JP5110143B2 - 電界効果型トランジスタ - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、詳しくは、チャネル領域が有機半導体材料層から構成された電界効果型トランジスタ、更に詳しくは、チャネル領域が有機半導体材料層から構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に関する。
従来の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）の一種である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、チャネル領域を構成する半導体層としてＳｉやＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の無機半導体材料が用いられているが、これらの無機半導体材料を用いたＴＦＴの製造工程では４００゜Ｃ以上の高温のプロセスが必要とされる。そのため、無機半導体材料を用いたＴＦＴをプラスチックス等の柔らかく、割れ難く、軽い支持体（基板）上に作製することは極めて困難である。
一方、チャネル領域を有機半導体材料層から構成するＴＦＴ（以下、有機ＴＦＴと呼ぶ）は、プラスチックスの耐熱温度よりも低い温度で製造が可能である。また、塗布可能な材料に基づき製造可能であることから、低コスト、大面積に向いた半導体素子として期待されている。
ところで、従来の有機ＴＦＴでは、有機半導体材料層と良好なオーミック・コンタクトを形成するために、ソース／ドレイン電極は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）といった金属材料から構成されており、あるいは又、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］やドーピング材料をドーピングしたポリアニリン、あるいは又、カーボンナノチューブから構成されている。
ｐ型有機半導体材料層と良好なオーミック・コンタクトを形成し得る金属材料である金、白金、パラジウムは高価であり、それらを蒸着してソース／ドレイン電極や配線を形成することは有機ＴＦＴの低コスト化には不向きである。一方、有機伝導体材料であって有機半導体材料と良好なオーミック・コンタクトを形成し得るものがあっても、その比抵抗は金属材料の比抵抗と比較すると大きく、ソース／ドレイン電極や配線までも構成する材料として満足すべき材料であるとは云い難い。
金属材料から成るソース／ドレイン電極と、チャネル領域を構成する有機半導体材料層とが、直接、接触していない構造を有する有機ＴＦＴが、例えば、特開２００３−２２９５７９や特開２００４−１０３９０５から公知である。
特開２００３−２２９５７９に開示された技術にあっては、ソース／ドレイン電極は、金属から成る部分と、チャネル領域を構成する有機伝導性化合物層と接触する金属化合物の部分から構成されている。ここで、金属化合物として、例えば、周期律表第６族から１１族の金属原子を含有する化合物が挙げられ、この中でもイリジウム、ロジウム、ルテニウム、白金、金、銀、サマリウム、オスミウム、パラジウム、ニッケル、コバルト、ユーロピウム等の金属化合物が好ましく、あるいは又、これらの金属の塩が好ましいとされ、あるいは又、これらの金属の錯体から選択することができるとされている（特開２００３−２２９５７９の段落番号［００２３］参照）。
また、特開２００４−１０３９０５に開示された技術にあっては、ソース／ドレイン電極と、チャネル領域を構成する有機半導体層との間に、ＩＴＯやＩＺＯ、酸化錫、酸化亜鉛等の金属の酸化物や窒化物や酸化物、金属や合金、有機化合物から成るバッファ層が形成されている（特開２００４−１０３９０５の段落番号［００１２］参照）。
しかしながら、これらの特許公開公報に開示された金属化合物やバッファ層にあっては、その導電型（ｎ型であるかｐ型であるか）や抵抗値等に基づいた材料の選択幅が十分に広いとは云い難い。即ち、有機ＴＦＴにおけるソース／ドレイン電極を構成する材料に関する設計自由度が低い。
従って、本発明の目的は、チャネル領域を構成する有機半導体材料層と良好なオーミック・コンタクトを形成することができ、しかも、金、白金、パラジウムといった高価な材料から構成する必要が無く、更には、導電型や抵抗値等に基づいた材料の選択幅が十分に広い（即ち、設計自由度が十分に高い）ところのソース／ドレイン電極を備えた電界効果型トランジスタを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース／ドレイン電極と、チャネル領域を構成する有機半導体材料層とを備えた電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）導体部を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
チャネル領域は、ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分から成り、
有機導電材料層を介して、チャネル領域と導体部との間の電気的接続が形成されることを特徴とする。
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）導体部を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
チャネル領域は、ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分から成り、
有機導電材料層を介して、チャネル領域と導体部との間の電気的接続が形成されることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタであり、
（Ａ）支持体上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｂ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する支持体の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成された有機半導体材料層、
（Ｃ）有機半導体材料層上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
（Ａ）支持体上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｂ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する支持体の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成された有機半導体材料層、
（Ｃ）有機半導体材料層上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、有機導電材料層の形成形態として、
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面（対向側面と呼ぶ）に形成されている形態、
（３）導体部の頂面に形成されている形態、
（４）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の底面及び頂面に形成されている形態、
（６）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（７）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の７つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面（対向側面と呼ぶ）に形成されている形態、
（３）導体部の頂面に形成されている形態、
（４）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の底面及び頂面に形成されている形態、
（６）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（７）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の７つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／トップコンタクト型の薄膜トランジスタであり、
