JPWO2019078267A1 - 有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
フィールドシールドピクセル型ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいて、十分な静電容量を確保しつつ、半導体特性を維持しながら安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置を提供する。有機薄膜トランジスタは、基板と、基板上のゲート電極と、基板およびゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、第一の絶縁層上のソース電極、ドレイン電極、および有機半導体材料を含む半導体層と、少なくとも半導体層ソース電極、およびドレイン電極の一部を覆う第二の絶縁層と、第二の絶縁層上に、平面視において少なくとも半導体層に重なる第一のキャパシタ電極と、第二の絶縁層および第一のキャパシタ電極を覆う、ドレイン電極と電気的に接続された第三の絶縁層と、第三の絶縁層上に形成された上部画素電極とを含む。
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置に関するものである。
薄膜トランジスタは液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、電子ペーパー表示装置などの、アクティブマトリクス方式の表示装置やセンサーなどに広く使用されている。
薄膜トランジスタに用いられる半導体材料としては、非晶質シリコンや多結晶シリコンあるいは酸化物半導体などを用いたものが主流となっており、これらの半導体材料を用いた薄膜トランジスタは、真空成膜法を用いて成膜した後にフォトリソグラフィ法などによりパターニングを行い製造されることが一般的である。
近年、半導体材料として有機材料を用いた有機薄膜トランジスタが注目を集めている。有機薄膜トランジスタにおいては、半導体材料、導電性材料および絶縁性材料などの溶液を塗布・印刷技術などのウェット成膜法を用いることにより、低温でのプラスチック基板上へのデバイス形成、および低コストでのデバイス製造の可能性がある。また、印刷法を用いることで成膜とパターニングの工程とを同時に行うことが可能となり、従来のフォトリソグラフィプロセスを用いる真空成膜プロセスと比較して、材料利用効率を高くできる。さらに、現像、エッチング工程を必要としないことから、環境負荷が少ないという点でも期待されている（非特許文献１）。
Ｔ． Ｍｉｎａｒｉ， Ｍ． Ｋａｎｏ， Ｔ． Ｍｉｙａｄｅｒａ， Ｓ． Ｄ． Ｗａｎｇ， Ｙ． Ａｏｙａｇｉ， ａｎｄ Ｋ． Ｔｓｕｋａｇｏｓｈｉ， "Ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ"， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ９４， ０９３３０７ （２００９）
薄膜トランジスタの素子構造としては、一般的に、半導体層上に絶縁層を介してゲート電極を形成するトップゲート構造とゲート電極上に絶縁層を形成し、その上に半導体層を形成する構成のボトムゲート構造の２つが知られている。薄膜トランジスタの作製という点では、半導体層が薄膜トランジスタ作製工程の初期に形成されるトップゲート構造よりも、ゲート電極、絶縁層、ソース電極、ドレイン電極の形成された後に半導体層を形成するボトムゲート構造の方が、薄膜トランジスタ作製工程における半導体層への熱負荷などのダメージが小さく好ましい。またボトムゲート構造の方が、素子構成が簡易である。このような点から、印刷法による薄膜トランジスタの作製には、ボトムゲート構造を採用することが好ましい。
また、印刷法によって形成される薄膜トランジスタにおいては、従来のフォトリソグラフィプロセスと比較してアライメント精度やパターニング精度の面で劣るため、歩留まりを考慮して、薄膜トランジスタの各層の寸法に余裕を持たせて設計することが好ましい。
しかしながら、薄膜トランジスタの各層の寸法に余裕を持たせて設計すると、薄膜トランジスタの面積が大きくなる。このような薄膜トランジスタをアクティブマトリクス方式の画像表示装置の駆動に用いた場合、補助容量として機能するキャパシタ電極に使用可能な領域が制限されるため、十分な静電容量を得ることが困難となる。その結果、画像表示装置の電圧保持率が低下し、画像表示装置の表示要素の書き換えが困難となるため、表示品位の低下または書き換え回数の増加にともなう書き換え時間の増加および消費電力の増大などの問題が生じる。
また、有機薄膜トランジスタにおいては、その半導体層が酸化物半導体などと比較して半導体層の特性（移動度）が小さいことから、より高い素子特性（半導体特性）を得るためには、大きなサイズのチャネル領域が必要となる。さらに前述したように印刷寸法精度に余裕を持たせて有機薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置とする場合は、その開口率を大きく保つために、フィールドシールドピクセル構造と呼ばれる、上部画素電極を有する薄膜トランジスタ構造が好適に用いられる。
しかしながら、フィールドシールドピクセル構造を採用した場合、ドレイン電極に接続されている上部画素電極に印加される電圧が、半導体層のチャネル領域におけるバックチャネル部に影響し、有機薄膜トランジスタの素子特性に変化が生じてしまう。特に、大きな駆動電圧で動作させる素子として利用する場合は、その影響は顕著となり、有機薄膜トランジスタの順方向特性と逆方向特性とに変化を生じさせることとなる。
本発明は、以上の点を鑑みなされたものであり、フィールドシールドピクセル型ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいて、十分な静電容量を確保しつつ、半導体特性を維持しながら安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一局面は、絶縁性の基板と、基板上に形成されたゲート電極と、基板およびゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、第一の絶縁層上に形成されたソース電極、ドレイン電極、および有機半導体材料を含む半導体層と、少なくとも半導体層、ソース電極、およびドレイン電極の一部を覆うように形成され第二の絶縁層と、第二の絶縁層上に、平面視において少なくとも半導体層に重なるように形成された第一のキャパシタ電極と、第二の絶縁層および第一のキャパシタ電極を覆うように形成された第三の絶縁層と、第三の絶縁層上に形成された、ドレイン電極と電気的に接続された上部画素電極とを含む有機薄膜トランジスタである。
また、絶縁性の基板上に、ゲート電極と同層に第二のキャパシタ電極をさらに有してもよい。
また、第二の絶縁層の膜厚が第一の絶縁層および第三の絶縁層の膜厚よりも厚くてもよい。
また、第三の絶縁層の膜厚が第一の絶縁層および第二の絶縁層の膜厚よりも薄くてもよい。
