(57)【要約】【課題】半導体層で用いることが可能な有機半導体材料を生成して、電子デバイスを作成する。【解決手段】基板上に有機半導体層を形成する方法であって、溶剤にバインダ樹脂を溶かした連続相と、有機半導体材料を分散させた分散相と、を含む分散液を生成し、その分散液を基板１６に塗布して電子デバイスの半導体層１２を形成する。その半導体層１２は、前記有機半導体材料と前記バインダ樹脂とを備えていることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004015062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）溶剤と該溶剤に少なくとも実質的に溶解したバインダ樹脂とを備える連続相と、（ｂ）有機半導体材料を備える分散相と、を含む分散液を生成するステップと、
前記分散液を用いて電子デバイスの半導体層を形成する溶液塗布ステップであって、前記半導体層が、前記有機半導体材料と前記バインダ樹脂とを備える、溶液塗布ステップと、
を含むこと特徴とする電子デバイスの作製方法。
【請求項２】
電界効果トランジスタの形成方法であって、
絶縁層と、ゲート電極と、半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを形成するステップ、を含み、
前記半導体層を形成するステップを、（ａ）溶剤と該溶剤に少なくとも実質的に溶解したバインダ樹脂とを備える連続相と、（ｂ）有機半導体材料を備える分散相と、を含む分散液を用いる溶液塗布ステップにより達成して、前記有機半導体材料と前記バインダ樹脂とを含む前記半導体層を形成し、
前記ゲート電極と前記半導体層が両方とも前記絶縁層に接し、前記ソース電極と前記ドレイン電極が両方とも前記半導体層に接する限り、前記絶縁層と、前記ゲート電極と、前記半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを、任意の順序で形成することを特徴とする方法。
【請求項３】
電界効果トランジスタであって、
絶縁層と、
ゲート電極と、
有機半導体材料とバインダ樹脂とを含む半導体層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極と前記半導体層が両方とも前記絶縁層に接し、前記ソース電極と前記ドレイン電極が両方とも前記半導体層に接する限り、前記絶縁層と、前記ゲート電極と、前記半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とが、任意の順序であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体層の形成方法、特に、有機半導体材料を分散した分散液による半導体膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機材料は、薄膜電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）の半導体層として用いるために研究されてきた。有機材料は、加工が容易で、薄膜ＦＥＴを形成することができるプラスチック基板との相性がよいため好ましい。このような利点は、低コストで大面積デバイスを製造する際に重要である。従来、有機半導体層を形成する方法では、有機材料を溶剤に溶かした溶液を用いていた。そして、その有機材料溶液を塗布し、その後に溶剤を蒸発させることにより、半導体層を形成する（例えば特許文献１〜６および非特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６，１０７，１１７号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２５２，２４５Ｂ１号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，９４６，５５１号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，４８２，８１１号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，５６３，２６１号明細書
【特許文献６】
米国特許第６，３１９，６４５Ｂ１号明細書
【非特許文献１】
ゼーナンバオ（Ｚｈｅｎａｎ　Ｂａｏ）、“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｅｅｄｓ　ｆｏｒ　Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ
Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２０００年　Ｖｏｌ．１２　Ｎｏ．３，ｐ．２２７−２３０
【非特許文献２】
Ｃ．Ｄ．ジミトラコポラス（Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ）ら、“Ｏｒｇａｎｉｃ　ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ：Ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｒｅｃｅｎｔ　ａｄｖａｎｃｅｓ”ＩＢＭ
Ｊ．ＲＥＳ．＆ＤＥＶ．２００１年１月　Ｖｏｌ．４５，　Ｎｏ．１，ｐ．１１−２７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機材料を溶剤に溶かした溶液による方法は、半導体層用の有機材料の選択が限定される。そのため、本発明が取り組むべきことは、新しい技術により有機半導体層を生成して、半導体層で用いることが可能な有機材料の選択の幅を広げることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実施形態において、電子デバイスを作製する方法を提供することにより達成される。この方法は、（ａ）溶剤と前記溶剤に少なくとも実質的に溶解したバインダ樹脂とを備える連続相と、（ｂ）有機半導体材料を備える分散相と、を含む分散液を生成するステップと、
前記分散液を用いて電子デバイスの半導体層を形成する溶液塗布ステップであって、前記半導体層が、前記有機半導体材料と前記バインダ樹脂とを備える、溶液塗布ステップと、を含むこと特徴とする電子デバイスの作製方法である。
【０００６】
本発明の他の実施形態において、電界効果トランジスタの形成方法を有し、この方法は、
絶縁層と、ゲート電極と、半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを形成するステップ、を含み、
前記半導体層を形成するステップを、（ａ）溶剤と当該溶剤に少なくとも実質的に溶解したバインダ樹脂とを備える連続相と、（ｂ）有機半導体材料を備える分散相と、を含む分散液を用いる溶液塗布ステップにより達成して、前記有機半導体材料と前記バインダ樹脂とを含む前記半導体層を形成し、
前記ゲート電極と前記半導体層が両方とも前記絶縁層に接し、前記ソース電極と前記ドレイン電極が両方とも前記半導体層に接する限り、前記絶縁層と、前記ゲート電極と、前記半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを、任意の順序で形成することを特徴とする方法である。
【０００７】
本発明は、さらに他の実施形態において、電界効果トランジスタを提供することにより達成され、この電界効果トランジスタは、
絶縁層と、
ゲート電極と、
有機半導体材料とバインダ樹脂とを含む半導体層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極と前記半導体層が両方とも前記絶縁層に接し、前記ソース電極と前記ドレイン電極が両方とも前記半導体層に接する限り、前記絶縁層と、前記ゲート電極と、前記半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とが、任意の順序であることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明に係る方法は、（ａ）溶剤と、バインダ樹脂と、任意の分散剤とを備える連続相と、（ｂ）有機半導体材料を備える分散相と、を含む分散液の生成に関する。各実施形態において、半導体材料は、概して溶剤に不溶であると考えられている。しかし、半導体材料の溶剤への溶解度は、各実施形態において、例えば溶解度０％から約２０％、特に溶解度０％から約５％と、異なることもある。
【０００９】
バインダ樹脂と任意の分散剤は、少なくとも実質的に溶剤に対して可溶であり、これらは溶剤に極めて完全に溶ける。しかし、このバインダ樹脂と分散剤の溶剤への溶解度は、各実施形態によって、例えば溶解度約９５％から１００％、特に溶解度約９９％から１００％と、異なることもある。
【００１０】
