(57)【要約】【課題】  ソース、ドレイン、ゲート電極、有機半導体層などを形成する場合に印刷法、インクジェット法などの簡便な方法によって形成しても、ＯＮ/ＯＦＦ比が良好な素子を実現する。また、短チャネルを実現することにより、動作電流が大きく、且つ素子間の特性のばらつきの少ない有機材料を用いた電界効果トランジスタを安価に提供する。【解決手段】  少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、活性層、絶縁層、ゲート電極からなり、ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、前記ソース電極、ドレイン電極に隣接して隔壁が設けられてなる間の幅が少なくとも前記活性層にて電気的に接続されてなる活性層として有機物を用いた電界効果型トランジスタ素子において、前記の隔壁の高さがソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なる。【選択図】  図１
2006165234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、絶縁層およびゲート電極を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、少なくとも前記ソース電極、ドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁が設けられ、前記の隔壁の高さがソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
支持基板上にソース電極とドレイン電極が同一平面に形成され、その上部に半導体層、絶縁層、ゲート電極の順に設けられた電界効果型トランジスタにおいて、ソース−ドレイン間の隔壁の高さと前記の隔壁より高いその他の箇所における隔壁の高さとの差より、半導体層と絶縁層の膜厚の和が薄いことを特徴とする請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
ゲート電極の配置された支持基板上の同一平面にソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なる隔壁が設けられ、前記ソース−ドレイン電極間上部に半導体層が形成された電界効果トランジスタにおいて、前記ソース−ドレイン電極間において、隔壁の幅がゲート電極より広いことを特徴とする請求項１記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極、ドレイン電極に隣接した隔壁において、高さの異なる隔壁が、２種類の樹脂組成物より構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記隔壁が予め隔壁形状が形成された第２の基板より、転写されて形成される工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記隔壁の高い隔壁間に塗布した導電性を有する液体材料が、乾燥時に低い隔壁によって自発的に分離して、ソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ソース電極およびドレイン電極がインクジェット法にて形成される工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記有機物からなる半導体層がインクジェット法にて形成される工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電気泳動ディスプレイ等の画素表示用スイッチング素子やプラスチックＩＣカード、情報タグ、バイオセンサーなどのフレキシブル、センサーデバイスに用いられる少なくとも半導体材料として有機材料を用いた電界効果型トランジスタに関し、より詳細には動作電流が大きく、かつＯＮ/ＯＦＦ比が大きい新規な構成の薄膜電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（TFT）は、アクティブ・マトリックスの液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等の駆動用スイッチング素子などとして広く使用されている。ＴＦＴは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）の一例で、半導体層が薄膜として基板に形成された金属―絶縁体―半導体を組み合わせたＦＥＴである。
【０００３】
