(57)【要約】【目的】有機導電体を用いた簡素な構造の有機電界効果トランジスタ（有機ＦＥＴ）を提供する。【構成】少なくともチャネル２２が有機導電体材料により形成される。たとえば，一つの有機絶縁体基板１０上に，ソース２１，チャネル２２およびドレイン２３として働く部分が連続するように有機導電体層２０を形成し，有機導電体層２０上に，チャネル２２として働く部分を覆い，かつソース２１およびドレイン２３として働く部分の少なくとも一部を除いて，絶縁体層３０を形成し，絶縁体層３０上に，有機導電体層２０のチャネル２２として働く部分に重なるように，ゲートとして働く有機導電体層４０を形成する。【選択図】　　図１
2004140333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース，チャネルおよびドレインが一つの有機導電体材料によって構成され，かつソース，チャネルおよびドレインが有機導電体内において連続しており，
上記有機導電体の一面に絶縁体を介してゲートとして働く導電体が設けられ，上記有機導電体の上記導電体と重なる範囲がチャネル領域になり，
一つの基板上に上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方が設けられている，
有機電界効果トランジスタ。
【請求項２】
上記導電体が有機導電体であり，上記絶縁体が有機絶縁体である，請求項１に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項３】
上記有機導電体が有機導電体層，上記絶縁体が絶縁体層，上記導電体が導電体層であり，一つの基板上に，これらの層が積層されている，請求項１または２に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項４】
上記基板が有機材料によって形成されている，請求項１から３のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項５】
上記導電体に印加されるゲート電圧が−５Ｖ〜５Ｖまたは０〜−５Ｖの範囲でスイッチング機能を持つ，請求項１から４のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項６】
ソース領域からチャネル領域を経てドレイン領域に電流路が形成されるようにこれら３つの領域が内部において連続的に連なっている有機導電体，
上記有機導電体の上記チャネル領域の導電性を制御する電圧が印加されるゲートとして働く導電体，
上記有機導電体と上記導電体との間に設けられる絶縁体，ならびに
上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方を支持する基板を備え，
上記絶縁体は上記有機導電体の一面において少なくとも上記チャネル領域を覆う範囲に広がり，上記導電体は上記チャネル領域と重なりかつ上記ソース領域およびドレイン領域と重ならない範囲に存在する，
有機電界効果トランジスタ。
【請求項７】
第１の領域から第２の領域を経て第３の領域に電流路が形成されるようにこれら３つの領域が内部において連続的に連なっている有機導電体，
上記有機導電体の上記第２の領域の導電性を制御する電圧が印加される導電体，
上記有機導電体と上記導電体との間に設けられる絶縁体，ならびに
上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方を支持する基板を備え，
上記絶縁体は上記有機導電体の一面において少なくとも上記第２の領域を覆う範囲に広がり，上記導電体は上記第２の領域と重なりかつ上記第１および第３の領域と重ならない範囲に存在する，
有機電子素子。
【請求項８】
少なくとも表面が絶縁性である一つの基板上に，ソース，チャネルおよびドレインとして働く部分が連続するように有機導電体層を形成し，
上記有機導電体層上に，ソースおよびドレインとして働く部分の少なくとも一部を除いて，絶縁体層を形成し，
上記絶縁体層上に，上記有機導電体層の上記チャネルとして働く部分に重なるように，ゲートとして働く導電体層を形成する，
有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項９】
少なくとも表面が絶縁性である一つの基板上に，第１の領域，第２の領域および第３の領域として働く部分が連続するように有機導電体層を形成し，
上記有機導電体層上に，第１の領域および第３の領域の少なくとも一部を除いて，絶縁体層を形成し，
上記絶縁体層上に，上記有機導電体層の上記第２の領域に重なるように，導電体層を形成する，
有機電子素子の製造方法。
【請求項１０】
少なくとも表面に導電体層部分を有する一つの基板上の上記導電体層の少なくとも一部を覆うように絶縁体層を形成し，
上記導電体層の上記絶縁体層によって覆われた部分に重なる第２の領域と，上記導電体層と重ならないように，かつ上記基板と絶縁された状態で，上記第２の領域を挟んで上記第２の領域と連続する第１および第３の領域とを形成する，
有機電子素子の製造方法。
【請求項１１】
ソースからチャネルを経てドレインに電流路が形成されるようにソース，チャネルおよびドレインが電気的に導通可能に配置され，
少なくとも上記チャネルが有機導電体材料により形成され，
少なくとも上記チャネルの一面を覆う絶縁体を介して，上記チャネルの導電性を制御する電圧が印加されるゲートが設けられ，
上記ソース，チャネルおよびドレイン，または上記絶縁体もしくは上記ゲートが基板に支持されている，
