(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の電界効果トランジスタ素子構造を形成する要素として、
樹脂製の基板であって、その表面に複数の凸部及び前記凸部間の凹部からなる凹凸表面が一体的に形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記凹凸表面上に設けられた導電層により形成されたゲート電極と、
前記導電層の表面上に設けられた絶縁層により形成されたゲート絶縁部と、
少なくとも前記凸部の頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して前記絶縁層の表面上に設けられた半導体層により形成された複数の半導体チャンネル部と、
前記凹部の各々に前記半導体層と接触させて設けられ互いに接続されて一体の電極として機能する複数の底部電極層により形成されたソース電極／ドレイン電極と、
前記凸部の各々における頂部領域に前記半導体層と接触させて設けられ互いに接続されて一体の電極として機能する複数の頂部電極層により形成されたドレイン電極／ソース電極とを備え、
前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、前記ゲート絶縁部を介して作用する電界により前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成されることを特徴とする縦型電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁部が誘電体と電解質の組み合わせにより構成され、前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、前記電解質を介して作用する電界により前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成される請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記半導体層は、自己組織化による分子材料成長により形成されたものである請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記絶縁基板が可撓性を有する材質により形成された請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層が前記凸部の側壁面領域から連続して前記凹部の表面上の少なくとも一部にも形成された請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記頂部電極層および前記底部電極層が前記半導体層の上面に形成された請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記基板の面上に互いに平行に配列された複数本の筋状突起部とそれらを一方の端部で連結する連結部とからなる櫛型隆起領域が設けられて、前記筋状突起部の各々が前記凸部を形成し、前記筋状突起部の相互間の複数の間隙の各々が前記凹部を形成し、
前記櫛型隆起領域の櫛の歯の先端に対向する領域に、複数の前記凹部毎に形成された複数の前記底部電極層を連結する底部連結電極部が形成され、
前記櫛型隆起領域の前記連結部の領域に、前記複数の頂部電極層を連結する頂部連結電極部が形成された請求項１に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記基板の面方向における前記筋状突起部の幅をＷ、前記筋状突起部同士の間隔をＳとすると、Ｓ／Ｗ≦１０の条件を満たす請求項７に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記基板の面方向における前記筋状突起部の幅をＷ、前記筋状突起部の前記凹部表面からの高さをＨとすると、Ｈ／Ｗ≧０．３の条件を満たす請求項７に記載の縦型電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対向する対の面領域に配置されたソース電極とドレイン電極の間に半導体チャンネル部を延在させて、半導体チャンネル部に形成される伝導チャンネルをゲート電極から印加する電界により制御する縦型電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流を流すことが可能で、高い動作速度の実現が可能な電界効果型トランジスタとして、縦型トランジスタが知られている。縦型トランジスタの一例を、図１０に示す（例えば引用文献１を参照）。図１０は、従来例の縦型トランジスタの断面図である。【０００３】
この縦型トランジスタは、基板３０上に、ドレイン電極３１、キャリヤ移動層３２、ソース電極３３が積層された構造を有する。キャリヤ移動層３２の側部（サイド）には、絶縁膜３４を介してゲート電極３５が設けられている。ゲート電極３５に印加する制御電圧により、キャリヤ移動層３２中に形成される伝導チャンネルが制御される。【０００４】
このような縦型トランジスタは、従来のＭＯＳトランジスタなどの横型電界効果型トランジスタの場合の、伝導層の水平方向に電流を流す構造と異なり、伝導層の垂直方向に電流を流す構造である。従って、キャリヤの移動距離を短くすることができる。すなわち、トランジスタの電流経路であるチャネル長を、キャリヤ移動層３２の厚さ程度に短くすることが可能である。このため、キャリヤ移動層３２にキャリヤ移動度の低い半導体を用いても、スイッチング速度が大きく、またオン状態の出力電流値の大きいＦＥＴとなる。【０００５】
また、上記縦型トランジスタの構造であれば、単純な蒸着法等を用いて容易に作製することができる。従来のＦＥＴではソース電極、チャネル、ドレイン電極、ゲート電極を形成するために複数回のリソグラフィー工程が必要であったのに対して、この縦型トランジスタ構造では、ソース電極、キャリヤ移動層（有機半導体層）、ドレイン電極層が基板上に順に積層されているからである。【０００６】
縦型トランジスタはこのような特徴を有しているため、例えば、高速応答性を要求される有機ＥＬ層などの発光層の制御素子（スイッチング素子と呼ぶ場合もある）として、横型トランジスタよりも適しているものと考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８２８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の縦型トランジスタは、横型のトランジスタに対して、得られるオン電流値は向上するものの、オン状態の抵抗値が十分に低くなるとは言えず、オン電流量の増大には限界がある。そのため、例えば、全有機ＥＬディスプレイ画素のスイッチング用の有機トランジスタとしては、高いコントラストのために必要なオン−オフ比を十分に高く得ることが困難であった。