TWI416633B - A transistor and a method for manufacturing the same, and a semiconductor device having the same - Google Patents

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Description

電晶體及其製造方法，及具有此電晶體之半導體裝置
本發明係關於一種電晶體及其製造方法，以及具有此電晶體之半導體裝置。
就電晶體而言，已知有雙極電晶體、電場效果電晶體、靜電感應型電晶體等之各種型式者。此等之電晶體中的一種即場效電晶體，一般係於由連接源極電極及汲極電極之半導體材料所構成之層(活性層)上，具有介由絕緣層而設置閘極電極的構造。如此之場效電晶體之中，於活性層具有有機半導體化合物之有機電晶體，係具有質量輕且具有可撓性的優點，期待應用於各種之電子元件的應用。此有機電晶體之活性層，係常於基板上所設置的絕緣層上蒸鍍有機半導體化合物、或藉由使含有有機半導體化合物之溶液進行旋塗、點澆或印刷而形成者(非專利文獻1)。
在如此之有機電晶體中，係已知對活性層賦予特定的配向性，俾載體移動度提昇。認為此係藉由構成活性層之有機半導體化合物朝一定方向排列，有利於載體之移動。如此地，可對活性層賦予配向性之有機電晶體的製造方法，已揭示有包括：於基板與活性層之間設有摩擦膜之配向膜的步驟(非專利文獻2、3)、摩擦活性層之步驟(非專利文獻4)、形成由摩擦轉印膜所構成之活性層的步驟(專利文獻1)等的方法。依此等之製造方法所得到之有機電晶體係已知相較於具有未配向之活性層者具有更優異的載體移動度者。
非專利文獻1：「有機電晶體之動作性提昇技術」、技術資訊協會、2003年非專利文獻2：H.Sirringhaus et.al.,Appl.Phys.Lett.,Vol 77,No.3,p.406－408,2002非專利文獻3：M.L.Swiggers et.al.,Appl.Phys.Lett.,Vol 79,No.9,p.1300－1302,2001非專利文獻4：H.Heil et.al.,Appl.Phys.Lett.,Vol 93,No.3,p.1636－1641,2003
專利文獻1：特開2004－356422號公報
 (發明之揭示)
但，藉由形成具有配向性之活性層，目標在提高載體移動度之上述習知之有機電晶體化合物的製造方法，係任一者均用以對活性層賦予配向性之步驟很複雜，故有機電晶體之製造相較於不使活性層配向之情形，有明顯變困難之傾向。
因此，本發明係有鑑於如此之事情者，目的在於提供一種可藉簡單的方法而形成具有配向之活性層，可得到一具有優異之載體移動度的電晶體之電晶體製造方法。又，目的在於提供一種具備含有配向之活性層且具有高的載體移動度之有機半導體。
為達成上述目的，本發明之電晶體的製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，其特徵在於含有如下步驟：延伸半導體膜之步驟；使半導體膜對形成該活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而得到活性層之步驟。
在延伸上述半導體膜的步驟中，藉延伸而構成半導體膜的有機半導體化合物朝延伸方向排列，藉此可對半導體膜賦予特定之配向性。如此，在本發明中，係僅以延伸半導體膜可得到已配向之活性層，相較於習知之方法，可容易地形成具有配向之活性層。又，在上述本發明之製造方法中，係一邊加熱及/或加壓半導體膜一邊貼黏於形成活性層之面上。因此，活性層係對與此鄰接之層而密接，可良好地發揮載體移動度等的特性。
又，在上述本發明之製造方法中，係先進行延伸半導體膜之步驟，亦可貼黏此被延伸之半導體膜，亦可先貼黏未延伸之半導體膜後，延伸此半導體膜。在如上述習知技術之製造方法中，任一者均可於活性層之形成時、或活性層之形成後賦予配向，但如前者般，於延伸後貼黏半導體膜時，係可對成為活性層之半導體膜而預先賦予適當的配向，在於易形成具有所希望配向性的活性層之傾向。
又，本發明之電晶體的製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，亦可其特徵在於含有如下步驟：配向半導體膜之步驟；使半導體膜對形成活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而形成活性層之步驟。如此地，在本發明中，以一邊加熱及/或加壓一邊貼黏半導體膜，可不限於延伸而以各種的方法良好地形成所配向之活性層。
進一步，本發明之電晶體的製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，亦可其特徵在於含有如下步驟：延伸半導體膜而配向之步驟；使半導體膜對形成活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而形成活性層之步驟。如此地，藉延伸而使半導體膜而配向，可特別容易地形成一可藉配向發揮高的載體移動度之活性層。
在上述本發明之電晶體的製造方法中，係宜使半導體膜在與形成活性層之面之間介入施工液而貼在該面。如此一來，半導體膜與上述面之接觸面藉施工液而被潤濕，故例如即使於半導體膜具有翹曲等之情形，亦可良好的貼黏。又，如此地藉由使用施工液而貼黏成為很容易，故可以更溫和之條件進行貼黏時之加熱或加壓。因此，可更確實地防止恐起因於過度加熱或加壓而造成之電晶體的變形或不良等的發生。進一步，藉由施工液之使用，活性層與形成此之面的密接性會提高。如此之施工液係宜與形成活性層之面的接觸角成為120度以下。
更具體地，本發明之電晶體的製造方法，係宜適用於具有如以下之構成的電晶體之製造。亦即本發明之電晶體之製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過電流通路之電流的閘極電極、以及配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層；其特徵在於宜含有如下步驟：延伸半導體膜之步驟；使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與絕緣層貼合，而得到活性層之步驟。
又，本發明之電晶體的製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過電流通路之電流的閘極電極、以及配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層；亦可其特徵在於含有如下步驟：配向半導體膜之步驟；使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與絕緣層貼合，而得到活性層之步驟。
進一步，本發明之電晶體的製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過該電流通路之電流的閘極電極、以及配置於該活性層與該閘極電極之間的絕緣層；亦可其特徵在於含有如下步驟：延伸半導體膜而配向之步驟；使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與絕緣層貼合，而得到活性層之步驟。
在此等之電晶體的製造方法中，可藉由使半導體膜延伸等而容易地形成所配向之活性層，又，於貼黏時藉加熱及/或加壓，可於絕緣層上良好地形成活性層。藉由此等而可得到具有高載體移動度之電晶體。
在上述之電晶體的製造方法中，宜使半導體膜在與絕緣層之間介入施工液而與該絕緣層貼合。如此一來，為更良好地進行半導體膜與絕緣層之貼合，可使加熱或加壓之條件溫和化而更降低電晶體之變形或不良等的發生。
又，藉本發明之製造方法進行製造之上述構成的電晶體，係宜在源極電極及/或汲極電極與活性層之間，具有與有機半導體化合物相異之化合物所構成的層者。以進一步具有如此之其他活性層，使含有有機半導體化合物且發揮載體輸送層功能之活性層、與源極及汲極電極之間的接觸電阻降低而可提昇載體移動度。
本發明係又可提供一種可藉上述本發明之電晶體的製造方法良好地得到之電晶體。亦即本發明之電晶體，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，此活性層係由被延伸之半導體膜所構成，且使半導體膜對形成活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏所形成者。
如此之電晶體中的活性層係由被延伸之半導體膜所構成，成為具有特定之配向的狀態。又，活性層係對於形成活性層之面而邊加熱或加壓邊貼黏半導體膜所形成者。故此活性層係成為對上述面之密接性良好者。因此，具有如此之活性層的上述本發明的電晶體，係載體移動度高、層間密著性高、可發揮優異之電晶體特性者。
