JP5477841B2 - トランジスタ素子 - Google Patents
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- Bipolar Transistors (AREA)
Description
本発明は、エミッタ電極−コレクタ電極間において、低電圧で大電流変調を可能とするトランジスタ素子に関し、さらに詳しくは、エミッタ−コレクタ間に低電圧で大電流変調を可能とするオン／オフ比に優れたトランジスタ素子に関する。
近年の高度情報化社会の進展は、目覚ましく、デジタル技術の発展は、コンピュータ、コンピュータ・ネットワークなどの通信技術を日常生活に浸透させている。それとともに、薄型テレビやノートパソコンの普及が進んでおり、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなど、表示ディスプレイへの要求も高まりつつある。このようなディスプレイの素子の駆動には、電界効果トランジスタが使用されている。現在、多くは無機材料であるシリコンを用いたトランジスタが使用されているが、低コスト化、大面積化、フレキシブル化のために有機トランジスタ素子を用いたディスプレイが報告されている。
しかし、その多くは、有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ）と液晶または電気泳動セルとを組み合わせたものである。ＯＦＥＴは、その構造と移動度の低さにより、大電流を得ることは難しく、大電流を必要とする電流駆動デバイスである有機ＥＬのスイッチング駆動に用いた例はほとんど報告されていない。そのため、より低電圧において大電流で動作する有機トランジスタ素子の開発が望まれている。
また、ＯＦＥＴを用いて大電流を得るためには、トランジスタ素子のチャネル長を短くすることが必要であるが、ディスプレイの大量生産を視野に入れたパターニング技術では、チャネル長を数μｍ以下にすることは難しい。この問題を解決するため、膜厚方向に電流を流すことにより低電圧かつ大電流で動作可能な「縦型トランジスタ構造」が研究されている。一般にサンドイッチデバイスに用いられる膜厚は数十ｎｍであり、しかも数Åオーダーの高い精度で制御可能であることから、チャネルを膜厚方向（縦方向）にすることによって、１μｍ以下の短いチャネル長を容易に実現できる。このような縦型の有機トランジスタ素子として、これまでに、ポリマーグリッドトライオード構造、静電誘導型トランジスタ（Static Induction Transistor, SIT）などが知られている。
また、有機半導体／金属／有機半導体の積層構造を作製により、高性能なトランジスタ特性を発現する縦型有機トランジスタ素子が提案されている（非特許文献１）。この有機トランジスタ素子では、エミッタ電極から注入された電子が中間金属電極を透過することにより、パイポーラトランジスタに似た電流増幅が観測され、その中間金属電極がベース電極のように働くことから、メタルベース有機トランジスタ（Metal-Base Organic Transistor, 以降ＭＢＯＴと呼ぶことがある）と呼んでいる。しかしながら、上記トランジスタ動作は半導体／金属／半導体の積層構造を作製すれば必ず観測されるというものではなかった。
また、上記問題点を解決した縦型トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）として、メチルペリレンテトラカルボン酸イミド（Ｍｅ−ＰＴＣＤＩ）、ペリレンテトラカルボン酸（ＰＴＣＤＡ）などを用いたＭＢＯＴが報告されているが、膜厚や構造によって、これらの素子はオフ電流が高くなることがある。安定した性能を発現し、大きな電流値、高い増幅率、高いオン／オフ比を得るためには、加熱処理によりベース電極表面に酸化層を設け、オフ電流の抑制層とする必要がある（特許文献１）。
S.Fujimoto, K.Nakayama, and M.Yokoyama, Appl. Phys. Lett., 87, 133503(2005).
