(57)【要約】【課題】閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、選択的に閾値電圧を制御できる有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】本発明の有機薄膜トランジスタ１００は、基板１上に、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、ソース電極４と、ドレイン電極５と、有機半導体層７とが形成されており、さらに、ソース電極４表面に、ベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層８が形成され、ドレイン電極５の表面に、ベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層９が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、
上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層が形成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
上記ベンゼンチオール化合物は、上記電子供与性基として、アルキル基およびアミノ基の少なくとも一方の官能基を有することを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
上記ベンゼンチオール化合物は、４−アミノベンゼンチオール、４−メチルベンゼンチオール、または４−ジメチルアミノベンゼンチオールであることを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
上記ベンゼンチオール化合物のチオール基が、上記ソース電極およびドレイン電極の表面において、上記ソース電極およびドレイン電極を構成する材料と化学結合していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
上記ソース電極およびドレイン電極が、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれらの少なくとも１つを含む合金からなる群から選択される材料から構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
上記有機半導体層は、フラーレンまたはその誘導体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
上記有機半導体層は、ペンタセンまたはその誘導体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項８】
上記ゲート絶縁膜表面における、上記有機半導体層と接する部分に、シラン化合物からなるシラン化合物層が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項９】
基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層を形成する工程を含むことを特徴とする有機薄膜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、半導体部分に有機材料が用いられた有機薄膜トランジスタおよびその製造方法に関し、より詳細には、特に閾値電圧を選択的に制御可能な有機薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンに代表される無機半導体に対して、有機材料からなる半導体を用いた、いわゆる有機薄膜トランジスタが注目されている。
【０００３】
有機薄膜トランジスタは、近年ではアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ）と同等の移動度を示す例も報告されている。また、２００℃以下の低いプロセス温度で素子を作製することが可能であることから、耐熱性の低いプラスチック基板等にトランジスタ素子を形成することが可能となり、プラスチック基板の柔軟性を活かした、フレキシブルなデバイスを実現するための技術として検討されている。
【０００４】
また、有機材料は、材料の種類によって印刷法等によるデバイス作製も可能であることから、製造コストの低減および印刷による大面積なデバイスの製造が可能な半導体素子としても期待されている。
【０００５】
トランジスタを実用化する上で、電流電圧特性を制御することは重要であるが、中でも、所望の電圧範囲内でトランジスタを動作させる場合には、閾値電圧特性の制御が、極めて重要である。
【０００６】
例えば、非特許文献１には、ゲート絶縁膜表面と有機半導体層との間に、有機シラン化合物層を形成することにより、閾値電圧特性を制御する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献１には、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との間、および、ゲート絶縁膜と有機半導体層との間に、それぞれシラン化合物層を形成することによって閾値電圧を制御する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献１には、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との間（ソース電極およびドレイン電極上）に、フッ化アルキルチオール化合物（Ｆ１７Ｃ１０−Ｔｈｉｏｌ）からなる層を形成することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７‐８０８４８号公報（２００７年３月２９日公開）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Nature Materials, MAY 2004, Vol.3, pages 317-322
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、閾値電圧を選択的に制御することができないという問題がある。
【００１２】
具体的には、例えば、シリコンデバイスのＣＭＯＳ回路では、閾値電圧を適切な値に揃えることが要求される。このため、閾値電圧の制御を有機デバイスで行うことは重要である。さらに、閾値電圧と、それ以外の電流特性とを、個別に制御することも要求される。従って、閾値電圧を、選択的に制御することは極めて重要である。
【００１３】
しかし、非特許文献１の方法は、ゲート絶縁膜上に、有機シラン化合物層を形成することによって、閾値電圧を制御する。このため、閾値電圧を制御すると、移動度にまで影響が及んでしまう。
【００１４】
有機薄膜トランジスタにおいては、ゲート印加電圧に応じて、ゲート絶縁膜表面直近の有機半導体層中に、キャリアの通り道となるチャネルが生じる。しかし、このチャネル中を通るべきキャリアが、ゲート絶縁膜表面に存在するトラップに捕獲されてしまう。その結果、移動度が減少してしまう。
【００１５】
非特許文献１では、ゲート絶縁膜表面に形成される有機シラン化合物分子を選択することによって、チャネル内のキャリア密度を制御することにより、閾値電圧が変化する。しかし、ゲート絶縁膜表面の状態は、下記の理由により、移動度にも影響する。
【００１６】
具体的には、非特許文献１のように、ゲート絶縁膜表面に有機シラン化合物層を形成した場合、トラップの量が変化する。ここでいうトラップは、ゲート絶縁膜表面と有機半導体層との界面に存在する、キャリアを捕獲する部位のことである。より詳細には、ゲート絶縁膜表面から出ている水酸基（−ＯＨ）において、部分的に負電荷を有する酸素にホールが、部分的に正電荷を有する水素に電子が、それぞれ捕獲される部位のことである。
【００１７】
非特許文献１のように、ゲート絶縁膜表面上に有機シラン化合物層を形成すると、有機シラン化合物分子と、ゲート絶縁膜表面の−ＯＨとが結合し、−Ｏ−Ｓｉ−結合が形成される。これにより、電子トラップを潰すことができる。また、有機シラン化合物層の厚さ分、ホールトラップと有機半導体層との距離を離すことができる。これにより、ゲート絶縁膜と有機シラン化合物層との界面に存在するホールトラップの数を減少させることができる。その結果、移動度も変化する。
【００１８】
このように、非特許文献１では、ゲート絶縁膜上に形成された有機シラン化合物層が、閾値電圧の制御だけでなく、閾値電圧以外の電流特性である移動度にまで影響を及ぼす。このため、閾値電圧のみを選択的に制御することはできない。
【００１９】
一方、特許文献１の方法は、ソース電極上、ドレイン電極上、およびゲート絶縁膜上にそれぞれシラン化合物層を形成することによって、閾値電圧を制御する。例えば、シラン化合物層を形成するシラン化合物の密度を制御することによって、閾値電圧を制御することが可能である。
【００２０】
