JPH0548094A - 有機電界効果型素子 - Google Patents

有機電界効果型素子

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JPH0548094A
JPH0548094A JP20528691A JP20528691A JPH0548094A JP H0548094 A JPH0548094 A JP H0548094A JP 20528691 A JP20528691 A JP 20528691A JP 20528691 A JP20528691 A JP 20528691A JP H0548094 A JPH0548094 A JP H0548094A
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修二 早瀬
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Abstract

(57)【要約】 【目的】オン電流が大きく、オン・オフ比が大きい有機
電界効果型素子を提供する。 【構成】互いに分離して形成されたソース電極１４及び
ドレイン電極１５と、ソース電極１４とドレイン電極１
５との間のチャネル領域を構成する第１の有機層１６
と、チャネル領域に隣接して形成された、第１の有機層
１６よりも電荷担体濃度の高い第２の有機層１３と、第
２の有機層１３を介してチャネル領域に対向して形成さ
れたゲート電極１２とを具備し、ゲート電極１２からの
電圧印加に応じて第２の有機層１３と第１の有機層１６
との間で電荷担体を移動させることによりチャネル領域
の電気伝導度を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は有機物を用いた有機電界
効果型素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、有機物を利用した有機電界効果型
素子は、例えば特開昭６１−２０２４６９号公報、特開
昭６３−１４４７１号公報、特開昭６３−１４４７２号
公報、特開平１−８９３６８号公報、特開平１−２５９
５６３号公報、特開平１−２５９５６４号公報に記載さ
れている。これらの素子を図７を参照して説明する。
【０００３】基板１上にはゲート電極２が形成され、こ
のゲート電極２の全面を覆うように絶縁薄膜３が形成さ
れている。絶縁薄膜３としては、酸化膜やポリシロキサ
ンなどのポリマーが用いられる。この絶縁薄膜３上には
ソース電極４及びドレイン電極５が互いに分離して形成
され、これらソース電極４とドレイン電極５との間のチ
ャネル領域を構成するように、π電子共役系ポリマーか
らなる半導体層６が形成されている。
【０００４】図７の有機電界効果型素子の動作原理を説
明する。チャネル領域を流れる電流は、ソース電極４及
びドレイン電極５間の電位差と、チャネル領域の抵抗値
とによって決定される。ここで、チャネル領域の抵抗値
は、ゲート電極２に電圧を印加しない場合には、π電子
共役系ポリマーの電気抵抗によって決定される。一方、
ゲート電極２に電圧を印加すると、チャネル領域にπ電
子共役系ポリマー内の電荷担体（キャリア）が引き寄せ
られて蓄積し、チャネル領域の抵抗値がさがる。このよ
うにゲート電極２の電位により、チャネル領域を流れる
電流を制御できる（例えば、A.Tsumura et al.,Synthet
ic Metals,Vol.25,pp.11-23 ）。
【０００５】電界効果型素子の特性としては、ゲート電
極に電圧を印加したときの電流（以下、オン電流とい
う）が大きく、かつオン電流とゲート電極に電圧を印加
しないときの電流（以下、オフ電流という）との比が大
きいことが要求される。
【０００６】従来の有機電界効果型素子でオン電流を大
きくするには、チャネル領域のキャリア移動度を高くす
るか、又はチャネル領域に蓄積されるキャリアの数を多
くする必要がある。しかし、チャネル領域のキャリア移
動度を高くすると、オフ電流も大きくなる。また、ゲー
ト電極に印加する電圧を増やすことなくチャネル領域に
蓄積されるキャリアの数を多くするには、π電子共役系
ポリマー中のキャリアの数を多くすることが必要であ
る。しかし、この場合もオフ電流が大きくなる。したが
って、オン電流を大きくし、かつオフ電流を小さくする
ために、新たな工夫が必要となっているのが現状であ
る。
【０００７】以上の点は、電界効果型素子を応用する場
