(57)【要約】【課題】小型化が可能な有機半導体を含む半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置１は、ゲート電極の上に、ゲート電極側から順に、ゲート酸化膜３、１対のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ、および有機半導体層が形成されてなる。ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、それぞれ、ほぼ同一直線上に沿って延びる帯状部７ｒと、帯状部７ｒの先端に設けられ平面視においてほぼ三角形の突出部７ｐとを備えている。ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐは尖端形状を有しており、ソース／ドレイン電極７Ｂ，７Ａに向かって先細りになっている。ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとの間隔は、１μｍ以下であることが好ましい。【選択図】　　　　図２
2004111870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層と、
この有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極と、
この第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられ、他方の電極との間に集中電界を生じさせる形状の電界集中形状部とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記電界集中形状部は、上記第１電極および第２電極の一方から他方に向かって突出した突出部を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
上記突出部が先端形状を有していることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
上記第１電極および上記第２電極の一方に形成された上記突出部が、上記第１電極および上記第２電極の他方に先端が向けられたナノチューブまたはナノワイヤーを含むことを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置。
【請求項６】
上記第１電極および第２電極にそれぞれ上記突出部が設けられ、これらの突出部同士が対向していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
上記電界集中形状部は、上記第１電極から第２電極に向かって突出した複数の第１突出部と、上記第２電極から第１電極に向かって突出した複数の第２突出部とを含み、上記複数の第１突出部と上記複数の第２突出部とがそれぞれ対向していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
上記第１電極は、上記第２電極に向かって突出した第１突出部と、上記第２電極に対向する第１平坦部とを有し、
上記第２電極は、上記第１平坦部に対向する第２突出部と、上記第１突出部に対向する第２平坦部とを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
上記第１電極と第２電極との間に、複数の電界集中域が離散的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
上記第１電極および第２電極の対が２対設けられ、一方の対の第１および第２電極の対向方向と、他方の対の第１および第２電極の対向方向とが交差していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
上記有機半導体層が、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、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、レジオレギュラーポリ、およびポリ−９，　９’ジアルキルフルオレンコビチオフェンの群から選択される１または２以上の有機半導体材料からなることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
上記第１電極および第２電極が、金、白金、銀、マグネシウム、インジウム、銅、アルミニウム、リチウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化リチウム、フッ化リチウムの群から選択される１または２以上の導電性材料からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体装置
【請求項１３】
有機半導体層を形成する工程と、
この有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極であって、この第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられ、他方の電極との間に集中電界を生じさせる形状の電界集中形状部を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、
上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
上記有機半導体層を形成する工程の後に、この有機半導体層を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体を用いた半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、有機半導体を用いた電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
；　ＦＥＴ）およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機薄膜電界効果トランジスタ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ　；　ＯＦＥＴ）に対する注目が高まっている。有機薄膜電界効果トランジスタは、たとえば、ゲート電極の上に、ゲート電極側から順に、ゲート絶縁膜、１対のソース／ドレイン電極、および有機半導体層が形成されてなる。ゲート電極を適当な電位とし、１対のソース／ドレイン電極間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、２つのソース／ドレイン電極間の有機半導体層にドレイン電流が流れる。
【０００３】
ここで、有機半導体層のキャリア密度は小さいので、１対のソース／ドレイン電極間に流れる電流を大きくするために、有機半導体層の広い領域に渡って電流が流れるようにされている。
図１４は、有機半導体を含む従来の半導体装置（有機薄膜電界効果トランジスタ）７０のソース／ドレイン電極の形状を示す図解的な平面図である。図１４では、有機半導体層は図示を省略している。
【０００４】
ゲート酸化膜７１の上に、互いにわずかな間隔を開けて嵌め合わされるように配置された１対の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３が形成されている。ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３とは、ソース／ドレイン電極７２，７３が対向する部分のほぼ全域において、ほぼ一定の間隔になるように配置されている。
ゲート電極（図示せず）が適当な電位にされると、ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３との領域に対応する有機半導体層に、ドレイン電流が流れる。ドレイン電流は、有機半導体層の広い領域に渡って流れるので、１対のソース／ドレイン電極７２，７３間には、トータルとして大きな電流が流れる。
【０００５】
また、ソース／ドレイン電極７２，７３のような櫛形の電極の代わりに、互いに平行に配置された１対の平行平板電極が用いられることもあった。この場合、１対の平行平板電極の間で、電流が均一に安定して流れるように設計されている。このような平行平板電極を備えた半導体装置は、たとえば、下記非特許文献１に開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
化学　２００１，　ｖｏｌ．５６，　Ｎｏ．１０　ｐ．２１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ソース／ドレイン電極７２，７３を櫛形にすることにより、ソース／ドレイン電極７２，７３の形成領域が大きくなる。このため、デバイスの小型化が困難であった。
