(57)【要約】【課題】本発明は、真空プロセスを使用せずに、有機単結晶の微結晶集合体からなる有機半導体層を製造できる有機単結晶トランジスタを提供すること。【解決手段】本発明は、ゲート電極１０１と、ゲート絶縁層１０２と、有機半導体層１０３と、ソース電極１０５と、ドレイン電極１０６とを有し、前記ゲート電極１０１と前記有機半導体層１０３との間に前記ゲート絶縁層１０２が挟まれた有機単結晶トランジスタの製造方法であって、有機単結晶の微結晶集合体を前記ゲート絶縁層１０３上に付着させる工程１と、工程１により付着された有機単結晶の微結晶集合体を、前記ゲート絶縁層１０３上部に刷り込むことにより、有機半導体層を形成する工程２とを有する製造方法を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、
前記有機半導体層は、有機単結晶の微結晶集合体から構成され、
前記ゲート電極と前記有機半導体層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれている有機トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層上部に前記有機単結晶の微結晶集合体を付着させる工程１と、
工程１により付着された前記有機単結晶の微結晶集合体を前記ゲート絶縁層上部に刷り込むことにより、有機半導体層を形成する工程２とを有する
ことを特徴とする有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記工程２において、前記有機単結晶の微結晶集合体が、前記ゲート絶縁層と前記絶縁層面内に回転する付着装置との間に配置され、前記付着装置を回転させることにより、前記ゲート絶縁層上部に有機半導体層を形成することを特徴とする請求項１記載の有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記有機単結晶の微結晶集合体が、へリングボーン構造を有する有機単結晶の微結晶集合体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記有機単結晶の微結晶集合体が、アセン系化合物分子の単結晶から構成されている微結晶集合体であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機単結晶の微結晶集合体が、ペンタセン分子の単結晶から構成されている微結晶集合体であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記ペンタセン分子から構成される単結晶のｃ軸の格子定数がｃ＝１．４５５ｎｍ（±０．０２ｎｍ）であることを特徴とする請求項５記載の有機半導体トランジスタの製造方法。
【請求項７】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、
前記ゲート電極と前記有機半導体層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれており、
前記有機半導体層が、ペンタセン分子の単結晶の微結晶集合体から構成され、基板に対して法線方向の面間隔（ｄ）がｄ＝１．３８ｎｍ〜１．４２ｎｍの範囲であることを特徴とする有機半導体トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング素子等における活性層が有機単結晶から構成されている有機トランジスタとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体材料は発光ダイオード、太陽電池、電界効果トランジスタなどの様々なデバイスの活性層としての使用が研究されている。
【０００３】
有機半導体材料は、加工容易性、またそれに伴う製造装置の簡素化および低コスト化、さらにはアモルファスシリコン等に比べて柔軟なプラスチック基板上にも簡単に製造できることが大きな利点として研究開発されている。
【０００４】
従来、有機半導体材料を用いたトランジスタの基本的な素子構造は、トップコンタクト型、ボトムコンタクト型およびトップ＆ボトムコンタクト型の３タイプに分けることができる。
【０００５】
トップコンタクト型構造は図３に示すように、ゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を形成し、そのチャネル部２３上にソース電極２４およびドレイン電極２５を並列に作製した構造である。
【０００６】