本發明之電晶體，係亦可具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，此活性層係由被配向之半導體膜所構成，且使半導體膜對形成活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏所形成者。
又，具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層，活性層係亦可由被延伸而配向之半導體膜所構成，且使半導體膜對形成活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏所形成者。
此等之電晶體亦可良好地形成具有配向而且對於鄰接面之密著性優之活性層者，故載體移動度高、層間密著性高、可發揮優異之電晶體特性者。又，此等之電晶體亦宜為與上述同樣地藉介入施工液之貼合以形成活性層者。
上述本發明之電晶體係例如具有下述之構成者特別可適用。亦即具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過電流通路之電流的閘極電極、以及配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層；活性層係宜由被延伸之該半導體膜所構成，且使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與絕緣層貼合所形成者。
又，具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過電流通路之電流的閘極電極、以及配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層；活性層係亦可宜由被配向之半導體膜所構成，且使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與絕緣層貼合所形成者。
又，具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過電流通路之電流的閘極電極、以及配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層；活性層係亦可宜由藉延伸而被配向之該半導體膜所構成，且使半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與該絕緣層貼合所形成者。
此等之電晶體亦與上述本發明之電晶體同樣，具有配向而且對於鄰接面之密著性優之活性層者，故載體移動度高、層間密著性高、藉此可發揮優異之電晶體特性者。又，此等之電晶體亦宜藉使用施工液之貼合以形成活性層者。進一步更宜在該源極電極及/或該汲極電極與該活性層之間，具有由與有機半導體化合物相異之化合物所構成的層。
又，本發明係提供一種具有上述本發明之電晶體的半導體裝置。如此之半導體裝置係藉由以上述本發明之電晶體所得到之優異電晶體特性，俾可顯現良好的特性者。
若依本發明，可提供一種可以簡單的方法形成具有配向之活性層，並可得到具有優異之載體移動度之電晶體的電晶體製造方法；及，具備一具有配向之活性層，且具有高的載體移動度之電晶體。
(用以實施發明之最佳形態)
以下，參照圖面而說明有關本發明之適宜實施形態。又，在圖面之說明中，於同一要素賦予同一符號，省略重複之說明。又，圖面係為容易地理解，使其一部分誇張描繪，尺寸比率未必與說明者一致。
以下，說明有關電晶體及其製造方法之較佳實施形態，但本發明係使電流增幅或開關動作之半導體元件，只要為具備一含有機半導體化合物之活性層的電晶體即可，並無特別限制而可適用。繼而，電晶體係具有一至少具備活性層、及與此活性層鄰接之其他的層之構成，活性層係形成於一可形成於上述其他之層中的該活性層之面上者。如此之電晶體，可舉例如雙極電晶體、靜電感應型電晶體、場效電晶體等。
再者，在以下之說明中，係特別地說明有關電晶體及其製造方法，而該電晶體係具備：源極電極及汲極電極、成為此等之電極間的電流通路且含有有機半導體化合物之活性層、可抑制通過電流通路之電流的閘極電極、以及、依需要而配置於活性層與閘極電極之間的絕緣層。即使具有如此構成之電晶體，例如場效電晶體之情形，可舉例如平面型、逆交錯型、交錯型等之各種構造者。
首先，參照圖1~圖6，而說明有關第1~第6實施形態之電晶體構成。
圖1係第1實施形態之電晶體的模式截面圖。圖1所示之電晶體100係具備如下者：基板10、形成於基板10之閘極電極12、被覆閘極電極12而形成於基板10上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18、以被覆源極電極16及汲極電極18之方式形成於絕緣層14上之活性層20。
圖2係第2實施形態之電晶體的模式截面圖。圖2所示之電晶體105係具備如下者：閘極電極12、形成於閘極電極12上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18、以被覆源極電極16及汲極電極18之方式形成於絕緣層14上之活性層20。又，在此電晶體105中之閘極電極12係亦兼具在上述第1實施形態之電晶體100中的基板10之功能。
圖3係第3實施形態之電晶體的模式截面圖。圖3所示之電晶體110係具備如下者：閘極電極12、形成於閘極電極12之兩面之絕緣層14、形成於一者之絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18、以被覆源極電極16及汲極電極18之方式形成於絕緣層14上之活性層20、形成於活性層20上之支撐膜52。又，在此電晶體110中之閘極電極12係亦兼具在上述第1實施形態之電晶體100中的基板10之功能。
圖4係第4實施形態之電晶體的模式截面圖。圖4所示之電晶體115係具備如下者：閘極電極12、形成於閘極電極12上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之活性層20、形成於活性層20上之源極電極16及汲極電極18。
圖5係第5實施形態之電晶體的模式截面圖。電晶體120係靜電感應型有機薄膜電晶體。圖5所示之電晶體120係具備如下者：基板10、形成於基板10之源極電極16、形成於源極電極16上之活性層20、複數(此處為4個)形成於活性層20上之閘極電極12、以被覆此等之閘極電極12之方式形成於活性層20上之活性層24、形成於此活性層24上之汲極電極18。在此電晶體120中，2個活性層20及24係可為以同一材料所構成之層，亦可為以相異之材料所構成之層。
圖6係第6實施形態之電晶體的模式截面圖。此電晶體125係具備如下者：基板10、形成於基板10之源極電極16及汲極電極18、以被覆此等之源極電極16及汲極電極18之方式形成於基板10上之活性層20、形成於活性層20上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之閘極電極12。
在上述第1~第4及第6實施形態的電晶體中，任一者活性層20係均含有有機半導體化合物之層，成為源極電極16與汲極電極18之間的電流通路(Cannnel)。又，閘極電極12係藉由施加電壓，以控制通過在活性層20中之電流通路(Channel)的電流。
又，第5實施形態之電晶體中係活性層20及24含有有機半導體化合物，成為源極電極16與汲極電極18之間的電流通路。閘極電極12係與上述同樣地控制通過電流通路之電流。
以下，說明上述各實施形態之電晶體的製造方法以及電晶體之更詳細構成。
(第1實施形態之電晶體的製造方法)
首先，說明有關第1實施形態之電晶體的製造方法。圖7係表示第1實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，係首先準備元件基板30，其係具備如下者：基板10、形成於基板10上之閘極電極12、被覆閘極電極12而形成於基板10上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18(圖7(a))。又，與此另外地，準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層20的半導體膜22(圖7(b))。
基板10係可使用不阻礙作為場效電晶體之特性者，可舉例如矽基板、玻璃基板、塑膠基板或不鏽鋼箔基板。絕緣層14係由電絕緣性高之材料所構成者，例如氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉭、絕緣性聚合物等。此處，絕緣性聚合物可舉例如聚醯亞胺、聚(乙烯基酚)、聚酯、甲基丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚對亞苯基二甲基(parylene)等。
