(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）と、
前記基板上に設けられたゲート電極（１２）と、
前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層（１３）と、
前記ゲート絶縁層の上に形成された有機半導体層（１４）と、
前記有機半導体層の上に形成され、前記ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置された２つの拡散防止層（１５）と、
前記ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置され、前記拡散防止層の一方の上に形成されたソース電極（１６）および前記拡散防止層の他方の上に形成されたドレイン電極（１７）と、を備え、
前記拡散防止層は、前記ソース電極と前記有機半導体層との間および前記ドレイン電極と前記有機半導体層との間に配置され、金を主成分とした合金である有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は金からなり、前記拡散防止層は、ニッケルとパラジウムのうち少なくとも１種と、金との合金である請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記有機半導体層は、相転移温度２４５℃以上の化合物である請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体層は、化学式（１）に示される化合物である請求項１ないし３のいずれかの１つに記載の有機トランジスタ。
【化１】
0006658300.tif 000006
【請求項５】
前記有機半導体層は、相転移温度を持たない化合物である請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機半導体層は、化学式（２）に示される化合物である請求項１、２および５のいずれかの１つに記載の有機トランジスタ。
【化２】
0006658300.tif 000007
【請求項７】
前記拡散防止層は、金の含有量が５０原子％以下の範囲内である請求項１ないし６のいずれかの１つに記載の有機トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムゲート・トップコンタクト構造の有機トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機トランジスタの構造については、ゲート電極の位置関係とソース電極およびドレイン電極が有機半導体層に接する位置関係とにより、４種類に区分される。その４種類の構造とは、ボトムゲート・トップコンタクト構造、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・トップコンタクト構造、トップゲート・ボトムコンタクト構造である。
【０００３】
ここで、有機トランジスタでは、有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との界面において、オーミック接触を形成することが難しく、接触抵抗がしばしば問題となる。このため、ゲート電極とソース電極およびドレイン電極間に生じる電界により、接触抵抗を低減できる構造のほうが性能上有利とする報告が多い。具体的には、ボトムゲート・トップコンタクト構造（以下「ＢＧＴＣ構造」という。）もしくはトップゲート・ボトムコンタクト構造（以下「ＴＧＢＣ構造」という。）がそれに該当する。
【０００４】
また、ＴＧＢＣ構造の有機トランジスタの場合、基板上にあらかじめ形成されたソース電極およびドレイン電極上に有機半導体層を形成する。この構成においては、有機半導体層がソース電極およびドレイン電極による段差部分をうまくカバーリングできず、当該段差部分に欠陥が生じるおそれがある。そのため、有機半導体層のうち段差部分での電荷移動が阻害される結果、移動度が低下する懸念が大きい。これに対して、ＢＧＴＣ構造の有機トランジスタは、有機半導体層を形成した後にソース電極およびドレイン電極を形成して作製されるため、ＴＧＢＣ構造のような移動度低下の懸念はなく、性能面において最も優れ、移動度が高くなると言われている。
【０００５】
このようなＢＧＴＣ構造の有機トランジスタの移動度向上や特性の安定化のため、様々な検討がなされている。例えば、特性を安定化して長寿命であるＢＧＴＣ構造の有機トランジスタとして、特許文献１に記載の有機トランジスタが提案されている。特許文献１に記載の有機トランジスタは、ＢＧＴＣ構造であって、ソース電極と有機半導体層との間およびドレイン電極と有機半導体層との間に電極バッファ層が設けられた積層構造を有している。この電極バッファ層は、有機トランジスタの駆動に伴うソース電極およびドレイン電極の劣化を防止し、かつ、有機半導体層との密着性を向上するために設けられたものである。
【０００６】
