(57)【要約】【課題】オン電流が増大し、オン・オフ比が大きくなり、かつ、ソース電極とドレイン電極との間でショートが発生しにくい電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】ソース電極１４、ドレイン電極１６、ゲート電極１２、及び有機物を含有する半導体１５を備えた電界効果トランジスタであって、半導体１５が第１の導電率を有する第１の層１５１と、第２の導電率を有する第２の層１５２とを含み、第１の層１５１がソース電極１４及びドレイン電極１６から選ばれる少なくとも一方の電極と電気的に接触しており、前記第１の導電率が、前記第２の導電率より高い電界効果トランジスタとする。【選択図】  図１
2006041487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、
前記半導体は、第１の導電率を有する第１の層と、第２の導電率を有する第２の層とを含み、
前記第１の層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極と電気的に接触しており、
前記第１の導電率は、前記第２の導電率より高いことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の層及び前記第２の層は、第１のイオン性物質を含み、前記第２の層は、さらに第２のイオン性物質を含み、前記第１のイオン性物質の極性と、前記第２のイオン性物質の極性とは異なる請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記半導体はｐ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はアニオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はカチオン性物質である請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記半導体はｎ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はカチオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はアニオン性物質である請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、
第１のイオン性物質を含む半導体に、前記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有する第２のイオン性物質を接触させることにより、前記半導体の一部に前記第２のイオン性物質を導入し、前記半導体に、前記第１のイオン性物質を含み且つソース電極及びドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極に電気的に接触する第１の層と、前記第１のイオン性物質及び前記第２のイオン性物質を含む第２の層とを形成し、
前記第１の層の導電率を前記第２の層の導電率より高くすることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記半導体はｐ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はアニオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はカチオン性物質である請求項６に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記半導体はｎ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はカチオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はアニオン性物質である請求項６に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項８】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、
前記ソース電極およびドレイン電極は、第１のイオン性物質を含み、
前記半導体は、第１のイオン性物質および第２のイオン性物質を含み、
さらに、前記第１のイオン性物質の極性と、前記第２のイオン性物質の極性とは異なることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記半導体はｐ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はアニオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はカチオン性物質である請求項８に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記半導体はｎ型半導体であり、前記第１のイオン性物質はカチオン性物質であり、前記第２のイオン性物質はアニオン性物質である請求項８に記載の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、有機物を含有する半導体を用いた電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無機半導体に代わる半導体として有機半導体の開発が活発に行われている。代表的な有機半導体材料として、ペンタセンやポリチオフェンなどがある。なかでもペンタセンを半導体として用いた電界効果トランジスタでは、トランジスタの特性の一つであるキャリアの移動度が１ｃｍ2／Ｖｓを超えるという報告もなされている。アモルファスシリコンの移動度が約１ｃｍ2／Ｖｓであることから、有機半導体が今後アモルファスシリコンに取って代わることが予想される。しかし、ペンタセンを用いたトランジスタのオン電流値は、アモルファスシリコンのオン電流値よりも小さいため、実用化にはいたっていない。この小さいオン電流値は、ソース電極又はドレイン電極と半導体との接触抵抗が大きいことに起因している。したがって、これらの電極と半導体との接触抵抗を低減すれば、電界効果トランジスタのオン電流が増大し、かつ素子特性が安定することが期待される。ソース電極又はドレイン電極と半導体との接触抵抗を低減するために、ソース電極又はドレイン電極の近傍における半導体中のキャリア密度を増加させることが有効であると考えられる。
【０００３】
ところで、半導体中のキャリア密度を増加させるための一つの方法として、半導体中に電荷移動錯体を導入する方法が知られている。例えば、カチオン性有機半導体であるペンタセンからなるチャネル層を、アニオン性物質であるヨウ素の気体中に暴露することにより、ペンタセン層中にヨウ素を侵入させ、ペンタセンとヨウ素からなる電荷移動錯体を用いた電界効果トランジスタが提案されている（特許文献１参照。）。また、別の提案として、カチオン性有機半導体であるポリ（ドデシロキシ−ターチエニル）からなるチャネル層を形成する工程において、アニオン性物質であるジシアノジクロルベンゾキノン等をポリ（ドデシロキシ−ターチエニル）溶液中に混入させ、この溶液を塗布することにより電荷移動錯体を用いた電界効果トランジスタを作製した例もある（非特許文献１参照。）。しかし、特許文献１及び非特許文献１の電界効果トランジスタでは、半導体全体に電荷移動錯体が配置されているために、ソース電極又はドレイン電極の近傍だけでなく、チャネル層にいたるまでキャリア密度が上昇する。その結果、オン電流だけでなく、オフ電流も増加し、オン・オフ比としては劣化するという問題があった。
