(57)【要約】【課題】真空装置を用いずに、絶縁性が高く緻密な高分子絶縁膜をゲート絶縁膜として容易に作成でき、そのゲート絶縁膜をパターニングする工程が必要ない有機半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１１上にゲート電極１２を形成し、例えば、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートを０．１ｍｏｌ／ｌ含有したベンゾニトリルにポリ（１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン）（ｂｉｓ−ＭＳＢ）を溶解させたのち、溶液中にゲート電極１２が形成されたガラス基板１１を入れ、電気化学的重合法により緻密なポリ（ｂｉｓ−ＭＳＢ）膜を形成する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート絶縁膜が重合法により形成された高分子絶縁膜であることを特徴とする有機半導体素子。
【請求項２】
基板上にゲート電極と、前記ゲート絶縁膜と、ソース・ドレイン電極と、有機半導体膜とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子。
【請求項３】
前記有機半導体素子は、有機ＭＩＳ型ＴＦＴであることを特徴とする請求項２に記載の有機半導体素子。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、ポリ（１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン）、ポリピロール、ポリ−１−アミノピロールのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機半導体素子。
【請求項５】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
重合法により成膜された高分子絶縁膜でゲート絶縁膜を形成する工程と、
ソース・ドレイン電極を形成する工程と、
有機半導体膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体素子が、有機ＭＩＳ型ＴＦＴであることを特徴とする請求項５に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、ポリ（１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン）、ポリピロール、ポリ−１−アミノピロールのいずれかを主成分として成膜することを特徴とする請求項５または６に記載の有機半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機半導体素子の一例として、有機ＭＩＳ型ＴＦＴ（ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の構造を図面を参照して以下説明する。図１は、ボトムコンタクト型の構造を示す模式断面図であり、図２は、トップコンタクト型の構造を示す模式断面図である。
【０００３】
図１及び図２に示すように、有機ＭＩＳ型ＴＦＴ１０，２０は、基板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース・ドレイン電極１４、有機半導体膜１５を備えている。
【０００４】
上記有機ＭＩＳ型ＴＦＴ１０，２０を構成する各層の材質としては、ゲート電極１２には、Ｎｉ，Ｃｒ，ＩＴＯ等が用いられる。ゲート絶縁膜１３にはＳｉ０２，ＳｉＮなど珪素化合物や金属の酸化物や窒化物が用いられる。ソース・ドレイン電極１４にはＰｄ，Ａｕ等が用いられる。有機半導体膜１５はペンタセン等が用いられる。
【０００５】
ゲート絶縁膜１３の形成方法としては、無機材料の場合、ＲＦ（ＤＣ）スパッタ法やＣＶＤ法などが多く用いられる。他に、良質な絶縁膜を均一にゲート電極上に形成するために、ＡｌやＴａといった誘電率の高い酸化物が得られる金属をゲート電極とし、陽極酸化という手法を用いる場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の有機ＭＩＳ型ＴＦＴは、ゲート絶縁膜１３に無機材料が用いられていたが、有機半導体素子は低コストであるというメリットを生かすために、ＲＦ（ＤＣ）スパッタ法やＣＶＤ法などの真空プロセスを使わない（真空装置を用いない）方法が検討されている。このため、真空装置を用いずに成膜できる高分子の絶縁体薄膜などの有機材料を、ゲート絶縁膜１３として使用することが検討されている。
【０００７】
例えばＰＭＭＡ等の高分子の樹脂をゲート絶縁膜として用いる場合には、スピンコート法を用いる方法が検討されている。以下、スピンコート法を用いた有機半導体素子の製造方法を図３の工程図を参照して説明する。
【０００８】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１１上にゲート電極１２を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、高分子の樹脂をスピンコートにより高分子絶縁膜を成膜する。図３（ｂ）で形成した高分子絶縁膜をエッチング等によりパターニングし、図３（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１３を形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、ソース・ドレイン電極１４を形成する。
最後に、図３（ｅ）に示すように、有機半導体膜１５を真空蒸着法等によって形成する。
【０００９】
しかしながら、図３に示すような、スピンコート法を用いてゲート絶縁膜を形成する方法では、ピンホールがなく膜厚分布のない均一な高分子薄膜（絶縁性が高く緻密な高分子薄膜）を得ることは困難であり、さらに、高分子薄膜を形成した後、ゲート電極を覆い所望の形状にするためのパターニングを行う工程（図３（ｃ）参照）が必要となる。
【００１０】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたもので、真空装置を用いずに、絶縁性が高く緻密な高分子絶縁膜をゲート絶縁膜として容易に作成でき、そのゲート絶縁膜をパターニングする工程が必要ない有機半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、請求項１に記載の有機半導体素子は、ゲート絶縁膜が電気化学的重合法により形成された高分子絶縁膜であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の有機半導体素子の製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、電気化学的重合法により成膜された高分子絶縁膜でゲート絶縁膜を形成する工程と、ソース・ドレイン電極を形成する工程と、有機半導体膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態に係る有機半導体は、ゲート絶縁膜が電気化学的重合法により形成された高分子絶縁膜であることを特徴とするものである。
【００１４】