現在、ほとんどのＴＦＴは、アモルファス・シリコンやポリシリコンを半導体層として使用して作製されている。アモルファス・シリコンは、結晶シリコンの安価な代替物であり、トランジスタのコストを低減して大面積の応用例として使用するために提供されている。アモルファス・シリコンは、移動度が０．１〜１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であり、また、ポリシリコンは、１〜１０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ程度であって、それらは、結晶シリコンの移動度に対して１万分の１〜１千分の１ほどであるので、それらの応用は比較的低速のものに限られている。ポリシリコンは、アモルファス・シリコンに対するエキシマレーザー照射等による再結晶化アニールにより形成される。アモルファス・シリコンの基板への成膜は、低温で行われるので結晶シリコンより安価であるが、アモルファス・シリコンの成膜は、プラズマ化学気相成膜等を必要とするので高コストとなる。ポリシリコンの成膜は、前述のようにエキシマレーザー照射等によるアニールプロセスが必要となるので、さらに高コストとなる。
【０００４】
近年、有機材料のもつ力学的、多種多様性、製造加工など多様なフレキシビリティを生かしたシートディスプレイ、電子ペーパー、プラスチックＩＣカード、情報タグ、バイオセンサーなどのフレキシブル、センサーデバイスなどの応用に期待が集まっている。
【０００５】
しかしながら、有機半導体材料は無機半導体材料に比べて導電率、キャリア移動度が低いものがほとんどであり、有機半導体薄膜トランジスタを実用化するためにはその動作特性の向上が課題となっている。
【０００６】
図５は、従来の薄膜トランジスタの断面図である。図５に示される特許文献１に記載された発明においては、高濃度にドープしたシリコン基板上にペンタセン有機材料を成膜してＴＦＴ動作をさせており、０．５２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの移動度を実現している。しかしながら、ペンタセンで形成された薄膜は、その薄膜の形成に真空成膜が必要であるので、基板に対する付着力も弱く、そのために、脆弱である。また、高価なシリコン基板を用いる必要があるため、低コストに薄膜トランジスタを構成することは難しい。
【０００７】
一方、非特許文献１によれば、C.J. Drury らは、基板としてポリイミドを用い、半導体材料としてＰＴＶ（ポリチエニレンビニレン）を用い、絶縁材料としてＰＶＰ（ポリビニルフェノール）を用い、そして、電極材料としてドープト−ポリアニリンを用い、光化学パターニングを用いて、オール有機材料のＴＦＴを作製することにより、３×１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの電荷移動度を示すＴＦＴを得ている。しかしながら、このＴＦＴの電荷移動度は、なお低く、改善の余地がまだまだ多くある。
【０００８】
有機半導体を用いたＴＦＴの電気特性は、無機半導体を用いたトランジスタの理論によって、ほぼ説明することができる。ドレイン電圧が小さい領域では、有機ＴＦＴのドレイン電圧（Ｖｄ）とドレイン電流（Ｉｄ）の関係式は次式で表される。（線形領域）
【０００９】
【数１】
2006165234.tif 000003
ここで、Ｗはゲートのチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｃｉはゲート絶縁膜の単位面積あたりの静電容量、μはキャリア移動度、Ｖｔはゲート閾値電圧である。
【００１０】
Ｖｄが大きくなると、チャネルのピンチオフによりＩｄは飽和し一定の値となる。このときのＩｄは次式で表される。（飽和領域）
【００１１】
【数２】
2006165234.tif 000004
有機半導体を用いたＴＦＴのキャリア移動度は、ゲート電圧によりチャネルに蓄積される電荷量に依存し、一般にＶｇとともに増加して飽和する関係が知られている。また、ＴＦＴの動作速度や電流駆動能力を表す遮断周波数Ｔｆと相互コンダクタンスｇｍは式３および式４により求められる。
【００１２】
【数３】
2006165234.tif 000005
但し、飽和領域ではＶｄ＝Ｖｇ−Ｖｔ
【００１３】
【数４】
2006165234.tif 000006
但し、飽和領域ではＶｄ＝Ｖｇ−Ｖｔ
これらの式から有機半導体を用いたＴＦＴを作成する上で、（１）有機半導体のキャリア移動度μを大きくする。（２）チャネル長Ｌを小さく、チャネル幅Ｗを大きくする。（３）ゲート絶縁膜の誘電率を大きくする。ことが重要である。このほか、有機半導体を用いたＴＦＴに求められる性能として、ドレイン電流のＯＮ/ＯＦＦ比が大きい、閾値電圧が低いなどがある。
【特許文献１】特開平１０−２７０７１２号公報
【非特許文献１】APPLIED PHISICS LETTERS Vol.73, No. 1 (1998) 108―110
【非特許文献２】Nature,vol.401(1999)685-688
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
有機半導体材料としては、前述の低分子化合物（例えば、ペンタセン、金属フタロシアニン）、短鎖オリゴマー（例えば、ｎ＝３〜８のｎ−チオフェン）、長鎖ポリマー（例えば、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン）等がある。
