(57)【要約】  有機電界効果トランジスタは、一般にソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、該有機半導体層に隣り合ったゲート絶縁層、及び、該ゲート絶縁層に接触しているゲート電極からなる。本発明は、ゲート絶縁層に、「糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体であるもの」を使用し、これにより、「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」を１０ｋＨz以上とする。この結果、低い駆動電圧、十分に高い電流増幅率及び高い応答性（「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上）を備えた有機電界効果トランジスタを提供することができる。
2009087793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層及びゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、液状であって、その主要成分がイオン液体であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記イオン液体が、糊剤又は増粘剤を含まないことを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記イオン液体が、ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ  又は  ＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎ  であることを特徴とする請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
有機半導体層及びゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記イオン液体が、糊剤又は増粘剤を含まないことを特徴とする請求項４に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記イオン液体が、ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ  又は  ＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎ  であることを特徴とする請求項５に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、該有機半導体層に隣り合ったゲート絶縁層、及び、該ゲート絶縁層に接触しているゲート電極を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタ。
【請求項８】
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定の隙間」を介して位置しているゲート電極、及び、前記隙間に充填されたゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層が、糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタ。
【請求項９】
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、及び、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定の隙間」を介して位置しているゲート電極を備えた中間体を用意し、
次いで、前記隙間に「糊剤又は増粘剤を含まず主要成分がイオン液体からなる液状電解質」を充填することによりゲート絶縁層を形成し、
これにより、「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタを製造する方法。
【請求項１０】
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、及び、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定」の隙間を介して位置しているゲート電極を備えた中間体。
【請求項１１】
毛細管現象を示す所定の深さを有する「くぼみ」を備えた基板、該基板表面上であって該「くぼみ」を挟んで対向する位置に形成されたソース電極及びドレイン電極、前記「くぼみ」の底面に形成されたゲート電極からなる第２中間体を用意し、
次いで、前記「くぼみ」の上に大きめの有機半導体層を載置し、これにより、前記有機半導体層とソース電極との間及び前記有機半導体層とドレイン電極との間をそれぞれ電気的に導通させると共に、前記有機半導体層と前記ゲート電極との間に「毛細管現象を示す所定の隙間」を形成し、
更に前記隙間に「主要成分がイオン液体からなる液状電解質」を充填することによりゲート絶縁層を形成し、
これにより、「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタを製造する方法。
【請求項１２】
毛細管現象を示す所定の深さを有する「くぼみ」を備えた基板、該基板表面上であって該「くぼみ」を挟んで対向する位置に形成されたソース電極及びドレイン電極、前記「くぼみ」の底面に形成されたゲート電極からなる第２中間体。
【請求項１３】
