WO2011065156A1 - 有機トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2011065156A1
WO2011065156A1 PCT/JP2010/068368 JP2010068368W WO2011065156A1 WO 2011065156 A1 WO2011065156 A1 WO 2011065156A1 JP 2010068368 W JP2010068368 W JP 2010068368W WO 2011065156 A1 WO2011065156 A1 WO 2011065156A1
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layer
extraction
injection
drain electrode
source electrode
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PCT/JP2010/068368
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勝一 香村
繁 青森
恭崇 葛本
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シャープ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/80—Constructional details
    • H10K10/82—Electrodes
    • H10K10/84—Ohmic electrodes, e.g. source or drain electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate

Definitions

  • the present invention relates to a so-called organic transistor using an organic semiconductor material for an organic semiconductor layer of a field effect transistor, and a method for manufacturing the organic transistor.
  • a so-called organic transistor using an organic semiconductor material as a semiconductor layer of a field effect transistor is easier to manufacture on a large-area substrate or a plastic substrate than a semiconductor transistor using an inorganic semiconductor such as silicon.
  • an element can be manufactured without using a vacuum process or a high-temperature process of 200 ° C. or higher, and printing techniques such as an ink jet method and a screen printing method, a spin coating method, a casting method, etc. The reason is that the device can be manufactured using a solution process. Therefore, organic transistors are expected to be applied to flexible displays and electronic tags.
  • carrier properties of organic semiconductor materials and electrical properties such as contact resistance between organic semiconductor layers (organic semiconductor materials) and source / drain electrodes are still inferior to those of inorganic semiconductor devices. Improvement is an issue.
  • reducing the contact resistance at the interface between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes results in improved transistor characteristics such as improved mobility as a device, increased ON current, and lowered threshold voltage.
  • the organic semiconductor layer does not have carriers in its material, and unlike inorganic semiconductor layers, it is difficult to inject and control carriers by doping, and carriers are supplied by injection from the source electrode to the organic semiconductor layer. Therefore, the contact resistance at the interface between the source electrode and the organic semiconductor layer has a significant effect on the transistor characteristics.
  • injected carriers need to be efficiently extracted from the drain electrode side through the organic semiconductor layer. For this reason, reducing the contact resistance at the interface between the drain electrode and the organic semiconductor layer is also an important issue.
  • the injection barrier is caused by the existence of an energy gap between the work function of the metal used for the source and drain electrodes and the HOMO or LUMO level of the organic semiconductor material.
  • the other is considered to be caused by low physical adhesion due to low affinity between different materials of the metal and the organic semiconductor material.
  • Patent Document 1 the above problem is solved by inserting a layer having an electric dipole moment.
  • the direction of the electric dipole moment here is directed from the organic layer to the hole injection electrode.
  • the “direction of electric dipole moment” is defined as the direction of a vector of a polarized material or molecule from the negative electrode to the positive electrode. That is, when holes are injected from the electrode into the organic semiconductor layer, the energy gap can be lowered by inserting a layer having an electric dipole moment direction opposite to the hole traveling direction. Become.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which an injection promoting layer having an electric dipole moment is inserted into at least one interface between a source electrode and a drain electrode and an organic semiconductor layer.
  • Patent Document 3 discloses an organic field effect transistor as shown in FIG.
  • the organic field effect transistor shown in FIG. 10 includes a gate electrode 102, a gate insulating layer 103, a semiconductor layer 104, a source electrode 107, and a drain electrode 108.
  • the source electrode 107 and the drain electrode 108 are conductive layers 106 and 106, respectively.
  • And compound layers 105 and 105 ′ made of an acceptor compound.
  • the compound layers 105 and 105 ′ are disposed in contact with the semiconductor layer 104, and the semiconductor layer 104 has an ionization potential of 5.0 eV or more.
  • This acceptor compound is a compound that exhibits an electron accepting property with respect to the polymer compound. Specifically, tetracyanoquinodimethane and / or tetracyanotetrafluoroquinodimethane, or a fullerene derivative is used as an acceptor compound. .
  • the OFF current improves and the ON / OFF ratio decreases.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the contact resistance generated at the interface between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes, and to realize a stable operation of the transistor.
  • An object of the present invention is to provide a transistor and a manufacturing method thereof.
  • the organic transistor according to the present invention is to solve the above problems,
  • An organic transistor comprising a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer provided between the source electrode and the drain electrode,
  • a vector of the electric dipole moment from the negative electrode to the positive electrode is arranged between the source electrode and the organic semiconductor layer, which is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the organic semiconductor layer to the source electrode.
  • An injection improvement layer An extraction improvement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer, wherein the vector is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the drain electrode toward the organic semiconductor layer;
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improving layer is characterized by being larger than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improving layer.
  • the injection improving layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improving layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are provided.
  • the injection improvement layer includes an extraction improvement layer in which the vector of the electric dipole moment is directed from the organic semiconductor layer to the source electrode, and the extraction improvement layer is provided with the vector from the drain electrode to the organic semiconductor layer.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the holes in the organic semiconductor injected from the source electrode during transistor operation can all be extracted (extracted) by the drain electrode. For this reason, when the transistor operation is performed twice or more, it contributes to suppressing the improvement of the OFF current and avoiding the decrease in the ON / OFF ratio. Therefore, it is possible to contribute to the realization of the stable transistor operation.
  • An organic transistor which concerns on this invention, An organic transistor comprising a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer provided between the source electrode and the drain electrode, A vector of the electric dipole moment from the negative electrode to the positive electrode is arranged between the source electrode and the organic semiconductor layer, which is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the source electrode to the organic semiconductor layer.
  • An injection improvement layer An extraction enhancement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer, the vector comprising a material or molecule having an electric dipole moment from the organic semiconductor layer toward the drain electrode;
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improving layer is characterized by being larger than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improving layer.
  • the injection improving layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improving layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are provided.
  • the vector of the electric dipole moment is directed from the source electrode to the organic semiconductor layer
  • the extraction improvement layer the vector is directed from the organic semiconductor layer to the drain electrode.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the manufacturing method of the organic transistor according to the present invention is to solve the above problems, A manufacturing method for manufacturing an organic transistor having the above-described configuration, A source electrode forming step of forming a source electrode on the gate insulating layer; An injection improvement layer forming step of forming an injection improvement layer on the source electrode; A drain electrode forming step of forming a drain electrode on the gate insulating layer; An extraction improvement layer forming step of forming an extraction improvement layer on the drain electrode; An organic semiconductor layer forming step for forming an organic semiconductor layer in contact with the injection improving layer and the extraction improving layer is included after the injection improving layer forming step and the extraction improving layer forming step.
  • the injection improvement layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improvement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are formed.
  • an organic transistor in which a reduction in contact resistance is realized can be manufactured.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the source electrode and the injection improvement layer are formed first, and then the drain electrode and the extraction improvement layer are formed.
  • the drain electrode and the extraction improvement layer are formed first, and then the source electrode and the injection improvement layer are formed. Even if the source electrode and the drain electrode are made of the same material and the constituent materials of the injection improvement layer and the extraction improvement layer are combined with the material of the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are combined. -An injection improvement layer and an extraction improvement layer can be separately formed on the drain electrode.
  • another organic transistor manufacturing method includes: In the injection improving layer forming step, it is preferable to form a self-assembled monolayer or a self-assembled molecular film laminated film in which self-assembled molecular films are laminated as the injection improving layer. In the extraction improvement layer forming step, it is preferable to form a self-assembled monolayer film or a self-assembled molecular film laminated film in which self-assembled molecular films are laminated as the extraction improvement layer.
  • a method of forming a self-assembled monolayer or a self-assembled molecular multilayer has an electric dipole moment at a low temperature of 150 ° C. or lower and atmospheric pressure. Therefore, it is possible to reduce deterioration and damage to the thermoplastic plastic substrate.
  • the organic transistor according to the present invention is An injection improvement layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer, and an extraction improvement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer,
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improving layer is characterized by being larger than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improving layer.
  • the organic transistor manufacturing method is a manufacturing method of manufacturing an organic transistor having the above-described configuration, A source electrode forming step of forming a source electrode on the gate insulating layer; An injection improvement layer forming step of forming an injection improvement layer on the source electrode; A drain electrode forming step of forming a drain electrode on the gate insulating layer; An extraction improvement layer forming step of forming an extraction improvement layer on the drain electrode; An organic semiconductor layer forming step for forming an organic semiconductor layer in contact with the injection improving layer and the extraction improving layer is included after the injection improving layer forming step and the extraction improving layer forming step.
  • an injection improvement layer is inserted between the source electrode and the organic semiconductor layer, and an extraction improvement layer is inserted between the drain electrode and the organic semiconductor layer.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the contained material or molecule is larger than that of the improvement layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the organic transistor in the present embodiment.
  • the organic transistor 1 can be used as a field effect transistor mounted on various semiconductor devices. Therefore, as shown in FIG. 1, the organic transistor 1 includes a substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a source electrode 14, a drain electrode 15, an organic semiconductor layer 16, and an injection improvement layer 40. And an extraction improvement layer 50.
  • substrate As the substrate 11, a silicon substrate, a quartz substrate, a glass substrate, or a resin substrate made of a material such as polycarbonate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, or polyethersulfone can be used. In particular, considering the development of flexible devices, it is preferable to use a resin substrate.
  • the thickness of the substrate 11 applied in the present invention can be, for example, in the range of 10 ⁇ m to 1 mm, but the present invention is not limited to this.
  • the gate electrode 12 is formed on the substrate 11 using a photolithographic method or the like.
  • the gate electrode 12 gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), tantalum (Ta), chromium ( Cr) and other metal materials, oxide conductors such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO 2 ), and a transparent material composed of indium oxide and zinc oxide which are a kind of oxide conductors.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • SnO 2 tin oxide
  • a conductive material can be mentioned. Two or more of these materials may be used in combination.
  • the gate electrode 12 may be an electrode made of an organic material such as polyaniline or polythiophene, or an electrode formed by applying conductive ink. Since these electrodes can be formed by applying an organic material or conductive ink, there is an advantage that the electrode forming process becomes extremely simple.
  • Specific examples of the coating method include a spin coating method, a casting method, a pulling method, and other printing methods such as an inkjet printing method, a screen printing method, and a gravure printing method, and pattern printing is performed by these printing methods. You can also.
  • the film thickness of the gate electrode 12 depends on the conductivity of the material, but can be in the range of 50 to 1000 nm.
  • the lower limit of the thickness of the gate electrode 12 varies depending on the conductivity of the electrode material and the adhesion strength with the substrate 11.
  • the upper limit of the thickness of the gate electrode 12 is that when a gate insulating layer 13 and a source electrode 14 / drain electrode 15 pair, which will be described later, are provided, the insulating coating by the gate insulating layer 13 at the step portion between the substrate 11 and the gate electrode 12 Is sufficient, and it is necessary not to cause disconnection in the electrode pattern of the source electrode 14 and the drain electrode 15 formed thereon.
  • the gate insulating layer 13 is formed on the surface of the substrate 11 where the gate electrode 12 is formed so as to cover the gate electrode 12 and the step portion of the gate electrode 12.
  • the gate insulating layer 13 is made of polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, cyanoethyl pullulan, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polyvinyl phenol, polystyrene, polyimide, etc. It can be formed by applying a polymer material. Examples of coating methods include spin coating, casting, pulling, etc., as well as printing methods such as inkjet printing, screen printing, gravure printing, flexographic printing, and pattern printing using these printing methods. You can also.
  • the substrate may be used conventional pattern process such as CVD, in which case the, SiO 2, SiNx, inorganic material, such as Al 2 O 3 are preferably used. Two or more of these materials may be used in combination.
  • the gate insulating layer 13 preferably has sufficient insulation to suppress leakage current and has a large capacitance per unit volume.
  • the film thickness of the gate insulating layer 13 is set from both viewpoints. Is done.
  • the specific film thickness is preferably in the range of 20 to 1000 nm when the gate insulating layer 13 is formed of a polymer material, and is preferably 10 to 500 nm when the gate insulating layer is formed of an inorganic material. It is preferable to be in the range.
  • Insulating layers made of self-assembled monolayers (SAMs: Self-Assembled Monolayers) such as octadecylsilane monolayers (ODS-SAMs) can be reduced to the molecular length level. Therefore, it is preferable because the capacitance per unit volume is increased. Moreover, it is desirable that the withstand voltage of the gate insulating layer 13 is 2 MV / cm or more, regardless of which material is used.
  • Source electrode 14 and the drain electrode 15 are formed on the gate insulating layer 13 as shown in FIG.
  • the material of the source electrode 14 and the drain electrode 15 is gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), tantalum (Ta).
  • Metal materials such as chromium (Cr), oxide conductors such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and indium oxide and zinc oxide which are a kind of oxide conductors
  • a transparent conductive material made of can be used.
  • the source electrode 14 and the drain electrode 15 are made of Au, Ag, ITO, ZnO, SnO 2 , indium oxide and zinc oxide, which are easily chemically bonded to an injection improving layer 40 and an extraction improving layer 50 described later. It is preferable to use a transparent conductive material.
  • the source electrode 14 and the drain electrode 15 may be made of the same material or different materials. In the case of the same material, the material cost can be suppressed. On the other hand, in the case of another material, there is an advantage that the number of steps can be reduced. Specifically, when forming a self-assembled monolayer as an injection improvement layer and an extraction improvement layer, the surface of the electrode (bonding hand) will be different if different materials are used. By selecting the material of the layer and the extraction improving layer, the improving layer can be formed at a time. On the other hand, in the case of the same material, it is necessary to take four steps of forming the injection improving layer after forming the source electrode and forming the extraction improving layer after forming the drain electrode. In the case of another material, a combination of gold and ITO or a combination of silver and ITO is preferable.
  • Organic semiconductor layer 16 is formed in a channel region (charge transport path region) between the source electrode 14 and the drain electrode 15.
  • the organic transistor 1 in the present embodiment can be used as a field effect transistor as described above, and can be applied to the case where the carrier is an electron (n-type channel), and the carrier is a hole (also referred to as a hole) (p It is also applicable to the case of a type channel). Therefore, the organic semiconductor layer 16 can be either a p-type channel material or an n-type channel material.
