(57)【要約】【課題】基板の表面に溶液を塗布して乾燥させることにより有機半導体層を形成してなる有機トランジスタであって、有機半導体層の形成工程にて生じる液戻りによる特性低下を抑制した有機トランジスタおよびその製造方法を実現する。【解決手段】基板１０の一面１０ａ上に、ゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、有機半導体層４０、ソース電極５０、ドレイン電極６０とを備え、有機半導体層４０の下地となる複数の親液性領域１１、３１、５１、６１とこれらを囲む撥液性領域１２、３２、５２、６２とが形成された有機トランジスタとする。このような構成において、有機半導体層４０を構成するチャネル部４１とチャネル隣接部４２が、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃへ向かう直線方向に沿って配置されつつ、前記撥液性領域により分断されている。当該有機トランジスタの製造方法は、チャネル部４１とチャネル隣接部４２との分断幅を調整することを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、前記一面側に形成されたゲート電極（２０）、ゲート絶縁層（３０）、有機半導体層（４０）、ソース電極（５０）、ドレイン電極（６０）とを備え、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが、前記基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かう直線方向に沿って対面するように互いに離れて設けられると共に、前記一面に対する法線方向から見て、前記ゲート電極の両端に対応する位置に形成された有機トランジスタであって、
前記基板の上には、複数の親液性領域（１１、３１、５１、６１）と前記親液性領域を囲む撥液性領域（１２、３２、５２、６２）とが形成され、
前記有機半導体層は、前記親液性領域上に形成され、チャネル領域を有するチャネル部（４１）と前記チャネル部から前記撥液性領域を隔てて配置されたチャネル隣接部（４２）とにより構成され、
前記チャネル部は、前記チャネル隣接部と共に、前記直線方向に沿って並ぶように配置されると共に、前記法線方向から見て、前記直線方向に沿って前記ソース電極と前記ドレイン電極とを繋ぐように形成され、
前記チャネル隣接部は、前記有機半導体層のうち前記直線方向における端部に配置されている有機トランジスタ。
【請求項２】
前記チャネル部と前記チャネル隣接部との前記直線方向における隙間を分断幅として、分断幅が５μｍ以下である請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記一面に平行な平面上であって前記直線方向に対して垂直方向における前記チャネル部の幅をチャネル部幅とし、前記垂直方向における前記チャネル隣接部の幅をチャネル隣接部幅として、チャネル隣接部幅がチャネル部幅以上である請求項１また２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、前記一面側に形成されたゲート電極（２０）、ゲート絶縁層（３０）、有機半導体層（４０）、ソース電極（５０）、ドレイン電極（６０）とを備え、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが、前記基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かう直線方向に沿って対面するように互いに離れて設けられ、前記一面に対する法線方向から見て、前記ゲート電極の両端に対応する位置に形成されると共に、複数の親液性領域（１１、３１、５１、６１）と前記親液性領域を囲む撥液性領域（１２、３２、５２、６２）とが前記基板の上に設けられ、前記有機半導体層が前記複数の親液性領域上に形成された有機トランジスタの製造方法であって、
前記基板の上に前記複数の親液性領域と前記撥液性領域とを形成することと、
前記基板の上に前記複数の親液性領域と前記撥液性領域とを形成した後に、前記複数の親液性領域上に前記有機半導体層を形成することと、を含み、
前記複数の親液性領域と前記撥液性領域とを形成することにおいては、前記親液性領域のうち前記直線方向における端部に形成される液戻り抑制領域（１１ｂ、３１ｂ）と前記液戻り抑制領域に前記撥液性領域を隔てて前記塗布方向に沿って隣接する素子形成領域（１１ａ、３１ａ）とにより構成される前記親液性領域を形成し、
前記有機半導体層を形成することにおいては、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料を含む溶液（８０）を吐出するノズル（７０）を用い、前記ノズルを前記基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かって前記溶液を吐出させながら移動させ、前記溶液を前記親液性領域上および前記撥液性領域上に塗布することにより、前記素子形成領域上にチャネル領域を有するチャネル部（４１）を形成しつつ、前記液戻り抑制領域上にチャネル隣接部（４２）を形成する有機トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記親液性領域を形成することにおいては、前記ノズルの移動方向を塗布方向とし、前記素子形成領域と前記液戻り抑制領域との前記塗布方向における隙間を分断幅として、分断幅を５μｍ以下とする請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記複数の親液性領域と前記撥液性領域とを形成することにおいては、前記一面に平行な平面上であって前記塗布方向に対して垂直方向を塗布垂直方向として、前記塗布垂直方向における幅が前記素子形成領域の前記塗布垂直方向における幅以上である前記液戻り抑制領域を形成し、
前記有機半導体層を形成することにおいては、前記塗布垂直方向における幅が前記垂直方向における前記チャネル部の幅以上である前記チャネル隣接部を形成する請求項４または５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記一面上に前記ゲート電極を形成することと、
