(57)【要約】【課題】有機半導体層の結晶性を向上可能な有機トランジスタを提供する。【解決手段】基板１の一表面側にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２上にゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３におけるゲート電極２側とは反対の表面側においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成され、ゲート絶縁膜３の上記表面側においてソース電極４とドレイン電極５との間の領域に一部が形成された有機半導体層７とを備えている。また、有機半導体層７とゲート絶縁膜３との間に自己組織化単分子膜８が設けられており、有機半導体層７は、自己組織化単分子膜８におけるゲート絶縁膜３側とは反対の表面においてソース電極４とドレイン電極５との間の領域に形成した多数の有機ナノ構造体（有機ナノドット）６を核として形成された有機半導体薄膜により構成されている。【選択図】図１
2010232480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一表面側にゲート電極が形成されるとともに、ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成されており、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側とは反対の表面側においてソース電極とドレイン電極とが離間して形成され、ゲート絶縁膜の前記表面側において少なくともソース電極とドレイン電極との間の領域に形成された有機半導体層とを備えた有機トランジスタであって、有機半導体層とゲート絶縁膜との間に自己組織化単分子膜が設けられ、有機半導体層は、自己組織化単分子膜におけるゲート絶縁膜側とは反対の表面において少なくともソース電極とドレイン電極との間の領域に形成した多数の有機ナノ構造体を核として形成された有機半導体薄膜からなることを特徴とする有機トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスタ（有機薄膜トランジスタ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料の軽量、柔軟性、低コスト化が可能、などの特徴を活かした有機薄膜デバイスの研究開発が各所で行われている。すでに、電子複写機の分野での有機感光体や表示素子の分野での有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）など、有機薄膜デバイスの実用化が進んでおり、有機トランジスタについても、フレキシブルシートディスプレイ、電子ペーパーなどのディスプレイ分野、プラスチックＩＣカード、情報タグなどの携帯・ウエアラブル電子機器などの分野で注目が集まっている。
【０００３】
ここにおいて、有機トランジスタは、１９８０年代から低分子材料系や高分子材料系の有機半導体薄膜からなる有機半導体層を用いた有機トランジスタの基礎特性が調べられ、最近では、アモルファスシリコンＴＦＴや多結晶シリコンＴＦＴなどの無機トランジスタにせまるキャリア移動度を持つ有機トランジスタが報告されている（非特許文献１）。
【０００４】
有機トランジスタとしては、図１２に示すようなボトムコンタクト型の有機トランジスタや、図１３に示すようなトップコンタクト型の有機トランジスタが知られている。
【０００５】
ここにおいて、図１２に示したボトムコンタクト型の有機トランジスタは、基板１の一表面上にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３上においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成され、ゲート絶縁膜３の表面、ソース電極４およびドレイン電極５を覆うように有機半導体層７が形成されている。
【０００６】
また、図１３に示した構成のトップコンタクト型の有機トランジスタは、基板１の一表面上にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３上を覆うように有機半導体層７が形成され、有機半導体層７上においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成されている。
【０００７】
図１２や図１３に示した構成の有機トランジスタでは、ゲート電極２・ソース電極４間に電圧（ゲート電圧）を印加することにより、有機半導体層７にキャリアのチャネルが形成され、ソース電極４・ドレイン電極５間に電流が流れる。ここで、有機トランジスタのデバイス特性は、有機半導体層７のゲート絶縁膜３との界面におけるグレイン（単結晶粒）の大きさの影響を受け、グレインサイズを大きくすることにより、デバイス特性が向上する。なお、ボトムコンタクト型の有機トランジスタのチャネル長は、例えば、２５μｍ程度、トップコンタクト型の有機トランジスタのチャネル長は、例えば、１００μｍ程度である。
