JP4470398B2

JP4470398B2 - 電界効果トランジスタ

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Publication number: JP4470398B2
Application number: JP2003178461A
Authority: JP
Inventors: 信夫小林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: TW200503300A; JP2005019466A; KR20050110690A; US7309874B2; WO2004114414A1; US20060049395A1; KR100750525B1; TWI279015B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；field-effect transistor）、特に、有機物質を含有して成る半導体層を備えるＦＥＴに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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である。また、大面積で且つ軽薄な集積回路を平易に形成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。
【０００３】
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、いる。そのような高い移動度を有する有機半導体を用いたＦＥＴの実用化研究が盛んに進められている。具体的には、高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。
【０００４】
ただし、これらの材料をもってしても、アモルファスシリコン並みの移動度が得られるのは、分子性の物質で且つ単結晶にしたときのみである。しかし、半導体層全体を単結晶で構成する場合、大面積で安価な集積回路を作製することは極めて困難である。一方、多結晶及び非晶質である高分子の有機半導体は、例えば結晶粒界での電子の散乱による損失のため、単結晶の場合に比して移動度が桁違いに小さく、実用化に十分に耐え得るものではない。
【０００５】
このような不都合を解消すべく、ＦＥＴ構造におけるゲート絶縁膜の材料としてシアノエチルプルランを用いることにより、有機半導体層であるセクシチオフェン蒸着膜の移動度を向上させる提案がなされている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９８４３７０号公報（特表平５−５０８７４５号公報、国際公開ＷＯ９２／０１３１３号パンフレット）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シアノエチルプルランは、それ自体吸湿性が高く、それを用いたＦＥＴは吸湿によってトランジスタ特性が変化してしまうという不都合がある。また、薄膜トランジスタの製造時によく用いられる有機溶剤への溶解性も高いため、シアノエチルプルラン膜を絶縁層として成膜した後には、かかる有機溶剤を用いたフォトリソグラフィ工程や洗浄工程を実施できないことになる。この場合、ＦＥＴを高集積化させることが現実的に不可能となる。
【０００８】
さらに、本発明者がシアノエチルプルラン膜を絶縁層として用いたＦＥＴについて詳細に検討したところ、ヒステリシスが過度に大きく、さらに絶縁耐力も実用上不十分であることが確認された。これらのことから、シアノエチルプルランをそのまま用いた従来のＦＥＴは実用に適さないものと認められる。
【０００９】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、半導体層を単結晶化せずとも十分に高い移動度を発現できると共に、実用上十分な特性を有する大面積で安価な集積回路を実現することができるＦＥＴを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは半導体層に接するゲート絶縁膜の物性に着目し鋭意研究を進めた。まず、前述した特許文献１によれば、シアノエチルプルランの誘電率が高いことに注目し、その誘電率の高さが半導体層での界面近傍の移動度を向上させるものと推定している。そこで、高誘電率材料としてよく知られているチタン酸バリウム（ゾルゲル法により成膜した場合、ε＝１６）をゲート絶縁膜に用いたところ、ＦＥＴ構造で測定した移動度は、ゲート絶縁膜がＳｉＯ₂（ε＝３．９）から成る一般的な構造のＦＥＴと比較して２０％程度増大するにすぎないことが判明した。シアノエチルプルラン（ε＝１９）をゲート絶縁膜に用いた場合の移動度が、ＳｉＯ₂ゲート絶縁膜に比べて１００〜１０００倍程度上昇することから、ゲート絶縁膜の誘電率の高低が移動度の大小を支配する要因ではないと考えられる。