また、第三の絶縁層の比誘電率が第二の絶縁層の比誘電率よりも大きくてもよい。
また、第一のキャパシタ電極と、上部画素電極とが平面視において重なった領域の面積が上部画素電極の面積の８０％以上であってもよい。
また、第一のキャパシタ電極と、基板とが平面視において重なる面積が基板の面積の８５％以上であってもよい。
第一のキャパシタ電極は、第二の絶縁層と第三の絶縁層とを連通するビアホールを備え、平面視においてビアホール以外の領域において第二の絶縁層の上面全体を覆っていてもよい。
また、本発明の他の局面は、絶縁性の基板上にゲート電極を設ける工程と、ゲート電極上に第一の絶縁層を設ける工程と、第一の絶縁層上にソース電極およびドレイン電極を離間して設ける工程と、ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体材料を含む半導体層を設ける工程と、少なくとも半導体層、ソース電極、およびドレイン電極の一部の上に第二の絶縁層を設ける工程と、第二の絶縁層上に、平面視において少なくとも半導体層に重なるように第一のキャパシタ電極を設ける工程と、第二の絶縁層および第一のキャパシタ電極上に第三の絶縁層を設ける工程と、第三の絶縁層上に、ドレイン電極と電気的に接続された上部画素電極を設ける工程とを含む、有機薄膜トランジスタの製造方法である。
また、本発明の他の局面は、上述の有機薄膜トランジスタを配列したアクティブマトリクスアレイであって、当該アクティブマトリクスアレイにおける有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極が周囲の隣接した４つ以上の有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極と接続されている、アクティブマトリクスアレイである。
また、本発明の他の局面は、上述の有機薄膜トランジスタを配列したアクティブマトリクスアレイであって、当該アクティブマトリクスアレイにおける有機薄膜トランジスタにおいて、隣接するすべての有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極同士が接続されている、アクティブマトリクスアレイである。
また、本発明の他の局面は、上述のアクティブマトリクスアレイを用いた画像表示装置である。
本発明によれば、フィールドシールドピクセル型ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいて、十分な静電容量を確保しつつ、半導体特性を維持しながら安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお各実施の形態において、同一または対応する構成要素については、同一の符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ１００を示す概略断面図であり、図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ１０１を示す概略断面図であり、図３は本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ１０２を示す概略断面図である。
有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２は、絶縁性の基板１の上に形成されたゲート電極２と、第一の絶縁層３と、ソース電極４、ドレイン電極５、および有機半導体材料を含む半導体層６と、第二の絶縁層７と、第一のキャパシタ電極８と、第三の絶縁層９と、上部画素電極１０とを少なくとも備えている。
また、有機薄膜トランジスタ１０２は有機薄膜トランジスタ１００の構成に加え、第二のキャパシタ電極１１をさらに備えている。
図１〜図３に示すように、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２は、基板１上にゲート電極２が形成されており、基板１およびゲート電極２上に第一の絶縁層３が形成されており、第一の絶縁層３上にソース電極４、ドレイン電極５、および半導体層６が形成されており、ソース電極４、ドレイン電極５の少なくとも一部、および半導体層６上に第二の絶縁層７が形成されており、第二の絶縁層上７に第一のキャパシタ電極８が形成されており、第一のキャパシタ電極８上の少なくとも一部に第三の絶縁層９が形成されており、第三の絶縁層９上にドレイン電極５と電気的に接続されている上部画素電極１０が形成されている。第一のキャパシタ電極８は、平面視において上部画素電極１０の少なくとも一部と重なっている。このように、第一のキャパシタ電極８を形成する位置を他の電極が設けられていない第二の絶縁層７上とすることで、第一のキャパシタ電極８を広い面積で形成できる。このため、第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０との間で大きな静電容量を生じさせることが可能になる。また、第一のキャパシタ電極８は平面視において少なくとも前記半導体層６に重なるように形成されている。これにより、上部画素電極１０に印加される電圧の、半導体層６のバックチャネル部への影響を遮断できるため、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を大きな駆動電圧で動作させた場合の順方向特性と逆方向特性との変化を抑制することができる。
図１に示すように、有機薄膜トランジスタ１００では、ドレイン電極５と上部画素電極１０とは、第二の絶縁層７および第三の絶縁層９に形成されたビアホールを介して接続されている。また、図２、図３に示すように、有機薄膜トランジスタ１０１、１０２では、ドレイン電極５と上部画素電極１０とは、第二の絶縁層７、第一のキャパシタ電極８、および第三の絶縁層９に形成されたビアホールを介して接続されている。そして、図２、図３に示すように、有機薄膜トランジスタ１０１、１０２では、第一のキャパシタ電極８は、平面視においてビアホール以外の領域において第二の絶縁層７の上面全体を覆うように形成されている。これにより、第一のキャパシタ電極８をより広い面積で形成できるため、第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０との間に生じる静電容量をより大きくすることができる。
図３に示すように、有機薄膜トランジスタ１０２は、基板１上に第二のキャパシタ電極１１がさらに形成され、第二のキャパシタ電極１１は、第一の絶縁層３を挟んで平面視において、ドレイン電極５の少なくとも一部と重なっている。
図６は、本発明の第１の実施の形態に係るアクティブマトリクスアレイ１１０の概略平面図である。なお、図６では、第一のキャパシタ電極８の形状を明確にするため、第三の絶縁層９および上部画素電極１０の記載は省略する。アクティブマトリクスアレイ１１０は、有機薄膜トランジスタ１００をマトリクス状に配列して形成される。図６に示すように、アクティブマトリクスアレイ１１０において、各有機薄膜トランジスタ１００の第一のキャパシタ電極８は隣接する４つの有機薄膜トランジスタ１００の第一のキャパシタ電極８と配線を介して電気的に接続されて形成されている。