絕緣層14係其表面亦可藉各種方法進行物理性/化學性修飾。物理性修飾方法可舉例如臭氧UV或O2 電漿所進行之處理。化學性修飾方法可舉例如以矽烷偶合劑等之表面處理劑所進行的處理。表面處理劑可舉例如烷基氯矽烷類、烷基烷氧基矽烷類、氟化烷基氯矽烷類、氟化烷基烷氧基矽烷類、六甲基二矽氨烷等之甲矽烷基胺化合物等。此表面處理係例如使絕緣層14接觸於上述表面處理劑的溶液或氣體，使表面處理劑被絕緣層14之表面吸附。於表面處理前係亦可以臭氧UV或O2 電漿處理一進行絕緣層14之表面處理的面。
在基板10上之絕緣層14的形成方法可舉例如電漿CVD法、熱蒸鍍法、熱氧化法、陽極氧化法、旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、桿塗法、輥塗法、絲條塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法等之方法。
閘極電極12、源極電極16及汲極電極18係由導電材料所構成。導電性材料可例示鋁、金、鉑、銀、銅、鉻、鎳、鈦等之金屬、ITO等之導電性氧化物、聚(3,4－乙撐二氧噻吩)與聚苯乙烯磺酸之混合高分子等的導電性高分子。又，亦可為金屬微粒子、碳黑、石墨微粉分散於黏結劑中之導電性材料。
具有上述構成之元件基板30係可以公知之電晶體的製造方法進行製造，可舉例如可適用已記載於美國專利6107117號說明書之方法。
另外，為成為活性層20之半導體膜22係亦可只由有機半導體化合物所構成，亦可進一步含有有機半導體化合物以外之添加成份。有機半導體化合物係可舉例如低分子有機半導體化合物或高分子有機半導體化合物。添加成份可舉例如摻雜物、調整活性層20內之載體的調整成材、用以提昇半導體膜之機械特性的高分子材料等。又，半導體膜22係亦可為複數種之有機半導體化合物、或含有複數種之添加成份者。有機半導體化合物係就得到良好成膜性之觀點，高分子有機半導體化合物優於低分子有機半導體化合物。
低分子有機半導體化合物或高分子有機半導體化合物係分別可舉例如下述所例示之化合物。又，在本發明之電晶體中的活性層20中所含有的有機半導體化合物，未必限定於以下所例示者。
低分子有機半導體化合物可舉例如蒽、丁省、戊省、苯並戊省、二苯並戊省、四苯並戊省、萘並戊省、己省、庚省、壬省等之聚省化合物；菲、二萘並苯、雷烯(Fulminene)、芘、二苯並芘(anthanthrene)、二苯並苝、暈苯(coronene)、苯並暈苯、二苯並暈苯、六苯並暈苯、苯並二暈苯、乙烯基暈苯等之暈苯化合物；苝、特麗綸(Terylene)、二苝、四特麗綸(quaterylene)等之苝化合物；聯三萘、庚芬、聯十苯(Ovalene)、玉紅省(rubicene)、蒽酮紫染料(violanthrone)、異蒽酮紫染料、苯並菲、循環蒽、雙安天、傑士蘭(Zethrene)、七傑士蘭(heptazethrene)、芘蒽、雙奧蘭天、異雙奧蘭天、聯苯基、三鄰亞苯基、四鄰亞苯基、沙科聯苯基、柯庫連、酞菁、卟吩、富勒烯(C60、C70)四硫富瓦烯化合物、醌化合物、四氰基醌二甲烷化合物、聚噻吩之寡聚物、聚吡咯之寡聚物、聚苯之寡聚物、聚苯撐基吡喃之寡聚物、聚噻吩基吡喃基之寡聚物、噻吩與苯撐基之共聚合物寡聚物、噻吩與芴之共聚合物寡聚物等。又，亦可使用此等之低分子有機半導體化合物的衍生物。如此者例如丁省之苯環加成衍生物的紅熒烯等。又，亦可例示使富勒烯類之共軛系擴張之碳奈米管。
高分子有機半導體化合物係可舉例如聚噻吩、聚苯、聚苯胺、聚苯撐基吡喃、聚噻吩基吡喃、聚乙炔、聚二乙炔、聚三苯基胺、三苯基胺與苯撐基吡喃之共聚合物、噻吩與苯撐基之共聚合物、噻吩與芴之共聚合物等。又，亦可使用此等之高分子有機半導體化合物的衍生物。如此者可例示如聚噻吩之烷基取代基的聚(3－己基噻吩)等。
高分子有機半導體化合物係具體上可例示具有如下述之構造者。
上述式(1a)~(1i)中，R1 、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、R7 、R8 及R9 係分別獨立地表示烷基、烷氧基、烷基硫、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷基硫基、芳基烯烴基、芳基炔烴基、胺基、取代胺基、甲矽烷基、取代甲矽烷基、甲矽烷基氧基、取代甲矽烷基氧基、1價之雜環基、鹵原子或氰基。n為1以上之整數。
有機半導體化合物以外之添加成份即摻雜物可舉例如受體性之摻雜物與施體性之摻雜物。
首先，受體性之摻雜物係可例示碘、溴、氯、氯化碘、溴化碘等之鹵素；硫酸、無水硫酸、二氧化硫、硫酸鹽等之氧化硫化合物；硝酸、二氧化氮、硝酸鹽等之氧化氮化合物；過氯酸、次亞氯酸等之鹵素化合物；四氟硼酸、四氟硼酸鹽、磷酸、磷酸鹽、三氟醋酸等之酸或其鹽；四氰基醌二甲烷、四氯四氰基醌二甲烷、四氟四氰基醌二甲烷、四氰基亞乙烯、二氯氰基亞乙烯、二氯二氰基醌、四氯醌、碳酸氣體、氧等。
施體性之摻雜物係可例示四硫富瓦烯、四甲基四硫富瓦烯、四硒硫富瓦烯；二苯基苯二胺、四苯基苯二胺、四苯基二胺基二苯基、聚乙烯基咔唑等之胺化合物、鹼金屬、鹼土族金屬、稀土族金屬或此等之金屬與有機化合物之錯合物等。
其他，調整活性層20內之載體的調整材料，可舉例如具有導電性之材料、例如鋁、鐵、銅、鎳、鋅、銀、鉑、金等之過渡金屬或此等之微粒子。
進一步，用以提高半導體膜22之機械特性的高分子材料，可舉例如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯化乙烯、聚矽氧烷等。
在如此之半導體膜22製造中，例如首先使有機半導體化合物或有機半導體化合物及此以外之添加成份溶解分散於有機溶劑而形成溶液。然後，將此溶液例如塗佈於聚四氟乙烯樹脂板上後，使有機溶劑揮發。藉此，可得到半導體膜22。又，使用此半導體膜22時，係宜從聚四氟乙烯樹脂板剝離半導體膜22。
用以製造半導體膜22之溶液所使用的有機溶劑可舉例如氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯苯等之氯系溶劑；四氫呋喃等之醚系溶劑；甲苯、二甲苯、三甲苯、四氫化萘、正丁基苯等之芳香族烴系溶劑；茴香醚等具有烷氧基的芳香族系溶劑等。
溶液之塗佈方法可例示旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、桿塗法、輥塗法、絲條塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法等。
在第1實施形態的電晶體之製造方法中，形成上述構成之半導體膜22後，延伸所得到之半導體膜22。半導體膜22之延伸方法係可例示單軸延伸、雙軸延伸、液中膨潤延伸、使用輥之延伸等的方法。
單軸延伸係使呈四角形的半導體膜22的1對之對邊分別被挾具挾住，朝相反方向拉張、延伸之方法。此時，亦可在室溫下拉張，一邊適度地加熱一邊拉張。又，拉張係在氮氣等之特定的氣體環境下進行。
又，雙軸延伸係使呈四角形的半導體膜22的2對之對邊分別被挾具挾住，同時地，或，依序朝2個對邊方向使薄膜拉張、延伸之方法。此時，亦可在室溫下拉張，一邊適度地加熱一邊拉張。又，拉張係在氮氣等之特定的氣體環境下進行。
進一步，所謂液中膨潤延伸係半導體膜22不溶解而膨潤之適當溶液中，浸漬半導體膜22，在其中，藉上述單軸延伸或雙軸延伸而使薄膜拉張、延伸之方法。此時，拉張係亦可在室溫下進行，一邊適度地加熱一邊進行。
藉由如此之延伸，構成半導體膜22之有機半導體化合物會朝延伸方向整列而於一定的方法排列。亦即，藉由上述延伸而半導體膜22被朝延伸方向配向。由如此所配向之半導體膜22所構成的活性層20，係成為載體移動度高者。因此，具有由被延伸之半導體膜22所形成的活性層22之電晶體100(後述之電晶體105、110、115、120、125亦同樣)，係就載體移動度而言，具有優異之電晶體特性者。
在本實施形態中，得到如此延伸之半導體膜22後，實施使此延伸後之半導體膜22，與在元件基板30中之絕緣層14，一邊加熱及/或加壓，一邊貼黏之貼黏步驟(圖7(c))。在此絕緣層14中之半導體膜22被貼黏的面，相當於形成活性層20之面。如此之貼合的具體方法，並無特別限制，但例如首先使半導體膜22載置於形成有源極電極16及汲極電極18之絕緣層14上。然後，使載置於絕緣層14上之半導體膜22進行加熱及/或加壓，而密接於絕緣層14。
在貼黏步驟中，亦可只進行加熱或加壓之任一者的方法，亦可進行兩者。又，進行兩者之情形，亦可同時地進行加熱及加壓，亦可先進行任一者，另一者於後面進行。進一步，在貼黏步驟中，為了密接性之更一步提昇，亦可在減壓下進行貼合。又，在大氣下進行加熱等之情形，係有時產生因有機半導體化合物之種類所氧化等較佳的特性變性之情形。因此，貼黏步驟係依需要而減壓下之外，亦可在氮氧環境下遮光下等之光、水分、氧等被控制的環境下實施。