前記ゲート電極上に前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁層を形成することと、
前記有機半導体層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することと、を含み、
前記親液性領域および前記撥液性領域を形成することにおいては、前記ゲート絶縁層上に、前記親液性領域および前記撥液性領域を形成する請求項４から６のいずれか１つに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記一面上に前記ゲート電極を形成することと、
前記ゲート電極上に前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁層を形成することと、
前記ゲート絶縁層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することと、を含み、
前記親液性領域および前記撥液性領域を形成することにおいては、前記ゲート絶縁層上、前記ソース電極上およびに前記ドレイン電極上に、前記親液性領域および前記撥液性領域を形成する請求項４から６のいずれか１つ記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記有機半導体層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することと、
前記有機半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆う前記ゲート絶縁層を形成することと、
前記ゲート絶縁層上に前記ゲート電極を形成することと、を含み、
前記親液性領域および前記撥液性領域を形成することにおいては、前記一面上に、前記親液性領域および前記撥液性領域を形成する請求項４から６のいずれか１つ記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記一面上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することと、
前記有機半導体層上に前記ゲート絶縁層を形成することと、
前記ゲート絶縁層上に前記ゲート電極を形成することと、を含み、
前記親液性領域および前記撥液性領域を形成することにおいては、前記一面上、前記ソース電極上およびに前記ドレイン電極上に、前記親液性領域および前記撥液性領域を形成する請求項４から６のいずれか１つ記載の有機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、基板の表面に溶液を塗布して乾燥させることにより有機半導体層を形成してなる有機トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の有機トランジスタとしては、基板と、基板の表面に形成され、一端から他端に向かって配置されたライン状のパターンをなす有機半導体層と、を備えたものが提案されている。
【０００３】
例えば、ライン状のパターンとされる有機半導体層は、表面に親液性領域と該親液性領域を囲む撥液性領域とが形成された基板に有機半導体材料の溶液を塗布することによって、形成される。具体的には、有機半導体層は、例えばノズルを用いて、親液性領域および撥液性領域上にて当該基板の一端から他端に向かう方向に溶液を塗布して乾燥させることにより、当該方向に沿って延びるように形成された親液性領域上に形成される。この場合、有機半導体層は、一端側を溶液の塗布の開始端とし、他端側を塗布の終端として、例えばライン状に形成される。そして、有機半導体層の平面形状は、基板の法線方向から見て、親液性領域の外郭形状により実質的に規定される。
【０００４】
ここで、ノズルから有機半導体材料を含む溶液を吐出させながら、親液性領域と撥液性領域とを跨ぐようにライン状に有機半導体材料を含む溶液を塗布する場合について検討する。親液性領域と撥液性領域とを跨ぐように塗布された溶液には、溶液と撥液性領域との相互作用に比べて溶液と親液性領域との相互作用のほうが大きいため、該溶液のうち撥液性領域上に塗布された部分から親液性領域に塗布された部分へと向かう液滴駆動力が生じる。有機半導体層の結晶性は、塗布された溶液の流動状態や溶媒の乾燥などに左右されるため、この溶液に生じる液滴駆動力により大きな影響を受ける。
【０００５】
具体的には、有機半導体層のうち溶液の塗布の開始端側においては、溶液に生ずる液滴駆動力の方向がノズルの移動方向と同じであるため、溶液の流動状態や溶媒の乾燥が安定しやすく、その結晶性が悪化しにくい。これに対して、有機半導体層のうち溶液の塗布の終端側の領域、すなわち終端領域については、溶液に生ずる液滴駆動力の方向がノズルの移動方向と反対方向であるため、溶液の一部がノズルの移動方向の逆方向に向かって流動する液戻りが生じる。そのため、一度乾燥した領域に液戻りした溶液の一部が流れ込み、有機半導体材料の再溶解や再乾燥が生じるため、液戻りが生じた領域における溶液の流動状態や溶媒の乾燥は不安定となる。その結果、有機半導体層のうち液戻りが生じた領域は、結晶性が悪化してしまう。
【０００６】
このような課題を解決するため、例えば特許文献１に記載の有機トランジスタが挙げられる。特許文献１に記載の有機トランジスタは、基本的には、上記のような構成とされているが、それに加えて、液戻りによる結晶性の悪化を抑制するために有機半導体層のうち終端領域が、塗布の終端側に向かうにつれて先細りする形状とされている。
【０００７】
