(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動電圧を低減でき、かつオンオフ特性の高い有機トランジスタを提供する。【解決手段】基板１上に形成された凸状の第１の電極２と、第１の電極２の上面２ａ及び側面２ｂ，２ｃを覆う絶縁層と、絶縁層を介して第１の電極２の上面２ａ上に設けられる第２の電極６と、第１の電極２の側面２ｂ，２ｃ上の絶縁層上及び基板１上に設けられる第３の電極７，８と、第２の電極６と第３の電極７，８の間を覆うように設けられる有機半導体層９とを備える有機トランジスタであって、絶縁層が、第１の電極２の上面２ａ及び側面２ｂ，２ｃを覆う第１の絶縁膜３及び第２の絶縁膜４と、第２の電極６と第３の電極７，８の間の第２の絶縁膜４上に設けられる第３の絶縁膜５とから構成され、第１の絶縁膜３が第１の電極２の陽極酸化膜であり、第２の絶縁膜４がポリパラキシリレン誘導体から形成された膜であり、第３の絶縁膜５がカップリング剤から形成された膜である。【選択図】図１
2010040581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に凸部形状を形成する第１の電極と、
前記第１の電極の上面及び側面を覆う絶縁層と、
前記絶縁層を介して少なくとも前記第１の電極の上面上に設けられる第２の電極と、
前記第１の電極の側面上の前記絶縁層に沿う領域が、前記第２の電極との間で形成されるチャネル領域となるように、前記基板上に設けられる第３の電極と、
前記第２の電極と前記第３の電極の間を覆い、前記チャネル領域を形成するように設けられる有機半導体層とを備える有機トランジスタであって、
前記絶縁層が、前記第１の電極の上面及び側面を覆い、この順序で積層される第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜と、前記第２の電極と前記第３の電極の間の前記第２の絶縁膜上に少なくとも設けられる第３の絶縁膜とから構成され、
前記第１の絶縁膜が前記第１の電極の表面を陽極酸化することにより形成される陽極酸化膜であり、
前記第２の絶縁膜がポリパラキシリレン誘導体から形成された膜であり、
前記第３の絶縁膜がカップリング剤から形成された膜であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜の厚みが１０〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記第２の絶縁膜の厚みが１０〜５０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記第３の絶縁膜の厚みが１．３〜１０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機トランジスタを製造する方法であって、
前記基板上に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面を陽極酸化することにより前記第１の電極の上面及び側面に前記第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に、前記第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極の上面上に、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜を介して前記第２の電極を形成すると共に、前記基板上に前記第３の電極を形成する工程と、
少なくとも前記第２の電極と前記第３の電極の間の前記第２の絶縁膜の上に、前記第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記有機半導体層を形成する工程とを備えることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層を備える有機トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の無機系材料に替えて、有機材料を活性材料として用いる有機薄膜素子への注目が集まっている。有機薄膜素子の代表例としては、有機薄膜トランジスタや、有機ＥＬ素子等が挙げられる。有機薄膜素子は、印刷法で成膜ができ、シリコン系等の無機半導体系素子に比べて低温での膜形成が可能であり、超軽量、薄型でフレキシブルなプラスチック基板上にも形成が可能であるため、新しいデバイスの創出や、低コスト化面での期待が高い。
【０００３】
有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタの代表例として、高分子系材料であるポリチオフェンを用いた電界効果型トランジスタ（非特許文献２）や、低分子系材料であるペンタセンを用いた電界効果型トランジスタ（非特許文献３）などが報告されている。いずれもチャネル領域が基板に対して水平に設けられた、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）構造が用いられているが、動作電圧が２０〜３０Ｖ程度と高く、十分なドレイン電流も得られていなかった。
【０００４】
動作電圧の低減への取り組みとして、有機絶縁材料に比べて誘電率が高い材料を用いる取り組みが行われている。誘電率の低い材料をゲート絶縁膜として用いた場合、ゲート絶縁膜の静電容量が小さいために、十分なドレイン電流を得るためには数十Ｖ以上の大きな電圧が必要となる。ゲート絶縁膜に誘電率が２４である五酸化タンタルを用いて動作電圧を１０Ｖ以下に低減したことが報告されている（非特許文献１）。
