(57)【要約】【課題】イオンゲルからなるゲート絶縁層を用いたときにも優れたトランジスタ性能を発揮できる有機トランジスタを提供する。【解決手段】この有機トランジスタは、支持基板１と、支持基板１上に所定の間隔を隔てて形成されたソース電極２及びドレイン電極３と、ソース電極２及びドレイン電極３上に形成された有機半導体層４と、有機半導体層４上に形成された固体ゲート絶縁層５と、固体ゲート絶縁層５上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層６と、イオンゲルからなるゲート絶縁層６上に形成されたゲート電極７とを備えている。【選択図】図１
2014229643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に所定の間隔を隔てて形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層上に形成された固体ゲート絶縁層と、前記固体ゲート絶縁層上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層上にゲート電極を備えていることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
支持基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層と、別の支持基板上に所定の間隔を隔てて形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層上に形成された固体ゲート絶縁層とを備え、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層と前記固体ゲート絶縁層とが対向に張り合わされて形成されていることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項３】
前記固体ゲート絶縁層の比誘電率が４以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
支持基板上に所定の間隔を隔ててソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に固体ゲート絶縁層を形成する工程と、前記固体ゲート絶縁層上にイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成する工程と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程を含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項５】
支持基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成する工程と、別の支持基板上に所定の間隔を隔ててソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に固体ゲート絶縁層を形成する工程と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層と前記固体ゲート絶縁層とを対向に張り合わせる工程を含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記固体ゲート絶縁層の比誘電率が４以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の有機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、有機半導体を用いた有機トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体を用いる有機エレクトロニクスは、フレキシブルデバイスなどを製造するための次世代技術として大きく注目されている。すでに製品化された有機電界発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に加えて、アクティブマトリクス用スイッチング素子を用途とする有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）の研究開発が近年大きく進展している。
【０００３】
有機電界効果トランジスタの性能は、現在ディスプレイに多く使用されているアモルファスシリコン薄膜電界効果トランジスタの特性を凌駕しており、実用化に向けデバイス特性と長期安定性をさらに向上させるため技術開発が行われている。
【０００４】
フレキシブルな有機電界効果トランジスタを可能にする有機トランジスタのゲート絶縁膜としては、一般的には高分子絶縁材料が使われることが多い。しかしながら比誘電率が小さいため、膜厚が厚くなってしまうと注入キャリア量が小さくなり低電圧駆動が難しくなってしまう。そのため、高分子絶縁材料を薄膜形成して低電圧駆動することが報告されている（非特許文献１）。また、イオン液体を用いて高い静電容量を有するゲート絶縁膜の報告もされている（特許文献１）。ただ、イオン液体を用いた場合では１Ｖ以下での駆動が可能となっているが、デバイスとしては、液体漏れなどの恐れがある。そこで、イオン液体を高分子に担持させてイオンゲルとし、これをゲル状ゲート絶縁膜として用いる方法が報告されている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８７７９３号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. P. Walser, W. L. Kalb, T. Mathis, and B. Batlogg「Low-voltage organic transistors and inverters with ultra-thin fluoropolymergate dielectric」APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 233301(2009)
