JP4486000B2 - 薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備えた平板表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備えた平板表示装置(Flat Panel Display)に関わり、さらに詳細には、ヒステリシス挙動問題が解決されて、電荷移動特性の改善された薄膜トランジスタ、その製造方法及び前記薄膜トランジスタを備えた平板表示装置に関する。

液晶ディスプレイ素子、有機電界発光ディスプレイ素子または無機電界発光ディスプレイ素子のような平板表示装置に使われる薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴという）は、各ピクセルの動作を制御するスイッチング素子及びピクセルを駆動する駆動素子として使われる。

このようなＴＦＴは、ソース／ドレイン領域と、このソース／ドレイン領域の間に形成されたチャンネル領域を有する半導体層を有し、この半導体層と絶縁されて前記チャンネル領域に対応する領域に位置するゲート電極と、前記ソース／ドレイン領域にそれぞれ接触されるソース／ドレイン電極とを有する。

しかし、前記ソース／ドレイン電極は、通常、電荷のフローが円滑になるように、仕事関数の低い金属からなるが、このような金属と半導体層とが接触された領域の高い接触抵抗によって、素子の特性が低下し、さらに消費電力が増加するという問題点がある。

最近、活発な研究が進められている有機ＴＦＴは、低温工程で形成できる有機半導体層を備えてプラスチック材基板の使用が可能であるという長所がある。

このような有機ＴＦＴの駆動電圧のような電気的性能を改善するために、ソース及びドレイン電極と有機半導体層との間にバッファ層を備えるか、またはゲート絶縁膜と有機半導体層との間に自己組立体(self assemblies)を介在した構造を有するＴＦＴが提案された（特許文献１参照）。

しかし、従来の有機ＴＦＴが実際的に適用される時、ヒステリシス挙動問題が慢性的に現れて、動作安定性が満足するほどのレベルに到達できなくて、その改善が急務である。
特開２００４−１０３９０５号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、前記ヒステリシス挙動問題を解決することによって、電荷移動特性の改善されたＴＦＴ、その製造方法及び前記ＴＦＴを備えた平板表示装置を提供することである。

前記課題を達成するために、ゲート電極と、前記ゲート電極と絶縁されたソース及びドレイン電極と、前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース及びドレイン電極と電気的に連結された半導体層と、前記ゲート電極をソース及びドレイン電極または半導体層と絶縁する絶縁層と、前記半導体層と絶縁層との間に介在されて、半導体層を通じて流れる電子または正孔が絶縁層にトラップされることを防止するためのキャリアブロッキング層と、を備えることを特徴とするＴＦＴを提供する。

本発明の他の課題は、基板上に備えられたゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極を形成する工程と、キャリアブロッキング層を通じて絶縁層と半導体層とがコンタクトされるように、前記絶縁層の上部の所定領域にキャリアブロッキング層を形成する工程と、前記結果物の上部に半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とするＴＦＴの製造方法によって達成される。

本発明の他の課題は、基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極を形成する工程と、キャリアブロッキング層を通じて絶縁層と半導体層とがコンタクトされるように、前記絶縁層の上部の所定領域にキャリアブロッキング層を形成する工程と、前記結果物でソース及びドレイン電極を覆うように有機アクセプタ膜を形成する工程と、前記結果物の上部に半導体層を形成する工程と、を含むＴＦＴの製造方法によって達成される。

また、本発明の他の課題は、基板上に備えられたソース及びドレイン電極の上部に半導体層を形成する工程と、キャリアブロッキング層を通じて半導体層と絶縁層とがコンタクトされるように、前記半導体層の上部のうち、ソース及びドレイン電極に対応する所定の位置にキャリアブロッキング層を形成する工程と、前記半導体層とキャリアブロッキング層とを覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上部のうち、前記ソース及びドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を含むＴＦＴ製造方法によって達成される。

本発明のさらに他の課題は、前述したＴＦＴを各画素に備え、前記ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されたことを特徴とする平板表示装置によって達成される。

