(57)【要約】【課題】しきい値電圧の増加やばらつき、ソース−ドレイン間電流値の低下やばらつきが少ない有機薄膜トランジスタ、および歩留まりの改良されたその有機薄膜トランジスタの製造方法の提供。【解決手段】有機半導体層と、前記有機半導体層内のチャネル領域上に形成されたゲート電極と、前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタであって、前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域と前記チャネル領域との間に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる薄膜層を有する、有機薄膜トランジスタ。前記有機薄膜トランジスタの電子供与性有機分子からなく薄膜層は、電子供与性有機分子をソース電極またはドレイン電極の表面に吸着させることにより製造する。【選択図】  図１
2004288836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子供与性を有する結晶性有機半導体材料からなる有機半導体層と、
前記有機半導体層内のチャネル領域上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、
前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタであって、
前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域と前記チャネル領域との間に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる薄膜層を有し、前記電子供与性有機分子がソース電極またはドレイン電極の表面領域に吸着されていることを特徴とする、有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子の１分子状態におけるイオン化ポテンシャルが９電子ボルト以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子が、チオフェン化合物であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記結晶性有機半導体材料が、ペンタセン、ジベンゾテトラチアフルバレン、およびポリ（３−アルキルチオフェン）からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記薄膜層に、電子受容性分子がドーピングされていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記ソース電極と、前記ドレイン電極との間隔が３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
電子供与性を有する結晶性有機半導体材料からなる有機半導体層と、
前記有機半導体層内のチャネル領域上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、
前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極と
を具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子を吸着させて前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる薄膜層を形成させる工程と、前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子が吸着されたソース電極またはドレイン電極の表面領域上に前記有機半導体層を形成させる工程とを有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域に前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子を含む液体を接触させることにより、前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子を吸着させる事を特徴とする、請求項７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記電子供与性有機分子からなる前記薄膜層を形成させた後、前記薄膜層に電子受容性分子をドーピングすることを特徴とする、請求項７または８に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜トランジスタ、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、π共役系の有機高分子や有機低分子からなる有機半導体材料をチャネル層に使用した薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）が活発に研究されている。例えば、ジャクソンらはガラス基板上またはＰＥＴ基板上にニッケルからなるゲート電極層、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁層、パラジウムからなるソース電極およびドレイン電極、チャネル層が形成されるペンタセンからなる有機半導体薄膜を順次積層することによってチャネル長が５μｍ〜４４μｍのボトムコンタクト型ＴＦＴを作成している（非特許文献１）。
【０００３】
しかし、ジャクソンらのＴＦＴでは、素子ごとにゲート電圧のしきい値電圧が大きくばらついており、ばらつきの範囲は１０Ｖ以上にも及んでいる。このため、素子の動作電圧が数１０Ｖと大きい場合には、１ｃｍ２／Ｖｓ程度のチャネル移動度が得られているにもかかわらず、液晶ディスプレイ等への応用に必要な１０Ｖ以下の動作電圧では、ソース−ドレイン間電流変調（電流オン・オフ比）が十分に取れない、あるいはソース−ドレイン間のオン電流が十分に流れないなど、ソース−ドレイン間電流値が素子ごとに大きくばらつくため、改良の余地があった。
【０００４】
また、ソース−ドレイン間電流値を向上させるための試みとして、ワングらは、熱酸化膜が形成された高ドープのｎ型シリコン基板上に金からなるソース電極およびドレイン電極を形成させ、これら金電極表面に電子受容性の２−メルカプト−５−ニトロベンズイミダゾール分子を吸着させた後、ペンタセンを蒸着してチャンネル層としたＴＦＴを報告している（非特許文献２）。
【０００５】
ワングらはソース電極およびドレイン電極とペンタセン薄膜との界面において、電子供与性のペンタセン分子と電子受容性の２−メルカプト−５−ニトロベンジミダゾール分子との電荷移動錯体を形成させることによって電極−ペンタセン間の接合抵抗低減を試みたものであった。しかし、ソース−ドレイン間のオン電流値の増加は約１．５倍と低い値に留まっていた。しかも、ワングらによる素子は、チャネル長が４４μｍと長く、またドナー性のチオールを用いた場合にはその素子の接合抵抗低減の効果が得られていない。
【０００６】