これにより、液戻りが発生する領域の面積を最小限に留めることができ、有機半導体層のうちチャネル領域における結晶性の悪化を抑えた有機トランジスタとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１１１２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献1に記載の有機トランジスタは、有機半導体層のうち終端領域における形状が先細りする形状に限定されてしまう。また、本発明者らが特許文献1に記載の有機トランジスタの微細化について検討したところ、有機半導体層の面積が小さくなるほど液戻りによる影響が大きく、有機半導体層のうちチャネル領域における結晶性の悪化を抑制することが困難であることが判明した。液戻りの発生により、有機半導体層のうちチャネル領域における結晶性の悪化が生じると、有機トランジスタの特性低下が生じる。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、有機半導体層のうち終端領域の形状の自由度が高く、微細化しつつも、液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の有機トランジスタは、一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、一面側に形成されたゲート電極（２０）、ゲート絶縁層（３０）、有機半導体層（４０）、ソース電極（５０）、ドレイン電極（６０）とを備え、ソース電極とドレイン電極とが、基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かう直線方向に沿って対面するように互いに離れて設けられると共に、一面に対する法線方向から見て、ゲート電極の両端に対応する位置に形成されている。このような構成において、基板の上には、複数の親液性領域（１１、３１、５１、６１）と親液性領域を囲む撥液性領域（１２、３２、５２、６２）とが形成され、有機半導体層は、親液性領域上に形成され、チャネル領域を有するチャネル部（４１）とチャネル部から撥液性領域を隔てて配置されたチャネル隣接部（４２）とにより構成され、チャネル部は、チャネル隣接部と共に、直線方向に沿って並ぶように配置されると共に、法線方向から見て、直線方向に沿ってソース電極とドレイン電極とを繋ぐように形成され、チャネル隣接部は、有機半導体層のうち直線方向における端部に配置されている。
【００１２】
これにより、有機半導体層を微細化しつつも、有機半導体層の塗布工程における液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタとなる。
【００１３】
請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法は、一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、一面側に形成されたゲート電極（２０）、ゲート絶縁層（３０）、有機半導体層（４０）、ソース電極（５０）、ドレイン電極（６０）とを備え、ソース電極とドレイン電極とが、基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かう直線方向に沿って対面するように互いに離れて設けられ、一面に対する法線方向から見て、ゲート電極の両端に対応する位置に形成されると共に、複数の親液性領域（１１、３１、５１、６１）と親液性領域を囲む撥液性領域（１２、３２、５２、６２）とが基板の上に設けられ、有機半導体層が複数の親液性領域上に形成された有機トランジスタの製造方法であって、基板の上に複数の親液性領域と撥液性領域とを形成することと、基板の上に複数の親液性領域と撥液性領域とを形成した後に、複数の親液性領域上に有機半導体層を形成することと、を含む。このような製造方法において、複数の親液性領域と撥液性領域とを形成することにおいては、親液性領域のうち直線方向における端部に形成される液戻り抑制領域（１１ｂ、３１ｂ）と液戻り抑制領域に撥液性領域を隔てて塗布方向に沿って隣接する素子形成領域（１１ａ、３１ａ）とにより構成される親液性領域を形成し、有機半導体層を形成することにおいては、有機半導体層を構成する有機半導体材料を含む溶液（８０）を吐出するノズル（７０）を用い、ノズルを基板の一端（１０ｂ）から他端（１０ｃ）に向かって溶液を吐出させながら移動させ、溶液を親液性領域上および撥液性領域上に塗布することにより、素子形成領域上にチャネル領域を有するチャネル部（４１）を形成しつつ、液戻り抑制領域上にチャネル隣接部（４２）を形成する。  
【００１４】
これにより、チャネル部における液戻りを抑制することができ、フォトリソグラフィエッチング法によらずとも、有機半導体層を微細化しつつ、有機半導体層の形成工程における液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタを製造できる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の有機半導体層の配置を示す上面レイアウト図である。
【図２】第１実施形態の有機トランジスタの構造を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の有機トランジスタの製造工程のうち親液性領域および撥液性領域の形成工程を示す図である。
【図４】第１実施形態の有機トランジスタの製造工程のうち有機半導体層の形成工程を示す図である。
【図５】親液性領域における有機半導体層の形成工程を示す図である。
【図６】撥液性領域における有機半導体層の形成工程を示す図である。
【図７】チャネル部とチャネル隣接部との配置例を示す図である。
【図８】異なる分断幅ごとのチャネル部における液戻り幅を示す図である。
【図９】他の実施形態の有機トランジスタにおけるチャネル部およびチャネル隣接部の配置例を示す断面図である。
【図１０】他の実施形態の有機半導体層の配置例を示す上面レイアウト図である。
【図１１】他の実施形態の有機トランジスタの構造を示す断面図である。
【図１２】他の実施形態の有機半導体層の配置を示す上面レイアウト図である。
【図１３】他の実施形態の有機トランジスタの構造を示す断面図である。
【図１４】他の実施形態の有機半導体層の配置を示す上面レイアウト図である。
【図１５】他の実施形態の有機トランジスタの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図１〜図８を参照して述べる。本実施形態の有機トランジスタは、例えば自動車などの車両に搭載されるトランジスタ装置等として適用されるものである。