本発明のＴＦＴは、有機半導体層と絶縁層との間にキャリアブロッキング層が介在された構造を有しており、有機半導体層に注入された電子または正孔が絶縁層でトラップされることを防止することによって、これによるヒステリシス挙動問題点を解決できる。これにより、電荷移動特性のような電気的特性が改善され、オン電流（ｏｎ−ｃｕｒｒｅｎｔ）特性の向上したＴＦＴが得られる。前記ＴＦＴを利用すれば、信頼性が確保された平板表示装置を製造できる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
有機ＴＦＴの動作安定性は、大体、ヒステリシス特性評価でその不安定性の程度を評価する。
有機ＴＦＴで慢性的な問題となっているヒステリシス挙動を調べた結果、移動電荷とトラッピング電荷とが原因であると推定されてきた。これにより、本発明者は、有機ＴＦＴのＣ−Ｖ特性評価を通じて、有機半導体層（特に、ペンタセンからなる場合）からゲート絶縁層に注入されてゲート絶縁層を構成する酸化物内でトラップされた正孔電荷が原因のうちの一つであることを確認した。

本発明では、前記ヒステリシス挙動現象を起こす根本的な原因を解決するために、半導体層でゲート絶縁層に注入されるキャリアを防止するためのエネルギーバリヤの役割を果たすキャリアブロッキング層を絶縁層と半導体層との間に備えたＴＦＴを提供する。
前記キャリアブロッキング層は、電子ブロッキング層または正孔ブロッキング層でありうる。

また、本発明のＴＦＴは、前述した正孔ブロッキング層以外に、半導体層とソース及びドレイン電極との間に半導体層に注入される正孔量を増加させることができる有機アクセプタ膜をさらに備えることができる。
本発明で、半導体層は、特に有機半導体層であることが望ましい。

以下、本発明では、前記キャリアブロッキング層のうち、正孔ブロッキング層を例として説明するが、電子ブロッキング層は、正孔の代わりに電子を防止するために形成されたものであるという点を除いては、正孔ブロッキング層とその作用原理が同じである。

以下、本発明に従うＴＦＴの一具現例を、図１ないし図３を参照して、さらに詳細に説明する。
図１は、本発明によるＴＦＴの一具現例を示す図面である。
図１のうち、基板１１は、通常的な有機電界発光素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱い容易性及び防水性を考慮して、有機基板または透明プラスチック基板を使用できる。

前記基板１１上には、所定パターンのゲート電極１３が形成される。前記ゲート電極１３は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、またはＡｌ：Ｎｄ、Ｍｏ：Ｗ合金のような金属または金属の合金からなるが、これに限定されず、伝導性高分子も使用可能である。前記ゲート電極１３の上部には、前記ゲート電極１３を覆うように絶縁層１２が備えられる。
前記絶縁層１２は、金属酸化物または金属窒化物のような無機物からなるか、または絶縁性有機高分子のような有機物からなるなど、多様な物質で備えることができる。

絶縁層１２の上部には、ソース及びドレイン電極１４ａ，１４ｂがそれぞれ形成される。前記ソース及びドレイン電極１４ａ，１４ｂは、図１に示したように、一定部分ゲート電極１３と重畳されるように備えられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。ソース及びドレイン電極１４ａ，１４ｂは、通常的に、有機半導体層をなす物質との関係を考慮して、仕事関数が５.０ｅＶ以上の貴金属を使用できる。これを考慮した物質の非制限的な例として、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ及びその合金が現在使用可能な物質であり、このうち、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉが望ましい。

一方、前記ソース及びドレイン電極１４ａ，１４ｂの上部には、有機半導体層１５が全面形成される。前記有機半導体層１５を形成する有機半導体物質としては、ｐ型半導体物質を含むが、ｎ型半導体物質を含むこともできる。

前記有機半導体層を形成する物質の例として、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン複素環式芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びこれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びこれらの誘導体、金属含有フタロシアニンまたはその誘導体、金属フリーフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びこれらの誘導体が使われることができるが、これに限定されるものではない。

図１に示したように、前記絶縁層１２と有機半導体層１５との間には、正孔ブロッキング層１６が備えられ、この正孔ブロッキング層１６を通じて、絶縁層１２と有機半導体層１５とがコンタクトされる。前記正孔ブロッキング層１６は、有機半導体層から絶縁層に正孔が注入されて、絶縁層を構成する酸化物内に正孔がトラップされることを防止するためのエネルギーバリヤの役割を行う。