従って、本発明の目的は、エミッタ電極−コレクタ電極間において、オフ電流が小さく、かつ、低電圧で大電流変調が可能であるオン／オフ比に優れたトランジスタ素子（Metal-Base Organic Transistor:MBOT）を提供することにある。
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、該有機半導体層が、下記一般式（１）で表される化合物（ペリレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体：以下「ＰＴＣＤＩ」という場合がある）を含んでいることを特徴とするトランジスタ素子を提供する。
また、本発明は、エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、ベース電極とコレクタ電極との間に設けられている上記有機半導体層が、ＰＴＣＤＩを含んでいることを特徴とするトランジスタ素子を提供する。
また、本発明は、エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、ベース電極とコレクタ電極の間に設けられている上記有機半導体層が、ＰＴＣＤＩを含んでおり、エミッタ電極とベース電極との間に設けられた上記有機半導体層がフラーレンで形成されていることを特徴とするトランジスタ素子を提供する。
上記本発明においては、前記ベース電極が金属からなり、当該ベース電極の片面または両面に当該ベース電極の酸化膜が形成されていることが好ましい。
本発明のトランジスタ素子によれば、エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、上記有機半導体層が、前記ＰＴＣＤＩを含んで形成してなることにより、低電圧で大電流変調を可能とする電流増幅作用を安定して得ることができる。
本発明の有機トランジスタ素子は、種々のディスプレイの駆動用デバイス、発光素子として有用である。これらのトランジスタ素子には、オン時とオフ時のコントラストが必要となり、より大きなオン／オフ比が要求される。本発明のトランジスタ素子は、その低電圧・大電流変調の特性から、駆動用トランジスタとして高い性能を有する。また、大電流変調が可能であり、１つのピクセル内におけるトランジスタの占有面積を小さくでき、ディスプレイにおける開口率の向上を可能とし、高性能、高効率のディスプレイとなる。
また、本発明のトランジスタ素子の、ベース電極とコレクタ電極との間に有機ＥＬ層を形成することにより有機発光素子となる。有機ＥＬ層が少なくとも１層の発光層を含むので、大電流による面状発光が可能になる。しかも、その場合、従来のＳＩＴ構造のようなベース電極の微細パターニングが不必要であるとともに、低電圧で大電流変調が可能であり、さらにオン／オフ比を向上させることができるので、簡単な構造からなる実用的な発光素子を提供できる。
以下、本発明の実施の形態につき、詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、実施することができる。
先ず、本発明のエミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子（ＭＢＯＴ）において、該有機半導体層に本発明のＰＴＣＤＩを用いたトランジスタ素子について説明する。
本発明のトランジスタ素子（ＭＢＯＴ）は、図１に示すように、電極としてコレクタ電極１２、エミッタ電極１３、ベース電極１４、有機半導体層１５Ａ、有機半導体層１５Ｂ、基板１１からなる。基板上にコレクタ電極１２が形成され、さらに有機半導体層１５が形成されている。ベース電極は有機半導体層１５Ａと１５Ｂに挟まれ、埋め込まれるように形成されている。有機半導体層１５の上にエミッタ電極が形成されている。
また、エミッタ電極とコレクタ電極との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加し、さらにエミッタ電極とベース電極との間にベース電圧Ｖｂを印加すれば、そのベース電圧の作用により、エミッタ電極から注入された電子が加速されてベース電極を透過し、コレクタ電極に到達する。すなわち、ベース電圧の印加によりエミッタ電極−コレクタ電極間に流れる電流Ｉｃを増幅させることができる。したがって、本発明のトランジスタ素子によれば、パイポーラトランジスタと同じような電流増幅作用を安定して得ることができる。縦型のトランジスタ素子でありながら、グリッドやストライプなどの微細電極のパターニングが必要ないという利点がある。
また、本発明のトランジスタ素子（ＭＢＯＴ）は、両末端にアルキル基を有するＰＴＣＤＩを有機半導体層として用いることにより、その暗電流が抑制され、エミッタ電極−ベース電極間に小さい電圧Ｖｂを印加した場合または電圧Ｖｂを印加しない場合に、ベース電極−コレクタ電極間にトランジスタ動作に必要な電流成分以外の漏れ電流（「暗電流」（スイッチオフ時に流れるオフ電流）という。）が流れるのを効果的に抑制することができ、その結果、オン／オフ比を向上させることができる。
