(57)【要約】【課題】移動度、オンオフ比、閾値電圧が良好で且つ特性のばらつきが少ない有機トランジスタを提供する。【解決手段】本発明の有機トランジスタ１は、ゲート電極１５とソース電極１１との対向領域Ｓ１に設けられた第１半導体領域１３１と、ゲート電極１５とドレイン電極１２との対向領域Ｓ２に設けられた第２半導体領域１３２と、第１半導体領域１３１と第２半導体領域１３２との間の領域Ｓ３に設けられた第３半導体領域１３３とを備え、第１半導体領域１３１の厚みの平均値をＷ１、第２半導体領域１３２の厚みの平均値をＷ２、第３半導体領域１３３の厚みの平均値をＷ３としたときに、Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たしている。【選択図】図１
2008218869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に跨るように設けられた有機半導体層と、
前記有機半導体層とゲート絶縁膜を介して設けられ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と対向するように設けられたゲート電極とを備え、
前記有機半導体層は、
前記ゲート電極と前記ソース電極とが対向する対向領域に設けられた第１半導体領域と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極とが対向する対向領域に設けられた第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた第３半導体領域とを備え、
前記第１半導体領域の厚みの平均値をＷ１、前記第２半導体領域の厚みの平均値をＷ２、前記第３半導体領域の厚みの平均値をＷ３としたときに、前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たすことを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極と前記第１半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ４、前記ドレイン電極と前記第２半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ５としたときに、前記Ｗ３、Ｗ４及びＷ５が、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２≦５０ｎｍ、５０ｎｍ＜Ｗ３≦２００ｎｍなる関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極の前記ゲート電極と対向する部分は、前記ソース電極の形成領域の一部のみであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記ドレイン電極の前記ゲート電極と対向する部分は、前記ドレイン電極の形成領域の一部のみであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
基板上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
インクジェット法を用いて前記ソース電極と前記ドレイン電極とに跨るように有機半導体を含む溶液を配置する工程と、
前記溶液を乾燥して有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極と対向するゲート電極を形成する工程とを備え、
前記有機半導体を形成する工程では、
前記ゲート電極と前記ソース電極とが対向する対向領域に設けられた前記有機半導体層の第１半導体領域の厚みの平均値をＷ１、前記ゲート電極と前記ドレイン電極とが対向する対向領域に設けられた前記有機半導体層の第２半導体領域の厚みの平均値をＷ２、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた前記有機半導体層の第３半導体領域の厚みの平均値をＷ３としたときに、前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たすように、前記有機半導体を含む溶液の種類、吐出条件及び乾燥条件を設定することを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記有機半導体を形成する工程では、
前記ソース電極と前記第１半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ４、前記ドレイン電極と前記第２半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ５としたときに、前記Ｗ３、Ｗ４及びＷ５が、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たすように、前記有機半導体を含む溶液の種類、吐出条件及び乾燥条件を設定することを特徴とする請求項６に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかの項に記載の有機トランジスタ又は請求項６若しくは７に記載の有機トランジスタの製造方法により製造されてなる有機トランジスタを備えた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、有機トランジスタの製造方法並びに電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンに代表される無機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタから置き換え得るデバイスとして、有機半導体を用いた有機薄膜電界効果型トランジスタ（以下、有機トランジスタという）が注目されている。その理由は、有機トランジスタが次のような利点を備えているためである。