【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決して、オン時の電流量を増大させ、また、高いオン−オフ比を得ることが可能な縦型電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の縦型電界効果トランジスタは、単一の電界効果トランジスタ素子構造を形成する要素として、樹脂製の基板であって、その表面に複数の凸部及び前記凸部間の凹部からなる凹凸表面が一体的に形成された絶縁基板と、前記絶縁基板の前記凹凸表面上に設けられた導電層により形成されたゲート電極と、前記導電層の表面上に設けられた絶縁層により形成されたゲート絶縁部と、少なくとも前記凸部の頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して前記絶縁層の表面上に設けられた半導体層により形成された複数の半導体チャンネル部と、前記凹部の各々に前記半導体層と接触させて設けられ互いに接続されて一体の電極として機能する複数の底部電極層により形成されたソース電極／ドレイン電極と、前記凸部の各々における頂部領域に前記半導体層と接触させて設けられ互いに接続されて一体の電極として機能する複数の頂部電極層により形成されたドレイン電極／ソース電極とを備え、前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、前記ゲート絶縁部を介して作用する電界により前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の縦型電界効果トランジスタによれば、複数の半導体チャンネル部の各々に電気伝導経路が形成されることにより、電気伝導経路の断面積を大きく取ることができるので、電流量を容易に増大させることができ、高いオン−オフ比を得ることができる。【００１２】
以上のような効果により、例えば、全有機ＥＬディスプレイ画素の駆動に用いた場合、スイッチング効率を格段に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】実施の形態１における縦型電界効果トランジスタの断面図
【図１Ｂ】図１ＡにおけるＡ１−Ａ１線に沿った断面で示した同縦型電界効果トランジスタの平面図
【図２Ａ】実施の形態２における縦型電界効果トランジスタの断面図
【図２Ｂ】図２ＡにおけるＢ１−Ｂ１線に沿った断面で示した同縦型電界効果トランジスタの平面図
【図３Ａ】実施の形態３における縦型電界効果トランジスタの断面図
【図３Ｂ】図３ＡにおけるＣ１−Ｃ１線に沿った断面で示した同縦型電界効果トランジスタの平面図
【図４Ａ】実施の形態４における縦型電界効果トランジスタの斜視図
【図４Ｂ】図４ＡにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面の構造を示す断面図
【図４Ｃ】図４ＡにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面の他の構造を示す断面図
【図４Ｄ】図４ＡにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面の更に他の構造を示す断面図
【図５Ａ】実施の形態４における縦型電界効果トランジスタの製造方法の工程を示す斜視図
【図５Ｂ】同製造方法の図５Ａの工程の後の工程を示す斜視図
【図５Ｃ】同製造方法の図５Ｂの工程の後の工程を示す斜視図
【図５Ｄ】同製造方法の図５Ｃの工程の後の工程を示す斜視図
【図６】実施の形態４における縦型電界効果トランジスタの伝達特性を示す図
【図７】実施の形態５における縦型電界効果トランジスタの断面図
【図８】実施の形態６における縦型電界効果トランジスタの断面図
【図９】実施の形態７における縦型電界効果トランジスタアレイ装置の一部を示す斜視図
【図１０】従来例の縦型トランジスタの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の縦型電界効果トランジスタは、上記構成を基本として、以下のような態様を取ることができる。
【００１５】
すなわち、前記ゲート絶縁部を電解質により構成することができる。ゲート絶縁部に電解質を用いることにより、半導体に対して容易に電界を作用させることができる。また、前記電解質としてイオン液体電解質を用いることが好ましい。それにより、特に高速応答性を向上させることが可能である。
【００１６】
また、前記ゲート絶縁部が誘電体と電解質の組み合わせにより構成され、前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、前記電解質を介して作用する電界により前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成される構成とすることができる。
【００１７】
また、前記ゲート電極は、前記複数の半導体チャンネル部の間に分散して配置された複数の分散ゲート電極を含み、前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、前記分散ゲート電極の各々から前記電解質を介して作用する電界により、前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成される構成とすることができる。
【００１８】
また、前記ゲート絶縁部が誘電体により構成され、前記ゲート電極は、前記半導体チャンネル部の各々に対応させて分散して配置された複数の分散ゲート電極を含み、前記ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、各々の前記分散ゲート電極から前記誘電体を介して作用する電界により、前記複数の半導体チャンネル部の各々に一括して電気伝導経路が形成される構成とすることができる。
【００１９】
また、前記ゲート絶縁部は、前記複数の半導体チャンネル部の間に介在し、前記半導体チャンネル部の相互間を電気的に分離している構成とすることが好ましい。
【００２０】
また、前記半導体チャンネル部は、自己組織化による分子材料成長により形成することができる。
【００２１】
上記基本構成における、ソース電極からドレイン電極に亘って延在する複数の半導体チャンネル部は、以下のように、凹凸表面を有する基板（凹凸基板）を用いて形成されていることが好ましい。
【００２２】
すなわち、凹凸基板を用いた第１の構成として、複数の凸部及び前記凸部間の凹部により形成された凹凸表面を有する絶縁基板を備え、前記ゲート電極は、前記絶縁基板の前記凹凸表面上に設けられた導電層により形成され、前記ゲート絶縁部は、前記導電層の表面上に設けられた絶縁層により形成され、前記半導体チャンネル部は、少なくとも前記凸部の頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して前記絶縁層の表面上に設けられた半導体層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方は、前記凹部の各々における前記絶縁層の表面上に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する底部電極層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方は、前記凸部の各々における頂部領域に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する頂部電極層により形成された構成とすることができる。
【００２３】
