(57)【要約】【課題】  キャリアの移動度が高く、しきい値電圧と動作電圧が抑制された有機トランジスタを提供する。【解決手段】  基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜に接続された、第１の電極および第２の電極を有する有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と接する第１のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜とを含み、該第１のゲート絶縁膜は該第２のゲート絶縁膜より比誘電率が高く、該第２のゲート絶縁膜は該第１のゲート絶縁膜より純水に対する接触角が大きいことを特徴とする有機トランジスタ。【選択図】  図１
2006173532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜に接続された、第１の電極および第２の電極を有する有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と接する第１のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜とを含み、該第１のゲート絶縁膜は該第２のゲート絶縁膜より比誘電率が高く、該第２のゲート絶縁膜は該第１のゲート絶縁膜より純水に対する接触角が大きいことを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記第２のゲート絶縁膜より、前記第１のゲート絶縁膜が厚いことを特徴とする請求項１記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜に接続された、第１の電極および第２の電極を有する有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜は、
前記ゲート電極に接する第１のゲート絶縁膜と、前記有機半導体膜に接する第ｎ（ｎは２以上の整数）のゲート絶縁膜とを含む、第１乃至第ｎのゲート絶縁膜よりなり、
前記第１乃至第（ｎ−１）のゲート絶縁膜のうち、少なくとも１つのゲート絶縁膜の比誘電率が前記第ｎのゲート絶縁膜の比誘電率より大きく、
前記第ｎのゲート絶縁膜の純水に対する接触角が、前記第（ｎ−１）のゲート絶縁膜の接触角よりも大きいことを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項４】
前記第ｎのゲート絶縁膜の純水に対する接触角が、前記第１乃至第（ｎ−１）のゲート絶縁膜のいずれよりも大きく、かつ、前記第１乃至第ｎのゲート絶縁膜のうち、比誘電率が最も大きいゲート絶縁膜の厚さが、前記第１乃至第ｎのゲート絶縁膜のうちで最も厚いことを特徴とする請求項３記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載の有機トランジスタの形成方法であって、
前記ゲート絶縁膜に波長３８０ｎｍ以下の紫外線を照射する工程と、
当該紫外線を照射した前記ゲート絶縁膜上に、前記有機半導体膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機トランジスタの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機材料により形成された半導体膜を有する有機トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯端末などの通信機器の普及に伴い、当該通信機器などに用いる表示装置を小型化、軽量化する要求が高まっている。この場合、表示装置に用いられる基板には、例えばプラスチックなどの有機材料を用いると表示装置の軽量化が可能であり、このような有機材料は柔軟性に優れる特徴をさらに有している。
【０００３】
例えば、このような表示装置の駆動素子に用いるためのトランジスタとして、可塑性に優れる、有機半導体材料を用いた有機トランジスタが着目されている。このような有機材料トランジスタの一例として、ペンタセンを半導体層に用いたトランジスタがある。（例えば非特許文献１参照）。このような有機トランジスタの電気特性は、電界効果トランジスタのモデルにより解析できる。（例えば非特許文献２参照。）
また、従来、トランジスタのゲート絶縁膜には、例えばＳｉＯ２が用いられることが一般的であったが、さらにＳｉＯ２よりも比誘電率の高い、チタン酸バリウムストロンチウムや、ジルコニウム酸チタン酸バリウムなどの高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いることが試みられている。（例えば特許文献１、非特許文献３、参照。）
【非特許文献１】Y.Y.Lin et at., IEEE Electron Device Letters, Vol.18,606(1997)
【非特許文献２】S.Sze,"Physics of Semiconductor Devices", Wiley, New York, 1981
【非特許文献３】C.D.Dimitrakopoulos,SCIENCE, vol.283,822(1999)