合にも重要となる。電界効果型素子の応用の一例とし
て、液晶表示素子におけるアクティブマトリクス方式の
駆動回路が知られている。これは、液晶表示部の１画素
ごとに電界効果型素子を形成してドレイン電極と液晶表
示部の電極とを接続し、ゲート電極により液晶表示部に
印加する濃淡信号電圧を制御する方式である。このアク
ティブマトリクス方式は、単純マトリクス方式と比較し
て、画素間の漏れ信号が小さく、高コントラスト、高解
像度、高画素密度などの高画質が期待できる点で優れて
いる。従来のアクティブマトリクス方式では、アモルフ
ァスシリコンなどの無機半導体薄膜を構成要素とする電
界効果型素子が用いられている（例えば、福田加一ら，
電気学会論文誌Ａ，１１０巻，１０号，６５９頁−６６
６頁）。アクティブマトリクス方式に用いられる電界効
果型素子において、高コントラスト、高解像度、高画素
密度という高画質の液晶表示素子を得るためには、オン
電流を大きくしオフ電流を小さくする、つまりオン・オ
フ比を大きくする必要がある。また、液晶表示素子の応
答速度を高くするためには、オン電流を大きくする必要
がある（松村正清，電気学会論文誌Ａ，１１０巻，１０
号，６５７頁−６５８頁）。
【０００８】ところで、近年液晶表示素子の大面積化が
要望され、大面積のガラス又はプラスチック基板に電界
効果型素子を大規模集積することが要求されている。し
かし、アモルファスシリコンなどの無機半導体薄膜を大
面積で均質に作製するには限界がある。また、無機半導
体薄膜の作製時には、基板の温度を２００℃以上にする
必要があるため、プラスチック基板を利用することがで
きない。更に、無機半導体薄膜は、熱による膨張・収縮
や衝撃により割れやすく、信頼性が劣るという問題もあ
る。
【０００９】これらの問題を解決するために、無機半導
体薄膜の代わりにπ電子共役系ポリマー薄膜を構成要素
とする有機電界効果型素子を用いたアクティブマトリク
ス方式の液晶表示素子が提案されている（例えば、特開
昭６２−８５２２４号公報、特開平１−２５９３２３号
公報）。このように有機電界効果型素子は、無機半導体
薄膜を用いたものと比較して利点があると期待されてい
るため、オン電流を大きくし、オン・オフ比を大きくす
ることは非常に重要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の有
機電界効果型素子は、オン電流を大きくし、オン・オフ
比を大きくすることが困難であるという問題があった。
本発明の目的は、オン電流が大きく、オン・オフ比が大
きい有機電界効果型素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の有機電界効果型
素子は、互いに分離して形成されたソース電極及びドレ
イン電極と、ソース電極とドレイン電極との間のチャネ
ル領域を構成する第１の有機層と、チャネル領域に隣接
して形成された、第１の有機層と電荷担体濃度の異なる
第２の有機層と、第２の有機層を介してチャネル領域に
対向して形成されたゲート電極とを具備し、ゲート電極
からの電圧印加に応じて第２の有機層と第１の有機層と
の間で電荷担体（キャリア）を移動させることによりチ
ャネル領域の電気伝導度を変化させることを特徴とする
ものである。
【００１２】本発明の有機電界効果型素子は、例えば、
基板上にゲート電極を設け、ゲート電極の全面を覆うよ
うに第２の有機層を設け、第２の有機層上に所定間隔を
隔ててソース電極及びドレイン電極を設け、ソース電
極、ドレイン電極及びソース−ドレイン間の第２の有機
層上に第１の有機層を設けた構造を有している。本発明
において、基板として用いられる材料は絶縁体であれば
よい。
【００１３】本発明において、チャネル領域を構成する
第１の有機層、及びチャネル領域に隣接して形成される
第２の有機層の材料としては、π電子共役系ポリマー、
σ電子共役系ポリマー又はこれらの誘導体が用いられ
る。π電子共役系ポリマーとしては、例えば、ポリパラ
フェニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオ
フェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリアニリ
ン、ポリアズレン、ポリピレン、ポリフルオレン、ポリ
パラフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポ
リベンゾフラン、ポリベンゾチオフェン、ポリインドー
ル、ポリカルバゾール、ポリジベンゾフラン、ポリイソ
チアナフテン、ポリイソナフトチオフェン、ポリジアセ
チレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオ
キシドなどが挙げられる。σ電子共役系ポリマーとして
は、例えば、ポリシラン、ポリゲルマンなどが挙げられ
る。
【００１４】第１及び第２の有機層の形成方法として
は、蒸着法、電解重合法、光照射電解重合法、気相重合
法、先駆体ポリマーを熱又は触媒で重合する方法、ポリ
マーを適当な溶媒に溶解させてこれを塗布し乾燥させる
方法などが用いられる。
【００１５】本発明において、第２の有機層は第１の有
機層と電荷担体濃度が異なり、例えば暗時及び光照射時
のいずれかにおいて第１の有機層よりキャリア濃度が高
い。第２の有機層のキャリア濃度を第１の有機層よりも
高くするには、例えばドーパントをドーピングする方法
が用いられる。第２の有機層にドーピングを行う方法と
しては、大気中でドーピング蒸気にさらす方法、減圧下
でドーピング蒸気にさらす方法、ドーパントを含む溶液
中で電気化学的にドーピングする方法、第２の有機層に
ドーパントを接触させて熱により拡散させる方法、ドー
パントをイオン注入する方法などが用いられる。
【００１６】ドーパントとしては、ハロゲン（例えば、
Ｉ2 、Ｃｌ2 、Ｂｒ2 、ＩＣｌ、ＩＣｌ3 、ＩＢｒ、Ｉ
Ｆなど）、ルイス酸（例えば、ＰＦ5 、ＡｓＦ5 、Ｓｂ
Ｆ5、ＢＦ3 、ＢＣｌ3 、ＢＢｒ3 、ＳＯ3 など）、プ
ロトン酸、各種有機酸又はアミノ酸（例えば、ＨＦ、Ｈ
Ｃｌ、ＨＮＯ3 、Ｈ2 ＳＯ4 、ＨＣｌＯ4 、ＦＳＯ
3Ｈ、ＣｌＳＯ3 Ｈ、ＣＦ3 ＳＯ3 Ｈなど）、遷移金属
化合物（例えば、ＦｅＣｌ3 、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣ
ｌ4 、ＺｒＣｌ4 、ＨｆＣｌ4 、ＮｂＦ5 、ＮｂＣ
ｌ5、ＴａＣｌ5 、ＭｏＦ5 、ＭｏＣｌ5 、ＷＦ6 、Ｗ
Ｃｌ6 、ＵＦ6 、ＬｎＣｌ3（Ｌｎはランタノイド）な
ど）、アニオン（例えば、Ｃｌ- 、Ｂｒ- 、Ｉ- 、Ｃｌ
Ｏ4 - 、ＢＦ4 - 、ＰＦ6 - 、ＡｓＦ6 - 、Ｓｂ
Ｆ6 - 、各種スルホン酸のアニオンなど）、カチオン
（例えば、Ｈ+ 、Ｌｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 、Ｒｂ+ 、Ｃｓ
+ など）、アルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒ
ｂ、Ｃｓなど）、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ
など）、Ｏ2 、ＸｅＯＦ4 、（ＮＯ2 + ）（Ｓｂ
Ｆ6 - ）、（ＮＯ2 + ）（ＳｂＣｌ6 - ）、（Ｎ
Ｏ2 + ）（ＢＦ4 - ）、ＡｇＣｌＯ4 、Ｈ2 ＩｒＣ
ｌ6 、Ｌａ（ＮＯ3 ）3 ６Ｈ2 Ｏ、ＦＳＯ2 ＯＯＳＯ2
Ｆ、Ｅｕ、アセチルコリン、Ｒ4 Ｎ+ （Ｒはアルキル
基）、Ｒ4 Ｐ+ （Ｒはアルキル基）、Ｒ4 Ａｓ+ （Ｒは
アルキル基）、Ｒ4 Ｓ+ （Ｒはアルキル基）などが用い
られる。このとき、第２の有機層中のキャリア濃度Ｎ
は、第２の有機層の膜厚をｄ、比誘電率をεとして、Ｎ
＞５５０００ε／ｄ2 であることが好ましい。この理由
は、このキャリア濃度Ｎが小さすぎると、ゲート電極の
電位によりチャネル領域を流れる電流を制御することが
困難になるおそれがあるからである。
【００１７】本発明において、第２の有機層は積層構造
としてもよい。例えば、第２の有機層を電荷発生層と電
荷輸送層との積層構造とすることができる。この場合、
第２の有機層を構成する電荷発生層に光を照射すると、
キャリアが発生して電荷輸送層を介して輸送されるの
で、第２の有機層のキャリア濃度は第１の有機層よりも
高くなる。
【００１８】電荷発生層を構成する材料は、光を吸収し
て高い効率でキャリアを発生する物質であれば、どのよ
うな物質でもよい。このような物質としては、無機光導
電体（例えば、セレン、セレン合金、ＣｄＳ、ＣｄＳ
ｅ、ＣｄＳＳｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳなど）、各種結晶型の
金属フタロシアニン顔料（例えば、チタニルフタロシア
ニン、バナジルフタロシアニンなど）、各種結晶型の無
