(57)【要約】【課題】薄膜トランジスタ及びこれを採用した平板表示装置を提供する。【解決手段】ゲート電極と、これと絶縁されたソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極と絶縁され、ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、ゲート電極をソース電極及びドレイン電極または有機半導体層と絶縁させる絶縁層とを備え、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との間にルイス酸化合物を含有する電子受容層を有する薄膜トランジスタ及びこれを採用した有機電界発光素子である。これにより、低電界でも電荷蓄積が容易になる半導体層にチャンネルドーピングの効果を与え、エネルギー障壁特性を排除でき、チャンネルに注入されるキャリアの量を増加させることにより、結果的に接触抵抗の減少、キャリア注入増加及び電荷移動度の増加効果を有する薄膜トランジスタが得られる。【選択図】図３
2006148094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極と絶縁されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、
前記ゲート電極をソース電極及びドレイン電極または有機半導体層と絶縁させる絶縁層とを備え、
前記ソース電極及びドレイン電極と前記有機半導体層との間にルイス酸化合物を含有する電子受容層を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ルイス酸化合物がＡｓＦ５、ＳＯ３、ＦｅＣｌ３、ＳｂＣｌ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３及びＰＦ５からなる群から少なくとも一つ以上選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ソース電極及びドレイン電極がＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ２Ｏ３、ＰｄＯ、ＰｔＯ２、ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＲｕＯ４、ＯｓＯ４、ＩＴＯ及びＩＺＯからなる群から少なくとも一つ以上選択されたものを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水化物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びそれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、金属フタロシアニン、金属フリーフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体及びピロメリト酸ジイミド及びその誘導体からなる群から少なくとも一つ以上選択されたものを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを各画素に備え、前記薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されていることを特徴とする平板表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びこれを採用した平板表示装置に係り、さらに詳細には、ソース電極及びドレイン電極と半導体層との間の接触抵抗が減少した有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ素子、有機電界発光ディスプレイ素子、無機電界発光ディスプレイ素子のような平板表示装置に使われる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、各画素の動作を制御するスイッチ素子及び画素を駆動させる駆動素子として使われる。
【０００３】
かかるＴＦＴは、高濃度の不純物でドーピングされたソース／ドレイン領域と、このソース／ドレイン領域の間に形成されたチャンネル領域とを有する半導体層を有し、この半導体層と絶縁され、前記チャンネル領域に対応する領域に位置するゲート電極と、前記ソース／ドレイン領域にそれぞれ接触するソース／ドレイン電極とを有する。
【０００４】
ところで、前記ソース／ドレイン電極は、一般的に電荷の流れが円滑になされるように、仕事関数の小さい金属からなるが、かかる金属と半導体層とが接触された領域における高い接触抵抗により、素子の特性が低下し、さらに消費電力が増えてしまうという問題点がある。
【０００５】
最近、平板表示装置は、薄型化と共にフレキシブルな特性が要求されている。かかる特性のために、表示装置の基板を従来のガラス材基板と異なってプラスチック基板を使用しようという試みが多用されている。
【０００６】
最近、活発な研究が進められている有機ＴＦＴは、低温工程で形成可能な有機半導体層を備え、プラスチック材基板の使用が可能であるという長所がある。しかし、ソース電極及びドレイン電極と半導体層とが接触する地点で接触抵抗が高いという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これにより、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の問題点を勘案し、半導体層とソース電極及びドレイン電極との間の接触抵抗が改善されたＴＦＴ及びこれを採用した平板表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題をなすために本発明では、ゲート電極と、前記ゲート電極と絶縁されたソース電極及びドレイン電極と、前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続された有機半導体層と、前記ゲート電極をソース電極及びドレイン電極または有機半導体層と絶縁させる絶縁層とを備え、前記ソース電極及びドレイン電極と前記有機半導体層との間にルイス酸化合物を含有する電子受容層を有することを特徴とするＴＦＴを提供する。
【０００９】
