(57)【要約】【課題】ゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高い電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する有機ＴＦＴであって、該ゲート絶縁層が前記有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層と、前記ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層とを含む複数の層からなり、該第２のゲート絶縁層が、該第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすい電界効果トランジスタ。【選択図】図１
2019009268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタであって、
該ゲート絶縁層が前記有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層と、前記ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層とを含む複数の層からなり、
該第２のゲート絶縁層が、該第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすい電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記第２のゲート絶縁層がハロゲン元素を含んでいる請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記第２のゲート絶縁層が主として有機物で構成される請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記第２のゲート絶縁層がポリ塩化ビニルを含んでいる請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記第１のゲート絶縁層がハロゲン元素を含まない請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記第１のゲート絶縁層がポリビニルアルコールを含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記第１のゲート絶縁層がポリビニルアルコールを含み、前記第２のゲート絶縁層がポリ塩化ビニルを含んでいる請求項１又は５に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタに係り、詳しくは、ゲート絶縁層を積層構造とすることで、伝達特性を高めた有機半導体電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタは、支持基板、ゲート絶縁層、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極と半導体層、該半導体層に接して設けられたソース電極とドレイン電極を有する。近年、半導体層の材料として、従来から幅広く用いられているアモルファスシリコンや酸化物半導体材料などの無機材料に代えて、有機半導体材料を用いた有機半導体有機ＴＦＴ（以下「有機ＴＦＴ」と呼ぶことがある）についての研究が盛んに行われている。有機ＴＦＴは、半導体層が有機物であるため、軽量で耐衝撃性、屈曲性の付与が可能であり、また、塗布法により、大面積の素子を低コストで量産することが可能であるといった利点を有する。
【０００３】
図２は従来の有機ＴＦＴの構造例を示す模式的な縦断面図であり、図２（ａ）〜（ｄ）において、１は有機半導体層、２はゲート絶縁層、３はソース電極、４はドレイン電極、５はゲート電極、６は支持基板である。
【０００４】
図２（ａ）の有機ＴＦＴは、支持基板６上にゲート電極５、ゲート絶縁層２が積層され、ゲート絶縁層２上にソース電極３とドレイン電極４とが離隔して設けられ、この上に有機半導体層１が形成されている。図２（ｂ）の有機ＴＦＴは、ゲート絶縁層２上に有機半導体層１が形成され、有機半導体層１上にソース電極３とドレイン電極４とが離隔して設けられている点が図２（ａ）の有機ＴＦＴと異なり、その他は同様の構成とされている。図２（ｃ）の有機ＴＦＴは、支持基板６上にソース電極３とドレイン電極４とが離隔して設けられており、その上に有機半導体層１が設けられ、有機半導体層１上にゲート絶縁層２が積層され、更にゲート絶縁層２上にゲート電極５が設けられている。図１（ｄ）の有機ＴＦＴは、支持基板６上に有機半導体層１が設けられており、有機半導体層１上にソース電極３とドレイン電極４とが離隔して設けられ、この上にゲート絶縁層２を介してゲート電極５が設けられている。
【０００５】
このように、有機ＴＦＴは、有機半導体層１にソース電極３とドレイン電極４を設け、ゲート絶縁層２を介してゲート電極５を設けた構造を有する。これらの積層体は支持基板６上に形成される。
【０００６】
従来、有機ＴＦＴの研究においては、有機半導体の移動度を向上させることが着目されており、どのような物質を用いて、どのように有機半導体層を形成するか、そして有機半導体層に直接接触し、有機半導体層に影響を与えると想定される下地の選択等の研究が盛んに行われてきた。
【０００７】
このような研究の例として、例えば特許文献１に記載されているように、有機半導体として用いる化合物の側鎖構造の工夫といった有機半導体材料自体の工夫や、あるいは下地表面に一定方向の筋をつけたり、特定の方向からのみ蒸発を起こすような膜形成時の工夫など、有機半導体材料が特定の配列になるよう、様々な試みがなされている。また、非特許文献１には、ハロゲン元素で置換された有機半導体材料が開示されている。