【０００５】
また、ドレイン電流を向上させる取り組みとして、短チャネル構造が提案されている。有機薄膜トランジスタのドレイン電流は、飽和領域において次の式で表される。
【０００６】
ＩＤ＝Ｗε０---εｒ---μ（ＶＧ−Ｖｔｈ）２／（２ｄＬ）
（但し、ＩＤ:ドレイン電流、Ｗ：チャネル幅、ε０：真空の誘電率、εｒ：比誘電率、μ：電界効果移動度、ＶＧ：ゲート電圧、Ｖｔｈ：しきい値電圧、ｄ：ゲート絶縁膜厚み、Ｌ：チャネル長）
【０００７】
ドレイン電流を増加させるためには、チャネル幅Ｗを増加させることが有効であるが、チャネル幅を増やせば、その分、有機薄膜トランジスタの占有面積が増大し、高集積化ができなくなる。
【０００８】
そこで、ドレイン電流を増加させるためのもう一つの方法として、チャネル長を短くする方法が考えられた。従来のＭＯＳ−ＦＥＴではリソグラフィー技術の解像度に依存するため、短チャネル化に限界があったが、チャネルを縦方向に設け、膜厚でチャネル長を制御することにより、より短いチャネルを再現性良く形成することが可能となる。例えば、銅フタロシアニンの２００ｎｍ程度の薄膜を有機半導体として用い、薄膜の上下にソース／ドレイン電極を設け、薄膜の中間に半透明あるいは櫛型のＡｌゲート電極を設ける方法等が報告されており（非特許文献４）、飛躍的な駆動電圧の低減が図られた。
【０００９】
また、四角形または三角形のゲート電極を用い、チャネル領域を縦方向に設けた縦型の電界効果トランジスタが開示されている（特許文献１、特許文献２）。この方法によると、高精度にかつ容易に短いチャネル長を得ることができ、しかも、ソース／ドレイン電極とゲート電極とが自己整合的に形成することができると記載されている。
【００１０】
オン電流を増加させる方法として、ゲート絶縁膜の上を、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＤＴＳ）等のシランカップリング剤を用いて表面処理する方法が報告されている（非特許文献５）。
【００１１】
縦型有機トランジスタにおいては、チャネルがゲート電極の側面に形成されるため、ゲート絶縁膜を均一に成膜することができる材料として、ポリパラキシリレンが用いられている。ポリパラキシリレンをゲート絶縁膜として用いた縦型有機トランジスタにおいて、駆動電圧を低くし、オン電流を向上させるため、ポリパラキシリレンの膜厚を薄くすることが提案されている（非特許文献６）。
【００１２】
低電圧化を図るために、ゲート絶縁膜に高誘電率材料を用いることが考えられる。非特許文献１及び非特許文献７においては、高誘電率材料として、五酸化タンタルを用いている。五酸化タンタルをゲート絶縁膜に用いた素子では、漏れ電流が大きくなるという問題がある。また漏れ電流を抑制するために、ゲート絶縁膜の膜厚を１３０ｎｍ以上にする必要があり、ゲート絶縁膜を薄膜化するのは困難である。
【００１３】
陽極酸化膜をゲート絶縁膜として用いた有機トランジスタにおいて、漏れ電流を抑制することが試みられている（特許文献３及び特許文献４）。特許文献３及び特許文献４においては、ゲート絶縁膜を２層の積層構造にすることが開示されている。特許文献３においては、陽極酸化膜と、ポリマーや無機酸化物からなる絶縁層でゲート絶縁膜が構成されている。特許文献４においては、無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造が開示されており、具体的には、無機ゲート絶縁膜としてのアルミニウム酸化物と、有機ゲート絶縁膜としてのポリパラキシリレンが開示されている。有機ゲート絶縁膜の膜厚は、３００〜１００００ｎｍと記載されている。このように有機ゲート絶縁膜が厚いため、縦型有機トランジスタに用いたとき、駆動電圧が上昇することが予測される。
【特許文献１】特開２００４−３４９２９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４４６号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８１２４号公報
【特許文献４】特開２００６−１３４６８号公報
【非特許文献１】Y.Fujisaki, Y.Inoue, T.Kurita, S.Tokito, H.Fujikake, and H.Kikuchi, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43, p. 327, 2004
【非特許文献２】A. Tsumura, H. Koezuka, and T. Ando, Appl. Phys. Lett., Vol. 49, p. 1210, 1986
【非特許文献３】D. J. Gundlach, Y. Y. Lin, T. N. Jackson, S. F. Nelson, and D. G. Schlom, IEEE Electron Device Lett., Vol. 18, p. 87, 1997
【非特許文献４】K. Kudo, M. Iizuka, S. Kuniyoshi, and K. Tanaka, Thin Solid Films, Vol. 393, p. 362, 2001
【非特許文献５】S.C.Lim, S.H.Kim, J.H.Lee, M.K.Kim, D.J.Kim and T.Zyung, Synthetic Metals,  Vol. 148, p. 75, 2005
【非特許文献６】第68回応用物理学会学術講演会  講演予稿集、No.3、p1336
