(57)【要約】【課題】トランジスター特性の向上を可能とした有機トランジスター及びその製造方法、電子機器を提供する。【解決手段】互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋め込むように配置された有機半導体膜と、ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体膜と対向するように配置されたゲート電極と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、シンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの少なくとも一方を含む。【選択図】図１
2011222713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋め込むように配置された有機半導体膜と、
ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体膜と対向するように配置されたゲート電極と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、シンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの少なくとも一方を含むことを特徴とする有機トランジスター。
【請求項２】
絶縁基板、をさらに有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記絶縁基板上に設けられており、
前記有機半導体膜は、前記ソース電極と前記ドレイン電極とに跨るように前記絶縁基板上に設けられており、
前記ゲート絶縁膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記有機半導体膜とを覆うように前記絶縁基板上に設けられており、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスター。
【請求項３】
互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋め込むように配置された有機半導体膜と、
ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体膜と対向するように配置されたゲート電極と、を絶縁基板上に有する有機トランジスターの製造方法であって、
前記有機半導体膜と前記ソース電極及びドレイン電極、又は、前記ゲート電極の一方を前記絶縁基板上に形成する工程と、
前記一方が形成された前記絶縁基板上に溶液を塗布して前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜と前記ソース電極及びドレイン電極、又は、前記ゲート電極の他方を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程と、を含み、
前記溶液は、有機溶媒に溶かされたシンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの少なくとも一方を含むことを特徴とする有機トランジスターの製造方法。
【請求項４】
前記有機溶媒には、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、又は、２，３，４−トリメチルペンタン、ｎ−オクタン、３−メチルヘプタン、２、４−ジメチルヘキサン、若しくは、２，２，４−トリメチルペンタンのうちの少なくとも一種類以上を含む溶媒を用いることを特徴とする請求項３に記載の有機トランジスターの製造方法。
【請求項５】
前記一方は前記有機半導体膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極であり、
前記他方は前記ゲート電極であり、
前記一方を前記絶縁基板上に形成する工程は、
前記絶縁基板上に前記ソース及び前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソースと前記ドレイン電極とに跨るように前記有機半導体膜を前記絶縁基板上に形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の有機トランジスターの製造方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の有機トランジスターを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機トランジスター及びその製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体のような特性を示す有機材料（即ち、有機半導体）を使用したトランジスター（即ち、有機トランジスター）の開発が進められている。