  • pentacene, rubrene, oligothiophene, polythiophene, and their alkyl substituents can be used as the organic semiconductor layer 16 material for the p-type channel.
  • C 60 fullerene, fluorinated pentacene, and a perylene imide compound are preferable.
  • pentacene and C 60 fullerene are preferable because they have high carrier mobility and can realize high-speed operation.
  • the injection improving layer 40 is disposed between the source electrode 14 and the organic semiconductor layer 16, and when the carrier is a hole, the vector of the electric dipole moment from the negative electrode to the positive electrode is directed to the source electrode 14.
  • the vector is made of a material or molecule having an electric dipole moment that faces the organic semiconductor layer 16.
  • the extraction improving layer 50 is disposed between the drain electrode 15 and the organic semiconductor layer 16, and when the carrier is a hole, the vector is directed to the organic semiconductor layer 16, and the carrier is an electron. Is made of a material or molecule having an electric dipole moment in which the vector is directed to the drain electrode 15.
  • the injection improving layer 40 and the extraction improving layer 50 used in the present invention have an absolute value of the electric dipole moment of the contained material or molecule that is higher in the injection improving layer 40 than in the extraction improving layer 50. It is characterized by being composed of large materials or molecules.
  • At least one of the injection improvement layer 40 and the extraction improvement layer 50 has the following chemical formula (1);
  • XAY (1) Is an organic thin film having an electric dipole moment formed by aggregation of organic compounds represented by An organic thin film having an electric dipole moment means a thin film whose thickness corresponds to the size of one molecule. Note that a part of the structure represented by the chemical formula (1) may be covalently bonded to form a dimer, trimer or oligomer structure, but the thickness of the layer is one molecule. is there.
  • the substituent X in the chemical formula (1) is chemically bonded to atoms constituting the source electrode 14 and the drain electrode 15, whereby the electrode and the molecule represented by the chemical formula (1) are combined to form the chemical formula (1).
  • the assembly of the molecules indicated by (2) it has a function of forming a self-assembled monolayer.
  • the injection improvement layer 40 and the extraction improvement layer 50 are composed of SAMs.
  • the SAMs may be either the injection improvement layer 40 or the extraction improvement layer 50. Either one may be sufficient. If the SAMs are used, the film thickness of the improvement layer can be reduced to about the molecular length, so that the resistance of the improvement layer itself can be reduced. In addition, since SAMs have a structure in which single molecules are arranged, the direction of the electric dipole moment can be easily controlled by forming SAMs.
  • the injection improving layer or the extraction improving layer is a self-assembled molecular layer laminated film (a film having a structure in which a plurality of monomolecular films described above are laminated by chemical bonding and having a repeating unit of the main chain skeleton). May be configured.
  • the constituent molecules of the formed self-assembled molecular layer laminated film can be represented by the chemical formula (1) as in the case of the molecules constituting the monomolecular film, but the molecular skeleton A is an aromatic skeleton or The aliphatic skeleton is connected via a chemical bond.
  • the chemical bond examples include an imine bond, an amide bond, an imide bond, a siloxane bond, a urethane bond, a urea bond, and a triazole ring.
  • substituent X examples include X: —SH, —SiR 1 3 , —POR 2 2 , —COOH, —CN, or —SiH 3 (Note that any one of R 1 is —OMe, —OEt, —Cl, and any one of R 2 is —OH, —Cl).
  • the substituent X is preferably a thiol group (—SH).
  • a thiol group By using the substituent X as a thiol group, a covalent bond can be formed between the atoms constituting the source electrode 14 and the drain electrode 15 and the thiol group, and the distance between the bonding sites can be made relatively short. It is possible to further reduce the contact resistance.
  • the electrode An improvement layer is fixed on the organic transistor 1, and deterioration of the improvement layer due to an electric field or the like when driving the organic transistor 1 can be suppressed, so that the life of the organic transistor 1 can be extended.
  • the HOMO orbit of the aromatic thiol formed by combining the main chain skeleton A and the thiol group of the substituent X described later also exists in the vicinity of the sulfur atom, and the orbit responsible for electrical conduction extends to the vicinity of the electrode material. For the above reason, since the resistance of the connection portion between the improvement layer and the electrode is lowered, the contact resistance as a transistor can be further reduced.
  • the substituent Y in the chemical formula (1) is in contact with the organic semiconductor layer 16 on the surface of the layer.
  • the substituent Y is an electron donating group or an electron withdrawing group.
  • An electron donating group and an electron withdrawing group refer to those in which Hammett's substituent constants are negative and positive, respectively.
  • a specific electron withdrawing group Y 1 that can be used as the substituent Y is: Y 1 : —F, —Br, —Cl, —I, —NO 2 , —CN, —Si (OR 1 ) 3 , —CF 3 , —CH 2 Cl, —CHO, or —COOR 1 (Wherein R 1 is a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
  • a specific electron donating group Y 2 that can be used as the substituent Y is: Y 2 : —OH, —OR 1 , —NH 2 , —NHR 1 , —NR 1 , —SH, —SR 1 , or —R 1 Is mentioned.
  • the substituent Y is an electron withdrawing group
  • the vicinity of Y 1 is negatively charged, so that an electric dipole moment in the direction from the organic semiconductor layer to the electrode can be formed in the injection improving layer and the extraction improving layer.
  • the substituent Y is an electron donating group
  • the vicinity of Y 2 is positively charged. Therefore, an electric dipole moment in the direction from the electrode to the organic semiconductor layer is formed in the injection improving layer and the extraction improving layer. Can do.
  • the structure shown in FIG. 2 can be used for the main chain skeleton A in the chemical formula (1).
  • Monocyclic structures such as benzene, pyridine, thiophene, pyrrole, condensed ring structures such as naphthalene, anthracene, tetracene, and pentacene, and polycyclic structures such as biphenyl, bipyridyl, terphenyl, and terthiophene
  • An aromatic skeleton that is a skeleton having ⁇ electrons such as is preferable.
  • those using an aliphatic skeleton that is a skeleton having ⁇ electrons are also preferable, and specific examples include linear alkanes having 1 to 20 carbon atoms.
  • a linear alkane has a molecular cross-sectional area smaller than that of an aromatic skeleton, a self-assembled monolayer having a high molecular density can be formed.
  • the number of molecules having a dipole moment per unit area increases, so that the effect of injecting and extracting carriers can be improved.
  • the resistance of the self-assembled monolayer increases, which may increase the contact resistance at the interface between the organic semiconductor layer and the source and drain electrodes. Is preferably 20 or less.
  • the absolute value of the electric dipole moment is calculated by the density functional method (B3LYP / 6-31 + G (d, p)) and is a value in the long axis direction of the molecule (perpendicular to the electrode surface). Based on the value, the injection improvement layer 40 and the extraction improvement layer 50 can be appropriately selected.
  • the difference in absolute value of the electric dipole moment between the injection improving layer 40 and the extraction improving layer 50 is preferably in the range of 0.01 to 20D.
  • FIG. 3 shows an example of the absolute value of the electric dipole moment of an organic compound in which A in the chemical formula (1) is an aromatic ring and the substituent X is an SH (thiol) group. According to FIG. 3, a combination in which the extraction improvement layer is larger than the injection improvement layer is arbitrarily selected.
  • Y of the organic compound constituting the injection improving layer 40 is a formyl group or a trifluoromethyl group
  • Y of the organic compound constituting the extraction improving layer 50 Is a combination selected from an amino group or a dimethylamino group
  • Y of the organic compound constituting the injection improving layer 40 is an amino group or a dimethylamino group and constitutes the extraction improving layer 50.
  • a combination in which Y of the organic compound is selected from a nitro group or a cyano group is preferable because the absolute value of both electric dipole moments is large and the contact resistance is greatly reduced as compared with other combinations of functional groups.
  • the absolute value of the electric dipole moment is calculated and extracted from the injection improvement layer even when the substituent X is another functional group and the main chain skeleton A is another skeleton, not limited to the exemplified benzenethiol derivative. If the improvement layer is larger, it can be used.
  • an inorganic material such as lithium fluoride or molybdenum oxide may be used as long as it has an electric dipole moment and can be aligned. It is possible.
  • FIG. 4 is a diagram showing a method for manufacturing the organic transistor of the present embodiment.
  • Gate electrode formation process First, after forming a gate electrode material on the entire surface of the substrate 11 by, for example, sputtering, pattern formation is performed using existing photolithography. Thereby, the gate electrode 12 is formed as shown in FIG. In Example 1 described later, an aluminum film having a thickness of 60 nm is used as the gate electrode 12.
  • the gate electrode 12 is coated by sputtering using a gate insulating layer material. Thereby, the gate insulating layer 13 is formed as shown in FIG. In Example 1 described later, silicon dioxide having a thickness of 200 nm is used as the gate insulating layer 13.
  • a source electrode material is vacuum-deposited through a metal mask.
  • the source electrode 14 is formed as shown in FIG.
  • the source electrode 14 is formed by sequentially vacuum-depositing 5 nm of chromium and 60 nm of gold thereon through a metal mask. Chromium at this time plays a role of bringing gold and the substrate 11 into close contact.
  • injection improvement layer forming process Next, self-assembled monolayers (SAMs) are formed on the formed source electrode 14 using the above-described material as an injection improving layer material. Thereby, as shown in FIG. 4B, the injection improving layer 40 is formed.
  • SAMs self-assembled monolayers
  • p-trifluoromethylbenzenethiol is used as the injection improving layer material.
  • the material for forming the substrate and SAMs is sealed in a sealed container, heated to about 50 to 150 ° C., and then washed with a solvent to remove the physically attached material. It is also possible to form it.
  • a solution of a material for forming SAMs is spin-coated or dip-coated and applied onto the substrate, and then the substrate is heated to about 50 to 150 ° C. to be chemically bonded to the substrate. It can also be formed by washing with a solvent in order to remove the material adhering to the film.
  • the SAMs described above are used. Or it may not be a self-assembled molecular layer laminated film.
  • the film can be formed by vacuum deposition or sputtering.
  • drain electrode formation process Next, the above-described drain electrode material is vacuum-deposited on the formed source electrode 14 through a metal mask. Thereby, the drain electrode 15 is formed as shown in FIG.
  • the distance between adjacent sides of the source electrode 14 and the drain electrode 15 can be 5 to 200 ⁇ m. Further, the length (channel width) of adjacent sides of the source electrode 14 and the drain electrode 15 can be set to 100 to 10,000 ⁇ m.
  • the drain electrode 15 was formed by sequentially vacuum-depositing 5 nm of chromium and 60 nm of gold through a metal mask.
  • Example 1 Extraction improvement layer formation process Further, SAMs are formed on the drain electrode 15 using the above-described extraction improving layer material. Thereby, the extraction improving layer 50 is formed on the drain electrode 15. In Example 1 described later, SAMs of p-aminobenzenethiol were formed.
  • the material for forming the substrate and the SAMs is sealed in a sealed container, heated to about 50 to 150 ° C., and then the physically attached material is removed. It can also be formed by washing with a solvent.
  • a solution of a material for forming SAMs is spin-coated or dip-coated and applied onto the substrate, and then the substrate is heated to about 50 to 150 ° C. to be chemically bonded to the substrate. It can also be formed by washing with a solvent in order to remove the material adhering to the film.
  • the organic semiconductor layer 16 is formed by vacuum deposition using the organic semiconductor layer material described above so as to be in contact with the injection improvement layer and the extraction improvement layer.
  • the film thickness of the organic semiconductor layer 16 can be 10 to 1000 nm.
  • the organic semiconductor layer 16 having a film thickness of 60 nm was formed through a metal mask using pentacene as the organic semiconductor layer material.
  • the organic transistor of this embodiment can be manufactured by the above method.
  • source electrode formation step (source electrode formation step), (implantation improvement layer formation step), (drain electrode formation step), (extraction improvement layer formation step), (organic) after (gate insulating layer formation step).
  • the semiconductor layer forming step) is performed in this order.
  • the method is not limited to this, and the method shown in FIG.
  • the contact resistance at the interface between the source electrode / organic semiconductor layer and the interface between the organic semiconductor layer / drain electrode is about 1 / of that of the device having no injection improvement layer and no extraction improvement layer prepared in Comparative Example 1 shown below. Decreased to 10. That is, a contact resistance can be lowered by forming an injection improvement layer and an extraction improvement layer on the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • the organic transistor according to the present embodiment having the above-described configurations includes an injection improvement layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer, and an extraction disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer. Since the improvement layer is provided, the contact resistance can be reduced as described above. Furthermore, not only having these improvement layers, the absolute value of the electric dipole moment of the organic compound in the extraction improvement layer is larger than the absolute value of the electric dipole moment of the organic compound in the injection improvement layer. By configuring, all the carriers in the organic semiconductor injected from the source electrode during transistor operation can be extracted (extracted) by the drain electrode.
  • the contact resistance when carriers are extracted from the organic semiconductor layer to the drain electrode can be improved, and a reduction in the contact resistance of the entire organic transistor from the source electrode to the drain electrode can be realized.
  • this contributes to the realization of stable transistor operation because it contributes to suppressing the OFF current improvement and avoiding a decrease in the ON / OFF ratio when the transistor operation is performed twice or more. it can.
  • the source electrode or the drain electrode is in direct contact with the organic semiconductor layer.
  • the metal of the electrode material and the organic substance of the semiconductor layer have low physical adhesion due to low affinity.
  • the contact resistance increases.
  • the present invention can use a material having a high affinity for the organic semiconductor layer for the improvement layer (for example, when SAMs are used, SAMs are made of an organic substance, and thus the adhesion to the semiconductor layer is good). There is an advantage that the effect of reducing the contact resistance is great.
  • the substrate 11, the gate electrode 12, the gate insulating layer 13, the source electrode 14 and the drain electrode 15, the injection improving layer 40, the extraction improving layer 50, and the organic semiconductor layer 16 are arranged in this order.
  • the organic transistor having the bottom contact type structure laminated in the above has been described, the present invention is not limited to this. That is, the configuration shown in FIG.
  • the element structure of the organic transistor of FIG. 8 includes a substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, an organic semiconductor layer 16, an injection improvement layer 40 and an extraction improvement layer 50, a source electrode 14 and a drain electrode 15. May be a top contact type laminated in this order.