前記基板が弾性を有することを特徴とする請求項１２記載の第２中間体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層及びゲート絶縁層を備えた有機電界効果トランジスタに関する。特に、本発明は、駆動電圧が低く、それでいて、電流増幅率が十分に高く、かつ、応答性が高い有機電界効果トランジスタに関するものである。本発明のトランジスタは、ソース電極−ドレイン電極間を流れる電流を増幅する増幅素子やその電流をＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子に使用される。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している半導体層、該半導体層に隣り合ったゲート絶縁層、及び、該ゲート絶縁層に接触しているゲート電極からなる。【０００３】
近年、半導体として無機ではなく有機半導体を用い、ゲート絶縁層として誘電体ではなく電解質を使用した有機電界効果トランジスタが盛んに研究されている。有機トランジスタは、軽く薄いだけでなく、柔らかいので曲げることができる利点を有している。そのため、有機トランジスタは、トランジスタの用途を広げる、と期待されている。【０００４】
そして、電解質として、ポリマーゲル（ポリエチレングリコール）にＬｉイオンを混ぜたポリマーゲル電解質を用いた研究が行われている。この場合、ポリマーゲルは糊剤又は増粘剤として機能する。そのため、ポリマーゲル電解質は、液状ではなくペースト状である。【０００５】
ポリマーゲル電解質に電圧を加えるとイオンの移動が起こり、電極から厚さ１ｎｍ程度の部分に、正あるいは負のイオンが蓄積されて両電荷のバランスが破れた層（電気二重層）ができると言われている。この層に注目すると、電界は半導体表面の厚さ１ｎｍ程度の所に集中し、ゲート電極とソース電極(又はドレイン電極)との間にわずか１Ｖ程度の電圧を印加しただけでも、この層には１０ＭＶ／ｃｍの大きな電界が印加されることになる。従って、このポリマーゲル電解質をトランジスタのゲート絶縁層に用いると、低い電圧でも、より高い電界が印加される。その結果、ゲート絶縁層により多くのキャリアが注入される。そのため、そのようなトランジスタは、駆動電圧が低くとも、電流増幅率が高くなる。【０００６】
そのような中で、ポリマーゲルにＬｉイオンの代わりにイオン液体（例えば、1-butyl-3-methylimidazolium  hexafluorophosphate）を混ぜたポリマーゲル電解質IIをゲート絶縁層に用いた有機電界効果トランジスタが提案された（非特許文献１参照）。【０００７】
【非特許文献１】Jiyoul  Lee  et  al,  “Ion  Gel  Gated  Polymer  Thin-Film  Transistors”  J.  Am.  Chem.  Soc.  129  (2007)  4532.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ポリマーゲル電解質IIをゲート絶縁層に用いた有機電界効果トランジスタは、応答性が低く、また、電流増幅率が比較的高いものの未だ不十分であるという問題点を有する。【０００９】
本発明の目的は、低い駆動電圧、十分に高い電流増幅率及び高い応答性を備えた有機電界効果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】
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、ポリマーゲル電解質ではなく、「糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体である電解質」言わば「イオン液体電解質」をゲート絶縁層の材料として使用すれば、目的とするトランジスタが得られることを見出し、本発明を成すに至った。【００１１】
本発明は、
有機半導体層及びゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、液状であって、その主要成分がイオン液体である電界効果トランジスタを提供する。【００１２】
また、本発明は、
有機半導体層及びゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
「ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数」（本発明では、以下、これを特定周波数と言う）が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタを提供する。【００１３】
また、本発明は、
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、該有機半導体層に隣り合ったゲート絶縁層、及び、該ゲート絶縁層に接触しているゲート電極を備えた電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁層が、糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
特定周波数が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタを提供する。【００１４】
また、本発明は、
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定の隙間」を介して位置しているゲート電極、及び、前記隙間に充填されたゲート絶縁層を備えた電界効果トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層が、糊剤又は増粘剤を含まず液状であって、その主要成分がイオン液体であり、
特定周波数が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタを提供する。【００１５】