有機トランジスターは、薄型軽量化に適すること、可撓性を有すること、材料コストが安価であること等の長所を有しており、フレキシブルディスプレイ等のスイッチング素子として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７０２４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、有機トランジスターのゲート絶縁膜として用いられているポリマーは、多くの場合、その側鎖或いは主鎖中に水酸基（−ＯＨ）やカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）などの極性基を有する。この場合、ゲート絶縁膜と有機半導体膜との界面において極性基の近傍をキャリアが走行するために、実効的な移動度が低下したり、或いはキャリアが捕獲され易くなったりする可能性があった。また、極性基は水分などの極性分子を吸着し易いため経時変化の要因となる可能性があった。さらに、ポリマーの側鎖にある極性基は、低周波数領域において誘電分散を生じるため誘電体としての周波数特性が平坦にならない可能性もあった。このように、ゲート絶縁膜材料として用いられるポリマーの側鎖或いは主鎖中に極性基が存在することにより、トランジスター特性に好ましくない影響が現れる可能性があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、トランジスター特性の向上を可能とした有機トランジスター及びその製造方法、電子機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る有機トランジスターは、互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋め込むように配置された有機半導体膜と、ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体膜と対向するように配置されたゲート電極と、を有し、前記ゲート絶縁膜は、シンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【０００６】
このような構成であれば、ゲート絶縁膜は、炭素と水素のみからなり、主鎖又は側鎖中に不飽和結合（即ち、２重結合、３重結合などの２価以上の結合）を含まない、非極性で（即ち、正電荷と負電荷の重心がほぼ一致し）、且つ、不活性な（即ち、非共有電子対を含まない）飽和鎖式炭化水素ポリマーで構成されている。
従って、ゲート絶縁膜と有機半導体膜との界面においては、非極性基の近傍をキャリアが走行することになるため、実効的な移動度の低下を抑制することができ、キャリアの捕獲を低減することができる。また、水分などの極性分子の吸着を低減することができ、経時変化を抑制することができる。さらに、低周波領域における誘電分散の可能性を低減することができ、周波数特性の平坦化に寄与することができる。このように、トランジスター特性の向上が可能である。
【０００７】
また、上記の有機トランジスターにおいて、絶縁基板、をさらに有し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記絶縁基板上に設けられており、前記有機半導体膜は、前記ソース電極と前記ドレイン電極とに跨るように前記絶縁基板上に設けられており、前記ゲート絶縁膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記有機半導体膜とを覆うように前記絶縁基板上に設けられており、前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴としてもよい。このような構成であれば、所謂トップゲートボトムコンタクト（即ち、ＴＧ／ＢＣ）型の有機トランジスターにおいて、トランジスター特性の向上が可能である。
【０００８】
本発明の別の態様に係る有機トランジスターの製造方法は、互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋め込むように配置された有機半導体膜と、ゲート絶縁膜を介して前記有機半導体膜と対向するように配置されたゲート電極と、を絶縁基板上に有する有機トランジスターの製造方法であって、前記有機半導体膜と前記ソース電極及びドレイン電極、又は、前記ゲート電極の一方を前記絶縁基板上に形成する工程と、前記一方が形成された前記絶縁基板上に溶液を塗布して前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記有機半導体膜と前記ソース電極及びドレイン電極、又は、前記ゲート電極の他方を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程と、を含み、前記溶液は、有機溶媒に溶かされたシンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、「溶液を塗布」する方法としては、例えば、スピンコーティング法により絶縁基板の上方全面に溶液を塗布する方法がある。また、その他の方法として、インクジェット法により絶縁基板上に溶液を吐出させて、絶縁基板上に部分的（即ち、局所的）に溶液を塗布する方法もある。