このため、チャネル長が３０μｍ以下、特に重要なチャネル長が１０μｍ以下、の低動作電圧の有機ＴＦＴにおいて、素子性能を向上し、安定化することが重要な課題となっていた。
【０００７】
ところで、有機ＴＦＴに用いられる有機半導体材料のうち、高動作電圧でチャネル移動度が大きい材料は、前述のペンタセンやテトラセンのような結晶性低分子材料、あるいはまたπ共役系高分子材料であってもレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のように結晶性の高いもの、より詳しくは高分子主鎖のねじれによるπ共役系の切断がなく、かつ高分子間の相互作用により結晶性グレインが薄膜内に発達しうる材料、に限られる。
【０００８】
このような結晶性の有機半導体材料を用いて高性能のトランジスタを作製するためには、チャネル領域における有機薄膜層の結晶粒を大きく成長させて結晶粒界によるキャリアのトラップや散乱といった、チャネル移動度低下の要因を少なくし、かつチャネル領域となるゲート絶縁層と有機薄膜層との界面において有機結晶粒とゲート絶縁層表面との密着性を高めることによってチャネル移動度を向上させることが重要である。
【０００９】
さらに、ゲート電極またはドレイン電極とチャネル領域の有機半導体層との間の接合抵抗を低減することが、しきい値電圧の低減や素子性能安定化のために必要となる。とくに、前述したようなボトムコンタクト型素子においては、素子作製の際にソース電極およびドレイン電極を形成させた後に有機半導体層を形成させる工程を含むため、接合抵抗を低減するためには、ソース電極またはドレイン電極と有機半導体層との界面においても有機半導体結晶粒を大きく揃え、かつ結晶粒とソース電極またはドレイン電極との密着性を高めることが重要となる。
【００１０】
ここで有機ＴＦＴに通常採用されているトランジスタ構造について説明する。有機ＴＦＴのトランジスタ構造は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極およびドレイン電極を順次積層した後、その上に有機半導体層を積層するボトムコンタクト型素子、基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層を順次積層した後、その上にソース電極およびドレイン電極を形成するトップコンタクト型素子、基板上にソース電極およびドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極を順次積層するトップゲート型素子に大別される。
【００１１】
素子作製の点からいえば、有機半導体層に採用される有機材料のプロセス耐性、すなわち有機半導体層上への電極層形成や絶縁層形成に係わるプロセスに対する有機半導体材料の耐性に応じて、採用できる素子構造がおおよそ限定されることになるが、有機半導体層へのプロセス負荷がもっとも少ないボトムコンタクト型素子が、多くの有機半導体材料に対して適用することが可能である。また、素子性能の点からいえば、有機半導体層の膜厚方向を横断する電流経路がないボトムコンタクト型素子の性能が優れるものと期待できるのが一般的である。
【００１２】
ところが、前術したようにソース電極およびドレイン電極形成後に有機半導体層を形成するボトムコンタクト型素子、あるいはまたトップゲート型素子の素子特性を向上するためには、有機半導体層形成の際にチャネル領域における有機半導体晶粒の構造を制御することに加え、ソース電極またはドレイン電極近傍における有機半導体結晶粒構造をも制御することが重要となる。
【００１３】
このような、ソース電極またはドレイン電極近傍における有機結晶粒構造の制御は、ＴＦＴのチャネル長が短くなるほど重要となる。すなわち、ＴＦＴの等価回路上、電極／有機半導体接合抵抗の効果が短チャネルで顕著になることに加え、電極界面における有機結晶粒の乱れが、チャネル領域の広い部分での結晶粒の乱れとなって、チャネル移動度自体の低下ももたらす。
【００１４】
ところが、従来技術ではこのような電極界面における有機結晶粒構造の制御がなされていなかったために、しきい値電圧の増加やばらつき、見かけのチャネル移動度の低下によって、ソース−ドレイン間電流値の低下やばらつきが現れるという問題点、とくに応用上重要な短チャネルの低動作電圧の有機ＴＦＴにおいて顕著に現れるという問題点があった。
【００１５】
【非特許文献１】
１９９９  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  （１９９９）  １１１
【非特許文献２】
４１ｓｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｅｓｔ  （１９９９）  １６
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、有機ＴＦＴ特性向上のため、ソース電極またはドレイン電極と有機半導体層との接合抵抗を低減することが重要であるが、そのためにはソース電極又はドレイン電極と有機半導体層との界面における有機半導体層の結晶粒を大きく揃え、かつ結晶粒とソース電極またはドレイン電極との密着性を高めることが有効と考えられる。ところが、従来技術では電極界面における有機結晶粒の制御がなされていなかったために、しきい値電圧の増加やばらつき、見かけのチャネル移動度の低下によって、ソース−ドレイン間電流値の低下やばらつきが現れることがあった。このようなばらつきは、実際の製造工程においては、製品歩留まりの低下の原因となるため、ばらつきとを低減させることが望まれていた。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ソース−ドレイン間のオン電流値が大きく、電流オン・オフ比が大きく、かつ素子ごとの特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタ、ならびのその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機薄膜トランジスタは、
電子供与性を有する結晶性有機半導体材料からなる有機半導体層と、
前記有機半導体層内のチャネル領域上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、
前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタであって、
前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域と前記チャネル領域との間に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる薄膜層を有し、前記電子供与性有機分子がソース電極またはドレイン電極の表面領域に吸着されていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、
電子供与性を有する結晶性有機半導体材料からなる有機半導体層と、
前記有機半導体層内のチャネル領域上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極と、
