(57)【要約】【課題】有機半導体材料によるスイッチング素子におて、水蒸気やガスを遮断するとともに低温で保護膜を形成する。【解決手段】ガラス基板などガスを通さない基板材料１０１上に、カソード電極１０２を形成し、その上に有機半導体材料１０４を形成し、その上にアノード電極１０３を形成する。有機半導体材料１０４及びアノード電極１０３の上に、ポリパラキシリレンパリレン（商標）等のポリパラキシリレンからなる第１保護層１１１を塗布または成膜により形成する。さらにセラミックスからなるＳｉＯ２などの第２保護層１１２を塗布または成膜により形成する。基板材料１０１側にガスや水蒸気を遮断するポリパラキシリレンやセラミックスからなる遮断膜を形成してもよいし、基板材料１０１の裏面にポリパラキシリレンからなる湿気遮断膜やセラミックスからなるガス遮断膜を形成してもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板材料を有し、前記基板材料の上にカソード電極としての導伝体がパターニングされ、前記カソード電極の上に、電気的に接続した有機半導体材料を塗布してあり、該有機半導体材料上に電気的に接続される導伝体によるアノード電極が形成され、かつ、前記有機半導体材料部分が露出した該有機半導体材料部分を外気遮蔽するようにポリパラキシリレンを、該有機半導体材料部分を覆うように形成したことを特徴とする有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項２】
基板材料を有し、前記基板材料の上にカソード電極としての導伝体がパターニングされ、前記カソード電極の上に、電気的に接続した有機半導体材料を塗布してあり、該有機半導体材料上に電気的に接続される導伝体によるアノード電極が形成され、かつ、前記有機半導体材料部分が露出した該有機半導体材料部分を外気遮蔽するようにポリパラキシリレン及びセラミックスを、該有機半導体材料部分を覆うように形成したことを特徴とする有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項３】
前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン膜を用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項４】
前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレンを用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項５】
前記カソード電極と前記基板との間に、セラミックスを用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項６】
前記基板の裏面側に、セラミックスを用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項７】
前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項８】
前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項９】
前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン膜を用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項１０】
前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレンを用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項１１】
前記カソード電極と前記基板との間に、セラミックスを用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項１２】
前記基板の裏面側に、セラミックスを用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項１３】
前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【請求項１４】
前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いたことを特徴とする請求項２記載の有機半導体によるスイッチング素子。
【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半導体素子、特に、電界効果トランジスタや、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイなどのスイッチ素子に関し、保護膜を改良した印刷技術によっても作成できる有機半導体によるスイッチング素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機半導体素子において、ガス遮断、水蒸気遮断、及び紫外線遮断などを行うためのフッ素樹脂からなる保護膜を形成する技術が、例えば特開平８−１１６１０９号公報に開示されている。また、特開２００１−２４４４６７には有機半導体を用いたコプラーナ構造のＦＥＴトランジスタが記載されており、ＳｉＯ２蒸着膜を保護膜とすることが記載されてる。
【０００３】