また、凹凸基板を用いた第２の構成として、複数の凸部及び前記凸部間の凹部により形成された凹凸表面を有する絶縁基板を備え、前記半導体チャンネル部は、少なくとも前記凸部の頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して前記絶縁層の表面上に設けられた半導体層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方は、前記凹部の各々における前記絶縁層の表面上に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する底部電極層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方は、前記凸部の各々における頂部領域に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する頂部電極層により形成され、前記ゲート絶縁部は、少なくとも前記凸部の側壁面領域の表面上に形成された前記半導体層に接触させて設けられた電解質層により形成され、前記ゲート電極は、前記電解質層と接触して設けられた電解質層用電極により形成された構成とすることができる。
【００２４】
また、凹凸基板を用いた第３の構成として、複数の凸部及び前記凸部間の凹部により形成された凹凸表面を有する導電性基板を備え、前記ゲート電極は、前記導電性基板により形成され、前記ゲート絶縁部は、前記導電性基板の前記凹凸表面上に設けられた絶縁層により形成され、前記半導体チャンネル部は、少なくとも前記凸部の頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して前記絶縁層の表面上に設けられた半導体層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方は、前記凹部の各々における前記絶縁層の表面上に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する底部電極層により形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方は、前記凸部の各々における頂部領域に前記半導体層と接触させて設けられた複数の電極層が接続されて一体の電極として機能する頂部電極層により形成された構成とすることができる。
【００２５】
また、上記凹凸基板を用いたいずれかの構成において、前記絶縁基板が可撓性を有する材質により形成されることが好ましい。特に、前記絶縁基板が樹脂により形成されることが好ましい。
【００２６】
また、上記凹凸基板を用いたいずれかの構成において、前記半導体層が前記凸部の側壁面領域から連続して前記凹部の表面上の少なくとも一部にも形成されることが好ましい。
【００２７】
また、前記頂部電極層および前記底部電極層が前記半導体層の上面に形成されることが好ましい。
【００２８】
また、上記凹凸基板を用いたいずれかの構成において、前記基板の面上に互いに平行に配列された複数本の筋状突起部とそれらを一方の端部で連結する連結部とからなる櫛型隆起領域が設けられて、前記筋状突起部の各々が前記凸部を形成し、前記筋状突起部の相互間の複数の間隙の各々が前記凹部を形成し、前記櫛型隆起領域の櫛の歯の先端に対向する領域に、複数の前記凹部毎に形成された複数の前記底部電極層を連結する底部連結電極部が形成され、前記櫛型隆起領域の前記連結部の領域に、前記複数の頂部電極層を連結する頂部連結電極部が形成された構成とすることができる。
【００２９】
この場合、前記基板の面方向における前記筋状突起部の幅をＷ、前記筋状突起部同士の間隔をＳとすると、Ｓ／Ｗ≦１０の条件を満たすことが好ましい。
【００３０】
前記基板の面方向における前記筋状突起部の幅をＷ、前記筋状突起部の前記凹部表面からの高さをＨとすると、Ｈ／Ｗ≧０．３の条件を満たすことが好ましい。
【００３１】
また、上記凹凸基板を用いたいずれかの構成において、前記基板の面上に互いに離間した複数の島状突起部が設けられて、前記島状突起部の各々が前記複数の凸部を形成し、前記島状突起部の相互間の間隙が前記凹部を形成する構成とすることができる。
【００３２】
上記いずれかの構成において、前記半導体チャンネル部は、有機半導体により構成することができる。
【００３３】
また、上記いずれかの構成の縦型電界効果トランジスタを複数個配列して、トランジスタアレイ装置を構成することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１における縦型電界効果トランジスタの断面図、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ１−Ａ１線に沿った断面で示した平面図である。なお、図１Ａは、図１ＢにおけるＡ２−Ａ２線に沿った断面を示す。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂは、単一の縦型電界効果トランジスタ素子構造を形成する要素を示したものである。ソース電極１とドレイン電極２は、互いに対向する対の面領域に各々配置されている。ソース電極１とドレイン電極２の間には、ソース電極１からドレイン電極２に亘って延在する複数の半導体チャンネル部３が設けられている。すなわち、半導体チャンネル部３の群が形成されている。図１Ｂに示すように、半導体チャンネル部３は、ソース電極１及びドレイン電極２の面内の領域に２次元的に配置されている。
【００３７】
複数の半導体チャンネル部３の間には電解質４が介在し、ゲート絶縁部として機能する。また、電解質４は、複数の半導体チャンネル部３を相互に電気的に分離している。ゲート絶縁部である電解質４に接して、ゲート電極５が設けられている。ゲート電極５は、半導体チャンネル部３の側方に隣接して配置され、電解質４を介して複数の半導体チャンネル部３に対して一括して電界を作用させることができる。
【００３８】
すなわち、ソース電極１またはドレイン電極２とゲート電極５の間にゲート電圧が印加され、半導体チャンネル部３に電界が作用したときに、複数の半導体チャンネル部３の各々に一括して電気伝導経路が形成される。例えば、０．５Ｖ程度のゲート電圧を加えると、電解質４の半導体チャンネル部３に接する表面付近に、電気二重層が形成される。電気二重層にかかる電界による電界効果によって、半導体チャンネル部３の電解質２に接する表面に電気伝導性を担う電荷が現れる。電気二重層を利用することによって、小さいゲート電圧でも、半導体チャンネル部３に高い電界をかけることが可能になり、それに伴ってより多くのキャリアの注入が可能になる。
【００３９】
このように、ゲート電極５に印加する電圧による電界効果に基づき、複数の電気伝導経路について一括して伝導度を制御することができる。複数の半導体チャンネル部３の各々に電気伝導経路が形成されることにより、単一の素子内に単一の半導体チャンネル部しか持たない従来構造の縦型電界効果トランジスタと比べて、実質的な電気伝導経路の断面積が格段に増大し、ソース電極１とドレイン電極２の間を流れる電流量を大幅に増大させることが可能である。また、ソース電極１とドレイン電極２の間の領域における電流密度が、従来例に比べて増大する。
【００４０】