【００１１】
また、キャリアの移動は電気的な作用であることから、分子又はその一部が極性を有する物質がＦＥＴの移動度に影響を与え得ると想起し、各種の極性基を有するポリマー膜を絶縁層と半導体層との間に形成せしめた。その結果、必ずしも全てのポリマー膜が移動度の向上を引き起こすわけではないことが確認された。これより、極性を有する物質が電気双極子として機能することのみが移動度の大小を決定する主要因である可能性も低いものと認められる。しかしながら、試行したポリマーのうち一部のものは、ＦＥＴの移動度を有意に向上させ得ることが確認された。そして、本発明者らはその知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明によるＦＥＴは、基体の一側に形成されたゲート電極と、基体の一側に形成されたソース電極と、基体の一側に形成されたドレイン電極と、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間に形成された絶縁層と、ソース電極及びドレイン電極の周囲に形成された半導体層と、その半導体層に接するように設けられており、且つ、電子受容性物質を含んで成る機能層とを備え、電子受容性物質が、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン又はテトラシアノナフトキノジメタンであることを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明における「電子受容性物質」とは、電子供与性分子と電子受容性分子との間の電子移動構造を想定し、この構造と電荷移動を引き起こさない構造との配置間相互作用において電子を受け取り得る分子、基、又はイオンを主成分とする物質であり、電子対受容体であるルイス酸を含むものである。
【００１４】
上述したように、多結晶性の有機半導体層を有するＦＥＴの移動度が極端に低下してしまうのは、結晶粒界において電子の散乱が起こり易く、それにより損失が生じることが一因と考えられる。これに対し、本発明による上記構成のＦＥＴでは、半導体層が多結晶から成る場合であっても、その半導体層に接するように設けられた機能層に含まれる電子受容性物質（エレクトロンアクセプター）が、半導体層の結晶粒界近傍の電子をいわば抜き取ることにより、粒界でのキャリアの散乱の発生自体が低減されるものと推定される。ただし、作用はこれに限定されない。
【００１５】
なお、機能層は電気絶縁性を有することが望ましく、この場合、機能層が絶縁層を兼ねてもよい。ただし、上述したように、機能層は半導体層との界面において電子受容性物質と半導体層の結晶粒との相互作用によりその機能を十分に果たすものと考えられるため、極薄膜の状態で設けられていればよく、その場合には耐圧性を高め且つ漏れ電流を防止する観点から、別途絶縁層を設けることが望ましい。また、基体がゲート電極を兼ねるものであってもよい。
【００１６】
また、電子受容性物質は、半波還元電位が好ましくは−０．４６V以上、より好ましくは−０．４６〜０．１５Ｖのものであると好適である。ここで、「半波還元電位」とは、電子親和力を測定・評価するための電気化学的な指標の一つであり、本発明においては、アセトニトリル中に測定用の試料を混合し、銀−塩化銀電極を参照電極として測定した半波還元電位を示す。
【００１７】
この半波還元電位が−０．４６Ｖ未満であると、同じゲート電圧をＦＥＴに印加したときに、十分なドレイン電流を得難くなる傾向にある。また、この半波還元電位が０．１５Ｖを超えると、ゲート電圧が０Ｖのときのドレイン電流が増加し易くなる傾向にあり、トランジスタの高いＯＮ／ＯＦＦ比が要求されるときにそれを満たすのが困難となる場合がある。
【００１８】
より具体的には、電子受容性物質は、π共役構造に−ＣＮ、−ＮＯ₂、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、及び＝Ｏのうち少なくともいずれか一つの基が結合して成るπ共役分子であることが望ましい。
【００１９】
こうすれば、−ＣＮ、−ＮＯ₂、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、及び＝Ｏの電子吸引性により、半導体層を構成する結晶の界面から電子を十分に引き抜くように作用する電子受容性物質が実現される。また、π共役構造の炭素数が１５を超えると、ＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギー差が過度に小さくなる傾向にあり、そうなると不要なキャリアが発生してしまうといった不都合がある。
