(57)【要約】【課題】大きい電荷移動度を維持しつつも、電気特性の異方性が小さい有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】ソース電極（Ｓ）、ドレイン電極（Ｄ）、ゲート電極（Ｇ）、ゲート絶縁膜（Ｉｎｓ）及び有機半導体膜（Ｓｅｍｉ）を基板（Ｓｕｂ）の一方の面上に有し、ゲート絶縁膜によってソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを絶縁し、且つゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体を通って流れる電流を制御する、薄膜トランジスタ（１０）であって、基板又はゲート絶縁膜が、表面に水酸基を有し、薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜（Ａｍｒ）を更に有し、非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ有機半導体膜が、非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている、薄膜トランジスタとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、前記ゲート絶縁膜によって前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とを絶縁し、且つ前記ゲート電極に印加される電圧によって前記ソース電極から前記ドレイン電極へと前記有機半導体を通って流れる電流を制御する、薄膜トランジスタであって、
前記基板又はゲート絶縁膜が、表面に水酸基を有し、前記薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、前記非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する前記基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ前記有機半導体膜が、前記非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みが１０ｎｍ以下である、請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記非晶質オルガノシラン薄膜の粗さＲａが３ｎｍ以下である、請求項１又は２記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記非晶質オルガノシラン薄膜が高さ３０ｎｍ以上の突起を有していない、請求項１〜３のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記非晶質オルガノシラン薄膜がシロキサンオリゴマーを含有する、請求項１〜４のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記非晶質オルガノシラン薄膜の臨界界面エネルギーの値が、１０〜３０ｍＮ／ｍである、請求項１〜５のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記非晶質オルガノシラン薄膜が、トリクロロオルガノシラン薄膜又はトリアルコキシオルガノシラン薄膜である、請求項１〜６のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、シリカによって提供されている、請求項１〜７のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、高分子基板上に積層されたシリカ層によって提供されている、請求項１〜８のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記有機半導体膜上に保護膜が積層されている、請求項１〜９のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
湿度１０％以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、前記オルガノシラン薄膜を、表面に水酸基を有する前記基板又は前記ゲート絶縁膜上に形成することを含む、請求項１〜１０のいずれか記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、特に有機半導体膜を有する薄膜トランジスタ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に代表される半導体素子は、液晶等の表示装置、太陽電池パネル等のさまざまな用途に用いられるようになっている。現在主に用いられている半導体素子、特にシリコンを半導体材料として用いる半導体素子は、製造時にＣＶＤやスパッタリング等の真空プロセスを用いることから、製造コストが高い。またこのような半導体素子では、プロセス温度の点から、高分子フィルム等の上に形成したフレキシブル素子とすることが難しい。
【０００３】
将来的に実用化が期待される軽量でフレキシブルな素子やＲＦ−ＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等の低コストが要求される分野において、簡便な方法で作製できる有機半導体素子をアクティブ素子に適用することが検討されている。このような有機半導体素子の製造で用いる真空蒸着装置や塗布装置は、無機半導体の製造で用いられるＣＶＤ装置やスパッタリング装置と比較して安価である。また、有機半導体素子の製造では、プロセス温度が低いため、有機半導体素子を高分子フィルムや紙等の上に形成することも可能である。
