JP4951834B2 - 薄膜トランジスタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)に関し、より詳細には、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が共に大きくされた薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタは、ガラス板等の基板上に形成された、ソース領域と、ドレイン領域と、ソース及びドレイン領域に対応するチャネル形成領域と、チャネル形成領域に対応するゲート電極とを備えている。このような薄膜トランジスタは、例えば液晶ディスプレイの画素表示用スイッチ素子等に用いられ、そのチャネル形成領域用の材料には、非晶質シリコンや多結晶シリコン等の半導体が多く使われている。
【０００３】
一方、プラスチック基板上に形成可能な薄膜トランジスタも注目されている。このような薄膜トランジスタは、薄型軽量で折り曲げ可能なディスプレイにも使用できるが、薄膜形成に高温プロセスが必要な通常の無機半導体を使用することはできない。このため、チャネル形成領域の材料として、加工が容易でプラスチック基板との親和性にも優れた有機材料が検討されている。
【０００４】
ところで、チャネル形成領域を形成する材料には、少なくとも一定の水準以上のキャリヤ移動度及びオン／オフ比が求められるが、キャリヤ移動度（μ）及びオン／オフ比の双方を共に満足する有機材料はあまり多くはない。
【０００５】
ここで使用する「オン／オフ比」という用語は、トランジスタがオンであるときのソース-ドレイン電流(ＩDS)の、トランジスタがオフであるときのソース-ドレイン電流に対する比を意味する。また、キャリヤ移動度は、チャネル形成材料の層内での粒子（例えば、電子、正孔）の平均のドリフト速度の尺度であり、このような粒子の運動が、加えられる電界によってどの程度強く影響を受けるかを決定するため重要である。導電率（σ）は、半導体材料層が電荷を伝導する能力を意味する。この導電率は、次式によってキャリヤ移動度（μ）と関連づけられる。
σ＝ｑｐμ（ただし、ｐはキャリヤ密度、ｑは電気素量）
【０００６】
これまで、有機材料をチャネル形成領域とした薄膜トランジスタを製造する方法として、主に電解重合、溶液塗布、及び真空蒸着の３つの方法が検討されてきた。Tsumura, A.,et al., "Macromolecular electronic device: Field-effect transistor with a polythiophene thin film", Appl. Phys. Lett., vol.49 (18), pp.1210-1212 (1986)、には、2,2'-ビチオフェンと過塩素酸テトラエチルアンモニウム電解質とをアセトニトリル溶液中で電解重合することにより、キャリヤ移動度が約10-5cm2/Vsecのポリチオフェン化合物が得られる旨が記載されている。しかし、ポリチオフェン化合物は、薄膜トランジスタに使用する材料としてはそのキャリヤ移動度が小さい。
【０００７】
Assadi, A., et al., "Field-effect mobility of poly(3-hexylthiophene)",Appl. Phys. Lett., vol.53 (3), pp.195-197 (1988)、には、ポリ（3-ヘキシルキシルチオフェン）をクロロホルムに濃度1 mg/mlで溶解した後、基板上にスピンコートして非晶質のポリ（3-アルキルチオフェン）半導体高分子膜を形成する旨が記載されている。しかし、この材料もキャリヤ移動度が約10-5 cm2/Vsec〜10-4 cm2/Vsecであり、薄膜トランジスタに使用する材料としてはその値が小さい。
【０００８】
また、Fuchigami, H., et al., "Polythienylenevinylene thin-film transistor with high carrier mobility", Appl. Phys. Lett., vol.63 (10), pp.1372-1374(1993)、には、ポリチエニレンビニレンをポリマーの可溶性前駆体から形成する旨が記載されている。すなわち、前駆体ポリマーを溶液から堆積した後、化学反応によってチャネル形成可能な半導体ポリマーに変換する。この二段階のプロセスを用いて形成される有機半導体ポリマーのキャリヤ移動度は、約10-1cm2/Vsecである。
【０００９】
更に、オリゴチオフェンのようなオリゴマーの真空蒸着法によって形成される有機半導体ポリマーが、Garnier,F., et al., "All-Polymer Field-Effect Transistor Realized by Printing Techniques",Science, vol.265, pp.1684-1686 (1994)、に記載されている。この文献に記載される有機半導体ポリマーのキャリヤ移動度は約10-2 cm2/Vsecでその値がやや大きいが、同文献にはオン／オフ比についての記載がなく、その薄膜形成プロセスも簡便なものとはいい難い。
【００１０】
ところで、ラジカルを用いた高分子化合物等の有機化合物の合成方法が開発されており、様々な材料の開発に利用されている。しかしながら、ラジカルは一般的に他の化学反応と比べて反応性が高く且つその制御が困難であり、ラジカル反応で生成したラジカル化合物が不安定なことから、これまで薄膜トランジスタ等の電子デバイスへのラジカルの適用は積極的には検討されていなかった。
【００１１】
ただし、どのような物質にも不完全な部分があり、詳しく調べると実際の材料の中には多かれ少なかれ非結合手としてのラジカルは存在すると考えられる。特に、前述のポリチオフェンやポリチエニレンビニレン等の導電性高分子では、電子受容性、或いは電子供与性の化合物をドーピングすると、ソリトンやポーラロンと呼ばれる荷電ラジカルが発生し、そのスピン濃度が1018spins/gに達するものもある。この場合、導電性高分子は、スピン濃度の増大と共に導電率も指数関数的に増大するので、例えば薄膜トランジスタのチャネル形成領域の材料に用いることはできない。
【００１２】