【００２２】
またさらに、機能層は、厚さが０．５〜５００ｎｍのものであると好適であり、厚さが０．５〜１００ｎｍのものであると一層好適である。この厚さが上記下限値未満であると、移動度の向上が認められないといった不都合がある。一方、この厚さが上記上限値を超えると、機能層と絶縁層との静電容量が過小となり、チャンネル層形成のためにより高いゲート電圧が必要となってしまう。
【００２３】
或いは、機能層と絶縁層との相対的な関係で明示すれば、機能層は、下記式（１）；
ｄ２×０．００１≦ｄ１≦ｄ２×１ …（１）、
で表される関係を満たすものであっても好ましい。式中、ｄ１は機能層の厚さを示し、ｄ２は絶縁層の厚さを示す。
【００２４】
なお、先述したように機能層は絶縁層を兼ねてもよいが、その場合には、上記式（１）で表される関係に制限されるものではない。
【００２５】
さらにまた、機能層は、電子受容性物質の含有濃度が０．０１〜１０質量％のものであると好適である。この濃度が０．０１質量％未満であると、ＦＥＴの移動度を有意に向上させることが困難となる傾向にある。これに対し、その濃度が１０質量％を超えると、電子受容性物質の種類によっては電子吸引性が過度に高まってしまい、半導体層中に有意量のホールが生起され、その結果、漏れ電流が増大するおそれがある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の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。
【００２７】
図１は、本発明によるＦＥＴの構成の要部を示す模式断面図である。有機ＦＥＴ１は、基板２（基体）上に絶縁体から成るゲート絶縁膜４１（絶縁層）及び機能層４３がこの順に形成され、更にその上に一定の間隔をおいて配置されたソース電極６及びドレイン電極８を有しており、且つ、これらの電極６，８の上方及び間に有機半導体層１０（半導体層）が形成されたものである。また、機能層４３は絶縁性を有しており、その意味において、ゲート絶縁膜４１及び機能層４３から複合絶縁層４が構成されている。
【００２８】
なお、有機半導体層１０の配置は図示に限定されず、例えば、機能層４３上に有機半導体層１０が形成されており、且つ、その有機半導体層１０上に一定間隔でソース電極６及びドレイン電極８が形成された構造の有機ＦＥＴ等も本発明のＦＥＴに含まれる。
【００２９】
図１における基板２は、例えばポリシリコン、ドープトＳｉ等の導電性部材から成り、基板とゲート電極とを兼ねるものである。ただし、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用いてもよく、この場合には、ソース電極６、ドレイン電極８、及び有機半導体層１０との絶縁が担保されるようにゲート電極を別途設ければよい。また、有機半導体層１０の材質は、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されず、例えば、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成る多環体（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を利用できる。
【００３０】
また、ゲート絶縁膜４１は、適宜の誘電率を発現する各種材料から構成され、具体的な材料としては、例えばＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＯ₂等の無機誘電体、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。
【００３１】
機能層４３は、マトリクス材（母体材料）となるポリマー中に電子受容性物質が溶解、分散、又は混合された状態で固化されたものである。マトリクス材用のポリマーとしては、後述するような電子受容性物質との相溶性、分散性、又は混合性に優れ、さらには必要に応じて溶剤への溶解性及びその溶液の塗布性に優れるものであれば特に制限されず、例えば、アクリル系樹脂等が挙げられる。
【００３２】
アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル酸エステル系モノマーの重合体が好ましく、より具体的には、ポリメチル（メタ）アクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチル（メタ）アクリレート、ポリｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ポリｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ポリイソブチル（メタ）アクリレート、ポリターシャリーブチル（メタ）アクリレート等のポリアルキル（メタ）アクリレートや、多官能（メタ）アクリレートのポリマー、変性（メタ）アクリレートのポリマー等が挙げられる。
【００３３】
また、アクリル系以外の別の樹脂としては、（メタ）アクリル酸エステル系モノマーとこれ以外のモノマーとの共重合体を例示できる。具体的には、アクリルアミド類のポリマー、芳香族ビニル化合物のポリマー等が挙げられる。さらに、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、各種のポリ炭酸エステル（ポリカーボネイト）類、ポリウレタン類、エポキシ樹脂等を例示できる。
【００３４】
電子受容性物質も特に制限されるものではなく、半波還元電位が好ましくは−０．４６V以上、より好ましくは−０．４６〜０．１５Ｖのものが好適である。具体的には、エチレン分子に、又は炭素数が３〜１５（の整数）であるπ共役構造（一部に複素環構造を含んでいてもよい）に−ＣＮ、−ＮＯ₂、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、及び＝Ｏのうち少なくともいずれか一つの基が結合して成るπ共役分子である電子受容性物質であることが望ましい。
【００３５】
このような電子受容性物質の具体例としては、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフロロテトラシアノキノジメタン、テトラシアノナフトキノジメタン、テトラシアノアントラキノジメタン、２，５−ジメチル−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン、１１，１１，１２，１２−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタン、ジシアノキノジイミン、トリニトロベンゼン、トリニトロフルオレノン、ｏ−ブロマニル、ｐ−ブロマニル、ｏ−クロラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ベンゾキノン、トリクロロ−ｐ−ベンゾキノン、ジクロロベンゾキノン、モノクロロ−ｐ−ベンゾキノン、フェナントレンキノン、ナフトキノン、ｐ−ベンゾキノン等が挙げられる。
【００３６】
より好ましくは、電子受容性物質として、炭素数が３〜１５の整数であり且つヘテロ原子としてＳ原子を含む複素環（ヘテロ環）が形成されたものを用いると有用である。かかる具体例としては、下記式（３）で表されるＴＣＮ−Ｔ１、下記式（４）で表されるＴＣＮ−Ｔ２、下記式（５）で表されるＴＣＮ−Ｔ３等を用いることが好ましい。
【００３７】
【化１】

【化２】

【化３】

【００３８】
また、機能層４３における電子受容性物質の含有濃度は、好ましくは０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜３質量％とされる。さらに、機能層４３の厚さｄ１（図１参照）は特に制限がないものの、１０〜３０００ｎｍのものであると好適であり、厚さが１００〜１０００ｎｍのものであると一層好適である。
【００３９】
或いは、機能層４３の厚さｄ１は、ゲート絶縁膜４１の厚さｄ２との関係で適宜設計されてもよく、例えば、下記式（１）；
ｄ２×０．００１≦ｄ１≦ｄ２×１ …（１）、
で表される関係を満たすように設けられていると好ましく、下記式（２）；
ｄ２×０．００１≦ｄ１≦ｄ２×０．１ …（２）、
で表される関係を満たすように設けられているとより好ましい。
【００４０】
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、基板２としてｎ型シリコン基板（例えばバルク抵抗率：１０Ωｃｍ程度）を用意し、この基板２に適宜の熱酸化を施し、例えば２０００Å程度の厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）から成るゲート絶縁膜４１を形成させる。
【００４１】
次に、上述したマトリクス材用のポリマー及び電子受容性物質を適宜の有機溶剤に溶解せしめて成る溶液を調製する。有機溶剤としては、それらのポリマー及び電子受容性物質との相溶性又は分散性に優れるものであれば特に限定されず、例えばアルコール類、エーテル類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類、芳香族化合物、石油エーテル等や、場合によってはポリマーと同種のモノマー、例えば（メタ）アクリル酸エステル類、芳香族ビニル化合物等を用いることが可能である。