有機電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
上記ゲートに印加されるゲート電圧が０〜−５Ｖの範囲でスイッチング機能をもつ，請求項１１に記載の有機電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
第１の領域から第２の領域を経て第３の領域に電流路が形成されるように上記の３つの領域が電気的に導通可能に配置され，
少なくとも上記第２の領域が有機導電体材料により形成され，
少なくとも上記第２の領域の一面を覆う絶縁体を介して，上記第２の領域の導電性を制御する電圧が印加される第４の領域が設けられ，
上記第１から第３の領域，または上記絶縁体もしくは上記第４の領域が基板に支持されている，
有機電子素子。
【請求項１４】
少なくとも表面が絶縁性である基板上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域が形成され，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成され，
少なくともチャネル領域を覆うように絶縁層が形成され，
絶縁層上に少なくともチャネル領域と重なる範囲にゲート領域が形成されている，
有機電界効果トランジスタ。
【請求項１５】
少なくとも表面にゲート領域として働く導電性部分を有する基板上に，絶縁体層が形成され，基板上に基板と絶縁された状態でまたは絶縁体層上に，ソース領域とドレイン領域が形成され，絶縁体層上にソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域が形成され，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成されている，
有機電界効果トランジスタ。
【請求項１６】
少なくとも表面が絶縁性である基板上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域を形成し，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成し，
少なくともチャネル領域を覆うように絶縁層を形成し，
絶縁層上に少なくともチャネル領域と重なる範囲にゲート領域を形成する，
有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
少なくとも表面にゲート領域として働く導電性部分を有する基板上に絶縁体層を形成し，この絶縁体層上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域を形成し，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成する，
有機電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
導電体よりなるソースとドレインとの間にチャネルが設けられ，チャネルに流れる電流を制御する電圧が印加されるゲートが，ゲートと少なくともチャネルとの間に絶縁層を介して設けられる電界効果トランジスタにおいて，少なくともチャネルが有機導電体材料によって構成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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は有機電界効果トランジスタ，これを包括的に表現した有機電子素子，ならびに有機電界効果トランジスタおよび有機電子素子の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
有機材料を用いた電子素子の開発は，軽量，柔軟かつ安価なプラスチックエレクトロニクスという新しい分野を拓いた。さまざまな有機電子素子が提案されている。たとえば，Ｈ．Ｅ．Ｋａｔｚ　ａｎｄ　Ｚ．Ｂａｏ，”Ｔｈｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｏｒｇｎｉｃ　Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ，１０４，６７１（２０００），Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙ，Ｃ．Ｍ．Ｍｕｔｓａｅｒｓ，Ｃ．Ｍ．Ｈａｒｔ，Ｍ．Ｍａｔｔｅｒｓ，ａｎｄ　Ｄ．Ｍ．ｄｅＬｅｅｕｗ，”Ｌｏｗ−ｃｏｓｔ　ａｌｌ−ｐｏｌｙｍｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，７３，１０８（１９９８），Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ，Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ，ａｎｄ　Ｒ．Ｈ．Ｆｒｉｅｎｄ，”Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ”Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８０，１７４１（１９９８）などである。
【０００３】