以下、先ず本発明のトランジスタ素子に使用される有機半導体層を形成するペリレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体（ＰＴＣＤＩ）について説明する。本発明のＰＴＣＤＩは、ペリレンテトラカルボン酸からなる骨格構造と、両末端にアルキル基を有している。ペリレンテトラカルボン酸からなる骨格構造が高い電子輸送材料となることが知られており、本発明のアルキル基を有するＰＴＣＤＩも高い電子輸送性を示す。また、その末端に炭素数６以上のアルキル基を有しており、そのアルキル基の効果により暗電流を抑制し、オフ電流を小さくする効果があり、有機トランジスタ（ＭＢＯＴ）に有用であることを見出した。
本発明のアルキル基を有するＰＴＣＤＩに用いられるアルキル基としては、炭素数が６以上であれば問題なく使用できるが、炭素数６から１８が好ましい。例えば、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、オクタデシル基などの炭素数６から１８の直鎖アルキル基が挙げられる。また、分岐したアルキル基を導入することにより、さらなるオフ電流の抑制が可能となる。炭素数が短いと大きなオン電流は得られるが、膜厚や構造によりオフ電流が大きくなることがあり、オン／オフ比を向上させるためには、オフ電流を抑制する暗電流抑制層の形成が必要となる。また、炭素数が大きくなると絶縁性が高くなり、オン電流が抑制される可能性がある。
次に、本発明のトランジスタ素子の構造、材料について説明する。
（有機半導体層）
本発明の有機トランジスタ素子は、有機半導体層にＰＴＣＤＩを用いることを特徴とする。有機半導体層１５Ａに使用するアルキル基を有するＰＴＣＤＩは、単一の構造からなるＰＴＣＤＩを用いることができるが、異なる構造のアルキル基を有するＰＴＣＤＩを混合、または、積層して有機半導体層となすこともできる。
（有機半導体層）
本発明の有機トランジスタ素子は、有機半導体層にＰＴＣＤＩを用いることを特徴とする。有機半導体層１５Ａに使用するアルキル基を有するＰＴＣＤＩは、単一の構造からなるＰＴＣＤＩを用いることができるが、異なる構造のアルキル基を有するＰＴＣＤＩを混合、または、積層して有機半導体層となすこともできる。
有機半導体層１５（１５Ａ，１５Ｂ）の電荷移動度は、高いことが望ましく、少なくとも、０．０００１ｃｍ2／Ｖｓ以上であることが望ましい。有機半導体層１５Ａは、アルキル基を有するＰＴＣＤＩにより形成される。有機半導体層１５Ｂを形成する材料としては、Ａｌｑ３（（トリス（８−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム）錯体）、Ｃ６０（フラーレン）、ＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸）を挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸ジイミド、またはこれらの誘導体、電荷輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。特に好ましい材料としては、Ｃ６０で代表されるフラーレンが挙げられる。
これらの材料の選択については、図２で示されるように、材料のエネルギーレベルを考慮して選択する必要があるが、最も好ましい材料としてはＰＴＣＤＩとフラーレンの組み合わせが挙げられる。
また、コレクタ電極１２とベース電極１４の間に形成される半導体層１５Ａの厚さは、通常、５０ｎｍ〜５，０００ｎｍを挙げることができるが、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。なお、その厚さが５０ｎｍ未満の場合または５，０００ｎｍを超える場合は、トランジスタとして動作しないことがある。一方、エミッタ電極１３とベース電極１４との間に形成される側の半導体層１５Ｂの厚さは、半導体層１５Ａに比べて基本的に薄いことが望ましく、通常、５００ｎｍ以下を挙げることができるが、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。なお、その厚さが２０ｎｍ未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。
例えば、コレクタ電極１２とベース電極１４との間に設けられた半導体層１５ＡをＰＴＣＤＩの真空蒸着法を用いて形成した場合には、アルキル基を有するＰＴＣＤＩが結晶性の強い有機化合物であるため、ベース電極１４が形成される側の半導体層１５Ａの表面は凹凸形状となる。そのため、その結晶性の半導体層１５Ａ上に設けられたベース電極１４も凹凸形状で形成される。凹凸形状を有するベース電極１４は所定の平均厚さのベース電極１４を形成した場合であっても薄いところと厚いところを有するが、ベース電極１４が凹凸形状を有する場合に、電流増幅作用を安定して得ることができる。
（電極）
本発明のトランジスタ素子に用いられる電極について説明する。本発明のトランジスタ素子を構成する電極としては、コレクタ電極１２、エミッタ電極１３、およびベース電極１４があり、図１に示すように、通常、コレクタ電極１２は基板１１上に設けられ、ベース電極１４は半導体層１５（半導体層１５Ａおよび半導体層１５Ｂ）内に埋め込まれるように設けられ、エミッタ電極１３はコレクタ電極１２と対向する位置に半導体層１５とベース電極１４を挟むように設けられる。