【００４２】
次いで、この溶液を、スピンコート、ロールコート、ダイコート、バーコート、ディップコート等の塗布法により基板２のゲート絶縁膜４１上に塗布する。その後、減圧乾燥により塗膜中の溶剤を揮散させて除去し、機能層４３を形成させる。さらに、Ａｕ等の金属蒸着等によりソース電極６及びドレイン電極８を形成させる。その後、上述した有機半導体層１０の材料を蒸着法等により両電極６，８の周囲に例えば厚さが５００Å程度となるように被着せしめて有機半導体層１０を形成させ、有機ＦＥＴ１を得る。ここで、チャネル長は例えば２０μｍ程度とされ、チャネル幅は例えば５ｍｍ程度とされる。
【００４３】
なお、機能層４３上に有機半導体層１０が設けられ且つその上にソース電極６及びドレイン電極８が形成された前述したような構成の有機ＦＥＴ１を作製するには、溶液塗布及び乾燥によって機能層４３を形成させた後、有機半導体層１０を蒸着せしめ、その上に金属蒸着によって両電極６，８を形成させればよい。
【００４４】
このように構成された有機ＦＥＴ１によれば、有機半導体層１０が多結晶から成る場合であっても、それに被着されるように設けられた機能層４３に含まれる電子受容性物質が、有機半導体層１０の結晶粒界近傍の電子をいわば引き抜き或いは抜き取るように、有機半導体層１０と相互作用し得る。
【００４５】
ここで、図２は、有機ＦＥＴ１における有機半導体層１０と機能層４３との界面近傍の状態を模式的に示す断面図である。有機半導体層１０は、例えば蒸着等によって結晶成長する際に図２に模式的に示す如く、一定の領域を占有する結晶粒Ｃが併設されるように多結晶化が生じる傾向にある。そして、先述したように、従来は結晶粒界Ｂでキャリアであるホールの散乱が生じ易かったのに対し、有機ＦＥＴ１では、機能層４３に含まれる電子受容物質が結晶粒界Ｂ近傍の電子を引き込み、もって機能層４３がそれら電子を収容するように機能すると推定される。ただし、作用はこれらに限定されない。
【００４６】
よって、結晶粒界Ｂでの電子の散乱を抑止でき、これにより、ゲート電圧が印加されて有機ＦＥＴ１がＯＮとなった状態での漏れ電流が格段に低減される。すなわち、電子受容物質を含む機能層４３の存在により、有機ＦＥＴ１の移動度が格別に向上される。また、このように有機半導体層１０が多結晶化されていても構わないので、有機半導体層１０用の材料を極度に精製するといった手間とコストを省くことができる。
【００４７】
さらに、上述したようなマトリクスポリマーに電子受容性物質が含まれた機能層４３は、それ自体の吸湿性を低く抑えることができるので、有機ＦＥＴ１の応答特性の変化を十分に防止できる。また、シアノエチルプルラン膜を絶縁層に用いる従来と異なり、機能層４３を薄膜トランジスタの製造時によく用いられる有機溶剤への溶解性が低いものとすることが可能である、そのような有機溶剤を用いたフォトリソグラフィ工程や洗浄工程を適用できる。さらに、有機ＦＥＴ１は、ヒステリシスを小さく抑え、ゲート絶縁膜４１との組み合わせにより、或いは機能層４３を単独で用いた場合にも絶縁耐力をより向上できる利点がある。
【００４８】
また、機能層４３に含まれる電子受容性物質として半波還元電位が−０．４６V以上のものを用いれば、同じゲート電圧をＦＥＴに印加したときに、十分なドレイン電流を得易くなる傾向にある。また、この半波還元電位が０．１５Ｖ以下のものを用いると、ゲート電圧が０Ｖの状態におけるドレイン電流の増加を抑止できる。よって、トランジスタの高いＯＮ／ＯＦＦ比が要求される際にも十分にその要求を満足し得る。
【００４９】
さらに、電子受容性物質として、エチレン分子に、又は炭素数が３〜１５（の整数）であるπ共役構造に−ＣＮ、−ＮＯ₂、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、及び＝Ｏのうち少なくともいずれか一つの基が結合して成るπ共役分子を用いると、機能層４３に対して上記作用を奏する電子受容性を確実に付与し易くなる。この場合、π共役構造の炭素数が１５以下とされるので、キャリアの発生を抑制できる利点がある。
【００５０】
より好ましくは、π共役構造として炭素数が３〜１５の整数であり且つヘテロ原子としてＳ原子を含む複素環（ヘテロ環）が形成されたものを用いれば、ＨＯＭＯ準位を調整し易くなる。
【００５１】
また、機能層４３の厚さを上述した下限値以上とした場合には、機能層を均一に形成できる点で有利である。さらに、機能層４３の厚さを上述した上限値以下とすれば、ゲート絶縁膜の静電容量を十分に大きくできるといった利点がある。