金属フタロシアニン顔料、アゾ色素（例えば、モノアゾ
色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ
色素）、ペニレン顔料（例えば、ペニレン酸無水物、ペ
ニレン酸イミド）、多環キノン顔料（例えば、ペリノン
顔料、インジゴ染料、キナクリドン顔料、アントラキノ
ン、ジブロモアントアントロン）、共晶錯体（シアニン
色素、キサンテン色素、ピリニウム染料、チアピリニウ
ム染料などと、ポリカーボネート樹脂とからなるも
の）、電荷移動錯体（アズレニウム色素、スクアリウム
色素、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾールなどの電子供与性
物質と、トリニトロフルオレノンなどの電子受容性物質
とからなるもの）が用いられる。
【００１９】電荷発生層は、電荷発生物質のみから形成
されていても、バインダーポリマーとともに形成されて
いてもよい。バインダーポリマーとしては、ポリビニル
ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂などが用いられる。電
荷発生層の形成方法としては、塗布法（例えば、スピン
コーティング法、浸漬引上げ法、ローラ塗布法、ドクタ
ーブレード法、スプレー塗布法）、真空蒸着法、スパッ
タリング法、グロー放電を利用したプラズマＣＶＤ法な
どが挙げられる。これらの方法は、使用する電荷発生物
質の種類に応じて適宜選択される。
【００２０】電荷輸送層を構成する材料としては、前述
したπ電子共役系ポリマー、σ電子共役系ポリマー又は
これらの誘導体が挙げられる。これらの材料からなる電
荷輸送層の形成方法としては、前述したような、蒸着
法、電解重合法、光照射電解重合法、気相重合法、先駆
体ポリマーを熱又は触媒で重合する方法、ポリマーを適
当な溶媒に溶解させてこれを塗布し乾燥させる方法など
が用いられる。
【００２１】また、電荷輸送層を構成する材料として
は、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、オキサジア
ゾール化合物、チアゾール化合物、チアジアゾール化合
物、ケタジン化合物、エナミン化合物、アニジン化合
物、スチルベン化合物、ブタジエン化合物、カルバゾー
ル化合物、又はこれらを高分子の主鎖又は側鎖に導入し
た高分子化合物を用いることもできる。
【００２２】これらの材料からなる電荷輸送層の形成方
法としては、適当な有機溶剤にバインダーポリマーを溶
解し、これに前述したような電荷輸送物質を溶解又は分
散させて塗布液を調製し、この塗布液を通常の塗布法で
塗布した後、乾燥する方法が挙げられる。塗布法として
は、スピンコーティング法、浸漬引上げ法、ローラ塗布
法、ドクターブレード塗布法、スプレー塗布法などが用
いられる。
【００２３】この場合、バインダーポリマーとしては、
ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボ
ネート、ポリ塩化ビニル、アクリル系樹脂、ポリ酢酸ビ
ニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルア
セタール、フェノール樹脂、スチレン−アクリル共重合
体、ポリアリレート、アルキッド樹脂、フェノキシ樹脂
などが用いられる。なお、電荷輸送物質が成膜性を有す
る場合には、バインダーポリマーは必ずしも必要ない。
バインダーポリマーを用いる場合、電荷輸送物質とバイ
ンダーポリマーとの配合割合は、１重量部：０．３〜２
重量部の範囲であることが好ましい。
【００２４】本発明において、ゲート電極の材料として
は、第２の有機層に対してショットキー接合又はヘテロ
接合を形成する材料を用いることが好ましい。このよう
な材料としては、金属、導電性酸化物、抵抗を低くする
処方を施したＳｉなどの半導体、又は前述したπ電子共
役系ポリマー、σ電子共役系ポリマーもしくはこれらの
誘導体が用いられる。
【００２５】第２の有機層とゲート電極とが前述したよ
うな接合を形成しにくい場合には、両者の間に絶縁層を
形成してもよい。このような接合を形成しにくい場合
に、絶縁層を形成すれば、ゲート電極から第２の有機層
への電荷担体の注入が妨げられ、この結果第２の有機層
が空乏化し、電荷担体を第１の有機層へ効率よく注入す
ることができる。
【００２６】本発明において、ソース及びドレイン電極
の材料は同一でも異なっていてもよい。ソース及びドレ
