(57)【要約】【課題】有機半導体を用いた薄膜トランジスタ素子において、ソース電極およびドレイン電極の少なくともチャネル側のエッジ部の有機半導体層やゲート絶縁層との密着性を向上することにより、段切れと界面剥離を防止することができる有機半導体薄膜トランジスタ素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１０上に、ゲート電極１１と、ゲート絶縁層１２と、ソース電極１３およびドレイン電極１４と、有機半導体層１５と、をこの順に備えた有機半導体薄膜トランジスタ素子１において、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる階段状のテーパ部と凹凸構造が備えられていることを特徴とする有機半導体薄膜トランジスタ素子。【選択図】図２
2020161523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層と、をこの順に備えた有機半導体薄膜トランジスタ素子において、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる構造が備えられており、
前記構造が、前記側面において階段状に形成されたテーパ部であり、前記上面に形成された凹凸形状であることを特徴とする有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項２】
前記ソース電極およびドレイン電極は、一種以上の金属から構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項３】
前記ソース電極およびドレイン電極を構成する金属が銀であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項４】
前記階段状に形成されたテーパ部の段数が２段以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項５】
前記階段状に形成されたテーパ部のテーパ角θが３２°以上５７°以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項６】
前記階段状に形成されたテーパ部の階段１段の高さである蹴上部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項７】
前記階段状に形成されたテーパ部の階段１段の奥行きである踏面部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項８】
前記上面に形成された凹凸形状の凸部の長さである山段差部が、０．０５〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１〜７に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項９】
前記上面に形成された凹凸形状の凹部の底面と凸部の上面の段差の大きさである高さ段差部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜８に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項１０】
前記上面に形成された凹凸形状の凹部の長さである谷段差部が、０．０５〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１〜９に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【請求項１１】
前記構造の総膜厚が、０．１〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体をチャネル層とした薄膜トランジスタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体層にシリコン（ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉなど）を用いる薄膜トランジスタ素子以外に、有機半導体材料から成る薄膜を用いた電子デバイスの開発が精力的に行われており、その中でも、有機薄膜トランジスタといった有機エレクトロニクスデバイス（以下、単に、有機デバイスと略称する場合がある）が注目を浴びている。これらの有機デバイスの最終的な目標として、低コスト、軽量、可撓性、高性能を挙げることができる。有機半導体材料は、シリコンを中心とする無機材料と比較して、
（１）低温で、簡易なプロセスにて、大面積の有機デバイスを低コストで製造することができる。
（２）可撓性を有する有機デバイスを製造することが可能である。
（３）有機材料を構成する分子を所望の形態に修飾することで、有機デバイスの性能や物性を制御することができる。
といった種々の利点を有している。
【０００３】
一般的に有機薄膜トランジスタ素子は二つの構造に分けることができる。一つはソース電極及びドレイン電極を、有機物半導体層を形成した後に形成するトップコンタクト型であり、もう一つは有機物半導体層を、ソース電極及びドレイン電極を形成した後に形成するボトムコンタクト型である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタ素子は、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタ素子よりも、電極から有機半導体層へのキャリア注入での障壁や、電極と有機半導体層界面の接触抵抗が小さいという点において優れた特性を有している。しかし、例えば一般的な電極形成において用いられるようなエッチング処理などの溶液処理に弱く、有機半導体層を形成した後にこのような処理を用いることは難しく、複雑な回路構成には対応できないといった課題がある。また、トランジスタ素子の動作電圧を低くするには、ソース電極とドレイン電極の間隔で定められるチャネル長を１μｍ程度まで短くする必要があるが、エッチング処理の代わりに他の方法、例えばマスク蒸着法を用いた場合であっても数十μｍ程度が限界であり、これ以下に加工することは困難であるといった課題がある。
