(57)【要約】  【課題】例えば光メモリ機能を有する／有しない等、光活性が異なるとともに、ゲートに印加する電圧によりどちらを使用するかを切り替えることができる２つの有機トランジスタを積層したデュアルゲート有機薄膜トランジスタを与える。  【解決手段】光活性の異なる２つの有機半導体層を積層し、有機半導体層にそれぞれゲート電極を設ける。これらのゲート電極に与える信号により、上記切り替えを行うことができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体薄膜が設けられるとともに、前記有機半導体薄膜中を流れるキャリアを制御する有機半導体薄膜トランジスタにおいて、
前記有機半導体薄膜は第１の有機半導体層及び前記第１の有機半導体層と光活性度の異なる第２の有機半導体層が積層されて構成され、
前記有機半導体薄膜の第１の面及び第２の面上にそれぞれ第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を介して第１のゲート電極及び第２のゲート電極を設けた
デュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層とは異なる成分組成を有する、請求項１に記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記第１の有機半導体層は光異性化分子を含む、請求項２に記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記第２の有機半導体層は前記光異性化分子を含まないか、あるいは前記第１の有機半導体層よりも少ない前記光異性化分子を含む、請求項３に記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記光異性化分子は光異性化前後で前記第１の有機半導体層中のキャリア輸送を抑制する程度が異なる、請求項４に記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記光異性化分子はスピロピラン、ジアリールエテン、アゾベンゼン及びスピロオキサジンからなる群から選択される、請求項５に記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層との間に、一方の有機半導体層の成分が他方の有機半導体層へ拡散することを阻止する層を設けた、請求項２から６の何れかに記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記前記第１の有機半導体層及び前記第２の有機半導体層は相分離により形成された、請求項２から６の何れかに記載のデュアルゲート有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な構造を有するデュアルゲート有機薄膜トランジスタに関し、さらに詳細には有機半導体層が光活性度の異なる２つの層から構成され、これにより例えば光メモリ動作を示すデュアルゲート有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から有機半導体を使用した薄膜トランジスタの研究・開発が広範に行われ、各種の構造の素子が提案されてきた。
【０００３】
このような素子の一種として、デュアルゲート構造の有機薄膜トランジスタについて多数の報告がなされてきた。例えば、Ibaらはフレキシブルなプラスチック基板を用いてデュアルゲートトランジスタを作製し、ペンタセントランジスタの閾値電圧シフトを報告している（非特許文献１）。更に、Maddalenaらはトップゲート絶縁層も溶液プロセスで製膜したデュアルゲート有機薄膜トランジスタを報告している（非特許文献２）。
【０００４】
また、シングルゲートトランジスタ構造の有機半導体層に光異性化分子と高分子半導体の混合薄膜を用いて、光制御に成功した例が報告されている。たとえば、Liらはポリチオフェン中にスピロピラン分子を混ぜて、光制御トランジスタを報告している（非特許文献３）。Orgiuらはポリチオフェン中に光異性化分子であるジアリールエテン分子を混ぜて光制御トランジスタを報告している（非特許文献４）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機半導体層を光活性度の異なる二層構成としそれぞれにゲートを設けた単一素子として構成されたデュアルゲート構造の有機薄膜トランジスタを作製すれば多様な機能が実現可能であると期待されるが、そのような構造のデュアルゲート構造の有機薄膜トランジスタはこれまで提案されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体薄膜が設けられるとともに、前記有機半導体薄膜中を流れるキャリアを制御する有機半導体薄膜トランジスタにおいて、前記有機半導体薄膜は第１の有機半導体層及び前記第１の有機半導体層と光活性度の異なる第２の有機半導体層が積層されて構成され、前記有機半導体薄膜の第１の面及び第２の面上にそれぞれ第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を介して第１のゲート電極及び第２のゲート電極を設けたデュアルゲート有機薄膜トランジスタが与えられる。