【特許文献１】特開平１０−２７０７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＳｉＯ２をゲート絶縁膜とした有機トランジスタでは、キャリアの移動度が低く、また、しきい値電圧と動作電圧が高くなってしまうことが問題となっていた。これらの問題を解決するため、ゲート絶縁膜を薄くした場合には、ＳｉＯ２に欠陥が生じやすくなり、そのためにゲート絶縁膜の破壊電圧が低くなり、またリーク電流が増大する問題が生じていた。また、特にＳｉＯ２をスパッタリング法で形成する場合には、成膜初期に欠陥が多い層が形成されやすいため、ゲート絶縁膜を薄くすることには限界があった。
【０００５】
また、チタン酸バリウムストロンチウムや、ジルコニウム酸チタン酸バリウムなどの高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いることは、キャリアの移動度を高くし、しきい値電圧や動作電圧を抑制するのに有効であるが、これらの高誘電率膜はゾルゲル法で形成されるため、最大４００℃で熱処理する必要がある。そのため、ガラス転移温度が２００℃以下であるプラスチック基板上に形成することが困難であり、例えばプラスチック基板などを用いた、可塑性を有する表示装置などの制御素子に用いることが困難となってしまう問題があった。
【０００６】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な有機トランジスタを提供することを目的としている。
【０００７】
本発明の具体的な課題は、キャリアの移動度が高く、しきい値電圧と動作電圧が抑制された有機トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜に接続された、第１の電極および第２の電極を有する有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と接する第１のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜とを含み、該第１のゲート絶縁膜は該第２のゲート絶縁膜より比誘電率が高く、該第２のゲート絶縁膜は該第１のゲート絶縁膜より純水に対する接触角が大きいことを特徴とする有機トランジスタにより、解決する。
【０００９】
当該有機トランジスタによれば、ゲート絶縁膜を、比誘電率が大きい第１のゲート絶縁膜と接触角が大きい第２のゲート絶縁膜を含むように構成したため、有機半導体膜の配向性が良好となるとともに、電界効果によるキャリアの移動度が向上し、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、前記第２のゲート絶縁膜より、前記第１のゲート絶縁膜が厚いと、電界効果によるキャリアの移動度が向上し、同時に絶縁破壊電圧の向上およびリーク電流の低減ができ、好適である。
【００１１】
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜に接続された、第１の電極および第２の電極を有する有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極に接する第１のゲート絶縁膜と、前記有機半導体膜に接する第ｎ（ｎは２以上の整数）のゲート絶縁膜とを含む、第１乃至第ｎのゲート絶縁膜よりなり、
前記第１乃至第（ｎ−１）のゲート絶縁膜のうち、少なくとも１つのゲート絶縁膜の比誘電率が前記第ｎのゲート絶縁膜の比誘電率より大きく、前記第ｎのゲート絶縁膜の純水に対する接触角が、前記第（ｎ−１）のゲート絶縁膜の接触角よりも大きいことを特徴とする有機トランジスタにより、解決する。
【００１２】
当該有機トランジスタによれば、第１乃至第（ｎ−１）のゲート絶縁膜のうち少なくとも１つのゲート絶縁膜の比誘電率を第ｎのゲート絶縁膜の比誘電率より大きくしたことで、電界効果によるキャリアの移動度が向上し、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となり、また、第ｎのゲート絶縁膜の接触角を、その下層の接触角より大きくすることで有機半導体膜の配向性が良好となる。
【００１３】
また、前記第ｎのゲート絶縁膜の純水に対する接触角が、前記第１乃至第（ｎ−１）のゲート絶縁膜のいずれよりも大きく、かつ、前記第１乃至第ｎのゲート絶縁膜のうち、比誘電率が最も大きいゲート絶縁膜の厚さが、前記第１乃至第ｎのゲート絶縁膜のうちで最も厚いと、有機半導体膜の配向性がさらに良好となるとともに、電界効果によるキャリアの移動度が向上し、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の第３の観点では、上記の課題を、上記いずれかの有機トランジスタの形成方法であって、前記ゲート絶縁膜に波長３８０ｎｍ以下の紫外線を照射する工程と、当該紫外線を照射した前記ゲート絶縁膜上に、前記有機半導体膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機トランジスタの形成方法により、解決する。
【００１５】
