(57)【要約】【課題】不純物がドープされた有機半導体膜を用いなくても十分に動作する有機ＦＥＴを作製することで、薄膜の状態が安定な有機ＦＥＴを提供する。また、単結晶や微結晶の有機半導体膜を適用することなく、通常の蒸着膜や塗布膜を用いても十分に動作する有機ＦＥＴを作製することで、材料の選択幅が広く、かつ簡便に作製できる有機ＦＥＴを提供する。【解決手段】少なくとも、ゲート電極２０２と、ゲート電極２０２に接して形成されたゲート絶縁膜２０３と、ゲート絶縁膜２０３に接して形成された有機半導体膜２０５と、有機半導体膜２０５に接して形成された少なくとも一対のソース−ドレイン電極（２０４および２０７）とが、絶縁表面を有する基板２０１上に設けられた有機電界効果トランジスタにおいて、ゲート信号時に有機半導体膜２０５の中にキャリアを注入できるキャリア発生電極２０６を埋め込む構造を形成する。【選択図】　図２
2004047977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ゲート電極と、前記ゲート電極に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接して形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜に接して形成された少なくとも一対のソース−ドレイン電極とが、絶縁表面を有する基板上に設けられた有機電界効果トランジスタにおいて、前記有機半導体膜の中にキャリア発生電極が埋め込まれていることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項２】
基板上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極に接して形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１ソース電極および第１ドレイン電極と、前記第１ソース電極および前記第１ドレイン電極および前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜の中に埋め込まれたキャリア発生電極と、前記有機半導体膜に接して形成された第２ソース電極および第２ドレイン電極と、前記有機半導体膜に接して形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜に接して形成された第２ゲート電極と、を有する有機電界効果トランジスタ。
【請求項３】
基板上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極に接して形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１ソース電極および第１ドレイン電極と、前記第１ソース電極および前記第１ドレイン電極および前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１有機半導体膜と、前記第１有機半導体膜に接して形成されたキャリア発生電極と、前記キャリア発生電極に接して形成された第２有機半導体膜と、前記第２有機半導体膜に接して形成された第２ソース電極および第２ドレイン電極と、前記第２有機半導体膜に接して形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜に接して形成された第２ゲート電極と、を有する有機電界効果トランジスタ。
【請求項４】
請求項３に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１有機半導体膜はホール輸送性であり、かつ、前記第２有機半導体膜は電子輸送性であることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項５】
請求項３に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１有機半導体膜は電子輸送性であり、かつ、前記第２有機半導体膜はホール輸送性であることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１ソース電極と前記第２ソース電極とが接続されていることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１ドレイン電極と前記第２ドレイン電極とが接続されていることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項８】
基板上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極に接して形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１電極と、前記第１電極および前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜の中に埋め込まれたキャリア発生電極と、前記有機半導体膜に接して形成された第２電極と、前記有機半導体膜に接して形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜に接して形成された第２ゲート電極と、を有する有機電界効果トランジスタ。
【請求項９】
基板上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極に接して形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１電極と、前記第１電極および前記第１ゲート絶縁膜に接して形成された第１有機半導体膜と、前記第１有機半導体膜に接して形成されたキャリア発生電極と、前記キャリア発生電極に接して形成された第２有機半導体膜と、前記第２有機半導体膜に接して形成された第２電極と、前記第２有機半導体膜に接して形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜に接して形成された第２ゲート電極と、を有する有機電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
請求項９に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１有機半導体膜はホール輸送性であり、かつ、前記第２有機半導体膜は電子輸送性であることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