【０００８】
特許文献２には、絶縁膜として陽極酸化膜を使用する場合において、陽極酸化膜からなる第１の絶縁膜を第２の絶縁膜で被覆し、さらに第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成して、第２の絶縁膜で被覆することができなかった第２の絶縁膜のピンホール部分を絶縁化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１７４５６１号
【特許文献２】特開２０１０−４０５８１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２０１６，５２，３２０７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の有機ＴＦＴの性能は、未だ一般的に使用される無機半導体材料を半導体層に使用したＴＦＴの性能に及ばず、このことが有機ＴＦＴの実用化を阻む原因となっている。
【００１２】
本発明は、上記従来の実状に鑑み、トランジスタ性能に優れた有機ＴＦＴ、特にゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高い有機ＴＦＴを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、鋭意検討の結果、ゲート絶縁層を有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層と、ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層とを含む複数の層で構成し、第２のゲート絶縁層を第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすいものとすることで、ゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高い有機ＴＦＴを得ることができることを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
すなわち本発明の要旨は、以下に存する。
【００１５】
［１］  支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トランジスタであって、該ゲート絶縁層が前記有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層と、前記ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層とを含む複数の層からなり、該第２のゲート絶縁層が、該第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすい電界効果トランジスタ。
【００１６】
［２］  前記第２のゲート絶縁層がハロゲン元素を含んでいる［１］に記載の電界効果トランジスタ。
【００１７】
［３］  前記第２のゲート絶縁層が主として有機物で構成される［１］に記載の電界効果トランジスタ。
【００１８】
［４］  前記第２のゲート絶縁層がポリ塩化ビニルを含んでいる［１］に記載の電界効果トランジスタ。
【００１９】
［５］  前記第１のゲート絶縁層がハロゲン元素を含まない［１］乃至［４］のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。
【００２０】
［６］  前記第１のゲート絶縁層がポリビニルアルコールを含んでいる［１］乃至［５］のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。
【００２１】
［７］  前記第１のゲート絶縁層がポリビニルアルコールを含み、前記第２のゲート絶縁層がポリ塩化ビニルを含んでいる［１］又は［５］に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高く、伝達特性に優れた有機ＴＦＴが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の有機ＴＦＴの構造例を示す模式的な縦断面図である。
【図２】従来の有機ＴＦＴの構造例を示す模式的な縦断面図である。
【図３】実施例で作製した有機ＴＦＴの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について実施の形態を示して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施することができる。
【００２５】
本発明の電界効果トランジスタ（有機ＴＦＴ）は、支持基板上に、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接して設けられたソース電極及びドレイン電極とを有し、該ゲート絶縁層が前記有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層と、前記ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層とを含む複数の層からなり、該第２のゲート絶縁層が、該第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすいことを特徴とする。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の有機ＴＦＴの構造例を模式的に示す縦断面図である。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｄ）において、図２（ａ）〜（ｄ）におけると同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。図１において、２Ａは第１のゲート絶縁層、２Ｂは第２のゲート絶縁層である。