（Ａ）支持体上に形成された有機半導体材料層、
（Ｂ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｃ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
（Ａ）支持体上に形成された有機半導体材料層、
（Ｂ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｃ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、有機導電材料層の形成形態として、
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（４）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の５つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（４）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の５つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタであり、
（Ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（Ｂ）ゲート電極の上及び支持体の上に形成されたゲート絶縁層、
（Ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたソース／ドレイン電極、並びに、
（Ｄ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置するゲート絶縁層の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成された有機半導体材料層、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
（Ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（Ｂ）ゲート電極の上及び支持体の上に形成されたゲート絶縁層、
（Ｃ）ゲート絶縁層上に形成されたソース／ドレイン電極、並びに、
（Ｄ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置するゲート絶縁層の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成された有機半導体材料層、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
本発明の第４の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、有機導電材料層の形成形態として、
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の頂面に形成されている形態、
（４）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の底面及び頂面に形成されている形態、
（６）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（７）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の７つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の頂面に形成されている形態、
（４）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の底面及び頂面に形成されている形態、
（６）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（７）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の７つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
上記の目的を達成するための本発明の第５の態様に係る電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型の薄膜トランジスタであり、
（Ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（Ｂ）ゲート電極の上及び支持体の上に形成されたゲート絶縁層、
（Ｃ）ゲート絶縁層上に形成された有機半導体材料層、並びに、
（Ｄ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
（Ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（Ｂ）ゲート電極の上及び支持体の上に形成されたゲート絶縁層、
（Ｃ）ゲート絶縁層上に形成された有機半導体材料層、並びに、
（Ｄ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、少なくとも、導体部の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆していることを特徴とする。
本発明の第５の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、有機導電材料層の形成形態として、
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（４）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の５つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
（１）導体部の底面に形成されている形態、
（２）導体部の対向側面に形成されている形態、
（３）導体部の底面及び対向側面に形成されている形態、
（４）導体部の頂面及び対向側面に形成されている形態、
（５）導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている形態、
の５つの形態を挙げることができる。有機導電材料層は、導体部の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
本発明の第２の態様〜第５の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、
チャネル領域は、ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分から成り、
有機導電材料層を介して、チャネル領域と導体部との間の電気的接続が形成される構成とすることが好ましい。
チャネル領域は、ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分から成り、
有機導電材料層を介して、チャネル領域と導体部との間の電気的接続が形成される構成とすることが好ましい。