ボトムコンタクト型は図４に示すように、ゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、そのゲート絶縁層２２の上部にソース電極２４およびドレイン電極２５を並列に作製し、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を製膜した構造である。
【０００７】
トップ＆ボトムコンタクト型は図５に示すようにゲート電極２１の上部にゲート絶縁層２２が形成され、そのゲート絶縁層２２の上部片側にソース電極２４を形成し、その上部に有機半導体材料からなるチャネル部２３を製膜し、その上部片側にドレイン電極２５を形成した構造である（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
活性層に用いられる有機半導体材料の多くは真空蒸着法や塗布法を用いて薄膜を形成し、その薄膜作製条件により有機半導体層の配向や表面形態の変化、さらにトランジスタ特性も変わることが報告されているため様々な研究が盛んに行われている（特許文献２および３）。
【０００９】
有機半導体材料を用いた有機トランジスタの研究開発で特に注目を集めている有機半導体材料はアセン系化合物のペンタセンであるが、ペンタセンはその難溶剤性の性質を有するため、ほとんどが真空蒸着のような真空系を必要とするプロセスで薄膜が製造されている。
【００１０】
しかしながら、難溶剤性であるペンタセンを印刷塗布しようという研究も提案され、例えば、縮合多環芳香族化合物をトリクロロベンゼンなどの分散媒に分散させ、加熱、融解させて塗布する製造方法が開示されている（例えば、特許文献４および非特許文献１参照）。
【００１１】
一方、活性層に有機単結晶を利用するトランジスタも研究されており、単結晶の均質性や高純度のため、蒸着薄膜素子に比べ、より優れた特性が見出されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１２】
特許文献５では、活性層にテトラセンおよびペンタセン単結晶を用いたデバイス特性が開示されているが、有機単結晶がどのようにデバイス製造されているか開示されていない。
【００１３】
また、特許文献６では絶縁層上部を表面処理し、その後、有機単結晶を静電引力または機械的な力で接着するデバイスについて開示されている。
【００１４】
非特許文献２および３では、活性層にそれぞれテトラセンおよびペンタセン単結晶を用い、その単結晶の表面に絶縁膜としてパリレン膜を形成し、その上部にゲート電極を形成したトップコンタクト型が開示されている。
【００１５】
非特許文献４、５、６には、ゲート電極上部に二酸化珪素のゲート絶縁層を形成し、その上部にソースおよびドレイン電極が形成され、その上部に、ペンタセンおよびルブレンおよびテトラセン単結晶をそれぞれ用いたボトムコンタクト型の有機単結晶トランジスタが開示されている。
【００１６】
また、その他の製造法としては、溶解性が乏しい有機材料であってもミスト状にして堆積する製造方法が開示されている（例えば、特許文献７参照）。
【００１７】
また、共役系高分子をペレット状に加圧成型して基板に摩擦転写し、面内一軸異方性膜を製造する方法が開示されている（例えば、特許文献８参照）。
【特許文献１】特開２００３−２５８２６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０２１号公報
【特許文献３】特開２００４−３３８６２９号公報
【特許文献４】特開２００５−２６８４５０号公報
【特許文献５】特開２００１−１７７１０９号公報
【特許文献６】特開２００５−２６８７１５号公報
【特許文献７】特開２００５−１５８９５４号公報
【特許文献８】特開２００４−３５６４２２号公報
【非特許文献１】Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ  １５３（２００５）１
【非特許文献２】Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２８（２００３）４３１
【非特許文献３】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ、８３  ＮＯ、２３  （２００３）４７７３
【非特許文献４】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ、９４  ＮＯ、９  （２００３）  ５８００
【非特許文献５】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ、９６  ＮＯ、４  （２００４）  ２０８０