イン電極の材料としては、第２の有機層に対してショッ
トキー接合又はヘテロ接合を形成する材料を用いること
が好ましい。このような材料としては、ゲート電極と同
様に、金属、導電性酸化物、抵抗を低くする処方を施し
たＳｉなどの半導体、又は前述したπ電子共役系ポリマ
ー、σ電子共役系ポリマーもしくはこれらの誘導体を用
いることができる。これらソース及びドレイン電極に関
しても、第２の有機層に対して前述したような接合を形
成しにくい場合には、両者の間に絶縁層を形成してもよ
い。このような接合を形成しにくい場合に絶縁層を形成
すれば、ソース電極とドレイン電極とが第２の有機層を
介して短絡するのを防止できる。なお、ソース電極とド
レイン電極との間隔は任意に設定できる。本発明の有機
電界効果型素子を液晶表示素子に応用する場合、電界効
果型素子以外の素子構造は通常の液晶表示素子とほぼ同
様である。基板の材料は、絶縁体であればよいが、光を
透過又は入射させる側の基板材料は、その光の波長帯で
透明である必要がある。
【００２７】画素電極、アドレス配線、データ配線、対
向電極としては、金属、導電性酸化物、抵抗を低くする
処方を施したＳｉなどの半導体、又は前述したπ電子共
役系ポリマー、σ電子共役系ポリマーもしくはこれらの
誘導体が用いられる。ただし、液晶と接触する部分に用
いられる材料は、液晶に不溶である必要がある。また、
光を透過又は入射させる側の材料は、その光の波長帯で
透明である必要がある。液晶としては、ゲストホスト型
液晶、ＴＮ型液晶、スメクチックＣ相液晶などが用いら
れる。
【００２８】
【作用】以下、本発明の有機電界効果型素子の動作原理
を説明する。
【００２９】ゲート電極に電圧を印加しない場合には、
第２の有機層と、ソース−ドレイン間のチャネル領域を
構成する第１の有機層との間で、層界面の電界による少
数のキャリアの注入しか起こらない。このとき、たとえ
ば第２の有機層が第１の有機層よりもキャリア濃度の高
い有機電界効果型素子の場合、チャネル領域の抵抗値が
大きく、チャネル領域を流れる電流は非常に小さい。
【００３０】ゲート電極に、第２の有機層中のキャリア
をゲート電極から遠ざけるような電圧を印加した場合、
第２の有機層から第１の有機層へ多数のキャリアが注入
される。このため、チャネル領域の抵抗値が大幅に低下
し、チャネル領域を流れる電流を大きくできる。
【００３１】ゲート電極に、第２の有機層中のキャリア
をゲート電極に引き寄せるような電圧を印加した場合に
は、第１の有機層から第２の有機層へ多数のキャリアが
注入される。この場合、チャネル領域の抵抗値は、ゲー
ト電極に電圧を印加しない場合よりも大きくなり、チャ
ネル領域を流れる電流を小さくできる。このような動作
原理は、第２の有機層を電荷発生層と電荷輸送層との積
層構造とし、第２の有機層に光を照射してキャリアを発
生させた場合でも同様である。
【００３２】また、π電子共役系高分子、σ電子共役系
高分子又はこれらの誘導体中では、キャリアがポーラロ
ン又はその２量体であるバイポーラロンと呼ばれる状態
で存在する。ポーラロンのエネルギーバンドには離れた
２つのバンドがあり、キャリアが少ない場合はフェルミ
レベルはこれらの２つのバンドのほぼ中央に位置し、絶
縁体である。このようなエネルギーバンドでキャリアが
多くなると負電荷の場合には高い（真空レベルに近い）
バンドの中に、正電荷の場合には低いバンドの中にそれ
ぞれ移動し、絶縁体又は半導体状態から金属状態にな
り、抵抗が著しく低下する（例えば、A.J.Heeger et a
l.,Reviews of Modern Physics,Vol.60,pp.781-850(198
8); Avadh Saxena et al.,Physical Review B,Vol.35,p
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al Magazine B,Vol.61,pp.25-57(1990); ベッツら，Sol
id State Communications,Vol.74,pp.461-464(199
0)）。したがって、第１の有機層にこれらの共役系高分
子を用いると、第２の有機層から注入されるキャリアが
十分多数であるなら、第１の有機層は金属状態になる。
そして、図６（ａ）（キャリアが負電荷の場合）又は
（ｂ）（キャリアが正電荷の場合）に示すように、金属
状態に転移したときのフェルミレベルの変化により、第