これらの文献において紹介されている有機電子素子では，アクティブ層（チャネル層）が有機半導体材料により形成されている。有機半導体材料よりなるアクティブ層は本質的にキャリアを含まないから動作電圧が高く（数十ボルトないし１００ボルト以上），実用に適さないという問題がある。
【０００４】
また，上記文献において紹介されている有機電子素子は，シリコン等の無機半導体材料をその一部に使用しているか，または全有機型の素子であっても有機半導体材料を用いている。前者においては，従来のシリコン半導体製造プロセスをその一部に用いざるを得ないので有機電子素子およびその製造方法としての特徴を充分に生かしきれない，後者については上述の通り動作電圧が比較的高いのが現状である。
【０００５】
【発明の開示】
この発明は有機導電体材料を用いた新しい構造の有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子を提供することを目的とする。
【０００６】
この発明はまた，動作電圧が比較的低い有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子を提供することを目的とする。
【０００７】
さらにこの発明は，有機導電体材料を用いた全有機型の有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子を提供することを目的とする。
【０００８】
この発明はさらに，上記の有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子の比較的簡単な製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
この発明は，最も原理的に表現すれば，導電体よりなるソースとドレインとの間にチャネルが設けられ，チャネルに流れる電流を制御する電圧が印加されるゲートが，ゲートと少なくともチャネルとの間に絶縁層を介して設けられる電界効果トランジスタにおいて，少なくとも上記チャネルが有機導電体材料によって構成されていることを特徴とするものである。チャネルはソースとドレインとの間に電流路を形成可能な形態で設けられていればよい。有機導電体材料については後に詳述する。ソース，ドレインおよびゲートは有機導電体，金属，ドープされた無機半導体等を含む最も広い意味での導電体により形成される。チャネルを有機導電体材料によって構成しているので動作電圧を低くすることができる（数ボルト程度まで）。
【００１０】
この明細書において，電界効果という用語は，ゲート（またはゲートに相当する部分もしくは領域）に加えられる電圧により生じる電界によって，ソースとドレインとの間のチャネル（ゲートとドレインに相当する部分もしくは領域間の電流路）に流れる電流を制御する（電流路を形成する，または消滅させることを含む）という最も広い意味で用いられる。ソース，ドレイン，チャネルおよびゲートは，場合によっては，ソース領域またはソース部分，ドレイン領域またはドレイン部分，チャネル領域またはチャネル部分，およびゲート領域またはゲート部分とそれぞれ表現されることもある。
【００１１】
まず，全有機型の有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子に適用可能な態様について説明する。
【００１２】
この発明による有機電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の一態様は，ソース，チャネルおよびドレインが一つの有機導電体材料によって構成され，かつソース，チャネルおよびドレインが有機導電体（第１の有機導電体）内において連続しており，上記有機導電体の一面に絶縁体（インシュレータ）を介してゲートとして働く導電体（第２の導電体）が設けられ，上記有機導電体の上記導電体と重なる範囲がチャネル領域になり，一つの基板（サブストレート）上に上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方が設けられているものである。
【００１３】
有機ＦＥＴを別の表現で規定すると，この有機ＦＥＴは，ソース領域からチャネル領域を経てドレイン領域に電流路が形成されるようにこれら３つの領域が内部において連続的に連なっている有機導電体（第１の有機導電体），上記有機導電体の上記チャネル領域の導電性を制御する電圧が印加されるゲートとして働く導電体（第２の導電体），上記有機導電体と上記導電体との間に設けられる絶縁体，ならびに上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方を支持する基板を備え，上記絶縁体は上記有機導電体の一面において少なくとも上記チャネル領域を覆う範囲に広がり，上記導電体は上記チャネル領域と重なりかつ上記ソース領域およびドレイン領域と重ならない範囲に存在するものである。
【００１４】
より包括的に表現すると，この発明は有機電子素子を提供しており，この有機電子素子は，第１の領域から第２の領域（チャネル）を経て第３の領域に電流路が形成されるようにこれら３つの領域が内部において連続的に連なっている有機導電体（第１の有機導電体），上記有機導電体の上記第２の領域の導電性を制御する電圧が印加される導電体（第２の導電体），上記有機導電体と上記導電体との間に設けられる絶縁体，ならびに上記有機導電体および上記絶縁体または上記導電体の一方を支持する基板を備え，上記絶縁体が上記有機導電体の一面において少なくとも上記第２の領域を覆う範囲に広がり，上記導電体は上記第２の領域と重なりかつ上記第１および第３の領域と重ならない範囲に存在するという構造を持つものである。