【非特許文献６】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、  ＶＯＬ、８５  ＮＯ、３  （２００４）  ４２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
現在、有機トランジスタで最も研究が盛んな材料はペンタセンなどのアセン系化合物であるが、ペンタセンは難溶剤性であるため、その製膜プロセスは真空蒸着が主な製造方法となっている。しかしながら、量産工程においては、真空プロセスを用いる場合、製造装置の大型化やコスト上昇が伴うため、低コスト化を図る施策や製造方法が摸索されている。
【００１９】
特許文献４および非特許文献１に開示されているような、ペンタセンを融点以上に加熱して溶媒に溶解し、塗布する製造法は真空プロセスを用いないで作製する一つの有効な方法であるが、ペンタセンを１００℃以上で加熱融解し塗布し、さらに、溶媒を蒸発させるためにさらに温度を加え、保持することが必要であり、一般に熱に弱いフィルムなどに対して実用上の一つの課題となる。
【００２０】
一方、１００℃以下であって、しかも真空プロセスを用いない製造方法として、非特許文献４、あるいは特許文献６などに開示されているように、有機単結晶を貼り合わせにより製造された素子が報告されている。しかしながら有機単結晶を一つ一つ所望の位置に貼り合わせることは容易ではなく大面積化、量産化、低コスト化にとって一つの大きな課題となる。
【００２１】
同様に、特許文献８は、共役系高分子を用いて貼り合わせにより素子を製造するが、共役系高分子材料を利用するため特許文献８の素子は一軸配向膜を形成している。
【００２２】
一般に、有機トランジスタの活性層の次元性は高い方がよく、一軸性配向膜のような一次元性の伝導では、例えば一箇所の欠陥によりチャネルが途切れてしまう。しかし、次元性の高い伝導が可能な材料系ではチャネルが途切れることなくトランジスタ動作が可能である。このため有機トランジスタの活性層は基板面内では一次元性の伝導よりは基板面内は異方性の小さい二次元性の伝導がはるかに有効であることが挙げられる。
【００２３】
本発明は、上記課題、すなわち１００℃以下であって、真空蒸着などの真空プロセスを必要とせず、基板面内に二次元性伝導を有する有機半導体活性層を製造する方法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】
【００２４】
上記課題を解決するために本発明は以下の構成を採用した。
【００２５】
本発明は、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、
前記有機半導体層は、有機単結晶の微結晶集合体から構成され、
前記ゲート電極と前記有機半導体層との間に前記ゲート絶縁層が挟まれている有機トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層上部に前記有機単結晶の微結晶集合体を付着させる工程１と、
工程１により付着された前記有機単結晶の微結晶集合体を前記ゲート絶縁層上部に刷り込むことにより、有機半導体層を形成する工程２とを有する
ことを特徴とする有機半導体トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る有機単結晶トランジスタの製造方法は、加熱した有機溶媒等を用いることなく、有機単結晶の微結晶集合体からなる二次元性伝導を有する有機半導体活性層を製造する方法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】
【００２７】
以下、本発明を説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る有機単結晶トランジスタの断面構造図である。図１に示されるように、ゲート電極１０１の上部にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２の上部に、ゲート電極１０１への電圧印加時にチャネル部となる本発明の有機半導体層１０３が設けられ、有機半導体層１０３上部に、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６が設けられている。本発明の有機半導体層１０３は、予めペンタセンの単結晶の微結晶集合体を作製し、単結晶の微結晶集合体をゲート絶縁層１０２上部に置き、回転式の装着装置で付着させた。
【００２９】