そこで、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの改良の重要性が増している。
【０００５】
ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタ素子においては、ソース電極およびドレイン電極の端部の段差に跨って有機半導体層が形成されるので、可撓性基板を曲げたりするとこの段差に起因して、ソース電極およびドレイン電極の段差に重なる部分で有機半導体層が切れる所謂「段切れ」(図４の１６）や界面剥離（図４の１７）が発生し易い。段切れや界面剥離の発生は、有機半導体材料とソース電極およびドレイン電極との接続抵抗の増加をもたらす。有機半導体材料とソース電極およびドレイン電極との接続抵抗が増加すると、薄膜トランジスタ素子のオン電流が減少し、薄膜トランジスタ素子を動作させる上で所望の特性が得られないこととなり、薄膜トランジスタ素子の製造歩留りを大きく低下させる要因となる。
【０００６】
有機薄膜トランジスタ素子の電極（ゲート電極も含む）を形成する材料としては一般的に銀電極が用いられている（非特許文献２、３参照）。段切れや界面剥離に起因する接続抵抗の増加問題解決の為に、ゲート絶縁層上に形成するソース電極およびドレイン電極の
エッジ部にテーパ部を設けることは有効な方法である。例えば、ソース電極とドレイン電極のチャネル側にテーパ部を有した構造が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、ソース電極とドレイン電極のエッジ部にテーパを設けても、テーパが適切な形状でない場合は、有機半導体層と、ソース電極およびドレイン電極と、の接触面積が増加せず、密着性は改善しないため、段切れが発生する問題は依然として残る。ソース電極とドレイン電極のエッジ部のテーパ角θ（図１参照）を小さくすると、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極のエッジ部の接触面積は大きくなり、密着性は向上するが、ソース電極およびドレイン電極の先端部が薄くなり、ゲート絶縁膜と、ソース電極およびドレイン電極と、の密着性が悪化することから、基板を曲げた際に、界面剥離が生じ、特性が悪くなるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６６５１０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃ．Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏ，Ｐ．Ｒ．Ｌ．Ｍａｌｅｎｆａｎｔ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００２、１４、９９
【非特許文献２】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｖｏｌ．１５  Ｎｏ．１３、４９７６（２００８）
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９５、２５３３０２（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、有機半導体を用いた薄膜トランジスタ素子において、ソース電極およびドレイン電極の少なくともチャネル側のエッジ部の有機半導体層やゲート絶縁層との密着性を向上することにより、段切れと界面剥離を防止することができる有機半導体薄膜トランジスタ素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層と、をこの順に備えた有機半導体薄膜トランジスタ素子において、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる構造が備えられており、
前記構造が、前記側面において階段状に形成されたテーパ部であり、前記上面に形成された凹凸形状であることを特徴とする有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記ソース電極およびドレイン電極は、一種以上の金属から構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記ソース電極およびドレイン電極を構成する金属が銀であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記階段状に形成されたテーパ部の段数が２段以上で
あることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、前記階段状に形成されたテーパ部のテーパ角θが３２°以上５７°以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、前記階段状に形成されたテーパ部の階段１段の高さである蹴上部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、前記階段状に形成されたテーパ部の階段１段の奥行きである踏面部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明は、前記上面に形成された凹凸形状の凸部の長さである山段差部が、０．０５〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１〜７に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１８】
また、請求項９に記載の発明は、前記上面に形成された凹凸形状の凹部の底面と凸部の上面の段差の大きさである高さ段差部が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜８に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００１９】
また、請求項１０に記載の発明は、前記上面に形成された凹凸形状の凹部の長さである谷段差部が、０．０５〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１〜９に記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【００２０】
また、請求項１１に記載の発明は、前記構造の総膜厚が、０．１〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の有機半導体薄膜トランジスタ素子である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子によれば、絶縁基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層と、をこの順に備えた有機半導体薄膜トランジスタ素子において、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる構造が備えられている。その構造は、ソース電極およびドレイン電極の端部において、側面部に階段状の構造が、また上面部に凹凸状の構造が備えられている。そのため、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層との密着力が強くなり、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部において、有機半導体層との界面剥離や段切れを生じなくなる。そのことにより、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との接続抵抗が増加せず、有機半導体薄膜トランジスタ素子のオン電流が減少する問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子の一例の断面構造を示す概略断面図。
【図２】本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子における、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる構造の形状を例示する概略断面図。
【図３】本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子のＩｄs−Ｖｇｓ特性の一例を示すグラフ。
【図４】従来の有機半導体薄膜トランジスタ素子の断面構造の一例を示す概略断面図。
【図５】従来の有機半導体薄膜トランジスタ素子のＩｄs−Ｖｇs特性の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態間において重複する説明は省略する。
【００２４】
＜有機薄膜トランジスタ素子＞
図１に本発明の有機薄膜トランジスタ素子１の一例を示す。本発明の有機薄膜トランジスタ素子１は、絶縁基板１０上にゲート電極１１、ゲート絶縁層１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４、有機半導体層１５をこの順に備えたボトムゲート−ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ素子である。
【００２５】
本発明の有機薄膜トランジスタ素子１は、ソース電極およびドレイン電極の双方の電極が対向する側の端部の有機半導体層と接する、側面と、少なくとも上面の一部に、それらの表面積を増加させることにより有機半導体層との密着力を増強させる構造が備えられている。
【００２６】
それらの構造が、前記側面において階段状に形成されたテーパ部であり、前記上面に形成された凹凸形状であることが特徴である。
【００２７】
また、ソース電極およびドレイン電極は、一種以上の金属から構成されていても構わない。金属が銀であっても良い。
【００２８】
また、階段状に形成されたテーパ部の段数が２段以上であっても良い。
【００２９】
また、階段状に形成されたテーパ部のテーパ角θが、３２°以上５７°以下であっても良い。
【００３０】
また、階段状に形成されたテーパ部の階段１段の高さである蹴上部が、０．０１〜０．１μｍであっても良い。
【００３１】
また、階段状に形成されたテーパ部の階段１段の奥行きである踏面部が、０．０１〜０．１μｍであっても良い。
【００３２】
また、上面に形成された凹凸形状の凸部の長さである山段差部が、０．０５〜０．２μｍであっても良い。
【００３３】
