(57)【要約】【課題】有機半導体層の構成分子の配向を密にできる高性能な有機電界効果半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】有機電界効果半導体装置１は、基体上２に形成された第１電極３及び第２電極５と、これらの電極間に形成された有機半導体層７と、この有機半導体層７に絶縁膜８を介して電界を印加する第３電極９とを備え、基体２は外部刺激により伸縮する材質からなり、この基体２の収縮状態で有機半導体層７の有機半導体分子４が密に、望ましくは接触し合って配向されている。これにより、第１電極及び第2電極間のキャリア移動度を大きくすることができ、オン電流値及びオン・オフ比の特性が向上する。【選択図】      図１
2006100520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に形成された第１電極及び第２電極と、少なくともこれらの電極間に形成された有機半導体層と、この有機半導体層に対して絶縁膜を介して電界を印加する第３電極とを有する有機電界効果半導体装置において、
前記基体が、外部刺激により収縮する材質からなり、前記基体の収縮状態で前記有機半導体層の構成分子が密に配向していることを特徴とする、有機電界効果半導体装置。
【請求項２】
前記基体が、同一の外部刺激により前記有機半導体層よりも大きく伸縮する材質からなる、請求項１に記載の有機電界効果半導体装置。
【請求項３】
前記外部刺激として熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いる、請求項２に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項４】
前記基体が、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかからなる、請求項２に記載の有機電界効果半導体装置。
【請求項５】
前記基体が、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせからなる、請求項４に記載の有機電界効果半導体装置。
【請求項６】
前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタとして構成された、請求項１に記載の有機電界効果半導体装置。
【請求項７】
基体上に形成された第１電極及び第２電極と、少なくともこれらの電極間に形成された有機半導体層と、この有機半導体層に対して絶縁膜を介して電界を印加する第３電極とを有する有機電界効果半導体装置の製造方法において、
少なくとも前記第１電極及び第２電極間に有機半導体材料層を形成する第１の工程と、前記基体を外部刺激により収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子の配向を制御する第２の工程とを備えることを特徴とする、有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程が、外部刺激により前記基体を伸張した状態で前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、伸張した前記基体を収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させる工程である、請求項７に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程が、前記基体上に前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、その後に外部刺激により前記基体を収縮させることにより前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させる工程である、請求項７に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記外部刺激として熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いる、請求項８又は９に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基体を、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかで形成する、請求項８又は９に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基体を、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせで形成する、請求項１１に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタを製造する、請求項７に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
外部刺激により収縮する材質からなる基体上に形成された有機半導体層であって、前記基体の収縮状態で構成分子が密に配向されていることを特徴とする、有機半導体層。
【請求項１５】
前記基体が、同一の外部刺激により前記有機半導体層よりも大きく伸縮する材質からなる、請求項１４に記載の有機半導体層。
【請求項１６】
前記外部刺激として熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いる、請求項１５に記載の有機半導体層。
【請求項１７】
前記基体が、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかからなる、請求項１５に記載の有機半導体層。
【請求項１８】
