(57)【要約】【課題】有機半導体を用いた電界効果トランジスタであって、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】絶縁体層３と、この絶縁体層３により隔離されたゲート電極２及び有機半導体層４と、この有機半導体層４に接するように設けられたソース電極５及びドレイン電極６を、絶縁性支持基板上１に有する電界効果トランジスタ。絶縁体層は溶媒を用いた塗布法により形成された層であり、残留溶媒量が１重量％以下である。絶縁体層はモノマーを塗布した後重合させることにより形成された層であり、残留モノマー及び／又はオリゴマー量が３重量％以下である。又は絶縁体層中の吸着水分量が１重量％以下である。【選択図】　図１
2004063976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
該絶縁体層は溶媒を用いた塗布法により形成された層であり、該絶縁体層中の残留溶媒量が１重量％以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
請求項１において、該絶縁体層が溶媒Ａを用いた塗布法により形成された層であり、該有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、該溶媒Ａと溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が１．１以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】
絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
該絶縁体層はモノマーを塗布した後重合させることにより形成された層であり、該絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量が３重量％以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項４】
請求項３において、該絶縁体層がモノマーＡ’を塗布した後重合させることにより形成された層であり、該有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、該モノマーＡ’と溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が０．５以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
該絶縁体層が溶媒Ａを用いた塗布法により形成された層であり、該有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、該溶媒Ａと溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が１．１以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項６】
絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
該絶縁体層がモノマーＡ’を塗布した後重合させることにより形成された層であり、該有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、該モノマーＡ’と溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が０．５以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、該絶縁体層中の吸着水分量が１重量％以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、
該絶縁体層中の吸着水分量が１重量％以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ゲート電極が前記絶縁性支持基板上に設けられており、該ゲート電極上に絶縁体層を介して有機半導体層が設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記絶縁体層に接していることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記有機半導体層上に設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ソース電極及びドレイン電極が前記絶縁性支持基板上に設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項において、前記絶縁性支持基板が、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、アモスファスポリオレフィン、ポリエーテルスルフォン及びエポキシ樹脂よりなる群から選択されるプラスチック基板であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項において、前記絶縁体層における比誘電率が２．０以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項において、前記絶縁体層における電気伝導度が１０−１２Ｓ／ｃｍ以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体を用いた電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと並んで重要なスイッチ、増幅素子として広く利用されている。電界効果トランジスタは、半導体材料にソース電極及びドレイン電極と、絶縁体層を介してゲート電極を設けた構造を有する。電界効果トランジスタの動作特性は、用いられる半導体のキャリア移動度μ、電気伝導度σ、絶縁層の静電容量Ｃｉ、素子の構成（ソース電極−ドレイン電極間距離Ｌ及び幅Ｗ、絶縁層の膜厚ｄ等）により決まるが、この中で、半導体材料の特性としては、高い移動度（μ）を有するものが良好な特性を示すことになる。