  • Example 1 Example of configuration described in Embodiment 1
  • a gate electrode forming step as shown in FIG. 4A, a glass plate having a substrate size of 25 mm ⁇ 25 mm is used as the substrate 11, and an aluminum film having a thickness of 60 nm is formed on the entire surface by sputtering as the gate electrode 12. Then, pattern formation was performed using existing photolithography.
  • silicon dioxide as the gate insulating layer 13 was formed to a thickness of 200 nm by sputtering.
  • the source electrode 14 was formed by vacuum deposition of 5 nm of chromium and 60 nm of gold through a metal mask in this order. Chromium at this time plays a role of bringing gold and the substrate 11 into close contact.
  • an injection improving layer forming step SAMs of p-trifluoromethylbenzenethiol were formed on the formed source electrode 14.
  • a 1 mM absolute ethanol solution of p-trifluoromethylbenzenethiol was prepared, and the substrate on which the source electrode was formed was immersed for 3 hours, and then washed with absolute ethanol to excessively adsorb p-trifluoro. Methylbenzenethiol was removed. In this way, an injection improving layer 40 was produced on the source electrode 4.
  • chromium 5 nm and gold 60 nm as the drain electrode 15 were formed by vacuum deposition in this order through a metal mask.
  • the channel length was 30, 40, 50, 75, and 100 ⁇ m, and the channel width was 1000 ⁇ m.
  • p-aminobenzenethiol SAMs were formed on the drain electrode 15 as an extraction improvement layer forming step.
  • a forming method a 1 mM absolute ethanol solution of p-aminobenzenethiol was prepared, and the substrate on which the drain electrode 15 was formed was immersed for 3 hours, then washed with absolute ethanol, and excessively adsorbed p-aminobenzenethiol. Was removed. In this way, an extraction improvement layer 50 was produced on the drain electrode 15.
  • pentacene as the organic semiconductor layer 16 is brought into contact with the implantation improving layer 40 and the extraction improving layer 50 through a metal mask. Formed by vacuum evaporation.
  • the film thickness of the organic semiconductor layer 16 made of pentacene was 60 nm.
  • the characteristics of the organic transistor obtained by the above manufacturing method were evaluated. As a result, the mobility was 0.8 cm 2 / V ⁇ s, and the ON / OFF ratio was 10 6 .
  • the transistor characteristics were evaluated a plurality of times, but a decrease in the ON / OFF ratio was not confirmed, and stable transistor operation could be confirmed.
  • FIG. 9 shows the structure of the organic transistor manufactured in Comparative Example 1.
  • Comparative Example 1 the gate electrode 112 and the gate insulating layer 113 were formed on the glass substrate 111 by using the same material and manufacturing method as in Example 1.
  • gold was formed as a source electrode 114 and a drain electrode 115 with a film thickness of 60 nm through a metal mask.
  • pentacene was formed with a film thickness of 60 nm using vacuum vapor deposition to produce an organic transistor.
  • the mobility was inferior to that of the element of Example 1 with a mobility of 0.1 cm 2 / V ⁇ s and an ON / OFF ratio of 10 5. It was a thing. Further, the contact resistance at the source electrode / organic semiconductor interface and the organic semiconductor layer / drain electrode interface was 10 times higher than that in Example 1.
  • Example 2 Another example of the configuration described in the first embodiment
  • an organic transistor was produced based on the production method shown in FIG. 5 and evaluated.
  • a gate electrode 12 and a gate insulating layer 13 were formed on a glass substrate 11 using the same materials and conditions as in Example 1.
  • the drain electrode 15 was formed by vacuum deposition of 60 nm of gold through a metal mask.
  • SAMs of p-nitrobenzenethiol were formed on the drain electrode 15 as the extraction improvement layer 50.
  • a forming method a 1 mM absolute ethanol solution of p-nitrobenzenethiol was prepared, the substrate on which the drain electrode was formed was immersed for 3 hours, and then p-nitrobenzenethiol excessively adsorbed with absolute ethanol was removed.
  • the source electrode 14 was formed by vacuum deposition of 60 nm of gold through a metal mask.
  • SAMs of p-aminobenzenethiol were formed on the source electrode 14 as the injection improving layer 40.
  • a forming method a 1 mM absolute ethanol solution of p-aminobenzenethiol was prepared, the substrate on which the source electrode was formed was immersed for 3 hours, and then p-aminobenzenethiol excessively adsorbed with absolute ethanol was removed.
  • C 60 fullerene was formed by vacuum deposition at 60 nm so as to be in contact with the injection improvement layer and the extraction improvement layer through a metal mask.
  • the mobility was 0.7 cm 2 / V ⁇ s, and the ON / OFF ratio was 10 6, which was a favorable value.
  • the contact resistances of the source electrode / organic semiconductor interface and the organic semiconductor layer / drain electrode interface were evaluated, the contact resistance was reduced to 1/5 compared with the device having no injection improvement layer and no extraction improvement layer prepared in Comparative Example 2 below.
  • the contact resistance decreased. That is, contact resistance can be lowered even in an n-type semiconductor transistor by forming an injection improvement layer and an extraction improvement layer on the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the gate electrode 12 and the gate insulating layer 13 were formed on the glass substrate 11 by using the same material and manufacturing method as in Example 2.
  • gold was formed as a source electrode 14 and a drain electrode 15 with a film thickness of 60 nm through a metal mask.
  • C 60 fullerene was formed as the organic semiconductor layer 16 by a 60 nm vacuum vapor deposition method to produce an organic transistor.
  • the structure of the fabricated organic transistor is the same as that shown in FIG.
  • the characteristics of the fabricated organic transistor of Comparative Example 2 were a mobility of 0.3 cm 2 / V ⁇ s, an ON / OFF ratio of 10 5, and the mobility was inferior to that of the device of Example 2. . Further, the contact resistance at the source electrode / organic semiconductor interface and the organic semiconductor layer / drain electrode interface was 5 times higher than that in Example 2.
  • Example 3 Another example of the configuration described in the first embodiment
  • an organic transistor was manufactured and evaluated based on the manufacturing method shown in FIG.
  • a gate electrode 12 and a gate insulating layer 13 were formed on a glass substrate 11 using the same materials and conditions as in Example 2.
  • the drain electrode 15 was formed by sputtering ITO 60 nm through a metal mask.
  • SAMs of 6-nitrohexane-1-phosphonic acid were formed as the extraction improvement layer 50 on the drain electrode 15.
  • a 1 mM absolute ethanol solution of 6-nitrohexane-1-phosphonic acid was prepared, the substrate on which the drain electrode was formed was immersed for 3 hours, and then 6-nitrohexane-1 adsorbed excessively with absolute ethanol was used. -The phosphonic acid was removed.
  • ITO 60 nm was formed as the source electrode 14 by sputtering through a metal mask.
  • SAMs of 6-aminohexane-1-phosphonic acid were formed as an injection improving layer 40 on the source electrode 14.
  • a 1 mM absolute ethanol solution of 6-aminohexane-1-phosphonic acid was prepared, the substrate on which the source electrode was formed was immersed for 3 hours, and then 6-aminohexane-1 adsorbed excessively with absolute ethanol was used. -The phosphonic acid was removed.
  • C 60 fullerene was formed by 60 nm vacuum vapor deposition so as to be in contact with the injection improvement layer and the extraction improvement layer through a metal mask. .
  • the mobility was 0.5 cm 2 / V ⁇ s, and the ON / OFF ratio was 10 6, which was a favorable value.
  • the contact resistances of the source electrode / organic semiconductor interface and the organic semiconductor layer / drain electrode interface were evaluated, the element having no injection improvement layer and no extraction improvement layer prepared in Comparative Example 2 was compared with 1/4.
  • the contact resistance decreased. That is, contact resistance can be lowered even in an n-type semiconductor transistor by forming an injection improvement layer and an extraction improvement layer on the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • Example 4 Another example of the configuration described in the first embodiment
  • an organic transistor was manufactured and evaluated based on the manufacturing method shown in FIG.
  • a gate electrode 12 and a gate insulating layer 13 were formed on a glass substrate 11 using the same materials and conditions as in Example 2 above.
  • the drain electrode 15 was formed by vacuum deposition of 60 nm of gold through a metal mask.
  • a monomolecular film made of p-formylbenzenethiol was formed on the drain electrode 15 as the first monomolecular film 50-1 of the extraction improving layer.
  • a forming method a 1 mM absolute ethanol solution of p-formylbenzenethiol was prepared, and the substrate on which the drain electrode was formed was immersed for 3 hours, and then p-formylbenzenethiol excessively adsorbed with absolute ethanol was removed.
  • 1,4-phenylenediamine is formed as a second monomolecular film 50-2 on the first monomolecular film 50-1 of the extraction improving layer.
  • a substrate on which a monomolecular film 50-1 of p-formylbenzenethiol was formed in a 1 mM absolute ethanol solution of 1,4-phenylenediamine was immersed for 12 hours, and then excessively adsorbed with absolute ethanol 1 , 4-phenylenediamine was removed.
  • the source electrode 14 was formed by vacuum deposition of 60 nm of gold through a metal mask.
  • SAMs of p-trifluorobenzenethiol were formed on the source electrode 14 as the injection improving layer 40.
  • a forming method a 1 mM absolute ethanol solution of p-trifluorobenzenethiol was prepared, the substrate on which the source electrode was formed was immersed for 3 hours, and then p-trifluorobenzenethiol excessively adsorbed with absolute ethanol was removed. .
  • pentacene was formed as the organic semiconductor layer 16 by vacuum deposition at 60 nm so as to be in contact with the implantation improvement layer and the extraction improvement layer through a metal mask.
  • the mobility was 0.6 cm 2 / V ⁇ s, and the ON / OFF ratio was 10 6, which was a favorable value.
  • the contact resistances of the source electrode / organic semiconductor interface and the organic semiconductor layer / drain electrode interface were evaluated, the element having no injection improvement layer and no extraction improvement layer prepared in Comparative Example 2 was compared with 1/4.
  • the contact resistance decreased. That is, contact resistance can be reduced even in a p-type semiconductor transistor by forming an injection improvement layer and an extraction improvement layer on the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • the present invention relates to an organic transistor, as described above, An organic transistor comprising a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer provided between the source electrode and the drain electrode, A vector of the electric dipole moment from the negative electrode to the positive electrode is arranged between the source electrode and the organic semiconductor layer, which is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the organic semiconductor layer to the source electrode.
  • An injection improvement layer An extraction improvement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer, wherein the vector is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the drain electrode toward the organic semiconductor layer;
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improving layer is characterized by being larger than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improving layer.
  • the injection improving layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improving layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are provided.
  • the injection improvement layer includes an extraction improvement layer in which the vector of the electric dipole moment is directed from the organic semiconductor layer to the source electrode, and the extraction improvement layer is provided with the vector from the drain electrode to the organic semiconductor layer.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the holes in the organic semiconductor injected from the source electrode during transistor operation can all be extracted (extracted) by the drain electrode. For this reason, when the transistor operation is performed twice or more, it contributes to suppressing the improvement of the OFF current and avoiding the decrease in the ON / OFF ratio. Therefore, it is possible to contribute to the realization of the stable transistor operation.
  • the present invention also relates to another organic transistor, as described above, An organic transistor comprising a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating layer, and an organic semiconductor layer provided between the source electrode and the drain electrode, A vector of the electric dipole moment from the negative electrode to the positive electrode is arranged between the source electrode and the organic semiconductor layer, which is made of a material or molecule having an electric dipole moment from the source electrode to the organic semiconductor layer.
  • An injection improvement layer An extraction enhancement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer, the vector comprising a material or molecule having an electric dipole moment from the organic semiconductor layer toward the drain electrode;
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improving layer is characterized by being larger than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improving layer.
  • the injection improving layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improving layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are provided.
  • the vector of the electric dipole moment is directed from the source electrode to the organic semiconductor layer
  • the extraction improvement layer the vector is directed from the organic semiconductor layer to the drain electrode.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the organic transistor according to the present invention includes: At least one of the injection improving layer and the extraction improving layer is preferably made of a self-assembled monolayer.
  • any one of the injection improvement layer and the extraction improvement layer is composed of self-assembled monolayers (SAMs: Self-Assembled Monolayers), so that the thickness of the injection improvement layer and the extraction improvement layer can be increased. Since the film can be thinned to about the molecular length, the resistance of the injection improving layer and the extraction improving layer itself can be reduced. Since SAMs have a structure in which single molecules are arranged, the direction of the electric dipole moment can be easily controlled by forming SAMs.
  • At least one of the injection improving layer and the extraction improving layer may be composed of a self-assembled molecular film laminated film in which self-assembled molecular films are laminated.
  • either the injection improving layer or the extraction improving layer is a self-assembled molecular layer laminated film (a film in which the monomolecular film is laminated by chemical bonding and has a repeating unit of the main chain skeleton). ), It becomes easy to control the film thickness and the direction and magnitude of the electric dipole moment, which is difficult with a monomolecular film alone.
  • the organic transistor according to the present invention includes:
  • the injection improving layer has the following chemical formula (1); XAY (1)
  • a layer formed by an organic compound represented by X is a substituent that is chemically bonded to atoms constituting the source electrode or the drain electrode, A is a main chain skeleton, Y is preferably an electron-withdrawing group when the carrier is a hole, and is preferably an electron-donating group when the carrier is an electron.
  • the extraction improving layer has the following chemical formula (1); XAY (1) Is a layer formed by a collection of organic compounds represented by X is a substituent that chemically bonds to the atoms constituting the source electrode or the drain electrode, A is a main chain skeleton, Y as a substituent may be an electron donating group when the carrier is a hole, or an electron withdrawing group when the carrier is an electron.
  • the organic transistor according to the present invention includes:
  • the injection improving layer is Whether the main chain skeleton A is a self-assembled monolayer consisting of either a molecular skeleton having ⁇ electrons or a molecular skeleton having ⁇ electrons, Or It is preferable that A as the main chain skeleton is a self-assembled molecular layer laminated film having a molecular skeleton including a plurality of the molecular skeletons and connected to each other through chemical bonds.
  • the organic transistor according to the present invention includes: The extraction improvement layer
  • the above A as the main chain skeleton is a molecular skeleton having ⁇ electrons or a self-assembled monolayer consisting of a molecular skeleton having ⁇ electrons, Or It is preferable that the main chain skeleton A is a self-assembled molecular layer laminated film having a molecular skeleton including a plurality of the molecular skeletons and the molecular skeletons connected to each other through chemical bonds.