また、本出願人は、特開平１０−１４４５９５号公報で、半導体装置において酸化膜からなる第１保護膜と第２保護膜とを形成するとともに、両保護膜の反射率を異ならせることで、ハレーションを低減して良好な形状でパターニングする技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１１６１０９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４４４６７号公報
【特許文献３】
特開平１０−１４４５９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１１６１０９号公報における保護膜は特に、フッ素樹脂を主体として提案されたものであるが、フッ素樹脂はその表面極性の極端な弱さから、極性分子である水や水蒸気を非常に通しにくいものの、樹脂であるために、一般のガスは比較的良く通し、また、金属などとの密着性も悪いという問題がある。
【０００６】
また、特開２００１−２４４４６７のものは、有機半導体を用いたＦＥＴトランジスタがコプラーナ構造をとることで、電極などを作製した後に最後の工程で、一番脆弱な有機半導体膜を作製することができるとしている。しかし、その一方で、同公報の図７及びコラム［０１２４］に記載されているように、有機半導体の直上の膜形成には、ＳｉＯ２蒸着膜を付けるとしている。これは、保護膜として十分な特性のＳｉＯ２膜を作製するには、蒸着膜の方が望ましいからであるが、ＳｉＯ２を蒸着する場合は低温での膜形成は通常は困難である。また、特開平１０−１４４５９５号公報のような酸化膜も低温での膜形成は困難である。
【０００７】
一般に、フッ素系樹脂は表面が無極性であるために、極性分子の水や水蒸気は遮断できても、一般のガス特に酸素などを十分に遮断できない。また、ガスを遮断するためには、塗布型のＳｉＯ２樹脂ベースに塗布しても、十分にガスの遮断効果を得る難い。
【０００８】
本発明は、水蒸気やガスを遮断するとともに低温で保護膜を形成できるような有機半導体材料によるスイッチング素子を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の有機半導体によるスイッチング素子は、基板材料を有し、前記基板材料の上にカソード電極としての導伝体がパターニングされ、前記カソード電極の上に、電気的に接続した有機半導体材料を塗布してあり、該有機半導体材料上に電気的に接続される導伝体によるアノード電極が形成され、かつ、前記有機半導体材料部分が露出した該有機半導体材料部分を外気遮蔽するようにポリパラキシリレンを、該有機半導体材料部分を覆うように形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の有機半導体によるスイッチング素子は、基板材料を有し、前記基板材料の上にカソード電極としての導伝体がパターニングされ、前記カソード電極の上に、電気的に接続した有機半導体材料を塗布してあり、該有機半導体材料上に電気的に接続される導伝体によるアノード電極が形成され、かつ、前記有機半導体材料部分が露出した該有機半導体材料部分を外気遮蔽するようにポリパラキシリレン及びセラミックスを、該有機半導体材料部分を覆うように形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１または２の構成に加えて、前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン膜を用いてもよい。
【００１２】
請求項１または２の構成に加えて、前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレンを用いてもよい。
【００１３】
請求項１または２の構成に加えて、前記カソード電極と前記基板との間に、セラミックスを用いてもよい。
【００１４】
請求項１または２の構成に加えて、前記基板の裏面側に、セラミックスを用いてもよい。
【００１５】
請求項１または２の構成に加えて、前記カソード電極と前記基板との間に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いてもよい。
【００１６】
請求項１または２の構成に加えて、前記基板の裏面側に、ポリパラキシリレン及びセラミックス膜を用いてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。以下、ポリパラキシリレンとして、とくに、ジパラキシリレン及びその誘導体（パリレン（商標））を用いた例について説明する。また、以下の各実施形態において同種の要素には同符号を用いる。
【００１８】
図１は第１実施形態のスイッチング素子の側断面図である。ガラス基板などガスを通さない基板材料１０１上に、カソード電極１０２を形成し、基板材料１０１及びカソード電極１０２の上に、有機半導体材料１０４を蒸着などで形成し、その上にアノード電極１０３を形成する。なおカソード電極１０２及びアノード電極１０３に用いる材料としては、導電性のポリマーを使ってもよいし、もちろん金属を用いてもよい。次に、有機半導体材料１０４及びアノード電極１０３の上に、本発明で提案の材料パリレン（商標）からなる第１保護層１１１を塗布または成膜により形成し、さらにセラミックスからなるＳｉＯ２などの第２保護層１１２を塗布または成膜により形成する。
【００１９】