但，加熱或加壓係若在過剩的條件下實施，半導體膜22之特性(例如配向性)等產生變化，恐很難得到具有所希望特性之活性層20。因此，加熱或加壓係宜在適當的條件下實施。適當的加熱條件，可舉例如為室溫以上，於半導體膜22或與此貼合之絕緣層14、或元件基板30等不產生變形之程度的溫度條件。可舉例如半導體膜22由高分子有機半導體化合物所構成時，宜為其液晶相或等方相轉移溫度以下之溫度。另外，半導體膜22由低分子有機化合物所構成時，宜為其熔點以下之溫度。又，即使為超過此等之溫度，若為不產生上述不佳情形之程度的短時間加熱，均可實施。
又，加壓係朝半導體膜22與絕緣層14之層合方向實施，但亦可從半導體膜22之上施加荷重，亦可使用輥而加壓半導體膜22與元件基板30之全體。加壓時之壓力係宜為不產生半導體膜22、或構成元件基板30之絕緣層14、基板10、源極電極16或汲極電極18之變形或不良的程度。
又，在貼黏步驟中，亦可於半導體膜22與絕緣層14之間介入施工液。施工液係使用液狀之物質(液體)，該液狀之物質係具有可使絕緣層14與半導體膜22之兩者潤濕的性質。藉此，半導體膜22與絕緣層14被良好地潤濕，可進一步提昇兩者之密接性。
如此之施工液係宜與形成絕緣層14之活性層20的面之接觸角成為120度以下者，更宜成為90度以下者，最宜成為60度以下者。此處，「接觸角」係謂在空氣中於絕緣層14上形成施工液之液滴的情形，從此等3相之接觸點引至施工液的接線與絕緣層14之表面構成的角中，含有施工液者的角度。
較適的施工液係宜依絕緣層14之種類(與絕緣層14之接觸角)而適當選擇。例如絕緣層14之表面為氧化矽(SiO2 等)的情形，或烷基三氯矽烷(十八烷基三氯矽烷等)所修飾之氧化矽的情形，氮化矽的情形，有機系絕緣膜的情形等，施工液適宜為甲醇、乙醇、異丙醇等之碳數1~8之醇系溶劑、丙酮等之酮系溶劑、二乙基醚等之醚系溶劑、氯仿等之鹵系溶劑(更佳係混合醇等者)、甲苯等之芳香族烴系溶劑(更佳係混合醇等者)、己烷、庚烷、辛烷等之脂肪族烴系溶劑、水(更佳係含有界面活性劑者)、乙腈等之腈系溶劑、醋酸乙酯等之酯系溶劑、含有氨水等之胺系化合物的溶劑等。
施工液係亦可進一步含有用以調節對絕緣層14之潤濕性之界面活性劑等的添加物、或可調節以活性層20所產生的電晶體特性之摻雜物、用以調節活性層20中之載體的濃度之材料等。又，例示作為施工液之上述溶劑係可單獨使用，亦可混合2種以上或其以上而使用。
於半導體膜22與絕緣層14之間介入施工液，而貼合此等之方法，可舉例如於半導體膜22及絕緣層14之中的一者表面上塗佈施工液後，使另一者層合於此施工液上之方法。又，如此外之方法係使半導體膜22與絕緣層14之間間隔特定之間距(間隙)而保持，於此間距中注入施工液的方法。在此等之方法中，施工液如上述般若為與絕緣層14之接觸角成為120度以下者，可有效率地潤濕絕緣層14之表面，可進一步良好地進行貼合。
又，介由施工液之貼合時，係為免半導體膜22之全部溶出至施工液中。若半導體膜22會全部溶出，因很難形成均一之活性層20。為避免半導體膜22之溶出，施工液宜使用具有與半導體膜22之溶解度參數(SP值)相異之溶解度參數者。又，在貼合中，半導體膜22係只要全部不溶解即可，即使一部分產生溶解，亦無問題。
繼而，以上之方法實施貼黏步驟後，使用施工液時，係實施除去此施工液中之不需要的揮發成份的除去步驟。藉此，半導體膜22與絕緣層14會密接，可得到第1實施形態之電晶體100(圖7(d))。又，在此除去步驟中，施工液亦可完全除去，亦可一部分殘留。可舉例如只要絕緣層14與活性層20之接着性良好地保持即可，亦可全部除去施工液。
電晶體100中之活性層20的厚度宜為10nm以上，更宜為40nm以上，最宜為200nm以上。若活性層20之厚度為10nm以上，可得到非常良好的電晶體特性，形成更厚之活性層20，俾易得到移動度更高之電晶體。又，增加活性層20之厚度，有很難產生於製造時受到之物理損傷等的不佳情形之傾向。為得到所希望之厚度的活性層20，宜在半導體膜22之階段適當調整厚度。又，活性層之適當厚度在下述之第2及第3實施形態的電晶體中亦相同。
在以上之第1實施形態的電晶體之製造方法中，半導體膜22之延伸後，再與絕緣層14貼合，但本發明之電晶體的製造方法係不限定於此，而使半導體膜22貼合後絕緣層14後，亦可進行此半導體膜22之延伸。此時，例如，使半導體膜22與絕緣層14貼合後，使貼合有半導體膜22之層合基板30全體延伸，俾可進行貼合後之半導體膜22的延伸。又，亦可進行貼合前之延伸、與貼合後之延伸的兩者。
此處，在本發明中，係更宜延伸半導體膜22後，再與絕緣層14貼合。此時，藉由預先延伸半導體膜22，而可適度地調整此半導體膜22之配向性。又，在本發明中，係在貼黏步驟中進行加熱及/或加壓，故即使藉延伸之操作產生阻礙對半導體膜22之絕緣層14等的密接性之因素(半導體膜22之變形等)，亦可對絕緣層14良好地貼黏半導體膜22。
又，如上述般，為達成優異之載體移動度，係宜藉半導體膜22之延伸對該膜產生配向，但未必產生配向。有時藉延伸而半導體膜22成為適當的形狀等，即使受配向以外之因素，電晶體之載體移動度亦會提昇。
(第2實施形態之電晶體的製造方法)
其次，說明有關第2實施形態之電晶體的較佳製造方法。
圖8係表示第2實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，係首先準備元件基板32，其係具備如下者：閘極電極12、形成於閘極電極12上之絕緣層14、形成於絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18(圖8(a))。此處，閘極電極12亦兼具作為基板之功能者。如此之閘極電極12例如適宜為高濃度摻雜矽或鋁等之金屬基板。絕緣層14、源極及汲極電極16、18係可與上述第1實施形態同樣做法而形成。
又，與元件基板32之製造同時，準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層20的半導體膜22(圖8(b))。然後，與第1實施形態同樣地進行半導體膜22之延伸。繼而，進行使半導體膜22與在元件基板32中之絕緣層14一邊加熱及/或加壓一邊貼合之貼黏步驟(圖8(c))。在此貼黏步驟中使用施工液時，依需要而進一步實施除去施工液中之不需要的揮發成份的除去步驟。藉此，可得到第2實施形態之電晶體105(圖8(d))。
即使在此第2實施形態中，半導體膜22之延伸並非在與絕緣層14之貼合前，亦可於貼合後實施。此時，使未延伸之半導體膜22與絕緣層14貼合後，使貼黏有半導體膜22之元件基板32全體朝特定方向延伸。
(第3實施形態之電晶體的製造方法)
其次，說明有關第3實施形態之電晶體的製造方法。
圖9係表示第3實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，用以形成活性層之材料，係使用貼合有半導體膜22與支撐膜52之層合體。
亦即，在本實施形態中，係首先準備元件基板34，其係具備如下者：閘極電極12、形成於閘極電極12之兩面之絕緣層14、與形成於一者之絕緣層14上之源極電極16及汲極電極18(圖9(a))。與此另外地，準備層合體50(於支撐膜52上層合半導體膜22者)(圖9(b))取代第1實施形態中之半導體膜22。元件基板34中之絕緣層14、源極電極16及汲極電極18係可與上述第1實施形態同樣做法而形成。
在層合體50中之支撐膜52係亦可例示無機材料、有機材料中任一者所構成者。例示如聚矽氧烷、氟系樹脂、聚乙烯、聚丙烯、甲基戊烯樹脂、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、氯化乙烯、偏氯乙烯、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚苯乙烯、尼龍、聚酯、聚乙烯醇等。
此處，使半導體膜22與絕緣層14貼合之前配向時，可想到單獨使半導體膜22配向之方法、與層合體50之形成後配向之方法。後者之情形，支撐膜52宜為可對應於特定之配向操作者。如此之支撐膜52適宜為例如聚乙烯、聚丙烯、甲基戊烯樹脂、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、氯化乙烯、偏氯乙烯、甲基丙烯酸樹脂、尼龍、聚酯、聚乙烯醇等。
又，支撐膜52係亦可具備一具有可促進與層合於支撐膜52之半導體膜22的剝離之功能性的層。例如，如此之層可舉例如具有將光變換成熱之功能的層或藉熱進行膨脹之層等。此等之層係可藉熱促進支撐膜52與半導體膜22之剝離。因此，支撐膜52具有此等之層時，貼合層合體50與絕緣層14之貼黏步驟後，藉由進行光之照射或加熱而可容易地使支撐膜52從活性層20剝離。