【０００３】
（１）無機半導体に比べて極めて低温のプロセスで製造できるため、プラスチック基板やフィルム基板等の可撓性基板を用いることができ、フレキシブルで軽量、壊れにくい素子を作製することができる。
（２）溶液の塗布や印刷法といった簡便な方法で短時間で素子を作製することができ、プロセスコスト、装置コストを非常に低く抑えることができる。
（３）材料のバリエーションが豊富であり、分子構造を変化させることにより容易に材料特性、素子特性を根本的に変化させることができる。また、異なる機能を組み合わせることで、無機半導体では不可能な機能、素子を作製することもできる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４７５６６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７７０６号公報
【特許文献３】特開２００４−３１９９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に代表的な有機トランジスタの断面構造を示す。有機トランジスタは、基板１０上に、ソース電極１１、ドレイン電極１２、半導体層１３、ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５を備えている。図中、矢印で示した線ｃ１，ｃ２，ｃ３は、有機トランジスタがオンした状態でのキャリアの導電経路を示している。有機トランジスタは、基板１０上にソース電極１１及びドレイン電極１２を形成した後、スピンコート法等により半導体層１３を均一な厚みで形成し、さらに、半導体層１３上にゲート絶縁膜１４を塗布した後、ゲート電極１５を形成することにより作製される。
【０００６】
しかしながら、このような有機トランジスタでは、電気特性に重大な影響を与える半導体層１３の膜厚調整が不適切であるため、良好な電気特性が得られないという問題があった。例えば、有機トランジスタのチャネル領域（キャリアが誘起される領域；経路ｃ３に対応）は、ゲート絶縁膜１４と接している厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ程度の領域であるため、キャリアはまずソース電極１１からチャネル領域までは高抵抗である真性半導体領域を通り（経路ｃ１）、その後チャネル領域を流れて（経路ｃ３）、最後に再び真性半導体領域を横断する（経路ｃ２）。そのため、半導体層１３の膜厚が厚いと、真性半導体領域を通る距離（経路ｃ１及びｃ２）が長くなり、有機トランジスタのオン抵抗が増大することが判明している。
【０００７】
一方、チャネル領域の膜厚については、厚いほうが好ましいことが実験の結果明らかとなっている。無機半導体のトランジスタでは、チャネル領域の膜厚が厚いと、膜中のトラップの総数が増大するため、一般的にチャネル領域の膜厚は薄いほうが好ましいとされている。ところが、有機半導体では、無機半導体の場合とは事情が異なり、チャネル領域の膜厚は厚い方が特性が良好であることが判明した。このように膜厚が厚いほうが好ましい理由は、現時点ではあまり明確になってはいないが、半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面が下地のラフネスの影響を受けにくくなることや、半導体層１３と下地（図５では基板１０）との界面に生じる固定電荷やトラップ準位の影響を受けにくくなることが、その理由と考えられる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、移動度、オンオフ比、閾値電圧が良好で且つ特性のばらつきが少ない有機トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような有機トランジスタを備えることにより、電気特性に優れた電子機器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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の有機トランジスタは、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に跨るように設けられた有機半導体層と、前記有機半導体層とゲート絶縁膜を介して設けられ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と対向するように設けられたゲート電極とを備え、前記有機半導体層は、前記ゲート電極と前記ソース電極とが対向する対向領域に設けられた第１半導体領域と、前記ゲート電極と前記ドレイン電極とが対向する対向領域に設けられた第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた第３半導体領域とを備え、前記第１半導体領域の厚みの平均値をＷ１、前記第２半導体領域の厚みの平均値をＷ２、前記第３半導体領域の厚みの平均値をＷ３としたときに、前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たすことを特徴とする。この構成によれば、チャネル領域となる有機半導体層（第３半導体領域）の厚みを厚くし、ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続される有機半導体層（第１半導体領域及び第２半導体領域）の厚みを薄くしているので、移動度、オンオフ比、閾値電圧が良好で且つ電気特性のばらつきの少ない有機トランジスタを提供することができる。