このような構成をとることで、有機トランジスタの駆動時におけるソース電極およびドレイン電極の材料の酸化還元反応による変化が抑制され、かつソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との密着性が上がる。その結果、作製後にも特性を安定させつつ、駆動寿命の長い有機トランジスタとすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２７７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように性能に優れるＢＧＴＣ構造の有機トランジスタの用途として、例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンスの略）ディスプレイ用の画素回路が挙げられる。有機ＥＬは、発光ダイオードと同じく電流駆動素子であるため、高い輝度を得るには電流をより多く流さなければならない。そのため、移動度の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタが、有機ＥＬの画素回路に適している。
【０００９】
有機ＥＬディスプレイの構造としては、基板上に有機トランジスタからなる画素回路を作製した後、その上に有機ＥＬを連続的に作製する。従来では、真空蒸着法により有機ＥＬを作製していたが、現在では、より低コスト化に向け印刷法により有機ＥＬを作製することが検討されている。このような印刷法による有機ＥＬの作製においては、複数の層を塗り重ねるため、上側の層を印刷する際に下側の層が溶けないようにする必要がある。そのため、上側の層を印刷する前に、下側の層を高温、例えば２００℃近い温度で加熱して熱架橋させることにより、下側の層の不溶化処理をしなければならない。
【００１０】
しかしながら、有機トランジスタは熱に弱く、高温で処理されると移動度が大幅に低下してしまう。そのため、従来技術では、常温環境下においては移動度の安定した有機トランジスタを作製できても、高温処理後にその特性を維持することができないという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、移動度が高く、耐熱性の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタ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】
【００１２】
請求項１に記載の有機トランジスタは、基板（１１）と、基板上に設けられたゲート電極（１２）と、ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層（１３）と、ゲート絶縁層の上に形成された有機半導体層（１４）と、有機半導体層の上に形成され、ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置された２つの拡散防止層（１５）と、ゲート電極の両端と対応する位置に互いに離れて配置され、拡散防止層の一方の上に形成されたソース電極（１６）および拡散防止層の他方の上に形成されたドレイン電極（１７）とを備える。このような構成において、拡散防止層は、ソース電極と有機半導体層との間およびドレイン電極と有機半導体層との間に配置され、金を主成分とした合金である。
【００１３】
このような構成とすることで、拡散防止層の存在により、ソース電極およびドレイン電極の一部が有機半導体層に拡散されることを抑制し、有機半導体層の耐熱性低下が抑えられる結果、耐熱性の高い有機トランジスタとなる。また、拡散防止層の主成分をＡｕとすることで、有機半導体層と拡散防止層との間の仕事関数の差を低く抑えつつ、電荷注入障壁を小さくすることができ、移動度の高い有機トランジスタとなる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の有機トランジスタの断面図である。
【図２】第１実施形態の有機トランジスタの製造工程を示す図である。
【図３】有機トランジスタの耐熱性低下の推定メカニズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図１を参照して述べる。図１に示された有機トランジスタ１０は、例えばＥＬ素子の駆動回路に備えられるトランジスタなどに適用されるものである。
【００１８】
本実施形態の有機トランジスタ１０は、基板１１の上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を順に形成したＢＧＴＣ構造とされている。
【００１９】
基板１１は、一面側を主面とする板状もしくはフィルム状の部材であり、例えば無アルカリガラスなどのガラスやセラミック、あるいはポリエチレンナフタレートやポリイミドなどのプラスチック等よりなるもので、リジッド基板でもフレキシブル基板でもよい。
【００２０】
ゲート電極１２は、基板１１の上に所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されている。このゲート電極１２は、例えば金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料により構成されている。
【００２１】
ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２の上においてゲート電極１２を覆うように形成されたものである。また、ゲート絶縁層１３の表面、つまりゲート電極１２と反対側の一面は平坦面としてもよいし、ゲート電極１２の形状に沿って覆うように形成してもよい。このゲート絶縁層１３は、例えば高分子有機材料もしくはアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などの無機金属酸化物またはこれらの混合物などによって構成されている。
【００２２】