ゲート絶縁層１０２の表面、すなわち、ゲート絶縁層１０２と有機半導体層１０３との間の界面には、疎水処理１０７が施されている。なお、この疎水処理１０７は必ずしも必要ではなく、図１に示すように、疎水処理１０７を施さず、ゲート絶縁層１０２の表面に、直接、本発明の有機半導体層１０３が設けられていても良い。
【００３０】
また、有機半導体層１０３が疎水処理１０７されたゲート絶縁層１０２上に形成され、パターンを施した後、これらのソース電極１０５およびドレイン電極１０６が、有機半導体層１０３の側面に形成されるか、または有機半導体層１０３の内部を貫通するようにして形成されていてもよい。
【００３１】
次に、この実施の形態１に係る有機半導体トランジスタの製法を説明する。
【００３２】
ドーピングされたシリコンウエハー基板から構成されるゲート電極１０１の上に数十〜数百ｎｍの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ2）をゲート絶縁層１０２として形成する。
このゲート絶縁層１０２の表面に、例えばヘキサメチルジシラザンなどをスピンコートなどで塗布することにより疎水処理１０７を施す。
【００３３】
工程１では、疎水処理されたゲート絶縁層１０２の上部に、別途作製した有機単結晶の微結晶集合体を図２に示すような有機単結晶付着装置２７を用いて配置し、工程２では、回転式の刷り込み装置２９でゲート絶縁層１０２上部に有機半導体層を形成する（図２）。
【００３４】
ここで、工程１で使用する前記有機単結晶付着装置２７は、ゲート絶縁層１０２上部に有機単結晶を配置する装置であり、スタンプのように機械式に付着してもよく、また、ノズルの先から有機単結晶を噴出して、ばらまいてもよく、その形態には特に制限がない。すなわち有機単結晶付着装置は、ゲート絶縁層１０２上部となる部分に有機単結晶を配置するものであればよい。
【００３５】
工程２では、前記有機単結晶がゲート絶縁層１０２上部にばらまかれた基板上部方向から、本発明の回転式刷り込み装置２９によって有機単結晶がゲート絶縁層上部に刷り込まれる。回転式刷り込み装置の回転数は低速から高速回転のいずれでも良いが、好ましくは、刷り込み開始時は１０ｒｐｍの低速回転で保持し、その後、１００〜３００ｒｐｍにし、最後に、有機半導体層の平滑化のために２０００〜５０００ｒｐｍの高速回転にするのが好ましい。また、刷り込み時の加圧は１００ｇ／ｃｍ2以上が好ましいが、ゲート絶縁層１０２の材質、形態により加える圧力は適時変えることが好ましい。ここで本発明の刷り込むとは基板と回転装置との間に有機単結晶が保持され、保持された有機単結晶が回転装置の回転とともに基板に有機単結晶が付着することと定義する。このとき基板側が回転しても良いが有機単結晶が飛散しないように条件を決めることが必要となる。
【００３６】
前記有機単結晶の製法については、以下の実施例で詳述する。
【００３７】
有機半導体層１０３の形成後、有機半導体層１０３を所望の形にパターン化を行うが、
例えば、有機半導体層１０３上部にハードマスクとなるＳｉＯ2を１００ｎｍ堆積し、フォトリソグラフィー法を用い、ＳｉＯ2をＣＦ4などのガス種でドライエッチングし、その後、オゾンアッシャーで有機半導体層１０３を除去しパターン化する方法が挙げられる。また、メタルマスクを用いて、同様にオゾンアッシャーにより有機半導体層１０３を除去しパターン化する方法、さらに、レーザー光源などの光熱変換を利用して有機半導体層１０３を除去してパターン化する方法など公知の技術を用いることができるが、好ましくは真空装置を使用しないパターン化方法が好ましい。
【００３８】
最後に、パターン化された有機半導体層１０３の側壁から上部にかけて金属ペーストを塗布し、その後、ペーストを自然乾燥させることによってソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成し、これにより有機半導体トランジスタを得る。
【００３９】
また、前記ゲート電極はドーピングされたシリコンウエハー基板で記載したが、例えば、公知の技術のプラスチックのようなフレキシブルな基板に予めゲート電極１０１を形成し、本発明の構成にしてもよく、また、繊維状な材料や湾曲したり、角ばったりした基板など、従来、真空蒸着法で形成できない形、材質などの基板も適用でき、用途に応じてゲート電極１０１を形成する基板を選択すればよい。
【００４０】
ゲート絶縁層１０２の表面の疎水処理１０７をする方法としては、例えばヘキサメチルジシラザンなどをスピンコートなどで塗布し、ゲート絶縁層１０２表面を疎水処理する方法が挙げられる。無論、用途や作製法に応じて表面処理材料が選択できる。