上記構成において、半導体チャンネル部３としては、高分子有機半導体、低分子有機半導体、有機半導体結晶等の有機半導体、無機半導体、有機結晶、電荷移動錯体、電荷移動錯体結晶、カーボンナノチューブ等を用いることができる。
【００４１】
高分子有機半導体としては、ポリ３ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリビスドデシルチオフェニルチエノチオフェン（ｐＢＴＴＴ）などのポリチオフェン高分子等を用いることができる。
【００４２】
低分子有機半導体としては、（１）ペンタセン、テトラセン、アントラセン、などオリゴアセン分子、（２）ルブレン、テトラメチルペンタセン、テトラクロロペンタセン、ジフェニルペンタセン、ＴＩＰＳペンタセンなどのオリゴアセン誘導体分子、（３）セクシチオフェンなどオリゴチオフェン分子及びその誘導体分子、（４）ＴＣＮＱ（７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）及びその誘導体分子、（５）ＴＴＦ（１，４，５，８−テトラチアフルバレン）及びその誘導体分子、（６）ペリレン及びその誘導体分子、（７）ピレン及びその誘導体分子、（８）Ｃ６０などフラーレン分子及びその誘導体分子、（９）フタロシアニン及び銅フタロシアニンなどのメタルフタロシアニン分子及びその誘導体分子、（１０）ポルフィリン及び亜鉛ポルフィリンや鉄ポルフィリンなどのメタルポルフィリン分子及びその誘導体分子、（１１）ＢＥＤＴ−ＴＴＦ（ビスエチレンジチオテトラチオフルバレン）及びその誘導体分子、（１２）ＤＮＴＴ（ジナフトチエノチオフェン）及びその誘導体分子、（１３）ＢＴＢＴ（ベンゾチエノベンゾチオフェン）及びその誘導体分子、等を用いることができる。
【００４３】
無機半導体としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、カドミウムセレン、ＩＧＺＯ（インジウムガリウム亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、酸化インジウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛等を用いることができる。
【００４４】
電荷移動錯体としては、（ＴＴＦ）（ＴＣＮＱ）、（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）（ＴＣＮＱ）、（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）２Ｉ３、（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）２Ｃｌ３等を用いることができる。
【００４５】
半導体チャンネル部３は、数１０ｎｍ〜数１００μｍオーダーのピッチで形成されることが好ましいので、例えば、以下のような方法により作製することができる。
【００４６】
すなわち、半導体を保持するための微細な柱状構造を作製し、柱状構造の表面に半導体を付着させる方法を用いる。柱状構造としては厚膜レジスト（エポキシ樹脂、アクリル樹脂等）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ナノインプリント、アルミナ陽極酸化等により作製したナノ構造体等の微細な構造体を用いることができる。半導体材料として、既述のＰ３ＨＴ（ポリ−３−ヘキシルチオフェン）等の、スピンコート可能なポリマーを用いることができる。または、柱状構造の表面或いは間隙に半導体チャンネル部３の結晶を作製してもよい。
【００４７】
或いは、半導体チャンネル部３の別の作製方法として、微細構造を作製したスタンプや犠牲材料等を用いて半導体チャンネル部３を成型する方法をとることができる。スタンプの材料としては、既述の厚膜レジスト、ＰＤＭＳ、ナノインプリント基板等と同じ材料を用いることができる。半導体チャンネル部３の溶液にスタンプを押し当て、半導体チャンネル部３の材料を硬化させた後、スタンプを取り去ることによって半導体チャンネル部３の構造を作製することができる。
【００４８】
半導体チャンネル部３の更に別の作製方法として、半導体材料の自己組織化により微細構造を形成する方法を用いることができる。この場合は、電界成長法やナノワイヤ作製等の自己組織化による材料成長により半導体チャンネル部３を作製し、半導体チャンネル部３に接してゲート絶縁部を形成する。半導体チャンネル部３の材料としては、カーボンナノチューブや、Ｓｉナノワイヤなど材料成長が可能なものを用いる。
【００４９】
また、電解質としては、イオン液体、イオン液体ゲル、ポリマー電解質、液体電解質、ゲル状電解質などを使用できる。特に、電解質４としてイオン液体を用いることが望ましい。イオン液体は、粘度が低く、高速応答が期待できる。
【００５０】
すなわち、イオン液体電解質をゲート絶縁部に用いると、低いスイッチング電圧（ゲート電極とソース電極及びドレイン電極の間の電圧）をゲート電極に印加するだけで、充分に大きな電流を流す事ができる。したがって、電界効果トランジスタの消費電力を低減することができる。
【００５１】
また、イオン液体電解質の性質を用いることで、高い周波数応答性、高いイオン伝導度を実現することができる。イオン液体電解質は、高い周波数でも高い静電容量を示す。すなわち、ゲート絶縁部にイオン液体電解質を用いると、イオン液体電解質が本来有する高いイオン伝導度を利用することで、高い周波数応答性を得ることが可能になる。
【００５２】
また、イオン液体電解質は、室温では粘度の低い液体であるため、２次元的に配列された複数の半導体チャンネル部３の間の空間に、容易に分布させることが可能である。また、有機半導体材料の表面との間の密着性がよくなり、キャリア移動度が高い。特にイオン液体電解質として、ＥＭＩ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎを用いた場合、キャリア移動度を１０−３ｃｍ２／Ｖｓとすることができる。
【００５３】
ここで、本実施の形態における、イオン液体電解質を用いた縦型電界効果トランジスタを作製する方法の一例について説明する。半導体チャンネル部３として、有機半導体であるＰ３ＨＴすなわちポリ３ヘキシルチオフェンを用い、電解質４として、イオン液体電解質であるＥＭＩ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎを用いた場合を示す。
【００５４】
まず、ソース電極１とドレイン電極２の間に、エポキシ樹脂からなる厚膜レジストによって、複数の柱状構造を形成する。このためのエポキシ樹脂としては、例えば、「化薬マイクロケム」社の「ＳＵ−８」、「ＫＭＰＲ」等を用いることができる。
【００５５】
次に、ソース電極１とドレイン電極２の間の、複数の柱状構造が形成された領域の内部に、Ｐ３ＨＴをトルエン或いはクロロホルムに溶解した溶液を流し込み、乾燥させることによって、エポキシ樹脂の柱状構造の各々の周囲にＰ３ＨＴ半導体層を形成する。
【００５６】
次に、ソース電極１とドレイン電極２の間の、半導体層が形成された柱状構造の周囲にイオン液体電解質を充填する。更に、ゲート電極５を、電解質４（イオン液体電解質）に接し、ソース電極１とドレイン電極２とＰ３ＨＴ半導体層には接しないように配置することによって、縦型電界効果トランジスタを完成させる。