一方、特許文献１には、ソース電極およびドレイン電極上に吸着されたシラン化合物層と、ゲート絶縁膜と有機半導体膜との間に形成されたシラン化合物層とが、互いに異なシラン化合物から形成されていてもよいと記載されている。しかし、特許文献１の構成では、各シラン化合物層は、同一にならざるを得ないため、閾値電圧を選択的に制御することは困難である。
【００２１】
具体的には、上述のように、ゲート絶縁膜上のシラン化合物は、閾値電圧とそれ以外の電流特性である移動度にも影響を及ぼす。このため、特許文献１において、閾値電圧を選択的に制御する（つまり閾値電圧の制御と、ゲート絶縁膜表面の状態とを独立して制御する）には、ゲート絶縁膜上のシラン化合物を不変とし、ソース・ドレイン電極上のシラン化合物をゲート絶縁膜上のシラン化合物とは異なるものにする必要がある。
【００２２】
しかし、特許文献１には、ソース電極およびドレイン電極上に吸着されたシラン化合物層と、ゲート絶縁膜と有機半導体膜との間に形成されたシラン化合物層とを、異なるシラン化合物から形成する方法が、一切記載されていない。しかも、特許文献１の構成において、各シラン化合物層を、異なるシラン化合物から形成するのは、現実的に困難である。しかも、特許文献１の実施例でも、同一のシラン化合物層を使用したものしか記載されていない。従って、ソース・ドレイン電極上のシラン化合物層と、ゲート絶縁膜上のシラン化合物層とを、同一のシラン化合物から形成せざるを得ない。それゆえ、特許文献１の構成でも、閾値電圧のみを選択的に制御することはできない。
【００２３】
さらに、特許文献１では、シラン化合物層をフッ化アルキルチオール化合物（脂肪族チオール化合物）から形成した場合、閾値電圧を全く制御できていない。
【００２４】
このように、従来の方法では、閾値電圧以外の電流特性に影響を及ぼすことなく、閾値電圧を選択的に制御することができない。
【００２５】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能である有機薄膜トランジスタおよびその製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ソース電極およびドレイン電極の各電極と、有機半導体層との間に、電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層を設けることによって、閾値電圧を選択的に制御できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２７】
本発明の有機薄膜トランジスタは、上記の課題を解決するために、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタであって、上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層が形成されていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、ソース電極表面の有機半導体層と電気的に接する部分、および、ドレイン電極表面の有機半導体層と電気的に接する部分に、チオール化合物層が形成されている。このチオール化合物層は、ベンゼン環に電子供与性基が結合したベンゼンチオール化合物からなるものである。また、チオール化合物層は、ソース電極およびドレイン電極上に形成されている一方、ゲート絶縁膜上には形成されていない。
【００２９】
ここで、閾値電圧は、ゲート絶縁膜の状態（例えば、容量、または、膜中のトラップ密度等）、ソース電極から有機半導体層へのキャリア注入の様子が影響する。また、上述のように、移動度は、ゲート絶縁膜表面の状態の影響を受ける。
【００３０】
上記の構成によれば、ソース電極およびドレイン電極上にチオール化合物層が形成されているため、ソース電極から有機半導体層中へのキャリア注入の様子を変化させることができる。これにより、閾値電圧を制御することができる。また、チオール化合物層は、ゲート絶縁膜上には形成されていない。これにより、移動度は変化せず、閾値電圧のみを選択的に制御することができる。
【００３１】
さらに、チオール化合物層は、電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるものであるため、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体との界面に、電気分極が形成される。そして、この電気分極が、有機半導体層へのキャリア注入に必要な閾値電圧の制御に繋がる。
【００３２】
このように、上記の構成によれば、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能となる。
【００３３】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記ベンゼンチオール化合物は、上記電子供与性基として、アルキル基およびアミノ基の少なくとも一方の官能基を有することが好ましい。
【００３４】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記ベンゼンチオール化合物は、例えば、４−アミノベンゼンチオール、４−メチルベンゼンチオール、または４−ジメチルアミノベンゼンチオールであることが好ましい。
【００３５】
上記の各構成によれば、チオール化合物層が、電気供与性基として、アルキル基およびアミノ基の少なくとも一方の官能基を有するベンゼンチオール化合物から構成されている。従って、閾値電圧の制御をより確実に行うことが可能となる。
【００３６】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記ベンゼンチオール化合物のチオール基が、上記ソース電極およびドレイン電極の表面において、上記ソース電極およびドレイン電極を構成する材料と化学結合していることが好ましい。
【００３７】
上記の構成によれば、チオール化合物層と、ソース電極およびドレイン電極とが、化学結合により結合している。これにより、ソース電極およびドレイン電極の各電極上に、チオール化合物層を再現性良く、緊密に形成することが可能となる。従って、閾値電圧等の素子特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタを提供することができる。
【００３８】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記ソース電極およびドレイン電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれらの合金と化合物からなる群から選択される少なくとも一つの材料によって構成されることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、ソース電極およびドレイン電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれらの合金と化合物からなる群から選択される少なくとも一つの材料によって構成されている。これにより、チオール化合物層と、ソース電極およびドレイン電極とが、チオール−金属反応による化学結合によって結合される。その結果、ソース電極およびドレイン電極のいずれの電極上にも、チオール化合物層を再現性良く、緊密に形成することが可能となる。従って、閾値電圧等の素子特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタを提供することができる。
【００４０】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記有機半導体層は、フラーレンまたはその誘導体からなるものであってもよい。
【００４１】
上記構成によれば、有機半導体層が、ｎ型の半導体材料であるフラーレンまたはその誘導体から構成されている。これにより、チオール化合物層により閾値電圧の制御を独立して行いつつ、フラーレンまたはその誘導体からなる有機半導体層によって大きなドレイン電流を得ることができる。
【００４２】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記有機半導体層は、ペンタセンまたはその誘導体からなるものであってもよい。
【００４３】
上記構成によれば、有機半導体層が、ｐ型の有機半導体材料である、ペンタセンまたはその誘導体から構成されている。これにより、チオール化合物層により閾値電圧の制御を独立して行いつつ、ペンタセンまたはその誘導体からなる有機半導体層によって大きなドレイン電流を得ることができる。
【００４４】