ここで、上述の「ラジカル反応」とは、ラジカルが関与する化学反応を意味し、特に本明細書では、電気化学的酸化若しくは還元の少なくとも一方の過程で、非ラジカル化合物からラジカル化合物を生成する反応、及び、生成したラジカル化合物が非ラジカル化合物へと変換される反応の双方を含むものと定義する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、薄膜トランジスタは様々な用途に用いて好適であるが、薄型軽量で柔軟性も有するプラスチック基板に形成できるチャネル形成領域の材料は限られている。また、チャネル形成領域の材料として、加工が容易でプラスチック基板との親和性にも優れた有機材料が検討されているが、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足する有機材料を、簡便な方法で廉価に得ることは困難であった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑み、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足し、且つ簡便な方法で廉価に得られた材料によってチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタは、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース及びドレイン領域の双方に対応するチャネル形成領域と、該チャネル形成領域に対応するゲート電極とを備えた薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル形成領域が、ラジカルを有する有機化合物によって構成され、前記ラジカルを有する有機化合物のスピン濃度が10 20 spins/g以上であることを特徴とする。この構成によると、薄膜トランジスタのオン／オフ比を容易に大きくすることができる。
【００１６】
本明細書において「ラジカル化合物」は、不対電子を有する化学種、即ち電子対を形成していない電子を有する化学種であり、ラジカルを有する化合物を意味し、スピン核運動量が０(ゼロ)ではないために、常磁性のような磁気的性質を有している。また、本明細書における「有機化合物」とは、炭素の酸化物や金属の炭酸塩など、少数の簡単なもの以外の全ての炭素化合物を総称し、また「有機高分子化合物」とは、分子量が１万以上でその主鎖が主として共有結合によってできている有機化合物を意味する。
【００１７】
本発明に係る薄膜トランジスタでは、ラジカルを有する有機化合物、つまり不対電子を有するラジカル化合物をチャネル形成領域の材料としたことにより、単電子占有分子軌道（ＳＯＭＯ）への最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）からの電子の遷移が可能となる。その結果、キャリヤ濃度が大きくなり、励起したキャリヤのホッピングも可能となるので、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が所要の値を満たす薄膜トランジスタを得ることができる。また、ゲート電圧の大きさで、ラジカル化合物である有機化合物を、ラジカル又はその酸化還元体という反応生成物の形に変換することもできるので、薄膜トランジスタにメモリ効果を備えることも可能になる。
【００１８】
一般にラジカルは、熱分解、光分解、放射線分解、及び電子の授受等により、分子の化学結合が切断されて生成する。また、ラジカルは化学反応性が極めて高い絶縁体であり、速やかにラジカル同士、又は他の安定な分子との反応によってその反応性が変化する。そして、このようなラジカルの存在は、電子スピン共鳴スペクトル（以下、ESRスペクトルと称する）等の測定によって観察することができる。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜トランジスタを構成するにあたり、ラジカルを有する有機化合物が、ラジカルを有する有機高分子化合物から成ることが好ましい。この構成によると、均一で柔軟性にも優れたチャネル形成層を得て、安定性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２１】
具体的に、前記ラジカルを有する有機化合物の材料として、ニトロキシドラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカル、炭素ラジカル、又はホウ素ラジカルを挙げることができる。有機化合物がニトロキシドラジカル材料から成る場合には、他のラジカルに比べてキャリヤ濃度は小さくなるものの、オン／オフ比が大きく空気中でも安定なものとなるという効果が得られる。有機化合物が酸素ラジカル材料から成る場合には、他のラジカルに比べてキャリヤ濃度が大きくなるという効果が得られる。また、有機化合物が窒素ラジカル材料から成る場合には、ラジカルが分子内で安定化されるため、オン／オフ比が大きく安定なものとなるという効果が得られ、炭素ラジカル材料から成る場合には、ＳＯＭＯ準位が低いために他のラジカルに比べてキャリヤ濃度や移動度の温度依存性が小さく安定であるという効果が得られる。更に、有機化合物がホウ素ラジカル材料から成る場合には、オン／オフ比は小さいものの、キャリヤ濃度や移動度が大きくなるという効果が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る一実施形態例の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【００２３】
本実施形態例の薄膜トランジスタ１０には、ガラス板１１の絶縁性表面上にゲート電極１２及びゲート絶縁膜１３がこの順に形成され、ゲート絶縁膜１３上におけるゲート電極１２の両側に位置するようにソース領域１４及びドレイン領域１５が形成されている。また、ソース領域１４とドレイン領域１５との間の領域を含む両領域１４、１５上には、ラジカルを有する有機化合物から成るチャネル形成領域１６が形成されている。
【００２４】
本薄膜トランジスタ１０は、増幅作用、スイッチング作用等の通常のトランジスタとしての機能を備えるもので、例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置のスイッチング素子等として用いることができる。
【００２５】
本発明の薄膜トランジスタでは、上記構成に限定されることなく、必要に応じてその積層構造を変更することができる。例えば、ガラス板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、チャネル形成層（１６）、及びソース／ドレイン領域１４、１５がこの順に積層された逆スタガ型のトランジスタとして構成することができる。また、ガラス板１１ではないシリコン基板を別途用意し、このシリコン基板にゲート電極１２とソース／ドレイン領域１４、１５を夫々形成し、このソース／ドレイン領域１４、１５を覆うようにチャネル形成層（１６）を形成したシリコンゲート型のトランジスタとして構成することができる。更に、チャネル形成層（１６）を介してゲート電極１２とソース／ドレイン領域１４、１５を設けたショットキーバリアゲート型のトランジスタとして構成することもできる。
【００２６】
本実施形態例で、チャネル形成領域用の材料であるラジカルを有する有機化合物の種類は、ラジカルを有する有機化合物である限り特に限定されるものではない。しかし、得られる作用効果が優れ、加工性にも優れることから、特に、下記一般式（１）で表される有機化合物、下記一般式（２）で表される有機化合物、或いは、一般式（１）及び（２）のいずれか一方で表される構造単位を含む有機化合物が、上記有機化合物として好ましい。