当該形成方法によれば、有機半導体膜の配向性が良好となるとともに、電界効果によるキャリアの移動度が向上し、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、キャリアの移動度が高く、しきい値電圧と動作電圧が抑制された有機トランジスタを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】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、以下に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１による有機トランジスタを模式的に示す断面図である。
【００１９】
図１を参照するに、本実施例によるトランジスタ１０は、有機材料である樹脂材料、例えばポリカーボネートからなる基板１１上に形成されている。前記基板１１は、樹脂材料などの有機材料を用いて形成すると、基板を軽量化できる上に基板の柔軟性が良好となり、好適である。
【００２０】
前記基板１１上には、例えばタンタルなどの金属からなり、パターニングされたゲート電極１２が形成されている。さらに、前記ゲート電極１２上には、当該ゲート電極１２を覆うように、例えば、ジルコニウム酸チタン酸バリウムからなる第１のゲート絶縁膜１３ａと、例えば、フッ素ポリイミドからなる第２のゲート絶縁膜１３ｂを含むゲート絶縁膜１３が形成されている。
【００２１】
前記ゲート絶縁膜１３上には、例えばペンタセンからなる有機半導体膜１４が形成され、当該有機半導体膜１４に接するように、例えば、金（Ａｕ）からなる、ソース電極１５およびドレイン電極１６が形成されている。
【００２２】
本実施例による有機トランジスタ１０では、前記ゲート絶縁膜１３が第１のゲート絶縁膜１３ａと第２のゲート絶縁膜１３ｂを含み、該第１のゲート絶縁膜１３ａは該第２のゲート絶縁膜１３ｂより比誘電率が高く、該第２のゲート絶縁膜１３ｂは該第１のゲート絶縁膜１３ａより純水に対する接触角（以下文中、純水に対する接触角を単に接触角と表記する）が大きくなるように形成されている。
【００２３】
このため、キャリアの移動度を向上させて、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となるが、この理由の詳細について、以下に説明する。
【００２４】
例えば、トランジスタのキャリアの移動度を向上させるためには、ゲート絶縁膜の比誘電率を大きくすることが有効であるが、例えば、ジルコニウム酸チタン酸バリウム（ＢａｘＺｒ１−ｘＴｉＯ３）や、ポリビニルアルコールなど、比誘電率が大きい材料は、一般的に、接触角が小さく、表面自由エネルギーが大きい。このため、このような比誘電率が大きい材料からなるゲート絶縁膜上に有機半導体膜を形成する場合には、有機半導体膜の配向性を良好とするには限界があり、キャリアの移動度を向上させることには限界があった。
【００２５】
一方、ゲート絶縁膜上の有機半導体膜の配向性を良好とするためには、有機半導体膜と接するゲート絶縁膜の接触角が大きいことが好ましい。このように、接触角が大きいことは、ゲート絶縁膜の表面自由エネルギーが小さいことを示しており、当該ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体膜の配向性が良好となるため、キャリアの移動度が大きくなり、好ましい。しかし、このような接触角が大きい材料は、例えば、フッ素ポリイミドや、ハイドロフルオロエーテルなど、一般的に比誘電率が小さい材料が多く、比誘電率の観点からは、キャリアの移動度を向上させるためには必ずしも好適ではない。
【００２６】
そこで、本実施例では、前記ゲート電極１３を、以下のように構成している。まず、前記ゲート電極１２側には、比誘電率が高い材料を用いて、第１のゲート絶縁膜１３ａを形成し、さらに当該第１のゲート絶縁膜１３ａ上に積層するように、前記有機半導体膜１４を形成する場合の下地膜となる、接触角の大きい第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成している。
【００２７】
このため、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂ上に形成される有機半導体膜の配向性が良好となることに加えて、さらに前記第１のゲート絶縁膜１３ａの比誘電率が高いために、キャリアの移動度を従来の有機トランジスタに比べて高くすることが可能となり、しきい値電圧と動作電圧を抑制することが可能となり、高性能の有機トランジスタを構成することが可能となっている。
【００２８】
また、上記の効果を奏するため、例えば、前記第１のゲート絶縁膜１３ａの比誘電率は、６以上であると好ましく、また、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂの接触角は、７０°以上であると好ましい。
【００２９】
また、前記ゲート絶縁膜１３はできるだけ薄く形成されることが好ましいが、その場合、前記ゲート絶縁膜１３のうち、比誘電率が高い前記第１のゲート絶縁膜１３ａが占める割合が大きいほうがより好ましい。すなわち、比誘電率が高い前記第１のゲート絶縁膜１３ａの厚さｔ１が、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂの厚さｔ２より厚いことがより好ましく、前記ゲート絶縁膜１３の比誘電率が高くなるため、キャリアの移動度を向上させる効果が大きくなる。
【００３０】