【非特許文献７】Y.Iino, Y.Inoue, Y.Fujisaki, H.Fujikake, H.Sato, M.Kawakita, S.Tokito, and H.Kikuchi, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42, p.299, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、駆動電圧を低減することができ、かつオンオフ特性を高めることができる有機トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の有機トランジスタは、基板と、基板上に凸部形状を形成する第１の電極と、第１の電極の上面及び側面を覆う絶縁層と、絶縁層を介して少なくとも第１の電極の上面上に設けられる第２の電極と、第１の電極の側面上の絶縁層に沿う領域が、第２の電極との間で形成されるチャネル領域となるように、基板上に設けられる第３の電極と、第２の電極と第３の電極の間を覆い、チャネル領域を形成するように設けられる有機半導体層とを備える有機トランジスタであって、絶縁層が、第１の電極の上面及び側面を覆い、この順序で積層される第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜と、第２の電極と第３の電極の間の第２の絶縁膜上に少なくとも設けられる第３の絶縁膜とから構成され、第１の絶縁膜が第１の電極の表面を陽極酸化することにより形成される陽極酸化膜であり、第２の絶縁膜がポリパラキシリレン誘導体から形成された膜であり、第３の絶縁膜がカップリング剤から形成された膜であることを特徴としている。
【００１６】
本発明において、第１の絶縁膜の厚みは、１０〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。第１の絶縁膜の厚みが１０ｎｍ未満であると、絶縁膜の欠陥からの漏れ電流が大きくなる場合がある。また、第１の絶縁膜の厚みが１００ｎｍを越えると、駆動電圧が上昇する場合がある。後述するように、縦型電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極の上方にゲート電極が存在しない部分がある。この部分は、素子の直列抵抗となるため、この部分の膜厚が厚くなると、駆動電圧が上昇する。第１の絶縁膜の厚みを１００ｎｍ以下とすることにより、このような駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【００１７】
本発明において、第２の絶縁膜の厚みは、１０〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。第２の絶縁膜が１０ｎｍ未満であると、均一な膜形成が困難となり、漏れ電流が大きくなる場合がある。第２の絶縁膜が５０ｎｍを越えると、上記の第１の絶縁膜の場合と同様に、駆動電圧が上昇する場合がある。なお、第２の絶縁膜は、一般に第１の絶縁膜に比べ誘電率が低いため、膜厚に対しての駆動電圧の上昇が敏感である。
【００１８】
本発明において、第３の絶縁膜の厚みは、１．３〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。第３の絶縁膜は、カップリング剤から形成する。カップリング剤としては、後述するように、ＯＴＳ（オクチルトリクロロシラン）、ＯＤＴＳ（オクタドデシルトリクロロシラン）などが挙げられる。これらの単分子膜の膜厚は、例えばＯＴＳの場合１．３ｎｍであり、ＯＤＴＳの場合２．７ｎｍである。実際は単分子膜より厚い膜厚で一般に形成されるので、第３の絶縁膜の厚みを１．３ｎｍ未満で形成することは実際に困難である。また、第３の絶縁膜の厚みが薄過ぎると、欠陥部からの漏れ電流の増加や有機半導体層の結晶成長に影響が生じる場合がある。また、第３の絶縁膜の厚みが１０ｎｍを越えると、膜強度が弱いので、第３の絶縁膜の部分で剥離などを生じる場合がある。
【００１９】
本発明によれば、（１）駆動電圧の低減、（２）オン電流の向上、（３）オフ電流の低減、（４）歩留りの向上などの効果を得ることができる。
【００２０】
（１）駆動電圧の低減
本発明においては、陽極酸化膜からなる第１の絶縁膜の上に、ポリパラキシリレン誘導体から形成された第２の絶縁膜を設け、さらに第２の絶縁膜の上にカップリング剤から形成された第３の絶縁膜を形成している。第１の絶縁膜を、陽極酸化膜から形成しているので、薄い膜厚で均一に絶縁膜を形成することができる。この第１の絶縁膜の上に、ポリパラキシリレンから形成された第２の絶縁膜を設けているので、第２の絶縁膜により、第１の絶縁膜の欠陥を覆うことができる。このため、第１の絶縁膜の厚みをさらに薄くすることができる。第２の絶縁膜の上には、カップリング剤から形成された第３の絶縁膜を形成している。このため、第２の絶縁膜で被覆することができなかった第２の絶縁膜のピンホール部分に対してカップリング剤を反応させて絶縁化することができ、第２の絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。
【００２１】
従って、本発明によれば、従来に比べ、絶縁膜の厚みを薄くすることができる。
【００２２】
縦型電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極となる第１の電極の側面上の絶縁膜の上に、チャネル領域が形成されるが、ゲート電極の上方においては、ゲート電極が存在しない部分がある。この部分ではゲート電極からの電界を印加することかできず、その結果、駆動電圧が高くなるという問題を生じる。ゲート電極が存在しない部分は、絶縁膜の厚みを薄くすることにより、少なくすることができる。本発明によれば、上述のように、絶縁膜の厚みを薄くすることができるので、ゲート電極が存在しない部分を少なくすることができ、駆動電圧を低減することができる。