【００５２】
さらに、機能層４３を式（１）で表される関係を満たすような厚さに構成した場合、式（１）における下限値以上とするので、機能層の効果が有効に発現できるといった点で有利である。一方、式（１）における上限値以下とすれば、耐電圧を高くできるので有用である。
【００５３】
またさらに、機能層４３中の電子受容性物質の含有濃度を０．０１質量％以上とすれば、前述した有機ＦＥＴ１の移動度を十分に向上させる程度の効果を機能層４３に付与し易くなる。他方、この含有濃度が１０質量以下とされれば、電子受容性物質の種類によっては電子吸引性が過度に高まってしまうことに起因するホールの生成ひいては漏れ電流の増大を十分に防止できる。
【００５４】
【実施例】
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。
【００５５】
〈実施例１〉
まず、ゲート絶縁膜として約２０００Å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（バルク抵抗率：１０Ωｃｍ）基板を準備し、これを２５ｍｍ×１０ｍｍの矩形板状に切り出した。一方、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）０．３０ｇ及び電子受容性物質であるｐ−ブロマニル０．０３ｇを酢酸エチル１０ｇに溶解させて機能層用の塗布溶液を調製した。この塗布溶液を上記のシリコン基板片上にスピンコートにより塗布し、真空乾燥により塗膜中の酢酸エチルを揮散・除去して厚さ１００ｎｍ（１０００Å）の機能層を形成させた。
【００５６】
次に、その機能層の上に有機半導体層材料であるペンタセンを１Å／秒の成膜速度となるように蒸着せしめ、厚さ約５００Åの有機半導体層を形成させた。さらに、その上に厚さ約１０００ÅのＡｕ膜を蒸着し、ソース電極及びドレイン電極を形成させて有機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、機能層に含まれる電子受容性物質であるｐ−ブロマニルの濃度は１０質量％であり、ｐ−ブロマニルの半波還元電位は−０．１〜＋０．２Ｖであった。
【００５７】
＜参考例２＞
ｐ−ブロマニルの代わりに電子受容性物質であるテトラシアノキノジメタン０．０１ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、機能層に含まれるテトラシアノキノジメタンの濃度は３．３質量％であり、テトラシアノキノジメタンの半波還元電位は＋０．２２Ｖであった。
【００５８】
〈実施例３〉
ｐ−ブロマニルの代わりに電子受容性物質であるテトラシアノナフトキノジメタン０．０１ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、機能層に含まれるテトラシアノナフトキノジメタンの濃度は３．３質量％であり、テトラシアノナフトキノジメタンの半波還元電位は＋０．２６Ｖであった。
【００５９】
＜参考例４＞
ｐ−ブロマニルの代わりに電子受容性物質である２，５−ジメチル−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン０．０１ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、機能層に含まれる２，５−ジメチル−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンの濃度は３．３質量％であり、２，５−ジメチル−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンの半波還元電位は＋０．１５Ｖであった。
【００６０】
〈実施例５〉
ｐ−ブロマニルの代わりに電子受容性物質であるｐ−クロラニル０．０３ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、機能層に含まれるｐ−クロラニルの濃度は１０質量％であり、ｐ−クロラニルの半波還元電位は＋０．０５Ｖであった。
【００６１】
〈実施例６〉
ｐ−ブロマニルの代わりに電子受容性物質であるｐ−ベンゾキノン０．０３ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、機能層に含まれるｐ−ベンゾキノンの濃度は１０質量％であり、ｐ−ベンゾキノンの半波還元電位は−０．４６Ｖであった。
【００６２】
〈比較例１〉