【００５７】
このようにして作製された縦型電界効果トランジスタにおいて、ゲート電圧Ｖｇを負に加えていくに従って、正の伝導性電荷がＰ３ＨＴ有機半導体に次第に蓄積し、ソース電極１とドレイン電極２の間に流れる電流の測定値が増大していく電界効果が現れる。ゲート電圧に対してソース電極１とドレイン電極２の間に流れる電流の測定値が増大していく際の増加率からキャリアの移動度μを求めると、約１０−３ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００５８】
例えば、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として設けられるトランジスタの場合、５０μｍ×５０μｍ程度の大きさの１ピクセル当り１μＡ程度の電流量を得ることが要求される。電流密度に換算すると、４０ｍＡ／ｃｍ２となる。この電流量を得るためには、従来の有機半導体の電界効果トランジスタの場合、Ｖｄ＝１０Ｖ程度必要である。
【００５９】
これに対して、本実施の形態の縦型電界効果トランジスタの場合に得られる電流量について、以下に概算する。
【００６０】
まず、μ＝１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、ｎｅ＝６μＦ／ｃｍ２×１Ｖ＝６μＣ／ｃｍ２とすれば、σ＝ｎｅ・μ＝６×１０−９Ｓである。半導体が円筒形で半径と高さが同じであれば、σｃｈａｎｎｅｌ＝σ×２π＝３８×１０−９／ｃｈａｎｎｅｌとなる。
【００６１】
μは半導体の移動度、ｎｅは半導体とゲート絶縁体の界面において単位面積あたりに蓄積される電荷量であって、イオン液体電解質の電気二重層容量とゲート電圧の積に等しい。σは、正方形に規格化された面伝導度、σｃｈａｎｎｅｌは、半導体１個で形成されるチャンネルあたりの伝導度である。
【００６２】
ここで、１ｃｍ２当りの半導体の個数をＮ個とする。半導体の断面直径φ＝５μｍの場合、半導体を５μｍ間隔で並べると、Ｎ＝１０００×１０００＝１０６／ｃｍ２であり、Ｎσｃｈａｎｎｅｌ＝３．８×１０−２Ｓ／ｃｍ２となる。Ｖｄ＝１Ｖとすると、Ｉｄ＝３８ｍＡ／ｃｍ２となる。
【００６３】
以上のように、この縦型電界効果トランジスタによれば、Ｖｄ＝１Ｖの低電圧条件でも既に、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として設けられるトランジスタに要求される電流密度、４０ｍＡ／ｃｍ２と同等の特性が得られる。従って、Ｖｄ＝１０Ｖ程度を必要とする従来の有機半導体の電界効果トランジスタと比べて、トランジスタ素子の消費電力を大幅に低減し、高効率化が可能である。
【００６４】
また、比較対象として従来例の有機半導体を用いた平面状電界効果トランジスタを検討すると、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として設けられる場合、移動度μ＝０．１〜１ｃｍ２／Ｖｓ程度の材料を用いなければ、１ピクセル当り１μＡ程度の電流量を得ることが困難である。
【００６５】
しかし、現在の有機材料において、再現性よく移動度μ＝１０−１ｃｍ２／Ｖｓを得られるのは、ペンタセンなどの一部の低分子材料を真空蒸着法によって薄膜形成する場合に限られる。高分子材料は、容易に塗布によって形成できるので、真空蒸着法による低分子有機薄膜よりもはるかに簡便に作製できるが、移動度１０−１ｃｍ２／Ｖｓを再現性よく得るのは難しい。
【００６６】
これに対して、本実施の形態の縦型電界効果トランジスタの場合、移動度１０−３ｃｍ２／Ｖｓ程度の高分子材料でも、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として十分な電流量を得ることが可能である。従って、より作製が簡単な高分子材料を、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御用トランジスタとして用いることができる。
【００６７】
従来型の有機半導体を用いた平面状電界効果トランジスタと、本実施の形態１の縦型電界効果トランジスタの特性を比較した結果を、表１に示す。従来例の場合は半導体として真空蒸着による低分子膜が使用され、本実施の形態の場合は半導体としてＰ３ＨＴが使用された例である。電流密度は、Ｖｄ＝１Ｖ、Ｖｇ＝１Ｖの条件で測定した結果である。
【００６８】
【表１】
0005605705.tif 000002
なお、上記構成の本実施の形態の縦型電界効果トランジスタにおいて、イオン液体が、ソース電極、ドレイン電極、及びＰ３ＨＴ半導体に直接接すると、ゲート電極とソース電極、ゲート電極とドレイン電極の間に漏れ電流が生じて、消費電力が増大してしまうことがある。
【００６９】
この問題を低減するためには、ソース電極、ドレイン電極、Ｐ３ＨＴ半導体のいずれかを自己組織化単分子膜やポリマー絶縁膜などによって被覆することが有効である。
【００７０】
また、φ＝２５０ｎｍの場合、直径が１／２０のサイズになるので、高さが１／５の１μｍであればｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔは１００倍になる。その結果、Ｎ＝１０８／ｃｍ２、Ｎσｃｈａｎｎｅｌ＝３．８Ｓ／ｃｍ２となる。Ｖｄ＝１Ｖとすると、Ｉｄ＝３．８Ａ／ｃｍ２となる。
【００７１】
このように、φ＝２５０ｎｍであれば、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として設けられるトランジスタに要求される電流密度、４０ｍＡ／ｃｍ２に対して、はるかに大きい電流密度が得られる。
【００７２】
また、Ｖｄ＝０．１Ｖ、Ｖｇ＝０．１Ｖで、Ｉｄ＝４０ｍＡ／ｃｍ２程度となるので、同じ電流密度を得るためのドレイン電圧を大幅に小さくすることができる。従って、トランジスタ素子の消費電力を低減し、高効率化することができる。
【００７３】
また、実験結果から求めた負のゲート電圧を−１Ｖ加えたオン状態の電流量と、ゲート電圧Ｖｇを加えないオフ状態の残留電流量を比較すると、オン状態ではオフ状態に対して１０４倍の電流量が得られている。このオン−オフ比は、従来例の縦型トランジスタのオン−オフ比と比べて、格段に大きい。
【００７４】
なお、電解質と誘電体の組み合わせによりゲート絶縁部を構成することもできる。その場合でも、ゲート電極にゲート電圧を印加したときに、電解質を介して作用する電界により、複数の半導体チャンネル部の各々に容易に一括して電気伝導経路を形成することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
図２Ａは、実施の形態２における縦型電界効果トランジスタの断面図、図２Ｂは、図２ＡにおけるＢ１−Ｂ１線に沿った断面で示した平面図である。なお、図２Ａは、図２ＢにおけるＢ２−Ｂ２線に沿った断面を示す。また、図１Ａに示した実施の形態１における縦型電界効果トランジスタと同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００７６】
