JPH0821718B2 - 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
電界効果型トランジスタおよびその製造方法Info
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- JPH0821718B2 JPH0821718B2 JP4203670A JP20367092A JPH0821718B2 JP H0821718 B2 JPH0821718 B2 JP H0821718B2 JP 4203670 A JP4203670 A JP 4203670A JP 20367092 A JP20367092 A JP 20367092A JP H0821718 B2 JPH0821718 B2 JP H0821718B2
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Classifications
-
- 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
-
- 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]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は有機高分子半導体を半導
体層とする電界効果型トランジスタに関し、特に分子量
を制御した有機高分子半導体を用いた、高いキャリヤ移
動度を有する高性能電界効果型トランジスタに関するも
のである。
体層とする電界効果型トランジスタに関し、特に分子量
を制御した有機高分子半導体を用いた、高いキャリヤ移
動度を有する高性能電界効果型トランジスタに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】電界効果型トランジスタは、シリコンや
ゲルマニウム等の無機半導体を用いていたため、製造装
置の制約から大面積化は困難であった。
ゲルマニウム等の無機半導体を用いていたため、製造装
置の制約から大面積化は困難であった。
【０００３】このため、可とう性、成形性に優れた有機
高分子半導体を半導体層として用いた電界効果型トラン
ジスタが提案されている。特開昭６４−３６０７６号公
報にはポリ（アセチレン）、ポリ（チェニレンビニレ
ン）、ポリ（フラニレンビニレン）およびそれらの置換
誘導体から選択される電界効果型トランジスタが、ま
た、特開平１−２５９５６３号公報には半導体層が第１
のπ共役系高分子からなり、ソース電極が第２のπ共役
系高分子から、ドレイン電極が第３のπ共役系高分子か
ら、ゲート電極が第４のπ共役系高分子からなる電界効
果型トランジスタが開示されている。
高分子半導体を半導体層として用いた電界効果型トラン
ジスタが提案されている。特開昭６４−３６０７６号公
報にはポリ（アセチレン）、ポリ（チェニレンビニレ
ン）、ポリ（フラニレンビニレン）およびそれらの置換
誘導体から選択される電界効果型トランジスタが、ま
た、特開平１−２５９５６３号公報には半導体層が第１
のπ共役系高分子からなり、ソース電極が第２のπ共役
系高分子から、ドレイン電極が第３のπ共役系高分子か
ら、ゲート電極が第４のπ共役系高分子からなる電界効
果型トランジスタが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この有機高分子半導体
を用いた電界効果型トランジスタは移動度が小さいとい
う問題点がある。
を用いた電界効果型トランジスタは移動度が小さいとい
う問題点がある。
【０００５】本発明の目的は、この従来の欠点を解決し
て高い移動度を有する電界効果型トランジスタを開発す
ることを目的とする。
て高い移動度を有する電界効果型トランジスタを開発す
ることを目的とする。
【０００６】我々は、高分子量の有機高分子半導体を半
導体層に用いることにより高移動度を有する電界効果型
トランジスタを作成できることを見いだした。すなわち
本発明は、ソース電極とドレイン電極との間に凹凸部を
形成し、かつ、この凹部の底面にゲート電極を配設して
なり、半導体層が有機高分子半導体からなる電界効果型
トランジスタにおいて、有機高分子半導体の数平均分子
量が５０，０００以上９０，０００以下に制御したもの
であることを特徴とする電界効果型トランジスタ及びそ
の製造方法である。
導体層に用いることにより高移動度を有する電界効果型
トランジスタを作成できることを見いだした。すなわち
本発明は、ソース電極とドレイン電極との間に凹凸部を
形成し、かつ、この凹部の底面にゲート電極を配設して