【００１５】
高分子系の材料は溶液プロセスにより容易に膜形成ができるため、低コスト化や大面積化が実現できるとして注目されている。また、インクジェット法を用いることで、基板上に微細なパターンを直接描画して集積回路を作成することも可能である。しかし、高分子系材料では低分子系に比べて無秩序さが大きくなるためキャリア移動度が小さいという問題がある。ポリフルオレンの正孔移動度は０．０２ｃｍ２/Vsであり、一般の高分子系材料のキャリア移動度は低分子に比べ２桁程度小さい値となっている。ところが、非特許文献２では、H.Sirringhausらによって、立体規則性のポリヘキシルチオフェンでは、０．１ｃｍ２/Vsの大きな正孔移動度を示すことが報告されている。
【００１６】
この材料は側鎖がHead-to-Tailの配置を取るため、主鎖のチオフェン環同士の重なりによりπ電子軌道の重なりが形成されることで、高いキャリア移動度を示していると考えられている。高分子材料においても分子間の規則性を持たせることで、より高いキャリア移動度を実現できることから、新しい高分子系材料の開発が盛んに行われてきている。
【００１７】
しかしながら、スピンコーティングやディッピング・コーティング、インクジェット法などを用いた場合、その膜厚は蒸着等の真空プロセスを用いた場合に比べ、一般的に厚くなる。また、その膜厚のばらつきも大きくなる。特にソースおよびドレイン電極の膜厚はソース・ドレイン間のチャネル領域形成に影響を及ぼすため、素子毎の特性ばらつきが大きくなる等の問題があった。
【００１８】
また、インクジェット法によるダイレクトパターニングによって、簡便な方法により微細なパターン形成が可能であるもののそのときの解像度はラインアンドスペースで３０μｍ程度であり、チャネル長の微細化には不十分である。
【００１９】
本発明はこの問題を解決するためになされたもので、印刷法やインクジェット法等の簡便且つ安価な製造方法を用いて、配線材料や有機半導体材料のパターニングを行い、移動度が小さい有機半導体材料を用いても、動作電流が大きく、且つＯＮ/ＯＦＦ比が大きい新規な構成の電界効果型トランジスタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
すなわち、本発明の第一は、少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、絶縁層およびゲート電極を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、少なくとも前記ソース電極、ドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁が設けられ、前記の隔壁の高さがソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
【００２１】
その好ましい態様として、支持基板上にソース電極とドレイン電極が同一平面に形成され、その上部に半導体層、絶縁層、ゲート電極の順に設けられた電界効果型トランジスタにおいて、ソース−ドレイン間の隔壁の高さと前記の隔壁より高いその他の箇所における隔壁の高さとの差より、半導体層と絶縁層の膜厚の和が薄いことを特徴とする。
【００２２】
また、その他の好ましい態様として、ゲート電極の配置された支持基板上の同一平面にソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なる隔壁が設けられ、前記ソース−ドレイン電極間上部に半導体層が形成された電界効果トランジスタにおいて、前記ソース−ドレイン電極間において、隔壁の幅がゲート電極より広いことを特徴とする。
【００２３】
本発明においてはソース−ドレイン間における隔壁の高さをその他の箇所と変えることにより、ソース−ドレイン間を短い距離でより精度良く形成することが可能になるため、動作電流の大きい電界効果型トランジスタを安定に形成できる。
【００２４】
また、前記ソース電極、ドレイン電極に隣接した隔壁において、高さの異なる隔壁が、２種類の樹脂組成物より構成されてなることにより、前記の高さの異なる隔壁を精度良く形成することができる。
【００２５】
本発明の第二の発明は、前記隔壁が予め隔壁形状が形成された第２の基板より、転写されて形成される工程を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
【００２６】
本発明の第三の発明は前記隔壁の高い隔壁間に塗布した導電性を有する液体材料が、乾燥時に低い隔壁によって自発的に分離して、ソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする。
【００２７】
さらに好ましい態様として、前記ソース電極およびドレイン電極がインクジェット法にて形成される工程を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、さらに前記有機物からなる半導体層がインクジェット法にて形成される工程を含むことを特徴とする。