各実施形態において、特定の溶剤に対する所定の固体の溶解度は、一般には、単純重量法により決定することができる。この重量法は、（１）計量済みの固体を既知の体積または重量の溶剤で、所定の温度において十分な時間攪拌して、確実に溶解プロセスを完了し、（２）得られた混合物を濾過して不溶固体を分離し、（３）その固体を、残渣固体を確実に分離する温度で乾燥させ、（４）乾燥した不溶固体の重量を計る。不溶固体の重量を元の重量から差し引くと、溶剤に溶けた固体の量が分かる。具体的な溶解度は、一般には、溶剤の単位重量または体積当りの個体のグラム数（ｗ／ｗ）または（ｗ／ｖ）で表す。溶解度が分かっている場合は、特定の溶剤に対する所定の固体の相対量（またはパーセント）を容易に算出することができる。
【００１１】
溶解度に影響するパラメータを任意の適当な方法で変えて、所定の溶剤に対するバインダ樹脂と、分散剤と、半導体材料の溶解の度合いを判断することができる。例えば、温度を、室温（すなわち、約２０℃）から溶剤の沸点まで変えることができる。例えば約１分から約２４時間の範囲の時間で、高温を加えることができる。混合時間を、例えば約３０分から約１週間まで変えることもできる。
【００１２】
分散液は、有機半導体材料と連続相成分とを、塗料攪拌器、ボールミル、サンドミル、アトライタ等の装置内で混合および／または粉砕することによって、調製することができる。ガラスビーズ、スチールボール、セラミックビーズ等の一般的な粉砕メディアを、この装置で用いることができる。実例として、標準的な小規模な調製プロセスには、１／８インチ（約３．２ｍｍ）径のステンレス・スチール・ボールが１／２程度入っている１オンス（約３２グラム）ガラスびんに、溶剤（約８ミリリットル）と、バインダ樹脂（約０．０２グラム）と、有機半導体材料（約０．１８グラム）とを満たすことが必要となる。Ｐａｕｌ　Ｏ．　Ａｂｂｅ　Ｉｎｃ．　Ｌｉｔｔｌｅ　Ｆａｌｌｓ　Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙから入手可能な“Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｂａｌｌ　ａｎｄ　Ｐｅｂｂｌｅ　Ｍｉｌｌ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ”に記載されているように、効果的な分散液を得るためには、全投入量（ボールを含む）が、びんの約２／３マークまで満たし、分散液の粘度が、例えば、約１０００から２０００センチポアズ（約１から２パスカル秒）であるとよい。この分散液粘度が、この範囲をかなり外れる場合は、バインダ樹脂および半導体材料に対する溶剤の量を、適切に調節する必要がある。その後、びんを封止して、所望の分散度合いと分散相の最終粒径に応じて、約１００から３００ｒｐｍの回転速度で、約１時間から約７日間の間ボールミル装置に載置する。粉砕は、通常周囲温度で行うが、必要な場合は、約３０℃から約１００℃の高温でもよい。アトライタ等の他の種類の装置を使う最適な分散技術は、一般にはメーカー提供の資料に記載されている。
【００１３】
各実施形態において、半導体材料（分散液および半導体層の）は、例えば、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、特に、約５０ｎｍから約２５０ｎｍの範囲の粒径を有する。しかし、各実施形態の半導体材料は、所望の大きさよりも大きい初期粒径を有してもよい。各実施形態において、より小さい粒径が好ましく、これにより約５０から約１５０ナノメートルの厚さを有する薄い半導体層を良好に形成することができる。本方法は、溶液塗布前に半導体材料の粒径を小さくするステップを任意に含み、本明細書に記載されている粒径等の所望の粒径を達成することができる。適切な技術を用いて半導体材料の粒径を小さくすることができる。例えば、分散液を粉砕プロセスにかけるステップも採用可能である。メディア磨砕あるいは粉砕は、粒子の微粒化のプロセスである。メディア粉砕において、ボール、ぺブル、サンドを、被粉砕材料との攪拌混合物内のメディアとして用いて、粒径を小さくする。メディア粉砕の一般的な方法には、ボールミリング、アトライタミリング、サンドミリングがある。いずれの場合も、メディアは、概して被粉砕材料より大きく、被粉砕材料とともに容器に加えられる。そして、これら収集物すべてを攪拌、振動、あるいはかき混ぜて、メディアを材料と衝突させると、粒子が壊れる。
【００１４】
本願発明に係る方法は、その後、分散液を用いた溶液塗布ステップを採用して、バインダ樹脂と任意の分散剤に分散した有機半導体材料からなる半導体層を形成する。「溶液塗布」という語句は、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スタンピング等、電子デバイスの半導体層を形成するための、任意の適切な溶液相塗布技術を指す。その後、溶剤を、例えば約２０℃から約２００℃の範囲の温度で、大気圧か真空下において、例えば約１０秒から２４時間の間蒸発させることにより除去する。各実施形態において、本明細書に述べる温度で加熱することにより溶剤を除去する。有機半導体層の最終的な乾燥厚は、例えば約１０ナノメートルから約１マイクロメートル、あるいは例えば約３０から約１５０ナノメートルである。