【０００８】
ところで、有機トランジスタのデバイス特性をさらに向上させる手法として、有機半導体層を欠陥の少ない有機半導体単結晶薄膜とすることが考えられる。一方、無機トランジスタの一種である多結晶シリコンＴＦＴにおいては、グレインサイズの大きな多結晶シリコン薄膜を形成する方法として、アモルファスシリコン薄膜上に多数の円柱状のメタルパッドを形成してから、エキシマレーザでアニールすることによりグレインサイズが大きくて且つ均一性が高く結晶性の良い多結晶シリコン薄膜を形成できることが報告されている（非特許文献２）。なお、上記非特許文献２では、メタルパッドの半径を０．７５μｍ、隣り合うメタルパッド間の距離を５μｍに設定した例が開示されている。
【０００９】
ここにおいて、有機トランジスタの製造にあたって、上記非特許文献２に記載の技術を適用することも考えられるが、この場合には有機半導体層が有機半導体多結晶薄膜により構成されているので、グレインバウンダリ（粒界）に起因してデバイス特性の向上が制限されてしまう。
【００１０】
これに対して、図１４に示すように、基板１の一表面側にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２上にゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３におけるゲート電極２側とは反対の表面側においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成され、ゲート絶縁膜３の上記表面側においてソース電極４とドレイン電極５との間の領域に一部が形成された有機半導体層７とを備え、有機半導体層７の形成にあたって、ゲート絶縁膜３の上記表面上に多数の島状突起からなる有機ナノ構造体６’を形成してから有機半導体層７を蒸着法により形成することで有機半導体層７の結晶性を改善してなる有機トランジスタが提案されている（特許文献１参照）。なお、上記特許文献１においては、有機ナノ構造体６をスピンコート法もしくはスプレー塗布法により形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２３０２１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】By ChristosD. Dimitrakopoulos,et,al,「Organic Thin Film Transistorfor Large Area Electronics」,Adv.Mater.,14,No.2,2002,p.99-117
【非特許文献２】Hsu-YuChang,et,al,「The Improvement of Polycrystalline SiliconTFTs Fabricated by Employing Periodic Metal Pads」,IEEETRANSACTIONS ON ELECTORON DEVICES,VOL.53,NO.8,2006,p.1939-1943
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１に開示された有機トランジスタにおいても、単結晶を得ることは難しく（有機ナノ構造体６’の材料によって有機半導体層７のｃ軸配向率が７０〜９５％の範囲で変化している）、有機半導体層の結晶性のより一層の向上が望まれている。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、有機半導体層の結晶性を向上させることが可能な有機トランジスタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、基板の一表面側にゲート電極が形成されるとともに、ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成されており、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側とは反対の表面側においてソース電極とドレイン電極とが離間して形成され、ゲート絶縁膜の前記表面側において少なくともソース電極とドレイン電極との間の領域に形成された有機半導体層とを備えた有機トランジスタであって、有機半導体層とゲート絶縁膜との間に自己組織化単分子膜が設けられ、有機半導体層は、自己組織化単分子膜におけるゲート絶縁膜側とは反対の表面において少なくともソース電極とドレイン電極との間の領域に形成した多数の有機ナノ構造体を核として形成された有機半導体薄膜からなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、自己組織化単分子膜により各有機ナノ構造体の下地表面の表面エネルギーを制御することができ、ゲート絶縁膜上に各有機ナノ構造体を形成する場合に比べて、有機ナノ構造体のアスペクト比を大きくすることが可能となって、有機半導体層の結晶性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明では、有機半導体層の結晶性を向上させることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１の有機トランジスタの概略断面図である。
