(57)【要約】【課題】ソース電極と半導体の界面及びドレイン電極と半導体界面に対してキャリアの注入効率及び抽出効率の向上を両立し、動作周波数が大きく且つ低消費電力な有機トランジスタとその製造方法、及びこれを用いた画素バラツキの小さい表示装置を提供すること。【解決手段】薄膜トランジスタ１は、半導体層１０が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４との界面には第１の有機分子薄膜７を、ソース電極５との界面には第２の有機分子薄膜８を、ドレイン電極６との界面には第３の有機分子薄膜９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有する構造をしている。第１の有機分子薄膜７にＯＴＳを用いている。第２の有機分子薄膜８にフッ素化ヘキサデカンチオールを用いている。第３の有機分子薄膜９にヘキサデカンチオールを用いている。【選択図】図１
2010080467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層が設けられ、
前記半導体層が接する界面のうち、
前記ゲート絶縁膜との界面には、第１の有機分子薄膜が、
前記ソース電極との界面には、第２の有機分子薄膜が、
前記ドレイン電極との界面には、第３の有機分子薄膜が設けられ、
前記第１の有機分子薄膜、第２の有機分子薄膜及び第３の有機分子薄膜が、各々異なる材料から成ることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の有機分子薄膜が、シランカップリング材料であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記第２の有機分子薄膜が、末端に電子求引性の官能基を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記第３の有機分子薄膜が、末端に電子供与性の官能基を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記第２の有機分子薄膜及び前記第３の有機分子薄膜が、チオール基を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、金属材料で形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記半導体層が、有機半導体で形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタにおいて、
前記第１の有機分子薄膜、前記第２の有機分子薄膜及び前記第３の有機分子薄膜のうち、少なくとも１つが、マイクロコンタクトプリント法により形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
複数のゲート配線、絶縁膜、前記複数のゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線、保護膜、及び画素電極を有し、
前記複数のゲート配線及び前記複数の信号配線との交差部に、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタが配置され、
前記ゲート配線と前記ゲート電極が接続され、前記信号配線と前記ソース電極が接続され、前記画素電極と前記ドレイン電極が接続されることを特徴とするアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ。
【請求項１０】
請求項９記載のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いて、表示素子を駆動することを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体分子の集合体で構成された半導体膜を用いる薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、特に、選択的に配置された有機分子薄膜を用いて、半導体と接する面の表面自由エネルギーや電極との界面に生じる接触抵抗を低減することを特徴とする、有機トランジスタとその製造方法、及びこれを用いた表示装置、及び、分子種の自己組織化単分子膜の分離領域を少なくとも１つ有する表面を有する物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化の進展に伴い、紙に代わる薄くて軽い電子ペーパーや、商品１つ１つを瞬時に識別可能なＩＤタグ等が開発、提案されている。現在では、これらのデバイスに、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を半導体に用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がスイッチング素子として使用されている。
しかし、これらのシリコン系半導体を用いた薄膜トランジスタを作製するには、高価なプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置やスパッタリング装置等を必要とするため、製造コストがかかり、さらには、真空プロセス、フォトリソグラフィー、加工等のプロセスを幾つも経るため、スループットが低いという問題点がある。
また、既存のシリコン薄膜トランジスタでは、外部の衝撃によって容易に砕けてしまううえに、３００℃以上の高温工程によって生産されるため、プラスチック基板を使用できないという問題点もある。
その結果、印刷工程のような塗布プロセスにより形成ができ、安価に製品を提供することが可能な、有機材料を半導体層に用いた有機薄膜トランジスタが注目されている。
【０００３】
一般的な有機薄膜トランジスタは、基板、ゲート電極、絶縁膜、ドレイン電極、ソース電極、及び有機半導体膜から構成される。