上述した好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る電界効果型トランジスタ（以下、これらを総称して、単に、本発明の電界効果型トランジスタと呼ぶ場合がある）において、有機導電材料層を構成する材料は、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン、及び、ポリエチレンジオキシチオフェンから成る群から選択された少なくとも１種類の有機材料に、ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、及び、ドデシルベンゼンスルホン酸から成る群から選択された少なくとも１種類のドーピング材料（ドーパント）をドーピングして得られた材料であることが望ましい。尚、有機導電材料層を構成する材料として、有機材料として上述した１９種類の材料とドーピング材料（ドーパント）として上述した１４種類の材料との２６６通りの組合せから１つを選択すればよいが、中でも、有機半導体材料層を構成する材料の具体例は後述するが、（有機半導体材料層を構成する材料，有機材料，ドーピング材料）の好ましい組合せとして、（ペンタセン，ポリエチレンジオキシチオフェン，ポリスチレンスルホン酸）、（ポリチオフェン，ポリエチレンジオキシチオフェン，ポリスチレンスルホン酸）、（ポリフルオレン，ポリエチレンジオキシチオフェン，ポリスチレンスルホン酸）、（ペンタセン，ポリアニリン，ドデシルベンゼンスルホン酸）、（ポリチオフェン，ポリアニリン，ドデシルベンゼンスルホン酸）、（ポリフルオレン，ポリアニリン，ドデシルベンゼンスルホン酸）を挙げることができる。更には、この場合、有機導電材料層を構成する材料には、カーボンナノチューブ及び／又はフラーレンが混入されている形態とすることもできる。
尚、有機半導体材料層の導電型と有機導電材料層の導電型は、同じであることが好ましい。即ち、有機半導体材料層の導電型がｎ型の場合、有機導電材料層の導電型はｎ型であり、また、有機半導体材料層の導電型がｐ型の場合、有機導電材料層の導電型はｐ型であることが好ましい。
また、有機導電材料層を構成する材料へのドーピング材料のドーピングは、例えば、有機導電材料層を構成する材料の合成時、有機導電材料層を構成する材料の原料にドーピング材料を添加することによって、達成することができる。あるいは又、有機導電材料層を構成する材料へのドーピング材料のドーピングは、有機導電材料層を構成する材料とドーピング材料との反応によって、達成することもできる。あるいは又、有機導電材料層を構成する材料へのドーピング材料のドーピングは、有機導電材料層を構成する材料を電解質溶液に浸漬して電気化学的に電解質イオン（ドーピング材料，ドーパント）をドーピングするエレクトロ・ケミカル・ドーピング法によって、達成することもできる。
以上に説明した各種の好ましい構成を含む本発明において、導体部を構成する材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、又は、錫（Ｓｎ）等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、グラファイト、金微粒子、白金微粒子、パラジウム微粒子、銀微粒子、銅微粒子、これら複数を含む層であることが望ましい。ここで、導体部は、これらの金属や合金から成る薄膜から構成されていてもよいし、これらの金属や合金から成る微粒子から構成されていてもよい。
本発明において、有機導電材料層の形成方法として、有機導電材料層を構成する材料にも依るが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）；各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）；スピンコート法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法といった各種コーティング法；及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。
また、導体部の形成方法として、導体部を構成する材料にも依るが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法；ＭＯＣＶＤ法を含む各種のＣＶＤ法；スピンコート法；各種導電性ペーストを用いた上述の各種印刷法；上述した各種コーティング法；リフトオフ法；シャドウマスク法；及び、電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法の内のいずれか、あるいは、更には必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。尚、ＰＶＤ法として、（ａ）電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、（ｂ）プラズマ蒸着法、（ｃ）２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、（ｄ）ＤＣ(direct current)法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。
更には、導体部と有機導電材料層とをリフトオフ法によって同時に形成することもできる。即ち、電界効果型トランジスタの構造に依るが、支持体や有機半導体材料層、ゲート絶縁層（便宜上、これらを総称して下地層と呼ぶ）上に、ソース／ドレイン電極を形成すべき部分に開口が設けられたレジスト材料層を形成した後、導体部を構成する層と有機導電材料層とを下地層及びレジスト材料層上に順次形成し、次いで、レジスト材料層、並びに、その上の導体部を構成する層及び有機導電材料層を除去することで、導体部と有機導電材料層とから成るソース／ドレイン電極を得ることができる。ここで、ソース／ドレイン電極を形成すべき部分に開口が設けられたレジスト材料層を下地層上に形成した後にレジスト材料層の表面処理を行い、あるいは又、レジスト材料層を２層構成とし、あるいは又、ネガ型レジスト材料から成るレジスト材料層を形成することで、レジスト材料層に設けられた開口の上方の部分の大きさよりも、開口の下方の部分の大きさを大きくすることができ、導体部を構成する層の形成条件と有機導電材料層の形成条件とを最適化することで、リフトオフ法によっても、導体部の対向側面に有機導電材料層を形成することができる。
本発明において、有機半導体材料層を構成する材料として、具体的には、２，３，６，７−ジベンゾアントラセン（ペンタセンとも呼ばれる）、Ｃ9Ｓ9（ベンゾ［１，２−ｃ；３，４−ｃ’；５，６−ｃ”］トリス［１，２］ジチオール−１，４，７−トリチオン）、Ｃ24Ｈ14Ｓ6（アルファ−セキシチオフェン）、銅フタロシアニンで代表されるフタロシアニン、フラーレン（Ｃ60）、テトラチオテトラセン（Ｃ18Ｈ8Ｓ4）、テトラセレノテトラセン（Ｃ18Ｈ8Ｓｅ4）、テトラテルルテトラセン（Ｃ18Ｈ8Ｔｅ4）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリフルオレン（Ｃ13Ｈ10）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］を挙げることができる。尚、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の構造式（１）、ポリスチレンスルホン酸の構造式（２）を図７に示す。
あるいは又、有機半導体材料層として、例えば、以下に例示する複素環式共役系導電性高分子及び含ヘテロ原子共役系導電性高分子を用いることができる。尚、構造式中、「Ｒ」，「Ｒ’」はアルキル基（ＣnＨ2n+1）を意味する。
［複素環式共役系導電性高分子］
ポリピロール［図７の構造式（３）参照］
ポリフラン［図７の構造式（４）参照］
ポリチオフェン［図７の構造式（５）参照］
ポリセレノフェン［図７の構造式（６）参照］
ポリテルロフェン［図７の構造式（７）参照］
ポリ（３−アルキルチオフェン）［図７の構造式（８）参照］
ポリ（３−チオフェン−β−エタンスルホン酸）［図７の構造式（９）参照］
ポリ（Ｎ−アルキルピロール）［図８の構造式（１０）参照］
ポリ（３−アルキルピロール）［図８の構造式（１１）参照］
ポリ（３，４−ジアルキルピロール）［図８の構造式（１２）参照］
ポリ（２，２’−チエニルピロール）［図８の構造式（１３）参照］
ポリピロール［図７の構造式（３）参照］
ポリフラン［図７の構造式（４）参照］
ポリチオフェン［図７の構造式（５）参照］
ポリセレノフェン［図７の構造式（６）参照］
ポリテルロフェン［図７の構造式（７）参照］
ポリ（３−アルキルチオフェン）［図７の構造式（８）参照］
ポリ（３−チオフェン−β−エタンスルホン酸）［図７の構造式（９）参照］
ポリ（Ｎ−アルキルピロール）［図８の構造式（１０）参照］
ポリ（３−アルキルピロール）［図８の構造式（１１）参照］
ポリ（３，４−ジアルキルピロール）［図８の構造式（１２）参照］
ポリ（２，２’−チエニルピロール）［図８の構造式（１３）参照］
［含ヘテロ原子共役系導電性高分子］
ポリアニリン［図８の構造式（１４）参照］