  • the organic transistor according to the present invention is The surface on the side of the injection improving layer in the source electrode is made of gold, and the material or molecule of the injection improving layer contains a thiol group, A gold-thiol bond is preferably formed between the source electrode and the injection improving layer.
  • the injection improvement layer can be reliably fixed on the source electrode, and the transistor Deterioration of the injection improving layer due to an electric field during driving is suppressed, and an effect of extending the life is added. Furthermore, since the distance between the gold atom on the surface of the source electrode and the main skeleton of the molecule forming the injection improving layer is one sulfur atom, the distance is short. Therefore, the resistance of the connection part between the injection improving layer and the source electrode surface can be reduced, and the contact resistance can be further reduced.
  • the organic transistor according to the present invention is The surface on the side of the extraction improvement layer in the drain electrode is made of gold, and the material or molecule of the extraction improvement layer contains a thiol group, A gold-thiol bond is preferably formed between the drain electrode and the extraction improving layer.
  • the extraction improvement layer can be reliably fixed on the drain electrode, and the transistor Deterioration of the extraction improving layer due to an electric field during driving is suppressed, and an effect of extending the life is added. Furthermore, since the distance between the gold atom on the drain electrode surface and the main skeleton of the molecule forming the extraction improving layer is one sulfur atom, the distance is short. Therefore, the resistance of the connection part between the extraction improving layer and the drain electrode surface can be reduced, and the contact resistance can be further reduced.
  • the organic transistor according to the present invention is The surface of the source electrode on the side of the injection improving layer has a hydroxyl group, and the material or molecule of the injection improving layer has either a silane coupling site or a phosphonic acid site;
  • the source electrode and the injection improving layer are preferably connected by forming a covalent bond via oxygen at the interface between the source electrode and the injection improving layer.
  • the interface between the source electrode and the injection improving layer has a hydroxyl group on the surface of the source electrode and the molecule forming the injection improving layer has either a silane coupling site or a phosphonic acid site.
  • a covalent bond is generated between the atom forming the source electrode and the oxygen atom of the silane coupling agent or phosphonic acid, and the injection improving layer can be firmly fixed on the source electrode. Since this covalent bond is generally stronger than the gold-thiol bond, it provides a longer life than the structure in which the source electrode and the injection improving layer are bonded to each other than the gold-thiol bond.
  • the organic transistor according to the present invention is The injection improving layer has the following chemical formula (1); XAY (1)
  • the organic compounds represented by The above A which is the main chain skeleton is a molecular skeleton having ⁇ electrons, X as a substituent is any one of a thiol group, a silane coupling site, and a phosphonic acid site,
  • the substituent Y is preferably an electron-withdrawing group when the carrier is a hole and an electron-donating group when the carrier is an electron.
  • the injection improving layer is a molecular SAMs or a self-assembled molecular layer laminated film having the chemical formula (1) and the main chain skeleton A is a molecular skeleton having ⁇ electrons
  • the injection improving layer is used. It is possible to reduce its own resistance and to further reduce the contact resistance.
  • the organic transistor according to the present invention is The extraction improving layer has the following chemical formula (1); XAY (1)
  • the organic compounds represented by The above A which is the main chain skeleton is a molecular skeleton having ⁇ electrons, X as a substituent is any one of a thiol group, a silane coupling site, and a phosphonic acid site,
  • the substituent Y is preferably an electron donating group when the carrier is a hole and an electron withdrawing group when the carrier is an electron.
  • the extraction improvement layer is a molecular SAMs or a self-assembled molecular layer laminated film having the chemical formula (1) and the main chain skeleton A is a molecular skeleton having ⁇ electrons
  • the extraction improvement layer It is possible to reduce its own resistance and to further reduce the contact resistance.
  • the organic transistor according to the present invention is
  • the drain electrode has a hydroxyl group on the surface on the side of the extraction improving layer, and the material or molecule of the extraction improving layer has either a silane coupling site or a phosphonic acid site;
  • the drain electrode and the extraction improving layer are preferably connected by forming a covalent bond via oxygen at the interface between the drain electrode and the extraction improving layer.
  • the interface between the drain electrode and the extraction improving layer has a hydroxyl group on the surface of the drain electrode and the molecule forming the extraction improving layer has either a silane coupling site or a phosphonic acid site.
  • a covalent bond is formed between the atom forming the drain electrode and the oxygen atom of the silane coupling agent or phosphonic acid, and the extraction improving layer can be firmly fixed on the drain electrode. Since this covalent bond is generally stronger than the gold-thiol bond, the lifetime is further extended as compared with the structure in which the drain electrode and the extraction improving layer are bonded to each other than the gold-thiol bond.
  • the contact resistance can be further reduced.
  • the organic transistor according to the present invention is The injection improving layer is
  • the functional group Y of the chemical formula (1) is a formyl group or a trifluoromethyl group when the carrier is a hole, and is an amino group or a dimethylamino group when the carrier is an electron
  • the extraction improvement layer The functional group Y of the chemical formula (1) is preferably an amino group or a dimethylamino group when the carrier is a hole, and is a nitro group or a cyano group when the carrier is an electron.
  • the injection improvement layer and the extraction improvement layer are a combination in which the absolute value of the electric dipole moment is relatively large. Therefore, the effect of reducing the contact resistance is great, and the contact resistance can be effectively reduced.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing an organic transistor, as described above, A manufacturing method for manufacturing an organic transistor having the above-described configuration, A source electrode forming step of forming a source electrode on the gate insulating layer; An injection improvement layer forming step of forming an injection improvement layer on the source electrode; A drain electrode forming step of forming a drain electrode on the gate insulating layer; An extraction improvement layer forming step of forming an extraction improvement layer on the drain electrode; An organic semiconductor layer forming step for forming an organic semiconductor layer in contact with the injection improving layer and the extraction improving layer is included after the injection improving layer forming step and the extraction improving layer forming step.
  • the injection improvement layer disposed between the source electrode and the organic semiconductor layer and the extraction improvement layer disposed between the drain electrode and the organic semiconductor layer are formed.
  • an organic transistor in which a reduction in contact resistance is realized can be manufactured.
  • the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the extraction improvement layer is greater than the absolute value of the electric dipole moment of the material or molecule of the injection improvement layer.
  • the source electrode and the injection improvement layer are formed first, and then the drain electrode and the extraction improvement layer are formed.
  • the drain electrode and the extraction improvement layer are formed first, and then the source electrode and the injection improvement layer are formed. Even if the source electrode and the drain electrode are made of the same material and the constituent materials of the injection improvement layer and the extraction improvement layer are combined with the material of the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are combined. -An injection improvement layer and an extraction improvement layer can be separately formed on the drain electrode.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing another organic transistor, as described above,
  • the injection improving layer forming step it is preferable to form a self-assembled monolayer or a self-assembled molecular film laminated film in which self-assembled molecular films are laminated as the injection improving layer.