前記基体が、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせからなる、請求項１７に記載の有機半導体層。
【請求項１９】
前記基体上に形成された少なくとも第１電極及び第２電極間に形成され、絶縁膜を介して第３電極によって電界が印加される、請求項１４に記載の有機半導体層。
【請求項２０】
前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタのチャネル部を構成する、請求項１９に記載の有機半導体層。
【請求項２１】
基体上に有機半導体材料層を形成する第１の工程と、前記基体を外部刺激により収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子の配向を制御する第２の工程とを備えることを特徴とする、有機半導体層の形成方法。
【請求項２２】
前記第1の工程が、外部刺激により前記基体を伸張した状態で前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、前記伸張した基体を収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させてなる有機半導体層を形成する工程である、請求項２１に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項２３】
前記第１の工程が、前記基体上に前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、その後に外部刺激により前記基体を収縮させることにより前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させてなる有機半導体層を形成する工程である、請求項２１に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項２４】
前記外部刺激として熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いる、請求項２２又は２３に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項２５】
前記基体を、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかで形成する、請求項２２又は２３に記載の有機電界効果半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記基体を、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせで形成する、請求項２５に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項２７】
前記基体上に形成された少なくとも第１電極及び第２電極間に形成され、絶縁膜を介して３電極によって電界が印加される有機半導体層を形成する、請求項２１に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項２８】
前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタのチャネル部を構成する有機半導体層を形成する、請求項２７に記載の有機半導体層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層を用いた有機電界効果半導体装置及びその製造方法、有機半導体層及びその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリシリコンやアモルファスシリコンなどの無機半導体層によってチャネル部を形成した電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する。）は、ディスプレイなどのスイッチング素子として広く用いられている。
【０００３】
このＦＥＴの性能はスイッチング周波数の大小に依存し、このスイッチング周波数の大小を左右するのは、キャリア移動度とゲート長である。キャリア移動度が高いほど、またゲート長が短いほど、スイッチング周波数を大きくすることができる。
【０００４】
ポリシリコンではキャリア移動度が１０2ｃｍ2／Ｖｓ程度であり、アモルファスシリコンでは１2ｃｍ2／Ｖｓ程度である。
【０００５】
これに対して、有機半導体でチャネル部を構成した電界効果トランジスタ（以下、有機ＦＥＴと称する。）は、従来のアモルファスシリコンなどのＦＥＴと比較して低温のプロセスを利用して製造できることから、フレキシブルなプラスチック基板やフィルム上に形成でき、そのため、有機ＦＥＴを組み込んだ可撓性の駆動回路基板を用いるディスプレイなどが作成可能となる。
【０００６】
また、有機ＦＥＴでは、アモルファスシリコン程度のキャリア移動度が達成されている。
【０００７】
キャリア移動度等を高める有機ＦＥＴとしては、以下の提案がなされている。例えば、配向膜に隣接させて有機半導体層を形成した後、加熱処理することで分子整合が促進され、有機半導体チャネルの移動度が向上することが示されている（後記の特許文献１参照）。
【０００８】
また、絶縁層の表面が平坦であることにより、この絶縁体層と接する側の有機半導体の分子配列の乱れが防止され、この乱れに起因する有機半導体分子の配列の乱れや、有機半導体分子間のπ軌道の相互作用の劣化、誘起電荷の移動への悪影響等がなくなる旨が示されている（後記の特許文献２参照）。
【０００９】
また、低分子系の有機ＦＥＴの場合、その有機半導体層を真空蒸着法で作製する際に、キャリア移動度を高める有機半導体分子の配向を蒸着レートのコントロールや基板の表面処理などにより制御している。
【００１０】