このような方法であれば、炭素と水素のみからなり、主鎖又は側鎖中に不飽和結合を含まない、非極性で且つ不活性な飽和鎖式炭化水素ポリマーで、ゲート絶縁膜を構成することができる。これにより、ゲート絶縁膜と有機半導体膜との界面においては、非極性基の近傍をキャリアが走行することになるため、実効的な移動度の低下を抑制することができ、キャリアの捕獲を低減することができる。また、水分などの極性分子の吸着を低減することができ、経時変化を抑制することができる。さらに、低周波領域における誘電分散の可能性を低減することができ、周波数特性の平坦化に寄与することができる。このように、トランジスター特性の向上が可能である。
【００１０】
また、上記の有機トランジスターの製造方法において、前記有機溶媒には、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、又は、２，３，４−トリメチルペンタン、ｎ−オクタン、３−メチルヘプタン、２、４−ジメチルヘキサン、若しくは、２，２，４−トリメチルペンタンのうちの少なくとも一種類以上を含む溶媒を用いることを特徴としてもよい。
【００１１】
このような方法であれば、シンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンを有機溶媒に溶かすことができ、溶液中でのシンジオタクチックポリプロピレン又はポリ１ブテンの析出、又はゲル化も抑えることができる。溶液を溶質の析出やゲル化の少ない安定した状態に保持することができるため、例えばスピンコーティング法やインクジェット法などを用いて、ゲート絶縁膜を形成することができる。
【００１２】
また、上記の有機トランジスターの製造方法において、前記一方は前記有機半導体膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極であり、前記他方は前記ゲート電極であり、前記一方を前記絶縁基板上に形成する工程は、前記絶縁基板上に前記ソース及び前記ドレイン電極を形成する工程と、前記ソースと前記ドレイン電極とに跨るように前記有機半導体膜を前記絶縁基板上に形成する工程と、を含むことを特徴としてもよい。
【００１３】
このような方法であれば、トランジスター特性を向上させたＴＧ／ＢＣ型の有機トランジスターを提供することができる。
本発明のさらに別の態様に係る電子機器は、上記の有機トランジスターを有することを特徴とする。このような構成によれば、有機トランジスターの特性の向上が図られているので、電子機器の品質、性能を向上できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る有機トランジスター１０の構成例を示す図。
【図２】第１実施形態に係る有機トランジスター１０の製造方法を示す図。
【図３】第２実施形態に係る有機トランジスター２０の構成例を示す図。
【図４】第２実施形態に係る有機トランジスター２０の製造方法を示す図。
【図５】第３実施形態に係る有機トランジスター３０の構成例を示す図。
【図６】第３実施形態に係る有機トランジスター３０の製造方法を示す図。
【図７】ゲート絶縁膜がｓＰＰである有機トランジスターの伝達特性を示す図。
【図８】ゲート絶縁膜がＰ１Ｂである有機トランジスターの伝達特性を示す図。
【図９】有機溶媒の種類に依存したｓＰＰ溶液の安定性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る有機トランジスター１０の構成例を示す断面図である。
図１に示すように、この有機トランジスター１０は、所謂トップゲート／ボトムコンタクト（ＴＧ／ＢＣ）型の薄膜トランジスターであり、絶縁基板１と、絶縁基板１上に設けられたソース電極２及びドレイン電極３と、絶縁基板１上に設けられた有機半導体膜４と、絶縁基板１上に設けられて有機半導体膜４とソース電極２及びドレイン電極３を覆うゲート絶縁膜５と、ゲート絶縁膜５上に設けられたゲート電極６と、を有する。
【００１６】
絶縁基板１は、有機トランジスター１０を支持するものであり、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂材料からなる基板（即ち、樹脂基板）、又は、ガラス基板等である。有機トランジスターに可撓性を付与される場合には、絶縁基板１として、可撓性を有する樹脂基板が選択されている。
【００１７】
ソース電極２及びドレイン電極３は、図１の水平方向（即ち、Ｘ方向）において、互いに対向し、且つ所定の距離だけ離間した状態で配置されている。ソース電極２及びドレイン電極３は、例えば金（Ａｕ）からなる。なお、ソース電極２及びドレイン電極３は、Ａｕ以外の導電性を有する材料で構成されていてもよく、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）又はこれらを含む合金等で構成されていてもよい。
【００１８】