図７は、本発明の第２の実施の形態および第３の実施の形態に係るアクティブマトリクスアレイ１１１、１１２の概略平面図である。なお、図７でも、第一のキャパシタ電極８の形状を明確にするため、第三の絶縁層９および上部画素電極１０の記載は省略する。アクティブマトリクスアレイ１１１、１１２は、それぞれ有機薄膜トランジスタ１０１、有機薄膜トランジスタ１０２をマトリクス状に配列して形成される。上述のように、有機薄膜トランジスタ１０１、１０２では、第一のキャパシタ電極８は、平面視においてビアホール以外の領域において第二の絶縁層７を覆うように形成されている。このため、図７に示すように、アクティブマトリクスアレイ１１１、１１２において、各有機薄膜トランジスタ１０１、１０２の第一のキャパシタ電極８は隣接する全ての有機薄膜トランジスタ１００、１０１の第一のキャパシタ電極８と接することにより電気的に接続されて形成されている。
有機薄膜トランジスタ１００、１０１と有機薄膜トランジスタ１０２との相違点は、第二のキャパシタ電極１１の有無である。図３に示すように、有機薄膜トランジスタ１０２に第二のキャパシタ電極１１を形成することにより、ドレイン電極５と第二のキャパシタ電極１１との間に静電容量が生じるため、有機薄膜トランジスタの画素電極の静電容量をさらに大きくすることが可能となる。
また、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２、またはこれを用いたアクティブマトリクスアレイ１１０、１１１、１１２に、図示しない表示要素と、図示しない対向電極と、図示しない第二の基板とを設けることにより、画像表示装置とすることができる。対向電極および第二の基板は使用する表示要素の種類により、その構造は適宜変更することができる。
以下、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の各構成要素について、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の製造工程に沿って説明する。
初めに、基板１を準備する。基板１の材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス、石英ガラスなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で使用してもよいが、２種以上を積層した複合の基板１として使用することもできる。
基板１が有機物フィルムである場合は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層（図示せず）を形成することもできる。ガスバリア層の材料としては酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）およびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、これらのガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は有機物フィルムを用いた基板１の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。
また、基板１上に接して形成されるゲート電極２および第一の絶縁層３と基板１との密着性を向上させるために密着層を設けることもできるし、基板１の表面に表面処理などを施しても良い。
次に、基板１上に、ゲート電極２を形成する。ゲート電極２、ソース電極４、ドレイン電極５、第一のキャパシタ電極８、および第二のキャパシタ電極１１は、電極部分と配線部分とが明確に分かれている必要はなく、以下では特に各有機薄膜トランジスタ１００、１０１の構成要素として電極と呼称している。
ゲート電極２には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などの金属材料や、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単層で用いても構わないし、積層および合金として用いても構わない。
ゲート電極２の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
さらに、有機薄膜トランジスタ１０２では、上述のように、有機薄膜トランジスタのキャパシタ容量を大きくするために、第二のキャパシタ電極１１を基板１上に設ける。第二のキャパシタ電極１１は、ゲート電極２と同様の材料および方法によって形成することができるが、別の材料および方法などを用いて形成しても良い。
次に、第一の絶縁層３を形成する。第一の絶縁層３は、ゲート電極２、ソース電極４、およびドレイン電極５などの電極との間を電気的に絶縁するために、少なくともゲート電極２上に設けられるが、ゲート電極２の外部およびその他の電極との接続に使用される配線部やパッド部を除いて基板１全面に設けても良い。
第一の絶縁層３には、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）などの有機系絶縁材料などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または２層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
第一の絶縁層３は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が１０１１Ωｃｍ以上、より好ましくは１０１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。
次に、ソース電極４およびドレイン電極５を形成する。ソース電極４およびドレイン電極５は、離間して形成されており、ソース電極４とドレイン電極５とをそれぞれ別の工程および別の材料で形成しても良いが、第一の絶縁層３上に同層に形成される場合には、ソース電極４およびドレイン電極５を同時に形成することが好ましい。
ソース電極４およびドレイン電極５は、ゲート電極２と同様の導電性材料を用いることができる。また、それらは積層して用いてもよいし、合金などとして用いることもできる。
ソース電極４およびドレイン電極５の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、導電性材料の前駆体などを使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を使用する方法、それらをインク化して、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法などのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。パターニングは、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成部分をレジストなどにより保護し、エッチングによって不要部分を除去して行うこともできるし、印刷法などを用いて直接パターニングすることもできるが、これについてもこれらの方法に限定されず、公知一般のパターニング方法を用いることができる。