前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極と
を具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ソース電極またはドレイン電極の表面領域に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子を吸着させて前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる薄膜層を形成させる工程と、前記硫黄原子を含有する電子供与性有機分子が吸着されたソース電極またはドレイン電極の表面領域上に前記有機半導体層を形成させる工程とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明すると以下の通りである。
【００２１】
図１は、本発明の有機薄膜トランジスタの一例を示す概略断面図である。
【００２２】
例えば、図１に示される有機薄膜トランジスタは、基板１上にゲート電極２が形成されており、さらに基板１上にはゲート電極２を被覆するようにゲート絶縁層３が形成されているものである。またゲート絶縁層３上には、ソース電極４およびドレイン電極５が、ゲート電極２の直上部を避けるように分離形成されている。さらにソース電極４およびドレイン電極５の表面領域に硫黄原子を含有する電子供与性有機分子からなる分子吸着層６が形成されている。さらにまた、ゲート絶縁層３および分子吸着層６を被覆するように、電子供与性を有する結晶性有機半導体材料からなる有機半導体層７が形成されている。
【００２３】
分子吸着層６を形成する硫黄原子を含有する電子供与性有機分子のうち、ソース電極４またはドレイン電極５の表面に接している分子は、その分子骨格中の硫黄原子を介してソース電極４およびドレイン電極５の表面領域に吸着されている。
【００２４】
分子吸着層６の吸着によってソース電極４およびドレイン電極５の表面のぬれ性が疎水的な方向に変化する。あるいはまた電極表面の微小な凹凸が緩和される。これらの効果によって、電極表面が有機半導体材料との親和性が強い表面に改質される結果、有機半導体結晶粒との密着性が高い電極−有機半導体界面が形成されるものと考えられる。
【００２５】
より詳しく言えば、デバイス特性向上のため電極−有機半導体界面で最も重要な部分はソース電極４およびドレイン電極５の表面領域のうち、チャネル領域に近接した電極断面の表面領域であり、次に重要な部分は電極断面に近接した電極上面の表面領域である。これらの表面領域の表面特性を改質することによって、有機半導体層形成の際にチャネル領域と前述の電極断面部分との接続領域、さらには電極断面部分に接続した電極上面部分にかけても粒径の大きな有機半導体結晶粒が電極との密着性良く密に形成される。
【００２６】
電気的特性の点からいえば、分子吸着層６を構成する有機分子が電子供与性を有することによって、電子供与性を有する有機半導体層７へのホールの移動は容易に行われる。また電極と分子吸着層間のホールの移動も容易である。したがって、分子吸着層６の存在はソース−ドレイン間電流値の著しい低下をもたらさない。むしろ、前述したような有機半導体層と電極との密着性の向上によって電流値が向上するものと考えられる。
【００２７】
とくに、分子吸着層６を構成する電子供与性有機分子の１分子状態におけるイオン化ポテンシャルは９電子ボルト（ｅＶ）以下であることが望ましい。１分子状態におけるイオン化ポテンシャルが９ｅＶ以下であることは、固体状態等の凝集状態におけるイオン化ポテンシャルに換算すると概ね８ｅＶ以下であることに相当する。一方、電子供与性を有する有機半導体材料の固体状態でのイオン化ポテンシャルは概ね４ｅＶ以上８ｅＶ以下であり、電極材料も仕事関数がこの範囲のものを通常用いる。したがって電子供与性有機分子の１分子状態におけるイオン化ポテンシャルが９ｅＶ以下であればソース電極４またはドレイン電極５から有機半導体層７へのホールの移動が容易に行われる。９ｅＶより大きいと、ソース電極またはドレイン電極から有機半導体層へのホールの移動がスムーズに行われなくなることがあるので注意が必要である。
【００２８】
分子吸着層６を構成する有機分子として、具体的には、電子供与性を有するチオフェン化合物分子または電子供与性を有するチオール化合物分子を挙げることができる。より具体的には、チオフェンモノマー（１分子状態におけるイオン化ポテンシャルＩ＝８．８７ｅＶ、以下同様に記載する）、３−アルキルチオフェンモノマー（８ｅＶ＜Ｉ＜８．８７ｅＶ）、ビチオフェン（８ｅＶ）、α−ターチエニル（７ｅＶ）、α−クォーターチオフェン（５ｅＶ＜Ｉ＜６ｅＶ）、α−セクシチオフェン（５．２ｅＶ）、α，ω−ジヘキシルクォーターチオフェン（５ｅＶ＜Ｉ＜６ｅＶ）、α，ω−ジヘキシルセクシチオフェン（５ｅＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）（５ｅＶ）、ポリ（３−フェニルチオフェン）（５ｅＶ）、ポリ（３−フェニル−４−メチルチオフェン）（５ｅＶ）、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）（５ｅＶ）、４，４‘−ビフェニルジチオール（８ｅＶ＜Ｉ＜９ｅＶ）、チオフェンチオール（８ｅＶ＜Ｉ＜９ｅＶ）、パラチオクレゾール（８ｅＶ＜Ｉ＜９ｅＶ）、および２，５−ジアミノ−１，４−ベンゼンチオール（７ｅＶ）を挙げることができる。しかし、ここに挙げた材料は一例であって、これらに限定されるものではない。
【００２９】
なお、分子吸着層６の導電性を高め、ソース電極またはドレイン電極から有機半導体層へのホールの移動を容易にするために、分子吸着層６がドーピングされていてもよい。例えば分子吸着層６がポリ（３−アルキルチオフェン）から成る場合、三塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、ヨウ素、過塩素酸、テトラシアノエチレン、ジシアノジクロロベンゾキノン等の電子受容性分子によって分子吸着層６がドープされ導電性が高められていても良い。
【００３０】
ソース電極４およびドレイン電極５の電極材料としては、とくに電子供与性有機分子の吸着を容易にするために、金、銀、銅、白金またはパラジウムを用いることが好ましい。しかし、これらに限られるものではなく、電子供与性有機分子がその分子中の硫黄原子を介して電極表面に吸着できる材料であれば良い。
【００３１】
また、電子供与性有機分子がその分子中の硫黄原子を介して吸着できる電極材料と、吸着できない電極材料とを組み合わせて電極層に用いても良い。この場合、電極の表面に吸着分子が吸着できる電極材料が露出していれば良い。とくに、電極断面表面に電子供与性有機分子が硫黄原子を介して吸着できる材料が露出していることが望ましい。例えば、電子供与性有機分子が吸着できる電極材料と吸着できない電極材料との２層構造として電極断面部分のみに電子供与性有機分子が吸着できる電極材料を露出させ、電極断面部分のみに分子吸着層６を形成させてもよい。
【００３２】