【０００４】
また、さらに別の提案として、金からなるソース電極及びドレイン電極の表面に自己組織化単分子膜を形成するアニオン性物質である２−メルカプト−５−ニトロベンジミダゾールを単分子吸着させた後、カチオン性有機半導体であるペンタセンを蒸着し、それにより、ソース電極及びドレイン電極の表面部にのみペンタセンと２−メルカプト−５−ニトロベンジミダゾールによる電荷移動錯体が形成された電界効果トランジスタの例がある（非特許文献２参照。）。しかし、この例はオン電流は増加しているが、電極表面に形成された電荷移動錯体層が一層しか存在しないため、オン電流の増加は従来のペンタセンを半導体に用いた電界効果トランジスタの１．５倍と小さかった。
【０００５】
また、さらに別の提案として、カチオン性有機半導体であるペンタセン等のソース電極又はドレイン電極の領域に、アニオン性物質であるヨウ素等をマスク蒸着・印刷等の製法により導入し、半導体中の電荷移動錯体の濃度がソース電極又はドレイン電極の領域とチャネル領域で異なる電界効果トランジスタの例がある（特許文献２参照。）。この例では、オン電流は従来のペンタセンを半導体に用いた電界効果トランジスタの１８倍に増加し、オン・オフ比も１０倍となっている。しかし、半導体中に導入物質を侵入拡散させているため、導入物質が過剰に導入されると、作製直後はトランジスタとして作動するが、時間が経つにつれ導入物質の拡散が進み、最後にはショートするという問題があった。
【特許文献１】特開平５−５５５６８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４０１２号公報
【非特許文献１】「シンセティック メタルス(Synthetic Metals)」,68,1994,P65
【非特許文献２】「41回エレクトロニック マテリアルス コンフェレンス ダイジェスト(41st Electronic Materials Conference Digest)」,(1999),P16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、有機半導体を用いた電界効果トランジスタのオン電流を増加させるためには、ソース電極又はドレイン電極と半導体との接触抵抗を低減する必要がある。そのためには、半導体中に電荷移動錯体や塩を導入することによって、電極近傍の半導体チャネル層中のキャリア密度を増加させることが有効であると考えられる。しかし、半導体中全体に電荷移動錯体を導入した従来の構造では、オフ電流も増大するために、オン・オフ比が劣化するという問題があった。また、半導体の電極近傍にアニオン性物質又はカチオン性物質などの導入物質を侵入拡散する製造方法では、導入物質の拡散制御が難しく、チャネル領域にまで導入物質が拡散し、時間が経つとショートするという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の問題を解決し、オン電流が大きく、かつオン・オフ比が大きく、時間が経ってもショートしにくい電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電界効果トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、前記半導体は、第１の導電率を有する第１の層と、第２の導電率を有する第２の層とを含み、前記第１の層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極と電気的に接触しており、前記第１の導電率は、前記第２の導電率より高いことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の電界効果トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、前記ソース電極およびドレイン電極は、第１のイオン性物質を含み、前記半導体は、第１のイオン性物質および第２のイオン性物質を含み、さらに、前記第１のイオン性物質の極性と、前記第２のイオン性物質の極性とは異なることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、第１のイオン性物質を含む半導体に、前記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有する第２のイオン性物質を接触させることにより、前記半導体の一部に前記第２のイオン性物質を導入し、前記半導体に、前記第１のイオン性物質を含み且つソース電極及びドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極に電気的に接触する第１の層と、前記第１のイオン性物質及び前記第２のイオン性物質を含む第２の層とを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ソース電極及びドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極と半導体との接触抵抗を低減することができる。これにより、オン電流が増大し、オン・オフ比が大きくなり、かつ、ソース電極とドレイン電極との間でショートが発生しにくい電界効果トランジスタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の電界効果トランジスタにおいては、半導体の第１の導電率は第２の導電率より高い。半導体の第１の導電率は第２の導電率より１０2以上１０10以下の範囲高いのが好ましい。
【００１３】
半導体の第１の層及び第２の層は、第１のイオン性物質を含み、第２の層は、さらに第２のイオン性物質を含むことが好ましい。これにより、導電率の異なる２層が形成され、電極側の半導体層の導電率を高くすることにより、電極から半導体層への電荷の注入を容易にし、オン電流の増大を図ることができる。
【００１４】
第１のイオン性物質の極性と、前記第２のイオン性物質の極性とは異なることが好ましい。例えば、半導体がｐ型半導体の場合は、第１のイオン性物質はアニオン性物質であり、第２のイオン性物質はカチオン性物質である。別の例では、半導体がｎ型半導体の場合、第１のイオン性物質はカチオン性物質であり、第２のイオン性物質はアニオン性物質である。アニオン性物質としては、Cl2、I2、Br2等のハロゲン、BF3、PF4、SO3等を含むルイス酸、HNO3、H2SO4、HCl等のプロトン酸、TiCl4、FeCl3、MoF5等の遷移金属化合物、Cl-、Br-、BF4-、等の電解質、アントラキノン等のキノン類、ジシアノキノジイミン等のキノジイミン類、トリニトロフルオレン等のフルオレン誘導体、TCNQ、TCNE、C60等の有機物質などが使用できる。また、カチオン性物質としては、Li、Na、K等のアルカリ金属、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属、Y、La、Sm等の希土類金属、NH3、PH3等のルイス塩基、TEA+、TBuA+等のアルキルアンモニウムイオン、フェニレンジアミン等の芳香族アミン類、フェロセン等のメタロセン類、テトラキスジメチルアミノエチレン、テトラチアフルバレン、テトラテルルテトラセン、ペンタセン等の多環芳香族、フェナジン、フェノチアジン等の含窒素縮合類、及びこれらの置換誘導体などが使用できる。