前記正孔ブロッキング層１６は、正孔遮断特性を有している物質であれば、何れも使用可能であり、有機半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を使用する。望ましくは、前記正孔ブロッキング層は、有機半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶさらに大きいＨＯＭＯレベルを有する物質、特に、０.５ないし１ｅＶより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を使用する。

もし、前記正孔ブロッキング層は、有機半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶ小さなＨＯＭＯレベルを有する物質を使用すれば、ブロッキング物質があっても、キャリアトラップを抑制できないという観点で望ましくない。

正孔ブロッキング層が、有機半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶさらに大きいＨＯＭＯレベルを有する物質からなる場合において、本発明の作用原理を、図４を参照して説明すれば、次の通りである。

図４に示したように、有機半導体のエネルギーレベルより０.５ｅＶ以上大きい有機物をブロッキングさせれば、キャリアがゲート絶縁膜の形成材料またはゲート絶縁膜の形成材料の欠陥サイト側にトラップされる現象を防止できることが分かる。

前記有機半導体層がペンタセンからなる場合、正孔ブロッキング層は、図５に示したように、ペンタセンのＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質であるＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）、Ｆ４−ＴＣＮＱ（２,３,５,６−Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ−７,７,８,８−ｔｅｔｒａｃｙａｎｏ−ｐ−ｑｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）、ＮＴＣＤＡ（１,４,５,８−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ＰＴＣＤＡ（３,４,９,１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ＢＣＰ（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）、ＣＢＰ（４,４’−Ｎ,Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｙｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、銅フタロシアノン（ＣｕＰｃ）、ＰＴＣＢＩ（３,４,９,１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｂｉｓｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）からなりうる。

図２は、本発明によるＴＦＴの他の一具現例を示す図面である。
図２を参照して、基板２１上には、所定パターンのゲート電極２３が備えられ、前記ゲート電極２３の上部には、ゲート電極２３を覆うように絶縁層２２が備えられている。前記絶縁層２２の上部には、ソース及びドレイン電極がゲート電極１２に対応する所定の位置に備えられており、その上部には、有機半導体層２５が形成されている。

前記絶縁層２２と有機半導体層２５との間には、正孔ブロッキング層２６が形成されており、前記ソース及びドレイン電極２４ａ，２４ｂと有機半導体層２５との間には、有機アクセプタ膜２７が備えられている。ここで、前記有機アクセプタ膜２７は、有機半導体層２５に注入される正孔の量を増加させる役割を行う。

前記有機アクセプタ膜２７は、ソース及びドレイン電極２４ａ，２４ｂと有機半導体層２５との間に介在して、有機半導体層とソース及びドレイン電極との接触抵抗を減少させ、電荷移動度を向上させる役割を行う。

前記有機アクセプタ膜を形成する物質としては、−ＮＯ_２、−ＣＮ、−Ｃ（＝０）−、−ＣＯＯ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ−、−ＳＯ_２−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−、＝Ｎ−、−Ｆ、−Ｃｌ−、−Ｉ、Ｃ_１−１０ハロアルキル基及びＣ_５−１０ハロアリール基からなる群から選択された一つ以上の電子吸引基を含有する芳香族化合物でありうる。

前記Ｃ_１−１０ハロアルキル基とは、ハロゲン原子に置換された炭素数１−１０のアルキル基であって、前記アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ブチル基、ペンチル基またはへキシル基でありうる。このうち、Ｃ_１−５ハロアルキル基が望ましい。

前記Ｃ_５−１０ハロアリール基とは、ハロゲン原子に置換された炭素数５−１０のアリール基であって、前記アリール基は、芳香族環システムから由来したラジカルを意味するものであって、例えば、フェニル基、ナフチル基でありうる。