ゲート電極への印加電圧により、絶縁膜と有機半導体膜の界面に蓄積されるキャリア量を過剰状態から不足状態に変調して、ドレイン電極とソース電極の間を流れる電流量を変化させ、スイッチング動作を行う。
有機半導体膜は、低分子または高分子の有機半導体分子による集合体から成り、低分子系としては、ペンタセン、チオフェンオリゴマーに代表されるアセン系材料、高分子系としては、ポリチオフェン系でポリ−３，ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリフルオレン系ではフルオレン−バイチオフェン（Ｆ８Ｔ２）の共重合体、またポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等が知られている。
有機薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス・ディスプレイは、プラスチック基板上に作製できるため、高画質、軽量、フレキシブル（曲がる）、省スペースといった点で、最近大きな注目を集めている。
従来の有機薄膜トランジスタでは、基板上にゲート電極を設け、その上にゲート絶縁膜を形成し、さらにその上にソース電極とドレイン電極を互いに離して設け、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜上に有機半導体層を積層する構成をとり、ソース電極とドレイン電極との間の横方向にチャネルが形成されていた。
【０００４】
前述のように、有機薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電圧（ソース−ドレイン間電圧）を印加すると共に、ゲート電極に印加する電圧（ゲート電圧：Ｖｇ  ）を変化させると、ゲート電圧に依存して有機半導体層とゲート絶縁膜との界面における電荷量が変化し、ソース電極とドレイン電極との間における有機半導体層の部分（チャネル）を流れる電流（ソース−ドレイン電流）を変化させることができる。
このようにして、有機薄膜トランジスタでは、ゲート電圧を制御することにより、ドレイン電極から得られるドレイン電流Ｉｄを制御することができる。
ここで、有機薄膜トランジスタのゲインｇｍ、即ち、ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化（ｄＩｄ／ｄＶｇ）は、ソース−ドレイン電流が流れるチャネルが長方形であるとすると、次式
ｇｍ＝Ｗ／Ｌ・ε０  ε／ｄ・μ・（Ｖｇ−ＶＴ）  ・・・（１）
のように表される。ただし、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、ε０は真空誘電率、εは絶縁膜の比誘電率、ｄはゲート絶縁膜の厚さ、μはキャリア移動度、ＶＴは閾値電圧である。式（１）によれば、チャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｗ／Ｌが大きいほど、有機薄膜トランジスタのゲインは大きくなり、つまりは、このトランジスタは高速になる。
また、有機半導体のキャリア移動度が大きいほど、有機薄膜トランジスタのゲインも大きくなるため、キャリア移動度の大きい有機半導体層を形成することが望ましい。
これらのことを鑑みると、有機薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを精緻に規定できる優れたソフトリソグラィー技術の開発が必須となる。
【０００５】
ところで、マイクロコンタクトプリント法（以下、μＣＰ法と呼ぶ）は、横方向の寸法がμｍ〜サブμｍの有機物単分子層のパターンを形成する技術であり、特許文献１等に示される装置を用いて、研究が進められている。μＣＰ法は、エラストマーの「スタンプ」を使用して印刷することによりパターンを形成する。このスタンプは、フォトリソグラフィー等の技術により作製した母型を用いて、シリコーン・エラストマーを成形（ｍｏｌｄｉｎｇ）することにより製作する。
これまでのμＣＰ法の実例と適用には、シリコーン・エラストマーとしてポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳ）エラストマーを金型中で重合させてパターン形成したスタンプを使用している。硬化後、ＰＤＭＳスタンプは、金型のパターンのネガティブ像を保持し、一連のインク付け及び印刷に使用することができる。
しかし、有機薄膜トランジスタの場合、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体膜との接触抵抗が大きいという問題点がある。前記ソース電極及びドレイン電極は、通常、電荷のフローを円滑にするために仕事関数が低い金属で備えられるが、このような金属は、半導体層と接触するときに接触抵抗が発生して、素子の特性を低下させ、また消費電力の増加をもたらすという問題点がある。
【特許文献１】特開２００５−１２９７９１号公報
【特許文献２】特開２００５−９３５４２号公報
【特許文献３】特開２００７−１５０１５６号公報
【特許文献４】特開２００７−１５８１４０号公報
【０００６】
特許文献１には、μＣＰ法及び装置等が開示されている。
ナノ構造を構築するためのμＣＰ法は、並置された第１ステーション並びに第２ステーション、それらの間を移動する移動体、及びいずれか一方のステーションに配置可能な光源装置を備えており、いずれか一方のステーションにて光源装置を用いて試料を露光し、スタンプのマスターを作製し、移動体にマスターから複製したスタンプを配置し、他方のステーションにてスタンプをスタンプ台に接離させることによりインクを補充し、いずれか一方のステーションにて、そこに配置された試料に対してスタンプを接離させることにより、スタンプの持つパターンを試料に転写可能としたことを特徴とする。
