WO2005045939A1 - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2005045939A1
WO2005045939A1 PCT/JP2004/010759 JP2004010759W WO2005045939A1 WO 2005045939 A1 WO2005045939 A1 WO 2005045939A1 JP 2004010759 W JP2004010759 W JP 2004010759W WO 2005045939 A1 WO2005045939 A1 WO 2005045939A1
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WO
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semiconductor layer
film transistor
conjugated organic
organic semiconductor
thin film
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PCT/JP2004/010759
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takayuki Takeuchi
Norishige Nanai
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
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    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene

Definitions

  • the present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a thin film transistor using a 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor having an orientation formed as a semiconductor layer, and a method for manufacturing the same.
  • TFTs thin film transistors
  • a current flowing between a source electrode and a drain electrode provided in contact with the semiconductor layer is insulated from the semiconductor layer. It is configured to be controlled by the voltage applied to the gate electrode provided via the layer (that is, the electric field generated by the applied voltage).
  • semiconductor materials that are currently put into practical use include amorphous silicon, which is relatively inexpensive in terms of characteristics as compared with crystalline silicon, but is relatively inexpensive. Semiconductor materials.
  • examples of insulating materials that are currently in practical use include silicon oxide and silicon nitride.
  • the TFT manufacturing process using these semiconductor materials and insulating materials requires a large-scale apparatus such as a plasma CVD method and a thin-film control apparatus for precision processing. Therefore, the manufacturing cost of TFT is high.
  • the manufacturing process generally includes a process at a processing temperature exceeding 350 ° C., there is a limitation on usable substrate materials and the like.
  • an organic semiconductor composed of an organic compound has attracted attention as a semiconductor material that can be used for TFT.
  • This organic semiconductor is a low-cost process and a low-temperature process, compared to the case where an inorganic semiconductor such as amorphous silicon or low-temperature polysilicon is used.
  • the semiconductor layer can be formed by a manufacturing process such as spin coating, inkjet printing, and immersion coating. Therefore, the manufacturing cost of the TFT can be reduced, and restrictions on usable substrate materials and the like are eliminated.
  • the low-cost process and the low-temperature process described above it is possible to form a TFT on a flexible substrate and a large-area substrate. Or, it is expected to be used for paper-like displays or wireless ID tags.
  • currently reported organic semiconductors have lower carrier mobilities than the aforementioned inorganic semiconductors. Therefore, various efforts have been made to achieve carrier mobility comparable to that of amorphous silicon.
  • a 7T conjugated organic semiconductor is composed of an organic compound having a molecular skeleton having a 7T conjugated double bond. It is considered that semiconductor characteristics can be obtained by the valence band and conduction band generated by the overlap of 7t orbitals in the ⁇ -shared double bond, and the band gap between them.
  • the ease of electric conduction depends on the electric conductivity along the main chain direction in the molecule, Electric conduction using the overlap of ⁇ orbitals, and electric conduction by hobbing of electrons between molecules are in order.
  • polytetrafluoroethylene is pressed onto the substrate at a constant pressure and slides to align.
  • a method of forming an oriented film by contacting a polytetrafluoroethylene compound on the upper surface of a polytetrafluoroethylene film which has been formed and oriented is disclosed (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 7-2). No. 0 659 9).
  • a method has been disclosed in which a ⁇ -conjugated oligomer molecule is oriented and grown by using a hot-wall-epitaxy method (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-270720). No.). By using these alignment methods, it becomes possible to minimize the electric conduction due to the hobbing of the electrons between the molecules.
  • the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is controlled so as to be parallel to a perpendicular line connecting the zose electrode and the drain electrode of TFTF.
  • a method of effectively utilizing electric conduction along the main chain direction in the molecule or a method for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-2775695, and Japanese Patent Publication : Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-52028874
  • the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules is controlled so as to be perpendicular to the vertical line connecting the source electrode and the drain electrode of TFTF. Accordingly, there has been proposed a method of effectively utilizing electric conduction utilizing the 7t orbital overlap between adjacent molecules (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 9-111). No. 6163).
  • the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is controlled so as to be parallel to the straight line connecting the source electrode and the drain electrode of the TFT.
  • the distance between the source electrode and the drain electrode is smaller than the length of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule.
  • the number of electron transfers between ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules increases with the distance.
  • the movement of electrons between the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules which are adjacent to each other in the direction perpendicular to the perpendicular line connecting the source electrode and the drain electrode is caused by the electric field between the source electrode and the drain electrode.
  • Electrons move in a direction orthogonal to the direction in which they are formed. It has to be moved, which is very difficult.
  • a T-conjugated organic semiconductor molecule having a very long molecular length compared to the distance between the source electrode and the drain electrode is used, or when compared to the molecular length of the redundant conjugated organic semiconductor molecule, except when the distance from the drain electrode is sufficiently small, the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules is controlled so as to be parallel to the vertical line connecting the source electrode and the drain electrode of the TFT. However, it is not possible to obtain sufficient carrier mobility.
  • the orientation direction of the 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules is controlled so as to be perpendicular to the vertical line connecting the source electrode and the drain electrode of the TF ⁇ , whereby adjacent 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules are aligned with each other.
  • the longitudinal direction of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is aligned perpendicular to the perpendicular line connecting the source electrode and the drain electrode.
  • the number of electron movements increases in proportion to the increase in the distance.
  • the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is controlled to be perpendicular to the perpendicular line connecting the source electrode and the drain electrode of TF, and the orientation degree is increased, the carrier mobility can be improved. Has limitations.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has been made of a TFT having improved carrier mobility constituted by forming ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules in a predetermined direction and a method of manufacturing the TFT. Its primary purpose is to provide.
  • the present invention also provides an active matrix type display in which a plurality of TFs with improved carrier mobility are arranged, a wireless ID tag using the TF with improved carrier mobility in an integrated circuit unit, A portable television using the TF II having an improved carrier mobility in an integrated circuit unit,
  • the second objective is to provide portable devices such as communication terminals, PDAs, and portable medical devices.
  • a TFT according to the present invention is a thin film transistor having a semiconductor layer and a source region and a drain region separately provided so as to face the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer has a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule as a main component, and the 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is oriented so that ⁇ orbitals substantially face each other, and a main chain molecule.
  • a configuration is adopted in which the axis is inclined with respect to the direction of the electric field in the channel formed in the semiconductor layer.
  • a source region and a drain region mean a source electrode and a drain electrode, and a contact layer or a high-concentration impurity region (layer) connecting the source electrode and the drain electrode to a semiconductor layer.
  • the concept that includes. With this configuration, charge transfer along the main chain direction in the 7U conjugated organic semiconductor molecule and charge transfer using the overlap of ⁇ orbits from the source region where the electric field is applied to the drain region are realized.
  • the source region and the drain region are separately provided so as to have sides facing each other in the semiconductor layer, and the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is arranged such that the molecular axis of the main chain is perpendicular to the facing side. It adopts a configuration in which it is tilted and oriented with respect to various directions. Further, a source region and a drain region are provided separately in the semiconductor layer so as to have surfaces facing each other in the thickness direction of the semiconductor layer, and the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is formed in the main chain. A configuration is adopted in which the molecular axis is inclined with respect to the direction perpendicular to the surface facing the above.
  • the molecular axis of the main chain of the C-conjugated organic semiconductor molecule is oriented at an angle with respect to the direction perpendicular to the side opposite to the source region and the drain region.
  • the conduction along the main chain direction in the inside is effectively used in the charge transfer between the source region and the drain region.
  • the ⁇ orbitals between adjacent ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules are They are formed so as to face each other in the direction from the region to the drain region.Therefore, the electric charge transfer between molecules is not by hobbing but by using the overlap of ⁇ orbits from the source region where the electric field is applied to the drain region. Charge transfer is dominant. Therefore, it is assumed that TF with high carrier mobility can be realized.
  • the semiconductor device further includes a gate electrode provided on at least one surface of the semiconductor layer with a gate insulating layer interposed therebetween, and the ⁇ conjugate in a state where a voltage equivalent to the time when the thin film transistor is applied to the gate electrode is applied.
  • the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is The direction in which the molecular axis of the main chain is inclined at an angle of 0 calculated by the formula (1) with respect to the direction perpendicular to the side or the surface facing the source region and the drain region is substantially the orientation direction. It is preferable to adopt a configuration in which they are oriented as follows. According to such a configuration, the state when the thin film transistor is turned on (the source region and the drain region are formed based on the direction in which the conductivity is highest), so that a TFT with even higher carrier mobility is realized. I can do it.
  • the molecular axis of the main chain of the t-conjugated organic semiconductor molecule is oriented in a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer, and the orientation range is the angle> It is preferable to adopt a configuration of ⁇ 10 °. With this configuration, a TFT having high carrier mobility can be realized for a material in which the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule can be oriented in a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer. I do.
  • the present invention provides the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule, wherein the main chain is oriented such that the molecular axis of the main chain does not exist in a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer. It is preferable to adopt a configuration having an angle of 0 ⁇ 5 °. With this configuration, the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is It is assumed that a TFT having a high carrier mobility can be realized for a material that can be oriented at a predetermined angle with respect to a plane substantially parallel to the plane.
  • the present invention preferably adopts a configuration in which the extending directions of the ⁇ orbitals in the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule are not all unified in the same vector direction.
  • the extending directions of the ⁇ orbitals in one ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule are not all unified in the same vector direction. It is assumed that the 7 ° orbital between ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules can be easily opposed.
  • the present invention more preferably adopts a configuration in which the 7C conjugated organic semiconductor molecule is crystalline.
  • the degree of orientation of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules can be increased as compared with the case where amorphous molecules are used, so that a TFT with even higher carrier mobility can be realized.
  • a method of manufacturing a TF according to the present invention is a method of manufacturing a thin film transistor having a semiconductor layer, and a source region and a drain region provided separately from each other so as to face the semiconductor layer.
  • the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is used as a main component in the semiconductor layer, the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is oriented so that ⁇ orbits are substantially opposed to each other, and the molecular axis of the main chain is the semiconductor layer.
  • a configuration is adopted in which the liquid crystal molecules are oriented in a direction inclined with respect to the direction of the electric field in the channel formed in the device. With this configuration, charge transfer along the main chain direction in the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule and charge transfer utilizing the overlap of ⁇ orbits from the source region where the electric field is applied to the drain region are effective. It is assumed that TFTs with high carrier mobility can be realized.
  • a source region and a drain region are separately provided so as to have sides facing each other in the semiconductor layer, and the 7T conjugated organic semiconductor molecule is arranged such that the molecular axis of the main chain is perpendicular to the facing side. It adopts a configuration in which it is tilted with respect to the direction. Further, a source region and a drain region are provided separately in the semiconductor layer so as to have surfaces facing each other in the thickness direction of the semiconductor layer, and the 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is provided in the main chain. A configuration is adopted in which the molecular axis is inclined and oriented with respect to the direction perpendicular to the opposite surface.
  • the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is oriented at an angle with respect to the direction perpendicular to the opposite sides of the source region and the drain region. It is assumed that conduction along the main chain direction in the organic semiconductor molecule is effectively used in charge transfer between the source region and the drain region. Also, the trajectories of adjacent conjugated organic semiconductor molecules are formed so as to oppose each other in the direction from the source region to the drain region. Therefore, the movement of the charge between the molecules is not hobbing but the source region where the electric field is applied. The main charge transfer is based on the overlap of redundant orbits in the direction from the drain region to the drain region. Therefore, it is assumed that TF II with high carrier mobility can be manufactured.
  • the semiconductor device has a gate electrode provided on at least one surface of the semiconductor layer with a gate insulating layer interposed therebetween, and the gate electrode is supplied with a voltage equivalent to that when the thin film transistor is turned on.
  • the ⁇ -conjugated organic semiconductor is The direction in which the molecular axis of the main chain of the semiconductor molecule is inclined at an angle 0 calculated by the formula (1) with respect to the direction perpendicular to the side or the surface facing the source region and the drain region is substantially It is preferable to adopt a configuration in which alignment is performed as the alignment direction.
  • the present invention provides the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule, wherein a molecular axis of a main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is oriented so as to exist in a plane substantially parallel to a main surface of the semiconductor layer; It is preferable to adopt a configuration of 0 ⁇ 10 °. With this configuration, it is possible to manufacture a TFT having high carrier mobility for a material in which the molecular axis of the main chain of the 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule can be oriented in a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer. I can do it.
  • the present invention provides the 7 ° conjugated organic semiconductor molecule, wherein the molecular axis of the main chain is oriented so as not to be in a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer, and the orientation range is set to the angle. It is preferable to adopt a configuration of 0 ⁇ 5 °. With this configuration, a material in which the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule can be oriented at a predetermined angle with respect to a plane substantially parallel to the main surface of the semiconductor layer has a high carrier mobility. Can be manufactured.
  • the present invention uses, as the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule, any one of thiophene, acetylene, pyrrole, phenylene, and acene, or a derivative having a main chain of a molecular skeleton obtained by combining these. Take the configuration. It is assumed that such a configuration can realize charge transfer of a 7T conjugate system having excellent carrier mobility.
  • An active matrix display using a thin film transistor according to the present invention is characterized in that the thin film transistor according to any one of claims 1 to 9 includes a plurality of thin film transistors as switching elements for driving pixels. It adopts a configuration that is provided. According to this configuration, it is possible to realize a low-cost, good-characteristic or paper-like display.
  • a wireless ID tag using a thin film transistor according to the present invention has a structure in which the thin film transistor according to any one of claims 1 to 9 is used as a semiconductor element for forming an integrated circuit. take.
  • wireless ID tags can be attached to objects or materials of various shapes. Can be It is also assumed that a wireless ID tag that can be formed into an arbitrary shape can be realized.
  • a portable device using the thin film transistor according to the present invention is configured such that the thin film transistor according to any one of claims 1 to 9 is used as a semiconductor element for forming an integrated circuit.
  • the portable device include a portable television, a communication terminal, a PDA, a portable medical device, and the like.
  • the present invention is not limited to these portable devices, and includes, for example, any portable devices such as portable AV devices and portable computers. With this configuration, it is assumed that advantages such as low cost, flexibility, impact resistance, and being able to be formed into an arbitrary shape can be added to portable devices such as a mobile TV, a communication terminal, a PDA, and a portable medical device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing each of the first representative configurations of the TFT.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing each of the second representative configurations of the TFT.
  • Figure 3 is a diagram showing the structure of oligothiophene derivative molecules, which are 7T conjugated organic semiconductor molecules used for the semiconductor layer.
  • Figure 3A shows the chemical structural formula.
  • Figure 3B shows the state of the bond and the ⁇ electron cloud.
  • FIG. 3C is a perspective view schematically showing molecules.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an orientation state of oligothiophene derivative molecules in a semiconductor layer.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a measurement sample for measuring the carrier mobility of T F ⁇ .
  • FIG. 6 shows the measurement of the change in carrier mobility when the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule was changed when various gate voltages were applied.
  • FIG. 6A shows the measurement result when the gate voltage is 20 V
  • FIG. 6B shows the measurement result when the gate voltage is 30 V
  • FIG. 6C shows the measurement result when the gate voltage is 30 V.
  • the measurement results when the gate voltage is 40 V are shown.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the change in TFT carrier mobility using an oligothiophene derivative molecule having six five-membered rings and both terminals chemically modified with alkyl groups.
  • FIG. 8 is a diagram showing the structure of pen-based benzene, which is a conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer.
  • FIG. 8A shows the chemical structural formula of pen-based benzene
  • FIG. 8C is a perspective view schematically showing Benzensen, showing the state of the bond and the ⁇ electron cloud.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing the orientation state of pen-sensing in the semiconductor layer.
  • Figure 10 is a graph showing the results of measuring the change in carrier mobility when the orientation angle of the pen is changed when various gate voltages are applied.