【００１５】
前記イオン性物質は、半導体に対してそれぞれ１０−３mol％以上１０mol％以下の範囲でドープする。
【００１６】
（実施形態１）
先ず、本発明の電界効果トランジスタの実施の形態を説明する。本発明の電界効果トランジスタの一例は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、上記半導体が第１の導電率を有する第１の層と、第２の導電率を有する第２の層とを含み、上記第１の層が上記ソース電極及び上記ドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極と電気的に接触しており、上記第１の導電率が上記第２の導電率より高く設定されている。これにより、ソース電極及び／又はドレイン電極と半導体との接触抵抗を低減することができ、オン電流が増大し、オン・オフ比が大きくなる。
【００１７】
なお、一般にゲート電極に印加した電圧により、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流が制御される。この電流が流れるソース電極とドレイン電極の間の半導体領域をチャネル領域又は単にチャネルという。
【００１８】
より具体的には、上記第１の層及び上記第２の層は第１のイオン性物質を含み、上記第２の層はさらに第２のイオン性物質を含み、上記第１のイオン性物質の極性と、上記第２のイオン性物質の極性とが異なる電界効果トランジスタとすることができる。
【００１９】
さらに、上記半導体がｐ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がアニオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がカチオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００２０】
さらに、上記半導体がｎ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がカチオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がアニオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００２１】
以下、本発明の電界効果トランジスタの一例を図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本発明の電界効果トランジスタの一例を示す断面図である。図１において、電界効果トランジスタ１０は、基板１１上にゲート電極１２、その上にゲート絶縁膜１３、その上にソース電極１４、ドレイン電極１６及び半導体１５が形成された電界効果トランジスタである。また、半導体１５は、ソース電極１４とドレイン電極１６にそれぞれ電気的に接触している第１の層１５１と、それ以外の第２の層１５２とから構成されている。
【００２３】
また、図２は、本発明の電界効果トランジスタの他の一例を示す断面図である。図２において、電界効果トランジスタ２０は、基板２１上にゲート電極２２、その上にゲート絶縁膜２３、その上に半導体２５が形成され、さらにその上にソース電極２４及びドレイン電極２６が形成された電界効果トランジスタである。また、半導体２５は、ソース電極２４とドレイン電極２６にそれぞれ電気的に接触している第１の層２５１と、それ以外の第２の層２５２とから構成されている。
【００２４】
また、図４は、本発明の電界効果トランジスタの他の一例を示す断面図である。図４において、電界効果トランジスタ４０は、基板４１上にソース電極４４およびドレイン電極４６、その上に半導体４５が形成され、その上にゲート絶縁膜４３、その上にゲート電極４２が形成された電界効果トランジスタである。また、半導体４５は、ソース電極４４とドレイン電極４６にそれぞれ電気的に接触している第１の層４５１と、それ以外の第２の層４５２とから構成されている。
【００２５】
また、図５は、本発明の電界効果トランジスタの別の一例を示す断面図である。図５において、電界効果トランジスタ５０は、基板５１上に半導体５５、その上にソース電極５４およびドレイン電極５６が形成され、その上にゲート絶縁膜５３、その上にゲート電極５２が形成された電界効果トランジスタである。また、半導体５５は、ソース電極５４とドレイン電極５６にそれぞれ電気的に接触している第１の層５５１と、それ以外の第２の層５５２とから構成されている。
【００２６】
電界効果トランジスタ１０、２０，４０，５０を作製するための基板１１、２１，４１，５１としては、例えば、ガラス、石英、アルミナ焼結体などの無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜などの合成樹脂などからなる絶縁性基板が望ましい。
【００２７】
ゲート電極１２、２２、４２、５２の材料としては、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、クロム、モリブデン、ニッケルなどや、これらの合金、ポリシリコン、アモルファスシリコン、インジウム−錫複合酸化物（ＩＴＯ）などの無機材料が望ましい。これらの無機材料（導電材）は、蒸着法、スパッタリング法などにより膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に成膜され、通常のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、所望の形状に加工されることが好ましい。
【００２８】
ゲート絶縁膜１３、２３、４３、５３の材料としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などの無機絶縁材料、又はポリアクリロニトリル、ポリクロロプレン、ポリエステル、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリイミドなどの有機絶縁材料が使用できる。これらの絶縁膜は、ＣＶＤ法、スピンコート法、キャスト法、蒸着法などにより膜厚５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲に成膜されることが好ましい。
【００２９】
ソース電極１４、２４、４４、５４及びドレイン電極１６、２６、４６、５６の材料としては、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、クロム、ＩＴＯなどの中から、有機半導体層に用いる材料に適合する材料を用いる。これらの導電材は、蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に成膜され、通常のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、所望の形状に加工されることが好ましい。
【００３０】
半導体１５、２５、４５、５５の材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリチェニレン、ポリアニリン、ペンタセン、フラーレン及びこれらの誘導体などの有機半導体材料、さらにはカーボンナノチューブと有機半導体材料や炭素系ナノ材料の複合体などを使用できる。成膜方法としては、スピンコート法、キャスト法、電解重合法、気相重合法、真空蒸着法などが利用できる。