【０００４】
有機半導体を用いる薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板上に有している。このような薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜によってソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを絶縁し、且つゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体を通って流れる電流を制御する。
【０００５】
ここで、有機半導体膜は、低分子化合物又は高分子化合物の集合体である。低分子系の有機半導体材料としては、ペンタセンやチオフェンオリゴマー等のアセン系化合物（直線状に縮合した縮合多環化合物）等が知られている。また、高分子系の有機半導体材料としては、レジオレギュラーポリアルキルチオフェン（Ｐ３ＡＴ）、ポリ（フルオレンビチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）などが知られている。
【０００６】
有機薄膜トランジスタで高いスイッチング特性を得るためには、有機半導体膜の電荷移動度を高める必要がある。有機半導体膜の電荷移動度を向上させる方法としては、有機半導体膜を形成する有機半導体分子を高度に配向させることが行われてきた。そのような高い配向を有する有機半導体膜を形成する方法としては、有機半導体膜を堆積させる基板又はゲート絶縁膜表面を表面処理すること、特に有機半導体膜を堆積させるゲート絶縁膜表面を自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）で被覆することが知られている（特許文献１及び２、並びに非特許文献１〜３）。
【０００７】
ここで、有機半導体膜を堆積させる基板又はゲート絶縁膜としては、酸化ケイ素薄膜を用いることができ、またこの基板又はゲート絶縁膜を被覆するＳＡＭとしては、オルガノシラン単分子膜を用いることが行われている。
【０００８】
このように予めＳＡＭによる表面修飾を行った基板又はゲート絶縁膜上に有機半導体膜を形成すると、有機半導体膜の電荷移動度が向上し、それによってアモルファスシリコンからなる現行のＴＦＴを上回る電荷移動度を有する有機ＴＦＴも報告さている。
【０００９】
一方で実応用の面では、複数の素子を集積する場合に、素子間に特性ばらつきが生じることが問題になる。これに関して例えば、ＴＩＰＳ−ペンタセンとポリ（α−メチルスチレン）のブレンド体をスピンコートすることにより、ＴＩＰＳ−ペンタセンの結晶ドメイン及びモルフォルジーを安定させ、それによって出力電流を安定化させる等の試みもなされている（非特許文献４）。
【００１０】
なお、シリカ等のＯＨ基を有する基板の表面を、オルガノシラン（シランカップリング剤）等のＳＡＭによって改質するための種々の技術が公知であり（非特許文献５）、主として溶液中で基板のＯＨ基とのシランカップリング反応を進める溶液法と、オルガノシランの蒸気を用いて気相中で反応を行う気相法が、代表的な形成法として知られている。これらの方法では反応系中の水分を厳密に制御することにより、規則構造（結晶構造）を有する略単分子薄膜を形成することが可能である。
【００１１】
また、マイクロコンタクトプリント法を用いてオルガノシラン薄膜を形成する方法も知られている（非特許文献６）。この場合、パターンを有するスタンプにオルガノシランを塗布し、そしてこのオルガノシランを基板に転写することによって、オルガノシラン薄膜をパターニングして形成することも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−７９５６０号公報
【特許文献２】特開２００９−５９７５１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他，Ｎａｔｕｒｅ，４０巻，ｐｐ４５０９−４５２１，１９９９年
【非特許文献２】Ａ．Ｓａｌｌｅｏ他，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８１巻２３号，ｐｐ４３８３−４３８５，２００２年
【非特許文献３】Ｙ．Ｙ．Ｌｉｎ他，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，４４巻，ｐｐ１３２５−１３３１，１９９７年
【非特許文献４】Ｔ．Ｏｈｅ他、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９３巻、ｐｐ０５３３０３，２００８年
【非特許文献５】Ｓ．Ｏｎｃｌｉｎ他、  Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ４４巻、ｐ６２８２−６３０４、２００５年