ここで、前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層とは異なる成分組成を有してよい。
また、前記第１の有機半導体層は光異性化分子を含んでよい。
また、前記第２の有機半導体層は前記光異性化分子を含まないか、あるいは前記第１の有機半導体層よりも少ない前記光異性化分子を含んでよい。
また、前記光異性化分子は光異性化前後で前記第１の有機半導体層中のキャリア輸送を抑制する程度が異なってよい。
また、前記光異性化分子はスピロピラン、ジアリールエテン、アゾベンゼン及びスピロオキサジンからなる群から選択されてよい。
また、前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層との間に、一方の有機半導体層の成分が他方の有機半導体層へ拡散することを阻止する層を設けてよい。
また、前記前記第１の有機半導体層及び前記第２の有機半導体層は相分離により形成されてよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のデュアルゲート有機薄膜トランジスタは、ゲート電圧を光活性度の異なる２つの有機半導体に対応した２つのゲートの内の何れのゲートに供給するかを切り替えることにより、一つの素子で複数種類の動作を切り替えることが容易になる。例えば、光記憶機能を有する素子と通常のトランジスタ動作をする素子の何れにも切り替えて動作可能なデュアルゲート有機薄膜トランジスタが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】（ａ）本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの構造を概念的に示す図。（ｂ）図１Ａ（ａ）に示すデュアルゲート有機薄膜トランジスタの等価回路図。
【図１Ｂ】（ａ）ＰＴＡＡの分子構造を示す図。（ｂ）スピロピランの分子構造と光異性化反応を示す図。紫外光を照射することにより閉環体から開環体へ異性化し、可視光照射により再び閉環体に戻る。
【図２】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの特性を示す図。（ａ）トップゲート動作時のＩｄ−Ｖｄ特性、（ｂ）トップゲート動作時のＩｄ−Ｖｇ特性、（ｃ）ボトムゲート動作時のＩｄ−Ｖｄ特性、及び（ｄ）ボトムゲート動作時のＩｄ−Ｖｇ特性。
【図３】（ａ）本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタのボトムゲート電圧によるＩｄ−Ｖｇ特性がトップゲート電圧印加により変化することを示す図。（ｂ）閾値電圧のトップゲート電圧印加依存性を示す図。
【図４】（ａ）本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタをトップゲート動作させたときのＩｄ−Ｖｇ特性の光変化を示す図。（ｂ）ボトムゲート動作させたときのＩｄ−Ｖｇ特性の光変化を示す図。
【図５Ａ】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの上側有機層をチャネルとして流れているときのドレイン電流の変化を示す図。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの上側有機層をチャネルとして流れているときのドレイン電流の変化を示す図。
【図５Ｃ】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの上側及び下側両方の有機層をチャネルとして流れているときのドレイン電流の変化を示す図。
【図５Ｄ】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタの下側有機層をチャネルとして流れているときのドレイン電流の変化を示す図。
【図６】本発明の第１の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタのドレイン電流の変化を示す図。上側有機層をチャネルとしているときは光に反応して光メモリ動作を示すが、下側有機層をチャネルとしているときは光に反応せず、光メモリ機能は消失している。