【図２】有機ナノ構造体を形成する実験１および比較実験１の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図３】有機ナノ構造体を形成する実験２および比較実験２の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図４】有機ナノ構造体を形成する実験３および比較実験３の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図５】有機ナノ構造体を形成する実験４および比較実験４の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図６】有機ナノ構造体を形成する実験５および比較実験５の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図７】有機ナノ構造体を形成する実験６および比較実験６の結果を示すＡＦＭ像図である。
【図８】同上の有機ナノ構造体の構造制御の説明図である。
【図９】同上の比較例の有機トランジスタの概略断面図である。
【図１０】実施形態２の有機トランジスタの概略断面図である。
【図１１】同上の比較例の有機トランジスタの概略断面図である。
【図１２】従来例を示す有機トランジスタの概略断面図である。
【図１３】他の従来例を示す有機トランジスタの概略断面図である。
【図１４】別の従来例を示す有機トランジスタの製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態の有機トランジスタは、ボトムコンタクト型の有機トランジスタであって、図１に示すように、基板１の一表面側にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２上にゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３におけるゲート電極２側とは反対の表面側においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成され、ゲート絶縁膜３の上記表面側においてソース電極４とドレイン電極５との間の領域に一部が形成された有機半導体層７とを備えている。なお、有機半導体層７は、ゲート絶縁膜３の上記表面側において少なくともソース電極４とドレイン電極５との間の領域に形成されていればよい。
【００２０】
また、本実施形態の有機トランジスタは、有機半導体層７とゲート絶縁膜３との間に自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer：ＳＡＭ膜）８が設けられており、有機半導体層７は、自己組織化単分子膜８におけるゲート絶縁膜３側とは反対の表面においてソース電極４とドレイン電極５との間の領域に形成した多数の有機ナノ構造体（有機ナノドット）６を核として形成された有機半導体薄膜により構成されている。要するに、本実施形態の有機トランジスタは、ゲート電極２上のゲート絶縁膜３上に自己組織化単分子膜８が形成され、自己組織化単分子膜８上にソース電極４、ドレイン電極５および各有機ナノ構造体６が形成され、有機半導体層７が自己組織化単分子膜８の表面、ソース電極４、ドレイン電極５および各有機ナノ構造体６を覆うように形成されている。
【００２１】
上述の基板１としては、表面にシリコン酸化膜を形成したシリコン基板を用いているが、これに限らず、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、多結晶シリコン基板、アモルファスシリコン基板、ＩＴＯ基板などを用いてもよいし、これらを適宜組み合わせた複合基板を用いてもよい。なお、基板１として、ガラス基板、石英基板、透明なプラスチック基板、ＩＴＯ基板などの透光性基板を用いれば、基板１上に有機トランジスタの他に有機ＥＬ素子や有機太陽電池などの有機光電変換素子を形成して基板１の他表面を光機能面（有機ＥＬ素子においては光出射面、有機太陽電池においては光入射面）とすることもできる。
【００２２】
また、ゲート電極２、ソース電極４、およびドレイン電極５それぞれの電極材料は、導電性材料であればよく、特に限定するものではない。ここで、電極材料としては、例えば、ＩＴＯ、金、銀、白金、銅、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などを挙げることができる。
【００２３】