即ち、図１（ａ）〜（ｄ）に示す本発明の有機ＴＦＴは、図２（ａ）〜（ｄ）に示された従来の有機ＴＦＴに対して、ゲート絶縁層２が第１のゲート絶縁層２Ａと第２のゲート絶縁層２Ｂとの２層積層構造である点が異なり、その他は同様の構成とされている。
【００２８】
なお、図１に示すものはボトムゲート型の素子であるが、本発明の有機ＴＦＴは、何らこのタイプのものに限定されるものではない。また、本発明の有機ＴＦＴは、図１（ａ）〜（ｄ）に示す層以外に、保護層、その他の層を有していてもよい。
【００２９】
以下に本発明の有機ＴＦＴの各構成部材について説明する。
【００３０】
＜ゲート絶縁層＞
まず、本発明の有機ＴＦＴに特徴的な第１のゲート絶縁層２Ａ及び第２のゲート絶縁層２Ｂを含む複層積層構造のゲート絶縁層２について説明する。
【００３１】
本発明に係るゲート絶縁層２は、有機半導体層１に接する第１のゲート絶縁層２Ａと、ゲート電極５に接する第２のゲート絶縁層２Ｂとを含む複層積層構造であり、第２のゲート絶縁層２Ｂが、第１のゲート絶縁層２Ａよりも負に帯電しやすいことを特徴とする。
【００３２】
ここで、ゲート絶縁層の構成材料の帯電しやすさに関しては、公知の手法で測定すればよく、特に限定されないが、例えばＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  ６２（２００４）２７７−２９０に記載の“A  semi-quantitative  tribo-electric  series  for  polymeric  materials:  the  influence  of  chemical  structure  and  properties”（R.M.Felix-Navarroら）記載の表１，表２などを参考にすることにより、相対的にどちらが負に帯電しやすいかを確認してもよい。また、絶縁材料を成膜した基板を用意し、この基板を傾けた状態で金などの金属粒を転がすことで測定することもできる。この場合、金粒を用いれば、金に対して正か負か、またどの程度帯電するかを知ることができる。R.M.Felix-Navarroらによる上記文献における表３を見ると、金からポリビニルアルコールへは０．５ｐＣ、金からポリ塩化ビニルへは−１．６ｐＣの電荷移動が起こっていることがわかり、ポリビニルアルコールを第１のゲート絶縁層２Ａに、ポリ塩化ビニルを第２のゲート絶縁層２Ｂに用いることで、本発明の要件を満たすことができることが分かる。また、ここに記載されていないものに関しては、それぞれの組成の膜を形成してカスケード法で測定することにより確認することができる。
【００３３】
第１のゲート絶縁層２Ａと第２のゲート絶縁層２Ｂの帯電しやすさの差としては、上記R.M.Felix-Navarroらの文献に示される電荷移動の差の絶対値が１．０ｐＣ以上、より好ましくは１．５ｐＣ以上であることが、第１のゲート絶縁層２Ａと第２のゲート絶縁層２Ｂとを形成することによる以下の効果を得る上で好ましい。
【００３４】
このような第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層とを含むゲート絶縁層を形成することで、ゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高い有機ＴＦＴとすることができる作用機構の詳細は明らかではないが、次のように推定される。
即ち、ゲート電極に接する第２のゲート絶縁層が、有機半導体層に接する第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすいことから、第２のゲート絶縁層と第１のゲート絶縁層との接触界面において電荷の移動が発生し、第２のゲート絶縁層表面は負に、第１のゲート絶縁層表面は正に帯電する。このゲート絶縁層界面での電荷移動による分極がゲート電圧を増幅するように働く結果、ゲート電圧をかけた時のソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が高い有機ＴＦＴを得ることができると考えられる。
【００３５】
上記の作用機構による本発明の効果を確実に得る上で、第１のゲート絶縁層２Ａ及び第２のゲート絶縁層２Ｂは、図１（ａ）〜（ｄ）に示されるように、ゲート電極５及び有機半導体層１の投影面積と同一或いはそれよりも大面積の積層体として形成されることが好ましい。
【００３６】
また、第２のゲート絶縁層は、負帯電性を上げる観点からハロゲン元素を含むことが好ましい。その中でも、より負帯電性を上げる観点から塩素、あるいはフッ素を含むことが好ましい。こういった構成材料としては、ポリ塩化ビニルなどの塩素含有有機ポリマー、
ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有有機ポリマーなどが挙げられ、第２のゲート絶縁層は、主として有機物で構成されることが好ましい。ここで、「主として有機物で構成される」とは、第２のゲート絶縁層の全体を１００重量％とした場合、５０重量％以上、特に７５重量％以上、とりわけ９０重量％以上が有機物であることをさす。
ポリ塩化ビニルとしては、重量平均分子量１０，０００〜１００，０００程度のものが絶縁膜の均一性に優れる観点から好ましい。