【非特許文献２】Jiyoul Lee, Loren G. Kaake, Jeong Ho Cho, X.-Y. Zhu, Timothy P. Lodge, and C. Daniel Frisbie 「Ion Gel-Gated Polymer Thin-Film Transistors: Operating Mechanism and Characterization of Gate Dielectric Capacitance, Switching Speed, and Stability」J. Phys. Chem. C, 113(20), pp8972-8981 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高分子絶縁材料を薄膜形成する方法では、パーティクルの影響などでゲート電極とソース・ドレイン電極間で短絡する可能性が大きくなってしまう問題があった。また、イオンゲルを用いたゲート絶縁層では、イオン液体分子が有機半導体層に拡散してしまうという問題があった。また、イオン液体によって有機半導体材料の溶出がおきてしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、イオンゲルからなるゲート絶縁層を用いたときにも優れたトランジスタ性能を発揮できる有機トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の有機トランジスタは、支持基板上に所定の間隔を隔てて形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層上に形成された固体ゲート絶縁層と、前記固体ゲート絶縁層上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層上にゲート電極を備えていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の有機トランジスタは、支持基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層と、別の支持基板上に所定の間隔を隔てて形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体層と、前記有機半導体層上に形成された固体ゲート絶縁層とを備え、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層と前記固体ゲート絶縁層とが対向に張り合わされて形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の有機トランジスタにおいては、前記固体ゲート絶縁層の比誘電率が４以下であることが好ましい。
【００１２】
一方、本発明の有機トランジスタの製造方法は、支持基板上に所定の間隔を隔ててソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に固体ゲート絶縁層を形成する工程と、前記固体ゲート絶縁層上にイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成する工程と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の有機トランジスタの製造方法は、支持基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成する工程と、別の支持基板上に所定の間隔を隔ててソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上に固体ゲート絶縁層を形成する工程と、前記イオンゲルからなるゲート絶縁層と前記固体ゲート絶縁層とを対向に張り合わせる工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の有機トランジスタの製造方法においては、前記固体ゲート絶縁層の比誘電率が４以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の有機トランジスタ及びその製造方法によれば、有機半導体層とイオンゲルからなるゲート絶縁層の間に固体ゲート絶縁層を配設した構成のため、イオンゲル中のイオン液体と有機半導体材料が直接接することがなく、イオン液体分子の有機半導体層への拡散や、イオン液体による有機半導体材料の溶出を防止することができる。また、比較的比誘電率が低い固体ゲート絶縁層を用いることで、比較的比誘電率が高いイオンゲルからなるゲート絶縁層の強い分極によるトラップの影響を低減することができる。よって、イオンゲルからなるゲート絶縁層を用いて、低電圧駆動が可能で安定性に優れたトランジスタ性能を発揮できる有機トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の有機トランジスタの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の有機トランジスタの他の実施形態の概略図である。