【００４１】
ゲート絶縁層１０２の疎水処理１０７には、クロロシラン系、例えば、メチルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリフロロプロピルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、また、ヘキサメチルジシラザン、さらに、アルコキシシラン系では、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシランなどを用いることができ、好ましくはヘキサメチルジシラザンを用いる。
【００４２】
前記ゲート電極１０１上のゲート絶縁層１０２および前記有機半導体層１０３上部に設けられた上部絶縁層１０８に用いる材料は、Ｓｉを主成分とする化合物、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、などやそれら混晶あるいは混合物の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、パリレン、ポリクロロピレン、ポリビニルクロライド、ポリフッカビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、エポキシ樹脂、ポリスチレン、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂系、天然ゴム、ワックス、ポリ乳酸系、プルラン系などの有機材料から選ばれる。ＳｉＯ2およびポリイミドが好ましい。
【００４３】
前記、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６は、当初は液状であるが時間経過後に固化するものが好ましい。
【００４４】
具体的には、金ペーストなどが好ましいが、銀、銅、白金、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、マグネシウム、リチウム、パラジウム、コバルト、錫、ニッケル、インジウム、タングステン、ルテニウム等の金属およびペースト状のものが挙げられ、これらを単独または合金や混合して使用できることができる。
【００４５】
炭素系、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、錫酸化物等も選択できるが、環境負荷がより小さいものが好まれる。
【００４６】
形成法としては塗布法、活版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェツト法、スパッタ法、真空蒸着法、メッキ法などに形成されることができるが、望ましくはインクジェツト法や塗布、印刷法がよい。
【００４７】
ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子または導電性オリゴマーを塗布法、電界重合法で形成してもよい。
【００４８】
ソース電極１０５およびドレイン電極１０６と有機半導体層１０３との間に良好なコンタクトを得るために、電子輸送材料やホール輸送材料、また、種々公知の単分子自己組織膜などの様々な材料から選ばれるバッファー層を設けてもよい。
【００４９】
導電性で生分解可能な材料が用いることも可能で、このような材料としては、例えば、ポリ乳酸系やプルラン系材料にカーボンやカーボンナノチューブ粒子あるいは金属等を混合させて導電性を持たせた材料などが挙げられる。
【００５０】
（実施例１）
約１０20ｃｍ-3の濃度のｎ型不純物がドープされたシリコン基板をゲート電極１０１として用い、そのゲート電極１０１の表面に、厚み５００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）からなるゲート酸化膜１０２をプラズマＣＶＤ法で形成した。
【００５１】
次に、ゲート絶縁層１０２の表面にヘキサメチルジシラザン（信越化学製）をスピンコートすることにより、ゲート絶縁層１０２に疎水処理１０７を施した。
【００５２】
さらに、予め用意したペンタセン単結晶からなる有機単結晶を本発明の製造方法の刷り込み法により疎水処理１０７を施したゲート絶縁層１０２の表面に厚さ５０μｍ〜１００μｍの有機半導体層１０３を製膜した。このペンタセン単結晶を得る方法については後述する。次に、得られた有機半導体層１０３をオゾンアッシャーにより、メタルマスクを用いることによりパターン化を行い、最後に、有機半導体層１０３の側壁から上部にかけてそれぞれ金ペーストを接着し乾燥させることにより、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成して有機トランジスタを得た。