ゲート絶縁膜３の材料としては、種々の絶縁材料を用いることができ、無機化合物あるいは有機高分子化合物が好ましい。ゲート絶縁膜３の材料として用いる無機化合物としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムなどを挙げることができる。また、ゲート絶縁膜３の材料として用いる有機高分子化合物としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、光ラジカル重合系の光硬化性樹脂などを挙げることができる。
【００２４】
有機ナノ構造体６の形状は、円柱状としてあるが、これに限らず、例えば、上端面と下端面とで直径が異なる柱状でもよいし、半球状でもよい。ここで、有機トランジスタの分野では、チャネル長を短くすることによる高速化・高集積化が進められており、有機ナノ構造体６の粒径は、１μｍ未満で設定することが望ましい。
【００２５】
また、有機ナノ構造体６、有機半導体層７に用いられる有機半導体材料は、キャリア輸送材料であることが好ましく、正孔輸送材料としては、正孔を輸送する能力を有するとともに電子をブロックするような特性を有する化合物が挙げられる。具体的には、セキシチオフェン（α―６Ｔ）、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス(３−メチルフェニル)−(１，１’−ビフェニル)−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）などの芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、およびポリビニルカルバゾール、ポリシラン、アミノピリジン誘導体、ポリエチレンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子などの高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
また、有機ナノ構造体６、有機半導体層７に用いる材料としては、テトラチオフルバレン、テトラフェニルテトラチオフルバレンなどの電気伝導性有機電荷移動錯体を用いることもできるが、電気伝導性有機電荷移動錯体は錯体としての機能があればこれらに限定されるものではない。
【００２７】
有機ナノ構造体６、有機半導体層７の有機半導体材料としては、電子を供与する導電性高分子として、例えば、ポリ(３−アルキルチオフェン)、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、導電性高分子のオリゴマーなどのトルエンなどの有機溶媒に可溶なものが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２８】
また、有機ナノ構造体６、有機半導体層７に用いられる有機半導体材料として用いる電子輸送材料としては、例えば、バソクプロイン、バソフェナントロリン、およびそれらの誘導体、ＴＰＢｉ、シロール化合物、トリアゾール化合物、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、ビス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、オキサジアゾール化合物、ジスチリルアリレーン誘導体、シロール化合物、ＴＰＢＩ（２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンツイミダゾール］）、Ｃ６０のようなフラーレンなどがあげられるが、電子輸送性の材料であれば特にこれらに限定されるものでない。また電子移動度としては、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上、より好ましくは１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上の材料が良い。
【００２９】
有機ナノ構造体６、有機半導体層７の有機半導体材料としては、電子を授受し輸送する材料として、化合物半導体粒子、特に粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の化合物半導体ナノ結晶を用いてもよい。また、化合物半導体ナノ結晶の形状は、特に限定するものではないが、円柱状（ロッド状）、球状、テトラポッド状でもよい。ここで、化合物半導体ナノ結晶の具体的な材料としては、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体結晶、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳなどのII−VI族化合物半導体結晶、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物半導体結晶、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳなどが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。また、電子を輸送する材料であれば、これに限らず、フラーレン誘導体などからなる低分子材料や導電性高分子なども用いることができる。