１の有機層のバンドが曲げられ、キャリアが第２の有機
層との界面に閉じ込められる。この界面では、キャリア
が２次元的に広がった金属状態層が発生し、チャネル領
域を流れる電流は飛躍的に大きくなる。以上のように、
本発明の有機電界効果型素子では、オン電流を大きく
し、オン・オフ比を大きくすることができる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例１
【００３４】図１は本実施例における有機電界効果型素
子を示す断面図である。ガラス基板１１上にはゲート電
極１２が形成され、このゲート電極１２の全面を覆うよ
うに第２の有機層１３が形成されている。第２の有機層
１３上にはソース電極１４及びドレイン電極１５が互い
に分離して形成され、これらソース電極１４とドレイン
電極１５との間のチャネル領域を構成するように、第１
の有機層１６が形成されている。
【００３５】この有機電界効果型素子は、以下のように
して製造された。なお、第２の有機層として用いられる
ポリパラフェニレン、及び第１の有機層を形成するため
に用いられるポリパラフェニレンビニレンの先駆体ポリ
マーを予め合成しておいた。ポリパラフェニレンは、Ta
kakazu Yamamoto et al.,Chemistry Letters,pp.1211-1
214(1990) に記載された方法により、パラジブロモベン
ゼンをＭｇ及びＮｉ錯体触媒の存在下で縮合させて合成
した。ポリパラフェニレンビニレンの先駆体ポリマー
は、パラキシリレンジハライドにジアルキルスルフィド
を作用させて得られたスルホニウム塩を塩基触媒を用い
て重合させて合成した。この先駆体ポリマーは、D.D.C.
Bradley,Journal of Physics D:Applied Physics,Vol.2
0,pp.1389-1410(1987)に記載された、熱により重合させ
る方法により、ポリパラフェニレンビニレンに変換され
る。
【００３６】ガラス基板１１上に、真空蒸着によりゲー
ト電極１２となるＡｌを形成し、更に前述したポリパラ
フェニレンをタンタリウムのボートに入れ、１０-4Ｐａ
で２４０℃に加熱することにより蒸着し、ゲート電極１
２上に膜厚２００ｎｍの第２の有機層１３を形成した。
第２の有機層１３上に金属製のマスクを固定し、Ｎｉを
真空蒸着することにより、ソース電極１４及びドレイン
電極１５を形成した。ソース電極１４とドレイン電極１
５との間隔は１００μｍとした。これらソース電極１４
及びドレイン電極１５をマスクとして、空気中において
ヨウ素蒸気にさらすことにより、第２の有機層１３にド
ーパントとしてＩ2 をドーピングした。この結果、第２
の有機層１３中のキャリア濃度は１×１０16／ｃｍ3 と
なった。次に、前述したポリパラフェニレンビニレンの
先駆体ポリマーの溶液を、スピナーによりソース電極１
４、ドレイン電極１５及び第２の有機層１３上にキャス
トした後、Ａｒ雰囲気中で乾燥し、１０-4Ｐａで３００
℃に加熱して重合させ、膜厚２μｍのポリパラフェニレ
ンビニレンからなる第１の有機層１６を形成した。
【００３７】この有機電界効果型素子について、ソース
電極に対するドレイン電極の電位Ｖｄとドレイン電極に
流れる電流Ｉｄとの関係を、ソース電極に対するゲート
電極の電位Ｖｇをパラメータとして図２に示す。図２か
ら、ＩｄはＶｇによって制御されていることがわかる。
そして、オン電流が大きく、かつオン電流とオフ電流と
の比が極めて大きい良好な有機電界効果型素子が得られ
ている。 実施例２
【００３８】図３は実施例１と同様の構成を有する有機
電界効果型素子を用いた液晶表示素子を示す断面図であ
る。ガラス基板１１上に形成されたゲート電極１２はア
ドレス配線２１と接続されている。ゲート電極１２上に
第２の有機層１３を介して形成されたソース電極１４及
びドレイン電極１５のうち、ソース電極１４はデータ配
線２２に、ドレイン電極１５はＩＴＯからなる画素電極
２３にそれぞれ接続されている。ソース電極１４及びド
レイン電極１５上には第１の有機層１６が形成され、更
に第１の有機層１６上には有機電界効果型素子の全体を
保護するようにポリイミドからなる絶縁層２４が蒸着に
より形成されている。対向するガラス基板２５上にはＩ
ＴＯからなる対向電極２６及び絶縁層２７が形成されて
いる。通常の方法によりガラス基板１１とガラス基板２
５とを対向させて液晶セルが形成され、両者の基板の間
には液晶２８が封入されている。なお、ポリイミドから