本発明の有機薄膜トランジスタにおいて、上記ゲート絶縁膜表面における、上記有機半導体層と接する部分に、シラン化合物からなるシラン化合物層が形成されていることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、ゲート絶縁膜表面には、有機半導体層と接するように、シラン化合物からなるシラン化合物層が形成されている。これにより、シラン化合物分子と、ゲート絶縁膜表面の−ＯＨとが結合し、−Ｏ−Ｓｉ−結合が形成される。その結果、電子トラップを潰すことができる。また、シラン化合物層の厚さ分、ホールトラップと有機半導体層との距離を離すことができる。これにより、ゲート絶縁膜とシラン化合物層との界面に存在するホールトラップの数を減少させることができる。従って、大きな移動度を得ることができる。
【００４６】
さらに、このシラン化合物層は、閾値電圧を制御するためのチオール化合物層とは異なる材料から構成されている。これにより、ゲート絶縁膜の表面を、閾値電圧とは独立して制御することができる。従って、チオール化合物層により閾値電圧を選択的に制御しつつ、シラン化合物層により大きな移動度を得ることができる。特に、トラップが少なく、大きなドレイン電流を得ることが可能となる。
【００４７】
本発明の有機薄膜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、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層とを備える有機薄膜トランジスタの製造方法であって、上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層を形成する工程を含むことを特徴としている。
【００４８】
上記の方法によれば、ソース電極表面の有機半導体層と電気的に接する部分、および、ドレイン電極表面の有機半導体層と電気的に接する部分のいずれの部分にも、チオール化合物層が形成される。さらに、このチオール化合物層は、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるものである。また、チオール化合物層は、ソース電極およびドレイン電極上に形成されている一方、ゲート絶縁膜上には形成されていない。従って、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することできる有機薄膜トランジスタを製造することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明に係る有機薄膜トランジスタは、以上のように、上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層が形成されている構成である。
【００５０】
また、本発明に係る有機薄膜トランジスタ製造方法は、以上のように、上記ソース電極およびドレイン電極における、上記有機半導体層と電気的に接する部分に、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層を形成する工程を含んでいる。
【００５１】
それゆえ、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの要部構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図２】図１における有機薄膜トランジスタの製造方法のプロセス工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る有機薄膜トランジスタの要部構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
【図４】図３の有機薄膜トランジスタの製造方法におけるプロセス工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例１と比較例１における有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄとゲート電圧Ｖｇとの相関関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２と比較例３における有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄとゲート電圧Ｖｇとの相関関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３に係る有機薄膜トランジスタの要部構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は図７（ａ）におけるＣ−Ｃ’線矢視断面図である。
【図８】本発明の実施例３と比較例４における有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄとゲート電圧Ｖｇとの相関関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例４に係る有機薄膜トランジスタの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の実施形態について、図１ないし図９に基づいて説明する。
【００５４】
（１）有機薄膜トランジスタ
図１は、本実施形態の有機薄膜トランジスタ１００の要部構成を示し、図１の（ａ）は上面図であり、図１の（ｂ）は図１の（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【００５５】
図１に示すように、本実施形態の有機薄膜トランジスタ１００は、基板１上に、ゲート電極２とゲート絶縁膜３がこの順に積層して形成されている。ゲート絶縁膜３上には、ソース電極４とドレイン電極５とが間隔を置いて形成されており、ソース電極４とドレイン電極５とに挟まれるように、ゲート絶縁膜３上に、有機半導体層７が形成されている。ゲート絶縁膜３と有機半導体層７との間には、シラン化合物層６が形成されている。ソース電極４上にはチオール化合物層８が、ドレイン電極５上にはチオール化合物層９が形成されている。
【００５６】
基板１は、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス基板、石英基板、樹脂基板等を用いることができる。
【００５７】
ゲート電極２を構成する材料は、導電性材料であれば特に限定されるものではない。例えば、ゲート電極２は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）またはこれらの合金など、種々の金属材料から構成することができる。
【００５８】
ゲート絶縁膜３を構成する材料は、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁膜３は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の無機材料からなる無機絶縁膜であっても、パリレン、ポリイミド、ポリビニルフェノール等の有機材料からなる有機絶縁膜であってもよい。
【００５９】
ソース電極４およびドレイン電極５を構成する材料は、各電極表面にチオール化合物層８，９の硫黄原子（チオール基）が結合できる導電性材料であれば特に限定されるものではない。ソース電極４およびドレイン電極５は、電気抵抗が低く、且つ、チオール化合物層８，９の硫黄原子（チオール基）との化学結合が容易となる材料から構成することが好ましい。例えば、ソース電極４およびドレイン電極５は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一つの材料によって構成されることが好ましい。これにより、チオール化合物層８，９を構成するベンゼンチオール化合物のチオール基と、ソース電極４およびドレイン電極５を構成する金属材料とが、チオール−金属反応による化学結合によって結合される。つまり、ソース電極４およびドレイン電極５の表面に、チオール化合物層８，９のチオール基を容易に結合させることが可能となる。その結果、チオール化合物層８，９を、ソース電極４およびドレイン電極５の各電極上に、チオール化合物層８，９を再現性良く、緊密に形成することが可能となる。従って、閾値電圧等の素子特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタ１００を提供することができる。
【００６０】
ソース電極４とドレイン電極５とは、同じ材料から構成されても良いし、異なる材料から構成されても良い。しかし、同じ材料から構成されていれば、ソース電極４とドレイン電極５とを一工程で形成することができるため、より好ましい。
【００６１】
シラン化合物層６は、ゲート絶縁膜３表面の露出部分に形成されている。すなわち、シラン化合物層６は、ゲート絶縁膜３上のソース電極４およびドレイン電極５のない領域に形成されている。ソース電極４とドレイン電極５との間に形成されたシラン化合物層６は、有機半導体層７と接している。シラン化合物層６は、シラン化合物から構成されている。シラン化合物層６を構成するシラン化合物としては、例えば、ジシラザン誘導体、または、ゲート絶縁膜３表面と化学結合する部位に、クロロ基やアルコキシ基のような官能基を有するアルキルシランが挙げられる。具体的なシラン化合物として、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシランなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、シラン化合物層６は、ゲート絶縁膜３と結合可能であり、且つ、ソース電極４およびドレイン電極５を構成する材料と化学結合せず、電極材料の腐食を生じないシラン化合物から構成することが望ましい。