【００２９】
このため、インクジェット法を用いて、電界効果型トランジスタを作成することによって、簡便な方法であり且つ材料を有効活用できることから、電界効果型トランジスタを安価に提供することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ソース、ドレイン、ゲート電極、有機半導体層などを形成する場合に印刷法、インクジェット法などの簡便な方法によって形成しても、有機半導体層におけるＯＦＦ電流が抑制できるため、ＯＮ/ＯＦＦ比が良好な素子を実現する。また、インクジェット法を用いた場合においても、短チャネルを実現することにより、動作電流が大きく、且つ素子間の特性のばらつきの少ない有機材料を用いた電界効果トランジスタを安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタ素子において、前記の隔壁の高さがソース−ドレイン間とその他の箇所において、高さが異なることを特徴としている。特にインクジェット法を用いた簡便な方法により、形成可能な電界効果型トランジスタにおいて、前記の用件は有効である。以下に本発明の電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関し、以下、図を参照して、実施形態を挙げて説明する。
【００３２】
インクジェット法はダイレクトパターニング法として、注目されているものの、４ｐｌ程度の微小な液滴でもその直径は２０μｍあり、電界効果型トランジスタのチャネル長に対しては大きく、このような液滴を用いての短チャネル化を実現することは非常に困難である。
【００３３】
図１に本発明実施の一形態を示す。２種類の高さの異なる隔壁が設けられ、高さの低い隔壁によって、ソース電極とドレイン電極は分離されている。チャネルに相当する部分においては電極の高さが隔壁の上面で規定されるため、ソース電極とドレイン電極の高さは等しくなる。このとき、ソース−ドレイン間の隔壁の高さと前記の隔壁より高いその他の箇所における隔壁の高さとの差（図１ａ）より、半導体層と絶縁層の膜厚の和（図１ｂ）が薄くなるように形成することによって、OFF電流が抑制されON/OFF比が大きくなる。
【００３４】
図２には他の実施形態を示す。ゲート電極を有する基板上に２種類の高さの異なる隔壁が設けられ、その隔壁間にインクジェット法により設けられたソース、ドレイン電極を有する。高さの低い隔壁によって、ソース電極とドレイン電極は分離されている。ソース−ドレイン電極間において、隔壁の幅がゲート電極より広いことによって、ソース電極、ドレイン電極とゲート電極との絶縁が保たれる。また、電極は外側の高い隔壁沿って形成されるため、ソース−ドレイン間はゲートから離れるに従って広くなるため、OFF電流が抑制されON/OFF比が大きくなる。
【００３５】
図３は図１に示す本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す模式図である。
【００３６】
まず、支持基板としては、ガラス、プラスチック、石英、シリコンなどを用いることが可能である。プラスチック基板としてはポリカーボネート、マイラー、ポリイミド、ポリエチレン、（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられるが、耐熱性の観点からポリイミド、ＰＥＮ等が好適に用いられる。
【００３７】
次に隔壁を形成するために用いられる樹脂組成物としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミドを含むポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニル系樹脂などの感光性または非感光性の樹脂材料を用いることができるが、耐熱性を有することが好ましく、その点から、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。
【００３８】
この隔壁をパターン加工する方法としては、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法など直接パターン加工する方法を用いても良いが、本発明においては、２種類の高さの異なる隔壁を形成するため、ネガ型の感光性樹脂材料を用いることによって、感光性樹脂塗布後所定のマスクを用いて、露光・現像することによって、パターン形成を行うことが望ましい。このとき、感光性樹脂材料として、２種類の樹脂材料を用いることによって、高さの異なる隔壁を精度良く形成することが可能となる。また、高さの低い隔壁材料においては隔壁形成後にその後に形成する電極材料に対して撥液性の高い材料とすることが望ましい。前記の方法によって、電極パターンに対して精度良く隔壁パターンを形成することが可能となるため、以後に形成されるソース、ドレイン電極の位置精度に関しても良好に保つことが可能となる。