さらに、電極形状については、図１ではチャネル領域に近接した電極断面がゲート絶縁層表面に対してほぼ垂直であるが、有機半導体層形成の際、チャネル領域と電極が近接した領域に有機結晶粒を密着性良く成長させるために、電極断面をテーパー形状としてもよい。すなわち、チャネル領域のゲート絶縁層表面と電極断面とのなす角度を９０度より大きくしてもよい。また電極断面が平面でなくともよく、概ねテーパー形状となるような曲面であってもよい。
【００３３】
また分子吸着層６を形成させた電極表面の純水に対する接触角は５５度以上であることが望ましい。
【００３４】
有機半導体層７を構成する電子供与性の結晶性有機半導体材料としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ペリレン、ピレン、コロネン、クリセン、デカシクレン、ビオランスレンなどの多環芳香族分子材料、フタロシアニン、トリフェニレン、チオフェンオリゴマーおよびそれらの誘導置換体、ジベンゾテトラチアフルバレンなどのテトラチアフルバレン類、テトラチオテトラセン、およびレジオレギュラ・ポリ（３−アルキルチオフェン）などを挙げることができる。しかし、これらに限定されるものではなく、電子供与性を有する結晶性有機半導体材料であれば任意のものを本発明の有機半導体層７を構成する電子供与性の結晶性有機半導体材料として用いることができる。
【００３５】
次に、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の一例を図面を用いて説明すると以下の通りである。
【００３６】
図２は、図１に示すトランジスタの製造工程の一例を示す工程図である。
【００３７】
基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁層３、ソース電極４およびドレイン電極５が順次形成される（図２ａ）。
【００３８】
ゲート電極層はＣｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、ＮｉあるいはＮｄなどの金属材料やこれらの合金材料、あるいはカーボン材料など、既知の導電性材料であれば特に制限することなく使用でき、例えばスパッタ法や蒸着法などにより膜厚約１０ｎｍ〜約５００ｎｍに成膜すればよい。また銀インクやグラファイトインクなど導電性粒子をポリマーとともに液体中に分散させたポリマー混合物を用い、乾燥などにより液体成分を除去してゲート電極層を形成させてもよく、この場合には塗布によって膜厚約３０ｎｍ〜約１０００ｎｍの電極層を成膜することができる。また導電性材料としては、ポリアニリン塩、ポリ（３，４−エチレン−ジオキシチオフェン）のポリスチレンスルホン酸塩またはドープされたポリピロールのような可溶性導電性ポリマーを電極層材料に用いることもでき、この場合も塗布によって膜厚約３０ｎｍ〜約１０００ｎｍの電極層を成膜することができる。
【００３９】
さらに、また粒径が数ｎｍから数１０ｎｍ程度の金属微粒子が分散した溶剤を塗布し、基板温度４００℃未満の工程によって金属薄膜を得る方法を用いてもよい。このような方法を可能とする材料としては例えば、Ａｕペースト（商品名パーフェクトゴールド、真空冶金製）、Ａｇペースト（商品名パーフェクトシルバー、真空冶金製）、Ｃｕペースト（商品名パーフェクトカッパー、真空冶金製）が挙げられる。以上に挙げた電極材料は単独で用いてもよいし、複数種類のものを組み合わせて用いてもよい。
【００４０】
さらにまた、ゲート電極層２はハイドープのシリコンであっても良い。とくに通常のＬＳＩプロセスで用いられるシリコン基板を用いる場合には、ゲート絶縁層が形成されるシリコン基板表面近傍の領域またはシリコン基板全体がハイドープであれば良く、この場合にはシリコン基板がゲート電極層２と基板１とを兼ねても良いし、シリコン基板を別途プラスチック基板やガラス基板に貼り付けても良い。
【００４１】
ゲート絶縁層３に使用する材料としては無機又は有機材料など種々の絶縁性材料を用いることができ、その薄膜形成方法も材料に応じて、蒸着、スパッタリング、電極層２の陽極酸化、塗布、溶液からの付着等、種々の成膜方法を採用することができる。
【００４２】
具体的には、無機材料として例えばＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２等の単金属酸化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウムなどの複合酸化物、ＳｉＮｘなどの窒化物を挙げることができる。これらの材料はスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法など通常用いられる方法で成膜できる。
【００４３】
また、種々の複合酸化物や単金属酸化物は、アルコラートの加水分解を利用したゾルーゲル法によって成膜することも可能である。このような方法を可能とする材料としては例えば、商品名ＭＯＤコート材料（高純度化学社製）が挙げられる。
【００４４】
さらに、Ｔａ２Ｏ５やＡｌ２Ｏ３は、それぞれゲート電極層２をＴａまたはＡｌとして、ホウ酸アンモニウム水溶液等の電解液を用いてＴａまたはＡｌ電極層を陽極酸化することによって形成させることもできる。
【００４５】
また、無機材料として単金属酸化物あるいは複合酸化物を用いる場合には、酸化物表面と有機半導体材料との密着性を高めるために、親水的な酸化物表面をオクタデシルトリクロロシランなどのアルキルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシランおよびその他のアルキルトリメトキシシラン、フッ素化アルキルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、およびその他のシリル化剤によって疎水的な表面に改質することが望ましい。
【００４６】
なお、ここで挙げた無機材料は一例であって、これらに限定されるものではない。
【００４７】
ゲート絶縁層３に用いることができる有機材料としては、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、シアノエチルプルラン（商品名シアノレジン、信越化学社製）、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデン−４フッ化エチレン共重合体、およびその他のポリマー材料を挙げることが出来る。これらの材料は適当な溶剤に溶解した溶液、あるいは前駆体を溶解した溶液をスピンコート法、スクリーン印刷法等により塗布し、溶剤を揮発させて除去するか、あるいは溶剤を揮発させて除去した後、加熱によって前駆体を所望のポリマーに変換することによって、膜厚約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの絶縁層を形成させることができる。また溶剤に架橋剤を混入させ、成膜後に加熱によって架橋してプロセス耐性を向上させてもよい。
【００４８】
さらにまた、コール酸、コール酸メチル、およびその他の有機低分子アモルファス材料をゲート絶縁層３に用いてもよい。この場合、真空蒸着法によって膜厚約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの絶縁層を容易に形成させることができる。