また、１対の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３の間隔を狭くすると、導通時のドレイン電流の大きさが、ドレイン電圧に大きく依存して、一定せず、ＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれないという問題も生ずる。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、小型化が可能な有機半導体を含む半導体装置を提供することである。
この発明の他の目的は、ソース／ドレイン電極の間隔を狭くしてもＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれる有機半導体を含む半導体装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、小型化が可能な有機半導体を含む半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は、ソース／ドレイン電極の間隔を狭くしてもＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれる有機半導体を含む半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、有機半導体層（８，４４，５１）と、この有機半導体層に接触して設けられ、互いに対向する第１電極および第２電極（７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，１１Ｓ，１１Ｄ，２３Ｓ，２３Ｄ，３８Ｓ，３８Ｄ）と、この第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられ、他方の電極との間に集中電界を生じさせる形状の電界集中形状部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６，５２ｐ）とを備えたことを特徴とする半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０）である。
【００１１】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
たとえば、第１電極と第２電極との対向部において、電界集中形状部は、他方の電極との間隔が他の部分と比べて短くなるような形状とすることができる。
この発明によれば、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されると、第１電極および第２電極の少なくとも一方に設けられた電界集中形状部の付近に、集中電界が生じる。すなわち、電界集中形状部の近傍には、それ以外の領域よりも強い電界が生じる。このように、電界を積極的に集中させることにより、電界集中形状部を介してキャリアが集中的に注入されるので、第１電極および第２電極の間の電圧が低いときでも、有機半導体層中を大きな電流が流れる。
【００１２】
これにより、従来の有機薄膜電界効果トランジスタの櫛形のソース／ドレイン電極と比較して、第１電極および第２電極の形成領域を小さくできる。したがって、このような電界集中形状部が設けられた第１電極および第２電極を備えた半導体装置は小型化が可能である。
この半導体装置は、各種のダイオード、トランジスタ、有機ＥＬ素子であってもよい。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極（２，４２，５３）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０）である。
この発明によれば、ゲート電極を適当な電位とし、第１電極と第２電極との間に適当な電圧を印加することにより、有機半導体層を介して第１電極と第２電極との間に電流を流すことができる。すなわち、この半導体装置は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００１４】
ゲート電極と有機半導体層とは、たとえば、絶縁膜を挟んで対向するものであってもよい。
第１電極および第２電極の一方はソース電極であってもよく、第１電極および第２電極の他方はドレイン電極であってもよい。第１電極および第２電極は、ボトムコンタクト型およびトップコンタクト型のどちらでもよい。
実験の結果、このような半導体装置は、電界集中形状部と他方の電極との間隔を狭くしても、ＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとれることが明らかとなった。
【００１５】
電界集中形状部は、たとえば、請求項３記載のように、上記第１電極および上記第２電極の一方から他方に向かって突出した突出部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６，５２ｐ）を含むものであってもよい。
突出部が存在する部分で、第１電極と第２電極との間隔が他の部分と比べて狭くなるようにすることができる。これにより、突出部の先端近傍に電界を集中させることができる。
【００１６】
また、上記第１電極および上記第２電極の一方に形成された上記突出部と、上記第１電極および上記第２電極の他方との間隔が、１μｍ以下であることが好ましい。これにより、突出部の先端近傍に電界を集中させることができるとともに、第１および第２電極の形成領域を小さくして、半導体装置の小型化を図ることができる。
突出部は、たとえば、請求項４記載のように、先端形状を有するものであってもよい。とくに、突出部は、その先端（他方の電極側）に向かって徐々に幅が狭くなる先細り形状（たとえば、尖端形状）とされることが好ましい。この場合、突出部の先端の曲率半径が可能な限り小さくされていることが好ましく、これにより、突出部の先端近傍に、より効果的に積極的に電界を集中させることができる。
【００１７】
また、突出部の形状は、ほぼ一定の幅を有するものであってもよい。
請求項５記載の発明は、上記第１電極および上記第２電極の一方に形成された上記突出部が、上記第１電極および上記第２電極の他方に先端が向けられたナノチューブ（３６）またはナノワイヤーを含むことを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置（３５Ａ〜３５Ｄ）である。
ナノチューブとは、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーの極細管状体であり、他方の電極に向けられたナノチューブの先端に、効果的に電界が集中する。
【００１８】
第１電極および第２電極には、１本のナノチューブのみが設けられていてもよく、複数本のナノチューブが設けられていてもよい。また、ナノチューブは、第１電極および第２電極のうちの一方にのみ設けられていてもよく、双方に設けられていてもよい。
ナノチューブの例として、カーボンナノチューブおよびチタニアナノチューブを挙げることができる。すなわち、第１電極および第２電極の一方または両方には、カーボンナノチューブが設けられていてもよく、カーボンナノチューブの代わりに、または、カーボンナノチューブとともに、チタニアナノチューブが設けられていてもよい。
【００１９】
ナノチューブは、たとえば、電気泳動法により第１電極および第２電極に接続させることができる。
ナノワイヤーとは、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーの極細線状体であり、ナノチューブと同様、他方の電極に向けられたナノワイヤーの先端に、効果的に電界が集中する。ナノワイヤーは、たとえば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）など、電極材料として用いられる導電性材料からなるものとすることができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、上記第１電極および第２電極にそれぞれ上記突出部（７ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６，５２ｐ）が設けられ、これらの突出部同士が対向していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体装置（１，１５，２０Ａ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｃ，５０）である。
この発明によれば、第１電極に設けられた突出部および第２電極に設けられた突出部の間に電界を集中させることができる。したがって、電流を有機半導体層の狭い領域に集中させて流すことができるので、第１電極および第２電極の形成領域を小さくして半導体装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、上記電界集中形状部は、上記第１電極から第２電極に向かって突出した複数の第１突出部（２１ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６）と、上記第２電極から第１電極に向かって突出した複数の第２突出部（２１ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６）とを含み、上記複数の第１突出部と上記複数の第２突出部とがそれぞれ対向していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置（２０Ａ，２７，２９，３１，３５Ｃ）である。