また、本発明は、
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、及び、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定の隙間」を介して位置しているゲート電極を備えた中間体を用意し、
次いで、前記隙間に「糊剤又は増粘剤を含まず主要成分がイオン液体からなる液状電解質」を充填することによりゲート絶縁層を形成し、
これにより、「特定周波数が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタ」を製造する方法を提供する。【００１６】
また、本発明は、
ソース電極、ドレイン電極、これら電極に接触している有機半導体層、及び、該有機半導体層と「毛細管現象を示す所定」の隙間を介して位置しているゲート電極を備えた中間体を提供する。【００１７】
また、本発明は、
毛細管現象を示す所定の深さを有する「くぼみ」を備えた基板、該基板表面上であって該「くぼみ」を挟んで対向する位置に形成されたソース電極及びドレイン電極、前記「くぼみ」の底面に形成されたゲート電極からなる第２中間体を用意し、
次いで、前記「くぼみ」の上に大きめの有機半導体層を載置し、これにより、前記有機半導体層とソース電極との間及び前記半導体層とドレイン電極との間をそれぞれ電気的に導通させると共に、前記半導体層と前記ゲート電極との間に「毛細管現象を示す所定の隙間」を形成し、
更に前記隙間に「主要成分がイオン液体からなる液状電解質」を充填することによりゲート絶縁層を形成し、
これにより、「特定周波数が１０ｋＨz以上である電界効果トランジスタ」を製造する方法を提供する。【００１８】
また、本発明は、
毛細管現象を示す所定の深さを有する「くぼみ」を備えた基板、該基板表面上であって該「くぼみ」を挟んで対向する位置に形成されたソース電極及びドレイン電極、前記「くぼみ」の底面に形成されたゲート電極からなる第２中間体を提供する。【００１９】
この場合、前記基板は弾性を有することが好ましい。基板表面上に「くぼみ」を挟んで対向する位置にソース電極及びドレイン電極が形成される。この場合、ソース電極及びドレイン電極には表面に微細な凹凸が生じる。また、ソース電極及びドレイン電極の上に載置される有機半導体層の表面にも微細な凹凸がある。従って、有機半導体層をソース電極及びドレイン電極の上に載置することにより、半導体層とソース電極との間及び半導体層とドレイン電極との間をそれぞれ電気的に導通させた場合、どうしても、導通が悪い。ところが、弾性を有する基板を使用すると、電流増幅率が非常に高まるのである。おそらく、半導体層とソース電極との間及び半導体層とドレイン電極との間の密着性が高まるので、導通が良くなり、その結果、電流増幅率が非常に高まるものと推測される。【００２０】
本発明において使用される有機半導体は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示すものが使用される。
（１）ペンタセン、テトラセン、アントラセンなどのオリゴアセン分子；
（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；
なかでも、ルブレン、ペンタセンが好ましい。【００２１】
イオン液体は室温で液状である。本発明では、液状のイオン液体をその液状のままゲート絶縁層に使用する。そのため、ゲート絶縁層は液状であり、外観上はオイルから水のような粘度を持つ。数値で言うと、ゲート絶縁層は、１５０mPas（ミリパスカル  セカンド）以下の粘度を持つことが好ましい。【００２２】
これにより、高い応答性がトランジスタにもたらされる。本発明ではイオン液体に糊剤又は増粘剤を混ぜない。もし、混ぜるとゲート絶縁層が液状にならず、ペースト状になってしまうからである。ゲート絶縁層が液状であることの付加的な利点は、十分に高い電流増幅率をもたらすことである。ゲート絶縁層が液状であるので、有機半導体層の表面（実際には微細な凹凸がある）との接触が良くなり、電流増幅率が十分に高くなると推測される。【００２３】
イオン液体は、特に限定されるものではないが、例示すれば、以下の陽イオンと陰イオンを組み合わせたものが本発明に使用される。
（１）陽イオン
イミダゾリウム系陽イオン：  1-methyl-3-methylimidazolium(MMI)，1-ethyl-3-methylimidazolium(EMI)，1-propyl-3-methylimidazolium(PMI)，1-butyl-3-methylimidazolium(BMI)，1-pentyl-3-methylimidazolium(PeMI)，1-hexyll-3-methylimidazolium(HMI)，1-oxyl-3-methylimidazolium(OMI)，1,2-dimethyl-3-propylimidazolium(DMPI)；
ピリジニウム系陽イオン：  1-methl-1-propylpiprodonium(PP13)，1-methyl-1-propylpyrrolidinium(P13)，1-methyl-1-butylpyrrolidinium(P14)，1-butyl-1-methylpyrrolidinium(BMP)；
アンモニウム系陽イオン：  trimethyl  propyl  ammonium(TMPA)，trimethyl  octyl  ammonium(TMOA)、trimethyl  hexyl  ammonium(TMHA)，trimethyl  pentyl  ammonium(TMPeA)，trimethyl  butyl  ammonium(TMBA)；