また、例えば、前記ゲート絶縁膜１３に、光、電子ビーム、イオンビーム、あるいはプラズマなどを照射して、改質を行ってもよい。この場合、前記第２の絶縁膜１３ｂに上記の改質処理を加えることで、当該第２の絶縁膜１３ｂの配向性を良好とし、そのために当該第２の絶縁膜１３ｂ上に形成される前記有機半導体膜１４の配向性が良好となる効果を奏する。このような改質処理を行う場合、前記第２の絶縁膜１３ｂを構成する材料の結合エネルギーをＥ１とし、改質処理に係る、光、電子ビーム、イオンビーム、あるいはプラズマなどのもつエネルギーをＥｓとすると、Ｅ１＜Ｅｓとなるようにすることが好ましい。また、照射角度や偏光方向を変更して前記改質処理を行ってもよい。
【００３１】
また、前記第１のゲート絶縁膜１３ａに対して上記の改質を行った場合には、当該第１の絶縁膜１３ａの比誘電率が大きくなる効果を奏する。
【００３２】
また、本実施例に用いるゲート絶縁膜は、例えば、スピンコート法、印刷法、インクジェット法、ＬＢ法などにより、形成することが可能な材料を用いることができる。このため、例えばプラスチックなどの樹脂材料のガラス転移温度である、２００℃以下の低温でゲート絶縁膜を形成することが可能であり、本実施例による有機トランジスタは、有機材料など、比較的耐熱温度の低い材料と組み合わせて用いることが可能である。このため、例えば、樹脂材料からなる基板上に形成された、可塑性が要求される装置、例えば可塑性を有する表示装置である液晶表示装置などの制御素子として用いることが可能となる。
【００３３】
例えば、前記ゲート絶縁膜１３を構成する材料の例としては、可溶性ポリイミド、シクロブタン型ポリイミド、ベンゾフェノン型ポリイミド、ＢＰＤＡ／ＤＰＥポリイミド、アゾベンゼンを主鎖に含むポリイミド、長鎖アルキル基を含むポリイイミド、含フッ素ポリイミド、液晶性ポリイイミド、また、シンナモイル基、クマリン基、カルコン基、アゾ基のいずれか１つ以上の官能基を有する高分子材料、フィニルマレイミド−スチレン骨格を有する高分子材料、ポリメタクリレート主鎖を有する高分子材料、ポリビニルルシナメート樹脂、ポリパラキシレン樹脂、ポリメチルメタクリート樹脂、フッ素を含有する高分子材料、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリアミド、エポキシアクリレート、ポリアクリロニトリル、ジフェニルエーテルフェノール樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンソイミダゾール、ポリビニルシロキサン、シアノエチルプルテン、パリレン、およびＰＭＭＡからなる群から選択されたいずれか１つの材料、あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。また、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯｘ、ＨｆＡｌＯｘ、ＨｆＳｉＯＮ、Ｌａ２Ｏ３、ＢａｘＺｒ１−ｘＴｉＯ３などの酸化物系あるいは窒化物系の無機材料のいずれかからなる材料か、またはこれらの混合物を用いてもよい。
【００３４】
また、前記ゲート絶縁膜１３を構成することが可能である上記の材料のうち、前記第１のゲート絶縁膜１３ａに用いる材料としては比誘電率が高い材料が好ましく、例えば、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、および、ＢａｘＺｒ１−ｘＴｉＯ３、よりなる群より選ばれるいずれか１つの材料、またはこれらの混合物を用いることが特に好ましい。
【００３５】
また、前記ゲート絶縁膜１３を構成することが可能である上記の材料のうち、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂに用いる材料としては、接触角が大きい材料が好ましく、例えば、ハイドロフルオロエーテル、チオール、アミノシラン、シクロブタン型ポリイミド、ＢＰＤＡ／ＤＰＥポリイミド、長鎖アルキル基を含むポリイミド、フッ素系ポリイミド、ポリバラキシレン樹脂、フッ素を含有する高分子材料、および、パリレン、よりなる群より選ばれるいずれか１つの材料、またはこれらの混合物を用いることが特に好ましい。
【００３６】
また、図１には、前記ゲート絶縁膜１３が、第１のゲート絶縁膜１３ａと前記第２のゲート膜１３ｂを有する有機トランジスタを例にとって説明したが、本発明はこの構造に限定されるものではなく、例えば、次に図２に示すように、前記ゲート絶縁膜が、さらに多層の絶縁膜からなる構造としてもよい。
【００３７】
図２は、図１に示した前記ゲート絶縁膜１３の、別の構成例を模式的に示した図である。図２に示すゲート絶縁膜は、ｎ層（ｎは２以上の整数）の絶縁膜からなり、第１のゲート絶縁膜Ｄ１から、任意の層数のゲート絶縁膜が積層され、例えば、第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎまで、ｎ層積層されて構成されている。この場合、第１のゲート絶縁膜Ｄ１の比誘電率をε１、厚さをｄ１、接触角をα１とし、第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎの比誘電率をεｎ、厚さをｄｎ、接触角をαｎとする。また、この場合、第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎが有機半導体膜に接する側であり、第１のゲート絶縁膜Ｄ１がゲート電極に接する側に形成される。