【００２７】
【化１】
【００２８】
【化２】
【００２９】
一般式（１）中の置換基Ｒ1は、置換若しくは非置換のアルキレン基、アルケニレン基、又はアリーレン基であり、Ｘは、オキシラジカル基、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、炭素ラジカル基、又はホウ素ラジカル基である。
【００３０】
一般式（２）中の置換基Ｒ2及びＲ3は、相互に独立であり、置換若しくは非置換のアルキレン基、アルケニレン基、又はアリーレン基であり、Ｙは、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、又は炭素ラジカル基である。
【００３１】
上記のようなラジカル化合物としては、例えば、オキシラジカル化合物、ニトロキシルラジカル化合物、炭素ラジカル化合物、窒素ラジカル化合物、ホウ素ラジカル化合物、及び硫黄ラジカル化合物等が挙げられる。
【００３２】
上記オキシラジカル化合物の具体例としては、例えば下記一般式（３）及び（４）のようなアリールオキシラジカル化合物や、下記一般式（５）のようなセミキノンラジカル化合物等が挙げられる。
【００３３】
【化３】
【００３４】
【化４】
【００３５】
【化５】
【００３６】
一般式（３）〜（５）中の置換基Ｒ4〜Ｒ7は相互に独立であり、水素原子、置換若しくは非置換の脂肪族、或いは、芳香族炭化水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、又はアシル基である。
【００３７】
上記ニトロキシルラジカル化合物の具体例としては、下記一般式（６）で表されるようなピペリジノキシ環を有するラジカル化合物、下記一般式（７）で表されるようなピロリジノキシ環含有ラジカル化合物、下記一般式（８）で表されるようなピロリノキシ環含有ラジカル化合物、及び、下記一般式（９）で表されるのようなニトロニルニトロキシド構造含有ラジカル化合物が挙げられる。
【００３８】
【化６】
【００３９】
【化７】
【００４０】
【化８】
【００４１】
【化９】
【００４２】
一般式（６）〜（９）中のＲ8〜Ｒ10は、上記一般式（３）〜（５）の内容と同様である。
【００４３】
また、上記窒素ラジカル化合物の具体例としては、下記一般式（１０）で表されるような三価のヒドラジル基を有するラジカル化合物、下記一般式（１１）で表されるような三価のフェルダジル基を有するラジカル化合物、及び、下記一般式（１２）で表されるようなアミノトリアジン構造を有するラジカル化合物が挙げられる。
【００４４】
【化１０】
【００４５】
【化１１】
【００４６】
【化１２】
【００４７】
一般式（１０）〜（１２）中のＲ11〜Ｒ19は、上記一般式（３）〜（５）の内容と同様である。
【００４８】
なお、本実施形態例では、上記のようなラジカル化合物をそのままチャネル形成領域用の材料とし、或いは、他の高分子や低分子等の有機材料や無機材料と組み合わせてチャネル形成領域用の材料とすることもできる。
【００４９】
前述したように「ラジカル化合物」は、スピン核運動量がゼロではなく常磁性等の種々の磁気的性質を示すので、不対電子の生成は、ESRスペクトル等を測定することによって観察することができる。ただし、本発明では、ESRスペクトルでシグナルが得られる有機化合物であっても電子が非局在化したものはラジカル化合物とは言わない。このような非局在化した電子を有する化合物としては、ソリトン、若しくはポーラロンを形成した導電性高分子が挙げられるが、スピン濃度は低く、一般に1019 spins/g以下となる。
【００５０】
以上のように、本実施形態例の薄膜トランジスタでは、ラジカルを有する有機化合物をチャネル形成領域の材料としたことにより、単電子占有分子軌道（ＳＯＭＯ）への最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）からの電子の遷移が可能となる。その結果、キャリヤ濃度が大きくなり、励起したキャリヤのホッピングも可能となるという効果が得られる。これにより、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が所要の値を満たす薄膜トランジスタを得ることができる。また、ゲート電圧の大きさで、ラジカル化合物である有機化合物を、ラジカル又はその酸化還元体という反応生成物の形に変換することもできるので、その場合、薄膜トランジスタにメモリ効果を備えることも可能になる。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明について、より具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
2,2,6,6-テトラメチルピペリジンメタクリレートをラジカル重合し、得られた生成物をｍ-クロロ過安息香酸で酸化して、下記一般式１３に示すポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルを合成した。得られたポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルは、茶色の高分子固体であり、平均分子量が89000で、ESRスペクトルから測定したスピン濃度は2×1021 spins/gであった。
【００５２】
【化１３】
【００５３】
次いで、マスクを通して、無アルカリガラス基板にクロムを蒸着して、厚さ１００ nmのゲート電極とした。このゲート電極上に、CVD法で厚さ４００ nmの窒化シリコン膜を成膜してゲート絶縁膜とし、マスクを通して、膜厚２０ nmとなるようにゲート絶縁膜にクロムを蒸着した。引き続き、膜厚５０ nmの金を蒸着してソース電極（領域）及びドレイン電極（領域）を形成し、チャネル形成層の作製前の素子を構成した。
【００５４】
上記素子のソース電極（領域）とドレイン電極（領域）との間に、前述のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルのテトラヒドロフラン溶液を滴下して、両電極間の隙間と共に両電極上を覆い、更にこの溶剤を自然乾燥させた。これにより、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルから成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタを得ることができた。このように試作した薄膜トランジスタのチャネル幅は２４mm、チャネル長は１mmであった。
【００５５】
上記薄膜トランジスタを用い、ドレイン電圧（Vd）を一定にしてソース電極に流れる電流（Is）のゲート電圧（Vg）に対する依存性（Is-Vg特性）と、Vgを一定にしてIsのVdに対する依存性（Is-Vd特性）とを夫々に測定した。