進一步，支撐膜52具有如上述之具有將光變換成熱之功能的層或具有藉熱進行膨脹之層之情形，係有時活性層20之圖案化成為很容易。亦即，使層合體50貼合於絕緣層14後，對半導體膜22之特定部分介由支撐膜52而照射光，或以熨斗進行之加熱。如此一來，半導體膜之光照射部分或加熱部分可轉印至絕緣層14上，另外，此以外之部分易與支撐膜52同時剝離。其結果，只半導體膜22之上述特定部分殘留於絕緣層14上，藉此，形成被圖案化之活性層20。
層合體50係可藉由支撐膜52與預先所形成之半導體膜22的貼合、或於支撐膜52直接地賦予有機半導體化合物、於支撐膜52直接塗佈有機半導體化合物之溶液來形成。於支撐膜52直接賦予有機半導體化合物係例如固有之有機半導體化合物的情形，可藉於支撐膜52上之有機半導體化合物的蒸鍍、熔融物之噴塗、賦予昇華等來實施。
於支撐膜52直接塗佈有機半導體化合物之溶液係可藉由例如旋塗法、澆鑄法、微凹版塗佈法、凹版塗佈法、桿塗法、輥塗法、絲條塗佈法、浸塗法、噴塗法、網版印刷法、柔版印刷法、平版印刷法、噴墨印刷法等來進行。
使半導體膜22於貼黏在絕緣層14之前配向時，係可以層合體50之狀態進行。配向係例如與上述之第1實施形態同樣，藉單軸延伸、雙軸延伸、液中膨潤延伸等來實施。此時，與半導體膜22同時地支撐膜52亦被延伸。
又，構成半導體膜22之有機半導體化合物具有液晶性時，係以延伸外，亦可以已知作為液晶之配向方法的其他方法進行半導體膜22之配向。如此之方法可舉例如記載於「液晶之基礎與應用」(松本正一、角田市良共田者、工業調查會1991年)第5章、「強介電性液晶之構造與物性」(福田敦夫、足添秀男共者、Corona公司、1990年)第7章、「液晶」第3卷第1號(1999)年3~16頁等之方法等。此等之調配方法即使於前述第1及第2實施形態或後述之第4~第6實施形態中，亦可取代延伸而實施。
如此之配向方法例如摩擦法、光配向法、均勻法(剪切應力施加法)或拉起塗佈法為簡便且有用尤其易進行利用。
所謂摩擦法係以布等輕輕擦拭支撐膜52之方法。擦拭支撐膜52之布，係可使用紗布或聚酯、綿花、尼龍、縲縈等之布。用於摩擦之布係可符合配向之膜而適當選擇。此時，若於支撐膜52上另外形成配向膜，則配向性能更高。此配向膜可舉例如聚醯亞胺、聚醯胺、聚乙烯基醇、聚酯、尼龍等，亦可適用市售之液晶用配向膜。配向膜係可以旋塗法或柔版印刷等形成。
所謂光配向法係於支撐膜52上形成配向膜，藉由使偏光UV光照射或UV光斜入射照射而具有配向功能之方法。配向膜可舉例如聚醯亞胺、聚醯胺、聚乙烯基桂皮酸酯等，亦可適用市售之液晶用配向膜。
藉由如此之摩擦法或光配向法而於施予上述處理之支撐膜52上所層合的有機半導體化合物(半導體膜22)配向。此配向係於支撐膜52上以使有機半導體化合物成為液晶相或等方相的溫度之方式而產生。又，即使藉由使有機半導體化合物賦予至已實施配向處理後之支撐膜52上，亦可使形成於支撐膜52上之半導體膜22配向。
進一步，於支撐膜52上塗佈有機半導體化合物時，使有機半導體化合物載置於支撐膜52上，使塗佈設定成顯示其Tg以上或液晶相或等方相之溫度，以桿等朝一定方向進行塗佈來實施，俾可產生配向。又，亦可以調整一使有機半導體化合物溶解於有機溶劑之溶液，再以旋塗或柔版印刷等進行塗佈。又，即使有機半導體化合物為不具有結晶性時，若為可蒸鍍者，使此有機半導體化合物磊晶性地蒸鍍於已配向處理之支撐膜52上，可得到由被配向之有機半導體化合物所構成的層(半導體膜22)。
又，所謂均勻法係於載置在支撐膜52上之有機半導體化合物上載置另一基板，有機半導體化合物在成為液晶相或等方相之溫度下使上方之基板朝一方向偏移的方法。此時，支撐膜52若使用一具有以上述摩擦法或光配向法所記載之配向處理的支持層者，可得到配向度更高之半導體膜22。上方之基板，可舉例如玻璃或高分子膜等，亦可為金屬製之桿等。
進一步，所謂拉起塗佈法係使支撐膜52浸漬於有機半導體化合物之溶液中，以拉起，使已配向之有機半導體化合物的層(半導體膜22)形成於支撐膜52上之方法。用於有機半導體化合物之溶液的有機溶劑、或支撐膜52之拉起速度等的條件無特別限定，但宜符合所希望之有機半導體化合物的調配度而進行選擇、調整。
以上，說明一些有關半導體膜22的配向方法，但，即使在第1~第6實施形態的任一者中，就簡便性或有用之觀點，配向宜藉延伸實施。
然後，準備元件基板34及層合體50之後，實施使在層合體50與元件基板34中之絕緣層14一邊加熱及/或加壓，一邊貼合之貼黏步驟(圖9(c))。此加熱或加壓之條件係可與第1實施形態同樣做法。又，貼黏步驟係除上述加熱及/或加壓之外，尚且為進一步提昇密着性、或更促進施工液之除去，亦可在減壓條件下實施。
繼而，即使在第3實施形態之電晶體的製造方法中，例如於貼黏步驟中使用施工液時，依需要而實施除去此施工液之不需要揮發成份之步驟。其結果，可得到支撐膜52層合於活性層20上之狀態的第3實施形態之電晶體110(圖9(d))。又，此電晶體110完成後，支撐膜52係亦可除去，若實用上無問題，亦可直接層合。層合支撐膜52時，此支撐膜52係宜適用一兼備可遠離降低活性層20之特性的因素(受物理損傷、大氣等所造成的氣體影響、帶電等)而進行保護之功能。
又，使半導體膜22配向之步驟與貼黏步驟係如上述般，亦可先實施任一者，但尤其藉延伸以外之方法而使半導體膜22配向時，係宜先進行半導體膜22之配向後，使用此配向之半導體膜22而實施貼黏步驟。如此一來，有更易得到具有所希望之配向的活性層20的傾向。
(第4實施形態之電晶體的製造方法)
其次，說明有關第4實施形態之電晶體的製造方法。
圖10係表示第4實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，係首先準備第一元件基板36，其係具備閘極電極12、與形成於此上之絕緣層14(圖10(a))。此閘極電極12係兼具作為基板之功能。閘極電極12及絕緣層14之構成及製造方法係可與第2實施形態同樣做法而實施。
又，與第一元件基板36之製造同時，準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層20的半導體膜22(圖10(b))。繼而，適宜，進行此半導體膜22之延伸、或用以賦予其他配向性之處理。然後，進行使半導體膜22與在第一元件基板36中之絕緣層14一邊加熱及/或加壓一邊貼合之貼黏步驟(圖10(c))。如以一來，形成一於元件基板36上形成有活性層20之第二元件基板60(圖10(d))。此貼黏步驟中，亦可使用第3實施形態之層合體50取代半導體膜22。此時，貼黏後，除去層合體50中之支撐膜52後進行如下之操作。
繼而，於此第二元件基板60中之活性層20上，進行與第1實施形態等同樣做法而形成源極電極16及汲極電極18，藉此，得到第4實施形態之電晶體115(圖10(e))。
即使在此第4實施形態之電晶體的製造中，半導體膜22之延伸或其他之調配操作，亦可於半導體膜22之貼黏前實施，亦可於貼黏後實施。
(第5實施形態之電晶體的製造方法)
其次，說明有關第5實施形態之電晶體的製造方法。
圖11及12係表示第5實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，係首先準備第一元件基板38，其係具備基板10、與形成於此上之源極電極16(圖11(a))。
又，與此另外地，準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層20的半導體膜22(圖11(b))。對此半導體膜22而進行延伸或其他配向操作。然後，進行使此半導體膜22與在第一元件基板38中之源極電極16一邊加熱及/或加壓一邊貼合之第一貼黏步驟(圖11(c))。如此之第一貼黏步驟係可與第1實施形態等同樣做法而實施。繼而，使半導體膜22密接於第一元件基板38，從此半導體膜22形成活性層20(圖11(d))。
其次，於第一元件基板38上所形成之活性層20上，形成複數(此處為4個)的閘極電極12，藉此，得到第二元件基板62(圖11(e))。此閘極電極12亦可適用與第1實施形態等同樣者。
與此第二元件基板62(圖12(e))同時地，另外準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層24的半導體膜26(圖12(f))。對此半導體膜26亦進行適當延伸或其他配向操作。構成此半導體膜26之有機半導體化合物係亦可適用與上述活性層20同樣者，亦可適用相異者。
然後，實施一使此半導體膜26與在第2層合基板62中之活性層20，一邊加熱及/或加熱一邊貼合之第二貼黏步驟(圖12(g))。藉此，半導體膜26以使閘極電極12被覆於活性層20上之方法貼黏。此第二貼黏步驟亦可與第1實施形態等同樣地實施。又，在第1及第2貼黏步驟中，係與上述實施形態同樣地使用施工液，但在此等之步驟中的施工液，係亦可使用相同者，亦可使用相異者。