前記芳香族化合物とは、不飽和炭素環式化合物及び不飽和複素環式化合物を総称するものであって、前述した電子吸引基のうち一つ以上を含有し、５ないし７員炭素環式環及び複素環式環からなる群から選択された一つ以上を有し、前記炭素環式環または複素環式環は、互いに融合されるか、または単一結合またはエテニレン基に連結されることができる。このうち、複素環式環は、炭素環式環をなす炭素原子のうち一つ以上がＮ、Ｓ、Ｐ及びＯからなる群から選択された一つ以上のヘテロ原子に置換された環を表す。

前記芳香族化合物は、前述したような電子吸引基を含有するが、前記電子吸引基は、前記芳香族化合物のうち一つ以上の水素を置換することもあり、前記芳香族化合物の環をなすＣ、Ｎ、Ｓ、ＰまたはＯを置換することもある。また、前記芳香族化合物の複素環式環のヘテロ原子が電子吸引基としての役割を行うこともある。

前記電子吸引基を含有した芳香族化合物は、前述したような電子吸引基のうち一つ以上を含有した、フルオレノン系化合物、アニリン系化合物、ベンゼン系化合物、ナフタレン系化合物、ビフェニル系化合物、スチルベン系化合物、アントラセン系化合物、二無水物系化合物、無水物系化合物、イミド系化合物、フェナジン系化合物、キノキサリン系化合物でありうる。

前記電子吸引基を有する化合物の非制限的な例には、２,４,７−トリニトロフルオレノン、４−ニトロアニリン、２,４−ジニトロアニリン、５−ニトロアントラニロニトリル、２,４−ジニトロジフェニルアミン、１,５−ジニトロナフタレン、４−ニトロビフェニル、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、１,４−ジシアノベンゼン、９,１０−ジシアノアントラセン、１,２,４,５−テトラシアノベンゼン、３,５−ジニトロベンゾニトリル、３,４,９,１０−ペリレンジカルボン酸二無水物、Ｎ,Ｎ’−ビス（２,５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３,４,９,１０−フェニレンカルボキシイミド、テトラクロロフタル酸無水物、テトラクロロフタロニトリル、テトラフルオロ−１,４−ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フェナントレンキノン、１,１０−フェナントロリン−５,６−ジオン、フェナジン、キノキサリンまたは２,３,６,７−テトラクロロキノキサリンがある。

図３は、本発明によるＴＦＴの他の一具現例を示す図面である。
図３を参照して、基板３１上には、所定パターンのソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂが形成されている。前記ソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂの上部に有機半導体層３５が形成されている。

前記有機半導体層３５の上部には、これを覆うように絶縁層３２が備えられ、前記有機半導体層３５と絶縁層３２とがコンタクトされた領域には、正孔ブロッキング層３６が形成されて、有機半導体層３５から絶縁層３２に正孔が移動して、絶縁層内にトラップされることを効果的に遮断できる。
前記絶縁層３２の上部には、ソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂに対応するようにゲート電極３３が備えられている。

以上、本発明のＴＦＴを図１ないし図３を参照して説明したが、これは、本発明の説明のための例示に過ぎず、それ以外にも多様な積層構造が可能である。
本発明で、正孔ブロッキング層のようなキャリアブロッキング層の形成方法は、特別に制限されるものではなく、例えば、蒸着、インクジェットプリンティング、蒸気ジェット、コーティング及びレーザアブレーション法（ＬＡＴ：Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、レーザ転写（ＬＩＴＩ：Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）のような方法を使用できる。

図１による本発明の一具現例によるＴＦＴの製造方法を説明すれば、次の通りである。
まず、基板１１上に備えられたゲート電極１３を覆うように絶縁層１２を形成する。次いで、前記絶縁層１２の上部のうち、前記ゲート電極１３に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極１４ａ，１４ｂをそれぞれ形成する。

その後、前記絶縁層１２の上部の所定領域にのみ正孔ブロッキング層１６を形成する。次いで、前記結果物上に有機半導体層１５を形成する。
ＴＦＴの各層の形成方法は、各層をなす物質によって蒸着法またはコーティング法を利用した多様な方法を利用できる。
前記正孔ブロッキング層の形成時、真空蒸着のような方法を利用できる。