  • Figure 10 1 shows the gate voltage.
  • Fig. 10B shows the measurement results when the gate voltage was 40 V, and
  • Fig. 10B shows the measurement results when the gate voltage was 40 V.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a configuration of an active matrix type display using an organic EL for a display section.
  • FIG. 12 is an enlarged schematic diagram showing the configuration of the TFT drive circuit unit.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing a configuration of a wireless ID tag using the TFT according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a front view schematically showing a configuration of a portable television using the TFT according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a front view schematically showing a configuration of a mobile phone using the TFT according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a configuration of a portable medical device using the TFT according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing each of the first representative configurations of the TFT.
  • FIGS. 1A to 1D various configurations are conceivable as the configuration of TFT 100 according to the present embodiment.
  • the components include a substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a semiconductor layer 14, a source electrode 15, and a drain electrode 16.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are generally called a potter gate method.
  • 1C and 1D are called a top gate method.
  • FIG. 1A and FIG. 1C are also called a top contact method because of the positional relationship between the semiconductor layer 14 and the source electrode 15 and the drain electrode 16.
  • 1B and 1D are also called a bottom contact method.
  • the TFT 100 shown in FIGS. 1A to 1D is called a horizontal TFT because the source electrode 15 and the drain electrode 16 are arranged so as to face in a horizontal direction in a sectional view. ing.
  • 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing each of the second typical configurations of the TFT.
  • the substrate 11, the gate electrode 12, the gate insulating layer 13, The provision of the semiconductor layer 14, the source electrode 15, and the drain electrode 16 makes the TFT 100 shown in FIG. 1A to FIG. This is basically the same.
  • the source electrode 15 and the drain electrode 16 form the semiconductor layer 14 in the film thickness direction ( (In the vertical direction). For this reason, the TFT 200 is called a vertical TFT.
  • the effect obtained by the present invention is obtained by controlling the orientation direction of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules used for the semiconductor layer in a direction appropriate to the arrangement of the source electrode and the drain electrode.
  • the configuration of the TFT itself may be any of the configurations shown in FIGS. 1 and 2, that is, it is not limited to any configuration. Therefore, in the following description, a case where the configuration of T F ⁇ ⁇ ⁇ 100 of the top gate type shown in FIG. 1C is applied as a typical example of the configuration of TFT.
  • the TF ⁇ 100 adopting the top gate method comprises a substrate 11, a semiconductor layer 14 composed of ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules, a source electrode 15, and a drain electrode 15. 16, a gate insulating layer 13, and a gate electrode 12.
  • a semiconductor layer 14 is provided on the main surface of the substrate 11, and a source electrode 15 and a drain electrode 16 are provided on the semiconductor layer 14 so as to be separated from each other.
  • a gate insulating layer 13 is provided so as to cover the source electrode 15 and the drain electrode 16 and the exposed surface of the semiconductor layer 14.
  • the gate electrode 12 is provided on the gate insulating layer 13 so as to be located at least between the source electrode 15 and the drain electrode 16 in plan view.
  • the TF layer 100 adopting the top gate method shown in FIG. 1C has a semiconductor layer 14, a source electrode 15, a drain electrode 16, and a gate insulating layer 13 laminated on a substrate 11.
  • the gate electrode 12 is provided on the gate insulating layer 13.
  • a C-conjugated organic semiconductor molecule dissolved and dispersed in a predetermined solvent is flattened in a desired orientation direction in advance. It is applied on a substrate 11 having grooves formed in rows. Then, the substrate 11 coated with the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules is sufficiently dried to form a semiconductor layer 14 made of ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules on the substrate 11 in an oriented manner.
  • a predetermined electrode material is pre-patterned so as to obtain a desired shape. After printing by using the screen plate, dry it thoroughly.
  • the source electrode 15 and the drain electrode 16 having desired shapes are formed on the semiconductor layer 14.
  • a predetermined insulating material is printed on the source electrode 15, the drain electrode 16, and the semiconductor layer 14 by using a pre-patterned screen plate. Dry thoroughly.
  • a gate insulating layer 13 having a desired shape is formed on the semiconductor layer 14, the source electrode 15 and the drain electrode 16.
  • a predetermined electrode material is pre-patterned to obtain a desired shape. After printing by using a plate, it is dried thoroughly. As a result, a gate electrode 12 having a desired shape is formed on the gate insulating layer 13.
  • the TF 100 is formed by printing the semiconductor layer 14, the source electrode 15 and the drain electrode 16, the gate insulating layer 13, and the gate electrode 12 on the substrate 11 using a screen plate. It is formed by printing by a method and then drying it sufficiently.
  • a polyethylene-based plastic substrate was used as a material constituting the substrate 11.
  • an oligothiophene derivative molecule which is one of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules, was used as a material for forming the semiconductor layer 14.
  • an electrode material mainly composed of poly 3,4-ethylenedioxythiophene hereinafter, referred to as PEDOT
  • PEDOT poly 3,4-ethylenedioxythiophene
  • the material constituting the gate insulating layer 13 is In this case, polyvinyl phenol was used.
  • oligothiophene derivative molecule which is a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer 14 will be described in detail.
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of an oligothiophene derivative molecule, which is a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer 14.
  • Fig. 3 ⁇ ⁇ shows the chemical structural formula of the oligothiophene derivative molecule
  • Fig. 3 ⁇ ⁇ shows the state of ⁇ bond and ⁇ electron cloud in the oligothiophene derivative molecule
  • Fig. 3C schematically shows the oligothiophene derivative molecule. It is a perspective view shown in FIG. In FIG. 3, the description of the chemical structure of the terminal of the main chain of the oligothiophene derivative molecule is omitted.
  • a ⁇ electron cloud 23 exists in a direction perpendicular to each five-membered ring surface composed of carbon atoms 21 and sulfur atoms 22. ing.
  • the ⁇ electron cloud 23 since the five-membered rings do not exist in the same plane but are slightly twisted and bonded by the splice bond, the ⁇ electron cloud 23
  • the vectors that indicate the direction of existence of a cell are not standardized in a certain direction.
  • an oligothiophene derivative molecule in which the terminal of the main chain of the oligothiophene molecule is chemically modified with a predetermined substituent is actually used. Specifically, as shown in Fig.
  • an oligothiol that has eight five-membered rings containing a sulfur atom and whose both ends of the main chain are chemically modified with an alkyl group (for example, —C 10 H 21 ) A phen derivative molecule is used.
  • a method of studying the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule which characterizes the present invention, and the study results will be described. Note that in the following description In Fig. 3C, one molecule of an oligothiophene derivative molecule is represented by a rectangular box as shown in Fig. 3C. Also, it is assumed that the C electron cloud exists in a direction that is substantially perpendicular to this square plane, although not all vectors indicating the direction of its existence are actually unified.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an orientation state of the oligothiophene derivative molecule 40a in the semiconductor layer 40 obtained by the above-described manufacturing method.
  • the plane formed by the X and Y axes represents a plane parallel to the main surface of the semiconductor layer 40, and the Z axis direction indicates the thickness direction of the semiconductor layer 40.
  • the oligothiophene derivative molecule 40a is oriented such that the molecular axis of its main chain is parallel to the Y-axis direction, and a square representing each molecular plane is formed by the YZ axis. It is arranged so as to be parallel to the plane to be set. That is, the semiconductor layer 40 is configured such that the T orbitals of the adjacent oligothiophene derivative molecules are opposed to each other in directions other than the Y-axis direction and the Z-axis direction, that is, in the X-axis direction.
  • the source electrode and the drain each having a rectangular shape with respect to the Y-axis direction, which is the orientation direction of the oligothiophene derivative molecule 40a, using the semiconductor layer 40 thus oriented and formed, as shown in FIG.
  • Each of the TFTs 100 was fabricated by tilting the perpendicular line 10 common to the opposing sides of the electrode 10 by 10 °, that is, each of the oligothiophene derivative molecules 40a had substantially the ⁇ orbital. They were oriented so as to face each other, and the molecular axes of the main chains were each inclined at an angle of 10 ° with respect to the direction perpendicular to the side facing the source electrode and the drain electrode.
  • each of the manufactured TFs 100 is a plastic substrate 41, a semiconductor layer 42 composed of the semiconductor layer 40 of FIG. 4, a source electrode 43, and a drain electrode. 4, an insulating layer 45, and a gate electrode 46.
  • the arrow 47 indicates the orientation direction of the oligothiophene derivative molecule (not shown in FIG. 5) in the semiconductor layer 42.
  • the carrier mobility of the TFT 100 was obtained by measuring the I-V characteristics when various gate voltages were applied to the gate electrode. .
  • FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the change in carrier mobility when the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule was changed when various gate voltages were applied.
  • Fig. 6 ⁇ shows the measurement results when the gate voltage is 20 V
  • Fig. 6B shows the measurement results when the gate voltage is 30 V
  • Fig. 6C shows the measurement results when the gate voltage is 30 V.
  • the measurement results at 40 V are shown.
  • the horizontal axis represents the angle between the molecular axis of the main chain of the oligothiophene derivative molecule and the perpendicular to the opposite side of the source electrode and the drain electrode
  • the vertical axis represents the carrier mobility ( cm 2 / V sec).
  • the conductivity ⁇ 1 is 7.7 X 10 -3 SZm
  • the conductivity H 2 is 1.9 X 10 “3
  • the orientation angle was 90 °, the carrier mobility was the lowest.
  • the carrier mobility increases as the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule becomes larger than 0 °, as in the case where the gate voltage is 20 V.
  • the orientation angle exceeded 90 °, the carrier mobility gradually decreased.
  • the orientation angle was 90 °, the carrier mobility became the lowest.
  • the carrier mobility is improved as the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule becomes larger than 0 °, as in the case where the gate voltages are 20 V and 30 V. When the orientation angle exceeds 90 °, the carrier mobility gradually decreases. When the orientation angle is 90 °, the carrier mobility becomes the lowest.
  • the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule is 90 °, that is, the molecular axis of the main chain of the oligothiophene derivative molecule is in a direction perpendicular to the side opposite to the source electrode and the drain electrode. It was found that the carrier mobility was the lowest when it was perpendicular to it. 6A to 6C, the carrier mobility in the hatched region is that when the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule is 0 °, that is, when the oligothiophene derivative molecule moves from the source electrode to the drain electrode. It was found that the ⁇ orbital between adjacent molecules in the direction toward the electrode was improved compared to the case where they were not formed so as to face each other.
  • the orientation angle at which the highest carrier mobility can be obtained is calculated by using the conductivity ⁇ 1 when the orientation angle is 0 ° and the conductivity ⁇ 2 when the orientation angle is 90 ° as follows: ) Is found to be near 0 calculated by Further, as a result of further investigation on a preferable range of the orientation angle of the oligothiophene derivative molecule, as shown in FIGS. 6A to 6C, a range of ⁇ 10 ° centered on 0 calculated by the equation (1) is obtained. It turned out to be the most suitable.
  • the oligothiophene derivative molecule used for the semiconductor layer 40 has six five-membered rings, and has an alkyl group at both ends (for example, one C 10 H 2 i).
  • a similar measurement sample was prepared and measured.
  • Figure 7 shows the measurement results.
  • the measurement results shown in FIG. 7 show the measurement results when the gate voltage is 30 V. Note that the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 7 are the same as those in FIG.
  • the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer has eight or six five-membered rings, and each terminal is an alkyl group (for example, -C 10 H 2 l).
  • the effect of the present invention is not limited to a material having such a structure. That is, the effect obtained by the present invention is expressed by the positional relationship between the arrangement direction of the source electrode and the drain electrode of the TFT and the orientation direction of the semiconductor layer. Similar effects can be obtained even when semiconductor molecules are used.
  • a polythiophene derivative having a different number of five-membered rings may be used, or the terminal modifying group may be replaced with another appropriate one. It is also possible to change to a suitable substituent. Further, a modifying group may be introduced not in the terminal but in the middle of the main chain.
  • the squares representing the oligothiophene derivative molecules are schematically shown as being arranged parallel to the plane formed by the YZ axes, but all the squares representing the molecular planes are completely formed by the XY axes. It does not need to be upright with respect to the plane.
  • the molecular plane may be slightly inclined, and the inclination does not need to be uniform.
  • the vector direction indicating the existence direction of the 7 ⁇ electron cloud is not unified in one direction, such as the oligothiophene derivative molecule used in this example, the allowable range of the inclination becomes wider.
  • the effect of facilitating the production of the TF according to the present invention is obtained.
  • TF 100 having the configuration shown in FIG. 1 is adopted.
  • the effects of the present invention can be obtained by controlling the orientation of the semiconductor layer at an appropriate angle with respect to the plane of the substrate. Therefore, the configuration of ⁇ FT100 itself is not limited to the configuration shown in FIG. 1B.
  • the TF ⁇ 100 employing the bottom gate method is composed of a substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, and a source electrode 15. , A drain electrode 16 and a semiconductor layer 14 made of 7t conjugated organic semiconductor molecules.
  • a gate electrode 12 is provided on the main surface of the substrate 11, and the gate insulating layer 13 is formed so as to cover the exposed surfaces of the gate electrode 12 and the substrate 11. Is provided.
  • a source electrode 15 and a drain electrode 16 are provided on the gate insulating layer 13 so as to be located on both sides of the gate electrode 12 in plan view. Then, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are connected to the exposed surface of the gate insulating layer 13.
  • the semiconductor layer 14 is provided so as to cover it.
  • the TFT 100 adopting the bottom gate method shown in FIG. 1B has a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a source electrode 15, and a drain electrode 1 on a substrate 11. 6, and the semiconductor layer 14 are sequentially laminated.
  • a predetermined electrode material is formed on the substrate 11 by a vacuum deposition method and then patterned.
  • a gate electrode 12 having a predetermined shape is formed at a predetermined position on the substrate 11.
  • a predetermined insulating material is applied by a spin coating method and then dried sufficiently.
  • a predetermined electrode material is formed by a vacuum evaporation method and then patterned. As a result, a source electrode 15 and a drain electrode 16 having a predetermined shape are formed on the gate insulating layer 13.
  • a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule is formed by a vacuum evaporation method and then patterned.
  • the angle between the molecular axis of the 7 ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule and the plane of the substrate 11 was controlled by adjusting the film forming conditions.
  • the direction of the overlap is uniform for each grain in normal film formation, but the direction is random for each grain as a whole layer.
  • an orientation layer is applied and dried on the gate insulating layer 13 serving as a base, so that uniform layering of molecules can be obtained as a whole layer.
  • ⁇ F ⁇ 100 is obtained by depositing the gate electrode 12, the gate insulating layer 13, the source electrode 15, the drain electrode 16, and the semiconductor layer 14 on the substrate 11 by vacuum deposition. It is formed by film formation and coating by a method or a spin coating method.
  • TF 100 in this example a polyethylene-based plastic substrate was used as a material for forming the substrate 11. Also, the gate electrodes 1 and 2 Gold (hereinafter, Au) was used as a constituent material. In addition, as a material for forming the gate insulating layer 13, polyvinyl phenol was used. Au was used as a material for forming the source electrode 15 and the drain electrode 16. As a material for forming the semiconductor layer 14, pen-sen, which is one of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules, was used.
  • pentacene which is a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer 14, will be described in detail.
  • FIG. 8 is a diagram showing the structure of pentacene, which is a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer 14.
  • Fig. 8 ⁇ shows the chemical structural formula of Pensene-sen
  • Fig. 8B shows the state of the bond and ⁇ electron cloud in pentacene
  • Fig. 8C is a perspective view schematically showing Pensene-sen. .
  • a ⁇ -conjugated system composed of repeating six-membered rings with multiple double bonds has developed.
  • the hydrogen atom is not specified.
  • the electronic state is calculated using a method such as the molecular orbital method, the existence range of the electron cloud of ⁇ electrons used for the T bond in the double bond can be obtained.