【００３９】
本発明においては、ナノインプリントによる隔壁形成が好適に用いられる。モールド上の微細な凹凸パターンをプレスして、微細パターンを転写成型するナノインプリントを用いて、高さの異なる隔壁を一括で形成する。ナノインプリントには光硬化型、熱硬化型等の方式があるが、基板を選ばないと言う観点から熱硬化型ナノインプリントが好ましい。図７にナノインプリントによる隔壁形成の模式図を示す。熱硬化型樹脂を塗布した基板に微細なパターンの形成されたＮｉモールドを重ねて、ガラス転移点以上の温度でプレスすることによって、微細なパターンを転写成型する。このとき、基板上の凹凸パターンの下部にはベース層が薄く残るため、これをドライエッチングで除去することによって、精度の高い凹凸パターンを形成するナノインプリントを用いることによって、高さの異なる隔壁の形状を一回の処理で精度良く形成することができる。
【００４０】
次に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。ここで、本発明においては、インクジェット法が好適に用いられるため、インクジェットによって吐出可能な液体材料が用いられる。導電性高分子材料としてはポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）や金属ペーストとしては銀や金などのナノオーダの粒子を分散したインクを粘度調整した液体が好ましい。インクジェットとしては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。
【００４１】
前記の液体材料をインクとして、下部にゲート電極の設けられた隔壁間にインクジェットヘッドを用いて、付与する。（図３（ｂ））このとき、内側の低い隔壁が撥水性を有する場合、その後、加熱乾燥することによって、インク材料の溶媒が揮発し、インク材料の体積が減少すると図８（ｄ）に示すようにインクは隔壁を避けるように分離し、凹形状を示すように固形分が残り、ソース、ドレイン電極として用いることができる。
【００４２】
また、完全分離できない場合においても基板全体をドライエッチングなどによって、ソースおよびドレイン電極が電気的に接合されている導電インク層の最薄部分をエッチングすることによってソース電極とドレイン電極に分離することができる。また、インク材料を隔壁間にインクジェット法により付与する前にインクジェットによる着弾を補正するため、隔壁に撥液性を付与するため、表面処理を行っても良い。表面処理としては、撥液材料を隔壁に付与しても良いし、フッ素系のガスを用いて、プラズマ処理を施しても良い。
【００４３】
さらに半導体層を形成する。有機物の半導体層としては、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンなどの低分子有機材料やπ−共役系高分子であるポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。また、これらに適当な置換基を導入したものやオリゴマー体でもよい。さらに、これらπ−共役系高分子中にドーパントを含んでいても良い。また、高分子バインダ中にπ−共役系高分子を分散させる。あるいはπ−共役系高分子を側鎖に持つ高分子といった構成も可能である。
【００４４】
これらの半導体材料の成膜にはメッキ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スピンコーティング、ディッピング、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などが適宜用いることができる。特にインクジェット法は必要な部分に必要なだけ材料を付与できる点から好適に用いられる。
【００４５】
続いて、絶縁層を形成する。ゲート電極の絶縁層として、無機絶縁層としては二酸化ケイ素、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、五酸化タンタル、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、二酸化チタンおよび三酸化イットリウムなどが挙げられ、これらを組み合わせたり、積層して用いても良い。また、有機物の絶縁材料としてはポリエチレン、ポリイミド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルブチラール、ポリビニルフェノール、シアノエチルプルラン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリブタジエン、酢酸セルロース、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン等の有機絶縁性ポリマー等が例示される。これらの絶縁性材料は、一種又は二種以上組み合わせて使用しても良い。
【００４６】
最後にゲート電極を形成する。前述したソース電極とドレイン電極間の絶縁層上に電極材料を付与することによって、電界効果トランジスタ素子は完成する。