【００１９】
図１では、本実施形態の有機トランジスタにおける有機半導体層の配置を分かり易くするために、後述する基板１０、ゲート電極２０を省略した簡略図を示している。図２では、図１に示した一点鎖線ＩＩ−ＩＩ間の断面構成について示している。図４では、後述する有機半導体層４０の形成工程を分かり易くするため、親液性領域３１および撥液性領域３２、有機半導体層４０およびこれを構成する有機半導体材料を含む溶液８０、当該溶液を吐出するノズル７０以外の構成については省略している。図５では、図４に示した一点鎖線Ｖ−Ｖ間の断面構成について示している。図６では、図４に示した一点鎖線ＶＩ−ＶＩ間の断面構成について示している。図７では、有機半導体層４０の配置について分かり易くするため、撥液性領域３２および後述するチャネル部４１とチャネル隣接部４２とによりなる有機半導体層４０以外の構成については省略している。
【００２０】
本実施形態の有機トランジスタは、図１もしくは図２に示すように、一面１０ａを有する基板１０と、一面１０ａ上に形成されたゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、有機半導体層４０、ソース電極５０およびドレイン電極６０とを有してなる。
【００２１】
このような構成において、親液性領域３１と親液性領域３１を囲む撥液性領域３２とが、ゲート絶縁層３０のうちゲート電極２０と反対側の面である表面３０ａ上に設けられている。親液性領域３１は、後述する素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとにより構成されている。有機半導体層４０は、図１もしくは図２に示すように、親液性領域３１上に設けられている。そして、有機半導体層４０は、素子形成領域３１ａ上に設けられ、チャネル領域を有するチャネル部４１と、液戻り抑制領域３１ｂ上に設けられ、チャネル部４１に隣接するチャネル隣接部４２とにより構成されている。チャネル部４１とチャネル隣接部４２は、本実施形態では、図１に示すように、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃへ向かう方向に沿って並ぶように設けられている。そして、チャネル部４１とチャネル隣接部４２は、基板１０の一面１０ａに対する法線方向（以下「一面法線方向」という）から見て、撥液性領域３２により隔てられると共に、撥液性領域３２により囲まれている。
【００２２】
本実施形態の有機トランジスタは、図２に示すように、有機半導体層４０のうちチャネル部４１が設けられた領域においてボトムゲートトップコンタクト構造とされている。なお、本実施形態の有機トランジスタは、図１、図２には図示しない保護層やトランジスタの回路配線などが設けられていてもよい。
【００２３】
基板１０は、一面１０ａを有し、例えば無アルカリガラスなどの板やポリイミドなどのフィルムといった板状もしくはフィルム状の基板などにより構成されている。基板１０は、本実施形態では、図１に示すように、一端１０ｂと他端１０ｃとを有する矩形状とされているが、矩形状に限らず、円形状、楕円形状、多角形状などであってもよく、他の形状であってもよい。なお、基板１０は、リジットな基板とされてもよいし、フレキシブルな基板とされてもよい。
【００２４】
ゲート電極２０は、本実施形態では、図２に示すように、基板１０の一面１０ａ上に、所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されている。このゲート電極２０は、例えば金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料により構成されている。
【００２５】
ゲート絶縁層３０は、本実施形態では、図２に示すように、ゲート電極２０を覆うようにゲート電極２０上に形成されたものである。ゲート絶縁層３０の表面３０ａは、平坦面としてもよいし、ゲート電極２０の形状に沿って覆うように形成してもよい。ゲート絶縁層２０は、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）などの無機金属酸化物などによって構成されている。
【００２６】
親液性領域３１は、本実施形態では、基板１０の表面上に形成され、例えば親液性の自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、すなわち親液ＳＡＭを形成する３−フェニルプロピルホスホン酸などのホスホン酸誘導体などにより構成されている。親液性領域３１は、有機半導体層４０を形成するための下地層であり、例えば親液ＳＡＭ材料を含む溶液に浸漬されることにより形成される。
【００２７】
親液性領域３１は、有機半導体層４０のうちチャネル領域を有するチャネル部４１の下地となる素子形成領域３１ａと素子形成領域３１ａにおける有機半導体層４０の形成工程での液戻りを抑制する下地である液戻り抑制領域３１ｂとにより構成されている。これらの詳細については、有機半導体層４０の形成工程での説明にて述べる。
【００２８】
素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂは、図１に示すように、一面法線方向から見て、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃに向かう方向（以下「直線方向」という）に沿って、互いに離れて並ぶように形成されている。素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂは、撥液性領域３２を隔てて直線方向に沿って並ぶように配置されると共に、隣接する撥液性領域３２より囲まれている。
【００２９】
なお、親液性領域３１は、一面法線方向から見て、例えば矩形状とされているが、これに限らず、台形状や扇形状とされてもよく、他の形状とされていてもよい。
【００３０】