【図３】本発明の有機トランジスタの製造方法における、ソース・ドレイン電極形成工程を示す概略図である。
【図４】本発明の有機トランジスタの製造方法における、有機半導体層形成工程を示す概略図である。
【図５】本発明の有機トランジスタの製造方法における、固体ゲート絶縁層形成工程を示す概略図である。
【図６】本発明の有機トランジスタの製造方法における、イオンゲルからなるゲート絶縁層形成工程を示す概略図である。
【図７】本発明の有機トランジスタの製造方法における、ゲート電極形成工程を示す概略図である。
【図８】本発明の有機トランジスタの製造方法の他の実施形態を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の有機トランジスタ及びその製造方法の実施形態について説明する。
【００１８】
図１には、本発明の有機トランジスタの一実施形態を示す。この実施形態の有機トランジスタは、トップゲート型のデバイス構造をなしている。すなわち、支持基板１上に所定の間隔を隔ててソース電極２及びドレイン電極３が形成され、ソース電極２及びドレイン電極３上に有機半導体層４、有機半導体層４上に固体ゲート絶縁層５、固体ゲート絶縁層５上に、イオンゲルからなるゲート絶縁層６、イオンゲルからなるゲート絶縁層６上に、ゲート電極７が直接形成されている。
【００１９】
また、図２には、本発明の有機トランジスタの他の実施形態を示す。この実施形態の有機トランジスタは、ゲート電極７が最表面に現れておらず支持基板８に覆われている点において、図１に示す有機トランジスタとは相違している。すなわち、支持基板１上に所定の間隔を隔ててソース電極２及びドレイン電極３が形成され、ソース電極２及びドレイン電極３上に形成された有機半導体層４と、有機半導体層４上に形成された固体ゲート絶縁層５とを備えている。また、別途支持基板８上にゲート電極７が形成され、ゲート電極７上に形成されたイオンゲルからなるゲート絶縁層を備えている。そして、支持基板１上の固体ゲート絶縁層と支持基板８上のイオンゲルからなるゲート絶縁層６とが対向に張り合わされて形成されている。
【００２０】
支持基板１，８としては、後述するプロセスに対する耐久性を有するものであればよく、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカーボネート）フィルム、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルムなどの各種フィルム基板などが挙げられる。
【００２１】
ソース電極２及びドレイン電極３の電極材料としては、電極として用いるのに十分導電性を有する、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、クロム、ニッケルなどの各種金属材料を使用できる。
【００２２】
ソース電極２及びドレイン電極３の厚さは、用途により適宜調整できる。例えば、２０〜２００ｎｍが好ましく、２０〜１００ｎｍがより好ましい。２００ｎｍを超えると、プロセス時間を要する傾向となる。２０ｎｍ未満であると、配線抵抗が大きくなる傾向となる。
【００２３】
ソース電極２及びドレイン電極３との間の距離（チャネル長）Ｌは、例えば、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。チャネル長を短くすることで、高応答性や、素子の高集積化などが可能となる。ただし、一般的にチャネル長を短くする作製プロセスは困難となる傾向となる。
【００２４】
有機半導体層４の有機半導体材料としては、従来公知のものを用いることができる。例えば、ペンタセン、ルブレン、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（TIPS-ペンタセン）などのＰ型低分子有機半導体材料、N,N'-1H,1H-perfluorobutyl dicyanoperylenediimide（PDIF-CN2）などのＮ型低分子半導体材料、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（２，５−ビス（３−ヘキサデシルチオフェン−２−イル）チエノ［３，２−ｂ］チオフェン）（PBTTT）などのＰ型高分子有機半導体材料などを用いることができる。
【００２５】
有機半導体層４の膜厚は、例えば、１０〜２００ｎｍが好ましく、２０〜１００ｎｍがより好ましい。２００ｎｍを超えると、成膜に時間を要し、プロセス時間が嵩む傾向となる。１０ｎｍ未満であると、有機半導体材料がアイランド状となり膜形成ができていない場合があり、また、特性が悪くなる可能性がある。
【００２６】
固体ゲート絶縁層５は、十分な絶縁性を有する、高分子材料もしくは無機材料で形成される。固体ゲート絶縁層５は、後述する理由から、比誘電率が４以下の高分子絶縁材料もしくは無機絶縁材料で形成されることが好ましい。固体ゲート絶縁層５を構成する高分子絶縁材料の具体例としては、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、比誘電率  ４）、ポリスチレン（比誘電率  ２．５）、パラキシリレン系ポリマー、アモルファスフッ素樹脂などが挙げられる。パラキシリレン系ポリマーとしては、例えば、日本パリレン合同会社製の「パリレンＣ」（商品名、比誘電率  ２．７）などを用いることができる。アモルファスフッ素樹脂としては、例えば、旭硝子株式会社から市販されている、「Ｃｙｔｏｐ」（商品名、比誘電率  ２．１）、デュポン株式会社から市販されている「テフロン（登録商標）ＡＦ」（商品名、比誘電率  １．９）などを用いることができる。無機絶縁材料の具体例としては、ＳｉＯ２（比誘電率  ３．９）などを用いることができる。