  • a t electron cloud 73 exists in a direction perpendicular to each of the six-membered ring surfaces composed of carbon atoms 71. Since the six-membered rings exist in the same plane in this Pennsensen, the vector indicating the direction in which the ⁇ electron cloud 73 exists is unified to the direction perpendicular to the square plane shown in Fig. 8C. Have been.
  • Pen-Sen is represented by a rectangular rectangle as shown in FIG. 8C.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing an orientation state of pentacene 48a in the semiconductor layer 48 obtained by the above-described manufacturing method.
  • the plane formed by the XY axes represents a plane parallel to the main surface of the semiconductor layer 48
  • the Z-axis direction represents the thickness direction of the semiconductor layer 48.
  • pen sen 48 a is located on a plane in which the molecular axis of the main chain is formed by the XY axes. Are arranged so that the squares representing the respective molecular planes face each other in a direction parallel to the X-axis. Note that the source electrode and the drain electrode make any angle to the semiconductor layer 48 thus formed.
  • the pentacene 48a is also formed such that the X-axis direction is the channel direction.
  • the carrier mobility of the TFT 100 was obtained by measuring the I-V characteristics when various gate voltages were applied to the gate electrode. . Also, the angle ⁇ . Is 0 °, the conductivity between the source electrode and the drain electrode (ie, equivalent to the conductivity ⁇ 1 in the direction represented by the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule) is formed.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the change in carrier mobility when the orientation angle of the pen is changed when various gate voltages are applied.
  • FIG. 10 ⁇ shows the measurement results when the gate voltage is 20 V
  • FIG. 10B shows the measurement results when the gate voltage is 40 V.
  • the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 10 are the same as those in FIG.
  • the conductivity 1 is 3.2 X 10-3 SZm
  • the conductivity 2 is 6.3 X It was 10 -2 SZm.
  • the carrier mobility of the semiconductor layer 48 is such that the orientation angle is 0 ° (that is, the molecular axis of the pen is larger than the substrate plane) as the orientation angle of the pen is larger than 0 °.
  • the carrier mobility in the hatched area in FIGS. 10A and 10B is that the molecular axis of the pen is close to 90 ° when the orientation angle of the pen is around 90 °.
  • the structure is erect on a plane and the molecular axis of the main chain of the 7T conjugated organic semiconductor molecule is improved as compared with the case where the molecular axis of the main chain of the 7T conjugated organic semiconductor molecule is perpendicular to the perpendicular of the opposite side of the source electrode and the drain electrode I got it.
  • the orientation angle at which the highest carrier mobility can be obtained is calculated by using the conductivity ⁇ 1 when the orientation angle is 0 ° and the conductivity H 2 when the orientation angle is 90 ° as follows: ) Was found to be near 0 calculated by Further, as a result of further investigation on a preferred range of the orientation angle of the pen, as shown in FIGS. 10A and 10B, a range of ⁇ 5 ° centered on 0 calculated by equation (1) (however, , Excluding the portion exceeding 90 °) was found to be most suitable.
  • pen-based pentacene was used as the U-conjugated organic semiconductor molecule used for the semiconductor layer. It is not limited to the material. That is, the effect of the present invention is manifested by the positional relationship between the orientation direction of the molecular axis of the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules constituting the semiconductor layer and the substrate plane. The same effect can be obtained even when is used.
  • other oligoacenes such as tetracene having a different number of six-membered rings may be used, or an oligoacene-based derivative in which a part of those structures is substituted or chemically modified may be used. good.
  • the case where a derivative of a thiophene polymer is used is described, and in the second embodiment, a case where a derivative of an acene polymer is used, as an example.
  • the invention is not limited to the material, and even if an acetylene-based, pyrrole-based, or phenylene-based polymer derivative is used, the film is formed by controlling the orientation direction in accordance with the gist of the present invention. The same effect can be obtained in the case of the above. Also, when a derivative of a copolymer obtained by combining any of the above materials is used, the same effect as the effect of the present invention can be obtained. In addition, when selecting a material from these materials, if a crystalline material is selected as in the case of the pen described in the second embodiment, a higher carrier is used as compared with the case where an amorphous material is used. Mobility can be obtained.
  • a material mainly composed of PED ⁇ which is an organic material, or Au is used as an electrode material of the source electrode, the drain 'electrode, and the gate electrode.
  • Other conductive polymer materials can also be used, and inorganic materials such as ITO and Cu can also be used.
  • ITO and Cu inorganic materials
  • the gate insulating layer and the substrate are not limited to the materials used in the first and second embodiments, but it is preferable to select an elastic material like the electrode or use a material which is not easily affected by bending. I like it.
  • a method for orienting the oligothiophene derivative molecules in a predetermined direction a method is provided in which a groove is formed in a substrate, and the oligothiophene derivative molecule dispersed in a solvent is applied thereon and dried.
  • a method of orienting the pen in a predetermined direction a method of forming an orientation layer on a gate insulating layer serving as a base and performing vacuum deposition under predetermined conditions to form a film.
  • the effect of the present invention is manifested by the positional relationship between the orientation direction of the semiconductor layer and the source electrode-drain electrode or the substrate plane, as described above. Is not a problem.
  • the LB method described as the background art the stretching method, a method in which polytetrafluoroethylene is pressed onto a substrate at a constant pressure to slide and form an orientation, and an organic semiconductor is brought into contact therewith, or ⁇ -conjugated
  • the same effect can be obtained by forming an oriented oligomer film of a system oligomer molecule using a method using a hot-wall-epitaxy method or the like.
  • a method of chemically modifying a side chain of a ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule with a liquid crystal substituent and controlling the alignment by utilizing the effect of the substituent may be used.
  • the orientation angle considered to be optimal at each gate voltage is shown as 0, but these are not uniquely determined by the material. That is, even if the conductivity is 1 and ⁇ 2 are the same material, the conductivity may vary depending on the film formation state, the configuration of TFT, and the like. However, by determining the orientation angle in accordance with the gist of the present invention, it becomes possible to configure ⁇ F ⁇ with the highest carrier mobility in the state actually used.
  • a seat-like flexible display As an application example using the TFT described in the first and second embodiments, a seat-like flexible display, a wireless ID tag, a portable television, a communication terminal, a portable medical device, and the like.
  • portable equipment such as equipment.
  • OLED is displayed as a seatlike flexible display.
  • An example of the configuration of the active matrix type display used for the display unit is described.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a configuration of an active matrix display using an organic EL according to the present embodiment for a display unit.
  • the active matrix display has a TFT drive circuit 110 connected to pixel electrodes on a plastic substrate 101 in an array.
  • an organic EL layer 102 and a protective film 104 are provided on the TFT drive circuit 110.
  • a transparent electrode 103 is provided on the upper surface of the organic EL layer 102.
  • the organic EL layer 102 is formed by laminating layers such as an electron transport layer, a light emitting layer, and a hole transport layer.
  • the source electrode line 105 and the gate electrode line 106 extended from a predetermined electrode of each TFT are connected to a control circuit (not shown).
  • an enlarged view of the TFT drive circuit unit 110 is shown in FIG.
  • the laminated structure of the TFT itself is basically the same as the laminated structure shown in the first embodiment.
  • a semiconductor layer 114, a source electrode 115, a drain electrode 116, a gate insulating layer 113, and a gate electrode 112 are laminated. Being done.
  • the drain electrode 116 is electrically connected to the pixel electrode 117 of the organic EL.
  • An insulating layer 118 is provided at the intersection of the gate electrode line 106 connected to the gate electrode 112 and the source electrode line 105 connected to the source electrode 115. Have been.
  • the TFT portion can be manufactured by a low cost process, so that the entire display is inexpensive, and A sheet-like display excellent in mechanical flexibility and impact resistance can be realized. Also, it is possible to provide an active matrix type display having a high display speed (reaction speed).
  • the effect of the present invention is not limited to the active matrix type display having this configuration. In other words, if the display is an active matrix type display that requires a TFT circuit, the same effect can be obtained.
  • the structure of the driver circuit portion for driving the pixel is not limited to the structure described in this embodiment mode. That is, for example, a configuration in which a TFT for current driving for driving one pixel and a TFT for switching for controlling the TFT may be used. Further, a circuit configuration in which a plurality of TFTs are further combined can be used.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing a configuration of a wireless ID tag using the TFT according to the present embodiment.
  • the wireless ID tag 120 uses a film-like plastic substrate 122 as a base material.
  • An antenna section 122 and a memory IC section 123 are provided on the substrate 121.
  • the memory IC section 123 can be configured using the TFT described in the first and second embodiments.
  • the wireless ID tag 120 can be used by attaching it to an uneven surface such as a confectionery bag or a drink can by giving an adhesive effect to the back surface. Note that a protective film is provided on the surface of the wireless ID tag 120 as necessary.
  • the wireless ID tag As described above, by configuring the wireless ID tag using the TFT described in the first and second embodiments, it is possible to realize a wireless ID tag that can be attached to various shapes or materials. become. In addition, it is possible to provide a wireless ID tag having a high reaction speed (processing speed).
  • the effect of the present invention is not limited to the configuration of the wireless ID tag shown in FIG. Therefore, the layout of the antenna, memory and IC
  • the configuration method can be set arbitrarily.
  • an ethics circuit unit can be incorporated in a wireless ID tag.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • a high-performance wireless ID tag having excellent mechanical flexibility and impact resistance can be manufactured at low cost.
  • FIGS. 14 to 16 show some specific applications of the portable device using the TFT according to the present invention.
  • FIG. 14 is a front view schematically showing a configuration of a portable television using the TFT according to the present embodiment.
  • the portable television set 130 includes a display section 131 composed of a liquid crystal display device or the like for displaying a television image, and a stretchable rod antenna here. Adjustment of the volume of the audio output output from the receiving unit 13 2 that can receive the broadcast radio wave, the power switch 13 that controls the ON / OFF of the portable TV 13 0, and the audio output device 13 5 described later An operation switch 134 for switching the channel of the television broadcast to be received, an audio output unit 135 including a speaker or the like for outputting television audio, and an audio signal or a video signal input or output to the portable television 130. Input / output terminal 13 6 output from portable TV 13 0, and recording media insertion section 1 3 7 for inserting recording media for recording audio and video signals related to received TV broadcasts as needed And
  • the portable television 130 is internally provided. It has integrated circuits such as ICs and LSIs. Then, an integrated circuit using the TFT according to the present invention is appropriately used as an arithmetic element, a storage element, a switching element, and the like that constitute the portable television set 130. Thereby, the portable television set 130 functions as a portable television broadcast receiver.
  • a mobile phone is exemplified as the communication terminal.
  • FIG. 15 is a front view schematically showing a configuration of a mobile phone using the TFT according to the present embodiment.
  • the mobile phone 140 includes a display section 141 including a liquid crystal display device or the like for displaying a telephone number and the like, and a whip antenna which can be stored here.
  • a transmitting / receiving unit 144 capable of transmitting and receiving communication radio waves, a sound output unit 144 including a speaker or the like for outputting communication voice, a camera unit 144 having a CCD element or the like capable of photographing, a mobile phone 1 Speech input consisting of a movable part for folding 14 to fold 40 as needed, multiple operation switches for inputting telephone numbers and characters, and a condenser microphone for inputting communication voice Part 1 4 7 is provided.
  • the mobile phone 140 has an integrated circuit such as IC or LSI therein. Then, the integrated circuit using the TFT according to the present invention is appropriately used as an arithmetic element, a storage element, a switching element, and the like that constitute the mobile phone 140. Thereby, the mobile phone 140 functions as a mobile communication terminal.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a configuration of a portable medical device using the TFT according to the present embodiment.
  • a portable medical device that automatically performs a medical treatment such as drug administration on a patient based on the acquired biological information is illustrated.
  • a patient's arm 155 which will be described later, is perspectively represented.
  • the portable medical device 150 according to the present embodiment includes a display unit 151, including a liquid crystal display device or the like that displays the operating state of the device, acquired biological information, and the like.
  • An operation switch 152 for performing settings related to the operation of the portable medical device 150, and biological information acquired by a transcutaneous contact unit 154, which will be described later, are processed.
  • a medical treatment unit 153 that performs medical treatment such as drug administration to the patient via the transdermal contact unit 154, and sequentially collects the patient's biological information for medical treatment And a transcutaneous contact unit 154 for substantially performing medical treatment on the patient.
  • the portable medical device 150 When the portable medical device 150 is used to perform a medical treatment on a patient, the portable medical device 150 is carried around the patient's arm 150 as shown in FIG. 16, for example. Is done. In the mounted state shown in FIG. 16, the percutaneous contact portion 154 and the surface of the patient's arm 155 are in close contact with each other. Then, in the mounted state shown in FIG. 16, the portable medical device 150 acquires biological information for medical treatment from the arm 150 via the percutaneous contact unit 154. When the patient's biological information is acquired, the acquired biological information is input to the medical treatment unit 153. In the medical treatment section 153, predetermined processing for medical treatment of the acquired biological information is performed. Then, based on the result of the processing, the medical treatment section 153 performs medical treatment such as drug administration to the patient via the transdermal contact section 154.
  • the portable medical device 150 has an integrated circuit such as an IC or an LSI therein.
  • An integrated circuit using the TFT according to the present invention is appropriately used as an arithmetic element, a storage element, a switching element, and the like that constitute the portable medical device 150. Thereby, the portable medical device 150 functions as a portable medical device.
  • the following effects can be obtained. It is. That is, as an integrated circuit used in the above-described portable device, various devices using semiconductor characteristics such as an arithmetic element, a storage element, and a switching element can be considered, but in the portable device, mechanical flexibility, When the performances listed as advantages of organic materials such as impact resistance, environmental resistance at the time of disposal, light weight, low cost, etc. are required, a part of them should be configured using the TFT according to the present invention. As a result, a high-performance device can be realized at low cost. As a result, a portable device having the above-mentioned advantages can be manufactured at low cost.
  • the portable devices to which the TFT according to the present invention are not limited to the above-described configurations.
  • the portable device to which the TFT according to the present invention can be applied is not limited to the above-described device.
  • PDA terminals, wearable audio-visual equipment, portable conveniences—evening, wristwatch-type communication equipment, etc., that require mechanical flexibility, impact resistance, environmental friendliness when discarded, light weight, low cost, etc. It is possible to preferably apply the TFT according to the present invention to equipment for use.
  • FIGS. 1B and 1C show that the present invention is applied to the TFT having the configuration shown in FIGS. 1B and 1C.
  • the present invention is similarly applied to the TFT having the configuration shown in FIGS. 1A and 1D.
  • FIG. 1A shows that a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, and a semiconductor layer 14 are stacked on a substrate 11, and a source electrode 15 and a drain electrode are formed on the semiconductor layer 14. 16 are stacked and configured.
  • FIG. 1D shows that a source electrode 15, a drain electrode 16, a semiconductor layer 14, and a gate insulating layer 13 are stacked on a substrate 11, and a gate is formed on the gate insulating layer 13. Electrodes 12 are stacked and configured.
  • the case where the source electrode and the drain electrode have a rectangular shape has been described, but the source electrode and the drain electrode are formed so as to have sides facing each other in plan view. If so, the present invention can be suitably applied. Source and drain electrodes are optional The present invention can be applied to the case where the orientation is such that the molecular axis of the main chain of the ⁇ -conjugated organic semiconductor is inclined with respect to the direction of the electric field in the channel formed in the semiconductor layer. Can be.
  • the configuration of the thin film transistor having the source electrode and the drain electrode which are separately provided so as to have sides facing each other in a plan view is described.
  • the ⁇ -conjugated organic semiconductor molecule has a substantially ⁇ orbital.
  • the molecular axis of the main chain may be inclined with respect to the direction perpendicular to the opposite side.