請求項９に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記第１有機半導体膜は電子輸送性であり、かつ、前記第２有機半導体膜はホール輸送性であることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１に記載の有機電界効果トランジスタにおいて、前記キャリア発生電極は、電子注入電極およびホール注入電極の少なくとも二層を含むことを特徴とする有機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、有機半導体材料を用いた有機電界効果トランジスタ（以下、「有機ＦＥＴ」と記す）に関する。特に、有機半導体材料の薄膜を用いた有機薄膜トランジスタ（以下、「有機ＴＦＴ」と記す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ受像器、パーソナルコンピュータ、携帯電話など、半導体素子を内蔵した様々な半導体装置において、文字や画像を表示するためのディスプレイは人間が情報を認識する手段として必要不可欠なものとなっている。特に最近は、液晶の電気光学特性を利用した液晶ディスプレイや、有機物の電界発光を利用した有機ＥＬディスプレイに代表される、平板型のディスプレイ（フラットパネルディスプレイ）が積極的に用いられている。
【０００３】
フラットパネルディスプレイの一つの形態として、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設け、データ信号を順次書き込むことにより映像表示を行うアクティブマトリクス駆動方式が知られている。ＴＦＴはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で必須の素子であると言える。
【０００４】
ところで、このようなＴＦＴに代表される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、これまで非晶質シリコンや結晶質シリコンなどの無機半導体材料を用いて作製されるものがほとんどであった。しかしながら、これら無機半導体材料を用いてＦＥＴを形成する場合には、半導体層などの製造プロセスにおける基板処理温度が３５０℃を越えるため、有用な多くの基板物質（例えばプラスチックなど）が使用できなくなるといった問題を抱えている。
【０００５】
また、現行の無機半導体材料を用いたＦＥＴを作製する場合、絶縁層や半導体層はプラズマＣＶＤ装置を、電極はスパッタ装置を用いて形成するが、これらＣＶＤ装置やスパッタ装置は比較的高額であり、メンテナンスなどにも時間を要する。
【０００６】
これに対して、有機半導体材料でＦＥＴを作製する方法も提案されている。有機化合物はそれ自身キャリアを持たない材料であるため、本質的には優れた絶縁性を有するが、有機半導体材料（一般的にはπ共役系有機化合物）と呼ばれる一連の材料を用いることで電流を流すことは可能である。
【０００７】
例えば、導電性高分子に代表されるように、π共役系有機化合物にアクセプタ（電子受容体）またはドナー（電子供与体）をドープすることにより、そのπ共役系有機化合物に不純物由来のキャリアを持たせ、導電性を発現させることが可能となる（非特許文献１参照）。ドープ量を増やすことによってキャリアはある程度の領域まで増加していくため、暗導電率もそれに伴い上昇し、多くの電流が流れるようになる。
【０００８】
【非特許文献１】
ヒデキ　シラカワ、外４名、ケミストリー　コミュニケーション、ｖｏｌ．１６、５７８−５８０（１９７７）
【０００９】
このように、不純物（アクセプタやドナー）をドープすることによって暗導電率を向上させ、有機半導体材料に電流を流す手段は、一部では既にエレクトロニクスの分野で応用されている。例えば、ポリアニリンやポリアセンを用いた充電可能な二次電池や、ポリピロールを用いた電界コンデンサなどがある。
【００１０】
そして、このような手段を有機半導体材料に適用することで、有機ＦＥＴとして動作させることができる。構造としては、活性層として無機半導体材料の替わりに有機半導体材料を導入する点を除き、基本的には従来の無機半導体材料を用いたＦＥＴと同様である（なお、以下では、有機半導体材料を用いて形成された活性層を「有機半導体膜」と記す）。このような有機ＦＥＴに関しては、既に多数の報告がなされている。
【００１１】
例えば、導電性高分子材料の一種であるポリ（２，５−チエニレンビニレン）（以下、「ＰＴＶ」と記す）を活性層として用いた有機ＴＦＴの報告がある（非特許文献２参照）。非特許文献２で用いられたＰＴＶは、弱いアクセプタである空気中の酸素によりわずかにｐ型にドープされた状態となっており、活性層として適度な導電性を示す。このように、導電性高分子材料はドーピングによって導電性を容易に制御できるため、有機ＦＥＴに用いる材料として着目されている。
【００１２】
【非特許文献２】
Ｈ．フチガミ、外２名、アプライド　フィジクス　レターズ、ｖｏｌ．６３、１３７２−１３７４（１９９３）
【００１３】
上記の非特許文献２は、有機半導体膜に不純物をドープしてキャリアを持たせる手法を適用することにより、適度な電流をソース−ドレイン間に流しているものであると言える（以下では、「ドープ型有機ＦＥＴ」と記す）。
【００１４】
一方で、有機半導体膜に不純物をドープするのではなく、低分子系の有機半導体材料の微結晶薄膜を用いて有機ＦＥＴを作製した例もある（非特許文献３参照）。非特許文献３では、ハイドープシリコンウェハー上にシリコン酸化膜を絶縁膜として形成し、その上に有機半導体材料であるペンタセンの微結晶を真空蒸着により積層させ、さらにその上に金のソース電極及びドレイン電極を形成することにより、有機ＦＥＴを作成している。
【００１５】
【非特許文献３】
Ｄ．Ｊ．ガンドランチ、外４名、ＩＥＥＥ　エレクトロン　デバイス　レターズ、ｖｏｌ．１８、８７−８９（１９９７）
【００１６】
上記の非特許文献３では、不純物由来のキャリアは有機半導体膜中に存在しないが、移動度の高い微結晶薄膜を用いているため、ソースおよびドレインから注入されたキャリアが移動することができ、ＦＥＴとして動作していると言われている（以下では、「キャリア注入型有機ＦＥＴ」と記す）。
【００１７】
これらのような有機ＦＥＴは、低い基板温度での成膜が可能であり、そのためプラスチック等のフレキシブルな基板を適用することもできる。また、単結晶薄膜や微結晶薄膜を形成するのでなければ、通常の蒸着法やスピンコート法により容易に成膜できるため、作製プロセスも簡便で、省エネルギーである。これらのメリットから、無機半導体材料を用いたＦＥＴに替わる新たなＦＥＴとして、有機ＦＥＴが注目を浴びている。
【００１８】
しかしながら、上述したような従来の有機ＦＥＴは、不純物（アクセプタやドナー）あるいは有機半導体膜そのものの性質に由来する問題も抱えている。
【００１９】
まず、非特許文献２で示されたように、有機半導体材料にアクセプタやドナーをドープすることによってキャリアを持たせる場合（すなわち、ドープ型有機ＦＥＴの場合）、アクセプタやドナー自体が化学的に不安定なものが多く、作製が容易ではない。例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属はドナーとして有効であるが、そのドナー自体が水・酸素等に対して極めて活性であるため、使用が困難である。
【００２０】