なり、半導体層が有機高分子半導体からなる電界効果型
トランジスタにおいて、有機高分子半導体の数平均分子
量が５０，０００以上９０，０００以下に制御したもの
であることを特徴とする電界効果型トランジスタ及びそ
の製造方法である。
【０００７】本発明の電界効果型トランジスタはソース
電極とドレイン電極間に凹部を形成し、この凹部の底面
にゲート電極を配設し、この表面に有機高分子半導体層
を形成した構造を有している。本発明では、各電極の種
類、形状等は特に限定されない。本発明の電界効果型ト
ランジスタの半導体層に用いられる高分子有機半導体の
種類は特に限定されないが、分子量制御の容易さから溶
媒に可溶な物が好ましく、中でも、次式（１）
電極とドレイン電極間に凹部を形成し、この凹部の底面
にゲート電極を配設し、この表面に有機高分子半導体層
を形成した構造を有している。本発明では、各電極の種
類、形状等は特に限定されない。本発明の電界効果型ト
ランジスタの半導体層に用いられる高分子有機半導体の
種類は特に限定されないが、分子量制御の容易さから溶
媒に可溶な物が好ましく、中でも、次式（１）
【０００８】
【０００９】［式（１）中、Ｒ1 及びＲ2 は水素、アル
キル基、アルコキシル基またはアリール基（Ｒ1 、Ｒ2
が環状構造をなしてもよい）、Ｘは−Ｏ−、−Ｓ−、ま
たはＮＲ3 （Ｒ3 は水素、アルキル基、アリール基また
はアルキルアリール基）を示す］で表わされるモノマー
の繰り返し単位を少なくとも１種類以上含む重合体が特
に好ましい。
キル基、アルコキシル基またはアリール基（Ｒ1 、Ｒ2
が環状構造をなしてもよい）、Ｘは−Ｏ−、−Ｓ−、ま
たはＮＲ3 （Ｒ3 は水素、アルキル基、アリール基また
はアルキルアリール基）を示す］で表わされるモノマー
の繰り返し単位を少なくとも１種類以上含む重合体が特
に好ましい。
【００１０】本発明に用いられる高分子有機半導体の合
成法は特に限定されず、従来の既知の、化学酸化重合、
電気化学重合法等で合成される。本発明では、このよう
に得られた高分子有機半導体をそのまま、あるいは必要
に応じて分子量を合わせた上で電界効果型トランジスタ
の半導体層として使用する。
成法は特に限定されず、従来の既知の、化学酸化重合、
電気化学重合法等で合成される。本発明では、このよう
に得られた高分子有機半導体をそのまま、あるいは必要
に応じて分子量を合わせた上で電界効果型トランジスタ
の半導体層として使用する。
【００１１】本発明の高分子量有機高分子半導体の分子
量制御の方法としては限外ろ過、再沈等が挙げられる
が、この限りではない。
量制御の方法としては限外ろ過、再沈等が挙げられる
が、この限りではない。
【００１２】また、本発明の数平均分子量５０，０００
以上９０，０００以下に制御した高分子有機半導体はゲ
ルパーミエイションクロマトフラフィ（以下ＧＰＣ）で
測定した数平均分子量がポリスチレン換算で５０，００
０以上９０，０００以下であることを意味しており、５
％までの微量の数平均分子量５０，０００以下の成分を
含んでも実質的な効果は変わらない。
以上９０，０００以下に制御した高分子有機半導体はゲ
ルパーミエイションクロマトフラフィ（以下ＧＰＣ）で
測定した数平均分子量がポリスチレン換算で５０，００
０以上９０，０００以下であることを意味しており、５
％までの微量の数平均分子量５０，０００以下の成分を
含んでも実質的な効果は変わらない。
【００１３】本発明では高分子有機半導体の数平均分子
量を５０，０００以上９０，０００以下に制御したた
め、電界効果型トランジスタの半導体層に用いると高移
動度の電界効果型トランジスタとなる。本発明者らは種
々の有機高分子半導体について、その分子量とキャリヤ
移動度との関係を検討した。その結果、有機高分子半導
体の移動度は数平均分子量４０，０００付近から急激に
上昇し、数平均分子量５０，０００で飽和することを見
いだし、本発明を完成した。移動度が数平均分子量５
０，０００まで増加し飽和する理由は明らかではない
が、電荷の極在半径と分子量の関係を反映したものであ
る可能性がある。すなわち、分子量の異なる有機高分子
半導体の導電率の温度依存性から計算した極在化した電
荷の波動関数の大きさは分子量５０，０００まで分子量
とともに増加し４００〜５００オングストロームとなっ
て飽和することから、これ以上の分子量では極在化した
は同感数の大きさは分子量によらず一定となり、移動度
も飽和すると考えられる。
量を５０，０００以上９０，０００以下に制御したた
め、電界効果型トランジスタの半導体層に用いると高移
動度の電界効果型トランジスタとなる。本発明者らは種