ソース電極４およびドレイン電極５については、半導体層６よりもソース電極４およびドレイン電極５を先に形成するボトムコンタクト構造としても良いし、半導体層６の形成後に、ソース電極４およびドレイン電極５を形成するトップコンタクト構造としても良い。
また、ボトムコンタクト構造を適用する場合においては、ソース電極４およびドレイン電極５は、半導体層６との電気的接続における接触抵抗を低下させるために、表面処理などを用いることができる。具体的には、ソース電極４およびドレイン電極５表面に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ−Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）のような分子膜を形成することにより、電極表面の仕事関数を変化させることが可能である。
次に、ソース電極４およびドレイン電極５を接続するように、ソース電極４とドレイン電極５との間に半導体層６が形成される。ソース電極４およびドレイン電極５を半導体層６で接続し、有機薄膜トランジスタとして機能する半導体層６の領域をチャンネル領域と呼称することが一般的であり、本発明においてもこのような名称を使用することがある。
半導体層６には、ペンタセンのような低分子有機半導体材料、およびそれらの誘導体や、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体のような高分子有機半導体材料、およびそれらの誘導体などを用いることがきるが、これらに限定されるものではない。
半導体層６は、有機半導体材料を溶解または分散させた溶液をインクとして用いる凸版印刷、スクリーン印刷、インクジェット、ノズルプリンティングなどのウェット成膜方法で形成することもできるし、有機半導体材料の粉末や結晶を真空状態で蒸着する方法などで形成することもできる。半導体層６の形成方法は、これらに限定されるものではなく、公知一般の方法を使用することも可能である。ウェット成膜（印刷）を行った場合、半導体層６を形成するために乾燥、焼成を行うことがある。本願では、乾燥を含めて焼成と言うことがある。
また、本発明の実施の形態には図示していないが、半導体層６上には、半導体層６を保護するための保護層を設けることもできる。
次に、少なくとも半導体層６のチャネル領域を覆うように第二の絶縁層７を形成する。第二の絶縁層７は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２における各電極の絶縁性の確保のため、チャネル領域以外にもソース電極４とその配線およびドレイン電極５などの電極上の外部や他の電極との接続部を除く、第一の絶縁層３全面に形成することもできるし、適宜形成する領域を調整することができる。
第二の絶縁層７には、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、フッ素樹脂などの有機系絶縁材料などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または２層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
第二の絶縁層７は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２におけるリーク電流を抑えるために、その抵抗率が１０１１Ωｃｍ以上、より好ましくは１０１４Ωｃｍ以上であることが望ましい。
第二の絶縁層７の膜厚は、第一の絶縁層３および第三の絶縁層９よりも厚い膜厚で形成されることが好ましい。第一のキャパシタ電極８は上部画素電極１０に印加される電圧の、半導体層６のバックチャネル部への影響を遮断する効果を有するものであり、本発明の有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２においては、第一の絶縁層３を介してゲート電極２に印加される電圧により半導体層６に流れる電流を制御するが、第二の絶縁層７の膜厚が第一の絶縁層３よりも薄い膜厚で形成された場合、半導体層６と第一のキャパシタ電極８の間に生じる静電容量が、ゲート電極２と半導体層６の間に生じる静電容量より大きくなる可能性があり、第一のキャパシタ電極８に印加される電圧によっては、それが半導体層６のバックチャネル部に作用し、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の素子特性が変化してしまう可能性がある。したがって、半導体層６の導電性をゲート電極２の電圧で確実に制御するためには、第二の絶縁層７の膜厚を第一の絶縁層３よりも厚い膜厚で形成することが好ましい。
第二の絶縁層７の比誘電率について、比誘電率の小さい材料を選択することにより、第一のキャパシタ電極８に印加される電圧が半導体層６のバックチャネル部に与える影響をより小さくすることが可能である。一般的に、絶縁材料の比誘電率が小さいほうが、その絶縁層に蓄えられる静電容量は小さくなるため、第一のキャパシタ電極８と半導体層６の間に生じる静電容量を小さくし、半導体層６への影響を低減するためには、第二の絶縁層７の比誘電率は、５以下、さらに好ましくは、４以下であることが好ましい。
また、本発明の有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を用いる画像表示装置においては、安定的な駆動を実現するのに十分な補助容量を有することが好ましく、本発明の薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の構造においては、第一のキャパシタ電極８とドレイン電極５および上部画素電極１０との間に生じる静電容量を補助容量として用いることとなる。しかしながら、前記の理由により第２の絶縁層７の膜厚は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の素子特性を安定させるという面から考慮すると、膜厚が厚い方が好ましく、その結果、第一のキャパシタ電極８とドレイン電極５の間に生じる静電容量は低下することとなる。したがって、十分な補助容量を確保するためには、第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０の間で生じる静電容量を大きくする必要があるため、第三の絶縁層９の膜厚を第二の絶縁層７の膜厚と比べてより薄くすることが好ましい。