ｐ−ブロマニルを用いずに塗布溶液を調製したこと、すなわち電子受容性物質を含まないポリメタクリレートのみから成る層をゲート絶縁膜上に形成させたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。
【００６３】
〈比較例２〉
ｐ−ブロマニルの代わりに電子供与性物質であるｐ−フェニレンジアミン０．０３ｇを用いて機能層の代わりの層を形成させたこと以外は実施例１と同様にして有機ＦＥＴを得た。なお、当該層に含まれるｐ−フェニレンジアミンの濃度は１０質量％である。
【００６４】
〈比較例３〉
機能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。
【００６５】
＜特性評価＞
実施例１、３、５、６、参考例２、４及び比較例１〜３で作製した各有機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、ＦＥＴ構造における移動度を評価した。結果をまとめて表１に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
実施例１及び３と比較例１及び３との比較より、電子受容性物質を包含する機能層を有する本発明の有機ＦＥＴでは、かかる機能層を有しない比較例の有機ＦＥＴに比して移動度が有意に向上されることが確認された。また、実施例１及び３と比較例２との比較より、極性を有する添加物質のなかでも、電子受容性物質の優位性が判明した。
【００６８】
なお、参考例２及び４ではゲート電圧が０の状態での有意なドレイン電流が観測されたため、移動度の掲載は割愛した。このようなドレイン電流は、参考例２及び４で用いた電子受容性物質の電子吸引性が比較的高く、上述した機能層中の濃度では、概念的に言えば、有機半導体層の結晶粒界近傍のみならず、結晶粒の内部からの電子の引き抜きが過剰となり、有機半導体層中に過度のホールが形成され、これにより残留キャリア量が不都合に増加したことが一因と推定される。ただし、作用はこれに限定されない。つまり、換言すれば、この結果は、有機ＦＥＴの構造及び電子受容性物質の種類（電子吸引性の大小等）によって、機能層中の電子受容性物質の濃度を制御することの有用性を示唆するものと考えられる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機ＦＥＴによれば、電子受容性物質を含有して成る機能層を備えるので、有機半導体層を単結晶化せずとも十分に高い移動度を発現できると共に、これにより実用上十分な特性を有する大面積で安価な集積回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＦＥＴの構成の要部を示す模式断面図である。
【図２】有機ＦＥＴ１における有機半導体層１０と機能層４３との界面近傍の状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１…有機ＦＥＴ（ＦＥＴ）、２…基板（基体、ゲート電極）、４…複合絶縁層、６…ソース電極、８…ドレイン電極、１０…有機半導体層（半導体層）、４１…ゲート絶縁膜（絶縁層）、４３…機能層、Ｂ…結晶粒界、Ｃ…結晶粒。

Claims

基体の一側に形成されたゲート電極と、
前記基体の前記一側に形成されたソース電極と、
前記基体の前記一側に形成されたドレイン電極と、
前記ゲート電極と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に形成された絶縁層と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の周囲に形成された半導体層と、
前記半導体層に接するように設けられており、且つ、電子受容性物質を含んで成る機能層と、
を備え、
前記電子受容性物質が、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン又はテトラシアノナフトキノジメタンである電界効果トランジスタ。
前記電子受容性物質は、半波還元電位が−０．４６Ｖ以上のものである、
請求項１記載の電界効果トランジスタ。
前記機能層は、厚さが０．５〜５００ｎｍのものである、
請求項１又は２に記載の電界効果トランジスタ。
前記機能層は、下記式（１）；
ｄ２×０．００１≦ｄ１≦ｄ２×１・・・（１）、
ｄ１：当該機能層の厚さ、
ｄ２：前記絶縁層の厚さ、
で表される関係を満たすものである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。
前記機能層は、前記電子受容性物質の含有濃度が０．０１〜１０質量％のものである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。