【００２２】
この発明によれば、第１電極に設けられた複数の第１突出部と第２電極に設けられた複数の第２突出部との間で大きな電流を流すことができる。したがって、第１電極と第２電極との間に流れる電流をトータルとして大きくすることができる。
請求項８記載の発明は、上記第１電極（２５Ａ）は、上記第２電極（２５Ｂ）に向かって突出した第１突出部（２５ｐ）と、上記第２電極に対向する第１平坦部（２５ｆ）とを有し、上記第２電極は、上記第１平坦部に対向する第２突出部（２５ｐ）と、上記第１突出部に対向する第２平坦部（２５ｆ）とを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置（２０Ｃ）である。
【００２３】
第１電極および第２電極のうち、キャリアが注入される側の電極に突出部が設けられていると、効率的に電流を大きくすることができる。キャリアが注入される側の電極は、第１電極および第２電極の間の電位の大小関係、および有機半導体層中の主たるキャリアの種類により決定される。
この発明によれば、電流は、第１突出部と第２平坦部との間、および第２突出部と第１平坦部との間で流すことが可能である。したがって、第１電極および第２電極のうち、キャリアが注入される側の電極が反転された場合でも、第１突出部および第２突出部のいずれか一方で、キャリアが注入されるので、効率的に電流を大きくすることができる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、上記第１電極と第２電極との間に、複数の電界集中域が離散的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置（２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ）である。すなわち、隣り合う電界集中域の間の領域よりも、電界集中域の方が電界が強い状態となっている。
この発明によれば、離散的に配置された複数の電界集中領域に電流を流すことができる。したがって、第１電極と第２電極との間に流れる電流をトータルとして大きくすることができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、上記第１電極（１６Ａ，１７Ａ）および第２電極（１６Ｂ，１７Ｂ）の対が２対設けられ、一方の対の第１および第２電極の対向方向と、他方の対の第１および第２電極の対向方向とが交差していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置（１５）である。
この発明によれば、たとえば、半導体装置を適当な磁場中において、１対の第１電極および第２電極の間に電圧を印加するとともに、ゲート電極を適当な電位として当該１対の電極間に電流を流す一方で、他の対の第１電極および第２電極間の電位差を測定することにより、上記１対の第１電極および第２電極間に流れる電流値を、ホール効果測定によって測定できる。これにより、有機半導体層のキャリア移動度を測定できる。
【００２６】
有機半導体層を構成する有機半導体材料は特に限定されず、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、たとえば、請求項１１記載のように、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、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、レジオレギュラーポリ、およびポリ−９，　９’ジアルキルフルオレンコビチオフェンの群から選ばれる１または２以上の有機半導体材料からなるものとすることができる。
【００２７】
有機半導体材料は、オリゴマーとすることが好ましい。オリゴマーは、精製が容易で、分子量が揃ったものを容易に得られるので、有機半導体層を均一なものとすることができる。
第１電極および第２電極は、請求項１２記載のように、金、白金、銀、マグネシウム、インジウム、銅、アルミニウム、リチウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化リチウム、フッ化リチウムの群から選択される１または２以上の導電性材料からなるものとすることができる。
【００２８】
第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうち１種類のみからなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうち複数種類のものからなるものであってもよく、たとえば、マグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）との合金、マグネシウムとインジウム（Ｉｎ）との合金、マグネシウムと銅（Ｃｕ）との合金、アルミニウム（Ａｌ）とリチウム（Ｌｉ）との合金、アルミニウムとフッ化リチウム（ＬｉＦ）との複合材料、アルミニウムと酸化リチウム（ＬｉＯ２）との複合材料、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化錫（ＳｎＯ２）との固溶体（いわゆるＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛（ＺｎＯ）との固溶体などであってもよい。
【００２９】
第１電極および第２電極の一方と他方とは、同じ種類の導電性材料からなるものであってもよく、異なる種類の導電性材料からなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極の一方または他方は、全体が同じ種類の導電性材料からなるものであってもよく、異なる種類の導電性材料からなる部分を含むものであってもよい。たとえば、第１電極および第２電極のうち、絶縁膜に接する部分をチタン（Ｔｉ）からなるものとし、他の部分を白金（Ｐｔ）からなるものとしてもよい。さらに、第１電極および第２電極のうち、電界集中形状部とそれ以外の部分とが異なる材料で構成されていてもよい。
【００３０】
請求項１３記載の発明は、有機半導体層（８，４４，５１）を形成する工程と、この有機半導体層に接触し互いに対向する第１電極および第２電極（７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，１１Ｓ，１１Ｄ，２３Ｓ，２３Ｄ，３８Ｓ，３８Ｄ）であって、この第１電極および第２電極の少なくともいずれか一方に設けられ、他方の電極との間に集中電界を生じさせる形状の電界集中形状部（７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，３６，５２ｐ）を有する第１電極および第２電極を形成する工程と、上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に隣接する絶縁膜（３，４３，５５）を形成する工程と、この絶縁膜を挟んで上記第１電極および第２電極の間の上記有機半導体層に対向するゲート電極（２，４２，５３）を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置（１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０）の製造方法である。
【００３１】
この発明により、請求項２記載の半導体装置を得ることができる。
電界集中形状部を備えた第１電極および第２電極を形成する工程は、たとえば、絶縁膜上に全面に第１電極および第２電極を構成する材料からなる電極膜を、たとえば、スパッタ法により形成する工程と、この電極膜を所定の領域を残して除去する工程とを含んでいてもよい。電極膜を所定の領域を残して除去する工程は、たとえば、電子線（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　；　ＥＢ）で電極膜を露光した後、イオンミリングを行うことによってもよい。
【００３２】
請求項１４記載の発明は、上記有機半導体層を形成する工程の後に、この有機半導体層を熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法である。
この発明によれば、熱処理により、有機半導体層に含まれる有機分子のうち不要なもの（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が小さいもの）を蒸発させ、また、有機半導体の分子を特定の方向に配列（配向）させることができる。
【００３３】