【００１０】
本発明においては、前記ソース電極と前記第１半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ４、前記ドレイン電極と前記第２半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ５としたときに、前記Ｗ３、Ｗ４及びＷ５が、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たすことが望ましい。また、本発明においては、前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２≦５０ｎｍ、５０ｎｍ＜Ｗ３≦２００ｎｍなる関係を満たすことが望ましい。この構成によれば、より電気特性に優れた有機トランジスタを提供することができる。
【００１１】
本発明においては、前記ソース電極の前記ゲート電極と対向する部分は、前記ソース電極の形成領域の一部のみであることが望ましい。また、前記ドレイン電極の前記ゲート電極と対向する部分は、前記ドレイン電極の形成領域の一部のみであることが望ましい。この構成によれば、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間の寄生容量を小さくすることができる。なお、ゲート電極とソース電極（及びドレイン電極）とは互いに重ならないように配置することが望ましい。しかし、有機トランジスタの場合、ゲート電極やソース電極（及びドレイン電極）をインクジェット法等で形成することが多いため、通常の半導体技術（フォトリソグラフィ技術等）を用いる場合に比べて、両者のアライメントを十分に行うことができない場合がある。そのような場合には、両者が対向する領域をできるだけ小さくすることによって、寄生容量の発生を防止することができる。
【００１２】
本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、インクジェット法を用いて前記ソース電極と前記ドレイン電極とに跨るように有機半導体を含む溶液を配置する工程と、前記溶液を乾燥して有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極と対向するゲート電極を形成する工程とを備え、前記有機半導体を形成する工程では、前記ゲート電極と前記ソース電極とが対向する対向領域に設けられた前記有機半導体層の第１半導体領域の厚みの平均値をＷ１、前記ゲート電極と前記ドレイン電極とが対向する対向領域に設けられた前記有機半導体層の第２半導体領域の厚みの平均値をＷ２、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられた前記有機半導体層の第３半導体領域の厚みの平均値をＷ３としたときに、前記Ｗ１、Ｗ２及びＷ３が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たすように、前記有機半導体を含む溶液の種類、吐出条件及び乾燥条件を設定することを特徴とする。この方法によれば、チャネル領域となる有機半導体層（第３半導体領域）の厚みを厚くし、ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続される有機半導体層（第１半導体領域及び第２半導体領域）の厚みを薄くしているので、移動度、オンオフ比、閾値電圧が良好で且つ電気特性のばらつきの少ない有機トランジスタを提供することができる。
【００１３】
ここで、「溶液の種類、吐出条件及び乾燥条件を設定する」とは、乾燥によって得られる有機半導体層の第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域の断面形状が、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たすように、溶液の種類（極性、沸点、表面張力、粘度、溶質の濃度等）、吐出条件（液滴の塗布量、基板の表面張力、基板の表面形状、基板の表面処理、液滴の基板に対する接触角等）及び乾燥条件（プロセス中の温度、液滴周辺の（溶媒の）雰囲気、圧力、乾燥方法等）を設定することをいう。例えば、溶液の粘度が高いために中心部から外周部への流れがおきにくい状況や、周囲が溶媒蒸気で満たされたり溶媒の沸点が低いために外周部での蒸発が制限されるような状況を作り出すことで、中央部が凸状に盛り上がった有機半導体層を形成することができる。
【００１４】
本発明においては、前記有機半導体を形成する工程では、前記ソース電極と前記第１半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ４、前記ドレイン電極と前記第２半導体領域との合計の厚みの平均値をＷ５としたときに、前記Ｗ３、Ｗ４及びＷ５が、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たすように、前記有機半導体を含む溶液の種類、吐出条件及び乾燥条件を設定することが望ましい。この方法によれば、より電気特性に優れた有機トランジスタを提供することができる。