有機半導体膜４は、ソース電極２とドレイン電極３とに跨り、且つこれらの間を埋め込んだ状態で配置されている。この有機半導体膜４は、例えば、フルオレンとビチオフェンの共重合体であるＦ８Ｔ２、又はその誘導体（即ち、分子内の一部分が変化して生じた化合物）からなる。なお、有機半導体膜４は、Ｆ８Ｔ２又はその誘導体以外の材料で構成されていてもよく、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）、（ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（ＰＴＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ＰＦＯ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）（ＰＦＭＯ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）（ＢＴ）、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー等や、これらの誘導体で構成されていてもよい。
【００１９】
ゲート絶縁膜５は、シンジオタクチックポリプロピレン（以下、ｓＰＰともいう。）又はポリ１ブテン（以下、Ｐ１Ｂともいう。）の少なくとも一方を含む絶縁膜である。即ち、ゲート絶縁膜５は、ｓＰＰからなるホモポリマー（単独重合体）であり、又は、Ｐ１Ｂからなるホモポリマーである。また、ゲート絶縁膜５は、ｓＰＰとＰ１Ｂの両方を各々ホモポリマーとして含む絶縁膜であってもよく、ｓＰＰとＰ１Ｂとが重合して形成されるコポリマー（共重合体）であってもよい。
【００２０】
ゲート電極６は、図１の垂直方向（即ち、Ｚ方向）において、ゲート絶縁膜５を介して有機半導体膜４と対向した位置に配置されている。ゲート電極６を構成する材料（即ち、電極材料）は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏ又はこれらを含む合金等である。或いは、電極材料は、酸化インジウムにスズを添加した化合物であるＩＴＯなど、透明電極材料でもよい。次に、図１に示した有機トランジスター１０の製造方法について説明する。
【００２１】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る有機トランジスター１０の製造方法を示す工程図である。
図２（ａ）に示すように、先ず始めに、絶縁基板１上にソース電極２及びドレイン電極３を形成する。ここでは、絶縁基板１の上方全面に例えばＡｕを真空蒸着法などにより成膜し、成膜したＡｕをフォトリソグラフィーによりパターニングして、ソース電極２及びドレイン電極３を形成する。なお、Ａｕの成膜及びパターニングは、例えばメタルシャドーマスクを用いた部分的な成膜方法により行ってもよい。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ソース電極２とドレイン電極３とに跨り、且つこれらの間を埋め込むように、絶縁基板１上に有機半導体膜４を形成する。ここでは、例えば、フルオレンとビチオフェンの共重合体である有機半導体（即ち、Ｆ８Ｔ２）を、デカリンなどの有機溶媒に溶かして溶液を作成する。そして、例えばインクジェット法により、この溶液を絶縁基板１のソース電極２とドレイン電極３とに跨る領域に吐出させて、当該領域に有機半導体膜４を形成する。インクジェット法では、例えばインクジェットプリンターを使用する。なお、この有機半導体膜４の形成工程では、インクジェット法による溶液の塗布後に乾燥工程を設けて、絶縁基板１上に吐出された溶液中の有機溶媒を短時間のうちに揮発させるようにしてもよい。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、ソース電極２及びドレイン電極３と、有機半導体膜４を覆うように絶縁基板１上にゲート絶縁膜５を形成する。ここでは、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを有機溶媒に溶かして溶液を作成する。そして、例えばスピンコーティング法又はインクジェット法により、この溶液を絶縁基板１上に塗布してゲート絶縁膜５を形成する。スピンコーティング法では例えばスピンコーターを使用する。
【００２４】
ここで、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを溶かす有機溶媒としては、後述の「（５）実験及びその結果」の欄で説明するように、溶液の安定性及びコストの両方を考慮すれば、ｎ−オクタンを用いることが好ましい。また、ｎ−オクタン以外にも、オクタンの構造異性体である、２，３，４−トリメチルペンタン、３−メチルヘプタン、２、４−ジメチルヘキサン、若しくは、２，２，４−トリメチルペンタンを用いてもよい。さらに、上記のオクタン系以外にも、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを溶かす有機溶媒として、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等を用いてもよい。ｓＰＰ又はＰ１Ｂを溶かす有機溶媒として、上記のオクタン系又はシクロヘキサン系のうちの少なくとも一種類を含む溶媒を用いる。