なる絶縁層２４、２７は、ラビング処理が施されてい
る。
【００３９】以下のように、この液晶表示素子の応答性
を調べた。データ配線（ソース電極）に０Ｖ、対向電極
に−６Ｖの電位を与えた状態で、アドレス配線に−３０
Ｖの電位を与え、次に０Ｖの電位を与えた。液晶は−３
０Ｖの電位に対応して遅れを生じることなく速やかに点
灯状態となり、この状態が保持された。一方、データ配
線（ソース電極）に−１２Ｖ、対向電極に−６Ｖの電位
を与えた状態で、アドレス配線に−３０Ｖの電位を与
え、次に０Ｖの電位を与えた。液晶は−３０Ｖの電位に
対応して遅れを生じることなく速やかに非点灯状態とな
り、この状態が保持された。
【００４０】本実施例では、キャリアが正電荷である。
この場合、ゲート電極（アドレス配線）の電位を、ソー
ス電極（データ配線）及びドレイン電極（画素電極）の
うち電位の高いほうに比べて負電位にすることにより、
ソース電極及びドレイン電極のうち電位の高いほう（本
来の意味でソース電極となる）から、ソース電極及びド
レイン電極のうち電位の低いほう（本来の意味でドレイ
ン電極となる）へキャリアが流れ、この電荷の作る電界
により点灯及び非点灯が制御される。
【００４１】一方、キャリアが負電荷の場合には、ゲー
ト電極（アドレス配線）の電位を、ソース電極（データ
配線）及びドレイン電極（画素電極）のうち電位の低い
ほうに比べて正電位にすることにより、ソース電極及び
ドレイン電極のうち電位の低いほう（本来の意味でソー
ス電極となる）から、ソース電極及びドレイン電極のう
ち電位の高いほう（本来の意味でドレイン電極となる）
へキャリアが流れ、この電荷の作る電界により点灯及び
非点灯が制御される。アドレス配線、データ配線及び対
向電極の電位は、これらの条件を満たしていれば、任意
に設定できる。 実施例３
【００４２】図４は本実施例における有機電界効果型素
子を示す断面図である。ガラス基板１１上にはゲート電
極１２が形成され、このゲート電極１２の全面を覆うよ
うに電荷発生層１７が形成され、更にその上に電荷輸送
層１８が形成されている。これら電荷発生層１７及び電
荷輸送層１８により第２の有機層１３が構成される。第
２の有機層１３上にはソース電極１４及びドレイン電極
１５が互いに分離して形成され、これらソース電極１４
とドレイン電極１５との間のチャネル領域を構成するよ
うに、第１の有機層１６が形成されている。
【００４３】この有機電界効果型素子は以下のようにし
て製造された。予め、電荷輸送層として用いられるポリ
シラン誘導体を合成しておいた。ポリシラン誘導体は、
J.Devzux et al.,European Polymer Journal,Vol.25,N
o.3,pp.263-266(1989) に記載されている方法に従って
合成した。すなわち、トルエン中にＮａを混入して還流
させ、この中にモノマーとしてフェニルメチルジクロロ
シランを導入して重合させた。反応終了後、Ｎａをエタ
ノールで処理し、固形物（置換基としてフェニル基とメ
チル基とを有するポリシラン）を回収し、脱イオン水で
洗浄した後、乾燥した。
【００４４】ガラス基板１１上に、Ａｌを透明になる程
度の膜厚に真空蒸着してゲート電極１２を形成した。Ｘ
型無金属フタロシアニンをフェノキシ樹脂の２重量％ト
リクロロエタン溶液中に分散させ（フタロシアニンと樹
脂との重量比１：１）、スピナーで塗布した後、乾燥
し、膜厚２００ｎｍの電荷発生層１７を形成した。前述
したポリシラン誘導体をトルエンに溶解した溶液をスピ
ナーで電荷発生層上に塗布した後、乾燥し、膜厚５μｍ
の電荷輸送層１８を形成した。これら電荷発生層１７及
び電荷輸送層１８からなる第２の有機層１３上に金属製
のマスクを固定し、電子ビーム蒸着法によりＡｕを蒸着
することにより、ソース電極１４及びドレイン電極１５
を形成した。ソース電極１４とドレイン電極１５との間
隔は５０μｍとした。
【００４５】次に、よく精製したアセトニトリル９９ｖ
ｏｌ％と純水１ｖｏｌ％との混合溶液に、電解質として
（Ｂｕ）4 Ｎ+ ＣｌＯ4 - （Ｂｕはブチル基）を濃度
０．１ｍｏｌ％となるように、またモノマーとしてピロ
ールを濃度０．０５ｍｏｌ％となるように加えた。作用
電極としてソース及びドレイン電極を、対向電極として
Ｐｔ板をそれぞれ用い、対向電極に対して作用電極が正
電位となるように３．５Ｖの電圧を印加し、電流密度
０．２ｍＡ／ｃｍ2 の一定電流で１０分間電解重合して