【００１５】
分散液および半導体層において、種々の成分は、以下の例示的濃度で存在することができる。半導体材料は、半導体材料とバインダ樹脂の全重量を基にして、例えば約２０重量％から約９９．５重量％の範囲、特に、約６０重量％から約９５重量％の範囲の量で存在する。バインダ樹脂は、半導体材料とバインダ樹脂の全重量を基にして、例えば約８０重量％から約１重量％未満、特に、約４０重量％から約５重量％の範囲の量で存在する。バインダ樹脂に対する任意の分散剤の比率は、重量で、０から約０．５の範囲となりうる。溶剤は、分散液の全重量を基にして、例えば約１０％から約９５％、特に、約５０％から約９０％の範囲の量で存在する。
【００１６】
有機半導体材料に適した材料には、ｎ型半導体材料（導電率が負電荷キャリアにより制御される）とｐ型半導体材料（導電率が正電荷キャリアにより制御される）がある。単一材料あるいは、２、３以上の異なる材料の混合物を、半導体材料に用いることができる。ｎ型材料には、例えば、Ｎ，Ｎ’ジアルキルぺリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸ジミド類などのペリレン系顔料、ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸ジミド類、各種金属フタロシアニン類、ニトロフルオレノン類、置換フルオレン・マロンニトリル付加物、ハロゲン化アントアントロン類、トリ（８−ハイドロキシキノリン）アルミニウム、およびこれらの群を含有するオリゴマおよびポリマがある。ｐ型材料には、例えば、ペンタセン、各種金属フタロシアニン類、トリアリールアミン類、カルバゾール類、アリールヒドラゾン類、およびこれらの構造を含むオリゴマおよびポリマ、さらにポリチオフェン類、ポリフェニルビニレン類、ポリビニルカルバゾール類がある。
【００１７】
バインダ樹脂は、マトリックスとして機能し、半導体材料の分散粒子をまとめて保持するとともに、有機半導体材料の粒子を基板に確実に固着させ、例えば、塗布済み基板を曲げたりこすったりした時に、剥がれ落ちないようにする。このバインダ樹脂は、例えば、ポリ（ビニルブチラール）、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（塩化ビニル）、ポリアクリレート類およびメタクリルレート類、塩化ビニルおよびビニルアセテートのコポリマ、フェノキシ樹脂、ポリウレタン類、ポリ（ビニルアルコール）、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン等など、数ある周知のオリゴマおよびポリマから選択することができる。単一材料あるいは、２、３以上の異なる材料の混合物を、バインダ樹脂に用いることができる。各実施形態において、バインダ樹脂は良好な膜形成物であり、すなわち、溶剤が、塗布された分散液から蒸発すると、バインダ樹脂は、ムラのない連続相になり、基板に接着して、均一に半導体材料の粒子表面を覆う。各実施形態において、バインダ樹脂は、電気的に絶縁性であり、電場において電荷を伝導しない。各実施形態において、バインダ樹脂はまた半導体材料の粒子の分散剤（ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ）として機能し、凝集を最小限に抑え、分散均一性を増し、分散液の保存時に半導体材料の沈殿を防止する。
【００１８】
バインダ樹脂が半導体粒子の分散状態を安定させない時は、分散剤を、バインダ樹脂の重量の、例えば約０．１％から約５０％、特に、約１％から約１０％の量を、随意に用いてもよい。多くの種類の分散剤が知られているが（例えば、ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ，　ＭＣ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ．，１７５　Ｒｏｃｋ　Ｒｏａｄ，Ｇｌｅｎ　Ｒｏｃｋ　ＮＪ，０７４５２より毎年発刊の書籍“ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ，　Ｖｏｌｕｍｅ　１：Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ　ａｎｄ　Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ”に記載されているように）、非イオン系（例えば、エトキシ化長鎖アルコール類、ステアリン酸グリセリル、アルカノールアミド類）、アニオン系（例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸類、脂肪族リン酸エステル類）、カチオン系（例えば、塩化セチルトリメチルアンモニウム、オレイン酸イミダゾリン、エトキシ化脂肪族アミン類）、両性（例えば、レシチン、ポリグリコールエーテル誘導体）界面活性剤などがあり、これらはモノマ、オリゴマ、あるいはポリマであってもよい。随意の分散剤は、凝集、集合、沈殿に抗して、分散した半導体材料を安定させる役割をして、分散液を細分状態に維持する。
【００１９】
本発明の各実施形態において、電子デバイスに先に塗布された他の層に支障をきたしたり、悪影響を与えることのない溶剤を選択することが好ましい。ここで、バインダ樹脂と随意の分散剤は可溶性であり、有機半導体材料は不溶性である。選択可能な溶剤の例としては、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、ハロゲン化脂肪族および芳香族炭化水素系溶剤等、およびこれらの混合物がある。具体的な溶剤例には、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、ブタノール、アミルアルコール、酢酸ブチル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレンなどがある。単一材料あるいは、２、３以上の異なる材料の混合物を、溶剤に用いることができる。
【００２０】
各実施形態において、本方法は、電子デバイスに半導体層を形成する必要がある場合にはいつでも用いることができる。「電子デバイス」という語句は、微細（ｍｉｃｒｏ）および超微細（ｎａｎｏ）電子デバイスを指し、例えば、微細、超微細トランジスタおよびダイオードなどである。例示したトランジスタは、例えば、電界効果トランジスタ（具体的には、薄膜有機トランジスタ）とバイポラートランジスタとを含む。
【００２１】
図１には、薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）構造１０が模式的に示してあり、このＴＦＴ構造１０は、基板１６と、それに接する金属コンタクト１８（ゲート電極）および絶縁層１４層の層と、絶縁層１４層上に堆積した２つの金属コンタクト、すなわちソース電極２０と、ドレイン電極２２とからなる。金属コンタクト２０，２２の上とそれらの間には、ここに示すように有機半導体層１２がある。
【００２２】
図２は、基板３６と、ゲート電極３８と、ソース電極４０と、ドレイン電極４２と、絶縁層３４と、有機半導体層３２とからなる、他のＴＦＴ構造３０を模式的に示す。
【００２３】
図３は、基板兼ゲート電極として機能する高濃度ｎ型ドープシリコンウエハ５６と、熱成長シリコン酸化絶縁層５４と、有機半導体層５２と、その上に堆積したソース電極６０とドレイン電極６２とからなる、さらに他のＴＦＴ構造５０を模式的に示す。
【００２４】
図４は、基板７６と、ゲート電極７８と、ソース電極８０と、ドレイン電極８２と、有機半導体層７２と、絶縁層７４とからなる、さらなるＴＦＴ構造７０を模式的に示す。
【００２５】
半導体層の組成および形成についてここに述べる。
【００２６】
基板は、例えば、シリコン、ガラス板、プラスチック膜またはシートで構成することができる。構造的に可撓性のデバイスには、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシート等などのプラスチック基板が好ましい。基板の厚さは、約１０マイクロメートルから１０ミリメートル超でもよく、好適な厚さは、特に可撓性プラスチック基板は約５０から約１００マイクロメートル、そしてガラスまたはシリコンなどの硬質基板は約１から約１０ミリメートルである。
【００２７】
ここでゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の組成について述べる。ゲート電極は、薄い金属膜、導電性高分子膜、導電性インクやペーストでできた導電膜、または基板自体、例えば高濃度ドープシリコンでもよい。ゲート電極の材料例には、アルミニウム、金、クロム、インジウムスズ酸化物、ポリスチレン・スルホン酸添加ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ−ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマ、アチソン・コロイド社から入手可能なＥｌｅｃｔｒｏｄａｇなどの、高分子バインダへのカーボンブラック／グラファイトまたはコロイド状銀分散液からなる導電性インク／ペーストがあるが、これに限定するものではない。ゲート電極層は、真空蒸着、金属や導電性金属酸化物のスパッタリング、導電性ポリマ溶液や導電性インクを、スピンコーティングによる被膜、注型成型、あるいは印刷によって作成することができる。ゲート電極層の厚さは、例えば、金属膜が約１０から約２００ナノメートルの範囲であり、高分子導電体が約１から約１０ナノメートルの範囲である。ソースおよびドレイン電極層は、半導体層に対して低抵抗でオーミックコンタクト可能な材料で作成できる。ソースおよびドレイン電極としての使用に適した代表的な材料として、金、ニッケル、アルミニウム、白金、導電性ポリマ、導電性インクなど、ゲート電極材料がある。ソースおよびドレイン電極の一般的な厚さは、例えば、約４０ナノメートルから約１マイクロメートルの範囲であり、より具体的な厚さは、約１００から約４００ナノメートルである。
【００２８】
絶縁層は、一般的には無機材料膜または有機高分子膜である。絶縁層として適した無機材料の実例には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム等があり、絶縁層用有機材料の具体例としては、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド類、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂等がある。絶縁膜の厚さは、例えば約１０ナノメートルから約５００ナノメートルの範囲であり、使用する誘電材料の誘電率による。絶縁膜の厚さは、一例には、約１００ナノメートルから約５００ナノメートルである。絶縁層は、例えば、約１０−１２Ｓ／ｃｍ未満の導電率を有することができる。
【００２９】
ゲート電極と半導体層が両方とも絶縁層に接し、ソース電極とドレイン電極が両方とも半導体層に接する限り、絶縁層と、ゲート電極と、半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを、任意の順序で形成する。「任意の順序で」という語句は、順次および同時形成することを含む。例えば、ソース電極とドレイン電極は、同時にあるいは順次に形成することができる。電界効果トランジスタの組成、作成、作用は、バオらの米国特許第６，１０７，１１７号に記載されており、この開示は本願に引用して援用する。
【００３０】
電気動作特性に関しては、（半導体層の）半導体材料は、例えば約１０−３ｃｍ２／Ｖｓ（センチメートル２／ボルト秒）より大きいキャリア移動度を有し、例えば約１０−５Ｓ／ｃｍ（ジーメンス／センチメートル）より小さい導電率を有する。本方法により作成した電界効果トランジスタは、例えば２０℃で約１０３より大きいオン／オフ比を有する。オン／オフ比という語句は、トランジスタがオフの時のソース−ドレイン電流に対する、トランジスタがオンの時のソース−ドレイン電流の比を指す。
【００３１】
本発明の主な利点は、一般的に不溶性のために溶液塗布方法では塗布できない材料や、溶液または真空塗布された際に均一な膜にならない材料で、電子デバイスを作成できるようにすることである。本発明の方法は、真空蒸着できない材料で電子デバイスを形成することも可能にする。また、特別に生成された結晶形の材料、フタロシアニンなど、異なる固形状態、すなわち多形相で存在するとされる材料を使用することも可能にする。具体例は、無金属フタロシアニンのα−，β−，Ｘ−多形相のいずれかを被覆する能力であろう。このような選択肢は、従来の溶液または真空蒸着被覆技術にはない。
【００３２】
【実施例】
分散液の調製
有機半導体材料を、昇華法により精製した。この昇華法は、米国特許第４，９５２，４７１号および第４，９５２，４７２号に記載されている。分別昇華法は、キャリアガスを、温度勾配のある炉内に設置したガラス管内の材料上を通過させるステップを含む。材料を昇華すると高温度帯で蒸気になり、その後、この蒸気は、下方に運ばれて濃縮され、低温度帯で固体堆積物となった。所望の昇華材料が中間温度帯で堆積し、より揮発性の高い不純物が低温度帯で堆積した。以上の工程により不純物を昇華材料から分離することができた。この分散液を調製するのに用いた半導体材料の本実施例では、ジブロモアンタントロンを、分別昇華により精製した。この分別昇華は、この材料を約１５０℃から３５０℃の温度に晒すステップを含み、これにより不純物と所望の成分より揮発性の高い分解生成物とが、２００℃未満の温度帯で分離される。こうして、高温度（３５０℃）帯で残存する不揮発性不純物から分離された所望の精製ジブロモアンタントロンを、約２５０℃から３００℃の温度帯で得られる。