藉由上述之第2貼黏步驟，使半導體膜26以挾住閘極電極12之方式對活性層20密接，形成活性層24(圖12(h))。於如此所形成之活性層24上，與第1實施形態等同樣做法而形成汲極電極18，藉此，可得到第5實施形態之電晶體120(圖12(i))。又，在此第5實施形態之電晶體的製造步驟中，活性層20及24之中的任一者係亦可例如藉特開2004－006476號公報記載之方法而形成。又，在第1或第2之貼黏步驟中，係亦可使用第3實施形態之層合體50取代半導體膜22。此時，貼黏後，除去層合體50中之支撐膜52後進行其後之操作。
在上述第5實施形態之電晶體的製造方法中，對於用以形成活性層20及24之半導體膜22及26的兩者而進行延伸等之配向操作，但，不限定於此，而若對於至少一者的半導體膜進行延伸等的處理，可謀求載體移動度之提昇。又，在本實施形態中，在各貼黏步驟中，分別使未延伸之半導體膜22、26貼黏後，對於貼黏此等後之基板(例如第一元件基板38或第二元件基板62)而進行延伸等之配向操作。進一步，亦可一者之半導體膜係於延伸前貼黏，另一者之半導體膜係延伸後貼黏。
(第6實施形態之電晶體的製造方法)
其次，說明有關第6實施形態之電晶體的製造方法。
圖13及14係表示第6實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。在此製造方法中，係首先準備元件基板64，其係具備基板10、與形成於此上之源極電極16及汲極電極18(圖13(e))。此源極電極16及汲極電極18係可以與第1實施形態等同樣的方法而形成。
又，與元件基板64之製造同時地，準備一為成為含有有機半導體化合物之活性層20的半導體膜22(圖13(b))。繼而於此半導體膜22上進行用以賦予適當如上述之延伸或其他配向性的操作。接著，進行使延伸或配向後之半導體膜22、與在元件基板64中之基板10一邊加熱及/或加熱一邊貼合之貼黏步驟(圖13(c))。藉此，於基板10上以被覆源極電極16及汲極電極18之方式形成活性層20(圖13(d))。
然後，於此活性層20上與第1實施形態等同樣做法而形成絕緣層14(圖14(e))。繼而，於如此做法所形成之絕緣層14上，與第1實施形態同樣做法而形成閘極電極12，藉此，得到第6實施形態之電晶體125(圖14(f))。
又，即使在此第6實施形態之電晶體的製造中，在貼黏步驟中亦可使用如第3實施形態之層合體50取代半導體膜22。此時，貼黏後，除去層合體50中之支撐膜52後進行其後之操作。又，支撐膜52為兼具作為絕緣層14之功能的情形，係不除去支撐膜52，亦可直接進行形成絕緣層14。
以上，就適宜之有機半導體元件及其製造方法之例，雖已說明第1~第6實施形態之電晶體及其製造方法，但本發明中之電晶體或其製造方法未必限定於上述實施形態，而亦可為適當變更者。
例如，首先，在各實施形態之電晶體中的活性層20(在第5實施形態係活性層20及24)，不須分別為單一層者，亦可為由複數層所構成者。活性層20、24為複數層者之情形，此等之複數的層係可分別由相同之材料所構成者，亦可為由相異之材料所構成者。由如此之複數層所構成的活性層20、24係於用以形成活性層20、24之半導體膜22、26上，依需要而除去殘存於其上之支撐膜等之後，可進一步層合相同或相異種類之半導體膜來形成。
又，在上述之實施形態中，任一者均成為源極電極16或汲極電極18、與活性層20或24直接接觸之構造，但不限定於此，而於源極電極16及/或汲極電極18與活性層20、24之間，亦可介入由與有機半導體化合物相異之化合物所構成之層。藉此，可降低源極電極16及汲極電極18、與活性層20、24之間的接觸電阻，可進一步提昇電晶體之載體移動度。與有機半導體化合物相異之化合物可舉例如施體性之化合物、受體性之化合物、具有硫醇基之化合物等。
此處，施體性之化合物係可舉例如四硫富瓦烯、四甲基四硫富瓦烯、四硒硫富瓦烯；二苯基苯二胺、四苯基苯二胺、四苯基二胺基二苯基、聚乙烯基咔唑等之胺化合物；鹼金屬、鹼土族金屬、稀土族金屬或此等之金屬與有機化合物之錯合物等。
又受體性之化合物係可例示碘、溴、氯、氯化碘、溴化碘等之鹵素；硫酸、無水硫酸、二氧化硫、硫酸鹽等之氧化硫化合物；硝酸、二氧化氮、硝酸鹽等之氧化氮化合物；過氯酸、次亞氯酸等之鹵素化合物；四氟硼酸、四氟硼酸鹽、磷酸、磷酸鹽、三氟酯酸等之酸或其鹽；四氰基醌二甲烷、四氯四氰基醌二甲烷、四氟四氰基醌二甲烷、四氰基亞乙烯、二氯氰基亞乙烯、二氯二氰基醌、四氯醌等。
進一步，具有硫醇基之化合物可舉例如烷基硫醇類、氟化烷基硫醇類等之烷基硫醇化合物、芳香族硫醇類、氟化烷基芳香族硫醇類、氟化芳香族硫醇類、硝基芳香族硫醇類、胺基芳香族硫醇類等之芳香族硫醇化合物。
由此等之化合物所構成的層係例如使上述化合物之溶液或氣體接觸於源極電極16或汲極電極18的表面，而使上述化合物被此接觸表面吸附來形成。
又，在上述各實施形態之電晶體中，源極電極16或汲極電極18的厚度並別特別限定。但，如第1~第3及第5實施形態，於源極電極16或汲極電極18上形成活性層20或24等之情形係與活性層20、24之密接性更良好，源極電極16或汲極電極18係宜在無損作為此等電極之功能的範圍儘可能地薄。
進一步，第1~第6實施形態的電晶體係完成上述之元件構成後進行密封，可形成密封電晶體。藉此，電晶體被遮阻隔遠離大氣外，尚亦被保護以免來自物理損傷等，可抑制電晶體之特性的降低。
密封之方法係使元件構成以絕緣性聚合物、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂或無機之氧化矽膜或氮化矽膜等進行覆蓋之方法，對於元件構成，以UV硬化樹脂或熱硬化樹脂等貼合玻璃板或薄膜之方法等。為有效地進行與大氣之阻隔，宜製成電晶體後，至密封之步驟不會曝露於大氣中(例如，在已乾燥之氮氣環境中、真空中進行保管)。
進一步又，上述之電晶體係較宜適用於半導體裝置，半導體裝置係可舉例如無線標籤、顯示器、大面積感測器等。在半導體裝置中，例如電晶體係可藉由單獨或與其它之電晶體複數組合而構成之邏輯電路。具體地，係適宜作為半導體裝置之顯示器的像素之開關用電晶體、訊號驅動器電路元件、記憶體電路元件、訊號處理電路元件等。顯示器係可廣泛應用於電子紙、液晶或有機LED等。
 實施例
以下，依據實施例及比較例，更具體地說明本發明，但本發明係不被以下之實施例任何限定。
<有機半導體化合物>
聚(3－己基噻吩)及聚(3－辛基噻吩)係自Aldrich公司所購入者。又，使用此等之聚(3－己基噻吩)及聚(3－辛基噻吩)係使用區域規則性者。
[電晶體之製造及其評估]
如以下所示般，使實施例1~3及比較例1~5之電晶體分別依據圖15或圖16所示之步驟而製作，又評估依此所得到之各電晶體的特性。
[實施例1] (電晶體之製造)
(1)元件基板之製作首先，如圖15(a)所示般，於使呈兼具基板之閘極電極的高濃度被摻雜之正型矽基板201的表面進行熱氧化，而使由矽氧化膜所構成之絕緣層203形成200nm，以此作為支撐基板。其次，如圖15(b)所示般，於此基板201之一者的絕緣層203表面，藉真空蒸鍍法使金蒸鍍成厚65nm，形成具有引出線與墊極之源極電極204a及汲極電極204b。此時之電極的通道寬為500 μ m、通道長為20 μ m。
繼而，參照文獻(S.R.Wasserman,et.al.,Langmuir,vol.5,p1074,1989)之方法，而使絕緣層203的表面浸漬於辛基三氯矽烷的辛烷溶液(6mmol/l)而修飾，藉此形成元件基板206。
(2)延伸層合體之製作另外，與元件基板206不同地，準備活性層形成用之層合體。亦即，首先，在大氣下調整聚(3－己基噻吩)的氯仿溶液(2.0wt%)。
然後，如圖15(c)所示般，在氮氣環境之手套箱內，使聚(3－己基噻吩)的氯仿溶液在支撐膜207即聚乙烯膜上以旋塗法(1000rpm)進行塗佈。如此一來，於聚乙烯之支撐膜207上形成一層合有聚(3－己基噻吩)膜208之層合體205。
其後，在氮氣環境下，以100℃使此層合體205單軸延伸成2.5倍。藉此，得到由延伸後之支撐膜217及延伸後之聚(3－己基噻吩)膜218所成的延伸層合體215(圖15(d))。
此處，如以下所示般作法而確認出在延伸層合體215中之聚(3－己基噻吩)膜218的配向狀態。亦即，首先，切取延伸層合體215之一部分，再如其聚(3－己基噻吩)膜218面接觸之方式，壓接於以加熱板加熱至60℃之載玻璃。其後，只以鑷子剝離支撐膜217，俾使聚(3－己基噻吩)膜218轉印至載玻璃。藉偏光顯微鏡觀察此所轉印之聚(3－己基噻吩)膜218。其結果，聚(3－己基噻吩)膜218係可確認出朝上述層合體205之延伸方向配向。