【００６２】
また、シラン化合物層６を構成するシラン化合物は、そのシラン化合物自体が新たなトラップが生じるような官能基（例えば、−ＮＨ２，−ＯＨ等）を有さないことが好ましい。例えば、シラン化合物は、後述の実施例で用いたヘキサメチルジシラザンであることが好ましい。これにより、移動度の減少を防ぐことができる。
【００６３】
このように、有機薄膜トランジスタ１００では、シラン化合物層６が、ゲート絶縁膜３の表面における有機半導体層７と接する部分に形成されている。これにより、シラン化合物層６を構成するシラン化合物分子と、ゲート絶縁膜３の表面の−ＯＨとが結合し、−Ｏ−Ｓｉ−結合が形成される。その結果、電子トラップを潰すことができる。また、シラン化合物層６の厚さ分、ホールトラップと有機半導体層７との距離を離すことができる。これにより、ゲート絶縁膜３とシラン化合物層６との界面に存在するホールトラップの数を減少させることができる。従って、大きな移動度を得ることができる。
【００６４】
また、シラン化合物層６は、後述する閾値電圧を制御するためのチオール化合物層８，９とは異なる材料から構成されている。これにより、ゲート絶縁膜３の表面を、閾値電圧とは独立して制御することができる。従って、チオール化合物層８，９により閾値電圧を選択的に制御しつつ、シラン化合物層により大きな移動度を得ることができる。特に、トラップが少なく、大きなドレイン電流を得ることが可能となる。
【００６５】
有機半導体層７は、有機材料を主成分として含む層である。有機半導体層７を構成する材料は、従来公知の有機薄膜トランジスタに用いられる有機半導体であれば特に限定されるものではない。例えば、有機半導体層７は、フラーレン、フラーレン誘導体、ペンタセン、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体、フタロシアニン、オリゴチオフェン、ポリチオフェン等の有機半導体材料から構成することができる。有機半導体層７は、フラーレン、フラーレン誘導体、ペンタセン、ペンタセン誘導体から構成することが好ましい。
【００６６】
フラーレンまたはその誘導体は、良好な電流特性を有する有機半導体材料の一つであり、ｎ型の有機半導体材料として現在最も注目されている材料の一つである。このため、フラーレンまたはその誘導体からなる有機半導体層７を備えた有機薄膜トランジスタ１００は、大きな移動度を得ることができる。従って、チオール化合物層８，９をソース電極４およびドレイン電極５上に形成することに加え、フラーレンまたはその誘導体からなる有機半導体層７によって、大きな移動度を保持したまま、閾値電圧を制御することができる。つまり、チオール化合物層８，９により閾値電圧の制御を独立して行いつつ、有機半導体層７によって大きなドレイン電流を得ることができる。
【００６７】
一方、ペンタセンまたはその誘導体は、良好な電流特性を有する有機半導体材料の一つであり、ｐ型の有機半導体材料として現在最も注目されている材料の一つである。このため、ペンタセンまたはその誘導体からなる有機半導体層７を備えた有機薄膜トランジスタ１００は、大きな移動度を得ることができる。従って、チオール化合物層８，９をソース電極４およびドレイン電極５上に形成することに加え、ペンタセンまたはその誘導体からなる有機半導体層７によって、大きな移動度を保持したまま、閾値電圧を制御することができる。つまり、チオール化合物層８，９により閾値電圧の制御を独立して行いつつ、有機半導体層７によって大きなドレイン電流を得ることができる。
【００６８】
チオール化合物層８は、ソース電極４表面の全域を覆っており、チオール化合物層９はドレイン電極５の表面の全域を覆っている。しかし、チオール化合物層８は、少なくともソース電極４の表面における有機半導体層７と電気的に接する部分に形成されていればよい。同様に、チオール化合物層９は、少なくともドレイン電極５表面における有機半導体層７と電気的に接する部分に形成されていればよい。
【００６９】
このように、ソース電極４およびドレイン電極５の電極表面は、チオール化合物層８，９によって表面処理が施されているといえる。
【００７０】
チオール化合物層８，９は、ベンゼン環に結合した電子供与性基を有するベンゼンチオール化合物から構成されている。
【００７１】
具体的には、チオール化合物層８，９を構成するベンゼンチオール化合物は、ベンゼン環に、１つ以上のチオール基（−ＳＨ）が結合した有機化合物である。すなわち、ベンゼンチオール化合物は、分子内にチオール基を有する芳香族有機チオール化合物である。ベンゼンチオール化合物は、１つ以上のチオール基を有していればよい。
【００７２】
さらに、ベンゼンチオール化合物は、チオール基に加えて、チオール基以外の官能基として、ベンゼン環に電子供与性基が結合している。すなわち、ベンゼンチオール化合物は、ベンゼン環に結合する１つ以上の水素が、電子供与性基に置換されている。ベンゼンチオール化合物は、ベンゼン環に１つの電子供与性基が結合した１置換体（１置換ベンゼンチオール化合物）であっても、ベンゼン環に複数の電子供与性基が結合した多置換体（多置換ベンゼンチオール化合物）であってもよい。ベンゼンチオール化合物が多置換体である場合、ベンゼン環に、同一の電子供与性基が結合していてもよいし、異なる電子供与性基が結合していてもよい。
【００７３】
このような電子供与性基としては、炭化水素基、アミノ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基などが挙げられる。
【００７４】
具体的には、炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、または環状の飽和炭化水素基あるいは不飽和炭化水素基である。より詳細には、炭化水素基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等のアルキル基；アリル基等のアルケニル基；メチン基等のアルキニル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基およびメチルシクロヘキシル基等のシクロアルキル基；シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基およびメチルシクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基；およびフェニル基等のアリール基などを例示できる。
【００７５】
アミノ基は、−ＮＨ２で表される１級アミノ基、１級アミノ基の一方の水素が置換された２級アミノ基、１級アミノ基のいずれの水素も置換された３級アミノ基のいずれであってもよい。２級アミノ基としては、一方の水素がアルキル基で置換されたアルキルアミノ基などを例示することができる。３級アミノ基としては、いずれの水素もアルキル基で置換されたジアルキルアミノ基などを例示することができる。
【００７６】
アルコキシ基は、ヒドロキシ基の水素が、上述の炭化水素基に置換された官能基である。例えば、アルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、フェノキシ基等が挙げられる。
【００７７】
また、ベンゼンチオール化合物は、分子内に、１以上のチオール基（−ＳＨ）を有していればよい。すなわち、チオール化合物は、１価のチオールであってもよいし、多価のチオールであってもよい。
【００７８】
このようなベンゼンチオール化合物は、ベンゼン環に結合した電子供与性基として、アルキル基、アミノ基、ヒドロキシル基、およびアルコキシ基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を有することが好ましく、ベンゼン環に結合した電子供与性基として、アルキル基およびアミノ基の少なくとも一方の官能基を有することがより好ましい。具体的には、ベンゼンチオール化合物として、４−メチルベンゼンチオール、３−メチルベンゼンチオール、３，４−ジメチルベンゼンチオール、３，５−ジメチルベンゼンチオール、４−アミノベンゼンチオール、３−アミノベンゼンチオール、４−ジメチルアミノベンゼンチオール、３−ジメチルアミノベンゼンチオール、３−ヒドロキシベンゼンチオール、４−メトキシベンゼンチオール、３−メトキシベンゼンチオールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００７９】