  • the present invention has the above-described configuration, and provides a TF ⁇ ⁇ having improved carrier mobility formed by orienting ⁇ -conjugated organic semiconductor molecules in a predetermined direction, and a method for producing the same.
  • An active matrix display in which a plurality of TFTs having improved carrier mobility are arranged, a radio ID tag using the TFT having improved carrier mobility in an integrated circuit section, and a carrier movement. It is possible to provide a portable device or the like using the TFT with an improved degree for the integrated circuit section.
  • the TFT according to the present invention and a method for manufacturing the same are useful as a TFT having improved carrier mobility constituted by forming 7T conjugated organic semiconductor molecules in a predetermined direction and a method for manufacturing the TFT.
  • the TF according to the present invention The T is useful for manufacturing seat-like or paper-like active matrix displays, wireless ID displays, and portable equipment such as mobile TVs and mobile phones.

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Abstract

本発明の薄膜トランジスタは、半導体層（１４）と、前記半導体層に相互に対向するように分離して設けられたソース領域（１５）とドレーン領域（１６）とを有する薄膜トランジスタ（１００）であって、前記半導体層はπ共役系有機半導体分子を主成分として有し、前記π共役系有機半導体分子が、π軌道が実質的に対向するように配向され、かつ主鎖の分子軸が前記半導体層に形成されるチャネルにおける電界の方向に対して傾斜して配向されている。

Description

明 細 書
薄膜トランジス夕及びその製造方法
〔技術分野〕
本発明は、 薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、 特に、 配向形 成された 7Γ共役系有機半導体を半導体層として用いる薄膜トランジスタ 及びその製造方法に関する。
〔技術背景〕
現在、 薄膜トランジスタ （以下、 T F Tという） は、 アクティブマト リクス型の液晶ディスプレイ等における駆動素子として好適に使用され ている。 この T F Tの構成としては種々の構成が提案されているが、 基 本的には、 半導体層に接触して設けられたソース電極と ドレーン電極と の間に流れる電流を、 半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲー ト電極に印加される電圧 （つまり、 印加される電圧で発生する電界） に より制御するように構成されている。 そして、 T F Tを構成する前記半 導体層に関し、 現在実用化されている半導体材料としては、 結晶シリコ ンと比して特性面では劣るものの、 比較的安価であるァモルファスシリ コンゃ低温ポリシリコン等といった半導体材料がある。 又、 ゲート電極 が設けられる前記絶縁層に関し、 現在実用化されている絶縁材料として は、 酸化シリコンゃ窒化シリコン等がある。 しかし、 これらの半導体材 料及び絶縁材料を用いる T F Tの製造プロセスでは、 プラズマ C V D法 等の大規模な装置や、 精密加工のための薄膜制御装置を必要とする。 そ のため、 T F Tの製造コストは高コス ト化する。 又、 前記製造プロセス は、 一般に、 3 5 0 °Cを越えるような処理温度のプロセスを含むため、 使用可能な基板材料等には制限がある。
ところで、 近年では、 T F T用として利用可能な半導体材料として、 有機化合物で構成される有機物半導体が注目されている。 この有機物半 導体は、 前述したァモルファスシリコンゃ低温ポリシリコン等の無機系 の半導体を用いる場合と比べて、 低コストプロセスでありかつ低温プロ セスであるスピンコーティ ング、 インクジェッ ト印刷、 及び浸漬コーテ ィ ング等の製造プロセスによって前記半導体層を形成することが可能で ある。 そのため、 T F Tの製造コス トを低コス ト化することが可能であ り、 又、 使用可能な基板材料等に関する制限が解消される。 又、 前述し た低コストプロセスや低温プロセスが適用可能であることにより、 フレ キシブルな基板上ゃ大面積な基板への T F T.形成が実現でき、 これによ つて大画面ディスプレイやシートライク、 或いはペーパーライクなディ スプレイ、 又は無線 I Dタグ等への用途拡大が期待されている。 しかし ながら、 現在報告されている有機物半導体は、 そのキャリア移動度が前 記無機系半導体と比して低い。 そのため、 アモルファスシリコン並のキ ャリア移動度を実現するために、 種々の取り組みがなされている。
有機物半導体の内、 7T共役系の有機物半導体は、 7T共役二重結合を有 する分子骨格からなる有機化合物で構成されている。 そして、 前記 π共 役二重結合における 7t軌道の重なりによって生じる荷電子帯と伝導帯、 及びそれらの間のバンドギャップによって、 半導体特性が得られると考 えられている。 ところで、 π共役系有機半導体分子を寄せ集めて集合体 を形成した場合、 電気伝導の容易さは、 その容易さの上位から、 分子内 の主鎖方向に沿った電気伝導、 隣り合う分子同士の π軌道の重なりを利 用した電気伝導、分子間の電子のホッビングによる電気伝導の順となる。 従って、 π共役系有機半導体分子においてキャリア移動度を向上させる ためには、 如何に前記電気伝導の容易さの内で上位の電気伝導を有効に 利用できる構成にするかが問題となる。 そして、 前記分子間の電子のホ ッビングによる電気伝導をより少なくする方法としては、 従来から、 分 子を一定の方向に配向制御する方法が採られてきた。 より具体的な配向 方法としては、 ポリシラン薄膜を、 ラングミュア ' プロジェッ ト法 （ L Β法） や、 延伸法を用いて配向させる方法が開示されている （例えば、 曰本国特許公開公報 ： 特開平 5— 2 7 5 6 9 5号公報） 。 又、 基板上に ポリテトラフルォロエチレンを一定圧力で押し付けスライ ドさせて配向 形成し、 その配向形成したポリテトラフルォロエチレンの膜の上面にォ リゴチォフエン化合物を接触させることで配向成膜する方法が開示され ている（例えば、日本国特許公開公報：特開平 7— 2 0 6 5 9 9号公報）。 又、 π共役系オリゴマー分子を、 ホッ ト ' ウォール · エピタキシー法を 用いて配向成長させる方法も開示されている （例えば、 日本国特許公開 公報 ： 特開 2 0 0 2— 2 7 0 6 2 1号公報） 。 これらの配向方法を用い ることによって、 前記分子間の電子のホッビングによる電気伝導を限り なく少なくすることが可能となる。
又、 更なるキャリア移動度の改善方法としては、 π共役系有機半導体 分子の配向方向を、 T F Τのゾース電極とドレーン電極とを結ぶ垂線に 対して平行になるように制御し、 これによつて前記分子内の主鎖方向に 沿った電気伝導を有効に利用しょうという方法や （例えば、 日本国特許 公開公報：特開平 5— 2 7 5 6 9 5号公報、 及び、 日本国特許公表公報 ： 特表 2 0 0 3 - 5 0 2 8 7 4号公報） 、 π共役系有機半導体分子の配向 方向を、 T F Τのソース電極とドレーン電極とを結ぶ垂線に対して垂直 になるように制御し、 これによつて前記隣り合う分子同士の 7t軌道の重 なりを利用した電気伝導を有効に利用しょうという方法等も提案されて いる （例えば、 日本国特許公開公報：特開平 9一 1 1 6 1 6 3号公報） 。
ところで、 π共役系有機半導体分子の配向方向を T F Tのソース電極 とドレ一ン電極とを結ぶ直線に対して平行になるように制御し、 これに よって π共役系有機半導体分子の主鎖方向に沿った電気伝導を利用して 高キャリア移動度を実現しょうとする方法においては、 π共役系有機半 導体分子の主鎖の分子長と比してソース電極とドレーン電極との間の距 離が長くなつてくると、 その距離の増大に伴って π共役系有機半導体分 子間における電子の移動回数が次第に多くなつてくる。 そして、 この場 合、 ソース電極とドレーン電極とを結ぶ垂線に対して垂直方向に隣り合 う π共役系有機半導体分子間における電子の移動は、 ソース電極と ドレ ーン電極との間の電界が形成されている方向と直交する方向に電子が移 動しなければならないため、 非常に困難となる。 つまり、 ソース電極と ドレーン電極との間の距離と比較して非常に長い分子長を有する T共役 系有機半導体分子を用いる場合や、 冗共役系有機半導体分子の分子長と 比較してソース電極と ドレーン電極との間の距離が充分に狭い場合を除 いて、 π共役系有機半導体分子の配向方向を T F Tのソース電極とドレ —ン電極とを結ぶ垂線に対して平行になるように制御しても、 十分なキ ャリア移動度を得ることはできない。
又、 7Τ共役系有機半導体分子の配向方向を T F Τのソース電極とドレ ーン電極とを結ぶ垂線に対して垂直になるように制御し、 これによつて 隣り合う 7Τ共役系有機半導体分子同士の π軌道の重なりを利用して高キ ャリア移動度を実現しょうとする方法においては、 π共役系有機半導体 分子の主鎖の長手方向はソース電極とドレーン電極とを結ぶ垂線に垂直 に並んでおり、 これによつて 7t共役系有機半導体分子内の主鎖方向に沿 つた電気伝導は寄与せず、 殆ど t共役系有機半導体分子間の 7T軌道の重 なりを利用する電気伝導が支配的となる。 そのため、 ソース電極とドレ ーン電極との間の距離が増大すると、 その距離の増大に比例して電子の 移動回数が多くなる。 つまり、 π共役系有機半導体分子の配向方向を T F Τのソース電極とドレーン電極とを結ぶ垂線に対して垂直になるよう に制御し、 かつ配向度を上げても、 キャリアの移動度の改善には限界が ある。
〔発明の開示〕
本発明は、 上記課題を解決するためになされたものであり、 π共役系 有機半導体分子を所定の方向に配向形成して構成したキヤリァ移動度が 改善された T F Tと、 その T F Tの製造方法を提供することを第 1の目 的としている。 又、 本発明は、 キャリア移動度が改善された T F Τを複 数個配置したアクティブマトリクス型のディスプレイや、 前記キャリア 移動度が改善された T F Τを集積回路部に用いた無線 I Dタグや、 前記 キャリア移動度が改善された T F Τを集積回路部に用いた携帯テレビ、 通信端末、 P D A、 携帯用医療機器等の携行用機器を提供することを第 2の目的としている。
そして、 これらの目的を達成するために、 本発明に係る T F Tは、 半 導体層と、 前記半導体層に相互に対向するように分離して設けられたソ ース領域とドレーン領域とを有する薄膜トランジスタであって、 前記半 導体層は π共役系有機半導体分子を主成分として有し、 前記 7Τ共役系有 機半導体分子が、 π軌道が実質的に対向するように配向され、 かつ主鎖 の分子軸が前記半導体層に形成されるチャネルにおける電界の方向に 対して傾斜して配向されている構成を採る。 ここで、本明細書において、 ソース領域及びドレーン領域とは、 ソース電極及びドレーン電極、 並び に、 ソース電極及びドレーン電極を半導体層に接続するコンタク ト層又 は高濃度不純物領域 （層） 等を含む概念をいう。 かかる構成により、 7U 共役系有機半導体分子内での主鎖方向に沿った電荷移動と、 電界の掛か つているソース領域から ドレ一ン領域の方向への π軌道の重なりを利 用した電荷移動とが有効に活用されるので、 キャリア移動度の高い T F
Τを実現することができるとする。
この場合、 ソース領域とドレーン領域とが前記半導体層に相互に対向 する辺を有するように分離して設けられ、 前記 π共役系有機半導体分子 が、 主鎖の分子軸が前記対向する辺に垂直な方向に対して傾斜して配向 されている構成を採る。 又、 ソース領域とドレ一ン領域とが前記半導体 層に該半導体層の膜厚方向において相互に対向する面を有するように 分離して設けられ、 前記 Τ共役系有機半導体分子が、 主鎖の分子軸が前 記対向する面に垂直な方向に対して傾斜して配向されている構成を採 る。 かかる構成により、 C共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸がソー ス領域と ドレーン領域との対向する辺に垂直な方向に対して傾斜して 配向されているので、 π共役系有機半導体分子内での主鎖方向に沿った 伝導がソース領域と ドレーン領域との間の電荷移動において有効に活 用される。 又、 隣り合う Τ共役系有機半導体分子同士の π軌道がソース 領域から ドレーン領域への方向において対向するように形成されてお り、 従って分子間の電荷の移動はホッビングではなく電界の掛かってい るソース領域から ドレーン領域の方向への π軌道の重なりを利用した 電荷移動が主となる。 そのため、 キャリア移動度の高い T F Τを実現す ることができるとする。
上記の場合、 前記半導体層の少なく とも一面にゲート絶縁層を介して 設けられたゲート電極を有し、 前記ゲート電極に前記薄膜トランジスタ の Ο Ν時と同等の電圧が印加された状態における前記 π共役系有機半 導体分子の主鎖の分子軸方向の導電率が σ 1で、 前記分子軸方向と垂直 方向でかつ π軌道軸方向の導電率が σ 2であるとき、 前記 π共役系有機 半導体分子の主鎖の分子軸が、 前記ソース領域と前記ドレーン領域との 対向する辺または対向する面に垂直な方向に対して （ 1 ) 式で算出され る角度 0傾いた方向を実質的な配向方向として配向されている構成を 採ることが好ましい。 かかる構成により、 薄膜トランジスタの ON時の 状態（こおいて最も導電率の高くなる方向を基準にしてソース領域及び ドレーン領域が形成されることになるので、 より一層キヤリァ移動度の 高い T F Tを実現することができるとする。
0 = a r c t a n ( a 2 //ひ 1 ) · · · ( 1 )
又、 本発明は、 前記 t共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が前記半 導体層の主面に実質的に平行な平面内に存在するよう配向され、 かつ該 配向範囲が前記角度 > ± 1 0 ° なる構成を採ることが好ましい。 かかる 構成により、 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が半導体層の主面 に実質的に平行な平面内に配向可能な材料について、 キャリア移動度の 高い T F Tを実現することができるとする。
又、 本発明は、 前記 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が前記半 導体層の主面に実質的に平行な平面内に存在しないように配向され、 か つ該配向範囲が前記角度 0 ± 5 ° なる構成を採ることが好ましい。 かか る構成により、 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が半導体層の主 面に実質的に平行な平面に対して所定の角度をもって配向可能な材料 について、 キャリア移動度の高い T F Tを実現することができるとする, 又、 本発明は、 前記 π共役系有機半導体分子が、 チォフェン、 ァセチ レン、 ピロ一ル、 フエ二レン、 及びァセンの内の何れか、 若しくは、 こ れらを組み合わせた分子骨格を主鎖とする誘導体である構成を採る。 か かる構成により、 キヤリァ移動度の優れた Τ共役系の電荷移動が実現で きるとする。