【００４９】
なお、ここで挙げた有機材料は一例であって、これらに限定されるものではない。
【００５０】
ソース電極４およびドレイン電極５の形成方法としては、半導体プロセスで通常用いられるフォトエッチングプロセスやリフトオフプロセスが利用できる。これによってチャネル長が短い、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ〜１０μｍの、電極パターンを形成させることができる。チャネル長を短くすることによって、本発明の効果がより強く発現する。
【００５１】
さらに、またゲート電極層形成方法に関して前述したように、粒径が数ｎｍから数１０ｎｍ程度の金属微粒子が分散した溶剤を塗布し、基板温度４００℃未満の工程によって金属薄膜を得る方法を用いてソース電極４およびドレイン電極５を形成てもよい。このような方法を可能とする材料として例えば、Ａｕペースト（商品名パーフェクトゴールド、真空冶金製）、Ａｇペースト（商品名パーフェクトシルバー、真空冶金製）、およびＣｕペースト（商品名パーフェクトカッパー、真空冶金製）が挙げられる。
【００５２】
このような溶剤によってソース電極４、ドレイン電極５の電極パターンを形成させる方法としては、例えばスクリーン印刷法、インクジェット印刷法、およびマイクロコンタクト印刷法の溶剤付着法が挙げられる。スクリーン印刷法、インクジェット印刷法によってチャネル長が約１０μｍ〜約２０μｍの電極パターンを形成させることができる。またマイクロコンタクト印刷法によってチャネル長が約１μｍ〜約１０μｍの電極パターンを形成させることができる。
【００５３】
とくに、インクジェット印刷法を用いて電極パターンを形成させる場合には、ゲート絶縁層３表面を親水性部位と疎水性部位とにパターン化しておき、溶剤をゲート絶縁層３表面に選択的に付着させることが明確な電極パターンを形成させるために効果的である。またゲート絶縁層３表面を凹凸によってパターン化しておき、溶剤をゲート絶縁層３表面の凹部分に選択的に付着させることも明確な電極パターンを形成するために効果的である。
【００５４】
なお、ここで挙げた電極材料および形成方法は一例であって、これらに限定されるものではない。
【００５５】
次に、ソース電極４およびドレイン電極５の電極表面に分子吸着層６を形成させる（図２ｂ）。
【００５６】
分子吸着層６を形成させる方法としては、特に限定されないが、吸着分子を含む液体、気体または固体を電極表面に接触させて行うことができる。特に吸着分子が常温常圧で固体や液体である場合には、適当な溶媒に溶解させ、その溶液を電極表面に接触させて吸着させることが好ましい。また電極表面に固体状態の吸着分子を付着させたのち電極表面の温度を上げて吸着分子を溶融状態にして電極表面に吸着させてもよい。また吸着分子からなる固体を電極表面に擦り付けることにより分子吸着層を形成させることも可能である。また吸着分子層を水等の液面上に形成させておき、それを電極表面に移し取る、いわゆるラングミュア・ブロジェット法によって分子吸着層６を形成させることも可能である。さらに、吸着を効果的に行うために、電極表面に電位を与えてながら分子を吸着させても良い。しかしここで述べた方法は一例であって、これらの方法に限定されるものではない。
【００５７】
分子吸着層６の導電性を高め、ソース電極またはドレイン電極から有機半導体層へのホールの移動を容易にするために、分子吸着層６に電子供与性分子をドーピングすることができる。その具体的な方法としては、分子吸着層６をドーパントとなる電子供与性分子の気体に暴露させる方法、あるいは分子吸着層６をドーパントとなる電子供与性分子を含む溶液に浸漬させる方法が考えられる。しかし分子吸着層６をドーパントとなる電子供与性分子に接触させうる方法であれば良く、ここで述べた方法に限定されるものではない。
【００５８】
次に有機半導体層７を形成させる（図２ｃ）。
【００５９】
有機半導体層７を形成させる方法としては、蒸着法、およびその他のドライプロセス、スピンコート法、キャスト法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクト印刷法、およびその他のウェットプロセスなどが挙げられる。また、有機半導体層を構成する有機半導体材料の前駆体の薄膜をドライプロセスまたはウェットプロセスによって形成させた後、加熱等の処理によって所望の有機半導体材料に変換することによって有機半導体層を形成させてもよい。
【００６０】
次に、本発明のトランジスタの変形例について図３、および図４を用いて説明すると以下の通りである。なお、各構成の材料、形状、成膜方法などについては、図１に示すトランジスタの各構成と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００６１】
図３に示されるトランジスタは、基板１上にソース電極４およびドレイン電極５が形成されており、ソース電極４およびドレイン電極５の表面に分子吸着層６が形成されている。さらに基板１表面と分子吸着層６が形成されたソース電極４およびドレイン電極５を被覆するように、有機半導体層７が形成されている。さらにソース電極４とドレイン電極５で挟まれる有機半導体層部分の直上にゲート絶縁層３が、形成されている。この構造であっても、分子吸着層６が形成されていることによって、ソース電極４およびドレイン電極５と有機半導体層７との接合特性が改善され、デバイス特性が向上するという本発明の効果が得られる。
【００６２】
図４に示すトランジスタは、基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁層３が順次形成されており、ゲート電極２の直上部を避けるようにゲート絶縁層３上にソース電極４が形成されている。さらにソース電極４表面に分子吸着層６が形成されている。さらに、分子吸着層６が形成されたソース電極４およびゲート絶縁層３を被覆するように、有機半導体層７が形成されている。さらに有機半導体層７の上にドレイン電極５が形成されている。この素子ではソース電極−ドレイン電極間の有機半導体層のうち、ゲート絶縁層３表面に近い領域がチャネル領域となって、電界効果が現れる。
【００６３】
この構造であっても、分子吸着層６が形成されていることによって、ソース電極４と有機半導体層７との接合特性が改善され、デバイス特性が向上するという本発明の効果が得ることができる。
【００６４】
なお、図４ではドレイン電極５が、有機半導体層７および分子吸着層６を介してソース電極４の直上部までにも形成されているが、素子作製の観点からは、このような素子構造はドレイン電極５形成の際に電極パターンの微細な位置合わせを要しない点で優れている。この場合、ソース電極４とドレイン電極５との重なり部分を流れるオフ電流を低減するために、ソース電極４上面のみに絶縁層を形成させ、チャネル領域に近接したソース電極断面を露出させ、ソース電極断面の表面領域のみに分子吸着層６を形成させた素子構造としてもよい。
【００６５】
勿論、ソース電極４直上部を避けるようにドレイン電極５を分離形成させてもよい。また、図４でソース電極４とドレイン電極５とを入れ替えた構造であってもよい。