【００２３】
さらに、本発明において、第３の絶縁膜は、第２の電極と第３の電極の間の第２の絶縁膜の上に設けることができるので、第１の電極と第２の電極との間の絶縁層は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜のみから構成することができる。このため、この部分における絶縁膜層の厚みを薄くすることができ、ゲート電極が存在しない部分をさらに少なくすることができる。このため、さらに駆動電圧を低減することができる。
【００２４】
（２）オン電流の向上
本発明においては、第１の絶縁膜として、陽極酸化膜を用いている。陽極酸化膜中またはその表面には、陽極酸化の際に使用した化成液に使用した酸またはアルカリのアニオンがドープされている。このようなアニオンは、ソース電極とゲート電極との間に電圧を印加した際に、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面の電荷をトラップし、オン電流を低下させると考えられる。本発明においては、陽極酸化膜である第１の絶縁膜の上に、ポリパラキシリレン誘導体からなる第２の絶縁膜を形成しているので、上記のアニオンによるゲート絶縁膜と有機半導体層の界面の電界のトラップを生じることがない。従って、本発明によれば、オン電流を高めることができる。
【００２５】
また、本発明において、第３の絶縁膜は、第２の電極と第３の電極の間の第２の絶縁膜の上に少なくとも設けられるものであり、第３の絶縁膜を設けることにより、表面自由エネルギーを低下させることができる。このため、その上に形成する有機半導体層におけるグレインサイズを大きくすることができ、キャリアトラップの原因となるグレイン間の境界が少なくなり、移動度を高くすることができる。本発明においては、このような第３の絶縁膜の効果によっても、オン電流を高めることができる。
【００２６】
（３）オフ電流の低減
本発明においては、陽極酸化膜からなる第１の絶縁膜の上に、ポリパラキシリレン誘導体からなる第２の絶縁膜を形成し、さらにその上にカップリング剤から形成された第３の絶縁膜を形成している。シランカップリング剤などのカップリング剤は、その化合物の一部が、処理される基板表面の官能基と結合するものであり、自己組織化単分子膜を形成することが知られている。本発明においては、陽極酸化膜である第１の絶縁膜の上にポリパラキシリレン誘導体からなる第２の絶縁膜を形成した後、カップリング剤を用いて第３の絶縁膜を形成している。このため、第１の絶縁膜の欠陥を覆うことができなかった第２の絶縁膜のピンホール部分に、カップリング剤が反応し、絶縁化させることができる。従って、本発明によれば、このような第３の絶縁膜による絶縁化によって、オフ電流を低減させることができる。
【００２７】
（４）歩留りの向上
本発明においては、第１の電極の上面及び側面の上を第１の絶縁膜で覆い、さらに第１の絶縁膜の上を第２の絶縁膜で覆っている。第１の絶縁膜は、陽極酸化膜から形成されており、このような陽極酸化膜の上に、Ａｕなどからなる電極膜を形成すると、陽極酸化膜と電極膜との界面の密着性が低いため、第１の電極の側面の絶縁層上の電極膜を除去するためのエッチング処理などにより、第２の電極が剥離する場合がある。本発明においては、第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を設け、その上に第２の電極を形成しているので、このようなエッチング処理の際の第２の電極の剥離を防止することができる。また、基板としてガラス基板を用いる場合、ガラスとＡｕなどの電極膜との密着性が低いので、上記と同様の理由でエッチング処理を施す際、ガラス基板と第３の電極の間で剥離が生じる場合がある。従って、基板上に第２の絶縁膜を形成し、この第２の絶縁膜の上に第３の電極を形成することにより、このような剥離を防止することができる。従って、本発明においては、第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を形成する際、第３の電極が設けられる基板上にも第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上に第３の電極を設けることが好ましい。
【００２８】
本発明の製造方法は、上記本発明の有機トランジスタを製造することができる方法であり、基板上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極の表面を陽極酸化することにより第１の電極の上面及び側面に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、第１の電極の上面上に、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を介して第２の電極を形成すると共に、基板上に第３の電極を形成する工程と、少なくとも第２の電極と第３の電極の間の第２の絶縁膜の上に、第３の絶縁膜を形成する工程と、有機半導体層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００２９】
本発明の製造方法によれば、駆動電圧を低減することができ、かつオン電流特性を高めることができる有機トランジスタを効率良く製造することができる。
【００３０】