また、上面に形成された凹凸形状の凹部の長さである谷段差部が、０．０５〜０．２μｍであっても良い。
【００３４】
また、前記構造の総膜厚が、０．１〜０．５μｍであっても良い。
【００３５】
次に、本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子１の構成要素について説明する。
【００３６】
（絶縁基板）
絶縁基板１０としては、樹脂基板を用いることができる。樹脂基板の場合、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン、
ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を使用することができる。これらの基板は単独で使用することもでき、二種以上を積層した複合基板を使用することもできる。
【００３７】
（ゲート電極）
ゲート電極１１としては、電圧を印加することで有機半導体層１５にキャリアを誘起させることができる導電性を有していれば特に限定されない。例えばＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃr、Ｍｏ等の低抵抗金属材料を好適に用いることができる。またゲート電極の厚さとしては、限定されるわけではないが、例えば０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にあることが望ましく、より望ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内である。
【００３８】
ゲート電極１１の形成手法は、ゲート電極１１を形成できる限り限定されるわけではないが、例えば、薄膜の形成手段としては、真空蒸着法やスパッタリング法を好適に用いることができる。また、形成した薄膜から配線パターンを得る手段としては、感光性レジストの塗布、露光、現像からなるレジストパターン形成工程およびその後のエッチング、レジストパターンの剥離などの工程を含むフォトリソグラフィ法を好適に使用することができる。
【００３９】
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１２としては、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、パリレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの高分子溶液、アルミナやシリカゲル等の粒子を分散させた溶液、または酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料の前駆体溶液を使用することができる。これらの溶液をスピンコート法やスリットダイコート法等を用いてゲート電極１１が形成された絶縁基板１０上に塗布し、焼成することにより、絶縁基板１０上のゲート電極１１の上にゲート絶縁層１２が形成された構造を形成することができる。また、ゲート絶縁層１２の形成方法としては、各種の印刷方法を採用することもできる。
【００４０】
（ソース電極およびドレイン電極）
ソース電極１３としては、ドレイン電極１４との間に電界を印加し、有機半導体層１５にキャリアを注入することができるものであり、本発明のドレイン電極１４は、ソース電極１３との間に電界を印加し、有機半導体層１５からキャリアを流れ込ませることができるものである。ソース電極１３およびドレイン電極１４は、構成において同じものを採用することができ、導電性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等の低抵抗金属から選ばれた何れか一種、または一種以上を含む材料を好適に用いることができる。例えば、仕事関数の関係（電極焼成温度に対するトランジスタのコンタクト抵抗が示す傾向が、物質内にある電子を一個外へ取り出すのに必要な最小エネルギーである仕事関数の変化が示す傾向と一致する）からＡｇであることが望ましい。なお、ソース電極１３およびドレイン電極１４の厚さとしては、限定されるわけではないが、例えば０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にあることが望ましく、より望ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内である。なお、ソース電極１３とドレイン電極１４は、ゲート絶縁膜１２を介してゲート電極１１と重なるように形成されている。このようにすることで、ソース電極１３とドレイン電極１４の間のチャネル領域全体にゲート電極１１を対応させることができ、有機半導体層１５におけるキャリアの誘起を確実に行わせることができる。
【００４１】
ソース電極１３とドレイン電極１４の形成方法としては、これら電極を形成することができる限り限定されるわけではないが、チャネル側の端部に望ましい階段形状パターン１９と最上部の凹凸パターン２０を得るためには、例えば、チャネル側の端部の階段形状パターン１９は、フォトレジストを使ったリフトオフ法と、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて階段を１段ずつ重畳させることにより形成することができる。一方、最上部に形成された凹凸形状からなる突起形状パターン２０は、フォトレジストを使ったリフトオフ法と真空蒸着法を用いて形成することができる。
【００４２】
（有機半導体層）