第二の絶縁層７の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、金属錯体などを前駆体として使用するゾル−ゲル法やナノ粒子などを分散したインクをスリットコート、スピンコート、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェットなどのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
次に、第二の絶縁層７上の、平面視において少なくともチャネル領域と重なる領域に第一のキャパシタ電極８を形成する。第一のキャパシタ電極８は、先に示したゲート電極２、ソース電極４およびドレイン電極５と同様の材料および方法によって形成することができる。
第一のキャパシタ電極８は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の上部画素電極１０に印加される電圧が半導体６のチャネル領域に与える影響を遮断する目的で、平面視において少なくとも半導体層６に重なることにより、第一のキャパシタ電極８の少なくとも一部によって、チャネル領域が覆われるように形成される。
第一のキャパシタ電極８は、当該有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を配列してアクティブマトリクスアレイ１１０、１１１、１１２を形成する際には、ゲート電極２やソース電極４と同様に配線などによって隣接する有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の第一のキャパシタ電極８と接続される。特に本発明においては、第一のキャパシタ電極８は周囲の隣接した４つ以上の有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極８と接続されることが好ましく、さらに好ましくは、周囲の隣接する全ての有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極８同士が接続される。第一のキャパシタ電極８同士の接続は、特に配線部や電極部などに分かれている必要はなく、有機薄膜トランジスタの構造に合わせて適宜その形状は調整することができる。
このようにして周囲の隣接する有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２の第一のキャパシタ電極８同士を接続することにより、第一のキャパシタ電極８を作製する際に一部の第一のキャパシタ電極８のパターンに不良が生じた場合においても、アクティブマトリクスアレイ１１０、１１１、１１２において断線することなく、第一のキャパシタ電極８同士の接続が確保される。
また、上述のようにアクティブマトリクスアレイ１１０では、第一のキャパシタ電極８は隣接する４つの有機薄膜トランジスタ１００の第一のキャパシタ電極８と配線を介して電気的に接続されている。このように形成された各有機薄膜トランジスタ１００は４つの配線のうちの少なくとも１箇所が接続されていれば有機薄膜トランジスタとして動作することができる。したがって、アクティブマトリクスアレイ１１０は第一のキャパシタ電極８間の配線が断線することによる有機薄膜トランジスタの動作不良を抑制することができる。
したがって、このような構成にすることで、第二の絶縁層７にフッ素系樹脂のような密着性の低い材料を用いた場合においても、上記のような理由から第一のキャパシタ電極８の断線を防止するか、有機薄膜トランジスタの動作不良を抑制することが可能となる。特に印刷法のような手法では、上記のように第一のキャパシタ電極８を形成することにより、顕著な効果が得られる。
第一のキャパシタ電極８は、上部画素電極１０に印加される電圧の影響をより効率的に遮断するため、および上部画素電極１０との間により大きな静電容量を生じるように、その面積が基板１の面積の８５％以上になるよう形成されることが好ましい。
次に、少なくとも第一のキャパシタ電極８の上に、第三の絶縁層９を形成する。第三の絶縁層９は、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２における第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０との間の絶縁性の確保のために設けられるが、第一のキャパシタ電極８上以外にも外部や他の電極との接続部を除く、第二の絶縁層７上に形成することもできるし、適宜形成する領域を調整することができる。
第三の絶縁層９には、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）などの酸化物系絶縁材料や窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、フッ素樹脂などの有機系絶縁材料などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。これらは単層または２層以上積層してもよいし、無機系−有機系のハイブリッド薄膜としても良いし、成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。
第三の絶縁層９の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法や、金属錯体などを前駆体として使用するゾル−ゲル法やナノ粒子を分散したインクをスリットコート、スピンコート、スクリーン印刷、凸版印刷、インクジェットなどのウェット成膜法で形成する方法などが使用できるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
第三の絶縁層９は、第一のキャパシタ電極８および上部画素電極１０の間に形成され、第一のキャパシタ電極８および上部画素電極１０が、平面視において重なった領域において静電容量を生じさせる目的で形成されている。一般的に、絶縁層の材料として、比誘電率の大きな材料を用いることで、同一膜厚においても、より大きな静電容量を得ることが可能となる。また、前述のとおり、第二の絶縁層７については、半導体層６に影響する電圧の影響を考慮すると、第二の絶縁層７の比誘電率は小さい方が好ましいため、第三の絶縁層９の比誘電率は、第二の絶縁層７の比誘電率より大きい方が好ましい。その比誘電率は、３．０以上、好ましくは５以上、さらに好ましくは、２０以上であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。さらに、第三の絶縁層９の膜厚は、第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０の間により大きな静電容量を生じるために、第一の絶縁層３及び第二の絶縁層７の膜厚よりも薄い方が好ましいが、第三の絶縁層９の絶縁性、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２としての信頼性および作製工程の難易度などを考慮して、適宜調整することができる。
次に、画像表示装置の開口率を向上させることと、先に述べた第一のキャパシタ電極８と第三の絶縁層９と共に、静電容量を生じさせる目的で、第三の絶縁層９の上にドレイン電極５と電気的に接続された上部画素電極１０が形成される。