【０００７】
特許文献２には、半導体装置及び作製方法等が開示されている。
ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタの半導体層を多結晶材料で形成し、ソース・ドレイン電極のチャネル長方向におけるテーパー幅を、ソース・ドレイン電極上に成長する半導体結晶の平均粒径よりも短くする、または、ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極のチャネル側側面の形状を、基板面に対して上に凸型になるように形成する、あるいは、ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と半導体層との間には、前記半導体層とは異なる有機化合物層１Å以上１０Å以下の厚さで介在させる、等の方法が示されている。
特許文献３には、トランジスタ及び製造方法等が開示されている。
基材上に、ゲート電極、該ゲート電極上に、ゲート絶縁層、ソース電極とドレイン電極を順次備え、ソース電極とドレイン電極間に半導体活性層を設けて、ソース電極とドレイン電極の、少なくとも半導体活性層と接触する接触面を低仕事関数面としたことを特徴とするトランジスタについて述べられている。
特許文献４には、有機トランジスタ等が開示されている。
基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソースドレイン電極と、第１の有機分子薄膜と、第２の有機分子薄膜と、有機半導体膜とを備えた構成において、前記第２の有機分子薄膜がチオクレゾールであることを特徴とする有機トランジスタについて述べられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２では、前述した半導体と電極界面で生じる接触抵抗を低減させるために、ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と半導体層との間に、前記半導体層とは異なる有機化合物層１Å以上１０Å以下の厚さで介在させている。
しかし、ソース電極と半導体の界面及びドレイン電極と半導体界面の両方に同一の有機化合物を介在させているため、キャリアの注入及び抽出がトレードオフとなり、結果、トランジスタとしての周波数特性が下がり、また、消費電力も増大する不具合がある。
特許文献３では、ソース電極とドレイン電極の、少なくとも半導体活性層と接触する接触面を低仕事関数面とすることで、接触抵抗を低減している。
しかし、ソース電極と半導体の界面及びドレイン電極と半導体界面の両方に同一の表面処理を施しているため、キャリアの注入及び抽出がトレードオフとなり、結果、トランジスタとしての周波数特性が下がり、また、消費電力も増大する不具合がある。
特許文献４では、ソースドレイン電極と、第１の有機分子薄膜と、第２の有機分子薄膜と、有機半導体膜とを備えた構成において、前記第２の有機分子薄膜がチオクレゾールであることで、接触抵抗を低減している。
しかし、ソース電極と半導体の界面及びドレイン電極と半導体界面の両方に同一の有機分子薄膜を介在させているため、キャリアの注入及び抽出がトレードオフとなり、結果、トランジスタとしての周波数特性が下がり、また、消費電力も増大する不具合がある。
そこで、本発明の目的は、ソース電極と半導体の界面及びドレイン電極と半導体界面に対してキャリアの注入効率及び抽出効率の向上を両立し、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な、有機トランジスタとその製造方法、及びこれを用いた、画素バラツキの小さい表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明では、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層が設けられ、前記半導体層が接する界面のうち、前記ゲート絶縁膜との界面には、第１の有機分子薄膜が、前記ソース電極との界面には、第２の有機分子薄膜が、前記ドレイン電極との界面には、第３の有機分子薄膜が設けられ、前記第１の有機分子薄膜、第２の有機分子薄膜及び第３の有機分子薄膜が、各々異なる材料から成ることにより、前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第１の有機分子薄膜が、シランカップリング材料であることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第２の有機分子薄膜が、末端に電子求引性の官能基を有することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第３の有機分子薄膜が、末端に電子供与性の官能基を有することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれか１項の発明において、前記第２の有機分子薄膜及び前記第３の有機分子薄膜が、チオール基を有することを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか１項の発明において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、金属材料で形成されることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれか１項の発明において、前記半導体層が、有機半導体で形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項８記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれか１項の発明において、前記第１の有機分子薄膜、前記第２の有機分子薄膜及び前記第３の有機分子薄膜のうち、少なくとも１つが、マイクロコンタクトプリント法により形成されることにより、前記目的を達成する。