【０００３】
現在、半導体材料としてはシリコンが広く用いられている。シリコンに代表される無機半導体は、製造時に３００℃以上の高温で処理する必要があることから、基板にプラスチック基板やフィルムを用いることが難しく、かつ製造に多くのエネルギーを必要とするという欠点がある。また、真空での素子作製プロセスを経るため、製造ラインに高価な設備を必要とし、高コストになるという欠点もある。
【０００４】
これに対して、有機半導体を用いたトランジスタは、その殆どが無機半導体より低温プロセスで製造することができるため、基板としてプラスチック基板やフィルムを用いることができ、軽量で壊れにくい素子を作製することができる。また、溶液の塗布や印刷法を用いた素子作製が可能なものもあり、大面積の素子を低コストで製造することが可能である。更に、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を根本的に変化させることが可能であるため、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、素子を実現することも可能である。
【０００５】
半導体として有機半導体を用いたトランジスタについて、特開昭６１−２０２４６７号公報には、導電性高分子、共役高分子を利用したものが記載され、特許２９８４３７０号公報には、低分子化合物を利用したものが記載されている。
【０００６】
従来の半導体として有機半導体を用いたトランジスタの代表的な構造を図１〜３に示す。
【０００７】
図１の電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にゲート電極２が設けられ、更にこの上に絶縁体層３及び有機半導体層４が設けられている。この有機半導体層４に接するように、ソース電極５とドレイン電極６が絶縁体層３上に設けられている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【０００８】
図２の電界効果トランジスタにあっては、絶縁体層３上の有機半導体層４上にソース電極５とドレイン電極６が設けられている点が図１に示す電界効果トランジスタと異なり、その他は同様の構成とされている。この電界効果トランジスタはボトムゲート・トップコンタクト型と称される。
【０００９】
図３に示す電界効果トランジスタにあっては、絶縁性支持基板１上にソース電極５とドレイン電極６が設けられ、絶縁性支持基板１上に有機半導体層４及び絶縁体層３が積層され、絶縁体層３上にゲート電極２が設けられている。この電界効果トランジスタは、トップゲート・ボトムコンタクト型と称される。
【００１０】
このような電界効果トランジスタでは、ゲート電極２に電圧が印加されると、有機半導体層４と絶縁体層３の界面近傍における有機半導体層のキャリア密度を変化させて、ソース−ドレイン電極５，６間に流れる電流量を変化させる。
【００１１】
このような種々の構造のトランジスタにおいて種々の有機半導体を用いて活発に研究がなされているが、塗布法で形成される有機電解発光デバイスにおいて研究開発の初期段階で問題となった有機半導体層における残留溶媒等に関する研究は決して充分に行われているわけではなく、残留溶媒等に関する問題が有機電界効果トランジスタとしての性能（移動度、リーク電流値、ｏｎ／ｏｆｆ比等）にどのように影響するかは明らかとなっていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを達成することができ、かつこれらのトランジスタ性能が安定した有機トランジスタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、該絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、該有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極と、絶縁性支持基板とを有する電界効果トランジスタにおいて、絶縁体層が次の▲１▼〜▲５▼のいずれかの特性を有することを特徴とする。
【００１４】
▲１▼　絶縁体層は溶媒を用いた塗布法により形成された層であり、絶縁体層中の残留溶媒量が１重量％以下である。この場合において、特に、絶縁体層が溶媒Ａを用いた塗布法により形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層である場合には、溶媒Ａと溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が１．１以上であることが好ましい。また、絶縁体層中の吸着水分量は１重量％以下であることが好ましい。
▲２▼　絶縁体層はモノマーを塗布した後重合させることにより形成された層であり、絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量が３重量％以下である。この場合において、絶縁体層がモノマーＡ’を塗布した後重合させることにより形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層である場合には、モノマーＡ’と溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が０．５以上であることが好ましい。また、絶縁体層中の吸着水分量は１重量％以下であることが好ましい。
▲３▼　絶縁体層が溶媒Ａを用いた塗布法により形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、溶媒Ａと溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が１．１以上である。また、絶縁体層中の吸着水分量は１重量％以下であることが好ましい。
▲４▼　絶縁体層がモノマーＡ’を塗布した後重合させることにより形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層であり、モノマーＡ’と溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が０．５以上である。また、絶縁体層中の吸着水分量は１重量％以下であることが好ましい。