このように、チオール化合物層８，９は、ベンゼン環に電子供与性基として、アルキル基およびアミノ基の少なくとも一方の官能基が結合したベンゼンチオール化合物から構成されていることが好ましい。例えば、チオール化合物層８，９は、後述の実施例のように、４−アミノベンゼンチオール、４−メチルベンゼンチオール、または４−ジメチルアミノベンゼンチオールからなるものであることがより好ましい。これにより、閾値電圧の制御をより容易に行うことが可能となる。
【００８０】
なお、チオール化合物層８とチオール化合物層９は、同じ材料で構成されても良いし、異なる材料で構成されても良い。しかし、同じ材料で構成される場合、チオール化合物層８とチオール化合物層９を一つの工程で形成することができるため、より好ましい。
【００８１】
また、チオール化合物層８，９を構成する芳香族チオール化合物のチオール基が、ソース電極４およびドレイン電極の表面において、ソース電極４およびドレイン電極５を構成する材料と化学結合していることが好ましい。例えば、ソース電極４およびドレイン電極５は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびこれらの合金と化合物からなる群から選択される少なくとも一つの材料によって構成されていると、チオール化合物層８，９と、ソース電極４およびドレイン電極５とが、チオール−金属反応による化学結合によって結合する。その結果、チオール化合物層８，９を、ソース電極４およびドレイン電極５の各電極上に、再現性良く、緊密に形成することが可能となる。従って、有機薄膜トランジスタ１００における閾値電圧等の素子特性のばらつきが小さくなる。さらに、チオール化合物層８，９によって、ソース電極４とドレイン電極５との間の電流の低下を少なくすることもできる。
【００８２】
なお、チオール化合物層８，９と、ソース電極４およびドレイン電極５との化学結合は、上述のようなチオール−金属反応による化学結合に限定されるものではなく、共有結合、イオン結合、配位結合などの結合であってもよい。
【００８３】
このように、本実施形態の有機薄膜トランジスタ１００では、チオール化合物層８，９を構成するベンゼンチオール化合物を選択することにより、閾値電圧の制御を容易に行うことが可能となる。つまり、選択したベンゼンチオール化合物分子に応じた、固有の閾値電圧を得ることが可能となる。なお、ベンゼンチオール化合物は、例えば、双極子モーメントをある程度の目安として、選択することができる。
【００８４】
以上のように、有機薄膜トランジスタ１００は、ソース電極４表面およびドレイン電極５表面の有機半導体層７と電気的に接している部分に、チオール化合物層８，９が形成された構成である。これにより，閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能となる。
【００８５】
（２）有機薄膜トランジスタの製造方法
以下、本実施形態の有機薄膜トランジスタ１００の製造方法について説明する。図２は、図１の有機薄膜トランジスタ１００の製造方法におけるプロセス工程を示す断面図である。なお、以下で説明する製造方法は一例であって、この製造方法に限定されるものではない。
【００８６】
有機薄膜トランジスタ１００の製造方法は、ソース電極４上にチオール化合物層８、および、ドレイン電極５上にチオール化合物層９を形成する工程を含んでいる。より具体的には、有機薄膜トランジスタ１００の製造方法は、基板１上にゲート電極２を形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極２上にゲート絶縁膜３を形成するゲート絶縁膜形成工程と、ゲート絶縁膜３上にソース電極４およびドレイン電極５を互いに間隔を置いて形成する電極形成工程と、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とにより挟まれるように有機半導体層７を形成する有機半導体層形成工程と、ソース電極４の表面における有機半導体層７と電気的に接する部分、および、ドレイン電極５の表面における有機半導体層７と電気的に接する部分に、チオール化合物層８，９を形成するチオール化合物層形成工程とを含んでいる。以下、各工程について説明する。
【００８７】
（ａ）ゲート電極形成工程
図２の（ａ）に示すように、まず、基板１上に金属薄膜を形成して、ゲート電極２を形成する。
【００８８】
なお、本実施の形態では説明の簡略化のために基板１の全面に、ゲート電極２を形成する場合について説明している。しかし、ゲート電極２は、基板１の全面に形成することに限定されるものではなく、フォトリソグラフィー法やマスク成膜法等を用いて、パターン化されたゲート電極２を形成することも可能である。
【００８９】
（ｂ）ゲート絶縁膜形成工程
次に、図２の（ｂ）に示すように、ゲート電極２に重畳するようにゲート絶縁膜３を形成する。ゲート絶縁膜３の作製には、通常の真空蒸着、スパッタ成膜、ＣＶＤ法、スピンコーティング法、またはインクジェット法等、種々の方法を用いることが可能である。
【００９０】
（ｃ）電極形成工程
続いて、図２の（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３上に、ソース電極４とドレイン電極５とを互いに間隔を置いて形成する。
【００９１】
ソース電極４およびドレイン電極５のパターンの形成には、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー手法、エッチングプロセス、リフトオフプロセスの他、インクジェット法等の印刷手法を利用することができる。また、ソース電極４およびドレイン電極５を構成する材料の形成には、通常の真空蒸着法やスパッタ成膜法、印刷法等、様々な方法を用いることが可能である。
【００９２】
（ｄ）シラン化合物層形成工程
次に、図２の（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜３表面に、シラン化合物からなるシラン化合物層６を形成する。
【００９３】
シラン化合物層６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、シラン化合物の蒸気に、ゲート絶縁膜３表面を曝すことによりシラン化合物層６を形成する気相法、シラン化合物の原液または適当な溶媒で希釈した溶液を用い、これに基板１を直接浸すことによりシラン化合物層６を形成するディップ法、またはスピンコートによりシラン化合物層６を形成するスピンコート法等を用いることができる。
【００９４】
これらの手法により、基板１上のゲート絶縁膜３の表面に、シラン化合物層６を形成した後、有機溶媒等を用いた基板１のリンスを行う。これにより、余剰なシラン化合物を除去することができる。その結果、ゲート絶縁膜３上に選択的に結合したシラン化合物層６が形成される。
【００９５】
ここで、シラン化合物層６は、ゲート絶縁膜３と結合可能であり、且つ、ソース電極４およびドレイン電極５と結合しないシラン化合物から構成することが好ましい。これにより、図２の（ｄ）のように、シラン化合物層６が、ゲート絶縁膜３の露出表面にのみ選択的に形成され、ソース電極４およびドレイン電極５上には形成されない。
【００９６】
（ｅ）チオール化合物層形成工程
次に、図２の（ｅ）に示すように、ソース電極４表面にチオール化合物層８を形成すると共に、ドレイン電極５表面に、チオール化合物層９を形成する。
【００９７】
チオール化合物層８，９は、上述したベンゼンチオール化合物を含有する気体、液体、または固体を、チオール化合物層８，９が形成される電極表面に接触させることにより形成する。ベンゼンチオール化合物が、常温常圧において液体または固体の場合には、エタノールやアセトニトリル等の溶媒に、ベンゼンチオール化合物を溶解させて、その溶液に、ソース電極４表面およびドレイン電極５表面を接触させる。これにより、チオール化合物層８，９が形成される。この場合、接触時間を調整することによりチオール化合物の付着量を制御することが可能である。つまり、チオール化合物層８，９の厚さを制御することが可能となる。
【００９８】
また、上記ベンゼンチオール化合物が、常温常圧において気体、または、加熱により気体となる場合には、その気体にソース電極４表面およびドレイン電極５表面を接触させる。これにより、チオール化合物層８，９が形成される。この場合も、気相中での接触時間を調整することにより、チオール化合物の付着量を制御することが可能となる。つまり、チオール化合物層８，９の厚さを制御することが可能となる。
【００９９】
次に、ソース電極４表面およびドレイン電極５表面にチオール化合物を接触させた後、有機溶媒等を用いたリンスを行う。これにより、基板１表面の余剰なチオール化合物を除去することができる。このようにして、図２（ｅ）に示すように、ソース電極４表面にチオール化合物層８が形成され、ドレイン電極５表面にチオール化合物層９が形成される。
【０１００】