上記の第２のゲート絶縁層の構成材料は、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３７】
一方、第１のゲート絶縁層は、第２のゲート絶縁層よりも負に帯電しにくくする必要から、ハロゲン元素を含まないことが好ましい。
第１のゲート絶縁層の構成材料の具体例としては、ポリエチレン、ポリスチレンといった炭化水素系ポリマーやアクリル樹脂、メラミン樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂といった含窒素ポリマー、ポリ酢酸ビニルやポリビニルアルコールなどを好適に使用することができる。
これらのうち、ポリビニルアルコールは水溶性ポリマーであることから、隣接層である有機半導体層を形成する際の溶媒を各種有機溶媒から選択することができ、選択性が広まる点で好ましい。
ポリビニルアルコールとしては、塗布のしやすさ、膜の均一性の出しやすさなどから、平均重合度５００〜１５００で、ケン化率が８０ｍｏｌ％以上のものが好ましい。
上記の第１のゲート絶縁層の構成材料は、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合してもよい。
【００３８】
なお、第１のゲート絶縁層も、第２のゲート絶縁層も、上記の好適な構成材料のみで構成されるものに限定されず、粘度調整剤、界面活性剤、架橋剤等を含んでいてもよく、また、第２のゲート絶縁層の方が第１のゲート絶縁層よりも負に帯電しやすい帯電性を維持し得る範囲において、第２のゲート絶縁層が上述の第１のゲート絶縁層の構成材料として好適な構成材料を含んでいてもよく、第１のゲート絶縁層が上述の第２のゲート絶縁層として好適な構成材料を含んでいてもよい。ただし、ゲート絶縁層を上述の第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層を含む複層積層構造とすることによる本発明の効果をより有効に得る上で、第２のゲート絶縁層は、第１のゲート絶縁層の構成材料として好適なものを含まないことが好ましく、第１のゲート絶縁層は、第２のゲート絶縁層の構成材料として好適なものを含まないことが好ましい。特に、第２のゲート絶縁層は、第２のゲート絶縁層の構成材料として好適な前述の構成材料を５０重量％以上、特に７５〜１００重量％含むことが好ましく、第１のゲート絶縁層は、第１のゲート絶縁層の構成材料として好適な前述の構成材料の５０重量％以上、特に７５〜１００重量％含むことが好ましい。
【００３９】
本発明に係るゲート絶縁層は、第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層とを少なくとも含む複層積層構造のものであるが、第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層のみからなる２層積層構造であってもよく、第１のゲート絶縁層及び第２のゲート絶縁層以外のゲート絶縁層を含む３層以上の積層構造であってもよい。例えば、第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層との間に、負帯電性がこれらのゲート絶縁層の中間である第３のゲート絶縁層を介在させてもよい。
【００４０】
各ゲート絶縁層の形成方法には特に制限はないが、通常、各ゲート絶縁層の構成材料の溶液を、スピンコーティング、溶液キャスティング、スタンプ印刷、スクリーン印刷、又はジェット印刷等の公知の方法で塗布し、乾燥させることにより形成される。
【００４１】
本発明に係る第１のゲート絶縁層の厚みは、ゲート絶縁膜として必要な機能を有していれば薄い方が好ましいが、薄すぎるとソース／ドレイン電極とゲート電極との間の漏れ電流が増加しやすいことから５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。一方、第１のゲート絶縁層の厚みの上限としては通常１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。
【００４２】
また、本発明に係る第２のゲート絶縁層の厚みは、ゲート絶縁膜として必要な機能を有していれば薄い方が好ましいが、薄すぎるとソース／ドレイン電極とゲート電極との間の漏れ電流が増加しやすいことから５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。一方、第２のゲート絶縁層の厚みの上限としては、通常１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。
【００４３】
これら第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層を含むゲート絶縁層の総厚みは、リーク電流が発生し難いことから、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることが特に好ましく、また、ゲート絶縁層としての容量が大きく、ゲート電圧印加時のキャリア誘起量に優れることから、４μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることが特に好ましい。
また、第１のゲート絶縁層は、このような総厚みのゲート絶縁層のうちの５０〜９０％の厚み部分を占めるように形成されることが好ましく、第２のゲート絶縁層は、このような総厚みのゲート絶縁層のうちの１０〜５０％の厚み部分を占めるように形成されることが好ましい。このように、第１のゲート絶縁層よりも第２のゲート絶縁層を薄く形成することで、第２のゲート絶縁膜表面の負電荷が有機半導体に与える影響を軽減することができて好ましい。