【００２７】
固体ゲート絶縁層５の膜厚は、１〜２０ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。膜厚が薄すぎると後述するイオン液体の拡散を防止することができなくなり、膜厚が厚すぎると静電容量が小さくなり、有機半導体層４に注入されるキャリア量が少なくなる傾向となる。
【００２８】
固体ゲート絶縁層５の比誘電率を低くする必要性は、移動度を高くするためである。後述するイオンゲルからならゲート絶縁層６の単位面積当たりの静電容量は、１０μF/ｃｍ２程度であるから実効膜厚１ｎｍを考慮すると比誘電率はおよそ１０程度となり比誘電率は高い。一般的にゲート絶縁層の比誘電率が低い方が移動度は高くなる傾向にある。そのため、有機半導体層４と比誘電率が高いイオンゲルからなるゲート絶縁層６の間に比誘電率が低い固体ゲート絶縁層５を配設することは高性能なデバイスを作成するうえで有利となる。
【００２９】
また、比誘電率が低い固体ゲート絶縁層５のみをゲート絶縁層として用いることも考えられる。しかしながら低電圧駆動するためには注入キャリア量を多くする必要があり、そのためには膜厚を薄くする必要があるが、同時にリークもしやすくなるためデバイスの作成が困難となる可能性が高い。
【００３０】
本発明によれば、イオンゲルからなるゲート絶縁層６と固体ゲート絶縁層５を積層させることにより、固体ゲート絶縁層５を薄膜化してもデバイス形成可能であり、イオンゲル中のイオン液体の有機半導体層４への拡散を防止でき、イオン液体による有機半導体材料の溶出の防止も可能となる。
【００３１】
ゲート絶縁層６を構成するイオンゲルは、カチオン及びアニオンから構成され常温で液体であるイオン液体と、それをゲル化するための高分子材料からなる。
【００３２】
イオン液体としては、イミダゾリウム系カチオン、ピリジニウム系カチオン、ピペリジニウム系カチオン、アンモニウム系カチオンなどのカチオンと、ホスホネート系アニオンその他のアニオンとから構成されるものなどを用いることができるが、分子サイズが大きい方が拡散防止の観点から好ましい。例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  メチルホスホネート、N, N, N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム  ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド（PP13 TFSI）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド（EMIM TFSI）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビスフルオロスルフォニルイミド（EMIM FSI）などを用いることができる。
【００３３】
イオン液体をゲル化するための高分子材料としては、各種の共重合体ポリマーなどを用いることができる。例えば、ポリ（スチレン−ｂ−メチルメタクリレート−ｂ−スチレン）トリブロック共重合体（PS−PMMA−PS）、ポリ（スチレン−ｂ−エチレンオキシド−ｂ−スチレン）トリブロック共重合体（PS−PEO-PS）、ポリ（ビニリデンフルオリド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）共重合体（PVdF-HEP）などを用いることができる。
【００３４】
イオンゲルからなるゲート絶縁層６の形成方法は、特に限定されないが、例えば上記イオン液体と上記高分子材料とを十分な有機溶媒（アセトン、エチルアセテートなど）に溶解させ、適当な支持基板上にスピンコート法などの塗布法で膜形成を行い、適当な温度で加熱し、用いた有機溶媒を取り除くことで形成することができる。
【００３５】
イオンゲルからなるゲート絶縁層６の膜厚は、例えば、１〜１００μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましい。１μｍ未満だと膜形成が難しく平坦な膜ができにくく、１００μｍを超えると電界がかかりにくい傾向となる。
【００３６】
ゲート電極７の電極材料としては、電極として用いるのに十分な導電性を有する、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、クロム、ニッケルなどの各種金属材料を使用できる。
【００３７】
ゲート電極７の厚さは、用途により適宜調整できる。例えば、２０〜２００ｎｍが好ましく、２０〜１００ｎｍがより好ましい。２００ｎｍを超えると、プロセス時間を要する傾向となる。２０ｎｍ未満であると、配線抵抗が大きくなる傾向となる。
【００３８】
次に、本発明の有機トランジスタの製造方法について、図３〜７を参照しつつ説明する。
【００３９】