【００５３】
（ペンタセン単結晶からなる有機単結晶の製法）
ペンタセン単結晶からなる有機単結晶の製法を以下、説明する。
【００５４】
まず、ペンタセン粉末をアルドリッチから購入し、市販のガラスチューブオーブン（アズワン製）を用いて、３回昇華精製を行った。
【００５５】
次に、図６に示される単結晶作製装置を用いて単結晶を作製した。なお、アルゴンガスをキャリアーガスとして単結晶作製装置に導入した。
【００５６】
単結晶作製装置は、外側ガラス管１およびこの外側ガラス管１を取り巻く電気炉からなるヒータ５を備えている。
【００５７】
外側ガラス管１の内部には、一端（左端）から他端（右側）にアルゴンなどの不活性ガスが流される。ただし、アルゴン以外の不活性ガスを用いてもよく、ヒータ５による加熱により昇華するペンタセンが外側ガラス管１を右方向に流れる限り、外側ガラス管１の内部を真空にしても良い。
【００５８】
外側ガラス管１の上流側にはガラスボート２が備え付けられている。下流側には複数の内側ガラス管４が備え付けられている。なお、ガラスボート２および内側ガラス管４は、外側ガラス管１の内部に備え付けられている。
【００５９】
ガラスボート２にペンタセン原料３を投入し、アルゴンガスを外側ガラス管１の内部に流しながら、ヒータ５に温度分布を持たせるようにして外側ガラス管１を加熱した。外側ガラス管１の上流側を３２０℃に、下流側を２７０℃に設定した。
【００６０】
このようにして、ペンタセン原料３の部分を加熱し、ペンタセン原料３を昇華させた。ヒータ５に与えられた温度勾配により、ペンタセン原料３から昇華したペンタセンはアルゴンガスにより内側ガラス管４の内面に析出することにより、有機単結晶７を作製した。
【００６１】
なお、原料３中に含まれる不純物６は内側ガラス管４よりもさらに下流側、すなわち単結晶層Ｂが析出するよりさらに温度が低いところに析出した。
【００６２】
得られた有機単結晶７は、縦２０〜１００μｍ、横２０〜１０００μｍ、厚さ０．１μ〜数十μｍのペンタセン単結晶であった。
【００６３】
（本発明の有機トランジスタの評価）
以上のように作製された有機単結晶トランジスタの測定を大気中で行った。
【００６４】
図７および図８に実験結果を示す。
【００６５】
図７は、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）が−４Ｖである際のゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）の変化を示している。
【００６６】
図７に示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）が絶対値に換算して５Ｖ以上であれば、ドレイン電流（Ｉｓｄ）がほぼ飽和している。
【００６７】
このことから、この有機単結晶トランジスタは、ゲート電圧（Ｖｇ）が絶対値に換算して５Ｖという小さな電圧印加で駆動可能、すなわちＯＮ／ＯＦＦスイッチが可能である。
【００６８】
図８には、ゲート電圧（Ｖｇ）を−２Ｖ、−１Ｖ、０Ｖ、１Ｖ、２Ｖに変化させた際の、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）の変化が示されている。
【００６９】
図８に示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１Ｖに設定した際には、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）の絶対値が６Ｖ以上である場合には、ドレイン電流（Ｉｓｄ）の飽和が観測されている。
【００７０】
同様にゲート電圧（Ｖｇ）を−２Ｖに設定した際には、ドレイン電圧（Ｖｓｄ）の絶対値が８Ｖ以上である場合には、ドレイン電流（Ｉｓｄ）の飽和が観測されている。
【００７１】
すなわち、実施例１の有機単結晶トランジスタは、図７に示すように、低電圧で駆動することができることを示している。
【００７２】
特許文献２に様々な蒸着条件でペンタセン蒸着膜を製膜し、トランジスタ特性を評価した結果が開示されているが、駆動電圧が数十ボルトと高いことがわかる。
（本発明の有機トランジスタの活性層の配向性）
本発明の製造法でシリコン基板上に作製した有機半導体層の配向性をＸ線、銅Ｋアルフア線を用いてブラッグ角（２θ）を調べた結果を図９に示す。実験結果より２θ＝６．３６度（面間隔ｄ＝１．３８８ｎｍ）に（００１）面に相当するピークが観測されており、さらに、（００２）〜（００７）までの高次のピークが観測され高配向の膜が形成されていることが明らかである。
