／ｇであるもの、Ｘ線回折法により求められる層間距離ｄ_００２が０．３３６〜０．３４８ｎｍであるもの、また、Ｘ線回折法により求められる結晶子の大きさＬｃ_００２が１〜１２０ｎｍであるもののうち、少なくともいずれか１つの条件を満たしているものを例示できる。

このような構成を有するバッファ層８は、その厚さが、有機半導体層６の厚さの０．００５〜１倍程度であることが望ましい。例えば、一般的なサイズの有機ＦＥＴにおいては、０．５〜１０ｎｍであると好ましい。

バッファ層８上に形成されるソース電極１０及びドレイン電極１２は、公知の導電性材料から構成されるものであり、この両電極１０，１２のうち少なくともいずれか一方は、金属材料からなることが好ましい。金属材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等、通常電極用の材料として用いられるものを特に制限なく適用できる。

次に、このように構成された有機ＦＥＴ１を製造する手順の一例について説明する。まず、ｎ型シリコン等からなり、基板を兼ねるゲート電極２を準備する。ゲート電極２を別の基板上に形成させる場合には、別途基板を準備した後、この基板上に公知の方法でゲート電極２を形成させる。このゲート電極２に適宜の熱処理を施し、３０〜５００ｎｍ程度の厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ_２膜）からなるゲート絶縁膜４を形成する。

次に、ゲート絶縁膜４上に、上述した有機半導体層６の材料を、蒸着法等により１０〜１００ｎｍ程度の厚さとなるように形成し、ゲート電極２、ゲート絶縁膜４及び有機半導体層６から構成される積層体を形成する。

次いで、この積層体における有機半導体層６上に、好ましくは０．５〜１０ｎｍの厚さの主として炭素材料からなるバッファ層８を形成する。このバッファ層８は、後の工程でソース電極１０及びドレイン電極１２を形成させる位置にあたる有機半導体層６上の部位に形成させる。ここで、バッファ層８を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の薄膜作成方法や、又は炭素材料をペースト状にしたものを塗布した後、溶媒を揮発する等して固化させる方法等が例示できる。なかでも、作業性が良好であることから蒸着法が好ましい。蒸着法によりバッファ層８を形成する場合、バッファ層８を形成させる部位に開口部を有するようなシャドウマスクを介して蒸着を実施する等して、上述したような所望の位置にバッファ層８を形成させる。

さらに、こうして形成されたバッファ層８上に、Ａｕ等の金属からなる電極材料を蒸着等することにより、それぞれ厚さ５０〜２００ｎｍ程度のソース電極１０及びドレイン電極１２を形成して、有機ＦＥＴ１を得る。この場合、チャネル長は０．１〜１００μｍ程度とし、チャネル幅は０．１〜１０ｍｍ程度とすることが望ましい。

このように構成された有機ＦＥＴ１における、両電極１０，１２と有機半導体層６との間に形成されたバッファ層８は、主として炭素材料から構成されることから有機半導体層６との親和性に優れると同時に、両電極１０，１２との電気的な接合性にも優れているという特性を有している。そして、有機ＦＥＴ１においては、ソース電極１０及びドレイン電極１２と有機半導体層６とは、上述の特性を有するバッファ層８を間に介在させた状態で被着されており、このため、両者の電気的な接合性は極めて良好な状態となっている。

また、このように、ソース電極１０及びドレイン電極１２はバッファ層８を介して有機半導体層６上に形成されていることから、両電極１０，１２を蒸着等により形成させる際の有機半導体層６への熱ダメージが極めて少なく、従来問題となっていた有機ＦＥＴの製造時に生じる有機半導体層の劣化は殆どない。

以上、本発明の有機ＦＥＴの第１実施形態について説明したが、本発明の有機ＦＥＴは、必ずしも上述した構成を有するものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、バッファ層８は、必ずしもソース電極１０及びドレイン電極１２の両方と有機半導体層６との間に形成されている必要はなく、両電極１０，１２のうち少なくとも一方と有機半導体層６との間に形成されていれば、接合性の改善効果は発揮され得る。なお、両電極１０，１２のうちのいずれか一方のみが金属材料から形成されている場合には、金属からなる電極の側にバッファ層８が形成されていることが望ましい。

また、バッファ層８は、少なくともソース電極１０及びドレイン電極１２と有機半導体層６とが接触しないように設けられていればよく、例えば、上部に形成される電極１０，１２よりもバッファ層８のサイズが大きくてもよい。