本発明において、第１の絶縁膜は、第１の電極の表面を陽極酸化することにより形成される陽極酸化膜である。従って、第１の電極は、陽極酸化が可能な金属から形成されることが好ましい。陽極酸化が可能な金属としては、アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属（弁作用金属）、及びこれらの金属元素を含む合金が挙げられる。
【００３１】
第１の絶縁膜は、上述のように、第１の電極の表面を陽極酸化することにより形成することができる。例えば、第１の電極を、希薄な酸やアルカリ水溶液中において、陽極として電解処理（化成処理）することにより、第１の絶縁膜を形成することができる。陽極酸化に用いる化成液は、特に限定されず、第１の電極を陽極酸化することができるものであればよい。
【００３２】
第２の絶縁膜は、ポリパラキシリレン誘導体から形成することができる。ポリパラキシリレン誘導体としては、ポリパラキシリレン骨格を有するものであればよく、日本パリレン社製のパリレンＣ（poly-monochloro-paraxylylene）、パリレンＮ（poly-paraxylylene）、パリレンＨＴなどを用いることができる。
【００３３】
第３の絶縁膜は、カップリング剤から形成される。カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、リン酸エステル系カップリング剤、ホスホン酸系カップリング剤、チオール系カップリング剤などが挙げられる。シラン系カップリング剤としては、ＯＴＳ（Octyltrichlorosilane：オクチルトリクロロシラン）、ＯＤＴＳ（Octadecyltrichlorosilane：オクタデシルトリクロロシラン）、ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilasane：ヘキサメチルジシラサン）などが挙げられる。また、ホスホン系カップリング剤としては、オクタデシルホスホン酸などが挙げられる。
【００３４】
第２の絶縁膜の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法などのＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法及びインクジェット印刷法などの印刷法が挙げられる。
【００３５】
第３の絶縁膜の形成方法としては、形成すべき表面にカップリング剤を接触させる方法が挙げられ、具体的には、カップリング剤を含有する溶液を塗布する方法や、カップリング剤を含有する溶液中に浸漬する方法などが挙げられる。
【００３６】
本発明における有機半導体層を形成するための有機材料としては、電子受容性機能を有する材料（ｎ型半導体）と、電子供与性機能を有する材料（ｐ型半導体）を用いることができる。例えば、以下に例示するような材料が利用できる。
【００３７】
上記電子受容性機能を有する材料としては、例えば、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノ− ポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体（ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩなど）、ナフタレン誘導体（ ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩなど） 、バソキュプロインおよびその誘導体などの低分子有機化合物が利用できる。また、電子供与性機能を有する材料にフッ素基を置換した材料は電子受容性を示すので、これらフッ素基を導入した材料も利用できる。
【００３８】
電子供与性機能を有する材料としては、チオフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレン− ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フルオレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフランおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレン− ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、トリフェニルアミンなどの芳香族第３級アミンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ルブレン、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィル等の無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびそれらの誘導体、シアニン色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナクリドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン系色素などの低分子有機化合物が利用できる。金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物などを用いることができる。
【００３９】
有機半導体層としては、上記材料を単体で用いてもよいが、上記材料が適当なバインダ材料に分散混合されたものを用いてもよい。また、適当な高分子有機化合物の主鎖中や側鎖に、上記低分子有機化合物を組み込んだ材料を用いてもよい。バインダ材料あるいは主鎖となる高分子有機化合物としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などや、これらの共重合体や架橋体、あるいは、ポリビニルカルバゾールやポリシランなどの光導電性ポリマーなどが用いられる。