【非特許文献６】Ｎ．Ｌ．Ｊｅｏｎ他、  Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１３巻、ｐ３３８２−３３９１、１９９７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、有機半導体分子をＳＡＭ上に形成することによって有機半導体分子を高度に配向させ、それによって電荷移動度を向上させ、スイッチング速度や電流のオン／オフ比を向上させることが行われてきた。しかしながらこの場合、有機半導体分子の電気特性の異方性が大きくなり、それによって有機薄膜トランジスタの特性のばらつきが増大し、さらに基板面内に複数個の有機薄膜トランジスタが存在する場合には、有機薄膜トランジスタ毎の特性のばらつきが大きくなるという問題が存在する。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、大きい電荷移動度を維持しつつも、電気特性の異方性が小さい有機薄膜トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本件発明者は、有機薄膜トランジスタの製造において有機半導体分子を特定の表面に積層させることによって上記の課題を解決できることを見出して、下記の本発明に想到した。
【００１７】
〈１〉ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、前記ゲート絶縁膜によって前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とを絶縁し、且つ前記ゲート電極に印加される電圧によって前記ソース電極から前記ドレイン電極へと前記有機半導体を通って流れる電流を制御する、薄膜トランジスタであって、
前記基板又はゲート絶縁膜が、表面に水酸基を有し、前記薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、前記非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する前記基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ前記有機半導体膜が、前記非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている、薄膜トランジスタ。
〈２〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みが１０ｎｍ以下である、上記〈１〉項記載の薄膜トランジスタ。
〈３〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の粗さＲａが３ｎｍ以下である、上記〈１〉又は〈２〉項記載の薄膜トランジスタ。
〈４〉前記非晶質オルガノシラン薄膜が高さ３０ｎｍ以上の突起を有していない、上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈５〉前記非晶質オルガノシラン薄膜がシロキサンオリゴマーを含有する、上記〈１〉〜〈４〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈６〉前記非晶質オルガノシラン薄膜の臨界界面エネルギーの値が、１０〜３０ｍＮ／ｍである、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈７〉前記非晶質オルガノシラン薄膜が、トリクロロオルガノシラン薄膜又はトリアルコキシオルガノシラン薄膜である、上記〈１〉〜〈６〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈８〉前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、シリカによって提供されている、上記〈１〉〜〈７〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈９〉前記基板又は前記ゲート絶縁膜の水酸基を有する表面が、高分子基板上に積層されたシリカ層によって提供されている、上記〈１〉〜〈８〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈１０〉前記有機半導体膜上に保護膜が積層されている、上記〈１〉〜〈９〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタ。
〈１１〉湿度１０％以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、前記オルガノシラン薄膜を、表面に水酸基を有する前記基板又は前記ゲート絶縁膜上に形成することを含む、上記〈１〉〜〈１０〉項のいずれか記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の有機薄膜トランジスタによれば、有機半導体膜が、非晶質オルガノシラン薄膜、すなわち配向性が低いオルガノシラン薄膜上に成膜されていることによって、有機半導体膜も配向性の低い膜となる。一般に低配向の有機半導体膜は半導体としての特性が低いと考えられていたが、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した半導体膜は、予想外に、高配向の有機半導体膜に近い又は相当する半導体特性を有する。また、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した半導体膜は低配向であることによって、面内の配向方向に起因する半導体特性のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の薄膜トランジスタの第１の例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の薄膜トランジスタの第２の例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の薄膜トランジスタの第３の例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の薄膜トランジスタの第４の例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の薄膜トランジスタの第５の例を示す図である。