【特許文献１】特開2004−103638号公報（［００２７］、図１）
【特許文献２】特開2004−128469号公報（［００２５］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した従来の技術では、実際に作製できる有機半導体単結晶のサイズには限界があり、有機半導体単結晶グレイン間に隙間が生じ易く、それがキャリア移動度の低下など、有機電子デバイスの特性を低下させている。
【００１２】
また、有機半導体分子間距離は、結晶格子間隔に依存しているので、格子間隔よりも分子間距離を縮めることができず、キャリア移動度、オン電流値及びオン・オフ比等の有機電子デバイスの電気的特性を向上させることができない。
【００１３】
特許文献１及び特許文献２に示す例では、有機半導体層を配向膜や平坦な絶縁膜上に形成しているだけであるため、有機半導体層の有機半導体分子を密に配向させることができない。
【００１４】
本発明はこうした問題を解決するためになされたものであり、その第１の目的は、有機半導体層の構成分子を密に配向した高性能な有機電界効果半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、有機半導体構成分子の配向を密に制御した有機半導体層及びその形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
即ち、上記の第１の目的に対応する発明は、基体上に形成された第１電極及び第２電極と、少なくともこれらの電極間に形成された有機半導体層と、有機半導体層に対して絶縁膜を介して電界を印加する第３電極とを有する有機電界効果半導体装置において、前記基体が、外部刺激により収縮する材質からなり、前記基体の収縮状態で前記有機半導体層の構成分子が密に配向していることを特徴とする、有機電界効果半導体装置に係るものである。
【００１７】
この第１の目的に対応する発明の有機電界効果半導体装置は、少なくとも前記第１電極及び第２電極間に有機半導体材料層を形成する第１の工程と、前記基体を外部刺激により収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子の配向を制御する第２の工程とを備えることを特徴とする製造方法により作製することが望ましい。
【００１８】
また、上記の第２の目的に対応する発明は、外部刺激により収縮する材質からなる基体上に形成された有機半導体層であって、前記基体の収縮状態で構成分子が密に配向されていることを特徴とする有機半導体層に係るものである。
【００１９】
この第２の目的に対応する発明の有機半導体層は、基体上に有機半導体材料層を形成する第1の工程と、前記基体を外部刺激により収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子の配向を制御する第２の工程とを備えることを特徴とする方法により作製することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の有機電界効果半導体装置及びその製造方法によれば、前記基体を外部刺激により収縮する材質で形成し、この基体を収縮させることによって、前記有機半導体層の構成分子を密に配向させているので、前記有機半導体層の構成分子（又は有機半導体単結晶）間の隙間を大きく縮小することができ、前記第１電極及び第２電極間でのキャリア移動度を大きくすることができ、有機電界効果半導体装置の特性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の有機半導体層及びその形成方法によれば、前記基体を外部刺激により収縮する材質で形成し、この基体を収縮させることによって前記有機半導体層の構成分子を密に配向させているので、前記有機半導体層の構成分子（又は有機半導体単結晶）間の隙間を大きく縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の有機電界効果半導体装置及び有機半導体層は、前記基体が、同一の外部刺激により前記有機半導体層よりも大きく伸縮する材質からなるものがよい。
【００２３】
特に、前記基体への外部刺激としては、熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いてもよく、また、前記基体が、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかからなるものでもよい。
【００２４】
こうした基体は、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせからなるものが好適である。
【００２５】
本発明の有機電界効果半導体装置は、前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタとして構成されるのがよい。
【００２６】
本発明の有機半導体層は、前記基体上に形成された少なくとも第１電極及び第２電極間に形成され、絶縁膜を介して第３電極によって電界が印加されるものがよく、例えば、前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタのチャネル部を構成するものがよい。
【００２７】
本発明の有機電界効果半導体装置の製造方法、及び本発明の有機半導体層の形成方法においては、前記第１の工程が、外部刺激により前記基体を伸張した状態で前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、伸張した前記基体を収縮させて前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させる工程であるのが好ましい。
【００２８】