【００２５】
また、溶液を作成する際は、上記の有機溶媒を例えば８０℃以上に加熱し、この状態で、当該有機溶媒にｓＰＰ又はＰ１Ｂを溶かすことが好ましい。これにより、有機溶媒にｓＰＰ又はＰ１Ｂを容易に溶かすことができる。さらに、溶液を作成した後から、この溶液を絶縁基板１上に塗布するまでの間、この溶液を例えば５０℃以上に保持することが好ましい。これにより、溶液中でのｓＰＰ又はＰ１Ｂの析出、又はゲル化を容易に抑えることができる。
なお、ゲート絶縁膜５の形成工程では、スピンコーティング法又はインクジェット法による溶液の塗布後に乾燥工程を設けて、当該溶液に含まれる有機溶媒を短時間のうちに揮発させるようにしてもよい。
【００２６】
次に、図２（ｄ）に示すように、真空蒸着法などにより、ゲート絶縁膜５上にゲート電極６を形成する。ここでは、メタルシャドーマスクを用いて電極材料を部分的に成膜することにより、ゲート電極６を形成する。又は、ゲート絶縁膜５の上方全面に電極材料を成膜した後、この電極材料をフォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより、ゲート電極６を形成してもよい。或いは、金属微粒子の分散溶液を用いたインクジェット法で電極材料を部分的に成膜することにより、ゲート電極６を形成してもよい。これにより、図１に示した有機トランジスター１０が完成する。
【００２７】
このように、本発明の第１実施形態によれば、ＴＧ／ＢＣ型の有機トランジスター１０のゲート絶縁膜５を、炭素と水素のみからなり、主鎖又は側鎖中に不飽和結合を含まない、非極性で且つ不活性な飽和鎖式炭化水素ポリマーで構成することができる。これにより、ゲート絶縁膜５と有機半導体膜４との界面においては、非極性基の近傍をキャリアが走行することになるため、実効的な移動度の低下を抑制することができ、キャリアの捕獲を低減することができる。また、水分などの極性分子の吸着を低減することができ、経時変化を抑制することができる。さらに、低周波領域における誘電分散の可能性を低減することができ、周波数特性の平坦化に寄与することができる。このように、トランジスター特性を向上させることが可能である。
【００２８】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、本発明をＴＧ／ＢＣ型の有機トランジスターに適用する場合について説明した。しかしながら、本発明の適用はＴＧ／ＢＣ型に限定されることはなく、所謂ボトムゲートボトムコンタクト（ＢＧ／ＢＣ）型の有機トランジスターにも適用可能である。第２実施形態では、この点について説明する。
【００２９】
図３は、本発明の第２実施形態に係る有機トランジスター２０の構成例を示す断面図である。
図３に示すように、この有機トランジスター２０は、ＢＧ／ＢＣ型の薄膜トランジスターであり、絶縁基板１と、絶縁基板１上に設けられたゲート電極６と、ゲート電極６を覆うように絶縁基板１上に設けられたゲート絶縁膜５と、ゲート絶縁膜５上に設けられたソース電極２及びドレイン電極３と、ソース電極２とドレイン電極３とに跨り、且つこれらの間を埋め込むようにゲート絶縁膜５上に設けられたゲート電極６と、を有する。
【００３０】
図３に示すように、ＢＧ／ＢＣ型の有機トランジスター２０ではゲート電極６が絶縁基板１側に配置されており、この点が第１実施形態で説明したＴＧ／ＢＣ型の有機トランジスター１０と異なる。即ち、ＴＧ／ＢＣ型ではソース電極２及びドレイン電極３が絶縁基板１側に配置されているのに対し、ＢＧ／ＢＣ型ではゲート電極６が絶縁基板１側に配置されている。次に、このＢＧ／ＢＣ型の有機トランジスター２０の製造方法について説明する。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施形態に係る有機トランジスター２０の製造方法を示す工程図である。
図４（ａ）に示すように、先ず始めに、真空蒸着法などにより、絶縁基板１上にゲート電極６を形成する。ここでは、メタルシャドーマスクを用いて電極材料を部分的に成膜することにより、ゲート電極６を形成する。又は、絶縁基板１の上方全面に電極材料を成膜した後、この電極材料をフォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより、ゲート電極６を形成してもよい。或いは、金属微粒子の分散溶液を用いたインクジェット法で電極材料を部分的に成膜することにより、ゲート電極６を形成してもよい。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート電極６を覆うようにゲート絶縁膜５を形成する。ここでは、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを有機溶媒に溶かして溶液を作成する。そして、例えばスピンコーティング法又はインクジェット法により、この溶液を絶縁基板１上に塗布してゲート絶縁膜５を形成する。上述したように、有機溶媒としては、オクタン系又はシクロヘキサン系の有機溶媒を使用可能であるが、溶液の安定性及びコストの両方を考慮すれば、ｎ−オクタンを用いることが好ましい。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜５上にソース電極２及びドレイン電極３を形成する。ここでは、ゲート絶縁膜５の上方全面に例えばＡｕを真空蒸着法などにより成膜し、成膜したＡｕをフォトリソグラフィーによりパターニングして、ソース電極２及びドレイン電極３を形成する。なお、Ａｕの成膜及びパターニングは、例えばメタルシャドーマスクを用いた部分的な成膜方法により行ってもよい。
