(57)【要約】【課題】共役系高分子が可溶、不溶であるにかかわらず、水や有機溶媒を使用せずに共役系高分子薄膜を形成でき、かつ共役系高分子が液晶性を有していなくとも配向誘起層を利用せずに共役系高分子配向膜を形成できる電界効果型トランジスタ製造方法を提供する。【解決手段】ゲート電極とする導電性シリコンウェファーの表面にゲート絶縁膜とする酸化シリコン膜を形成した基板に、ペレット状に加圧成型した導電性共役系高分子を窒素雰囲気下において加熱したシリコン基板上に圧着掃引して、摩擦転写膜を形成し、前記摩擦転写膜の表面にソース電極及びドレイン電極を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極とドレイン電極間の電流通路である半導体層の導電率をゲート電極によって制御する電界効果型トランジスタにおいて、半導体層が共役系高分子からなる有機半導体薄膜であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
請求項１に記載の電界効果型トランジスタにおいて、
前記共役系高分子が、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンおよびその誘導体あるいはそれらの共重合体のいずれかである
ことを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
請求項１に記載の電界効果型トランジスタにおいて、
半導体層である共役系高分子薄膜が摩擦転写法により形成された
ことを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
請求項１に記載の電界効果型トランジスタにおいて、
半導体層である共役系高分子薄膜が、面内一軸異方性を有する
ことを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
ゲート電極とする導電性シリコンウェファーの表面にゲート絶縁膜とする酸化シリコン膜を形成した基板に、ペレット状に加圧成型した導電性共役系高分子を窒素雰囲気下において加熱したシリコン基板上に圧着掃引して、摩擦転写膜を形成し、
前記摩擦転写膜の表面にソース電極及びドレイン電極を形成する
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、
前記導電性共役系高分子はポリヘキシルチオフェンである
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、
前記導電性共役系高分子が、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンおよびその誘導体あるいはそれらの共重合体のいずれかである
ことを特徴とする電界効果型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、有機半導体を用いた電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ素子と略称する）およびその製造方法に関するものであり、詳細には、共役系高分子薄膜を半導体層に用いた電界効果型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】
従来から有機半導体を用いた電界効果型トランジスタが開発されている。図１に、共役系高分子を用いたＦＥＴ素子の構造の一例を図１に示している。図１において、１は基板およびゲート電極となるドープされたシリコン基板、２はゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜、３は半導体層として働く共役系高分子薄膜、４はソース電極と金電極、５はドレイン電極となる金電極である。
【０００３】
このような従来の共役系高分子薄膜を用いたＦＥＴ素子において、半導体層である共役系高分子薄膜３は電解重合法、スピンコート法、ドロップキャスト法などの、溶液プロセスにより形成される。
【０００４】
非特許文献１においては、共役系高分子薄膜を用いたＦＥＴ素子において、半導体層に溶液プロセスにより成膜されたポリヘキシルチオフェン膜を用いた場合を示している。この場合、半導体層である共役系高分子薄膜に、面内一軸異方性を付与する場合、共役系高分子に液晶性を付与し、ポリイミドのラビング膜のような配向誘起層を利用し、共役系高分子配向膜を形成する。
【０００５】
また、非特許文献１においては、共役系高分子薄膜を用いたＦＥＴ素子において、半導体層にポリイミドのラビング膜の上部に溶液プロセス及び液晶配向プロセスにより成膜した液晶性共役系高分子ポリジオクチルフルオレンコビチオフェンを用いた場合を示している。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｚｈｅｎａｎ  Ｂａｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒ，  Ｖｏｌ．  ６９，  Ｎｏ．  ２６，  ｐ４１０８−ｐ４１１０
【非特許文献２】
Ｈ．  Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ  ａｌ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒ，  Ｖｏｌ．  ７７，  Ｎｏ．  ３，  ｐ４０６−ｐ４０８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の共役系高分子を用いたＦＥＴ素子では、半導体層である共役系高分子薄膜を、スピンコート法、電解重合法などの溶液プロセスにより形成している。したがって、半導体層に用いる共役系高分子は、水や有機溶媒に可溶であることが必須であるという問題点を有している。
【０００８】
また、半導体層として共役系高分子配向膜を形成する場合、共役系高分子に液晶性を持たせる必要があり、かつ配向誘起層を利用しなければならないという問題点がある。
