JP5477750B2 - 有機電界効果型トランジスタ - Google Patents
有機電界効果型トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5477750B2 JP5477750B2 JP2010517840A JP2010517840A JP5477750B2 JP 5477750 B2 JP5477750 B2 JP 5477750B2 JP 2010517840 A JP2010517840 A JP 2010517840A JP 2010517840 A JP2010517840 A JP 2010517840A JP 5477750 B2 JP5477750 B2 JP 5477750B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- field effect
- organic
- semiconductor layer
- effect transistor
- organic semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims description 52
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 76
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 claims description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 47
- 239000010408 film Substances 0.000 description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 7
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N m-cresol Chemical compound CC1=CC=CC(O)=C1 RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-benzothiadiazole Chemical class C1=CC=C2SN=NC2=C1 FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001665 Poly-4-vinylphenol Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229920002377 Polythiazyl Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229920001218 Pullulan Polymers 0.000 description 1
- 239000004373 Pullulan Substances 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000003849 aromatic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 125000002573 ethenylidene group Chemical group [*]=C=C([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000816 ethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 150000002220 fluorenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 235000019423 pullulan Nutrition 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RCHUVCPBWWSUMC-UHFFFAOYSA-N trichloro(octyl)silane Chemical compound CCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl RCHUVCPBWWSUMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
- H10K10/488—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions the channel region comprising a layer of composite material having interpenetrating or embedded materials, e.g. a mixture of donor and acceptor moieties, that form a bulk heterojunction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66015—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
- H01L29/66037—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66045—Field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
本発明は、共役系高分子からなる有機半導体を用いた有機電界効果型トランジスタに関する。
電界効果型トランジスタ（Field Effect Transistor, ＦＥＴ）のチャネル領域（電流通路）に有機半導体を用いる有機電界効果型トランジスタは、無機半導体を用いる電界効果型トランジスタと比較して、スクリーン印刷等のインク塗布技術により安価に製造することが可能である上、フレキシブルであり大面積化が容易であるという利点を有する。従って、近年、その実用化に向けた技術開発が盛んに行われている。有機電界効果型トランジスタは、ペンタセンなどを用いる低分子系有機トランジスタと、ポリチオフェンなどを用いる高分子系有機トランジスタの２種類に大別される。低分子系トランジスタは、真空蒸着などにより作製されデバイス性能の再現性もよく、ディスプレイの駆動回路に用いられているが、柔軟性の観点からは、高分子系トランジスタの方が優れており、その高性能化が望まれている。