なお、ゲート絶縁層１３の上に、有機半導体層１４の濡れ性向上など必要に応じて自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ：略称ＳＡＭ、以下「ＳＡＭ」という。）を形成してもよい。ＳＡＭは、有機トランジスタのＳＡＭとして用いられる公知の有機材料よりなるものを用いる。典型的には、ＳＡＭを構成する有機材料は、ホスホン酸誘導体であり、例えばフェニルホスホン酸（Ｃ６Ｈ５Ｃ３Ｈ６ＰＯ３Ｈ２）、ｎ−トリデシルホスホン酸（ｎ−Ｃ１３Ｈ２７ＰＯ３Ｈ２）等のｎ−アルキルホスホン酸（ｎ−ＣｎＨ２ｎ＋１ＰＯ３Ｈ２）などが挙げられる。
【００２３】
次に、有機半導体層１４は、ゲート絶縁層１３の上に形成されている。有機半導体層１４は、有機半導体材料、例えば高分子有機材料や低分子有機材料にて構成されている。有機半導体層１４については、耐熱性を向上させるために相転移温度が高い材料または相転移温度を持たない材料を使用することが好ましい。このような材料を有機半導体層１４として用いると、有機トランジスタ作製後の加熱処理による材料の相転移、すなわち結晶配列の変化が起きにくく、耐熱性の高い有機トランジスタとなるためである。なお、相転移温度が高い材料としては、例えば下記化学式１で示すＣ８−ＤＮＢＤＴ（Ｒ＝Ｃ８Ｈ１７）などのカルコゲン含有有機化合物が挙げられる。
【００２４】
【化１】
0006658300.tif 000002
【００２５】
例えばＣ８−ＤＮＢＤＴの相転移温度は、２４５℃以上である。
【００２６】
また、相転移温度を持たない材料としては、例えば下記化学式２で示すＣ６−ＤＮＮＤＴ（Ｒ＝Ｃ６Ｈ１３）などのカルコゲン含有有機化合物が挙げられる。
【００２７】
【化２】
0006658300.tif 000003
【００２８】
例えばＣ６−ＤＮＮＤＴは、相転移温度を持たない。
【００２９】
上記のような相転移温度が高い材料を有機半導体層１４として用いた場合においては、高温、例えば２００℃での加熱がなされたとしても、加熱温度が相転移温度未満であるため、有機半導体層１４の相転移が起きない。また、有機半導体層１４として相転移温度を持たない材料を有機半導体層１４として用いた場合においても、同様の加熱を行ったとしてもそもそも相転移温度を持たないため、有機半導体層１４の相転移が起きない。このため、有機半導体層１４の結晶配列の変化は小さく、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体材料との間の接触が安定する。その結果、移動度が安定し、熱処理後も移動度を高く維持できるため、耐熱性の高いＢＧＴＣ構造の有機トランジスタ１０となる。
【００３０】
次に、拡散防止層１５はＡｕを主成分とする合金であって、有機半導体層１４の上に少なくとも２つ形成され、互いに離れて配置されている。また、拡散防止層１５のうちＡｕ以外の含有元素については、有機半導体層１４に対する電荷注入障壁が小さくなるような元素を使用することが好ましい。後述するように、有機半導体層１４と拡散防止層１５との電荷注入障壁を小さくし、移動度の高い有機トランジスタ１０とするためである。
【００３１】
ここで、有機半導体材料のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ：最高被占準位の略称）と、拡散防止層１５に用いる金属のフェルミ準位との差が電荷注入の障壁に相当する。つまり、電荷注入障壁を小さくすると、有機半導体層１４と拡散防止層１５との間の電荷の流れが起き易くなり、その結果、有機トランジスタの移動度を高くすることができる。すなわち、有機半導体層１４のＨＯＭＯに近いフェルミ準位である材料を拡散防止層１５として用いると、移動度の高い有機トランジスタ１０となる。
【００３２】
具体的に、例えばＨＯＭＯが５．２〜５．３ｅＶの有機半導体材料を有機半導体層１４として、仕事関数が４．８ｅＶであるＡｕをソース電極１６およびドレイン電極１７として使用した場合について説明する。このような場合、拡散防止層１５を構成するＡｕ以外の合金元素としては、４．８〜５．３ｅＶの範囲内の仕事関数を持つものを使用することが好ましい。このように仕事関数に調整した合金を拡散防止層１５とすることで、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体層１４との間の電荷注入障壁、すなわち接触抵抗が小さくなる結果、移動度が高い有機トランジスタ１０となるからである。例えば、この場合には、仕事関数が４．９ｅＶであるパラジウム（Ｐｄ）と、５．２ｅＶであるニッケル（Ｎｉ）が、この要件を満たすため、特に好ましい。
【００３３】
また、拡散防止層１５の主成分は、Ａｕとし、該Ａｕの含有量を５０原子％以下とすることが好ましい。これは、Ａｕの含有量が多くなると、後述するＡｕの有機半導体層１４への拡散を抑制する効果が小さくなるためである。なお、拡散防止層１５に含まれるＡｕおよび他の元素、例えばＮｉ、Ｐｄなどの比率は、基板１１の法線方向に沿って段階的に変化させてもよいし、一定のまま固定されていてもよい。また、拡散防止層１５のうちＡｕ以外の元素については、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体材料との間の電荷注入障壁とならないような仕事関数を有するものであればよく、１種または２種以上の元素であってもよい。
【００３４】