以下、図２による本発明の他の一具現例によるＴＦＴの製造方法を説明する。
まず、基板２１上に備えられたゲート電極２３を覆うように絶縁層２２を形成する。次いで、前記絶縁層２２の上部のうち、前記ゲート電極２３の両端に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極２４ａ，２４ｂを形成した後、絶縁層２２の上部の所定領域にのみ正孔ブロッキング層２６を形成する。

その後、前記結果物でソース及びドレイン電極２４ａ，２４ｂを覆うように有機アクセプタ膜２７を形成する。
次いで、前記結果物の上部に有機半導体層２５を形成する工程を経て有機ＴＦＴが得られる。

以下、図３に示した本発明のさらに他の一具現例によるＴＦＴの製造方法を説明する。
まず、基板３１上に備えられたソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂの上部に有機半導体層３５を形成する。

正孔ブロッキング層を通じて有機半導体層３５と絶縁層３２とがコンタクトされるように、前記有機半導体層３５の上部のうち、ソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂに対応する所定の位置に正孔ブロッキング層３６を形成する。次いで、前記有機半導体層３５と正孔ブロッキング層３６とを覆うように絶縁層３２を形成した後、この絶縁層３２の上部のうち、前記ソース及びドレイン電極３４ａ，３４ｂに対応する所定の位置にゲート電極３３を形成して、ＴＦＴを完成する。

前述したようなＴＦＴの製造方法は、形成しようとするＴＦＴの構造によって多様に変形できる。
前述したような構造のＴＦＴは、ＬＣＤまたは有機電界発光表示装置のような平板表示装置に備えられる。図６は、平板表示装置の一具現例である有機電界発光表示装置に前記ＴＦＴを適用したことを示す図面である。

図６は、有機電界発光表示装置の一つの副画素を示す図面であって、このような各副画素には、自発光素子として有機電界発光素子（以下、“ＥＬ素子”という）が備えられており、ＴＦＴが少なくても一つ以上備えられている。前記有機電界発光表示装置は、ＥＬ素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｄ）の発光色相によって多様な画素パターンを有するが、望ましくは、赤色、緑色、青色の画素を備える。

図６を参照すると、基板６１上には、所定パターンのゲート電極６３が形成されており、前記ゲート電極６３を覆うように絶縁層６２が形成されている。そして、前記絶縁層６２の上部には、ソース及びドレイン電極６４ａ，６４ｂがそれぞれ形成されており、ソース及びドレイン電極６４ａ，６４ｂの上部には、有機半導体層６５が備えられている。前記絶縁層６２の上部の所定領域には、正孔ブロッキング層６６が備えられている。

前記ＴＦＴ ７０を覆うように保護層及び／または平坦化層が備えられている。前記保護層及び／または平坦化層は、単層または複数層の構造で形成され、有機物、無機物、または有／無機複合物で多様に形成されることができる。
前記保護層及び／または平坦化層の上部には、画素定義膜７４によって、ＥＬ素子７１の有機発光膜７２を形成する。

前記ＥＬ素子７１は、電流のフローによって赤色、緑色、青色の光を発光して所定の画像を表示するものであって、ＴＦＴ ７０のソース及びドレイン電極６４ａ，６４ｂのうち何れか一つの電極に連結された画素電極７３と、全体画素を覆うように備えられた対向電極７５、及びこれら画素電極７３と対向電極７５との間に配置されて発光する有機発光膜７２で構成される。本発明は、必ずしも前記のような構造に限定されるものではなく、多様な有機電界発光表示装置の構造がそのまま適用されることができる。

前記有機発光膜７２は、低分子または高分子有機膜が使われるが、低分子有機膜を使用する場合、ホール注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、ホール輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、発光層（ＥＭＬ：ＥＭｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）が単一あるいは複合の構造で積層されて形成され、使用可能な有機材料もＣｕＰｃ、Ｎ,Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）をはじめとして、多様に適用可能である。これら低分子有機膜は、真空蒸着の方法で形成される。

高分子有機膜の場合には、大体、ＨＴＬ及びＥＭＬで備えられた構造を有し、このとき、前記ＨＴＬとしてポリ（３,４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を使用し、ＥＭＬとしてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法で形成できる。