【００５６】
測定した結果を用いて、Is-Vd特性から飽和電流Isatを、またIs1/2-Vg特性の傾きからｄ/ｄVgを求め、次式
（ｄ/ｄVg）Isat1/2＝｛（W/2L）Ci mFE｝1/2
によって電界効果移動度mFEを算出した。ただし、W及びLは夫々、チャネル幅及びチャネル長であり、Ciはゲート絶縁層の静電容量である。上記算出の結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は１×１０-3 cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０3以上であった。このことから、本実施例の薄膜トランジスタは優れたものであることが分かった。
【００５７】
実施例２
2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノールを、BF3・O（C2H5）2を用いてカチオン重合し、得られた生成物をｍ-クロロ過安息香酸で酸化して、下記一般式１４に示すポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルを合成した。得られたポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルは、赤色の高分子固体であり、ESRスペクトルから測定したスピン濃度は、1×1021 spins/gであった。
【００５８】
【化１４】
【００５９】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製したポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルのアセトニトリル溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して実施例１と同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、ポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルから成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６０】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は５×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０4以上であった。このことから、本実施例の薄膜トランジスタも優れたものであることが分かった。
【００６１】
実施例３
実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルと、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）を、質量比１／１となるようにテトラヒドロフランに溶解し、ポリマー濃度１wt.%の溶液とした。
【００６２】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製したポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物の溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物から成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６３】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は４×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０4以上であって、優れたものであることが分かった。
【００６４】
実施例４
本実施例は、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルを使用する以外、実施例３と同様である。これにより、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）の複合物を得た。
【００６５】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製した2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）の複合物の溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物から成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６６】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は８×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０3以上であって、優れたものであることが分かった。
【００６７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る薄膜トランジスタは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した薄膜トランジスタも、本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足し、且つ簡便な方法で廉価に得られた材料によってチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態例の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０：薄膜トランジスタ
１１：ガラス板
１２：ゲート電極
１３：ゲート絶縁膜
１４：ソース領域
１５：ドレイン領域
１６：キャリヤ形成領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)に関し、より詳細には、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が共に大きくされた薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタは、ガラス板等の基板上に形成された、ソース領域と、ドレイン領域と、ソース及びドレイン領域に対応するチャネル形成領域と、チャネル形成領域に対応するゲート電極とを備えている。このような薄膜トランジスタは、例えば液晶ディスプレイの画素表示用スイッチ素子等に用いられ、そのチャネル形成領域用の材料には、非晶質シリコンや多結晶シリコン等の半導体が多く使われている。