【００３８】
本図に示す多層構造を有するゲート絶縁膜の場合、第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎの接触角αｎが、当該第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎの下層、すなわちゲート電極側に形成されるゲート絶縁膜の接触角より大きいことが好ましく、また多層に形成されるゲート絶縁膜のうち、有機半導体膜に接触する、当該第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎの接触角αｎが最も大きいことがより好ましい。この場合に有機半導体膜の配向性が良好となる。
【００３９】
また、当該第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎの下層、すなわち、前記第１のゲート絶縁膜Ｄ１〜第（ｎ−１）のゲート絶縁膜Ｄｎ−１のうち、少なくとも１層は、例えば、第ｍ（ｍは１≦ｍ≦（ｎ−１）となる整数）のゲート絶縁膜Ｄｍは、当該第ｎのゲート絶縁膜Ｄｎより比誘電率が大きいことが好ましく、この場合にキャリアの移動度が大きくなる。また、比誘電率が大きいゲート絶縁膜の厚さが厚いことがより好ましく、この場合にキャリアの移動度が大きくなる。また、さらに、前記第１のゲート絶縁膜Ｄ１〜第（ｎ−１）のゲート絶縁膜Ｄｎ−１のうち、比誘電率が最も大きいゲート絶縁膜の厚さが、前記第１のゲート絶縁膜Ｄ１〜第（ｎ−１）のゲート絶縁膜Ｄｎ−１のうちで最も厚いことが好ましい。
【００４０】
また、複数の絶縁層からなるゲート絶縁膜を構成した場合、例えば、形成される絶縁層の平坦度を改善するための層や、密着力を向上させるための層を挿入するなど、様々な構成を任意に形成することが可能である。
【００４１】
また、例えば、前記基板１１を形成する材料としては、ポリカーボネート樹脂以外でも例えばポリエステル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、アクリル系ＵＶ硬化材料などを用いることが可能である。また、例えば、液晶表示装置などにおいて、対向する２枚の基板をともに樹脂材料などの有機材料で形成した場合、表示装置を折り曲げるなどフレキシブルな特性を持たせることが可能になる。また、前記基板１１を、石英、ガラス、シリコンなどの無機材料で形成することも可能である。
【００４２】
また、前記有機半導体膜１４に用いる材料としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ルブレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、オリゴフェニレン（n-phenyl:n=2-12）、オリゴチオフェン（n-thiophenyl:n=2-12）、銅フタロシアニン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（２，５−チェニレンビニレン）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、フルオレン−チオフェンコポリマー、およびこれらのフッ素化物、ならびにこれらの誘導体を真空蒸着法により形成した材料、よりなる群より選択されるいずれか１つの材料、またはこれらの混合物を用いることが可能である。
【００４３】
また、例えば、前記ソース電極１５およびドレイン電極１６は、金、白金、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウムなどの金属、あるいはそれらの合金、およびポリシリコン、アモルファスシリコン、グラファイト、錫添加酸化インジウム、酸化亜鉛、導電性高分子のいずれかの材料からなる膜を、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタ法、または印刷法により作成し、電極パターンを形成することにより、形成することができる。
【００４４】
次に、図１に示した有機トランジスタを形成して動作確認を行った具体的な例を以下に示す。
【００４５】
まず、前記基板１１上に、前記ゲート電極１２として、膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍのアルミニウム膜を、ＲＦスパッタリング法で作成した。また、ゲート電極の材料はアルミニウムに限定されず、例えば、チタン、タンタル、またはジルコニウムのいずれかを用いてもよい。また、ゲート電極の形成方法はＲＦスパッタリング法に限定されず、例えば、電子ビーム蒸着法、または真空蒸着法により形成してもよい。
【００４６】
次に、全芳香族ポリイミド（比誘電率３．４、接触角７０〜８０°）からなる第１のゲート絶縁層１３ａを、スピンコート法で、均一に、膜厚が２００ｎｍとなるように形成した。また、形成方法はスピンコート法に限定されず、例えばディップコート法、キャスティング法、印刷法のいずれかの方法を用いてもよい。形成された膜は、１８０℃で１時間ベーキングされてポリイミド化された。