【００３１】
また、半導体１５、２５、４５、５５の第１の層１５１、２５１，４５１、５５１及び第２の層１５２、２５２、４５２、５５２には、第１のイオン性物質として、カチオン性物質又はアニオン性物質が含まれている。また、第２の層１５２、２５２、４５２、５５２には、さらに第２のイオン性物質として、第１のイオン性物質とは異なる極性を有するアニオン性物質又はカチオン性物質が含まれている。
【００３２】
上記第１のイオン性物質、上記第２のイオン性物質としてのアニオン性物質及びカチオン性物質としては、以下のような有機材料又は無機材料を使用できる。即ち、アニオン性物質としては、ハロゲン、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属化合物、電解質、キノン類、キノジイミン類、フルオレン誘導体、有機物質などが使用できる。また、カチオン性物質としては、アルカリ金属、ルイス塩基、アルキルアンモニウムイオン、芳香族アミン類、メタロセン類、テトラキスジメチルアミノエチレン、テトラチアフルバレン、テトラテルルテトラセン、多環芳香族、含窒素縮合類、及びこれらの置換誘導体などが使用できる。
【００３３】
次に、半導体１５、２５、４５、５５についてより詳細に説明する。本実施形態における半導体１５、２５、４５、５５は、上記有機半導体材料を主成分とし、さらにイオン性物質としてカチオン性物質又はアニオン性物質を含有する。
【００３４】
例えば、有機半導体層がｐ型半導体とアニオン性物質からなる場合は、ソース電極及びドレイン電極の近傍（半導体の第１の層）を除く半導体のチャネル領域（半導体の第２の層）にカチオン性物質を導入することで、アニオン性物質の極性とカチオン性物質の極性とが互いに打ち消し合い、ソース電極とドレイン電極の近傍を除きｐ型半導体の単独層を形成した場合と同じ半導体特性を示すチャネル領域を形成することができる。ただし、導入するカチオン性物質はｐ型半導体よりもイオン化ポテンシャルが小さいことが望ましい。ｐ型半導体よりもイオン化ポテンシャルが小さいことで、カチオン性物質とｐ型半導体中のアニオン性物質とが容易に結合することができる。
【００３５】
また、有機半導体層がｎ型半導体とカチオン性物質からなる場合は、ソース電極及びドレイン電極の近傍（半導体の第１の層）を除く半導体のチャネル領域（半導体の第２の層）にアニオン性物質を導入することで、カチオン性物質の極性とアニオン性物質の極性とが互いに打ち消し合い、ソース電極及びドレイン電極の近傍を除きｎ型半導体の単独層を形成した場合と同じ半導体特性を示すチャネル領域を形成することができる。ただし、導入するアニオン性物質の電子親和力がｎ型半導体よりも大きいことが望ましい。
【００３６】
さらに、有機半導体と混合されるアニオン性物質及びカチオン性物質としては、その分子半径、イオン半径などが大きなものが望ましい。分子半径、イオン半径が大きなアニオン性物質、カチオン性物質を選択することで、半導体層中におけるソース電極及びドレイン電極の近傍へのイオン性物質の拡散をより抑制し、安定したトランジスタ特性を得ることができる。
【００３７】
上述のように、カチオン性物質又はアニオン性物質を半導体層に導入することにより、半導体の導電率は、ソース電極及びドレイン電極の近傍が高く、ソース電極及びドレイン電極の近傍以外のチャネル領域が低くなるような導電率の分布を有する半導体を作製することができる。これにより、ゲート電圧がオフの時には電流は流れず、ゲート電極に印加する電圧をオンにすることで、半導体層にチャネルを形成し、ソース電極及びドレイン電極の間のキャリア移動を可能にする。ただし、半導体層中の導電率の分布は、連続的であっても断続的であっても良い。
【００３８】
また、チャネルのサイズとしては、マスクの加工能力が１０μｍ程度であるため、チャネル長として１０μｍ以上とし、チャネル幅はトランジスタ特性とチャネル長との相関関係と、デバイスとして要求されるサイズから１０μｍ以上のもとすることができる。チャネルの厚みは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に形成することができる。このようなチャネルサイズにおいて、オン電流１０-8Ａ、オン・オフ比１０3以上を得るためには、チャネル領域の半導体の導電率は１０-8Ｓｃｍ-1以下であることが望ましい。導電率が１０-8Ｓｃｍ-1を超えるとオフ電流が大きくなり、オン・オフ比が低減する。また、ソース電極及びドレイン電極の近傍（半導体の第１の層）の導電率Ａとそれ以外のチャネル領域（半導体の第２の層）の導電率Ｂの比Ａ／Ｂは、１０3以上であることが望ましい。
【００３９】
また、本実施形態の電界効果トランジスタは、必ずしも前述したようなソース電極及びドレイン電極の両電極に近い半導体層の導電率が高くなる必要はない。ソース電極とドレイン電極のどちらか一方の電極に近い半導体層の導電率が高くても良い。
【００４０】
また、ソース電極とドレイン電極の電極幅は、ソース電極とドレイン電極の間隔よりも十分に大きいことが望ましい。これにより、チャネル部に導入された第二のイオン性物質が、ソース電極およびドレイン電極側の半導体層へ拡散し第一のイオン性物質と結合し中和したとしても、ソース電極およびドレイン電極の電極幅が大きいため、電極と接している半導体層のほとんどにおいて導電率は高く、電荷の注入が妨げられることはない。
【００４１】
ただし、本発明の電界効果トランジスタは、本実施形態で説明した構造に限定されるものではない。
【００４２】
（実施形態２）
次に、本発明の別の電界効果トランジスタの実施の形態を説明する。本発明の電界効果トランジスタの一例は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタであって、上記ソース電極およびドレイン電極が第１のイオン性物質を含み、上記半導体が第１のイオン性物質および第２のイオン性物質を含み、上記第１のイオン性物質の極性と、上記第２のイオン性物質の極性とが異なることを特徴としている。これにより、ソース電極及び／又はドレイン電極と半導体との接触抵抗を低減することができ、オン電流が増大し、オン・オフ比が大きくなる。
【００４３】
さらに、上記半導体がｐ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がアニオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がカチオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００４４】
さらに、上記半導体がｎ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がカチオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がアニオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００４５】
以下、本発明の電界効果トランジスタの一例を図面に基づき説明する。
【００４６】
図６は、本発明の電界効果トランジスタの一例を示す断面図である。図６において、電界効果トランジスタ６０は、基板６１上にゲート電極６２、その上にゲート絶縁膜６３、その上にソース電極６４、ドレイン電極６６及び半導体６５が形成された電界効果トランジスタである。ソース電極６４とドレイン電極６６は、第１のイオン性物質を含んでいる。また、半導体６５は、第１のイオン性物質および第２のイオン性物質を含んでいる。