(3)電晶體之製作然後，如圖15(e)所示般，於形成源極電極204a及汲極電極204b之絕緣層203上，使延伸層合體215以其聚(3－己基噻吩)膜208，與形成源極電極204a與汲極電極204b之絕緣層203對向之方式以鑷子放置。進一步，使延伸層合體215的表面從上面以Bencotton(旭化成)非常柔地摩擦。此時，延伸層合體215之延伸方向係與連結源極電極204a與汲極電極204b之方向成為平行。
其後，使載置有延伸層合體215之元件基板206，使用加熱板在氮氣環境下、以80℃加熱40分鐘。如此一來，得到實施例1之電晶體200(圖15(f))。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係1.7×10－ 2 cm2 /Vs。
[實施例2] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，使延伸積層體215載置於元件基板206後，再施加荷重0.47kg/cm2 ，同時並於加熱板氮氣環境下以80℃加熱40分鐘，進一步以90℃加熱45分鐘以外，其餘係與實施例1同樣做法而得到實施例2之電晶體200。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係2.8×10－ 2 cm2 /Vs。
[實施例3] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，除只使延伸積層體215載置於元件基板206後，再於氮氣環境下施加2.7kg/cm2 之荷重30分鐘之操作以外，其餘係與實施例1同樣做法而得到實施例3之電晶體200。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係8.1×10－ 3 cm2 /Vs。
[比較例1] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，除加熱載置有延伸積層體215之元件基板206以外，其餘係與實施例1同樣做法而得到比較例1之電晶體200。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係2.0×10－ 3 cm2 /Vs。
[比較例2]
(1)元件基板之製作首先，依圖15(a)及(b)所示之製造步驟，與實施例1同樣做法而得到元件基板206。
(2)層合體之製作另外，與元件基板206不同地，如圖15(c)所示般準備活性層形成用之層合體。亦即，首先，在大氣下調整聚(3－己基噻吩)的氯仿溶液(2.0wt%)。
然後，在氮氣環境之手套箱內，使聚(3－己基噻吩)的氯仿溶液於支撐膜207即聚乙烯膜上以旋塗法(1000rpm)進行塗佈。如此一來，於聚乙烯之支撐膜207上形成一層合有聚(3－己基噻吩)膜208之層合體205。接著，在比較例2中，不進行此層合體205之延伸而直接切割成適當的大小，使用於電晶體之製作。
(3)電晶體之製作然後，如圖16(a)所示般，於形成源極電極204a及汲極電極204b之絕緣層203上，使層合體205以其聚(3－己基噻吩)膜208，與形成源極電極204a與汲極電極204b之絕緣層203對向之方式以鑷子放置。進一步，使層合體205的表面從上面以Bencotton(旭化成)非常柔地摩擦。
其後，使載置有層合體205之元件基板206，使用加熱板在氮氣環境下、以80℃加熱40分鐘。如此一來，得到比較例2之電晶體210(圖16(b))，其係具備由聚(3－己基噻吩)所構成之未延伸的活性層228。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係1.1×10－ 2 cm2 /Vs。
[比較例3] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，使積層體205載置於元件基板206上後(圖16(a))，再施加荷重0.47kg/cm2 ，同時並使用加熱板而氮氣環境下以80℃加熱40分鐘，進一步以90℃加熱45分鐘以外，其餘係與實施例2同樣做法而得到比較例3之電晶體210，其係具備由聚(3－己基噻吩)所構成之未延伸的活性層228。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係2.0×10－ 2 cm2 /Vs。
[比較例4] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，除只使積層體205載置於元件基板206上後(圖16(a))，再於氮氣環境下施加2.7kg/cm2 之荷重30分鐘之操作以外，其餘係與比較例2同樣做法而得到比較例4之電晶體210，其係具備由聚(3－己基噻吩)所構成之未延伸的活性層228。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係7.6×10－ 3 cm2 /Vs。
[比較例5] (電晶體之製作)
在(3)之電晶體之製作中，除使積層體205載置於元件基板206後(圖16(a))，再加熱其以外，其餘係與比較例1同樣做法而得到比較例5之電晶體210。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋50~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係5.7×10－ 3 cm2 /Vs。
[實施例4] (電晶體之製作)
就元件基板而言，除使用於元件基板206中之源極電極204a及汲極電極204b上進一步形成4－(三氟甲基)苯硫酚之層500的元件基板216(參照圖18)以外，其餘係與實施例1同樣做法而製造電晶體，如圖17所示般，於源極電極204a及汲極電極204b與活性層220之間具有4－(三氟甲基)苯硫酚之層500的電晶體300。4－(三氟甲基)苯硫酚之層500係形成元件基板206後，再於4－(三氟甲基)苯硫酚之乙醇溶液(1mmole/L)中浸漬0.5小時來形成。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係4.1×10－ 2 cm2 /Vs。
[比較例6] (電晶體之製造)
在(3)之電晶體的製作中，除使用與比較例2同樣的未延伸之層合體205取代延伸層合體215以外，其餘係與實施例4同樣做法而得到電晶體。藉此，得到除分別具有未延伸之活性層228及未延伸之支撐膜207取代活性層220及延伸後之支撐膜217以外，其餘係具有與實施例4之電晶體300同樣構成的比較例6之電晶體。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係2.7×10－ 2 cm2 /Vs。
[實施例5] (電晶體之製造)
(1)元件基板之製作首先，與實施例1同樣做法而製作元件基板206後，於其源極電極204a及汲極電極204b上，與實施例4同樣做法而進一步形成4－(三氟甲基)噻吩之層500，得到元件基板216(圖18)。
(2)延伸層合體之製作與實施例1同樣做法而得到延伸層合體215。
(3)電晶體之製作然後，如圖18所示般，於元件基板216之絕緣層203上，以滴管放置甲醇之液滴作為施工液9，介由此施工液而使延伸層合體215，以其聚(3－己基噻吩)膜218，與形成源極電極204a與汲極電極204b之絕緣層203對向之方式以鑷子放置。此時，延伸層合體215之延伸方向係與連結源極電極204a與汲極電極204b之方向成為平行。繼而，静置至施工液9即甲醇被乾燥除去。藉此，延伸層合體215係以被覆源極電極204a與汲極電極204b之方式，於絕緣層203上被自然地密接。然後，與實施例4同樣做法而進行80℃、40分鐘之加熱處理。如此一來，得到具有與實施例4之電晶體300同樣的構成之實施例5的電晶體。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係1.2×10－ 1 cm2 /Vs。
[比較例7]
在(3)之電晶體製造中，除使用與比較例2同樣之未延伸的層合體205取代延伸層合體215以外，其餘係與實施例5同樣做法而得到電晶體。藉此，以介由施工液9之貼合形成未延伸之活性層228，得到具有與比較例6同樣的構成之比較例7的電晶體。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定。其結果，從I－V特性所得到之移動度係8.8×10－ 2 cm2 /Vs
將在實施例1~5及比較例1~7所得到的電晶體特性，歸納表示於表1及表2中。表1係表示任一者均為形成活性層之半導體膜進行延伸所得到之實施例1~5及比較例1的電晶體所得到之特性，表2係表示未進行半導體膜延伸之比較例2~7的電晶體所得到之特性。各表中顯示，移動度提昇率之值係任一者均於活性層之形成時未進行加熱及加壓時所得到之電晶體的移動度作為100%之值而算出之值，並藉由加熱及/或加壓而移動度提昇之比率。