【００４７】
ゲート電極材料としては、導電性があれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、およびこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、カーボンペースト、銀ペースト、金ペースト、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機および有機半導体、たとえば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。
【００４８】
ゲート電極を成膜する方法は、特に限定されず、例えば、メッキ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スピンコーティング、ディッピングなどの慣用の方法を適宜選択することができる。
【００４９】
パターン加工方法としては、ポジレジストやネガレジストを用いたフォトリソグラフィー、マスキング、エッチング等を適宜選択できる。また、成膜と同時に直接パターン加工することもできる。インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などが適宜用いることができる。
【００５０】
図４にはゲート電極をソース−ドレイン電極の下部に設けられた電界効果トランジスタの製造方法を示す。まず、基板上に前述したゲート電極に好適な材料を用いて、ゲート電極を形成する。次に隔壁を形成する。このとき、ゲート電極上の隔壁はゲート電極より広い幅で形成され、ゲート電極とソース電極およびドレイン電極とは電気的に絶縁されなければならない。
【００５１】
次にソース−ドレイン電極を形成するが、ここでもインクジェット法が好適に用いられる。最後に前述した有機半導体材料を塗布して電界効果トランジスタが完成する。このとき、有機半導体材料はスピンコート等により全面に塗布しても良いし、インクジェット法により、ソース−ドレイン間のみに形成しても構わない。ゲートをソース−ドレイン電極の下部に設けているため、このとき設けられる有機半導体層の膜厚はチャネルの厚みより厚ければ良いため,、精度はあまり要求されない。
【００５２】
上記に述べてきたような製造方法により、有機材料を用いた電界効果型トランジスタにおいても短チャネルを実現し、かつ素子間のばらつきの少ない素子が形成することができる。
【実施例１】
【００５３】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。図１に示す電界効果トランジスタを作成する。ガラス基板上に隔壁となる富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、マスクを用いて露光、現像、ポストベーク処理を行って、チャネルになる領域に４０μｍ×１００μｍの開口部を有する隔壁を作製した。次にさらにをスピンコートにより膜厚１μｍになるように塗布し、幅５μｍ高さ１μｍの隔壁を前記の開口部の中央に形成する。
【００５４】
隔壁表面の撥水化のため表面処理を行う。隔壁を形成した前記ガラス基板に、プラズマ処理装置を用いて、以下の条件にてプラズマ処理を行った。
【００５５】
使用ガス    ：ＣＦ４
ガス流量    ：３３０ｓｃｃｍ
圧力        ：４４Ｐａ
ＲＦパワー  ：１２００Ｗ
処理時間    ：１２０ｓｅｃ
プラズマ処理後の隔壁表面の接触角は、８７°であった。
【００５６】
次にソース電極とドレイン電極を形成する。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、高さ２μｍの隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液はその中央に設けられた高さ１μｍの隔壁によって、２つに分断され、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いる。このとき、ソース−ドレイン間の幅は５μｍであり、チャネル長Ｌは５μｍ、チャネル幅Ｗは１００μｍとなる。
【００５７】
絶縁層としてはＳｉＯ２を成膜し、最後に有機半導体層として、ペンタセンを超高真空チャンバ内で蒸着を用いて、２００ｎｍ成膜した。得られた電界効果トランジスタの電気特性はＨｅｗｌｅｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社製４１４５Ｂ半導体パラメータアナライザを用いて、真空中にて測定を行った。
【００５８】
移動度μは電界効果トランジスタの線形領域のドレイン電流を与える式１をゲート電圧Ｖｇにより微分した式５より求めることができる。
【００５９】
【数５】
2006165234.tif 000007
計算より得られた移動度は０．２３ｃｍ２/V・ｓ、ＯＮ/OFF比は１０７以上であり、アモルファスＳｉ半導体には及ばないものの、良好なトランジスタ特性が得られた。