【０００３】
一方、プラスチック基板上に形成可能な薄膜トランジスタも注目されている。このような薄膜トランジスタは、薄型軽量で折り曲げ可能なディスプレイにも使用できるが、薄膜形成に高温プロセスが必要な通常の無機半導体を使用することはできない。このため、チャネル形成領域の材料として、加工が容易でプラスチック基板との親和性にも優れた有機材料が検討されている。
【０００４】
ところで、チャネル形成領域を形成する材料には、少なくとも一定の水準以上のキャリヤ移動度及びオン／オフ比が求められるが、キャリヤ移動度（μ）及びオン／オフ比の双方を共に満足する有機材料はあまり多くはない。
【０００５】
ここで使用する「オン／オフ比」という用語は、トランジスタがオンであるときのソース-ドレイン電流(ＩDS)の、トランジスタがオフであるときのソース-ドレイン電流に対する比を意味する。また、キャリヤ移動度は、チャネル形成材料の層内での粒子（例えば、電子、正孔）の平均のドリフト速度の尺度であり、このような粒子の運動が、加えられる電界によってどの程度強く影響を受けるかを決定するため重要である。導電率（σ）は、半導体材料層が電荷を伝導する能力を意味する。この導電率は、次式によってキャリヤ移動度（μ）と関連づけられる。
σ＝ｑｐμ（ただし、ｐはキャリヤ密度、ｑは電気素量）
【０００６】
これまで、有機材料をチャネル形成領域とした薄膜トランジスタを製造する方法として、主に電解重合、溶液塗布、及び真空蒸着の３つの方法が検討されてきた。Tsumura, A.,et al., "Macromolecular electronic device: Field-effect transistor with a polythiophene thin film", Appl. Phys. Lett., vol.49 (18), pp.1210-1212 (1986)、には、2,2'-ビチオフェンと過塩素酸テトラエチルアンモニウム電解質とをアセトニトリル溶液中で電解重合することにより、キャリヤ移動度が約10-5cm2/Vsecのポリチオフェン化合物が得られる旨が記載されている。しかし、ポリチオフェン化合物は、薄膜トランジスタに使用する材料としてはそのキャリヤ移動度が小さい。
【０００７】
Assadi, A., et al., "Field-effect mobility of poly(3-hexylthiophene)",Appl. Phys. Lett., vol.53 (3), pp.195-197 (1988)、には、ポリ（3-ヘキシルキシルチオフェン）をクロロホルムに濃度1 mg/mlで溶解した後、基板上にスピンコートして非晶質のポリ（3-アルキルチオフェン）半導体高分子膜を形成する旨が記載されている。しかし、この材料もキャリヤ移動度が約10-5 cm2/Vsec〜10-4 cm2/Vsecであり、薄膜トランジスタに使用する材料としてはその値が小さい。
【０００８】
また、Fuchigami, H., et al., "Polythienylenevinylene thin-film transistor with high carrier mobility", Appl. Phys. Lett., vol.63 (10), pp.1372-1374(1993)、には、ポリチエニレンビニレンをポリマーの可溶性前駆体から形成する旨が記載されている。すなわち、前駆体ポリマーを溶液から堆積した後、化学反応によってチャネル形成可能な半導体ポリマーに変換する。この二段階のプロセスを用いて形成される有機半導体ポリマーのキャリヤ移動度は、約10-1cm2/Vsecである。
【０００９】
更に、オリゴチオフェンのようなオリゴマーの真空蒸着法によって形成される有機半導体ポリマーが、Garnier,F., et al., "All-Polymer Field-Effect Transistor Realized by Printing Techniques",Science, vol.265, pp.1684-1686 (1994)、に記載されている。この文献に記載される有機半導体ポリマーのキャリヤ移動度は約10-2 cm2/Vsecでその値がやや大きいが、同文献にはオン／オフ比についての記載がなく、その薄膜形成プロセスも簡便なものとはいい難い。
【００１０】
ところで、ラジカルを用いた高分子化合物等の有機化合物の合成方法が開発されており、様々な材料の開発に利用されている。しかしながら、ラジカルは一般的に他の化学反応と比べて反応性が高く且つその制御が困難であり、ラジカル反応で生成したラジカル化合物が不安定なことから、これまで薄膜トランジスタ等の電子デバイスへのラジカルの適用は積極的には検討されていなかった。
【００１１】
ただし、どのような物質にも不完全な部分があり、詳しく調べると実際の材料の中には多かれ少なかれ非結合手としてのラジカルは存在すると考えられる。特に、前述のポリチオフェンやポリチエニレンビニレン等の導電性高分子では、電子受容性、或いは電子供与性の化合物をドーピングすると、ソリトンやポーラロンと呼ばれる荷電ラジカルが発生し、そのスピン濃度が1018spins/gに達するものもある。この場合、導電性高分子は、スピン濃度の増大と共に導電率も指数関数的に増大するので、例えば薄膜トランジスタのチャネル形成領域の材料に用いることはできない。
【００１２】
ここで、上述の「ラジカル反応」とは、ラジカルが関与する化学反応を意味し、特に本明細書では、電気化学的酸化若しくは還元の少なくとも一方の過程で、非ラジカル化合物からラジカル化合物を生成する反応、及び、生成したラジカル化合物が非ラジカル化合物へと変換される反応の双方を含むものと定義する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、薄膜トランジスタは様々な用途に用いて好適であるが、薄型軽量で柔軟性も有するプラスチック基板に形成できるチャネル形成領域の材料は限られている。また、チャネル形成領域の材料として、加工が容易でプラスチック基板との親和性にも優れた有機材料が検討されているが、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足する有機材料を、簡便な方法で廉価に得ることは困難であった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑み、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足し、且つ簡便な方法で廉価に得られた材料によってチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタは、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース及びドレイン領域の双方に対応するチャネル形成領域と、該チャネル形成領域に対応するゲート電極とを備えた薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル形成領域が、ラジカルを有する有機化合物によって構成され、前記ラジカルを有する有機化合物のスピン濃度が10 20 spins/g以上であることを特徴とする。この構成によると、薄膜トランジスタのオン／オフ比を容易に大きくすることができる。