請求項９記載の発明では、複数のゲート配線、絶縁膜、前記複数のゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線、保護膜、及び画素電極を有し、前記複数のゲート配線及び前記複数の信号配線との交差部に、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタが配置され、前記ゲート配線と前記ゲート電極が接続され、前記信号配線と前記ソース電極が接続され、前記画素電極と前記ドレイン電極が接続されることにより、前記目的を達成する。
請求項１０記載の発明では、請求項９記載のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いて、表示素子を駆動することにより、前記目的を達成する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明では、第１の有機分子薄膜の表面自由エネルギーを低く、そして、上層の半導体の結晶粒径を大きくできるので、半導体の移動度を向上できる効果がある。
さらに、第２の有機分子薄膜及び第３の有機分子薄膜により、キャリアの注入・抽出効率が向上でき、オン／オフ比が大きくなるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを製造、提供することが可能となる。
請求項２記載の発明では、共有結合によってゲート絶縁膜に固定化され、また、隣接する分子同士も共有結合で固定化されているため、安定性の高い自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成することができるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを、簡便に、製造、提供することが可能となる。
請求項３記載の発明では、ソース電極表層の電子密度が小さくなり、みかけ上、ソース電極の仕事関数が高い状態になり、結果、キャリアの注入効率を向上できるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを製造、提供することが可能となる。
請求項４記載の発明では、ドレイン電極表層の電子密度が大きくなり、みかけ上、ドレイン電極の仕事関数が低い状態になり、結果、キャリアの抽出効率を向上できるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを製造、提供することが可能となる。
請求項５記載の発明では、ソース電極及びドレイン電極表面に、金属−チオール反応によるＳＡＭが安定的に形成でき、電極と半導体間の接触状態の向上が図れるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを、簡便に、製造、提供することが可能となる。
請求項６記載の発明では、ソース電極及びドレイン電極表面に、金属−チオール反応によるＳＡＭが安定的に形成でき、電極と半導体間の接触状態の向上が図れ、さらに、電極部の比抵抗を小さくすることができるので、オン電流が大きな薄膜トランジスタを安価な印刷プロセスで製造、提供することが可能となる。
請求項７記載の発明では、インク化、つまり、溶媒への溶解性を確保することが可能になり、印刷技術により半導体層を形成できるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを安価な印刷プロセスで提供することが可能となる。
【００１２】
請求項８記載の発明では、精緻な解像度を有した有機分子薄膜が形成でき、且つ、製造を簡便にできるので、オン電流が大きな薄膜トランジスタを安価な印刷プロセスで製造、提供することが可能となる。
さらに、精緻な解像度を有した半導体層及びソース・ドレイン電極形成を同一装置上で実施できるので、低コストで薄膜トランジスタを製造、提供することが可能となる。
請求項９記載の発明では、オン電流が大きく、且つ、画素バラツキの小さいアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを得ることができる。
請求項１０記載の発明では、画素バラツキの小さいアクティブマトリクス駆動表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図１から図７を参照して、詳細に説明する。
まず、本発明の実施例１について説明する。
図１は、実施例１で使用した、薄膜トランジスタ１の断面を示した図である。
薄膜トランジスタ１は、絶縁基板２上に、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、第１の有機分子薄膜７、第２の有機分子薄膜８、第３の有機分子薄膜９、及び半導体層１０により構成される。
特に特徴的な構造は、半導体層１０が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４との界面には第１の有機分子薄膜７を、ソース電極５との界面には第２の有機分子薄膜８を、ドレイン電極６との界面には第３の有機分子薄膜９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有することである。
なお、有機分子薄膜は、分かりやすくするため、図面では実際よりも厚く示している。
具体的な薄膜トランジスタ１の形状寸法は、ゲート電極幅：５μｍ、ゲート電極厚さ：１００ｎｍ、ゲート絶縁膜厚さ：５００ｎｍ、ソース電極厚さ：１００ｎｍ、ドレイン電極厚さ：１００ｎｍ、チャネル長：５μｍ、第１の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、第２の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、第３の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、半導体層厚さ：１００ｎｍである。