又、 本発明は、 前記 Τ共役系有機半導体分子における各々の π軌道の 延出方向が、 全て同一べク トル方向に統一されていない構成を採ること が好ましい。 かかる構成により、 1つの π共役系有機半導体分子中にお いて π軌道の延出方向が全て同一ベク トル方向に統一されていないの で、 主鎖の分子軸の方向を揃えることにより、 隣り合う π共役系有機半 導体分子同士の 7Τ軌道が容易に対向するようにできるとする。
又、 本発明は、 前記 7C共役系有機半導体分子が結晶質である構成を採 ることがより好ましい。 かかる構成により、 π共役系有機半導体分子の 配向度を、 非晶質の分子を用いる場合よりも高めることができるので、 より一層キャリア移動度の高い T F Tを実現することができるとする。 又、 本発明に係る T F Τの製造方法は、 半導体層と、 前記半導体層に 相互に対向するように分離して設けられたソース領域と ドレ一ン領域 とを有する薄膜トランジスタの製造方法であって、 前記半導体層に π共 役系有機半導体分子を主成分として用い、 前記 π共役系有機半導体分子 を、 Τ軌道が実質的に対向するように配向し、 かつ主鎖の分子軸が前記 半導体層に形成されるチャネルにおける電界の方向に対して傾斜して 配向する構成を採る。 かかる構成により、 π共役系有機半導体分子内で の主鎖方向に沿った電荷移動と、 電界の掛かっているソース領域から ド レーン領域の方向への π軌道の重なりを利用した電荷移動とが有効に 活用されるので、 キヤリァ移動度の高い T F Tを実現することができる とする。 この場合、 ソース領域とドレーン領域とを前記半導体層に相互に対向 する辺を有するように分離して設け、 前記 7T共役系有機半導体分子を、 主鎖の分子軸が前記対向する辺に垂直な方向に対して傾斜して配向する 構成を採る。 又、 ソース領域とドレ一ン領域とを前記半導体層に該半導 体層の膜厚方向において相互に対向する面を有するように分離して設け 前記 7Γ共役系有機半導体分子を、 主鎖の分子軸が前記対向する面に垂直 な方向に対して傾斜して配向する構成を採る。 かかる構成により、 π共 役系有機半導体分子の主鎖の分子軸がソース領域とドレ一ン領域との対 向する辺に垂直な方向に対して傾斜して配向されているので、 π共役系 有機半導体分子内での主鎖方向に沿った伝導がソース領域とドレーン領 域との間の電荷移動において有効に活用されるとする。 又、 隣り合う 共役系有機半導体分子同士の 軌道がソース領域から ドレーン領域への 方向において対向するように形成されており、 従って分子間の電荷の移 動はホッビングではなく電界の掛かっているソース領域からドレーン領 域の方向への冗軌道の重なりを利用した電荷移動が主となる。そのため、 キヤリァ移動度の高い T F Τを製造することができるとする。
上記の場合、 前記半導体層の少なくとも一面にゲ一ト絶縁層を介して 設けられたゲート電極を有し、 前記ゲ一ト電極に前記薄膜トランジスタ の O N時と同等の電圧が印加された状態における前記 π共役系有機半 導体分子の主鎖の分子軸方向の導電率が σ 1で、 前記分子軸方向と垂直 方向でかつ 7U軌道軸方向の導電率が σ 2であるとき、 前記 π共役系有機 半導体分子の主鎖の分子軸を、 前記ソース領域と前記ドレーン領域との 対向する辺または対向する面に垂直な方向に対して （ 1 ) 式で算出され る角度 0傾いた方向を実質的な配向方向として配向する構成を採るこ とが好ましい。 かかる構成により、 薄膜トランジスタの O N時の状態に おいて最も導電率の高くなる方向を基準にしてソース領域及びドレー ン領域が形成されることになるので、 より一層キャリア移動度の高い T F Tを製造することができるとする。 = a r c t a n ( σ 2 / σ 1 ) · · · ( 1 )
又、 本発明は、 前記 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸を前記半 導体層の主面に実質的に平行な平面内に存在するよう配向し、 かつ該配 向範囲を前記角度 0 ± 1 0 ° なる構成を採ることが好ましい。 かかる構 成により、 7Τ共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が半導体層の主面に 実質的に平行な平面内に配向可能な材料について、 キャリア移動度の高 い T F Tを製造することができるとする。
又、 本発明は、 前記 7Γ共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸を前記半 導体層の主面に実質的に平行な平面内に存在しないように配向し、 かつ 該配向範囲を前記角度 0 ± 5 ° なる構成を採ることが好ましい。 かかる 構成により、 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が半導体層の主面 に実質的に平行な平面に対して所定の角度をもって配向可能な材料に ついて、 キヤリァ移動度の高い T F Τを製造することができるとする。 又、 本発明は、 前記 π共役系有機半導体分子として、 チォフェン、 ァ セチレン、 ピロール、 フエ二レン、 及びァセンの内の何れか、若しくは、 これらを組み合わせた分子骨格を主鎖とする誘導体を用いる構成を採 る。 かかる構成により、 キャリア移動度の優れた 7T共役系の電荷移動が 実現できるとする。
又、 本発明に係る薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型 ディスプレイは、 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜ト ランジス夕が、 画素を駆動するためのスイッチング素子として複数個配 設されてなる構成を採る。 かかる構成により、 低コス トで特性の良いシ —トライク、 或いはペーパーライクなディスプレイを具現化することが できるとする。
又、 本発明に係る薄膜トランジスタを用いた無線 I Dタグは、 請求の 範囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜トランジスタが、 集積回路 を構成するための半導体素子として利用されてなる構成を採る。 かかる 構成により、 無線 I Dタグを様々な形状の物体、 或いは素材へ貼り付け ることができるとする。 又、 任意の形状に形成可能な無線 I Dタグを具 現化することができるとする。
又、 本発明に係る薄膜トランジスタを用いた携行用機器は、 請求の範 囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜トランジスタが、 集積回路を 構成するための半導体素子として利用されてなる構成を採る。 ここで、 携行用機器としては、 例えば、 携帯テレビ、 通信端末、 P D A、 携帯用 医療機器等が挙げられる。 しかし、 これらの携行用機器に限定されるこ とはなく、 例えば、 携帯用 A V機器、 携帯用コンピュータ等の如何なる 携行用機器も含まれる。 かかる構成により、 携帯テレビ、 通信端末、 P D A、 携帯用医療機器等の携行用機器に、 低コスト、 フレキシブル、 耐 衝撃性、 任意形状に形成可能等の利点を付加することができるとする。 本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、 添付図面参照の下、 以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
〔図面の簡単な説明〕
図 1は、 T F Tの第 1の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図で ある。
図 2は、 T F Tの第 2の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図で ある。
図 3は、 半導体層に用いる 7T共役系有機半導体分子であるオリゴチォ フェン誘導体分子の構造を示す図であり、 図 3 Aは化学構造式を示し、 図 3 Bはひ結合及び π電子雲の様子を示し、 図 3 Cは分子を模式的に示 す斜視図である。
図 4は、 半導体層におけるオリゴチォフェン誘導体分子の配向状態を 模式的に示す斜視図である。
図 5は、 T F Τのキャリア移動度を測定するための測定試料の構成を 示す模式図である。
図 6は、 種々のゲート電圧を印加した場合におけるオリゴチォフェン 誘導体分子の配向角度を変化させた際のキヤリァ移動度の変化を測定し た結果を表すグラフであり、 図 6 Aはゲート電圧が 2 0 Vである場合の 測定結果を示し、 図 6 Bはゲート電圧が 3 0 Vである場合の測定結果を 示し、 図 6 Cはゲート電圧が 4 0 Vである場合の測定結果を示す。
図 7は、 6個の五員環を有しかつ両方の末端をアルキル基で化学修飾 したオリゴチォフエン誘導体分子を用いた T F Tのキャリア移動度の変 化を測定した結果を表すグラフである。
図 8は、 半導体層に用いる Γ共役系有機半導体分子であるペン夕セン の構造を示す図であり、 図 8 Aはペン夕センの化学構造式を示し、 図 8 Bはペン夕センにおけるひ結合及び π電子雲の様子を示し、 図 8 Cはべ ン夕センを模式的に示す斜視図である。
図 9は、 半導体層におけるペン夕センの配向状態を模式的に示す斜視 図である。
図 1 0は、 種々のゲート電圧を印加した場合におけるペン夕センの配 向角度を変化させた際のキヤリァ移動度の変化を測定した結果を表すグ ラフであり、 図 1 0 Αはゲート電圧が 2 0 Vである場合の測定結果を示 し、 図 1 0 Bはゲート電圧が 4 0 Vである場合の測定結果を示す。
図 1 1は、 有機 E Lを表示部に用いたアクティブマトリクス型デイス プレイの構成を模式的に示す斜視図である。
図 1 2は、 T F T駆動回路部の構成を拡大して示した模式図である。 図 1 3は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた無線 I Dタグの構成を 模式的に示した斜視図である。
図 1 4は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯テレビの構成を模 式的に示した正面図である。
図 1 5は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯電話の構成を模式 的に示した正面図である。
図 1 6は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯用医療機器の構成 を模式的に示した斜視図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕 以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら説明する。 (第 1の実施形態）
本発明の第 1の実施形態では、 T F Tの半導体層を構成する π共役系 有機半導体分子として、 オリゴチォフェン誘導体を用いる場合について 説明する。
図 1は、 T F Tの第 1の代表的な構成の各々を模式的に示す断面図で ある。
図 1 Α〜図 1 Dに示すように、 本実施の形態に係る T F T 1 0 0の構 成としては、 様々な構成が考えられている。 何れの構成においても、 そ の構成要素として、 基板 1 1 と、 ゲ一ト電極 1 2 と、 ゲ一ト絶縁層 1 3 と、 半導体層 1 4と、 ソース電極 1 5と、 ドレーン電極 1 6とを備えて いることでは共通している。 ここで、 一般に、 図 1 A及び図 1 Bは、 ポ トムゲート方式と呼ばれている。 又、 図 1 C及び図 1 Dは、 トップゲ一 ト方式と呼ばれている。 更に、 半導体層 1 4とソース電極 1 5、 ドレー ン電極 1 6との位置関係により、 図 1 A及び図 1 Cは、 トップコンタク ト方式とも呼ばれている。 又、 図 1 B及び図 1 Dは、 ボトムコンタク ト 方式とも呼ばれている。 これらの図 1 A〜図 1 Dで示した T F T 1 0 0 は、 ソース電極 1 5とドレーン電極 1 6とが断面視において横方向に対 向するよう配置されているので、 横型 T F Tと呼ばれている。
一方、 図 1 A〜図 1 Dに示した従来の横型 T F Tに対し、 近年では、 ソース電極 1 5とドレ一ン電極 1 6とが断面視において縦方向に対向す るよう配置された縦型 T F Tも提案されている。
図 2 A及び図 2 Bは、 T F Tの第 2の代表的な構成の各々を模式的に 示す断面図である。
図 2 A及び図 2 Bに示すように、 本実施の形態に係る T F T 2 0 0の 構成でも、 その構成要素として、 基板 1 1 と、 ゲート電極 1 2と、 ゲー ト絶縁層 1 3と、 半導体層 1 4と、 ソース電極 1 5と、 ドレーン電極 1 6とを備えていることでは、 図 1 A〜図 1 Dで示した T F T 1 0 0と基 本的に同様である。 しかし、 本実施の形態に係る T F T 2 0 0では、 図 2 A及び図 2 Bの何れにおいても、 ソース電極 1 5と ドレ一ン電極 1 6 とが半導体層 1 4をその膜厚方向に （縦方向に） 挟んで対向するように 配置されている。 このため、 T F T 2 0 0は、 縦型 T F Tと呼ばれてい る。
尚、 本発明によって得られる効果は、 半導体層に用いる π共役系有機 半導体分子の配向方向をソース電極とドレーン電極との配置に対して適 当な方向に制御することによって得られるものであるので、 T F T自体 の構成は図 1及び図 2に示した何れの構成でも良く、 即ち、 何れかの構 成に限定されるものではない。 従って、 以降の説明では、 T F Tの構成 の代表例として、 図 1 Cに示したトップゲート方式の T F Τ 1 0 0の構 成を適用した場合について説明する。
図 1 Cに示すように、トツプゲ一ト方式が採用された T F Τ 1 0 0は、 基板 1 1 と、 π共役系有機半導体分子からなる半導体層 1 4と、 ソース 電極 1 5と、 ドレーン電極 1 6と、 ゲート絶縁層 1 3 と、 ゲート電極 1 2とを有している。 具体的には、 基板 1 1の主面上に半導体層 1 4が設 けられており、 この半導体層 1 4の上に、 ソース電極 1 5及びドレーン 電極 1 6が、 互いに分離するように設けられている。 又、 このソース電 極 1 5及びドレーン電極 1 6と、半導体層 1 4の露出面とを覆うように、 ゲート絶縁層 1 3が設けられている。 そして、 このゲート絶縁層 1 3の 上に、 平面視において少なくともソース電極 1 5とドレーン電極 1 6と の間に位置するように、ゲート電極 1 2が設けられている。このように、 図 1 Cに示すトップゲート方式が採用された T F Τ 1 0 0は、 基板 1 1 上に半導体層 1 4、 ソース電極 1 5及びドレーン電極 1 6、 ゲート絶縁 層 1 3が積層され、 このゲート絶縁層 1 3の上にゲート電極 1 2が配設 された構成を有している。
上記構成を有する T F T 1 0 0を製造する場合、 先ず、 所定の溶媒に 溶解 ·分散させた C共役系有機半導体分子を、 予め所望の配向方向に平 行に溝を形成した基板 1 1上に塗布する。 そして、 その π共役系有機半 導体分子が塗布された基板 1 1を十分に乾燥させることにより、 基板 1 1上に π共役系有機半導体分子からなる半導体層 1 4を配向成膜する。 次に、 π共役系有機半導体分子からなる半導体層 1 4上にソース電極 1 5とドレーン電極 1 6とを形成するために、 所定の電極材料を、 所望の 形状が得られるように予めパターニングされたスクリーン版を用いるこ とによって印刷した後、 十分に乾燥させる。 これによつて、 半導体層 1 4上には、 所望の形状のソース電極 1 5及びドレーン電極 1 6が形成さ れる。 その後、 ゲート絶縁層 1 3を形成するために、 所定の絶縁材料を 予めパターニングされたスクリーン版を用いることによってソース電極 1 5、 ドレ一ン電極 1 6、 及び半導体層 1 4上に印刷した後、 十分に乾 燥させる。 これにより、 半導体層 1 4、 ソース電極 1 5及びドレーン電 極 1 6上には、 所望の形状のゲート絶縁層 1 3が形成される。 そして、 最後に、 ゲート絶縁層 1 3上にゲ一ト電極 1 2を形成するために、 上記 と同様にして、 所定の電極材料を、 所望の形状が得られるように予めパ ターニングされたスクリーン版を用いることによって印刷した後、 これ を十分に乾燥させる。 これによつて、 ゲート絶縁層 1 3上には所望の形 状のゲート電極 1 2が形成される。 このように、 T F Τ 1 0 0は、 基板 1 1上に半導体層 1 4、 ソース電極 1 5及びドレーン電極 1 6、 ゲート 絶縁層 1 3、 及びゲート電極 1 2の各々がスクリーン版を用いる印刷法 によって印刷され、 その後十分に乾燥されることによって形成される。 本実施の形態における T F T 1 0 0では、 基板 1 1 を構成する材料と しては、 ポリエチレン系のブラスティ ック基板を用いた。 又、 半導体層 1 4を構成する材料としては、 π共役系有機半導体分子の内の 1つであ るオリゴチォフェン誘導体分子を用いた。 又、 ソース電極 1 5、 ドレー ン電極 1 6、 及びゲート電極 1 2を構成する材料としては、 ポリ 3， 4 —エチレンダイォキシチォフェン （以下、 P E D O Tという） を主成分 とする電極材料を用いた。 更に、 ゲート絶縁層 1 3を構成する材料とし ては、 ポリビニルフエノールを用いた。