  • the extraction improvement layer forming step it is preferable to form a self-assembled monolayer film or a self-assembled molecular film laminated film in which self-assembled molecular films are laminated as the extraction improvement layer.
  • a method of forming a self-assembled monolayer or a self-assembled molecular multilayer has an electric dipole moment at a low temperature of 150 ° C. or lower and atmospheric pressure. Therefore, it is possible to reduce deterioration and damage to the thermoplastic plastic substrate.
  • the present invention can be optimally used as a field effect transistor mounted on various semiconductor devices and has high industrial applicability.

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Abstract

　本発明に係る有機トランジスタ（１）は、ソース電極（１４）と有機半導体層（１６）との間に注入改善層（４０）を備え、ドレイン電極（１５）と有機半導体層（１６）との間に抽出改善層（５０）を備え、抽出改善層（５０）の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層（４０）の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成されている。これにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のキャリアを、すべてドレイン電極にて引き出すことができ、接触抵抗を改善することができる。よって、本発明によれば、有機半導体層とソースおよびドレイン電極との界面に生じる接触抵抗を低下させるとともに、トランジスタの安定動作を実現させた有機トランジスタおよびその製造方法を提供することができる。

Description

有機トランジスタおよびその製造方法
　本発明は、有機半導体材料を電界効果型トランジスタの有機半導体層に用いた、いわゆる有機トランジスタ、および当該有機トランジスタの製造方法に関する。
　有機半導体材料を電界効果トランジスタの半導体層として用いた、いわゆる有機トランジスタは、シリコン等の無機半導体を用いたものと比較して、大面積基板や、プラスチック基板上での素子作製が容易である。これは、有機トランジスタの場合、真空プロセスや、２００℃以上の高温プロセスを用いることなく素子作製が可能であり、また、インクジェット法、スクリーン印刷法などの印刷技術やスピンコート法、キャスト法などの溶液プロセスを用いた素子作製が可能であることがその理由として挙げられる。そのため、有機トランジスタは、フレキシブルなデイスプレイや、電子タグへの応用が期待されている。その一方で、有機半導体材料のキャリア移動度や、有機半導体層（有機半導体材料）とソース・ドレイン電極との間の接触抵抗などの電気特性は、未だ無機半導体デバイスに比べて劣っており、それらの改善が課題とされている。
　特に、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との界面での接触抵抗を低下させることは、デバイスとしての移動度の向上や、ＯＮ電流の向上、閾値電圧の低下といったトランジスタ特性の改善をもたらす。なぜならば、有機半導体層は、その材料中にキャリアを持たず、無機半導体層とは異なりドーピングによるキャリアの注入・制御は困難であり、キャリアの供給はソース電極から有機半導体層への注入によっておこなわれるため、ソース電極と有機半導体層との界面の接触抵抗は、トランジスタ特性に重大な影響を与えることになるからである。同様に、注入されたキャリアは有機半導体層を通じてドレイン電極側から効率的に抽出される必要がある。このため、ドレイン電極と有機半導体層との界面の接触抵抗を低下させることも重要な課題となっている。
　この接触抵抗が起こる原因としては、一つは、ソース電極およびドレイン電極に用いられる金属の仕事関数と有機半導体材料のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの準位との間にエネルギーギャップが存在することによる注入障壁のためであり、もう一つは、当該金属と有機半導体材料との異種材料間の親和性の低さにより、物理的な密着性の低さから生じるものと考えられる。
　昨今、有機ＥＬデバイスにおいても、電極からのキャリア注入の改善が課題とされており、例えば、特許文献１では、電気双極子モーメントを持つ層を挿入することで上記課題を解決している。ここでの電気双極子モーメントの向きは、有機層からホール（正孔）注入電極へ向いたものが開示されている。なお、「電気双極子モーメントの向き」とは、分極した材料または分子の持つ、負極から正極に向けたベクトルの向きと定義する。すなわち、ホールが電極から有機半導体層へ注入される場合は、ホールの進行方向に対して反対向きの電気双極子モーメントの向きを持つ層を挿入することで、エネルギーギャップを低下させることが可能になる。
　一方で、有機トランジスタでも、上記の概念に基づいて特許文献２に開示するような構成がある。特許文献２では、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との間の少なくとも一つの界面に電気双極子モーメントを持った注入促進層を挿入した構造が開示されている。
　また、特許文献３には、図１０に示すような有機電界効果トランジスタが開示されている。図１０に示す有機電界効果トランジスタは、ゲート電極１０２、ゲート絶縁層１０３、半導体層１０４、ソース電極１０７およびドレイン電極１０８を備えており、ソース電極１０７およびドレイン電極１０８はそれぞれ、導電層１０６および１０６´、並びにアクセプター化合物からなる化合物層１０５および１０５´から構成されており、化合物層１０５および１０５´はそれぞれ、半導体層１０４に接して配置され、半導体層１０４は、イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上の高分子化合物を含有している。このアクセプター化合物は、上記高分子化合物に対して電子受容性を示す化合物を示し、具体的には、テトラシアノキノジメタンおよび／またはテトラシアノテトラフルオロキノジメタンや、フラーレン誘導体をアクセプター化合物として用いる。
日本国公開特許公報「特開２００２－２７０３６９号公報（公開日：２００２年９月２０日）」 日本国公開特許公報「特開２００５－２９４７８５号公報（公開日：２００５年１０月２０日）」 日本国公開特許公報「特開２００８－２７０７３４号公報（公開日：２００８年１１月６日）」
　しかしながら、特許文献２の構成の場合、上述した接触抵抗を充分に実現することができておらず、ソース電極からドレイン電極までの有機トランジスタ全体における接触抵抗を十分に低減させることができていないという課題がある。
　その理由の一つとしては、電気双極子モーメントを持つ層を挿入することにより、ソース電極から有機半導体層へのキャリア注入時の接触抵抗は低下するものの、有機半導体層からドレイン電極へキャリアが引き抜かれる時の接触抵抗は改善されていないことが予想される。
　また、ドレイン電極へキャリアが引き抜かれないことにより、トランジスタ動作を複数回行った場合に、ＯＦＦ電流が向上し、ＯＮ／ＯＦＦ比が低下してしまうことも予想される。
　また、特許文献３の構成の場合にも、アクセプター化合物からなる化合物層を挿入することにより、ソース電極と有機半導体層の界面において、有機半導体層の電子が化合物層により受容され易くなるため、ソース電極から有機半導体層へのホール注入時の接触抵抗は低下することが予想される。しかし、ドレイン電極と有機半導体層の界面において、有機半導体層の電子が化合物層に受容されてしまうと、ドレイン電極から有機半導体層へホールが注入され易くなる。そのため、有機半導体層からドレイン電極へホールが引き抜かれる現象に対し反対の効果をもたらし、接触抵抗は改善されない。またこの場合においても、ドレイン電極へキャリアが引き抜かれないことにより、トランジスタ動作を複数回行った場合に、ＯＦＦ電流が向上し、ＯＮ／ＯＦＦ比が低下してしまうことも予想される。
　すなわち、従来の有機トランジスタでは、安定動作が保障されているとはいえない。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機半導体層とソースおよびドレイン電極との界面に生じる接触抵抗を低下させるとともに、トランジスタの安定動作を実現させた有機トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的としている。
　すなわち、本発明に係る有機トランジスタは、上記の課題を解決するために、
　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、有機半導体層からソース電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
　上記ベクトルがドレイン電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を備えている。そして、注入改善層は上記電気双極子モーメントの上記ベクトルが有機半導体層からソース電極に向いており、抽出改善層は上記ベクトルがドレイン電極から有機半導体層に向いている抽出改善層を備えている。これにより、キャリアがホールである場合の有機トランジスタにおいて、ソース電極と有機半導体層間およびドレイン電極と有機半導体層間の接触抵抗の低下を実現させることができる。
　更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のホールを、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　また本発明に係る別の有機トランジスタは、上記の課題を解決するために、
　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、ソース電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
　上記ベクトルが有機半導体層からドレイン電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を備えている。そして、注入改善層は、上記電気双極子モーメントの上記ベクトルがソース電極から有機半導体層に向いており、抽出改善層は、上記ベクトルが有機半導体層からドレイン電極に向いている。これにより、キャリアが電子である場合の有機トランジスタにおいて、ソース電極と有機半導体層間およびドレイン電極と有機半導体層間の接触抵抗の低下を実現させることができる。
　更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中の電子を、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　また、本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、上記の課題を解決するために、
　上記した構成を備えた有機トランジスタを製造する製造方法であって、
　ゲート絶縁層の上にソース電極を形成するソース電極形成工程と、
　ソース電極の上に、注入改善層を形成する注入改善層形成工程と、
　ゲート絶縁層の上にドレイン電極を形成するドレイン電極形成工程と、
　ドレイン電極の上に、抽出改善層を形成する抽出改善層形成工程と、
　注入改善層形成工程および抽出改善層形成工程の後に、注入改善層および抽出改善層に接触する有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程とを含むことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を形成することから、上述したように接触抵抗の低下を実現させた有機トランジスタを製造することができる。更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のキャリアを、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、有機半導体層からドレイン電極へキャリアが引き抜かれる時の接触抵抗を改善することができ、ソース電極からドレイン電極までの有機トランジスタ全体における接触抵抗の低下を実現した有機トランジスタを提供することができる。特に、これは、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　まず、ソース電極および注入改善層を先に形成し、その後に、ドレイン電極および抽出改善層を形成する工程または、先にドレイン電極および抽出改善層を形成し、その後に、ソース電極および注入改善層を形成する工程を行うことで、ソース電極およびドレイン電極が同一の材料であり、注入改善層および抽出改善層の構成材料が共に、ソース電極およびドレイン電極の材料と結合してしまう場合でも、ソース・ドレイン電極上にそれぞれ注入改善層と、抽出改善層の作り分けが可能である。
　また、本発明に係る別の有機トランジスタの製造方法は、上記の構成に加えて、
　上記注入改善層形成工程では、上記注入改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することが好ましい。また、上記抽出改善層形成工程では、上記抽出改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することが好ましい。
　注入改善層および抽出改善層を形成する手法として、自己組織化単分子膜または自己組織化分子多層膜を形成する手法であれば、１５０℃以下の低温および大気圧下で電気双極子モーメントを持った層を形成可能なため、熱可塑性のあるプラスチック基板への変質やダメージを低減させることができる。
　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
　以上のように、本発明に係る有機トランジスタは、
　ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層を備え、
　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴としている。
　また、本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、上記した構成を備えた有機トランジスタを製造する製造方法であって、
　ゲート絶縁層の上にソース電極を形成するソース電極形成工程と、
　ソース電極の上に、注入改善層を形成する注入改善層形成工程と、
　ゲート絶縁層の上にドレイン電極を形成するドレイン電極形成工程と、
　ドレイン電極の上に、抽出改善層を形成する抽出改善層形成工程と、
　注入改善層形成工程および抽出改善層形成工程の後に、注入改善層および抽出改善層に接触する有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程とを含むことを特徴としている。
　上述した構成によれば、有機半導体層とソースおよびドレイン電極との界面に生じる接触抵抗を低下させるとともに、トランジスタの安定動作を実現させた有機トランジスタおよびその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの構成を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの注入改善層および抽出改善層の材料の一部の構成を例示したものである。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの注入改善層および抽出改善層の材料の一部の構成を例示したものである。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの製造過程を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの製造過程の別例を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの製造過程の別例を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの製造過程の別例を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る有機トランジスタの変形例を示した断面図である。 比較例の有機トランジスタの構成を示した断面図である。 従来技術の構成を示した断面図である。
　〔実施の形態１〕
　本発明に係る一実施形態について、図１から図５を参照して以下に説明する。
　本実施形態における有機トランジスタは、ソース電極と有機半導体層との間に注入改善層、そしてドレイン電極と有機半導体層との間に抽出改善層が挿入されており、且つ、抽出改善層は、注入改善層よりも、含まれる材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値が大きいことを特徴としている。
　以下では、まず有機トランジスタの構成について説明し、続いて、有機トランジスタの製造方法について説明する。
　（１）有機トランジスタの構成
　図１は、本実施形態における有機トランジスタの構成を示した断面図である。有機トランジスタ１は、各種半導体装置に搭載される電界効果型トランジスタとして使用することができる。そのため、有機トランジスタ１は、図１に示すように、基板１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース電極１４と、ドレイン電極１５と、有機半導体層１６と、注入改善層４０と、抽出改善層５０とを備えている。
　（基板）
　基板１１は、シリコン基板、石英基板、ガラス基板や、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルスルホン等の材料からなる樹脂基板を用いることができる。特にフレキシブルデバイスへの展開を考慮すると、樹脂基板を用いることが好ましい。
　本発明で適用される基板１１の厚さは、例えば１０μｍ～１ｍｍの範囲とすることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
　（ゲート電極）
　ゲート電極１２は、基板１１の上に、フォトリソグラフ法等を用いて形成されている。
　ゲート電極１２の材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の酸化物導電体、酸化物導電体の一種である酸化インジウムと酸化亜鉛とからなる透明導電材料を挙げることができる。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
　また、ゲート電極１２は、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料からなる電極、または、導電性インキを塗布して形成した電極であってもよい。これらの電極は、有機材料や導電性インキを塗布して形成できるので、電極形成プロセスが極めて簡便となるという利点がある。塗布法の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法等のほか、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等の印刷法が挙げられ、これらの印刷法によりパターン印刷することもできる。
　ゲート電極１２の膜厚は、その材料の導電率によるが、５０～１０００ｎｍの範囲とすることができる。ゲート電極１２の厚さの下限は、電極材料の導電率、および基板１１との密着強度によって異なる。一方、ゲート電極１２の厚さの上限は、後述のゲート絶縁層１３およびソース電極１４・ドレイン電極１５対を設けた際に、基板１１とゲート電極１２の段差部分におけるゲート絶縁層１３による絶縁被覆が十分で、かつその上に形成するソース電極１４・ドレイン電極１５の電極パターンに断線を生ぜしめないことが必要である。
　（ゲート絶縁層）
　ゲート絶縁層１３は、図１に示すように、基板１１のゲート電極１２形成面に、ゲート電極１２上およびゲート電極１２の段差部分を被覆するように形成されている。
　ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２と同じように、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリビニルフェノール、ポリスチレン、ポリイミド等のポリマー材料を塗布して形成することができる。塗布方法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法等のほか、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法が挙げられ、これらの印刷法によりパターン印刷することもできる。
　なお、ＣＶＤ法等の既存パターンプロセスを用いてもよく、その場合には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料が好ましく使用される。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
　ゲート絶縁層１３は、リーク電流を抑制するために十分な絶縁性を有し、且つ、単位体積当たりの静電容量が大きいことが好ましく、ゲート絶縁層１３の膜厚は、両者の観点から設定される。具体的な膜厚としては、ゲート絶縁層１３がポリマー材料で形成されている場合は２０～１０００ｎｍの範囲とすることが好ましく、ゲート絶縁層が無機材料で形成されている場合は１０～５００ｎｍの範囲とすることが好ましい。また、オクタデシルシラン単分子膜（ＯＤＳ－ＳＡＭｓ）のような長鎖アルキルを持つ自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ：Ｓｅｌｆ－Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）からなる絶縁層は、膜厚を分子長レベルにまで小さくできるため、単位体積当たりの静電容量を大きくなるため好ましい。また、いずれの材料で形成されている場合も、ゲート絶縁層１３の絶縁耐圧は、２ＭＶ／ｃｍ以上であることが望ましい。
　（ソース電極およびドレイン電極）
　ソース電極１４およびドレイン電極１５は、図１に示すように、ゲート絶縁層１３の上に形成される。
　ソース電極１４およびドレイン電極１５の材料は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の酸化物導電体、酸化物導電体の一種である酸化インジウムと酸化亜鉛とからなる透明導電材料を用いることができる。中でも、ソース電極１４およびドレイン電極１５としては、後述する注入改善層４０および抽出改善層５０と化学的に接着がし易い、Ａｕ、Ａｇ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、酸化インジウムと酸化亜鉛とからなる透明導電材料を用いることが好ましい。
　ソース電極１４およびドレイン電極１５は互いに同一材料から構成されてもよく、別材料から構成されてもよい。同一材料の場合であれば、材料コストを抑えることができる。一方、別材料の場合は、工程数を減らすことができるというメリットがある。具体的には、注入改善層と抽出改善層として自己組織化単分子膜を形成する際に、別材料であれば、電極の表面（結合の手）が異なるので、それぞれに結合可能な注入改善層と抽出改善層の材料を選択することで、一度に改善層を形成することができる。これに対して、同一材料の場合は、ソース電極形成後に注入改善層を形成し、ドレイン電極形成後に抽出改善層を形成する４工程を取る必要がある。別材料の場合は、金とＩＴＯの組み合わせ、または、銀とＩＴＯの組み合わせが好ましい。
　（有機半導体層）
　有機半導体層１６は、ソース電極１４とドレイン電極１５との間のチャネル領域（電荷輸送経路領域）に形成されている。
　本実施形態における有機トランジスタ１は、上述したように電界効果トランジスタとして用いることができ、キャリアが電子（ｎ型チャネル）である場合にも適用できるほか、キャリアが正孔（ホールとも称する）（ｐ型チャネル）である場合にも適用できる。そのため、有機半導体層１６としては、ｐ型チャネル用の材料であっても、ｎ型チャネル用の材料であっても用いることができる。
　具体的には、ｐ型チャネル用の有機半導体層１６材料としては、ペンタセン、ルブレン、オリゴチオフェン、ポリチオフェンおよびそれらのアルキル置換体を用いることができる。また、ｎ型チャネル用の有機半導体層１６材料としては、Ｃ６０フラーレン、フッ化ペンタセン、ペリレンイミド化合物が好ましい。中でも、ペンタセン、Ｃ６０フラーレンはキャリアの移動度が高いことから、高速動作を実現できるため好ましい。
　（注入改善層および抽出改善層）
　注入改善層４０は、ソース電極１４と有機半導体層１６との間に配されており、キャリアがホールの場合には、電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルがソース電極１４に向いており、キャリアが電子の場合には、上記ベクトルが有機半導体層１６に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる。
　また、抽出改善層５０は、ドレイン電極１５と有機半導体層１６との間に配されており、キャリアがホールの場合には、上記ベクトルが有機半導体層１６に向いており、キャリアが電子の場合には、上記ベクトルがドレイン電極１５に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる。
　そして、上述したように、本発明に用いられる注入改善層４０と抽出改善層５０とは、含まれる材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値が抽出改善層５０よりも注入改善層４０のほうが大きい材料または分子によって構成されていることが特徴である。
　具体的には、注入改善層４０および抽出改善層５０の少なくとも一方は、下記化学式（１）；
　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
によって表される有機化合物が集合してなる電気双極子モーメントを有する有機薄膜である。電気双極子モーメントを有する有機薄膜とは、厚さが分子１個の大きさに相当する薄膜を意味する。なお、化学式（１）で表される構造が一部共有結合して２量体、３量体又はオリゴマー状の構造を形成していてもよいが、その層の厚さは分子１個分である。
　上記化学式（１）中の置換基Ｘは、ソース電極１４およびドレイン電極１５を構成する原子と化学結合することによって当該電極と、化学式（１）で示される分子とが結びつけられて化学式（１）で示される分子が集合することにより、自己組織化単分子膜を形成する機能を有する。
　なお、本実施形態では、注入改善層４０および抽出改善層５０がＳＡＭｓから構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳＡＭｓは注入改善層４０および抽出改善層５０の何れか一方だけでも良い。ＳＡＭｓで構成すれば、改善層の膜厚を分子長程度まで薄膜化できるため、改善層自身の抵抗を低下させることが可能である。また、ＳＡＭｓは単分子が配列した構造であるため、ＳＡＭｓを形成することで、電気双極子モーメントの向きを容易に制御することができる。
　なお、注入改善層と抽出改善層の何れかが自己組織化分子層積層膜（上述した単分子膜が複数層、化学結合により積層された構造であり、主鎖骨格の繰り返し単位を持つ膜）から構成されてもよい。形成された自己組織化分子層積層膜の構成分子は、単分子膜を構成する分子と同様に、化学式（１）で表すことができるが、分子骨格であるＡは、後述する芳香族骨格または、脂肪族骨格が化学結合を介して接続された構成からなる。具体的な化学結合としては、イミン結合、アミド結合、イミド結合、シロキサン結合、ウレタン結合、尿素結合、トリアゾール環が挙げられる。自己組織化分子層積層膜にすることにより、単分子膜だけでは困難な膜厚の制御や、電気双極子モーメントの向き、大きさの制御が容易になる。
　具体的な置換基Ｘとしては、
Ｘ：　－ＳＨ、－ＳｉＲ１ ３、－ＰＯＲ２ ２、－ＣＯＯＨ、－ＣＮ、もしくは、－ＳｉＨ３
が挙げられる（なお、Ｒ１のうちの何れか１つは－ＯＭｅ、－ＯＥｔ、－Ｃｌであり、Ｒ２のうちの何れか１つは－ＯＨ、－Ｃｌである）。
　中でも、置換基Ｘがチオール基（－ＳＨ）であることが好ましい。置換基Ｘをチオール基とすることにより、ソース電極１４およびドレイン電極１５を構成する原子と、チオール基との間で共有結合を形成し、結合部位の距離を比較的短くすることができ、上述した接触抵抗をより一層低減させることができる。特に、ソース電極１４およびドレイン電極１５の少なくとも一方を、金（Ａｕ）原子を含む材料から選択し、金（Ａｕ）原子とチオール基（－ＳＨ）との間で化学結合を形成すれば、電極上に改善層が固定化され、有機トランジスタ１駆動時の電界などによる改善層の劣化を抑制することができ、有機トランジスタ１の長寿命化を実現することができる。
　また、後述する主鎖骨格Ａと置換基Ｘのチオール基とを組み合わせてなる芳香族チオールのＨＯＭＯ軌道は硫黄原子付近にも存在し、電気伝導を担う軌道が電極材料の近傍まで広がっている。上記の理由により、改善層と電極の接続部分の抵抗が下がるため、トランジスタとしての接触抵抗を更に低減させることができる。
　上記化学式（１）中の置換基Ｙは、層の表面において有機半導体層１６と接触する。置換基Ｙは、電子供与基もしくは電子吸引基である。電子供与基、電子吸引基とは、ハメットの置換基定数がそれぞれ負、正を示すものを指す。
　置換基Ｙとして用いることができる具体的な電子吸引基Ｙ１は、
Ｙ１：－Ｆ、－Ｂｒ、－Ｃｌ、－Ｉ、－ＮＯ２、－ＣＮ、－Ｓｉ（ＯＲ１）３、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｃｌ、－ＣＨＯ、もしくは、－ＣＯＯＲ１
が挙げられる（但し、Ｒ１は炭素数１～３個の直鎖アルキル基である）。
　置換基Ｙとして用いることができる具体的な電子供与基Ｙ２は、
Ｙ２：－ＯＨ、-ＯＲ１、－ＮＨ２、－ＮＨＲ１、－ＮＲ１、－ＳＨ、－ＳＲ１、もしくは、－Ｒ１
が挙げられる。
　置換基Ｙが電子吸引基の場合には、Ｙ１近傍が負に帯電するため、注入改善層および抽出改善層において、有機半導体層から電極に向かう向きの電気双極子モーメントを形成させることができる。また、置換基Ｙが電子供与基の場合には、Ｙ２近傍が正に帯電するため、注入改善層および抽出改善層において、電極から有機半導体層に向かう向きの電気双極子モーメントを形成させることができる。
　上記化学式（１）中の主鎖骨格Ａは、図２に示す構造を用いることができる。ベンゼン、ピリジン、チオフェン、ピロールなどの単環構造のものや、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセンなどの縮環構造のものや、ビフェニル、ビピリジル、ターフェニル、ターチオフェンなどの多環式構造を有するものなどのπ電子を持った骨格である芳香族骨格が好ましい。その他にも、σ電子を持った骨格である脂肪族骨格を用いるものも好ましく、具体的には、炭素数１から２０までの直鎖アルカンが挙げられる。直鎖アルカンは分子断面積が芳香族骨格よりも小さいため、分子密度の高い自己組織化単分子膜を形成することができる。その結果、単位面積当たりで、双極子モーメントを持った分子数が増加するため、キャリアを注入および抽出する効果を向上させることができる。また、直鎖アルカンの炭素数が増加するにつれて、自己組織化単分子膜自身の抵抗が増加し、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との界面の接触抵抗を高める虞があるので、炭素数は２０以下のものが好ましい。
　電気双極子モーメントの絶対値は、密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ／６－３１＋Ｇ（ｄ，ｐ））により算出し、分子の長軸方向（電極表面に対し垂直方向）の値である。その値に基づいて、適宜、注入改善層４０および抽出改善層５０を選択することが可能である。
　具体的には、注入改善層４０と抽出改善層５０との電気双極子モーメントの絶対値の差が、０．０１～２０Ｄの範囲であることが好ましい。
　図３は、上記化学式（１）のＡが芳香環で、置換基ＸがＳＨ（チオール）基である有機化合物の電気双極子モーメントの絶対値の一例を示している。図３に従い、注入改善層よりも抽出改善層の方が大きくなる組み合わせを任意に選択する。
　図３に示した組み合わせの中でも、キャリアがホールの場合には、注入改善層４０を構成する有機化合物のＹがホルミル基またはトリフルオロメチル基であり、抽出改善層５０を構成する有機化合物のＹがアミノ基またはジメチルアミノ基から選択される組み合わせや、キャリアが電子の場合には、注入改善層４０を構成する有機化合物のＹがアミノ基またはジメチルアミノ基であり、抽出改善層５０を構成する有機化合物のＹがニトロ基またはシアノ基から選択される組み合わせは、他の官能基の組み合わせに比べ、双方の電気双極子モーメントの絶対値が大きく、接触抵抗を大きく低下させるため好ましい。
　なお、例示したベンゼンチオール誘導体に限らず、置換基Ｘが他の官能基、主鎖骨格Ａが他の骨格の場合においても、電気双極子モーメントの絶対値の算出し、注入改善層よりも抽出改善層の方が大きければ、用いることができる。
　また、上記の自己組織化単分子膜以外にも、フッ化リチウム、酸化モリブデン等の無機材料であっても良く、電気双極子モーメントを有し、その向きを揃えることのできる材料であれば用いることが可能である。
　（２）有機トランジスタの製造
　次に、以上のような各構成を具備する本実施形態の有機トランジスタの製造方法を説明する。
　図４は、本実施形態の有機トランジスタの製造方法を示した図である。
　（ゲート電極形成工程）
　まず、基板１１の上に、ゲート電極材料を例えばスパッタリングにより全面に形成した後に、既存のフォトリソグラフィーを用いてパターン形成をおこなう。これにより、図４の（ａ）に示すように、ゲート電極１２を形成する。後述する実施例１では、膜厚６０ｎｍのアルミニウム膜をゲート電極１２としている。
　（ゲート絶縁層形成工程）
　次に、ゲート絶縁層材料を用いてスパッタリングしてゲート電極１２を被覆する。これにより、図４の（ａ）に示すように、ゲート絶縁層１３を形成する。後述する実施例１では、膜厚２００ｎｍの二酸化シリコンをゲート絶縁層１３としている。
　（ソース電極形成工程）
　次に、ソース電極材料を、メタルマスクを介して真空蒸着させる。これにより、図４の（ｂ）に示すように、ソース電極１４を形成する。後述する実施例１では、クロム５ｎｍ、さらにその上に金６０ｎｍを、メタルマスクを介して順に真空蒸着することによりソース電極１４を形成している。このときのクロムは、金と基板１１を密着させる役割を担う。
　（注入改善層形成工程）
　次に、形成したソース電極１４上に、上述した材料を注入改善層材料として用いて自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ）を形成する。これにより、図４の（ｂ）に示すように、注入改善層４０を形成する。後述する実施例１では、注入改善層材料としてｐ－トリフルオロメチルベンゼンチオールを用いて形成している。
　なお、この形成方法に限らず、基板とＳＡＭｓを形成させる材料を密閉容器に封入し、５０～１５０℃程度に加熱した後、物理的に付着した材料を除去するために、溶媒にて洗浄することによって、形成することも可能である。さらに別の方法として、ＳＡＭｓを形成させる材料の溶液をスピンコートまたはディップコートし、基板上に塗布した後、基板を５０～１５０℃程度に加熱し、基板と化学的に結合させ、さらに、過剰に付着した材料を除去するために、溶媒にて洗浄することによって、形成することも可能である。
　なお、上述したように、注入改善層４０もしくは抽出改善層５０は、電気双極子モーメントの絶対値が注入改善層４０よりも抽出改善層５０のほうが大きくなるように構成されれば、上述したＳＡＭｓもしくは自己組織化分子層積層膜でなくてもよい。例えば、上述したフッ化リチウム、酸化モリブデン等の無機材料の場合は、真空蒸着またはスパッタリングにより成膜することができる。
　（ドレイン電極形成工程）
　次に、形成したソース電極１４上に、上述したドレイン電極材料を、メタルマスクを介して真空蒸着させる。これにより、図４の（ｂ）に示すように、ドレイン電極１５を形成する。ソース電極１４とドレイン電極１５の隣り合う辺同士の間の距離（チャネル長）は、５～２００μｍとすることができる。また、ソース電極１４とドレイン電極１５の隣り合う辺の長さ（チャネル幅）は、１００～１００００μｍとすることができる。図４の（ｃ）に示すように、ドレイン電極１５として、クロム５ｎｍ、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して順に真空蒸着することにより形成した。
　（抽出改善層形成工程）
　さらに、ドレイン電極１５上に、上述した抽出改善層材料を用いてＳＡＭｓを形成する。これにより、ドレイン電極１５上に抽出改善層５０を形成する。後述する実施例１では、ｐ－アミノベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。
　なお、抽出改善層についても、注入改善層と同様に、基板とＳＡＭｓを形成させる材料を密閉容器に封入し、５０～１５０℃程度に加熱した後、物理的に付着した材料を除去するために、溶媒にて洗浄することによって、形成することも可能である。さらに別の方法として、ＳＡＭｓを形成させる材料の溶液をスピンコートまたはディップコートし、基板上に塗布した後、基板を５０～１５０℃程度に加熱し、基板と化学的に結合させ、さらに、過剰に付着した材料を除去するために、溶媒にて洗浄することによって、形成することも可能である。
　（有機半導体層形成工程）
　次に、図４の（ｄ）に示すように、上述した有機半導体層材料を用いて、注入改善層および抽出改善層に接触するように真空蒸着により、有機半導体層１６を形成する。有機半導体層１６の膜厚は１０～１０００ｎｍとすることができる。実施例１では、有機半導体層材料としてペンタセンを用いて、メタルマスクを介して、膜厚６０ｎｍの有機半導体層１６を形成した。
　以上の方法によって本実施形態の有機トランジスタを製造することができる。
　なお、上述した製造方法では、（ゲート絶縁層形成工程）の後に、（ソース電極形成工程）、（注入改善層形成工程）、（ドレイン電極形成工程）、（抽出改善層形成工程）、（有機半導体層形成工程）がこの順でおこなわれているが、これに限らず、図５に示す方法であってもよい。
　図５に示す製造方法の別例では、図５の（ａ）に示す（ゲート絶縁層形成工程）の後に、図５の（ｂ）に示す（ドレイン電極形成工程）、（抽出改善層形成工程）、図５の（ｃ）に示す（ソース電極形成工程）、（注入改善層形成工程）、図５の（ｄ）に示す（有機半導体層形成工程）がこの順でおこなわれている。この一例については、後述する実施例２において説明する。
　（有機トランジスタの特性）
　上記方法により得られた、ペンタセンを有機半導体層として用いた有機トランジスタの特性は、移動度：約１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比：約１０６と比較的良好な値を示す。
　また、ソース電極／有機半導体層界面、および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗は、以下に示す比較例１で作製した注入改善層および抽出改善層を持たない素子に対して、約１／１０に減少した。つまり、ソース電極上およびドレイン電極上に、それぞれ注入改善層および抽出改善層を形成することで、接触抵抗の低下を実現させることができる。
　さらに、本実施形態の有機トランジスタを複数回動作させて、そのトランジスタ特性を評価してみても、ＯＮ/ＯＦＦ比の低下は確認されず、安定なトランジスタ動作を示すことができる。なお、比較構成として、下記の比較例１に示した構成（注入改善層および抽出改善層を形成していない構成）では、ＯＮ／ＯＦＦ比が１桁程度低下することが示されている。
　これら特性の詳細については、後述する実施例１、２および比較例１において説明している。
　なお、接触抵抗の評価は、Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ４７（２００３）２５９等の公知の手法であるＴＬＭ法を用いて評価することができる。具体的には、ソース電極－ドレイン電極間の電圧Ｖｄが－３０Ｖの時の、ＯＮ状態（Ｖｇ＝－３０Ｖ）でのドレイン電流値Ｉｄを評価し、ソース電極からドレイン電極までの全体の抵抗Ｒｔ；
Ｒｔ＝２Ｒｃ＋Ｒｃｈ
（ここで、Ｒｃはソース電極／有機半導体層およびドレイン電極／有機半導体層の接触抵抗、Ｒｃｈはチャネル部の抵抗を示す）
をＲｔ＝Ｖｄ／Ｉｄから算出する。さらに、チャネル長に対して、Ｒｔをプロットし、チャネル長が０の時（ｙ切片）の値を接触抵抗とする。
　（本実施形態の作用効果）
