(57)【要約】【課題】有機FETにおいて、電極から活性層へのキャリア注入効率を向上させること。【解決手段】有機半導体層３とソース電極５および有機半導体層３とドレイン電極６との間に、電極表面との密着性が良好な界面層４を挿入することで、キャリア注入効率が向上する。【選択図】図１
2011249715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に配置された界面層と、
前記界面層上に配置されたソース電極およびドレイン電極とを備え
前記界面層が前記有機半導体層と前記ソース電極、前記有機半導体層と前記ドレイン電極の間に挿入され、
前記ソース電極およびドレイン電極は銅、前記有機半導体層はパーフルオロペンタセン、前記界面層はC22FnH14-n(nは4以上8以下の整数)で構成されることを特徴とする有機FET。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、
ソース電極およびドレイン電極上に配置された界面層と、
前記界面層上に配置された有機半導体層とを備え、
前記界面層が前記有機半導体層と前記ソース電極、前記有機半導体層と前記ドレイン電極の間に挿入され、
前記ソース電極およびドレイン電極は銅、前記有機半導体層はパーフルオロペンタセン、前記界面層はC22FnH14-n(nは4以上8以下の整数)で構成されることを特徴とする有機FET。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機デバイス、特に有機FETに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を能動素子として用いる有機デバイスの研究開発が盛んに行われている。有機デバイスは印刷法によって作製可能なため、低温プロセス・低コストであるという利点がある。また、プラスティックなどのフレキシブル基板を用いることができるため、機械的な柔軟性があるという利点がある。これらの利点を生かした、無機半導体デバイスとは異なった応用が期待されている。有機デバイスの中で、有機半導体材料を活性層に用いた有機電界効果トランジスタ(FET)がスイッチング素子として注目されている。
【０００３】
有機FETは、無機半導体のFETと同様、ゲート・ソース・ドレインの三個の電極を備えた構成になっている。ゲート電極に印加される電圧によりドレイン・ソース電極間を流れる電流を制御する。しかし、有機半導体は無機半導体と比べ導電性が低いため、有機FETの活性層で誘起されるキャリアが少ない。活性層においてチャネルを形成するためには、ドレイン・ソース電極からのキャリア注入も必要になる。
【０００４】
ドレイン・ソース電極からキャリア注入効率を向上させることを目的に、活性層とドレイン・ソース電極との間に吸着分子層を挿入した有機FETが提案されている(特許文献１)。これは、ドレイン・ソース電極の表面上にオクタデカンチオールの単分子膜(SAM)を成膜することで、吸着分子層を形成している。この吸着分子層により電極表面の撥水性を上げ有機半導体のグレインを大きくすることで有機FETの導電性を向上させることができる。しかし、オクタデカンチオールは絶縁体であるため、キャリア注入効率を向上させるには吸着分子層を薄くする必要がある。そのため、オクタデカンチオールの被覆率を下げることで、電極表面の撥水性を上げつつキャリア注入効率を保つことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９３５４２号公報(第７−９頁)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の有機FETでは絶縁体であるSAMが界面に挿入され有機半導体が電極表面に直接接触しないため、キャリア注入効率の向上には限界があるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電極表面との密着性が良好で半導体材料である界面層を挿入しキャリア注入効率を向上させた有機FET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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の有機FETは、基板上にゲート絶縁膜、有機半導体層、界面層、ソース電極およびドレイン電極の順に積層され、前記界面層が前記有機半導体層と前記ソース電極、前記有機半導体層と前記ドレイン電極の間に挿入され、前記ソース電極およびドレイン電極は銅、前記有機半導体層はパーフルオロペンタセン、前記界面層はC22FnH14-n(nは4以上8以下の整数)で構成されることで、キャリア注入効率を向上することができる。
【０００９】
また、基板上にゲート絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極、界面層、有機半導体層の順に積層され、前記界面層が前記有機半導体層と前記ソース電極、前記有機半導体層と前記ドレイン電極の間に挿入され、前記ソース電極およびドレイン電極は銅、前記有機半導体層はパーフルオロペンタセン、前記界面層はC22FnH14-n(nは4以上8以下の整数)で構成されたものでも構わない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機FETによれば、電極表面と密着性が良好な界面層を挿入することで、有機FETのキャリア注入効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１を表した図
【図２】本発明の実施の形態２を表した図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を表した図である。
【００１４】
図１において、１は基板、２はゲート絶縁膜、３は有機半導体層、４は界面層、５はソース電極、６はドレイン電極を表す（実施の形態１の構成）。基板１としてSi基板を用いる。Si基板にn型不純物をドープすることで、基板１をゲート電極として用いる。基板表面にゲート絶縁膜２である熱酸化膜を形成する。その基板上にチャネル部である有機半導体３を成膜する。有機半導体３としてn型有機半導体材料であるパーフルオロペンタセン(PFP,C22F14)を用いる。その後、パターニングされた界面層４とソース電極５・ドレイン電極６を形成する。界面層４として以降の実施例で示す材料を用い、ソース電極５・ドレイン電極６として銅を用いる。このように、ソース・ドレイン電極が有機半導体層の上部に構成されるトップコンタクト型FET構造を採用している。かかる構成によれば、界面層が電極表面とより密着するためキャリア注入効率を向上させることができる。