【００１５】
本発明の電子機器は、上述した本発明の有機トランジスタ又は上述した本発明の有機トランジスタの製造方法により製造されてなる有機トランジスタを備えたことを特徴とする。この構成によれば、電気特性に優れた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１７】
図１は、本発明の有機トランジスタの一実施形態であるトップゲート構造の有機トランジスタ１の概略構成図である。有機トランジスタ１は、有機半導体からなる半導体層１３と、該半導体層１３と対向して設けられたゲート電極１５と、半導体層１３とゲート電極１５とを絶縁するゲート絶縁膜１４と、ゲート電極１５と部分的に対向して設けられたソース電極１１及びドレイン電極１２とを備えている。
【００１８】
基板１０としては、ガラス基板、シリコン基板、アルミニウム若しくはステンレス等の金属基板、ＧａＡｓ等の半導体基板、プラスチック基板等、いかなる基板を用いることもできる。有機トランジスタは低温かつ簡易な方法で形成できることから、これらのうち価格が安価で軽量、柔軟性の高いプラスチック基板を用いることが好ましい。
【００１９】
このようなプラスチック基板としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれを原料に用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルベンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオ共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、プリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、変形ポリフェニレンオキシド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。
【００２０】
基板１０上には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が設けられている。ソース電極１１及びドレイン電極１２の電極材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄやそれらの金属を用いた合金等、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ６、ＡｓＦ５、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の導電性を有する材料が挙げられる。
【００２１】
ソース電極１１及びドレイン電極１２は、これらの導電膜をエッチングすることにより形成することができる。また、所定の形状に穴のあいたメタルスルーマスクを通して基板１０上に導電膜の蒸着処理を行うことにより、エッチングを行うことなく、ソース電極１１及びドレイン電極１２のパターンを得ることも可能である。また、金属微粒子およびグラファイトのような導電性粒子を含むポリマー混合物を電極材料に用いても良い。このような溶液から電極を形成する場合には、インクジェット法のような溶液パターニングの手法を用いることにより、より簡易に低コストで電極形成を行うことが可能である。また、ソース電極１１とドレイン電極１２とで異なる材料を用いても良い。
【００２２】
ソース電極１１及びドレイン電極１２の厚さは１０ｎｍ〜１０μｍであることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましい。
【００２３】
ソース電極１１及びドレイン電極１２を覆って半導体層１３が設けられている。半導体層１３は有機半導体によって形成された有機半導体層である。この有機半導体の材料としては、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、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ジチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）のようなフルオレン−ビチオフェン共重合体等のポリマー有機半導体材料、またＣ６０あるいは金属フタロシアニンあるいはそれらの置換誘導体、あるいは、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、あるいは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクタチオフェンのような低分子系有機半導体のうち１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００２４】