有機半導体材料を用いた有機電界効果型トランジスタは、その有機半導体材料の絶縁性をトランジスタのオフ状態として用いている。ペンタセンなどの低分子材料は、成膜を真空蒸着などで行うため、その薄膜には不純物などが含まれにくく絶縁性は維持しやすい。しかし、高分子材料は合成時の残留触媒、湿式プロセスの薄膜作成過程において、不純物イオンの混入や大気中の酸素・水分などにより、容易に導電状態である酸化状態に変化するので、絶縁性の維持が困難である。従って、従来の高分子材料を用いた有機電界効果型トランジスタでは、半導体層内に含まれる不純物などによりノーマリーオン状態のトランジスタが多い。また同様に、これらの理由から高分子材料を用いた有機トランジスタでは、特性の再現性のコントロールが困難である。
これらを解決する手法として、例えば、酸化され難い共役系高分子などを用いる方法が提案されているが、半導体層内に含まれる不純物などの影響を本質的に抑制できていない。
これら不純物が半導体層に含まれる場合、不純物ドーピングによる共役系高分子の絶縁性の低下からくるサブスレッショルド特性の低下のみならず、不純物イオンの分極によるトランジスタ特性のヒステリシス発現などトランジスタ特性を著しく低下させてしまう。また、他の解決手法として、共役系高分子材料の残留触媒(金属イオン)の除去、溶媒の蒸留・用具の洗浄の徹底、グローブボックスなど脱酸素・脱水分雰囲気制御下での作製等の対策も講じられている。しかしこれらには専用の設備が必要であること、また、これらの操作は徹底して行わなければ効果が期待できないという制約が存在する。その他、共役系高分子材料を用いる有機電界効果型トランジスタに関して、色々な提案がなされているが、前記問題点を解決するに至ってはいない（例えば、特許文献１〜６参照）。
これら不純物が半導体層に含まれる場合、不純物ドーピングによる共役系高分子の絶縁性の低下からくるサブスレッショルド特性の低下のみならず、不純物イオンの分極によるトランジスタ特性のヒステリシス発現などトランジスタ特性を著しく低下させてしまう。また、他の解決手法として、共役系高分子材料の残留触媒(金属イオン)の除去、溶媒の蒸留・用具の洗浄の徹底、グローブボックスなど脱酸素・脱水分雰囲気制御下での作製等の対策も講じられている。しかしこれらには専用の設備が必要であること、また、これらの操作は徹底して行わなければ効果が期待できないという制約が存在する。その他、共役系高分子材料を用いる有機電界効果型トランジスタに関して、色々な提案がなされているが、前記問題点を解決するに至ってはいない（例えば、特許文献１〜６参照）。
本発明の目的・課題は、前記のごとき問題点・課題を解決し、容易かつ簡便（低コスト）な共役系高分子材料を使う手法により、絶縁性を維持しやすい有機電界効果型トランジスタを提供することである。
本発明は、ソース電極とドレイン電極の間で電流通路となる有機半導体層が空乏層を含む共役系高分子からなり、該有機半導体層の導電率をゲート電極によって制御する有機電界効果型トランジスタにおいて、前記空乏層が、共役系高分子からなる前記有機半導体層にショットキー接合する還元性物質を接合させることによって形成されたものであり、かつ、該還元性物質は不連続膜として前記有機半導体層上に堆積されていることを特徴とする有機電界効果型トランジスタである。
本発明は、ソース電極とドレイン電極間の電流通路である有機半導体層の導電率をゲート電極によって制御する有機電界効果型トランジスタにおいて、該有機半導体層を、空乏状態にする。具体的には、例えば、有機半導体層に用いられるｐ型半導体性共役系高分子膜上に、還元性物質、例えば、低仕事関数の金属アルミニウムなどを成膜すると、その接触界面において、アルミニウム内部の自由電子が、その濃度差によりｐ型半導体性共役系高分子膜内部へと移動する。高分子膜内部へ移動した電子は、高分子膜内部にある不純物であるアクセプタと結合しアクセプタイオンとなる。このとき、アクセプタに捕縛されていた高分子の電子とアルミニウムの電子が置換することで、高分子が脱ドープ状態へと遷移する。また、アクセプタイオンにより空間電荷領域が形成され、ショットキー接合が形成される。その結果、その接触界面に空乏層が形成され、非常に高い絶縁状態を維持できる。
本発明においては、このような空乏層を、有機電界効果型トランジスタのチャネル領域に形成することで、オフ電流の抑制ができ、ノーマリーオフ状態のトランジスタを作製できる。更に、ゲート電圧により、空乏層の高い絶縁状態から導電状態に遷移するため、急峻なサブシュレッショルド特性が実現できる。
本発明の共役系高分子からなる有機半導体を用いた有機電界効果型トランジスタは、有機半導体層が非常に高い絶縁性を示す空乏層となり、高インピーダンスなデバイスとなる。また、不純物が還元物質に捕縛されており可動イオンとして振舞うことをできず、トランジスタ特性のヒステリシスを抑制できる。また、完全な空乏状態からオン状態に変化するので、急峻なサブスレッショルド特性を実現できる。
これまで実現されている有機トランジスタを用いたフレキシブルディスプレイでは、低分子有機半導体であるペンタセンを半導体層に用いてきたが、ペンタセンは柔軟性を持っておらず、真の意味でのフレキシブルな特性は実現できていない。本発明によると、材料自体に柔軟性をもつ共役系高分子を半導体層に用い、低分子有機半導体並みのトランジスタ特性を実現でき、フレキシブルディスプレイ開発が加速される。
本発明は、ソース電極とドレイン電極の間で電流通路となる有機半導体層が空乏層を含む共役系高分子からなり、該有機半導体層の導電率をゲート電極によって制御する有機電界効果型トランジスタにおいて、前記空乏層が、共役系高分子からなる前記有機半導体層にショットキー接合する還元性物質を接合させることによって形成されたものである。