【００３４】
次に、図４（ｄ）に示すように、ソース電極２とドレイン電極３とに跨り、且つこれらの間を埋め込むように、ゲート絶縁膜５上に有機半導体膜４を形成する。ここでは、例えばＦ８Ｔ２をデカリンなどの有機溶媒に溶かして溶液を作成する。そして、例えばインクジェット法により、この溶液をゲート絶縁膜５上のソース電極２とドレイン電極３とに跨る領域に吐出させて、当該領域に有機半導体膜４を形成する。
このように、本発明の第２実施形態によれば、ＢＧ／ＢＣ型の有機トランジスター２０においても、そのゲート絶縁膜５を、炭素と水素のみからなり、主鎖又は側鎖中に不飽和結合を含まない、非極性で且つ不活性な飽和鎖式炭化水素ポリマーで構成することができる。従って、第１実施形態と同様、トランジスター特性の向上が可能である。
【００３５】
（３）第３実施形態
本発明は、所謂ボトムゲートトップコンタクト（ＢＧ／ＴＣ）型の有機トランジスターにも適用可能である。第３実施形態では、この点について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態に係る有機トランジスター３０の構成例を示す断面図である。
図５に示すように、この有機トランジスター３０は、ＢＧ／ＴＣ型の薄膜トランジスターであり、絶縁基板１と、絶縁基板１上に設けられたゲート電極６と、ゲート電極６を覆うように絶縁基板１上に設けられたゲート絶縁膜５と、ゲート絶縁膜５上に設けられた有機半導体膜４と、この有機半導体膜４の端部をそれぞれ覆うようにゲート絶縁膜５上に設けられたソース電極２及びドレイン電極３と、を有する。
【００３６】
図５に示すように、ＢＧ／ＴＣ型の有機トランジスター３０では、ソース電極２及びドレイン電極３が有機半導体膜４の端部を覆っており、この点が第２実施形態で説明したＢＧ／ＢＣ型の有機トランジスター２０と異なる。即ち、ＢＧ／ＢＣ型では有機半導体膜４の端部はソース電極２上及びドレイン電極３上に配置されているのに対し、ＢＧ／ＴＣ型では有機半導体膜４の端部はソース電極２下及びドレイン電極３下に配置されている。次に、このＢＧ／ＴＣ型の有機トランジスター３０の製造方法について説明する。
【００３７】
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る有機トランジスター３０の製造方法を示す工程図である。
図６（ａ）に示すゲート電極６の形成工程、及び図６（ｂ）に示すゲート絶縁膜５の形成工程は、図４（ａ）及び（ｂ）で説明した各工程と同じであるため、その説明は省略する。
図６（ｃ）に示すように、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを含むゲート絶縁膜５を形成した後は、このゲート絶縁膜５上に有機半導体膜４を形成する。ここでは、例えばＦ８Ｔ２をデカリンなどの有機溶媒に溶かして溶液を作成する。そして、例えばインクジェット法により、この溶液をゲート絶縁膜５であってゲート電極６と対向する領域に吐出させて、当該領域に有機半導体膜４を形成する。
【００３８】
次に、図６（ｄ）に示すように、有機半導体膜４の端部を覆うようにゲート絶縁膜５上にソース電極２及びドレイン電極３を形成する。ここでは、ゲート絶縁膜５の上方全面に例えばＡｕを真空蒸着法などにより成膜し、成膜したＡｕをフォトリソグラフィーによりパターニングして、ソース電極２及びドレイン電極３を形成する。なお、Ａｕの成膜及びパターニングは、例えばメタルシャドーマスクを用いた部分的な成膜方法により行ってもよい。
このように、本発明の第３実施形態によれば、ＢＧ／ＴＣ型の有機トランジスター３０においても、そのゲート絶縁膜５を、炭素と水素のみからなり、主鎖又は側鎖中に不飽和結合を含まない、非極性で且つ不活性な飽和鎖式炭化水素ポリマーで構成することができる。従って、第１、第２実施形態と同様、トランジスター特性の向上が可能である。
【００３９】
（４）応用例
なお、上記の有機トランジスター１０、２０、３０は、種々の電子機器に搭載可能である。また、有機トランジスター１０、２０、３０を支持する絶縁基板１に可撓性を有する樹脂基板を用いることにより、フレキシブル電子ペーパーにも搭載可能である。ここで、フレキシブル電子ペーパーとは、ディスプレイそのものが紙のようにしなやかに曲がり、電圧をかけなくても表示が保たれるような電子機器のことである。
有機トランジスター１０、２０、３０では、実効的な移動度の低下の抑制や、経時変化の抑制、周波数特性の平坦化など、トランジスター特性の向上が図られているので、フレキシブル電子ペーパー等の電子機器に有機トランジスター１０、２０、３０を搭載することにより、電子機器の品質、性能等を向上できる可能性がある。