有機半導体層は、鎖状オリゴマー（たとえば、チオフェン系オリゴマー）からなることが好ましく、この場合、熱処理により分子を容易に配列させることができる。熱処理温度は、たとえば、有機半導体層を構成する材料の融点（ガラス転移温度）に対して５℃ないし１０℃低い温度で行うものとすることができる。このような温度では、鎖状のオリゴマーは、分子運動が活発になり、短時間で配列する。
【００３４】
以上の効果により、有機半導体層の移動度を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置１は、有機薄膜電界効果トランジスタ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ　；　ＯＦＥＴ）であり、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極２の上に、ゲート電極２側から順に、酸化シリコンからなるゲート酸化膜３、１対のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ、および有機半導体層８が形成されてなる。
【００３６】
ゲート酸化膜３は、ゲート電極２の上に全面に形成されており、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、間隙を挟んで対向配置されている。有機半導体層８は、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間隙を埋めるように、ゲート酸化膜３およびソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの上に形成されている。換言すれば、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとは、有機半導体層８を挟んで対向配置されている。
【００３７】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）の群から選択される１または２以上の導電性材料からなるものとすることができる。
【００３８】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、これらの導電性材料のうちの１種類のみからなるものであってもよい。また、第１電極および第２電極は、これらの導電性材料のうちの複数種類のものからなるものであってもよく、たとえば、マグネシウムと銀との合金、マグネシウムとインジウムとの合金、マグネシウムと銅との合金、アルミニウムとリチウムとの合金、アルミニウムとフッ化リチウムとの複合材料、アルミニウムと酸化リチウムとの複合材料、酸化インジウムと酸化錫との固溶体（いわゆるＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛との固溶体などであってもよい。
【００３９】
この実施形態では、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、ゲート酸化膜３に隣接して形成されたチタン層５とチタン層５の上に形成された白金層６とを含んでいる。チタン層５により、ゲート酸化膜３とソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂとの密着性が向上されている。
有機半導体層８を構成する有機半導体材料は特に限定されず、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、たとえば、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、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共役系高分子を単独で、またはこれらの２種以上のものを組み合わせて用いることができる。
【００４０】
この半導体装置１は、ゲート電極２とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極２を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層８を介してソース／ドレイン電極７Ａとソース／ドレイン電極７Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置１は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００４１】
図２は、図１の半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの形状および配置を示す図解的な斜視図である。図２では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、それぞれ、ほぼ同一直線上に沿って延びる帯状部７ｒと、帯状部７ｒの先端に設けられ平面視においてほぼ三角形の突出部７ｐとを備えている。ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐは尖端形状を有しており、ソース／ドレイン電極７Ｂに向かって先細りになっている。同様に、ソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐは尖端形状を有しており、ソース／ドレイン電極７Ａに向かって先細りになっている。すなわち、ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとが対向している。
【００４２】
この実施形態では、突出部７ｐの先端は稜線を形成しているが、突出部７ｐを厚さ方向についても先細り状とし、その先端が実質的に点を形成するようにしてもよい。
ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとの間隔は、１μｍ以下であることが好ましい。
このようなソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの形状により、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ間に電圧が印加されると、突出部７ｐの先端７ｅ付近に電界が集中する。このように、電界を先端７ｅ付近に積極的に集中させることにより、先端７ｅ近傍で集中的にキャリアの注入が起こるので、突出部７ｐの先端７ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
【００４３】
このように大きなドレイン電流が限られた領域を流れることにより、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂは、従来の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３（図１４参照）と比較して、小さな面積に形成できる。したがって、半導体装置１は小型化が可能である。
また、ソース／ドレイン電極７Ａの突出部７ｐとソース／ドレイン電極７Ｂの突出部７ｐとの間隔を狭く（たとえば、１μｍ以下）としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比が得られる。
【００４４】
この半導体装置１は、たとえば、以下のような方法により製造することができる。先ず、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極２の表層部を熱酸化させて、ゲート酸化膜３を得る。
続いて、ゲート酸化膜３の上に全面に、スパッタ法によりチタンからなる膜を形成し、その上にスパッタ法によりさらに白金からなる膜を形成する。そして、これらのチタンからなる膜および白金からなる膜を、電子ビーム露光を行った後イオンミリングにより整形する。これにより、ソース／ドレイン電極７が得られる。
【００４５】
次に、以上の工程により露出したゲート酸化膜３およびソース／ドレイン電極７の上に、有機半導体層８を形成する。有機半導体層８の形成は、低分子有機半導体の場合には、たとえば、真空蒸着法、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によるものとすることができる。高分子有機半導体の場合は、たとえば、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によるものとすることができる。
【００４６】
また、目的とする低分子有機半導体の前駆体または目的とする高分子有機半導体の前駆体を用いて、上述の方法のうち適当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８を得てもよい。以上の工程により、図１に示す半導体装置１が得られる。
その後、必要によりこの半導体装置１を適当な温度で熱処理する。これにより、有機半導体層８に含まれる有機分子のうち不要なもの（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が低いもの）を飛ばすことができ、また、有機半導体層８を構成する分子を特定の方向に配列させることができる。