前記のような有機膜は、必ずしもこれに限定されず、多様な実施例が適用されることができる。
前記画素電極７３は、アノード電極の機能を行い、前記対向電極７５は、カソード電極の機能を行うが、もちろん、これら画素電極７３及び対向電極７５の極性は、逆になってもよい。

液晶表示装置の場合、これとは違って、前記画素電極７３を覆う下部配向膜（図示せず）を形成することによって、液晶表示装置の下部基板の製造を完成する。
このように、本発明によるＴＦＴは、図６のように、各副画素に搭載されることもでき、画像が具現されないドライバー回路（図示せず）にも搭載可能である。

以下、本発明を下記の実施例として説明するが、本発明が下記の実施例にのみ限定されるものではない。
＜実施例１＞
Ａｌからなるゲート電極、シリコン酸化物からなる絶縁層及びＡｕからなるソース及びドレイン電極が備えられている基板を準備した。
前記基板の絶縁層の上部のうち、ソース及びドレイン電極が形成されていない所定領域にのみＡｌｑ３を蒸着して、正孔ブロッキング層を形成した。
前記正孔ブロッキング層とソース及びドレイン電極とを覆うように、ペンタセンで有機半導体層を形成して、本発明による有機ＴＦＴを製造した。

＜比較例１＞
ＭｏＷからなるゲート電極、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる絶縁層及びＡｕからなるソース及びドレイン電極が備えられている基板を準備した。
前記ソース及びドレイン電極を覆うように、ペンタセンで有機半導体層を形成して有機ＴＦＴを製造した。

前記実施例１及び比較例１によって製造されたＴＦＴにおいて、Ｃ−Ｖ（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ＆Ｖｏｌｔａｇｅ）特性を評価した。
その結果、前記実施例のＴＦＴは、比較例１の場合とは違って、ヒステリシス挙動がほとんど現れなかった。

以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることが分かる。

本発明は、電荷移動特性のような電気的特性が改善され、オン電流特性の向上したＴＦＴ及びそれを備えた平板表示装置に関連した技術分野に適用可能である。

本発明によるＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明によるＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明によるＴＦＴの一具現例を示す断面図である。 本発明の正孔ブロッキング層の形成材料のエネルギー特性を説明するための図面である。 本発明の正孔ブロッキング層の形成材料のエネルギー特性を説明するための図面である。 本発明によるＴＦＴを備えた平板表示装置の一具現例を示す断面図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 絶縁層
１３ ゲート電極
１４ａ ソース電極
１４ｂ ドレイン電極
１５ 有機半導体層
１６ 正孔ブロッキング層

Claims (23)