なお、本実施形態では説明の簡略化のために、チオール化合物層８によってソース電極４表面をすべて覆い、チオール化合物層９によってドレイン電極５表面すべてを覆うように説明している。しかし、チオール化合物層８は、少なくともソース電極４表面における有機半導体層７との間で電気的に接する領域にのみ形成されていればよい。また、チオール化合物層９は、少なくともドレイン電極５表面における有機半導体層７との間で電気的に接する領域にのみ形成すればよい。また、チオール化合物層８，９は、各電極表面における有機半導体層７との間で電気的に接する領域の全てに形成してもよいし、その領域にまばらに形成してもよい。
【０１０１】
なお、チオール化合物層８およびチオール化合物層９が同一のベンゼンチオール化合物からなる場合、チオール化合物層８とチオール化合物層９とを同時に形成することが可能となる。
【０１０２】
（ｆ）有機半導体層形成工程
最後に、図２の（ｆ）に示すように、有機半導体層７を、ソース電極４およびドレイン電極５に重畳するように形成する。
【０１０３】
有機半導体層７は、例えば、抵抗加熱による真空蒸着法を用いて作製することができる。また、有機半導体層７が可溶性の材料から構成される場合、塗布法または印刷法等の一般的な手法を用いて有機半導体層７を作製することが可能である。
【０１０４】
図２の（ｆ）では、ソース電極４およびドレイン電極５にのみ有機半導体層７を形成したが、基板１上の全面に、有機半導体層７を形成してもよい。すなわち、シラン化合物層６表面、ソース電極表面、およびドレイン電極表面の各表面（基板１上の露出面）に、有機半導体層７を形成してもよい。ただし、寄生容量等の観点から、有機半導体層７は、ソース電極４およびドレイン電極５上に重畳するようにパターン化して形成することが好ましい。
【０１０５】
以上のような工程によって、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタ１００を製造することが可能となる。
【０１０６】
本発明は、以下のように表現することもできる。
【０１０７】
〔１〕本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に、有機半導体層と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極とを備えた有機薄膜トランジスタであって、ソース電極およびドレイン電極の少なくとも該有機半導体層と電気的に接している表面に、チオール化合物からなる層を有していることもいえる。
【０１０８】
このような構成によれば、ソース電極とドレイン電極の少なくとも該有機半導体層と電気的に接している表面に、チオール化合物からなる層を有することにより、閾値電圧の制御が可能となり、且つソース電極とドレイン電極間の電流の低下が少ない有機薄膜トランジスタを提供することが可能となる。
【０１０９】
〔２〕前記チオール化合物は、アルキル基、アミノ基、ヒドロキシ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルコキシ基から選択された官能基を、少なくとも一つ有しているベンゼンチオール誘導体であることを特徴とする上記〔１〕に記載の有機薄膜トランジスタ。このように，チオール化合物として，アルキル基、アミノ基、ヒドロキシ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルコキシ基から選択された官能基を、少なくとも一つ有しているベンゼンチオール誘導体を選択する事により，容易に閾値電圧を制御することが可能となる。
【０１１０】
〔３〕前記チオール化合物からなる層は、該チオール化合物の有するチオール基が、前記ソース電極およびドレイン電極を構成する材料表面と結合していることを特徴とする上記〔１〕または〔２〕に記載の有機薄膜トランジスタ。この構成によれば、前記チオール化合物の有するチオール基が，ソース電極およびドレイン電極を構成する材料と結合していることにより，電極上にチオール化合物からなる層を再現性良く、緊密に形成する事が可能となり、閾値電圧等の素子特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタを提供することが可能となる。
【０１１１】
〔４〕前記ソース電極およびドレイン電極は、金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかもしくはこれらの化合物からなる材料によって形成されていることを特徴とする上記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。このように、前記ソース・ドレイン電極を構成する材料を、金，銀，銅，白金，パラジウムもしくはそれらの化合物から選択することにより，前記チオール基を容易にソース・ドレイン電極に結合させる事が可能となる。
【０１１２】
〔５〕前記有機半導体膜は、フラーレンもしくはその誘導体からなることを特徴とする上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【０１１３】
〔６〕前記有機半導体膜は、ペンタセンもしくはその誘導体からなることを特徴とする上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【０１１４】
このように、有機半導体膜として，フラーレンやその誘導体，ペンタセンやその誘導体を用いることにより、閾値電圧の制御を行いながら大きなドレイン電流を得ることができる。
【０１１５】
〔７〕前記ゲート絶縁膜と前記有機半導体膜とが接するゲート絶縁膜表面には、シラン化合物からなる層を有することを特徴とする上記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。本発明の有機薄膜トランジスタでは、閾値電圧制御のためのチオール化合物をソース電極およびドレイン電極と有機半導体膜とが接している表面に有するため，ゲート絶縁膜表面を独立に制御することが可能となる。特に，ゲート絶縁膜表面にシラン化合物からなる層を有することにより，トラップが少なく，大きなドレイン電流を得ることが可能となる。
【０１１６】
上述した各実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定がなされているが、本発明の範囲は、上述の各実施形態および図面の記載に限定されるものではない。すなわち、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１１７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【０１１８】
〔実施例１〕
実施例１では、図３に示すような、ｎ型の有機半導体材料であるフラーレンを用いた有機薄膜トランジスタ１００の製造例について説明する。図３において、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。図４は、図３の有機薄膜トランジスタ１００の製造方法におけるプロセス工程を示す断面図である。
【０１１９】
以下、図４の（ａ）〜（ｆ）に基づいて、図３に示す有機薄膜トランジスタ１００を製造する方法のプロセス工程を説明する。
【０１２０】
まず、図４の（ａ）に示すように、ゲート電極を兼ねた基板１０としてＮ型の単結晶シリコン基板を用い、この基板１０上にゲート絶縁膜３としてシリコンの熱酸化膜を膜厚３１０ｎｍで形成した。次に、ゲート絶縁膜３上にソース電極４およびドレイン電極５を作製するために、開口部を有するフォトレジスト膜１１を作製した。
【０１２１】
次に、図４の（ｂ）に示すように、金（Ａｕ）からなる金属薄膜１２を真空蒸着法により膜厚２５ｎｍで蒸着した。
【０１２２】
その後、フォトレジスト膜１１を除去するため、アセトン溶媒中に基板１０を浸漬するリフトオフ工程を行い、フォトレジスト膜１１上に積層されていた不要な金を除去した。これにより、図４の（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３上に、ソース電極４とドレイン電極５とを形成した。このときのソース電極４およびドレイン電極５の間隔であるチャネル長は１０μｍであった。
【０１２３】
次に、ゲート絶縁膜３上にシラン化合物層６を形成するために、ゲート絶縁膜３、ソース電極４およびドレイン電極５が形成された基板１０を、シラン化合物であるヘキサメチルジシラザン（以下ＨＭＤＳ）と共に密閉容器（図示せず）中に封入した。そして、大気圧中、室温の条件で、ＨＭＤＳの蒸気に２分間曝露した。曝露終了後、トルエン溶媒を用いてリンス処理を行い、余剰なＨＭＤＳ材料を基板１０上から除去した。これにより、図４の（ｄ）に示すようなゲート絶縁膜３上にシラン化合物層６を形成した。
【０１２４】
この時、ソース電極４およびドレイン電極５を構成する金には、シラン化合物が結合しない。このため、密閉容器中でソース電極４およびドレイン電極５に付着したＨＭＤＳ材料はリンス処理によって除去され、ソース電極４とドレイン電極５上にシラン化合物層６が形成されない。
【０１２５】