【００４７】
次に、当該第１のゲート絶縁層１３ａ上に、フッ素ポリイミド（比誘電率２．６、接触角９０〜１００°）からなる第２のゲート絶縁層１３ｂを、スピンコート法で、均一に、膜厚が８０ｎｍとなるように形成した。また、形成方法はスピンコート法に限定されず、例えばディップコート法、キャスティング法、印刷法のいずれかの方法を用いてもよい。形成された膜は、１８０℃で１時間ベーキングされてポリイミド化された。
【００４８】
次に、真空蒸着法により、ペンタセンからなる前記有機半導体膜１４を形成した。
【００４９】
さらに、当該有機半導体膜１４上に、当該有機半導体膜１４に接続されるソース電極１５およびドレイン電極１６を形成し、図１に示す有機トランジスタ１０の、構成例１を構成した。当該構成例１による有機トランジスタ１０の移動度特性を測定したところ、移動度は、１．５ｃｍ２／Ｖｓであり、本実施例による有機トランジスタの移動度が高いことが確認された。
【００５０】
また、前記構成例１による有機トランジスタを形成する場合において、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成せず、前記有機半導体膜１４が、前記第１のゲート絶縁膜１３ａに接するように構成して、構成例２による有機トランジスタを形成した。当該構成例２による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は０．０１ｃｍ２／Ｖｓであった。このため、構成例１と構成例２の移動度の比較より、前記第１のゲート絶縁膜１３ａより、接触角が大きい前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成したことで、前記有機半導体膜１４の配向性が良好となり、移動度が向上する効果が確認された。また、第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成したことによる効果は、移動度の向上のみならず、例えば第１のゲート絶縁膜に形成されたピンホールなどの欠陥が保護されるため、トランジスタのリーク電流が抑制されることが確認された。
【００５１】
次に、前記構成例１による有機トランジスタを形成する場合において、前記第１のゲート絶縁膜１３ａを変更した、構成例３による有機トランジスタを形成した。この場合、当該第１のゲート絶縁膜１３ａ以外の構成は前記構成例１の場合と同様とした。当該構成例３によるトランジスタでは、第１のゲート絶縁膜１３ａとして、ＢａｘＺｒ１−ｘＴｉＯ３（比比誘電率１７．３、接触角７８°）を、マグネトロンスパッタ法により、膜厚が２００ｎｍとなるように形成した。当該構成例３による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は２．０ｃｍ２／Ｖｓとなり、前記構成例１との移動度の比較より、前記第１のゲート絶縁膜１３ａの比誘電率を高くしたことによる移動度の向上の効果が確認された。このように、前記第１のゲート絶縁膜１３ａの比誘電率が高いほど、移動度の向上の効果が大きくなる。本発明では、従来困難であった、比誘電率が高いゲート絶縁膜を用いながら、さらに有機半導体膜の配向性を良好とすることを可能とし、高い移動度を得ることが可能となっている。
【００５２】
また、当該構成例３による有機トランジスタを形成する場合において、前記第１のゲート絶縁膜１３ａと、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂの膜厚を変更した、構成例４による有機トランジスタを形成した。当該構成例４による有機トランジスタでは、前記ゲート絶縁膜１３ａの膜厚を８０ｎｍ、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂの膜厚を２００ｎｍとした。すなわち、ゲート絶縁膜１３の全体の膜厚を前記構成例３の場合と同じとしながら、比誘電率の高い、前記第１のゲート絶縁膜１３ａの占める膜厚の割合を小さくした。そこで、当該構成例４による移動度を測定したところ、移動度は０．５ｃｍ２／Ｖｓであった。このため、構成例３と構成例４の比較より、より比誘電率の高いゲート絶縁膜（本構成例の場合は前記第１のゲート絶縁膜１３ａ）の厚さが、ゲート絶縁膜全体の膜厚に対して大きくなるように形成することが、移動度を向上させるために好適であることが確認された。
【００５３】
次に、前記構成例１による有機トランジスタを形成する場合において、ゲート絶縁膜に用いる材料を変更した例として、前記第１のゲート絶縁膜１３ａとして、ポリビニルアルコール（比誘電率７．８、接触角４０°）を膜厚が１００ｎｍとなるように形成し、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂとして、フッ素系高分子材料である、ハイドロフルオロエーテル（比誘電率２．６、接触角１１２°）を、膜厚が１０ｎｍとなるように形成した、構成例５による有機トランジスタを形成した。当該構成例５による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は、１．０ｃｍ２／Ｖｓであり、移動度が高いことが確認された。
【００５４】