【図７Ａ】本発明の第２の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタをトップゲート動作させた場合の有機半導体層内の電流経路及びドレイン電流の変化を示す図。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタをボトムゲート動作させた場合の有機半導体層内の電流経路及びドレイン電流の変化を示す図。
【図８】Ｐ３ＨＴ／スピロピラン混合膜表面及びＰＴＡＡ／スピロピラン混合膜表面のＡＦＭ像。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明では、光活性度に関して相異なる特性を有する２種類の有機半導体層を積層し、其々にゲートを対応付けることにより、内部的に異なる特性を有し、互いに独立に動作できる２つの有機薄膜トランジスタを回路的には並列に接続し、また構造的には上下に積み重ねたデュアルゲート有機薄膜トランジスタが与えられる。
例えば、光異性化分子を有機半導体層に組み込むことによる、光メモリ動作を示すデュアルゲート有機薄膜トランジスタを実現することができる。このような光メモリ動作を示すトランジスタ素子は、従来の通常のトランジスタとしての動作だけでなく、不揮発性の光メモリとしても動作することが可能である。有機半導体層が２層構造になっており、光に反応する層と反応しない層とを上下に分けることで、ゲート電圧の調整により光メモリ機能の発現を自在に制御することができる。
【００１０】
以下で説明する実施例では、デュアルゲート有機薄膜トランジスタ構造の有機半導体層にスピロピラン分子とＰＴＡＡとの組み合わせを用いているが、スピロピランとＰＴＡＡの組み合わせだけでなく、他の光異性化分子（ジアリールエテンやアゾベンゼン、スピロオキサジンなど）と高分子半導体（ポリチオフェンなど）の組み合わせでも同様の機能を発現できる。
【００１１】
また、本願発明のデュアルゲート有機薄膜トランジスタは、シリコン基板だけでなくプラスチック基板上にも作製できる。絶縁膜も、溶液プロセスにより製膜可能なポリスチレン（polystyrene、ＰＳ）やポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate、ＰＭＭＡ）などが使用できる。
【００１２】
また、以下の実施例では有機半導体層を２層に分けるためにＡｌ２Ｏ３膜を用いてスピロピラン分子の下側層への拡散を防止しているが、相分離現象を利用して有機半導体層を２層に分けることも可能である。結晶性の異なる２種類の材料を混合し、スピンコート法により製膜するだけで縦方向に２層に相分離させた例がいくつか報告されており、この現象を利用して作製した有機薄膜トランジスタも研究されている。
例えば、Liuらは、結晶性低分子半導体2,7-didodecyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene（Ｃ１２−ＢＴＢＴ）とアモルファスな絶縁材料であるＰＭＭＡを混ぜた溶液をスピンコート法により製膜し、相分離現象を利用してシングルゲートトランジスタの作製を行っている（非特許文献５）。Qiuらは結晶性ポリチオフェンとＰＭＭＡとの相分離現象を利用してシングルゲートトランジスタの作製を行っている（非特許文献６）。本願発明のデュアルゲート有機薄膜トランジスタにおいても、アモルファスな光異性化分子と結晶性の半導体材料とを混ぜた溶液をスピンコート法で製膜し、相分離現象を利用して２層構造を作ることが可能である。また、以下の実施例では光に反応する有機半導体層（光活性層）を上側に設けてしているが、光活性層を下側にしても同様の機能を示すことができる。
【実施例】
【００１３】
以下、光メモリ機能を有する実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は当然ながらこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１４】
［第１の実施例−２種類の有機半導体層間を膜で分離した構造］
作製したデュアルゲート有機薄膜トランジスタの概略図及び有機半導体層に用いた有機分子の構造をそれぞれ図１Ａ及び図１Ｂに示す。