本発明においては、前記空乏層は、共役系高分子からなる有機半導体層に、ショットキー接合する還元性物質を接合させることによって形成される。有機半導体層に還元性物質を接合させる方法・手段としては、有機半導体層に還元性物質を適量堆積及び／又は混入する方法・手段によればよく、かかる方法・手段によって空乏層を有する（含む）有機半導体層が得られる。
一般に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、半導体中の電子や正孔（キャリア）の流れが電界により制御されることを利用した増幅用の素子である。この素子は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の三つの電極を持ち、ゲート電極からの信号の付与により、ソース電極とドレイン電極間のチャネル領域（電流通路）の幅が変わり、それによりドレイン電極への出力電流が変調されるという特徴を有する。
以下、図面を用いて本発明の有機電界効果型トランジスタを説明する。
図１は、本発明の対象となる有機電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。本発明の対象となる有機電界効果型トランジスタは、基板１上に膜状のゲート電極２、ゲート絶縁層３、有機半導体層４を順次積層し、さらに有機半導体層４の上に一対の膜状のソース電極５およびドレイン電極６を形成した構造を有する。なお、図１に示された有機電界効果型トランジスタの構造又は形態は、有機電界効果型トランジスタの一つの例であり、かかる形態に限ることなく、例えば、図２に示すような形態であってもよい（１〜６の部材は図１と同じ）。本発明は、図１や図２のような形態だけでなく、あらゆる形態の有機電界効果型トランジスタに適用できる。
図３は、本発明に係る空乏層を有する有機電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。本発明の有機電界効果型トランジスタは、基板１上に膜状のゲート電極２、ゲート絶縁層３、有機半導体層４を順次積層し、さらに有機半導体層４の上に一対の膜状のソース電極５およびドレイン電極６を形成し、さらに有機電界効果型トランジスタ上部に還元性物質７を堆積し、有機半導体層４の内部に空乏層８を形成した構造を有する。なお、図３に示された本発明の有機電界効果型トランジスタの構造又は形態は、一つの例であり、かかる形態に限ることなく、例えば、図４に示すような形態であってもよい（１〜８の部材は図３と同じ）。有機電界効果型トランジスタの形態自体は特に限定されるものではない。
本発明の有機電界効果型トランジスタにおいて、基板１は、有機電界効果型トランジスタの自立性を確保するためのものであり、特に材質が限定されないが、例えば、ガラス基板、各種樹脂基板、Ｓｉなどの半導体基板など各種の基板を好適に用いることができる。ここで、基板の加工性や機械強度の観点からは、Ｓｉ基板が好適に使用される。また、電子ペーパーなどの用途では、ポリエチレンナフタレート（Polyethylene naphthalate, ＰＥＮ）などの可とう性の高い樹脂が好適に用いられる。また、図１〜４の実施形態では、基板１とゲート電極２とをそれぞれ別の材質又は部材として構成しているが、有機電界効果型トランジスタの自立性を確保するという観点から、ゲート電極２に十分な厚みを持たせて、自立膜（自立層）とすることで、基板としての役割も兼ねさせることもできる。
ゲート電極２は、ソース−ドレイン電流を制御するために用いられる電極である。ゲート電極２の材料としては、導電性のものであれば特に制限はなく、例えば、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）などの金属材料、これら金属の酸化物、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジルなどの公知の導電性ポリマーなどを好適に用いることができる。
基板１を使用する場合のゲート電極２の厚さとしては特に制限されるものではないが、通常、１０ｎｍ〜１５０ｎｍである。一方、ゲート電極２を基板として兼用する場合には、十分な自立性を持たせるために、ゲート電極２の厚みは、１０μｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。
ゲート絶縁層３は、ゲート電極２と有機半導体層４の間に設けられるものである。ゲート絶縁層３を構成する材料は、絶縁機能を有する限りにおいて特に限定されるものではない。具体的には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル(Ｔａ２Ｏ５)等の金属酸化膜、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリフッ化エチレン、ポリスチレン、ポリキシリレン、セルロース、プルラン、サイトップ等の有機化合物の少なくとも一つで構成される絶縁層であればよい。特にゲート電極２を基板として兼用する場合に好適である、Ｓｉ基板を使用する場合には、その表面を酸化することで形成することができるＳｉＯ２を、ゲート絶縁層３として用いることができる。
ゲート絶縁層３の厚さは、ゲート電極とソース電極の間の絶縁性を確保できればよく、特に制限されるものではないが、通常、１００〜１０００ｎｍである。
なお、ゲート絶縁層３にＳｉＯ２を使用する場合、有機半導体層４を構成する本発明の有機半導体材料は疎水性が高いため、ゲート絶縁層３の表面を疎水化することが好ましい。ＳｉＯ２を疎水化することで、ゲート絶縁層３と有機半導体層４の界面のトラップ準位が減少するため、トランジスタの特性が向上する。ＳｉＯ２を疎水化する方法は、特に限定されず従来公知の方法でよいが、シランカップリングによる方法が好適であり、具体的には、アルキルトリクロロシラン（Ｒ−ＳｉＣｌ３）またはアルキルトリアルコキシシラン溶液にＳｉＯ2基板を浸漬、キュアリング、リンス処理を経て疎水化する方法が挙げられる。
また、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板などの樹脂基板の場合は、基板自身の疎水性が高いため、特に特別な前処理を行うことなく、ゲート絶縁層３として好適に使用可能であるという利点がある。