次に、ソース電極４上にチオール化合物層８を、ドレイン電極５上にチオール化合物層９を、それぞれ形成した。具体的には、まず、下記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の芳香族チオール化合物を、それぞれアセトニトリルに溶解して、各化合物の１５ｍＭ溶液を調整した。そして、図４の（ｄ）の基板１０を、この溶液中に浸漬することにより、ソース電極４およびドレイン電極５上に、各芳香族チオール化合物を閾値電圧の制御のためそれぞれ吸着させた。この吸着処理後、基板１０はアセトニトリル溶媒でリンスし、付着力の弱いチオール化合物を除去した。これにより、図４の（ｅ）に示すように、チオール化合物層８およびチオール化合物層９を形成した。なお、チオール化合物層８およびチオール化合物層９は、同一の芳香族チオール化合物から形成されている。
（Ａ）４−アミノベンゼンチオール；
（Ｂ）４−メチルベンゼンチオール；
（Ｃ）４−ジメチルアミノベンゼンチオール。
【０１２６】
最後に、図４の（ｆ）に示すように、電子受容性の有機半導体であるフラーレンＣ６０を用いて有機半導体層７を形成した。実施例１では、真空蒸着法を用いて、基板温度１２０℃の条件で所定の開口部を有するマスクを介した蒸着を行い、膜厚１００ｎｍの有機半導体層７を作製した。
【０１２７】
このようにして本実施例１では、（Ａ）、（Ｂ）または（Ｃ）のベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層８，９を備えた有機薄膜トランジスタをそれぞれ作製した。
【０１２８】
〔比較例１〕
比較例１の有機薄膜トランジスタは、実施例１の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極４とドレイン電極５上に閾値電圧を制御するためチオール化合物層８，９を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして作製した。
【０１２９】
〔実施例１と比較例１の比較〕
実施例１と比較例１で作製した有機薄膜トランジスタに対して、ソース電極４とドレイン電極５との間の電圧を３０Ｖ（ＶＤ）とし、ソース電極４と基板１０との間の電圧（ゲート電圧Ｖｇ）を０Ｖから３０Ｖまで変え、各有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）を測定した。
【０１３０】
図５は、実施例１と比較例１とで作製した有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）とゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）との相関関係を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）を示し、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄの平方根に１０−２をかけたものを示す。
【０１３１】
また、実施例１および比較例１の各有機薄膜トランジスタに対して、グラフにおけるＩｄの平方根特性の直線部分を外挿して横軸と交わった電圧値を各有機薄膜トランジスタの閾値電圧ＶTとして記録した。たとえば、比較例１の場合、図５に示す点線が横軸と交わった電圧値が示す閾値電圧が１４．６Ｖとなる。
【０１３２】
図５に示すように、チオール化合物層８，９が形成されていない比較例１の特性に対し、ベンゼンチオール化合物を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順で変えた実施例１の結果は、特性が比較例１、実施例１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に、左側（マイナス側）にシフトすることがわかる。
【０１３３】
以下の表１は、実施例１および比較例１で作製した有機薄膜トランジスタの各特性を示している。表１からわかるように、ソース電極４およびドレイン電極５の各表面に形成したチオール化合物層８，９を、比較例、実施例１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順で変えたとき、閾値電圧はこの順に１４.６Ｖから５.０Ｖまで変化することもわかる。これは、ベンゼンチオール化合物を適宜選択することにより、閾値電圧を制御することが可能であることを示している。
【０１３４】
一方、表１には、比較例１、実施例１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）について、移動度（μ）および電流のオンオフ比を示している。表１からわかるように、比較例１、実施例１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）においてチオール化合物を変えた場合にも移動度（μ）は大きな変化がなく、且ついずれの場合も電流のオンオフ比が１０５以上の値が得られている。これは、閾値電圧を制御するためのチオール化合物が閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能であることを示している。
【０１３５】
【表１】
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【０１３６】
このように、ソース電極４とドレイン電極５上にベンゼンチオール化合物からなるチオール化合物層８，９を形成することにより、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧を選択的に制御することが可能となる。
【０１３７】
〔比較例２〕
比較例２の有機薄膜トランジスタは、実施例１の有機薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜３と有機半導体層７の間にヘキサメチルジシラザンからなるシラン化合物層６を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして作製した。
【０１３８】
閾値電圧を制御するためのチオール化合物としては、４−メチルベンゼンチオールを用いた。実施例１と同じように、この有機薄膜トランジスタの各特性を測定した結果、閾値電圧はＶT＝６.７Ｖであり、移動度μ＝０.５ｃｍ２/Ｖｓであった。実施例１と同様に閾値電圧のシフトが確認されたが、移動度は低い結果となった。
【０１３９】
これにより、本実施例１の有機薄膜トランジスタでは、閾値電圧を制御するためのチオール化合物層８，９をソース電極４およびドレイン電極５上に備えるとともに、ゲート絶縁膜３の表面にシラン化合物層６を備えていることにより、移動度の低下がほとんど見られなく、より良好なトランジスタ特性を得ることができたということがわかる。
【０１４０】
〔実施例２〕
実施例２の有機薄膜トランジスタは、図３に示した実施例１の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層７にｐ型の有機半導体材料であるペンタセンを用いたこと以外は実施例１と同様にして作製した。
【０１４１】
ペンタセンからなる有機半導体層７は、基板温度を室温に設定し、所定の開口部を有するマスクを介した蒸着により膜厚６０ｎｍに製膜した。閾値電圧を制御するためのチオール化合物としては、４−メチルベンゼンチオールを用いた。
【０１４２】
〔比較例３〕
比較例３の有機薄膜トランジスタは、実施例２の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極4およびドレイン電極５上に閾値電圧を制御するためチオール化合物層８，９を形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして作製した。なお、有機半導体層として、実施例２と同じように、ペンタセンを用いた。
【０１４３】
〔実施例２と比較例３の比較〕
実施例２と比較例３で作製した有機薄膜トランジスタに対して、ソース電極４とドレイン電極５の間の電圧を３０Ｖ（ＶＤ）とし、ソース電極４と基板１０の間の電圧（ゲート電圧Ｖｇ）を５Ｖから−３０Ｖまで変え、各有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）を測定した。
【０１４４】
図６は、実施例２と比較例３で作製した有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）とゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）との相関関係を示すグラフである。図６のグラフにおいて、横軸は、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）を示し、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄの平方根に１０−２をかけたものを示す。
【０１４５】