先ず、 半導体層 1 4に用いる π共役系有機半導体分子であるオリゴチ ォフェン誘導体分子について詳細に説明する。
図 3は、 半導体層 1 4に用いる π共役系有機半導体分子であるオリゴ チォフェン誘導体分子の構造を示す図である。 ここで、 図 3 Αはオリゴ チォフェン誘導体分子の化学構造式を示し、 図 3 Βはオリゴチォフェン 誘導体分子における σ結合及び π電子雲の様子を示し、 図 3 Cはオリゴ チォフェン誘導体分子を模式的に示す斜視図である。 尚、 図 3 Αにおい て、 オリゴチォフェン誘導体分子の主鎖の末端の化学構造は、 その記載 を省略している。
図 3 Αに示すように、オリゴチォフエン誘導体分子の主鎖においては、 硫黄原子 （S ) を含み二重結合を有する五員環が σ結合により繰り返し 結合して構成される π共役系が発達している。 尚、 図 3 Αでは、 水素原 子は明示していない。 この時、 分子軌道法等の手段を用いて電子状態を 計算すると、 二重結合の内の π結合に利用される π電子の電子雲の存在 範囲を求めることができる。 即ち、 図 3 Βに示すように、 このオリゴチ ォフェン誘導体分子では、 炭素原子 2 1 と硫黄原子 2 2とで構成される 各五員環面に対して垂直方向に π電子雲 2 3が存在している。 尚、 この オリゴチォフェン誘導体分子では、 各五員環同士は同一平面内に存在す るのではなく、 各五員環同士がひ結合により多少ねじれて結合している ため、 π電子雲 2 3の存在方向を示すベク トルは、 一定の方向に統一さ れていない。 そして、 本実施の形態では、 実際には、 オリゴチォフェン 分子の主鎖の末端を所定の置換基で化学修飾したオリゴチォフェン誘導 体分子を用いている。 具体的には、 図 3 Αに示すように硫黄原子を含む 8個の五員環を有し、 かつ主鎖の両末端をアルキル基 （例えば、 — C 10 H 21) で化学修飾したオリゴチォフェン誘導体分子を用いている。
次に、 本発明を特徴付けるオリゴチォフェン誘導体分子の配向角度に 関する検討方法と、 その検討結果について説明する。 尚、 以降の説明で は、 オリゴチォフエン誘導体分子の 1分子を図 3 Cに示すように短冊状 の四角形で表すこととする。 又、 C電子雲はその存在方向を示すべク ト ルが実際には全て統一されている訳ではないが、 実質的にこの四角形平 面に対して垂直な方向に存在するものと仮定する。
図 4は、 前述した製造方法によって得られた半導体層 4 0におけるォ リゴチォフェン誘導体分子 4 0 aの配向状態を模式的に示す斜視図であ る。 ここで、 図 4においては、 X Y軸によって形成される平面は半導体 層 4 0の主面と平行な平面を表しており、 Z軸方向は半導体層 4 0の厚 み方向を示している。
図 4において、 オリゴチォフェン誘導体分子 4 0 aは、 その主鎖の分 子軸が Y軸方向と平行になるように配向されており、 かつ、 各々の分子 面を表す四角形が Y Z軸で形成される平面に平行となるように配置され ている。 つまり、 半導体層 4 0は、 Y軸方向及び Z軸方向を除く方向、 即ち X軸方向において、 隣り合うオリゴチォフエン誘導体分子同士の T 軌道が対向するように構成されている。
このように配向形成された半導体層 4 0を用いて、図 5に示すように、 オリゴチォフェン誘導体分子 4 0 aの配向方向である Y軸方向に対して 各々矩形形状を有するソース電極及びドレーン電極の対向する辺同士に 共通するその垂線 1 0を 1 0 ° ずつ傾けた T F T 1 0 0を各々作製した, 即ち、 オリゴチォフェン誘導体分子 4 0 aの各々を、 その π軌道が実質 的に対向するように配向し、 かつその主鎖の分子軸をソース電極とドレ ーン電極との対向する辺に垂直な方向に対して 1 0 ° ずつ傾斜するよう に各々配向した。 ここで、 この作製された各々の T F Τ 1 0 0は、 ブラ スティ ック基板 4 1 と、 図 4の半導体層 4 0で構成された半導体層 4 2 と、 ソース電極 4 3と、 ドレーン電極 4 4と、 絶縁層 4 5と、 ゲ一ト電 極 4 6とを有して構成されている。 尚、 矢印 4 7は、 半導体層 4 2にお ける図 5では図示しないオリゴチォフェン誘導体分子の配向方向を示し ている。 以上のようにして準備された各々の測定サンプルについて、 ゲート電 極に種々のゲート電圧を印加した場合の I 一 V特性を測定することによ つて、 T F T 1 0 0のキャリア移動度を求めた。 又、 ソース電極 4 3と ドレーン電極 44との対向する辺の垂線 1 0と、 オリゴチォフェン誘導 体分子 4 0 aの主鎖の分子軸とのなす角 （配向角度） が 0 ° である場合 のソース電極ー ドレーン電極間の導電率 （即ち、 7T共役系有機半導体分 子の主鎖の分子軸に代表される方向の導電率 σ 1に相当） と、 同じく 9 0 ° である場合の導電率 （即ち、 配向方向と垂直方向で、 かつ 7Τ電子雲 存在方向の導電率 σ 2に相当） とを求め、 こられの導電率の値を （ 1 ) 式に代入することによって 0を算出した。 ここで、 式 （ 1 ) における 「 a r c t a n」 は、 逆正接 t a n ·ιを意味する。
0 = a r c t a n ( σ 2 / σ 1 ) · · · ( 1 )
図 6は、 種々のゲ一ト電圧を印加した場合におけるオリゴチォフェン 誘導体分子の配向角度を変化させた際のキヤリァ移動度の変化を測定し た結果を表すグラフである。 ここで、 図 6 Αはゲート電圧が 2 0 Vであ る場合の測定結果を示し、 図 6 Bはゲート電圧が 3 0 Vである場合の測 定結果を示し、 図 6 Cはゲート電圧が 4 0 Vである場合の測定結果を示 している。 尚、 図 6において、 横軸はオリゴチォフェン誘導体分子の主 鎖の分子軸と、 ソース電極とドレーン電極との対向する辺の垂線とのな す角 ） を示し、 縦軸はキヤリア移動度 （ c m 2/ V s e c ) を示し ている。
図 6 Aに示すように、 ゲート電圧が 2 0 Vである場合には、 導電率 σ 1は 7. 7 X 1 0 -3 SZmであり、 導電率ひ 2は 1. 9 X 1 0 "3 S / m であった。 又、 キャリア移動度については、 オリゴチォフェン誘導体分 子の配向角度が 0 ° より大きくなるに従って向上するが、 前記式 （ 1 ) で求められる Θ = 1 4 ° 近傍を超えると徐々に低下し、 配向角度が 9 0 ° では最も低いキャリア移動度となった。
又、 図 6 Βに示すように、 ゲート電圧が 3 0 Vである場合には、 導電 率 σ ΐは 9. 2 1 0 -3 5ノ111でぁり、 導電率 0 2は 3. 9 X 1 0 ·3 S /mであった。 又、 キャリア移動度については、 ゲート電圧が 2 0 Vで ある場合と同様に、 オリゴチォフェン誘導体分子の配向角度が 0 ° より 大きくなるに従って向上するが、 前記式 （ 1 ) で求められる 0 = 2 3 ° 近傍を超えると徐々に低下し、 配向角度が 9 0 ° では最も低いキャリア 移動度となった。
更に、 図 6 Cに示すように、 ゲート電圧が 4 0 Vである場合には、 導 電率ひ 1は 1. 0 X 1 0 -2 S Zmであり、 導電率 σ 2は 5. 4 X 1 0 -3 SZmであった。 又、 キャリア移動度については、 ゲート電圧が 2 0 V 及び 3 0 Vである場合と同様に、 オリゴチォフェン誘導体分子の配向角 度が 0 ° より大きくなるに従って向上するが、 前記式 （ 1 ) で求められ る 0 = 2 8 ° 近傍を超えると徐々に低下し、 配向角度が 9 0 ° では最も 低いキャリア移動度となった。
このように、オリゴチォフェン誘導体分子の配向角度が 9 0 ° の場合、 即ち、 オリゴチォフェン誘導体分子の主鎖の分子軸がソース電極とドレ 一ン電極との対向する辺に垂直な方向に対して垂直である場合には、 キ ャリア移動度が最も低下することが判明した。 又、 図 6 A〜図 6 Cにお いて斜線で示した領域におけるキヤリァ移動度は、 オリゴチォフェン誘 導体分子の配向角度が 0 ° の場合、 即ち、 オリゴチォフェン誘導体分子 がソース電極から ドレーン電極への方向において隣り合う分子同士の π 軌道が対向するように形成されていない場合に比べて改善していること が分かった。 更に、 最高のキャリア移動度が得られる配向角度は、 配向 角度が 0 ° である場合の導電率 σ 1 と、 配向角度が 9 0 ° である場合の 導電率 σ 2 とを用いて式 （ 1 ) によって計算される 0の近傍であること が分かった。 そして、 オリゴチォフェン誘導体分子の好ましい配向角度 の範囲について更に調査した結果、 図 6 Α〜図 6 Cに示すように、 式 ( 1 ) によって算出される 0を中心として ± 1 0 ° の範囲が最も好適で あることが判明した。 更に、 本実施の形態では、 半導体層 4 0に用いるオリゴチォフェン誘 導体分子として、 6個の五員環を有し、 かつ、 両方の末端をアルキル基 (例えば、 一 C 10 H 2 i ) で修飾したオリゴチォフエン誘導体分子につい ても、 同様の測定サンプルを作製し測定を行った。 その測定の結果を、 図 7に示す。 ここで、 図 7に示す測定結果は、 ゲート電圧が 3 0 Vであ る場合についての測定結果を示している。 尚、 図 7における横軸と縦軸 とは、 図 6の場合と同様である。
図 7に示すように、 6個の五員環を有し末端が前記化学修飾されたォ リゴチォフェン誘導体分子を用いた場合には、 オリゴチォフェン誘導体 分子の配向角度が 0 ° である場合と 9 0 ° である場合とのキャリア移動 度は概ね等しく、その他の配向角度におけるキャリア移動度は、前記 0 ° 及び前記 9 0 ° の場合のキャリア移動度に対して改善されていることが 分かった。 又、 前記 8個の五員環を有するオリゴチォフェン誘導体分子 を用いる場合と同様に、 配向角度が 0 ° である場合の導電率 σ 1 と、 配 向角度が 9 0 ° である場合の導電率 σ 2とを用いて式 （ 1 ) によって計 算される 0 = 3 9 ° の近傍において最高のキヤリァ移動度が得られるこ とが分かった。 そして、 この場合も、 オリゴチォフェン誘導体分子の好 ましい配向角度の範囲は、 図 7に示すように、 式 （ 1 ) によって算出さ れる 0を中心として ± 1 0 ° の範囲であることが判明した。
尚、 本実施の形態では、 半導体層に用いる π共役系有機半導体分子と して、 五員環が 8個又は 6個であり、 末端が各々アルキル基 （例えば、 - C 10 H 2 l ) で修飾されたオリゴチォフェン誘導体を用いた場合につい て説明したが、 本発明の効果はこのような構造を有する材料に限定され るものではない。 つまり、 本発明によって得られる効果は、 T F Tのソ —ス電極及びドレ一ン電極の配設方向と、 半導体層の配向方向との位置 関係によって発現するものであるので、 他の π共役系有機半導体分子を 用いた場合でも、 同様の効果が得られる。 例えば、 五員環の数が異なる ポリチォフエン誘導体を用いても良いし、 末端の修飾基をその他の適当 な置換基に変更することも可能である。 又、 末端ではなく、 主鎖の途中 に修飾基を導入しても良い。
又、 図 4ではオリゴチォフエン誘導体分子を表す四角形が Y Z軸で形 成される平面に平行に配置されているよう模式的に示したが、 分子面を 表す四角形は全てが完全に X Y軸で形成される平面に対して直立してい る必要は無い。 つまり、 π軌道の重なりを利用した電荷移動が可能であ る程度においては、 多少分子面が傾いていても良いし、 その傾きも一様 である必要は無い。 その際、 本実施例で用いたオリゴチォフェン誘導体 分子のように、 7Τ電子雲の存在方向を示すべク トル方向が一方向に統一 されていないものは、 その傾きの許容範囲が広くなるので、 本発明に係 る T F Τの作製が容易になるという効果が得られる。
(第 2の実施形態）
本発明の第 2の実施形態では、 T F Τの半導体層を構成する 7Τ共役系 有機半導体分子として、 ペンタセンを用いる場合について説明する。 本実施の形態では、 図 1 Βに示す構成を有する T F Τ 1 0 0を採用し た。 尚、 本発明の効果は、 半導体層の配向方向を基板平面に対して適当 な角度の向きに制御することによって得られるものである。 従って、 Τ F T 1 0 0自体の構成は、 図 1 Bに示した構成に限定されるものではな い。
図 1 Βに示すように、ボトムゲ一ト方式が採用された T F Τ 1 0 0は、 基板 1 1 と、 ゲ一ト電極 1 2と、 ゲ一ト絶縁層 1 3と、 ソース電極 1 5 と、 ドレ一ン電極 1 6と、 7t共役系有機半導体分子からなる半導体層 1 4とを有している。 具体的には、 基板 1 1の主面上にゲート電極 1 2が 設けられており、 このゲート電極 1 2と基板 1 1 との露出した表面を覆 うようにして、 ゲート絶縁層 1 3が設けられている。 このゲート絶縁層 1 3上に、 ソース電極 1 5及びドレーン電極 1 6が、 平面視においてゲ —ト電極 1 2の両側に位置するように設けられている。 そして、 このソ ース電極 5及びドレーン電極 6とゲート絶縁層 1 3の露出する表面とを 覆うようにして、 半導体層 1 4が設けられている。 このように、 図 1 B に示すボトムゲート方式が採用された T F T 1 0 0は、 基板 1 1上にゲ ート電極 1 2、 ゲート絶縁層 1 3、 ソース電極 1 5及びドレ一ン電極 1 6、 及び半導体層 1 4が順次積層された構成を有している。
上記構成を有する T F T 1 0 0を製造する場合、 先ず、 ゲート電極 1 2を形成するために、 基板 1 1上に所定の電極材料を真空蒸着法にて成 膜した後にパターニングする。 これによつて、 基板 1 1上の所定の位置 には、 所定の形状のゲート電極 1 2が形成される。 次に、 ゲート絶縁層 1 3を形成するために、 所定の絶縁材料をスピンコーティ ング法にて塗 布した後に十分に乾燥させる。 次いで、 ソース電極 1 5及びドレーン電 極 1 6を形成するために、 所定の電極材料を真空蒸着法にて成膜した後 にパ夕一ニングする。 これにより、 ゲート絶縁層 1 3上には所定の形状 を有するソース電極 1 5及びドレ一ン電極 1 6が形成される。 最後に、 半導体層 1 4を形成するために、 π共役系有機半導体分子を真空蒸着法 にて成膜した後にパ夕一ニングする。 この時、 前記 7Τ共役系有機半導体 分子の分子軸と基板 1 1の平面とのなす角については、 成膜条件を調整 することによって制御した。 又、 平面方向における π共役系有機半導体 分子の重なりについては、 通常の成膜ではグレイン毎にはその重なる方 向が揃うが、 層全体としてはグレイン毎にランダムな方向になってしま うため、 実際には π共役系有機半導体分子を成膜する前に下地となるゲ 一ト絶縁層 1 3上に配向層を塗布及び乾燥により設けて、 これにより層 全体として一様な分子の重なりが得られるようにした。 このように、 Τ F Τ 1 0 0は、 基板 1 1上にゲート電極 1 2、 ゲート絶縁層 1 3、 ソ一 ス電極 1 5及びドレーン電極 1 6、 及び半導体層 1 4の各々が真空蒸着 法又はスビンコ一ティング法によって成膜及びパ夕一ニングされること によって形成される。
本実施例における T F Τ 1 0 0では、 基板 1 1 を構成する材料として ポリエチレン系のブラスティ ック基板を用いた。 又、 ゲート電極 1 2を 構成する材料としては、 金 （以下、 A u ) を用いた。 又、 ゲート絶縁層 1 3を構成する材料としては、 ポリビニルフエノールを用いた。 又、 ソ ース電極 1 5及びドレーン電極 1 6を構成する材料としては、 A uを用 いた。 そして、 半導体層 1 4を構成する材料としては、 π共役系有機半 導体分子の内の 1つであるペン夕センを用いた。