【００６６】
さらに、図１、図３において、分子吸着層６はソース電極４またはドレイン電極５のいずれか一方の表面上にのみ形成されていても良い。ソース電極−有機半導体接合あるいはドレイン電極−有機半導体接合のうち、デバイスの電気特性に対して律速となる接合部分に分子吸着層が形成されていれば本発明の効果が発現する。
【００６７】
また、図１、図３、または図４に示すようなトランジスタの表面にパッシベーション層を形成させ、使用雰囲気に存在する水蒸気や酸素などから素子を保護することもできる。
【００６８】
パッシベーション層としては、種々の絶縁性無機材料および絶縁性有機材料を用いることができる。例えば、窒素ドライ雰囲気下でＵＶ硬化性樹脂によってパッシベーション層を形成させることが考えられる。また有機材料として、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体等のポリマーが挙げられる。無機材料としてはスパッタリング法によって成膜したＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等が挙げられる。しかし、これらの材料に限定されるものではない。
【００６９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明すると以下の通りである。
【００７０】
実施例１
本発明では、図２に示す方法を採用し、有機半導体として電子供与性を有するペンタセンを、ソース電極及びドレイン電極として金薄膜を、金薄膜への吸着分子として電子供与性分子を有するレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を用いて以下のようにしてシリコン基板上に薄膜トランジスタを作製した。
【００７１】
ハイドープのｎ＋型Ｓｉウェハー（抵抗値０．０３Ωｃｍ）表面に厚さ約５０ｎｍの熱酸化ＳｉＯ２膜を形成、裏面に厚さ３ｎｍのＣｒ層及び厚さ１００ｎｍのＡｕ層を真空中で連続して蒸着した。ゲート絶縁層３となるＳｉＯ２の静電容量は７０ｎＦ／ｃｍ２であった。
【００７２】
次にＳｉＯ２ゲート絶縁層３上に金から成るソース電極４及びドレイン電極５を、リフトオフによって形成させた。ソース電極４及びドレイン電極５はそれぞれ幅１００μｍ×長さ２ｍｍのストライプ形状部分と電気的接点をとるための１ｍｍ角のパッド部分とからなっており、ソース電極４及びドレイン電極５のストライプ形状部分の短辺が２μｍの間隔で配列されている。すなわちこのＴＦＴのチャンネル長は２μｍ、チャンネル幅は１００μｍである。ソース電極４及びドレイン電極５の成膜においては、ゲート絶縁層であるＳｉＯ２との密着性を高めるため、２×１０−６Ｔｏｒｒ（２．６６×１０−３Ｐａ）の真空中でＣｒを厚さ３ｎｍ蒸着した後、引き続き真空中でＡｕを厚さ５０ｎｍ蒸着した。蒸着速度はＣｒ：０．１ｎｍ／ｓ、Ａｕ：０．５ｎｍ／ｓであった。なお、金表面の接触角を測定するために、ソース電極４及びドレイン電極５の近傍に、５ｍｍ角のパッド形状の金薄膜部分を、ソース電極４及びドレイン電極５の形成と同時に形成させた。
【００７３】
次にＳｉＯ２ゲート絶縁層３上のチャンネル領域表面を疎水化処理するため、チャンネル領域表面をヘキサメチルジシラザン（商品名ＯＡＰ、東京応化製）の蒸気に２４時間暴露した。
【００７４】
次にソース電極およびドレイン電極表面に付着したヘキサメチルジシラザンの未反応物を除去するため、基板をアセトン中で４０分間超音波洗浄し、その後ホットプレートにより１００℃で１０分間乾燥させた。ヘキサメチルジシラザンの未反応物の除去は、金表面の純水に対する接触角の変化により確認した。すなわち、超音波洗浄前の接触角は約６６度であったのに対して、洗浄後の接触角は約５２度であった。この値は金表面をヘキサメチルジシラザン処理する前の接触角の実測値約４８度に近かった。
【００７５】
次にソース電極及びドレイン電極表面にレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（アルドリッチ社製）から成る分子吸着層６を形成させた。ポリ（３−ヘキシルチオフェン）は予め、クロロホルムを良溶媒としメタノールを貧溶媒とする再沈殿精製を２回行ったものを使用した。このレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）の０．１重量％クロロホルム溶液に基板を１５時間浸積したのち、クロロホルムでリンスし、さらにクロロホルム中に２０分間浸積した。その後、窒素ガスブローによってクロロホルムを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。なお分子吸着層６形成後の金表面の純水に対する接触角は約９５度であった。
【００７６】
次にゲート絶縁層３、ソース電極４及びドレイン電極５上に電子供与性を有する有機半導体材料であるペンタセン（アルドリッチ社製）を膜厚８０ｎｍで蒸着して有機半導体層７を作成した。なおペンタセンは予め昇華精製を２回行ったものを使用し、１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）の真空中、基板温度８０℃、蒸着速度０．０３ｎｍ／秒で蒸着した。この有機半導体層は特にパターニングしなかった。
【００７７】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察した。チャネル長２μｍ、チャネル幅１００μｍのチャネル領域では、粒径約１〜約２μｍの大きさがほぼ均一なペンタセン結晶粒が、ソース電極およびドレイン電極との接触部分まで密に成長していた。チャネル長（２μｍ）方向のペンタセン結晶粒の個数は１〜２個程度であった。
【００７８】
実施例２
金薄膜からなるソース電極およびドレイン電極表面への吸着分子として電子供与性分子である３−ｎ−ドデシルチオフェンを用いたこと以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。３−ｎ−ドデシルチオフェンの金電極表面への吸着は以下のようにして行った。基板を３−ｎ−ドデシルチオフェン（東京化成製）の１ｍＭエタノール溶液に１０時間浸積したのち、エタノールでリンスし、さらにエタノール中に１０分間浸積した。その後、窒素ガスブローによってエタノールを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。なお分子吸着層６形成後の金表面の純水に対する接触角は約９０度であった。
【００７９】
なお、実施例１との条件の同一性を期すため、ソース電極およびドレイン電極形成時のＣｒおよびＡｕの蒸着、およびペンタセン薄膜の蒸着は実施例１と同時に行った。
【００８０】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察したところ、実施例１とほぼ同様のペンタセン薄膜が形成されていた。
【００８１】
実施例３