▲５▼　絶縁体層中の吸着水分量が１重量％以下である。
【００１５】
本発明者らは、従来の電界効果トランジスタにおけるトランジスタ性能の不安定性について鋭意検討した結果、絶縁体層を成膜する過程で絶縁体層中に残留する溶媒、或いはモノマー及び／又はオリゴマー、或いは吸着水分が、絶縁体層自体の性能を低下させると共に、絶縁体層に隣接する有機半導体層の有機半導体分子の配向、配列、或いはモルホロジーに影響して有機半導体分子の配列を乱すこと、そして、この配列の乱れは、有機半導体分子間のπ軌道の相互作用を弱くし、誘起電荷移動に悪影響を及ぼす結果となり、トランジスタ性能（移動度、リーク電流値、ｏｎ／ｏｆｆ比等）が損なわれることを見出した。
【００１６】
本発明に従って、絶縁体層中の残留溶媒量を１重量％以下とすることにより、絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量を３重量％以下とすることにより、絶縁体層中の吸着水分量を１重量％以下とすることにより、或いは、絶縁体層の形成に用いた溶媒Ａ又はモノマーＡ’と有機半導体層の形成に用いた溶媒Ｂの溶解度パラメータ差を特定値以上とすることにより、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する有機トランジスタを実現することができる。
【００１７】
即ち、絶縁体層中の残留溶媒量、残留モノマー及び／又はオリゴマー量又は吸着水分量を上記特定値以下とすることにより、絶縁体層の特性を高めると共に、これらが絶縁体層に接する有機半導体層の有機半導体分子の配向、配列、或いはモルホロシーに及ぼす影響を低減し、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する有機トランジスタを実現することができる。
【００１８】
なお、絶縁体層中の残留溶媒量（重量％）は、例えば、有機トランジスタの絶縁体層を物理的剥離又は溶剤溶解により分離し、ガスクロマトグラフ法により測定することができる。また、絶縁層中の吸着水分量（重量％）は、有機トランジスタの絶縁体層を物理的剥離又は溶剤溶解により分離し、例えば乾燥減量法や近赤外吸収法により測定することができる。また、絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量（重量％）は、例えば、有機トランジスタの絶縁体層を物理的剥離又は溶剤溶解により分離し、ガスクロマトグラフ法により測定することができる。
【００１９】
また、溶解度パラメータとは、樹脂を溶媒に溶解させる場合の溶解性を数値化したものであり、樹脂と溶媒との蒸発潜熱及び蒸発熱などから算出されたものであり、その差が小さいほど互いに相溶性を有することを示し、大きい程相溶性が小さいことを示す。そして、溶解度パラメータは、各種樹脂及び各種溶媒について規定されている。
【００２０】
絶縁体層を形成する溶媒Ａ又はモノマーＡ’と、有機半導体層を形成する溶媒Ｂの溶解度パラメータの差が特定値以上であれば、これらの相溶性が悪いことにより、絶縁体層と有機半導体層との界面において、絶縁体層中の溶媒Ａ又はモノマーＡ’が有機半導体層側に浸透したり、有機半導体層中の溶媒Ｂが絶縁体層側に浸透したりすることが防止され、これによる有機半導体層の有機半導体の配列の乱れを防止してより高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する有機トランジスタを実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の電界効果トランジスタの実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
本発明の電界効果トランジスタは、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを、絶縁性支持基板上に有するものであり、その構造には特に制限はなく、図１に示すボトムゲート・ボトムコンタクト型、図２に示すボトムゲート・トップコンタクト型、図３に示すトップゲート・ボトムコンタクト型などが挙げられる。
【００２３】
本発明においては、このような電界効果トランジスタにおいて、絶縁体層として次のような特性を有するものとする。
【００２４】
▲１▼　溶媒を用いた塗布法により形成された絶縁体層にあっては、絶縁体層中の残留溶媒量が１重量％以下、好ましくは５０００ｐｐｍ以下、更に好ましくは２０００ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０００ｐｐｍ以下、とりわけ好ましくは５００ｐｐｍ以下とする。これにより、電荷移動度が向上し、高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。なお、絶縁体層中の残留溶媒量の下限は特に限定されないが、絶縁体層の成膜上の制約等から含有量を０にすることは困難であり０．００１ｐｐｍ以上、更には０．０１ｐｐｍ以上であっても良い。
【００２５】
絶縁体層中の残留溶媒量は、塗布法により絶縁体層を形成する際の乾燥条件（温度や時間等）を厳密に制御することにより、上記好適範囲に低減することができる。
【００２６】
▲２▼　モノマーを塗布した後重合させることにより形成された絶縁体層にあっては、絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量が３重量％以下、好ましくは２重量％以下、更に好ましくは１重量％以下とする。これにより、電荷移動度が向上し、高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。なお、絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量の下限は特に限定されないが、絶縁体層の成膜上の制約等から含有量を０にすることは困難であり０．００１ｐｐｍ以上、更には０．０１ｐｐｍ以上であっても良い。