本発明において、有機半導体層４を形成する共役系高分子としては、分子中に共役系を有する有機化合物の単独重合体又は共重合体からなるものを用いることが好ましく、例えば、チオフェン類、フェニレン類、フェニレンビニレン類、ピリジン類、ベンゾチアジアゾール類、フルオレン類及びそれらの誘導体の単独重合体又は共重合体のいずれかにより形成されたもの等が挙げられる。好ましいのは、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン及びそれらの誘導体あるいはそれらの共重合体である。特に好ましいのは、ポリチオフェン誘導体である。
有機半導体層４をゲート絶縁層３の上に形成する方法は、特に限定されず、公知の成膜（積層）方法を用いることができる。例えば、本発明の有機半導体材料を適切な溶剤に溶解して調製した溶液を、キャストコート、スピンコート、インクジェット法、アブレーション法などの公知の塗布技術によって形成する方法（以下、塗布法）や、真空蒸着などの気相成膜法などが挙げられる。
上述のように塗布法は、設備が簡易でよいため、低コスト化、量産化することが容易になるという利点がある。塗布法において、溶剤としては、本発明の化合物を溶解して適切な濃度の溶液が調製できるものであれば特に制限はないが、具体的には、クロロホルムや１，２−ジクロロエタンなどのハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、ｍ−クレゾールなどの芳香族系溶媒、Ｎ−メチルピロリドン、二硫化炭素などを挙げることができる。
ソース電極５、ドレイン電極６は、有機半導体層４の上に設けられた一対の膜状の電極であり、ソース電極５から有機半導体層４を介してドレイン電極６に電流を供給することができる。ソース電極５、ドレイン電極６の材料としては、導電性材料であれば特に制限はなく、上述のゲート電極２と同様の材料を挙げることができる。この中でも、有機半導体層４との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、具体的にはＣｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕをあげることができ、化学的に安定で触媒活性が小さいＡｕが特に好適である。
これらの電極の形成方法としては、有機半導体層上にシャドウマスクを配置し、上記金属を原料として真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて電極形成する方法、上記金属を原料として真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて形成した薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、金属箔上に熱転写する方法、インクジェットなどによるレジストを用いてエッチングする方法がある。また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングする方法、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成する方法などが挙げられる。
本発明で用いられる還元性物質７は、有機半導体層４の上部あるいは内部に堆積、混和され形成される。また、本発明で用いられる還元性物質７としては、仕事関数ができるだけ小さいものを選ぶことが好ましく、仕事関数４．３ｅＶ以下であることが好ましい。低仕事関数金属の具体例としては、例えば、Ａｇ（４．２６ｅＶ）、Ａｌ（４．０６，４．２８ｅＶ）、Ｂａ（２．５２ｅＶ）、Ｃａ（２．９ｅＶ）、Ｃｅ（２．９ｅＶ）、Ｃｓ（１．９５ｅＶ）、Ｅｒ（２．９７ｅＶ）、Ｅｕ（２．５ｅＶ）、Ｇｄ（３．１ｅＶ）、Ｈｆ（３．９ｅＶ）、Ｉｎ（４．０９ｅＶ）、Ｋ（２．２８ｅＶ）、Ｌａ（３．５ｅＶ）、Ｌｉ（２．９３ｅＶ）、Ｎｇ（３．６６ｅＶ）、Ｎａ（２．３６ｅＶ）、Ｎｄ（３．２ｅＶ）、Ｒｂ（４．２５ｅＶ）、Ｓｃ（３．５ｅＶ）、Ｓｍ（２．７ｅＶ）、Ｔａ（４．０，４．１５ｅＶ）、Ｙ（３．１ｅＶ）、Ｙｂ（２．６ｅＶ）、Ｚｎ（３．６３ｅＶ）などが挙げられる。特に、アルミニウムとインジウムが好ましい。
また、本発明においては、還元性物質が、有機半導体層である前記共役系高分子のイオン化ポテンシャルより、０．５ｅＶ以上低い仕事関数を有する金属が好ましい。
還元性物質はそれ自身で連続膜となると、その電気伝導性によりソース−ドレイン電極間を短絡するので、不連続膜である方が望ましい。平均膜厚は１０ｎｍ以下、更には７ｎｍ以下であるものが好適であり、特に２ｎｍ程度が好ましい。
有機半導体層４に用いられるｐ型半導体性共役系高分子は、アルミニウムなどの低仕事関数金属との接触界面においてショットキー接合し、その界面に空乏層８を形成する。即ち、アルミニウム等から接合界面を通して移動してきた電子が、有機半導体層内の不純物(アクセプタイオン)と結合しこれを無効化する。これにより不純物の影響を抑制できる。また、有機半導体層の膜厚と空乏層膜厚を同等にすれば、チャネル領域全体が空乏状態となり、非常に高い絶縁状態を形成できる。即ち、オフ電流の抑制ができ、ノーマリーオフ状態のトランジスタを作製できる。更にゲート電圧により、空乏層８の高い絶縁状態から導電状態に遷移するため、急峻なサブシュレッショルド特性が実現できる。かかる状態のものも、本発明の「空乏層を含む共役系高分子からなる有機半導体層」という定義に含まれるものである。
本発明の有機電界効果型トランジスタを製造するに際しては、先ず、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成し、その層の上に、有機半導体から成る層を形成する。ソース電極及びドレイン電極は、有機半導体層を形成した後、あるいは有機半導体層に対して下記の操作を行った後に形成しても良いし、有機半導体層を形成する前にゲート絶縁層上に形成しても良い。後者の方が電極の作製が容易である上、電極作製時の熱等により有機半導体層を劣化させることがない。また、全ての積層工程は反転させても良い。有機半導体層は、ソース電極とドレイン電極の間の、少なくともチャネル領域を含む領域に形成すれば良い。