【００１５】
有機導電体は最も一般的には，有機半導体にドーパント（電子吸引性または電子供与性物質）をドープすることにより得られる（ドーパントをドープした有機半導体である）。有機半導体にはポリチオフェン，ポリピロール，ポリアニリン，ポリアセチレン，ポリフェニレン，ポリフラン，ポリセレノフェン，ポリイソチアナフテン，ポリフェニレンスルフィド，ポリフェニレンビニレン，ポリチエニレンビニレン，ポリナフタレン，ポリアントラセン，ポリピレン，ポリアズレン，フタロシアニン，ペンタセン，メロシアニンおよびこれらの誘導体など多くの種類がある。ドーパントには，ヨウ素，過塩素酸，塩酸，硫酸，硝酸，リン酸，四フッ化硼酸，五フッ化ヒ素，六フッ化リン酸，アルキルスルホン酸，パーフルオロアルキルスルホン酸，ポリアクリル酸，ポリスチレンスルホン酸などがある。これらの有機半導体とドーパントは任意に組合せることができる。
【００１６】
有機導電体（第１の有機導電体）とは有機導電体層および有機導電体膜を含む。
【００１７】
導電体（第２の有機導電体）は導電性を有しているものであれば，有機材料でも無機材料（金属，ドープされた半導体など）でもよい。
【００１８】
同じように絶縁体も，有機絶縁体でも無機絶縁体でもよい。絶縁体は空気層を含むものと理解されたい。
【００１９】
これらの導電体（第２の導電体）および絶縁体も，膜または層の形態を含む。
【００２０】
基板は有機材料，無機材料のいずれにより形成してもよいし，有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子の態様に応じて絶縁体または導電体（もしくは半導体）が用いられる。
【００２１】
たとえば基板上に有機導電体（第１の有機導電体）を支持する場合には基板は絶縁体（または，少なくとも表面に絶縁層が形成されているもの）である。もっとも，導電性基板上に絶縁層を形成し，この絶縁層上に有機導電体層を設けることもできる。有機導電体そのものを基板として用いることもできる（有機導電体と基板との兼用）（この態様も，有機導電体を支持する基板，または基板上に有機導電体が設けられるという規定に含まれる）。
【００２２】
導電体（第２の導電体）を基板上に支持する場合には，基板は導電体でも絶縁体でもよい。導電体（第２の導電体）と基板とを兼用することもできる（この態様も導電体を基板が支持することに含まれる）。導電体基板上に絶縁体層を形成し，この絶縁体層上に導電体（第２の導電体）を形成することもできる。
【００２３】
最も一般的には，有機導電体（第１の有機導電体），絶縁体および導電体（第２の導電体）は，層状に，または膜状に形成され，これらが基板上に積層される。
【００２４】
絶縁体が有機絶縁体，導電体（第２の導電体）が有機導電体（第２の有機導電体），基板が有機基板である場合には，この発明による有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子は全有機型のものとして実現される。
【００２５】
導電体（第２の導電体）（ゲート）に電圧を印加しない状態において有機導電体（第１の有機導電体）のチャネル（第２の領域）に電流が流れるもの（ノーマリー・オン）と，流れないもの（ノーマリー・オフ）があるが，いずれにしても，導電体に印加する電圧によってチャネル（第２の領域）に流れる電流（導電率）を制御することができるので，この発明による有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子はスイッチング素子，増幅素子等として働く。
【００２６】
この発明の上記の態様においては，有機導電体（第１の有機導電体）内において，ソース（第１の領域），チャネル（第２の領域）およびドレイン（第３の領域）が連続的に連なっているという特徴をもつ。チャネルの領域（第２の領域）の範囲は絶縁体を介して設けられる導電体（第２の導電体）の広がりの範囲によって規定され，有機導電体においてこのチャネルの領域（第２の領域）の両側に連続する領域がソース（第１の領域）およびドレイン（第２の領域）として働く部分となる。ソース（第１の領域）およびドレイン（第２の領域）は他の電子，電気回路（単なる配線，電気的接続を含む）との電気的（電子的）接続のために必要な広さを持つもので足りる。
【００２７】
このようにして，この発明によると，ソース（第１の領域），チャネル（第２の領域）およびドレイン（第３の領域）を一つの有機導電体により連続的に形成できるので，そして一つの基板上に有機導電体，絶縁体および導電体が支持されているから，構造が簡素であり，その製造も容易である。
【００２８】
一実施態様ではこの発明による有機電界効果トランジスタまたは有機電子素子は動作電圧が低く，ゲートとして働く導電体に印加する電圧が−５Ｖ〜５Ｖまたは０〜−５Ｖの範囲でスイッチング機能を示す（オン／オフ比が１００以上）。
【００２９】
典型的には，特殊な形態を除けば，大別して２種類の製造方法がある。その第１は，基板上に，有機導電体層，絶縁体層および導電体層をこの順に積層する方法であり，第２は基板上に導電体層，絶縁体層および有機導電体層をこの順に積層する方法である。
【００３０】
第１の製造方法をより具体的に規定すると，この製造方法は，少なくとも表面が絶縁性である一つの基板上に，ソース，チャネルおよびドレインとして働く部分が連続するように有機導電体層を形成し，上記有機導電体層上に，少なくとも上記チャネルとして働く部分を覆うように（ソースおよびドレインとして働く部分の少なくとも一部を除いて），絶縁体層を形成し，上記絶縁体層上に，上記有機導電体層の上記チャネルとして働く部分に重なるように（ソースおよびドレインとして働く部分には重ならないように），ゲートとして働く導電体層を形成するものである。