【００３０】
以上説明した有機ナノ構造体６と有機半導体層７とは、同一材料により形成してもよいし、異種材料により形成してもよい。また、有機ナノ構造体６と有機半導体層７とは形成時間以外を同じとした条件で形成してもよいし、異なる条件で形成してもよい。
【００３１】
ところで、有機ナノ構造体６の形成方法としては、真空蒸着法を採用しているが、これに限らず、例えば、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット（Langmuir-Blodgett：ＬＢ）法、エピタキシャル成長法（例えば、MolecularBeam Epitaxy （ＭＢＥ）法）などを採用してもよく、所望の有機ナノ構造体６を形成できる形成方法であれば、この限りではない。
【００３２】
なお、スピンコート法により有機ナノ構造体を形成する方法は、上記特許文献１に記載され、また、スピンコート法やＬＢ法により有機ナノ構造体を形成する方法は、刊行物１(Tomoyuki Akutagawa,et,al,「MolecularlyAssembled Nanostructures of a Redox-Active Organogelator」,Angew.Chem.Int.Ed.,44, ,2005,p.7283-7287)に記載されており、ＭＢＥ法により有機ナノ構造体を形成する方法は、刊行物２（奥山博基、外５名，「分子ナノデバイス実現へ向けたＣ６０超薄膜形成」，信学技報，社団法人  電子情報通信学会，OME2004-124(2005-01)）に記載されている。ただし、スピンコート法により有機ナノ構造体を形成する方法では、不純物の影響が大きい、材料の制約が大きい、有機ナノ構造体の面内分布の均一性が低い、などの課題があり、ＬＢ法により有機ナノ構造体を形成する方法では、不純物の影響が大きい、材料の制約が大きい、などの課題があり、ＭＢＥ法により形成する方法では、基板および有機ナノ構造体それぞれの材料や基板の形状の制約が大きい、ＭＢＥ装置が高価である、などの課題がある。これに対して、一般的な真空蒸着法により有機ナノ構造体を形成するようにすれば、不純物の影響が少ない、真空下で昇華する材料であればよいので、材料の制約が少ない、有機ナノ構造体の面内分布の均一性が高くなる、などの利点がある。
【００３３】
ここにおいて、有機ナノ構造体６の形状については、例えば、真空蒸着法により形成する場合、有機ナノ構造体６の有機材料、蒸着膜厚、蒸着速度、基板温度、有機ナノ構造体６形成前後のアニール、下地の材料（ここでは、自己組織化単分子膜８の材料）、などによって制御することができる。
【００３４】
自己組織化単分子膜８は、例えば、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３：ＨＭＤＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＣＨ３(ＣＨ２)１７ＳｉＣｌ３：ＯＴＳ）などのシラン化合物などを用いて形成すればよく、蒸気状のＨＭＤＳ雰囲気に基板１の上記一表面側のゲート絶縁膜３表面を暴露させることにより形成してもよいし、上記化合物が溶解した溶液に浸すことによって形成するようにしてもよく、ゲート絶縁膜３上に自己組織化単分子膜８を形成可能な化合物であれば、これに限らない。なお、ＨＭＤＳ蒸気に曝した場合の自己組織化単分子膜８は、（ＣＨ３）３ＳｉＯにより形成され、また、ＯＴＳ蒸気に曝した場合の自己組織化単分子膜８は、ＣＨ３(ＣＨ２)１７ＳｉＯ３により形成される。
【００３５】
ここにおいて、シリコン基板に熱酸化法により膜厚が３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した実験用基板を用い、当該実験用基板の一表面側にＨＭＤＳ処理による自己組織化単分子膜８を成膜し、その後、有機半導体材料として、薄膜形成時にアモルファス性の有機薄膜が形成されるＴＰＤを採用し、真空蒸着装置のチャンバ内の真空度を４．０×１０−４Ｐａ、蒸着速度を０．０１ｎｍ／ｓ、蒸着膜厚を１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍとすることで有機ナノ構造体６を形成する実験１を行った試料の表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図２の下段に示す。ただし、蒸着膜厚は、水晶振動子にて計測した値であって、平均膜厚である。また、粒径は、ＡＦＭ像図から読み取った値である。ここで、実験用基板への自己組織化単分子膜８の成膜前の前処理としては、濃度が９８％の硫酸と濃度が３０％の過酸化水素水とを体積比４対１で混合して７０℃に加温した硫酸過水に１０分間だけ浸漬することで実験用基板の表面に付着している有機物の除去を行い、実験用基板の表面を親水化した。さらに、純水で十分に硫酸過水を洗い流した後、純水、アセトン、イソプロピルアルコールそれぞれで５分間の超音波洗浄を行い、自己組織化単分子膜８の成膜直前に、ＵＶ光およびオゾンを１０分間だけ照射した。また、自己組織化単分子膜８を成膜するＨＭＤＳ処理では、７０℃に加熱したＨＭＤＳ蒸気に３０分間だけ曝すことでＨＭＤＳの構成分子の一部を実験用基板の上記一表面側に化学吸着させた。