【図６】図６は、実施例１並びに比較例１及び２のオルガノシラン薄膜のｉｎ−ｐｌａｎｅでのＸ線回折の結果示す図である。
【図７】図７は、実施例１及び比較例１の有機半導体膜のロッキングカーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
《薄膜トランジスタ》
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び有機半導体膜を基板の一方の面上に有し、ゲート絶縁膜によってソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを絶縁し、且つゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体膜を通って流れる電流を制御する。
【００２２】
本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極に印加される電圧によってソース電極からドレイン電極へと有機半導体を通って流れる電流を制御できる任意の構造を有する。したがって例えば本発明の薄膜トランジスタは、図１〜図５で示す構造を有することができる。
【００２３】
ここで、図１に示す態様では、基板（Ｓｕｂ）上に非晶質オルガノシラン薄膜（Ａｍｒ）が形成されており、その上にソース電極（Ｓ）、ゲート電極（Ｇ）及び有機半導体膜（Ｓｅｍｉ）が形成されており、有機半導体膜（Ｓｅｍｉ）上にゲート絶縁膜（Ｉｎｓ）が形成されており、更にこのゲート絶縁膜（Ｉｎｓ）上にゲート電極（Ｇ）が形成されている。なお、図５に示すように、基板（Ｓｕｂ）はゲート電極（Ｇ）を兼ねさせることもできる。
【００２４】
本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、薄膜トランジスタが、非晶質オルガノシラン薄膜を更に有し、非晶質オルガノシラン薄膜が、表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜上に直接に形成されており、且つ有機半導体膜が、非晶質オルガノシラン薄膜上に直接に形成されている。
【００２５】
本発明の薄膜トランジスタの一般的な構成に関しては、特許文献１及び２等を参照することができるが、以下では本発明の薄膜トランジスタの各部についてより具体的に説明する。
【００２６】
〈薄膜トランジスタ−基板〉
本発明の薄膜トランジスタの基板は、その一方の面上に、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体膜及び非晶質オルガノシラン薄膜を積層させて薄膜トランジスタを形成できる任意の材料で作ることができる。したがって、基板としては、金属基板、シリカ基板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、チタニア基板、シリコン基板等の無機材料基板、樹脂基板等の有機材料基板を例示することができる。なお、この基板が導電性材料で作られる場合、基板がゲート電極を兼ねるようにすることもできる。
【００２７】
本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、この表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜が、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いられている。したがって、薄膜トランジスタの基板を、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いる場合、非晶質オルガノシラン薄膜を積層する際に基板が表面に水酸基を有する必要がある。この場合、基板としては、シリカ基板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、チタニア基板、熱酸化膜又は自然酸化膜付のシリコン基板、シリカ表面層を有する樹脂基板等を例示することができる。また、この場合の基板としては、表面に水酸基を有する樹脂層で被覆した樹脂基板、予め表面に水酸基を有する樹脂基板等を用いることもできる。
【００２８】
なお、薄膜トランジスタの基板は、用途に応じた任意の厚さを有することができる。
【００２９】
〈薄膜トランジスタ−絶縁膜〉
本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜は、ソース電極及びドレイン電極をゲート電極から絶縁するのに充分な絶縁性を有する任意の材料で製造することができる。したがってゲート絶縁膜は例えば、樹脂、金属酸化物、特にシリカ、ガラス、アルミナ、チタニア等で作ることができる。
【００３０】
上記記載のように、本発明の薄膜トランジスタでは、基板又はゲート絶縁膜が表面に水酸基を有し、この表面に水酸基を有する基板又はゲート絶縁膜が、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いられている。したがって、ゲート絶縁膜を、非晶質オルガノシラン薄膜のための下地層として用いる場合、非晶質オルガノシラン薄膜を積層する際にゲート絶縁膜が表面に水酸基を有する必要がある。この場合、ゲート絶縁膜としては、金属酸化物、特にシリカ、ガラス、アルミナ、チタニア等の膜を用いることができる。