次に、ソース電極１６は、２つの拡散防止層１５の一方の上に、ドレイン電極１７は、２つの拡散防止層１５の他方の上に配置されている。そして、ソース電極１６およびドレイン電極１７は、ゲート電極１２の両端と対応する位置に互いに離れて形成されている。また、ソース電極１６およびドレイン電極１７については、例えばＡｕ、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などによって構成されている。
【００３５】
このように、本実施形態の有機トランジスタ１０は、ゲート絶縁層１３の表面に有機半導体層１４、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７が順次形成されたものとなっており、上方において電気的接続が図られる。
【００３６】
なお、この有機トランジスタ１０は、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護層を成層してもよい。このような場合、例えばこの保護層からソース電極１６やドレイン電極１７を部分的に露出させることで、トランジスタ外部との電気的接続が図れるようにする。
【００３７】
次に、本実施形態の有機トランジスタ１０の製造方法について述べる。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、例えば無アルカリガラスのようなガラスやセラミック、ポリエチレンナフタレートもしくはポリイミドのようなプラスチック等によりなるものなどで構成される基板１１を用意する。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、この基板１１の表面にゲート電極１２の形成材料として、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料を、例えばシャドウマスクを用いて真空蒸着法やスパッタ法などによって成膜する。その後、必要に応じて、例えばフォトリソグラフィ法によるレジスト層パターンを用いたエッチングにてパターニングしたゲート電極１２を形成する。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ゲート電極１２の表面を覆うゲート絶縁層１３を形成する。ゲート絶縁層１３については、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などを、例えば原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＡＬＤ）法によって成層することができる。例えば、ゲート絶縁層１３をアルミナによって構成する場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（以下「ＴＭＡ」という。）を使用し、酸素（Ｏ）源として水（Ｈ２Ｏ）などを使用して、ＴＭＡ単層と反応させてＡｌ２Ｏ３層を形成する。なお、ゲート絶縁層１３は、必要に応じて、ウェットエッチングなどによって所望形状にパターニングすることができる。
【００４１】
また、有機半導体層１４の成膜において、濡れ性を向上させたい場合などには、必要に応じて、ゲート絶縁層１３の上にＳＡＭを形成してもよい。この場合、通常の方法と同様、上記したホスホン酸誘導体等を有機溶媒に混合した溶液を、ゲート絶縁層１３の表面に塗布し、溶媒を乾燥させることによりＳＡＭを形成する。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁層１３の上にまたはゲート絶縁層１３の上にＳＡＭを形成した場合にはＳＡＭ上に、有機半導体層１４を例えば直描塗布法などの印刷法や蒸着法などの真空法により形成する。直描塗布法などの場合には、高分子有機材料や低分子有機材料にて構成される有機半導体材料（例えばＣ６−ＤＮＮＤＴなど）を有機溶媒に溶かし、例えば直描塗布法により直線的にライン状に成膜することで有機半導体層１４を成膜する。蒸着法などの場合には、上記のような有機半導体材料を高真空、例えば１×１０−４Ｐａ以下程度の環境下にて高温で蒸発させることによって、有機半導体層１４を形成する。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示すように、有機半導体層１４の上に、Ａｕを主成分とし、他の金属、例えばＮｉ、Ｐｄなどを含む合金層を成膜する。具体的には、ソース電極１６およびドレイン電極１７の形成予定位置以外の部分を、レジスト膜やシャドウマスク等でマスキングし、この状態で印刷や蒸着による成膜を行う。例えば、複数の蒸着源から同時に成膜を行う共蒸着の場合において、例えばＡｕとＮｉとの合金を形成するときには、それぞれを別々の蒸着源から加熱によって蒸発させることで拡散防止層１５を形成する。なお、３種の金属、例えばＡｕ、ＮｉおよびＰｄによる合金を共蒸着で形成する場合には、同様に、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄをそれぞれ別々の蒸着源から蒸発させて行うことで、Ａｕ、ＮｉおよびＰｄからなる拡散防止層１５を形成できる。
【００４４】
次に、図２（ｆ）に示すように、拡散防止層１５の上に続けて、例えば、Ａｕを蒸着することで、少なくとも２つ存在する拡散防止層１５の一方の上にソース電極１６を、拡散防止層１５の他方の上にドレイン電極１７を形成する。
【００４５】
なお、全面に拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した後に、フォトリソグラフ等によるパターニング法により所望の形状とすることもできる。