從表1及表2，可確認出進行以形成活性層之半導體膜的延伸所產生之配向即實施例1~5之電晶體，係活性層形成時，藉由進行加熱及/或加壓所產生之移動度的提昇很明顯，其結果，具有優異之電晶體特性。
又，例如實施例1與比較例2、實施例2與比較例3、實施例3與比較例4般，可知使活性層之形成條件為相同時，係進行延伸之各實施例的電晶體者，移動度較未延伸之比較例者更高，可發揮優異之電晶體特性。進一步，從比較例1與比較例5之比較，可確認出僅以延伸，係不會產生組合加熱或加壓而實施時那種程度般移動度之提昇。進一步又，如實施例4般，於源極及汲極電極與活性層之間設有4－(三氟甲基)噻吩之層，如實施例5般，藉由進行使用施工液之貼合，俾產生更進一步之移動度提昇。繼而，從比較例6、7之比較，可知具有已延伸之活性層時，相較於未延伸之情形而上述效果變成明顯優異。
(實施例6~11) (電晶體之製造)
在(2)之延伸層合體的製作中，除使用聚(3－辛基噻吩)取代聚(3－己基噻吩)，且，使層合體205單軸延伸成3.5倍，且使加熱時間為1小時以外，其餘係與實施例1同樣做法而製造實施例6~11之電晶體。在實施例6~11中，改變層合體5形成所使用之聚(3－辛基噻吩)的氯仿溶液之濃度俾形成具有各種膜厚之聚(3－己基噻吩)膜208，藉此，得到具有膜厚分別相異之活性層220的各種電晶體。
(I－V特性之測定)
對於所得到之電晶體，以矽基板201作為閘極電極，而於氮氣之環境下，施加閘極電壓VG ＋40~－40V，於源極－汲極間施加電壓VS D －40V，而進行電晶體特性之測定，所得到之I－V特性算出移動度。所得到之結果，以及各實施例之電晶體中的活性層220之膜厚均表示於表3中。
從表3，可知活性層之膜厚愈大，愈可得到高的移動度。
從以上，可確認出對半導體膜賦予配向性，且藉由一邊加熱及/或加壓半導體膜，一邊與鄰接層貼合，可得到載體移動度高且具有優異之電晶體特性的電晶體。
9．．．施工液
10．．．基板
12．．．閘極電極
14．．．絕緣層
16．．．源極電極
18．．．汲極電極
20．．．活性層
24．．．活性層
22．．．半導體膜
26．．．半導體膜
30．．．元件基板
32．．．元件基板
34．．．元件基板
64．．．元件基板
36．．．第一元件基板
38．．．第一元件基板
40．．．施工液
50．．．層合板
52．．．支撐膜
60．．．第2元件基板
62．．．第2元件基板
100．．．電晶體
105．．．電晶體
110．．．電晶體
115．．．電晶體
120．．．電晶體
125．．．電晶體
200．．．電晶體
210．．．電晶體
300．．．電晶體
201．．．n型矽基板
203．．．絕緣層
204a．．．源極電極
204b．．．汲極電極
205．．．層合體
206．．．元件基板
216．．．元件基板
207．．．支撐膜
208．．．聚(3－己基噻吩)膜
215．．．延伸層合體
217．．．延伸後之支撐膜
218．．．延伸後之聚(3－己基噻吩)膜
220．．．延伸後之活性層
228．．．未延伸之活性層
500．．．4－(三氟甲基)苯硫酚之層
圖1係第1實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖2係第2實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖3係第3實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖4係第4實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖5係第5實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖6係第6實施形態之電晶體的模式截面圖。
圖7係表示第1實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖8係表示第2實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖9係表示第3實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖10係表示第4實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖11係表示第5實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖12係表示第5實施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖13係表示第6施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖14表示第6施形態之電晶體的製造方法之步驟圖。
圖15係表示實施例1~3之電晶體之製造步驟的圖。
圖16係表示實施例2~5之電晶體的製造步驟之一部分的圖。
圖17係表示實施例4所得到之電晶體的模式截面圖。
圖18係表示實施例6之電晶體的製造步驟之一部分的圖。
10．．．基板
12．．．閘極電極
14．．．絕緣層
16．．．源極電極
18．．．汲極電極
20．．．活性層
22．．．半導體膜
30．．．元件基板
100．．．電晶體

Claims (9)

  1. 一種電晶體之製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層之電晶體之製造方法，其特徵在於含有如下步驟：延伸該半導體膜之步驟；使該半導體膜對形成該活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而得到該活性層之步驟。
  2. 一種電晶體之製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層之電晶體之製造方法，其特徵在於含有如下步驟：配向該半導體膜之步驟；使該半導體膜對形成該活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而得到該活性層之步驟。
  3. 一種電晶體之製造方法，係具有由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層之電晶體之製造方法，其特徵在於含有如下步驟：延伸該半導體膜而配向之步驟；使該半導體膜對形成該活性層之面邊進行加熱及/或加壓邊貼黏，而得到該活性層之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電晶體的製造方法，其中使該半導體膜在與該面之間介入施工液而貼在該面。
  5. 一種電晶體之製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物 之半導體膜所構成的活性層、可控制通過該電流通路之電流的閘極電極、以及配置於該活性層與該閘極電極之間的絕緣層之電晶體之製造方法；其特徵在於含有如下步驟：延伸該半導體膜之步驟；使該半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與該絕緣層貼合，而得到該活性層之步驟。
  6. 一種電晶體之製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過該電流通路之電流的閘極電極、以及配置於該活性層與該閘極電極之間的絕緣層之電晶體之製造方法；其特徵在於含有如下步驟：配向該半導體膜之步驟；使該半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與該絕緣層貼合，而得到該活性層之步驟。
  7. 一種電晶體之製造方法，係具有源極電極及汲極電極、成為此等之間的電流通路且由含有機半導體化合物之半導體膜所構成的活性層、可控制通過該電流通路之電流的閘極電極、以及配置於該活性層與該閘極電極之間的絕緣層之電晶體之製造方法；其特徵在於含有如下步驟：延伸該半導體膜而配向之步驟；使該半導體膜邊進行加熱及/或加壓邊與該絕緣層貼合，而得到該活性層之步驟。
  8. 如申請專利範圍第5~7項中任一項之電晶體的製造方法，其中使該半導體膜在與該絕緣層之間介入施工液而 與該絕緣層貼合。
  9. 如申請專利範圍第5~7項中任一項之電晶體的製造方法，其中該電晶體係在該源極電極及/或該汲極電極與該活性層之間，具有與該有機半導體化合物相異之化合物所構成的層者。
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