【００２７】
絶縁体層中の残留モノマー及び／又はオリゴマー量は、絶縁体層形成の際の反応温度や触媒量などの重合条件を調節して重合効率を上げることにより、上記好適範囲に低減することができる。
【００２８】
▲３▼　絶縁体層が溶媒Ａを用いた塗布法により形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層である場合において、溶媒Ａと溶媒Ｂの溶解度パラメータの差（以下「溶解度パラメータ差｜Ａ−Ｂ｜」と称す。）が１．１以上、好ましくは１．５以上、より好ましくは２．０以上、特に好ましくは２．５以上となるように、溶媒Ａと溶媒Ｂとの組み合せを選択する。これにより、電荷移動度が向上し、高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。なお、溶解度パラメータ差｜Ａ−Ｂ｜の上限は特に限定されないが、一般的には１０以下、特に８以下である。
【００２９】
▲４▼　絶縁体層がモノマーＡ’を塗布した後重合させることにより形成された層であり、有機半導体層が溶媒Ｂを用いた塗布法により形成された層である場合において、モノマーＡ’と溶媒Ｂの溶解度パラメータの差（以下「溶解度パラメータ差｜Ａ’−Ｂ｜」と称す。）が０．５以上、好ましくは１以上、より好ましくは１．５以上、特に好ましくは２．０以上となるように、溶媒Ａと溶媒Ｂとの組み合せを選択する。これにより、電荷移動度が向上し、高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。なお、溶解度パラメータ差｜Ａ’−Ｂ｜の上限は特に限定されないが、一般的には１０以下、特に８以下である。
【００３０】
溶媒、モノマーの溶解度パラメータ（δ）はポリマーハンドブック等に文献値が提供されている。代表的な溶媒の溶解度パラメータを以下の表１に示す。また、本発明において、溶媒として２種類以上の混合溶媒を用いる場合には、各使用溶媒の溶解度パラメータのモル平均をとることにより、その混合溶媒の溶解度パラメータを特定するものとする。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記▲３▼の場合の好適な溶媒Ａと溶媒Ｂの組み合せ又は、上記▲４▼の場合の好適なモノマーＡ’と溶媒Ｂの組み合せとしては、上述した溶解度パラメータの文献値を参照して、それらの差が本発明の特定値以上となるような最適な組み合わせの溶媒及び／又はモノマーを適宜選択することができる。
【００３３】
▲５▼　絶縁体層中の吸着水分量が１重量％以下、好ましくは５０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２０００ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０００ｐｐｍ以下、とりわけ好ましくは５００ｐｐｍ以下とする。これにより、電荷移動度が向上し、高いｏｎ電流及び低いリーク電流、高いｏｎ／ｏｆｆ比を達成することが可能となる。なお、絶縁体層中の吸着水分量の下限は特に限定されないが、絶縁体層の成膜、精製上の制約等から含有量を０にすることは困難であり０．００１ｐｐｍ以上、更には０．０１ｐｐｍ以上であっても良い。
【００３４】
絶縁体層中の吸着水分量は、絶縁体層の成膜過程で、水分の吸着を低減できるような条件（例えば、露点を下げた条件下のグローブボックス内での製膜）にコントロールする等の方法により、上記好適範囲に低減することができる。
【００３５】
本発明において、絶縁体層は、上記▲１▼の場合において、更に▲３▼，▲５▼の条件も備えていても良い。また、上記▲２▼の場合において、更に▲４▼，▲５▼の条件も備えていても良い。また、上記▲３▼，▲４▼の場合において、上記▲５▼の条件も備えていても良い。
【００３６】
本発明において、電界効果トランジスタの構成材料自体には特に制限はなく、従来電界効果トランジスタに適用されているものをいずれも好適に用いることができる。
【００３７】
絶縁性支持基板の材料としては、絶縁性を示し電界効果トランジスタ及びその上に作成される表示素子、表示パネル等を支持できるものであれば良く、公知のもの、例えば、ガラス、プラスチック、石英等をいずれでも用いることができ、より具体的には、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、アモルファスポリオレフィン、エポキシ樹脂、ガラス等が挙げられる。中でもポリマー基板が好ましく、強度の点ではポリエステル又はポリカーボネートが好ましく、特にはポリエチレンテレフタレート等のポリエステルが好ましい。絶縁性支持基板の厚みは０．０５　ｍｍから２　ｍｍが好ましく、０．１　ｍｍから１　ｍｍが更に好ましい。
【００３８】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の構成材料は、導電性を示すものであれば良く、公知のものをいずれでも用いることができ、例えば白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、パラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等のドープされ良好な電気伝導度を示す導電性高分子、カーボンブラック、金属微粒子、グラファイト粉等がバインダーに分散されてなり良好な電気伝導度を示す導電性複合材料などが挙げられる。
【００３９】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の形成法としては、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が挙げられ、更にそのパターニング方法としては、フォトレジストのパターニングとエッチング液や反応性のプラズマでのエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法及びこれらの手法を複数組み合わせた手法などが挙げられる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去することや材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを作製することも可能である。