ポリ（ジベンゾチオフェンスルフィド）［図８の構造式（１５）参照］
ポリアニリン［図８の構造式（１４）参照］
ポリ（ジベンゾチオフェンスルフィド）［図８の構造式（１５）参照］
あるいは又、有機半導体材料層を構成する有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にチオール基（ＳＨ）、アミノ基（−ＮＨ2）、イソシアノ基（−ＮＣ）、チオアセチル基（−ＳＣＯＣＨ3）又はカルボキシ基（−ＣＯＯＨ）を有することが望ましく、より具体的には、有機半導体分子として、以下の材料を例示することができる。
４，４’−ビフェニルジチオール［図９の構造式（１６）参照］
４，４’−ジイソシアノビフェニル［図９の構造式（１７）参照］
４，４’−ジイソシアノ−ｐ−テルフェニル［図９の構造式（１８）参照］
２，５−ビス（５’−チオアセチル−２’−チオフェニル）チオフェン［図９の構造式（１９）参照］
４，４’−ジイソシアノビフェニル［図９の構造式（１７）参照］
４，４’−ジイソシアノ−ｐ−テルフェニル［図９の構造式（１８）参照］
２，５−ビス（５’−チオアセチル−２’−チオフェニル）チオフェン［図９の構造式（１９）参照］
有機半導体材料層の形成方法として、有機半導体材料層を構成する材料にも依るが、上述した有機導電材料層の形成方法において説明したと同じ形成方法を挙げることができる。
ゲート電極を構成する材料として、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極を構成する材料として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料を挙げることもできる。
ゲート電極の形成方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、導体部の形成方法において説明したと同じ形成方法やスプレー法を挙げることができる。
ゲート絶縁層を構成する材料として、酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素（ＳｉＮY）、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミドにて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、二酸化シリコン（ＳｉＯX）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率ＳｉＯ2系材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を例示することができる。ゲート絶縁層の形成方法として、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法；各種のＣＶＤ法；スピンコート法；上述した各種印刷法；上述した各種コーティング法；浸漬法；キャスティング法；及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。
支持体として、各種のガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。更には、支持体として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）やポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ポリメタクリル酸メチル，ＰＭＭＡ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）に例示される高分子材料から構成されたプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板を挙げることができ、このような可撓性を有する高分子材料から構成された支持体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。支持体として、その他、導電性基板（金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板）を挙げることができる。また、電界効果型トランジスタの構成、構造によっては、電界効果型トランジスタが支持部材上に設けられているが、この支持部材も上述した材料から構成することができる。電子装置や電界効果型トランジスタを樹脂にて封止してもよい。
本発明の電界効果型トランジスタを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の電界効果型トランジスタを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各電界効果型トランジスタを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、電界効果型トランジスタを樹脂にて封止してもよい。
本発明にあっては、ソース／ドレイン電極は、金属から成る導体部及びドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層から構成されており、有機導電材料層を構成する材料を適切に選択することで、有機半導体材料層から構成されたチャネル領域とソース／ドレイン電極との間で、良好なオーミック・コンタクトを形成することが可能となる。そして、導体部を、金、白金、パラジウムといった高価な金属から構成する必要が無くなるので、電界効果型トランジスタの製造コストの低減を図ることができる。しかも、導体部を金属から構成するので、高い電気伝導度を得ることができるし、有機導電材料層は、ドーピング材料がドーピングされているので、高い電気伝導度を得ることができるし、更には、有機導電材料層と導体部との間の抵抗値も低減させることができる。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
実施例１は、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る電界効果型トランジスタに関する。
図１の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す実施例１の電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース／ドレイン電極２１と、チャネル領域１５を構成する有機半導体材料層１４とを備えている。そして、ソース／ドレイン電極２１は、金属から成る導体部２２、及び、導体部２２を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３から成る。
チャネル領域１５は、ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分から成る。そして、有機導電材料層２３を介して、チャネル領域１５と導体部２２との間の電気的接続が形成される。
あるいは又、実施例１の電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴであり、
（Ａ）支持体１１上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
（Ｂ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する支持体１１の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成された有機半導体材料層１４、
（Ｃ）有機半導体材料層１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
から成る。
（Ａ）支持体１１上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
（Ｂ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する支持体１１の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成された有機半導体材料層１４、