【００１５】
本願発明者は、以降の実施例で示すように、界面層として特定の材料を用いることで、特性が向上することを見出した。
【００１６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２を表した図である。
【００１７】
図２において、１は基板、２はゲート絶縁膜、３は有機半導体、４は界面層、５はソース電極、６はドレイン電極を表す（実施の形態２の構成）。基板１としてSi基板を用いる。Si基板にn型不純物をドープすることで、基板１をゲート電極として用いる。基板表面にゲート絶縁膜２である熱酸化膜を形成する。その基板上にパターニングされたソース電極５・ドレイン電極６を形成する。ソース電極５・ドレイン電極６として銅を用いる。その後、界面層４およびチャネル部である有機半導体３を成膜する。界面層４として以降の実施例で示す材料を用い、有機半導体３としてn型有機半導体材料であるパーフルオロペンタセン(C22F14)を用いる。このように、ソース・ドレイン電極が有機半導体層の下部に構成されるボトムコンタクト型FET構造を採用している。かかる構成によれば、実施の形態１と同様、界面層が電極表面とより密着するためキャリア注入効率を向上させることができる。
【００１８】
本発明者は、実施の形態１と同様、以降の実施例で示すように、界面層として特定の材料を用いることで、特性が向上することを見出した。
【００１９】
（実施例１）
界面層の材料として、下記化学式１で1,7,8,14-テトラフルオロペンタセン(F4)を用いた結果を示す。ペンタセン分子へのフッ素の導入は、ヒドロキシポリアセン誘導体のヒドロキシル基をフッ素原子に置換する方法・ポリアセンキノン誘導体のカルボニル基をフッ素原子に置換する方法・ハロゲン基をフッ素原子に置換する方法などで可能である。
【００２０】
【化１】
2011249715.tif 000003
【００２１】
n型不純物である砒素をドープしたSi基板上に、熱酸化膜215nmを形成した。その基板上に、蒸着により、PFPを約50nm、F4を約1nm成膜した。その後、メタルマスクを用いて、パターニングされた銅を形成した。このような作製方法により、実施の形態１の構成をもつ有機FETを作製した。このときのコンタクト抵抗は、約6.5x106Ωであった。なお、本実施例において、実施の形態１の構成を用いたが、実施の形態２を用いても構わない。
【００２２】
（実施例２）
界面層の材料として、下記化学式１で1,2,6,7,8,9,13,14-オクタフルオロペンタセン(F8)を用いた結果を示す。ペンタセン分子へのフッ素の導入は、実施例１と同様な方法で可能である。
【００２３】
【化２】
2011249715.tif 000004
【００２４】
n型不純物である砒素をドープしたSi基板上に、熱酸化膜215nmを形成した。その基板上に、蒸着により、PFPを約50nm、F8を約1nm成膜した。その後、メタルマスクを用いて、パターニングされた銅を形成した。このような作製方法により、実施の形態１の構成をもつ有機FETを作製した。このときのコンタクト抵抗は、約9.8x106Ωであり、実施例１とほぼ同程度の値であった。なお、本実施例において、実施の形態１の構成を用いたが、実施の形態２を用いても構わない。
【００２５】
（比較例１）
界面層の材料として、下記化学式１で1,2,3,5,6,7,8,9,10,12,13,14-ドデカフルオロペンタセン(F12)を用いた結果を示す。ペンタセン分子へのフッ素の導入は、実施例１と同様な方法で可能である。
【００２６】
【化３】
2011249715.tif 000005
【００２７】
n型不純物である砒素をドープしたSi基板上に、熱酸化膜215nmを形成した。その基板上に、蒸着により、PFPを約50nm、F12を約1nm成膜した。その後、メタルマスクを用いて、パターニングされた銅を形成した。このような作製方法により、実施の形態１の構成をもつ有機FETを作製した。このときのコンタクト抵抗は、約3.9x107Ωであり、実施例１に比べ増大した。なお、本比較例において、実施の形態１の構成を用いたが、実施の形態２を用いても構わない。
【００２８】
（比較例２）
本比較例は、界面層を挿入しない有機FETを作製した。
【００２９】
n型不純物である砒素をドープしたSi基板上に、熱酸化膜215nmを形成した。その基板上に、蒸着により、PFPのみを約50nm成膜した。その後、メタルマスクを用いて、パターニングされた銅を形成した。このような作製方法により、実施の形態１の構成をもつ有機FETを作製した。このときのコンタクト抵抗は、約3.3x107Ωであり。なお、実施例１に比べ増大した。本比較例において、実施の形態１の構成を用いたが、実施の形態２を用いても構わない。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
以上の結果を表１にまとめた。界面層の材料としてF4,F8を用いると、他の比較例より特性が向上することが分かった。
【００３２】
これは、フッ素原子の数が少ないと、金属表面と界面層との密着性が良好になりキャリア注入効率が向上するためと考えられる。したがって、界面層の材料としてフッ素原子の数が4以上でかつ8以下でなければいけない。また、フッ素を置換する元素としては、水素が好ましい。もし別の官能基で置換すると、立体障害により密着性が劣化してしまう。さらに、キャリアをチャネル部へ供給するためには、界面層の膜厚が1nm以下であることが好ましい。
【００３３】
なお、有機半導体層の材料として、フッ素化フタロシアニン及びその誘導体、フッ素化ポルフィリン及びその誘導体などを用いてもよい。その場合、界面層には、それらの分子のフッ素を水素に置換した分子を用いる。また、電極材料として、アルミニウムなどの仕事関数が低い材料を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる有機FETは、有機エレクトロニクスのスイッチング素子等として有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１    基板
２    ゲート絶縁膜
３    有機半導体層
４    界面層
５    ソース電極
６    ドレイン電極
【図１】
2011249715.tif 000007
【図２】
2011249715.tif 000008