上部画素電極１０と第一のキャパシタ電極８の重なり面積は、すなわち画像表示装置の補助容量として機能するキャパシタ面積であり、重なり面積が大きいほど、大きなキャパシタ容量を有し、画素電圧の電圧保持率を高く保つことが可能となる。一方、上部画素電極１０と第一のキャパシタ電極８の重なり面積が小さく、キャパシタ容量が小さい場合は、電圧保持率が小さいため、本発明の有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を画像表示装置とした際に、上部画素電極によって表示要素に印加される画素電圧が選択時間中に減衰し、画素電圧が低下した分だけ画像表示要素に印加される電圧が低下するため、その書き換え効率は低下し、表示品位が低下する。また、表示品位を保つためには書き換え回数を増やすという対策が可能ではあるが、画像書き換え回数の増加は、結果として、画像切り替え速度の低下や駆動時間の増加による消費電力の増大を招くこととなる。本発明の上部画素電極１０は、第一のキャパシタ電極８との平面視における重なり面積が、５０％以上であれば、画像表示装置としての使用は可能な範囲ではあるが、より大きな補助容量を有し、画像表示装置としての表示品位を保ちつつ、より安定的に駆動させるためには、上部画素電極１０と第一のキャパシタ電極８の重なり面積は、８０％以上、さらに好ましくは８５％以上となるように形成されることが好ましい。
上部画素電極１０は、先に示したゲート電極２、ソース電極４、ドレイン電極５および第一のキャパシタ電極８と同様の材料および方法によって形成することができるが、これらに限定されず、公知一般の方法を用いることができる。
有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を用いて画像表示装置とする際は、図示しない表示要素、図示しない対向電極、図示しない対向基板が好適に設けられる。
表示要素は、液晶、電気泳動粒子、または電気泳動粒子を含んだマイクロカプセルや有機エレクトロルミネッセンスなどが使用できる。画像表示装置においては、反射型、透過型のどちらかに限定されることなく、これら公知一般の表示要素を使用することが可能である。また、使用する表示要素によっては、１画素内に有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を複数設置する構成を利用することも可能である。
表示要素は、対向電極を形成した対向基板上に形成した後に、画素電極１０を設けた有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２と合わせて、画像表示装置としても良いし、画素電極１０上に形成した後に、対向電極および対向基板を積層して画像表示装置としても良く、使用する表示要素に合わせて、その工程を選択することが可能である。
実施例１として、図１に示す有機薄膜トランジスタ１００からなるアクティブマトリクスアレイ１１０を作製した。
基板１として厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスを使用した。基板１上に銀（Ａｇ）のナノ粒子を分散させた溶液をインクとしてインクジェット法を用いて、所望の形状にパターニングし、１８０℃で１時間焼成し、ゲート電極２を形成した。
ゲート電極２を形成した基板１に、熱硬化性樹脂を塗布し、焼成して第一の絶縁層３を形成した。第一の絶縁層３の比誘電率は、３．３、膜厚は１．０μｍである。
その後、インクジェット法により、ゲート電極２と同様の方法によりソース電極４およびドレイン電極５を形成した。
ソース電極４およびドレイン電極５を形成した基板に、有機半導体材料として、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）を０．１重量パーセント濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングして焼成し、半導体層６を形成した。
その後、フッ素樹脂をインクジェット法で塗布、焼成し、第二の絶縁層７を形成した。第二の絶縁層７の比誘電率は２．４であり、膜厚は３．０μｍである。
続いて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、ゲート電極２、ソース電極４およびドレイン電極５と同様の方法により、第二の絶縁層７上に第一のキャパシタ電極８を形成した。
第一のキャパシタ電極８上に感光性樹脂材料を塗布、露光、現像を行い、第三の絶縁層９を形成した。第三の絶縁層９の膜厚は０．５μｍ、比誘電率は３．５である。
各第一のキャパシタ電極８は、図６に示すように、隣接する４つの有機薄膜トランジスタ１００の第一のキャパシタ電極８と配線を介して接続され、導通するよう形成した。
最後にスクリーン印刷法を用いて、第三の絶縁層９上に上部画素電極１０を形成し、実施例１に係る有機薄膜トランジスタ１００からなるアクティブマトリクスアレイ１１０を作製した。
実施例２として、図２に示す有機薄膜トランジスタ１０１からなるアクティブマトリクスアレイ１１１を作製した。
基板１として厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスを使用した。基板１上に銀（Ａｇ）のナノ粒子を分散させた溶液をインクとしてインクジェット法を用いて、所望の形状にパターニングし、１８０℃で１時間焼成し、ゲート電極２を形成した。
ゲート電極２を形成した基板１に、熱硬化性樹脂を塗布し、焼成して第一の絶縁層３を形成した。第一の絶縁層３の比誘電率は、３．３、膜厚は１．０μｍである。
その後、インクジェット法により、ゲート電極２と同様の方法によりソース電極４およびドレイン電極５を形成した。
ソース電極４およびドレイン電極５を形成した基板に、有機半導体材料として、ＴＩＰＳ−ペンタセンを０．１重量パーセント濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングして焼成し、半導体層６を形成した。
その後、フッ素樹脂をインクジェット法で塗布し、第二の絶縁層７を形成した。第二の絶縁層７の比誘電率は２．４であり、膜厚は３．０μｍである。
続いて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、ゲート電極２、ソース電極４およびドレイン電極５と同様の方法により、第二の絶縁層７上に第一のキャパシタ電極８を形成した。
各第一のキャパシタ電極８は、図７に示すように、隣接する全ての有機薄膜トランジスタ１０１の第一のキャパシタ電極８と接続され、導通するよう形成した。
第一のキャパシタ電極８上に感光性樹脂材料を塗布、露光、現像を行い、第三の絶縁層９を形成した。第三の絶縁層９の膜厚は０．５μｍ、比誘電率は３．５である。
最後にスクリーン印刷法を用いて、第三の絶縁層９上に上部画素電極１０を形成し、実施例２に係る有機薄膜トランジスタ１０１からなるアクティブマトリクスアレイ１１１を作製した。