　以上のような各構成を具備する本実施形態の有機トランジスタは、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を備えていることから、上述したように接触抵抗の低下を実現させることができる。更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記有機化合物の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記有機化合物の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のキャリアを、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、有機半導体層からドレイン電極へキャリアが引き抜かれる時の接触抵抗を改善することができ、ソース電極からドレイン電極までの有機トランジスタ全体における接触抵抗の低下を実現することができる。特に、これは、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　また、本発明とは異なり、ソース電極とドレイン電極の材料で、有機半導体層とのエネルギーギャップの差を設ける場合には、ソース電極またはドレイン電極と直接有機半導体層と接触することになる。一般に電極材料の金属と、半導体層の有機物とでは、親和性の低さから、物理的な密着性が低い。そのため接触抵抗の上昇を招くことになる。一方で、本発明は、改善層に有機半導体層と親和性の高い材料を用いることができるため（例えばＳＡＭｓを用いた場合、ＳＡＭｓは有機物からなるため、半導体層との密着性が良好）、接触抵抗を低下させる効果が大きいという優位性がある。また、ソース電極とドレイン電極の材料で、有機半導体層とのエネルギーギャップの差を設ける場合には、二種の金属材料が必要であり材料コストが掛かる。本発明の場合も２種類の改善層材料を必要とするが、一般には有機材料のため金属材料よりもコストが低いという優位性がある。
　（本実施形態の変形例）
　なお、本実施形態では、基板１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、ソース電極１４およびドレイン電極１５と、注入改善層４０および抽出改善層５０と、有機半導体層１６とがこの順で積層されているボトムコンタクト型の構造を有する有機トランジスタについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図８に示すような構成であってもよい。図８の有機トランジスタの素子構造は、基板１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、有機半導体層１６と、注入改善層４０および抽出改善層５０と、ソース電極１４およびドレイン電極１５とがこの順で積層されているトップコンタクト型であってもよい。本実施形態で示したボトムコンタクト型の場合であれば、ソース電極およびドレイン電極上に、注入改善層と抽出改善層として、自己組織化単分子膜を形成する際に形成が容易なため、好ましい。
　以下に本発明の有機トランジスタについて、実施例を用いてより詳細に説明する。
　〔実施例１：　実施形態１に記載の構成の一実施例〕
　まず、ゲート電極形成工程として、図４の（ａ）に示すように、基板サイズ２５ｍｍ×２５ｍｍのガラス板を基板１１として用いて、ここにゲート電極１２として膜厚６０ｎｍのアルミニウム膜をスパッタリングにより全面に形成した後に、既存のフォトリソグラフィーを用いて、パターン形成を行った。
　次に、ゲート絶縁層形成工程として、ゲート絶縁層１３としての二酸化シリコンをスパッタリングにより膜厚２００ｎｍで形成した。
　次に、ソース電極形成工程として、図４の（ｂ）に示すように、ソース電極１４としてクロム５ｎｍ、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して、この順に真空蒸着することにより形成した。このときのクロムは、金と基板１１を密着させる役割を担う。
　次に、注入改善層形成工程として、形成したソース電極１４上に、ｐ－トリフルオロメチルベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、ｐ－トリフルオロメチルベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ソース電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで洗浄することによって過剰に吸着したｐ－トリフルオロメチルベンゼンチオールを除去した。このようにしてソース電極４上に注入改善層４０を作製した。
　次に、ドレイン電極形成工程として、図４の（ｃ）に示すように、ドレイン電極１５としてのクロム５ｎｍ、金６０ｎｍを、メタルマスクを介してこの順に真空蒸着することにより形成した。本実施例１ではチャネル長：３０、４０、５０、７５、１００μｍ、チャネル幅：１０００μｍとした。
　さらに、抽出改善層形成工程として、ドレイン電極１５上に、ｐ－アミノベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、ｐ－アミノベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ドレイン電極１５までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで洗浄を行い、過剰に吸着したｐ－アミノベンゼンチオールを除去した。このようにしてドレイン電極１５上に抽出改善層５０を作製した。
　次に、有機半導体層形成工程として、図４の（ｄ）に示すように、有機半導体層１６としてのペンタセンを、メタルマスクを介して、注入改善層４０および抽出改善層５０に接触するように真空蒸着により形成した。ペンタセンからなる有機半導体層１６の膜厚は６０ｎｍとした。
　上記作製方法により得られた有機トランジスタの特性を評価したところ、移動度０．８ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比：１０６と良好な値を示した。
　また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗を上述した方法を用いて評価したところ、以下に示す比較例１で作製した注入改善層および抽出改善層を持たない素子に対して、約１／１０に減少した。つまり、ソース電極上およびドレイン電極上に、それぞれ注入改善層および抽出改善層を形成することで、接触抵抗を低下させることができた。
　さらに、複数回トランジスタ特性を評価したが、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下は確認されず、安定なトランジスタ動作を確認することができた。
　〔比較例１〕
　図９に比較例１で作製した有機トランジスタの構造を示す。
　本比較例１では、実施例１と同様の材料、作製方法により、ガラス基板１１１上にゲート電極１１２およびゲート絶縁層１１３を形成した。
　次に、ソース電極１１４およびドレイン電極１１５として、メタルマスクを介して、金を膜厚６０ｎｍで形成した。
　次に、有機半導体層１１６としてペンタセンを膜厚６０ｎｍで真空蒸着を用いて形成し、有機トランジスタを作製した。
　作製された本比較例１の有機トランジスタの特性を評価したところ、移動度０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比：１０５と、移動度は実施例１の素子と比較して劣るものであった。また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗は、上記実施例１よりも１０倍高い値を示した。
　〔実施例２：　実施形態１に記載の構成の別の一実施例〕
　本実施例では、図５に示した製造方法に基づいて、有機トランジスタを作製し、その評価をおこなった。
　まず、図５の（ａ）に示すように、実施例１と同様の材料、条件を用いて、ガラス基板１１上にゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３を形成した。
　次に、図５の（ｂ）に示すようにドレイン電極１５として、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して真空蒸着することにより形成した。
　次に、ドレイン電極１５上に、抽出改善層５０として、ｐ－ニトロベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、ｐ－ニトロベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ドレイン電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着したｐ－ニトロベンゼンチオールを除去した。
　次に、図５の（ｃ）に示すように、ソース電極１４として、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して真空蒸着することにより形成した。
　次に、ソース電極１４上に、注入改善層４０として、ｐ－アミノベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、ｐ－アミノベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ソース電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着したｐ－アミノベンゼンチオールを除去した。
　次に、図５の（ｄ）に示すように、有機半導体層１６として、Ｃ６０フラーレンを、メタルマスクを介して、注入改善層および抽出改善層に接触するように、６０ｎｍ真空蒸着により形成した。
　上記作製方法により得られた有機トランジスタの特性を評価したところ、移動度０．７ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０６と良好な値を示した。
　また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗を評価したところ、下記比較例２で作製した注入改善層および抽出改善層を持たない素子と比較して、１／５に接触抵抗が減少した。つまり、ソース電極上およびドレイン電極上に、それぞれ注入改善層および抽出改善層を形成することで、ｎ型半導体のトランジスタでも接触抵抗を低下させることができた。
　〔比較例２〕
　本比較例２では、実施例２と同様の材料、作製方法により、ガラス基板１１上にゲート電極１２およびゲート絶縁層１３を形成した。
　次に、ソース電極１４およびドレイン電極１５として、メタルマスクを介して、金を膜厚６０ｎｍで形成した。
　次に、有機半導体層１６としてＣ６０フラーレンを６０ｎｍ真空蒸着法により形成し、有機トランジスタを作製した。
　作製された有機トランジスタの構造は、図９に示した構造と同じである。
　作製された本比較例２の有機トランジスタの特性は、移動度０．３ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０５と、移動度は実施例２の素子と比較して劣るものであった。また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗は実施例２よりも５倍高い値を示した。
　〔実施例３：　実施形態１に記載の構成の別の一実施例〕
　本実施例では、図６に示した製造方法に基づいて、有機トランジスタを作製し、その評価を行った。
　まず、図６の（ａ）に示すように、上記実施例２と同様の材料、条件を用いて、ガラス基板１１上にゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３を形成した。
　次に、図６の（ｂ）に示すようにドレイン電極１５として、ＩＴＯ６０ｎｍを、メタルマスクを介してスパッタリングすることにより形成した。
　次に、ドレイン電極１５上に、抽出改善層５０として、６－ニトロヘキサン－１－ホスホン酸のＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、６－ニトロヘキサン－１－ホスホン酸の１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ドレイン電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着した６－ニトロヘキサン－１－ホスホン酸を除去した。
　次に、図６の（ｃ）に示すように、ソース電極１４として、ＩＴＯ６０ｎｍを、メタルマスクを介してスパッタリングにより形成した。
　次に、ソース電極１４上に、注入改善層４０として、６－アミノヘキサン－１－ホスホン酸のＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、６－アミノヘキサン－１－ホスホン酸の１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ソース電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着した６－アミノヘキサン－１－ホスホン酸を除去した。
　次に、図６の（ｄ）に示すように、有機半導体層１６として、Ｃ６０フラーレンを、メタルマスクを介して、注入改善層および抽出改善層に接触するように、６０ｎｍ真空蒸着により形成した。
　上記作製方法により得られた有機トランジスタの特性を評価したところ、移動度０．５ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０６と良好な値を示した。
　また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗を評価したところ、上記比較例２で作製した注入改善層および抽出改善層を持たない素子を比較して、１／４に接触抵抗が減少した。つまり、ソース電極上およびドレイン電極上に、それぞれ注入改善層および抽出改善層を形成することで、ｎ型半導体のトランジスタでも接触抵抗を低下させることができた。
　〔実施例４：　実施形態１に記載の構成の別の一実施例〕
　本実施例では、図７に示した製造方法に基づいて、有機トランジスタを作製し、その評価を行った。
　まず、図７の（ａ）に示すように、上記実施例２と同様の材料、条件を用いて、ガラス基板１１上にゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３を形成した。
　次に、図７の（ｂ）に示すようにドレイン電極１５として、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して真空蒸着することにより形成した。
　次に、ドレイン電極１５上に、抽出改善層の１層目の単分子膜５０－１として、ｐ－ホルミルベンゼンチオールからなる単分子膜を形成した。形成方法としては、ｐ－ホルミルベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ドレイン電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着したｐ－ホルミルベンゼンチオールを除去した。
　次に、図７の（ｃ）に示すように、抽出改善層の１層目の単分子膜５０－１の上に、２層目の単分子膜５０－２として、１，４－フェニレンジアミンをイミン結合で積層することにより、自己組織化分子層積層膜からなる抽出改善層５０を形成した。形成方法としては、１，４－フェニレンジアミンの１ｍＭ無水エタノール溶液に、ｐ－ホルミルベンゼンチオールの単分子膜５０－１までを形成した基板を１２時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着した１，４－フェニレンジアミンを除去した。
　次に、図７の（ｄ）に示すように、ソース電極１４として、金６０ｎｍを、メタルマスクを介して真空蒸着することにより形成した。
　次に、ソース電極１４上に、注入改善層４０として、ｐ－トリフルオロベンゼンチオールのＳＡＭｓを形成した。形成方法としては、ｐ－トリフルオロベンゼンチオールの１ｍＭ無水エタノール溶液を調製し、ソース電極までを形成した基板を３時間浸漬した後に、無水エタノールで過剰に吸着したｐ－トリフルオロベンゼンチオールを除去した。
　次に、図７の（ｅ）に示すように、有機半導体層１６として、ペンタセンを、メタルマスクを介して、注入改善層および抽出改善層に接触するように、６０ｎｍ真空蒸着により形成した。
　上記作製方法により得られた有機トランジスタの特性を評価したところ、移動度０．６ｃｍ２／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０６と良好な値を示した。
　また、ソース電極／有機半導体界面および有機半導体層／ドレイン電極界面の接触抵抗を評価したところ、上記比較例２で作製した注入改善層および抽出改善層を持たない素子を比較して、１／４に接触抵抗が減少した。つまり、ソース電極上およびドレイン電極上に、それぞれ注入改善層および抽出改善層を形成することで、ｐ型半導体のトランジスタでも接触抵抗を低下させることができた。
　なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。当業者は、請求項に示した範囲内において、本発明をいろいろと変更できる。すなわち、請求項に示した範囲内において、適宜変更された技術的手段を組み合わせれば、新たな実施形態が得られる。すなわち、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
　（本発明の総括）
　本発明は、有機トランジスタに関し、上述したように、
　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、有機半導体層からソース電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
　上記ベクトルがドレイン電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を備えている。そして、注入改善層は上記電気双極子モーメントの上記ベクトルが有機半導体層からソース電極に向いており、抽出改善層は上記ベクトルがドレイン電極から有機半導体層に向いている抽出改善層を備えている。これにより、キャリアがホールである場合の有機トランジスタにおいて、ソース電極と有機半導体層間およびドレイン電極と有機半導体層間の接触抵抗の低下を実現させることができる。
　更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のホールを、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　また本発明は、別の有機トランジスタに関し、上述したように、
　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、ソース電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
　上記ベクトルが有機半導体層からドレイン電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を備えている。そして、注入改善層は、上記電気双極子モーメントの上記ベクトルがソース電極から有機半導体層に向いており、抽出改善層は、上記ベクトルが有機半導体層からドレイン電極に向いている。これにより、キャリアが電子である場合の有機トランジスタにおいて、ソース電極と有機半導体層間およびドレイン電極と有機半導体層間の接触抵抗の低下を実現させることができる。
　更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中の電子を、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、上記の構成に加えて、
　上記注入改善層および上記抽出改善層の少なくとも一方は、自己組織化単分子膜からなることが好ましい。
　上記の構成によれば、注入改善層と抽出改善層の何れかが自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ：Ｓｅｌｆ－Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）から構成されることで、注入改善層と抽出改善層の膜厚が分子長程度まで薄膜化できるため、注入改善層および抽出改善層自身の抵抗を低下させることが可能である。また、ＳＡＭｓは単分子が配列した構造であるため、ＳＡＭｓ形成することで、電気双極子モーメントの向きを容易に制御することができる。
　また、上記の構成に代えて、
　上記注入改善層および上記抽出改善層の少なくとも一方が、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜からなってもよい。
　上記の構成によれば、注入改善層と抽出改善層の何れかが自己組織化分子層積層膜（上記単分子膜が化学結合により積層された構造であり、主鎖骨格の繰り返し単位を持つ膜）から構成されることで、単分子膜だけでは困難な、膜厚の制御や、電気双極子モーメントの向き、大きさの制御が容易になる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、上記の構成に加えて、
　上記注入改善層は、下記化学式（１）；
　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
によって表される有機化合物が集合してなる層であり、
　上記Ｘは、上記ソース電極またはドレイン電極を構成する原子と化学結合する置換基であり、
　上記Ａは、主鎖骨格であり、