撥液性領域３２は、本実施形態では、親液性領域３１と共に基板１０の表面上に形成され、例えば撥液性のＳＡＭ、すなわち撥液ＳＡＭを形成するオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）などのホスホン酸誘導体などにより構成されている。撥液性領域３２は、後述する有機半導体層４０の形成工程において有機半導体材料を含む溶液が親液性領域３１からはみ出して広がるのを防ぐための下地層であり、例えば撥液ＳＡＭ材料を含む溶液に浸漬されることにより形成される。撥液性領域３２は、一面法線方向から見て、各親液性領域３１を囲むように形成され、各親液性領域３１を区画している。
【００３１】
ここで、親液性領域３１および撥液性領域３２となる基板１０の上とは、本実施形態では、ゲート電極２０およびゲート絶縁層３０を形成した後の基板１０の上、すなわちゲート絶縁層３０の表面３０ａである。
【００３２】
有機半導体層４０は、本実施形態では、親液性領域３１を下地として親液性領域３１上に形成されている。有機半導体層４０は、後述する有機半導体層４０の形成工程において親液性領域３１の外郭形状により規定されるため、親液性領域３１の平面形状と実質的に同一とされる。例えば、有機半導体層４０の平面形状は、図１に示されるように、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃに向かって延び、幅を持ったライン状のパターンをなす。
【００３３】
有機半導体層４０は、図４〜図６に示すように、有機半導体層４０を構成する有機半導体材料を含む溶液、すなわちインク８０を、一端１０ｂから他端１０ｃに向かう方向、すなわち塗布方向Ｙに沿って塗布して乾燥させることにより形成される。
【００３４】
インク８０は、どのような種類のものを用いても構わないが、例えば有機半導体材料が０．０１〜１ｗｔ％を占めるように調製された溶液が用いられる。有機半導体材料としては、例えば２，７−ジオクチル［１］ベンゾチエノ［３，２−ｂ］［１］ベンゾチオフェン等の配向性に優れるヘテロアセン系材料が挙げられる。
【００３５】
なお、基板１０の表面にインク８０を塗布する際、基板１０の表面には、親液性領域３１と撥液性領域３２とが設けられているので、撥液性領域３２についてはインクが弾かれて塗布されず、親液性領域３１についてはインク８０が塗布される。詳細は、有機半導体層４０の形成工程での説明にて述べる。
【００３６】
有機半導体層４０は、本実施形態では、図１に示すように親液性領域３１上に形成され、チャネル部４１とチャネル隣接部４２とにより構成されている。なお、本実施形態の有機トランジスタは、図１に示すように、チャネル部４１およびチャネル隣接部４２をそれぞれ１つ有する領域を複数備える構成とされている。
【００３７】
チャネル部４１は、一面法線方向から見て、ソース電極５０とドレイン電極６０とを繋ぐように形成され、これらの両電極の間においてチャネルとして機能するチャネル領域を有する。チャネル部４１は、親液性領域３１のうち素子形成領域３１ａ上に形成されている。
【００３８】
なお、基板１０の一面１０ａに平行な平面上であって塗布方向Ｙに対して垂直な方向を塗布垂直方向として、塗布垂直方向におけるチャネル部４１の幅は、塗布垂直方向におけるチャネル隣接部４２の幅以下とされることが好ましい。これにより、チャネル部４１における有機半導体材料の結晶性悪化を抑制できるためである。詳細は、液戻り抑制効果についての説明にて述べる。なお、塗布方向Ｙにおけるチャネル隣接部４２の幅については、任意である。
【００３９】
言い換えると、塗布垂直方向における素子形成領域３１ａの幅については、塗布垂直方向における液戻り抑制領域３１ｂの幅以下とされることが好ましく、塗布方向Ｙにおける液戻り抑制領域３１ｂの幅については、任意である。
【００４０】
チャネル隣接部４２は、本実施形態では、一面法線方向から見て、撥液性領域３２を隔ててチャネル部４１に隣接する位置に形成されている。チャネル隣接部４２は、親液性領域３１のうち液戻り抑制領域３１ｂ上に形成されている。
【００４１】
具体的には、チャネル隣接部４２は、チャネル部４１が形成される素子形成領域３１ａのうちインク８０の塗布方向Ｙの終端側の領域におけるインク８０の液戻りを抑制するために設けられた液戻り抑制領域３１ｂ上に形成されている。なお、ここでいう「液戻り」とは、素子形成領域３１ａ上に塗布されたインク８０が、塗布方向Ｙの逆方向へと流動する現象を意味する。
【００４２】
ソース電極５０およびドレイン電極６０は、本実施形態では、図２に示すように有機半導体層４０の上に配置され、ゲート電極２０の両端と対応する位置に互いに離れて形成されている。ソース電極５０およびドレイン電極６０は、所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状とされ、Ａｕ、銀（Ａｇ）もしくは銅（Ｃｕ）などの電極材料によって構成されている。
【００４３】
次に、本実施形態の有機トランジスタの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。
【００４４】
まず、例えば無アルカリガラスなどからなる基板１０を用意する。その後、基板１０の表面にゲート電極２０の形成材料として、Ａｕなどの電極材料を、例えばシャドウマスクを用いて真空蒸着法などにより成膜する。続けて、必要に応じて、例えばフォトリソグラフィエッチング法によりパターニングしたゲート電極２０を形成する。そして、ゲート電極２０を覆うようにゲート絶縁層３０を例えば蒸着などの成膜法により形成する。
【００４５】
次に、ゲート絶縁層３０上に親液性領域３１と撥液性領域３２とを形成する。具体的には、例えばＯＤＰＡなどの撥液ＳＡＭ材料を含む溶液に図３（ａ）に示すゲート絶縁層３０を形成した基板１０を浸漬し、図３（ｂ）に示すようにゲート絶縁層３０上に撥液性領域３２を形成する。続けて、図３（ｃ）に示すように図示しないマスクを用いて部分的に紫外線Ｌを照射し、撥液性領域３２を構成する撥液ＳＡＭ材料の一部を分解して、図３（ｄ）に示すようにゲート絶縁層３０を撥液ＳＡＭ材料から部分的に露出させる。そして、例えば３−フェニルプロピルホスホン酸などの親液ＳＡＭ材料を含む溶液に図３（ｄ）に示す基板１０を浸漬することにより、露出したゲート絶縁層３０上に親液性領域３１を形成する。