々の有機高分子半導体について、その分子量とキャリヤ
移動度との関係を検討した。その結果、有機高分子半導
体の移動度は数平均分子量４０，０００付近から急激に
上昇し、数平均分子量５０，０００で飽和することを見
いだし、本発明を完成した。移動度が数平均分子量５
０，０００まで増加し飽和する理由は明らかではない
が、電荷の極在半径と分子量の関係を反映したものであ
る可能性がある。すなわち、分子量の異なる有機高分子
半導体の導電率の温度依存性から計算した極在化した電
荷の波動関数の大きさは分子量５０，０００まで分子量
とともに増加し４００〜５００オングストロームとなっ
て飽和することから、これ以上の分子量では極在化した
は同感数の大きさは分子量によらず一定となり、移動度
も飽和すると考えられる。
【００１４】本発明の半導体層形成方法としては特に限
定されないが、ソース、ドレイン電極を形成した基板表
面上に数平均分子量５０，０００以上の高分子有機半導
体の溶液を用い、スピンコート法によって半導体層を形
成させる方法が好ましい。この場合、高分子有機半導体
の濃度は特に限定されない。なお、溶液の十分な濃度を
確保するためには、数平均分子量は９０，０００程度以
下であることが好ましい。また、本発明では半導体層形
成後に、必要に応じてドライエッチング等の従来公知の
方法でパターン形成することもできる。
定されないが、ソース、ドレイン電極を形成した基板表
面上に数平均分子量５０，０００以上の高分子有機半導
体の溶液を用い、スピンコート法によって半導体層を形
成させる方法が好ましい。この場合、高分子有機半導体
の濃度は特に限定されない。なお、溶液の十分な濃度を
確保するためには、数平均分子量は９０，０００程度以
下であることが好ましい。また、本発明では半導体層形
成後に、必要に応じてドライエッチング等の従来公知の
方法でパターン形成することもできる。
【００１５】本発明の製造方法において可溶性有機高分
子半導体溶液の溶媒は特に限定されないが、高分子有機
半導体の種類に応じてそれらを溶解あるいは分散できる
ものが適宜用いられ、例えば、クロロホルム、ジクロロ
メタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテ
ル系溶媒、ヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素
系溶媒等が挙げられる。
子半導体溶液の溶媒は特に限定されないが、高分子有機
半導体の種類に応じてそれらを溶解あるいは分散できる
ものが適宜用いられ、例えば、クロロホルム、ジクロロ
メタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテ
ル系溶媒、ヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素
系溶媒等が挙げられる。
【００１６】
【実施例】以下、実施例に従って説明するが、本発明
は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定され
るものではない。
は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定され
るものではない。
【００１７】実施例１ ガラス基板（厚さ１．０ｍｍ，２５×４０ｍｍ）上に金
属電極を真空蒸着法によって形成し、ゲート電極とし
た。ゲート電極上に絶縁膜として酸化シリコン膜を形成
し、その上にソース、ドレイン電極（金電極、３０ｍ
ｍ）を形成した。数平均分子量（以下Ｍｎ）６０，００
０のポリ（３−オクキルチオフェン）［Ｐ３０Ｔ−１］
のクロロホルム溶液を用いてスピンコート法により半導
体層を形成した。この電界効果型トランジスタの概略断
面を図１に示す。またキャリア移動度は２．２×１０
- 5 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。
属電極を真空蒸着法によって形成し、ゲート電極とし
た。ゲート電極上に絶縁膜として酸化シリコン膜を形成
し、その上にソース、ドレイン電極（金電極、３０ｍ
ｍ）を形成した。数平均分子量（以下Ｍｎ）６０，００
０のポリ（３−オクキルチオフェン）［Ｐ３０Ｔ−１］
のクロロホルム溶液を用いてスピンコート法により半導
体層を形成した。この電界効果型トランジスタの概略断
面を図１に示す。またキャリア移動度は２．２×１０
- 5 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。
【００１８】実施例２ 実施例１のＰ３０Ｔ−１に代えて分子量９０，０００の