半導体層１３は、ゲート電極１５とソース電極１１との対向領域（第１領域）Ｓ１に設けられた第１半導体領域１３１と、ゲート電極１５とドレイン電極１２との対向領域（第２領域）Ｓ２に設けられた第２半導体領域１３２と、第１半導体領域Ｓ１と第２半導体領域Ｓ２との間の領域（第３領域）Ｓ３に設けられた第３半導体領域１３３とを備えている。第１半導体領域１３１の厚みの平均値をＷ１、第２半導体領域１３２の厚みの平均値をＷ２、第３半導体領域１３３の厚みの平均値をＷ３としたときに、Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３なる関係を満たしている。また、ソース電極１１と第１半導体領域１３１との合計の厚みの平均値をＷ４、ドレイン電極１２と第２半導体領域１３２との合計の厚みの平均値をＷ５としたときに、Ｗ３、Ｗ４及びＷ５が、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たしている。
【００２５】
有機半導体の成膜方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、イオンプレーティング法、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、ラングミュアブロジェット法、スプレー法、インクジェット法、ロールコート法、バーコート法、ディスペンス法、シルクスクリーン法、デイップコート法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、基板１０上にパターン状に穴の空いたマスクを合わせた後にこれらの方法を用いて成膜を行うことや、一様に成膜された有機半導体層を部分的にエッチングすることにより、部分的に膜厚の異なる半導体層１３を形成することが可能である。
【００２６】
これらの方法の中でも、インクジェット法やディスペンス法を用いて溶液材料から半導体層を塗布形成する方法が、最も簡便に膜厚をコントロールすることが可能であるという点から好ましい。例えば（R. D. Deegan, et al.：Capillary Flow as the Cause of Ring Stains from Dried Liquid Drops：Nature 389, 827（1997））では、塗布した液滴の周辺に溶質が析出して周辺部の膜厚が中央部の膜厚より相対的に厚くなる現象に関する考察が記載されている。これは液滴外周部は蒸発した溶媒による蒸気の密度が低いために中央部よりも早く乾燥が起こるが、この際に基板との接触角を一定に保つ為に液滴内部から液滴外周部へ向かって溶媒の流れが生じ、この流れによって溶質が次々と液滴周辺部へと運ばれて析出する為に外周部が盛り上がった形状となるといった現象によるものである。一方、これは上記のようなコーヒーの染みの起きにくい状況、例えばインクの粘度が高いために中心部から外周部への流れがおきにくい状況や、周囲が溶媒蒸気で満たされたり溶媒の沸点が低いために外周部での蒸発が制限されるような状況では中央部が盛り上がる膜を得ることも可能である。
【００２７】
上記の成膜方法はほんの一例であり、液滴を塗布して乾燥した後に得られる膜プロファイルは非常に多種多様な形状となる。このプロファイルに影響を与える要因としては、例えば液滴の極性、沸点、表面張力、粘度、溶質の濃度、基板１０の表面張力、基板１０の表面形状、基板１０の表面処理、液滴の基板１０に対する接触角、プロセス中の温度、液滴周辺の（溶媒の）雰囲気、圧力、乾燥方法、液滴の塗布量等が少なくとも関与していると考えられる。塗布法を用いて半導体層１３を成膜する場合には、基板全面に均一に成膜してしまう真空成膜法とは異なり、これらのパラメータをコントロールすることにより膜内の膜厚分布を任意にコントロールすることが可能であり、本発明を実施する方法として非常に好ましい。
【００２８】
こうして得られる第３半導体領域１３３の膜厚Ｗ３は、３０ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましい。また、第１半導体領域１３１及び第２半導体領域１３２の膜厚Ｗ１及びＷ２は、２００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましい。第１半導体領域１３１及び第２半導体領域１３２の膜厚Ｗ１及びＷ２と第３半導体領域１３３の膜厚Ｗ３とは、Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３の関係を満たす範囲でそれぞれの膜厚が調節される。さらに、ソース電極１１及びドレイン電極１２の膜厚を含めた各領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の半導体層上面の高さＷ３、Ｗ４及びＷ５は、Ｗ４，Ｗ５＜Ｗ３なる関係を満たす範囲でそれぞれの膜厚が調節される。
【００２９】
半導体層１３を形成する前には、基板１０に対して半導体層１３を良好に形成するための表面処理を行うことも可能である。この処理は例えばヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等の表面改質剤を用いた表面処理、アセトンやイソプロピルアルコール等を用いた有機洗浄処理、塩酸や硫酸、酢酸等の酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリ処理、ＵＶオゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上の処理を用いることができる。これらの処理は基板全面に均一に行う事も可能であるし、例えば半導体層１３を成膜する部分もしくは成膜しない部分にだけ行うといったパターン処理を行うことも可能である。この処理により、基板１０やソース電極１１及びドレイン電極１２に対してより均一かつ任意の形状に半導体層１３を形成することができ、電気特性のさらなる向上を図ることが可能である。