また、実施例２および比較例３の各有機薄膜トランジスタに対して、グラフにおけるＩｄの平方根特性の直線部分を外挿して横軸と交わった電圧を各有機薄膜トランジスタの閾値電圧ＶTとして記録した。
【０１４６】
図６からわかるように、チオール化合物層８，９を形成しなかった比較例３に対し、ソース電極４およびドレイン電極５に４−メチルベンゼンチオールを吸着させてチオール化合物層８，９をそれぞれ形成した実施例２の特性は、マイナス側にシフトした。比較例３の閾値電圧ＶＴ＝−２.９Ｖに対し、実施例２ではＶＴ＝−６.４Ｖであった。
【０１４７】
これにより、有機半導体層にｐ型の有機半導体であるペンタセンを用いた実施例２の薄膜トランジスタにおいても、実施例１と同様に、ソース電極４およびドレイン電極５と、有機半導体層７との間にチオール化合物層８，９を設けることによって、閾値電圧を制御することが可能であることが確認された。
【０１４８】
〔実施例３〕
実施例３の有機薄膜トランジスタは、ゲート電極がパターニングされた構造を備える。図７は、実施例３に係る有機薄膜トランジスタ２００の要部構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線矢視断面図である。
【０１４９】
以下、実施例３の有機薄膜トランジスタを製造する方法のプロセス工程を説明する。
【０１５０】
まず、ガラスなどからなる基板２１上にスパッタリング法によりアルミシリコン（Ａl-Ｓｉ）合金膜を膜厚４０ｎｍ形成した。
【０１５１】
続いて、アルミシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金膜を、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを用いて所望の形状にパターニングを行い、ゲート電極２２を形成した。
【０１５２】
次に、ゲート電極２２上に、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）をスパッタリング法により、膜厚２００ｎｍで製膜して、ゲート絶縁膜２３を作製した。
【０１５３】
次に、実施例１と同様にレジスト膜（図示せず）を用いたリフトオフ法を用いて金からなるソース電極２４とドレイン電極２５とを作製した。
【０１５４】
続いて、ゲート絶縁膜２３の表面をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）の蒸気に曝すことにより、ゲート絶縁膜２３上にＨＭＤＳからなるシラン化合物層２６を形成した。
【０１５５】
次に、ソース電極２４とドレイン電極２５の表面に、閾値電圧を制御するためのベンゼンチオール化合物として４-ジメチルアミノベンゼンチオールを用い、実施例１と同様にアセトニトリル溶液に浸漬することによって、チオール化合物層２８およびチオール化合物層２９をそれぞれ形成した。
【０１５６】
最後に、実施例１と同様に有機半導体層２７としてフラーレンＣ６０を膜厚１００ｎｍで蒸着法により製膜した。
【０１５７】
以上のようなプロセスにより、図７に示す本実施例３の有機薄膜トランジスタを作製した。
【０１５８】
〔比較例４〕
比較例４の有機薄膜トランジスタは、実施例３の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極２４およびドレイン電極２５上に閾値電圧を制御するためチオール化合物層２８，２９を形成しなかったこと以外は実施例３と同様にして作製した。
【０１５９】
〔実施例３と比較例４の比較〕
実施例３と比較例４で作製した有機薄膜トランジスタ２００に対して、ソース電極２４とドレイン電極２５の間の電圧を２５Ｖとし、ソース電極４とドレイン電極５との間の電圧を０Ｖから２５Ｖまで変え、各有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）を測定した。
【０１６０】
図８は、実施例３と比較例４で作製した有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄ（Ａ）とゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）との相関関係を示すグラフである。該グラフにおいて、横軸は、ゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）を示し、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄの平方根に１０−２をかけたものを示す。
【０１６１】
また、実施例３および比較例４の各有機薄膜トランジスタに対して、グラフにおけるＩｄの平方根特性の直線部分を外挿して横軸と交わった電圧を、各有機薄膜トランジスタの閾値電圧ＶTとして記録した。
【０１６２】
図８からわかるように、チオール化合物層２８，２９を形成しなかった比較例４の特性に対して、４−ジメチルアミノベンゼンチオールからなるチオール化合物層２８，２９を、ソース電極２４およびドレイン電極２５と有機半導体層２７との間に備えた実施例３の有機薄膜トランジスタ２００では、特性が左側（マイナス側）にシフトしていた。比較例４の閾値電圧ＶＴ＝−１０.０Ｖに対し、実施例３ではＶＴ＝４.１Ｖであった。
【０１６３】
これにより、ソース電極２４およびドレイン電極２５と有機半導体層２７との間にチオール化合物層２８，２９を設けることによって、閾値電圧を制御することが可能であることが確認された。
【０１６４】
〔実施例４〕
実施例４による有機薄膜トランジスタは、チオール化合物層による閾値電圧の制御を適用したトップゲート構造を備える。図９に、実地例４で作製した有機薄膜トランジスタの要部断面図を示す。
【０１６５】
以下、実施例４の有機薄膜トランジスタを製造する方法のプロセス工程を説明する。
【０１６６】
まず、ガラスなどからなる基板３１上に、金（Ａｕ）からなるソース電極３４とドレイン電極３５とを実施例１と同様のリフトオフ法を用いて作製した。
【０１６７】
続いて、このソース電極３４およびドレイン電極３５の各表面に、ベンゼンチオール化合物として４−メチルベンゼンチオールを用いて、チオール化合物層３８およびチオール化合物層３９を実施例１と同様にアセトニトリル溶液を用いてそれぞれ形成した。
【０１６８】
次に、有機半導体層３７としてフラーレンＣ６０をマスク（図示せず）を介して蒸着法により、膜厚１００ｎｍで製膜した。
【０１６９】
さらに、基板３１上に、ソース電極３４、ドレイン電極３５および有機半導体層３７を覆うように、パリレンからなる絶縁膜をＣＶＤ法によって、膜厚５００ｎｍで製膜し、ゲート絶縁膜３３とした。
【０１７０】
最後に、ソース電極３４およびドレイン電極３５に挟まれた有機半導体層３７のチャネル領域に重畳するように、Ａｌ−Ｓｉ合金膜を、マスクを介したスパッタリング法により膜厚４０ｎｍで成膜して、ゲート電極３２を作製した。
【０１７１】
以上のようなプロセスにより、図９に示す実施例４に係る有機薄膜トランジスタ３００を作製した。
【０１７２】
〔比較例５〕
比較例５の有機薄膜トランジスタは、実施例４の有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極３４とドレイン電極３５上に閾値電圧を制御するためチオール化合物層３８，３９を形成しなかったこと以外は実施例４と同様にして作製した。
【０１７３】
〔実施例４と比較例５の比較〕
実施例４と比較例５の有機薄膜トランジスタの閾値電圧を上述した方法と同じように測定して比較した。その結果、比較例５の閾値電圧ＶＴ＝２５Ｖに対し、実施例２ではＶＴ＝１０Ｖであった。
【０１７４】
これにより、本実施例４のようなトップゲート型構造においても、チオール化合物層３８，３９による閾値電圧の制御が可能であることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明の有機薄膜トランジスタは、閾値電圧以外の電流特性に大きな影響を与えることなく、閾値電圧の独立制御が可能であるため、各種電子部品に好適に使用できる。例えば、フレキシブルディスプレイ分野において、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７６】
１００、２００、３００  有機薄膜トランジスタ
１、１０、２１、３１          基板
２、２２、３２          ゲート電極
３、２３、３３          ゲート絶縁膜
４、２４、３４          ソース電極
５、２５、３５          ドレイン電極
６、２６、３６          シラン化合物層
７、２７、３７          有機半導体層
８、２８、３８          チオール化合物層
９、２９、３９          チオール化合物層
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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