【００４０】
有機半導体層の形成方法として、有機半導体層を構成する材料にもよるが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、スピンコート法； スクリーン印刷法やインクジェット印刷法などの印刷法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法などの各種コーティング法、スプレー法等を挙げることができる。
【００４１】
本発明における第１の電極を形成する方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法とエッチング技術との組合せ、各種のＣＶＤ法とエッチング技術との組合せ、スピンコート法とエッチング技術との組合せ、導電性ペーストや上述した各種の導電性高分子の溶液を用いたスクリーン印刷法やインクジェット印刷法といった印刷法、リフトオフ法、シャドウマスク法、上述した各種コーティング法とエッチング技術との組合せ及び、スプレー法とエッチング技術との組合せを挙げることができる。
【００４２】
本発明における第２の電極及び第３の電極は、導電性材料から形成することができ、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯ及び炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、駆動電圧を低減することができ、かつオンオフ特性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１の縦型有機トランジスタを示す断面図である。図１に示すように、ガラス基板などの絶縁性の基板１の上には、アルミニウムからなる第１の電極２（高さ：０．５μｍ、幅：１０μｍ）が形成されている。第１の電極２によって、基板１上に凸部形状が形成されている。第１の電極２の上面２ａ及び側面２ｂ，２ｃの表面には、第１の絶縁膜３が形成されている。第１の絶縁膜３は、第１の電極２の表面を陽極酸化することにより形成された陽極酸化膜である。第１の絶縁膜３の厚みは５０ｎｍである。
【００４６】
第１の絶縁膜３の上には、第２の絶縁膜４が形成されている。第２の絶縁膜４は、ポリパラキシリレン誘導体から形成されており、本実施例においてはパリレンＣから形成されている。第２の絶縁膜４の厚みは、２５ｎｍである。
【００４７】
第１の電極２の上面２ａの上には、第１の絶縁膜３及び第２の絶縁膜４を介して、第２の電極６が設けられている。第１の電極２の両側の基板１の上には、第２の絶縁膜４を介して、第３の電極７及び８が設けられている。第３の電極７及び８の端部は、第１の電極２に近づくにつれて、第２の絶縁膜４の傾斜面に沿って延びるように形成されている。第２の電極６及び第３の電極７，８は、金（Ａｕ）から形成されている。
【００４８】
第２の電極６と第３の電極７との間の第２の絶縁膜４の上、並びに第２の電極６と第３の電極８との間の第２の絶縁膜４の上には、それぞれ第３の絶縁膜５が形成されている。第３の絶縁膜５は、カップリング剤から形成されており、本実施例においては、オクチルトリクロロシラン（ＯＴＳ）から形成されている。本実施例における第３の絶縁膜５の膜厚は、約２ｎｍ程度である。
【００４９】
第３の絶縁膜５は、第２の電極６及び第３の電極７，８を形成した後、ＯＴＳの溶液を接触させることにより形成しているので、第２の電極６及び第３の電極７，８の表面上にも形成されていると思われるが、図１及びその他の図面においては図示していない。ＯＴＳは、第２の電極６及び第３の電極７，８の表面よりも、第２の絶縁膜４の表面に対する親和性が高いので、第２の絶縁膜４の表面に、より厚い膜厚で第３の絶縁膜５が形成されていると思われる。
【００５０】
第２の電極６と第３の電極７の間及び第２の電極６と第３の電極８の間を含む領域を覆うように、有機半導体層９が形成されている。有機半導体層９は、真空蒸着法により、ペンタセンを蒸着させることにより形成している。膜厚は１２０ｎｍとなるように形成している。
【００５１】
上記の素子構造において、第１の電極２をゲート電極とし、第２の電極６をフローティング電極、第３の電極７及び８をそれぞれソース／ドレイン電極とすることにより、電界効果トランジスタを構成させることができる。このような電界効果トランジスタにおいて、第２の電極６と第３の電極７との間の第３の絶縁膜５上の領域、並びに第２の電極６と第３の電極８との間の第３の絶縁膜５上の領域をチャネル領域とすることができる。なお、第３の絶縁膜５の厚みは、上述のように非常に薄いものである。従って、図１及びその他の図面において、第２の電極６と第３の電極７，８との間の第３の絶縁膜５の厚みを厚く図示しているが、実際には非常に薄い厚みであり、第２の電極６と第３の電極７，８との間には半導体層９が存在している。
【００５２】
図３は、図１に示す実施例の縦型有機トランジスタを製造する工程を示す断面図である。
【００５３】
図３（ａ）を参照して、基板１上に、厚み０．５μｍのアルミニウム膜を蒸着法またはスパッタリング法により形成し、アルミニウム膜の上にマスクとなるレジストを形成し、ウェットエッチングすることにより、図３（ａ）に示すような第１の電極２を形成する。図３（ａ）に示すように、第１の電極２は、基板１に近づくにつれて裾が拡がった側面形状を有している。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の電極２の表面を陽極酸化することにより、陽極酸化膜からなる第１の絶縁膜３を形成する。陽極酸化は、０．１重量％のリン酸を化成液として用い、第１の電極２を陽極として、３６Ｖの電圧を２０分間印加することにより行った。陽極酸化処理の後、純水を用いて流水洗浄を１時間行った。