【００４６】
このようにして、拡散防止層１５、ソース電極１６およびドレイン電極１７を形成した後、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護膜を成膜してもよい。このような製造方法により、図１に示した有機トランジスタ１０を製造することができる。
【００４７】
ところで、従来、有機トランジスタの耐熱性不足の原因については、有機半導体材料の耐熱性不足であるとされ、有機半導体材料の分子構造を改良する対策、具体的には分子量の増大や、分子構造の対称性向上などが検討されていた。
【００４８】
それに対して、本発明者らは、有機トランジスタの耐熱性向上について鋭意検討し、有機トランジスタの構造や作製プロセスに起因する原因調査を進めた。その結果、ソース電極１６およびドレイン電極１７の形成時もしくは形成後に該ソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４中に入り込む結果、有機半導体層１４の耐熱性が低下することを突き止めた。
【００４９】
ここで、図３を参照して、有機トランジスタの耐熱性の低下についての推定メカニズムを説明する。図３では、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、Ａｕからなるソース電極１６またはドレイン電極１７、有機半導体層１４に侵入したＡｕ原子１８以外の構成要素を省略した有機トランジスタの断面図を示している。
【００５０】
有機半導体層１４の上に、拡散防止層１５を設けることなく、ソース電極１６およびドレイン電極１７としてＡｕ電極を形成すると、その形成の際または形成後に、図３（ａ）に示すように、Ａｕ原子１８が有機半導体層１４中に拡散して侵入する。また、有機半導体材料中に含まれる硫黄（Ｓ）原子とＡｕ原子１８は親和性に富むため、図３（ｂ）に示すように、Ａｕ原子１８は有機半導体層１４中の比較的奥深くまで拡散し、有機半導体材料の分子間に入り込んだ形で残存する。ここで、有機半導体材料は、分子間のＳ原子同士の相互作用により耐熱性を発現させているため、有機半導体層１４中に侵入したＡｕ原子１８により該Ｓ原子同士の相互作用が弱められるものの、有機半導体層１４の結晶配列の規則性は保たれている。しかし、このような状態において高温で加熱されると、図３（ｃ）に示すように、該Ｓ原子同士の相互作用が弱められた有機半導体層１４は、加熱により結晶配列が崩れ、結晶配列の規則性がない状態、すなわち液晶化した状態となる。有機半導体層１４が液晶化すると、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７の間や有機半導体層１４内の電荷移動が妨げられる。このような作用により、高温処理後の移動度が低い有機トランジスタ、すなわち耐熱性の低い有機トランジスタになると考えられる。
【００５１】
そこで、ソース電極１６およびドレイン電極１７と有機半導体層１４との間に拡散防止層１５を備えることで、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料の有機半導体層１４中への侵入を抑制し、耐熱性の高い有機トランジスタ１０とできることを見出した。
【００５２】
本実施形態にかかる有機トランジスタ１０は、Ａｕを主成分とし、Ａｕの仕事関数と有機半導体材料のＨＯＭＯレベルとの間にある仕事関数を有する金属材料を含む合金からなる拡散防止層１５を、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間に設けた構成とされている。これにより、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との電荷移動を妨げることなく、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４へ拡散することを抑制する結果、移動度が高く、耐熱性の高い有機トランジスタ１０とすることができる。
【実施例】
【００５３】
次に、本実施形態の有機トランジスタ１０における発明の効果を、次の実施例１ないし４および比較例１ないし５を参照して、より具体的に述べることとする。表１では、構成別のＢＧＴＣ構造の有機トランジスタにおいて、拡散防止層の有無およびその構成、使用した有機半導体材料とその相転移温度、初期の移動度および後述する熱処理後の移動度を示している。
【００５４】
【表１】
0006658300.tif 000004
【００５５】
（実施例１）
まず、基板１１にゲート電極１２およびゲート絶縁層１３を積層したもの（以下「積層体」という。）に、有機半導体層１４としてＣ８−ＤＮＢＤＴ（表１および以下において「化合物１」という。）を成膜した。その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順で成膜して実施例１の有機トランジスタとした。
【００５６】
このようにして作製した実施例１の有機トランジスタについて、まず熱処理前の移動度（以下「初期移動度」という。）を測定した。その後２００℃に設定したホットプレート上に載せて５時間加熱（以下「高温処理」という。）した後に、室温に戻して移動度を再度測定した。そして、初期移動度に対して高温処理後の移動度がどの程度維持できたかを確認し、耐熱性評価の指標として用いた。つまり、高温処理後の移動度が初期移動度に近いほど、作製した有機トランジスタの耐熱性が高いことを意味する。
【００５７】