まず、図３に示すように、支持基板１上にソース電極２及びドレイン電極３を形成する（ソース・ドレイン電極形成工程）。ソース電極２及びドレイン電極３の形成方法は、従来公知の方法に準じて行えばよく、例えば、上述した電極材料を用いて、マスク蒸着法（抵抗加熱蒸着法）、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、インクジェット法、スクリーン印刷、スピンコート法などにより行なうことができる。インクジェット法、スクリーン印刷などの印刷法、又はスピンコート法などの塗布法の場合には、銀インクなどの金属ナノ粒子インクを用いることができる。また、電極材料で導体膜を形成した上にフォトリソ法で電極パターンを形成してもよい。
【００４０】
次に、図４に示すように、支持基板１のソース電極２及びドレイン電極３が形成された側の面に有機半導体層４を形成する（有機半導体層形成工程）。有機半導体層４の形成方法は、従来公知の方法に準じて行えばよく、例えば、上述した有機半導体材料を用いて、抵抗加熱蒸着法、ＰＶＴ法（フィジカル・ベーパー・トランスポート法）、スピンコート法、インクジェット法などにより行うことができる。特に高分子有機半導体材料は、抵抗加熱蒸着法及びＰＶＴ法では形成できないので、スピンコート法などの塗布法や、インクジェット法などの印刷法により形成することが好ましい。
【００４１】
次に、図５に示すように、有機半導体層４上に固体ゲート絶縁層５を形成する（固体ゲート絶縁層形成工程）。固体ゲート絶縁層５の形成方法は、従来公知の方法に準じて行えばよく、例えば、上述した高分子絶縁材料では、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法などの各種塗布方法により行なうことができる。パラキシリレン系ポリマーであるパリレンに関しては、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によりコンフォーマルコーティングが可能で下地形状によらずコーティングすることができる。また、無機絶縁材料であるＳｉＯ２では、原子層堆積法（ＡＬＤ法）によって形成できる。なお、スパッタ法などの方法では、有機半導体にダメージを与えてしまい特性低下してしまうため本発明の有機トランジスタの製造方法では用いない。
【００４２】
次に、図６に示すように、固体ゲート絶縁層５上にイオンゲルからなるゲート絶縁層６を形成する（イオンゲルからなるゲート絶縁層形成工程）。イオンゲルからなるゲート絶縁層６の形成は、特に限定されないが、例えば、イオンゲルを上述したように別の支持基板上に作成して、それをはがして用いて、固体ゲート絶縁層５上に接するように載置して配設することにより行うことができる。
【００４３】
次に、図７に示すように、イオンゲルからなるゲート絶縁層６上にゲート電極７を形成する（ゲート電極形成工程）。ゲート電極７の形成は、従来公知の方法に準じて行えばよく、例えば、上述した電極材料を用いて、マスク蒸着法（抵抗加熱蒸着法）、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、インクジェット法、スクリーン印刷、スピンコート法などにより行なうことができる。インクジェット法、スクリーン印刷などの印刷法、又はスピンコート法などの塗布法の場合には、銀インクなどの金属ナノ粒子インクを用いることができる。
【００４４】
このようにして、本発明の有機トランジスタ（トップゲート構造のデバイス、図１参照）を製造できる。
【００４５】
次に、本発明の有機トランジスタの製造方法の他の実施形態について、図８を参照しつつ説明する。
【００４６】
図８に示すように、この実施形態では、まず、支持基板１上には、上述した方法により、ソース電極２及びドレイン電極３、有機半導体層４、固体ゲート絶縁層５をそれぞれ形成する。一方、別の支持基板８上に、上述した支持基板上への電極形成方法によりゲート電極７を形成する。次いで、イオン液体と高分子材料とを十分な有機溶媒（アセトン、エチルアセテートなど）に溶解させ、上記ゲート電極７上に、スピンコート法などの塗布法で膜形成を行い、適当な温度で加熱し、用いた有機溶媒を取り除くことで、イオンゲルからなるゲート絶縁層６を形成する。そして、ソース電極２及びドレイン電極３、有機半導体層４、及び固体ゲート絶縁層５が形成された支持基板１と、ゲート電極７及びイオンゲルからなるゲート絶縁層６が形成された支持基板８とを、固体ゲート絶縁層５とイオンゲルからなるゲート絶縁層６とが接するようにして張り合わせる。このようにして、本発明の有機トランジスタ（支持基板１，８に挟まれた構造のデバイス、図２参照）を製造できる。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００４８】
＜実施例１＞
以下の工程により、有機トランジスタを製造した。
【００４９】
支持基板としては、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．７ｍｍ厚の石英ガラスを用いた。この石英ガラスを抵抗加熱蒸着装置に装着し、Ａｕをマスク蒸着して膜厚３０ｎｍ、チャネル長５０μｍのソース・ドレイン電極を形成した。
【００５０】
次に、別途ＰＶＴ法で形成した、ペンタセン（シグマ アルドリッチ ジャパン株式会社製：昇華精製を二回実施）の単結晶（膜厚：６０ｎｍ）を、支持基板上に形成したソース・ドレイン電極に接するように載置して配設し、有機半導体層を形成した。
【００５１】