【００３１】
有機導電体層のパターニング，絶縁体層のパターニングおよび導電体層のパターニングの少なくとも３回のパターニング・プロセスにより有機電界効果トランジスタを製造することが可能である。
【００３２】
上記の第１の製造方法を有機電子素子の製造方法として一般的に表現すると，この製造方法は，少なくとも表面が絶縁性である一つの基板上に，第１の領域，第２の領域および第３の領域として働く部分が連続するように有機導電体層を形成し，上記有機導電体層上に，第１の領域および第３の領域の少なくとも一部を除いて，絶縁体層を形成し，上記絶縁体層上に，上記有機導電体層の上記第２の領域に重なるように，導電体層を形成するものである。
【００３３】
有機電子素子の第２の製造方法は，少なくとも表面に導電体層部分を有する一つの基板上の上記導電体層の少なくとも一部を覆うように絶縁体層を形成し，上記導電体層の上記絶縁体層によって覆われた部分に重なる第２の領域と，上記導電体層と重ならないように，かつ上記基板と絶縁された状態で，上記第２の領域を挟んで上記第２の領域と連続する第１および第３の領域とを形成するものである。
【００３４】
この発明によるより包括的な形で表現される他の態様の有機ＦＥＴは，ソース（領域）からチャネル（領域）を経てドレイン（領域）に電流路が形成されるようにソース，チャネルおよびドレインが電気的に導通可能に配置され，少なくとも上記チャネルが有機導電体材料により形成され，少なくとも上記チャネルの一面を覆う絶縁体を介して，上記チャネルの導電性を制御する電圧が印加されるゲートが設けられ，上記ソース，チャネルおよびドレイン，または上記絶縁体もしくは上記ゲートが基板に支持されているものである。
【００３５】
より包括的に表現すると，この発明による有機電子素子は，第１の領域から第２の領域を経て第３の領域に電流路が形成されるように上記の３つの領域が電気的に導通可能に配置され，少なくとも上記第２の領域が有機導電体材料により形成され，少なくとも上記第２の領域の一面を覆う絶縁体を介して，上記第２の領域の導電性を制御する電圧が印加される第４の領域が設けられ，上記第１から第３の領域，または上記絶縁体もしくは上記第４の領域が基板に支持されているものである。
【００３６】
ソース（第１の領域），ドレイン（第３の領域）およびゲート（第４の領域）は有機導電体，無機導電体（金属，ドープされた半導体）その他の導電体材料により形成される。上述した態様と同じように，ソース（第１の領域），チャネル（第２の領域），ドレイン（第３の領域），ゲート（第４の領域）および絶縁体は一般的には膜または層の形態で実現される。また，基板そのものがソース（第１の領域），チャネル（第２の領域），ドレイン（第３の領域）のいずれか一つまたは複数を構成してもよいし，基板そのものが上記絶縁体またはゲート（第４の領域）を構成してもよい。
【００３７】
上記の構成をもつ有機ＦＥＴまたは有機電子素子もまた，スイッチング素子，増幅素子等として働く。チャネル（第２の領域）が有機導電体材料により形成されているから，その動作電圧は比較的低く，実用化が可能である。
【００３８】
この発明による上記態様の有機ＦＥＴをより具体的に表現すると，次の２つの実施態様として表現される。
【００３９】
すなわち，第１の実施態様の有機ＦＥＴは，少なくとも表面が絶縁性である基板上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域が形成され，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成され，少なくともチャネル領域を覆うように絶縁層が形成され，絶縁層上に少なくともチャネル領域と重なる範囲にゲート領域が形成されているものである。
【００４０】
第２の実施態様の有機ＦＥＴは，少なくとも表面にゲート領域として働く導電性部分を有する基板上に，絶縁体層が形成され，基板上に基板と絶縁された状態でまたは絶縁体層上に，ソース領域とドレイン領域が形成され，絶縁体層上にソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域が形成され，少なくともチャネル領域が有機導電体材料により形成されているものである。
【００４１】
これらの有機ＦＥＴを製造方法も，典型的には２つの製造方法に大別できる。
【００４２】
第１の製造方法は，少なくとも表面が絶縁性である基板上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域を形成し，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成し，少なくともチャネル領域を覆うように絶縁層を形成し，絶縁層上に少なくともチャネル領域と重なる範囲にゲート領域を形成するものである。
【００４３】
第２の製造方法は，少なくとも表面にゲート領域として働く導電性部分を有する基板上に絶縁体層を形成し，この絶縁体層上に，ソース領域，ドレイン領域，およびこれらのソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域を形成し，少なくともチャネル領域は有機導電体材料により形成するものである。