パリレンは、蒸着による公知の方法が提案されており、またＳｉＯ２は、スパッタあるいはゾル・ゲル法などによって成膜する。このように構成することで、有機材料の中では特別にガスの透過率が低い材料であるパリレンからなる第１保護層１１１にさらに、セラミックスからなる第２保護層１１２により透過断面積を削減できるために、酸素や水蒸気などの有機半導体材料１０４に害のあるガスを避けることができる。とくに水蒸気は、パリレン分子の表面において、強い溌水性を持つことでわかるように、水蒸気を透過し難い。
【００２０】
上記スイッチング素子の製造過程の詳細は以下のとおりである。基板材料１０１としてのガラス基板はアルカリ金属系イオンの少ない白板の蒸着面を良く研磨しポリッシングを施したものの表面に希フッ酸処理したものを用いる。フォトプロセスによりレジストをカソード電極１０２の部分に相当する部分だけ現像により除去し金を１００℃以下、０．１μｍ厚で蒸着した。成膜速度は、毎秒４Åである。そして、レジスト剥離液で、８０℃、１０分間、一旦液を交換して除去し、金電極のカソード電極１０２を形成する。
【００２１】
次に、有機半導体材料１０４を蒸着する部分だけ穴を開けた厚さ３０μｍのステンレス製のマスク板を重ねあわせ、蒸着装置にセットする。蒸着は、方向性が強いため、すでに形成済みのカソード電極１０２によるごく僅かな隙間が、ステンレス製マスクとの間にあってものパターン精度に影響ない。有機半導体材料１０４として用いるペンタセンは、蒸着装置内の排気初期における樹脂の吸湿を避けるために、装置の対策としては、クライオポンプによる排気またはトラップを付ける必要があるだけでなく、セッティング後大気を引く前に、一旦蒸着室内を高純度の乾燥チッソで十分に置換した後に、０．０１Ｐａ以下の真空に引くなどの対策を打つ。
【００２２】
そののち、蒸着源の温度を２５０℃、試料基板の温度を６０℃にセットして、十分な温度安定時間（２０分間）を与えてから、シャッターを開いて蒸着を開始する。蒸着は昇華によって行われ、成膜速度は、毎秒当たり約２Åにした。これにより４５ｎｍ成膜し、シャッターを閉じた後、約１０分間安定化時間を取ってから、真空を破りペンタセンからなる有機半導体材料１０４をパターニングして形成した。
【００２３】
次に、有機半導体材料１０４の上に、アノード電極１０３を付けるために、ステンレス製のマスクを重ね合わせ、今度は金を蒸着する。加熱蒸着による蒸着で、加熱部からの距離が５０ｃｍと、比較的長い距離の蒸着装置を利用した。これは、有機半導体材料１０４を形成する前の下のカソード電極１０２の場合は距離が短くてよかったが、加熱部からの輻射熱による有機半導体材料１０４へのダメージを防ぐためである。
【００２４】
次に、第１保護膜１１１としてパリレンを室温で成膜する。１Ｐａ以下の真空で蒸着した。そして、パリレン膜厚さ約１μｍの第１保護膜１１１を形成し、その上にさらに、セラミックスの第２保護膜１１２としてＳｉＯ２を付けた。ＳｉＯ２膜は、ＥＢ蒸着で０．１μｍ程度付けると、試料との距離が５０ｃｍの装置では膜の表面温度がどうしても４０℃以上に上昇してしまうため、試料基板の放熱に十分配慮しながら蒸着する。
【００２５】
図２は第２実施形態のスイッチング素子の側断面図であり、この実施形態は、基板材料１０１側にもガスや水蒸気を遮断する材料を塗布したものである。これにより、基板材料１０１として、樹脂材などガス透過性の材料を用いることができる。基板材料１０１上に、この種の材料を塗布する面として、基板材料１０１の上で、カソード電極１０２を形成する前に、ガスや湿気を遮断するＳｉＯ２からなる遮断膜１２１を蒸着により形成し、さらにガスや湿気を遮断するパリレンからなる遮断膜１２２を蒸着により形成する。こうすることで、基板材料１０１側からの酸素などのガスや水蒸気など湿気から有機半導体材料１０４を保護することができる。ＳｉＯ２は、ＥＢ蒸着で、成膜速度毎秒１０Åで約５分蒸着し約２００ｎｍを蒸着した。そののち、パリレンを室温で毎秒５０Åで約４分で蒸着した。残りの工程は図１の場合と同様である。なお、遮断膜１２１及び２１２ｂのセラミックス材とパリレンの順番は逆でもよい。
【００２６】
図３は第３実施形態のスイッチング素子の側断面図である。この実施形態は、さらに、基板材料１０１の下側に、パリレンからなる湿気遮断膜１３１とセラミックスからなるガス遮断膜１３２を形成したものである。これにより、ガスや湿気に弱い有機半導体材料１０４を外気からさらに完全に遮断できるため、信頼性の向上が図れる。特に、基板材料１０１が吸湿性の樹脂であっても、湿気による性能の悪化を防ぐことができる。
【００２７】
第４実施形態として、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせた構成、すなわち基板材料１０１の両側に、パリレン膜とセラミックス膜を作製しても有機半導体の保護膜としての効果があることはいうまでもない。
【００２８】
また、第１〜４実施形態において、セラミックスからなる第２保護膜１１２はなくてもよい。また、第２実施形態及び第４実施形態において、セラミックスからなる遮断膜１２１とパリレンからなる遮断膜１２２は、いずれか一方でもよいし、第３実施形態及び第４実施形態において、ガス遮断膜１３２及び湿気遮断膜１３１はいずれか一方でもよい。
【００２９】
