(57)【要約】【課題】有機半導体膜の電位の変動を防ぐ。【解決手段】ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極とは別の、外部から有機半導体膜の電位を与える電極を有する有機半導体素子を提供する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体膜とを基板上に有する有機半導体素子において、前記有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極を更に有することを特徴とする有機半導体素子。
【請求項２】
前記有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極は、前記ゲート電極と対向する位置に設けられている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】
前記有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極は、ゲート電圧と異なる電圧を前記有機半導体膜に与える電極であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子の駆動方法。
【請求項４】
前記有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極は、駆動中常に接地電圧または電源電圧と異なる符合の電圧を前記有機半導体膜に与える電極であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１に記載の前記有機半導体素子を有することを特徴とするＩＣカードまたはＩＣタグ。
【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にかかわり、特に有機半導体材料を有する、有機半導体トランジスタ素子を有する有機半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機物半導体材料を用いた、電子デバイスの開発が広く行なわれており、発光素子である有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、有機半導体レーザー等の開発が報告されている。中でも、有機半導体トランジスタの一種である、有機ＴＦＴは、ローコストでガラスやプラスチック基板上に集積回路を形成する技術として有望視されている。
【０００３】
有機ＴＦＴの構造に関し、特開平０８−２２８０３４号公報、特開平０９−２３２５８９号公報、特開平１０−２７０７１２号公報など、ソース、ドレイン電極とゲート絶縁膜、ゲート電極を有する素子が提案されている。
【０００４】
またもともとＴＦＴは、マトリックス表示装置などに用いられることが多く、ソース電位が一定に保たれる使い方が主流である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
有機半導体を用いたＴＦＴもソース電位を一定に保つように用いる場合は、安定に動作すると考えられる。一方有機半導体を有するロジック回路を構成する場合は、ロジック回路ゆえトランジスタをシリーズに接続する場合が多く、ソース電位、ドレイン電位ともダイナミックに変動する場合があり、この場合は、有機半導体の電位を見積もることが難しく、設計に支障をきたすことになることに本発明者は気づいた。また、アナログ回路でも、閾値電圧の変動があり例えばデファレンシャルアンプなどは、トランジスタのソース、ドレインの両方とも電源電圧または接地電圧に固定しないばかりでなく、閾値電圧の変動が大きな課題となることに本発明者は気づいた。
【０００６】
本発明は、ソース電位、ドレイン電位ともダイナミックに変動するロジック回路などに有機半導体ＴＦＴを用いた場合、有機半導体の電位を見積もることが難しく、設計に支障をきたすといった課題を解決しようとするものである。したがって、本発明の目的は、有機半導体膜の電位を調整でき、閾値の変動を防止することができる有機半導体素子を提供することであり、例えばロジック回路などに適用できる有機半導体素子を提供することであり、さらには簡単な構造でかつ製造が容易な有機半導体素子、あるいは設計容易な有機半導体ＴＦＴ（トランジスタ）素子を有する有機半導体素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
よって本発明はゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体膜とを基板上に有する有機半導体素子において、前記有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極を更に有することを特徴とする有機半導体素子を提供する。
【０００８】
【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。
【０００９】
図１は本実施形態に係る有機半導体素子の一例である、有機半導体トランジスタ素子を基板上に有する有機半導体素子の構成を模式的に示す図である。
【００１０】
符号１は基板、２はコンタクトさせるための配線であるコンタクト、３は裏面配線、４はゲート電極、５はゲート絶縁膜、６はドレイン電極、７はソース電極、８は有機半導体膜である有機半導体層、９は有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極、１０は表面保護膜である表面保護層、１１は裏面保護膜である裏面保護層である。有機半導体膜の電位を外部から与える電極のことを便宜上以下ボディ電極と記す。
【００１１】
基板１の裏面に、裏面配線３が配置され、裏面配線３と表面を結ぶコンタクト２が設けられ、さらにゲート電極４が配置される。基板は絶縁材料である。さらに、ゲート電極表面にゲート絶縁膜５が設けられ、その表面にソース電極７とドレイン電極６が互いに離間して配置される。それらが離間する間およびそれら電極の端部上に有機半導体層８が形成され、さらに有機半導体層８上に前記有機半導体層８の電位を外部からあたえるためのボディ電極９が形成されている。これらから本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子部は基板上に構成されているといってよい。本発明の有機半導体素子はこのような有機半導体膜を有する有機半導体トランジスタ素子のような素子を基板に有する素子である。