【００３６】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験１と同様の比較実験１を行った結果を図２の上段に示す。
【００３７】
また、有機半導体材料として薄膜形成時にアモルファス性の有機薄膜が形成されるα−ＮＰＤを用いた以外は実験１と同じ実験２を行った試料の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図３の下段に示す。
【００３８】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験２と同様の比較実験２を行った結果を図３の上段に示す。
【００３９】
また、有機半導体材料として薄膜形成時に結晶性の有機薄膜が形成されるα―６Ｔを用いた以外は実験１と同様の実験３を行った試料の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図４の下段に示す。
【００４０】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験３と同様の比較実験３を行った結果を図４の上段に示す。
【００４１】
また、有機半導体材料として薄膜形成時に結晶性ないしアモルファス性の有機薄膜が形成されるフラーレン（Ｃ６０）を用いた以外は実験１と同様の実験４を行った試料の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図５の下段に示す。
【００４２】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験４と同様の比較実験４を行った結果を図５の上段に示す。
【００４３】
また、実験１と同様の条件で、蒸着膜厚を１０ｎｍとし、蒸着速度を０．０１ｎｍ／ｓ、０．１ｎｍ／ｓ、１ｎｍ／ｓの３種類とした実験５を行った試料の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図６の下段に示す。
【００４４】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験５と同様の比較実験５を行った結果を図６の上段に示す。
【００４５】
また、実験１と同様の条件で、蒸着時の実験用基板の温度を常温、１００℃とし、蒸着膜厚（平均膜厚）を１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍとした実験６を行った試料の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像図のスケールは５μｍ×５μｍ）を図７の下段に示す。
【００４６】
また、自己組織化単分子膜８を形成せずに有機ナノ構造体６を形成する点以外は実験６と同様の比較実験６を行った結果を図７の上段に示す。
【００４７】
上述の図２〜図７において、実験１〜６と対応する比較実験１〜６との比較から、自己組織化単分子膜８を形成することにより、表面エネルギーを変化させることができることが分かり、有機ナノ構造体６の材料、蒸着速度、基板温度を適宜設定することによって、有機ナノ構造体６の形状を制御できることが分かる。
【００４８】
また、上述の実験１および比較実験１の結果に基づいて、円柱状のナノドットからなる有機ナノ構造体６の直径および高さの蒸着膜厚依存性をＨＭＤＳ処理の有無で比較した結果を図８に示す。
【００４９】
図８から、自己組織化単分子膜８を形成した場合には、自己組織化単分子膜８を形成していない場合に比べて、蒸着膜厚に関わらず、よりアスペクト比（高さ／直径）が大きく高低差の大きい有機ナノ構造体６が形成されていることが分かる。特に、蒸着膜厚が２０ｎｍのときには、自己組織化単分子膜８を形成していない場合、高さが約１００ｎｍ、直径が約１０００ｎｍで、アスペクト比が約０．１であるのに対して、自己組織化単分子膜８を形成した場合、高さが約１５０ｎｍ、直径が約６００ｎｍで、アスペクト比が約０．２５であり、アスペクト比が約２．５倍になっている。
【００５０】
ここにおいて、有機ナノ構造体６の形成時に、先に形成された有機ナノ構造体６上に、有機半導体材料の分子が吸着すると有機ナノ構造体６の下地表面の面積が増加するので、有機ナノ構造体６の下地表面の表面エネルギーが高くなる。これに対して、近接する有機ナノ構造体６間に有機半導体材料の分子が吸着すると有機ナノ構造体６の下地表面の面積が減少するので、有機ナノ構造体６の下地表面の表面エネルギーが低くなり、有機ナノ構造体６上には分子が吸着しにくくなる一方で、有機ナノ構造体６間に分子が吸着されやすくなり、表面が平坦化される（連続膜ないし網目構造が形成される）。つまり、有機ナノ構造体６の形状制御には、下地表面−分子間および分子−分子間のエネルギー差（濡れ性）だけではなく、有機ナノ構造体６のエネルギー的な安定性も強く関与するため、蒸着膜厚も重要なファクタとなる。