（Ｃ）有機半導体材料層１４上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
から成る。
そして、ソース／ドレイン電極２１は、
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例１において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面及び対向側面に形成されている。
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部の底面、もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面、及び、導体部の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例１において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面及び対向側面に形成されている。
実施例１において、支持体１１は、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る。また、ゲート電極１２は銅（より具体的には、銅微粒子の集合体）から成り、ゲート絶縁層１３はＳｉＯ2から成り、更には、有機半導体材料層１４はペンタセンから成る。導体部２２を構成する金属は、銅（より具体的には、銅微粒子の集合体）である。更には、有機導電材料層２３を構成する材料は、ポリエチレンジオキシチオフェン［より正確には、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン），ＰＥＤＯＴ］といった有機材料に、ポリスチレンスルホン酸［ＰＳＳ］といったドーピング材料（ドーパント）をドーピングして得られた材料である。
以下、実施例１のトップゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概略を説明する。
［工程−１００］
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を形成する。
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を形成する。
［工程−１１０］
次に、ポリエチレンジオキシチオフェンにポリスチレンスルホン酸をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
次に、ポリエチレンジオキシチオフェンにポリスチレンスルホン酸をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
あるいは又、有機導電材料層２３を構成する材料を、ポリアニリンにドデシルベンゼンスルホン酸をドーピングして得られた材料とすることもできる。あるいは又、有機導電材料層２３を構成する材料には、カーボンナノチューブが混入されていてもよいし、フラーレンが混入されていてもよいし、カーボンナノチューブとフラーレンとが混入されていてもよい。有機導電材料層２３を構成する材料を１００重量部としたとき、カーボンナノチューブ及び／又はフラーレンの混入割合を、１０重量部とすることが好ましい。
［工程−１２０］
その後、全面に、有機半導体材料層１４を形成する。具体的には、ペンタセンから成る有機半導体材料層１４を以下の表１に例示する真空蒸着法に基づき、ソース／ドレイン電極２１の上（より具体的には、有機導電材料層２３の上）及び支持体１１の上に形成する。有機半導体材料層１４の成膜を行う際、ソース／ドレイン電極２１及び支持体１１の一部をハードマスクで覆うことによって、フォトリソグラフィ・プロセス無しで有機半導体材料層１４を形成することができる。
その後、全面に、有機半導体材料層１４を形成する。具体的には、ペンタセンから成る有機半導体材料層１４を以下の表１に例示する真空蒸着法に基づき、ソース／ドレイン電極２１の上（より具体的には、有機導電材料層２３の上）及び支持体１１の上に形成する。有機半導体材料層１４の成膜を行う際、ソース／ドレイン電極２１及び支持体１１の一部をハードマスクで覆うことによって、フォトリソグラフィ・プロセス無しで有機半導体材料層１４を形成することができる。
［表１］
支持体温度：６０゜Ｃ
成膜速度 ：３ｎｍ／分
圧力 ：５×１０-4Ｐａ
支持体温度：６０゜Ｃ
成膜速度 ：３ｎｍ／分
圧力 ：５×１０-4Ｐａ
あるいは又、例えば、ポリチオフェンやポリフルオレンから成る有機半導体材料層１４を、スクリーン印刷法やスピンコート法に基づき、ソース／ドレイン電極２１の上（より具体的には、有機導電材料層２３の上）及び支持体１１の上に形成することもできる。
［工程−１３０］
次に、全面にゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３を、スパッタリング法に基づき全面に（具体的には、有機半導体材料層１４の上に）形成する。
次に、全面にゲート絶縁層１３を形成する。具体的には、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３を、スパッタリング法に基づき全面に（具体的には、有機半導体材料層１４の上に）形成する。
［工程−１４０］
その後、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。
その後、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。
［工程−１５０］
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層（図示せず）を形成し、ソース／ドレイン電極２１の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース／ドレイン電極２１に接続された配線（図示せず）が絶縁層上に形成された実施例１の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
最後に、全面にパッシベーション膜である絶縁層（図示せず）を形成し、ソース／ドレイン電極２１の上方の絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む全面に配線材料層を形成した後、配線材料層をパターニングすることによって、ソース／ドレイン電極２１に接続された配線（図示せず）が絶縁層上に形成された実施例１の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
図１の（Ｂ）、図２の（Ａ）、（Ｂ）に、実施例１の電界効果型トランジスタ（トップゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴ）の変形例の模式的な一部断面図を示す。ここで、図１の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面（対向側面）に形成されている。また、図２の（Ａ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面に形成されている。更には、図２の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面に形成されている。尚、図示しないが、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面及び対向側面に形成されていてもよいし、導体部２２の底面及び頂面に形成されていてもよいし、導体部２２の頂面、対向側面及び底面に形成されていてもよい。更には、有機導電材料層２３は、導体部２２の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
実施例２は、本発明の第１の態様及び第３の態様に係る電界効果型トランジスタに関する。
図３の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す実施例２の電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース／ドレイン電極２１と、チャネル領域１５を構成する有機半導体材料層１４とを備えている。そして、ソース／ドレイン電極２１は、金属から成る導体部２２、及び、導体部２２を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３から成る。