或いは、前記第１の工程が、前記基体上に前記有機半導体材料層を形成する工程であり、前記第２の工程が、その後に外部刺激により前記基体を収縮させることにより前記有機半導体材料層の構成分子を密に配向させる工程であってもよい。
【００２９】
特に、前記基体への外部刺激としては、熱的及び機械的応力のいずれか、或いはこれらの組み合わせを用いてもよく、前記基体が、外部刺激により伸縮する高分子化合物及びその組成物のいずれかで形成してよい。
【００３０】
こうした基体としては、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド及びゴムのいずれか、或いはこれらの組み合わせからなるものが好適である。
【００３１】
また、本発明の有機電界効果半導体装置の製造方法は、第１電極がソース電極、第２電極がドレイン電極、第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタを製造するものであるのがよい。
【００３２】
また、本発明の有機半導体層の形成方法は、前記基体上に形成された少なくとも第１電極及び第２電極間に形成され、絶縁膜を介して第３電極によって電界が印加される有機半導体層を形成するものであるのがよく、例えば、前記第１電極がソース電極、前記第２電極がドレイン電極、前記第３電極がゲート電極である有機電界効果トランジスタのチャネル部を構成する有機半導体層を形成するものであるのがよい。
【００３３】
以下、本発明の有機電界効果半導体装置及びその製造方法、並びに有機半導体層及びその形成方法の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する（なお、実質的に同一又は対応する部分には同一符号を用いる）。
【００３４】
有機電界効果半導体装置の構造
図１は、本発明の有機電界効果半導体装置の構造の例１を示す概略断面図である。
【００３５】
この有機電界効果半導体装置（例えば有機ＦＥＴ）１は、基体２上に形成された第１電極（例えばソース電極）３及び第２電極（例えばドレイン電極）５と、これらの電極間に形成された有機半導体層（チャネル部）７と、この有機半導体層７に絶縁膜８を介して電界を印加する第３電極（例えばゲート電極）９とを備えるものである。
【００３６】
ここで、基体２は、有機半導体層７を形成する支持体であり、その形態は例えば基板であるが、伸縮性を有する材質からなっている。
【００３７】
基体２は外部刺激により伸縮する材質からなるものであって、基体２の収縮状態で有機半導体層７の有機半導体分子４が密に、望ましくは接触し合って配向されている。
【００３８】
図１に示した例では、有機半導体層７の構成分子4が基体２上に一層のみ図示されているが、一層に限らず多層に形成されていてもよく、それらの有機半導体層の構成分子は短軸方向（側鎖方向）に密に配向しており、またその長軸方向（主鎖方向）にもそろって配向しているのが望ましい。
【００３９】
基体２は、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン、ポリアセタールのような熱膨張率の大きい材料で形成するのが好ましい。さらに、基体2は、機械的伸縮性の大きな材料、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド、ゴムなどで形成するのもよい。また、基体２は透光性を有しているのがよい。
【００４０】
有機半導体層７の材質は、ペンタセンやナフタセンなどのπ電子共役系の有機低分子材料が好適であるが、ポリチオフェン系などのπ電子共役系の有機高分子材料も使用できる。
【００４１】
第１電極３、第２電極５及び第３電極９は金などの金属からなっていてよいが、ポリチオフェン系やポリフェニレンビニレンなどの導電性高分子材料で形成されてもよい。
【００４２】
絶縁膜８の材質は、低温プロセスで形成されるＳｉＯ2膜であるのが好ましいが、ポリビニルフェノールなどの高分子材料であってもよい。なお、第１電極３をソース電極、第２電極５をドレイン電極、第３電極９をゲート電極、有機半導体層７をチャネル部とし、絶縁膜８をゲート絶縁膜とすれば、有機ＦＥＴが構成される。
【００４３】
このように構成された有機電界効果半導体装置１によれば、公知のＦＥＴと同様の動作をするが、チャネル部を構成する有機半導体層７は、基体２を収縮させることによって、有機半導体分子４が密に、望ましくは接触し合って配向しているので、有機半導体分子４間の隙間を十分に縮小若しくは無くすことができ、第１電極３と第２電極５との間の有機半導体層７中でのキャリア移動度が大きくなる。
【００４４】
したがって、本実施の形態による有機電界効果半導体装置１では、キャリア移動度、オン電流値及びオン・オフ比等の特性を向上させることができる。
【００４５】
有機電界効果半導体装置の製造方法
次に、本実施の形態による有機電界効果半導体装置の製造方法を図２について説明する。
【００４６】
図２（ａ）は、伸張状態の基体に電極をパターニングした概略断面図、図２（ｂ）は、伸張した基体上に形成された電極間に有機半導体層を埋め込んだ概略断面図、図２（ｃ）は基体の収縮状態で有機半導体層の構成分子が密に配向している状態を示す概略断面図である。
【００４７】
この有機電界効果半導体装置を製造するには、先ず、図２（ａ）に示すように、基体２を外部刺激により伸張させ、この伸張状態の基体２上にはパターニングなどにより第１電極３及び第２電極５とを形成する。これらの電極は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等を蒸着し、或いは導電性高分子材料をスクリーン印刷、インクジェット印刷する方法等で形成する。
【００４８】