なお、「移動度」（単位：ｃｍ２／Ｖｓ）とは、有機半導体層１４内でのキャリア、つまり正孔や電子の移動度であり、表１の各有機トランジスタ１０を作動させて、測定したものである。また、一般的に有機ＥＬディスプレイの視認性を考慮した場合、１５０ｃｄ／ｍ２以上の輝度が必要であり、有機ＥＬの駆動回路として用いる有機トランジスタとしては２ｃｍ２/Ｖｓ以上の高い移動度が要求される。
【００５８】
表１に示すように実施例１の有機トランジスタについては、高温処理前の移動度は１１ｃｍ２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は７．４ｃｍ２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料（化合物１）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＰｄからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。
【００５９】
（実施例２）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物１を成膜した後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例２の有機トランジスタとした。
【００６０】
表１に示すように実施例２の有機トランジスタについては、初期移動度は９．５ｃｍ２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は６．１ｃｍ２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料（化合物１）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＮｉからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。
【００６１】
（実施例３）
次に、積層体に有機半導体層１４としてＣ６−ＤＮＮＤＴ（表１および以下において「化合物２」という。）を成膜した。その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例３の有機トランジスタとした。
【００６２】
表１に示すように実施例３の有機トランジスタについては、初期移動度は３．０ｃｍ２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は２．９ｃｍ２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料（化合物２）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＰｄからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。
【００６３】
（実施例４）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物２を成膜した後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したもの、ソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して実施例４の有機トランジスタとした。
【００６４】
表１に示すように実施例４の有機トランジスタについては、初期移動度は２．５ｃｍ２／Ｖｓ、高温処理後の移動度は２．４ｃｍ２／Ｖｓであり、高温処理後の移動度を２ｃｍ２/Ｖｓ以上に維持できていた。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料（化合物２）を有機半導体層１４として用い、有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との間にＡｕおよびＮｉからなる拡散防止層１５を備える有機トランジスタは、移動度および耐熱性が共に高いことが確認された。
【００６５】
（比較例１）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物１を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例１の有機トランジスタとした。
【００６６】
表１に示すように比較例１の有機トランジスタについては、初期移動度は１１ｃｍ２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は０．８ｃｍ２／Ｖｓと大きく低下した。このことから、相転移温度が高い有機半導体材料を用いるだけでは、有機トランジスタの耐熱性を向上できないことが確認された。
【００６７】
上述した推定メカニズムのように、Ａｕ原子１８が有機半導体層１４におけるＳ原子同士の相互作用を弱めた結果、比較例１の有機トランジスタの耐熱性が低かったと考えられる。
【００６８】
（比較例２）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物２を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例２の有機トランジスタとした。
【００６９】