チャネル領域１５は、ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分から成る。そして、有機導電材料層２３を介して、チャネル領域１５と導体部２２との間の電気的接続が形成される。
あるいは又、実施例２の電界効果型トランジスタは、所謂トップゲート／トップコンタクト型のＴＦＴであり、
（Ａ）支持体１１上に形成された有機半導体材料層１４、
（Ｂ）有機半導体材料層１４上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
（Ｃ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
から成る。
（Ａ）支持体１１上に形成された有機半導体材料層１４、
（Ｂ）有機半導体材料層１４上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
（Ｃ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成されたゲート絶縁層１３、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層１３上に形成されたゲート電極１２、
から成る。
そして、ソース／ドレイン電極２１は、
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例２において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の対向側面及び頂面に形成されている。
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例２において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の対向側面及び頂面に形成されている。
実施例２において、支持体１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体材料層１４、導体部２２を構成する金属、有機導電材料層２３を構成する材料は、実施例１と同じ材料から成る。
以下、実施例２のトップゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概略を説明する。
［工程−２００］
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、有機半導体材料層１４を形成する。
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、有機半導体材料層１４を形成する。
［工程−２１０］
次いで、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を有機半導体材料層１４上に形成する。
次いで、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を有機半導体材料層１４上に形成する。
［工程−２２０］
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
［工程−２３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、全面に（具体的には、有機半導体材料層１４の上及びソース／ドレイン電極２１の上に）、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、全面に（具体的には、有機半導体材料層１４の上及びソース／ドレイン電極２１の上に）、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
［工程−２４０］
その後、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。
その後、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ゲート絶縁層１３上にゲート電極１２を形成する。
［工程−２５０］
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例２の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例２の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
図３の（Ｂ）、（Ｃ）に、実施例２の電界効果型トランジスタ（トップゲート／トップコンタクト型のＴＦＴ）の変形例の模式的な一部断面図を示す。ここで、図３の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面（対向側面）に形成されている。また、図３の（Ｃ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面に形成されている。尚、図示しないが、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面及び対向側面に形成されていてもよいし、導体部２２の頂面、対向側面及び底面に形成されていてもよい。更には、有機導電材料層２３は、導体部２２の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
実施例３は、本発明の第１の態様及び第４の態様に係る電界効果型トランジスタに関する。
図４の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す実施例３の電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース／ドレイン電極２１と、チャネル領域１５を構成する有機半導体材料層１４とを備えている。そして、ソース／ドレイン電極２１は、金属から成る導体部２２、及び、導体部２２を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３から成る。
チャネル領域１５は、ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分から成る。そして、有機導電材料層２３を介して、チャネル領域１５と導体部２２との間の電気的接続が形成される。
あるいは又、実施例３の電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴであり、
（Ａ）支持体１１上に形成されたゲート電極１２、
（Ｂ）ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に形成されたゲート絶縁層１３、
（Ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成されたソース／ドレイン電極２１、並びに、
（Ｄ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置するゲート絶縁層１３の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成された有機半導体材料層１４、
から成る。
（Ａ）支持体１１上に形成されたゲート電極１２、
（Ｂ）ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に形成されたゲート絶縁層１３、
（Ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成されたソース／ドレイン電極２１、並びに、
（Ｄ）ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置するゲート絶縁層１３の部分の上及びソース／ドレイン電極２１の上に形成された有機半導体材料層１４、
から成る。
そして、ソース／ドレイン電極２１は、