このほか、ＳｉＯ２は、低温で蒸着することで、塗布よりよりガス遮断性を高められる。また、ガス遮断性の膜については、例えばエチレンビニルアルコール系のポリマー樹脂など比較的ガス遮断性の高い樹脂をＳｉＯ２の代用として利用でき、その場合は、パリレンに塗布することで、作製も容易となり、有効であることが確認できている。
【００３０】
なお、図４は実施形態のスイッチング素子の電圧電流特性を示したもので、この例ではペンタセンのＩ−Ｖの特性の例であるが、特性にヒステリシスがあり、このヒステリシスを利用して表示素子のスイッチング等に利用できる。有機半導体材料としては、一般に低分子系の有機半導体材料などで結晶化しやすい材料において、比較的このような特性を得られる場合が多い。
【００３１】
実施形態ではポリパラキシリレンとして、ジパラキシリレン及びその誘導体を用いた例について説明したが、他のポリパラキシリレンでもよい。また、実施形態ではセラミックスとしてＳｉＯ２の例について説明したが、他のセラミックスでもよい。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によって、ポリパラキシリレン（いわゆる「パリレン」）で有機半導体部分を覆うように形成したことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３３】
請求項２の発明によって、有機半導体部分を、ポリパラキシリレン及びセラミックスで前記有機半導体部分を覆うように形成したことで、さらに、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３４】
請求項３の発明によって、請求項１において、カソード電極と基板の間にポリパラキシレン膜を作製したことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３５】
請求項４の発明によって、請求項１において、基板裏面側に、ポリパラキシレンを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３６】
請求項５の発明によって、請求項１において、カソード電極と基板の間に、セラミックスを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３７】
請求項６の発明によって、請求項１において、基板裏面側に、セラミックスを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３８】
請求項７の発明によって、請求項１において、とくに、カソード電極と基板の間に、ポリパラキシレン及びセラミックス膜を用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００３９】
請求項８の発明によって、請求項１において、基板裏面側に、ポリパラキシレン及びセラミックス膜を用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４０】
請求項９の発明によって、請求項２において、カソード電極と基板の間に、ポリパラキシレン膜を用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４１】
請求項１０の発明によって、請求項２において、基板裏面側に、ポリパラキシレンを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４２】
請求項１１の発明によって、請求項２において、カソード電極と基板の間に、セラミックスを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４３】
請求項１２の発明によって、請求項２において、基板裏面側に、セラミックスを用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４４】
請求項１３の発明によって、請求項２において、カソード電極と基板の間に、ポリパラキシレン及びセラミックス膜を用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【００４５】
請求項１４の発明によって、請求項２において、基板裏面側に、ポリパラキシレン及びセラミックス膜を用いたことで、スイッチング素子を構成する有機半導体を外気から守り、酸素ガスや湿気などから保護できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のスイッチング素子の側断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態のスイッチング素子の側断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態のスイッチング素子の側断面図である。
【図４】本発明の実施形態のスイッチング素子の電圧電流特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１  基板材料
１０２  カソード電極
１０３  アノード電極
１０４  有機半導体材料
１１１  第１保護膜
１１２  第２保護膜
１２１  遮断膜
１２２  遮断膜
１３１  湿気遮断膜
１３２  ガス遮断膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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