【００４７】
電界効果トランジスタ６０を作製するための基板６１、ゲート電極６２、ゲート絶縁膜６３としては、実施の形態１で記述したものと同様のものを用いることができる。
【００４８】
ソース電極６４、ドレイン電極６６および半導体６５の材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリチェニレン、ポリアニリン、ペンタセン、フラーレン及びこれらの誘導体などの有機半導体材料、さらにはカーボンナノチューブと有機半導体材料や炭素系ナノ材料の複合体などを使用できる。成膜方法としては、スピンコート法、キャスト法、電解重合法、気相重合法、真空蒸着法などが利用できる。
【００４９】
また、ソース電極６４およびドレイン電極６６には、第１のイオン性物質として、カチオン性物質又はアニオン性物質が含まれている。また、半導体６５には、第１のイオン性物質として、カチオン性物質又はアニオン性物質が含まれており、さらに第２のイオン性物質として、第１のイオン性物質とは異なる極性を有するアニオン性物質又はカチオン性物質が含まれている。
【００５０】
上記第１のイオン性物質、上記第２のイオン性物質としてのアニオン性物質及びカチオン性物質としては、以下のような有機材料又は無機材料を使用できる。即ち、アニオン性物質としては、ハロゲン、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属化合物、電解質、キノン類、キノジイミン類、フルオレン誘導体、有機物質などが使用できる。また、カチオン性物質としては、アルカリ金属、ルイス塩基、アルキルアンモニウムイオン、芳香族アミン類、メタロセン類、テトラキスジメチルアミノエチレン、テトラチアフルバレン、テトラテルルテトラセン、多環芳香族、含窒素縮合類、及びこれらの置換誘導体などが使用できる。
【００５１】
次に、半導体６５についてより詳細に説明する。本実施形態における半導体６５は、上記有機半導体材料を主成分とし、さらにイオン性物質としてカチオン性物質又はアニオン性物質を含有する。
【００５２】
例えば、ソース電極およびドレイン電極がｐ型半導体とアニオン性物質からなる場合は、半導体にカチオン性物質を導入することで、アニオン性物質の極性とカチオン性物質の極性とが互いに打ち消し合い、ｐ型半導体の単独層を形成した場合と同じ半導体特性を示すチャネル領域を形成することができる。ただし、導入するカチオン性物質はｐ型半導体よりもイオン化ポテンシャルが小さいことが望ましい。ｐ型半導体よりもイオン化ポテンシャルが小さいことで、カチオン性物質とｐ型半導体中のアニオン性物質とが容易に結合することができる。
【００５３】
また、ソース電極およびドレイン電極がｎ型半導体とカチオン性物質からなる場合は、半導体にアニオン性物質を導入することで、カチオン性物質の極性とアニオン性物質の極性とが互いに打ち消し合い、ｎ型半導体の単独層を形成した場合と同じ半導体特性を示すチャネル領域を形成することができる。ただし、導入するアニオン性物質の電子親和力がｎ型半導体よりも大きいことが望ましい。
【００５４】
さらに、有機半導体と混合されるアニオン性物質及びカチオン性物質としては、その分子半径、イオン半径などが大きなものが望ましい。分子半径、イオン半径が大きなアニオン性物質、カチオン性物質を選択することで、半導体層中におけるソース電極及びドレイン電極へのイオン性物質の拡散をより抑制し、安定したトランジスタ特性を得ることができる。
【００５５】
上述のように、カチオン性物質又はアニオン性物質を半導体層に導入することにより、ソース電極及びドレイン電極を半導体層に作製することができる。これにより、ゲート電圧がオフの時には電流は流れず、ゲート電極に印加する電圧をオンにすることで、半導体層にチャネルを形成し、ソース電極及びドレイン電極の間のキャリア移動を可能にする。
【００５６】
また、チャネルのサイズとしては、マスクの加工能力が１０μｍ程度であるため、チャネル長として１０μｍ以上とし、チャネル幅はトランジスタ特性とチャネル長との相関関係と、デバイスとして要求されるサイズから１０μｍ以上のもとすることができる。チャネルの厚みは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に形成することができる。このようなチャネルサイズにおいて、オン電流１０-8Ａ、オン・オフ比１０3以上を得るためには、半導体の導電率は１０-8Ｓｃｍ-1以下であることが望ましい。導電率が１０-8Ｓｃｍ-1を超えるとオフ電流が大きくなり、オン・オフ比が低減する。また、ソース電極及びドレイン電極の導電率Ａと半導体の導電率Ｂの比Ａ／Ｂは、１０3以上であることが望ましい。
【００５７】
また、本実施形態の電界効果トランジスタは、必ずしも前述したようなソース電極及びドレイン電極のみが第１のイオン物質を導入した半導体を用いる必要はない。ソース電極およびドレイン電極以外の導電部の導電体材料として用いても良い。
【００５８】
ただし、本発明の電界効果トランジスタは、本実施形態で説明した構造に限定されるものではない。
【００５９】
（実施形態３）
次に、本発明の電界効果トランジスタの製造方法の実施の形態を説明する。本発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び有機物を含有する半導体を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、第１のイオン性物質を含む半導体に、上記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有する第２のイオン性物質を接触させることにより、上記半導体の一部に上記第２のイオン性物質を導入し、上記半導体に、上記第１のイオン性物質を含み且つソース電極及びドレイン電極から選ばれる少なくとも一方の電極に電気的に接触する第１の層と、上記第１のイオン性物質及び上記第２のイオン性物質を含む第２の層とを形成するものである。これにより、ソース電極及び／又はドレイン電極と半導体との接触抵抗を低減することができ、オン電流が増大し、オン・オフ比が大きくなり、かつ、ソース電極とドレイン電極との間でショートが発生しない電界効果トランジスタを容易に製造できる。
【００６０】
上記第１のイオン性物質を含む半導体に、上記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有する第２のイオン性物質を接触させる具体的な方法は特に限定されないが、例えば、第１のイオン性物質を含む半導体の表面に、上記第２のイオン性物質を蒸着、製膜などにより接触させることができる。
【００６１】
さらに、上記半導体がｐ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がアニオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がカチオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００６２】
さらに、上記半導体がｎ型半導体であり、上記第１のイオン性物質がカチオン性物質であり、上記第２のイオン性物質がアニオン性物質であることが好ましい。これにより、オン電流がより増加するからである。
【００６３】