金薄膜からなるソース電極及びドレイン電極表面への吸着分子として電子供与性分子であるα−ターチエニルを用いたこと以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。α−ターチエニルの金電極表面への吸着は以下のようにして行った。基板をα−ターチエニル（アルドリッチ社製）の１ｍＭエタノール溶液に２０時間浸積したのち、エタノールでリンスし、さらにエタノール中に１０分間浸積した。その後、窒素ガスブローによってエタノールを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。なお分子吸着層６形成後の金表面の純水に対する接触角は約７０度であった。
【００８２】
なお、実施例１との条件の同一性を期すため、ソース電極およびドレイン電極形成時のＣｒおよびＡｕの蒸着、およびペンタセン薄膜の蒸着は実施例１と同時に行った。
【００８３】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察したところ、実施例１とほぼ同様のペンタセン薄膜が形成されていた。
【００８４】
実施例４
金薄膜からなるソース電極及びドレイン電極表面への吸着分子として電子供与性分子であるα，ω−ジヘキシルクォーターチオフェンを用いたこと以外は実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。α，ω−ジヘキシルクォーターチオフェンの金電極表面への吸着は以下のようにして行った。基板をα，ω−ジヘキシルクォーターチオフェン（和光純薬社製）の０．１重量％クロロホルム溶液に２０時間浸積したのち、クロロホルムでリンスし、さらにクロロホルム中に１５分間浸積した。その後、窒素ガスブローによってクロロホルムを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。なお分子吸着層６形成後の金表面の純水に対する接触角は約８０度であった。
【００８５】
なお、実施例１との条件の同一性を期すため、ソース電極およびドレイン電極形成時のＣｒおよびＡｕの蒸着、およびペンタセン薄膜の蒸着は実施例１と同時に行った。
【００８６】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察したところ、実施例１とほぼ同様のペンタセン薄膜が形成されていた。
【００８７】
比較例１
比較のため、金電極表面に分子吸着層を形成させずにペンタセンを有機半導体層としたＴＦＴを作成した。金電極表面に単分子層を吸着させなかったこと以外は、実施例１と同様にＴＦＴを作成した。
【００８８】
なお、実施例１との条件の同一性を期すため、ソース電極およびドレイン電極形成時のＣｒおよびＡｕの蒸着、およびペンタセン薄膜の蒸着は実施例１と同時に行った。
【００８９】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察したところ、チャネル領域におけるペンタセン結晶粒径は概ね１〜２μｍであった。しかし、ソース電極またはドレイン電極との接点に近いチャネル領域において、ところどころにペンタセン結晶粒の乱れが観察された。すなわち、結晶粒径が０．１μｍ〜０．５μｍと小さいものが成長している部分があり、また結晶粒間に隙間がある部分、すなわちチャネル領域のゲート絶縁層表面にペンタセンが付着していない部分があった。
【００９０】
比較例２
比較のため、絶縁性材料である１−ヘキサンチオールからなる分子吸着層を金電極表面に形成させたこと以外は、実施例１と同様にＴＦＴを作成した。ここで、ｎ−ヘキサンの１分子状態におけるイオン化ポテンシャルが１０．２ｅＶであるから、１−ヘキサンチオールの１分子状態におけるイオン化ポテンシャルは９ｅＶより大きい。
【００９１】
金電極表面への１−ヘキサンチオールの吸着は以下のように行った。基板を１−ヘキサンチオール（東京化成製）の１ｍＭエタノール溶液に１２時間浸積したのち、エタノールでリンスし、さらにエタノール中に１０分間浸積し、その後、窒素ガスブローによってエタノールを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。
【００９２】
なお、実施例１との条件の同一性を期すため、ソース電極およびドレイン電極形成時のＣｒおよびＡｕの蒸着、およびペンタセン薄膜の蒸着は実施例１と同時に行った。
【００９３】
作製したＴＦＴのペンタセン薄膜をＡＦＭで観察したところ、実施例１とほぼ同様のペンタセン薄膜が形成されていた。
【００９４】
実施例５
ＦＥＴ特性の測定
実施例１〜４および比較例１、２で作成した薄膜トランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性を、半導体パラメーターアナライザー（ＨＰ社製：ＨＰ４１４５Ｂ）でそれぞれ測定した。測定はＴＦＴを窒素ガス雰囲気中に配置し、ソース電極を接地してドレイン電圧ＶＤを−３０Ｖとした状態で、ゲート電圧ＶＧを５Ｖ〜―３０Ｖと変化させた時のドレイン電流ＩＤを測定した。また、ソース電極を接地してゲート電圧ＶＧを固定した状態で、ドレイン電圧ＶＤを０Ｖから―３０Ｖまで変化させた時のドレイン電流ＩＤを測定した。ここでＶＧを０Ｖ、−５Ｖ、−１０Ｖ、−１５Ｖ、−２０Ｖ、−２５Ｖ、および−３０Ｖと固定した場合についてそれぞれ測定した。
【００９５】
図５、および図６は実施例１のＴＦＴの代表的なデバイス特性を示すグラフである。前述したように、このＴＦＴはチャネル長が２μｍ、チャネル幅が１００μｍ、ゲート絶縁層の静電容量が７０ｎＦ／ｃｍ２である。図５はソース電極接地時、ＶＤ＝−３０Ｖの下でのＩＤ対ＶＧ（左軸）および絶対値の平方根（√｜ＩＤ｜）対ＶＧ（右軸）のプロットを示す。図６は、種々のＶＧ値に対するＩＤ対ＶＤのプロットを示す。図５でＶＧ＝−３０ＶにおけるＩＤはＩＤ＝−４７６μＡであった。図５の√｜ＩＤ｜対ＶＧのプロットにおいてグラフの傾きがほぼ一定となる部分に接線を引き、その接線の傾きからチャネル移動度μはμ＝０．４４ｃｍ２／Ｖｓと求められた。また接線と横軸との交点からしきい値電圧ＶＴは−４Ｖと求められた。また図５のＩＤ対ＶＧプロットから電流オン・オフ比は３Ｖ〜−３０ＶのＶＧ変化に対して約１０５であった。
【００９６】
実施例２〜４および比較例１，２のＴＦＴについても同様にチャネル移動度μ、しきい値電圧ＶＴ、３Ｖ〜−３０ＶのＶＧ変化に対する電流オン・オフ比を求めた。その結果をまとめると表１に示す通りである。
2004288836.tif 000003
【００９７】
実施例１〜４の素子は、比較例１、２の素子に比べて、移動度、しきい値特性、ドレイン電流値ともに向上していることがわかる。
【００９８】
さらに、素子ごとの特性のばらつきを調べるために、実施例１〜４および比較例１と同様のＴＦＴをそれぞれ４素子ずつさらに作成し、各例について５素子ずつとして、それらのＶＧ＝−３０Ｖにおけるドレイン電流値を比較した。その結果をまとめると表２に示す通りである。
2004288836.tif 000004
【００９９】
ソース電極およびドレイン電極表面にチオフェン化合物分子を吸着させた実施例１〜４の素子では、オン電流値が高く、しかも素子ごとの電流値のばらつきが小さかった。一方、比較例１、２の素子ではオン電流値は低かった。また比較例１では素子ごとの電流値のばらつきが大きかった。