次に、本発明の有機ＦＥＴの第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。この有機ＦＥＴ１１は、いわゆるボトムコンタクト型の構成を有する有機ＦＥＴであり、ゲート絶縁膜４（絶縁層）の一側にチャネルを通るドレイン電流量を制御するためのゲート電極２が形成され、またゲート絶縁膜４の他側に、一定の間隔をおいて配置されたソース電極１０及びドレイン電極１２を有している。さらに、ゲート絶縁膜４の他側であって、ソース電極１０及びドレイン電極１２上に主として炭素材料からなるバッファ層１８が形成されており、これらのバッファ層１８の上方及び間には、ソース電極１０及びドレイン電極１２の間のチャネルとなる有機半導体層６が形成されている。この有機ＦＥＴ１１の各構成は上述した有機ＦＥＴ１と同様の材料から形成され得る。

この有機ＦＥＴ１１は、例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、ゲート電極２を準備し、この上にゲート絶縁膜４を有機ＦＥＴ１と同様の方法で形成して積層体を得た後、この積層体のゲート絶縁膜４上に所定の間隔で配置されたソース電極１０及びドレイン電極１２を形成する。この場合、両電極１０，１２の形成方法は特に限定されないが、例えば、ゲート絶縁膜４上に電極の材料をスパッタリングにより成膜させた後、フォトリソグラフィ等によりパターニングする方法が例示できる。

次に、このソース電極１０及びドレイン電極１２上に、蒸着等により主として炭素材料から構成されるバッファ層１８を形成する。バッファ層１８は、両電極１０，１２とこれらの上に形成させる有機半導体層６との接触が生じないようにするため、両電極１０，１２を覆うようにして形成することが望ましい。

こうしてソース電極１０及びドレイン電極１２上にバッファ層１８を形成した後、それぞれのバッファ層１８の上方及び間に、ソース電極１０及びドレイン電極１２の電流路となるように有機半導体層６を形成して、有機ＦＥＴ１１を得る。

このように構成された有機ＦＥＴ１１は、上述した有機ＦＥＴ１と同様に種々の変形が可能である。例えば、バッファ層１８は、必ずしもソース電極１０及びドレイン電極１２の両方の上に形成される必要はなく、いずれか一方の上に形成されていれば、ソース電極１０又はドレイン電極１２と有機半導体層６との接合性の改善効果は発揮され得る。

この有機ＦＥＴ１１においては、有機半導体層６とソース電極１０及びドレイン電極１２とは、これらの間に主として炭素材料から構成されるバッファ層１８が介在した状態で接触している。このため、有機ＦＥＴ１における場合と同様に、バッファ層１８によって、両電極１０，１２と有機半導体層６とは極めて良好に接合された状態となる。

本発明の有機ＦＥＴは、必ずしも上述したトップコンタクト型及びボトムコンタクト型の構造を有する有機ＦＥＴに限定されない。具体的には、例えば、有機半導体層の一側にソース電極及びドレイン電極のいずれか一方の電極が形成され、他側に他方の電極が形成されたトップアンドボトムコンタクト型有機ＦＥＴや、ソース電極とドレイン電極との間にゲート電極が形成されており、ゲート電極の周囲にソース電極及びドレイン電極間のチャネルとなる有機半導体層が形成されている縦型有機ＦＥＴ等も本発明の有機ＦＥＴに含まれる。そして、いずれの有機ＦＥＴにおいても、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方の電極と有機半導体層との間に、主として炭素材料から構成されるバッファ層が形成されており、これによりソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との間の接合性が良好となっている。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［有機ＦＥＴの製造］
（実施例１）
まず、ゲート絶縁膜として約２００ｎｍの熱酸化膜を形成させたゲート電極を兼ねる高ドープのｎ型シリコン基板（バルク抵抗率：１Ωｃｍ）を準備し、これを９×２５ｍｍの矩形板状に切り出した。次に、この基板におけるゲート絶縁膜上に、ペンタセンを真空蒸着して、約５０ｎｍの厚さの有機半導体層を形成させた。

この有機半導体層上に、チャネル部となるべき部分をセパレートしたシャドウマスクを介して炭素材料（真空蒸発用カーボン；東海カーボン株式会社製）を真空蒸着して、厚さ約２ｎｍのバッファ層を形成した。さらに、このバッファ層上に厚さ約８０ｎｍの金の膜を真空蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成させ、有機ＦＥＴを得た。なお、チャネル長を２０μｍとし、チャネル幅を５ｍｍとした。