以下、本発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例を図面に基づき説明する。
【００６４】
図３は、本発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例を示す工程断面図である。先ず、図３Ａに示すように、基板３１上にゲート電極３２、ゲート絶縁膜３３、半導体３５をこの順に形成する。ここで、半導体３５は、カチオン性物質又はアニオン性物質からなる第１のイオン性物質を含んでいる。基板３１、ゲート電極３２、ゲート絶縁膜３３、半導体３５、カチオン性物質及びアニオン性物質に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００６５】
次に、図３Ｂに示すように、半導体３５の表面に、第２のイオン性物質を蒸着して製膜することにより固体状態の導入物質層３７を形成する。ここで、第２のイオン性物質は、上記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有するアニオン性物質又はカチオン性物質である。
【００６６】
このように、半導体３５の表面上に固体状態の導入物質層３７を形成することにより、導入物質層３７と半導体３５との接触界面において固相反応が起こり、半導体３５中に第２のイオン性物質が拡散する。これにより、半導体３５中に元々存在する第１のイオン性物質と、拡散により導入された第２のイオン性物質とが結合し、それぞれの極性が中和されたチャネル領域が形成される。
【００６７】
次に、図３Ｃに示すように、第２のイオン性物質が導入された半導体３５の上にソース電極３４とドレイン電極３６とを形成することにより、ボトムゲート型電界効果トランジスタ３０を製造する。ソース電極３４及びドレイン電極３６に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００６８】
図３Ｃに示すように、半導体３５には、ソース電極３４とドレイン電極３６にそれぞれ電気的に接触している第１の層３５１と、それ以外の第２の層３５２とが形成されている。上記第１の層３５１は第１のイオン性物質を含んでいるため電導率が高くなる。また、上記第２の層３５２は第１のイオン性物質及び第２のイオン性物質を含んでいるため、それぞれの極性が中和され、上記第１の層３５１より導電率が低くなる。これにより、半導体３５とソース電極３４及びドレイン電極３６との接触抵抗が低減し、オン電流が増加し、オン・オフ比が大きくなる。さらに、第１のイオン性物質と第２のイオン性物質とが結合することで、上記第２の層３５２の導電率が低くなるので、ソース電極３４とドレイン電極３６との間でショートが発生しない。
【００６９】
ただし、導入物質層３７は、半導体３５を形成する前にゲート絶縁膜３３の上に形成しても良い。これにより、第２のイオン性物質が拡散しにくいものであっても、チャネルが導入物質層３７側にできるため、チャネルにおける第二のイオン性物質の不足によるオフ電流の増加を抑制することができる。また、導入物質層３７の形成方法は、必ずしも図３に示すように、導入物質を半導体３５の表面上に堆積する必要はない。例えば、半導体３５の表面上にチャネル形成領域のみ開口させたマスクを形成した後、導入物質を蒸着し、この蒸着処理中に導入物質を半導体３５の中へ拡散させ、所望のチャネルを形成させることも可能である。
【００７０】
また、導入物質の半導体３５の表面への接触方法として、導入物質を固体状態で接触させる必要はない。例えば、チャネル形成領域のみ開口したバリア膜を半導体３５の表面上に形成し、導入物質が気体状態となっている雰囲気中に半導体３５の表面を暴露し、チャネルを形成しても良い。また、チャネル形成領域の半導体３５の表面上に、導入物質を含有する溶液を接触させ、チャネル形成を行っても良い。さらに、導入物質の拡散を制御するために、導入物質層３７を形成した後にアニール処理を行っても良い。
【００７１】
図４は、本発明の電界効果トランジスタの製造方法の他の一例を示す工程断面図である。先ず、図４Ａに示すように、基板４１上にソース電極４４及びドレイン電極４６、半導体４５を形成する。ここで、半導体４５は、カチオン性物質又はアニオン性物質からなる第１のイオン性物質を含んでいる。基板４１、ソース電極４４、ドレイン電極４６、半導体４５、カチオン性物質及びアニオン性物質に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００７２】
次に、図４Ｂに示すように、半導体４５の表面に、第２のイオン性物質を蒸着して製膜することにより固体状態の導入物質層４７を形成する。ここで、第２のイオン性物質は、上記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有するアニオン性物質又はカチオン性物質である。
【００７３】
このように、半導体４５の表面上に固体状態の導入物質層４７を形成することにより、導入物質層４７と半導体４５との接触界面において固相反応が起こり、半導体４５中に第２のイオン性物質が拡散する。これにより、半導体４５中に元々存在する第１のイオン性物質と、拡散により導入された第２のイオン性物質とが結合し、それぞれの極性が中和されたチャネル領域が形成される。
【００７４】
次に、図４Ｃに示すように、第２のイオン性物質が導入された半導体４５の上にゲート絶縁膜４３とゲート電極４２とを形成することにより、ボトムゲート型電界効果トランジスタ４０を製造する。ゲート絶縁膜４３及びゲート電極４２に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００７５】
図４Ｃに示すように、半導体４５には、ソース電極４４とドレイン電極４６にそれぞれ電気的に接触している第１の層４５１と、それ以外の第２の層４５２とが形成されている。上記第１の層４５１は第１のイオン性物質を含んでいるため電導率が高くなる。また、上記第２の層４５２は第１のイオン性物質及び第２のイオン性物質を含んでいるため、それぞれの極性が中和され、上記第１の層４５１より導電率が低くなる。これにより、半導体４５とソース電極４４及びドレイン電極４６との接触抵抗が低減し、オン電流が増加し、オン・オフ比が大きくなる。さらに、第１のイオン性物質と第２のイオン性物質とが結合することで、上記第２の層４５２の導電率が低くなるので、ソース電極４４とドレイン電極４６との間でショートが発生しない。
【００７６】
また、ゲート電極４０側から第二のイオン性物質を半導体層４５へ導入しているため、第２のイオン性物質が拡散しにくいものであっても、チャネルが導入物質層４７側にできるため、チャネルにおける第二のイオン性物質の不足によるオフ電流の増加を抑制することができる。
【００７７】
上記ボトムゲート型電界効果トランジスタ４０は、上記したこと以外は図３で説明したボトムゲート型電界効果トランジスタ３０と同様に製造することができる。
【００７８】
図５は、本発明の電界効果トランジスタの製造方法の他の一例を示す工程断面図である。先ず、図５Ａに示すように、基板５１上に半導体５５を形成する。半導体５５は、カチオン性物質又はアニオン性物質からなる第一のイオン性物質を含んでいる。半導体５５の上にソース電極５４及びドレイン電極５６を形成する。基板５１、ソース電極５４、ドレイン電極５６、半導体５５、カチオン性物質及びアニオン性物質に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００７９】