表１に示すように比較例２の有機トランジスタについては、初期移動度は３ｃｍ２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は０．１ｃｍ２／Ｖｓと大きく低下した。このことから、相転移温度を持たない有機半導体材料を用いるだけでは、有機トランジスタの耐熱性を向上できないことが確認された。
【００７０】
なお、比較例１と同様の理由により、比較例２の有機トランジスタの耐熱性が低かったと考えられる。
【００７１】
（比較例３）
次に、積層体に有機半導体層１４として下記化学式３で示すＣ８−ＢＴＢＴ（以下「化合物３」という。）を成膜して、拡散防止層１５を設けずに、ソース電極１６およびドレイン電極１７を該有機半導体層１４の上に成膜して比較例３の有機トランジスタとした。
【００７２】
【化３】
0006658300.tif 000005
【００７３】
表１に示すように比較例３の有機トランジスタについては、初期移動度は１２ｃｍ２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、有機半導体層１４に相転移温度が低い材料を用いると、有機トランジスタの耐熱性が低くなることが確認された。
【００７４】
これは、化合物３の相転移温度は８０℃と低く、相転移温度以上の温度で加熱されたことにより化合物３の相転移が生じ、化合物３の結晶配列が崩れたためと予想される。すなわち、化合物３からなる有機半導体層１４とソース電極１６およびドレイン電極１７との電荷移動ができない程度にまで、化合物３の結晶配列や形状などが変化してしまい、比較例３の有機トランジスタは高温処理後の移動度が測定できなかったと考えられる。
【００７５】
（比較例４）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物３を成膜して、その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＰｄからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したものおよびソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して比較例４の有機トランジスタとした。
【００７６】
表１に示すように比較例４の有機トランジスタについては、初期移動度は１２ｃｍ２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、拡散防止層１５を設けてソース電極１６およびドレイン電極１７材料が有機半導体層１４へ拡散することを抑制しても、有機半導体層１４に相転移温度が低い材料を用いると、有機トランジスタの耐熱性が低いことが確認された。この理由は、比較例３と同様であると考えられる。
【００７７】
（比較例５）
次に、積層体に有機半導体層１４として化合物３を成膜して、その後、拡散防止層１５としてＡｕおよびＮｉからなる合金層であって、それぞれ５０原子％の比率で構成したものおよびソース電極１６およびドレイン電極１７をこの順に成膜して比較例５の有機トランジスタとした。
【００７８】
表１に示すように比較例４の有機トランジスタについては、初期移動度は１０ｃｍ２／Ｖｓと高いものの、高温処理後の移動度は測定不能になるほど特性が低下した。このことから、比較例４と同様の理由により、比較例５の有機トランジスタの耐熱性が低いと考えられる。
【００７９】
上記の結果から、有機半導体層１４に相転移温度が２４５℃以上の材料または相転移温度を持たない材料を用い、拡散防止層１５を設けることにより、高温処理後の有機トランジスタの移動度を高く維持できることが確認された。
【００８０】
（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した有機トランジスタは、本発明の有機トランジスタの一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００８１】
例えば、相転移温度が高い材料としては、Ｃ６−ＤＮＢＤＴやＣ８−ＤＮＢＤＴなどが挙げられるが、このような材料であれば、他の材料を用いてもよい。また、相転移温度がない材料としては、他にＣ８−ＤＮＮＤＴなどが挙げられるが、このような材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００８２】
さらに、ソース電極１６およびドレイン電極１７としてＡｕ以外の材料、例えばＡｇやＭｏなどを用いた場合においても、ソース電極１６およびドレイン電極１７および有機半導体の材料に合わせた拡散防止層１５を設けることで、耐熱性の高い有機トランジスタとできると考えられる。例えば上記の場合において、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料を主成分とし、ソース電極１６およびドレイン電極１７材料の仕事関数と有機半導体材料のＨＯＭＯとの間の仕事関数を有する材料を含む拡散防止層１５を備えることで、上記実施例と同様の効果が得られると考えられる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  有機トランジスタ
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁層
１４  有機半導体層
１５  拡散防止層
１６  ソース電極
１７  ドレイン電極
１８  Ａｕ原子
【図１】
0006658300.tif 000008
【図２】
0006658300.tif 000009
【図３】
0006658300.tif 000010