有機半導体層１５の材料としては、ポリチオフェン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども有機半導体層１５の材料として用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらの有機半導体材料は、トルエンなどの芳香族系の溶媒に溶解又は分散させてインキ状の溶液又は分散液として用いることができる。溶媒に適当な分散剤や安定剤等の添加剤を加えてもよい。
【００４３】
有機半導体層１５は、金属イオンと結合する化合物を含有する。例えばベンゾトリアール系またはトリアジン系の化合物が挙げられる。ベンゾトリアゾール系は、化学式（１）に示されるベンゾトリアールが基本形であり、他にメタノールの付加物である１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール（化学式（２））や、トリアゾール側にアルキル基を付加したもの（化学式（３））や、ベンゼン側にアルキル基を付加したものが挙げられる（化学式（４））。
【化１】
2020161523.tif 000003
【化２】
2020161523.tif 000004
【化３】
2020161523.tif 000005
【化４】
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【００４４】
トリアジンの基本骨格は化学式（５）に示されるものであり、例えば化学式（６）に示される２、４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン等が挙げられる。
【化５】
2020161523.tif 000007
【化６】
2020161523.tif 000008
ただし、化学式（３）〜（５）に於けるＲはアルキル基である。
【００４５】
有機半導体層１５の形成方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の印刷方法や各種の塗布方法を用いることができる。一般に、上記の有機半導体に関しては、溶剤に対する溶解度が低いため、低粘度溶液の印刷に適したフレキソ印刷、転写印刷、インクジェット法、ディスペンサを用いることが望ましい。
【００４６】
図２における階段形状パターン１９と突起形状パターン２０は、金属薄膜の形成に真空蒸着を使用して、フォトレジストを使ったリフトオフ法を繰返し用い、階段を１段ずつ重畳させることにより形成することができる。階段数と、テーパ角θと、階段１段の段の高さ（蹴上部２１）と、階段のステップの奥行き（踏面部２２）と、最上部の山段差部２３と、高さ段差部２４と、谷段差部２５と、を総膜厚で調整することができる。突起形状パターン２０は、良好なＩｄs−Ｖｇｓ特性を得るために、ソース電極およびドレイン電極と、ゲート電極との重なり部２６（図１参照）に亘って形成されている。
【００４７】
蹴上部２１の膜厚は、０．０１μｍ〜０．１μｍであることが好ましい。この範囲であれば、階段形状のテーパ部（階段形状パターン１９）を持った電極として適している。０．０１μｍより薄いと、階段形状のテーパ部を作製するのが困難となり、０．１μｍより厚いと、階段数が減るので、段切れが発生する可能性が高くなる。
【００４８】
踏面部２２（階段のステップの奥行き）は、０．０１μｍ〜０．１μｍであることが好ましい。この範囲であれば、階段形状のテーパ部（階段形状パターン１９）を持った電極として適している。この範囲を外れると、有機半導体層との密着性が悪くなる可能性が高くなる。
【００４９】
また、階段形状のテーパ部（階段形状パターン１９）のテーパ角θは、３２°から５７°が好ましい。この範囲であれば、有機半導体層との密着性が良好である。３２°より小さいと、階段形状のテーパ部を作製するのが困難となり、５７°より大きいと、有機半導体層との密着性が悪くなる可能性が高くなる。
【００５０】
山段差部２３のソース電極とドレイン電極が並ぶ方向の長さ（以後単に、長さ、とも記す。）は、０．０５μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。この範囲であれば、凹凸形状の段差部を持った電極として適している。この範囲を外れると、有機半導体層との密着性が悪くなる可能性が高くなる。
【００５１】
高さ段差部２４の膜厚は、０．０１μｍ〜０．１μｍであることが好ましい。この範囲であれば、凹凸形状の段差部を持った電極として適している。０．０１μｍより薄いと、凹凸形状の段差部を作製するのが困難となる。０．１μｍより厚いと、段切れや界面剥離が発生する可能性が高く、好ましくない。
【００５２】
谷段差部２５のソース電極とドレイン電極が並ぶ方向の長さ（以後単に、長さ、とも記す。）は、０．０５μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。この範囲であれば、凹凸形状の段差部を持った電極として適している。この範囲を外れると、有機半導体層との密着性が悪くなる可能性が高くなる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明に係る有機半導体薄膜トランジスタ素子の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は各実施例に限るものではない。
＜実施例＞
実施例では図１に示すような有機半導体薄膜トランジスタ素子１を作製した。
【００５４】
まず、絶縁基板１０としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用意した。
次に、その上に、ゲート電極１１として、モリブデン薄膜を、スパッタリング法を用いて形成した。
【００５５】