次に、図５Ｂに示すように、半導体５５の表面に、第２のイオン性物質を蒸着して製膜することにより固体状態の導入物質層５７を形成する。ここで、第２のイオン性物質は、上記第１のイオン性物質の極性とは異なる極性を有するアニオン性物質又はカチオン性物質である。また、この構造においては、半導体５５の表面に形成されたソース電極５４およびドレイン電極５６がマスクとなるため、第２のイオン性物質を蒸着する際にマスクは不要となる。
【００８０】
このように、半導体５５の表面上に固体状態の導入物質層５７を形成することにより、導入物質層５７と半導体５５との接触界面において固相反応が起こり、半導体５５中に第２のイオン性物質が拡散する。これにより、半導体５５中に元々存在する第１のイオン性物質と、拡散により導入された第２のイオン性物質とが結合し、それぞれの極性が中和されたチャネル領域が形成される。
【００８１】
次に、図５Ｃに示すように、第２のイオン性物質が導入された半導体５５の上にゲート絶縁膜５３とゲート電極５２とを形成することにより、電界効果トランジスタ５０を製造する。ゲート絶縁膜５３及びゲート電極５２に使用する材料及びその製法は、実施形態１で説明したとおりである。
【００８２】
図５Ｃに示すように、半導体５５には、ソース電極５４とドレイン電極５６にそれぞれ電気的に接触している第１の層５５１と、それ以外の第２の層５５２とが形成されている。上記第１の層５５１は第１のイオン性物質を含んでいるため電導率が高くなる。また、上記第２の層５５２は第１のイオン性物質及び第２のイオン性物質を含んでいるため、それぞれの極性が中和され、上記第１の層５５１より導電率が低くなる。これにより、半導体５５とソース電極５４及びドレイン電極５６との接触抵抗が低減し、オン電流が増加し、オン・オフ比が大きくなる。さらに、第１のイオン性物質と第２のイオン性物質とが結合することで、上記第２の層５５２の導電率が低くなるので、ソース電極５４とドレイン電極５６との間でショートが発生しない。
【００８３】
また、ゲート電極５０側から第二のイオン性物質を半導体層５５へ導入しているため、第２のイオン性物質が拡散しにくいものであっても、チャネルが導入物質層５７側にできるため、チャネルにおける第二のイオン性物質の不足によるオフ電流の増加を抑制することができる。
【００８４】
上記電界効果トランジスタ５０は、上記したこと以外は図３で説明した電界効果トランジスタ３０と同様に製造することができる。
【００８５】
ただし、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、本実施形態で説明した製造方法に限定されるものではない。
【実施例】
【００８６】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８７】
（実施例１）
本実施例では、先に説明した図１に示した構造を有する電界効果トランジスタを作製した。基板１１として厚さ７００μｍのガラス基板、ゲート電極１２としてＩＴＯ、ゲート絶縁膜１３としてポリビニルフェニレン（ＰＶＰ）、ソース電極１４及びドレイン電極１６として金、半導体１５の材料として有機半導体であるポリチオフェンとアニオン性物質であるトルエンスルホン酸（第１のイオン性物質）の混合物（混合重量比、２００：１）を用い、第２のイオン性物質としてカチオン性物質であるカリウムを用いて以下のように本実施例の電界効果トランジスタを作製した。
【００８８】
先ず、洗浄した厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜が被着された上記ガラス基板１１を用意し、この基板１１上に、スピンコート法を用いて厚さ５００ｎｍのＰＶＰゲート絶縁膜１３を形成した。さらに、マスク蒸着によりゲート絶縁膜１３上に金を真空蒸着し、厚さ１００ｎｍのソース電極１４及びドレイン電極１６を形成した。次に、ポリチオフェンとトルエンスルホン酸鉄の混合溶液（混合重量比、２００：１）を作製し、その混合溶液を硫酸により洗浄することにより、ポリチオフェンとトルエンスルホン酸による塩を作製した。この塩を用いてスピンコート法により、ソース電極１４、ドレイン電極１６及びゲート絶縁膜１３の上に半導体１５を形成した。続いて、半導体１５の上にマスクを用いてカリウムを真空蒸着して半導体１５の一部にカリウムを導入した（導入量、１ｍｏｌ％）。これにより、半導体１５にカリウムが含まれていない第１の層１５１と、カリウムが含まれている第２の層１５２とを形成して、チャネル領域とした。最後に、上記ＩＴＯ膜をゲート電極１２として用い、ソース電極１４、ドレイン電極１６、ゲート電極１２の各電極に、直径０．１ｍｍの銀線を銀ペーストを用いて配線して、本実施例の電界効果トランジスタを作製した。また、イオン性物質導入による半導体材料の導電率の変化を見るために、半導体層の上下に金電極パターンを形成した試料を作製した。半導体層へのイオン性物質導入方法はトランジスタ作製と同じ方法で行った。
【００８９】
次に、半導体パラメーターアナライザー“ＨＰ４１５５Ａ”を用いて上記半導体１５の第１の層１５１に相当する導電率Ａと第２の層１５２に相当する導電率Ｂを導電率測定用試料を用いて測定したところ、導電率Ａは１０-3Ｓｃｍ-1、導電率Ｂは１０-10Ｓｃｍ-1であり、比Ａ／Ｂは１０7であった。また、トランジスタ特性は表１に示す通りであった。
【００９０】
（実施例２）
本実施例では、先に説明した図２に示した構造を有する電界効果トランジスタを作製した。基板２１として厚さ７００μｍのガラス基板、ゲート電極２２としてＩＴＯ、ゲート絶縁膜２３としてＰＶＰ、ソース電極２４及びドレイン電極２６として金、半導体２５の材料として有機半導体であるポリチオフェンとアニオン性物質であるトルエンスルホン酸（第１のイオン性物質）の混合物（混合重量比、２００：１）を用い、第２のイオン性物質としてカチオン性物質であるカリウム（存在量、１ｍｏｌ％）を用いて本実施例の電界効果トランジスタを作製した。
【００９１】
先ず、洗浄した厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜が被着されたガラス基板２１を用意し、この基板２１上に、スピンコート法を用いて厚さ５００ｎｍのＰＶＰゲート絶縁膜２３を形成した。次に、ポリチオフェンとトルエンスルホン酸鉄の混合溶液（混合重量比、２００：１）を作製し、その混合溶液を硫酸により洗浄することにより、ポリチオフェンとトルエンスルホン酸による塩を作製した。この塩を用いてスピンコート法により、ゲート絶縁膜２３上に半導体２５を形成した。続いて、半導体２５の上にマスクを用いて金を真空蒸着し、ソース電極２４とドレイン電極２６を形成した。次に、ソース電極２４及びドレイン電極２６をマスクとして用いて、カリウム（導入量、１ｍｏｌ％）を真空蒸着して半導体２５の一部にカリウムを導入した。これにより、半導体２５にカリウムが含まれていない第１の層２５１と、カリウムが含まれている第２の層２５２とを形成して、チャネル領域とした。最後に、上記ＩＴＯ膜をゲート電極２２として用い、ソース電極２４、ドレイン電極２６、ゲート電極２２の各電極に、直径０．１ｍｍの銀線を銀ペーストを用いて配線して、本実施例の電界効果トランジスタを作製した。また、イオン性物質導入による半導体材料の導電率の変化を見るために、半導体層の上下に金電極パターンを形成した試料を作製した。半導体層へのイオン性物質導入方法はトランジスタ作製と同じ方法で行った。
【００９２】