ピラゾリウム系陽イオン：  1-ethyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(ETMP)，1-butyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(BTMP)，1-propyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(PTMP)，1-hexyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(HTMP)；
（２）陰イオン
bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(TFSI)，bis(fluorosulfonyl)imide(FSI)，bis(perfluoroethylsulfonyl)imide(BETI)，tetrafluoroborate(BF4)，hexafluorophosphate(PF6)；【００２４】
なかでも、イオン液体は、下記の（１）、（２）が好ましい。
（１）ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ    すなわち、
1-ethyl-3-methylimidazolium  bis(trifluoromethanesulfonyl)imide  
（２）ＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎ      すなわち、
1-ethyl-3-methylimidazolium  bis(fluorosulfonyl)imide【００２５】
イオン液体には、その液状を損ねない範囲で、性能（低い駆動電圧、十分に高い電流増幅率、高い応答性）を高める添加剤を添加又は溶解することは是である。そのような添加剤は、例えば、以下の通りである。
（１）酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタンなどの無機酸化物のナノ粒子
（２）リチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオンなどの無機イオン【００２６】
本発明では、ゲート絶縁層が液状なので、ゲート絶縁層を形状保持するために、「くぼみ」や所定の隙間を用意することが好ましい。そのため、予め、毛細管現象を示す所定の深さを有する「くぼみ」を備えた基板を用意することが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のトランジスタは、駆動電圧が低い。電圧が印加されると、ゲート絶縁層に電気二重層が形成されると推測される。更に、本発明のトランジスタは、電流増幅率が十分に高く、かつ、応答性が高い。応答性は、本発明においては、特定周波数（ゲート電圧の変調周波数１０Ｈzにおける静電容量が１/１０に減少する周波数）で評価する。特定周波数はゲート絶縁層の性能として測定するが、静電容量はトランジスタの構造によって変わるので、トランジスタの性能と言える。本発明では、この特定周波数をもってトランジスタの応答性を評価する。本発明のトランジスタは、特定周波数が１０ｋＨz以上と高く、即ち、応答性が高いのである。【００２８】
従来の有機電界効果トランジスタ（Ａはポリマーゲル電解質を使用したもの、Ｂはポリマーゲル電解質IIを使用したもの）と本発明のトランジスタ（Ｃ）を性能比較すれば、以下のとおりである。
・Ａ：低い駆動電圧（○）、低い電流増幅率（×）、低い応答性（×）
・Ｂ：低い駆動電圧（○）、高い電流増幅率（△）、低い応答性（×）
・Ｃ：低い駆動電圧（○）、十分に高い電流増幅率（○）、高い応答性（○）
（注：○は優れる、△は良い、×は良くない）
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施例１に係る（デユアルゲート構造の）有機電界効果トランジスタの構造を示す概念図である。
【図２】図２は、ゲート電圧ＶGに対するドレイン電流ＩDSの変化を示すグラフである。
【図３】図３は、ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ及びＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎの構造式を示す。
【図４】図４（ａ）は、実施例１の上側トランジスタ（本発明の一例）について、単位面積あたりの静電容量Ｃと周波数ｆとの関連を示すグラフである。図４（ｂ）は、実施例１の上側トランジスタ（本発明の一例）及び従来例II（ポリマーゲル電解質IIを使用したトランジスタ）について、単位面積あたりの静電容量を１０Ｈｚにおける単位面積あたりの静電容量で規格化した値と周波数ｆとの関連を示すグラフある。
【図５】図５は、実施例２の有機電界効果トランジスタの構造を示す概念図である。（ａ）は平面を、（ｂ）はＡ−Ａ‘断面を示す。
【図６】図６は、実施例２のトランジスタの出力特性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例２のトランジスタの伝達特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１    下側ゲート電極（従来例）
２    下側ゲート絶縁層（従来例）
３    有機半導体層
４    ドレイン電極
５    ソース電極
６    ゲート絶縁層（本発明の一例）
７    ゲート電極（本発明の一例）
１１    「くぼみ」を備えた基板
１２    ゲート電極
１３    ゲート絶縁層
１４    ソース電極
１５    ドレイン電極
１６    有機半導体層