基板として２００ｎｍ厚の熱酸化膜を有する高濃度ｐ型シリコン（キャリア濃度１０２０ｃｍ−３）を用いた。本素子構造では熱酸化膜がボトムゲート絶縁膜として、また高濃度シリコン基板がボトムゲート電極として機能する。熱酸化膜上にヘキサメチルジシラザン（hexamethyldisilazane、ＨＭＤＳ）処理を行った後，下側の有機半導体層としてトリアリルアミン（polytriarylamine、ＰＴＡＡ）をスピンコトート法により製膜した。ＰＴＡＡはｐ型の高分子半導体として知られており、光や大気に対して安定な材料である（図１Ｂ（ａ））。その上にソース電極及びドレイン電極として金電極を真空蒸着により製膜した。その後、原子層堆積（atomic layer deposition、ＡＬＤ）装置を用いてＡｌ２Ｏ３薄膜を製膜し、その上に上側有機半導体層としてＰＴＡＡとスピロピラン分子の混合膜をスピンコート法により製膜した。スピロピランは光異性化分子として知られており、ＵＶ光を照射すると開環体（イオン分極状態）になり、可視光照射で閉環体（非イオン分極状態）になる（図１Ｂ（ｂ））。Ａｌ２Ｏ３薄膜はスピロピラン分子の下側有機層への拡散を防止する役割を果たしている。その上に、トップゲート絶縁膜としてパリレン膜をＣＶＤ（chemical vapor deposition）法により製膜した。最後にトップゲート電極として金電極を真空蒸着により製膜し、デュアルゲート有機薄膜トランジスタを作製した。作製した素子のトランジスタ特性については、半導体デバイスアナライザー(アジレント・テクノロジー株式会社のＢ１５００Ａ）を用いて評価した。
【００１５】
図２（ａ）及び（ｂ）に、作製したトランジスタ素子をトップゲート電圧で動作させたときのドレイン電流−ドレイン電圧（Ｉｄ−Ｖｄ）特性及びドレイン電流−ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性をそれぞれ示す。このときのボトムゲート電圧は０Ｖとした。Ｉｄ−Ｖｄ特性は典型的なｐ型のトランジスタ特性を示した。Ｉｄ−Ｖｇ測定結果から算出した閾値電圧は−２．２Ｖ、キャリア移動度は７．１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓであった。同様に、図２（ｃ）及び（ｄ）にはボトムゲート電圧で動作させたときのＩｄ−Ｖｄ電圧特性及びＩｄ−Ｖｇ特性をそれぞれ示す。ここで、Ｉｄ−Ｖｇ測定のときのトップゲート電圧は０Ｖとした。Ｉｄ−Ｖｄ特性は、トップゲートで動作させたときと同様に典型的なｐ型のトランジスタ特性を示した。Ｉｄ−Ｖｇ測定結果から算出した閾値電圧は−１．２Ｖ、キャリア移動度は２．５×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであった。このように、トップゲート動作およびボトムゲート動作のそれぞれで正常なトランジスタ動作が確認された。
【００１６】
デュアルゲートトランジスタの特徴の一つは、２つ目のゲート電圧によって閾値電圧を制御できることである。この閾値電圧の制御は、本願のデュアルゲートトランジスタでも確認できた。図３（ａ）に、本発明の一実施例のデュアルゲートトランジスタにおけるＩｄ−Ｖｇ特性が他方のゲートに電圧を印加することでシフトする様子を示す。ここで、ＶＧ，Ｔｏｐ及びＶＧ，Ｂｏｔｔｏｍはそれぞれトップゲート電圧及びボトムゲート電圧を示す。負側のトップゲート電圧を印加すると、Ｉｄ−Ｖｇ特性は正側にシフトし、正側のトップゲート電圧を印加するとＩｄ−Ｖｇ特性は負側にシフトした。また、この特性から算出した閾値電圧を図３（ｂ）に示す。負側のトップゲート電圧を印加すると、閾値電圧は正側にシフトし、正側のトップゲート電圧を印加すると閾値電圧は負側にシフトした。
【００１７】
次に、トランジスタ素子に光を照射し、Ｉｄ−Ｖｇ特性の変化を調べた。図４（ａ）にトップゲート動作させたときの光照射によるＩｄ−Ｖｇ特性の変化の様子を示す。このときのボトムゲート電圧は０Ｖとした。Ｉｄ−Ｖｇ特性は紫外（ＵＶ）光照射によって減少し、可視（ＶＩＳ）光照射によって増加した。この光スイッチングはスピロピラン分子の光異性化反応によるものである。
図４（ｂ）には、ボトムゲート動作させたときの光照射によるＩｄ−Ｖｇ特性の測定結果を示す。このときのトップゲート電圧は０Ｖとした。Ｉｄ−Ｖｇ特性は、光照射を行っても変化を示さなかった。これは、ボトムゲート動作時にはドレイン電流が下側の有機層をチャネルとして流れているため、スピロピラン分子の光異性化反応の影響を受けていないことを示している。
【００１８】
このデュアルゲート有機薄膜トランジスタの動作を利用すると、過去の動作条件の記憶を持たない通常のトランジスタ動作と過去の動作条件の記憶を持つ、つまり光照射があったか否かを記憶しているという光メモリの両方の機能を単一の素子により実現することが可能になる。
また、この光メモリは、トランジスタの動作のための電圧の印加を一旦停止し、その後電圧印加を再開しても電圧印加再開前の光照射履歴を記憶している、という意味で不揮発性の記憶機能を有する。しかも、このデュアルゲート有機薄膜トランジスタのボトムゲート動作はスピロピラン分子の開環体と閉環体との間の遷移には何の影響も与えないので、ボトムゲート動作に切り替えることにより光記憶状態が一時的に見えないようにしておき、その後トップゲート動作に戻すことにより記憶状態が再現するように動作させることができる。