次に、図２（ｂ）に示すように、少なくとも電極３−５間に、ペンタセンなどの有機半導体材料層７ａを、例えば昇華蒸着法又は塗布法により形成する。このとき、有機半導体材料層７ａには、複数の有機半導体単結晶からなるグレイン６が形成され、それらのグレイン間には隙間１１が生じている。各有機半導体単結晶グレイン６内では、有機半導体分子４が配向されて単結晶となっている。
【００４９】
そして、図２（ｃ）に矢印で示すように、伸張状態の基体２を外部刺激により収縮させて、有機半導体分子４を密に、望ましくは接触し合って配向させた有機半導体層７を形成する。
【００５０】
更に、図１に示したように、有機半導体層７上に絶縁膜８及び第３電極９を積層する。絶縁膜８は公知の減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法や触媒ＣＶＤ法などの低温プロセスで形成するが、その材質に応じてプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコーティング法で形成してもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、有機半導体単結晶グレイン６間の隙間を無くし、有機半導体層の構成分子４同士の間隔を縮めることができる。  
【００５２】
したがって、第１電極３及び第２電極５間に、キャリア移動度が大きい有機半導体層７をチャネル部とする有機電界効果半導体装置を製造することができる。
【００５３】
なお、この有機電界効果半導体装置の製造方法において、図２（ｂ）に示す工程及び図２（ｃ）に示す工程は、基本的に後述する本発明に基づく有機半導体層の形成方法と同様であるので、その際に併せて詳しく説明する。
【００５４】
液晶表示装置への適用
次に、本実施の形態に基づく有機電界効果半導体装置を駆動回路として組み込んだ液晶表示装置（以下、ＬＣＤと称する。）の例を図３について説明する。
【００５５】
図３は、本実施の形態に基づく有機ＦＥＴを駆動回路とするＬＣＤの一画素に対応する概略部分断面図である。
【００５６】
このＬＣＤ３０は、駆動回路基板３１と、対向基板３２と、これの両基板間に封止された液晶層３３とを備え、両基板の表面にはそれぞれ偏光板３４、３５が直交ニコル方式で貼り付けられている。
【００５７】
駆動回路基板３１においては、基板２上に形成されたソース電極３及びドレイン電極５と、これらの電極間に形成された有機半導体層７と、この有機半導体層７を覆って形成されたゲート絶縁膜８を介して電界を印加するゲート電極９とによって有機ＦＥＴ１が構成されており、この有機ＦＥＴ１上に層間絶縁膜３６と、液晶配向膜３７とが積層されている。
【００５８】
さらにこの駆動回路基板３１には、同一の基板２上に形成された補助容量電極３８と、この補助容量電極３８を覆って形成された絶縁膜３９と、この絶縁膜３９上に形成された画素電極４１とによって補助容量部４２が構成されており、この補助容量部４２の画素電極４１上にゲート絶縁膜８、層間絶縁膜３６と、液晶配向膜３７とが積層されている。
【００５９】
他方、対向基板３２においては、基板４３上に形成された対向電極４４と、液晶配向膜４５とが積層されている。
【００６０】
このような構成のＬＣＤ３０は、アクティブマトリクス駆動などにより駆動制御される。例えば、ある行のゲート電極９にゲートラインを介して正のパルスが印加されると、有機ＦＥＴ１はオン状態となり、データラインに印加されている信号電圧がソース電極３からドレイン電極５に供給され、液晶層３３と補助容量部４２にそれぞれ印加される。
【００６１】
この電圧（表示電極電圧）は、ゲートパルスとともに立ち上がり、ゲート電圧が０となった時点の値が保持され、液晶層３３に加わる。
【００６２】
上記のような有機ＦＥＴ１では、チャネルを構成する有機半導体層７の有機半導体分子４が密に配向しているので、ソース・ドレイン間方向のキャリア移動度が大きくなり、オン電流値及びオン・オフ比を高くすることができる。
【００６３】
有機半導体層の構造
次に、本発明の有機半導体層の例を詳細に説明する。
【００６４】
図４は、本実施の形態による有機半導体層の構造の一例を示す概略断面図であり、（ａ）は伸張状態の基体に形成された有機半導体単結晶グレインを示す概略断面図、（ｂ）は基体の収縮状態で有機半導体分子が密に配向している状態を示す概略断面図である。
【００６５】
図４に示す有機半導体層４０は、上記したもの７と同様に形成される。即ち、図４（ａ）に示すように、伸張状態の基体２上に形成された有機半導体材料層７ａが、基体２を図４（ｂ）に矢印で示すように収縮させることにより、有機半導体材料層７ｂとなり、有機半導体単結晶グレイン６間の間隙１１を縮小若しくは無くし、さらに有機半導体分子４の分子間距離Ｌを望ましくは結晶格子間隔よりも短くする。こうして得られた有機半導体層４０では、有機半導体分子４を密に、望ましくは接触し合って配向させることができる。
【００６６】
有機半導体材料層７ａ、７ｂを構成する有機半導体材料としては、ペンタセン、ナフタセンなどのπ電子共役系の有機低分子化合物を使用できるが、ポリチオフェンなどのπ電子共役系の有機高分子等も使用できる。
【００６７】
これらの有機半導体材料は、構成分子の一端に基体２と化学結合する官能基を有するものが好ましい。
【００６８】
また、基体２には、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、２フッ化ビニリデン及びポリアセタールような、熱膨張率の大きな材料が好ましい。
【００６９】
或いは、基体２は、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド及びゴムのような、機械的伸縮性の大きな材料であってもよい。
【００７０】
このような構成の有機半導体層４０では、有機半導体単結晶グレイン６間の間隙が実質的に無く、しかも有機半導体分子４間の間隔が縮まっているため、有機半導体層４０の構成分子を密に、望ましくは接触し合って配向している。