【００４６】
このとき、２つの親液性領域３１、すなわち素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとが形成されるが、これらの２つの領域については、塗布方向Ｙに沿って並びつつ、塗布方向Ｙにおけるこれらの２つの領域の間隔が狭くなるように形成する。詳細は、液戻り抑制効果についての説明にて述べる。
【００４７】
次に、親液性領域３１および撥液性領域３２が形成されたゲート絶縁層３０上に例えばヘテロアセン系材料などによりなる有機半導体層４０を形成する。具体的には、図４に示すように、例えばノズル７０を用いて親液性領域３１上および撥液性領域３２上に有機半導体材料を含む溶液であるインク８０を吐出させながら、塗布方向Ｙに沿って移動させることにより、親液性領域３１上に有機半導体層４０を形成する。ノズル７０を用いた塗布法としては、例えばダイコート法やディスペンサー法などが挙げられる。
【００４８】
なお、ノズル７０は、例えば図５、図６に示すように、親液性領域３１側に向かうにつれて細くなる断面台形の錐体形状をなすものであって、親液性領域３１上にインク８０を吐出するための吐出口７１を有している。このノズル７０を構成する断面台形の錐体としては、四角錐等の角錐でもよいし、円錐であってもよい。
【００４９】
このとき、図５に示すように、親液性領域３１上に吐出されたインク８０は、親液性領域３１と相互作用するため、親液性領域３１のうちノズル７０が通過した領域に引きずられるような形となって、その表面積が大きくなる。そのため、表面積が大きくなった箇所のインク８０の蒸発速度が高くなって、塗布方向Ｙに沿ってインク８０の塗布開始場所から乾燥していく。このようにして、インク８０中の有機半導体材料が結晶化しながら析出することで、親液性領域３１上に有機半導体層４０が形成される。
【００５０】
これに対して、図６に示すように、撥液性領域３２上に吐出されたインク８０は、撥液性領域３２と相互作用しないため、インク８０の表面積が大きくなることなく、ノズル７０と共に移動する。そのため、有機半導体層４０は、撥液性領域３２上に形成されず、親液性領域３１の外郭形状と同一形状の有機半導体層４０が形成される。このような工程により、フォトリソグラフィエッチング法によらずとも、所定のパターン形状とされた有機半導体層４０が塗布法により形成される。
【００５１】
次に、有機半導体層４０の上に、Ａｕなどの電極材料よりなるソース電極５０およびドレイン電極６０を形成する。具体的には、有機半導体層４０上に例えばシャドウマスクを用いた真空蒸着法によって、Ａｕ膜を成膜してソース電極１６およびドレイン電極１７を形成する。
【００５２】
このようにして、ソース電極５０およびドレイン電極６０を形成したのち、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護層を成膜してもよい。なお、この場合、保護層は、有機トランジスタとして機能するチャネル部４１の領域およびその周辺を部分的に覆うか、もしくは基板１０の一面１０ａ側全体を覆うように形成される。このような製造方法により、本実施形態の有機トランジスタを製造することができる。
【００５３】
次に、本発明者らが、本実施形態の有機トランジスタに至った経緯について説明する。有機半導体層４０は、上記の製造工程でも説明したように、親液性領域３１上および撥液性領域３２上にインク８０を吐出して塗布することにより形成される。
【００５４】
ここで、親液性領域３１と撥液性領域３２との境界領域に吐出されたインク８０については、インク８０との相互作用が小さい撥液性領域３２からインク８０と相互作用する親液性領域３１へ向かう液滴駆動力が生じる。このとき、親液性領域３１のうち塗布方向Ｙの終端側については、インク８０に生じる液滴駆動力の向きが塗布方向Ｙの反対であるため、インク８０がこの液滴駆動力により塗布方向Ｙの逆方向へ流動するいわゆる液戻りが生じる。
【００５５】
液戻りが生じると、既に乾燥して有機半導体層４０が形成された領域にインク８０が流動することで、有機半導体層４０の再溶解および再結晶化が生じてしまう。つまり、液戻りが発生した領域における有機半導体層４０の結晶性が悪化し、有機トランジスタの移動度が低下し得る。
【００５６】
本発明者らが、この液戻りの抑制について検討したところ、親液性領域３１が微細化されるにつれて液戻りによる悪影響が大きくなることが判明した。例えば、親液性領域３１の有機半導体材料の塗布垂直方向における幅が１ｍｍ程度と比較的大きな場合については、特許文献１に記載の発明により液戻りの影響を抑制することができ、有機トランジスタの移動度低下を抑制できる。一方、親液性領域３１の有機半導体材料の塗布垂直方向における幅が５００μｍ以下となると、チャネル領域にまで液戻りが生じ、有機トランジスタの移動度が低下した。
【００５７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、素子を形成する親液性領域３１と別にこれに近接する親液性領域３１を設けた構成とすることで、親液性領域３１を微細化しつつも、液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタとなることおよびその製造方法を見出した。
【００５８】
具体的には、チャネル部４１を形成するための下地である素子形成領域３１ａと素子形成領域３１ａにおけるインク８０の液戻りを抑制するための液戻り抑制領域３１ｂとを親液性領域３１として形成する。そして、これらの２つの親液性領域３１ａ、３１ｂの間隔を調整した構成とすることで、親液性領域３１すなわち有機半導体層４０を微細化しつつも、液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタとなる。
【００５９】
次に、液戻り抑制領域３１ｂによるインク８０の液戻り抑制効果について、図７、図８を参照して具体的に説明する。
【００６０】