【００４０】
これらゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の厚みは０．０１μｍから２μｍが好ましく、０．０２μｍから１μｍが更に好ましい。
【００４１】
なお、ソース電極−ドレイン電極間距離（チャンネル長さＬ）は通常１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下であり、チャンネル幅Ｗは通常２０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であり、Ｌ／Ｗは通常０．１以下、好ましくは０．０５以下である。
【００４２】
絶縁体層の絶縁体としては、ゲート電極への電流の漏れを防ぎかつ低ゲート電圧で電界効果トランジスタを駆動させることができるように絶縁性に優れかつ比較的大きな比誘電率を持つものであれば公知のものをいずれでも用いることができ、例えばポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、窒化珪素等の窒化物、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３等の強誘電性酸化物、あるいは、上記酸化物や窒化物、強誘電性酸化物等の粒子を分散させたポリマー膜等が挙げられる。中でもエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂が好ましい。また、絶縁体の前駆物質としてモノマーを塗布した後、光を照射して硬化させることにより絶縁体を形成する光硬化樹脂も好適に用いられる。
【００４３】
絶縁体層の形成方法としては、スピンコートやブレードコートなどの塗布法、蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法等、材料の特性に合わせた形成方法を採用することができる。
【００４４】
絶縁体を溶媒に溶解して塗布法により絶縁体層を成膜する場合に使用できる溶媒としては、ｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン、デカリン等の鎖状、又は環状の炭化水素類、四塩化炭素、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類、ｐ−キシレン、トルエン、ｍ−クレゾール、アニソール等の芳香族化合物類、ジ−ｎ−ブチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン等の鎖状又は環状のエーテル類、１−ブタノール、ヘキサフルオロ−２−プロパノール等のアルコール類、２−ブタノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン化合物類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物類、アセトニトリル等のニトリル化合物類などが挙げられる。
【００４５】
このようにして形成される絶縁体層は、前述の如く、ゲート電極への漏れ電流、電界効果トランジスタの低ゲート電圧駆動に関係することから、室温での電気伝導度が１０−１２　Ｓ／ｃｍ以下、更には１０−１４　Ｓ／ｃｍ以下、比誘電率が２．０以上、更には２．５以上を示すことが好ましい。
【００４６】
このような絶縁体層の厚みは０．１μｍから４μｍが好ましく、０．２μｍから２μｍが更に好ましい。
【００４７】
有機半導体層は、金属含有量、更には残留溶媒量及び吸着水分量が前述の範囲であれば良く、有機半導体層を形成する有機半導体は特に限定されず、π共役系の低分子及び高分子であれば公知のものをいずれでも用いることができ、例えばペンタセン、オリゴチオフェン、置換基を有するオリゴチオフェン、ビスジチエノチオフェン、置換基を有するジアルキルアントラジチオフェン、金属フタロシアニン、ベンゾポルフィリン、フッ素置換された銅フタロシアニン、Ｎ，　Ｎ’−ジアルキル−ナフタレン−１，　４，　５，　８−テトラカルボン酸ジイミド置換体、３，　４，　９，　１０−ペリレンテトラカルボン酸ジアンハイドライド、Ｎ，　Ｎ’−ジアルキル−３，　４，　９，　１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレンなどのπ共役系低分子やレジオレギュラーポリ（３−ヘキシルチオフェン）に代表されるレジオレギュラーポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ−９，　９’−ジアルキルフルオレンコビチオフェンなどのπ共役系共重合体等のπ共役系高分子が挙げられる。
【００４８】
これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合、そのソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度が１０−４　Ｓ／ｃｍ以下、１０−１２　Ｓ／ｃｍ以上を示すものが好ましく、特に１０−６　Ｓ／ｃｍ以下、１０−１１　Ｓ／ｃｍ以上、とりわけ１０−７　Ｓ／ｃｍ以下、１０−１０　Ｓ／ｃｍ以上を示すものがより好ましい。更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度とソース電極−ドレイン電極方向の電気伝導度、及び電荷素量から求めたキャリア密度が１０７　ｃｍ−３以上、１０１８　ｃｍ−３以下を示すものが好ましく、特に１０８　ｃｍ−３以上、１０１７　ｃｍ−３以下を示すものがより好ましい。また、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、有機半導体層を形成した場合に電界効果移動度の室温以下での温度依存性から求められる電荷移動に要する活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下を示すものが好ましく、特に０．１ｅＶ以下を示すものがより好ましい。