【００７１】
したがって、有機半導体層４０では、有機半導体分子４同士が分子間力で接合しており、この接合における相互作用が強いため、キャリア移動度を大きくすることができる。
【００７２】
有機半導体層の形成方法
次に、有機半導体層４０の形成方法を説明するが、この方法は、基体２上に有機半導体材料層７ａを形成する第１の工程と、基体２を外部刺激により収縮させて有機半導体材料層７ｂの有機半導体分子４の配向を制御する第２の工程とを備えるものである。
【００７３】
具体的には、基体２として熱膨張率が大きく、二軸方向性のある材料２ａを使用する場合を説明する。
【００７４】
先ず、図４（ａ）に示すように、有機半導体材料層７ａを形成する時に基体２ａの温度を上昇させた状態で、真空蒸着法により有機半導体材料層７ａを形成する。このとき基体２ａは、図面左右方向及び紙面垂直方向（ｘｙ方向又は二次元方向）に伸びており、有機半導体分子４からなる有機半導体単結晶グレイン６が基体２ａ上に間隙１１を置いて配列する。
【００７５】
次に、図４（ｂ）に示すように、基体２ａの温度を元に、例えば室温に戻して、基体２ａを矢印のように（実際にはｘｙ方向）に収縮させる。
【００７６】
このような形成方法により、基体加熱を行わないときと比較して、有機半導体単結晶グレイン６間の隙間を実質的に無くし、分子間距離Ｌを結晶格子間隔よりも縮めることができる。これは、二次元方向で実現できるために、有機分子４間の間隔は上述のチャネル長方向のみならず、チャネル幅方向にも縮小することになり、キャリアの移動経路がより十分に確保することができる。
【００７７】
次に、基体２として機械的伸縮性が大きく、たとえば二軸方向性のある材料２ｂを使用する場合について説明する。
【００７８】
先ず、図４（ａ）に示すように、有機半導体材料層７ａを形成する時に基体２ｂを引っ張り、基体２ｂが伸びた状態にして、真空蒸着法で有機半導体材料層７ａを形成する。このとき、基体２ｂは、二次元方向に伸びた状態で有機半導体分子４からなる有機半導体単結晶グレイン６が基体２ｂ上に間隙１１を置いて配列する。
【００７９】
次に、図４（ｂ）のように、基体２ｂの延伸状態を止めて（外力を解除して）基体２ｂを収縮させると、基体を延伸させなかった場合と比較して、結晶格子間隔よりも分子間距離Lが短くなった有機半導体層４０を形成することができる。
【００８０】
なお、図４に示した例では、有機半導体分子４が基体２上に一層のみ形成されているが、実際は多層に形成されてよく、それらの有機半導体分子４は短軸方向、更には主鎖方向にそろって配向される。
【００８１】
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。
【００８２】
例えば、上述した有機電界効果半導体装置及び有機半導体層の構成部分の材料をはじめ、その形状及び構造、その成膜方法等は種々に変更してよい。
【００８３】
また、上述した有機電界効果半導体装置の製造方法では、基体上にパターニングにより第１電極及び第２電極を形成してから、これらの電極間に有機半導体層を形成しているが、基体上に有機半導体層を形成してからこの上面のみをマスクし、有機半導体層の両側に電極を形成してもよい。
【００８４】
また、上述したように、外部刺激として熱的及び機械的応力のいずれかを用いたが、これらを組み合わせて用いることもできる。
【００８５】
また、上述の例では、熱や外力によって基体を伸張した状態で有機半導体材料層を形成した後に、基体を収縮させて有機半導体材料層の構成分子を密に配向させたが、基体の材質によっては、外部刺激のない状態で基体上に有機半導体材料層を形成した後に、外部刺激により基体を収縮させることにより有機半導体材料層の構成分子を密に配向させることもできる。
【００８６】
また、上述の基体の収縮方向は二次元方向が望ましいが、一次元方向であってもよい。
【００８７】
なお、本発明は有機ＦＥＴに限らず、電界効果型の抵抗素子等にも適用することができる。また、本発明は、ＬＣＤ以外の例えばＥＬ（エレクトロルミネセンス）にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、有機半導体分子間の距離を縮めることができ、特にキャリア移動度が大きく、オン電流値及びオン・オフ比の優れた高性能な有機電界効果半導体装置にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態による有機電界効果半導体装置の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】同、有機電界効果半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】同、有機電界効果半導体装置（ＦＥＴ）を駆動回路とするＬＣＤの一画素に対応する概略部分断面図である。
【図４】同、有機半導体層の構造の一例をその製造工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…有機電界効果半導体装置、２…基体、３…第１電極、４…有機半導体分子、
５…第２電極、６…有機半導体分子のグレイン、７、４０…有機半導体層、
７ａ、７ｂ…有機半導体材料層、８、３９…絶縁膜、９…第３電極、
１１…単結晶グレイン間の隙間、３０…ＬＣＤ、３１…駆動回路基板、３２…対向基板、
３３…液晶層、３４、３５…偏光板、３６…層間絶縁膜、３７、４５…液晶配向膜、
３８…補助容量電極、４１…画素電極、４２…補助容量部、４３…基板、４４…対向電極
【図１】
2006100520.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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