本発明の技術的課題は、前述のＴＦＴを各画素に備え、前記ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されていることを特徴とする平板表示装置によってなされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、電子対受容体であるルイス酸化合物からなる電子受容層を半導体層とソース電極及びドレイン電極との間に形成すれば、低電界でも電荷蓄積が容易になる。その結果、半導体層にチャンネルドーピングの効果を与え、エネルギー障壁特性を排除でき、チャンネルに注入されるキャリアの量を増加させることにより、結果的に接触抵抗の減少、キャリア注入の増加及び電荷移動度の増加効果を有するＴＦＴを得ることができる。かかるＴＦＴを採用すれば、信頼性が改善されて消費電力が減少した平板表示装置を製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１２】
ソース電極及びドレイン電極の金属と半導体層の半導体とが接続した場合には、前記金属と半導体の異なる性質、すなわち金属の仕事関数と半導体の電子親和度との違いから来る電位バリアが生じる。かかる電位バリアが大きくなれば、電子フローが妨害されて電流の流れが円滑でなくなる。
【００１３】
これにより、本発明では、ＴＦＴのソース電極及びドレイン電極と半導体層との間にルイス酸化合物を含む電子受容層を形成する。半導体層がｐ型半導体により形成された場合、半導体層には電子が豊富であるが、電子対受容体であるルイス酸化合物からなる電子受容層を半導体層とソース電極及びドレイン電極との間に形成すれば、低電界でも電荷蓄積が容易になる。その結果、半導体層にチャンネルドーピングの効果を与え、エネルギー障壁特性を排除でき、チャンネルに注入されるキャリアの量を増加させることにより、結果的に接触抵抗の減少、キャリア注入増加及び電荷移動度の増加効果をもたらすことが可能である。
【００１４】
前記電子受容層の厚さは、活性層の半導体層の伝導度を高めずとも、キャリア注入増加効果をもたらすことができるように薄く設定せねばならず、１００Å以下、特に５Åから１００Åになるように調節することが望ましい。
【００１５】
前記電子受容層を構成するルイス酸化合物の例として、ＡｓＦ５、ＳＯ３、ＦｅＣｌ３、ＳｂＣｌ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３、ＰＦ５などがある。それ以外にも、電子対受容体の機能を有する物質ならば、いずれも使用可能である。
【００１６】
前記電子受容層の形成方法は、特別に制限されるものではないが、一例として、ルイス酸化合物を蒸着して形成可能である。
【００１７】
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の望ましい一実施形態によるＴＦＴ １０を図示した断面図である。
【００１９】
これを参照し、基板１１は、ガラス材の基板またはプラスチック材の基板が使われる。前記基板上には、所定パターンのゲート電極１２が形成され、このゲート電極１２を覆うように絶縁層１３が形成される。そして、絶縁層１３の上部には、ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂがそれぞれ形成される。このソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂは、図１で分かるように、一定部分でゲート電極１２と重畳させられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２０】
ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂは、一般的に有機半導体層をなす物質との関係を考慮し、５．０ｅＶ以上の貴金属を使用できる。これを考慮した物質の非制限的な例として、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓとこの合金が現在使用可能な物質であり、このうちＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉが望ましい。
【００２１】
一方、本発明のソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂは、その上部に備わる電子受容層との結合力を考慮し、酸化可能な金属または金属の酸化物からなり、その例として、前述のようなＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ以外にも、Ａｌ、Ｍｏのような金属を使用でき、金属の酸化物としては、Ａｕ２Ｏ３、ＰｄＯ、ＰｔＯ２、ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＲｕＯ４、ＯｓＯ４、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを使用できるが、これに限定されるものではない。  
【００２２】
前述のようなあらゆる金属または金属酸化物のうち２以上を組み合わせて使用できることは、いうまでもない。
【００２３】
一方、前記ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂの上部には、有機半導体層１５が全面に形成される。前記有機半導体層１５は、ソース／ドレイン領域１５ｂと、このソース／ドレイン領域１５ｂを連結するチャンネル領域１５ａとを備える。
【００２４】
前記有機半導体層１５を形成する有機半導体物質としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、金属フタロシアニン、金属フリーフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体などが使われうる。
【００２５】
前記ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂと有機半導体層１５との間には、電子受容層１６が備わっている。
【００２６】
本発明のＴＦＴは、前述のような積層構造を有する形態だけではなく、多様な積層構造を有するように形成されもする。例えば、本発明のＴＦＴは、図２に図示されているように、ソース電極１４ａ及びドレイン電極１４ｂ、電子受容層１６、有機半導体層１５、絶縁層１３及びゲート電極１２が順次に積層されている構造を有することがある。
【００２７】
本発明のＴＦＴは、ゲート電極が形成された絶縁基板上に絶縁層を形成した後、前記絶縁層上で前記ゲート電極の両端に対応する所定の位置にソース電極及びドレイン電極を形成した後、前記ソース電極及びドレイン電極を覆う電子受容層及び前記電子受容層を覆うように有機半導体層を順に形成することによって製造可能である。かかるＴＦＴの製造方法は、形成しようとするＴＦＴの構造により、多様に変形できることは、いうもでもない。