【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、共役系高分子が可溶、不溶であるにかかわらず、水や有機溶媒を使用せずに共役系高分子薄膜を形成でき、かつ共役系高分子が液晶性を有していなくとも配向誘起層を利用せずに共役系高分子配向膜を形成できる電界効果型トランジスタ製造方法を提供することにある。また、この電界効果型トランジスタの製造方法により製造された電界効果型トランジスタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、本発明による電界効果型トランジスタの製造方法においては、半導体層の共役系高分子薄膜を摩擦転写法を用いることにより形成する。これにより、可溶、不溶にかかわらず、共役系高分子薄膜を形成でき、また、液晶性を有していなくとも共役系高分子配向薄膜を形成することができる。
【００１１】
また、第２の態様として、本発明による電界効果型トランジスタは、ソース電極とドレイン電極間の電流通路である半導体層の導電率をゲート電極によって制御する電界効果型トランジスタにおいて、半導体層が共役系高分子からなる有機半導体薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
この場合において、前記共役系高分子が、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンおよびその誘導体あるいはそれらの共重合体のいずれかであり、また、半導体層である共役系高分子薄膜が摩擦転写法により形成されたことを特徴とする。そして、この半導体層である共役系高分子薄膜が、面内一軸異方性を有するものとなっている。
【００１３】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、本発明に実施の形態について、この発明にかかる電界効果型トランジスタの製造方法について、実施の形態を、半導体層である共役系高分子をポリヘキシルチオフェン（ＰＨＴ）とした場合のＦＥＴ素子の製造方法を説明する。図１を参照する。
【００１４】
工程（１）ゲート電極として用いる導電性ｎ型シリコンウェフアーのシリコン基板１の表面に、ゲート絶縁膜として熱酸化シリコン膜２を形成した状態の基板を用いる。熱酸化シリコン膜２の厚さは３００ｎｍである。
【００１５】
工程（２）次に、ペレット状に加圧成型した導電性共役系高分子としてポリヘキシルチオフェン（ＰＨＴ）を、窒素雰囲気下において１５０℃に加熱した上記のシリコン基板（シリコン基板１の上に熱酸化シリコン膜２を形成した状態の基板）上に圧着掃引して、ＰＨＴの摩擦転写膜を形成して、半導体層となる共役系高分子配向薄膜３を形成する。
【００１６】
工程（３）次に、このＰＨＴの摩擦転写膜の表面に真空蒸着法によりソース電極となる金薄膜４を形成し、更に、ドレイン電極膜となる金薄膜５を形成する。そして、各電極からの引き出し線を必要に応じて形成する。このような工程のプロセスにより、図１に、その断面を示す素子が得られる。
【００１７】
図２には、上記の工程（２）と同一条件により、石英基板上に形成したポリヘキシルチオフェンの摩擦転写膜の偏光紫外可視吸収スペクトルを示している。図２に示すように、ＰＨＴ由来の４００−６５０ｎｍの波長領域では、ＰＨＴを圧着掃引した掃引方向に平行な電場ベクトルを持つ偏光を強く吸収し、垂直偏光はあまり吸収していない特性となっている。これはＰＨＴ層が高度に面内一軸配向していることを示している。
【００１８】
上記のような製造方法により、製造したＦＥＴ素子の特性評価を行った。図３および図４に、特性評価を行った特性を示している。図３には、同一のポリヘキシルチオフェン配向薄膜を用いたＦＥＴ素子のソース・ドレイン間電流（ＩＤ）が、摩擦転写の掃引方向に平行に流れる場合の特性を示しており、図４には、ソース・ドレイン間電流（ＩＤ）が摩擦転写の掃引方向に垂直に流れる場合の特性を示している。
【００１９】
図３および図４の特性図から明らかなように、両方向共に、一般的なｐチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ素子特性を示している。ゲート電圧（ＶＧ）により、ソース・ドレイン間電圧（ＶＤ）に対してソース・ドレイン間電流（ＩＤ）を大きく制御することができるものとなっている。
【００２０】
また、ここで特徴的なことは、ＰＨＴの半導体層の面内一軸異方性により、電流の流れる方向によってその電流値に異方性が観測されていることである。このため、電流が摩擦転写の掃引方向に対して平行に流れる場合の電流値は、掃引方向に対して垂直に流れる場合と比べて２−１０倍ほど高いものとなっている。また、溶液プロセスにより形成されたＰＨＴ薄膜を用いたＦＥＴ素子の場合と比較しても、電流が平行に流れる場合のＦＥＴ素子は、同等かそれ以上の特性を示している。
【００２１】
このように、上記の実施例では、導電性共役系高分子としてポリヘキシルチオフェン（ＰＨＴ）を用いたが、例えば、導電性を示す共役系高分子として、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンおよびその誘導体あるいはそれらの共重合体が既に知られており、これらの面内一軸配向薄膜を用いることができることも明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電界効果型トランジスタの製造方法によれば、共役系高分子を可溶、不溶にかかわらず用いることができ、各種溶媒を使用せずに、共役系高分子の薄膜を形成することができ、さらには、液晶性を有していなくとも、面内一軸配向薄膜を形成することができるようになり、電気的特性に優れたＦＥＴ素子の半導体素子を環境に負荷を与えずに作成することができるという効果を奏するものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】共役系高分子を用いたＦＥＴ素子の構造の一例を示す図である。
【図２】ポリヘキシチルオフェン配向薄膜の偏光吸収スペクトルを示す図である。
【図３】ポリヘキシチルオフェン配向薄膜を用いたＦＥＴ素子の電流の流れる方向が平行方向のときのＦＥＴ特性を示す図である。
【図４】ポリヘキシチルオフェン配向薄膜を用いたＦＥＴ素子の電流の流れる方向が垂直方向のときのＦＥＴ特性を示す図である。
【符号の説明】
１…ｎドープシリコン基板：ゲート電極、
２…シリコン酸化膜：ゲート絶縁膜、
３…共役系高分子配向薄膜：半導体層
４…金電極膜：ソース電極
５…金電極膜：ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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