【００４４】
＜支持基板＞
本発明の有機ＴＦＴにおいて、前述のゲート絶縁層以外の構成材料自体には特に制限はなく、従来の有機ＴＦＴに用いられているものを用いることができる。
【００４５】
本発明における支持基板の材料としては、有機ＴＦＴ及びその上に作成される表示素子、表示パネル等を支持できるものであればよく、公知のガラス、ポリシロキサン等の無機基板、及び各種有機ポリマー等の有機基板が挙げられるが、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルフォン、エポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸、ポリシルセスキオキサン、及びポリオレフィン等のビニル系ポリマー等の有機ポリマーが、有機ＴＦＴに可撓性を付与できることから好適である。中でも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸等の縮合系ポリマーや、ポリビニルフェノール等の架橋体が耐熱性や耐溶剤性の点から好ましく、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールが更に好ましく、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、又はポリイミドが特に好ましい。なお、支持基板の材料としては、これらポリマー同士のブレンド物であってもよく、また、必要に応じて、充填材、添加剤等を含んでいてもよい。
【００４６】
また、支持基板の材料としては、ガラス転移点が４０℃以上であるのが好ましい。ガラス転移点が４０℃より低いと、流動性が大きすぎて、他の層の積層時や加熱時に軟化して基板を維持し難い傾向となる。また、線膨張係数が２５×１０−５ｃｍ／ｃｍ・℃以下であることが好ましく、１０×１０−５ｃｍ／ｃｍ・℃以下であることが更に好ましい。線膨張係数が２５×１０−５ｃｍ／ｃｍ・℃より大きいと、支持基板製造時の熱処理において寸法変化を起こし易く、有機ＴＦＴとしてトランジスタ性能が安定しない傾向となる。また、有機ＴＦＴ作製時の使用溶媒に対して耐溶剤性を示すものが好ましく、前記ゲート絶縁層や電極との密着性が高いものが好ましい。
【００４７】
支持基板の厚みは、機械的強度が強く破損や破断が起こり難い点では厚いことが好ましいが、また、一方で、素子の軽量性及び可撓性が必要な場合に可撓性が大きくなりやすい点では薄いことが好ましい。具体的には、支持基板の厚みは、０．０１〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、０．０５〜２ｍｍの範囲であることが特に好ましい。この厚み範囲の中で、例えば、有機ポリマーよりなる基板の場合は、０．０５〜０．１ｍｍ程度の厚みとし、ガラス、珪素等よりなる基板の場合は、０．１〜１０ｍｍ程度の厚みとすることが好ましい。また、支持基板は、複数の層からなる積層体であってもよい。
【００４８】
これらの支持基板には、必要に応じて表面処理を行ってよい。通常行われる表面処理としては、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理などの清浄化あるいは密着性向上のための処理が挙げられる。
【００４９】
＜有機半導体層＞
本発明の有機ＴＦＴの有機半導体層を構成する有機半導体材料としては、π共役系の低分子及び高分子であれば、公知のもののいずれをも用いることができ、例えば、可溶性のペンタセン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、可溶性のフラーレン、フタロシアニンやポルフィリン等の大環状化合物等のπ共役系低分子、及び、レジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ−９，９’−ジアルキルフルオレンコビチオフェン等のπ共役系共重合体等のπ共役系高分子が挙げられる。大環状化合物としては銅フタロシアニン、パーフルオロ銅フタロシアニン、テトラベンゾポルフィリン及びその金属塩が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５０】
これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、ソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度が１０−４Ｓ／ｃｍ以下、１０−１２Ｓ／ｃｍ以上を示すものが好ましく、１０−６Ｓ／ｃｍ以下、１０−１１Ｓ／ｃｍ以上を示すものが更に好ましく、１０−７Ｓ／ｃｍ以下、１０−１０Ｓ／ｃｍ以上を示すものが特に好ましい。また、これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、電界効果移動度とソース／ドレイン電極方向の電気伝導度、及び電荷素量から求めたキャリア密度が１０７／ｃｍ３以上、１０１８／ｃｍ３以下を示すものが好ましく、１０８／ｃｍ３以上、１０１７／ｃｍ３以下を示すものが更に好ましい。また、これらπ共役系低分子及び高分子の中でも、有機半導体層としての、電界効果移動度の室温以下での温度依存性から求められる電荷移動に要する活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下を示すものが好ましく、０．１ｅＶ以下を示すものが更に好ましい。
【００５１】