また、有機半導体材料に不純物がドープされた状態では、有機半導体材料と不純物との間で電子のやりとりが行われている、つまり一種の化学反応が起こっているため、ドープされた状態自体も不安定である場合が多い。
【００２１】
一方で、非特許文献３で示されたようなキャリア注入型有機ＦＥＴの場合、有機半導体材料にキャリアを持たせる必要がないため、アクセプタやドナーに由来する不安定さに関しては問題ない。しかしながら、注入されたキャリアがソース−ドレイン間に流れるためには、現状のソース−ドレイン間の距離を考慮すると、移動度が従来よりも高い有機半導体膜が必要であり、現状、単結晶もしくは微結晶に頼らざるを得ない。有機半導体材料の単結晶薄膜や微結晶薄膜はその作製が容易ではなく、現実的ではないことが問題である。
【００２２】
さらに、単結晶薄膜や微結晶薄膜が形成できることを前提とすると、根本的に高分子材料を用いることが困難であり、湿式塗布による薄膜形成が容易でないことも問題である。このような問題から、キャリア注入型有機ＦＥＴにおいては、材料の選択幅が狭いことは明らかである。
【００２３】
以上の問題点から、アクセプタやドナーを添加することなく、かつ、単結晶や微結晶ではなくごく通常の蒸着膜や塗布膜で作製した有機半導体膜を用い、ＦＥＴを動作させることが望まれている。
【００２４】
その一案としては、有機半導体膜を光励起することによりキャリアを発生させ、そのキャリア由来の電流をソース−ドレイン間に流すことによって、ＦＥＴ動作をさせる試みがなされている（非特許文献４参照）。
【００２５】
【非特許文献４】
Ｋ．Ｓ．ナラヤン、外１名、アプライド　フィジクス　レターズ、ｖｏｌ．７９、Ｎｏ．１２、１８９１−１８９３（２００１）
【００２６】
このように、光照射によって有機半導体膜にキャリアを発生させることができれば、ＦＥＴとしての動作機能は向上することが実証されている。しかしながら、非特許文献４の方法では、ＦＥＴの動作に対し、適切な光照射という手順をさらに必要とする。したがって、電気的な手段のみで動作させようとする場合には不適切であり、実際のデバイスとしては現実的ではない。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、本発明では、不純物がドープされた有機半導体膜を用いなくても、十分に動作できる新規な有機ＦＥＴ構造を提案することで、薄膜の状態が安定な有機ＦＥＴを提供することを課題とする。
【００２８】
また、単結晶や微結晶の有機半導体膜を適用することなく、通常の蒸着膜や塗布膜を用いても十分に動作できる新規な有機ＦＥＴ構造を提供することで、材料の選択幅が広く、なおかつ簡便に作製できる有機ＦＥＴを提供することを課題とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、キャリアを注入できる電極をフローティング電極として有機半導体膜の中に埋め込むことにより、上記課題が解決できることを発案した（以下では、このフローティング電極を「キャリア発生電極」と記す）。すなわち、ゲート電極に電圧を印加することにより、有機半導体膜の中に埋め込まれたフローティング電極であるキャリア発生電極から有機半導体膜にキャリアが注入されるような設計である。
【００３０】
この場合、ゲートに電圧を印加したときのみキャリアが活性層に存在することになるため、ゲート電圧によるＯＮ・ＯＦＦによりソース−ドレイン間に流れる電流が制御できる。このような構成であれば、有機半導体膜に不純物をドープしてキャリアを持たせる必要はない。また、フローティング電極であるキャリア発生電極からのキャリア注入を利用しているため、移動度の高い単結晶や微結晶を用いる必要もなく、容易に有機ＦＥＴが作製できる。
【００３１】
したがって本発明では、少なくとも、ゲート電極と、前記ゲート電極に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接して形成された有機半導体膜と、前記有機半導体膜に接して形成された少なくとも一対のソース−ドレイン電極とが、絶縁表面を有する基板上に設けられた有機電界効果トランジスタにおいて、前記有機半導体膜の中にキャリア発生電極が埋め込まれていることを特徴とする。
【００３２】
また、キャリア発生電極は通常、電子とホールの両方をそれぞれ逆方向に放出することになるため、図１および図２に示した構成が好ましい。
【００３３】
すなわち、本発明の有機電界効果トランジスタでは、図１（ａ）のように、基板１０１上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極１０２と、第１ゲート電極１０２に接して形成された第１ゲート絶縁膜１０３と、第１ゲート絶縁膜１０３に接して形成された第１ソース電極１０４ａおよび第１ドレイン電極１０４ｂと、第１ソース電極１０４ａおよび第１ドレイン電極１０４ｂおよび第１ゲート絶縁膜１０３に接して形成された有機半導体膜１０５と、有機半導体膜１０５の中に埋め込まれたキャリア発生電極１０６と、有機半導体膜１０５に接して形成された第２ソース電極１０７ｂおよび第２ドレイン電極１０７ａと、有機半導体膜１０５に接して形成された第２ゲート絶縁膜１０８と、第２ゲート絶縁膜１０８に接して形成された第２ゲート電極１０９と、を有することを特徴とする。
【００３４】
また、図１（ｂ）に示すように、有機半導体膜を、第１有機半導体膜１０５ａと第２有機半導体膜１０５ｂで構成し、その間にキャリア発生電極１０６を設けてもよい。したがって、本発明の有機電界効果トランジスタでは、図１（ｂ）のように、基板１０１上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極１０２と、第１ゲート電極１０２に接して形成された第１ゲート絶縁膜１０３と、第１ゲート絶縁膜１０３に接して形成された第１ソース電極１０４ａおよび第１ドレイン電極１０４ｂと、第１ソース電極１０４ａおよび第１ドレイン電極１０４ｂおよび第１ゲート絶縁膜１０３に接して形成された第１有機半導体膜１０５ａと、第１有機半導体膜１０５ａに接して形成されたキャリア発生電極１０６と、キャリア発生電極１０６に接して形成された第２有機半導体膜１０５ｂと、第２有機半導体膜１０５ｂに接して形成された第２ソース電極１０７ｂおよび第２ドレイン電極１０７ａと、第２有機半導体膜１０５ｂに接して形成された第２ゲート絶縁膜１０８と、第２ゲート絶縁膜１０８に接して形成された第２ゲート電極１０９と、を有することを特徴とする。
【００３５】
この場合、第１有機半導体膜１０５ａをホール輸送性材料で構成し、かつ、第２有機半導体膜１０５ｂを電子輸送性材料で構成することが好ましい。また逆に、第１有機半導体膜１０５ａを電子輸送性材料で構成し、かつ、第２有機半導体膜１０５ｂをホール輸送性材料で構成してもよい。
【００３６】
また、図１に示したいずれの有機電界効果トランジスタにおいても、キャリア発生電極１０６を電子注入電極およびホール注入電極の少なくとも二層で構成することが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明の有機電界効果トランジスタにおいては、第１ソース電極１０４ａと第２ソース電極１０７ｂとが接続されていてもよい。あるいは、第１ドレイン電極１０４ｂと第２ドレイン電極１０７ａとが接続されていてもよい。