【００７３】
また配向性を詳細に調べるために前記と同様に作製した有機半導体層を調べた結果、２θ＝６．３０度（面間隔ｄ＝１．４０１ｎｍ）であることがわかった。これらの結果より、本発明の製造方法で作製した有機半導体層の配向性は基板面に対して法線方向にペンタセン分子の長軸が斜めに直立しており、測定誤差などを考慮して面間隔ｄはｄ＝１．４００ｎｍ±０．０２ｎｍであると考えられる。
【００７４】
本発明に用いられたペンタセン単結晶の製造方法は前記で詳細に述べたが、これらペンタセンの結晶構造解析をＣＣＤ単結晶Ｘ線回折を用いて調べた結果、ｃ軸の格子定数ｃ＝１．４５５２ｎｍであり、単結晶構造解析の結果からｄ（００１）面を計算すると、理論値はｄ＝１．４１４２ｎｍとなり、実験結果の値の面間隔ｄ＝１．４００ｎｍ±０．０２ｎｍと一致することから、これらペンタセン単結晶の構造を有したまま、また、ｃ軸方向は基板面に対して法線方向に配向した有機半導体層をもつ有機トランジスタが製造できることがわかる。また、このときの結晶構造は面間隔ｄ＝１．４００ｎｍ±０．０２ｎｍの高配向膜であることが結論付けられる。
【００７５】
従来、有機トランジスタに用いられてきたペンタセンの結晶構造（基板面に法線方向の面間隔ｄ）は、非特許文献（Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．１９９６、８０、２５０１）に代表されるようにｄ〜１．４５ｎｍ（単結晶相）あるいはｄ〜１．５４ｎｍ（薄膜相）が混合した構造あるいはどちらかが優位な配向膜が知られている。
【００７６】
また、本発明の製造方法は基板に回転式装置により有機単結晶を刷り込むことであるが、このとき、ゲート電界印加時にチャネル方向は基板に対して平行方向であり、さらに詳細には基板面内では等方性（二次元性の伝導面）であることが好ましく、本発明の製造方法で用いられる分子材料はへリングボーン構造を有する単結晶であることが我々の鋭意研究の結果明らかとなった。その理由は、へリングボーン構造を有する結晶はその単結晶の外形が燐ペン状になっていることが一つの特徴となっており、例えば、ペンタセン単結晶を小さく粉砕しても、本発明の製造方法を利用する場合、常にｃ軸が基板面に対する法線方向に位置し、これによってチャネル方向は基板面に平行になり、さらにへリングボーン構造を有するため２次元性の伝導面も確保することが可能となる。
【００７７】
へリングボーン構造を有する分子材料は前で述べたＣＣＤ単結晶Ｘ線回折の結果、ペンタセン単結晶がそれにあてはまる。
【００７８】
従って、次元性の低い、例えば一次元性の構造を有する有機単結晶は本発明の製造方法を利用すると、その次元性の低いことが原因で、チャネル方向に配向がそろわないことが容易に類推できる（比較例１）。同様に、特許文献７で開示されている内容は、一次元性の高分子材料を用いているため本発明の製造方法とはなんら関係がないことが明らかである。
【００７９】
ここで本発明の有効性を述べる。本発明は、有機単結晶の微結晶を用い、有機溶媒などの溶媒を必要とせず、機械的に目的とする基板に刷り込むことにより、従来にない製造方法により有機トランジスタの活性層が作製できるというものである。また、従来、有機単結晶を用いた素子では大面積化が難しいと考えられていたが、本発明の製法により有機単結晶を用いても高配向膜（二次元性の伝導面を確保した）の大面積化が期待できる。さらに湾曲した形状基板などにも有機の活性層が形成できる。
【００８０】
本発明は、有機単結晶を有機溶媒等に溶解せず、しかも真空蒸着法も使わず、有機トランジスタの活性層の形成方法について鋭意考察したものであり、その結果、有機トランジスタの活性層、すなわち有機半導体層の伝導は、その次元性が高いほうが有効であること（一次元性よりも二次元性伝導を有する方が有効）、例えば、少なからず欠陥が生じてもチャネル部の伝導の次元性が高い（二次元伝導面）と、その欠陥に対してもチャネル伝導の阻害は小さいことなど有効な事項が挙げられる。
【００８１】
（比較例１）
次に、一次元性を有する銅フタロシアニン単結晶を本発明の製造方法を用い実施例１と同様な条件で作製、評価を行った。詳細には、約１０20ｃｍ-3の濃度のｎ型不純物がドープされたシリコン基板をゲート電極１０１として用い、そのゲート電極１０１の表面に、厚み５００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）からなるゲート酸化膜１０２をプラズマＣＶＤ法で形成した。