本発明のトランジスタ素子に用いられる電極について説明する。本発明のトランジスタ素子を構成する電極としては、コレクタ電極１２、エミッタ電極１３、およびベース電極１４があり、図１に示すように、通常、コレクタ電極１２は基板１１上に設けられ、ベース電極１４は半導体層１５（半導体層１５Ａおよび半導体層１５Ｂ）内に埋め込まれるように設けられ、エミッタ電極１３はコレクタ電極１２と対向する位置に半導体層１５とベース電極１４を挟むように設けられる。
電極材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子などの薄膜が用いられる。コレクタ電極１２の形成材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2などの透明導電膜、金、クロムのような仕事関数の大きな金属、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子などを挙げることができる。
一方、エミッタ電極１３の形成材料としては、アルミニウム、銀などの単体金属、ＭｇＡｇなどのマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇなどのアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属などを挙げることができる。また、ベース電極の電極材料は、コレクタ電極、エミッタ電極に用いられる材料を挙げることができる。
本発明のトランジスタ素子に用いられるベース電極の厚さは、８０ｎｍ以下であることが好ましい。ベース電極は、ベース電極の厚さが８０ｎｍ以下であれば、ベース電圧Ｖｂで加速された電子を容易に透過することができる。なお、ベース電極は半導体層中に切れ目なく（穴やクラックなどの欠陥部なく）設けられていれば問題なく使用できる。
本発明のトランジスタ素子に用いられる電極の形成方法としては、上記の各電極のうちコレクタ電極１２とエミッタ電極１３については、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどの真空プロセスあるいは塗布により形成され、その膜厚は使用する材料などによっても異なるが、例えば、１０ｎｍ〜１，０００ｎｍ程度であることが好ましい。
（暗電流抑制層）
さらに、本発明のトランジスタ素子において、前記ベース電極が金属からなり、当該ベース電極の片面または両面に当該ベース電極の酸化膜を形成することにより、エミッタ電極−ベース電極間に小さい電圧Ｖｂを印加した場合または電圧Ｖｂを印加しない場合に、暗電流が流れるのを効果的に抑制することができ、オフ電流を抑制することで、オン／オフ比を向上させ、トランジスタとしてのコントラストを向上させることができる。
さらに、本発明のトランジスタ素子において、前記ベース電極が金属からなり、当該ベース電極の片面または両面に当該ベース電極の酸化膜を形成することにより、エミッタ電極−ベース電極間に小さい電圧Ｖｂを印加した場合または電圧Ｖｂを印加しない場合に、暗電流が流れるのを効果的に抑制することができ、オフ電流を抑制することで、オン／オフ比を向上させ、トランジスタとしてのコントラストを向上させることができる。
本発明のトランジスタ素子において、前記ベース電極を形成した後に当該ベース電極を加熱処理して前記暗電流抑制層を形成することが好ましい。これらの発明によれば、暗電流抑制層を容易に形成することができ、漏れ電流を抑制してこうした方法により、暗電流抑制層を容易に形成することができ、漏れ電流を抑制してオン／オフ比を向上させたトランジスタ素子を容易に提供することができる。
これらの発明によれば、暗電流抑制層がコレクタ電極とベース電極との間に設けられていることにより、暗電流が流れるのを効果的に抑制することができ、その結果、オン／オフ比を向上させることができる。このように本発明のトランジスタ素子は、見かけ上パイポーラトランジスタと同様の電流増幅型のトランジスタ素子として有効に機能することが確認できた。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例および比較例で作成したトランジスタ素子は、次の方法により評価した。
（トランジスタ素子の評価）
作製したトランジスタ素子について、コレクタ電圧Ｖｃを５Ｖ、７Ｖとし、ベース電圧Ｖｂを０Ｖ〜３Ｖの範囲で変調させた。出力変調特性の測定は、エミッタ電極−コレクタ電極間にコレクタ電圧Ｖｃ（５Ｖ、７Ｖ）を印加し、さらにエミッタ電極−ベース電極間にベース電圧Ｖｂ（０〜３Ｖ）を印加した時の、コレクタ電流Ｉｃおよびベース電流Ｉｂの変化量（オフ電流、オン電流）を測定して行った。また、コレクタ電流の変化に対するベース電流の変化の比率、すなわち、電流増幅率（ｈFE）、オン電流とオフ電流の比率であるオン／オフ比を算出した。
（トランジスタ素子の評価）