【０１００】
実施例６
本実施例では、電子供与性を有する有機半導体としてレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を使用したこと、およびＳｉＯ２ゲート絶縁層３の膜厚が約３５ｎｍでありその静電容量が１００ｎＦ／ｃｍ２であることを除き、実施例１と同様にしてＴＦＴを作製した。すなわち、この例では、レジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）からなる分子吸着層６を形成させた後、同一物質であるレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を用いて有機半導体層７を形成させた。またチャネル長は２μｍ、チャネル幅は１００μｍである。有機半導体層７の形成は以下のようにして行った。
【０１０１】
分子吸着層６の形成に使用したものと同じく、予め２回再沈殿精製したレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を用いた。レジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）の４重量％クロロホルム溶液を調整し、溶液を０．２μｍ孔径のＰＴＦＥメンブレンフィルターによりろ過した。ろ過後の溶液を用いて、ゲート絶縁層３、分子吸着層６上にレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）膜をスピンコートにより成膜し、有機半導体層７とした。スピンコートは基板を回転数２０００回転／分で３０秒間回転させて行った。この有機半導体層は特にパターニングしなかった。この素子を窒素ガス中、室温で２０分間乾燥させた。
【０１０２】
実施例７
本実施例では、分子吸着層６をＦｅＣｌ３でドーピングしたことを除き、実施例６と同様にしてＴＦＴを作製した。分子吸着層へのドーピングは以下のようにして行った。
【０１０３】
分子吸着層６を吸着させた基板をＦｅＣｌ３の０．００２重量％アセトニトリル溶液に３０秒間浸漬させたのち、アセトニトリルでリンスし、窒素ガスブローによってアセトニトリルを除去し、窒素ガス中で２時間乾燥させた。
【０１０４】
実施例８
本実施例では、分子吸着層６がレジオレギュラ・ポリ（３−オクチルチオフェン）であることを除き、実施例７と同様にしてＴＦＴを作製した。すなわち、この実施例では、レジオレギュラ・ポリ（３−オクチルチオフェン）からなる分子吸着層にＦｅＣｌ３をドーピングした。
【０１０５】
比較例３
比較のため、金電極表面に分子吸着層６を形成せずにレジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）を有機半導体層７としたＴＦＴを作成した。金電極表面に分子吸着層を形成させなかったこと以外は、実施例６と同様にＴＦＴの作成を行った。
【０１０６】
実施例９
ＦＥＴ特性の測定
実施例６〜８および比較例３で作成した薄膜トランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性を、半導体パラメーターアナライザー（ＨＰ社製：ＨＰ４１４５Ｂ）でそれぞれ測定した。測定はＴＦＴを窒素ガス雰囲気中に配置し、ソース電極を接地しドレイン電圧ＶＤを−２０Ｖとした状態で、ゲート電圧ＶＧを２Ｖ〜―２０Ｖと変化させた時のドレイン電流ＩＤを測定した。実施例４と同様にデバイス特性を求めたところ、移動度μ、しきい値電圧ＶＴ、電流オン・オフ比（ＶＧ＝０Ｖ〜−２０Ｖの電流変調）、ＶＧ＝−２０ＶでのＩＤはそれぞれ表３に示される通りになった。
【０１０７】
2004288836.tif 000005
実施例６〜８の素子は比較例３の素子に対して、移動度、およびドレイン電流値がいずれも向上している。
【０１０８】
実施例１０
本実施例では、電子供与性を有する有機半導体としてジベンゾテトラチアフルバレンを使用したこと以外は、実施例４と同様にしてＴＦＴを作製した。有機半導体層７の形成は以下のようにして行った。
【０１０９】
ゲート絶縁層３、ソース電極４及びドレイン電極５上にジベンゾテトラチアフルバレン（レスペケミカル社製）を膜厚１５０ｎｍで蒸着して有機半導体層７を作成した。なおジベンゾテトラチアフルバレンは予めトルエンで再結晶を行い、さらに昇華精製を２回行ったものを使用し、１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）の真空中、基板温度３０℃、蒸着速度０．０５ｎｍ／秒で蒸着した。この有機半導体層は特にパターニングしなかった。
【０１１０】
比較例４
比較のため、金電極表面に分子吸着層６を形成せずにジベンゾテトラチアフルバレンを有機半導体層７としたＴＦＴを作成した。金電極表面に分子吸着層を形成させなかったこと以外は、実施例１０と同様である。
【０１１１】
実施例１１
ＦＥＴ特性の測定
実施例１０および比較例４で作成した薄膜トランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性を、実施例５と同様に測定した。実施例１０および比較例４のＴＦＴについてチャネル移動度μ、しきい値電圧ＶＴ、３Ｖ〜−３０ＶのＶＧ変化に対する電流オン・オフ比を求めた結果は、それぞれ表４のようになった。
【０１１２】
2004288836.tif 000006
実施例１０の素子は比較例４の素子に対して、移動度、およびドレイン電流値がいずれも向上している。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ソース電極またはドレイン電極と有機半導体層との界面における有機半導体結晶粒の大きさが揃い、かつソース電極またはドレイン電極との密着性が高められる結果、チャネル長が短い場合にもしきい値電圧が低くオン電流値が大きく、また素子毎の電気特性のばらつきが小さい有機薄膜トランジスタを作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜トランジスタの一例を示す断面図。
【図２】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す図。
【図３】本発明の薄膜トランジスタの第１の変形例を示す図。
【図４】本発明の薄膜トランジスタの第２の変形例を示す図。
【図５】実施例１の薄膜トランジスタのデバイス特性を示す図。
【図６】実施例１の薄膜トランジスタのデバイス特性を示す図。
【符号の説明】
１  基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁層
４  ソース電極
５  ドレイン電極
６  分子吸着層
７  有機半導体層
【図１】
2004288836.tif 000007
【図２】
2004288836.tif 000008
【図３】
2004288836.tif 000009
【図４】
2004288836.tif 000010
【図５】
2004288836.tif 000011
【図６】
2004288836.tif 000012