【００３３】
約０．５０グラムの分別昇華されたジブロモアンタントロンを、約０．０６グラムのポリビニルブチラール樹脂（分子量が約３０，０００から約１００，０００で、塩化水素約０．００３％未満の中性）および７．５グラムのシクロヘキサノンと、７０グラムの１／８インチ径ステンレス・スチールボールを入れた３０ミリメートルガラスびん内で混合した。このびんをロールミルに載置して、約２５０ｒｐｍの速度で２４時間粉砕した。
【００３４】
薄膜電界効果トランジスタ（薄膜ＦＥＴ）の製造
試験デバイスは、約３００ナノメートルの厚さの熱成長シリコン酸化層を備えるｎ型ドープシリコン基板からなっていた。この基板がゲート電極として機能する一方で、シリコン酸化層は、ゲート誘電体として作用するとともに約１３ｎＦ／ｃｍ２の容量を有していた。このシリコン基板は、まず、メタノールで洗浄し、空気乾燥し、その後室温（約２０℃）で３０分間、ジクロロメタンに１，１，１，３，３，３−ヘキサメチルジシラザンを溶かした０．０１Ｍ溶液に浸漬した。次に、基板をジクロロメタンで洗浄して乾燥させた。上述のように調製したジブロモアンタントロンの分散液をスピンコーティングして、半導体層をシリコン酸化層の上に堆積させた。スピンコーティングを、２０００ｒｐｍの速度で６０秒間行い、８０℃の真空炉で２０時間乾燥を行った。半導体層の厚さは、約１００ｎｍであった。ソースおよびドレイン電極は、６０から３７０マイクロメートルの範囲の種々のチャネル長と１ｍｍおよび５ｍｍの幅を有する金属マスクを介して金を真空蒸着して堆積した。これにより、種々の寸法を有する１４の薄膜ＦＥＴが作製できた。
【００３５】
薄膜ＦＥＴの評価
薄型トランジスタ性能の評価を、ブラックボックス内の周囲条件で、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）４２００ＳＣＳ半導体特性検査システムを用いて行った。キャリア移動度μは、式（１）による飽和状況（ゲート電圧ＶＧ＜ソース−ドレイン電圧Ｖｓｄ）でのデータから算出した。
【００３６】
ＩＳＤ＝Ｃ１μ（Ｗ／２Ｌ）（ＶＧ−ＶΥ）２　　　　（１）
ここで、ＩＳＤは飽和状況でのドレイン電流、Ｃ１はゲート誘電層の単位面積当りの容量、ＷとＬはそれぞれ半導体チャネルの幅と長さ、ＶＧとＶΥはそれぞれゲート電圧と閾値電圧である。閾値電圧は、直線をＩＳＤ＝０に延長することにより、飽和状況におけるＩＳＤの平方根とゲート電圧ＶＧのプロットから決定した。移動度と閾値電圧の算出は、文献や当業者に周知のことである。
【００３７】
結果
ドレイン電流対ゲート電圧特性は次のようになった。ドレイン電流は、ゲート電圧が負（約−１０Ｖから−４０Ｖ）の時には約１０−１２Ａから２×１０−１４Ａと少なく、増加するゲート電圧が正ゲート電圧約６０Ｖから８０Ｖに向かって飽和に近づくとともに増加した。これは、ｎ型半導体を有する薄膜トランジスタを表している。飽和状況での移動度は、２×１０−５ｃｍ２／Ｖｓであることを確定し、最小ドレイン電流に対する最大ドレイン電流の比（オン／オフ比）は、約１０６であることを確定した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本方法を用いて作成した電界効果トランジスタの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本方法を用いて作成した電界効果トランジスタの第２の実施形態を示す図である。
【図３】本方法を用いて作成した電界効果トランジスタの第３の実施形態を示す図である。
【図４】本方法を用いて作成した電界効果トランジスタの第４の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０，３０，５０，７０　薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造、１２，５２，７２　有機半導体層、１４，７４　絶縁層、１６，３６，７６　基板、１８，３８，７８　金属コンタクト（ゲート電極）、２０，４０，６０，８０　ソース電極、２２，６２，８２　ドレイン電極、５４　熱成長シリコン酸化膜、５６　ｎ型ドープシリコンウエハ、。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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