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面、及び、導体部２２の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例３において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面及び対向側面に形成されている。
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面、及び、導体部２２の頂面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例３において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面及び対向側面に形成されている。
実施例３において、支持体１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体材料層１４、導体部２２を構成する金属、有機導電材料層２３を構成する材料は、実施例１と同じ材料から成る。
以下、実施例３のボトムゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概略を説明する。
［工程−３００］
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づきゲート電極１２を形成する。
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づきゲート電極１２を形成する。
［工程−３１０］
次いで、ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
次いで、ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
［工程−３２０］
その後、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２をゲート絶縁層１３上に形成する。
その後、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２をゲート絶縁層１３上に形成する。
［工程−３３０］
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
［工程−３４０］
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、全面に（具体的には、ソース／ドレイン電極２１の上及びゲート絶縁層１３の上に）、有機半導体材料層１４を形成する。
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、全面に（具体的には、ソース／ドレイン電極２１の上及びゲート絶縁層１３の上に）、有機半導体材料層１４を形成する。
［工程−３５０］
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例３の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例３の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
図４の（Ｂ）、図５の（Ａ）、（Ｂ）に、実施例３の電界効果型トランジスタ（ボトムゲート／ボトムコンタクト型のＴＦＴ）の変形例の模式的な一部断面図を示す。ここで、図４の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面（対向側面）に形成されている。また、図５の（Ａ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の頂面に形成されている。更には、図５の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面に形成されている。尚、図示しないが、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面及び対向側面に形成されていてもよいし、導体部２２の底面及び頂面に形成されていてもよいし、導体部２２の頂面、対向側面及び底面に形成されていてもよい。更には、有機導電材料層２３は、導体部２２の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
実施例４は、本発明の第１の態様及び第５の態様に係る電界効果型トランジスタに関する。
図６の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す実施例４の電界効果型トランジスタは、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース／ドレイン電極２１と、チャネル領域１５を構成する有機半導体材料層１４とを備えている。そして、ソース／ドレイン電極２１は、金属から成る導体部２２、及び、導体部２２を少なくとも部分的に被覆し、ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３から成る。
チャネル領域１５は、ソース／ドレイン電極２１とソース／ドレイン電極２１との間に位置する有機半導体材料層１４の部分から成る。そして、有機導電材料層２３を介して、チャネル領域１５と導体部２２との間の電気的接続が形成される。
あるいは又、実施例４の電界効果型トランジスタは、所謂ボトムゲート／トップコンタクト型のＴＦＴであり、
（Ａ）支持体１１上に形成されたゲート電極１２、
（Ｂ）ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に形成されたゲート絶縁層１３、
（Ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成された有機半導体材料層１４、並びに、
（Ｄ）有機半導体材料層１４上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
から成る。
（Ａ）支持体１１上に形成されたゲート電極１２、
（Ｂ）ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に形成されたゲート絶縁層１３、
（Ｃ）ゲート絶縁層１３上に形成された有機半導体材料層１４、並びに、
（Ｄ）有機半導体材料層１４上に形成されたソース／ドレイン電極２１、
から成る。
そして、ソース／ドレイン電極２１は、
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例４において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の対向側面及び頂面に形成されている。
（ａ）金属から成る導体部２２、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層２３、
から成り、
有機導電材料層２３は、少なくとも、導体部２２の底面、及び、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面のいずれかを、少なくとも部分的に、被覆している。具体的には、実施例４において、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面以外の面に形成されている。即ち、有機導電材料層２３は、導体部２２の対向側面及び頂面に形成されている。
実施例４において、支持体１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体材料層１４、導体部２２を構成する金属、有機導電材料層２３を構成する材料は、実施例１と同じ材料から成る。
以下、実施例４のボトムゲート／トップコンタクト型のＴＦＴの製造方法の概略を説明する。
［工程−４００］
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づきゲート電極１２を形成する。
先ず、表面にＳｉＯ2層（図示せず）が形成されたガラス基板から成る支持体１１上に銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づきゲート電極１２を形成する。
［工程−４１０］