本発明の有機電界効果型トランジスタは、前記有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁層、ゲート電極の他、通常、電子デバイスに用いられる配線や保護膜等から構成される。
本発明の有機電界効果型トランジスタは、前記有機半導体層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁層、ゲート電極の他、通常、電子デバイスに用いられる配線や保護膜等から構成される。
本発明の有機電界効果型トランジスタは、通常の有機電界効果型トランジスタの作成法に準じて製造される。例えば、電極の作成には、蒸着やスパッタ法とそれをパターニングするためのマスク蒸着あるいはリソグラフィー法が用いられる。あるいは、銀パウダーとバインダー樹脂と溶剤から形成される銀ペーストを、スキージ印刷、塗布法、インクジェット法等により成膜する方法が用いられる。ゲート絶縁層は、ゲート基板の全面熱酸化、スパッタ法、ゲート金属の陽極酸化法、有機絶縁膜の蒸着やスピンコート成膜、スキージ印刷、塗布法、インクジェット法により作成される。有機半導体層は、溶液によるスピンコート成膜、スキージ印刷、塗布法及びインクジェット法等による成膜法で作成される。
素子の封止については、無機膜のフィラメントＣＶＤ法、有機膜の蒸着や蒸着重合法、ポリマーのスピンコート法やラミネート法などが行われる。重合の熱処理を除けば、いずれの方法もプロセス温度は室温からせいぜい１００℃であり、基板温度が一番高くなるのは金属などの蒸着時の受動的な温度上昇によるものである。従って、全体的に低温プロセスであり、フイルム基板との相性も良い。ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に対しては、金属配線層が接続されるようになっている。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
ゲート絶縁膜及びゲート電極として、膜厚３００ｎｍの酸化膜付きシリコンウェハを用いた。酸化膜上部に、オクチルトリクロロシランにより表面疎水化処理を行った。その上部に有機半導体層として、ポリチオフェン誘導体（ＰＴ）を有機溶媒クロロホルムに溶解させた溶液から、回転塗布法によりＰＴ膜を成膜した。膜厚は約２０ｎｍであった。次にＰＴ薄膜の上部に、金を約５０ｎｍ真空蒸着することによりソース電極及びドレイン電極を形成した。このプロセスにより、図１に示すような典型的な有機トランジスタ素子が得られた。
上記プロセスにより得られた素子の上部に、アルミニウム（Ａｌ）を水晶振動子による膜厚モニタにおいて平均膜厚２ｎｍ真空蒸着することにより、図３に示すような空乏型有機トランジスタ素子（本発明の空乏層を含む有機半導体層を構成要素とする有機電界効果型トランジスタ）を得た。
以上のようにして製造した２つの素子について、トランジスタ特性評価を行った。図５に、これらの素子から得られた伝達特性を示した。典型的な有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝＋２０Ｖより緩やかにＯＮ状態となっており（図中の黒丸）、またオフ電流値はｎＡレベルで、オン・オフ比は４桁程度であるのに対し、本発明による空乏型有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖでは完全なオフ状態を維持し（図中の白丸）、ゲート電圧ＶＧ＝−５Ｖ付近よりオン状態へと急峻に遷移している。また、オフ電流値はｐＡレベルであり、非常に高い絶縁性を示しており、そのオン・オフ比は７桁に向上していることが分かる。
ゲート絶縁膜及びゲート電極として、膜厚３００ｎｍの酸化膜付きシリコンウェハを用いた。酸化膜上部に、オクタデシルトリクロロシランにより表面疎水化処理を行った。その上部に有機半導体層として、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）を有機溶媒クロロホルムに溶解させた溶液から、回転塗布法によりＰ３ＨＴ膜を成膜した。膜厚は約２０ｎｍであった。次にＰ３ＨＴ薄膜の上部に、金を約５０ｎｍ真空蒸着することによりソース電極及びドレイン電極を形成した。このプロセスにより、図１に示すような典型的な有機トランジスタ素子が得られた。
上記プロセスにより得られた素子の上部に、インジウム（Ｉｎ）を水晶振動子による膜厚モニタにおいて平均膜厚２ｎｍ真空蒸着することにより、図３に示すような空乏型有機トランジスタ素子（本発明の空乏層を含む有機半導体層を構成要素とする有機電界効果型トランジスタ）を得た。
以上のようにして製造した２つの素子について、トランジスタ特性評価を行った。図６に、これらの素子から得られた伝達特性を示した。典型的な有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝＋４０Ｖより緩やかにＯＮ状態となっており（図中の黒丸）、またオフ電流値はｎＡレベルで、オン・オフ比は３桁程度であるのに対し、本発明による空乏型有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖでは完全なオフ状態を維持し（図中の白丸）、ゲート電圧ＶＧ＝−１０Ｖ付近よりオン状態へと急峻に遷移している。また、オフ電流値はｐＡレベルであり、非常に高い絶縁性を示しており、そのオン・オフ比は４桁に向上していることが分かる。
ゲート絶縁膜及びゲート電極として、膜厚３００ｎｍの酸化膜付きシリコンウェハを用いた。その上部に有機半導体層として、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）を有機溶媒クロロホルムに溶解させた溶液から、回転塗布法によりＰ３ＨＴ膜を成膜した。膜厚は約２０ｎｍであった。次にＰ３ＨＴ薄膜の上部に、金を約５０ｎｍ真空蒸着することによりソース電極及びドレイン電極を形成した。このプロセスにより、図１に示すような典型的な有機トランジスタ素子が得られた。