【００１６】
本明細書において「ラジカル化合物」は、不対電子を有する化学種、即ち電子対を形成していない電子を有する化学種であり、ラジカルを有する化合物を意味し、スピン核運動量が０(ゼロ)ではないために、常磁性のような磁気的性質を有している。また、本明細書における「有機化合物」とは、炭素の酸化物や金属の炭酸塩など、少数の簡単なもの以外の全ての炭素化合物を総称し、また「有機高分子化合物」とは、分子量が１万以上でその主鎖が主として共有結合によってできている有機化合物を意味する。
【００１７】
本発明に係る薄膜トランジスタでは、ラジカルを有する有機化合物、つまり不対電子を有するラジカル化合物をチャネル形成領域の材料としたことにより、単電子占有分子軌道（ＳＯＭＯ）への最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）からの電子の遷移が可能となる。その結果、キャリヤ濃度が大きくなり、励起したキャリヤのホッピングも可能となるので、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が所要の値を満たす薄膜トランジスタを得ることができる。また、ゲート電圧の大きさで、ラジカル化合物である有機化合物を、ラジカル又はその酸化還元体という反応生成物の形に変換することもできるので、薄膜トランジスタにメモリ効果を備えることも可能になる。
【００１８】
一般にラジカルは、熱分解、光分解、放射線分解、及び電子の授受等により、分子の化学結合が切断されて生成する。また、ラジカルは化学反応性が極めて高い絶縁体であり、速やかにラジカル同士、又は他の安定な分子との反応によってその反応性が変化する。そして、このようなラジカルの存在は、電子スピン共鳴スペクトル（以下、ESRスペクトルと称する）等の測定によって観察することができる。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜トランジスタを構成するにあたり、ラジカルを有する有機化合物が、ラジカルを有する有機高分子化合物から成ることが好ましい。この構成によると、均一で柔軟性にも優れたチャネル形成層を得て、安定性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２１】
具体的に、前記ラジカルを有する有機化合物の材料として、ニトロキシドラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカル、炭素ラジカル、又はホウ素ラジカルを挙げることができる。有機化合物がニトロキシドラジカル材料から成る場合には、他のラジカルに比べてキャリヤ濃度は小さくなるものの、オン／オフ比が大きく空気中でも安定なものとなるという効果が得られる。有機化合物が酸素ラジカル材料から成る場合には、他のラジカルに比べてキャリヤ濃度が大きくなるという効果が得られる。また、有機化合物が窒素ラジカル材料から成る場合には、ラジカルが分子内で安定化されるため、オン／オフ比が大きく安定なものとなるという効果が得られ、炭素ラジカル材料から成る場合には、ＳＯＭＯ準位が低いために他のラジカルに比べてキャリヤ濃度や移動度の温度依存性が小さく安定であるという効果が得られる。更に、有機化合物がホウ素ラジカル材料から成る場合には、オン／オフ比は小さいものの、キャリヤ濃度や移動度が大きくなるという効果が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る一実施形態例の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【００２３】
本実施形態例の薄膜トランジスタ１０には、ガラス板１１の絶縁性表面上にゲート電極１２及びゲート絶縁膜１３がこの順に形成され、ゲート絶縁膜１３上におけるゲート電極１２の両側に位置するようにソース領域１４及びドレイン領域１５が形成されている。また、ソース領域１４とドレイン領域１５との間の領域を含む両領域１４、１５上には、ラジカルを有する有機化合物から成るチャネル形成領域１６が形成されている。
【００２４】
本薄膜トランジスタ１０は、増幅作用、スイッチング作用等の通常のトランジスタとしての機能を備えるもので、例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置のスイッチング素子等として用いることができる。
【００２５】
本発明の薄膜トランジスタでは、上記構成に限定されることなく、必要に応じてその積層構造を変更することができる。例えば、ガラス板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、チャネル形成層（１６）、及びソース／ドレイン領域１４、１５がこの順に積層された逆スタガ型のトランジスタとして構成することができる。また、ガラス板１１ではないシリコン基板を別途用意し、このシリコン基板にゲート電極１２とソース／ドレイン領域１４、１５を夫々形成し、このソース／ドレイン領域１４、１５を覆うようにチャネル形成層（１６）を形成したシリコンゲート型のトランジスタとして構成することができる。更に、チャネル形成層（１６）を介してゲート電極１２とソース／ドレイン領域１４、１５を設けたショットキーバリアゲート型のトランジスタとして構成することもできる。
【００２６】
本実施形態例で、チャネル形成領域用の材料であるラジカルを有する有機化合物の種類は、ラジカルを有する有機化合物である限り特に限定されるものではない。しかし、得られる作用効果が優れ、加工性にも優れることから、特に、下記一般式（１）で表される有機化合物、下記一般式（２）で表される有機化合物、或いは、一般式（１）及び（２）のいずれか一方で表される構造単位を含む有機化合物が、上記有機化合物として好ましい。
【００２７】
【化１】
【化２】
一般式（１）中の置換基Ｒ1は、置換若しくは非置換のアルキレン基、アルケニレン基、又はアリーレン基であり、Ｘは、オキシラジカル基、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、炭素ラジカル基、又はホウ素ラジカル基である。
【００３０】
一般式（２）中の置換基Ｒ2及びＲ3は、相互に独立であり、置換若しくは非置換のアルキレン基、アルケニレン基、又はアリーレン基であり、Ｙは、ニトロキシルラジカル基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、又は炭素ラジカル基である。
