(57)【要約】【課題】光応答特性が良好で、例えば薄膜トランジスタのチャネル層として好適に用いられる導電路形成層を提供する。【解決手段】光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子ｍと、この有機分子ｎを結合させ微粒子ｓとで構成された導電路形成層１であり、有機分子ｍの官能基が、微粒子ｓと化学結合している。これにより、有機分子ｍが両端に有する官能基によって、有機分子ｍと微粒子ｓとが交互に結合してネットワークを形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、当該有機分子を結合させた微粒子とで構成された
ことを特徴とする導電路形成層。
【請求項２】
請求項１記載の導電路形成層において、
前記有機分子の官能基が、前記微粒子と化学的に結合している
ことを特徴とする導電路形成層。
【請求項３】
請求項２記載の導電路形成層において、
前記有機分子が両端に有する前記官能基によって、当該有機分子と前記微粒子とが交互に結合してネットワークを形成している、
ことを特徴とする導電路形成層。
【請求項４】
請求項１記載の導電路形成層において、
前記有機分子は、前記微粒子と結合可能な官能基を有し、
前記半導体層は、前記有機分子を結合させた前記微粒子のそれぞれが独立した状態に保たれている
ことを導電路形成層。
【請求項５】
請求項１記載の導電路形成層において、
前記有機分子は、光照射によって分子構造または電子状態が可逆的に変化する
ことを特徴とする導電路形成層。
【請求項６】
請求項１記載の導電路形成層において、
前記有機分子は、光照射によって結合状態が可逆的に変化する共役π結合を備えている
ことを特徴とする導電路形成層。
【請求項７】
光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、当該有機分子を結合させた微粒子とで構成された導電路形成層を備えた
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項８】
請求項７記載の光応答素子において、
前記導電路形成層に対して部分的に光照射する光源を備えた
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項９】
請求項８記載の光応答素子において、
前記光源は、近接場光を発生する
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項１０】
請求項７記載の光応答素子において、
前記導電路形成層に接して設けられたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極間において前記導電路形成層に接して設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ソース／ドレイン電極間における前記導電路形成層に対向配置されたゲート電極とを備えており、
前記ソース／ドレイン電極間における前記導電路形成層部分にチャネル領域が形成される薄膜トランジスタとして構成された
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項１１】
請求項７記載の光応答素子において、
前記導電路形成層に対して、互いに離間した状態で２つ以上の電極が接続されている
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項１２】
請求項１１記載の光応答素子において、
前記２つ以上の電極のうちの選択された複数の電極間に位置する前記導電路形成層部分のみに光照射する光源を備えた
ことを特徴とする光応答素子。
【請求項１３】
同一基板上に複数の光応答素子を配列形成してなる光応答装置であって、
前記各光応答素子は、
光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、当該有機分子を結合させた微粒子とで構成された導電路形成層と、
前記導電路形成層に対して光照射する光源とを備えた
ことを特徴とする光応答装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の光応答装置において、
前記光源は、近接場光を発生する
ことを特徴とする光応答装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電路形成層および光応答素子に関し、特には薄膜トランジスタのチャネル層として好適に用いられる導電路形成層および、この導電路形成層を用いた光応答素子および光応答装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャネル層となる半導体層に有機材料を用いた有機薄膜トランジスタは、半導体層を低温で塗布成膜することが可能である。このため、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）などの真空処理室を必要とする方法で成膜されるシリコン薄膜を半導体層として用いたＳｉ系の無機薄膜トランジスタと比較して、低コスト化に有利であると共に、プラスチック等の耐熱性はないがフレキシブルな基板上への形成も可能である。ところが、上述した有機薄膜トランジスタは、無機薄膜トランジスタと比較して、ドレイン電流が少ない等、トランジスタ特性が充分ではない。
【０００３】
このような中、半導体層として、光刺激により可逆的に特性が変化する有機材料を用いることで光応答素子として構成された有機薄膜トランジスタが提案されている。このような構成の有機薄膜トランジスタによれば、光の強度に応じて半導体層に接続されたソース−ドレイン間に流れる電流の大きさを可逆的に制御することができ、ドレイン電流のオン・オフあるいは大きさの制御を、より効果的に行うことが可能になる。またこのような半導体層を構成する有機材料としては、例えばＣ60をドープしたポリ（３−ヘキシルチオフェン）が用いられ、スピンコート法や蒸着法などによって成膜される（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２１８９４号公報（特に、第１７，１８，２７段落参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように光応答素子として構成された有機薄膜トランジスタであっても、ある程度のドレイン電流の増加は見込まれるものの、従来の無機薄膜トランジスタと比較した場合には、そのデバイス特性は充分ではない。
【０００６】
そこで本発明は、さらに光応答特性が良好で、例えば薄膜トランジスタとして適用した場合にはデバイス特性の向上を図ることが可能な導電路形成層およびこの導電路形成層を用いた光応答素子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】
【０００７】
このような目的を達成するための本発明は、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、当該有機分子を結合させた微粒子とで構成されたことを特徴とする導電路形成層である。また本発明は、このような導電路形成層を備えたことを特徴とする光応答素子である。
【０００８】
このような構成の導電路形成層では、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子を用いている。このため、この有機分子を用いた導電路形成層に対して、有機分子の導電性が高まるように光照射された状態を１）導通状態とすると、この状態においては有機分子内に導電路が形成された状態となる。一方、逆の状態を２）非導通状態とすると、この状態においては有機分子内に導電路が形成されない状態とすることができる。例えば、光照射によって結合状態が可逆的に変化する共役π結合を備えた有機分子を用いた場合、光照射によって、共役π結合が切れたり繋がったりすることにより、導電路が形成されたり分断された状態となる。
【０００９】
そして、このような有機分子を用いて構成された導電路形成層は、この有機分子と共に、この有機分子を結合させた微粒子とで構成されている。このため、１）導通状態においては、導電路形成層内に、有機分子内の導電路と微粒子内の導電路とが結びついた導電路が形成され、さらに微粒子内の導電路と有機分子内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク型の導電路を形成することができる。これにより、導電路形成層内における電荷移動が、有機分子の導電路と微粒子の導電路とを結合させた分子間の電子移動を含まない効率的な移動となる。このため、有機分子のみからなる導電路形成層と比較して、有機分子を用いながらも移動度を向上させて、導通状態においての電荷移動をより高速にすることができる。
【００１０】
一方、２）非導通状態においては、有機分子内に導電路が形成されないため、この有機分子を用いた導電路形成層に連続した導通路が形成されることはなく、導電路形成層の全体としての導電性を低く抑えることができる。
【００１１】
したがって、導通状態と非導通状態とにおけるオン／オフ比の増大が期待できると共に、導通状態においての電荷移動を高速にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、これを結合された微粒子とで導電路形成層を構成したことにより、光照射によって導電路形成層に流れる電流の大きさやオン／オフの制御をより効果的に行うことが可能になると共に、導通状態（オン状態）においての電荷移動をより高速にすることが可能になる。この結果、有機分子のみを用いて半導体層や導電路などを形成した光応答素子と比較して、さらなるデバイス特性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
＜導電路形成層−１＞
図１は、本発明の導電路形成層についての１つの実施形態を説明するための図である。この図に示すように、導電路形成層１は、微粒子ｓと有機分子ｍとで構成されており、有機分子ｍを結合させた微粒子ｓを配列してなることとする。有機分子ｍと微粒子ｓとは、有機分子ｍの官能基が微粒子ｓに化学結合した状態となっている。また特に、有機分子ｍが両端に有する官能基によって、当該有機分子ｍと微粒子ｓとが交互に結合してネットワークを形成していることが好ましい。
【００１５】
以上のような導電路形成層１を構成する有機分子ｍは、微粒子ｓと結合可能な官能基を備えていることとする。特に、導電路形成層１が、有機分子ｍと微粒子ｓとが交互に結合してネットワークを形成した構成である場合には、有機分子ｍは微粒子ｓと結合可能である官能基を二つ以上有している必要がある。
【００１６】
さらに有機分子ｍは、光照射によって分子構造または電子状態が可逆的に変化することが重要である。光によって構造もしくは電子状態が変化する有機分子としては、紫外線や可視光の照射によって分子構造が変化するフォトクロミック分子や、光の照射による電子状態の励起を受けやすい金属錯体分子などがある。またこれらの分子の中には、光照射によって変化した状態で何らかの操作（例えば熱）を加えることにより、元の分子構造もしくは電子状態に戻る性質を備えたものもある。そこで、導電路形成層１を構成する有機分子ｍは、例えばフォトクロミック分子もしくは金属錯体分子等を、その分子構造の少なくとも一部として有していることとする。
【００１７】
そして、以上のフォトクロミック分子もしくは金属錯体分子等を用いた有機分子ｍは、上述した分子構造もしくは電子状態の遷移により、半導体もしくは導体の状態間を遷移する可逆性を備えていることがより望ましい。
【００１８】
一般的なフォトクロミック分子としては、下記の式（１）に示すazobenzene系化合物、式（２）に示すspiropyran系化合物、式（３）に示すsalicylidene aniline系化合物、式（４）に示すspirooxazine系化合物、式（５）に示すnaphthopyran系化合物、式（６）に示すviologen系化合物、式（７）に示すdiarylethene系化合物、式（８）に示すfulgide系化合物、式（９）に示すfurylfulgide系化合物などが挙げられる。
【化１】
2008091847.tif 000003
【００１９】
これらの式（１）〜（９）に示した化合物は、それぞれ特定の波長の光ｈνを照射することで分子構造（電子状態）が変化し、また変化した状態でそれぞれに特定の波長の光ｈν’を照射するかまたは熱Δを加えることで元の分子構造（電子状態）に戻る可逆性を備えている。これにより、それぞれの分子構造（電子状態）で、導電性が変化するのである。一般的には、紫外線（ｈν）を照射することにより分子構造が変化して可視域に吸収を示し、可視光（ｈν’）の照射もしくは加熱Δによって元の分子構造に戻る可逆性を有している。この中でも特に、光照射によって結合状態が可逆的に変化する共役π結合を備えている、式（１）、（２）、（３）、（５）、（７）に示す系統の化合物であれば、非局在化したπ電子による高い電子移動度を利用できるため好ましい。
【００２０】
また特に、式（７）のdiarylethene系の化合物であれば、１）照射した波長によってπ系がつながったり切れたりする、２）熱による影響を受けず、光でのみ構造変化を起こす、３）光照射に伴う構造変化によって導電率が変化することが文献にて報告されている、などの理由から光によるスイッチングに有望である。（尚、文献は、Ｗｅｅｓら「Ｄ．Ｄｕｌｉｃ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２００３，９１，２０７４０２」、入江ら「Ｔ．Ｋａｗａｉ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２００５，１７，３０９」参照。）
【００２１】
また、有機分子ｍを構成する金属錯体分子としては、主に可視域に吸収を持つ遷移金属イオンを有する分子として、例えばポルフィリンやフタロシアニンなどが挙げられる。これらの分子は、通常の有機薄膜トランジスタの材料としても用いられている。また、中心の金属イオンを変えることで、容易に分子の特性を制御することが可能である。
【００２２】
以上のようなフォトミクロミック分子や金属錯体分子を用いた有機分子ｍの具体例として、下記構造式（１）のジアリールエテン系分子、構造式（２）のアゾベンゼン系分子、構造式（３）のフタロシアニン系分子（金属錯体分子）、構造式（４）のポルフィリン系分子（金属錯体分子）が例示される。各分子はスペーサユニットＲ1を介して微粒子と結合可能な官能基Ｘ1，Ｘ2を有している。官能基Ｘ1，Ｘ2としては構造式中に例示したように様々な組み合わせが考えられるが、特にチオール基（−ＳＨ）、アミノ基（−ＮＨ2）、チオアセチル基（−ＳＣＯＣＨ3）、イソシアノ基（−ＮＣ）、シアノ基（−ＣＮ）、またはカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有していることが好ましく、用いる微粒子の種類に応じてより強く結合可能な官能基が選択される。また、官能基Ｘ1，Ｘ2は同じでも異なっていても良いが、微粒子に対する結合の強さがあまり違わない必要があり、Ｘ1とＸ2が同じであるほうがより好ましい。
【化２】
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【化３】
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【００２３】
一方、微粒子ｓは、有機分子ｍが有する官能基と化学結合する材料で構成されていれば良く、無機物、有機物どちらでも良い。またこの微粒子ｓは、導体、半導体、または絶縁体であっても良いが、より好ましくは導体として構成されていることとする。
【００２４】
例えば微粒子ｓを構成する導電性材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、あるいはこれらの金属から構成された合金等が用いられる。
【００２５】
また、微粒子ｓを構成する半導体材料としては、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、インジウムリン（ＩｎＰ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）などの材料や、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）などのドープ材料、あるいはこれらの半導体から構成されたコアシェル構造を有する粒子が用いられる。
【００２６】
さらに、微粒子ｓを構成する絶縁性材料としては、シリカ（ＳｉＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3，Ｆｅ3Ｏ4等）、酸化コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）等が用いられる。
【００２７】
そして、以上のような微粒子ｓと有機分子ｍとは、有機分子ｍが有する官能基と微粒子ｓとの結合の容易さ等によって適切な組み合わせが選択される。
【００２８】
例えば、微粒子ｓが金（Ａｕ）ナノ粒子からなる場合、有機分子ｍとしては、上記構造式（１）に示した構造において、Ｙとして硫黄（Ｓ）を、Ｒ1としてチオフェニルを（ｎ＝１）、Ｘ1，Ｘ2としてチオール基（−ＳＨ）を選択したジアリールエテンジチオール分子［下記構造式（５）］が好適に用いられる。
【化４】
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【００２９】
これらの有機分子ｍと微粒子ｓとで構成された導電路形成層１においては、紫外線を照射することにより有機分子ｍが環化し、π結合共役系がチオール基の間まで拡張される。この状態においては、導電路形成層１の導電性が上昇して半導体として機能するようになる。またこの状態において、可視光を照射することにより、有機分子ｍが再び開環し、この状態においては導電路形成層１の導電性は、ほぼ絶縁状態にまで低下する。
【００３０】
尚、微粒子ｓと有機分子ｍの組み合わせを選択する際、微粒子自体が有する光吸収特性も考慮する必要がある。すなわち、有機分子ｍの構造変化や励起に必要な光の波長域（紫外光・可視光など）に微粒子の吸収がないような微粒子ｓと有機分子ｍの組み合わせを選択しないと、励起光が有機分子ｍに到達する前に微粒子ｓに吸収されてしまうため好ましくないためである。
【００３１】
次に、上記導電路形成層１の作製方法を図２の断面工程図に基づいて説明する。
【００３２】
先ず、図２（１）に示すように、基板３を用意し、この基板３上に必要に応じて下地層（図示省略）を形成する。この下地層は、導電路形成層を構成する微粒子ｓを固定するための層である。例えば、金ナノ粒子を微粒子ｓとして用いる場合には、導電路形成層を形成する領域の表面を、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）をトルエン又はヘキサンに溶解した体積濃度数％の溶液に浸漬し、その後、トルエン又はヘキサンで洗浄して基板に結合していない過剰のＡＰＴＭＳを除去したのち溶媒を乾燥させることにより、下地層を形成する。尚、ここでは、ＡＰＴＭＳの代わりに例えばメルカプト系シラン（（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）など）を用いても良い。
【００３３】
その後、基板３の表面、または下地層を形成した場合には下地層の表面を処理表面とし、この処理表面上に１層分の微粒子ｓを固定する。ここでは、キャスティング法、ＬＢ法、浸漬法などを用いて微粒子ｓの固定を行う。例えば浸漬法であれば、微粒子（金ナノ粒子）ｓをトルエンやクロロフォルム等の溶媒に分散させた分散液（濃度数ｍＭ）に、処理表面を数分〜数時間浸漬し、その後、溶媒を蒸発させる。これにより、処理表面に微粒子ｓが１層分だけ固定される。この際、下地層が形成されていれば、この下地層が有するアミノ基等の官能基が、微粒子ｓを構成する金と化学結合する。そして、このように微粒子ｓを固定した後には、処理表面上に固定されていない余剰の微粒子ｓを洗浄して洗い流す。
【００３４】
次に、図２（２）に示すように、処理表面に固定した微粒子ｓに有機分子ｍを結合させると共に、微粒子ｓ間を有機分子ｍで架橋する。ここでは、有機分子ｍを、トルエンなどの溶媒に溶解したモル濃度数ｍＭ以下の溶液に、微粒子ｓを固定した処理表面を晒した後、溶媒で処理表面を洗浄して溶液を置換し、その後、溶媒を蒸発させる。この時、有機分子ｍの末端にある官能基が、微粒子ｓの表面に結合する。例えば、構造式（５）のジアリールエテンジチオールを有機分子ｍとして用いた場合には、末端にあるチオール基の反応を通して金からなる微粒子ｓの表面に結合する。また、１個の微粒子ｓの表面には、多数の有機分子ｍが微粒子ｓを包み込むように結合する。それらのうちの一部が、もう一方の分子末端にあるチオール基の反応を通して他の微粒子ｓとも結合するため、有機分子ｍによって微粒子ｓが二次元ネットワーク状に連結された１層目の結合層１ａが形成される。
【００３５】
またこの状態においては、結合層１ａの表面には、有機分子ｍの官能基が未反応のまま多数残っている。このため、結合層１ａの表面は、微粒子ｓに対して強い結合力を有した状態となっている。
【００３６】
そこで、以降は、図２（１）を用いて説明した微粒子ｓを固定する工程と、図２（２）を用いて説明した微粒子ｓに有機分子ｍを結合させる工程とを繰り返し行う。この際、この繰り返しの回数を適切に選ぶことで、複数の結合層１ａを積層成膜し、この結合層を積層成膜してなる所望の厚さの導電路形成層１を形成する（Ｍ．Ｄ．Ｍｕｓｉｃｋら，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，（１９９７），９，１４９９；Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，（２０００），１２，２８６９参照）。ただし、積層膜の膜厚は、膜の反対側まで光が透過できる程度の膜厚となるように繰り返し回数を適切に選ぶものとする。
【００３７】
尚、上述した繰り返し工程では、各層を同一材料で形成する必要はなく、各層毎、または複数の層ごとに、微粒子ｓを構成する材料や微粒子ｓの粒子径を変化させたり、または有機分子ｍを変えることにより、導電路形成層１の特性をコントロールしても良い。
【００３８】
以上のようにして得られた導電路形成層１は、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子ｍを用いている。このため、この導電路形成層１に対して、有機分子ｍの導電性が高まるように光照射された状態を１）導通状態とすると、この状態においては有機分子ｍ内に導電路が形成された状態となる。一方、逆の状態を２）非導通状態とすると、この状態においては有機分子ｍ内に導電路が形成されない状態とすることができる。例えば、上記構造式（５）に代表されるような、光照射によって結合状態が可逆的に変化する共役π結合を備えた有機分子ｍを用いた場合であれば、特定波長の光照射によって、共役π結合が切れたり繋がったりすることにより、導電路が形成されたり分断された状態となるのである。
【００３９】
そして、このような有機分子を用いて構成された導電路形成層１は、この有機分子ｍと共に、この有機分子ｍを結合させた微粒子ｓとで構成されている。このため、１）導通状態においては、導電路形成層１内に、有機分子ｍ内の導電路と微粒子ｓ内の導電路とが結びついた導電路が形成され、さらに微粒子ｓ内の導電路と有機分子ｍ内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク型の導電路を形成することができる。これにより、導電路形成層１内における電荷移動が、有機分子ｍの導電路と微粒子ｓの導電路とを結合させた分子間の電子移動を含まない効率的な移動となる。つまり、技術背景で示した特許文献１に記載されたような、光刺激により可逆的に特性が変化する有機材料のみを用いた半導体層では、半導体層内における電荷移動は分子間伝導の移動度により制限を受けてしまうのである。
【００４０】
したがって、有機分子ｍの導電性が高まるように光照射し、導電路形成層１を１）導通状態とした場合には、有機分子を用いた構成でありながらも移動度を向上させて、より高速での電荷移動を実現することができる。
【００４１】
一方、２）非導通状態においては、有機分子ｍ内に導電路が形成されないため、この有機分子ｍを用いた導電路形成層１に連続した導通路が形成されることはなく、導電路形成層１の全体としての導電性を低く抑えることができる。
【００４２】
したがって、１）導通状態と２）非導通状態とのでの差（オン／オフ比）を増大させることができると共に、１）導通状態においての電荷移動の速度を向上させることが可能になる。
【００４３】
またこのような効果に加えて、導電路形成層１が有機分子ｍと微粒子とのネットワーク構造をとるため、単分子素子に比べ取り扱いやすいサイズであり、導電路形成層（チャネル層）１作製の再現性が高いこと、さらには集積化により効果が増幅される（検出しやすい）という利点も有している。
【００４４】
＜導電路形成層−２＞
上述した実施形態においては、光照射によって、導電路形成層の状態が２つの状態（導電性）間で変化する場合を説明した。しかしながら、有機分子ｍとして、異なる波長に反応する２種類の化合物分子を用いることにより、多段階で導電性が変化する導電路形成層１を構成することができる。
【００４５】
また、３つ以上の状態間を遷移する有機分子ｍを用いることによっても、多段階で導電性が変化する導電路形成層１を構成することができる。このような有機分子ｍとして、下記構造式（６）に示す化合物を例示する。
【化５】
2008091847.tif 000007
【００４６】
この構造式（６）に示す化合物は、各波長の光ｈν１，ｈν２，ｈν３の照射により、分子構造が変化する。すなわち、分子構造ａの状態で近紫外光ｈν１を照射することによって、分子全体にπ共役系が拡張された分子構造ｂの状態となる。また分子構造ａの状態で深紫外光ｈν２を照射することによって、π共役系が分子の一部に拡張された分子構造ｃの状態となる。また、これら分子構造ｂおよび分子構造ｃの状態で、可視光ｈν３を照射することで、再び分子構造ａの状態に戻る。すなわち、この化合物は、特定波長の光照射によって、π共役系の拡がりかたが相互に可逆的に変化した分子構造ａ，ｂ，ｃとなり、導電性が可逆的に変化する。これらの導電性は、分子構造ｂ＞分子構造ｃ＞分子構造ａの順で大きい値を示す。（Ｋ．Ｈｉｇａｓｈｉｇｕｃｈｉら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００５，１２７，８９２２参照。ただし、例示した化合物は、参照例の化合物の構造を一部変化させている。）
【００４７】
尚、構造式（６）の化合物を用いて導電路形成層１を作製する場合には、図２（２）を用いて説明した微粒子ｓに有機分子ｍを結合させる工程において、分子構造ａの状態で合成された化合物をヘキサンに溶解させた溶液を用いること以外は、同様に行うことができる。
【００４８】
そして、以上のように、多段階に可逆的に導電性が変化する有機分子ｍを用いて構成された導電路形成層１であっても、各導電状態間においての導電性の差を増大させることができると共に、各導電性状態においての電荷移動の速度を向上させることが可能になる。
【００４９】
＜導電路形成層−３＞
図３は、本発明の導電路形成層についての他の実施形態を説明するための図である。この図に示す導電路形成層１’は、微粒子ｓと有機分子ｍ’とで構成されており、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓのそれぞれが独立した状態を保って配列されていることとする。つまり、１つの有機分子ｍ’は、１つの微粒子ｓのみに結合しているのであり、有機分子ｍ’を介して複数の微粒子ｓ同士が連結されていないこととする。
【００５０】
また特に、図３に示す導電路形成層１’を構成する有機分子ｍ’は、図１を用いて説明した導電路形成層を構成する有機分子ｍと同様に、光照射によって分子構造または電子状態が可逆的に変化する性質を有することが重要である。また本実施形態においては、このような可逆性に加えて、微粒子ｓと結合可能な官能基を１つのみ有していることとする。このような有機分子ｍ’は、上述したフォトクロミック分子や金属錯体分子などを用いて構成されることは同様である。ただし、微粒子ｓは、図１の導電路形成層１と同様のものが用いられる。
【００５１】
尚、このような導電路形成層１’においては、微粒子ｓと結合可能な官能基を１つのみ有している有機分子ｍ’として、異なる波長に反応する２種類の化合物分子を用いることにより、多段階で導電性が変化する導電路形成層１’を構成しても良い。また微粒子ｓと結合可能な官能基を１つのみ有している有機分子ｍ’として、構造式（６）で示したような３つ以上の状態間を遷移する有機分子ｍ’を用いることによって、多段階で導電性が変化する導電路形成層１’を構成しても良い。
【００５２】
次に、上記導電路形成層１’の作製方法を図４の断面工程図に基づいて説明する。
【００５３】
先ず、図４（１）に示すように、基板３を用意する。そして、この基板上に必要に応じて下地層（図示省略）を形成する。下地層の形成は、図２（１）を用いて説明したと同様に行われる。
【００５４】
その後、基板３の表面、または下地層を形成した場合には下地層の表面を処理表面とし、この処理表面上に、分散溶液１５を塗布する。この分散溶液１５は、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓを溶媒１７中に分散させてなるものである。ここで、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓは、先に図３を用いて説明したと同様の構成であることとする。つまり、有機分子ｍ’は、微粒子ｓと結合可能な官能基を１つのみ有しており、１つの有機分子ｍ’は、１つの微粒子ｓのみに結合しているのであり、有機分子ｍ’を介して複数の微粒子ｓ同士が連結されていないこととする。そしてこれにより、各微粒子ｓに対して有機分子ｍが保護膜として作用し、溶媒１７中における微粒子ｓの分散状態が確保されていることとする。
【００５５】
尚、以上のような、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓを分散させた分散溶液１５の基板３上への塗布は、例えばスピンコート法によって行われることする。
【００５６】
その後、図４（２）に示すように、以上のように分散溶液１５を塗布した状態において、分散溶液１５中の溶媒１７を除去する。この際、微粒子ｓと有機分子ｍ’との結合状態を確保することが重要であり、分散溶液１５中の溶媒１７を単に蒸発させることにより除去すれば良いのである。
【００５７】
これにより、先に図３を用いて説明したように、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓのそれぞれを独立した状態に保ちつつ、微粒子ｓを配列してなる導電路形成層１’を形成する。この際、下地層が形成されており、この下地層が例えば金からなる微粒子ｓと化学結合可能なアミノ基等の官能基を有してれば、この官能基と結合する１層分の微粒子ｓが下地層上に固定される。
【００５８】
尚、導電路形成層１’の膜厚を所定膜厚にまで厚膜化するためには、上述した分散溶液１５の塗布工程と、分散溶液１５中の溶媒１７の除去工程とを繰り返し行うこととする。ただし、積層膜の膜厚は、膜の反対側まで光が透過できる程度の膜厚となるように繰り返し回数を適切に選ぶものとする。
【００５９】
以上のようにして得られる導電性形成層１’は、その作製工程において図４（１）を用いて説明したように、溶媒１７に微粒子ｓを分散させる際に保護膜として有機分子ｍ’を微粒子ｓに結合させている。この状態では、１つの有機分子ｍ’は１つの微粒子ｓのみに結合した状態となることにより、溶媒１７中に微粒子ｓが分散されている。そして、塗布されたこの分散溶液１５中の溶媒１７を除去することにより、有機分子ｍ’を結合させた各微粒子ｓのそれぞれを独立した状態に保ちつつ当該微粒子ｓを配列してなる導電路形層１’が形成される。
【００６０】
以上説明した作製方法の他にも、図３を用いて説明した導電路形成層１’の作製は、次のような手順で行うことも可能である。
【００６１】
すなわち、凝集防止用の保護膜分子を結合させた微粒子ｓを溶媒中に分散させた溶液を作製し、これを基板上に塗布する。その後、溶媒を除去し、保護膜分子を結合させた微粒子ｓのそれぞれを独立した状態に保ちつつ、微粒子ｓを配列してなる微粒子層を形成する。次に、微粒子ｓと結合可能な官能基を１つのみ有する上述の有機分子ｍ’を溶解させた溶液に微粒子層を晒す。これにより、微粒子ｓに結合している保護膜分子を有機分子ｍ’で置換し、微粒子ｓに有機分子ｍ’を結合させる。
【００６２】
以上のような手順によっても、保護膜分子と有機分子ｍ’との置換により、微粒子ｓのそれぞれを独立した状態に保ちつつ、有機分子ｍ’を結合させた微粒子ｓを配列してなる導電路形成層１’が得られる。
【００６３】
以上のようにして得られた導電路形成層１’であっても、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子ｍ’を用いたことにより、１）導通状態と２）非導通状態とのでの差（オン／オフ比）を増大させることができる。
【００６４】
＜光応答素子−１＞
図５には、本発明を適用した光応答素子の第１実施形態である薄膜トランジスタの断面図を示す。
【００６５】
図５に示す光応答素子は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１０ａとして構成されており、基板３の上部にゲート電極５が設けられ、このゲート電極５を覆う状態でゲート絶縁膜７が設けられている。またゲート絶縁膜７上には、ゲート電極５を挟む位置にソース・ドレイン電極９が設けられており、さらにこれらのソース・ドレイン電極９で挟まれた位置に、図１を用いて説明した構成の導電路形成層１がチャネル層として設けられている。また、導電路形成層１上は、保護膜１１で覆われていても良い。ただし保護膜１１は、光透過性材料からなることが好ましい。
【００６６】
このような構成の薄膜トランジスタ１０ａにおいて、基板３〜ソース・ドレイン電極９までは、特に構成の限定はなく、例えば通常の有機薄膜トランジスタと同様であって良い。
【００６７】
すなわち、基板３としては、例えば、ポリイミドやポリカーボネートやポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などのプラスチック基板、ガラス、石英、又はシリコン基板等を用いる。プラスチック基板を用いると、例えば曲面形状をもつディスプレイのように、フレキシブルな形状の薄膜トランジスタを製造できる。
【００６８】
ゲート電極５の材料としては、例えば、導電性高分子、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ポリシリコン等の導電性物質、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。これ以外にも、ゲート電極５の材料としては、光透過性を備えた材料を用いることができる。このような材料としては、ＩＴＯ（indium tin oxide)、ＦＴＯ(fluorine doped tin oxide)、ＳｎＯ2(tin oxide)、ＧＺＯ(Gallium doped zinc oxide)、ＩＤＩＸＯ(idemitsu indium x-metal oxide)、ＺｎＯ(zinc oxide)などの金属酸化物、およびPoly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(stylenesulfonic acid)(ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性高分子を用いることが出来る。
【００６９】
ゲート絶縁膜７の材料としては、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、金属酸化物高誘電絶縁膜等、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００７０】
ソース・ドレイン電極９の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、導電性高分子等の導電性物質、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００７１】
そして、以上のような薄膜トランジスタ１０ａは、例えば基板３と反対側に光源１３が配置された状態で用いられる。この光源１３としては、ランプ、レーザー、近接場光などを用いることができ、所望の波長の単色光ｈを出せるものが好ましく用いられる。また、光源１３は、導電路形成層１に用いられる分子の種類によっては、複数の波長の光ｈを選択して照射可能なものが用いられる。またこの光源１３は、薄膜トランジスタ１０ａと共に光応答素子の一部を構成する要素として、予め設けられていても良い。
【００７２】
尚、保護膜１１と共に、以下に詳細に説明する導電路形成層（チャネル層）１が光透過性を備えておらず、導電路形成層（チャネル層）１側から照射した光ｈがゲート絶縁膜７との界面付近に照射されない場合には、基板３、ゲート電極５、およびゲート絶縁膜７が光透過性を備えるように、これらの構成材料を選択する。そして、基板３側に上述した光源（１３）を配置する。これにより、基板３側から照射した光（ｈ）が、ゲート絶縁膜７との界面付近の導電路形成層（チャネル層）１に照射されるようにする。ここでいう光透明性とは、有機分子の構造変化を誘起する光の波長、例えば３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光や、５００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の透過度が十分に高いことを指す。
【００７３】
また本実施形態においては、作製工程における処理温度を２００℃以下に抑えた低温プロセスにできるため、上記の材料をすべて有機化合物で構成しても良い。
【００７４】
以上のような薄膜トランジスタ１０ａの製造は、次のように行う。
【００７５】
先ず、基板３上にゲート電極５を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜７を形成する。次に、ゲート絶縁膜７上におけるゲート電極５を挟む位置に、ソース・ドレイン電極９を形成する。以上までの工程は、通常の有機薄膜トランジスタの製造工程と同様に行われる。
【００７６】
その後、図２（１）および図２（２）を用いて説明した手順に従い、ソース・ドレイン電極９が形成されたゲート絶縁膜７の上部に、必要に応じて下地層（図示省略）を介して導電路形成層（チャネル層）１を形成する。ここでは、ソース／ドレイン電極９の上部にも導電路形成層（チャネル層）１を形成しているが、両電極間に挟まれた凹部にのみ導電路形成層（チャネル層）１を形成しても良い。
【００７７】
さらに、別の工程手順として、図２（１）および図２（２）を用いて説明した工程を繰り返すことにより、予め所定膜厚の導電路形成層（チャネル層）１を別の基板上に形成しておき、これを図３（１）に示したようにソース／ドレイン電極９までが形成された基板３の上方に転写することにより、図５に示した薄膜トランジスタ１０ａを作製することもできる。
【００７８】
以上のようにして得られた薄膜トランジスタ１０ａでは、図１を用いて説明した構成の導電路形成層１をチャネル層として用いている。このため、この導電路形成層（チャネル層）１に対して、有機分子ｍの導電性が高まるように光源１３から光ｈが照射された１）導通状態においては、導電路形成層（チャネル層）１内における電荷移動が、有機分子ｍの導電路と微粒子ｓの導電路とを結合させた分子間の電子移動を含まない効率的な移動となる。したがって、有機分子ｍの導電性が高まるように光照射し、導電路形成層（チャネル層）１を１）導通状態とするのに同期させて、ゲート電圧の操作によって導電路形成層（チャネル層）１に電界を印加する（印加しない）してトランジスタをオン状態とすることにより、有機分子のみでチャネル層を構成した薄膜トランジスタと比較して、有機分子を用いながらも移動度を向上させて、より高速での電荷移動を実現することができる。
【００７９】
一方、光源１３から光ｈが照射されていない２）非導通状態においては、導電路形成層（チャネル層）１に連続した導通路が形成されることはなく、導電路形成層（チャネル層）１の全体としての導電性を低く抑えることができる。このため、２）非導通状態と同期させて、ゲート電圧の操作によって導電路形成層（チャネル層）１に電界を印加しない（印加する）ことでトランジスタをオフ状態とすることにより、より効果的にオフ電流を抑えることができる。
【００８０】
この結果、第１実施形態の薄膜トランジスタ１０ａにおいては、導電路形成層（チャネル層）１におけるオン／オフ比を増大させることができると共に、オン状態においての電荷移動の速度を向上させることが可能になる。これにより、有機材料のみを用いて半導体層（チャネル層）を構成した光応答機能を有する薄膜トランジスタと比較して、トランジスタ特性の向上を図ることが可能になる。
【００８１】
またこのような効果に加えて、導電路形成層（チャネル層）１が有機分子ｍと微粒子とのネットワーク構造をとるため、単分子素子に比べ取り扱いやすいサイズであり、導電路形成層（チャネル層）１作製の再現性が高いこと、さらには集積化により効果が増幅される（検出しやすい）という利点も有している。
【００８２】
尚、上述した実施形態においては、図５を用いて説明したボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１０ａに本発明を適用した場合の構成および製造工程の例を説明した。しかしながら、本発明は、このような構成の薄膜トランジスタへの適用に限定されることはなく、薄膜状のチャネル層を用いた構成の薄膜トランジスタであれば適用可能であり、同様の効果を得ることが可能である。例えば、図６に示すボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタ１０ｂ、図７に示すトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１０ｃ、さらには図８に示すトップゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタ１０ｄへの適用が可能であり、各チャネル層として、図１を用いて説明した構成の導電路形成層１を用いる。ここで、図６〜図８においては、図５と同様の構成要素に同様の符号を付している。
【００８３】
ただし、図７，図８に示すトップゲート型の場合、導電路形成層（チャネル層）１におけるチャネル形成領域がゲート電極５と基板３とで完全に覆われてしまう。このため、基板３と反対側に光源１３を配置した状態で用いる場合、保護膜１１、ゲート電極５およびゲート絶縁膜７が光透過性を有する材料で構成されていることとする。一方、基板３側に光源（１３）を配置した状態で用いる場合、基板３および導電路形成層（チャネル層）１が光透過性を有する材料で構成されていることとする。
【００８４】
これにより、少なくとも導電路形成層（チャネル層）１におけるチャネル形成領域に、スイッチングのための光ｈが照射されるようにする必要がある。もちろん、基板３、ゲート電極５、およびゲート絶縁膜７の全てを、光透過性を有する材料で構成しても良い。尚、この光源１３は、薄膜トランジスタ１０ａと共に光応答素子の一部を構成する要素として、予め設けられていても良いことは同様である。
【００８５】
またこれらの各薄膜トランジスタ１０ｂ〜１０ｄの製造は、基板３側の構成要素から順に形成すれば良い。
【００８６】
尚、上述した各薄膜トランジスタ１０ａ〜１０ｄにおいては、各チャネル層として、図１を用いて説明した構成の導電路形成層１に変えて、図３を用いて説明した構成の導電路形成層１’を用いても良い。各薄膜トランジスタ１０ａ〜１０ｄのチャネル層に導電路形成層１’を用いた場合であっても、基板側の構成要素から順に形成を行い、導電路形成層１’の形成には図４を用いて説明した手順を適用すれば良い。
【００８７】
＜光応答素子−２＞
図９には、本発明を適用した光応答素子の第２実施形態であるスイッチング素子の断面図を示す。
【００８８】
図９に示す光応答素子は、スイッチング素子２０ａとして構成されており、基板３上に、互いに離間した状態で２つの電極９’，９’が設けられ、これらの電極９’，９’に接続された状態で導電路形成層（チャネル層）１が設けられている。導電路形成層１上は、保護膜１１で覆われていても良い。ただし保護膜１１は、光透過性材料からなることが好ましい。
【００８９】
図１０は、本発明の光応答素子を適用した他のスイッチング素子２０ｂの構成図である。この図に示すスイッチング素子２０ｂは、基板３上に導電路形成層（チャネル層）１が設けられ、この上部に互いに離間した状態で２つの電極９’，９’が設けられている。導電路形成層１上は、保護膜１１で覆われていても良い。ただし保護膜１１は、光透過性材料からなることが好ましい。
【００９０】
尚、図９，図１０において、電極９’，９’は、図５を用いて説明した薄膜トランジスタ１０ａのソース／ドレイン電極９,９と同様の構成であって良い。また導電路形成層（チャネル層）１は、図１を用いて説明した導電路形成層（チャネル層）１と同様に構成されたものであることとする。
【００９１】
これらのスイッチング素子２０ａ，２０ｂは、基板３と反対側または基板３側に光源１３を配置された状態で用いる。基板３と反対側に光源１３を配置した状態で用いる場合、少なくとも保護膜１１が光透過性を有する材料で構成されていることとする。一方、基板３側に光源（１３）を配置した状態で用いる場合、少なくとも基板３が光透過性を有する材料で構成されていることとする。もちろん、基板３、ゲート電極５、およびゲート絶縁膜７の全てを、光透過性を有する材料で構成しても良い。尚、この光源１３は、スイッチング素子２０ａ，２０ｂと共に光応答素子の一部を構成する要素として、予め設けられていても良いことは同様である。
【００９２】
このようなスイッチング素子２０ａ，２０ｂの作製は、上述した薄膜トランジスタの製造方法において、ゲート絶縁膜の形成工程とゲート電極の形成工程とを省き、導電路形成層（チャネル層）１と電極９’，９’とを基板３側から順に形成すれば良い。
【００９３】
このように構成されたスイッチング素子２０ａ，２０ｂは、図１を用いて説明した導電路形成層（チャネル層）１が設けられ、この導電路形成層（チャネル層）１に電極９’，９’が接続された構成となっている。このため、有機分子ｍの導電性が高まるように光照射し、導電路形成層（チャネル層）１を１）導通状態とすることにより、有機分子を用いながらも移動度を向上させて、より高速での電荷移動を実現することができる。一方、２）非導通状態においては、有機分子ｍ内に導電路が形成されないため、この有機分子ｍを用いた導電路形成層（チャネル層）１に連続した導通路が形成されることはなく、導電路形成層（チャネル層）１の全体としての導電性を低く抑えることができる。
【００９４】
この結果、導電路形成層（チャネル層）１におけるオン／オフ比が大きく、かつオン状態においての電荷移動が高速なスイッチングを行うことが可能になる。
【００９５】
またこのような効果に加えて、導電路形成層（チャネル層）１が有機分子ｍと微粒子とのネットワーク構造をとるため、単分子素子に比べ取り扱いやすいサイズであり、導電路形成層（チャネル層）１作製の再現性が高いこと、さらには集積化により効果が増幅される（検出しやすい）という利点も有していることも第１実施形態と同様である。
【００９６】
またこのような構成のスイッチング素子２０ａ，２０ｂであれば、有機分子ｍの導電性が高まるように光照射して１）導通状態とした後には、次に光照射するまで１）導通状態が維持される。このため、常に電界をかけていないとならない電界効果トランジスタと比較すると、消費電力を少なくすることが出来る。
【００９７】
また、スイッチング素子２０ａ，２０ｂにおける導電性形成層（チャネル層）１として、上述したように多段階に導電性を変化させるものを用いても良く、この場合には多段階のスイッチングを行うことが可能となる。
【００９８】
さらに、スイッチング素子２０ａ，２０ｂにおける導電層（チャネル層）１として、図１を用いて説明した構成の導電路形成層１に変えて、図３を用いて説明した構成の導電路形成層１’を用いても良い。
【００９９】
＜光応答素子−３＞
図１１には、本発明を適用した光応答素子の第３実施形態としての各薄膜トランジスタの構成図を示す。
【０１００】
図１１（ａ）〜（ｅ）の各図に示す各光応答素子は、薄膜トランジスタ４０ａ，４０ｂ，…として構成されており、ここでは図６を用いて説明したと同様のボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタ（１０ｂ）に、さらに導電路形成層１に対して部分的に光照射する光源４１ａ，４１ｂ，…を備えた構成となっている。尚、導電路形成層１は、先に図３を用いて説明した導電路形成層１’であっても良い。
【０１０１】
これらの光源４１ａ，４１ｂ，…は、例えば近接場光を発生する光源であることとする。近接場光であれば、光照射した位置の周囲に光が伝搬されることはなく、光の照射部位を制限することができる。
【０１０２】
このうち、図１１（ａ）の薄膜トランジスタ４０ａは、ソース／ドレイン電極９−９間の略中央部にチャネル幅Ｗ方向に沿って近接場光ｈが照射されるように、光源４１ａが設けられている。このような光源４１ａは、三角柱の側面に沿った１辺のエッジを導電路形成層１に対向配置させた楔型シリコン４２を備えている。この楔型シリコン４２において、近接場光ｈの発生端となるエッジに対向する面側に、ここでの図示を省略したガラス基板を貼り合せ、このガラス基板側から光Ｈを入射させる構成となっている（八井崇，大津元一,近接場光とナノデバイス「O plus E」,Vol.27,No.12, pp.1388-1392.参照）。この光源４１ａは、ゲート電極５に連動してオン−オフが制御される構成である。尚、近接場光ｈは、先の導電路形成層1の構成で説明したように、導電路形成層１を構成する有機分子の導電性を高める波長であることとする。
【０１０３】
これにより、例えば薄膜トランジスタ４０ａを導通状態とした場合に、楔形シリコン４２のエッジに発生した近接場光ｈが、導電路形成層１に照射される。そして、導電路形成層１において近接場光ｈが照射された部分１ａで、例えば導電路形成層１を構成する有機分子にπ共役系が形成されて極部的に導電性が高められ、導電路形成層１における導通状態が制御される構成となっている。尚、導電路形成層１に対向させて複数の光源４１ａを設けてそれぞれ個別に制御する構成とすることにより、導電路形成層１における導通状態を段階的に制御することが可能になる。
【０１０４】
また図１１（ｂ）の薄膜トランジスタ４０ｂは、図１１（ａ）の薄膜トランジスタ４０ａにおける導電路形成層１を、特に特定の波長の光（例えばＵＶ光）ｈνを照射することで分子構造（電子状態）が変化し、また変化した状態でそれぞれに特定の波長の光（例えば可視光）ｈν’を照射することで元の分子構造（電子状態）に戻る可逆性を備えたものとする。
【０１０５】
このような構成の薄膜トランジスタ４０ｂであれば、予め導電路形成層１の全体にＵＶ光ｈνを照射してπ共役系として導電性を高めておき、この状態で光源４１ｂから可視光領域の波長を有する近接場光ｈν’を照射することでπ共役系を切断し、導電路形成層１において極部的な低抵抗部１ｂを形成することも可能である。この場合、例えば薄膜トランジスタ４０ｂをオフ状態とした場合に、楔形シリコン４２のエッジに発生した近接場光ｈν’が導電路形成層１に照射されるようにする。このような構成であっても、複数の光源４１ｂを設けてそれぞれ個別に制御する構成とすることにより、導電路形成層１における導通状態（非導通状態）を段階的に制御することが可能になる。
【０１０６】
図１１（ｃ）の薄膜トランジスタ４０ｃは、ソース／ドレイン電極９−９間の略中央部のみに近接場光ｈが照射されるように、光源４１ｃが設けられている。このような光源４１ｃは、先端を近接場光ｈの発生端として導電路形成層１に対向配置させた光ファイバー４３を備え、この光ファイバー４３に光Ｈが入射される構成となっている。この光源４１ｃは、ゲート電極５に連動してオン−オフが制御される構成である。尚、近接場光ｈは、先の導電路形成層1の構成で説明したように、導電路形成層１を構成する有機分子の導電性を高める波長であることとする。
【０１０７】
これにより、例えば薄膜トランジスタ４０ｃを導通状態とした場合に、光ファイバー４３の先端に発生した近接場光ｈが導電路形成層１に照射される。そして、導電路形成層１において近接場光ｈが照射された部分１ａで、例えば導電路形成層１を構成する有機分子にπ共役系が形成されて極部的に導電性が高められ、導電路形成層１における導通状態が制御される構成となっている。このような構成であっても、複数の光源４１ｃを設けてそれぞれ個別に制御する構成とすることにより、導電路形成層１における導通状態を段階的に制御することが可能になる。
【０１０８】
図１１（ｄ）の薄膜トランジスタ４０ｄは、ソース／ドレイン電極９−９間の所定位置に有る程度の面積で近接場光が照射されるように、光源４１ｄが設けられている。このような光源４１ｄは、一側面を近接場光ｈの発生端として導電路形成層１に対向配置させた三角柱型のプリズム４４を備えている。このプリズム４４において、他の側面から光Ｈが入射される構成となっている。この光源４１ｄは、ゲート電極５に連動してオン−オフが制御される構成である。尚、近接場光は、先の導電路形成層1の構成で説明したように、導電路形成層１を構成する有機分子の導電性を高める波長であることとする。
【０１０９】
これにより、例えば薄膜トランジスタ４０ｄを導通状態とした場合に、プリズム４４の一側面に発生した近接場光が導電路形成層１に照射される。そして、導電路形成層１において近接場光が照射された部分１ａで、例えば導電路形成層１を構成する有機分子にπ共役系が形成されて極部的に導電性が高められ、導電路形成層１における導通状態が制御される構成となっている。このような構成であっても、複数の光源４１ｄを設けてそれぞれ個別に制御する構成とすることにより、導電路形成層１における導通状態を段階的に制御することが可能になる。
【０１１０】
図１１（ｅ）の薄膜トランジスタ４０ｅは、ソース／ドレイン電極９−９間の略中央部にチャネル長Ｌ方向に沿って近接場光が照射されるように、光源４１ｅが設けられている。このような光源４１ｅは、図１１（ａ）の薄膜トランジスタ４０ａと同様の楔型シリコン４２をチャネル長Ｌ方向に配置され、ゲート電極５に連動してオン−オフが制御される構成である。尚、近接場光は、先の導電路形成層1の構成で説明したように、導電路形成層１を構成する有機分子の導電性を高める波長であることとする。
【０１１１】
これにより、例えば薄膜トランジスタ４０ｅを導通状態とした場合に、楔形シリコン４２のエッジに発生した近接場光が、導電路形成層１に照射される。そして、導電路形成層１において近接場光が照射された部分、すなわちソース・ドレイン電極９，９間にわたって、例えば導電路形成層１を構成する有機分子にπ共役系が形成されて極部的に導電性が高められてチャネル部１ｃが形成される。このため、ゲート電界を掛けずともソース・ドレイン電極９，９間を導通させたオン状態とすることが可能である。このような構成であっても、複数の光源４１ｅを設けてそれぞれ個別に制御することにより、導電路形成層１における導通状態（つまりここではチャネル幅）を段階的に制御することが可能になる。
【０１１２】
尚、上記薄膜トランジスタ４０ｃ，４０ｄ，４０ｅにおいても、図１１（ｂ）の薄膜トランジスタ４０ｂと同様に、導電路形成層１を、特に特定の波長の光（例えばＵＶ光）ｈνを照射することで分子構造（電子状態）が変化し、また変化した状態でそれぞれに特定の波長の光（例えば可視光）ｈν’を照射することで元の分子構造（電子状態）に戻る可逆性を備えたものとしても良い。この場合、薄膜トランジスタ４０ｂと同様に、予め導電路形成層１の全体にＵＶ光ｈνを照射してπ共役系として導電性を高めておき、この状態で光源４１ｂから可視光領域の波長を有する近接場光ｈν’を照射することでπ共役系を切断し、導電路形成層１において極部的な低抵抗部を形成することにより、導電路形成層１における導通状態（非導通状態）を制御する。
【０１１３】
以上のように、図１１の各図を用いて説明した構成の薄膜トランジスタ４０ａ〜４０ｅでは、ソース・ドレイン電極９，９間に設けられた導電路形成層１の一部の導通状態（非導通状態）を制御することが可能であり、これによって導通状態（非導通状態）の段階的な制御が可能となる。
【０１１４】
尚、以上の第３実施形態で説明した薄膜トランジスタにおいて用いた近接場光は、光の波長程度までしか光源からしみ出すことができない。このため、各光源は導電路形成層１に対して十分近い位置（数百nm以内）に設置する。また、導電路形成層１を構成する微粒子がプラズモン吸収などの吸収を示す場合は、その波長域を避けた近接場光ｈを用いることが望ましい。これにより、微粒子での吸収によるエネルギーロスを防止し、近接場光ｈのエネルギーのほとんどが有機分子の導電性の変化に用いられるようにする。
【０１１５】
また、第３実施形態においては、近接場光を照射することにより導電路形成層１の導電性を変化させる構成としたが、導電路形成層１に照射する光はレーザ光であっても良い。しかしながら、導電路形成層１に対して面状または線上で光を照射し続けるには、レーザ光よりも近接場光が有利である。
【０１１６】
さらに、第３実施形態においては、図６を用いて説明したと同様のボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタ（１０ｂ）に、さらに導電路形成層１に対して部分的に光照射する光源４１ａ，４１ｂ，…を備えた構成を説明した。しかしながら、この第３実施形態は、図５〜図８を用いて説明した各構成の薄膜とランジスタと組み合わせることが可能である。ただし、近接場光を発生させる光源を用いる場合には、導電路形成層１の極近い位置に光源を配置する必要があるため、図５または図６のボトムゲート型への適用が好ましい。
【０１１７】
＜光応答素子−４＞
図１２には、本発明を適用した光応答素子の第４実施形態である他のスイッチング素子の平面図を示す。尚、図１０のスイッチング素子と同様の構成要素の説明は省略する。
【０１１８】
図１２に示す光応答素子は、スイッチング素子５０として構成されており、基板３上に導電路形成層（チャネル層）１が設けられ、この上部に互いに離間した状態で２つ以上（ここでは３つ）の電極Ｓ，Ｄ１，Ｄ２が設けられている。尚、電極Ｓ，Ｄ１，Ｄ２は、図５を用いて説明した薄膜トランジスタ１０ａのソース／ドレイン電極９，９と同様の構成であって良い。
【０１１９】
そして、このスイッチング素子５０には、これらの電極Ｓ，Ｄ１，Ｄ２のうちの選択された２つの電極Ｓ−Ｄ１または電極Ｓ−Ｄ２間に位置する導電路形成層部分のみに光照射する光源５１，５２，５３を備えていることとする。
【０１２０】
これらの光源５１，５２，５３は、例えばそれぞれが近接場光を発生する光源であり、例えば図１１（ｄ）で説明したと同様に三角柱型のプリズムを備えたものであることとする。そして、図１３(１)に示すように、光源５１，５２から導電路形成層１への光照射により、電極Ｓ−Ｄ１間のみに導電性が高められた導電路１ａが形成される。また、図１３(２)に示すように、光源５１，５３から導電路形成層１への光照射により電極Ｓ−Ｄ２間のみに導電性が高められた導電路１ａ’が形成される。さらに、ここでの図示は省略したが、光源５１，５２，５３の全てからの光照射により電極Ｓ−Ｄ１−Ｄ２間に導電路が形成される構成となっている。
【０１２１】
これにより、光源５１，５２，５３による導電路形成層１への光照射を制御すことで、選択された電極間を接続する光スイッチングを行うことができる。
【０１２２】
＜その他の光応答素子＞
以上説明した実施形態においては、本発明の光応答素子を、薄膜トランジスタに適用した実施形態、およびスイッチング素子に適用した実施形態を説明した。しかしながら、本発明の光応答素子は、このような素子への適用に限定されるものではなく、次のような素子への適用が可能である。
【０１２３】
例えば、上記スイッチング素子と同様の構成の素子を、目的とする波長の光が照射されたかを判定するセンサーとして用いることもできる。この場合、導電路形成層を構成する有機分子ｍとして、目的とする波長の光の照射によって導電性が変化する化合物を選択して用いることとする。そして、導電路形成層を介して電極間に電流を流してその大きさを読み取ることにより、その電流値の変化から所望の波長の光が照射されたか、を判定することができる。このような素子において、導電路形成層１として、上述したように多段階に導電性を変化させるものを用いても良く、この場合には複数の波長の光が照射されたかを判定することが可能となる。
【０１２４】
さらに、上記スイッチング素子と同様の構成の素子を、メモリとして用いることもできる。この場合、導電路形成層に光を照射して有機分子ｍを所定の状態として情報を書き込んでおく。この状態で、導電路形成層に電流を流してその大きさを読み取ることにより、導電路形成層を構成する有機分子ｍが、どのような状態となっているかを認識して書き込まれた情報を読み出すことができる。このような素子おいて、導電性形成層１として、上述したように多段階に導電性を変化させるものを用いても良く、この場合には多段階の状態を認識することができる多値メモリとなる。
【０１２５】
＜光応答装置＞
上述した各構成の光応答素子を複数配列してなる光応答装置は、以上の実施形態で説明した光応答素子を同一の基板上に配列形成してなる。そして、各光応答素子に対応させて光源が設けられている。光源としては、隣接する素子に対して影響を与えることなく、対応する素子のみに光照射を行う観点からすれば、近接場光を発生する光源を用いることが好ましい。
【０１２６】
この光応答装置には、例えば行列状に配置された２本の配線で選択された光源において光照射が行われる構成とすることで、選択された光源に対応する光応答素子の導電路形成層の導電性を各実施形態で説明したように変化させる構成となっている。
【０１２７】
このような構成の光応答装置であっても、近接場光を利用することにより、選択された光応答素子における導電路形成層のみを高精度に制御可能になる。
【０１２８】
尚、上述した各光応答素子および光応答装置の実施形態においては、光照射によって可逆的に導電性が変化する有機分子と、これを結合させた微粒子とで構成された導電路形成層１を用いた構成を説明した。しかしながら、各実施形態の光応答素子および光応答装置は、このような導電路形成層１を用いた構成に限定されることはなく、例えば有機材料のみを用いた導電路形成層であっても、同様の動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の導電路形成層の１つの例を示す構成図である。
【図２】図１の導電路形成層の作製手順を示す工程図である。
【図３】本発明の導電路形成層の他の例を示す構成図である。
【図４】図３の導電路形成層の作製手順を示す工程図である。
【図５】本発明を適用したボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの構成図である（第１実施形態）。
【図６】本発明を適用したボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタの構成である（第１実施形態）。
【図７】本発明を適用したトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの構成図である（第１実施形態）。
【図８】本発明を適用したトップゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタの構成図である（第１実施形態）。
【図９】本発明を適用したスイッチング素子の一例を示す構成図である（第２実施形態）。
【図１０】本発明を適用したスイッチング素子の他の例を示す構成図である。（第２実施形態）
【図１１】本発明を適用した薄膜トランジスタの構成図である（第３実施形態）。
【図１２】本発明を適用したスイッチング素子のさらに他の一例を示す構成図である（第４実施形態）。
【図１３】図１２のスイッチング素子の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１…導電路形成層（チャネル層）、１’…導電路形成層、５…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、９…ソース／ドレイン電極、９’，Ｓ，Ｄ１，Ｄ２…電極、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ…薄膜トランジスタ（光応答素子）、２０ａ，２０ｂ，５０…スイッチング素子（光応答素子）、ｍ，ｍ’…有機分子、ｓ…微粒子
【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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