【００１９】
図５Ａには、デュアルゲート有機薄膜トランジスタの通常のトランジスタとしての動作を示す。トップゲート電圧は一定の周期で−３５Ｖから−４０Ｖのパルス電圧を印加した。ボトムゲート電圧は、最初は０Ｖにした。このときのドレイン電流は、上側の有機層をチャネルとして流れ、トップゲート電圧と同周期で変調された。
次に、ボトムゲート電圧を０Ｖから−１５Ｖにすると、閾値電圧が変化してドレイン電流が全体的に増加した。ドレイン電流は、ボトムゲート電圧を−１５Ｖ印加している間はその状態を保持していた。この動作は過去の動作履歴（この場合は光照射履歴）の影響を受けないものであり、通常のトランジスタ動作そのものである。
【００２０】
図５Ｂには光メモリとしての動作を示す。トップゲート電圧は一定の周期で−３５Ｖから−４０Ｖのパルス電圧を印加しておいた。ボトムゲート電圧は０Ｖに固定した。このときもドレイン電流は上側の有機層をチャネルとして流れ、ドップゲート電圧と同周期で変調された。
次に、この状態の素子にＵＶ光を照射し、一定時間経過後照射を止めて測定した。すると、ドレイン電流は全体的に減少した。これは、ＵＶ光照射によりスピロピラン分子の光異性化反応が生じ、スピロピランの開環体（イオン分極状態）がキャリア輸送を抑制したためである。スピロピラン分子の光異性化反応が起こると、光照射を止めてもその状態が保持されるので、光照射を止めても、ドレイン電流値も全体的に減少した状態を保持する。この動作は、光照射の履歴を記憶している点で光メモリ動作であるということができる。またトランジスタ動作のための電源供給によりスピロピラン分子の開環体が元に戻ることはないので、このメモリ動作は不揮発性である。このように、デュアルゲートトランジスタ構造に光異性化分子を組み込むことで、不揮発性光メモリとしても動作するトランジスタを実現することができた。
【００２１】
図５Ｃには、ボトムゲート電圧を−２０Ｖにして動作させたときの測定結果を示す。このときのＵＶ光照射に対する電流値の変化は、図５Ｂのときに比べて小さくなっている。これは、ボトムゲート電圧を−２０Ｖにするとドレイン電流の一部は光に対して反応しない下側の有機層を流れるためである。
【００２２】
図５Ｄには、ボトムゲート電圧を−３０Ｖにしたときの測定結果を示す。このときは、ＵＶ光照射を行ってもほとんどドレイン電流値に変化は見られなかった。このことは、ドレイン電流が下側の有機層をチャネルとして流れていたことを示している。つまり、下側の有機層にはスピロピラン分子が存在しないため、光を照射を行っても光異性化反応の影響を受けず、ドレイン電流値は変化しない。
【００２３】
図５Ａ〜図５Ｄの結果は、トップとボトムのゲート電圧の大きさを調整することで、不揮発性光メモリ機能の発現を自在に制御できることを示している。
図６にその動作例を示す。図６中でグラフ上部の「ＵＶ」との記載は当該時間区間においてＵＶ光照射を行ったことを示している。トップゲート電圧は−３５Ｖから−４０Ｖの一定周期のパルス電圧を常に印加しておいた。時間軸上で０〜６００秒の間はボトムゲート電圧を０Ｖにしておき、次に６００秒〜２２００秒の間、ボトムゲート電圧を−３０Ｖ印加すると、ドレイン電流値は全体的に増加した。この状態ではドレイン電流が下側の有機層をチャネルとして流れている。そこで、この状態でＵＶ光照射を行っても、ドレイン電流値は変化せず、光メモリ動作を示さない。次に２２００秒〜４０００秒の間、ボトムゲート電圧を−３０Ｖから−１０Ｖにすると、ドレイン電流値は全体的に減少した。このゲート電圧条件ではドレイン電流が流れるチャネルは下側の有機層から上側の有機層へと切り替わる。この状態でＵＶ光照射を行うと、ドレイン電流値は全体的に減少し、光メモリ動作を示した。これはスピロピラン分子の光異性化反応の影響によるものである。その後、４０００秒以降で再びボトムゲート電圧を−３０Ｖにすると、光照射を行ってもドレイン電流値は変化せず、光メモリ動作は消失した。このように、有機半導体層を光活性層と光不活性層の２層に分けたことで、不揮発性光メモリ機能の発現を自在に制御可能なデュアルゲート有機薄膜トランジスタが実現できた。
【００２４】
［第２の実施例−２種類の有機半導体層を相分離により実現した構造］
図１Ａ（ａ）に概念的な構造を示し、また上にその特性を示したデュアルゲート有機薄膜トランジスタは、上側の有機半導体層と下側の有機半導体層との間に分離膜としてのＡｌ２Ｏ３層を設けることによって両層の有機半導体がスピロピラン分子の下側層への拡散を防止している。しかしこのように物理的な隔壁を設ける代わりに、相分離現象を利用してスピロピラン（あるいは同様な光異性化分子）を、層内で均一ではなく偏って分布させることで、スピロピラン含有有機半導体層とスピロピランを含まない（あるいはスピロピランの濃度が低い）有機半導体層の二層構造を実現することができる。図７Ａ及び図７Ｂには、相分離により作製した別の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタのトップゲート動作及びボトムゲート動作のＩｄ−Ｖｇ特性を、それぞれの動作時の有機半導体層中の電流経路とともに示す。