　上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子吸引基であり、キャリアが電子の場合には電子供与基であることが好ましい。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、上記の構成に変えて、
　上記抽出改善層は、下記化学式（１）；
　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
によって表される有機化合物が集合してなる層であり、
　上記Ｘは、上記ソース電極またはドレイン電極を構成する原子と化学結合する置換基であり、
　上記Ａは、主鎖骨格であり、
　置換基である上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子供与基であり、キャリアが電子の場合には電子吸引基であることとしてもよい。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、上記の構成に加えて、
　上記注入改善層は、
　　主鎖骨格である上記Ａが、π電子を持った分子骨格またはσ電子を持った分子骨格のうち何れかからなる自己組織化単分子膜であるか、
もしくは、
　　主鎖骨格である上記Ａが、上記分子骨格を複数含み、当該分子骨格同士が互いに化学結合を介して連結された分子骨格を有する自己組織化分子層積層膜であることが好ましい。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、上記の構成に加えて、
　上記抽出改善層は、
　　主鎖骨格である上記Ａが、π電子を持った分子骨格、または、σ電子を持った分子骨格からなる自己組織化単分子膜であるか、
もしくは、
　　主鎖骨格である上記Ａが、上記分子骨格を複数含み、当該分子骨格同士が互いに化学結合を介して連結された分子骨格を有する自己組織化分子層積層膜であることが好ましい。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記ソース電極における上記注入改善層の側の表面が金からなり、且つ、上記注入改善層の材料または分子にチオール基が含まれており、
　ソース電極と注入改善層との間に金－チオール結合が形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、ソース電極と注入改善層との間に金－チオール結合という比較的強い結合が形成されることから、注入改善層をソース電極上に確実に固定することができ、トランジスタ駆動時の電界等による注入改善層の劣化が抑制され、長寿命化の効果が加わる。さらに、ソース電極表面の金原子と、注入改善層を形成する分子の主骨格との距離が、硫黄原子一つのため、距離が短い。そのため、注入改善層とソース電極表面との接続部の抵抗を低下させることができ、接触抵抗を更に低下させることができる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記ドレイン電極における上記抽出改善層の側の表面が金からなり、且つ、上記抽出改善層の材料または分子にチオール基が含まれており、
　ドレイン電極と抽出改善層との間に金－チオール結合が形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、ドレイン電極と抽出改善層との間に金－チオール結合という比較的強い結合が形成されることから、抽出改善層をドレイン電極上に確実に固定することができ、トランジスタ駆動時の電界等による抽出改善層の劣化が抑制され、長寿命化の効果が加わる。さらに、ドレイン電極表面の金原子と、抽出改善層を形成する分子の主骨格との距離が、硫黄原子一つのため、距離が短い。そのため、抽出改善層とドレイン電極表面との接続部の抵抗を低下させることができ、接触抵抗を更に低下させることができる。
　また、上述したように、ソース電極と注入改善層との間においても、金－チオール結合を形成すれば、ドレイン電極と抽出改善層との間のみに金－チオール結合を形成した構成と比較して、より一層接触抵抗を低下させることができる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記ソース電極における上記注入改善層の側の表面に水酸基を有し、且つ、上記注入改善層の材料または分子がシランカップリング部位とホスホン酸部位のうちの何れかを有しており、
　ソース電極と注入改善層とが、ソース電極と注入改善層との界面に酸素を介した共有結合が形成されることにより接続していることが好ましい。
　上述のように、ソース電極の表面に水酸基を持ち、注入改善層を形成する分子がシランカップリング部位またはホスホン酸部位のうち何れかを持つ構成であれば、ソース電極と注入改善層との界面で、ソース電極を形成する原子とシランカップリング剤または、ホスホン酸の酸素原子との間に、共有結合を生じ、注入改善層をソース電極上に強固に固定させることができる。この共有結合は、金－チオール結合よりも一般的に強固なため、金－チオール結合よりソース電極と注入改善層とが結合している構成と比較して、更なる長寿命化を与える。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記注入改善層が、下記化学式（１）；
　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
によって表される有機化合物が集合してなり、
　主鎖骨格である上記Ａは、π電子を持った分子骨格であり、
　置換基である上記Ｘは、チオール基、シランカップリング部位、ホスホン酸部位の何れかであり、
　置換基である上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子吸引基であり、キャリアが電子の場合には電子供与基であることが好ましい。
　上記のように、注入改善層が、上記化学式（１）からなる分子のＳＡＭｓまたは自己組織化分子層積層膜であり、主鎖骨格Ａがπ電子を持った分子骨格であれば、注入改善層自身の抵抗を低下させることが可能であり、更なる接触抵抗の低下が可能になる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記抽出改善層は、下記化学式（１）；
　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
によって表される有機化合物が集合してなり、
　主鎖骨格である上記Ａは、π電子を持った分子骨格であり、
　置換基である上記Ｘは、チオール基、シランカップリング部位、ホスホン酸部位の何れかであり、
　置換基である上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子供与基であり、キャリアが電子の場合には電子吸引基であることが好ましい。
　上記のように、抽出改善層が、上記化学式（１）からなる分子のＳＡＭｓまたは自己組織化分子層積層膜であり、主鎖骨格Ａがπ電子を持った分子骨格であれば、抽出改善層自身の抵抗を低下させることが可能であり、更なる接触抵抗の低下が可能になる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記ドレイン電極における上記抽出改善層の側の表面に水酸基を有し、且つ、上記抽出改善層の材料または分子がシランカップリング部位とホスホン酸部位のうちの何れかを有しており、
　ドレイン電極と抽出改善層が、ドレイン電極と抽出改善層との界面に酸素を介した共有結合が形成されることにより接続していることが好ましい。
　上述のように、ドレイン電極の表面に水酸基を持ち、抽出改善層を形成する分子がシランカップリング部位またはホスホン酸部位のうち何れかを持つ構成であれば、ドレイン電極と抽出改善層との界面で、ドレイン電極を形成する原子とシランカップリング剤または、ホスホン酸の酸素原子との間に、共有結合を生じ、抽出改善層をドレイン電極上に強固に固定させることができる。この共有結合は、金－チオール結合よりも一般的に強固なため、金－チオール結合よりドレイン電極と抽出改善層とが結合している構成と比較して、更なる長寿命化を与える。
　また、上述したように、ソース電極と注入改善層との間においても上記共有結合を形成すれば、ドレイン電極と抽出改善層との間のみに上記共有結合を形成した構成と比較して、より一層接触抵抗を低下させることができる。
　また、本発明に係る有機トランジスタは、
　上記注入改善層は、
　上記化学式（１）の官能基Ｙが、キャリアがホールの場合にはホルミル基またはトリフルオロメチル基であり、キャリアが電子の場合にはアミノ基またはジメチルアミノ基であり、
　上記抽出改善層は、
　上記化学式（１）の官能基Ｙが、キャリアがホールの場合にはアミノ基またはジメチルアミノ基であり、キャリアが電子の場合にはニトロ基またはシアノ基であることが好ましい。
　上記の構成によれば、注入改善層と抽出改善層とが電気双極子モーメントの絶対値が比較的大きい組み合わせである。そのため、接触抵抗を低下させる効果が大きく、接触抵抗を効果的に低下させることができる。
　また、本発明は、有機トランジスタの製造方法に関し、上述したように、
　上記した構成を備えた有機トランジスタを製造する製造方法であって、
　ゲート絶縁層の上にソース電極を形成するソース電極形成工程と、
　ソース電極の上に、注入改善層を形成する注入改善層形成工程と、
　ゲート絶縁層の上にドレイン電極を形成するドレイン電極形成工程と、
　ドレイン電極の上に、抽出改善層を形成する抽出改善層形成工程と、
　注入改善層形成工程および抽出改善層形成工程の後に、注入改善層および抽出改善層に接触する有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程とを含むことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ソース電極と有機半導体層との間に配された注入改善層、および、ドレイン電極と有機半導体層との間に配された抽出改善層を形成することから、上述したように接触抵抗の低下を実現させた有機トランジスタを製造することができる。更に、単にこれらの改善層を備えているだけでなく、抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値を、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きく構成することにより、トランジスタ動作時にソース電極から注入された有機半導体中のキャリアを、すべてドレイン電極にて引き出す（抽出する）ことができる。このため、有機半導体層からドレイン電極へキャリアが引き抜かれる時の接触抵抗を改善することができ、ソース電極からドレイン電極までの有機トランジスタ全体における接触抵抗の低下を実現した有機トランジスタを提供することができる。特に、これは、トランジスタ動作を２度以上行った場合に、ＯＦＦ電流の向上を抑制し、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下を回避することに寄与するため、安定したトランジスタ動作の実現に貢献することができる。
　まず、ソース電極および注入改善層を先に形成し、その後に、ドレイン電極および抽出改善層を形成する工程または、先にドレイン電極および抽出改善層を形成し、その後に、ソース電極および注入改善層を形成する工程を行うことで、ソース電極およびドレイン電極が同一の材料であり、注入改善層および抽出改善層の構成材料が共に、ソース電極およびドレイン電極の材料と結合してしまう場合でも、ソース・ドレイン電極上にそれぞれ注入改善層と、抽出改善層の作り分けが可能である。
　また、本発明は、別の有機トランジスタの製造方法に関し、上述したように、
　上記注入改善層形成工程では、上記注入改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することが好ましい。また、上記抽出改善層形成工程では、上記抽出改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することが好ましい。
　注入改善層および抽出改善層を形成する手法として、自己組織化単分子膜または自己組織化分子多層膜を形成する手法であれば、１５０℃以下の低温および大気圧下で電気双極子モーメントを持った層を形成可能なため、熱可塑性のあるプラスチック基板への変質やダメージを低減させることができる。
　本発明は、各種半導体装置に搭載される電界効果型トランジスタとして最適に使用でき、産業上の利用可能性は高い。
１　有機トランジスタ
１１　基板
１２　ゲート電極
１３　ゲート絶縁層
１４　ソース電極
１５　ドレイン電極
１６　有機半導体層
４０　注入改善層
５０　抽出改善層

Claims (16)

  1. 　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
    　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、有機半導体層からソース電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
    　上記ベクトルがドレイン電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
    　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴とする有機トランジスタ。
  2. 　ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁層と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に設けられた有機半導体層とを備えている有機トランジスタであって、
    　電気双極子モーメントの負極から正極へ向いたベクトルが、ソース電極から有機半導体層に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ソース電極と有機半導体層との間に配されている注入改善層と、
    　上記ベクトルが有機半導体層からドレイン電極に向いている電気双極子モーメントを有する材料または分子からなる、ドレイン電極と有機半導体層との間に配されている抽出改善層とをさらに備え、
    　抽出改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値は、注入改善層の上記材料または分子の電気双極子モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴とする有機トランジスタ。
  3. 　上記注入改善層および上記抽出改善層の少なくとも一方は、自己組織化単分子膜からなることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
  4. 　上記注入改善層および上記抽出改善層の少なくとも一方は、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜からなることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
  5. 　上記注入改善層は、下記化学式（１）；
    　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
    によって表される有機化合物が集合してなる層であり、
    　上記Ｘは、上記ソース電極またはドレイン電極を構成する原子と化学結合する置換基であり、
    　上記Ａは、主鎖骨格であり、
    　上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子吸引基であり、キャリアが電子の場合には電子供与基であることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  6. 　上記抽出改善層は、下記化学式（１）；
    　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
    によって表される有機化合物が集合してなる層であり、
    　上記Ｘは、上記ソース電極またはドレイン電極を構成する原子と化学結合する置換基であり、
    　上記Ａは、主鎖骨格であり、
    　置換基である上記Ｙは、キャリアがホールの場合には電子供与基であり、キャリアが電子の場合には電子吸引基であることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  7. 　上記注入改善層は、
    　　主鎖骨格である上記Ａが、π電子を持った分子骨格またはσ電子を持った分子骨格のうち何れかからなる自己組織化単分子膜であるか、
    もしくは、
    　　主鎖骨格である上記Ａが、上記分子骨格を複数含み、当該分子骨格同士が互いに化学結合を介して連結された分子骨格を有する自己組織化分子層積層膜であることを特徴とする請求項５に記載の有機トランジスタ。
  8. 　上記抽出改善層は、
    　　主鎖骨格である上記Ａが、π電子を持った分子骨格、または、σ電子を持った分子骨格からなる自己組織化単分子膜であるか、
    もしくは、
    　　主鎖骨格である上記Ａが、上記分子骨格を複数含み、当該分子骨格同士が互いに化学結合を介して連結された分子骨格を有する自己組織化分子層積層膜であることを特徴とする請求項６または７に記載の有機トランジスタ。
  9. 　上記ソース電極における上記注入改善層の側の表面が金からなり、且つ、上記注入改善層の材料または分子にチオール基が含まれており、
    　ソース電極と注入改善層との間に金－チオール結合が形成されていることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  10. 　上記ドレイン電極における上記抽出改善層の側の表面が金からなり、且つ、上記抽出改善層の材料または分子にチオール基が含まれており、
    　ドレイン電極と抽出改善層との間に金－チオール結合が形成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  11. 　上記ソース電極における上記注入改善層の側の表面に水酸基を有し、且つ、上記注入改善層の材料または分子がシランカップリング部位とホスホン酸部位のうちの何れかを有しており、
    　ソース電極と注入改善層とが、ソース電極と注入改善層との界面に酸素を介した共有結合が形成されることにより接続していることを特徴とする請求項１から１０までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  12. 　上記ドレイン電極における上記抽出改善層の側の表面に水酸基を有し、且つ、上記抽出改善層の材料または分子がシランカップリング部位とホスホン酸部位のうちの何れかを有しており、
    　ドレイン電極と抽出改善層が、ドレイン電極と抽出改善層との界面に酸素を介した共有結合が形成されることにより接続していることを特徴とする請求項１から１０までの何れか１項に記載の有機トランジスタ。
  13. 　上記注入改善層は、下記化学式（１）；
    　　Ｘ－Ａ－Ｙ　・・・（１）
    によって表される有機化合物が集合してなる層であり、
    　上記Ｘは、上記ソース電極またはドレイン電極を構成する原子と化学結合する置換基であり、
    　上記Ａは、主鎖骨格であり、
    　置換基である上記Ｙは、官能基Ｙが、キャリアがホールの場合にはホルミル基またはトリフルオロメチル基であり、キャリアが電子の場合にはアミノ基またはジメチルアミノ基であり、
    　上記抽出改善層は、
    　上記化学式（１）によって表される有機化合物が集合してなる層であり、上記化学式（１）の官能基Ｙが、キャリアがホールの場合にはアミノ基またはジメチルアミノ基であり、キャリアが電子の場合にはニトロ基またはシアノ基であることを特徴とした請求項１１または１２に記載の有機トランジスタ。
  14. 　請求項１から１３までの何れか１項に記載の有機トランジスタを製造する製造方法であって、
    　ゲート絶縁層の上にソース電極を形成するソース電極形成工程と、
    　ソース電極の上に、注入改善層を形成する注入改善層形成工程と、
    　ゲート絶縁層の上にドレイン電極を形成するドレイン電極形成工程と、
    　ドレイン電極の上に、抽出改善層を形成する抽出改善層形成工程と、
    　注入改善層形成工程および抽出改善層形成工程の後に、注入改善層および抽出改善層に接触する有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程とを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
  15. 　上記注入改善層形成工程では、上記注入改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することを特徴とする請求項１４に記載の有機トランジスタの製造方法。
  16. 　上記抽出改善層形成工程では、上記抽出改善層として、自己組織化単分子膜、もしくは、自己組織化分子膜が積層された自己組織化分子膜積層膜を形成することを特徴とする請求項１４または１５に記載の有機トランジスタの製造方法。
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