次に、モリブデン薄膜を、フォトリソグラフィ法を用いて幅１００μｍ、長さ３００μｍゲート電極１１のパターンを形成し、膜厚１００ｎｍのゲート電極１１を作製した。
【００５６】
次に、ゲート絶縁層１２となるポリビニルフェノールを含む溶液を、ゲート電極１１を含む絶縁基板１０上にフレキソ印刷法により塗布し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１μｍのゲート絶縁層１２を得た。
【００５７】
続いて、ゲート絶縁層１２上に、図２の概略断面図の形状になるように、電極材料としてＡｇを使用して、真空蒸着を使用したリフトオフ法により、階段状パターン部１９を設けたソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。階段状パターン部１９の形状は、
真空蒸着法を使用したリフトオフ法を繰返し用い、階段を１段ずつ重畳させて、階段数と、テーパ角θと、階段1段の膜厚（蹴上部２１）と、階段の奥行き（踏面部２２）と、最上部の山部の長さ（山段差部２３）と、高さ部の膜厚（高さ段差部２４）と、谷部の長さ（谷段差部２５）と、総膜厚と、で調整することができる。本実施例の場合は、階段数：４段、テーパ角θ：５７°、階段１段の膜厚（蹴上部２１）：２０ｎｍ、階段のステップの奥行き（踏面部２２）：２０ｎｍ、最上部の山部の長さ（山段差部２３）：５０ｎｍ、高さ部の膜厚（高さ段差部２４）：２０ｎｍ、谷部の長さ（谷段差部２５）：５０ｎｍになるように調整し、総膜厚１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を得た。
【００５８】
次に、ソース電極１３及びドレイン電極１４上にペンタフルオロチオフェノールをイソプロピルアルコールで１重量％に希釈した溶液に３０分浸漬させ、自己組織化単分子膜を形成した。
【００５９】
最後に、有機半導体材料である６、１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセンをテトラリンで２重量％になるように溶解させた溶液に、ベンゾトリアゾール系化合物を半導体材料（固形分）と重量比１．５：１となる様に添加したインキを、凸版印刷法を用いて、ソース電極１３とドレイン電極１４とに跨って印刷し、１００℃で６０分乾燥させて、膜厚３０ｎｍの有機半導体層１５を形成した。
【００６０】
以上の様にして作製したトランジスタのチャネル長は１０μｍ、チャネル幅は２００μｍであった。
作製した有機半導体薄膜トランジスタ素子の電流（Ｉｄｓ）−電圧（Ｖｇｓ）特性を測定した結果を図３に示した。ここで、Ｉｄｓは、ソース電極−ドレイン電極間電流であり、Ｖｇｓは、ソース電極を基準としてゲート電極に印加した電圧である。このグラフから、ＯＮ電流は、ディスプレイを駆動させる際の電圧であるＶｇｓが−２０Ｖで１０−６Ａ（アンペア）程度であった。
【００６１】
＜比較例＞
比較例として、図４に示したような有機半導体薄膜トランジスタ素子を作製した。
作製方法としては、実施例に示した作製方法のうち、ゲート絶縁層１２の上に形成するソース電極１３とドレイン電極１４の形成を、Ａｇを成膜した後、フォトリソ方式でパターニングする以外は、同じ作製方法と同じ条件になるように作製した。この場合のソース電極１３とドレイン電極１４のパターン端部の絶縁基板１０に近い部位の断面形状は、表面にほぼ直交する切り立った断面形状となり、またパターン端部の電極の表面に近い部位の断面も、電極の表面にほぼ直交する断面形状となった。そのため、図４に模式的に示したように、ソース電極１３とドレイン電極１４の有機半導体薄膜トランジスタ素子１８のチャネル側の端部には、有機半導体層１５が薄くなった部位に段切れ１６や界面剥離１７が発生した。
【００６２】
この有機半導体薄膜トランジスタ素子１８の電流（Ｉｄｓ）−電圧（Ｖｇｓ）特性を測定した結果を図５に示した。このグラフから、オン電流は、ディスプレイを駆動させる際の電圧であるＶｇｓが−２０Ｖで１０−７Ａ（アンペア）程度であった。
【００６３】
以上の結果から、本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子１のオン電流は、従来の方法で作製した有機半導体薄膜トランジスタ素子１８より１桁近く大きい値が得られることが分った。これは、本発明の有機半導体薄膜トランジスタ素子１においては、有機半導体層１５がソース電極１３およびドレイン電極１４の端部において段切れや界面剥離を起こさないため、有機半導体層１５とソース電極１３およびドレイン電極１４との接続抵抗が小さくなるためであると考えられる。
【符号の説明】
【００６４】
１    有機半導体薄膜トランジスタ素子
１０  絶縁基板
１１  ゲート電極
１２  ゲート絶縁層
１３  ソース電極
１４  ドレイン電極
１５  有機半導体層
１６  段切れ
１７  界面剥離
１８  有機半導体薄膜トランジスタ素子
１９  階段形状パターン（階段形状のテーパ部）
２０  突起形状パターン（凹凸形状の段差部）
２１  蹴上部
２２  踏面部
２３  山段差部
２４  高さ段差部
２５  谷段差部
２６  ゲート電極との重なり部
θ  テーパ角
【図１】
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【図２】
2020161523.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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