【００３０】
半導体層１３を覆ってゲート絶縁膜１４が設けられている。ゲート絶縁膜１４の形成材料としては、絶縁性を有する素材で形成されていれば、種類は特に限定されるものではない。有機材料、無機材料のいずれも使用可能であるが、例えばアミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、酸及び酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、フェノール系樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などの硬化剤、及びイソシアネート類などの硬化剤を含む、エポキシ樹脂／ポリエステル系接着剤、エポキシ樹脂／ニトリルゴム系接着剤、エポキシ樹脂／アクリルエラストマー系接着剤、及びエポキシ樹脂／ウレタン系接着剤、エマルジョン系接着剤、合成ゴム系接着剤、弾性接着剤、または変性アクリレート系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤などの接着性を有する絶縁材料を用ても有機トランジスタが良好に動作するようであれば用いることができる。しかしながら、ゲート絶縁膜１４は有機トランジスタ１の特性を大きく左右するため、良好な電気特性が得られることを優先して材料を選択するべきである。このような一般的に良好な電気特性が得られるゲート絶縁膜１４としては、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアセテート等の高分子フィルム、あるいはパリレン膜が挙げられ、無機材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミ、酸化タンタル等の金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウムチタン酸鉛等の金属複合酸化物が挙げられる。これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３１】
ゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ソース電極１１とドレイン電極１２との間に跨るように設けられており、ゲート電極１５の一部は、ソース電極１１及びドレイン電極１２と部分的に対向している。図１において、ゲート電極１５とソース電極１１とが平面的に重なる領域が第１領域Ｓ１であり、ゲート電極１５とドレイン電極１２とが平面的に重なる領域が第２領域Ｓ２である。また、ソース電極１１とドレイン電極１２との間に配置された領域でゲート電極１５と対向する領域が第３領域Ｓ３である。
【００３２】
ゲート電極１５の形成材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄやそれらの金属を用いた合金等、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ６、ＡｓＦ５、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の、導電性を有する材料が挙げられる。
【００３３】
ゲート電極１５は、これらの導電膜をエッチングすることにより形成することができる。また、所定の形状に穴のあいたメタルスルーマスクを通して基板１０上に導電膜の蒸着処理を行うことにより、エッチングを行うことなく、ゲート電極１５のパターンを得ることも可能である。また、金属微粒子およびグラファイトのような導電性粒子を含むポリマー混合物を電極材料に用いても良い。このような溶液から電極を形成する場合は、インクジェット法のような溶液パターニングの手法を用いることにより、より簡易に低コストで電極形成を行うことが可能である。
【００３４】
以上のように、本実施形態の有機トランジスタ１では、第１半導体領域１３１及び第２半導体領域１３２の厚みを薄くし、チャネル領域となる第３半導体領域１３３の厚みを厚くしている。このため、キャリアが高抵抗な真性半導体領域を通る経路ｃ１及びｃ２の距離を短くすることができ、さらに基板１０のラフネスの影響や、半導体層１３と基板１０との界面に生じる固定電荷やトラップ準位の影響も受けにくくすることができる。したがって、本実施形態によれば、移動度、オンオフ比、閾値電圧が良好で且つ電気特性のばらつきの少ない有機トランジスタを提供することができる。
【実施例１】
【００３５】
＜有機トランジスタの製造方法＞
図２は、本発明の一実施例に係る有機トランジスタの製造方法の説明図である。本実施例ではまず、図２（ａ）に示すように、ポリエチレンナフタレート基板１０（帝人デュポンフィルム株式会社／テオネックスＱ６５）をイソプロピルアルコールを溶媒として超音波洗浄し、表面の脱脂処理を行った。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、基板１０上に水分バリア膜としてＳｉＯ２膜１６を２００ｎｍ成膜した。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１６上に導電性ポリマーであるポリ（３，４−オキシエチレンオキシチオフェン）／ポリスルホン酸（PEDOT/PSS）をイソプロパノールに分散させた分散液（BAYTRON P）をインクジェット法を用いてパターン状に塗布してソース電極１１及びドレイン電極１２を形成した。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１０をＵＶオゾン洗浄機で１０分間処理することにより基板１０を親液化し、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）をクロロベンゼンに１．０ｗｔ％の濃度で溶解させた塗布液を調整した後、インクジェット塗布装置を用いて上記ソース電極１１及びドレイン電極１２上に５０μｍ間隔で５滴直線状に吐出を行った。続いて、図２（ｄ）に示すように、塗布液を乾燥し、半導体層１３を形成した。