【００４７】
有機半導体層８が、鎖状オリゴマー（たとえば、チオフェン系オリゴマー）からなる場合、熱処理により分子を容易に配列させることができる。熱処理温度は、たとえば、有機半導体層８を構成する材料の融点（ガラス転移温度）に対して５℃ないし１０℃低い温度で行うものとすることができる。このような温度では、鎖状のオリゴマーの分子運動が活発になり、短時間で配列する。
以上の効果により、有機半導体層８の移動度を向上させることができる。
【００４８】
図３は、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに用いることができるソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄの形状および配置を示す図解的な平面図である。
ソース電極１１Ｓは、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１１ｒと、帯状部１１ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１１ｐとを備えている。ドレイン電極１１Ｄは、帯状部１１ｒとほぼ同一直線上に沿って延びる帯状の形状を有している。ドレイン電極１１Ｄのソース電極１１Ｓ側の端部は、帯状部１１ｒが延びる方向にほぼ直交する平坦部１１ｆとなっている。
【００４９】
ソース電極１１Ｓとドレイン電極１１Ｄとの間にドレイン電圧を印加した場合、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅの付近に電界が集中する。
有機半導体層８における主たるキャリアが電子である場合、ソース電極１１Ｓを接地し、ドレイン電極１１Ｄをソース電極１１Ｓに対して高電位にすることにより、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅを介してキャリアの注入が起こり、大きなドレイン電流を流すことができる。また、有機半導体層８における主たるキャリアがホールである場合、ドレイン電極１１Ｄを接地し、ソース電極１１Ｓをドレイン電極１１Ｄに対して高電位にすることにより、ソース電極１１Ｓの先端１１ｅを介してキャリアの注入が起こり、大きなドレイン電流を流すことができる。
【００５０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置１５は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂおよび他の１対の電極１７Ａ，１７Ｂを備えている。図４では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１６ｒと、帯状部１６ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１６ｐとを備えている。ソース／ドレイン電極１６Ａの帯状部１６ｒとソース／ドレイン電極１６Ｂの帯状部１６ｒとは、ほぼ同一直線上に沿って配置されている。ソース／ドレイン電極１６Ａの突出部１６ｐとソース／ドレイン電極１６Ｂの突出部１６ｐとは、対向している。
【００５１】
同様に、電極１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの帯状部７ｒと同様の帯状部１７ｒと、帯状部１７ｒの先端に設けられソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐと同様の突出部１７ｐとを備えている。電極１７Ａの帯状部１７ｒと電極１７Ｂの帯状部１７ｒとは、ほぼ同一直線上に沿って配置されている。電極１７Ａの突出部１７ｐと電極１７Ｂの突出部１７ｐとは、対向している。
【００５２】
ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの対向方向と、電極１７Ａ，１７Ｂの対向方向とは、ほぼ直角に交差している。また、ソース／ドレイン電極１６Ａとソース／ドレイン電極１６Ｂとの間隙、および電極１７Ａと電極１７Ｂとの間隙は、重なっている。すなわち、１対のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂと１対の電極１７Ａ，１７Ｂとは、有機半導体層８の共有部分を挟んで対向している。
帯状部１６ｒ，１７ｒの突出部１６ｐ，１７ｐ側とは反対側の端部には、電極パッド１８がそれぞれ接続されている。
【００５３】
この半導体装置１５は、帯状部１６ｒに接続された電極パッド１８を介して、ソース／ドレイン電極１６Ａの突出部１６ｐとソース／ドレイン電極１６Ｂの突出部１６ｐとの間にドレイン電圧を印加できる。この際、突出部１６ｐの先端１６ｅ近傍に電界が集中する。このため、突出部１６ｐの先端１６ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
さらに、ドレイン電流を流す際に、この半導体装置１５に対して、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの対向方向と、電極１７Ａ，１７Ｂの対向方向とに直交する方向（図４の紙面に垂直方向）に磁場をかけ、その状態で、帯状部１７ｒに接続された電極パッド１８を介して、電極１７Ａ，１７Ｂ間の電位差を測定する。これにより、有機半導体層のキャリア移動度を、ホール効果測定によって測定できる。
【００５４】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。これらの半導体装置２０Ａ〜２０Ｃは、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂ（図５（ａ））、１対のソース２３Ｓおよびドレイン電極２３Ｄ（図５（ｂ））、または１対のソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂ（図５（ｃ））を備えている。図５では、有機半導体層８の図示を省略している。
【００５５】
図５（ａ）を参照して、半導体装置２０Ａのソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２１ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２１Ａの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ｂ側に向かって複数の突出部２１ｐが突出している。ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ｂ側に向かって先細りになっている。
【００５６】
同様に、ソース／ドレイン電極２１Ｂの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって、ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐと同数の突出部２１ｐが突出している。ソース／ドレイン電極２１Ｂ突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって先細りになっている。
ソース／ドレイン電極２１Ａの突出部２１ｐとソース／ドレイン電極２１Ｂの突出部２１ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極２１Ａとソース／ドレイン電極２１Ｂとの間隔は、突出部２１ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。これにより、ソース／ドレイン電極２１Ａとソース／ドレイン電極２１Ｂとの間に電圧が印加された場合、それぞれの突出部２１ｐの先端２１ｅ付近に電界が集中する。したがって、これらの先端２１ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。複数の組の先端２１ｅが存在することにより、ドレイン電流をトータルとして大きくすることができる。
【００５７】
通電時には、ソース／ドレイン電極２１Ａ，２１Ｂ間には、複数の電界集中域がほぼ一定の間隔をあけて離散的に存在している。
図５（ｂ）を参照して、半導体装置２０Ｂのソース電極２３Ｓは、ソース／ドレイン電極２１Ａと同様の形状を有しており、帯状部２１ｒと同様の帯状部２３ｒ、および突出部２１ｐと同様の複数の突出部２３ｐとを備えている。ドレイン電極２３Ｄは、帯状の形状を有しており、帯状部２１ｒにほぼ平行に対向配置されている。ドレイン電極２３Ｄのソース電極２３Ｓ側の側部は、帯状部２３ｒが延びる方向とほぼ平行な平坦部２３ｆとなっている。
【００５８】