【００３１】
なお、ゲート絶縁膜の厚さは、薄膜トランジスタを得るのに必要な任意の厚さとすることができる。
【００３２】
〈薄膜トランジスタ−非晶質オルガノシラン薄膜〉
本発明の薄膜トランジスタは、表面に水酸基を有する下地層としての基板又はゲート絶縁膜上に形成されている非晶質オルガノシラン薄膜を有する。ここで、この非晶質オルガノシラン薄膜は、シランカップリング反応を介して下地層の水酸基と結合している。なお、オルガノシラン薄膜に関して「非晶質」は、ｉｎ−ｐｌａｎｅのＸ線回折を行ったときに結晶構造に起因するピークが観察されないことを意味している。
【００３３】
非晶質オルガノシラン薄膜の平均厚みは、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下とすることができ、特に非晶質オルガノシラン薄膜を均一な層にする厚さにできる。
【００３４】
ここで、本発明に関して、薄膜の平均厚みは光学的に測定される薄膜厚さであり、特に光を試料に照射し、試料から反射される光の偏光状態の変化を測定するエリプソメーターを用いて測定されるものである。
【００３５】
非晶質オルガノシラン薄膜の粗さＲａは、３．０ｎｍ以下、２．０ｎｍ以下、又は１．５ｎｍ以下とすることができる。これは、この粗さが大きすぎる場合には、非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の半導体特性が劣化する場合があることによる。
【００３６】
ここで、本発明に関して、平均算術粗さ（中心線平均粗さ）（Ｒａ）は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４準拠で定義されるものである。具体的には、算術平均粗さ（Ｒａ）は、粗さ曲線からその中心線の方向に基準長さｌの部分を抜き取り、その抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表した時、下記の式によって表されるものである：
【００３７】
【数１】
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【００３８】
非晶質オルガノシラン薄膜は、高さ３０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、又は１０ｎｍ以上の突起を有していないことができる。これは、非晶質オルガノシラン薄膜が大きすぎる突起を有する場合には、非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の半導体特性が劣化する場合があることによる。
【００３９】
非晶質オルガノシラン薄膜は、非晶質オルガノシラン薄膜をシロキサンポリマー製のスタンプを用いるコンタクトプリント法で製造したことに起因するシロキサンオリゴマー、例えば１〜２０体積％のシロキサンオリゴマーを含有することができる。
【００４０】
非晶質オルガノシラン薄膜は、臨界界面エネルギーの値が、１０〜３０ｍＮ／ｍ、好ましくは１０〜２５ｍＮ／ｍ、より好ましくは１３〜２５ｍＮ／ｍであってよい。
【００４１】
なお、本発明に関して、臨界界面エネルギーの値は、数種のぬれ指数標準液（ＪＩＳ  Ｋ  ６７６８）を用いて接触角を測定してジスマンプロットによって得られる値である。
【００４２】
非晶質オルガノシラン薄膜を得るためのオルガノシランは特に制限されないが、アルキルシラン、芳香族シラン、パーフルオロシラン、及びアミノシラン、特にトリクロロオルガノシラン、及びトリアルコキシオルガノシランを例示することができる。
【００４３】
非晶質オルガノシラン薄膜は、湿度１０％以下、好ましくは７％以下、より好ましくは５％以下の雰囲気におけるコンタクトプリント法によって、表面に水酸基を有する下地層としての基板又はゲート絶縁膜上に形成することができる。コンタクトプリント法を行う雰囲気の湿度が高すぎる場合、オルガノシラン薄膜の結晶構造の発現、表面突起の生成が生じることがある。なお、このコンタクトプリント法で使用されるスタンプの材料としては、特に制限はないが、シロキサンポリマー、例えばポリジメチルシロキサン等を挙げることができる。また、コンタクトプリント法を行う雰囲気は、不活性雰囲気、特に窒素雰囲気とすることができる。
【００４４】
非晶質オルガノシラン薄膜を得るためのコンタクトプリント法では、オルガノシラン自体又はオルガノシランを含有する溶液を塗布したスタンプを、下地層としての基板又はゲート絶縁膜に接触させることによって、スタンプから下地層にオルガノシラン薄膜を転写する。この場合にスタンプと下地層とを接触させておく接触時間は、条件により異なるが、一般に５分以上が好ましい。
【００４５】
特許文献１で示されるようにして従来から薄膜トランジスタで有機半導体分子の配向性を向上させるために用いられていたオルガノシラン薄膜は、結晶質オルガノシラン薄膜であった。これに対して、本発明の薄膜トランジスタで用いられるオルガノシラン薄膜は、非晶質オルガノシラン薄膜である。
【００４６】
したがって、この非晶質オルガノシラン薄膜上に形成される有機半導体膜の配向及び結晶性は、従来の結晶質オルガノシラン膜上に形成される有機半導体膜とは異なる。これによれば、従来の有機半導体膜では得ることができなかった特性を発現させることが可能となっている。より具体的には、上記記載のように、非晶質オルガノシラン薄膜上に成膜した有機半導体膜は、予想外に、高配向の有機半導体膜に近い又は相当する半導体特性、特に電荷移動度を有し、且つ面内の配向方向に起因する半導体特性のばらつきが小さい。