上記プロセスにより得られた素子の上部に、アルミニウム（Ａｌ）を水晶振動子による膜厚モニタにおいて平均膜厚がそれぞれ０．５、１．０、２．０、５．０、１０．０ｎｍとなるように真空蒸着することにより、図３に示すような空乏型有機トランジスタ素子（本発明の空乏層を含む有機半導体層を構成要素とする有機電界効果型トランジスタ）を得、上部に堆積する還元物質の平均膜厚依存性を評価した。
以上のようにして製造した素子について、トランジスタ特性評価を行った。図７に、これらの素子から得られた伝達特性を示した。典型的な有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝＋４０Ｖより緩やかにＯＮ状態となっており、またオフ電流値はｎＡレベルで、オン・オフ比は３桁程度であるのに対し、本発明によるＡｌの平均膜厚が０．５、１．０、２．０、５．０ｎｍの空乏型有機トランジスタ素子では、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖ以上では完全なオフ状態を維持し、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖ付近よりオン状態へと急峻に遷移している。また、オフ電流値はｐＡレベルであり、非常に高い絶縁性を示しており、そのオン・オフ比は４桁に向上していることが分かる。
一方、Ａｌの平均膜厚が１０ｎｍの空乏層を有する有機トランジスタ素子では、ゲート電圧によらずドレイン電流が常に数百μＡ流れており、ソース−ドレイン電極間が堆積したＡｌによって短絡していることを示している。従って、本発明において上部に堆積する還元性物質は、平均膜厚が１０ｎｍ以下（更には７ｎｍ以下）の不連続膜であることが望ましい。
本発明の有機電界効果型トランジスタは、材料自体に柔軟性をもつ共役系高分子を半導体層に用いており、しかも、低分子有機半導体並みのトランジスタ特性を実現できるので、フレキシブルディスプレイ等への利用が期待される。
Claims (8)
- ソース電極とドレイン電極の間で電流通路となる有機半導体層が空乏層を含む共役系高分子からなり、該有機半導体層の導電率をゲート電極によって制御する有機電界効果型トランジスタにおいて、前記空乏層が、共役系高分子からなる前記有機半導体層にショットキー接合する還元性物質を接合させることによって形成されたものであり、かつ、該還元性物質は不連続膜として前記有機半導体層上に堆積されていることを特徴とする有機電界効果型トランジスタ。
- 共役系高分子が、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン及びそれらの誘導体あるいはそれらの共重合体からなる群から選ばれた、１種又は２種以上の高分子であることを特徴とする請求項１記載の有機電界効果型トランジスタ。
- 還元性物質が、平均膜厚１０ｎｍ以下で有機半導体層上部に堆積されていることを特徴とする請求項１記載の有機電界効果型トランジスタ。
- 還元性物質が、有機半導体層である前記共役系高分子のイオン化ポテンシャルより、０．５ｅＶ以上低い仕事関数を有する金属であることを特徴とする請求項１記載の有機電界効果型トランジスタ。
- 還元性金属が、アルミニウムであることを特徴とする請求項４記載の有機電界効果型トランジスタ。
- アルミニウムが、平均膜厚２ｎｍで有機半導体層上部に堆積していることを特徴とする請求項５記載の有機電界効果型トランジスタ。
- 還元性金属が、インジウムであることを特徴とする請求項４記載の有機電界効果型トランジスタ。
- インジウムが、平均膜厚２ｎｍで有機半導体層上部に堆積していることを特徴とする請求項７記載の有機電界効果型トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010517840A JP5477750B2 (ja) | 2008-06-24 | 2009-06-04 | 有機電界効果型トランジスタ |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008163968 | 2008-06-24 | ||
| JP2008163968 | 2008-06-24 | ||
| PCT/JP2009/060237 WO2009157284A1 (ja) | 2008-06-24 | 2009-06-04 | 有機電界効果型トランジスタ |
| JP2010517840A JP5477750B2 (ja) | 2008-06-24 | 2009-06-04 | 有機電界効果型トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2009157284A1 JPWO2009157284A1 (ja) | 2011-12-08 |
| JP5477750B2 true JP5477750B2 (ja) | 2014-04-23 |
Family
ID=41444353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010517840A Expired - Fee Related JP5477750B2 (ja) | 2008-06-24 | 2009-06-04 | 有機電界効果型トランジスタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8569746B2 (ja) |
| JP (1) | JP5477750B2 (ja) |
| KR (1) | KR101203970B1 (ja) |
| WO (1) | WO2009157284A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI423492B (zh) * | 2010-12-03 | 2014-01-11 | Univ Nat Taiwan Science Tech | 有機薄膜電晶體及其製造方法 |
| WO2012084757A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Basf Se | Semiconductor structure and method for its production |