【００１４】
次に、薄膜トランジスタ１の構成及び製造の動作を示す。
絶縁基板２として、厚さ１００μｍのポリカーボネートフィルムを用い、その上にエタノール溶媒に分散した銀ナノインクをμＣＰ法で印刷し、１５０℃・１時間で焼成した。形成されたゲート電極３は厚さ１００ｎｍであった。
次に、イソプロピルアルコールに希釈したポリビニルフェノールインクをスピンコートで成膜した。形成されたゲート絶縁膜４は厚さ５００ｎｍであった。
次に、上述した銀ナノインクをμＣＰ法で印刷し、１５０℃・１時間で焼成した。形成されたソース電極５及びドレイン電極６は厚さ１００ｎｍであった。
【００１５】
次に、ゲート絶縁膜４上に、トルエン溶媒に希釈したオクタデシルトリクロロシラン（以下、ＯＴＳ）インクをμＣＰ法で印刷した。形成された第１の有機分子薄膜７は厚さ約２ｎｍであった。
図２は、第１の有機分子薄膜７を形成する工程概略を示した図である。
スタンプ１００は、フォトリソグラフィーにより作製したレジストパターンをポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で反転コピーする方法で製造した。
次に、ジクロロメタン溶媒に希釈したフッ素化ヘキサデカンチオールインクをμＣＰ法で印刷した。形成された第２の有機分子薄膜８は厚さ約２ｎｍであった。
次に、エタノール溶媒に希釈したヘキサデカンチオールインクをμＣＰ法で印刷した。形成された第３の有機分子薄膜９は厚さ約２ｎｍであった。
次に、トルエン溶媒に希釈した６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン（以下、ＴＩＰＳペンタセン）インクをインクジェット（ＩＪ）により印刷し、窒素雰囲気下において９０℃・３０分でアニールした。形成された半導体層１０は厚さ１００ｎｍであった。
以上の方法により、薄膜トランジスタ１を製造した。
【００１６】
本発明の実施例１である、薄膜トランジスタ１は、半導体層１０が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４との界面には第１の有機分子薄膜７を、ソース電極５との界面には第２の有機分子薄膜８を、ドレイン電極６との界面には第３の有機分子薄膜９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有する構造をしている。
実施例１では、第１の有機分子薄膜７にＯＴＳを用いている。
有機シラン系の自己組織化単分子膜（以下、ＳＡＭ）は、有機シラン分子がゲート絶縁膜４表面や空気中のごく微量な水分子と加水分解反応し、有機シラン分子のＳｉ−ＲがＳｉ−ＯＨのシラノールへと置き換えられる。このシラノールがポリビニルフェノール表面の水酸基と脱水縮合反応して、共有結合を形成する。さらに、表面に固定された有機シラン分子は、隣接する分子間でＳｉ−Ｏ−Ｓｉの共有結合を作り、自己組織化する。
このように、有機シラン系ＳＡＭは、シロキサン結合という共有結合によってゲート絶縁膜４に固定化されており、また、隣接する分子同士もこのシロキサン結合で固定化されているため、ＳＡＭの安定性が高い。
さらに、長鎖のアルキル鎖の末端にメチル基を有することで表面自由エネルギーが低く、上層のＴＩＰＳペンタセンの結晶粒径を大きくでき、結果、半導体の移動度を向上できる効果がある。
第１の有機分子薄膜７は、実施例１に用いたＯＴＳの他、アルキル鎖長を変えた有機シラン系ＳＡＭの他、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等のシランカップリング材料を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。
また、実施例１では、第１の有機分子薄膜７は、μＣＰ法により形成したが、インクジェットやその他の印刷法、例えば、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、凸版反転オフセット印刷法、凹版オフセット印刷法を用いることも可能である。その中でもμＣＰ法により形成されることで、精緻な解像度を有した有機分子薄膜を得ることができる。
【００１７】
実施例１では、第２の有機分子薄膜８にフッ素化ヘキサデカンチオールを用いている。
本実施例のように、末端に電子求引性の官能基を有することで、ソース電極５表層の電子密度が小さくなり、みかけ上、ソース電極５の仕事関数が高い状態になり、結果、キャリアの注入効率を向上できるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを得ることができる。
電子求引性の官能基としては、本実施例で用いたフッ素等のハロゲン系の他、ニトロ基、スルホ基、カルボキシル基等を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。
実施例１では、第３の有機分子薄膜９にヘキサデカンチオールを用いている。
本実施例のように、末端に電子供与性の官能基を有することで、ドレイン電極６表層の電子密度が大きくなり、みかけ上、ドレイン電極６の仕事関数が低い状態になり、結果、キャリアの抽出効率を向上できるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを得ることができる。
電子供与性の官能基としては、本実施例で用いたメチル基の他、ヒドロキシル基、アミノ基等を用いることができる。
また、第２の有機分子薄膜及び第３の有機分子薄膜がチオール基を有することで、ソース電極及びドレイン電極表面に、金属−チオール反応によるＳＡＭが安定的に形成でき、電極と半導体間の接触状態の向上が図れる。