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を引用して、本発明に係る電界効果トランジスタの好適な実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
まず、実施例１に係るデユアルゲートトランジスタの構造について説明する。図１は、このトランジスタの構造を示す概念図である。このトランジスタは、上下に２つのトランジスタがある。上側のトランジスタが本発明にかかるものである。下側のトランジスタは従来のものである。【００３３】
このトランジスタは、ドープシリコンからなる下側ゲート電極１、下側ゲート電極１上に形成されたＳｉＯ2からなる下側ゲート絶縁層２、下側ゲート絶縁層２上に形成された金のドレイン電極４、金のソース電極５、下側ゲート絶縁層２上に形成された有機ルブレン単結晶からなる有機半導体層３、有機半導体層３の上に形成されたイオン液体からなる（上側）ゲート絶縁層６、及び金線からなる（上側）ゲート電極７から構成される。【００３４】
下側ゲート電極１、下側ゲート絶縁層２、有機半導体層３、ドレイン電極４及びソース電極５で構成される下側の電界効果トランジスタは、従来と同様にＳｉＯ2をゲート絶縁層に使用している。【００３５】
それに対して、（上側）ゲート電極７、（上側）ゲート絶縁層６、有機半導体層３、ドレイン電極４及びソース電極５で構成される上側の電界効果トランジスタ（本発明の一例）は、イオン液体をゲート絶縁層に使用している。【００３６】
このように、イオン液体をゲート絶縁層の主要成分として用いることによって、上側のトランジスタは、ゲート電極７とソース電極５（又はドレイン電極４）との間にゲート電圧が印加されると、イオン液体―半導体界面に電気二重層が生じる。そのため、トランジスタを低電圧で駆動させることができる。また、ゲート絶縁層として通常よく用いられるＳｉＯ2（電解質ではなく誘電体）を使用したトランジスタに比べて、上側のトランジスタは、図２に示すように、低い駆動電圧で十分に多くの電流が流すことができる。即ち、電流増幅率が十分に高い。【００３７】
図２は、実施例１のトランジスタについて、ゲート電圧ＶGに対するドレイン電流ＩDSの変化を示すグラフである。●は、下側のトランジスタ（ＳｉＯ2をゲート絶縁層に用いたもの）のグラフである。ドレイン電極−ソース電極間の電圧は、−１．０Ｖである。【００３８】
ここでは、イオン液体として、下記（１）又は（２）を使用した。
（１）ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ    すなわち、
1-ethyl-3-methylimidazolium  bis(trifluoromethanesulfonyl)imideと、
（２）ＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎ      すなわち、
1-ethyl-3-methylimidazolium  bis(fluorosulfonyl)imide
を用いた。なお、図３に上記ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2ＮとＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎの構造式を示す。【００３９】
図２に示すように、イオン液体（液状の電解質）をゲート絶縁層に用いると、ＳｉＯ2をゲート絶縁層に用いた場合に比べ、低いスイッチング電圧ＶG（ゲート電極とソース電極との間の電圧）をゲート電極に印加するだけで、十分に大きな電流ＩDSを流すことができる。従って、トランジスタの消費電力が低減する。【００４０】
実施例１の上側のトランジスタは高い応答性（周波数応答性）を示す。図４（ａ）は、上側のトランジスタの応答性を示すグラフである。○はＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎを用いたトランジスタで、●はＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎを用いたトランジスタである。縦軸は、単位がＦ／ｃｍ2で、単位面積あたりの静電容量を表し、横軸は、単位がＨｚで、周波数を表す。【００４１】
図４（ｂ）は、同じく応答性を示すグラフである。実線は、実施例１のＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎを用いた上側トランジスタの応答性を示し、破線は、従来例II（ポリマーゲル電解質IIを使用したトランジスタ）のそれを示す。縦軸は、単位面積あたりの静電容量を１０Ｈzにおける単位面積あたりの静電容量で規格化した値が単位であり、高周波における単位面積あたりの静電容量の変化量を表す。横軸は、単位がＨｚで、周波数を表す。【００４２】
両トランジスタについて、特定周波数を比較すると、以下の通りである。特定周波数が高いほど、トランジスタの応答性は高い。
実施例１：１０ＭＨz
従来例II：  １ｋＨｚ
【００４３】
本発明の効果のひとつである十分に高い電流増幅率は、高いキャリア移動度によってもたらされる。キャリア移動度は、図２の特性曲線の傾きを静電容量で割った値に相応する。従って、図２及び図４からＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2ＮとＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎを比較すると、ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎのキャリア移動度がＥＭＩ(ＦＳＯ2)2Ｎのキャリア移動度より高いことがわかる。すなわち、イオン液体のマイナスイオンの分子サイズが大きくなるとキャリア移動度は高くなることが分かる。【００４４】