【００３８】
ここで、クロロベンゼンは沸点が高いため、塗布直後ではほぼ溶液の蒸発が起きない。そのため、表面張力によって半図２（ｃ）に示すような球状の形状となっている。この基板１０を加熱すると、溶媒の乾燥が起きると共に、溶液内部に溶解している半導体材料の対流が同時に起こり、図２（ｄ）のように周辺部が薄く、中央部が厚く盛り上がった形状に半導体層１３の成膜を行うことができる。このような形状に成膜するためには、精密な乾燥方法の制御が必要となるが、本実施例の条件では８０℃で３０分間基板１０を加熱することにより、中央部分で膜厚２００ｎｍ、端部分が１０ｎｍ〜２０ｎｍと膜厚をコントロールした半導体層１３を成膜することができた。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、基板１０上にポリイミド溶液をスピンコートした後、１００℃のホットプレート上で１０分間乾燥させることにより、厚さ５００ｎｍのゲート絶縁膜１４を基板全面に一様に成膜した。
【００４０】
最後に、図２（ｆ）に示すように、ゲート電極１５として、直径１０ｎｍの金微粒子がトルエン中に分散した金微粒子分散液（真空冶金社製、商品名「パーフェクトゴールド」）をインクジェット法によりパターン塗布した後、８０℃で１０分間で乾燥し、ゲート電極配線を形成して本発明に係る有機トランジスタを完成した。
【００４１】
＜有機トランジスタの電気特性＞
上記実施例で得られた有機トランジスタの特性を、半導体パラメータアナライザー（アジレント・テクノロジー社製：４１５６Ｃ）を用いて測定した。具体的には、ドレイン電圧を−４０Ｖ印加し、ゲート電圧を＋１０Ｖから−４０Ｖまでスイープした場合のドレイン電流を測定した。その結果を図３に示す。図３のグラフは、横軸にゲート電圧、縦軸にソース−ドレイン間電流をプロットしたものである。○が本実施例により製造した有機トランジスタであり、実線が半導体層１３をスピンコートして一様の膜厚で成膜した従来法のトランジスタ（比較例）である。また、図３のグラフから求められた移動度、Ｖｔｈ、オンオフ比を表１にまとめた。表１中の各項目は、以下に示す方法で求めた。
【００４２】
（１）オフ電流
図３のゲート電圧とドレイン電流との関係図から、ゲート電圧が０のときの電流を求めた。
（２）オンオフ比
ゲート電圧が０Ｖのときと、ゲート電圧が−４０Ｖのときのドレイン電流の比から求めた。
（３）移動度、閾値電圧
ドレイン電流の１／２乗を縦軸、ゲート電圧を横軸にとったグラフの直線の切片から閾値電圧を求め、また直線の傾きから、飽和領域でのトランジスタの移動度を算出した。
【００４３】
【表１】
2008218869.tif 000003
【００４４】
以上のデータから分かるように、本発明を用いることにより、閾値電圧、オンオフ比に関して劇的に良好な特性のトランジスタが作製でき、本発明の効果の高さが実証できた。
【００４５】
［電子機器］
図４は、本発明の電子機器の一実施形態である電子ペーパー１４００の概略構成図である。電子ペーパー１４００は、本発明の有機トランジスタを搭載した表示部１４０１と、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を有する書き換え可能なシートからなる本体１４０２とを備えている。なお、本発明の有機トランジスタは、電子ペーパーに限らず、種々の電子機器に搭載することができる。この電子機器としては例えば、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】有機トランジスタの一実施形態の概略構成図である。
【図２】実施例に係る有機トランジスタの製造方法の説明図である。
【図３】同実施例に係る有機トランジスタの電気特性のグラフである。
【図４】電子機器の一実施形態である電子ペーパーの概略構成図である。
【図５】従来の有機トランジスタの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…有機トランジスタ、１０…基板、１１…ソース電極、１２…ドレイン電極、１３…半導体層、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１３１…第１半導体領域、１３２…第２半導体領域、１３３…第３半導体領域、１４００…電子ペーパー（電子機器）、Ｗ１…第１半導体領域の厚みの平均値、Ｗ２…第２半導体領域の厚みの平均値、Ｗ３…第３半導体領域の厚みの平均値、Ｗ４…ソース電極と第１半導体領域との合計の厚みの平均値、Ｗ５…ドレイン電極と第２半導体領域との合計の厚みの平均値
【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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