【００４９】
更にまた、これらπ共役系低分子のなかでも分子長が４０Å以下のものにおいては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に対する法線に対して６０°の角度から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系低分子の分子軸方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のｐ偏光成分とｓ偏光成分の比であるｐ偏光成分／ｓ偏光成分が１．５以上、更には２．０以上、特には３．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００５０】
また一方で、分子長が４０Åより大きいπ共役系高分子においては、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、層表面に垂直方向から入射光を入れて測定した偏光吸収において、これらπ共役系高分子の主鎖方向の遷移モーメントに由来する吸収ピーク強度のソース電極−ドレイン電極方向成分とそれに垂直方向成分の比であるソース電極−ドレイン電極方向成分／垂直方向成分が３．５以上、更には４．５以上、特には５．０以上を示す特性を持つものが好ましい。
【００５１】
更にまた、これらπ共役系低分子、高分子のなかでも、該電界効果トランジスタに用いた絶縁体層と同じ絶縁体層上に有機半導体層を形成した場合、最隣接分子或いは高分子間の距離が３．９Å以下、更には３．８５Å以下、特には３．８Å以下である特性を示すものが好ましい。
【００５２】
このような有機半導体層の膜厚は１　ｎｍから１０　μｍが好ましく、１０　ｎｍから５００ｎｍが更に好ましい。
【００５３】
これらの有機半導体を用いた有機半導体層を形成する方法としては、低分子有機半導体の場合には、真空蒸着により絶縁体層又は絶縁性支持基板上に蒸着して形成する方法、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。高分子有機半導体の場合は、溶媒に溶解してキャスト、ディップ、スピンコートなどにより塗布して形成する方法などが挙げられる。また、目的とする低分子前駆体或いは目的とする高分子前駆体を用いて前述の適切な方法により層形成し、その後に加熱処理等により目的とする有機半導体層に変換する方法も挙げられる。
【００５４】
有機半導体を溶媒に溶解して塗布法により有機半導体層を成膜する場合に使用できる溶媒としては、ｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン等の鎖状炭化水素類、四塩化炭素、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類、ｐ−キシレン、トルエン、ｍ−クレゾール、アニソール等の芳香族化合物類、ジ−ｎ−ブチルエーテル、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン等の鎖状又は環状のエーテル類、１−ブタノール等のアルコール類、２−ブタノン等のケトン化合物類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物類、アセトニトリル等のニトリル化合物類、トリフルオロ酢酸等のカルボン酸類等が挙げられる。
【００５５】
本発明の電界効果トランジスタの基本的な構造は、絶縁体層と、この絶縁体層により隔離されたゲート電極及び有機半導体層と、この有機半導体層に接するように設けられたソース電極及びドレイン電極とを絶縁性支持基板上に有するものであり、その具体的な構造としては図１〜３に示すようなものが挙げられるが、本発明の電界効果トランジスタは、何ら図１〜３に示す構造の電界効果トランジスタに限定されず、更に図１〜３に示される層以外の層が形成されていても良い。
【００５６】
例えば、図１，２に示す電界効果トランジスタのように、有機半導体層が表出している電界効果トランジスタにあっては、有機半導体に対する外気の影響を最小限にするために、更にこの上に保護膜を形成しても良く、この場合、保護膜の材料としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーや酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化物や窒化物等が挙げられる。保護膜の形成方法としては塗布法や真空蒸着法などが挙げられる。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電界効果トランジスタによれば、絶縁体層中の残留溶媒量、残留モノマー及び／又はオリゴマー量、又は吸着水分量を特定値以下とすることにより、或いは、絶縁体層の形成に用いる溶媒Ａ又はモノマーＡ’と有機半導体層の形成に用いる溶媒Ｂとの溶解度パラメータの差を特定値以上とすることにより、誘起電荷が移動する有機半導体層の有機半導体分子の配列の乱れを効果的に抑制し、より高い移動度と、高いｏｎ電流及び低いリーク電流と、高いｏｎ／ｏｆｆ比とを有する電界効果トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図２】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【図３】電界効果トランジスタの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　絶縁性支持基板
２　ゲート電極
３　絶縁体層
４　有機半導体層
５　ソース電極
６　ドレイン電極
７　界面
【図１】
2004063976.tif 000004
【図２】
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【図３】
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