本実施の形態では、実施の形態１においてゲート絶縁部として用いられた電解質４に代えて、ゲート絶縁体として誘電体６が用いられる。併せて、ゲート電極は、主ゲート電極７と、複数の半導体チャンネル部３の間に分散して配置された複数の分散ゲート電極７ａから構成される。図２Ｂに示すように、ゲート端子電極７と分散ゲート電極７ａの間は、ゲート連結部７ｂにより電気的に接続されている。
【００７７】
この構成によれば、主ゲート電極７にゲート電圧を印加したときに、各々の分散ゲート電極７ａから誘電体６を介して半導体チャンネル部３に電界が作用し、それにより、複数の半導体チャンネル部３の各々に電気伝導経路が形成される。その結果、実施の形態１と同様、複数の電気伝導経路について一括して、主ゲート電極７に印加する電圧による電界効果に基づき伝導度を制御することが可能となる。複数の半導体チャンネル部３の各々に電気伝導経路が形成されることにより、実質的な電気伝導経路の断面積が格段に増大し、ソース電極１とドレイン電極２の間を流れる電流量を大幅に増大させることが可能である。また、ソース電極１とドレイン電極２の間の半導体チャンネル領域における電流密度が、従来例に比べて増大する。
【００７８】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１と異なり、ゲート絶縁部に電解質ではなく誘電体を用いることである。この場合、電解質の場合に得られるべき機能を補償する必要があり、そのために、複数の半導体チャンネル部３の間に分散して配置された複数の分散ゲート電極７ａを用いる。半導体チャンネル部３の各々に隣接して設けられた分散ゲート電極７ａにより、半導体チャンネル部３の各々に適切に電界を作用させることが可能になる。その結果、ゲート絶縁部に電解質を用いた場合と同等の効果を得ることができる。
【００７９】
なお、上述のような複数の分散ゲート電極７ａを設ける構成は、実施の形態１のようにゲート絶縁部に電解質を用いた場合に適用してもよい。すなわち、ゲート電極７にゲート電圧を印加したときに、分散ゲート電極７ａの各々から電解質を介して作用する電界により、複数の半導体チャンネル部３の各々に一括して電気伝導経路が形成される効果が容易に得られる。それにより、高速応答性を更に向上させることができる。
【００８０】
（実施の形態３）
図３Ａは、実施の形態３における縦型電界効果トランジスタの断面図、図３Ｂは、図３ＡにおけるＣ１−Ｃ１線に沿った断面で示した平面図である。なお、図３Ａは、図３ＢにおけるＣ２−Ｃ２線に沿った断面を示す。また、図１Ａに示した実施の形態１における縦型電界効果トランジスタと同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００８１】
本実施の形態の特徴は、複数の半導体８が、自己組織化による分子材料成長により形成されたものであることである。この構成によれば、小断面積の半導体８を高密度に形成することが可能である。それにより、ソース電極１の面積に対して、高い電流密度を得ることが容易になる。
【００８２】
例えば、φ＝２５０ｎｍ、高さが１／５の１μｍであれば、実施の形態１に示した計算例と同じく、Ｎ＝１０８／ｃｍ２、Ｎσｃｈａｎｎｅｌ＝３．８Ｓ／ｃｍ２となる。Ｖｄ＝１Ｖとすると、Ｉｄ＝３．８Ａ／ｃｍ２となる。
【００８３】
このように、φ＝２５０ｎｍであれば、有機ＥＬディスプレイの発光層の制御素子として設けられるトランジスタに要求される電流密度、４０ｍＡ／ｃｍ２に対して、はるかに大きい電流密度が得られる。
【００８４】
また、Ｖｄ＝０．１Ｖ、Ｖｇ＝０．１Ｖで、Ｉｄ＝４０ｍＡ／ｃｍ２程度となるので、同じ電流密度を得るためのドレイン電圧を大幅に小さくすることができる。従って、トランジスタ素子の消費電力を低減し、高効率化することができる。
【００８５】
（実施の形態４）
図４Ａは、実施の形態４における縦型電界効果トランジスタの斜視図、図４Ｂは、図４ＡにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。本実施の形態は、図２Ａ、図２Ｂに示した実施の形態２における縦型電界効果トランジスタの構成を、更に具体的にしたものである。実施の形態２の基本構成における、ソース電極１からドレイン電極２に亘って延在する複数の半導体チャンネル部３、ゲート絶縁部として機能する誘電体６、分散ゲート電極７ａ等を含む構造が、凹凸表面を有する絶縁基板１０を用いて形成される。
【００８６】
絶縁基板１０は、複数の凸部１０ａ、及びそれら凸部１０ａ間の凹部１０ｂにより形成された凹凸表面を有する。複数の凸部１０ａは、絶縁基板１０の面上に互いに平行に配列された複数本の筋状突起部として形成されている。複数の凸部１０ａは、一方の端部で連結部１０ｃにより連結されて、凸部１０ａと連結部１０ｃにより櫛型隆起領域が形成されている。
【００８７】
絶縁基板１０の凹凸表面上に導電層１１が設けられて、ゲート電極を形成している。導電層１１は、凸部１０ａの頂部領域、側壁面領域、及び凹部１０ｂの領域の全ての面に亘って設けられている。また、導電層１１の表面上に絶縁層１２が設けられて、ゲート絶縁部を形成している。絶縁層１２も、凸部１０ａの頂部領域、側壁面領域、及び凹部１０ｂの領域の全ての面に亘って設けられている。
【００８８】
凸部１０ａの頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して、絶縁層１２の表面上に半導体層１３が設けられている。凹部１０ｂの領域の絶縁層１２の表面には、半導体層１３が形成されていない。半導体層１３により、半導体チャンネル部が形成される。
【００８９】
凹部１０ｂの各々における絶縁層１２の上部に、半導体層１３と接触させて底部電極層１４ａが設けられている。また、櫛型隆起領域の櫛の歯（凸部１０ａ）の先端に対向する領域に、底部連結電極部１４ｂが形成されている。底部連結電極部１４ｂは、凹部１０ｂ毎に形成された複数の底部電極層１４ａを電気的に接続する。それにより、複数の底部電極層１４ａは一体の電極として機能し、ソース電極またはドレイン電極を形成する。
【００９０】
凸部１０ａの各々における頂部領域には、半導体層１３と接触させて頂部電極層１５ａが設けられている。また、連結部１０ｃの領域に、頂部連結電極部１５ｂが形成されている。頂部連結電極部１５ｂは、凸部１０ａ毎に形成された複数の頂部電極層１５ａを、電気的に互いに接続する。それにより、複数の頂部電極層１５ａは一体の電極として機能し、ドレイン電極またはソース電極を形成する。
【００９１】
以上の構成を有する縦型電界効果トランジスタは、図２Ａ、図２Ｂに示したものと同様に動作する。すなわち、導電層１１にゲート電圧を印加したときに、各々の凸部１０ａの側壁面領域に設けられた導電層１１から絶縁層１２を介して半導体層１３に電界が作用する。それにより、複数の半導体層１３の各々に電気伝導経路が形成される。その結果、複数の電気伝導経路について一括して、導電層１１に印加する電圧による電界効果に基づき伝導度を制御することが可能となる。複数の半導体層１３の各々に電気伝導経路が形成されることにより、実質的な電気伝導経路の断面積が格段に増大し、ソース電極とドレイン電極の間を流れる電流量を大幅に増大させることが可能である。
【００９２】