Ｐ３０Ｔ−２を使用する以外は実施例１の方法と同様の
操作を行い、電界効果型トランジスタを作製した。キャ
リヤ移動度は８．５×１０- 5 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃとな
った。
Ｐ３０Ｔ−２を使用する以外は実施例１の方法と同様の
操作を行い、電界効果型トランジスタを作製した。キャ
リヤ移動度は８．５×１０- 5 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃとな
った。
【００１９】比較例１ 実施例１のＰ３０Ｔ−１に代えて分子量３０，０００の
Ｐ３０Ｔ−３を使用する以外は実施例１の方法と同様の
操作を行い、電界効果型トランジスタを作製した。キャ
リヤ移動度は２．０×１０- 6 ｃｍ2 Ｖ・ｓｅｃとなっ
た。
Ｐ３０Ｔ−３を使用する以外は実施例１の方法と同様の
操作を行い、電界効果型トランジスタを作製した。キャ
リヤ移動度は２．０×１０- 6 ｃｍ2 Ｖ・ｓｅｃとなっ
た。
【００２０】実施例及び比較例の結果から、数平均分子
量５０，０００以上９０，０００以下で高キャリヤ移動
度が得られることが実証された。
量５０，０００以上９０，０００以下で高キャリヤ移動
度が得られることが実証された。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば数平均分子量５０，００
０以上９０，０００以下に制御した高分子有機半導体を
電界効果型トランジスタの半導体層とすることにより、
高キャリヤ移動度を有する電界効果型トランジスタの製
造が可能となる。
０以上９０，０００以下に制御した高分子有機半導体を
電界効果型トランジスタの半導体層とすることにより、
高キャリヤ移動度を有する電界効果型トランジスタの製
造が可能となる。
【図１】本発明における電界効果型トランジスタの概略
断面図である。
断面図である。
１ ガラス基板 ２ ゲート電極 ３ 絶縁膜 ４ ソース電極 ５ ドレイン電極 ６ 高分子有機半導体層
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正春 東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式 会社内 (56)参考文献 特開 平２−43216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76378（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】半導体層が有機高分子半導体からなる電界
効果型トランジスタにおいて、有機高分子半導体の数平
均分子量が５０，０００以上９０，０００以下に制御し
たものであることを特徴とする電界効果型トランジス
タ。 - 【請求項２】 前記有機高分子半導体が下記式（１） ［式（１）中、Ｒ1 及びＲ2 は水素、アルキル基、アル
コキシル基またはアリール基（Ｒ1 、Ｒ2 が環状構造を
なしてもよい）、Ｘは−Ｏ−、−Ｓ−、またはＮＲ3 ）
Ｒ3 は水素、アルキル基、アリール基またはアルキルア
リール基）を示す］で表わされるモノマーの繰り返し単
位を少なくとも１種類以上含む重合体であることを特徴
とする請求項１記載の電界効果型トランジスタ。 - 【請求項３】数平均分子量５０，０００以上９０，００
０以下の可溶性有機高分子半導体溶液を塗布し、半導体
層を形成させることを特徴とする電界効果型トランジス
タの製造方法。 - 【請求項４】 前記可溶性有機高分子半導体が式（１） ［式（１）中、Ｒ1 及びＲ2 は水素、アルキル基、アル
コキシル基またはアリール基（Ｒ1 、Ｒ2 が環状構造を
なしてもよい）、Ｘは−Ｏ−、−Ｓ−、またはＮＲ
3 （Ｒ3 は水素、アルキル基、アリール基またはアルキ
ルアリール基）を示す］で表わされるモノマーの繰り返
し単位を少なくとも１種類以上含む重合体であることを
特徴とする請求項３記載の電界効果型トランジスタの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4203670A JPH0821718B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4203670A JPH0821718B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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