有機半導体層の成膜方法は特に限定されないが、好ましくは液相成膜する方法であり、より好ましくは塗布法である。具体的には、溶媒中に上記の有機半導体材料を溶解又は分散させ、これを塗布し、溶媒が除去されるにつれ、成膜される方法であることが好ましい。塗布法としては、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、ブレードコート、スピンコート、インクジェット、ディスペンサ等、通常使用される方法をいずれも採用することができる。
【００５２】
有機半導体層の成膜に用いる溶媒としては有機溶媒が一般的であり、具体的には、クロロホルムなどのハロゲン化溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族溶媒などが使用できる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５３】
本発明の有機ＴＦＴの有機半導体層中には、必要に応じて上記の有機半導体材料以外にバインダーポリマーや、界面活性剤、粘度調整剤等の添加剤を含んでいてもよいが、有機半導体層中の有機半導体自体の含有量が５重量％以上であることが好ましく、２０重量％以上であることがより好ましい。一方、その上限は特になく、有機半導体が実質的に１００重量％であってもよい。
【００５４】
有機半導体層の膜厚は、ある程度の膜厚があった方がチャネル領域を均一に形成することが容易であることから、１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
一方、有機半導体層の膜厚の上限としては、有機半導体層中を流れる漏れ電流を減らしやすいことから、１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがさらに好ましく、５００ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【００５５】
＜ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極＞
本発明の有機ＴＦＴにおけるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の構成材料としては、導電性を示すものであればよく、公知のもののいずれをも用いることができ、例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、パラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等の、ドープされた導電性高分子、及び、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等がバインダーに分散されてなる導電性複合材料等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５６】
本発明におけるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等により形成され、また、そのパターンニング方法としては、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれらの手法を複数組み合わせた手法等が挙げられる。
また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することや材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを形成することも可能である。
【００５７】
これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みは、配線抵抗を低く抑えたり、断線のリスクが減少することから１０ｎｍ以上であることが好ましく、２０ｎｍ以上であることが更に好ましい。
一方、これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みの上限としては、絶縁膜と電極の密着を良くし、電極の剥離を可能性を減らすことができるため、通常２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５８】
なお、ソース電極、ドレイン電極は、ソース電極−ドレイン電極間距離（チャンネル長さＬ）を通常１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とし、チャンネル幅Ｗを通常２，０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下とし、Ｌ／Ｗを通常０．１以下、好ましくは０．０５以下として形成される。
【００５９】
＜その他の層＞
本発明の有機ＴＦＴの基本的な構造は、以上の支持基板６上に、第１のゲート絶縁層２Ａ及び第２のゲート絶縁層２Ｂを含むゲート絶縁層２と、ゲート絶縁層２により隔離されたゲート電極５及び有機半導体層１と、有機半導体層１に接して設けられたソース電極３及びドレイン電極４と有するものであり、その代表的な構造例としては図１（ａ）〜（ｄ）に示すようなものが挙げられるが、本発明の有機ＴＦＴは、図１（ａ）〜（ｄ）に示す構造の有機ＴＦＴに何ら限定されず、前記の層以外の層が更に形成されていてもよい。
【００６０】
例えば、図１（ａ），（ｂ）に示される有機ＴＦＴのように、有機半導体層１が表出している有機ＴＦＴにあっては、有機半導体層１に対する外気の影響を最小限にするために、その上に更に保護層が形成されていてもよく、その場合、保護層の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等の有機ポリマーや酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物や窒化物等の無機物が挙げられる。保護層の形成方法としては、塗布法や真空蒸着法等が挙げられる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。
【００６２】
［実施例１］
図３に示す構造を有する有機ＴＦＴを以下のようにして作製した。なお、この有機ＴＦＴは、図１（ｂ）に示す有機ＴＦＴと同タイプのものである。
【００６３】
ゲート電極５として１５０ｎｍ厚のＩＴＯが製膜された３ｃｍのガラス基板６を超純水で１０分間超音波洗浄し、１８０℃で１０分間乾燥させた。次に、アセトンで５分間、次いで２−プロパノールで５分間超音波洗浄を行い、圧空ブローにより乾燥させた。この基板を３分間、ＵＶオゾン洗浄を行い、ゲート電極付き基板とした。
【００６４】
このゲート電極付き基板のゲート電極５上にポリ塩化ビニル（シグマアルドリッチ社製、重量平均分子量６２，０００、数平均分子量３５，０００）を１．５重量％の濃度でシクロヘキサノンに溶解させた溶液を滴下し、２０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートした。この基板を１００℃のホットプレートに１分間置いて溶媒を乾燥させた。その後、ゲート電極取出し部上のポリ塩化ビニルの膜をアセトンで拭き取り、１５０℃のホットプレートで大気中５分間乾燥させて３０ｎｍ厚の第２のゲート絶縁層２Ｂを形成した。
【００６５】
続いて、ポリビニルアルコール（和光純薬工業、平均重合度５００、ケン化率８６．０−９０．０ｍｏｌ％の部分ケン化型）の５重量％水溶液を、基板の第２のゲート絶縁層２Ｂ上に滴下し、２０００ｒｐｍで１０秒間スピンコートした。この基板を１００℃のホットプレートに１分間置いて溶媒を乾燥させた。その後、ゲート電極取出し部上のポリビニルアルコールの膜を水で拭き取り、１５０℃のホットプレートで大気中６０分間乾燥させて２１０ｎｍ厚の第１のゲート絶縁層２Ａを形成した。
【００６６】
第２のゲート絶縁層２Ｂと第１のゲート絶縁層２Ａからなるゲート絶縁層２までを形成した基板を窒素グローブボックス中に移し、下記に示す構造を有する高分子の０．５重量％キシレン溶液を４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートし、グローブボックス内に置いた１５０℃のホットプレート上で１０分間乾燥させて２５ｎｍ厚の有機半導体層１を形成した。
【００６７】
【化１】
2019009268.tif 000003
【００６８】
有機半導体層１までを形成した基板をグローブボックスより取り出し、チャネル幅Ｗ：５００μｍ、チャネル長Ｌ：５０μｍとなるように設計されたソース／ドレイン電極用マスクと重ねて真空蒸着装置内に設置し、チャンバー内を５×１０−５Ｔoｒｒ以下になるまで排気した。抵抗加熱法により金を０．２ｎｍ／sの成膜速度を目安に５０ｎｍの膜厚を目途として成膜し、ソース電極３とドレイン電極４を形成した。
【００６９】
これらの電極まで形成した基板を再び窒素グローブボックスに戻し、不要な有機半導体をトルエンで拭き取って有機ＴＦＴとした。
【００７０】
［比較例１］
第２のゲート絶縁層２Ｂを形成しなかった他は、実施例１と同様にして有機ＴＦＴを作製した。
【００７１】
［ソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜の測定］
実施例１及び比較例１で作製した有機ＴＦＴの伝達特性を、Ａｇｉｌｅｎｔ製半導体パラメータアナライザ４１５５Ｃを用いて測定した。ソース／ドレイン電圧を−３０Ｖ、ゲート電圧を−３０Ｖ印加した際に得られたソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2019009268.tif 000004
【００７３】
表１より明らかなように、第１のゲート絶縁層と第２のゲート絶縁層との２層積層構造のゲート絶縁層を形成した実施例１の方が、ゲート絶縁層の総厚みがポリ塩化ビニルを含む第２のゲート絶縁層の分だけ厚く、その分ソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜に関しては不利になるはずであるのにもかかわらず、実施例１の本発明の有機ＴＦＴは、比較例１の有機ＴＦＴの１０倍以上の電流を流すことができており、本発明の有機ＴＦＴは伝達性能に優れることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明により、ゲート電圧に対し、より大きなソース／ドレイン電流の絶対値｜Ｉｄｓ｜が得られ、伝達性能に優れた有機ＴＦＴが提供される。
【００７５】
本発明の有機ＴＦＴは、各種の表示用パネルやセンサー等に有用であり、具体的には液晶ディスプレイ、電子ペーパー、有機ＥＬディスプレイのバックプレーン、センサーにおける電圧変動感知部などに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００７６】
１  有機半導体層
２  ゲート絶縁層
２Ａ  第１のゲート絶縁層
２Ｂ  第２のゲート絶縁層
３  ソース電極
４  ドレイン電極
５  ゲート電極
６  支持基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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