また、当該構成例５による有機トランジスタを形成する場合において、前記第１のゲート絶縁膜１３ａと、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを入れ替えた構成となる、構成例６による有機トランジスタを構成した。すなわち、前記第１のゲート絶縁膜１３ａとして、フッ素系高分子材料である、ハイドロフルオロエーテル（比誘電率２．６、接触角１１２°）を膜厚が１０ｎｍとなるように形成し、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂとして、ポリビニルアルコール（比誘電率７．８、接触角４０°）を膜厚が１００ｎｍとなるように形成した。
【００５５】
当該構成例６による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は０．０１ｃｍ２／Ｖｓであった。このため、構成例５と構成例６の移動度の比較より、前記第１のゲート絶縁膜１３ａより、接触角が大きい前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成したことで、前記有機半導体膜１４の配向性が良好となり、移動度が向上する効果が確認された。
【００５６】
次に、前記構成例１による有機トランジスタを形成する場合において、さらに、ゲート絶縁膜に用いる材料を変更した例として、前記第１のゲート絶縁膜１３ａとして、Ｔａ２Ｏ５（比誘電率２５、接触角８０°）を膜厚が１００ｎｍとなるように形成し、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂとして、ポリイミド膜ＣＢＤＡ／ＢＡＰＰ（比誘電率３．２、接触角９０°）を、膜厚が８０ｎｍとなるように形成した、構成例７による有機トランジスタを形成した。当該構成例７による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は、０．１ｃｍ２／Ｖｓであった。また、ＣＢＤＡ／ＢＡＰＰの化学式を、以下に示す。
【００５７】
【化１】
2006173532.tif 000003
次に、前記構成例７による有機トランジスタを形成する場合において、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを形成後、紫外線（波長３８０ｎｍ以下、照射エネルギー１Ｊ／ｃｍ２）照射の処理を行った、構成例８による有機トランジスタを形成した。
【００５８】
当該構成例８による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は２ｃｍ２／Ｖｓとなり、前記構成例７によるトランジスタより向上した。このため、構成例７と構成例８の移動度の比較より、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂに紫外線を照射したことで、当該第２のゲート絶縁膜１３ｂ上に形成される有機半導体膜の配向性が良好となり、移動度が向上する効果が確認された。
【００５９】
次に、構成例８による有機トランジスタを形成する場合において、ゲート絶縁膜に用いる材料を変更した例として、前記第１のゲート絶縁膜１３ａとして、全芳香族ポリイミド（比比誘電率３．４、接触角７０〜８０°）を膜厚が１００ｎｍとなるように形成し、構成例９による有機トランジスタを形成した。当該構成例９による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は、１．０ｃｍ２／Ｖｓであり、移動度が高いことが確認された。
【００６０】
次に、前記構成例９による有機トランジスタを形成する場合において、前記第１のゲート絶縁膜１３ａを形成後、紫外線（波長３８０ｎｍ以下、照射エネルギー１Ｊ／ｃｍ２）照射の処理を行った、構成例１０による有機トランジスタを形成した。この場合、前記第１のゲート絶縁膜１３ａに紫外線照射を行った後の、当該第１のゲート絶縁膜１３ａの比誘電率が、３．８に増大したことが確認された。また、当該構成例１０による有機トランジスタの移動度を測定したところ、移動度は１．５ｃｍ２／Ｖｓと向上した。このため、構成例９と構成例１０の移動度の比較より、前記第１のゲート絶縁膜１３ａに紫外線を照射したことで、当該第１のゲート絶縁膜１３ａの誘電率が増大し、そのために移動度が向上したことが確認された。
【００６１】
また、ゲート絶縁膜に用いる材料は、上記の場合に限定されず、必要に応じて様々な材料を用いることが可能であり、また様々な表面処理、熱処理などの必要な処理を行って、所望の特性として用いることが可能である。
【００６２】
また、図１に示した有機トランジスタの構造は、本発明の一例であり、図１に示した場合に限定されず、例えば以下に示すように、様々に変形・変更して用いることが可能であり、本実施例中に記載した場合と同様の効果を奏する。
【実施例２】
【００６３】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示した有機トランジスタ１０の変形例を示す断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６４】