次に、高分子絶縁材料として日本パリレン合同会社製の「パリレンＣ」（商品名、比誘電率  ２．７）を用い、有機半導体層上に、パリレンコータ（ＣＶＤ法）により、膜厚５ｎｍの固体ゲート絶縁層を形成した。
【００５２】
次に、別途形成した膜厚１０μｍのイオンゲルを、固体ゲート絶縁層上に配設してイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成した。なお、イオンゲルは、イオン液体としてEMIM TFSIと高分子材料としてPS-PMMA-PSをエチルアセテート中に溶解させ（高分子材料：イオン液体：溶媒が重量比で１：５：１５）、その後、別の石英基板上にスピンコートして１００℃で加熱してエチルアセテートを除去することにより作成し、その石英基板よりはがして用いた。
【００５３】
次に、上記イオンゲルからなるゲート絶縁層を形成した支持基板を抵抗加熱蒸着装置に装着し、イオンゲルからなるゲート絶縁層上に膜厚３０ｎｍのＡｕをマスク蒸着して、ゲート電極を形成して、有機トランジスタを製造した。
【００５４】
＜実施例２＞
実施例１において、有機半導体層の有機半導体材料をペンタセンからP3HTに変更し、ソース・ドレイン電極を形成した支持基板上にスピンコート法により膜厚１００ｎｍに膜形成した以外は実施例１と同様にして、有機トランジスタを製造した。
【００５５】
＜実施例３＞
固体ゲート絶縁層の形成までは実施例１と同様にした。別な石英ガラスを抵抗加熱蒸着装置に装着し、膜厚３０ｎｍのＡｕをマスク蒸着して、ゲート電極を形成した。
【００５６】
次に、イオン液体としてEMIM TFSIと高分子材料としてPS-PMMA-PSをエチルアセテート中に溶解させ、その後、ゲート電極を形成した石英ガラス上にスピンコートして１００℃で加熱してエチルアセテートを除去してイオンゲルからなるゲート絶縁層を形成した。膜厚は１０μｍであった。
【００５７】
次に固体ゲート絶縁層を形成した石英ガラスと、イオンゲルからなるゲート絶縁層を形成した石英ガラスを上下対向させ、張り合わせて、有機トランジスタを製造した。
【００５８】
＜比較例１＞
実施例１において、固体ゲート絶縁層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、有機トランジスタを製造した。
【００５９】
＜比較例２＞
実施例１において、イオンゲルからなるゲート絶縁層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、有機トランジスタを製造した。
【００６０】
＜比較例３＞
実施例２において、固体ゲート絶縁層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、有機トランジスタを製造した。
【００６１】
［評価］
実施例１〜３、比較例１〜３の有機薄膜トランジスタについて、移動度を測定した。なお、移動度は半導体パラメータ測定装置（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）で測定されたゲート電圧−ドレイン電流特性より求めた。ＯＮ電流はゲート電圧をかけたときのソース・ドレイン電流、ＯＦＦ電流は０Ｖのゲート電圧時のソース・ドレイン電流である。結果を表１にまとめて記す。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
その結果、イオンゲルからなるゲート絶縁層のみを備えた、比較例１の有機トランジスタでは、ゲート電圧の掃引によってペンタセンが溶解してしまい特性が測定できなかった。また、固体ゲート絶縁層のみを備えた、比較例２の有機トランジスタでは、固体ゲート絶縁層の膜厚が５ｎｍと薄いためリークしてしまい特性が測定できなかった。それに対して、実施例１、３の有機トランジスタは、移動度と１００Ｈｚ時のＯＮ／ＯＦＦ電流比が良好であった。
【００６４】
この理由としては、イオンゲルと有機半導体層の間に、固体ゲート絶縁層を形成することにより、イオンゲル中のイオン液体と有機半導体層が直接接しないためペンタセンが溶出しなかったためであると考えられた。また、各層を順次積層して製造した実施例１の有機トランジスタと、各層を別々の石英ガラスに分けて形成して、それらを張り合わせて製造した実施例３の有機トランジスタとは、それらの特性に違いがなく、どちらも優れた有機トランジスタの形成が可能であった。
【００６５】
また、実施例２と比較例３の結果から、有機半導体層の有機半導体材料としてP3HTを用いた場合においても、固体ゲート絶縁層を備えた、実施例２の有機トランジスタのほうが、イオンゲルからなるゲート絶縁層のみを備えた、比較例３の有機トランジスタより、移動度と１００Ｈｚ時のＯＮ／ＯＦＦ電流比に優れていた。
【００６６】
この理由としては、固体ゲート絶縁層がイオン液体のP3HTへの拡散を防止したため、１００Ｈｚ時のＯＮ／ＯＦＦ電流比が優れていたと考えられた。また、比誘電率が低い固体ゲート絶縁層を用いることで、比誘電率が高いイオンゲルからなるゲート絶縁層の強い分極によるトラップの影響を低減できたため移動度が優れていたと考えられた。
【符号の説明】
【００６７】
１、８：支持基板
２：ソース電極
３：ドレイン電極
４：有機半導体層
５：固体ゲート絶縁層
６：イオンゲルからなるゲート絶縁層
７：ゲート電極
【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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