【００４４】
少なくとも有機導電体材料により形成されるチャネル領域は従来の半導体製造プロセスを利用する必要は必ずしもないので，製造工程を簡素化することが可能である。
【００４５】
【実施例】
図１および図２はこの発明の第１の実施例による有機電界効果トランジスタ（以下，単に有機ＦＥＴという）の構造を示している。
【００４６】
有機基板（有機サブストレート）１０上に，第１の有機導電体層２０が形成されている。有機導電体層２０は，ソース（ソース領域）２１とドレイン（ドレイン領域）２３と，これらの間にある細いチャネル（チャネル領域）２２とを有している。ソース２１とチャネル２２とドレイン２３とは連続している（図２において，これらの領域２１，２２および２３の境界を示す線は現われない）。ソース２１とドレイン２３とは，チャネル２２によってつながっている部分を除いて，互いに間隔をおいて離れている。
【００４７】
有機導電体層２０上に絶縁体層３０が形成されている。この実施例では，絶縁体層３０はソース２１およびドレイン２３のチャネル２２側に台形状に延出した部分およびチャネル２２を覆う範囲を含んで帯状に設けられているが，絶縁体層３０は少なくともチャネル２２の上部を覆えば足りる。
【００４８】
絶縁体層３０上にはさらにゲートとして働く第２の有機導電体層４０が形成されている。第２の有機導電体層４０はチャネル２２の全長を覆う幅をもって細長く帯状に形成されている。逆に言えば，第１の有機導電体層２０のうち第２の有機導電体層４０が重なる範囲がチャネル２２である。
【００４９】
第１の有機導電体層２０のソース２１，ドレイン２３および第２の有機導電体層４０は電源，他の電気，電子回路等への接続端子として用いられる。電源，他の電気，電子回路との接続は導電性接着剤，一体的集積化，簡単にはクリップ等によって実現される。
【００５０】
図面では基板１０の周縁まで第１の有機導電体層２０が形成されているが，基板１０の一部または周縁に第１の有機導電体層２０を形成しなくてもよいのはいうまでもない。また，絶縁体層３０および第２の有機導電体層４０も基板１０の一辺から対向する他辺まで帯状に形成されているが，基板１０上の端まで達しなくてもよい。
【００５１】
この有機ＦＥＴは具体的には，基板１０が厚さ　１００μｍのＰＥＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ　））フィルム，第１の有機導電体層２０がポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））ｄｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｏｌｙ（４−ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）（以下，ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ　という）（厚さ２５〜４０ｎｍ），絶縁体層３０がポリ（４−ビニルフェノール）（ｐｏｌｙ（４−ｖｉｎｙｐｈｅｎｏｌ））（以下，ＰＶＰという）（厚さ　４００ｎｍ），そして第２の有機導電体層４０はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（厚さ２００〜５００ｎｍ）である。チャネル２２の幅は０．２３ｍｍ，長さは１．０３ｍｍである。
【００５２】
この実施例の有機ＦＥＴは，基板１０，第１の有機導電体層２０，絶縁体層３０および第２の有機導電体層４０がすべて有機材料より構成される全有機型ＦＥＴである。
【００５３】
図３は上記有機ＦＥＴのドレイン電圧／電流特性を示す。この特性は図４に示す回路構成により測定された。すなわち，ソース（Ｓ）が接地され，ソースを基準としてドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）に電圧が印加される（これらの電圧がドレイン電圧，ゲート電圧ＶＧ　である）。また，ドレイン（Ｄ）に流れる電流がドレイン電流である。この測定においては，図１に示す有機ＦＥＴの構造において，×印で示す位置を端子として測定回路が接続された。
【００５４】
図３のグラフにおいて，ゲート電圧（ゲート／ソース間電圧）を印加しない場合（ＶＧ　＝０Ｖ），ドレイン電圧の増大（負方向への増大）にともなってドレイン電流はほぼ直線的に増大する。第１の有機導電体層２０のチャネル２２には導電チャネルが形成されており，この有機ＦＥＴはノーマリー・オンのタイプである。
【００５５】
ゲート電圧を正方向に高めると，ドレイン電流は減少する。これは導電性のチャネル２２内のホールが，ゲート電圧（電界）によって誘起される電子と再結合するためと考えられる。ゲート電圧が　１．５Ｖを超えるとドレイン電流は流れなくなる。すなわち，有機ＦＥＴはオフ状態となる。ゲート電圧が正の範囲ではデプレッション型の応答を示す。
【００５６】
図５に示すように，ゲート電圧に対するドレイン電流ＩＤ　の平方根の値をプロットすると，ゲート電圧ＶＧ　が　１．５Ｖでドレイン電流ＩＤ　は零になる。しきい値電圧は　１．５Ｖである。
【００５７】
上記とは逆に，ゲート電圧を負の方向に増大させると，ドレイン電流は増大し，エンハンスメント型の応答を示す。これは，チャネル２２内にホールが誘起されるためであると考えられる。
【００５８】
オン状態とオフ状態のドレイン電流の比であるオン／オフ比の測定結果を図６に示す。ゲート電圧が２Ｖにおいてオン／オフ比は１０００に達し，充分にスイッチ機能を達成することが分る。