【００４０】
（５）実験及びその結果
（５−１）炭素数ｍの選択について
−［−ＣＨ２−Ｃｍ−１Ｈ２（ｍ−１）−］ｎ−で表される飽和鎖式炭化水素ポリマーの構造には多くのものがある。本発明者は、飽和鎖式炭化水素ポリマーの固体状態における密度及び融点に着目し、ゲート絶縁膜の材料としては、飽和鎖式炭化水素ポリマーのうちでも、比較的単純な構造を有する（即ち、炭素数ｍが少ない）ものが好ましい、ということを見出した。
【００４１】
具体的には、飽和鎖式炭化水素ポリマーにおいては、その炭素数ｍが少ないほどその固体状態における密度が高い傾向がある。ここで、固体状態における密度が高いほど酸素（Ｏ２）や水分（Ｈ２Ｏ）の透過性が低い傾向がある。このため、炭素数ｍが少ない飽和鎖式炭化水素ポリマーをゲート絶縁材料に用いることで、大気中のガス（Ｏ２、ＣＯ２など）や水分がゲート絶縁膜を透過し難くなる、と考えた。有機半導体膜の電気伝導度は吸着ガスの影響を強く受けるため、ゲート絶縁膜としては、大気ガスや水分の浸透性が低いものを用いることが好ましい。
【００４２】
また、飽和鎖式炭化水素ポリマーにおいては、その炭素数ｍが少ないほどその融点が高い傾向がある。ここで、飽和鎖式炭化水素ポリマーの融点が、有機トランジスターの製造環境の温度、又は有機トランジスターの使用環境の温度等と比較して低すぎると、当該環境下でゲート絶縁膜が固体状態を維持できない可能性がある。例えば、ゲート絶縁膜が室温で非固体状（ワックス状を含む）の場合は、当該ゲート絶縁膜上にゲート電極等を形成することが困難となる。
以上から、本発明者は、ゲート絶縁膜の材料としては、飽和鎖式炭化水素ポリマーのうちでも、炭素数ｍが少ないものが好ましい、と考えるに至った。
【００４３】
次に、本発明者は、飽和鎖式炭化水素ポリマーのうち、炭素数ｍが少ない構造を有するものの幾つかを実際に有機溶媒に溶かし、溶液塗布法により有機半導体膜（Ｆ８Ｔ２）上に成膜して、ＴＧ／ＢＣ型の有機トランジスターを作製する実験を行った。この実験に際し、本発明者は、下記ｉ）、ii）に注意を払い、飽和鎖式炭化水素ポリマーと有機溶媒の選択を行った。
ｉ）飽和鎖式炭化水素ポリマーが有機溶媒に溶解し、且つその溶液が安定であること。
ii）有機溶媒が有機半導体膜を再溶解しないこと。
【００４４】
実験の結果、飽和鎖式炭化水素ポリマーの中でも、ｓＰＰ又はＰ１Ｂが本発明に極めて好適なゲート絶縁材料であることが分かった。また、ｎ−オクタン、又は、メチルシクロヘキサン若しくはエチルシクロヘキサンが本発明に極めて好適な有機溶媒であることも分かった。以下、炭素数ｍ＝３の場合と、ｍ＝４の場合とに分けて説明する。
（４−２）ｍ＝３の場合
ｍ＝３の代表的なポリマーとしてポリプロピレンが挙げられる。ポリプロピレンには、イソタクチック（アイソタクチック）ポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン（ｓＰＰ）の三種類の立体異性体が存在する。
【００４５】
一般的にポリプロピレンとして知られているものはイソタクチック（アイソタクチック）ポリプロピレンである。これは、ポリエチレンと同様、極めて化学的に安定な材料で、有機溶媒に溶かし安定な塗布用溶液を得ることが難しい。また、アタクチックポリプロピレンは室温にて半固体状（ワックス状）の材料であるためゲート絶縁材料として用いるのは不適であると判断される。
【００４６】
一方、ｓＰＰは、イソタクチック（アイソタクチック）ポリプロピレンとは全く異なり、ある種の有機溶媒に溶かすことが可能である。ｓＰＰを溶かす有機溶媒で、且つ、有機半導体膜（Ｆ８Ｔ２）を侵し難い溶媒としては、ヘキサン系、ヘプタン系、オクタン系、ノナン系、デカン系の鎖式或いは環式の飽和炭化水素系有機溶媒がある。
本発明者が行った実験によれば、これらの有機溶媒の中でも、上記ｉ）、ii）の要件、即ち、ｓＰＰを溶かした溶液の安定性や塗布性に優れ、且つ、Ｆ８Ｔ２等を再溶解しない溶媒としては、ｎ−オクタン又は、メチルシクロヘキサン若しくはエチルシクロヘキサンが好適であった。
【００４７】
そこで、本発明者は、このｓＰＰをゲート絶縁膜とし、Ｆ８Ｔ２を有機半導体膜としたＴＧ／ＢＧ型の有機トランジスターを作成した。ｓＰＰの膜厚はおよそ３００［ｎｍ］とした。また、ソース電極及びドレイン電極には金（Ａｕ）を用い、チャネル長は１０［μｍ］、チャネル幅は１［ｍｍ］とした。そして、本発明者は、このように構成した有機トランジスターの伝達特性を測定した。その結果を図７に示す。
図７は、ゲート絶縁膜がｓＰＰである有機トランジスターの伝達特性を示す図である。図７において、左側の縦軸はドレイン電流（Ｉｄｓ）を示し、右側の縦軸は移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を示し、横軸は、ゲート電圧（Ｖｇｓ）を示す。また、◆は飽和領域で得られた測定値を示し、◇は線形領域で得られた測定値を示す。
【００４８】