| FR2970597B1 (fr) * | 2011-01-17 | 2013-01-04 | Commissariat Energie Atomique | Procédé de gravure de couches micro-électriques par un faisceau laser |
| US20150206813A1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-07-23 | Micron Technology, Inc. | Methods and structures for processing semiconductor devices |
| KR101943232B1 (ko) * | 2014-09-25 | 2019-01-28 | 후지필름 가부시키가이샤 | 유기 전계 효과 트랜지스터, 유기 반도체 결정의 제조 방법, 및 유기 반도체 소자 |
| CN107484436B (zh) | 2015-02-04 | 2021-09-03 | 巴斯夫欧洲公司 | 具有低接触电阻的有机场效晶体管 |
| CN114284313B (zh) * | 2021-12-16 | 2024-04-09 | 东南大学 | 一种有机纤维基碳纳米管场效应晶体管阵列及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277102A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 有機半導体薄膜トランジスタ |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6437057A (en) | 1987-07-15 | 1989-02-07 | Ibm | Thin film field effect transistor |
| JPS6437057U (ja) * | 1987-08-31 | 1989-03-06 | ||
| JPH01259563A (ja) | 1988-04-08 | 1989-10-17 | Mitsubishi Electric Corp | 電界効果型トランジスタ |
| JP3488257B2 (ja) | 1992-05-20 | 2004-01-19 | 株式会社リコー | ポリアニリンと特定有機アクセプターとよりなる新規錯体を用いた非線形電気伝導素子 |
| JP3246189B2 (ja) * | 1994-06-28 | 2002-01-15 | 株式会社日立製作所 | 半導体表示装置 |
| KR100940110B1 (ko) * | 1999-12-21 | 2010-02-02 | 플라스틱 로직 리미티드 | 잉크젯으로 제조되는 집적회로 및 전자 디바이스 제조 방법 |
| JP3963693B2 (ja) | 2001-10-15 | 2007-08-22 | 富士通株式会社 | 導電性有機化合物及び電子素子 |
| US7002176B2 (en) * | 2002-05-31 | 2006-02-21 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical organic transistor |
| KR20050061446A (ko) * | 2002-08-07 | 2005-06-22 | 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 절연 게이트 트랜지스터, 트랜지스터 장치, 트랜지스터회로 및 트랜지스터 작동 방법 |
| JP2004103719A (ja) * | 2002-09-06 | 2004-04-02 | Canon Inc | 有機半導体素子 |
| JP2004327553A (ja) | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Matsushita Electric Works Ltd | 有機電界効果トランジスタ |
| JP2005166713A (ja) | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Sharp Corp | 電界効果型トランジスタ |
| US20070241325A1 (en) | 2004-06-10 | 2007-10-18 | Yamanashi University | Schottky Gate Organic Field Effect Transistor and Fabrication Method of the Same |
| JP2006294667A (ja) | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Toray Ind Inc | 電界効果型トランジスタ |
| JP2007087976A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-04-05 | Fujifilm Corp | 多孔薄膜堆積基板、その製造方法及びスイッチング素子 |
| US7385231B2 (en) * | 2005-08-31 | 2008-06-10 | Fujifilmcorporation | Porous thin-film-deposition substrate, electron emitting element, methods of producing them, and switching element and display element |