作製したトランジスタ素子について、コレクタ電圧Ｖｃを５Ｖ、７Ｖとし、ベース電圧Ｖｂを０Ｖ〜３Ｖの範囲で変調させた。出力変調特性の測定は、エミッタ電極−コレクタ電極間にコレクタ電圧Ｖｃ（５Ｖ、７Ｖ）を印加し、さらにエミッタ電極−ベース電極間にベース電圧Ｖｂ（０〜３Ｖ）を印加した時の、コレクタ電流Ｉｃおよびベース電流Ｉｂの変化量（オフ電流、オン電流）を測定して行った。また、コレクタ電流の変化に対するベース電流の変化の比率、すなわち、電流増幅率（ｈFE）、オン電流とオフ電流の比率であるオン／オフ比を算出した。
実施例１［ジオクチルＰＴＣＤＩによるトランジスタ素子の作成］
有機半導体材料として、ジオクチルＰＴＣＤＩ（ジオクチル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ8Ｈ18）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することによりトランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。
有機半導体材料として、ジオクチルＰＴＣＤＩ（ジオクチル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ8Ｈ18）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することによりトランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。
図３に示すように、ＩＴＯ透明基板をコレクタ電極として、基板上に本発明の有機半導体材料であるＰＴＣＤＩからなる平均厚さ１００ｎｍの有機半導体層（１５Ａ）と、アルミニウムからなる平均厚さ２０ｎｍのベース電極１４と、フラーレン（Ｃ６０）からなる平均厚さ１００ｎｍの有機半導体層１５Ｂと、銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極１３とを、真空蒸着法による成膜手段でその順に積層した。
得られたトランジスタ素子の出力特性は、エミッタ電極−コレクタ電極間にコレクタ電圧Ｖｃを７Ｖ印加し、さらにエミッタ電極−ベース電極間にベース電圧Ｖｂを印加したときと印加しないとき（０〜３Ｖ）の、コレクタ電流Ｉｃおよびベース電流Ｉｂの変化量を測定して行った。本トランジスタ素子は、ＭＢＯＴとして動作が確認され、評価結果を表１に示す。
実施例２［ジステアリルＰＴＣＤＩによるトランジスタ素子の作成］
有機半導体材料として、ジステアリルＰＴＣＤＩ（ジステアリル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ18Ｈ38）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することにより有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）は、実施例１と同様の構成で作成した。本トランジスタ素子は、ＭＢＯＴとして動作が確認され、得られた特性値を表１に記載する。
有機半導体材料として、ジステアリルＰＴＣＤＩ（ジステアリル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ18Ｈ38）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することにより有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）は、実施例１と同様の構成で作成した。本トランジスタ素子は、ＭＢＯＴとして動作が確認され、得られた特性値を表１に記載する。
比較例１［ジメチルＰＴＣＤＩによるトランジスタ素子の作成］
有機半導体材料として、ジメチルＰＴＣＤＩ（ジメチル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ1Ｈ3）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することにより、比較例１の有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）の構成は、実施例１と同様に作成した。本有機トランジスタ素子は、オフ電流が大きく、また、電流増幅作用が得られず、トランジスタ素子としての動作を示さなかった。このときの性能を表１に記載する。
有機半導体材料として、ジメチルＰＴＣＤＩ（ジメチル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ1Ｈ3）を用いて、有機半導体層１５Ａを形成することにより、比較例１の有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）の構成は、実施例１と同様に作成した。本有機トランジスタ素子は、オフ電流が大きく、また、電流増幅作用が得られず、トランジスタ素子としての動作を示さなかった。このときの性能を表１に記載する。
実施例３［ジオクチルＰＴＣＤＩによる暗電流抑制層を有するトランジスタ素子の作成］