図７に示すように、この有機トランジスターの移動度としては、最大で０．０２［ｃｍ２／Ｖｓ］程度の高い値を得た。ポリメチルメタアクリレートなどの極性基を側鎖に持つポリマーをゲート絶縁膜とした場合、移動度は０．００３［ｃｍ２／Ｖｓ］程度であるから、およそ７倍程度の移動度向上が見られた。
（４−３）ｍ＝４の場合
ｍ＝４の代表的なポリマーとしてポリ１ブテン（Ｐ１Ｂ）とポリイソブチレンが挙げられる。この内、ポリイソブチレンは半固体状の柔らかいポリマーでゲート絶縁材料としては好適ではない。
【００４９】
Ｐ１Ｂを溶かす有機溶媒で、且つ、有機半導体膜（Ｆ８Ｔ２）を侵し難い溶媒としては、ヘキサン系、ヘプタン系、オクタン系、ノナン系、デカン系の鎖式或いは環式の飽和炭化水素系有機溶媒がある。
本発明者が行った実験によれば、これらの溶液の中でも、上記ｉ）、ii）の要件、即ち、Ｐ１Ｂを溶かした溶液の安定性や塗布性に優れ、且つ、Ｆ８Ｔ２等を再溶解しない溶媒としては、メチルシクロヘキサン若しくはエチルシクロヘキサン、又はｎ−オクタンが好適であった。
【００５０】
そこで、本発明者は、このＰ１Ｂをゲート絶縁膜とし、Ｆ８Ｔ２を有機半導体膜としたＴＧ／ＢＧ型の有機トランジスターを作成した。Ｐ１Ｂの膜厚はおよそ３００［ｎｍ］とした。また、ソース電極及びドレイン電極には金（Ａｕ）を用い、チャネル長は１０［μｍ］、チャネル幅は１［ｍｍ］とした。そして、本発明者は、このように構成した有機トランジスターの伝達特性を測定した。その結果を図８に示す。
【００５１】
図８は、ゲート絶縁膜がＰ１Ｂである有機トランジスターの伝達特性を示す図である。図８において、左側の縦軸はドレイン電流（Ｉｄｓ）を示し、右側の縦軸は移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を示し、横軸は、ゲート電圧（Ｖｇｓ）を示す。また、◆は飽和領域で得られた測定値を示し、◇は線形領域で得られた測定値を示す。
図８に示すように、この有機トランジスターの移動度としては、最大で０．０１８［ｃｍ２／Ｖｓ］程度の高い値を得た。ポリメチルメタアクリレートなどの極性基を側鎖に持つポリマーをゲート絶縁膜とした場合、移動度は０．００３［ｃｍ２／Ｖｓ］程度であるから、およそ６倍程度の移動度向上が見られた。
（４−４）溶液の安定性等について
【００５２】
また、本発明者は、ｓＰＰをオクタン系の有機溶媒に溶かして作成した溶液の安定性についても調査を行った。
具体的には、オクタンＣ８Ｈ１８の構造異性体であるｎ−オクタン、３−メチルヘプタン、２，４−ジメチルヘキサン、２，３，４−トリメチルペンタン、２，２，４−トリメチルペンタンをそれぞれ約１００℃に加熱し、この状態で各溶媒に、それぞれｓＰＰを溶かして２重量パーセント［ｗｔ％］の溶液を作成した。そして、溶液作成後に各々を同一条件で冷却して、その経時変化を観察した。
【００５３】
その結果、図９に示すように、２，３，４−トリメチルペンタンが最も安定しており、次いで、ｎ−オクタン、３−メチルヘプタン、２，４−ジメチルヘキサン、２，２，４−トリメチルペンタンの順に安定していた。ここで、安定とは、時間が経過しても溶液に変化が現れない（例えば、ゲル化し難い）ことを意味する。
従って、この実験結果から、ｓＰＰをオクタン系の有機溶媒に溶かす場合は、有機溶媒として、２，３，４−トリメチルペンタンを選択することで最も安定した溶液を得ることができる、ということが分かった。
【００５４】
但し、２，３，４−トリメチルペンタンは現時点で極めて高価であり、これを有機トランジスターの量産工程で用いると、製造コストが著しく増大してしまう可能性がある。従って、安定性と製造コストの両方を考慮すれば、比較的安価なｎ−オクタンを使用することが現時点で好ましいといえる。
なお、本発明者が行った実験によれば、溶液を作成する際は、上記の有機溶媒を例えば８０℃以上に加熱し、この状態で、当該有機溶媒にｓＰＰ又はＰ１Ｂを溶かすことが好ましい、ということも分かった。有機溶媒を加熱することにより、ｓＰＰ又はＰ１Ｂを容易に溶かすことができるということが分かった。
【００５５】
また、溶液を作成した後から、この溶液を絶縁基板１上に塗布するまでの間、この溶液を例えば５０℃以上に保持することが好ましいということも分かった。特に、ｓＰＰを溶質とする場合は、溶液を５０℃以上に保温することにより、溶液中でのｓＰＰの析出、又はゲル化を容易に抑えることができる、ということが分かった。
【符号の説明】
【００５６】
１  絶縁基板、２  ソース電極、３  ドレイン電極、４  有機半導体膜、５  ゲート絶縁膜、６  ゲート電極、１０、２０、３０  有機トランジスター
【図１】
2011222713.tif 000003
【図２】
2011222713.tif 000004
【図３】
2011222713.tif 000005
【図４】
2011222713.tif 000006
【図５】
2011222713.tif 000007
【図６】
2011222713.tif 000008
【図７】
2011222713.tif 000009
【図８】
2011222713.tif 000010
【図９】
2011222713.tif 000011