ソース電極２３Ｓはソース電極１１Ｓと同様の効果を奏することができ、ドレイン電極２３Ｄはドレイン電極１１Ｄと同様の効果を奏することができる（図３参照）。したがって、この半導体装置２０Ｂは、図３に示すソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と同様の効果を奏することができる。この際、複数の突出部２３ｐの先端２３ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができるので、ソース電極２３Ｓとドレイン電極２３Ｄに流すドレイン電流を、ソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と比べてトータルとして大きくすることができ、対向している先端２３ｅの間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００５９】
通電時には、ソース電極２３Ｓとドレイン電極２３Ｓとの間には、複数の電界集中域がほぼ一定の間隔をあけて離散的に存在している。
図５（ｃ）を参照して、半導体装置２０Ｃのソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２５ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２５Ａの帯状部２５ｒからは、ソース／ドレイン電極２５Ｂ側に向かって１つの突出部２５ｐが突出している。突出部２５ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２５Ｂ側に向かって先細りになっている。
【００６０】
同様に、ソース／ドレイン電極２１Ｂの帯状部２１ｒからは、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって、１つの突出部２１ｐが突出している。突出部２１ｐは、平面視において、ほぼ三角形の形状を有しており、ソース／ドレイン電極２１Ａ側に向かって先細りになっている。
帯状部２５ｒの互いに対向する部分は、突出部２５Ａが設けられた部分以外は平坦部２５ｆとなっている。ソース／ドレイン電極２５Ａの突出部２５ｐとソース／ドレイン電極２５Ｂの平坦部２５ｆとが対向しており、ソース／ドレイン電極２５Ｂの突出部２５ｐとソース／ドレイン電極２５Ａの平坦部２５ｆとが対向している。
【００６１】
この半導体装置２０Ｃは、有機半導体層８中の主たるキャリアの種類や、ソース／ドレイン電極２５Ａ，２５Ｂ間に印加される電圧の向きにより、ソース／ドレイン電極２５Ａの突出部２５ｐの先端２５ｅ、またはソース／ドレイン電極２５Ｂの突出部２５ｐの先端２５ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置２７は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂを備えている。図６では、有機半導体層８の図示を省略している。
【００６２】
ソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部２８ｒを備えている。ソース／ドレイン電極２８Ａ，２８Ｂの帯状部２８ｒからは、ソース／ドレイン電極２８Ｂ，２８Ａ側に向かって複数の突出部２８ｐが突出している。突出部２８ｐは、ソース／ドレイン電極２８Ｂ，２８Ａ側に向かって先細りになっているが、突出部２８ｐの先端２８ｅは丸みを帯びた凸湾曲面を形成している。
【００６３】
ソース／ドレイン電極２８Ａの突出部２８ｐとソース／ドレイン電極２８Ｂの突出部２８ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極２８Ａとソース／ドレイン電極２８Ｂとの間隔は、突出部２８ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。したがって、先端２８ｅが丸みを帯びた突出部２８ｐが形成されている場合であっても、それぞれの突出部２８ｐの先端２８ｅの付近に電界を集中させ、先端２８ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができる。
【００６４】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置２９は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂを備えている。図７では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部３０ｒを備えている。ソース／ドレイン電極３０Ａ，３０Ｂの帯状部３０ｒからは、ソース／ドレイン電極３０Ｂ，３０Ａ側に向かって複数の突出部３０ｐが突出している。突出部３０ｐは、ほぼ一定の幅の先端形状を有しており、ソース／ドレイン電極３０Ｂ，３０Ａ側に向かって先細りにはなっていない。
【００６５】
ソース／ドレイン電極３０Ａの突出部３０ｐとソース／ドレイン電極３０Ｂの突出部３０ｐとは、それぞれ対向している。これにより、ソース／ドレイン電極３０Ａとソース／ドレイン電極３０Ｂとの間隔は、突出部３０ｐが存在する複数の部分によって、他の部分よりも狭くなっている。したがって、先細りになっていない突出部３０ｐが形成されている場合であっても、それぞれの突出部３０ｐの先端３０ｅ付近に電界を集中させ、先端３０ｅを介して大きなドレイン電流を流すことができ、対向している先端３０ｅ間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００６６】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置３１は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に１対のソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂを備えている。図８では、有機半導体層８の図示を省略している。
ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂは、櫛形の形状を有している。ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂの対向部において、ソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂの周縁部には、微小な突出部３２ｐが多数突出形成されている。突出部３２ｐは先細り形状を有しており、ソース／ドレイン電極３２Ａの突出部３２ｐとソース／ドレイン電極３２Ｂの突出部３２ｐとは対向している。
【００６７】
このような構成により、ソース／ドレイン電極３２Ａとソース／ドレイン電極３２Ｂとの間隔は、突出部３２ｐが存在する複数の部分で狭くなっている。したがって、突出部３２ｐの先端付近に電界を集中させることができ、従来の櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３（図１４参照）を用いた場合と比べて、大きなドレイン電流を流すことができ、対向している突出部３２ｐ間のギャップを１μｍ以下としても、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００６８】
図９（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置（有機薄膜電界効果トランジスタ）の図解的な平面図であり、図９（ｂ）は、その変形例に係る半導体装置の図解的な断面図であり、図９（ｃ）（ｄ）は、さらに他の変形例に係る半導体装置の図解的な平面図である。図９（ａ）（ｃ）（ｄ）では、有機半導体層８の図示を省略している。
図９（ａ）を参照して、この半導体装置３５Ａは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの突出部７ｐの先端７ｅにカーボンナノチューブ３６が接続されてなる。ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６は、ソース／ドレイン電極７Ｂ，７Ａに向けられている。
【００６９】
カーボンナノチューブ３６は、直径がナノメートル（ｎｍ）のオーダーであるので、カーボンナノチューブ３６の先端付近に、効果的に電界を集中させることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
カーボンナノチューブ３６は、図９（ａ）に二点鎖線で示すように、突出部７ｐにおいて、先端７ｅ以外の部分に結合されていてもよい。さらに、カーボンナノチューブ３６は、図９（ｂ）に示す半導体装置３５Ｂのように、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの有機半導体層８に接触する全面に結合されていてもよい。
【００７０】