実施例３として、図３に示す有機薄膜トランジスタ１０２からなるアクティブマトリクスアレイ１１２を作製した。
基板１として厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスを使用した。基板１上に銀（Ａｇ）のナノ粒子を分散させた溶液をインクとしてインクジェット法を用いて、所望の形状にパターニングし、１８０℃で１時間焼成し、ゲート電極２および第二のキャパシタ電極１１を形成した。
ゲート電極２および第二のキャパシタ電極１１を形成した基板１に、熱硬化性樹脂を塗布し、焼成して第一の絶縁層３を形成した。第一の絶縁層３の比誘電率は、３．３、膜厚は１．０μｍである。
その後、ゲート電極２および第二のキャパシタ電極１１と同様の方法により、インクジェット法でソース電極４およびドレイン電極５を形成した。
ソース電極４およびドレイン電極５を形成した基板に、有機半導体材料として、ＴＩＰＳ−ペンタセンを０．１重量パーセント濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングして焼成し、半導体層６を形成した。
その後、フッ素樹脂をインクジェット法で塗布し、第二の絶縁層７を形成した。第二の絶縁層７の比誘電率は２．４であり、膜厚は３．０μｍである。
続いて、銀ナノ粒子を分散させた溶液をインクとして、ゲート電極２、ソース電極４およびドレイン電極５と同様の方法により、第二の絶縁層７上に第一のキャパシタ電極８を形成した。
各第一のキャパシタ電極８は、実施例２と同様に隣接する全ての有機薄膜トランジスタ１０２の第一のキャパシタ電極８と接続され、導通するよう形成した。
第一のキャパシタ電極８上に感光性樹脂材料を塗布、露光、現像を行い、第三の絶縁層９を形成した。第三の絶縁層９の膜厚は０．５μｍ、比誘電率は３．５である。
最後にスクリーン印刷法を用いて、第三の絶縁層９上に上部画素電極１０を形成し、実施例３に係る有機薄膜トランジスタ１０２からなるアクティブマトリクスアレイ１１２を作製した。
比較例として図４に示す有機薄膜トランジスタ２００からなる図示しないアクティブマトリクスアレイを作製した。
基板２１として厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスを使用した。基板２１上に銀（Ａｇ）のナノ粒子を分散させた溶液をインクとしてインクジェット法を用いて、所望の形状にパターニングし、１８０℃で１時間焼成し、ゲート電極２２および第一のキャパシタ電極２８を形成した。
ゲート電極２２および第一のキャパシタ電極２８を形成した基板に、熱硬化性樹脂を塗布し、焼成して第一の絶縁層２３を形成した。第一の絶縁層２３の比誘電率は、３．３、膜厚は１．０μｍである。
その後、ゲート電極２２および第一のキャパシタ電極２８と同様の方法により、インクジェット法でソース電極２４およびドレイン電極２５を形成した。
ソース電極２４およびドレイン電極２５を形成した基板に、有機半導体材料として、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を０．１重量パーセント濃度で溶解させたメシチレン溶液をインクジェット法によりパターニングして焼成し、半導体層２６を形成した。
その後、フッ素樹脂をインクジェット法で塗布し、第二の絶縁層２７を形成した。第二の絶縁層７の比誘電率は２．４であり、膜厚は３．０μｍである。
第二の絶縁層２７上にスクリーン印刷法により上部画素電極３０を形成し、比較例に係る有機薄膜トランジスタ２００からなるアクティブマトリクスアレイを作製した。
以上の工程により、実施例１、２、３および比較例に係るアクティブマトリクスアレイを作製した。実施例１、実施例２および実施例３においては、第一のキャパシタ電極８を第二の絶縁層７上に、平面視において有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２のチャネル領域を覆うように配置した。
図５に、作製した実施例１および比較例に係る有機薄膜トランジスタの伝達特性の測定結果を示す。図５に示した有機薄膜トランジスタの伝達特性のグラフからも明らかなように、比較例に係る有機薄膜トランジスタ２００においては、その伝達特性におけるオン電流の立ち上がりがデプレッション側（正側）となっているが、実施例１に係る有機薄膜トランジスタ１００においては、よりエンハンスメント側（負側）になっている。これらの伝達特性におけるオン電流の立ち上がり電圧の差は、上部画素電極１０、３０に印加される電圧の半導体層６、２６への影響の差であり、図５に示す結果は、本発明の実施例１に係る有機薄膜トランジスタ１００においては、上部画素電極１０の電圧の半導体層６への影響を効果的に遮断できていることを明確に示している。
これにより、フィールドシールドピクセル型のボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタ１００において、第一のキャパシタ電極８を設けることにより、十分なキャパシタ電極面積を有することになるため、十分な静電容量を確保しながら、かつ上部画素電極１０からの半導体層への影響を遮断することが可能となり、半導体特性を維持しながら安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ１００を形成することができた。
表１に実施例１〜３及び比較例に係る有機薄膜トランジスタを用いて作製したアクティブマトリクスアレイの、上部画素電極の面積に対する第一のキャパシタ電極と上部画素電極とが平面視において重なった領域の面積の比、第一のキャパシタ電極による静電容量、および電圧保持率（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＶＨＲ）の値を示す。なお、静電容量の計算は式（１）により行い、電圧保持率の計算は式（２）により行った。
実施例１の有機薄膜トランジスタ１００からなるアクティブマトリクスアレイ１１０と実施例２の有機薄膜トランジスタ１０１からなるアクティブマトリクスアレイ１１１との違いは、図６および図７に示したように、第一のキャパシタ電極８が隣接した有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極８に接続されている数と、各々の有機薄膜トランジスタにおける上部画素電極１０の面積に対する第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０とが平面視において重なった領域の面積の比である。より多くの隣接する有機薄膜トランジスタと接続するように第一のキャパシタ電極８を形成し、上部画素電極１０の面積に対する第一のキャパシタ電極８と上部画素電極１０とが平面視において重なる領域の面積の比を大きくすることにより、より大きな静電容量を得ることが可能となり、その結果、電圧保持率を高く保つことが可能となることが確認できた。
また、実施例３においては、第二のキャパシタ電極１１を形成することにより、さらに有機薄膜トランジスタ１０２の静電容量を増加させることができた。