本実施の形態における絶縁基板１０としては、材質の制限は特にないが、可撓性を有する絶縁性材料、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。それにより、有機ＥＬディスプレイ等の駆動用のトランジスタを構成するのに好適である。
【００９３】
なお、半導体層１３は図４Ｂに示すように、少なくとも凸部１０ａの頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して設けられていればよいが、図４Ｃあるいは図４Ｄのようにすることもできる。図４Ｃは、凸部１０ａの側壁面領域から連続して凹部１０ｂの表面上の一部に半導体層１３が形成された例を示す。図４Ｄは、凹部１０ｂの表面上の全部に半導体層１３が形成された例を示す。
【００９４】
また、図４Ｂには、底部電極層１４ａ及び頂部電極層１５ａが半導体層１３の上面に配置された例を示したが、半導体層１３の下部に配置された構成とすることもできる。すなわち、絶縁層１２の表面上に底部電極層１４ａ及び頂部電極層１５ａが形成され、その上部に半導体層１３が形成された構成としてもよい。
【００９５】
以上の構成を有する縦型電界効果トランジスタにおいて、筋状突起部として形成された凸部１０ａの、絶縁基板１０の面方向における幅をＷ、凸部１０ａ同士の間隔をＳとするとき、Ｓ／Ｗ≦１０の条件を満たすように構成することが望ましい。それにより、単位表面積当りに十分な数の半導体チャンネル部が形成され、単位表面積当りで増幅される電流量として実用上十分な、1 Ａ／ｃｍ２以上が得られる。
【００９６】
また、筋状突起部として形成された凸部１０ａの凹部１０ｂの表面からの高さをＨとするとき、Ｈ／Ｗ≧０．３の条件を満たすように構成することが望ましい。それにより、電界効果によって制御される電流のオン−オフ比として実用上十分な、１０５以上が得られる。
【００９７】
次に、上記構成の縦型電界効果トランジスタの製造方法について、各工程の斜視図を示す図５Ａ〜図５Ｅを参照して説明する。
【００９８】
まず、図５Ａに示すように、例えばエポキシ樹脂からなる絶縁基板１０の表面に、互いに平行な複数の筋状の凸部１０ａ及び凹部１０ｂからなる凹凸表面、及び連結部１０ｃを含む、櫛型隆起領域を形成する。凹凸表面を形成するためには、周知のどのような方法を用いても良い。
【００９９】
次に、図５Ｂに示すように、絶縁基板１０の全面に亘って、導電層１１及び絶縁層１２を順次形成する。但し、図５Ｂには図示の都合上、導電層１１及び絶縁層１２が一層にまとめて描かれている。導電層１１は、例えば、Ｔｉ膜とＰｔ膜の積層膜により構成する。例えば、ＴｉとＰｔを順次スパッタリングすることにより成膜する。２方向からスパッタリングを行なうことにより、凸部１０ａ及び凹部１０ｂからなる凹凸表面の全面に導電層１１を形成することができる。絶縁層１２としては、例えば蒸着によりパリレン膜を形成する。それにより、導電層１１上の全面に絶縁層１２が形成される。
【０１００】
次に、図５Ｃに示すように、凸部１０ａの横方向、すなわち、長手方向に直交する方向から、有機半導体材料を斜め蒸着することにより、半導体層１３を形成する。それにより、少なくとも凸部１０ａの頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して半導体層１３が形成される。
【０１０１】
次に、図５Ｄに示すように、真空蒸着によりＡｕ膜１６を成膜することにより、底部電極層１４ａ、底部連結電極部１４ｂ、頂部電極層１５ａ、及び頂部連結電極部１５ｂを形成する。絶縁基板１０の面に対して厳密に垂直方向の蒸着を行なうことにより、Ａｕ膜１６は、凸部１０ａの側面には形成されず、底部電極層１４ａ及び底部連結電極部１４ｂと、頂部電極層１５ａ及び頂部連結電極部１５ｂとは、電気的に分離して形成される。従って、底部電極層１４ａ、底部連結電極部１４ｂ、頂部電極層１５ａ、及び頂部連結電極部１５ｂを１回の蒸着工程により形成することができる。
【０１０２】
以上のような工程により作成された本実施の形態４におけるフレキシブル基板（エポキシ樹脂）上に作製した縦型電界効果トランジスタについて、その伝達特性を測定した結果を図６に示す。横軸はゲート電圧Ｖｇ（Ｖ）、縦軸はドレインＩＤ電流（μＡ）であり、リニアスケールによる曲線Ａ（左側縦軸参照）と、ログスケールによる曲線Ｂ（右側縦軸参照）を示す。図６に示されるように、１Ａ／ｃｍ２程度の十分大きな電流量と１０６程度の十分大きなＯＮ−ＯＦＦ比が得られている。また、この性能は、図４Ｃの横方向に１０回以上繰り返し屈曲しても（曲げ半径１ｃｍ）、損なわれることはなかった。
【０１０３】
また表２に、従来型の有機半導体を用いた平面状電界効果トランジスタと、本実施の形態４の縦型電界効果トランジスタの特性を比較した結果を示す。表２にはさらに、後述する実施の形態６（図８）に示す構成の縦型電界効果トランジスタの特性も示す。従来例、実施の形態４、６ともに、半導体として真空蒸着による低分子膜が使用された例である。電流密度は、Ｖｄ＝１０Ｖ、Ｖｇ＝２０Ｖの条件で測定した結果である。
【０１０４】
【表２】
0005605705.tif 000003
なお、凸部１０ａは、筋状の突起に限られず、絶縁基板１０の面上に互いに離間して設けられた複数の島状突起部として形成することもできる。その場合、島状突起部の相互間の間隙が凹部を形成する。
【０１０５】
（実施の形態５）
図７は、実施の形態５における縦型電界効果トランジスタの断面図である。本実施の形態は、実施の形態４と同様に、凹凸表面を有する絶縁基板を用いた構成の例であり、全体的な構造は、図４Ａに斜視図で示した実施の形態４におけるものと同様である。図７は、図４ＡのＤ−Ｄ線に沿った位置に対応する断面構造を示す。但し、動作の原理は、図１Ａ、図１Ｂに示した実施の形態１と同様であり、ゲート絶縁部として電解質が用いられている。なお、図４Ａ、図４Ｂに示した実施の形態４における縦型電界効果トランジスタと同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
【０１０６】
本実施の形態における縦型電界効果トランジスタでは、絶縁基板１０の凹凸面に直接半導体層１３が設けられて、半導体チャンネル部を形成している。
【０１０７】
凹部１０ｂの各々における半導体層１３の上面に、底部電極層１４ａが設けられている。また、図４Ａと同様に、櫛型隆起領域の凸部１０ａの先端に対向する領域に、底部連結電極部１４ｂが形成されている。従って、複数の底部電極層１４ａが一体の電極として機能し、ソース電極またはドレイン電極を形成する。
【０１０８】
凸部１０ａの各々における頂部領域では、半導体層１３の上面に頂部電極層１５ａが設けられている。また、図４Ａと同様に、連結部１０ｃの領域に、複数の頂部電極層１５ａを連結する頂部連結電極部１５ｂが形成されている。従って、複数の頂部電極層１５ａが一体の電極として機能し、ドレイン電極またはソース電極を形成する。
【０１０９】
絶縁基板１０の凹凸面上に形成された上記要素を覆って、電解質層１７が設けられて、ゲート絶縁部を形成している。電解質層１７と接触して電解質層用電極１８が設けられ、ゲート電極を形成している。
【０１１０】