1. ゲート電極と、
   前記ゲート電極と絶縁されたソース及びドレイン電極と、
   前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース及びドレイン電極と電気的に連結された半導体層と、
   前記ゲート電極をソース及びドレイン電極または半導体層と絶縁する絶縁層と、
   前記半導体層と絶縁層との間に介在されて、半導体層を通じて流れる正孔が絶縁層にトラップされることを防止するための、正孔ブロッキング層であるキャリアブロッキング層と、を備え、
   前記正孔ブロッキング層は、前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含む、ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記正孔ブロッキング層は、
   前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶ大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記半導体層は、ｐ型有機半導体物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記正孔ブロッキング層は、Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）、Ｆ４−ＴＣＮＱ（２,３,５,６−Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ−７,７,８,８−ｔｅｔｒａｃｙａｎｏ−ｐ−ｑｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）、ＮＴＣＤＡ（１,４,５,８−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ＰＴＣＤＡ（３,４,９,１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ＢＣＰ（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）、ＣＢＰ（４,４’−Ｎ,Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｙｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、銅フタロシアノン（ＣｕＰｃ）、ＰＴＣＢＩ（３,４,９,１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃｂｉｓｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記半導体層とソース及びドレイン電極との間に、有機アクセプタ膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記有機アクセプタ膜は、−ＮＯ２、−ＣＮ、−Ｃ（＝０）−、−ＣＯＯ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（＝Ｏ）−、＝Ｎ−、−Ｆ、−Ｃｌ−、−Ｉ、Ｃ１−１０ハロアルキル基及びＣ５−１０ハロアリール基からなる群から選択された一つ以上の電子吸引基を含有する芳香族化合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記有機アクセプタ膜は、２,４,７−トリニトロフルオレノン、４−ニトロアニリン、２,４−ジニトロアニリン、５−ニトロアントラニロニトリル、２,４−ジニトロジフェニルアミン、１,５−ジニトロナフタレン、４−ニトロビフェニル、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、１,４−ジシアノベンゼン、９,１０−ジシアノアントラセン、１,２,４,５−テトラシアノベンゼン、３,５−ジニトロベンゾニトリル、３,４,９,１０−ペリレンジカルボン酸二無水物、Ｎ,Ｎ’−ビス（２,５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３,４,９,１０−フェリレンカルボキシイミド、テトラクロロフタル酸無水物、テトラクロロフタロニトリル、テトラフルオロ−１,４−ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フェナントレンキノン、１,１０−フェナントロリン−５,６−ジオン、フェナジン、キノキサリン及び２,３,６,７−テトラクロロキノキサリンのうち、選択された一つ以上を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタ。
8. 前記半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン複素環式芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びこれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びこれらの誘導体、金属含有フタロシアニン及びその誘導体、金属フリーフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びこれらの誘導体からなる群から選択された一つ以上の有機半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
9. 前記半導体層は、ペンタセンを含み、前記正孔ブロッキング層は、Ａｌｑ３、４−ＴＣＮＱ、ＮＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＣＢＰ、ＣｕＰｃ、ＰＴＣＢＩからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
10. 前記キャリアブロッキング層は、前記ソース及びドレイン電極の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
11. 基板上に備えられたゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極を形成する工程と、
    キャリアブロッキング層を通じて絶縁層と半導体層とがコンタクトされるように、前記絶縁層の上部の所定領域に、正孔ブロッキング層であるキャリアブロッキング層を形成する工程と、
    前記結果物の上部に半導体層を形成する工程と、を含み、
    前記正孔ブロッキング層は、前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含む、ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
12. 前記キャリアブロッキング層は、真空蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. 前記正孔ブロッキング層は、
    前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含むことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14. 前記キャリアブロッキング層は、前記ソース及びドレイン電極の間に位置することを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
15. 基板上に備えられたゲート電極を覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース及びドレイン電極を形成する工程と、
    キャリアブロッキング層を通じて絶縁層と半導体層とがコンタクトされるように、前記絶縁層の上部の所定領域に、正孔ブロッキング層であるキャリアブロッキング層を形成する工程と、
    前記結果物でソース及びドレイン電極を覆うように有機アクセプタ膜を形成する工程と、
    前記結果物の上部に半導体層を形成する工程と、を備え、
    前記正孔ブロッキング層は、前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含む、ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
16. 前記キャリアブロッキング層は、真空蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
17. 前記正孔ブロッキング層は、
    前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶさらに大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含むことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
18. 前記キャリアブロッキング層は、前記ソース及びドレイン電極の間に位置することを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
19. 基板上に備えられたソース及びドレイン電極の上部に半導体層を形成する工程と、
    キャリアブロッキング層を通じて半導体層と絶縁層とがコンタクトされるように、前記半導体層の上部のうち、ソース及びドレイン電極に対応する所定の位置に、正孔ブロッキング層であるキャリアブロッキング層を形成する工程と、
    前記半導体層とキャリアブロッキング層とを覆うように絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上部のうち、前記ソース及びドレイン電極に対応する所定の位置にゲート電極を形成する工程と、を備え、
    前記正孔ブロッキング層は、前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより大きいＨＯＭＯレベルを有する物質を含む、ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
20. 前記キャリアブロッキング層は、真空蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
21. 前記正孔ブロッキング層は、
    前記半導体層を構成する有機半導体のＨＯＭＯレベルより０.５ｅＶさらに大きいＨＯ ＭＯレベルを有する物質を含むことを特徴とする請求項１９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
22. 前記キャリアブロッキング層は、前記ソース及びドレイン電極の間に位置することを特徴とする請求項１９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
23. 請求項１ないし１０のうち何れか１項に記載の薄膜トランジスタを各画素に備え、前記薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されたことを特徴とする平板表示装置。

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