何れの実施例においても、第一のキャパシタ電極８を備えることにより、フィールドシールドピクセル型のボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積を有することができるため、十分な静電容量を確保し、かつ上部画素電極電圧による半導体層への影響を遮断することができる。したがって、半導体特性を維持しながら、安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２が得られ、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２を用いたアクティブマトリクスアレイの作製および画像表示装置の駆動を実現することが可能となった。
以上説明したように、有機薄膜トランジスタ１００、１０１、１０２は、第二の絶縁層７上に、平面視において少なくとも半導体層６に重なるように第一のキャパシタ電極８を形成することで、キャパシタ電極の面積を大きく保ち、十分な静電容量を得ることが可能となる。また、第一のキャパシタ電極８により半導体層６のチャネル領域への上部画素電極１０に印加される電圧の影響を遮断することができるため、有機薄膜トランジスタの特性変化を抑制することが可能となる。
したがって、本発明によれば、フィールドシールドピクセル型ボトムゲート構造の有機薄膜トランジスタにおいて、十分なキャパシタ電極面積を有し、十分な静電容量を確保でき、かつ上部画素電極に印加される電圧のチャネル領域における半導体層バックチャネル部への影響を遮断することで、半導体特性を維持しながら安定的に駆動可能な有機薄膜トランジスタ、その製造方法、アクティブマトリクスアレイおよび画像表示装置を提供することが可能である。
本発明は、画像表示装置、または各種センサーなどに好適に利用可能である。
１、２１ 基板
２、２２ ゲート電極
３、２３ 第一の絶縁層
４、２４ ソース電極
５、２５ ドレイン電極
６、２６ 半導体層
７、２７ 第二の絶縁層
８、２８ 第一のキャパシタ電極
９ 第三の絶縁層
１０、３０ 上部画素電極
１１ 第二のキャパシタ電極
１００、１０１、１０２、２００ 有機薄膜トランジスタ
１１０、１１１、１１２ アクティブマトリクスアレイ
２、２２ ゲート電極
３、２３ 第一の絶縁層
４、２４ ソース電極
５、２５ ドレイン電極
６、２６ 半導体層
７、２７ 第二の絶縁層
８、２８ 第一のキャパシタ電極
９ 第三の絶縁層
１０、３０ 上部画素電極
１１ 第二のキャパシタ電極
１００、１０１、１０２、２００ 有機薄膜トランジスタ
１１０、１１１、１１２ アクティブマトリクスアレイ
Claims (12)
- 絶縁性の基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記基板および前記ゲート電極を覆うように形成された第一の絶縁層と、
前記第一の絶縁層上に形成されたソース電極、ドレイン電極、および有機半導体材料を含む半導体層と、
少なくとも前記半導体層、前記ソース電極、および前記ドレイン電極の一部を覆うように形成された第二の絶縁層と、
前記第二の絶縁層上に、平面視において少なくとも前記半導体層に重なるように形成された第一のキャパシタ電極と、
前記第二の絶縁層および前記第一のキャパシタ電極を覆うように形成された第三の絶縁層と、
前記第三の絶縁層上に形成された、前記ドレイン電極と電気的に接続された上部画素電極とを含む有機薄膜トランジスタ。 - 前記絶縁性の基板上に、前記ゲート電極と同層に第二のキャパシタ電極をさらに有する、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第二の絶縁層の膜厚が前記第一の絶縁層および前記第三の絶縁層の膜厚よりも厚い、請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第三の絶縁層の膜厚が前記第一の絶縁層および前記第二の絶縁層の膜厚よりも薄い、請求項１ないし３の何れかに記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第三の絶縁層の比誘電率が前記第二の絶縁層の比誘電率よりも大きい、請求項１ないし４の何れかに記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第一のキャパシタ電極と、前記上部画素電極とが平面視において重なった領域の面積が前記上部画素電極の面積の８０％以上である、請求項１ないし５の何れかに記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第一のキャパシタ電極の面積が前記基板の面積の８５％以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記第一のキャパシタ電極は、前記第二の絶縁層と前記第三の絶縁層とを連通するビアホールを備え、平面視において前記ビアホール以外の領域において前記第二の絶縁層の上面全体を覆っている、請求項１ないし７のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
- 絶縁性の基板上にゲート電極を設ける工程と、
前記ゲート電極上に第一の絶縁層を設ける工程と、
前記第一の絶縁層上にソース電極およびドレイン電極を離間して設ける工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に有機半導体材料を含む半導体層を設ける工程と、
少なくとも前記半導体層、前記ソース電極、および前記ドレイン電極の一部の上に第二の絶縁層を設ける工程と、
前記第二の絶縁層上に、平面視において少なくとも前記半導体層に重なるように第一のキャパシタ電極を設ける工程と、
前記第二の絶縁層および前記第一のキャパシタ電極上に第三の絶縁層を設ける工程と、
前記第三の絶縁層上に、前記ドレイン電極と電気的に接続された上部画素電極を設ける
工程とを含む、有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 請求項１ないし８の何れかに記載の有機薄膜トランジスタを配列したアクティブマトリクスアレイであって、
当該アクティブマトリクスアレイにおける前記有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極が周囲の隣接した４つ以上の有機薄膜トランジスタの前記第一のキャパシタ電極と接続されている、アクティブマトリクスアレイ。 - 請求項１ないし８の何れかに記載の有機薄膜トランジスタを配列したアクティブマトリクスアレイであって、
当該アクティブマトリクスアレイにおける前記有機薄膜トランジスタにおいて、隣接するすべての有機薄膜トランジスタの第一のキャパシタ電極同士が接続されている、アクティブマトリクスアレイ。 - 請求項１０または１１に記載のアクティブマトリクスアレイを用いた画像表示装置。
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