なお、バッファ層の厚さの制御は、蒸着時間に対して形成される膜厚の関係を予め測定しておき、これに基づいて蒸着時間を調節することにより行った。そして、形成されたバッファ層の膜厚は以下に示す方法により確認した。すなわち、まず、実施例において炭素材料の蒸着を行う際に、これと同時に、ガラス基板表面にシャドーマスクを備えてなるリファレンス基板の表面上への炭素材料の蒸着を実施した。所定時間の蒸着を行った後、表面に炭素材料からなる層が形成されたリファレンス基板におけるシャドーマスクを除去し、これにより露出したガラス基板の表面と炭素材料からなる層との段差を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた表面プロファイル観察により測定した。得られた結果から、ガラス基板上に形成された炭素材料層の平均的な厚さを見積もり、この厚さを実施例の試料におけるバッファ層の厚さとみなした。

（実施例２）
バッファ層の厚さを約０．５ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。

（実施例３）
バッファ層の厚さを約１０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。

（比較例１）
バッファ層を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。

［特性評価］
まず、実施例１〜３及び比較例１で得られた有機ＦＥＴについて、ゲート電圧に対するドレイン電流の変化を測定した。このゲート電圧に対するドレイン電流の変化の測定は、半導体パラメータ・アナライザ（４１５５Ｃ、Agilent Technologies社製）を用いて行い、種々の値のドレイン／ソース電極間の電圧（ドレイン電圧）に対して、ゲート／ソース電極間の電圧（ゲート電圧）を連続的に変化させた場合に、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流（ドレイン電流）の値をモニターすることにより行った。なお、各有機ＦＥＴは、ソース電極の電位を基準として、ドレイン電極及びゲート電極の電位が負となるように電圧を印加した場合にドレイン電流値が上昇したことから、典型的なｐ型のトランジスタ特性を示すことが判明した。

次に、得られたゲート電圧に対するドレイン電流の変化のプロットから、ＦＥＴ構造における電界効果移動度及びゲート電圧のしきい値（Ｖｔｈ）を算出した。具体的には、ドレイン電圧を−１００Ｖとしたときの、ゲート電圧の値に対するドレイン電流の値の平方根をプロットした。移動度は、このプロットにおいて充分に飽和領域が得られる条件であるゲート電圧−５０Ｖにおける接線の傾きから算出した。また、Ｖｔｈはこの接線のＸ軸の切片を読み取ることにより導き出した。得られた移動度及びＶｔｈの結果を表１に示す。

表１より、炭素材料からなるバッファ層を設けた実施例１〜３の有機ＦＥＴは、バッファ層を設けなかった比較例１の有機ＦＥＴに比して、移動度が有意に高く、また、Ｖｔｈがより０に近い値となることが判明した。

本発明の第１実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る有機ＦＥＴの要部を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…有機ＦＥＴ、２…ゲート電極、４…ゲート絶縁膜、６…有機半導体層、８…バッファ層、１０…ソース電極、１１…有機ＦＥＴ、１２…ドレイン電極、１８…バッファ層。

Claims

ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、
前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、
前記有機半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と、の間に形成されており、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラック、無定形炭素、ガラス状炭素、又は活性炭からなるバッファ層と、
を備える有機電界効果トランジスタ。
前記バッファ層は、無定形炭素からなることを特徴とする請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。
前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間に形成された絶縁層を有しており、
前記有機半導体層は、前記絶縁層に対して前記ソース電極及び前記ドレイン電極が位置する側に形成されている請求項１又は２記載の有機電界効果トランジスタ。
前記バッファ層の厚さは、０．５〜１０ｎｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネルとなる有機半導体層と、前記チャネルを通る電流量を制御するためのゲート電極と、を備える有機電界効果トランジスタを製造する方法であって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極のうち少なくとも一方の電極と前記有機半導体層との間に、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラック、無定形炭素、ガラス状炭素、又は活性炭からなるバッファ層を形成する工程を有する有機電界効果トランジスタの製造方法。
前記バッファ層は、無定形炭素からなることを特徴とする請求項５記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記積層体における前記有機半導体層が形成された側に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記積層体における前記バッファ層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を当該各電極の少なくとも一方が前記バッファ層上に位置するように形成する工程と、
を有する請求項５又は６記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
前記ゲート電極及び絶縁層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体における前記絶縁層が形成された側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方の上に、前記バッファ層を形成する工程と、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記バッファ層を挟むように前記有機半導体層を形成する工程と、
を有する請求項５又は６記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。