【００５１】
また、ゲート絶縁膜３上にＨＭＤＳ処理による自己組織化単分子膜８を形成する前とＨＭＤＳ処理による自己組織化単分子膜８を形成した後とのそれぞれについて、基板１の上記一表面側の最表面に対する純水の接触角を測定したところ、ＨＭＤＳ処理前の接触角が２１．７°であったのに対して、ＨＭＤＳ処理後の接触角は９６．８°であった。
【００５２】
要するに、自己組織化単分子膜８を形成することにより、有機ナノ構造体６の下地表面の接触角が大きくなっており（つまり、撥水性が高くなっており）、表面エネルギーが小さくなっていることが分かる。
【００５３】
また、有機半導体層７は、例えば、物理的気相輸送法（Physical Vapor Transport Method：ＰＶＴ法）、蒸着法、塗布法などにより形成すればよい。
【００５４】
ここにおいて、例えば、ＰＶＴ法により、有機半導体層７を形成する場合の条件の一例を挙げれば、有機半導体層７の形成前にＨＭＤＳ処理を行うことで形成した自己組織化単分子膜８の表面にα−６Ｔからなる有機ナノ構造体６を真空蒸着法により蒸着膜厚を２ｎｍとして形成し、その後、ＰＶＴ法で、キャリアガスとしてＡｒガス、有機半導体材料からなる原料としてα−６Ｔを用い、成長炉内において上流側に配置される原料の温度を２３５℃、成長炉内において下流側に配置される基板１の温度を２２０℃、成長時間を１１時間とすればよい。なお、この条件より形成された有機半導体層７を構成する有機半導体薄膜は、自己組織化単分子膜８を形成していない場合に比べて結晶性が向上しており、一般的な有機トランジスタのチャネル長に基づいて形成する平面サイズであれば、単結晶とみなすことができる。
【００５５】
以上説明した本実施形態の有機トランジスタによれば、製造時にゲート絶縁膜３上に形成する自己組織化単分子膜８により各有機ナノ構造体６の下地表面の表面エネルギーを制御することができ、図９に示す比較例のようにゲート絶縁膜３上に各有機ナノ構造体６を形成する場合に比べて、有機ナノ構造体６のアスペクト比を大きくすることが可能となって、有機半導体層７の結晶性も向上可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態では、有機半導体層７がソース電極４とドレイン電極５との間の領域だけでなくソース電極４およびドレイン電極５を覆うように形成されているが、有機半導体層７は、少なくともソース電極４とドレイン電極５との間に形成されていればよい。また、有機ナノ構造体６は、ゲート絶縁膜３の上記表面側（ここでは、自己組織化単分子膜８上）において少なくともソース電極４とドレイン電極５との間の領域に形成されていればよく、ソース電極４およびドレイン電極５に重なる領域には形成してもしなくてもどちらでもよい。
【００５７】
（実施形態２）
本実施形態の有機トランジスタは、トップコンタクト型の有機トランジスタであって、図１０に示すように、基板１の一表面上にゲート電極２が形成されるとともに、ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成されており、ゲート絶縁膜３上に自己組織化単分子膜８が形成され、自己組織化単分子膜８上に多数のナノサイズの有機ナノ構造体６が互いに離間して形成されており、自己組織化単分子膜８の表面および各有機ナノ構造体６を覆うように有機半導体層７が形成され、有機半導体層７上においてソース電極４とドレイン電極５とが離間して形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
有機半導体層７は、ソース電極４とドレイン電極５との間の領域で当該有機半導体層７の下地表面（本実施形態では、自己組織化単分子膜８の上記表面）に形成した多数の有機ナノ構造体６を核として形成された有機半導体薄膜により構成されている。
【００５９】
以上説明した本実施形態の有機トランジスタによれば、製造時にゲート絶縁膜３上に形成する自己組織化単分子膜８により各有機ナノ構造体６の下地表面の表面エネルギーを制御することができ、図１１に示す比較例のようにゲート絶縁膜３上に各有機ナノ構造体６を形成する場合に比べて、有機ナノ構造体６のアスペクト比を大きくすることが可能となって、有機半導体単結晶薄膜からなる有機半導体層７を形成することが可能となり、有機半導体層７の結晶性を向上可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１  基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁膜
４  ソース電極
５  ドレイン電極
６  有機ナノ構造体
７  有機半導体層
８  自己組織化単分子膜
【図１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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