【００３１】
上記のようなラジカル化合物としては、例えば、オキシラジカル化合物、ニトロキシルラジカル化合物、炭素ラジカル化合物、窒素ラジカル化合物、ホウ素ラジカル化合物、及び硫黄ラジカル化合物等が挙げられる。
【００３２】
上記オキシラジカル化合物の具体例としては、例えば下記一般式（３）及び（４）のようなアリールオキシラジカル化合物や、下記一般式（５）のようなセミキノンラジカル化合物等が挙げられる。
【００３３】
【化３】
【化４】
【化５】
一般式（３）〜（５）中の置換基Ｒ4〜Ｒ7は相互に独立であり、水素原子、置換若しくは非置換の脂肪族、或いは、芳香族炭化水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、又はアシル基である。
【００３７】
上記ニトロキシルラジカル化合物の具体例としては、下記一般式（６）で表されるようなピペリジノキシ環を有するラジカル化合物、下記一般式（７）で表されるようなピロリジノキシ環含有ラジカル化合物、下記一般式（８）で表されるようなピロリノキシ環含有ラジカル化合物、及び、下記一般式（９）で表されるのようなニトロニルニトロキシド構造含有ラジカル化合物が挙げられる。
【００３８】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
一般式（６）〜（９）中のＲ8〜Ｒ10は、上記一般式（３）〜（５）の内容と同様である。
【００４３】
また、上記窒素ラジカル化合物の具体例としては、下記一般式（１０）で表されるような三価のヒドラジル基を有するラジカル化合物、下記一般式（１１）で表されるような三価のフェルダジル基を有するラジカル化合物、及び、下記一般式（１２）で表されるようなアミノトリアジン構造を有するラジカル化合物が挙げられる。
【００４４】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
一般式（１０）〜（１２）中のＲ11〜Ｒ19は、上記一般式（３）〜（５）の内容と同様である。
【００４８】
なお、本実施形態例では、上記のようなラジカル化合物をそのままチャネル形成領域用の材料とし、或いは、他の高分子や低分子等の有機材料や無機材料と組み合わせてチャネル形成領域用の材料とすることもできる。
【００４９】
前述したように「ラジカル化合物」は、スピン核運動量がゼロではなく常磁性等の種々の磁気的性質を示すので、不対電子の生成は、ESRスペクトル等を測定することによって観察することができる。ただし、本発明では、ESRスペクトルでシグナルが得られる有機化合物であっても電子が非局在化したものはラジカル化合物とは言わない。このような非局在化した電子を有する化合物としては、ソリトン、若しくはポーラロンを形成した導電性高分子が挙げられるが、スピン濃度は低く、一般に1019 spins/g以下となる。
【００５０】
以上のように、本実施形態例の薄膜トランジスタでは、ラジカルを有する有機化合物をチャネル形成領域の材料としたことにより、単電子占有分子軌道（ＳＯＭＯ）への最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）からの電子の遷移が可能となる。その結果、キャリヤ濃度が大きくなり、励起したキャリヤのホッピングも可能となるという効果が得られる。これにより、キャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方が所要の値を満たす薄膜トランジスタを得ることができる。また、ゲート電圧の大きさで、ラジカル化合物である有機化合物を、ラジカル又はその酸化還元体という反応生成物の形に変換することもできるので、その場合、薄膜トランジスタにメモリ効果を備えることも可能になる。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明について、より具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
2,2,6,6-テトラメチルピペリジンメタクリレートをラジカル重合し、得られた生成物をｍ-クロロ過安息香酸で酸化して、下記一般式１３に示すポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルを合成した。得られたポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルは、茶色の高分子固体であり、平均分子量が89000で、ESRスペクトルから測定したスピン濃度は2×1021 spins/gであった。
【００５２】
【化１３】
次いで、マスクを通して、無アルカリガラス基板にクロムを蒸着して、厚さ１００ nmのゲート電極とした。このゲート電極上に、CVD法で厚さ４００ nmの窒化シリコン膜を成膜してゲート絶縁膜とし、マスクを通して、膜厚２０ nmとなるようにゲート絶縁膜にクロムを蒸着した。引き続き、膜厚５０ nmの金を蒸着してソース電極（領域）及びドレイン電極（領域）を形成し、チャネル形成層の作製前の素子を構成した。
【００５４】
上記素子のソース電極（領域）とドレイン電極（領域）との間に、前述のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルのテトラヒドロフラン溶液を滴下して、両電極間の隙間と共に両電極上を覆い、更にこの溶剤を自然乾燥させた。これにより、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルから成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタを得ることができた。このように試作した薄膜トランジスタのチャネル幅は２４mm、チャネル長は１mmであった。
【００５５】
上記薄膜トランジスタを用い、ドレイン電圧（Vd）を一定にしてソース電極に流れる電流（Is）のゲート電圧（Vg）に対する依存性（Is-Vg特性）と、Vgを一定にしてIsのVdに対する依存性（Is-Vd特性）とを夫々に測定した。
【００５６】
測定した結果を用いて、Is-Vd特性から飽和電流Isatを、またIs1/2-Vg特性の傾きからｄ/ｄVgを求め、次式
（ｄ/ｄVg）Isat1/2＝｛（W/2L）Ci mFE｝1/2
によって電界効果移動度mFEを算出した。ただし、W及びLは夫々、チャネル幅及びチャネル長であり、Ciはゲート絶縁層の静電容量である。上記算出の結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は１×１０-3 cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０3以上であった。このことから、本実施例の薄膜トランジスタは優れたものであることが分かった。