次に、実施例１と同様にして上記半導体２５の第１の層２５１に相当する導電率Ａと第２の層２５２に相当する導電率Ｂを導電率測定用試料を用いて測定したところ、導電率Ａは１０-3Ｓｃｍ-1、導電率Ｂは１０-10Ｓｃｍ-1であり、比Ａ／Ｂは１０7であった。また、トランジスタ特性は表１に示す通りであった。
【００９３】
（実施例３）
半導体２５の材料として炭素系ナノ半導体材料であるフラーレンとカチオン性物質であるデカメチルフェロセン（第１のイオン性物質）の混合物（混合重量比、５００：１）を用い、第２のイオン性物質としてアニオン性物質であるフッ化ホウ素（導入量、０．２ｍｏｌ％）を用い、フラーレンとデカメチルフェロセンとを同時にゲート絶縁膜２３上に蒸着して半導体２５を形成し、ソース電極２４及びドレイン電極２６をマスクとして用いて、フッ化ホウ素を真空蒸着して半導体２５の一部にフッ化ホウ素を導入したこと以外は、実施例２と同様にして本実施例の電界効果トランジスタを作製した。また、イオン性物質導入による半導体材料の導電率の変化を見るために、半導体層の上下に金電極パターンを形成した試料を作製した。半導体層へのイオン性物質導入方法はトランジスタ作製と同じ方法で行った。
【００９４】
次に、実施例１と同様にして上記半導体２５の第１の層２５１に相当する導電率Ａと第２の層２５２に相当する導電率Ｂを導電率測定用試料を用いて測定したところ、導電率Ａは１０-5Ｓｃｍ-1、導電率Ｂは１０-11Ｓｃｍ-1であり、比Ａ／Ｂは１０6であった。また、トランジスタ特性は表１に示す通りであった。
【００９５】
（実施例４）
半導体２５の材料として有機半導体であるペンタセンとアニオン性物質であるヨウ素（第１のイオン性物質）の混合物を用い、第２のイオン性物質としてカチオン性物質であるカリウムを用いて電界効果トランジスタを作製した。ゲート絶縁膜２３上にペンタセンを蒸着し、さらにヨウ素をドープ（ドープ量、０．２ｍｏｌ％）して半導体２５を形成し、ソース電極２４及びドレイン電極２６をマスクとして用いて、カリウムを真空蒸着して半導体２５の一部にカリウムを導入（導入量、０．２ｍｏｌ％）したこと以外は、実施例２と同様にして本実施例の電界効果トランジスタを作製した。また、イオン性物質導入による半導体材料の導電率の変化を見るために、半導体層の上下に金電極パターンを形成した試料を作製した。半導体層へのイオン性物質導入方法はトランジスタ作製と同じ方法で行った。
【００９６】
次に、実施例１と同様にして上記半導体２５の第１の層２５１に相当する導電率Ａと第２の層２５２に相当する導電率Ｂを導電率測定用試料を用いて測定したところ、導電率Ａは１０-4Ｓｃｍ-1、導電率Ｂは１０-11Ｓｃｍ-1であり、比Ａ／Ｂは１０7であった。また、トランジスタ特性は表１に示す通りであった。
【００９７】
（比較例１）
ヨウ素を含まないペンタセン単体のみからなる半導体２５を形成し、その後にソース電極２４及びドレイン電極２６を形成する部分のみ開口したマスクを半導体２５の表面に配置し、導入物質としてヨウ素をドープし、最後に金を用いて真空蒸着によりソース電極２４及びドレイン電極２６を形成したこと以外は、実施例４と同様にして本比較例の電界効果トランジスタを作製した。また、イオン性物質導入による半導体材料の導電率の変化を見るために、半導体層の上下に金電極パターンを形成した試料を作製した。半導体層へのイオン性物質導入方法はトランジスタ作製と同じ方法で行った。
【００９８】
次に、実施例１と同様にして上記半導体２５のヨウ素をドープした第１の層２５１に相当する導電率Ａと、それ以外の第２の層２５２に相当する導電率Ｂを導電率測定用試料を用いて測定したところ、導電率Ａは１０-4Ｓｃｍ-1、導電率Ｂは１０-11Ｓｃｍ-1であり、比Ａ／Ｂは１０7であった。また、トランジスタ特性は表１に示す通りであった。
【００９９】
上記実施例１〜実施例４及び比較例１の電界効果トランジスタをそれぞれ１００個用いて、オン電流、オン・オフ比及びショートの有無を調査した。オン電流及びオン・オフ比は、作製したトランジスタのＩ−Ｖ特性を半導体パラメーターアナライザー“ＨＰ４１５５Ａ”を用いて２５℃の窒素ガス雰囲気下で測定し、１００個の試料の平均値として算出した。また、ショートの有無は、作製したトランジスタを作製後１週間温度２５℃の窒素中で放置した後、再度上記Ｉ−Ｖ特性を測定し、ショートしている試料の数を調べた。その結果を表１に示す。
【０１００】
【表１】
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【０１０１】
表１から、実施例１および実施例２では、オン電流、オン・オフ比ともに高い値を得ることができた。また、いずれもショートした試料はなかった。
【０１０２】
さらに、実施例３でも、オン電流、オン・オフ比ともに高い値が得られた。また、ショートした試料もなかった。これにより、半導体としてｎ型有機半導体材料とカチオン性物質との混合を用い、導入物質としてアニオン性物質を導入しても、高い特性を有するトランジスタを得ることができることが分かる。
【０１０３】
また、実施例４と比較例１とを比べると、オン電流、オン・オフ比は同等の特性を示したが、実施例４ではショートが全く発生しなかったのに対し、比較例１では３個の試料でショートが発生した。これは、比較例１では、ドープしたヨウ素が拡散してチャネル領域全体の導電率が高くなったためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上説明したように本発明の電界効果トランジスタは、有機半導体を用いたトランジスタとして大きなオン電流と高いオン・オフ比が得られるともに、ショートの発生もない安定した特性が得られ、有機半導体トランジスタを用いて画素を駆動するアクティブマトリックス型のディスプレイなどへの応用において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の電界効果トランジスタの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電界効果トランジスタの別の例を示す断面図である。
【図３】Ａ−Ｃは本発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例を示す工程断面図である。
【図４】Ａ−Ｃは本発明の電界効果トランジスタの製造方法の別の例を示す工程断面図である。
【図５】Ａ−Ｃは本発明の電界効果トランジスタの製造方法のさらに別の例を示す工程断面図である。
【図６】本発明の別の電界効果トランジスタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
10,20,30,40,50,60  電界効果トランジスタ
11,21,31,41,51,61  基板
12,22,32,42,52,62  ゲート電極
13,23,33,43,53,63  ゲート絶縁膜
14,24,34,44,54,64  ソース電極
15,25,35,45,55,65  半導体
16,26,36,46,56,66  ドレイン電極
37,47,57  導入物質層
151,251,351,451,551  半導体の第１の層
152,252,352,452,552  半導体の第２の層
【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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