ＩＴＯ透明基板をコレクタ電極として、その基板上にジオクチルＰＴＣＤＩからなる平均厚さ１００ｎｍの有機半導体層（１５Ａ）と、アルミニウムからなる平均厚さ２０ｎｍのベース電極１４とを真空蒸着法による成膜手段でその順に積層した。これを大気中において１５０℃で１時間熱処理を行って、ベース電極（アルミニウム）を熱酸化することにより、暗電流抑制層を形成した。その後、フラーレン（Ｃ６０、平均厚さ１００ｎｍ）からなる有機半導体層１５Ｂと、銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極１３とを、真空蒸着法による成膜手段でその順に積層した。得られたトランジスタ素子の特性は、オン電流が小さいが、それ以上にオフ電流が小さく、オン／オフ比の優れた特性を示した。このときの特性を表２に記載する。
ＩＴＯ透明基板をコレクタ電極として、その基板上にジオクチルＰＴＣＤＩからなる平均厚さ１００ｎｍの有機半導体層（１５Ａ）と、アルミニウムからなる平均厚さ２０ｎｍのベース電極１４とを真空蒸着法による成膜手段でその順に積層した。これを大気中において１５０℃で１時間熱処理を行って、ベース電極（アルミニウム）を熱酸化することにより、暗電流抑制層を形成した。その後、フラーレン（Ｃ６０、平均厚さ１００ｎｍ）からなる有機半導体層１５Ｂと、銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極１３とを、真空蒸着法による成膜手段でその順に積層した。得られたトランジスタ素子の特性は、オン電流が小さいが、それ以上にオフ電流が小さく、オン／オフ比の優れた特性を示した。このときの特性を表２に記載する。
実施例４［ジステアリルＰＴＣＤＩによる暗電流抑制層を有するトランジスタ素子の作成］
実施例３の有機半導体材料であるジオクチルＰＴＣＤＩに変えて、ジステアリルＰＴＣＤＩを用いて同様に暗電流抑制層を有するトランジスタ素子を作成した。得られたトランジスタ素子の特性は、オフ電流が非常に小さく、オン／オフ比は１０4となり優れた特性を示した。このときの特性を表２に記載する。
実施例３の有機半導体材料であるジオクチルＰＴＣＤＩに変えて、ジステアリルＰＴＣＤＩを用いて同様に暗電流抑制層を有するトランジスタ素子を作成した。得られたトランジスタ素子の特性は、オフ電流が非常に小さく、オン／オフ比は１０4となり優れた特性を示した。このときの特性を表２に記載する。
比較例３、４［ジメチルＰＴＣＤＩ、ジブチルＰＴＣＤＩ（ジブチル−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：一般式（１）においてＡ、Ａ’＝Ｃ4Ｈ10）による暗電流抑制層を有するトランジスタ素子の作成］
実施例３のジオクチルＰＴＣＤＩに変えて、ジメチルＰＴＣＤＩ、ジブチルＰＴＣＤＩを用いて暗電流抑制層を有する有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。得られたトランジスタ素子の特性は、オン電流が大きく、電流増幅率も大きいものであったが、オフ電流は０．８μＡ、０．１３μＡであった。このときの特性を表２に記載する。
実施例３のジオクチルＰＴＣＤＩに変えて、ジメチルＰＴＣＤＩ、ジブチルＰＴＣＤＩを用いて暗電流抑制層を有する有機トランジスタ素子（ＭＢＯＴ）を作成した。得られたトランジスタ素子の特性は、オン電流が大きく、電流増幅率も大きいものであったが、オフ電流は０．８μＡ、０．１３μＡであった。このときの特性を表２に記載する。
以上のように本発明のトランジスタ素子は、見かけ上パイポーラトランジスタと同様の電流増幅型のトランジスタ素子として有効に機能することが確認できた。
本発明のトランジスタ素子は、オフ電流が小さく、オン／オフ比が高くなるため、有機ＥＬなどのディスプレイ用駆動素子、有機発光層を組み込んだ有機発光素子として利用することができる。
１１：基板
１２：コレクタ電極
１３：エミッタ電極
１４：ベース電極
１５、１５Ａ、１５Ｂ：有機半導体層
１２：コレクタ電極
１３：エミッタ電極
１４：ベース電極
１５、１５Ａ、１５Ｂ：有機半導体層
Claims (3)
- エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、ベース電極とコレクタ電極との間に設けられている上記有機半導体層が、下記一般式（１）で表される化合物を含んでいることを特徴とするトランジスタ素子。
（式中Ａ、Ａ’は同一または異なる炭素数６以上のアルキル基を表す。） - エミッタ電極とコレクタ電極との間に、有機半導体層とシート状のベース電極とが設けられているトランジスタ素子において、ベース電極とコレクタ電極の間に設けられている上記有機半導体層が、下記一般式（１）で表される化合物を含んでおり、エミッタ電極とベース電極との間に設けられた上記有機半導体層がフラーレンで形成されていることを特徴とするトランジスタ素子。
（式中Ａ、Ａ’は同一または異なる炭素数６以上のアルキル基を表す。） - 前記ベース電極が金属からなり、当該ベース電極の片面または両面に当該ベース電極の酸化膜が形成されている請求項１又は２に記載のトランジスタ素子。
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