本実施の形態に係る有機半導体としては、例えば有機ＭＩＳ型ＴＦＴを挙げることができ、このような有機ＭＩＳ型ＴＦＴの構造は、前述の図１（ボトムコンタクト型の構造）及び図２（トップコンタクト型の構造）を例示することができる。
【００１５】
図１及び図２で示したように、有機ＭＩＳ型ＴＦＴ１０，２０は、基板１１（例えばガラス基板）上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース・ドレイン電極１４、有機半導体膜１５を備えている。
【００１６】
ゲート絶縁膜１３にはポリ（１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン）（以下、ｂｉｓ−ＭＳＢと略記する）、ポリピロール（以下、ＰＰｙと略記する）（例えば、“絶縁性電解重合膜を利用したバイオセンサの設計　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｅｎｓｏｒｓ　Ｖｏ１．２，Ｎｏ．４（１９９６）”等の文献参照）や、ポリ−１−アミノピロール（例えば、“Ｔａｋａｙｕｋｉ　ＫＵＷＡＨＡＲＡ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．６９．Ｎｏ．０８，ｐｐ．５９８　２００１等の文献参照）などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
有機半導体膜１５には、ポリアセチレン，ポリジアセチレン，ポリアセン，ポリフェニレンビニレンなどの共役炭化水素ポリマー，およびこれらの共役炭化水素ポリマーのオリゴマーを含む誘導体、ポリアニリン，ポリチオフェン，ポリピロル，ポリフラン，ポリピリジン，ポリチエニレンビニレン等の共役複素環式ポリマー，およびこれらの共役複素環式ポリマーのオリゴマーを含む誘導体等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
すなわち、有機半導体膜１５としては、テトラセン，クリセン，ペンタセン，ピレン，ペリレン，コロネンなど縮合芳香族炭化水素，およびこれらの誘導体、銅フタロシアニン，ルテチウムビスフタロシアニン等，ポルフィリンとフタロシアニン化合物の金属錯体も含まれる。
【００１９】
ゲート電極１２あるいはソース・ドレイン電極１４には、Ｒｈ，ｌｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｇ，Ｚｎ等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、上述の金属の合金でもよい。
【００２０】
なお、各薄膜の成膜方法としては、抵抗加熱による真空蒸着法、複数の蒸発源を用いた共蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等、任意の方法を用いることができる。
【００２１】
次に、本発明に係る有機半導体素子の製造方法の一実施例を図４の工程図を参照して説明する。
【００２２】
まず、図４（ａ）に示す工程において、平坦性の良好なガラス基板１１上にゲート電極１２（図４では１つの電極のみを図示する）としてスパッタ法によりＩＴＯを１０００Å成膜した。
【００２３】
次に、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートを０．１ｍｏｌ／ｌ含有したベンゾニトリルに１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（ｂｉｓ−ＭＳＢ）を溶解させたのち、溶液中にゲート電極１２が形成されたガラス基板１１を入れ、電気化学的重合法により緻密なポリ（ｂｉｓ−ＭＳＢ）膜を形成した（図４（ｂ））。
【００２４】
なお、電気化学的重合法による高分子絶縁膜の形成は、例えば、“Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．７Ａ，Ｊｕｌｙ１９９１，ｐｐ　Ｌ１１９２−Ｌ１１９４”等の文献に記載の技術を参照して形成することが可能である。
【００２５】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ａｕ，Ｐｔ等による膜厚１０００Åのソース・ドレイン電極１４を真空蒸着法にて形成した。
最後に、図４（ｄ）に示すように、ペンタセンを真空蒸着法で膜厚５００Åに成膜し、有機半導体膜１５を形成した。
【００２６】
以下、上記有機半導体素子の製造方法の実施例の変形例について述べる。
上記実施例は、図１に示したトップコンタクト構造の有機ＭＩＳ型ＴＦＴ１０を形成するものであるが、有機半導体膜１５とソース・ドレイン電極１４の作成順を逆にすることにより、図２に示したボトムコンタクト構造の有機ＭＩＳ型ＴＦＴ２０を形成することができる。
【００２７】
また、ゲート絶縁膜１３を電気化学的重合法による絶縁膜と他の手法によって形成される絶縁膜（無機または有機どちらでもよい）との多層膜にしてもよい。
また、有機半導体膜１５は、単一の材料の薄膜ではなく、ドープされた薄膜、複数の有機半導体材料を用いて多層化された薄膜にしてもよい。
【００２８】
また、図５に示すように、有機半導体素子を複数個組み合わせて使用する場合は、一方の有機ＭＩＳ型ＴＦＴのソース・ドレイン電極１４と、他方の有機ＭＩＳ型ＴＦＴのゲート電極１２とを電気的に接続させるために、ゲート絶縁膜１３にエッチング等でスルーホール１６を空けてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態に係る有機半導体は、ゲート絶縁膜１３を電気化学的重合法以外の他の重合法（例えば、熱的重合法）によって形成してもよい。
【００３０】
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、真空装置を用いずに、絶縁性が高く緻密な薄膜を容易に作成できる。また、材料の利用効率が他の成膜法と比較してきわめて高い。また、ゲート絶縁膜１３がゲート電極１２上にのみ選択的に形成されるため、絶縁膜をパターニングする必要がない。
また、ゲート電極上に均等に成膜されるためエッジ部分での電極ショートの可能性が激減する等の利点が発生するため、有機半導体素子の低コスト化、高性能化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボトムコンタクト型の有機ＭＩＳ型ＴＦＴの構造を示す模式断面図である。
【図２】トップコンタクト型の有機ＭＩＳ型ＴＦＴの構造を示す模式断面図である。
【図３】スピンコート法を用いた有機半導体素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】本発明に係る有機半導体素子の製造方法の一実施例を説明するための工程図である。
【図５】有機半導体素子を複数個組み含わせた例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１１　基板
１２　ゲート電極
１３　ゲート絶縁膜
１４　ソース・ドレイン電極
１５　有機半導体膜
１６　スルーホール
１０，２０，３０　有機ＭＩＳ型ＴＦＴ（有機半導体素子）
【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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