【実施例２】
【００６０】
図１に示す構成の電界効果トランジスタを作製した。ガラス基板上にＰＭＭＡを２．５μｍ形成し、予めパターンを形成したＮｉモールドを基板に押し付け、幅４０μｍ、長さ１００μｍ、深さ２μｍの溝の中央に幅５μｍ高さ１μｍの隔壁を有するパターンを転写する。次にＰＭＭＡのベース層をＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いて、ドライエッチングを行い除去する。これによって、ＰＭＭＡのない部分ではガラス表面が露出し、親水性が高く、ＰＭＭＡ表面では撥水性が得られる。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、高さ２μｍの隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液はその中央に設けられた高さ１μｍの隔壁によって、２つに分断され、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いる。このとき、ソース−ドレイン間の幅は５μｍであり、チャネル長Ｌは５μｍ、チャネル幅Ｗは１００μｍとなる。
【００６１】
［実施例１］と同様な方法により、絶縁層、有機半導体層を形成し電界効果トランジスタが完成する。［実施例１］と同様な方法により、測定した移動度は０．２８ｃｍ２/V・ｓ、ＯＮ/OFF比は１０７以上であり、良好なトランジスタ特性が得られた。
【実施例３】
【００６２】
図２に示す構成の電界効果トランジスタを作製した。
【００６３】
ガラス基板上にゲート電極として、フォトリソと蒸着により金電極のパターニングを行う。このときの電界効果トランジスタを構成するゲート電極の幅は５μｍに設計した。次に、感光性ポリイミドをスピンコートにより３００ｎｍの膜厚で形成する。マスクを用いて、露光を行い、現像、ポストベークを行い、ゲート電極上に１０μｍの幅で、高さ３００μｍの隔壁を形成する。次いで、富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、マスクを用いて、露光を行い、現像、ポストベーク処理を行って、前述のポリイミドの隔壁の両脇に高さ２μｍの隔壁を形成した。隔壁表面の撥水化のため［実施例１］と同様な条件でプラズマ処理による表面処理を行う。
【００６４】
次にソース電極とドレイン電極を形成する。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、高さ２μｍの隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液はその中央に設けられた高さ３００ｎｍの隔壁によって、２つに分断され、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いる。このとき、ソース−ドレイン間の幅は５μｍであり、チャネル長Ｌは１５μｍ、チャネル幅Ｗは１００μｍとなる。
【００６５】
有機半導体層としてポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成して電界効果トランジスタを得た。トランジスタ特性を［実施例１］と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．０１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０5 以上であり、低分子材料であるペンタセンを用いた場合には及ばないものの、良好なトランジスタ特性が得られた。
【実施例４】
【００６６】
図２に示す構成の電界効果トランジスタを作製した［実施例３］と同様にゲート電極を設けた基板上に、ＰＭＭＡを２．５μｍ形成し、予めパターンを形成したＮｉモールドを基板に押し付け、幅４０μｍ、長さ１００μｍ、深さ２μｍの溝の中央に幅１０μｍ高さ３００ｎｍの隔壁を有するパターンを転写する。次にＰＭＭＡのベース層をＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いて、ドライエッチングを行い除去する。これによって、ＰＭＭＡのない部分ではガラス表面が露出し、親水性が高く、ＰＭＭＡ表面では撥水性が得られる。
【００６７】
次にソース、ドレイン電極として真空冶金製Ａｇナノペーストを１０ｍPa・sに粘度調整して用いて、圧電式インクジェットにより、隔壁の開口部に付与し、２００℃で加熱乾燥することによって、塗布したＡｇナノペーストインクは２つに分断されたものの、一部で完全に分離していない部分が観察されたため、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いて、ドライエッチングを行い、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いる。このときのエッチング時間はソース−ドレイン間の幅が１０μｍとなるように調整した。次にポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成し、トランジスタ特性を［実施例１］と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．００５ｃｍ２/V・ｓ、ＯＮ/OFF比は１０６以上であり、ＯＮ/OFF比は良好であるが、移動度は［実施例３］と比較して悪化している。これはソース、ドレイン電極としてＡｇナノペーストを用いているため、、ＰＥＤＯＴと比較して、仕事関数が低いために半導体層と電極間に障壁が形成されたためと考えられる。