【００３８】
ところで、本発明では、図２のような構成でも動作するため、さらに好適である。すなわち、本発明の有機電界効果トランジスタは、図２（ａ）に示すように、基板２０１上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極２０２と、第１ゲート電極２０２に接して形成された第１ゲート絶縁膜２０３と、第１ゲート絶縁膜２０３に接して形成された第１電極２０４と、第１電極２０４および第１ゲート絶縁膜２０３に接して形成された有機半導体膜２０５と、有機半導体膜２０５の中に埋め込まれたキャリア発生電極２０６と、有機半導体膜２０５に接して形成された第２電極２０７と、有機半導体膜２０５に接して形成された第２ゲート絶縁膜２０８と、第２ゲート絶縁膜２０８に接して形成された第２ゲート電極２０９と、を有することを特徴とする。なお、第１電極−第２電極間がソース−ドレイン間として作用する。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示すように、有機半導体膜を、第１有機半導体膜２０５ａと第２有機半導体膜２０５ｂで構成し、その間にキャリア発生電極２０６を設けてもよい。したがって、本発明の有機電界効果トランジスタでは、基板２０１上の絶縁表面に接して形成された第１ゲート電極２０２と、第１ゲート電極２０２に接して形成された第１ゲート絶縁膜２０３と、第１ゲート絶縁膜２０３に接して形成された第１電極２０４と、第１電極２０４および第１ゲート絶縁膜２０３に接して形成された第１有機半導体膜２０５ａと、第１有機半導体膜２０５ａに接して形成されたキャリア発生電極２０６と、キャリア発生電極２０６に接して形成された第２有機半導体膜２０５ｂと、第２有機半導体膜２０５ｂに接して形成された第２電極２０７と、第２有機半導体膜２０５ｂに接して形成された第２ゲート絶縁膜２０８と、第２ゲート絶縁膜２０８に接して形成された第２ゲート電極２０９と、を有することを特徴とする。なお、第１電極−第２電極間がソース−ドレイン間として作用する。
【００４０】
この場合、第１有機半導体膜２０５ａをホール輸送性材料で構成し、かつ、第２有機半導体膜２０５ｂを電子輸送性材料で構成することが好ましい。また逆に、第１有機半導体膜２０５ａを電子輸送性材料で構成し、かつ、第２有機半導体膜２０５ｂをホール輸送性材料で構成してもよい。
【００４１】
また、図２に示したいずれの有機電界効果トランジスタにおいても、キャリア発生電極２０６を電子注入電極およびホール注入電極の少なくとも二層で構成することが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説明する。
【００４３】
まず、本発明者は、有機エレクトロルミネッセント素子（以下、「有機ＥＬ素子」と記す）の分野において発案されている電荷発生層の概念に着目した。有機ＥＬ素子の分野においては、電荷発生層は既に公知の技術である（例えば、非特許文献５：城戸淳二、外５名、第４９回応用物理学会関係連合講演会　講演予稿集（２００２．３．）、ｐ．１３０８、２７ｐ−ＹＬ−３、を参照）。
【００４４】
電荷発生層の概念は、図３のように説明される。図３は、陽極、第１の有機ＥＬ層、電荷発生層、第２の有機ＥＬ層、陰極を順次積層した非特許文献５の有機ＥＬ素子の模式図である。なお、有機ＥＬ層とは、電界発光できる有機材料を含む層のことであり、有機半導体材料を含む構成となっている。また、電荷発生層は外部回路と接続しておらず、フローティング電極となっている。
【００４５】
このような有機ＥＬ素子において、陽極と陰極との間に電圧Ｖを印加した場合、電荷発生層から第１の有機ＥＬ層に対しては電子が、電荷発生層から第２の有機ＥＬ層に対してはホールが、それぞれ注入される。外部回路から見れば、陽極から陰極に向かってホールが、陰極から陽極に向かって電子が流れている（図３（ａ））わけだが、電荷発生層から電子とホールの両方が逆方向へ向けて流れ出ている現象も生じている（図３（ｂ））ため、第１の有機ＥＬ層および第２の有機ＥＬ層の両方でキャリアの再結合が起こり、発光に至る。この時、電流Ｉが流れているとすると、第１の有機ＥＬ層および第２の有機ＥＬ層共に、電流Ｉに対応する分のフォトンを放出することができるので、一層だけの有機ＥＬ素子に比べ、同じ電流で二倍の量の光を放出できるというメリットがある（ただし、電圧はその分、一層だけの有機ＥＬ素子に比べて二倍程度必要である）。
【００４６】
この時有機ＥＬ素子に流れている電流は、空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ；Ｓｐａｃｅ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）と呼ばれる薄膜特有の電流である。ＳＣＬＣとは、空間電荷を注入して移動させることにより流れる電流であり、その電流密度はチャイルド則、すなわち下記式（１）で表される。Ｊは電流密度、εは比誘電率、ε０は真空誘電率、μはキャリア移動度、Ｖは電圧、ｄはＶが印加される間隔である。
【００４７】
【数１】
Ｊ＝９／８・εε０μ・Ｖ２／ｄ３　　　　　（１）
【００４８】
なお、上記式（１）で表されるＳＣＬＣは、ＳＣＬＣが流れる際のキャリアのトラップを一切仮定しない式である。キャリアのトラップによって制限される電流はＴＣＬＣ（Ｔｒａｐ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）と呼ばれ、電圧のべき乗に比例するが、これらはどちらもバルク律速の電流であるので以下では同様の扱いとする。
【００４９】
ここで、対比のために、オーム則に従うオーム電流が流れる際の電流密度を表す式を、下記式（２）に示す。σは導電率、Ｅは電界強度である。
【００５０】
【数２】
Ｊ＝σＥ＝σ・Ｖ／ｄ　　　　　　　　（２）
【００５１】
式（２）中の導電率σは、σ＝ｎｅμ（ｎはキャリア密度、ｅは電荷）で表されるため、キャリア密度が流れる電流量の支配因子に含まれる。したがって、ある程度のキャリア移動度を持つ有機材料に対し、先に述べたようなドーピングによるキャリア密度の増大を図らない限り、通常キャリアがほとんど存在しない有機材料にはオーム電流は流れない。
【００５２】
ところが、式（１）を見てわかるとおり、ＳＣＬＣを決定する因子は、誘電率、キャリア移動度、電圧、および電圧が印加される間隔であり、キャリア密度は関係ない。すなわち、キャリアを持たない絶縁体である有機材料であっても、電圧が印加される間隔ｄを十分薄くし、キャリア移動度μが大きい材料を選ぶことにより、キャリアを注入して電流を流すことができるのである。
【００５３】