先ず、 半導体層 1 4に用いる π共役系有機半導体分子であるペンタセ ンについて詳細に説明する。
図 8は、 半導体層 1 4に用いる π共役系有機半導体分子であるペンタ センの構造を示す図である。 ここで、 図 8 Αはペン夕センの化学構造式 を示し、図 8 Bはペンタセンにおけるひ結合及び π電子雲の様子を示し、 図 8 Cはペン夕センを模式的に示す斜視図である。
図 8 Αに示すように、 ペン夕センの主鎖においては、 複数の二重結合 を有する六員環が繰り返し結合して構成される π共役系が発達している, 尚、 図 8 Αでは、 水素原子は明示していない。 この時、 分子軌道法等の 手段を用いて電子状態を計算すると、 二重結合の内の T結合に利用され る π電子の電子雲の存在範囲を求めることができる。 即ち、 図 8 Βに示 すように、 このペン夕センでは、 炭素原子 7 1で構成される各六員環面 に対して垂直方向に t電子雲 7 3が存在している。 尚、 このペン夕セン では、 各六員環同士は同一平面内に存在するので、 π電子雲 7 3の存在 方向を示すベク トルは、 図 8 Cに示す四角形平面に垂直な方向に統一さ れている。
次に、本発明を特徴付けるペンタセンの配向角度に関する検討方法と、 その検討結果について説明する。 尚、 以降の説明では、 ペン夕センの 1 分子を図 8 Cに示すように短冊状の四角形で表すこととする。
図 9は、 前述した製造方法によって得られた半導体層 4 8におけるべ ンタセン 4 8 aの配向状態を模式的に示す斜視図である。 ここで、 図 9 においては、 X Y軸によって形成される平面は半導体層 4 8の主面と平 行な平面を表しており、 Z軸方向は半導体層 4 8の厚み方向を示してい る。
図 9において、 ペン夕セン 4 8 aは、 その主鎖の分子軸が X Y軸で形 成される平面に対してひ 。 のなす角をもって配向されており、かつ、各々 の分子面を表す四角形が X軸に平行な方向において、 隣り合う分子同士 の π軌道が対向するように構成されている。 尚、 このように形成された 半導体層 4 8に対して、 ソース電極及びドレーン電極は、 何れのなす角 ひ 。 のペンタセン 4 8 aについても、 X軸方向がチャネル方向となるよ う形成される。
以上のようにして準備された各々の測定サンプルについて、 ゲート電 極に種々のゲート電圧を印加した場合の I 一 V特性を測定することによ つて、 T F T 1 0 0のキャリア移動度を求めた。 又、 なす角 α。 が 0 ° である場合のソース電極とドレーン電極との間の導電率 （即ち、 π共役 系有機半導体分子の主鎖の分子軸に代表される方向の導電率 σ 1 に相 当） と、 なす角ひ ° が 9 0 ° である場合の導電率 （即ち、 配向方向と垂 直方向で、 かつ 7C電子雲存在方向の導電率 σ 2に相当 ； 実際には完全に 9 0 ° 配向の物が得られていないが、 最も 9 0 ° に近いもので代表させ た） とを求め、 これらの導電率の値を前述の （ 1 ) 式に代入することに よって 0を算出した。
0 = a r c t a n ( σ 2 / σ 1 ) · · · ( 1 )
図 1 0は、 種々のゲート電圧を印加した場合におけるペン夕センの配 向角度を変化させた際のキヤリァ移動度の変化を測定した結果を表すグ ラフである。 ここで、 図 1 0 Αはゲート電圧が 2 0 Vである場合の測定 結果を示し、 図 1 0 Bはゲー卜電圧が 4 0 Vである場合の測定結果を示 している。 尚、 図 1 0における横軸と縦軸とについても、 図 6の場合と 同様である。
図 1 0 Aに示すように、 ゲ一ト電圧が 2 0 Vである場合には、 導電率 ひ 1は 1. 9 X 1 0 -3 S Zmであり、 導電率ひ 2は 1. 3 X 1 0 ^ S/ mであった。 又、 キャリア移動度については、 ペン夕センの配向角度が 0 ° で最も低い移動度となったが、 0 ° より大きくなるに従って次第に 向上し、前記式（ 1 )で求められる 0 = 8 1 ° 近傍でピークとなった後、 徐々に低下することが分かった。
又、 図 1 0 Bに示すように、 ゲート電圧が 4 0 Vである場合には、 導 電率ひ 1は 3. 2 X 1 0-3 SZmであり、 導電率ひ 2は 6. 3 X 1 0 -2 SZmであった。 又、 キャリア移動度については、 ペン夕センの配向角 度が 0 ° で最も低い移動度となったが、 0 ° より大きくなるに従って次 第に向上し、 前記式 （ 1 ) で求められる θ = 8 7 ° 近傍でピークとなつ た後、 徐々に低下することが分かった。
このように、 半導体層 4 8のキャリア移動度は、 ペン夕センの配向角 度を 0 ° より大きくするに従って、 配向角度が 0 ° である場合 （即ち、 ペン夕センの分子軸が基板平面と平行に配向しており、 Τ共役系有機半 導体分子がソース電極から ドレーン電極への方向において隣り合う分子 同士の π軌道が対向するように形成されていない場合） に比べて改善す ることが分かった。 又、 図 1 0 Α及び図 1 0 Βにおいて斜線で示した領 域におけるキャリア移動度は、 ペン夕センの配向角度が 9 0 ° 近傍であ る場合、 即ち、 ペン夕センの分子軸が基板平面に直立しており、 7T共役 系有機半導体分子の主鎖の分子軸がソース電極とドレーン電極との対向 する辺の垂線に対して垂直である場合に比べて改善していることが分か つた。 更に、 最高のキャリア移動度が得られる配向角度は、 配向角度が 0 ° である場合の導電率 σ 1 と、 配向角度が 9 0 ° である場合の導電率 ひ 2とを用いて式 （ 1 ) によって計算される 0の近傍であることが分か つた。 そして、 ペン夕センの好ましい配向角度の範囲について更に調査 した結果、 図 1 0 A及び図 1 0 Bに示すように、 式 （ 1 ) によって算出 される 0を中心として ± 5 ° の範囲 （但し、 9 0 ° を超える部分を除く） が最も好適であることが判明した。
尚、 本実施の形態では、 半導体層に用いる U共役系有機半導体分子と してペン夕センを用いた場合について説明したが、 本発明の効果はこの 材料に限定されるものではない。 即ち、 本発明の効果は、 半導体層を構 成する π共役系有機半導体分子の分子軸の配向方向と基板平面との位置 関係によって発現するものであるので、 その他の Τ共役系有機半導体分 子を用いた場合でも同様の効果が得られる。 例えば、 六員環の数が異な るテトラセン等のその他のオリゴァセンを用いても良いし、 それらの構 造の一部を置換したり、 又は化学修飾したりしたオリゴァセン系の誘導 体を用いても良い。
又、 第 1の実施形態ではチォフェン系ポリマーの誘導体を用いた場合 を、 第 2の実施形態ではァセン系ポリマーの誘導体を用いた場合を例と して説明したが、 本発明の効果はこれらの材料に限定されるものではな く、 アセチレン系、 ピロ一ル系、 又はフエ二レン系のポリマーの誘導体 を用いても、 本発明の主旨に沿って配向方向が制御されて成膜される限 りにおいては同様の効果が得られる。 又、 前記材料の何れかを組み合わ せたコポリマーの誘導体を用いた場合も、 本発明の効果と同様の効果が 得られる。 又、 これらの中から材料を選択する際、 第 2の実施形態で説 明したペン夕センのように結晶質の材料を選択すると、 非晶質の材料を 用いる場合と比べてより一層高いキヤリァ移動度を得ることが可能にな る。
又、 第 1， 2の実施形態では、 ソース電極、 ドレーン'電極、 ゲート電 極の各々の電極材料として有機材料である P E D〇 Τを主成分とする材 料、 若しくは A uを用いたが、 その他の導電性高分子材料を用いること も可能であり、 又、 I T O , C u等の無機材料を用いることも可能であ る。 但し、 機械的柔軟性、 耐衝撃性のある T F Tを構成するためには弾 性のある材料を選択するか、 若しくは曲げの影響を受けにくい電極構成 を選択することが好ましい。 又、 ゲート絶縁層や基板も第 1， 2の実施 形態で用いた材料に限定はされないが、 電極と同様に弾性のある材料を 選択するか、 若しくは曲げの影響を受けにくい材料を用いることが好ま しい。 又、 第 1の実施形態では、 オリゴチォフェン誘導体分子を所定の方向 に配向させる方法として、 基板に溝を設けてその上に溶媒に分散させた オリゴチォフェン誘導体分子を塗布し乾燥させるという方法を、 又、 第 2の実施形態では、 ペン夕センを所定の方向に配向させる方法として、 下地となるゲート絶縁層上に配向層を設けて所定の条件で真空蒸着して 成膜する方法を各々用いたが、 本発明の効果は前述の通り半導体層の配 向方向とソース電極ー ドレーン電極、 或いは基板平面との位置関係によ つて発現するものであるので、その配向方法が何であるかは問題でない。 例えば、 背景技術として説明した L B法、 延伸法、 又は、 基板上にポリ テトラフルォロエチレンを一定圧力で押し付けスライ ドさせて配向形成 し、 その上に有機半導体を接触させる方法や、 π共役系オリゴマー分子 を、 ホッ ト · ウォール · エピタキシー法を用いる方法等を用いて配向成 膜しても同様の効果が得られる。 又、 π共役系有機半導体分子の側鎖に 液晶性の置換基を化学修飾し、 その置換基の効果を利用することによつ て配向制御する方法を用いても良い。
更に、 第 1 , 2の実施形態で用いた材料について、 各々のゲート電圧 において最適と思われる配向角度を 0として示したが、 これらは材料に よって一意的に決まるものではない。 つまり、 導電率ひ 1、 及び σ 2は 同一材料であってもその成膜状態、 又は T F Tの構成等によって変わり 得る。 しかしながら、 本発明の主旨に従って配向角度を決定することに より、 実際に使われる状態において、 最もキャリア移動度が高くなる Τ F Τを構成することが可能となる。
(第 3の実施形態）
本発明の第 3の実施形態では、 第 1， 2の実施形態で説明した T F T を用いたアプリケーション例として、 シートライクなフレキシブルディ スプレイ、 無線 I Dタグ、 及び、 携帯テレビ、 通信端末、 携帯用医療機 器等の携行用機器について説明する。
先ず、 シートライクなフレキシブルディスプレイとして有機 E Lを表 示部に用いたアクティブマト リクス型ディスプレイの構成例について説 明する。
図 1 1は、 本実施の形態に係る有機 E Lを表示部に用いたアクティブ マトリクス型ディスプレイの構成を模式的に示す斜視図である。
図 1 1 に示すように、 本実施の形態に係るアクティブマトリクス型デ イスプレイは、 プラステイ ツク基板 1 0 1上に画素電極に接続された T F T駆動回路 1 1 0がアレイ状に配置されており、 その T F T駆動回路 1 1 0の上に有機 E L層 1 0 2 と保護フィルム 1 0 4 とが配設されてい る。 尚、 有機 E L層 1 0 2の上面には、 透明電極 1 0 3が設けられる。 ここで、 有機 E L層 1 0 2は、 電子輸送層、 発光層、 正孔輸送層等の各 層が積層され構成されている。 そして、 各々の T F Tの所定の電極から 延長されたソース電極線 1 0 5 とゲ一ト電極線 1 0 6 とは、 各々ここで は図示しない制御回路へ接続されている。 ここで、 T F T駆動回路部 1 1 0の拡大図を図 1 2に示す。 尚、 T F T自体の積層構成は、 基本的に 第 1の実施形態で示した積層構造と同様である。 つまり、 図 1 2 に示す T F Tは、 半導体層 1 1 4と、 ソース電極 1 1 5及びドレーン電極 1 1 6 と、 ゲ一ト絶縁層 1 1 3 と、 ゲ一ト電極 1 1 2 とが積層されてなる。 そして、 図 1 2に示すように、 ドレーン電極 1 1 6は有機 E Lの画素電 極 1 1 7に電気的に接続されている。 又、 ゲート電極 1 1 2が接続され たゲート電極線 1 0 6 と、 ソース電極 1 1 5が接続されたソース電極線 1 0 5 とが交差する部分には、 絶縁層 1 1 8が配設されている。
このように、 第 1 , 2の実施形態で説明した T F Tを用いてァクティ ブマトリクス型のディスプレイを構成することにより、 T F T部分を低 コス トプロセスで作製できるため、 ディスプレイ全体としても安価で、 かつ機械的柔軟性及び耐衝撃性に優れたシートライクなディスプレイを 実現することができる。 又、 表示速度 （反応速度） の速いアクティブマ トリクス型のディスプレイを提供することが可能になる。
尚、 本実施の形態では、 表示部に有機 E Lを用いた場合について説明 したが、 本発明の効果はこの構成を有するアクティブマ トリクス型のデ イスプレイに限定されるものではない。 つまり、 T F T回路を必要とす るアクティ ブマ トリクス型のディスプレイであれば、 その効果は同様に 発揮される。
又、 画素を駆動する駆動回路部の構成は、 本実施の形態で示した構成 に限定されるものではない。 つまり、 例えば、 1つの画素を駆動するた めに電流駆動用の T F Tとそれを制御するためのスイ ッチング用 T F T とを組み合わせた構成としても良い。 又、 更に複数個の T F Tを組み合 わせた回路構成とすることも可能である。
次に、 本発明に係る T F Tを無線 I Dタグに応用した場合について説 明する。
図 1 3は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた無線 I Dタグの構成を 模式的に示した斜視図である。
図 1 3に示すように、 本実施の形態に係る無線 I Dタグ 1 2 0は、 フ イルム状のブラスティ ック基板 1 2 1 を基材として使用している。 この 基板 1 2 1上には、 アンテナ部 1 2 2 とメモリー I C部 1 2 3 とが設け られている。 ここで、 メモリー I C部 1 2 3は、 第 1 , 2の実施形態に おいて説明した T F Tを利用して構成することが可能である。 そして、 この無線 I Dタグ 1 2 0は、 裏面に粘着効果を持たせることで、 菓子袋 やドリ ンク缶のような平坦でないものにも貼り付けて使用することが可 能である。 尚、 無線 I Dタグ 1 2 0の表面には、 必要に応じて保護膜が 設けられる。
このように、 第 1 , 2の実施形態で説明した T F Tを用いて無線 I D タグを構成することにより、 様々な形状、 又は素材へ貼り付けることが 可能な無線 I Dタグを具現化することが可能になる。 又、 反応速度 （処 理速度） の速い無線 I Dタグを提供することが可能になる。
尚、 本発明の効果は、 図 1 3に示した無線 I Dタグの構成に限定され 得られるものではない。 従って、 アンテナ部、 メモリ一 I C部の配置や 構成方法は、 任意に設定可能である。 又、 例えば、 倫理回路部を無線 I Dタグに組み込むことも可能である。
又、 本実施の形態では、 ブラスティ ック基板 1 2 1上に予めアンテナ 部 1 2 2とメモリ一 I C部 1 2 3とを形成しておく形態について説明し たが、 本発明はこの形態に限定されるものではなく、 インクジェッ ト印 刷のような方法を用いて、 直接対象物に無線 I Dタグを形成することも 可能である。 そして、 その際も、 本発明に係る T F Tの構成を用いるこ とにより、 機械的柔軟性、 耐衝撃性に優れた高性能な無線 I Dタグを低 コストで作製することが可能になる。
最後に、 本発明に係る T F Tを携行用機器に応用した場合について説 明する。 図 1 4〜図 1 6では、 本発明に係る T F Tを利用した携行用機 器の幾つかの具体的な応用例を示している。
先ず、 本発明に係る T F Tを携帯テレビに応用した場合について説明 する。
図 1 4は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯テレビの構成を模 式的に示した正面図である。
図 1 4に示すように、 本実施の形態に係る携帯テレビ 1 3 0は、 テレ ビ映像を表示する液晶表示装置等からなる表示部 1 3 1 と、 ここでは伸 縮自在なロッ ドアンテナからなる放送電波を受信可能な受信部 1 3 2と 携帯テレビ 1 3 0電源の O N Z O F Fを制御する電源スィツチ 1 3 3と 後述する音声出力装置 1 3 5から出力される音声出力の音量の調整ゃ受 信するテレビ放送のチヤンネルの切り換えを行うための操作スィツチ 1 3 4と、テレビ音声を出力するスピーカ等からなる音声出力部 1 3 5と、 音声信号や映像信号を携帯テレビ 1 3 0に入力又は携帯テレビ 1 3 0か ら出力する入出力端子 1 3 6と、 受信したテレビ放送等に係る音声信号 及び映像信号が必要に応じて記録される記録メディァを挿入する記録メ ディア挿入部 1 3 7とを備えている。