まず、図３（Ａ）を参照するに、本図に示す有機トランジスタ１０Ａは、前記基板１１上に、当該基板１１の表面を覆うバリア層１７が形成されている。当該バリア層１７は、例えば、ＲＦスパッタリング法で形成された、厚さが８０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のシリコン酸化膜からなり、基板から有機トランジスタの方へ水やガスが透過してくることを防止する効果を奏する。また、当該バリア層１７を構成する材料は酸化シリコン膜に限定されず、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、ＩＴＯなどの無機材料を用いることが好ましいが、ポリイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリパラキシレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などの高分子材料を用いてもよく、これらの積層構造としてもよい。
【００６５】
また、さらに、図３（Ｂ）に示すように、前記基板１１の裏面、すなわちトランジスタが形成される面と反対側の面に、さらにバリア層１８を設けてもよい。この場合、前記バリア層１８には、前記パリア層１７に用いた材料と同様の材料を用いることが可能であり、さらに、基板から有機トランジスタの方へ水やガスが透過してくることを防止する効果が大きくなる。
【実施例３】
【００６６】
また、図１に示す有機トランジスタ１０は、図４に示すように構成することも可能である。図４は、図１に示した有機トランジスタ１０の別の変形例であるトランジスタ１０Ｂの断面を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
図４を参照するに、本実施例による有機トランジスタ１０Ｂは、前記基板１１、前記ゲート電極１２、および、前記第１のゲート絶縁膜１３ａと前記第２のゲート絶縁膜１３ｂからなる前記ゲート絶縁膜１３の構造は、図１に示した有機トランジスタ１０の場合と同様である。
【００６８】
本実施例の場合、ソース電極１５およびドレイン電極１６が、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂ上に形成され、さらに、当該ソース電極１５およびドレイン電極１６と、前記第２のゲート絶縁膜１３ｂを覆うようにして、有機半導体膜１４Ａが形成されている。また、この場合、当該有機半導体膜１４Ａは、図１に示した前記有機半導体膜１４と同様の材料を用いて、同様の製法にて形成することが可能である。本実施例の場合にも、図１に示した有機トランジスタの場合と同様の効果を奏する。
【実施例４】
【００６９】
また、図５（Ａ）、（Ｂ）は、図４に示す有機トランジスタ１０Ｂに、バリア層を形成した例を示す断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
図５（Ａ）に示す有機トランジスタ１０Ｃは、図３（Ａ）に示した前記有機トランジスタ１０Ａと同様に、前記基板１１上に、当該基板１１の表面を覆うバリア層１７が形成されている。当該バリア層１７は、当該有機トランジスタ１０Ａの場合と同様の構造を有し、基板から有機トランジスタの方へ水やガスが透過してくることを防止する効果を奏する。
【００７１】
また、図５（Ｂ）に示すように、前記基板１１の裏面、すなわちトランジスタが形成される面と反対側の面に、さらにバリア層１８を設けてもよい。この場合、前記バリア層１８には、前記パリア層１７に用いた材料と同様の材料を用いることが可能であり、さらに、基板から有機トランジスタの方へ水やガスが透過してくることを防止する効果が大きくなる。
【００７２】
また、有機トランジスタの構造は、図１、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４、および図５（Ａ）、（Ｂ）に示した構造に限定されるものではなく、様々に変形・変更して本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１による有機トランジスタを模式的に示した断面図である。
【図２】図１の有機トランジスタに用いるゲート絶縁膜の構成の例を模式的に示した図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、図１の有機トランジスタの変形例を示す図（その１）である。
【図４】図１の有機トランジスタの変形例を示す図（その２）である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、図４の有機トランジスタの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  有機トランジスタ
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１３ａ  第１のゲート絶縁膜
１３ｂ  第２のゲート絶縁膜
１４  有機半導体膜
１５  ソース電極
１６  ドレイン電極
１７，１８  バリア層
【図１】
2006173532.tif 000004
【図２】
2006173532.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006173532.tif 000007
【図５】
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