具体的なチオール化合物またはジスルフィド化合物として、エタンチオールやプロパンチオール等のアルカンチオール、メトキシベンゼンチオール、ナフタレンチオール、トルエンチオール、アミノチオフェノール等の芳香族チオール等のチオール化合物、あるいはジフェニルジスルフィド、トリルジスルフィド、ジブチルジスルフィド等のジスルフィド化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
ここで、比較例として、図３に、第２の有機分子薄膜３８及び第３の有機分子薄膜３９に、同一材料であるチオクレゾール（トルエンチオール）を用いた薄膜トランジスタ３１の概略図を示す。
比較例と本実施例のドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）依存性を比較すると、比較例では、オン電流が実施例と比較して小さく、また、オフ電流が実施例と比較して大きくなった。さらに、サブスレッショルド係数（Ｖｇ＝０Ｖ付近でのＩｄ立ち上がりの急峻性、Ｉｄを１桁変調するのに必要なＶｇ値）も、実施例と比較して大きくなる結果であった。
つまり、本実施例では、半導体層１０が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４との界面には第１の有機分子薄膜７を、ソース電極５との界面には第２の有機分子薄膜８を、ドレイン電極６との界面には第３の有機分子薄膜９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有する構造をしていることで、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを製造することができている。
【００１９】
本実施例では、絶縁基板２に、ポリカーボネートフィルムを用いたが、絶縁性であり、プロセス温度に対する耐熱を有する材料であれば、広い範囲から選択することが可能である。
具体的には、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニルレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の絶縁プラスチック、及びこれら無機材料と絶縁プラスチックとを組み合わせたハイブリッド基板等が使用可能である。
本実施例では、ゲート電極３に、銀を用いたが、タンタル、アルミニウム、金、銀、銅、白金、パラジウム、クロム、モリブデン、ニッケル等や、これらの金属を用いた合金、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子が使用可能である。
また、本実施例では、ゲート電極３は、μＣＰ法により形成したが、インクジェットやその他の印刷法、例えばスクリーン印刷法、フレキソ印刷法、凸版反転オフセット印刷法、凹版オフセット印刷法を用いることも可能である。
本実施例では、ゲート絶縁膜４に、ポリビニルフェノールを用いたが、酸化シリコン等の水酸基表面を有する材料を用いることで、上述したシランカップリングを形成することができる。
さらに、表面に水酸基を持たない材料であっても、短波長紫外線照射やプラズマ処理等を施すことで水酸基表面を形成することができ、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の絶縁性高分子を用いることができる。
【００２０】
本実施例では、ソース電極５、ドレイン電極６に、銀を用いたが、ゲート電極３と同様、金、銀、銅、白金、パラジウム、クロム、モリブデン等であっても構わない。
但し、有機半導体とのショットキー障壁を減らすため、仕事関数が４．５〜５．２ｅＶ程度の材料が望ましい。
また、μＣＰ法により形成したが、インクジェットやその他の印刷法を用いても構わない。
また、ソース電極５とドレイン電極６を異なる材料で構成することも考えられるが、薄膜トランジスタは精緻なチャネル長の制御が必要となるため、同一印刷工程を用いることが望ましい。
本実施例では、半導体層１０に溶解性ペンタセンを用いたが、低分子系としては、Ｎ−サルフィニルアセトアミドペンタセン等のペンタセン前駆体、チオフェンオリゴマーに代表されるアセン系材料、高分子系としては、ポリ−３，ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等のポリチオフェン系や、ポリフルオレン系ではフルオレン−バイチオフェン（Ｆ８Ｔ２）の共重合体、またポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等を用いることもできる。
【００２１】
次に、本発明の実施例２について説明する。
図４は、実施例１の薄膜トランジスタ１をアクティブ素子に用いた、アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ１９の平面を示した図である。
図５は、回路を含んだ概略を示した図である。
絶縁基板２上に、水平方向にｍ本のゲート走査配線１２が配置され、垂直方向にｎ本の信号配線１３が配置され、マトリクス状に配置された、ゲート走査配線１２と信号配線１３との交差部に、実施例１の薄膜トランジスタ１が配置される。
各薄膜トランジスタのゲート電極３はゲート走査配線１２に接続され、ソース電極５は信号配線１３に接続され、ドレイン電極６は、パッシベーション膜１４に開口されたビアホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）１５を介して、画素電極１６と接続される。
ゲート走査配線１２はゲート電極３と併せて形成され、信号配線１３はソース電極５、ドレイン電極６と併せて形成される。
パッシベーション膜１４のビアホール１５は、ドレイン電極６以外に、各ゲート走査配線１２の端子部１７と各信号配線１３の端子部１８にも開口する。
アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ１９の、ゲート走査配線の端子部１７にはゲート走査回路２０が、信号配線の端子部１８には信号回路２１が接続され、さらに両回路はコントロール回路２２に接続される。
【００２２】
図６は、アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ１９を用いた、電気泳動表示装置の主要部品構成の断面を示した図である。
表示部は、画素電極１６に対向して設けられた、透明電極２３が配置されている。
すなわち、透明電極２３は、各画素電極１６に対向する対向電極を構成し、この透明電極２３と画素電極１６の間に電気泳動分散液層２４を有し、電気泳動分散液層２４に分散した光反射用電気泳動粒子２５と光吸収用電気泳動粒子２６から成っている。
透明電極２３は、光透過性を有するもの、好ましくは実質的に透明（無色透明、着色透明または半透明）なものである。これにより、前述した電気泳動分散液層２４中における光反射用電気泳動粒子２５と光吸収用電気泳動粒子２６の状態を、すなわち、表示された所望の情報を、目視により容易に認識することができる。
【００２３】
電気泳動表示装置は以下のように動作する。
ゲート走査回路２０から出力される走査電圧が印加されたゲート走査配線１２／ゲート電極３に接続された薄膜トランジスタ１が動作して、この薄膜トランジスタ１に接続された画素電極１６に、走査電圧と同期して信号回路２１から供給される信号電圧が加わり、電気泳動粒子がいわゆる線順次駆動されて、各画素の反射光量が変化するかたちで表示装置が動作する。
この表示装置は携帯電話、デジタルカメラ、フラットテレビ、ノートＰＣ等のフラットパネルディスプレイのほか、電子ペーパー等のフレキシブルディスプレイ等にも適用できる。
【００２４】
画素電極１６の材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、金、銀、銅、モリブデン、チタン、タンタル等の金属、または、これらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
透明電極２３は、電気泳動分散液層２４に電圧を印加する他方の電極として機能するものであり、フィルム状（膜状）をなしている。
透明電極２３の構成材料としては、例えば、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、フッ素ドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（ＩＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）のような導電性金属酸化物の他、ポリアセチレンのような導電性樹脂、導電性金属微粒子を含有する導電性樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２５】
電気泳動分散液層２４としては、比較的高い絶縁性を有する有機溶媒を用いることができる。
この有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、アルキルベンゼン等の芳香族炭化水素、ぺンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素、シクロへキサン、メチルシクロへキサン等の脂環式炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、シリコン系オイル、フッ素系オイル、オリーブ油等の種々の鉱物油及び植物油類、高級脂肪酸エステル等が挙げられ、これらを単独あるいは混合して用いることができる。
電気泳動粒子は、光反射用電気泳動粒子２５として酸化チタンを、光吸収用電気泳動粒子２６としてカーボンブラックを使用したが、有機または無機の粒子、または、これらを含む複合体を用いることができる。
この粒子としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック等の黒色粒子、二酸化チタン、亜鉛華、三酸化アンチモン等の白色粒子があげられる。
さらに、カラー化をするためには、モノアゾ、ジイスアゾン、ポリアゾ等のアゾ系粒子、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色粒子、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色粒子、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、アントラキノン系染料、紺青、群青、コバルトブルー等の青色粒子、フタロシアニングリーン等の緑色粒子等が挙げられる。
【００２６】
本実施例では、電気泳動分散液層２４として用いているが、マイクロカプセル内に分散液、電気泳動粒子を内包する方式であっても、本発明は適用可能である。
本実施例はモノクロディスプレイであるが、例えば、カラーフィルタ等を介することでカラーディスプレイとして使用することも可能である。
また、本発明の薄膜トランジスタは、十分なオン電流を得られ、且つ、高いオン／オフ比が得られ、トランジスタ特性が非常に良好であるので、電子ペーパーやＲＦＩＤタグ等、各種用途に有効である。
【００２７】
次に、本発明の実施例３について説明する。
図７は、実施例３で使用した、薄膜トランジスタ４１の断面を示した図である。
薄膜トランジスタ４１は、絶縁基板４２上に、ゲート電極４３、ゲート絶縁膜４４、ソース電極４５、ドレイン電極４６、第１の有機分子薄膜４７、第２の有機分子薄膜４８、第３の有機分子薄膜４９、下層の半導体層５０、上層の半導体層５１により構成される。