つまり、図３においては、各有機ＥＬ層の膜厚ｄ１およびｄ２をせいぜい１００ｎｍ〜２００ｎｍ、あるいはそれ以下とすることにより、電極あるいは電荷発生層から注入されたキャリアはＳＣＬＣとして流れることができるのである。言い換えれば、サブミクロンオーダーの有機半導体膜に適切な電極を取り付け、十分な電界（あるいは電位差）を印加することにより、キャリアを注入することができるのである。
【００５４】
本発明者は、電荷発生層（本明細書中では、同様のフローティング電極を「キャリア発生電極」と呼んでいる）をキャリアの発生源（あるいは注入源と言ってもよい）とすることで、有機ＦＥＴを動作させる手法を考案した。
【００５５】
まず、キャリア発生電極から発生させたキャリアを蓄積させるためには、例えば、図４（ａ）に示した模式図のような構成とすればよい。すなわち、第１の絶縁膜、第１の有機半導体膜、キャリア発生電極、第２の有機半導体膜、第２の絶縁膜を順次積層した構造を、外部電極間に設けた構成である。図３は有機ＥＬ素子であるため、キャリアを再結合させるような設計となっているが、図４（ａ）ではキャリアを蓄積させるために、外部電極と有機半導体膜との間に絶縁膜を設けてあることが相違点であると言える。
【００５６】
この構造において、外部電極間に電位差Ｖを設けた場合（図４（ｂ））、各有機半導体膜ｄ１およびｄ２がサブミクロン程度のオーダーであれば、図３と同様に電界によってキャリア発生電極から多量のキャリアが注入されるが、図４（ｂ）に示したとおり、電子およびホールは絶縁膜と有機半導体膜との界面に蓄積される。
【００５７】
この原理から、キャリア発生電極が埋め込まれた有機半導体膜の上下をゲート絶縁膜で挟み込み、電位差を生じさせることで、有機半導体膜中の上下のゲート絶縁膜付近に大量の正負のキャリアを蓄積させることができる。表現を変えれば、ゲート絶縁膜近傍の有機半導体膜界面近傍に、正負の電荷蓄積チャネルを形成できたことに相当する。したがって、図４の構成を利用し、有機半導体膜の水平方向にソース−ドレイン電極を形成し、ソース−ドレイン電極間に電圧を加えれば、この電荷蓄積チャネルを通して上部チャネルをホール電流が、下部チャネルを電子電流が流れることになる。すなわち、上下のゲート電極に加えるゲート電圧により、ソース−ドレイン電流を制御できるＦＥＴが実現できる。
【００５８】
なお、このＦＥＴにおいて重要なことは、不純物がドープされていない有機半導体膜を用いていても、電荷蓄積チャネルを流れる電流量は、もはや前述のＳＣＬＣの式（１）に従うものではないということである。すなわち、電荷蓄積チャネルに蓄積された正または負の電荷を中和するための強い電界が存在する下では、空間電荷制限の条件はないため、数十ナノメートル程度の薄いチャネル層中で数ミクロン以上の長さのチャネル幅に印加されたソース−ドレイン電圧による比較的低い電位勾配下であっても、蓄積された電荷は見かけ上オーム則（前述の式（２））に従い、電位勾配と移動度のみで規定される速さで移動できるのである。その結果、ＳＣＬＣで規定されるより桁外れに大きなソース−ドレイン電流が流れることになり、大きな電流量を高速に制御可能な、実用的なＦＥＴが実現できる。
【００５９】
なお、第１の有機半導体膜と第２の有機半導体膜を同じ材料で構成してもよいが、好ましくは、異なる極性の材料で構成した方がよい。例えば図４（ｂ）では、図面下側の外部電極が図面上側の外部電極よりも高い電位となっているため、第１の有機半導体膜には電子が、第２の有機半導体膜にはホールが注入されるようになっている。したがって、第１の有機半導体膜を電子輸送性材料で、第２の有機半導体膜をホール輸送性材料で構成することが好ましい。
【００６０】
次に、具体的な本発明の有機ＦＥＴの構成および動作について例示する。まず、図１で述べたような、ソース−ドレイン電極を二対設ける場合について、図１（ｂ）を例に説明する。その構成例を図５に示す。なお、図１の符号を引用する。
【００６１】
図５では、第１有機半導体膜１０５ａとして電子輸送性材料を用い、第２有機半導体膜１０５ｂとしてホール輸送性材料を用いたものである。この構造において、第１ゲート電極１０２にＶｇ１（＞０）を、第２ゲート電極１０９にＶｇ２（＜０）を印加すると、図５（ａ）に示すように、キャリア発生電極１０６から第１有機半導体膜１０５ａ（電子輸送性）に電子が、第２有機半導体膜１０５ａ（ホール輸送性）にホールが、それぞれ注入され、第１ゲート絶縁膜１０３表面近傍および第２ゲート絶縁膜１０８表面近傍の有機半導体膜中にそれぞれ蓄積されることにより、電子とホールそれぞれの電荷蓄積チャネル層を形成する。
【００６２】
この時、第１ソース電極１０４ａと第１ドレイン電極１０４ｂとの間にＶｓｄ１（＞０）を、第２ソース電極１０７ｂと第２ドレイン電極１０７ａとの間にＶｓｄ２（＜０）を印加する。すると、第１ゲート絶縁膜１０３近傍の電子蓄積チャネル層の電子と、第２ゲート絶縁膜１０８近傍のホール蓄積チャネル層のホールが、それぞれのソース−ドレイン回路に電流を流す（図５（ｂ））。
【００６３】
このような、二つのゲート電極と二対のソース−ドレイン電極対とを備えたトランジスタでは、二つの独立したソース−ドレイン電流を制御する対のトランジスタとして利用することも想定される。その場合、二つのトランジスタは共通のキャリア発生電極で連結されているので、Ｖｇ１およびＶｓｄ１と、Ｖｇ２およびＶｓｄ２とが、それぞれ独立の動作をする保証はなく、動作特性の吟味と動作条件の最適化が必要である。
【００６４】
この回路上・動作特性上での複雑さを回避するには、ゲート電圧およびソース−ドレイン電圧の印加方式を工夫すればよい。すなわち、上下それぞれのゲート電位を設定するのではなく、上下のゲート電極間に電位を加え、一方では、上下のソース−ドレイン電極を直列に結合すればよい。
【００６５】
図６はその一例であり、第１ソース電極１０４ａと第２ソース電極１０７ｂを結線し、第２ドレイン電極１０７ａを接地しているものである。また、第１ゲート電極１０２にＶｇ（＞０）を印加し、第２ゲート電極１０９を接地する。このゲート電圧印加により、図６（ａ）に示すように、第１ゲート絶縁膜１０３の界面近傍に電子の蓄積が、第２ゲート絶縁膜１０８の界面近傍にホールの蓄積が起こる。この時、第１ドレイン電極１０４ｂにＶｓｄ（＞０）を印加して、流れる電流をソース−ドレイン電流として利用する（図６（ｂ））。
【００６６】
このような結線にすれば、二つのゲート電極と二対のソース−ドレイン電極を有してはいるが、実質的には一つのゲート電極と一対のソース−ドレイン電極を有するＦＥＴと同様の回路で動作させることができる。
【００６７】
なお、図５および図６では、第１有機半導体膜１０５ａとして電子輸送性材料を用い、第２有機半導体膜１０５ｂとしてホール輸送性材料を用いているが、逆に第１有機半導体膜１０５ａとしてホール輸送性材料を用い、第２有機半導体膜１０５ｂとして電子輸送性材料を用いてもよい。この場合、図５においてはＶｇ１＜０、Ｖｇ２＞０とすればよい。また図６においては、Ｖｇ＜０とすればよい。
【００６８】