【００８２】
次に、ゲート絶縁層１０２の表面にヘキサメチルジシラザン（信越化学製）をスピンコートすることにより、ゲート絶縁層１０２に疎水処理１０７を施した。
【００８３】
次に、電気炉を用いて作製した銅フタロシアニン単結晶からなる有機単結晶を本発明の製造方法の刷り込み法により疎水処理１０７を施したゲート絶縁層１０２の表面に厚さ数十μｍ〜１００μｍの有機半導体層１０３を製膜した。次に、得られた有機半導体層１０３をオゾンアッシャーにより、メタルマスクを用いることによりパターン化を行い、最後に、有機半導体層１０３の上部にそれぞれ金ペーストを接着し乾燥させることにより、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６を形成して有機トランジスタを得た。
【００８４】
実験結果を図１０、１１に示す。図１０、１１から明らかなように、電流飽和に数十ボルト必要としていることがわかり、本発明が二次元性伝導面を有する結晶構造の有機単結晶で効果があることがわかる。
【００８５】
図１２に比較例としてペンタセン蒸着膜のＸ線回折パターンを示した。薄膜相のピークと単結晶相の混合した薄膜構造であることがわかり、実施例１で示した本発明の製造方法で作製した薄膜構造とは異なることが明らかである（ｄ（００１’）＝１．５１０ｎｍ、ｄ（００１）＝１．４３２ｎｍ）。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る有機半導体トランジスタは、従来の有機半導体トランジスタの製造法と比較し、有機溶媒、高温加熱、真空蒸着を必要とせず、大面積化、量産化に伴う低コスト化ができるため、種々ディスプレイ装置の駆動部や各種電子機器あるいはロボット等の駆動部等として有用である。
【００８７】
このほか、従来、有機半導体層が形成できなかった湾曲した部分などにも有機半導体層が形成できることから、情報タグやＩＣ等の用途にも応用できる。さらに、匂い、味覚、聴覚、視角、触覚などの五感センサー等に応用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の有機トランジスタの断面模式図
【図２】本発明の製造法の概略図（ａ）有機単結晶を基板上に配置した工程を示す図（ｂ）有機単結晶を回転式装置により刷り込む工程を示す図
【図３】従来の素子構造であり、トップコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図４】従来の素子構造であり、ボトムコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図５】従来の素子構造であり、トップ＆ボトムコンタクト型と称される有機トランジスタの断面構造模式図
【図６】有機単結晶の作製装置模式図
【図７】実施例１に係る本発明の有機トランジスタ特性（ゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図８】実施例１に係る本発明の有機トランジスタ特性（ドレイン電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図９】本発明の製造法で作製したペンタセン膜のＸ線回折パターン図
【図１０】比較例１に係る銅フタロシアニンの有機トランジスタ特性（ゲート電圧（Ｖｇ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図１１】比較例１に係る銅フタロシアニンの有機トランジスタの特性（ドレイン電圧（Ｖｓｄ）変化に対するドレイン電流（Ｉｓｄ）変化）を示す図
【図１２】比較例１に係るペンタセン蒸着膜のＸ線回折パターン図
【符号の説明】
【００８９】
１  ガラス管（外管）
２  ガラスボート
３  有機単結晶の原料
４  ガラス管（内管）
５  ヒータ
６  不純物
７  有機単結晶
２１  ゲート電極
２２  ゲート絶縁層
２３  有機半導体材料からなるチャネル部
２４  ソース電極
２５  ドレイン電極
２６  基板
２７  有機単結晶付着装置
２８  付着装置により置かれた有機単結晶から構成された集合体（かたまり）
２９  基板
１０１  ゲート電極
１０２  ゲート絶縁層
１０３  有機半導体層
１０５  ソース電極
１０６  ドレイン電極
１０７  疎水処理表面
【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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