【００５５】
次に、図３（ｃ）に示すように、第１の絶縁膜３の上に、第２の絶縁膜４を形成した。第２の絶縁膜４は、パリレンＣを用いて、ポリパラキシリレン誘導体からなる樹脂膜を蒸着法により形成した。
【００５６】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１の電極２の上面２ａ上の第２の絶縁膜４の上に、第２の電極６を形成すると共に、第１の電極２の両側の基板１上の第２の絶縁膜４の上に、第３の電極７及び８をそれぞれ形成した。具体的には、基板１を回転させながら、金を厚み８０ｎｍとなるように真空蒸着法により第２の絶縁膜４の上に成膜した。チャネル幅が３ｍｍとなるようにマスクを用いて成膜し、成膜した後、第１の電極２の側面２ｂ及び２ｃ上の第２の絶縁膜４上に付着している金を、エッチングにより除去した。エッチャント液としては、関東化学社製、商品名：「ＡＵＲＵＭ３０２」を用いた。エッチングにより、第１の電極２の側面２ｂ及び２ｃに対応する第２の絶縁膜４上の金を除去して、第２の電極６及び第３の電極７，８を形成した。
【００５７】
次に、図３（ｅ）に示すように、第２の電極６と第３の電極７との間、及び第２の電極６と第３の電極８との間の第２の絶縁膜４の上に、第３の絶縁膜５を、以下のようにしてＯＴＳから形成した。
【００５８】
第２の電極６及び第３の電極７，８を形成した基板を、ＯＴＳを溶解した脱水トルエン溶液中に浸漬させた後、取り出し、脱水トルエンで洗浄し、熱処理（１２０℃、５分間）を行い、第３の絶縁膜５を形成した。なお、上述のように、ＯＴＳの溶液は、第２の電極６及び第３の電極７，８の上にも付着しており、第３の絶縁膜５が僅かながらに形成されていると思われるが、図示していない。
【００５９】
次に、有機半導体層９を、第２の電極６、第３の電極７，８、及び第３の絶縁膜５の上に形成した。有機半導体層９は、ペンタセンを用いて、基板１を回転させながら、厚み１２０ｎｍとなるように真空蒸着により形成した。有機半導体層９は、第１の電極２の側面２ｂ側及び側面２ｃ側の両側に形成する必要があるので、図５または図６に示す方法を用いて形成することができる。
【００６０】
図５に示す方法では、基板１に角度をつけてセットし、蒸着源１１を基板１の中心から離した場所にセットしている。これにより、蒸着源１１と基板１上の第１の電極２の側面が垂直に近い角度で蒸着を行うことができ、側面上に成膜が可能となる。また、基板１と蒸着源１１との距離を短くすることによっても、角度をつけることができる。この方法で第１の電極２の両側の側面に蒸着する場合には、位置を変えて２回蒸着を行う。片側のみのときは、蒸着を１回行う。
【００６１】
図６に示す方法では、基板１を水平にセットし、蒸着源１１を基板１の中心から外れた位置にセットし、基板１を回転しながら、蒸着を行う。この方法では、第１の電極２の両側の側面に蒸着を行う場合でも、１回の蒸着で両側への側面への蒸着が可能となる。
【００６２】
本実施例においては、図６に示す方法を用いて有機半導体層９を蒸着した。
【００６３】
このようにして、図１に示す本実施例の縦型有機トランジスタを製造することができる。
【００６４】
図４は、図１に示す本実施例の縦型有機トランジスタ１０を示す斜視図である。第１の電極２をゲート電極とし、第２の電極６をフローティング電極とし、第３の電極７及び８をそれぞれソース／ドレイン電極とすることにより、第２の電極（フローティング電極）６と、第３の電極（ソース／ドレイン電極）７との間、及び第２の電極（フローティング電極）６と第３の電極（ソース／ドレイン電極）８との間にチャネル領域を形成し、縦型有機電界効果トランジスタとすることができる。
【００６５】
（実施例２）
第２の絶縁膜の厚みを５０ｎｍとする以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。
【００６６】
（実施例３）
陽極酸化により形成する第１の絶縁膜の膜厚を１４ｎｍとする以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。
【００６７】
（実施例４）
陽極酸化により形成する第１の絶縁膜の厚みを１４ｎｍとし、かつ第２の絶縁膜の膜厚を５０ｎｍとする以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。
【００６８】
（比較例１）
第１の絶縁膜３を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。図７は、比較例１の縦型有機トランジスタを示す断面図である。
【００６９】
（比較例２）
第２の絶縁膜４と、第３の絶縁膜５を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。図８は、比較例２の縦型有機トランジスタを示す断面図である。
【００７０】
（比較例３）
第３の絶縁膜５を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。図９は、比較例３の縦型有機トランジスタを示す断面図である。
【００７１】
（比較例４）
第２の絶縁膜４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。図１０は、比較例４の縦型有機トランジスタを示す断面図である。
【００７２】
（比較例５）