ポリマーゲル電解質IIとの比較においても、実施例１の上側トランジスタは高いキャリア移動度を示す。特にイオン液体として、ＥＭＩ(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎを用いた場合、キャリア移動度を５．０ｃｍ2／Ｖｓとすることができる。それに対して、ポリマーゲル電解質IIを用いた場合、キャリア移動度は１．０ｃｍ2／Ｖｓと低かった。
【実施例２】
【００４５】
実施例１のように、ゲート絶縁層として液状のものを使用する場合には何らかの手段でそれをトランジスタ内に保持することが好ましい。そこで、実施例２では、ゲート絶縁層（液状）を形状保持する「くぼみ」構造を持つ有機電界効果トランジスタについて説明する。【００４６】
まず、その構造について、図５を引用して説明する。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は図（ａ）に示すＡ−Ａ’における断面図を示す。【００４７】
図５（ｂ）に示すように、この有機電界効果トランジスタは、「くぼみ」を備えた基板１１を有する。「くぼみ」は、所定の深さ（例えば、深さ０．１μｍ〜１００μｍ）を有し、「くぼみ」の底面にはゲート電極１２が形成されている。「くぼみ」の中には、ゲート絶縁層１３として機能するイオン液体が充填されている。【００４８】
基板１１の表面には、「くぼみ」を挟んで対向する位置にソース電極１４とドレイン電極１５が金薄膜で形成されている。【００４９】
そして、「くぼみ」の上を大きめの有機半導体層（有機ルブレン単結晶）１６が載置されている。従って、有機半導体層１６の左端領域はソース電極１４と接触し、同１６の右端領域はドレイン電極１５と接触し、これにより有機半導体層１６とソース電極との間、有機半導体層１６とドレイン電極１５との間は、それぞれ電気的に導通が図られている。【００５０】
このような構造のトランジスタは、以下の手順で製造される。
まず、フォトレジストを塗布したシリコン基板を用意する。所定のマスクを介して紫外線を照射することにより、フォトレジストを所定パターンに露光する。これにより露光された部分のフォトレジストは硬化する。次いで、露光されなかった部分のフォトレジストを溶剤で溶解して除去する。これにより、フォトレジストに所定の孔があく。底面はシリコン基板が露出している。換言すれば、これにより、「くぼみ」ができる。この「くぼみ」の形状はほぼ直方体で、寸法は、例えば、幅０．１μｍ〜１ｍｍ、長さ０．１μｍ〜１ｍｍ、深さ０．１μｍ〜１００μｍである。この「くぼみ」を有するシリコン基板が原型である。【００５１】
次にシリコンゴムの一種であるpoly-dimethylsiloxane(ＰＤＭＳ)のプレポリマーと硬化剤を用意する。このプレポリマーと硬化剤との混合液を原型の上に流し込み、次いで加熱して混合液を硬化させる。硬化すると、シリコンゴムが生じる。このシリコンゴムを原型から剥がすと、「くぼみ」を備えた基板１１が得られる。この基板１１はシリコンゴムでできているので、弾性がある。【００５２】
次に「くぼみ」及びその周辺にクロムその上に金を順にマスク蒸着することにより、ゲート電極１２、ソース電極１４及びドレイン電極１５を作成する。それから、「くぼみ」より大きい有機半導体層（有機ルブレン単結晶）１６を「くぼみ」を覆うように載置する。これで、「くぼみ」が隙間に変わり、所定の隙間が形成される。この隙間は毛細管現象を示す。【００５３】
最後にこの隙間にイオン液体を充填することによりゲート絶縁層１３を形成する。イオン液体は毛細管現象を示す隙間にいるので、毛管力（キャピラリーフォース）により隙間にとどまる。その意味で、隙間は開放系のままであっても良い。しかし、耐久性など実用性を考えると、隙間は封止して密閉系に変えることが好ましい。こうして、有機電界効果トランジスタが製造される。【００５４】
なお、有機半導体層１６を載置するだけで、ソース電極１４、ドレイン電極１５との接触ができ、これにより有機半導体層１６とソース電極１４との間及び有機半導体層１６とドレイン電極１５との間を電気的に導通させる方法は、既に例えば、特開２００５−２６８７１５号公報に開示されている。実施例２では、基板１１がシリコンゴム製なので、有機半導体層１６を機械的に押し付けると、前記接触が良好になる。【００５５】
実施例２に係るトランジスタの出力特性を図６に、伝達特性を図７に示す。図６のグラフは、図５のソース電極１４とドレイン電極１５の間にドレイン電圧（ＶＤ）を印加した際の、ソース電極１４とドレイン電極１５との間を流れる電流（ＩＤ）の変化（出力特性）を示す。この結果から、低い駆動電圧及び十分に高い電流増幅率が示唆される。図７のグラフは、図５のゲート電極１２とドレイン電極１５との間にゲート電圧（ＶＧ）を印加した際の、ソース電極１４とドレイン電極１５との間を流れる電流（ＩＤ）の変化（伝達特性）を示す。この結果から、低い駆動電圧及び十分に高い電流増幅率が示唆される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る有機電界効果トランジスタは、低い駆動電圧で動作し、それでいて、十分に高い電流増幅率及び高い応答性を示す。そのため、本発明のトランジスタは、増幅素子やスイッチング素子に使用される。
【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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【国際調査報告】
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