また、図１（ａ）のように、ある有機半導体膜の中にキャリア発生電極が埋め込まれた構成の場合でも、動作原理は同様である。この場合は、有機半導体膜をバイポーラ性材料とすることで、電子もホールも注入してソース−ドレイン電流として流すことができる。さらにこの場合は、キャリア発生電極を最適なものとすることにより、第１ゲート電極と第２ゲート電極の印加電圧の正負を逆転させても動作する。
【００６９】
次に、図２で述べたような、ソース−ドレイン電極を一対設ける場合について、図２（ｂ）を例に説明する。その構成例を図７に示す。なお、図２の符号を引用する。
【００７０】
図７は、第１有機半導体膜２０５ａとして電子輸送性材料を用い、第２有機半導体膜２０５ｂとしてホール輸送性材料を用いたものである。構造的には、図６から第１ソース電極１０４ａと第２ソース電極１０７ｂを取り去った構造であるとも言える。この構造において、第１ゲート電極２０２にＶｇ（＞０）を印加すると、図７（ａ）に示すように、キャリア発生電極２０６から第１有機半導体膜２０５ａ（電子輸送性）に電子が、第２有機半導体膜２０５ｂ（ホール輸送性）にホールが、それぞれ注入され、第１ゲート絶縁膜２０３表面近傍および第２ゲート絶縁膜２０８表面近傍の有機半導体膜中にそれぞれ蓄積されることにより、電子とホールそれぞれの電荷蓄積チャネル層を形成する。なお、図７では、第１ゲート電極２０２の電位をＶｇ（＞０）、第２ゲート電極２０９の電位を接地電位として電位差を形成しているが、第２ゲート電極２０９に負の電位を設けてもよい。
【００７１】
この時、第１電極２０４と第２電極２０７の間にＶｓｄ（＞０）を印加する。すると、第１ゲート絶縁膜２０３近傍の電子蓄積チャネル層の電子と、第２ゲート絶縁膜２０８近傍のホール蓄積チャネル層のホールが、第１電極２０４と第２電極２０７の間に電流を流す（図７（ｂ））。この場合、一つのゲート信号に対し、直列に接続されたｎ型のトランジスタとｐ型のトランジスタが動作することになる。
【００７２】
なお、図７では第１有機半導体膜２０５ａとして電子輸送性材料を用い、第２有機半導体膜２０５ｂとしてホール輸送性材料を用いているが、逆に第１有機半導体膜２０５ａとしてホール輸送性材料を用い、第２有機半導体膜２０５ｂとして電子輸送性材料を用いてもよい。この場合は、Ｖｇ＜０とすればよい。なおこの場合、第２ゲート電極２０９は接地電位でもよいし、正の電位を設けてもよい。
【００７３】
また、図２（ａ）のように、ある有機半導体膜の中にキャリア発生電極が埋め込まれた構成の場合でも、動作原理は同様である。この場合は、有機半導体膜をバイポーラ性材料とすることで、電子もホールも注入して第１電極と第２電極の間に電流を流すことができる。さらにこの場合は、キャリア発生電極を最適なものとすることにより、第１ゲート電極と第２ゲート電極の印加電圧の正負を逆転させても動作する。
【００７４】
ところで、本発明におけるキャリア発生電極は、一種類の材料からなる電極ではなく、複数の材料から構成してもよい。例えば、図５〜図７においては、図面下方向に電子を、図面上方向にホールを注入するため、まず電子を注入しやすい電極（例えば仕事関数の小さい金属を含む膜）を成膜し、その上にホールを注入しやすい電極（例えば仕事関数の大きい金属を含む膜）を積層するなどの手法である。このように、複数の材料（電子を注入しやすい材料とホールを注入しやすい材料）を用いる場合は、その複数の材料それぞれがオーム接触していることが好ましい。
【００７５】
さらに、複数の材料でキャリア発生電極を構成する場合、電子注入電極と正孔注入バッファ層、もしくは正孔注入電極と電子注入バッファ層、を組合せとする構成も可能である。ここで用いられる正孔注入バッファ層および電子注入バッファ層は、必ずしも電極として機能する必要はなく、電子注入電極もしくは正孔注入電極からのキャリア注入を促進させる事ができればよい。例えば、図５〜図７においては、図面下方向に電子を、図面上方向に正孔を注入するため、まず電子を注入しやすい電極（例えば、仕事関数の低い金属を含む膜）を成膜し、その上に正孔を注入しやすい正孔注入バッファ層（例えば、アクセプタ型の有機半導体材料と正孔輸送性の有機半導体材料との混合膜）を積層するなどの手法である。
【００７６】
また、キャリア発生電極を単一の材料で構成する場合は、電子とホールの両方を注入できる材料でなければならない。この場合は、ホールを価電子帯に、電子を伝導体に有する真性半導体や、あるいは酸化・還元の両方を行えるレドックスポリマーなどが考えられる。
【００７７】
以上では、本発明の基本的な動作原理および構成を述べた。以下では、本発明の有機薄膜トランジスタに用いる材料として好ましいものを列挙する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
【００７８】
基板の材質は、シリコンウェハ、ガラス、インジウム錫酸化物、雲母、グラファイト、硫化モリブデンの他、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀等の金属、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂等のプラスチックフィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００７９】
ゲート絶縁膜の材質としては、ポリビニルフェノール、ポリパラキシリレンやその誘導体、ポリイミドやその誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェノール誘導体、ポリ尿素、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロースやその誘導体等のポリマー薄膜、アルミナなどの金属酸化物薄膜、シリカなどの無機酸化物薄膜、シリコン窒化物薄膜等が用いられ、スピンコートにより形成する湿式法、パリレン薄膜を真空蒸着で形成する乾式法、電解酸化による薄膜形成法、電解重合法、シリカやアルミナの薄膜をスパッタで形成する方法等が用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００８０】
有機半導体膜の材質としては、共役ポリマーで代表されるポリマーないしはオリゴマー、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体およびこれらの共重合体、オリゴフェニレン、オリゴチオフェン、オリゴフェニレンビニレン等の芳香族炭化水素オリゴマー等が挙げられ、この場合にはスピンコート法、ディップコーティング法、インクジェットプリント法、スクリーンプリント法、スプレイコーティング法等の湿式法が用いられる。また、低分子物質、例えば、ペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、フッ素置換フタロシアニン、ペリレン誘導体等の場合には主に真空蒸着法が用いられるが、電解重合法、電解析出法等の手法も用いることができる。
【００８１】