第２の絶縁膜４を形成しないこと以外は、実施例３と同様にして縦型有機トランジスタを作製した。比較例５の縦型有機トランジスタは、図１０に示す比較例４の縦型有機トランジスタとほぼ同様の構造を有するものである。
【００７３】
〔トランジスタ特性の評価〕
実施例１〜４及び比較例１〜５の縦型有機トランジスタについて、トランジスタ特性を評価した。オンオフ比、オン電流、及びオフ電流を表１に示す。
【００７４】
なお、表１に示す値は、比較例２の値を基準にして規格化した値である。
【００７５】
【表１】
2010040581.tif 000003
【００７６】
比較例１と比較例２との比較から、絶縁膜として、陽極酸化膜である第１の絶縁膜を用いることにより、オン電流が著しく低下することがわかる。
【００７７】
比較例２と比較例３との比較から、陽極酸化膜である第１の絶縁膜の上に、ポリパラキシリレン誘導体からなる第２の絶縁膜を設けることにより、オン電流及びオフ電流が増加することがわかる。オン電流とオフ電流の増加率がほぼ同じであるため、比較例３のオンオフ比は、比較例２のオンオフ比とほぼ同じになっている。
【００７８】
比較例２と比較例４との比較から、陽極酸化膜である第１の絶縁膜の上に、カップリング剤から形成する第３の絶縁膜を設けることにより、オン電流が増加し、オフ電流が低下することがわかる。特に、オフ電流の低下率が大きいため、比較例４のオンオフ比は、比較例２のオンオフ比に比べ向上している。
【００７９】
実施例１及び実施例２は、本発明に従い第１の絶縁膜、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜から絶縁層を構成させている。比較例４と比較すると、実施例１及び２では、比較例４の低いオフ電流を維持しながら、オン電流が著しく向上していることがわかる。このため、高いオンオフ比が得られている。
【００８０】
実施例３及び実施例４においては、第１の絶縁膜の膜厚を実施例１及び実施例２に比べ薄くしているが、比較例５と比較すると、低いオフ電流を維持しつつ、オン電流を著しく向上することができ、オンオフ比を高めることができている。
【００８１】
図１１は、実施例３の出力特性を示す図であり、図１２には、比較例３の出力特性を示す図である。図１１と図１２との比較から明らかなように、本発明に従う実施例３では、低い電圧で駆動できることがわかる。
【００８２】
（他の実施形態）
図２は、本発明に従う他の実施形態の縦型有機トランジスタを示す断面図である。本実施形態においては、第１の電極２の側面２ｂ側にのみチャネル領域が形成されており、側面２ｃ側には、チャネル領域が形成されていない。第２の電極６は、第１の電極２の上面２ａ上の第２の絶縁膜４上から、側面２ｃに対応する第２の絶縁膜４の上を通り、基板１上にまで延びるように形成されている。
【００８３】
本実施形態においては、第１の電極２をゲート電極とし、第２の電極６及び第３の電極７をそれぞれソース／ドレイン電極とすることにより、縦型の電界効果トランジスタを構成することができる。
【００８４】
本実施形態においても、第１の絶縁膜３、第２の絶縁膜４、及び第３の絶縁膜５から絶縁層が形成されているので、駆動電圧を低減することができ、オンオフ特性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に従う実施例１の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図２】本発明に従う他の実施形態の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図３】図１に示す実施例を製造する工程を示す断面図。
【図４】図１に示す実施例の縦型有機トランジスタを示す斜視図。
【図５】有機半導体層を形成する方法を説明するための概略図。
【図６】有機半導体層を形成する方法を説明するための概略図。
【図７】比較例１の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図８】比較例２の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図９】比較例３の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図１０】比較例４の縦型有機トランジスタを示す断面図。
【図１１】本発明に従う実施例３の縦型有機トランジスタの出力特性を示す図。
【図１２】比較例３の縦型有機トランジスタの出力特性を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１…基板
２…第１の電極
２ａ…第１の電極の上面
２ｂ，２ｃ…第１の電極の側面
３…第１の絶縁膜
４…第２の絶縁膜
５…第３の絶縁膜
６…第２の電極
７，８…第３の電極
９…有機半導体層
１０…縦型有機トランジスタ
１１…蒸着源
【図１】
2010040581.tif 000004
【図２】
2010040581.tif 000005
【図３】
2010040581.tif 000006
【図４】
2010040581.tif 000007
【図５】
2010040581.tif 000008
【図６】
2010040581.tif 000009
【図７】
2010040581.tif 000010
【図８】
2010040581.tif 000011
【図９】
2010040581.tif 000012
【図１０】
2010040581.tif 000013
【図１１】
2010040581.tif 000014
【図１２】
2010040581.tif 000015