【００５９】
図７のグラフは，図１および図２に示す有機ＦＥＴにおいて，ゲート４０の上面全面にアルミニウム電極を形成した場合のドレイン電圧／電流特性を示す。ゲート電圧を印加しない場合（ＶＧ　＝０）には，ドレイン電流は殆ど流れない。ゲート電圧を負の方向に増大させると，ドレイン電流は増大し，エンハンスメント型の応答のみを示す。
【００６０】
図３に示す特性と図７に示す特性との違いは次のように説明できる。図４の回路図において，ゲート（Ｇ）を接地すると（ＶＧ　＝０），もしドレイン（Ｄ）に負の電圧が印加されていれば，ドレイン／ゲート間に電位差が生じる。この電位差によりチャネル２２に空乏層が形成され，ソース（Ｓ）２１とドレイン（Ｄ）２３との間に電流が流れない。これが図７に示す特性が得られる理由である。
【００６１】
図１に×印で示すようにゲート４０の端子は細長いゲート４０の端に位置している。絶縁層３０の抵抗は無限大ではなく，絶縁層３０にほんの僅かのリーク電流が流れる。ゲート４０の×印の位置とチャネル２２の直上の位置との間には比較的長い距離があり，この距離をリーク電流が流れることによって電圧降下が生じる。すなわち，ゲート電圧が０Ｖであっても（ゲート４０の×印の位置が接地されていても），リーク電流による電圧降下のために，チャネル２２の真上の位置では実際には負の電圧が生じている（ドレイン（Ｄ）に負の電圧を印加した場合）。したがって，ゲート４０の上面にアルミニウム電極（この場合にはリーク電流による電圧降下は殆ど生じない）を形成した場合に比べて，ドレイン／ゲート間の電位差が小さくなり，チャネル２２に形成される空乏層が小さくなると考えられる。そのために，ゲート電圧ＶＧ　＝０において，ソース／ドレイン間に電流（ドレイン電流）が流れ，図３に示す特性が得られる。
【００６２】
上記の現象を利用することにより，エンハンスメント型応答のみを示す有機ＦＥＴおよびエンハンスメント型応答とデプレッション型応答の両方を示す有機ＦＥＴの所望のいずれかを，素子の構造または外部回路の構成を変更することにより，任意に実現することができる。
【００６３】
次にチャネルのキャリアモビリティと導電率について言及しておく。
【００６４】
従来技術，たとえば上記のＨ．Ｅ．Ｋａｔｚ　ａｎｄ　Ｚ．Ｂａｏの論文では，チャネルに有機半導体（ペンタセン，ポリチオフェン，フタロシアニンなど）を用いた場合に得られる電界効果モビリティは１００〜１０−８（ｃｍ２／Ｖｓ）程度，導電率は１００〜１０−８（Ｓ／ｃｍ）程度のものが報告されている。
【００６５】
これに対して，有機導電体（上記のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を用いたチャネルでは，数十（ｃｍ２／Ｖｓ）以上の電界効果モビリティが，数（Ｓ／ｃｍ）以上の導電率が得られている。
【００６６】
このように，有機導電体を用いると高いモビリティと導電率のチャネルを持つ有機ＦＥＴを実現することができる。
【００６７】
図８から図１０は上記有機ＦＥＴの製造プロセスを示す。
【００６８】
図８において，ＰＥＴフィルム基板１０上に，第１の有機導電体層２０を形成すべき領域を除く領域にマスク５１をパターニングする。公知のさまざまなパターニング方法を用いることができるが，最も簡単にはレーザプリンタを用いてマスク５１を印刷する。
【００６９】
次にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ溶液を基板１０上にコーティングする。このコーティングはたとえばバーコーティングで充分である。
【００７０】
続いてマスク５１を除去することにより，図９に示すように，ソース２１，チャネル２２およびドレイン２３の領域のパターンを持つ第１の有機導電体層２０が基板１０上に形成される。レーザプリンタのトナーはトルエン中で超音波洗浄することにより除去される。
【００７１】
図１０に示すように，絶縁体層３０を形成すべき領域を除いて，第１の有機導電体層２０上にマスク５２をパターニングし，ＰＶＰをイソプロパノール溶液（ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ）からコーティングする。その後，マスク５２を除去する。
【００７２】
最後に，図１１に示すように，第２の有機導電体層４０を形成すべき領域を除いてマスク５３を形成し，ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ溶液をコーティングする。マスク５３はその後除去する。
【００７３】
マスク５２，５３（マスク５１も）はフォトリソグラフィと真空蒸着技術のような従来の方法を用いてパターニングすることもできるし，簡単には型紙，型テープを載せる，または貼るだけでも良い。コーティングは，上述のバーコーティングの他に，スピンコーティング，スプレイ等で実行することができる。
【００７４】
図１２は有機ＦＥＴの他の構成例を示すものである。絶縁性基板１０Ａ上にゲートとして働く第２の有機導電体層４０Ａを形成し，その上に，第２の有機導電体層４０Ａの接続端子となるべき部分を除いて，有機絶縁体層３０Ａを形成する。有機絶縁体層３０Ａ上に第１の有機導電体層２０Ａを形成する。第１の有機導電体層２０Ａは，第２の有機導電体層４０Ａに重ならない領域に形成されたソースおよびドレインと，第２の有機導電体層４０Ａに重なる領域に形成されたチャネルとを持つ。導電性基板上に絶縁体層を形成し，この絶縁体層上に第２の有機導電体層４０Ａを形成することもできる。第１の有機導電体層２０Ａは上記絶縁体層または有機絶縁体層３０Ａによって基板と絶縁された状態に保たれる。