以上の構成を有する縦型電界効果トランジスタは、図１Ａ、図１Ｂに示したものと同様に動作する。すなわち、電解質層用電極１８にゲート電圧を印加すると、電解質層１７の半導体層１３に接する表面付近に、電気二重層が形成される。電気二重層にかかる電界による電界効果によって、半導体層１３に高い電界をかけることが容易である。このように、電解質層用電極１８に印加するゲート電圧による電界効果に基づき、複数の電気伝導経路について一括して伝導度を制御することができる。
【０１１１】
なお、半導体層１３、電解質層１７としては、実施の形態１に示したものと同様の材質を用いることができる。また、半導体層１３は、少なくとも凸部１０ａの頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して形成されればよく、凹部１０ｂには半導体層１３が形成されなくともよい。また、電解質層１７も、実際に半導体チャンネルを形成する部分として有効な、少なくとも凸部１０ａの側壁面領域の表面上に形成された半導体層１３に接触させて設けられればよい。
【０１１２】
（実施の形態６）
図８は、実施の形態６における縦型電界効果トランジスタの断面図である。全体的な構造は、図４Ａに斜視図で示した実施の形態４におけるものと同様である。図８は、図４ＡのＤ−Ｄ線に沿った位置に対応する断面構造を示す。また、図４Ａ、図４Ｂに示した実施の形態４における縦型電界効果トランジスタと同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
【０１１３】
本実施の形態においては、実施の形態４における絶縁基板１０に代えて、凹凸表面を有する導電性基板１８が用いられる。導電性基板１８は、複数の凸部１８ａ及び凸部１８ａ間の凹部１８ｂにより形成された凹凸表面を有する。
【０１１４】
導電性基板１８により、ゲート電極が形成される。導電性基板１８の凹凸表面上に絶縁層１９が設けられて、ゲート絶縁部を形成している。少なくとも凸部１８ａの頂部領域及び側壁面領域に亘って連続して、絶縁層１９の表面上に半導体層１３が設けられて、半導体チャンネル部を形成している。
【０１１５】
凹部１０ｂの各々における半導体層１３の上面に、底部電極層１４ａが設けられている。また、図４Ａと同様に、櫛型隆起領域の凸部１０ａの先端に対向する領域に、底部連結電極部１４ｂが形成されている。従って、複数の底部電極層１４ａが一体の電極として機能し、ソース電極またはドレイン電極を形成する。
【０１１６】
凸部１０ａの各々における頂部領域では、半導体層１３の上面に頂部電極層１５ａが設けられている。また、図４Ａと同様に、連結部１０ｃの領域に、複数の頂部電極層１５ａを連結する頂部連結電極部１５ｂが形成されている。従って、複数の頂部電極層１５ａが一体の電極として機能し、ドレイン電極またはソース電極を形成する。
【０１１７】
以上の構成を有する縦型電界効果トランジスタは、図２Ａ、図２Ｂに示したものと同様に動作する。すなわち、導電性基板１８にゲート電圧を印加したときに、各々の凸部１０ａから絶縁層１９を介して半導体層１３に電界が作用する。それにより、複数の半導体層１３の各々に電気伝導経路が形成される。その結果、複数の電気伝導経路について一括して、導電性基板１８に印加する電圧による電界効果に基づき伝導度を制御することが可能となる。複数の半導体層１３の各々に電気伝導経路が形成されることにより、実質的な電気伝導経路の断面積が格段に増大し、ソース電極とドレイン電極の間を流れる電流量を大幅に増大させることが可能である。
【０１１８】
（実施の形態７）
図９は、実施の形態７における縦型電界効果トランジスタアレイ装置の一部を示す斜視図である。本実施の形態は、上述の各実施の形態のいずれかに示したような構造を有する縦型ＦＥＴ素子２０を多数配列して、トランジスタアレイ装置を構成したものである。このようなアレイ構造は、例えば、有機ＥＬディスプレイにおける有機ＥＬ素子の駆動に用いることができる。但し、図９には有機ＥＬ素子の図示は省略し、配線も概念的に示すのみであって、実際の構造とは異なる。
【０１１９】
マトリクス状に配列された複数本の電源ライン２１とデータライン２２の各交点に画素が設けられ、図示しないが各画素の有機ＥＬ素子毎に縦型ＦＥＴ素子２０が配置され、接続される。図９の例では、単位素子の縦型ＦＥＴ素子２０が各々、図４Ａに示したような、平行に配列された筋状の凸部１０ａを多数有する櫛型隆起領域を有する。
【０１２０】
電源ライン２１は、凸部１０ａの上面に形成されたドレイン電極２３に接続されている。また、データライン２２は、図示を省略するが、選択用ＦＥＴ素子を介してゲート電極に接続される。縦型ＦＥＴ素子２０のソース電極は、有機ＥＬ素子に接続される。表示用のデータが、選択用ＦＥＴ素子により選択された画素の縦型ＦＥＴ素子２０のゲート電極に供給され、それに応じた電流が有機ＥＬ素子に供給される。
【０１２１】
このように、少なくとも有機ＥＬ素子に対して駆動電流を供給するトランジスタとして、本発明の縦型電界効果トランジスタを用いることにより、良好な表示コントラストを発揮する有機ＥＬディスプレイが得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の縦型電界効果トランジスタは、大電流及び高いオン−オフ比を得ることが可能であり、全有機ＥＬディスプレイ、超薄型ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、高密度論理演算素子等に有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  ソース電極
２  ドレイン電極
３、８  半導体チャンネル部
４  電解質
５  ゲート電極
６  誘電体
７  主ゲート電極
７ａ  分散ゲート電極
７ｂ  ゲート連結部
１０  絶縁基板
１０ａ  凸部
１０ｂ  凹部
１０ｃ  連結部
１１  導電層
１２  絶縁層
１３  半導体層
１４ａ  底部電極層
１４ｂ  底部連結電極部
１５ａ  頂部電極層
１５ｂ  頂部連結電極部
１６  Ａｕ膜
１７  電解質層
１８  導電性基板
１８ａ  凸部
１８ｂ  凹部
１９  絶縁層
２０  縦型ＦＥＴ素子
２１  電源ライン
２２  データライン
２３  ドレイン電極
３０  基板
３１  ソース電極
３２  ドレイン電極
３３  半導体
３４  ゲート電極
３５  キャリア
【図１Ａ】
0005605705.tif 000004
【図１Ｂ】
0005605705.tif 000005
【図２Ａ】
0005605705.tif 000006
【図２Ｂ】
0005605705.tif 000007
【図３Ａ】
0005605705.tif 000008
【図３Ｂ】
0005605705.tif 000009
【図４Ａ】
0005605705.tif 000010
【図４Ｂ】
0005605705.tif 000011
【図４Ｃ】
0005605705.tif 000012
【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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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【図１０】
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