特に特徴的な構造は、半導体層が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４４との界面には第１の有機分子薄膜４７を、ソース電極４５との界面には第２の有機分子薄膜４８を、ドレイン電極４６との界面には第３の有機分子薄膜４９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有することである。
なお、有機分子薄膜は、分かりやすくするため、図面では実際よりも厚く示している。
具体的な薄膜トランジスタ４１の形状寸法は、ゲート電極幅：１０μｍ、ゲート電極厚さ：５０ｎｍ、ゲート絶縁膜厚さ：２００ｎｍ、ソース電極厚さ：８０ｎｍ、ドレイン電極厚さ：８０ｎｍ、チャネル長：５μｍ、第１の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、第２の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、第３の有機分子薄膜厚さ：２ｎｍ、下層の半導体層厚さ：５０ｎｍ、上層の半導体層厚さ：１５０ｎｍである。
【００２８】
次に、薄膜トランジスタ４１の構成及び製造の動作を示す。
絶縁基板４２として、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、その上に厚さ５０ｎｍの銅ナノインクをフレキソ印刷で形成し、ゲート電極４３を形成した。
次に、ポリビニルアルコールをスリットコートし、厚さ２００ｎｍのゲート絶縁膜４４を作製した。
次に、ゲート絶縁膜４４上に、トルエン溶媒に希釈したＯＴＳインクをμＣＰ法で印刷した。形成された第１の有機分子薄膜４７は厚さ約２ｎｍであった。
続いて、ポリ−３，ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）をμＣＰ法により印刷形成して、厚さ５０ｎｍの下層の半導体層５０を、次に銀ナノインクをμＣＰ法によりパターニングし、ソース電極４５及びドレイン電極４６を厚さ８０ｎｍで形成した。
次に、ジクロロメタン溶媒に希釈したフッ素化ヘキサンチオールインクをμＣＰ法で印刷した。形成された第２の有機分子薄膜４８は厚さ約２ｎｍであった。
次に、エタノール溶媒に希釈したヘキサンチオールインクをμＣＰ法で印刷した。形成された第３の有機分子薄膜４９は厚さ約２ｎｍであった。
最後に、厚さ１５０ｎｍのＰ３ＨＴをμＣＰ法により形成して、上層の半導体層５１を作製して薄膜トランジスタ４１を製造した。
【００２９】
本実施例では、下層の半導体層５０及び上層の半導体層５１が接する界面のうち、ゲート絶縁膜４４との界面には第１の有機分子薄膜４７を、ソース電極４５との界面には第２の有機分子薄膜４８を、ドレイン電極４６との界面には第３の有機分子薄膜４９をと、各々異なる材料の有機分子薄膜を有する構造をしていることで、オン／オフ比が大きくなるので、動作周波数が大きく、且つ、低消費電力な薄膜トランジスタを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１で使用した、薄膜トランジスタの断面を示した図である。
【図２】第１の有機分子薄膜を形成する工程概略を示した図である。
【図３】実施例１の比較例として、第２の有機分子薄膜及び第３の有機分子薄膜に同一材料を用いた薄膜トランジスタの概略を示した図である。
【図４】薄膜トランジスタをアクティブ素子に用いた、アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイの平面を示した図である。
【図５】回路を含んだ概略を示した図である。
【図６】アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いた、電気泳動表示装置の主要部品構成の断面を示した図である。
【図７】実施例３で使用した、薄膜トランジスタの断面を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  薄膜トランジスタ（実施例１）
２  絶縁基板
３  ゲート電極
４  ゲート絶縁膜
５  ソース電極
６  ドレイン電極
７  第１の有機分子薄膜
８  第２の有機分子薄膜（実施例１）
９  第３の有機分子薄膜（実施例１）
１０  半導体層
１００  スタンプ
３１  薄膜トランジスタ（実施例１の比較例）
３８  第２の有機分子薄膜（実施例１の比較例）
３９  第３の有機分子薄膜（実施例１の比較例）
１２  ゲート走査配線
１３  信号配線
１４  パッシベーション膜
１５  ビアホール
１６  画素電極
１７  ゲート走査配線の端子部
１８  信号配線の端子部
１９  アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ
２０  ゲート走査回路
２１  信号回路
２２  コントロール回路
２３  透明電極
２４  電気泳動分散液層
２５  光反射用電気泳動粒子
２６  光吸収用電気泳動粒子
４１  薄膜トランジスタ（実施例３）
４２  絶縁基板（実施例３）
４３  ゲート電極（実施例３）
４４  ゲート絶縁膜（実施例３）
４５  ソース電極（実施例３）
４６  ドレイン電極（実施例３）
４７  第１の有機分子薄膜（実施例３）
４８  第２の有機分子薄膜（実施例３）
４９  第３の有機分子薄膜（実施例３）
５０  下層の半導体層（実施例３）
５１  上層の半導体層（実施例３）
【図１】
2010080467.tif 000003
【図２】
2010080467.tif 000004
【図３】
2010080467.tif 000005
【図４】
2010080467.tif 000006
【図５】
2010080467.tif 000007
【図６】
2010080467.tif 000008
【図７】
2010080467.tif 000009