ここで、図７に示すように、チャネル部４１が形成される素子形成領域３１ａとチャネル隣接部４２が形成される液戻り抑制領域３１ｂとの領域の塗布方向Ｙにおける間隔を分断幅ｄ１とする。また、図７に示すように、素子形成領域３１ａでの液戻りの塗布方向Ｙにおける幅を液戻り幅ｄ２とする。図８では、素子形成領域３１ａおよび液戻り抑制領域３１ｂの塗布垂直方向における幅（以下「塗布幅」という。）を５００μｍに固定し、分断幅ｄ１を変えた際の液戻り幅ｄ２の変化について本発明者らが調べた結果を示している。また、素子形成領域３１ａおよび液戻り抑制領域３１ｂの塗布方向Ｙにおける幅については、１ｍｍとした。
【００６１】
図８に示すように、分断幅ｄ１を５０μｍとした場合には、液戻り幅ｄ２は、およそ６７〜１０１μｍであった。分断幅ｄ１を２０μｍとした場合には、液戻り幅ｄ２は、およそ２３〜６０μｍであった。分断幅ｄ１を１０μｍとした場合には、液戻り幅ｄ２は、およそ２２〜３１μｍであった。分断幅ｄ１を５μｍとした場合には、液戻り幅ｄ２は、およそ５〜６μｍであった。
【００６２】
この結果は、分断幅ｄ１を小さくすることにより、素子形成領域３１ａにおける液戻り幅ｄ２を小さくできることを示している。
【００６３】
これは、液戻り抑制領域３１ｂを設けることによって、撥液性領域３２のうち素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとの間の領域、すなわち分断領域３２ａ上に塗布されたインク８０に生じる液滴駆動力が分散するためであると考えられる。具体的には、分断領域３２ａ上のインク８０には、素子形成領域３１ａ側へ向かう液滴駆動力と液戻り抑制領域３１ｂ側へ向かう液滴駆動力とが生じ、後者の液滴駆動力が生じることにより、液戻りが抑制され、液戻り幅ｄ２が小さくなると考えられる。また、分断幅ｄ１を小さくするほど、分断領域３２ａの面積も小さくなり、分断領域３２ａ上のインク８０に生じる素子形成領域３１ａ側へ向かう液滴駆動力が低減され、液戻り幅ｄ２が小さくなると考えられる。
【００６４】
上記の推定メカニズムから、素子形成領域３１ａにおける液戻りを抑制するためには、素子形成領域３１ａから撥液性領域３２を隔てて液戻り抑制領域３１ｂを設けることと、分断幅ｄ１を所定の範囲以下とすることとが重要であると考えられる。言い換えると、これらの２点を満たす場合、素子形成領域３１ａの塗布幅を５００μｍ以下にしたとしても、液戻り幅ｄ２に対する影響は小さいと考えられる。そのため、素子形成領域３１ａの塗布幅をさらに小さくすることができ、有機半導体層４０の塗布垂直方向における幅を５００μｍ以下に微細化しつつも、液戻りによる有機トランジスタの特性低下を抑えることができる。
【００６５】
したがって、素子形成領域３１ａの塗布幅を変えずとも、分断幅ｄ１を小さくすることで液戻り幅ｄ２を小さくでき、有機半導体層４０を微細化しつつも、液戻りを抑えることが可能となる。
【００６６】
なお、分断幅ｄ１は、任意であるが、液戻りがチャネル領域まで及ばないようにする観点から、親液性領域３１の幅を５００μｍ以下の範囲、例えば１００μｍ以下の幅にする場合には、１０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以下とすることがより好ましい。分断幅ｄ１の下限値については、素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとが撥液性領域３２により分断していればよく、特に限定されないが、目安としてパターニング精度の限界値程度であると考えられる。
【００６７】
また、液戻り抑制領域３１ｂの塗布幅については、図１に示すように、素子形成領域３１ａの塗布幅以上とすることが好ましい。液戻り抑制領域３１ｂの塗布幅が素子形成領域３１ａの塗布幅未満とされると、液戻りを抑制できる幅が小さくなることで、液戻りの抑制効果が小さくなると考えられるためである。
【００６８】
なお、素子形成領域３１ａ上にその外郭形状により規定されるチャネル部４１が形成され、液戻り抑制領域３１ｂ上にその外郭形状により規定されるチャネル隣接部４２が形成される。そのため、素子形成領域３１ａの塗布幅についてはチャネル部４１の幅、すなわちチャネル部幅と、液戻り抑制領域３１ｂの塗布幅についてはチャネル隣接部４２の幅、すなわちチャネル隣接部幅と言い換えることができる。
【００６９】
以上のように、ボトムゲートトップコンタクト構造であって、ゲート絶縁層３０上に複数の親液性領域３１と撥液性領域３２とを設け、親液性領域３１上にチャネル部４１とチャネル隣接部４２とによりなる有機半導体層４０を形成した有機トランジスタとする。このような構成において、チャネル部４１とチャネル隣接部４２とが基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃに向かって並びつつ、チャネル部４１とチャネル隣接部４２との間隔が所定の幅とされた有機トランジスタとする。これにより、有機半導体層４０を微細化しつつも、液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタとなる。
【００７０】
また、ゲート絶縁層３０上に、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃに向かう方向に沿って並ぶ素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとによりなる親液性領域３１および親液性領域３１を囲む撥液性領域３２を形成する。そして、素子形成領域３１ａと液戻り抑制領域３１ｂとの間隔を所定の幅としつつ、基板１０の一端１０ｂから他端１０ｃに向かう方向に沿って有機半導体材料を含む溶液であるインク８０をノズルなどを用いて塗布することにより有機半導体層４０を形成する。これにより、チャネル部４１における液戻りを抑制することができ、フォトリソグラフィエッチング法によらずとも、有機半導体層４０を微細化しつつ、液戻りによる特性低下を抑えた有機トランジスタを製造できる。
【００７１】
（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した有機トランジスタおよびその製造方法は、本発明の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００７２】