この携帯テレビ 1 3 0は、 図 1 4では特に図示しないが、 その内部に I Cや L S I等の集積回路を有している。 そして、 本発明に係る T F T を利用した集積回路が、 携帯テレビ 1 3 0を構成する演算素子、 記憶素 子、 スイッチング素子等として適宜使用されている。 これにより、 携帯 テレビ 1 3 0は、 携帯型のテレビ放送受信機として機能する。
次に、 本発明に係る T F Tを通信端末に応用した場合について説明す る。 尚、 ここでは、 通信端末として、 携帯電話を例示している。
図 1 5は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯電話の構成を模式 的に示した正面図である。
図 1 5に示すように、 本実施の形態に係る携帯電話 1 4 0は、 電話番 号等を表示する液晶表示装置等からなる表示部 1 4 1 と、 ここでは収納 自在なホイップアンテナからなる通信電波を送受信可能な送受信部 1 4 2と、 通信音声を出力するスピーカ等からなる音声出力部 1 4 3と、 写 真撮影可能な C C D素子等を有するカメラ部 1 4 4と、 携帯電話 1 4 0 を必要に応じて折り畳むための折り畳み用可動部 1 4 5と、 電話番号や 文字を入力するための複数の操作スィッチ 1 4 6と、 通信音声を入力す るコンデンサマイク等からなる音声入力部 1 4 7とを備えている。
この携帯電話 1 4 0は、 図 1 5では特に図示しないが、 その内部に I Cや L S I等の集積回路を有している。 そして、 本発明に係る T F Tを 利用した集積回路が、 携帯電話 1 4 0を構成する演算素子、 記憶素子、 スイッチング素子等として適宜使用されている。 これにより、 携帯電話 1 4 0は、 携帯型の通信端末として機能する。
次に、 本発明に係る T F Tを携帯用医療機器に応用した場合について 説明する。
図 1 6は、 本実施の形態に係る T F Tを用いた携帯用医療機器の構成 を模式的に示した斜視図である。 尚、 ここでは、 携帯用医療機器の一例 として、 取得された生体情報に基づいて患者に対し薬物投与等の医療的 処置を自動的に行う携帯用医療機器を例示している。 又、 図 1 6では、 後述する患者の腕 1 5 5を透視的に表している。 図 1 6に示すように、 本実施の形態に係る携帯用医療機器 1 5 0は、 機器の動作状態や取得された生体情報等を表示する液晶表示装置等から なる表示部 1 5 1 と、 携帯用医療機器 1 5 0の動作に係る設定等を行う ための操作スィツチ 1 5 2と、 後述する経皮コンタク ト部 1 5 4によつ て取得された生体情報を処理しかつその処理の結果に基づいて経皮コン タク ト部 1 5 4を介した患者に対する薬物投与等の医療的処置を行う医 療的処置部 1 5 3 と、 医療的処置のための患者の生体情報を逐次収集す ると共に患者に対する医療的処置を実質的に行う経皮コンタク ト部 1 5 4とを備えている。
この携帯用医療機器 1 5 0が用いられて患者に対する医療的処置が行 われる場合、 携帯用医療機器 1 5 0は、 例えば図 1 6に示すように患者 の腕 1 5 5に巻き付けられて携行される。 この図 1 6に示す装着状態に おいて、 経皮コンタク ト部 1 5 4と患者の腕 1 5 5の表面とは相互に密 着している。 そして、 携帯用医療機器 1 5 0は、 この図 1 6に示す装着 状態において、 経皮コンタク ト部 1 5 4を介して腕 1 5 5から医療的処 置のための生体情報を取得する。 患者の生体情報が取得されると、 この 取得された生体情報は医療的処置部 1 5 3に入力される。 医療的処置部 1 5 3では、 取得された生体情報の医療的処置のための所定の処理が行 われる。 そして、 その処理の結果に基づいて、 医療的処置部 1 5 3によ つて経皮コンタク ト部 1 5 4を介した患者に対する薬物投与等の医療的 処置が行われる。
この携帯用医療機器 1 5 0は、 図 1 6では特に図示しないが、 その内 部に I Cや L S I等の集積回路を有している。 そして、 本発明に係る T F Tを利用した集積回路が、携帯用医療機器 1 5 0を構成する演算素子、 記憶素子、スィツチング素子等として適宜使用されている。これにより、 携帯用医療機器 1 5 0は、 携帯型の医療機器として機能する。
このように、 第 1 , 2の実施形態で説明した T F Tが利用された集積 回路を用いて携行用機器を構成することにより、 以下に記す効果が得ら れる。 即ち、 上述した携行用機器において利用される集積回路としては 演算素子、 記憶素子、 及びスイッチング素子等の半導体特性を使った素 子が種々考えられるが、 前記携行用機器において、 機械的柔軟性、 耐衝 撃性、 廃却する際の対環境性や軽量、 安価等の有機材料の利点として挙 げられる性能が要求される際にその一部を本発明に係る T F Tを利用し て構成することにより、 高性能な素子を安価に実現することが可能にな る。 又、 その結果として、 前記利点を備えた携行用機器を安価に製造す ることが可能になる。
第 3の実施形態では、 本発明に係る T F Tを応用した携行用機器とし て幾つかの例を挙げて説明したが、 これらの例示した機器の構成は上述 した構成に限定されるものではない。 又、 本発明に係る T F Tを応用可 能な携行用機器についても、 上述した機器に限定されるものではない。 例えば、 P D A端末、 ウェアラブルな A V機器、 ポータブルなコンビュ —夕、 腕時計タイプの通信機器等、 機械的柔軟性、 耐衝撃性、 廃却する 際の対環境性、 軽量、 安価等が要求される携行用機器に対して本発明に 係る T F Tを好適に応用することが可能である。
尚、 第 1， 2の実施形態では、 図 1 B及び図 1 Cの構成の T F Tに本 発明を適用したが、 図 1 A及び図 1 Dの構成の T F Tにも本発明を同様 に適用することが可能である。 ここで、 図 1 Aは、 基板 1 1上にゲート 電極 1 2、 ゲート絶縁層 1 3、 及び半導体層 1 4が積層され、 この半導 体層 1 4の上にソース電極 1 5及びドレーン電極 1 6が積層され構成さ れている。 又、 図 1 Dは、 基板 1 1上にソース電極 1 5及びドレ一ン電 極 1 6、 半導体層 1 4、 及びゲート絶縁層 1 3が積層され、 このゲート 絶縁層 1 3の上にゲート電極 1 2が積層され構成されている。
又、 第 1 , 2の実施形態では、 ソース電極及びドレ一ン電極が矩形の 形状を有する場合を説明したが、 平面視においてソース電極とドレーン 電極とが相互に対向する辺を有するように形成されていれば、 本発明を 好適に適用することができる。 又、 ソース電極及びドレーン電極が任意 の形状を有する場合にも、 方向 π共役系有機半導体の主鎖の分子軸が半 導体層に形成されるチャネルにおける電界の方向に対し傾斜して配向さ せることにより、 本発明を適用することができる。
又、 第 1， 2実施形態では、 平面視において相互に対向する辺を有す るように分離して設けられたソース電極とドレ一ン電極とを有する薄膜 トランジスタの構成について示したが、 この構成以外に、 例えば、 厚み 方向において相互に対向する辺を有するように分離して設けられたソー ス電極とドレーン電極とを有する構成において、 π共役系有機半導体分 子が、 π軌道が実質的に対向するように配向され、 かつ主鎖の分子軸が 前記対向する辺に垂直な方向に対して傾斜して配向されてなる構成とし てもよい。 かかる構成としても、 第 1 , 2の実施形態と同様の効果が得 られる。
本発明は以上に述べたような構成を有し、 π共役系有機半導体分子を 所定の方向に配向形成して構成したキヤリァ移動度が改善された T F Τ と、 その製造方法を提供することができると共に、 キャリア移動度が改 善された T F Tを複数個配置したアクティブマトリクス型のディスプレ ィゃ、 前記キヤリァ移動度が改善された T F Tを集積回路部に用いた無 線 I Dタグや、 前記キヤリァ移動度が改善された T F Tを集積回路部に 用いた携行用機器等を提供することができるという効果を奏する。
上記説明から、 当業者にとっては、 本発明の多くの改良や他の実施形 態が明らかである。 従って、 上記説明は、 例示としてのみ解釈されるべ きであり、 本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供 されたものである。 本発明の精神を逸脱することなく、 その構造及び 又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係る T F T及びその製造方法は、 7T共役系有機半導体分子を 所定の方向に配向形成して構成したキャリア移動度が改善された T F Tと、 その T F Tの製造方法として有用である。 又、 本発明に係る T F Tは、 シー トライク又はペーパーライクなアクティブマ トリクス型のデ イスプレイや、 無線 I D夕グ、 携帯テレビや携帯電話等の携行用機器等 を製造するために有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半導体層と、 前記半導体層に相互に対向するように分離して設 けられたソース領域とドレーン領域とを有する薄膜トランジスタであつ て、
前記半導体層は 7T共役系有機半導体分子を主成分として有し、 前記 π共役系有機半導体分子が、 π軌道が実質的に対向するように配 向され、 かつ主鎖の分子軸が前記半導体層に形成されるチャネルにおけ る電界の方向に対して傾斜して配向されている、 薄膜トランジスタ。
2 . ソース領域とドレーン領域とが前記半導体層に相互に対向する 辺を有するように分離して設けられ、
前記 7Τ共役系有機半導体分子が、 主鎖の分子軸が前記対向する辺に垂 直な方向に対して傾斜して配向されている、 請求の範囲第 1項記載の薄 膜トランジスタ。
3 . ソース領域とドレーン領域とが前記半導体層に該半導体層の膜 厚方向において相互に対向する面を有するように分離して設けられ、 前記 共役系有機半導体分子が、 主鎖の分子軸が前記対向する面に垂 直な方向に対して傾斜して配向されている、 請求の範囲第 1項記載の薄 膜トランジスタ。
4 . 前記半導体層の少なくとも一面にゲート絶縁層を介して設けら れたゲ一ト電極を有し、
前記ゲート電極に前記薄膜トランジスタの O N時と同等の電圧が印加 された状態における前記 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸方向の 導電率が σ ΐで、 前記分子軸方向と垂直方向でかつ π軌道軸方向の導電 率が σ 2であるとき、
前記 π共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が、 前記ソース領域と前 記ドレーン領域との対向する辺または対向する面に垂直な方向に対して ( 1 ) 式で算出される角度 0傾いた方向を実質的な配向方向として配向 されている、 請求の範囲第 2項又は第 3項記載の薄膜トランジスタ。
0 = a r c t a n ( σ 2 / σ 1 ) · · · ( 1 )
5 . 前記 7C共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が前記半導体層の 主面に実質的に平行な平面内に存在するよう配向され、 かつ該配向範囲 が前記角度 0 ± 1 0 ° である、 請求の範囲第 4項記載の薄膜トランジス 夕。
6 . 前記 7T共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸が前記半導体層の 主面に実質的に平行な平面内に存在しないように配向され、 かつ該配向 範囲が前記角度 0 ± 5 ° である、 請求の範囲第 4項記載の薄膜トランジ スタ。
7 . 前記 π共役系有機半導体分子が、 チォフェン、 アセチレン、 ピ ロール、 フエ二レン、 及びァセンの内の何れか、 若しくは、 これらを組 み合わせた分子骨格を主鎖とする誘導体である、 請求の範囲第 1項記載 の薄膜トランジスタ。
8 . 前記 7Τ共役系有機半導体分子における各々の 7Τ軌道の延出方向 が、 全て同一ベク トル方向に統一されていない、 請求の範囲第 7項記載 の薄膜トランジスタ。
9 . 前記 π共役系有機半導体分子が結晶質である、 請求の範囲第 7 項又は第 8項記載の薄膜トランジスタ。
1 0 . 半導体層と、 前記半導体層に相互に対向するように分離して 設けられたソース領域とドレ一ン領域とを有する薄膜トランジスタの製 造方法であって、
前記半導体層に 7Τ共役系有機半導体分子を主成分として用い、 前記 71共役系有機半導体分子を、 π軌道が実質的に対向するように配 向し、 かつ主鎖の分子軸が前記半導体層に形成されるチャネルにおける 電界の方向に対して傾斜して配向する、 薄膜トランジスタの製造方法。
1 1 . ソース領域と ドレーン領域とを前記半導体層に相互に対向す る辺を有するように分離して設け、
前記 T共役系有機半導体分子を、 主鎖の分子軸が前記対向する辺に垂 直な方向に対して傾斜して配向する、 請求の範囲第 1 0項記載の薄膜卜 ランジス夕の製造方法。
1 2. ソース領域と ドレーン領域とを前記半導体層に該半導体層の 膜厚方向において相互に対向する面を有するように分離して設け、 前記 π共役系有機半導体分子を、 主鎖の分子軸が前記対向する面に垂 直な方向に対して傾斜して配向する、 請求の範囲第 1 0項記載の薄膜ト ランジス夕の製造方法。
1 3 . 前記半導体層の少なくとも一面にゲート絶縁層を介して設け られたゲート電極を有し、
前記ゲート電極に前記薄膜卜ランジス夕の O N時と同等の電圧が印加 された状態における前記 7T共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸方向の 導電率が σ 1で、 前記分子軸方向と垂直方向でかつ 7C軌道軸方向の導電 率が σ 2であるとき、
前記 7Τ共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸を、 前記ソース領域と前 記ドレーン領域との対向する辺または対向する面に垂直な方向に対して ( 1 ) 式で算出される角度 0傾いた方向を実質的な配向方向として配向 する、 請求の範囲第 1 1項又は第 1 2項記載の薄膜トランジスタの製造 方法。
0 = a r c t a n ( σ 2 / σ 1 ) · · · ( 1 )
1 4. 前記 ττ共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸を前記半導体層 の主面に実質的に平行な平面内に存在するよう配向し、 かつ該配向範囲 を前記角度 0 ± 1 0 ° とする、 請求の範囲第 1 3項記載の薄膜トランジ ス夕の製造方法。
1 5. 前記 ϋ共役系有機半導体分子の主鎖の分子軸を前記半導体層 の主面に実質的に平行な平面内に存在しないように配向し、 かつ該配向 範囲を前記角度 土 5 ° とする、 請求の範囲第 1 3項記載の薄膜トラン ジス夕の製造方法。
1 6 . 前記 7C共役系有機半導体分子として、 チォフェン、 ァセチレ ン、 ピロール、 フエ二レン、 及びァセンの内の何れか、 若しくは、 これ らを組み合わせた分子骨格を主鎖とする誘導体を用いる、 請求の範囲第
1 0項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
1 7 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜トランジ ス夕が、 画素を駆動するためのスイ ッチング素子として複数個配設され てなる、 アクティブマトリクス型ディスプレイ。
1 8 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜トランジ ス夕が、 集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、 無線 I Dタグ。
1 9 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れかに記載の薄膜トランジ ス夕が、 集積回路を構成するための半導体素子として利用されてなる、 携行用機器。
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