膜厚２００ｎｍのポリピロール膜を積層し、第１の有機
層１６を形成した。ただし、このままではポリピロール
膜中にＣｌＯ4 - イオンがドーピングされた金属状態と
なるため、対向電極に対して作用電極を−２Ｖの電位に
約１時間保持し、作用電極に流れる電流が０Ａとなるよ
うにした。次に、アンモニアの蒸気にさらして脱ドープ
を行った。更に、１０-4Ｐａの真空中、１５０℃で約３
時間放置した。
【００４６】この有機電界効果型素子は、光を照射する
と、第２の有機層を構成する電荷発生層中にキャリアが
発生し、このキャリアが第２の有機層を構成する電荷輸
送層に注入される。そして、キャリアが電荷輸送層を横
切って第１の有機層に注入されたときにはじめてチャネ
ル領域に電流が流れる。光が照射されてからチャネル領
域に電流が流れるまでの時間は、電荷輸送層の膜厚と移
動度によって決定される。電流の大きさは光の強度及び
電荷発生層のキャリアの発生効率に依存する。したがっ
て、これらを所望の値に設計できる。また、本実施例の
有機電界効果型素子は、例えば、パラレルに転送されて
きた光信号により、シリアルな電流信号を発生できると
いう特徴がある。
【００４７】図５に、ソース電極に対してドレイン電極
に−５Ｖを印加し、ゲート電極に−５０Ｖを印加した状
態で、ゲート電極側からパルス幅５μｓｅｃのＸｅフラ
ッシュランプの光を照射したときのドレイン電流の応答
を示す。図５から、この素子は、光照射時の電流（オン
電流）と非照射時の電流（オフ電流）との比が大きく、
優れた素子であることがわかる。また、この有機電界効
果型素子を液晶表示素子に利用すると、光照射により点
灯・非点灯を制御できる。
【００４８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、オ
ン電流が大きく、オン・オフ比が大きい有機電界効果型
素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における有機電界効果型素子
の断面図。
【図２】本発明の実施例１における有機電界効果型素子
について、ソース電極に対するドレイン電極の電位Ｖｄ
とドレイン電極に流れる電流Ｉｄとの関係を、ソース電
極に対するゲート電極の電位Ｖｇをパラメータとして示
す特性図。
【図３】本発明の実施例１における有機電界効果型素子
を用いた液晶表示素子の断面図。
【図４】本発明の実施例３における有機電界効果型素子
の断面図。
【図５】本発明の実施例３における有機電界効果型素子
について、ソース電極に対してドレイン電極に−５Ｖを
印加し、ゲート電極に−５０Ｖを印加した状態で、ゲー
ト電極側からパルス幅５μｓｅｃのＸｅフラッシュラン
プの光を照射したときのドレイン電流の応答を示す特性
図。
【図６】本発明に係る有機電界効果型素子について、
（ａ）キャリアが負電荷の場合、及び（ｂ）キャリアが
正電荷の場合に、金属状態への転移に伴うフェルミレベ
ルの変化による、第１の有機層−第２の有機層の界面で
の電荷の閉じ込めを説明するエネルギーバンド図。
【図７】従来の有機電界効果型素子の断面図。
【符号の説明】
１１、２５…ガラス基板、１２…ゲート電極、１３…第
２の有機層、１４…ソース電極、１５…ドレイン電極、
１６…第１の有機層、１７…電荷発生層、１８…電荷輸
送層、２１…アドレス配線、２２…データ配線、２３…
画素電極、２４、２７…絶縁層、２６…対向電極、２８
…液晶。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 義彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに分離して形成されたソース電極及
    びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間の
    チャネル領域を構成する第１の有機層と、チャネル領域
    に隣接して形成された、第１の有機層と電荷担体濃度の
    異なる第２の有機層と、第２の有機層を介してチャネル
    領域に対向して形成されたゲート電極とを具備し、ゲー
    ト電極からの電圧印加に応じて第２の有機層と第１の有
    機層との間で電荷担体を移動させることによりチャネル
    領域の電気伝導度を変化させることを特徴とする有機電
    界効果型素子。
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