（１）例えば、上記第１実施形態では、チャネル部４１とチャネル隣接部４２とがそれぞれ１つ形成された領域を複数備える有機トランジスタの例について示した。しかし、図９に示すように、複数のチャネル部４１、例えば第１チャネル部４１１、第２チャネル部４１２が形成された領域を複数備えた有機トランジスタとされていてもよい。この場合、有機半導体材料の塗布方向Ｙに沿ってそれぞれ分断された複数個のチャネル部４１とチャネル隣接部４２が連続的に並ぶように配置されると共に、最も終端側にチャネル隣接部４２が配置されていればよい。
【００７３】
（２）上記第１実施形態では、ゲート絶縁層３０上に親液性領域３１と撥液性領域３２とが形成されたボトムゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタとされた例について述べた。しかし、この有機トランジスタは、親液性領域と撥液性領域とが形成された基板１０の上に有機半導体材料を塗布して有機半導体層４０を形成する工程を経て製造されたものであればよい。そのため、有機トランジスタは、図１０〜図１５に示す他の構造、すなわちボトムゲートボトムコンタクト構造、トップゲートトップコンタクト構造もしくはトップゲートボトムコンタクト構造とされてもよい。
【００７４】
なお、図１０、図１２、図１４では、構成を分かり易くするため、基板１０、ゲート電極２０およびゲート絶縁層３０を省略した簡略図を示している。また、図１０、図１４では、ソース電極５０およびドレイン電極６０のうち有機半導体層４０により覆われている部分については、破線で示している。図１１では、図１０に示した一点鎖線ＸＩ−ＸＩ間の断面構成を示している。図１３では、図１２に示した一点鎖線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ間の断面構成を示している。図１５では、図１４に示した一点鎖線ＸＶ−ＸＶ間の断面構成を示している。
【００７５】
（２−１）ボトムゲートボトムコンタクト構造とされる場合には、基板１０の一面１０ａ上にゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、ソース電極５０およびドレイン電極６０を形成する。その後、上記第１実施形態における図３の説明で述べたのと同様の手順により、図１０に示すように、ゲート絶縁層３０上、ソース電極５０上およびドレイン電極６０上のそれぞれに親液性領域３１、５１、６１および撥液性領域３２、５２、６２を形成する。続けて、上記第１実施形態と同様に有機半導体層４０を形成する。これにより、図１０、図１１に示すようなボトムゲートボトムコンタクト構造の有機トランジスタとなる。
【００７６】
（２−２）トップゲートトップコンタクト構造とされる場合には、上記第１実施形態における図３の説明で述べたのと同様の手順により、図１２もしくは図１３に示すように、基板１０の一面１０ａ上に撥液性領域１２および親液性領域１１を形成する。具体的には、親液性領域１１は、図１２に示すようにチャネル部４１を形成するための下地となる素子形成領域１１ａと素子形成領域１１ａにおける液戻りを抑制するための液戻り抑制領域１１ｂとにより構成されている。そして、上記第１実施形態と同様にチャネル部４１およびチャネル隣接部４２からなる有機半導体層４０を形成した後、ソース電極５０およびドレイン電極６０、ゲート絶縁層３０、ゲート電極２０をこの順に形成する。これにより、図１２、図１３に示すようなトップゲートトップコンタクト構造の有機トランジスタとなる。
【００７７】
（２−３）トップゲートボトムコンタクト構造とされる場合には、基板１０の一面１０ａ上にソース電極５０およびドレイン電極６０を形成する。続けて、図１４に示すように、基板１０の一面１０ａ上、ソース電極５０上およびドレイン電極６０上のそれぞれに撥液性領域１２、５２、６２を形成する。その後、上記第１実施形態における図３の説明で述べたのと同様の手順により、基板１０の一面１０ａ上、ソース電極５０上およびドレイン電極６０上のそれぞれに親液性領域１１、５１、６１および撥液性領域１２、５２、６２を形成する。そして、上記第１実施形態と同様に、チャネル部４１およびチャネル隣接部４２からなる有機半導体層４０、ゲート絶縁層３０、ゲート電極２０をこの順に形成する。これにより、図１４、図１５に示すようなトップゲートボトムコンタクト構造の有機トランジスタとなる。
【００７８】
このように、基板１０の上には、有機半導体層４０の下地となる親液性領域および撥液性領域が形成されるが、親液性領域および撥液性領域の形成面は、有機トランジスタの構造により適宜変更されてもよい。
【００７９】
なお、上記の他の構造の有機トランジスタとされた場合であっても、部分的に有機トランジスタとして機能する領域を覆うか、もしくは一面１０ａ側全面を覆う保護層が設けられていてもよい。また、上記他の実施形態（１）で示したように、チャネル部４１が複数設けられた構造となるように親液性領域を形成してもよい。
【００８０】
（３）上記第１実施形態および他の実施形態（１）、（２）においては、チャネル隣接部４２の平面形状が矩形状とされた例を示したが、液戻りが生じることを抑制できればよいため、これに限られず、台形状や扇形状などにされてもよく、他の形状とされてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０                    基板
３０                    ゲート絶縁層
１１、３１、５１、６１  親液性領域
１２、３２、５２、６２  撥液性領域
４０                    有機半導体層
４１                    チャネル部
４２                    チャネル隣接部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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