図９（ｃ）を参照して、この半導体装置３５Ｃは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に、１対のソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂを備えている。ソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂは、それぞれ互いにほぼ平行に対向配置された帯状部３７ｒを備えている。ソース／ドレイン電極３７Ａ，３７Ｂの帯状部３７ｒからは、ソース／ドレイン電極３７Ｂ，３７Ａ側に向かって複数のカーボンナノチューブ３６が突出している。この場合も、カーボンナノチューブ３６の先端に電界を集中させることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００７１】
ソース／ドレイン電極３７Ａに接続されたカーボンナノチューブ３６と、ソース／ドレイン電極３７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６とは、厳密に位置を合わせて対向していなくてもよい。この場合、ソース／ドレイン電極３７Ａに接続されたカーボンナノチューブ３６の先端と、ソース／ドレイン電極３７Ｂに接続されたカーボンナノチューブ３６の先端との組み合わせうち、距離が短いものの組み合わせで、より大きなドレイン電流が流れる。
【００７２】
図９（ｄ）を参照して、この半導体装置３５Ｄは、図１に示す半導体装置１のソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂの代わりに、ゲート酸化膜３上に、１対のソース電極３８Ｓおよびドレイン電極３８Ｄを備えている。
ソース電極３８Ｓは、ソース／ドレイン電極３７Ａ（図９（ｃ）参照）と同様の形状を有しており、帯状部３７ｒと同様の帯状部３８ｒ、および帯状部３８ｒに接続された複数のカーボンナノチューブ３６を含んでいる。ドレイン電極３８Ｄは、帯状の形状を有しており、帯状部３８ｒにほぼ平行に対向配置されている。ドレイン電極３８Ｄのソース電極３８Ｓ側の側部は、帯状部３８ｒが延びる方向とほぼ平行な平坦部３８ｆとなっている。カーボンナノチューブ３６は、ドレイン電極３８Ｄに向かって突出している。
【００７３】
ソース電極３８Ｓはソース電極１１Ｓと同様の効果を奏することができ、ドレイン電極３８Ｄはドレイン電極１１Ｄと同様の効果を奏することができる（図３参照）。したがって、この半導体装置３５Ｄは、図３に示すソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と同様の効果を奏することができる。この際、複数のカーボンナノチューブ３６の先端を介して大きなドレイン電流を流すことができるので、ソース電極１１Ｓおよびドレイン電極１１Ｄが備えられた半導体装置と比べて、ドレイン電流をトータルとして大きくすることができ、大きなＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
【００７４】
ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，３７Ａ，３７Ｂおよびソース電極３８Ｓには、カーボンナノチューブ３６の代わりに、または、カーボンナノチューブ３６とともに、チタニアナノチューブが設けられていてもよい。
さらに、カーボンナノチューブ３６やチタニアナノチューブなどのナノチューブの代わりに、または、ナノチューブとともに、ナノワイヤーが設けられていてもよい。ナノワイヤーは、たとえば、金、白金、銀などの電極材料に用いられる導電性材料からなるものとすることができる。
【００７５】
カーボンナノチューブ３６は、たとえば、電気泳動法によりソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，３７Ａ，３７Ｂおよびソース電極３８Ｓに接続させることができる。
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置４０は、有機薄膜電界効果トランジスタであり、不純物のドープにより導電化されたシリコンからなるゲート電極４２の上に、ゲート電極４２側から順に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜４３、有機半導体層４４、および１対のソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂが形成されてなる。
【００７６】
ゲート絶縁膜４３は、ゲート電極４２の上に全面に形成されており、有機半導体層４４は、ゲート絶縁膜４３の上に全面に形成されている。ソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとは、間隙を挟んで対向配置されている。
ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂは、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂと同様の導電性材料からなる。有機半導体層４４は、有機半導体層８と同様の有機半導体材料からなるものとすることができる。
【００７７】
この半導体装置４０は、ゲート電極４２とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極４２を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層４４を介してソース／ドレイン電極４５Ａとソース／ドレイン電極４５Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置４０は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００７８】
ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの平面形状は、ソース／ドレイン電極７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの平面形状と同様であってもよく、これらにカーボンナノチューブ３６が接続されたものであってもよい。また、ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの代わりに、ソース電極１１Ｓ，２３Ｓ，３８Ｓおよびドレイン電極１１Ｄ，２３Ｄ，３８Ｄと同様の平面形状を有するソース電極およびドレイン電極が設けられていてもよい。いずれの場合でも、電界集中により大きなドレイン電流を流すことができ、良好なＯＮ／ＯＦＦ比が得られる。
【００７９】
さらに、ソース／ドレイン電極４５Ａ，４５Ｂの代わりに、図４に示す電極１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂと同様な直交配置で２対の電極が設けられていてもよい。このような半導体装置は、図４に示す半導体装置１５と同様の効果を奏することができる。
図１１は、本発明の第９の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。この半導体装置５０は、有機半導体層５１の上に、対向配置された１対のソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂ、およびソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの対向部の側方に配置されたゲート電極５３を含んでいる。
【００８０】
ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ、ほぼ同一直線上に沿って延びる帯状部５２ｒと、帯状部５２ｒの先端に設けられ平面視においてほぼ三角形の突出部５２ｐとをそれぞれ備えている。ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの突出部５２ｐは先端形状を有しており、ソース／ドレイン電極５２Ｂ，５２Ａに向かって先細りになっている。すなわち、ソース／ドレイン電極５２Ａの突出部５２ｐとソース／ドレイン電極５２Ｂの突出部５２ｐとが対向している。帯状部５２ｒの突出部５２ｐ側とは反対側には、電極パッド５４が接続されている。
【００８１】
ゲート電極５３はソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂの配列方向にほぼ平行に延びている。ゲート電極５３の上にはゲート絶縁膜５５が形成されている。ゲート絶縁膜５５は、平面視においてゲート電極５３と完全に重なるように形成されている。したがって、ゲート電極５３は、ゲート絶縁膜５５を挟んで、ソース／ドレイン電極５２Ａ，５２Ｂ間の有機半導体層５１に対向している。
この半導体装置５０は、ゲート電極５３とグランドとの間に適当な電圧（ゲート電圧）を印加することにより、ゲート電極５３を適当な電位とし、ソース／ドレイン電極５２Ａとソース／ドレイン電極５２Ｂとの間に適当な電圧（ドレイン電圧）を印加することにより、有機半導体層５１を介してソース／ドレイン電極５２Ａとソース／ドレイン電極５２Ｂとの間に電流（ドレイン電流）を流すことができる。すなわち、この半導体装置５０は、電界効果トランジスタとして機能する。