【００６８】
（比較例１）
図６に示す構成の電界効果トランジスタを作成した。ガラス基板上に富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、所定のマスクを用いて露光を行い、所定の方法により現像、ポストベーク処理を行って、隔壁を作製した。チャネルになる領域に幅５μｍ、長さ１００μｍの隔壁を作製した。
【００６９】
隔壁表面の撥水化のため表面処理を行う。隔壁を形成した前記ガラス基板に、プラズマ処理装置を用いて、以下の条件にてプラズマ処理を行った。
【００７０】
使用ガス    ：ＣＦ４
ガス流量    ：３３０ｓｃｃｍ
圧力        ：４４Ｐａ
ＲＦパワー  ：１２００Ｗ
処理時間    ：１２０ｓｅｃ
プラズマ処理後の隔壁表面の接触角は、８７°であった。
【００７１】
この隔壁に隣接して、ソース電極とドレイン電極を形成する。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液は２つに分断されるものの、ソースードレイン電極の膜厚はばらつきをもって形成された。このとき、ソース−ドレイン間の幅は１０〜１５μｍの間でばらついていた。
【００７２】
［実施例１］と同様な方法により、絶縁層、有機半導体層を形成した後、得られた電界効果トランジスタの電気特性を［実施例１］と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．２１ｃｍ２/V・ｓ、と良好であるが、ＯＮ/OFF比は２０〜５０程度でありトランジスタ特性は示すものの十分な特性は得られなかった。
【００７３】
（比較例２）
図６に示す構成の電界効果トランジスタを作成した。［実施例３］と同様にゲート電極を設けた基板上に、感光性ポリイミドをスピンコートにより３００ｎｍの膜厚で形成する。マスクを用いて、露光を行い、現像、ポストベークを行い、ゲート電極上に１０μｍの幅で、高さ３００μｍの隔壁と同じ厚さで、その両脇にも１５μｍ離れた位置に隔壁を形成する。隔壁表面の撥水化のため［実施例１］と同様な条件でプラズマ処理による表面処理を行う。次にポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液はその中央に設けられた高さ３００ｎｍの隔壁によって、２つに分断される。このとき、ソース電極とドレイン電極はそれぞれ凸形状に形成され、所々で、中央の隔壁から離れて形成されるため、ソース−ドレイン電極距離がばらついてしまった。［実施例３］と同様な方法により、有機半導体層を形成した後、得られた電界効果トランジスタの電気特性を［実施例１］と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．２１ｃｍ２/V・ｓ、と良好であるが、ＯＮ/OFF比は２０〜５０程度でありトランジスタ特性は示すものの十分な特性は得られなかった。０．０１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は５０程度でありトランジスタ特性は示すものの十分な特性は得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明電界効果トランジスタの一実施形態の断面を示す模式図。
【図２】本発明電界効果トランジスタの他の実施形態の断面を示す模式図。
【図３】本発明の電界効果トランジスタの製造方法の一実施形態の工程図。
【図４】本発明の電界効果トランジスタの製造方法の他の実施形態の工程図。
【図５】従来の電界効果トランジスタの断面を示す模式図。
【図６】ナノインプリントに隔壁形成の方法を示す工程図。
【図７】比較例の電界効果トランジスタの断面を示す模式図。
【図８】比較例の電界効果トランジスタの断面を示す模式図。
【符号の説明】
【００７５】
１  支持基板
２  ゲート電極
３  絶縁層
４  隔壁
５  ソース電極
６  ドレイン電極
７  有機半導体層
８  インクジェットヘッド
９  インク滴
１０  モールド基板
１１  ペンタセン
１２  熱硬化性樹脂
【図１】
2006165234.tif 000008
【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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