【００４７】
〈薄膜トランジスタ−有機半導体膜〉
本発明の薄膜トランジスタの有機半導体膜は、有機半導体分子の集合体で構成されている半導体膜を意味し、例えばレジオレギュラーポリアルキルチオフェン（Ｐ３ＡＴ）等の特許文献１及び２並びに非特許文献１〜４で示されるような有機半導体の膜を挙げることができる。
【００４８】
したがって、本発明の薄膜トランジスタにおいて用いることができる有機半導体分子としては例えば、ペンタセン、チオフェンオリゴマーを含むアセン系化合物（直線状に縮合した縮合多環化合物）のような低分子系の有機半導体分子、レジオレギュラーポリアルキルチオフェン（Ｐ３ＡＴ）、ポリ（フルオレンビチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）等のような高分子系の有機半導体分子を挙げることができる。
【００４９】
本発明の薄膜トランジスタの有機半導体膜は、薄膜トランジスタを構成できる任意の厚さを有することができ、例えば０．５ｎｍ〜１μｍ、又は２ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さを有することができる。また、有機半導体膜は、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、化学蒸着法、溶液法等の任意の方法で得ることができる。これらの中で溶液法、すなわち例えばディッピング法、スピンコーティング法、インクジェットプリンティング法等は、生産性等に関して好ましいことがある。
【００５０】
〈薄膜トランジスタ−電極〉
本発明の薄膜トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、電極として用いるのに充分な導電性を有する任意の材料で製造することができる。したがって電極は、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム等の金属、導電性樹脂、導電性金属酸化物等で作ることができる。また、電極の厚さは、必要とされる導電性、柔軟性等に基づいて決定することができる。
【００５１】
〈薄膜トランジスタ−その他の層〉
本発明の薄膜トランジスタは上記の構成以外の任意の他の層を有していても例えば、保護層、特に有機半導体膜上に形成された保護膜を有することができる。このような保護層は例えば、ポリパラキシリレン等で形成することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた材料及び評価方法は下記の通りである。
【００５３】
シリコン基板：
３００ｎｍの熱酸化膜付のｎ型シリコンウエハ（面方位〈１００〉、比抵抗１〜１０Ω）を用い、熱濃硫酸で３０分処理した後、純水、アセトン、トルエン、ヘキサンを用いてそれぞれ数回超音波洗浄を行った。さらにＵＶオゾン洗浄装置にて３０分間洗浄を行ったものを基板として用いた。
【００５４】
スタンプ材：
東レ・ダウコーニング製Ｓｙｌｇａｒｄ１８４を平板状に硬化させて、ポリジメチルシロキサン製のスタンプ材を得、これを用いた。
【００５５】
有機薄膜の膜厚：
日本分光製Ｍ−１５０エリプソメーターを用い、入射角７０度にて測定した。有機薄膜の屈折率はｎ＝１．４５として計算した。
【００５６】
接触角：
協和界面科学製接触角計ＣＡ−Ｘ型を用いて、純水で測定した。
【００５７】
臨界表面エネルギー：
臨界表面エネルギーが３０ｍＮ／ｍ、３５ｍＮ／ｍ、４０ｍＮ／ｍ、及び５０ｍＮ／ｍのぬれ指数標準液（ＪＩＳ  Ｋ  ６７６８）を用いて接触角を測定して、ジスマンプロットによって得た。
【００５８】
ｉｎ−ｐｌａｎｅでのＸ線回折：
理学電気製ＡＴＸ−Ｇ型多機能Ｘ線回折装置を用いた。ＣｕＫα線を用い、５０ｋＶ−３００ｍＡの条件で入射角度０．２度、測定間隔０．０２度にて測定した。
【００５９】
表面粗さ及び突起：
表面粗さは、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製ＳＰＡ４００−ＤＭＦ装置（原子間力顕微鏡：ＡＦＭ）を用いて、２０μｍ角の視野で測定した。
【００６０】
電荷移動度：
有機半導体膜の電荷移動度は、ケースレー社製４２００−ＳＣＳ型半導体評価装置を用いて評価した。また、電荷移動度の標準偏差は、１０個以上の素子の特性を評価して算出した。
【００６１】
ロッキングカーブ測定：
リガク製  ＲＩＮＴ  ＴＴＲ  ＩＩＩ試料水平型強力Ｘ線回折測定装置を用い、Ｘ線源としてＣｕ−Ｋα、回転対陰極５０ｋＶ−３００ｍＡを用いた。２θ＝５．２°で固定し、０．０１°刻みで測定した。
【００６２】
〈実施例１〉
（オルガノシラン薄膜の作製（窒素中でのコンタクトプリント法））
オクタデシルトリクロロシランの２０ｍＭヘキサン溶液を作製した。得られたオクタデシルトリクロロシラン溶液中にスタンプ材を浸し、窒素中で１０分間乾燥させた。
【００６３】
乾燥したスタンプをシリコン基板に接触させ、３０分間保持した。スタンプを除いた後、基板をヘキサン、エタノールで洗浄し、エタノール中で３０分間超音波洗浄を行った。ここまでの工程は全て、湿度が３％以下に制御されたグローブボックス中において窒素雰囲気で行った。
【００６４】
その後、基板を純水で洗浄し、そして１００℃で５分間熱処理を行って、オクタデシルシラン薄膜（すなわちオルガノシラン薄膜）を有する基板を作製した。
【００６５】