【００２８】
前述のような構造のＴＦＴは、ＬＣＤ（液晶表示装置）または有機電界発光表示装置のような平板表示装置に備わりうる。
【００２９】
図３は、平板表示装置の一具現例である有機電界発光表示装置に前記ＴＦＴを適用したものを表したものである。
【００３０】
図３は、有機電界発光表示装置の一つの副画素を図示したものであり、かかる各副画素には自発光素子として、有機電界発光素子（以下、「ＥＬ素子」とする）が備わっており、ＴＦＴが少なくとも一つ以上備わっている。
【００３１】
かかる有機電界発光表示装置は、ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）の発光色相によって多様な画素パターンを有するが、望ましくは、赤色、緑色、青色の副画素を備える。
【００３２】
図３に図示されているように、基板２１上には、所定パターンのゲート電極２２が形成されており、前記ゲート電極２２を覆うように絶縁層２３が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２３の上部には、ソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂがそれぞれ形成される。ソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂの上部には、電子受容層２６が備わっている。前記電子受容層２６をなす化合物についての詳細な説明は前述のようであるので、省略する。
【００３３】
前記電子受容層２６の上部には、有機半導体層２５が覆われるようになるが、前記有機半導体層２５は、ソース／ドレイン領域２５ｂと、このソース／ドレイン領域２５ｂを連結するチャンネル領域２５ａとを備える。
【００３４】
有機半導体層２５が形成された後には、前記ＴＦＴ２０を覆うように、パッシベーション層２７を形成する。前記パッシベーション層２７は、単層または複層の構造により形成されており、有機物、無機物、または有機／無機複合物により形成可能である。
【００３５】
前記パッシベーション層２７の上部には、画素定義膜２８により、ＥＬ素子３０の有機発光膜３２を形成する。
【００３６】
前記ＥＬ素子３０は、電流の流れによって赤色、緑色、青色の光を発光し、所定の画像情報を表示し、ＴＦＴ ２０のソース電極２４ａ及びドレイン電極２４ｂのうち、いずれか一方の電極に連結された画素電極３１と、全体画素を覆うように備わった対向電極３３、及びそれら画素電極３１と対向電極３３の間に配置されて発光する有機発光膜３２により構成される。本発明は、必ずしも前記のような構造に限定されるものではなく、多様な有機電界発光表示装置の構造がそのまま適用可能であることは、いうまでもない。
【００３７】
前記有機発光膜３２は、低分子または高分子有機膜が使われうるが、低分子有機膜を使用する場合、ホール注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、ホール輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、発光層（ＥＭＬ：ＥＭｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）などが単一あるいは複合の構造で積層されて形成され、使用可能な有機材料も、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などを始めとして多様に適用可能である。それら低分子有機膜は、真空蒸着の方法により形成される。
【００３８】
高分子有機膜の場合には、総じてホール輸送層（ＨＴＬ）及び発光層（ＥＭＬ）として備わった構造を有し、このとき、前記ホール輸送層としてポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を使用し、発光層としてポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷の方法で形成可能である。
【００３９】
前記のような有機膜は、必ずしもそれらに限定されるものではなく、多様な実施形態が適用されうることは、いうもでもない。
【００４０】
前記画素電極３１は、アノード電極の機能を果たし、前記対向電極３３は、カソード電極の機能を果たすが、もちろんそれら画素電極３１と対向電極３３の極性は、反対になってもよい。
【００４１】
ＬＣＤの場合、これとは異なり、前記画素電極３１を覆う下部配向膜（図示せず）を形成することにより、ＬＣＤの下部基板の製造を完成する。
【００４２】
以上、発明によるＴＦＴは、図３でのように各副画素に搭載されることもでき、画像が具現されないドライバ回路（図示せず）にも搭載可能である。
【００４３】
そして、有機電界発光表示装置は、基板２１としてフレキシブルなプラスチック基板を使用するのに適している。
【００４４】
以上、本発明の望ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のＴＦＴ及びこれを採用した平板表示装置は、例えば平板表示関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態によるＴＦＴの構造を図示した断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるＴＦＴの構造を図示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＴＦＴを有機電界発光表示装置に適用した場合の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１，２１    基板
１２，２２    ゲート電極
１３，２３    絶縁層
１４，２４    ソース電極及びドレイン電極
１４ａ，２４ａ    ソース電極
１４ｂ，２４ｂ    ドレイン電極
１５，２５    有機半導体層
１５ａ，２５ａ    チャンネル領域
１５ｂ，２５ｂ    ソース／ドレイン領域
１６，２６    電子受容層
２７    パッシベーション層
２８    画素定義層
３０    ＥＬ素子
３１    画素電極
３２    有機発光層
３３    対向電極
【図１】
2006148094.tif 000003
【図２】
2006148094.tif 000004
【図３】
2006148094.tif 000005