【００１２】
また、本実施形態の有機半導体素子は更に基板の表面側に表面保護層１０を有し、更に裏面側に裏面保護層１１を有している。表面保護層１０は基板表面側において有機半導体トランジスタ素子を覆うように設けられている。また裏面保護層１１は裏面側において裏面配線３を覆うように設けられている。
【００１３】
ボディ電極９により有機半導体層８に外部から電位を与えることができ、ゲート電極との電位差を調整することができる。
【００１４】
その結果閾値変動を防ぐこともできる。
【００１５】
このボディ電極９は、ゲート電極と対向する位置に設けることがより好ましい。有機半導体トランジスタ素子のＯＮ、ＯＦＦ動作は、ゲート電極とこれに対向した有機半導体の電位差により決定されることから、有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極を、ゲート電極と対向する位置に設けることより、有機半導体層の電位をより安定に決定することができる。
【００１６】
またボディ電極９に、ゲート電圧と異なる電圧を与え、ゲート電圧とボディ電極に与える電圧の組み合わせることにより、ドレイン電流を調整することができる。
【００１７】
また有機半導体層８の電位を外部からあたえる電極に、駆動中常に接地電圧または電源電圧と異なる符号の電圧を与えてもよい。駆動中常に接地電圧または電源電圧と異なる符合の電圧を与えることでオン、オフを制御する動作、または常時オンとなる動作を実現することができる。
【００１８】
これらの技術を用いて、前記有機半導体素子を使用したＩＣカードまたはＩＣタグを実現することができる。
【００１９】
この有機半導体トランジスタ素子の製造方法を、各工程に沿った図２〜６を参照して説明する。なお、図２〜６は、有機半導体トランジスタ部分のみの断面図である。
【００２０】
図２に示すように、まず、エポキシ樹脂からなる絶縁体基板１表面と裏面に、銅箔を張りフォトリソグラフィー工程により加工したゲート電極４と裏面配線３を形成する。次に、表面から炭酸ガスレーザ光を照射することによりコンタクト穴を開けた後、銅めっきにより穴を満たすことによってコンタクト２を形成する。
【００２１】
次に、図３に示すように、アルミナからなるゲート絶縁膜５を形成する。
次に、図４に示すように、金からなるソース電極７、ドレイン電極６を金属マスクを通して、真空蒸着することにより形成した。
【００２２】
次に、図５に示すように、ペンタセンからなる有機物半導体層８を、金属マスクを通して、真空蒸着により形成する。このとき、有機物半導体層の膜厚は２０ｎｍであった。
【００２３】
さらに、図５に示すように、金からなるボディ電極８を金属マスクを通して、真空蒸着により形成した。
【００２４】
さらに、図６に示すように、エポキシ樹脂からなる表面保護層１０、裏面保護層１１を形成して完成となる。
【００２５】
比較のために、図７に示すようなボディ電極を持たない有機半導体トランジスタも作製した。
【００２６】
試作した有機半導体トランジスタについて、ゲート電圧を０Ｖから−５Ｖの間で変動させたり、ドレイン電圧を０Ｖから−５Ｖの間で変動させる実験を行なった結果、ボディ電極の電圧を０Ｖを与え続けた有機半導体トランジスタではゲート閾値電圧が±０．２Ｖの変動で済んだのに対し、ボディ電極を持たない有機半導体トランジスタでは、±１Ｖ以上の変動を観測した。
【００２７】
この試作された有機半導体トランジスタにおいて、有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極（ボディ電極９）に一定の電圧を与えることにより、安定な駆動を実現することができた。
【００２８】
また試作した素子のボディ電極９に２Ｖの電圧を与えることにより、常時ＯＮのデプレッション型有機半導体トランジスタの駆動をさせることができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、有機半導体膜の電位を外部からあたえる電極を更に有することにより、有機半導体膜におけるゲート電極との電位差を調整することができる有機半導体を提供することができる。またそのような有機半導体素子は有機半導体膜の閾値変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る有機半導体素子を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子の製造工程途中の有機半導体トランジスタ素子を示す要部断面図である。
【図３】本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子の製造工程途中の有機半導体トランジスタ素子を示す要部断面図である。
【図４】本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子の製造工程途中の有機半導体トランジスタ素子を示す要部断面図である。
【図５】
本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子の製造工程途中の有機半導体トランジスタ素子を示す要部断面図である。
【図６】本実施形態に係る有機半導体トランジスタ素子の製造工程途中の有機半導体トランジスタ素子を示す要部断面図である。
【図７】比較例に係る有機半導体トランジスタ素子断面図である。
【符号の説明】
１　基板
２　コンタクト
３　裏面配線
４　ゲート電極
５　ゲート絶縁膜
６　ドレイン電極
７　ソース電極
８　有機半導体層
９　ボディ電極
１０　表面保護層
１１　裏面保護層
【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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