【００５７】
実施例２
2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノールを、BF3・O（C2H5）2を用いてカチオン重合し、得られた生成物をｍ-クロロ過安息香酸で酸化して、下記一般式１４に示すポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルを合成した。得られたポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルは、赤色の高分子固体であり、ESRスペクトルから測定したスピン濃度は、1×1021 spins/gであった。
【００５８】
【化１４】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製したポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルのアセトニトリル溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して実施例１と同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、ポリ（2,6-ジターシャリブチル-4-ビニルフェノール）ラジカルから成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６０】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は５×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０4以上であった。このことから、本実施例の薄膜トランジスタも優れたものであることが分かった。
【００６１】
実施例３
実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルと、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）を、質量比１／１となるようにテトラヒドロフランに溶解し、ポリマー濃度１wt.%の溶液とした。
【００６２】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製したポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物の溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物から成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６３】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は４×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０4以上であって、優れたものであることが分かった。
【００６４】
実施例４
本実施例は、ポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルを使用する以外、実施例３と同様である。これにより、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）の複合物を得た。
【００６５】
次いで、実施例１のポリ（2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルに代えて、上記工程で作製した2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体（共重合比70/30）の複合物の溶液を、実施例１のチャネル形成層の作製前の素子に対して同様に滴下し、これを自然乾燥した。これにより、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシラジカルとフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレンとの共重合体の複合物から成る有機層をチャネル形成層とする薄膜トランジスタが得られた。
【００６６】
この薄膜トランジスタを用い、実施例１と同様の方法でIs-Vg特性及びIs-Vd特性を夫々測定し、電界効果移動度及びオン/オフ比を求めた。その結果、作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は８×１０-4cm2/Vsecであり、オン/オフ比は１０3以上であって、優れたものであることが分かった。
【００６７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る薄膜トランジスタは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した薄膜トランジスタも、本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、要求されるキャリヤ移動度及びオン／オフ比の双方を共に満足し、且つ簡便な方法で廉価に得られた材料によってチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態例の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０：薄膜トランジスタ
１１：ガラス板
１２：ゲート電極
１３：ゲート絶縁膜
１４：ソース領域
１５：ドレイン領域
１６：キャリヤ形成領域
Claims (3)
- ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース及びドレイン領域の双方に対応するチャネル形成領域と、該チャネル形成領域に対応するゲート電極とを備えた薄膜トランジスタにおいて、
前記チャネル形成領域が、ラジカルを有する有機化合物によって構成され、
前記ラジカルを有する有機化合物のスピン濃度が10 20 spins/g以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記ラジカルを有する有機化合物が、ラジカルを有する有機高分子化合物から成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。
- 前記ラジカルを有する有機化合物が、ニトロキシドラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカル、炭素ラジカル、又はホウ素ラジカルから成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタ。
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