キャリア発生電極としては、金属薄膜、金属酸化物薄膜、有機導電体薄膜、有機半導体膜ないしはそれらの組み合わせ、などが利用できる。キャリア発生電極の両側には、陰極側バッファ層としてＬｉＦ等の無機誘電体薄膜、Ｌｉ酸化物等の金属酸化物、アルカリ金属やアルカリ土類金属イオンを含む有機物薄膜層等が挿入される場合があり、陽極側バッファ層として、ＴＣＮＱやＦ４−ＴＣＮＱ等のアクセプタ型有機半導体材料、ＶＯｘ等のアクセプタ型無機半導体材料、銅フタロシアニンなどを用いる場合もある。本明細書中では、キャリア発生電極として用いる電極には、このようなバッファ層を付加した場合を含むものとする。
【００８２】
ゲート電極や、ソース電極およびドレイン電極（あるいは第１電極および第２電極）の材料としては、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、パラジウム、インジウム、ニッケル、マグネシウム、銀、ガリウム等の金属やこれらの合金、スズ・インジウム酸化物、ポリシリコン、アモルファスシリコン、スズ酸化物、酸化インジウム、酸化チタン等の酸化物半導体、ガリウム砒素、窒化ガリウム等の化合物半導体等の１種又は２種以上が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８３】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、図１（ｂ）で示した有機ＦＥＴを具体的に例示する。まず、ガラス基板上に、第１ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。
【００８４】
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱させ、６８０℃に過熱した加熱管を通して熱分解して、ラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を形成する。これが第１ゲート絶縁膜となる。
【００８５】
次に、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。
【００８６】
この上に、基板全体を覆うように、電子輸送性材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）を真空蒸着法により、５０ｎｍの膜厚で形成する。これが第１有機半導体膜となる。
【００８７】
この上面に、フローティング電極であるキャリア発生電極として、マスクパターンを介して、マグネシウムとＡｌｑ３との混合層を１０ｎｍ、Ｖ２Ｏ５バッファ層を１０ｎｍ、逐次真空蒸着により形成する。これがバッファ層付きのキャリア発生電極として機能する。
【００８８】
この上部に、基板全体を覆うように、正孔輸送性材料であるＮ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（ビス−３−メチルフェニル）−１，１‘−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を５０ｎｍの厚さで形成する。これが第２有機半導体膜となる。
【００８９】
さらに、第２ソース電極と第２ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。このマスクパターンは、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。
【００９０】
次に、このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱させ、６８０℃に過熱した加熱管を通して熱分解して、ラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を形成する。これが第２ゲート絶縁膜となる。
【００９１】
最後に、第２ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。このマスクパターンは、第１ゲート電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。作成した有機ＦＥＴは測定容器に打ちし、容器を真空にした後、素子特性の測定を行う。
【００９２】
［実施例２］
本実施例では、図１（ｂ）で示した有機ＦＥＴを具体的に例示する。まず、ガラス基板上に、第１ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。
【００９３】
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱させ、６８０℃に過熱した加熱管を通して熱分解して、ラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を形成する。これが第１ゲート絶縁膜となる。
【００９４】
次に、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。
【００９５】
この上に、基板全体を覆うように、ｎ型有機半導体材料である銅（ＩＩ）１，２，３，４，８，９，１０，１１，１５，１６，１７，１８，２２，２３，２４，２５−ヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６−ＣｕＰＣ）を真空蒸着法により、５０ｎｍの膜厚で形成する。これが第１有機半導体膜となる。
【００９６】
この上面に、フローティング電極であるキャリア発生電極として、マスクパターンを介して、マグネシウムとＦ１６−ＣｕＰＣの混合層を１０ｎｍ、Ｖ２Ｏ５バッファ層を１０ｎｍ、逐次真空蒸着により形成する。これがバッファ層付きのキャリア発生電極として機能する。
【００９７】
この上部に、基板全体を覆うように、ｐ型有機半導体材料であるペンタセンを５０ｎｍの厚さで形成する。これが第２有機半導体膜となる。
【００９８】
さらに、第２ソース電極と第２ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。このマスクパターンは、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。
【００９９】
次に、このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱させ、６８０℃に過熱した加熱管を通して熱分解して、ラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を形成する。これが第２ゲート絶縁膜となる。
【０１００】
最後に、第２ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。このマスクパターンは、第１ゲート電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。作成した有機ＦＥＴは測定容器に打ちし、容器を真空にした後、素子特性の測定を行う。
【０１０１】
［実施例３］
本実施例では、図１（ｂ）で示した有機ＦＥＴを具体的に例示する。まず、ガラス基板上に、第１ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。