【００８２】
この際、突出部５２ｐの先端５２ｅ近傍に電界が集中するので、先端５２ｅ近傍を介して大きなドレイン電流を流すことができ、かつ、良好なＯＮ／ＯＦＦ比を確保できる。
本発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、１つのソース／ドレイン電極またはソース電極は、図２に示す先端形状を有する突出部７ｐ、図６に示す先端形状を有しない先細り形状の突出部２８ｐ、および幅がほぼ一定で先細り形状を有しない突出部３０ｐのうち２種類以上の突出部７ｐ，２８ｐ，３０ｐが設けられていてもよい。
【００８３】
また、図８に示すソース／ドレイン電極３２Ａ，３２Ｂにおいて、突出部３２ｐの代わりにカーボンナノチューブおよび／またはチタニアナノチューブにより突出部が形成されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００８４】
【実施例】
図４に示す先端形状のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂを有する半導体装置１５、および図１４に示す櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を有する半導体装置７０を作製し、それぞれの電流−電圧特性を測定した。
半導体装置１５、７０の製造方法は、以下の通りである。ゲート電極２は、ハイドープドシリコン（Ｓｉ）とし、ゲート電極２の表面からおよそ１００ｎｍの深さまでを熱酸化させることにより酸化シリコンからなるゲート酸化膜３，７１を形成した。このゲート酸化膜３，７１の上に、全面にチタン薄膜をスパッタ法により形成し、このチタン薄膜の上にさらに白金薄膜を全面に形成した。
【００８５】
続いて、電子ビーム露光およびイオンミリングにより、チタン薄膜および白金薄膜を整形した。これにより、半導体装置１５については図４に示す先端形状のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂおよび電極１７Ａ，１７Ｂを形成し、半導体装置７０については図１４に示す櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を形成した。半導体薄装置１５に関しては、対向する突出部１６ｐ間の間隔および対向する突出部１７ｐ間の間隔は、およそ１μｍとした。半導体装置７０に関しては、ソース／ドレイン電極７２とソース／ドレイン電極７３との対向部における間隔は、２５μｍおよび１μｍの２通りとした。
【００８６】
次に、ゲート酸化膜３，７１のソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂ，７２，７３が形成された側の面に、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂ，７２，７３を覆うように全面にフェニル終端チオフェン３量体（Ｐ３Ｔ）からなる有機半導体層８を真空蒸着により形成した。真空蒸着は、真空度１０−４Ｐａ、蒸着速度０．５ｎｍ／ｍｉｎ、基板温度８０℃の条件で行った。これにより、フェニル終端チオフェン３量体分子の分子軸がゲート酸化膜３，７１にほぼ垂直に配列し層状成長してなる有機半導体層８が得られた。
【００８７】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、各ゲート電圧ごとのドレイン電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。図１２（ａ）は、半導体装置１５（実施例）についての測定結果であり、図１２（ｂ）は、ソース／ドレイン電極７２，７３間が２５μｍの半導体装置７０（以下、「比較試料１」という。）についての測定結果であり、図１２（ｃ）は、ソース／ドレイン電極７２，７３間が１μｍの半導体装置７０（以下、「比較試料２」という。）についての測定結果である。ゲート電圧（ゲート電極２とグランドとの間の電圧）は、０Ｖ、−５Ｖ、−１０Ｖ、−１５Ｖ、および−２０Ｖとした。
【００８８】
半導体装置１５および比較試料１では、ゲート電圧が印加されているとき、ドレイン電圧が０に近いときは、ドレイン電圧の減少とともにドレイン電流は大きくなり、ドレイン電圧が−１０〜−３０Ｖ程度以上のときは、ドレイン電流はドレイン電圧によらずほぼ一定となる（図１２（ａ）（ｂ））。
一方、比較試料２では、ゲート電圧によらず、ドレイン電圧の減少とともにドレイン電流は単調に増加している。
【００８９】
すなわち、櫛形のソース／ドレイン電極７２，７３を用いたときは、ソース／ドレイン電極７２，７３間の間隔が２５μｍ程度と大きい場合には、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が少ないが、ソース／ドレイン電極７２，７３間の間隔が１μｍ程度と小さい場合には、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が大きい。これに対して、尖端形状を有するソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂを用いたときは、ソース／ドレイン電極１６Ａ，１６Ｂの間隔１μｍ程度と小さいときでも、ドレイン電圧に対するドレイン電流の変化が少ない。
【００９０】
図１３は、測定温度と有機半導体層８のキャリア移動度との関係の測定結果を示す特性図である。
半導体装置１５では、測定温度が高くなるほど移動度は高くなっている。特に、測定温度が３２５〜３５０Ｋ程度の温度範囲では、移動度は測定温度とともに急激に上昇している。測定温度がおよそ３５０Ｋ以上では、有機半導体層８の溶融に伴う素子の破壊のために移動度は減少している。
【００９１】
以上のことから、半導体装置１５は、熱処理により移動度を高くできることがわかる。すなわち、熱処理により不要な分子（導電性に寄与しないもの、または導電性に対する寄与が小さいもの）が飛ばされ、また、分子（結晶）の再配列が起こり、移動度が改善されたものと判断される。分子の配列状態は、装置が室温に冷却された後も維持されるから、有機半導体層の溶融温度に達しない温度での熱処理を行うことによって、移動度を劇的に改善できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図２】図１の半導体装置のソース／ドレイン電極の形状および配置を示す図解的な斜視図である。
【図３】図１に示すソース／ドレイン電極の代わりに用いることができるソース電極およびドレイン電極の形状および配置を示す図解的な平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る半導体装置およびその変形例に係る半導体装置の図解的な平面図および断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図１１】本発明の第９の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な平面図である。
【図１２】各ゲート電圧ごとのドレイン電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。
【図１３】測定温度と有機半導体層の移動度との関係を示す特性図である。
【図１４】従来の有機薄膜電界効果トランジスタのソース／ドレイン電極の形状を示す図解的な平面図である。
【符号の説明】
１，１５，２０Ａ〜２０Ｃ，２７，２９，３１，３５Ａ〜３５Ｄ，４０，５０　　半導体装置
２，４２，５３　　ゲート電極
３、４３　　ゲート酸化膜
５５　　ゲート絶縁膜
７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ　ソースドレイン電極
７ｐ，１１ｐ，１６ｐ，２１ｐ，２３ｐ，２５ｐ，２８ｐ，３０ｐ，３２ｐ，５２ｐ　　突出部
７ｅ，１１ｅ，１６ｅ，２１ｅ，２３ｅ，２５ｅ，５２ｅ　　先端
８，４４，５１　　有機半導体層
１１Ｓ，２３Ｓ，３８Ｓ　　ソース電極
１１Ｄ，２３Ｄ，３８Ｄ　　ドレイン電極
１７Ａ，１７Ｂ　　電極
３６　　カーボンナノチューブ
【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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【図８】
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【図９】
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【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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