得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表１に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のｉｎ−ｐｌａｎｅのＸ線回折の結果を、図６に示す。
【００６６】
（有機半導体膜の作製）
レジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン）（「Ｐ３ＨＴ」）（アルドリッチ社販売、プレクトロニクス製、ＭＷ＝２５０００〜３５０００、エレクトロニクスグレード）１質量部を、トルエン９９質量部に溶解して、スピンコーティング用溶液を得た。このスピンコーティング用溶液を用いて、上記のオルガノシラン薄膜を有する基板上に、Ｐ３ＨＴ膜（すなわち有機半導体膜）をスピンコーティング（１８００ｒｐｍ、２０秒間）した。
【００６７】
この有機半導体膜のロッキングカーブを図７に示す。
【００６８】
（薄膜トランジスタの作製）
得られた有機半導体膜にマスク蒸着法にて金を真空蒸着して、ソース電極及びドレイン電極を形成し（Ｌ／ｗ＝５０μｍ／１．５ｍｍ）、シリコン基板をゲート電極として、薄膜トランジスタを得た。すなわち、図５に示すような構成の薄膜トランジスタを得た。
【００６９】
得られた薄膜トランジスタの電荷移動度及びその標準偏差を表１に示す。
【００７０】
〈比較例１〉
（オルガノシラン薄膜の作製（液相法））
オクタデシルトリクロロシランの２０ｍＭトルエン溶液を作製した。得られたオクタデシルトリクロロシラン溶液中にシリコン基板を浸漬し、７２時間保持した。浸漬の後で、基板をトルエン、エタノールで洗浄し、エタノール中で３０分間超音波洗浄を行った。ここまでの工程は全て湿度が３％以下に制御されたグローブボックス中で行った。
【００７１】
その後、基板を純水で洗浄し、１００℃で５分間熱処理を行って、オルガノシラン薄膜を作製した。
【００７２】
得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表１に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のｉｎ−ｐｌａｎｅのＸ線回折の結果を、図６に示す。
【００７３】
（有機半導体膜及び薄膜トランジスタの作製）
実施例１と同様にして、有機半導体膜及び薄膜トランジスタを作製し、そして評価を行った。
【００７４】
この有機半導体膜のロッキングカーブを図７に示す。また、得られた薄膜トランジスタの電荷移動度及びその標準偏差を表１に示す。
【００７５】
〈比較例２〉
（オルガノシラン薄膜の作製（大気中でのコンタクトプリント法））
実施例１と同様にして、オクタデシルトリクロロシラン溶液中に浸したスタンプを窒素中で１０分間乾燥した。
【００７６】
乾燥したスタンプをシリコン基板に接触させ、１分間保持した。スタンプを除いた後、基板をヘキサン、エタノールで洗浄し、エタノール中で３０分間超音波洗浄を行った。ここで、スタンプをシリコン基板に接触させる工程及び続く洗浄工程は、大気中（湿度約６０％）において行った。
【００７７】
その後、基板を純水で洗浄し、そして１００℃で５分間熱処理を行って、オクタデシルシラン薄膜（すなわちオルガノシラン薄膜）を有する基板を作製した。
【００７８】
得られたオルガノシラン薄膜の膜厚、接触角及び表面粗さを、表１に示す。また、得られたオルガノシラン薄膜のｉｎ−ｐｌａｎｅのＸ線回折の結果を、図６に示す。
【００７９】
【表１】
2010278227.tif 000004
【００８０】
図６で示されているように、比較例１及び２のオルガノシラン薄膜のＸ線回折結果では結晶構造に起因するピークが現れており、いずれも結晶性であるのに対して、実施例のオルガノシラン薄膜のＸ線回折結果では結晶構造に起因するピークが現れておらず、非晶性に制御されている。図７で示されているように、比較例１の有機半導体膜についてのロッキングカーブのピークと比較すると、実施例の有機半導体膜についてのロッキングカーブのピークは小さく、したがって実施例の有機半導体膜では有機半導体膜の配向性が低い。
【００８１】
表１で示されているように、実施例のオルガノシラン薄膜は、同じ原料を用いてそれぞれ液相法及びコンタクトプリント法で成膜した比較例１及び２のオルガノシラン薄膜と比較して、表面粗さが小さく、したがって平坦性に優れた膜である。また、実施例のオルガノシラン薄膜は、同じ原料を用いて液相法で成膜した比較例１のオルガノシラン薄膜と比較して、臨界表面エネルギーが小さい。また更に、実施例の有機半導体膜は、配向性が低いにもかかわらず、比較例１の有機半導体膜に相当する電荷移動度を有する。
【００８２】
すなわち、実施例の薄膜トランジスタでは、有機半導体膜の配向性を低く制御しながらも、優れた電荷移動度を達成している。また、実施例の薄膜トランジスタでは、有機半導体膜の配向性が小さいことによって、配向方向のばらつきに起因する素子特性のバラつきが小さく、したがって表１に示すように電荷移動度の標準偏差が比較例１の約半分に抑えられている。
【符号の説明】
【００８３】
１０、２０、３０、４０、５０、６０    薄膜トランジスタ
Ａｒｍ    非晶質オルガノシラン薄膜
Ｇ    ゲート電極
Ｉｎｓ    ゲート絶縁膜
Ｓ    ソース電極
Ｓｅｍｉ    有機半導体膜
Ｓｕｂ    基板
【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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