次いで、ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
次いで、ゲート電極１２の上及び支持体１１の上に、ＳｉＯ2から成るゲート絶縁層１３をスパッタリング法に基づき形成する。
［工程−４２０］
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、全面に（具体的には、ゲート絶縁層１３の上に）、有機半導体材料層１４を形成する。
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、全面に（具体的には、ゲート絶縁層１３の上に）、有機半導体材料層１４を形成する。
［工程−４３０］
次いで、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を有機半導体材料層１４上に形成する。
次いで、実施例１の［工程−１００］と同様にして、銅ペーストを用いたスクリーン印刷法に基づき、ソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２を有機半導体材料層１４上に形成する。
［工程−４４０］
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
次に、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、有機材料にドーピング材料をドーピングして得られた材料を、スクリーン印刷法に基づき、導体部２２を覆うように印刷することで、有機導電材料層２３を形成することができる。尚、有機導電材料層２３は、導体部２２の全面を覆うように形成されている。
［工程−４５０］
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例４の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
最後に、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程を実行することで、実施例４の電界効果型トランジスタを完成させることができる。
図６の（Ｂ）、（Ｃ）に、実施例４の電界効果型トランジスタ（ボトムゲート／トップコンタクト型のＴＦＴ）の変形例の模式的な一部断面図を示す。ここで、図６の（Ｂ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、もう一方のソース／ドレイン電極２１を構成する導体部２２の側面と対向する導体部２２の側面（対向側面）に形成されている。また、図６の（Ｃ）に示す変形例にあっては、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面に形成されている。尚、図示しないが、有機導電材料層２３は、導体部２２の底面及び対向側面に形成されていてもよいし、導体部２２の頂面、対向側面及び底面に形成されていてもよい。更には、有機導電材料層２３は、導体部２２の各面の全面に形成されていてもよいし、各面の一部分に形成されていてもよいし、各面において島状に形成されていてもよい。
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。電界効果型トランジスタの構造や構成、製造条件、使用した材料は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のＴＦＴを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各ＴＦＴを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。
１１・・・支持体、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁層、１４・・・有機半導体材料層、１５・・・チャネル領域、２１・・・ソース／ドレイン電極、２２・・・導体部、２３・・・有機導電材料層
Claims (6)
- （Ａ）支持体上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｂ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する支持体の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成された有機半導体材料層、
（Ｃ）有機半導体材料層上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、
もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面である対向側面に形成されており、又は、
導体部の底面及び対向側面に形成されており、又は、
導体部の底面及び頂面に形成されており、又は、
導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている電界効果型トランジスタ。 - （Ａ）支持体上に形成された有機半導体材料層、
（Ｂ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
（Ｃ）ソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体材料層の部分の上及びソース／ドレイン電極の上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
（Ｄ）ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、
もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面である対向側面に形成されており、又は、
導体部の底面及び対向側面に形成されており、又は、
導体部の頂面及び対向側面に形成されており、又は、
導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている電界効果型トランジスタ。 - （Ａ）支持体上に形成されたゲート電極、
（Ｂ）ゲート電極の上及び支持体の上に形成されたゲート絶縁層、
（Ｃ）ゲート絶縁層上に形成された有機半導体材料層、並びに、
（Ｄ）有機半導体材料層上に形成されたソース／ドレイン電極、
から成る電界効果型トランジスタであって、
ソース／ドレイン電極は、
（ａ）金属から成る導体部、及び、
（ｂ）ドーピング材料がドーピングされた有機導電材料層、
から成り、
有機導電材料層は、
もう一方のソース／ドレイン電極を構成する導体部の側面と対向する導体部の側面である対向側面に形成されており、又は、
導体部の底面及び対向側面に形成されており、又は、
導体部の頂面、対向側面及び底面に形成されている電界効果型トランジスタ。 - 有機導電材料層を構成する材料は、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、ペンタセン、メロシアニン、及び、ポリエチレンジオキシチオフェンから成る群から選択された少なくとも１種類の有機材料に、ヨウ素、過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、４フッ化硼酸、５フッ化ヒ素、６フッ化リン酸、アルキルスルホン酸、パーフルオアルキルスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、及び、ドデシルベンゼンスルホン酸から成る群から選択された少なくとも１種類のドーピング材料をドーピングして得られた材料である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
- 有機導電材料層を構成する材料には、カーボンナノチューブ及び／又はフラーレンが混入されている請求項４に記載の電界効果型トランジスタ。
- 導体部を構成する材料は、銅、銀、アルミニウム、金微粒子、白金微粒子、又は、パラジウム微粒子である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
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