【００７５】
図１３および図１４はこの発明の第２実施例による有機ＦＥＴの構造を示している。ガラス基板（絶縁性基板）１０Ｂ上にフォトリソグラフィにより金属膜を蒸着し，ソース（ソース領域）２１Ｂとドレイン（ドレイン領域）２３Ｂとを形成する。ソース２１Ｂとドレイン２３Ｂとの間には，チャネル２２Ｂを形成すべき長さに相当する間隙がある。この間隙に，細長いチャネル（チャネル領域）２２Ｂを，チャネルを形成すべき部分を除いてマスクをした上で，有機導電体材料（上述のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）をスピンコーティングすることにより形成する。チャネル２２Ｂとソース２１Ｂおよびドレイン２３Ｂとは接し，これらの間を電気的導通が可能な状態となる。
【００７６】
少なくともチャネル２２Ｂを覆うように絶縁体層３０Ｂを，たとえばスピンコーティングにより（当然にマスクを用いる）形成する。絶縁体層３０Ｂはソース２１Ｂおよびドレイン２３Ｂを，その端子となるべき部分を除いて，覆うように形成してもよい。少なくともチャネル２２Ｂの部分に重なるように，絶縁体層３０Ｂ上にゲート（ゲート領域）４０Ｂをフォトリソグラフィと金属の蒸着により形成する。
【００７７】
第２実施例の有機ＦＥＴはチャネル２２Ｂの部分のみが有機導電体材料により形成されている。図１５に示すように，ガラス基板１０Ｂ上に，図９に示すようなパターンの有機導電体層２０Ｂを形成し，この有機導電体層２０Ｂのチャネル２２Ｂになる部分の両側の部分（ソースとドレインの領域）の上にソース（の電極または端子）２１Ｂ，ドレイン（の電極または端子）２３Ｂとなるべき金属を形成するようにしてもよい。他の構成は図１４に示すものと同じである。
【００７８】
図１６は変形例を示している。これはボトムゲートタイプのものである。シリコン基板（ドーパントがドープされ，導電性を示す）１０Ｃ上に，ＳｉＯ２　絶縁層４０Ｃを形成する。この絶縁層４０Ｃ上に有機導電体膜（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）２０Ｃを，図９に示すような細長いチャネル２２Ｃを含む形に形成する。この有機導電体膜２０Ｃのチャネル２２Ｃの両側に連続する部分（ソース領域とドレイン領域）の上に，ソース（の電極または端子）２０Ｃおよびドレイン（の電極または端子）２３Ｃを金属により形成する。シリコン基板１０Ｃがゲートとして働く。シリコン基板１０Ｃ上にゲート端子が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例による有機ＦＥＴの一部を破断して示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】有機ＦＥＴのドレイン電圧／電流特性を示すグラフである。
【図４】有機ＦＥＴの駆動および特性測定のための回路図である。
【図５】有機ＦＥＴのゲート電圧とドレイン電流の平方根との関係を示すグラフである。
【図６】有機ＦＥＴのオン／オフ比のゲート電圧の変化に応じた変化を示すグラフである。
【図７】有機ＦＥＴの他のドレイン電圧／電流特性を示すグラフである。
【図８】有機ＦＥＴの製造プロセスを示すもので，第１の有機導電体層形成のためのマスクのパターニングの様子を示す平面図である。
【図９】有機ＦＥＴの製造プロセスを示すもので，第１の有機導電体層が形成された段階を示す平面図である。
【図１０】有機ＦＥＴの製造プロセスを示すもので，絶縁体層形成のためのマスクのパターニングの様子を示す平面図である。
【図１１】有機ＦＥＴの製造プロセスを示すもので，第２の有機導電体層形成のためのマスクのパターニングの様子を示す平面図である。
【図１２】有機ＦＥＴの他の構成例を示す図２相当の断面図である。
【図１３】第２実施例による有機ＦＥＴの一部を破断して示す平面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】有機ＦＥＴの変形例を示す図１４相当の断面図である。
【図１６】有機ＦＥＴの他の構成例を示す図１４相当の断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ　有機基板
１０Ｂ，１０Ｃ　基板
２０，２０Ａ　第１の有機導電体層
２０Ｂ，２０Ｃ　有機導電体層
２１，２１Ｂ，２１Ｃ　ソース
２２，２２Ｂ，２２Ｃ　チャネル
２３，２３Ｂ，２３Ｃ　ドレイン
３０，３０Ａ　有機絶縁体層
３０Ｂ，３０Ｃ　絶縁体層
４０，４０Ａ　第２の有機導電体層（ゲート）
４０Ｂ，４０Ｃ　ゲート
【図１】
2004140333.tif 000003
【図２】
2004140333.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004140333.tif 000007
【図６】
2004140333.tif 000008
【図７】
2004140333.tif 000009
【図８】
2004140333.tif 000010
【図９】
2004140333.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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