【００２５】
図７Ａ及び図７Ｂに示す第２の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタは有機半導体層以外は第１の実施例と同じ構造であるので、これらの部分については第１の実施例と同じプロセスにより作製した。
有機半導体層については、第１の実施例とは異なり、ポリ３ヘキシルチオフェン（poly(3-hexylthiophene)、Ｐ３ＨＴ）とスピロピランとの混合膜をスピンコート法により成膜した。有機半導体の一種であるＰ３ＨＴは結晶性高分子であり、これを非晶質であるスピロピランと混合すると相分離現象が生じ、スピロピラン分子は上側に偏析する。
このようにして相分離が起こったＰ３ＨＴ／スピロピラン混合膜の表面をＡＦＭで観察した結果を図８に示す。図８の上側に示すこの結果から、Ｐ３ＨＴ／スピロピラン混合膜では表面に析出が起こっていることがわかる。これに対して図８の下側に比較対象用に示したＰＴＴＡ／スピロピラン混合物膜のＡＦＭ結果からは、この混合膜の表面はＰ３ＨＴ／スピロピラン混合膜と比較して非常に均一であり、偏析が起こっていないことがわかる。従って、図７Ａ及び図７Ｂに示す第２の実施例の構造においても、有機半導体層Ｐ３ＨＴ／スピロピランは、その下側部分のスピロピラン濃度が低く、また上側部分はスピロピラン濃度が高い。
【００２６】
図７Ａは第２の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタをトップゲート動作させたもの、すなわちトップゲート側にゲート電圧を印加し、ボトムゲート側のゲート電圧を０Ｖに固定したときの動作を示す。ゲート電圧を印加している側の絶縁膜近傍にチャネルが形成されるので、この条件では有機半導体層中のトップゲート側、つまりスピロピラン濃度が高い部分を通ってドレイン電流が流れる。この場合には、初期状態のドレイン電流が、ＵＶ光照射により約２５％低下した。このドレイン電流現象はＵＶ光照射を打ち切った後もそのまま継続し、記憶動作を示した。
【００２７】
図７Ｂは第２の実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタをボトムゲート動作させたもの、すなわちボトムゲート側にゲート電圧を印加し、トップゲート側を０Ｖに固定したときの動作を示す。このときには有機半導体層中のボトムゲート側、つまりスピロピラン濃度が低い部分を通ってドレイン電流が流れる。ＵＶ光照射後のドレイン電流の低下は初期状態から約１２％と、トップゲート動作の場合の低下量に比べて半分以下となった。本実施例のデュアルゲート有機薄膜トランジスタは実験的に作成したものであるのでボトムゲート動作の場合でもわずかな記憶動作が見られたが、作成プロセスなどを適宜調整することにより、これら２種類の動作の間の違いを更に大きくできると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上詳細に説明したように、本発明によれば複雑な機能を少ない素子数で実現でき、またそれぞれの素子は従来の素子と比較しても専有面積は実質的に同じで構造の複雑さも最小限に抑えられているなど、有機薄膜トランジスタの光関係分野への応用に大いに貢献するものと期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】S. Iba et al., Appl. Phys. Lett. 87, 023509 (2005).
【非特許文献２】F. Maddalena et al., Org. Electron. 9, 839 (2008).
【非特許文献３】Y. Li et al., J. Mater. Chem. 22, 4261 (2012).
【非特許文献４】E. Orgiu et al., Nature Chemistry. 4, 675 (2012).
【非特許文献５】C. Liu et al., Org. Electron. 13, 1146 (2012).
【非特許文献６】L. Qiu et al., Adv. Mater. 20, 1141 (2008).
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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