| EP1935027B1 (en) * | 2005-10-14 | 2017-06-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-06-04 KR KR1020117001667A patent/KR101203970B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2009-06-04 JP JP2010517840A patent/JP5477750B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-06-04 US US13/001,585 patent/US8569746B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-06-04 WO PCT/JP2009/060237 patent/WO2009157284A1/ja active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277102A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 有機半導体薄膜トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101203970B1 (ko) | 2012-11-22 |
| WO2009157284A1 (ja) | 2009-12-30 |
| JPWO2009157284A1 (ja) | 2011-12-08 |
| US20110101326A1 (en) | 2011-05-05 |
| US8569746B2 (en) | 2013-10-29 |
| KR20110026488A (ko) | 2011-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5477750B2 (ja) | 有機電界効果型トランジスタ | |
| JP4947006B2 (ja) | 光電変換装置及び光電変換素子 | |
| US9520572B2 (en) | Electronic device and method of manufacturing semiconductor device | |
| US7652339B2 (en) | Ambipolar transistor design | |
| JP2008141197A (ja) | 薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタ | |
| JP2013016611A (ja) | 半導体装置及びその製造方法、並びに、画像表示装置の製造方法 | |
| JP5596666B2 (ja) | 有機薄膜トランジスタ | |
| JP4826074B2 (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
| JP2005223048A (ja) | 半導体装置、半導体装置の製造方法、および表示装置 | |
| JP2006286681A (ja) | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 | |
| JP5760360B2 (ja) | 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JP2005223049A (ja) | 半導体装置、半導体装置の製造方法、および表示装置 | |
| KR100976572B1 (ko) | 유기 박막 트랜지스터의 제조방법 | |
| WO2011065083A1 (ja) | 有機薄膜トランジスタ、およびその製造方法 | |
| JP6303358B2 (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JP4848522B2 (ja) | 有機薄膜トランジスタ及びそれを用いた半導体素子 | |
| US20160056395A1 (en) | Transistor and method for manufacturing the same | |
| JP5194401B2 (ja) | 電荷移動錯体薄膜、及び、電界効果型トランジスタ | |
| JP2009266865A (ja) | 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 | |
| US20150060802A1 (en) | Electronic device, manufacturing method thereof, and image display device | |
| JP2005085899A (ja) | 有機電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
| JP2016004908A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JP2013197229A (ja) | 積層構造体及びその形成方法、並びに、電子デバイス及びその製造方法 | |
| KR20100050813A (ko) | 버퍼용 전도성 폴리머층이 형성된 유기 박막 트랜지스터 및그의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120423 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120423 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131015 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131030 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120423 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131205 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140128 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140131 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5477750 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |