(57)【要約】【課題】形成する有機分子薄膜以外の構造体を新たに設けるなどの複雑な工程を追加することなく、欠陥の少ない高品質な有機分子薄膜が形成できるようにする。【解決手段】主表面が、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した微傾斜シリコン（１１１）基板（結晶基板１０１）を用い、この上に構造と方位の揃ったＣ６０薄膜を形成する。先ず、洗浄した結晶基板１０１に超高真空の中で所定の加熱処理を施し、結晶基板１０１の表面構造を高温相の１×１構造から低温相の７×７構造に転移させ、一本一本ばらばらの状態から数本のステップが束になった状態（ステップ１１１）へと変化させる。また、この状態となる温度で、結晶基板１０１の表面に金を蒸着することで、最終的に結晶基板１０１の表面構造を６×６構造とし、この上に、１００℃でＣ６０よりなる有機分子１０２を蒸着させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板の表面の原子配列構造とステップの方向とステップの高さとを制御する第１工程と、
真空排気された状態で前記結晶基板の表面に有機分子を供給し、前記有機分子が集合した核を前記ステップに沿って配列させて前記結晶基板の表面に前記有機分子から構成された有機分子薄膜を成長させることで、結晶の構造と結晶の方位とが揃った状態の前記有機分子薄膜を前記結晶基板の上に形成する第２工程と
を少なくとも備えることを特徴とする有機分子薄膜の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の有機分子薄膜の作製方法において、
前記有機分子としてフラーレンを用いる
ことを特徴とする有機分子薄膜の作製方法。
【請求項３】
請求項２記載の有機分子薄膜の作製方法において、
前記結晶基板として、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した単結晶シリコンを用いることで、結晶基板の表面のステップの方向を制御し、
前記結晶基板を加熱処理することで前記ステップの高さを制御し、
加熱された前記結晶基板の表面に原子層単位でＡｕの層を蒸着することで、前記表面の原子配列構造を制御する
ことを特徴とする有機分子薄膜の作製方法。
【請求項４】
請求項３記載の有機分子薄膜の作製方法において、
前記結晶基板を１２００℃に加熱してから７００℃に冷却する加熱処理により、複数の前記ステップを束として前記ステップの高さを制御する
ことを特徴とする有機分子薄膜の作製方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の有機分子薄膜の作製方法において、
加熱された前記結晶基板の表面に原子層単位でＡｕの層を蒸着することで、前記表面が６×６構造とされた状態に制御する
ことを特徴とする有機分子薄膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスや光デバイスなどに用いられる高品位な有機分子薄膜を結晶材料の表面に作製する有機分子薄膜の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機分子薄膜を用いた電子デバイス及び光デバイスが、注目を集めている。このようなデバイス特性を決めるものとして、有機分子薄膜の品質がある。有機分子薄膜の形成には、有機分子を含む溶液を基板に塗布する塗布法がある。また、真空中で有機分子を加熱して真空中に放出し、この有機分子を基板の上に輸送して堆積させる真空蒸着法がある（特許文献１参照）。後者の真空蒸着法では、表面の結晶構造が均一になっているなど結晶性のよい基板を用いることが可能であり、また、所望の有機分子のみを堆積することが可能であり、このように薄膜の品質が制御可能な点で、前者の塗布法に勝っている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３０４４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、真空蒸着法による有機分子薄膜の形成においても、基板がアモルファスや多結晶の場合、表面の形状や原子配列構造を制御できないため、良好な結晶状態の有機分子薄膜を堆積することが容易ではない。形成された有機分子薄膜が結晶であっても、複数の結晶構造が共存する場合や、単一種類の結晶構造から構成されていても小さな結晶粒から構成されている場合などが起こり、良好な結晶状態の有機分子薄膜とすることが容易ではない。
【０００５】
真空蒸着法により単結晶基板の上に形成される有機分子薄膜の構造に大きな影響を及ぼす因子は、基板と有機分子の相互作用と、有機分子同士の相互作用とがある。従来では、これらの大小関係を調節することにより薄膜の品質を制御することが行われてきた。
【０００６】
先ず、形成する薄膜の有機分子と基板との相互作用が強い場合、基板の上に堆積された有機分子は、基板の原子に強く結合して基板原子の周期性を引き継ぐ。この場合、有機分子の結晶の周期性が基板原子の周期性に一致すれば、良質な状態の有機分子薄膜が形成可能である。しかしながら、有機分子の結晶の周期性が基板原子の周期性に一致する場合は非常にまれであり、良質な有機分子薄膜を形成するためには、周期性が一致する特殊な基板と有機分子との組み合わせが必要となる。
【０００７】
これに対し、形成する薄膜の有機分子と基板との相互作用が弱い場合は、有機分子は基板の周期性と関係なく配列する。しかしながら、独立に核形成した有機分子結晶は、基板原子と有機分子の相対位置及び基板表面の法線のまわりでの回転についての自由度があるため、複数の核が成長して互いに接した際、欠陥が導入されやすいものとなる。このように、相互作用が弱い場合も、欠陥の導入が抑制された良質な有機分子薄膜を形成することが容易ではない。
【０００８】
また、特許文献１の技術では、基板表面に比べ高くなるような形状の変化を伴う加工処理を施すことや、粒子を基板表面に形成して粒子を中心に有機分子を成長させることで、有機分子の薄膜の品質をより幅広く制御するようにしている。しかしながら、この技術では、基板表面を加工し、また基板表面に粒子を付着させるなどの、複雑な新たな工程が付加され、製造が容易ではない。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、形成する有機分子薄膜以外の構造体を新たに設けるなどの複雑な工程を追加することなく、欠陥の少ない高品質な有機分子薄膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る有機分子薄膜作製方法は、結晶基板の表面の原子配列構造とステップの方向とステップの高さとを制御する第１工程と、真空排気された状態で結晶基板の表面に有機分子を供給し、有機分子が集合した核をステップに沿って配列させて結晶基板の表面に有機分子から構成された有機分子薄膜を成長させることで、結晶の構造と結晶の方位とが揃った状態の有機分子薄膜を結晶基板の上に形成する第２工程とを少なくとも備えるようにしたものである。
【００１１】
上記有機分子薄膜の作製方法において、例えば、有機分子としてフラーレンを用いることができる。この場合、結晶基板として、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した単結晶シリコンを用いることで、結晶基板の表面のステップの方向を制御し、結晶基板を加熱処理することでステップの高さを制御し、加熱された結晶基板の表面に原子層単位でＡｕの層を蒸着することで、表面の原子配列構造を制御することができる。例えば、結晶基板を１２００℃に加熱してから７００℃に冷却する加熱処理により、複数のステップを束としてステップの高さを制御することができる。また、加熱された結晶基板の表面に原子層単位でＡｕの層を蒸着することで、表面が６×６構造とされた状態に制御することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、結晶基板の表面の原子配列構造とステップの方向とステップの高さとを制御して、ここに、真空排気された状態で有機分子を供給するようにしたので、形成する有機分子薄膜以外の構造体を新たに設けるなどの複雑な工程を追加することなく、欠陥の少ない高品質な有機分子薄膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【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について図を参照して説明する。はじめに、本発明の有機分子薄膜の作製方法の基本的な構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における有機分子薄膜の作製方法を説明するための工程図である。先ず、図１（ａ）に示すように、ステップ１１１の方向と高さを制御した結晶基板１０１を用意する。例えば、形成する有機分子薄膜の構造及び方位を制御する観点で、ステップ１１１が所定の方向とされた状態とする。また、形成しようとする有機分子薄膜の分子がステップ１１１の部分で凝集して（ステップ１１１に沿って配列して）核が形成されやすい状態となるように、例えばステップ１１１の高さを、形成する有機分子薄膜の分子より高くする。ただし、この条件は、基板の状態と堆積する有機分子との組み合わせによって変化し、ステップの高さを分子より高くすることが、必ずしもステップに分子が凝集（配列）しやすくなる条件とは限らない。なお、図１では、結晶基板１０１の一部表面を示し、他の領域は省略している。
【００１４】
ステップ１１１の方向は、結晶基板１０１の表面の低指数方向からの傾斜の方向で決定される。従って、結晶基板１０１の表面の低指数方向からの傾斜の方向を制御することで、ステップ１１１の方向が制御可能である。
【００１５】
次に、ステップ１１１の高さについて説明すると、ステップ１１１の高さの制御は、例えば、基板の傾斜角の制御により行える。ただし、通常では、ほぼ平坦な結晶基板の表面では、ステップ１１１の高さは１原子層程度である場合が多い。１原子層より高いステップの高さを得るためには、先ず、基板の傾斜角を制御する方法がある。また、前述したように、ステップ１１１の高さを有機分子を超える高さにしようとしても、傾斜角の制御のみでは、清浄化された結晶基板１０１のステップ１１１をより高くすることが容易ではない場合もある。この場合、結晶基板１０１の表面に、異種の物質を付着させることで、ステップ１１１の高さをより高くすることができる場合が多い。
【００１６】
また、公知のリソグラフィー技術により、基板の表面にあらかじめ周期的にパターンを形成し、これらを加熱することにより、基板表面のステップ１１１の方向や高さを制御する方法もある（T.Ogino, H.Hibino,and Y.Homma, "Patterning-Assisted Control for Ordered Arrangement of Atomic Steps on Si(111) Surface", Jpn. J. Appl. Phys., Vol.34, pp.L668-L670, 1995）。
【００１７】
以上のように、結晶基板１０１の表面のステップ１１１の方向と高さとを所望とする状態とした後、結晶基板１０１の表面に、所望とする有機分子を真空中で蒸着する。このとき、堆積速度や基板温度を制御することで、図１（ｂ）に示すように、結晶基板１０１の表面に到達した有機分子１０２が、基板表面を拡散してステップ１１１の部分に凝集し、選択的にステップ１１１に沿って配列して核１０３が形成される状態とする。ここで、堆積速度や基板温度などの蒸着条件の制御では、有機分子１０２がステップ１１１に凝集する状態が得られない場合もある。このような場合、結晶基板１０１の表面に、あらかじめ他の物質を付着させておくなどのことにより、結晶基板１０１の表面の原子配列構造（表面構造）を最適な状態に制御しておくことで、有機分子１０２の拡散を容易にし、有機分子１０２がステップ１１１に凝集しやすくなる状態とすればよい。
【００１８】
表面構造が最適化されている結晶基板１０１の表面では、堆積する有機分子１０２は、ステップ１１１との相互作用により、ステップ１１１に凝集してステップ１１１に沿って核１０３を形成して単一の構造と方位に配列する。この状態で有機分子１０２の蒸着を続けると、ステップ１１１に形成されている核１０３が成長して各々が合体し、図１（ｃ）に示すように、結晶基板１０１の表面に連続した有機分子薄膜１０４が形成されるようになる。
【００１９】
次に、より具体的な例として、表面が面方位（１１１）の単結晶シリコンからなる１０１の上に、多段とされたステップ１１１を用い、Ｃ６０の薄膜を形成する場合について説明する。なお、Ｃ６０の薄膜は、電界効果型の有機薄膜トランジスタへの適用が報告されている（R.C.Haddon, A.S.Perel, R.C.Morris, T.T.M.Palstra, A.F.Hebard, and R.M.Fleming,"C60 thin film transistors",Appl. Phys. Lett., Vol.67(1), pp.121-123,1995)。この報告では、Ｃ６０薄膜を用いた電界効果型トランジスタで、０．３ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1という比較的高い移動度を有することが示されている。
【００２０】
また、シリコン基板上へのＣ６０膜の形成では、超高真空中で清浄なシリコン（１１１）基板にＣ６０を堆積すると、第１層（分子層）の配列は非常に乱れており、第２層から結晶薄膜が成長することが報告されている（T.Sato, T.Sueyoshi, and M.Iwatsuki,"Multilayer growth process of C60 on a Si(111)7×7 surface", Surface Science, Vol.321, pp.L137-L142, 1994.）。しかしながら、この場合、結晶薄膜には２種類の異なった方位が存在している。また、あらかじめシリコン（１１１）基板の表面に蒸着により銀の層を形成して表面構造を改質した後、改質されたシリコン基板の表面にＣ６０を堆積すると、第１層から周期的な薄膜が得られることが報告されている（M.D.Upward, P.Moriarty, and P.H.Beton, "Double domain ordering and selective removal of C60 on Ag/Si(111)-(√3×√3)R30°", Physical Review B, Vol.56, No.4, pp.R1704-R1707, 1997.）。しかしながら、この場合においても、Ｃ６０薄膜はいくつかの異なる構造と方位をとることが報告されている。
【００２１】
これらに対し、本実施の形態においては、主表面が、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した微傾斜シリコン（１１１）基板（結晶基板１０１）を用い、この上に構造と方位の揃ったＣ６０薄膜を形成する。なお、傾斜の角度は、２°に限らず、１°や３°であってもよい。以下、作製方法について説明すると、先ず、上記構成とした結晶基板１０１を、アンモニア過水，塩酸過水，希フッ酸，硫酸過水よりなる洗浄液を用いた所謂ＲＣＡ洗浄などにより洗浄する。続いて、洗浄した結晶基板１０１を、例えば１×１０-8Ｐａ程度の超高真空とされた処理チャンバー内に搬入し、６００℃程度に加熱して脱ガスを行う。引き続いて、上記超高真空の中で、例えば直接通電により、１２００℃以上の温度まで加熱することで清浄化する。これらのことにより、結晶基板１０１の表面は、形成されていた自然酸化膜などが除去され、清浄表面が形成された状態となる。
【００２２】
このようにして表面を清浄化した後、７００℃まで冷却する。このような加熱処理を経る結晶基板１０１の表面では、表面構造が高温相の１×１構造から低温相の７×７構造に転移し、この転移の際に、ステップが一本一本ばらばらの状態から、数本のステップが束になった状態（ステップ１１１）へと変化する。この状態となる７００℃程度の温度で、結晶基板１０１の表面に約０．７５原子層のＡｕを蒸着すると、結晶基板１０１の表面に吸着したＡｕ原子とシリコン原子とが配列した√３×√３構造と呼ばれる表面再構成による構造（表面構造）が形成される。この表面構造とされた結晶基板１０１の表面においてもステップ１１１は束になった状態にある。この後、基板温度を約４００℃に保ち、さらにＡｕを蒸着することにより、結晶基板１０１の表面構造を６×６構造とする。
【００２３】
このように、表面構造が６×６構造とされた結晶基板１０１の上に、１００℃でＣ６０よりなる有機分子１０２を蒸着させると、図１（ｂ）に示すように、結晶基板１０１の上のテラス部分に到達した有機分子１０２（Ｃ６０）も、表面を拡散してステップ１１１の部分に凝集し、核１０３を形成する。図２に示す写真は、上述した処理による結晶基板１０１の上に核１０３が形成された状態を示す電子顕微鏡写真である。図２に示すように、明るく見える基板１０１の上に、周期的にステップ１１１が形成され、ステップ１１１の端部に、黒く見える核１０３が形成されている。
【００２４】
このように核１０３が形成された後、さらに成長（蒸着）を続けると、成長した核１０３同士が合体し、図１（ｃ）に示すように、Ｃ６０よりなる有機分子薄膜１０４が形成された状態となる。また、前述同様にすることで表面が面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した単結晶シリコン基板の上にＣ６０よりなる有機分子薄膜を形成した状態を、低速電子線回折により観察すると、図３に示すように、単結晶シリコン基板と有機分子薄膜とからの２種類の回折点が現れる。なお、図３中に点線の円で囲んだ回折点が、単結晶シリコン基板からの回折点である。また、これ以外の回折点が、Ｃ６０よりなる有機分子薄膜からの回折点である。
【００２５】
図３に示されているように、Ｃ６０よりなる有機分子薄膜からの回折点が１種類の三角格子上に配列されていることがわかる。さらに、単結晶シリコン基板とＣ６０よりなる有機分子薄膜との方位が揃っていることもわかる。これらのことは、単結晶シリコン基板の上に、単一の構造と方位を持つ有機分子薄膜が形成されたことを示している。この後、さらに堆積量を増やしてより厚い有機分子薄膜を形成すれば、単一方位の厚膜が形成されるようになる。
【００２６】
ところで、上述した方法によりＣ６０を堆積（蒸着）して有機分子薄膜１０４を形成すると、複数の核１０３が合体して形成される１つの連続した膜が、結晶基板１０１の表面全域を覆う前に、新たな連続した膜が形成されるため、必ずしも単一の膜厚（層）の薄膜が得られない。ここで、結晶基板１０１の表面に形成される有機分子薄膜１０４のＣ６０が脱離する温度は、膜厚が厚くなるほど低下する。このことを用い、蒸着時の加熱温度を制御することにより、一定の膜厚とされた有機分子薄膜を得ることができる。
【００２７】
なお、上述では、Ｃ６０よりなる有機分子薄膜の形成について説明したが、これに限るものではなく、真空中での加熱により分解せずに蒸発して蒸着が可能な材料であれば、上述同様に有機分子は膜を形成することが可能である。例えば、Ｃ６０の他にＣ７０などのフラーレンや、金属を内包したフラーレンであっても、上述同様に、有機分子薄膜が形成可能である。また、ペンタセンやテトラセンなどのポリアセン，フタロシアニン，金属フタロシアニン，チオフェンやフェニレンなどから構成されるオリゴマー，及びこれらに側鎖や置換基を導入した有機分子、トリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）などの芳香族アミン誘導体、アルミニウム・キノリノール錯体（aluminato-tris-8-hydroxyquinolate：Ａｌｑ３）などの金属錯体、テトラチアフルバレン（Tetrathiafulvalene：ＴＴＦ）やテトラシアノキノジメタン（Tetracyanoquinodimethane：ＴＣＮＱ）、及びこれらの錯体であるＴＴＦ−ＴＣＮＱで代表される電荷移動錯体などの有機分子の薄膜が形成可能である。
【００２８】
例えば、５つのベンゼン環が直線上に並んだ分子構造を持つペンタセンは、有機薄膜トランジスタの材料として有望視されているが、シリコン基板の表面にペンタセンの２次元的な結晶膜が形成可能であることが報告されている（G. E. Thayer, J. T. Sadowski, F. Meyer zu Heringdorf, T. Sakurai, and R. M. Tromp, "Role of Surface Electronic Structure in Thin Film Molecular Ordering", PHYSICAL REVIEW LETTERS, PRL 95(25) ,256106(4), pp.1-4, 2005.）。従って、２次元的な結晶の膜が形成されていることより、球状分子ではないペンタセンの分子でも、基板の表面を拡散していることが示されており、ペンタセンなどの球状ではない分子構造であっても、Ｃ６０と同様に、ステップの方向と高さと基板表面の原子配列構造を制御することで、前述同様に、単一の構造と配向とを備えた有機分子薄膜の形成が可能である。
【００２９】
以上に説明したように、結晶基板の表面ステップの方向と高さを制御し、また、結晶基板の表面の原子配列構造（表面構造）を制御することにより、単一の構造と方位をもつ有機分子薄膜を厚さを制御して形成することが可能となる。このことにより、欠陥密度の少ない高品質な有機分子薄膜を得ることができる。このような高品位な有機分子薄膜を用いることにより、以下に例示するような、有機分子薄膜を用いた電子、光デバイスが実現可能となる。
【００３０】
次に、上述したＣ６０よりなる有機分子薄膜を、電界効果型トランジスタ（有機薄膜トランジスタ）に適用した例について説明する。例えば、図４の模式的な構成図に示すような有機薄膜トランジスタが構成可能である。この有機薄膜トランジスタは、先ず、主表面の面方位がおおよそ（１１１）とされた半絶縁性の単結晶シリコンよりなる結晶基板４０１の上に、ノンドープのＣ６０有機分子からなる電流ブロック層４０２と、金属ドープＣ６０有機分子からなるチャネル層４０３と、チャネル層４０３の上に絶縁層４０４を介して形成されたゲート電極４０５と、チャネル層４０３に接続して形成されたソース電極４０６，ドレイン電極４０７とから構成されている。例えば、ユウロビウムやエルビウムなどの金属原子が内包された金属ドープＣ６０よりなる有機分子薄膜であれば、ノンドープＣ６０に比較してバンドギャップが小さく高い電気伝導性を備えており、電子や正孔などのキャリアのチャネルとなる。
【００３１】
以下、図４に示す有機薄膜トランジスタの製造について簡単に説明する。先ず、図１を用いて説明したように、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した結晶基板４０１を用意し、また、結晶基板４０１の表面を６×６構造とし、ステップの方向と高さと基板表面の原子配列構造とが制御された状態とする。このように結晶基板４０１の表面を制御した後、先ず、ノンドープのＣ６０を真空蒸着し、引き続き、金属ドープのＣ６０を真空蒸着し、結晶基板４０１の上に電流ブロック層４０２及びチャネル層４０３が積層された状態とする。結晶基板４０１の表面は、上述したようにステップの方向と高さと基板表面の原子配列構造とが制御されているので、構造と方位のそろった状態のＣ６０有機分子薄膜よりなる電流ブロック層４０２及びチャネル層４０３が形成される。
【００３２】
引き続き、例えばシクロブテンモノマーを気化させ、高真空下のプラズマ重合反応を用いてベンゾシクロブテンの膜を形成することで、チャネル層４０３の上にこれを覆うように絶縁層４０４が形成された状態とする。例えば、同一の蒸着装置の成膜室内で蒸着源を変更することで、電流ブロック層４０２及びチャネル層４０３の形成を行い、真空搬送系を介して接続されたプラズマ成膜室で絶縁層４０４を形成した後で、真空排気された状態の成膜装置より、結晶基板４０１を搬出すればよい。Ｃ６０よりなる有機分子薄膜は、大気（酸素）に暴露されると電気伝導度が大幅に低下するため、保護膜となる絶縁層４０４が形成された後で、結晶基板４０１を大気中に取り出すことで、チャネル層４０３の特性を維持することが可能となる。
【００３３】
次に、絶縁層４０４のソース電極４０６及びドレイン電極４０７を形成する箇所に貫通孔を形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術を用いて微細加工することで、貫通孔が形成可能である。次いで、ゲート電極４０５，ソース電極４０６，及びドレイン電極４０７が形成される箇所に開口部を備えたシャドウマスクを用いた蒸着により、所定の箇所に選択的にＡｕを堆積することで、ゲート電極４０５，ソース電極４０６，及びドレイン電極４０７が形成された状態とする。このとき、貫通孔を形成したことにより露出した部分のチャネル層４０３は、前述したように電気伝導度が低下している。このため、金属を蒸着する直前にアニール処理を施して、貫通孔に露出しているチャネル層４０３の電気伝導度を回復させておく。これらのことにより、図４に示す有機薄膜トランジスタが形成される。
【００３４】
なお、結晶基板４０１の上に形成されたＣ６０薄膜の、結晶基板４０１の表面の各々異なるステップに形成された核より成長した各々の領域は、分子の配列のレベルで整合されず、これらの間に結晶粒界が挿入される場合がある。このため、このような結晶粒界が挿入されるステップに沿った線上の領域をまたぐ方向に、ゲート長の方向が形成されると、ソース・ドレイン間に形成されるチャネルを走行するキャリアが、挿入された結晶粒界により散乱される場合が発生する。このようなキャリアの散乱を最低限に抑えるために、ソース電極４０６からドレイン電極４０７への方向（ゲート長方向）が、ステップに沿った方向となるように配置し、形成されるチャネルがステップに沿った方向に形成されるようにした方がよい。
【００３５】
上述では、図４に示すようにトップゲート型のトランジスタについて説明したが、以下に説明するように、ボトムゲート型のトランジスタも構成可能である。以下、Ｃ６０有機分子薄膜を用いたボトムゲート型の電界効果トランジスタについて、図５を用いて説明する。図５に示す有機薄膜トランジスタは、先ず、主表面の面方位がおおよそ（１１１）とされて高濃度のホウ素（Ｂ）がドープされた単結晶シリコンよりなる結晶基板５０１と、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）よりなる絶縁層５０２と、Ｃ６０有機分子からなるチャネル層５０３と、チャネル層５０３の上に所定の間隔を開けて形成されたソース電極５０４及びドレイン電極５０５と、これらを覆うように形成された保護絶縁層５０７と、結晶基板５０１の裏面側に形成されたゲート電極５０６とから構成されている。
【００３６】
以下、図５に示す有機薄膜トランジスタの製造について簡単に説明する。先ず、図１を用いて説明したように、面方位（１１１）より［１１−２］方向に２°傾斜した結晶基板５０１を用意し、また、結晶基板５０１のステップの方向と高さとが加熱により制御された状態とする。このように結晶基板５０１の表面を制御した後、例えば真空蒸着法によりＣａＦ2を結晶成長させることで、絶縁層５０２が形成された状態とする。イオン化クラスタービーム蒸着法により、ＣａＦ2を結晶成長させてもよい。
【００３７】
次に、所望とするトランジスタ形成領域に開口部を備えたシャドウマスクを用いた真空蒸着法により、絶縁層５０２の上に選択的にＣ６０有機分子薄膜を堆積してチャネル層５０３が形成された状態とする。このとき、結晶基板５０１の表面は、上述したようにステップの方向と高さと基板表面の原子配列構造とが制御されているので、構造と方位のそろった状態のＣ６０有機分子薄膜よりなるチャネル層５０３が形成される。
【００３８】
次に、ソース電極５０４とドレイン電極５０６とが形成される箇所に開口部を備えたシャドウマスクを用いた蒸着により、所定の箇所に選択的にＡｕを堆積することで、ソース電極５０４とドレイン電極５０６とが形成された状態とする。ここで、前述したように、結晶粒界によるキャリアの散乱を最低限に抑えるために、ソース電極５０４からドレイン電極５０６への方向（ゲート長方向）がステップに沿った方向となるようにこれらを配置し、形成されるチャネルがステップに沿った方向に形成されるようにする。
【００３９】
この後、例えば、前述同様にベンゾサイクロブテンの膜を形成し、チャネル層５０３，ソース電極５０４，及びドレイン電極５０６を覆うように保護絶縁層５０７が形成された状態とする。最後に、結晶基板５０１の裏面側に、Ａｕよりなるゲート電極５０６を形成することで、図５に示す有機薄膜トランジスタが形成された状態が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態における有機分子薄膜作製方法を説明するための工程図である。
【図２】結晶基板１０１の上に核１０３が形成された状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】シリコン基板の上に形成されたＣ６０よりなる有機分子薄膜を低速電子線回折により観察した結果を示す写真である。
【図４】Ｃ６０よりなる有機分子薄膜を用いたトップゲート型の有機薄膜トランジスタの構成例を示す構成図である。
【図５】Ｃ６０よりなる有機分子薄膜を用いたボトムゲート型の有機薄膜トランジスタの構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…結晶基板、１０２…有機分子、１０３…核、１０４…有機分子薄膜、１１１…ステップ。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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