【０１０２】
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱蒸発させ、６８０℃に加熱した加熱管を通して熱分解して、ジラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたジラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を形成する。これが第１ゲート絶縁膜となる。
【０１０３】
次に、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。
【０１０４】
この上に、基板全面を覆うように、電子輸送性材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）を真空蒸着により、５０ｎｍの膜厚で形成する。これが第１有機半導体膜となる。
【０１０５】
この上面に、フローティング電極であるキャリア発生電極のパターンのマスクを介して、ＬｉＦバッファ層を５ｎｍ、アルミニウム薄膜層を１００ｎｍ、銅フタロシアニンバッファ層を５ｎｍ、逐次真空蒸着により形成する。これがバッファ層付きのキャリア発生電極として機能する。
【０１０６】
この上部に、基板全面を覆うように、正孔輸送性材料であるＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（ビス−３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を５０ｎｍの厚さで形成する。これが第２有機半導体膜となる。
【０１０７】
さらに、第２ソース電極と第２ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。このマスクパターンは、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。
【０１０８】
次に、このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン、日本パリレン（株）製）を加熱蒸発させ、６８０℃に加熱した加熱管を通して熱分解して、ジラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたジラジカルモノマーを導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を作製する。これが第２ゲート絶縁膜となる。
【０１０９】
最後に、第２ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第２ゲート電極を形成する。このマスクパターンは、第１ゲート電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。作製した有機ＦＥＴは測定容器に移し、容器を真空にした後、素子特性の測定を行う。
【０１１０】
［実施例４］
本実施例では、図１（ａ）で示した有機ＦＥＴを具体的に例示する。まず、ガラス基板上に、第１ゲート電極のパターンを有するマスクを介して、金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第１ゲート電極を形成する。
【０１１１】
さらに、このガラス基板上にポリビニルフェノールの水溶液をスピンコート法により塗布し、第１ゲート絶縁膜を形成する。
【０１１２】
次に、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。
【０１１３】
この上に、基板全面を覆うように、レジオレギュラーポリ（３−オクチルチオフェン−２，５−ジイル）（Ｐ３０Ｔ）のクロロフォルム溶液をスピンコート法により成膜し、５０ｎｍの膜厚の有機半導体膜を形成する。
【０１１４】
次に、水溶液からのスピンコート法により、バッファ層としてのポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）薄膜を５０ｎｍ形成する。この上面に、フローティング電極となるパターンのマスクを介して、金薄膜層１００ｎｍを真空蒸着により形成する。この上面に、スピンコート法により、バッファ層としてのポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）薄膜を再度５０ｎｍ形成する。これがバッファ層付きのキャリア発生電極として機能する。
【０１１５】
この上部に、基板全面を覆うように、スピンコート法によりレジオレギュラーポリ（３−オクチルチオフェン−２，５−ジイル）（Ｐ３０Ｔ）のクロロフォルム溶液をスピンコート法により成膜し、５０ｎｍの膜厚の有機半導体膜を形成する。これにより、同一の有機半導体膜の中にキャリア発生電極が埋め込まれた構造を形成できる。
【０１１６】
さらに、第２ソース電極と第２ドレイン電極を形成するため、ソース−ドレイン長が５０μｍとなるようなマスクパターンを設けて、厚さ５０ｎｍの金薄膜を形成する。このマスクパターンは、第１ソース電極と第１ドレイン電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。
【０１１７】
この基板上にポリビニルフェノール溶液をスピンコート法により塗布し、第２ゲート絶縁膜を形成する。
【０１１８】
最後に、第２ゲート電極のパターンのマスクを介して金を真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに成膜し、一辺の長さが５００μｍの第２ゲート電極を形成する。このマスクパターンは、第１ゲート電極を形成する際のマスクパターンと同様でよい。作製した有機ＦＥＴは測定容器に移し、容器を真空にした後、素子特性の測定を行う。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明を実施することで、不純物がドープされた有機半導体膜を用いなくても十分に動作できる有機ＦＥＴを作製できるため、薄膜の状態が安定な有機ＦＥＴを提供することができる。また、単結晶や微結晶の有機半導体膜を適用することなく、通常の蒸着膜や塗布膜を用いても十分に動作できる有機ＦＥＴを作製できるため、材料の選択幅が広く、なおかつ簡便に作製できる有機ＦＥＴを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的構成を示す図。
【図２】本発明の基本的構成を示す図。
【図３】電荷発生層を有する有機ＥＬ素子を示す図。
【図４】キャリア発生電極からの電荷を蓄積する原理を示す図。
【図５】本発明の有機電界効果トランジスタを示す図。
【図６】本発明の有機電界効果トランジスタを示す図。
【図７】本発明の有機電界効果トランジスタを示す図。
【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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